动力电池相当于传统燃油车的发动机,是新能源汽车的“心脏”。电池成本占整车的40%左右,其生产技术、品质、安全性等因素,直接影响到整车的性能与安全。在动力电池及系统的生产中,胶粘剂有着广泛的应用。最为关键的是在电池组装过程的结构胶。结构粘接指的是被粘接物可能承受较大的压力甚至达到材料的屈服极限。结构粘接寿命必须大于其中一个被粘接物的服役期限,有可能长达数十年。
应用方面,结构胶在动力电池中以方形电芯的装配为主。如电芯、电池PACK、新能源汽车电机、电控系统和充电桩等,主要为动力电池实现持久、稳定、高效、安全的运行起到了关键性的作用。
而胶粘剂在动力电池上主要起到以下几大作用:
1.为动力电池提供防护效果;
2.实现安全可靠的轻量化设计;
3.热管理;
4.帮助电池应对更复杂的使用环境。
据势银膜链了解,目前大多数的新能源动力电池PACK都使用了CTP技术——该技术可以省去或减少中间模组部件,提高PACK能量密度、降低PACK成本,减少装配工序,但CTP 结构需大量使用胶粘剂来连接固定电芯,这也意味着未来电车单车用胶量将大幅提升,目前如宁德时代,比亚迪,LG新能源都使用了CTP技术。同时,随着机械组装方案所暴露的缺点越来越多,无法满足动力电池安全不断提升的要求,胶粘剂组装或者配合组装,也弥补了机械组装的不足。
本次势银膜链归纳部分在锂电池PACK之中所使用到的胶粘剂。
导热胶
使锂电池获得适当的工作温度,充分发挥电池性能,维护电池寿命。导热胶可以分为本征导热胶和填料导热胶。
本征导热胶粘剂是仅依靠聚合物在成型加工过程中通过改变分子链结构,进而改变结晶度,从而增强导热性能。目前,主要有聚苯胺,聚乙炔,聚吡咯等,但是本征型导热胶粘剂由于生产工艺复杂,可实施性差,极少被选择。填充型导热胶粘剂是通过控制填料在基体中的分布,形成连续的导热网络,进而增强胶粘剂的导热性能。常用的导热填料有金属材料、碳基材料、氧化物、氮化物。根据填充物的性能又可以分为导热绝缘胶和导热非绝缘胶;目前,市场上主要导热胶粘剂都属于填充型导热胶粘剂。
灌封胶
确保在不同的甚至极端的环境条件下有效地保护电子器件,提高机械强度以及出色的电气绝缘性。目前在动力电池系统之中被应用主要为:环氧树脂灌封胶,聚氨酯灌封胶,硅橡胶灌封胶。环氧树脂灌封胶:对材质的粘结力较好以及较好的绝缘性,固化后,耐酸碱性能强。环氧树脂耐温可以达到100℃,可作为透明性材料,价格相对便宜;但其抗冷热变化能力弱,冷热冲击后容易产生裂缝,导致水汽渗入,且胶体固化后较脆,高机械应力会造成电子元件的损坏,同时透明材料容易黄变,所以目前一般用于非精密电子器件如调节器、工业电子、继电器、控制器、电源模块的灌封。
聚氨酯灌封胶:有优异的耐低温性能,对一般灌封材质均具备较好的粘结性,粘结力介于环氧树脂及有机硅之间。具备较好的防水防潮、绝缘性;但其耐高温能力差且容易起泡,须采用真空脱泡;固化后胶体表面不平滑且韧性较差,抗老化能力、抗震和紫外线都很弱、胶体容易变色。目前使用在发热量较低的电子元器件如电容器、线圈、电感器、变阻器、线形发动机、固定转子的灌封。
有机硅橡胶灌封胶:固化后材质较软,有固体橡胶和硅凝胶两种形态,能够消除大多数的机械应力并起到减震保护效果。物理化学性质稳定,具备较好的耐高低温性,可在-50~200℃范围内长期工作。优异的耐候性,在室外长达20年以上仍能起到较好的保护作用,而且不易黄变。具有优异的电气性能和绝缘能力,灌封后有效提高内部元件以及线路之间的绝缘,提高电子元器件的使用稳定性。具有的返修能力,可快捷方便的将密封后的元器件取出修理和更换。但粘结性能稍差。用于在恶劣环境下工作以及高端精密/敏感电子器件,如半导体器件、继电器、传感器、汽车安定器HIV、车载电脑ECU的灌封,主要起绝缘、防潮、防尘、减震作用。
结构胶
结构胶的粘接强度及本体强度就要求有比较高的指标,代替原有的机械连接方式,确保整体PACK 以及内部结构的可靠性、稳固性。常见的结构胶有丙烯酸结构胶,聚氨酯结构胶,环氧结构胶等。除此之外,用在新能源汽车动力电池组件之中的使用到的胶粘剂还有BMS电池管理系统用胶以及目前有着较高技术壁垒的PAA和SBR负极胶等锂电池粘结剂。胶粘剂对动力电池的性能与品质影响大,胶粘剂下游客户尤其是电子、汽车,对胶粘剂供应商选择比较谨慎,经长期合作认可后,通常不会轻易更换。要求胶粘剂供应商提供相关产品的测试报告、认证证书以及产品成功应用案例,以证明产品稳定性、可靠性以及后续服务能力等,产品取得初步信任后,需通过用户,第三方测试、现场考核评估、试用等一系列漫长程序才能批量供货,通常至少需要 1-2 年,部分大客户认证周期甚至达 5-6 年。