新能源电动汽车结构电池包用胶粘剂的应用

2024-01-27 11:00
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当前,汽车的普及程度正在不断增加。在解决能源、环境和城市交通等问题方面,新能源电动汽车已成为主流趋势,也是未来汽车产业发展的主要方向。


作为新能源汽车的核心组成部分,动力电池扮演着重要的角色,它可以被视为汽车的“心脏”。而在实现动力电池持久供能方面,胶黏剂则成为其必不可少的“肌膜组织”。当前,电动化浪潮正在全球范围内蔓延,动力电池需求呈现爆发式增长,胶黏剂市场规模也相应扩大。



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据悉,新能源汽车采用CTP(Cell-to-Pack)结构电池包,该设计省去或大幅减少了中间模组部件的使用,而大量采用胶粘剂来连接和固定电芯。这些胶粘剂主要应用于两个需求方面:第一类是结构胶,主要用于结构粘接,同时兼顾一定的导热功能;第二类是导热胶,主要用于导热粘接。



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结构胶


结构胶是指应用于受力结构件胶接场合的胶粘剂,它能够承受较大的动态负荷和静态负荷,并能够长期可靠使用。它取代了螺栓、铆钉或焊接等传统连接形式,用于连接金属、塑料、玻璃、木材等结构部件。


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结构胶在新能源汽车中起着重要的作用。

  • 结构粘接:结构胶用于连接和胶接汽车中的受力结构件,例如连接金属、塑料、玻璃、木材等部件。它能够承受较大的动态负荷和静态负荷,确保连接的牢固性和可靠性。

  • 载荷分散:结构胶能够在受力部件上均匀分散载荷,减少局部应力集中,提高整体的力学性能和耐久性。

  • 防震和减振:结构胶能够吸收和减轻汽车行驶过程中的振动和冲击,提供更好的减震效果,减少噪音和振动的传递。

  • 导热性:一些结构胶具备一定的导热性能,能够帮助传导电池工作时产生的热量,并将其导出到外部散热部件,实现热管理和热量分散的功能。

  • 耐化学性:结构胶通常具备良好的耐化学性能,能够抵御汽车所面临的不同环境条件和化学物质的侵蚀,确保连接的稳定性和耐久性。


导热胶


导热胶主要用于完成电芯与电芯之间,以及电芯与液冷管之间的热传导,胶的具体 使用形式包括垫片、灌封、填充等。

电池包内导热胶的使用-电芯之间


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导热胶主要由树脂基体(如环氧树脂、有机硅和聚氨酯等)以及导热填料(如氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)等)组成。随着电池包在CTP结构下的发展趋势,电池制造商对导热胶的需求量大且对降低成本有要求,同时减少结构部件的设计也对使用具有较高粘接强度(大于10 MPa)的胶粘剂提出了需求。因此,在粘接强度和经济成本方面具备优势的聚氨酯导热胶成为主流的导热胶选择。


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导热胶在新能源汽车中起着重要的作用。

  • 导热传递:导热胶能够有效传导电池内部工作时产生的热量,将其迅速传递到外部散热部件,以实现热量的分散和散热效果。这有助于保持电池的正常工作温度,提高电池循环寿命和性能稳定性。

  • 热管理:导热胶能够帮助控制和平衡电池组内部的温度分布,避免热点聚集和过热情况的发生。通过有效的热管理,导热胶有助于提高电池组的安全性和可靠性。

  • 结构粘接:导热胶也具备结构粘接的功能,用于连接和固定电池组内部的组件和部件。它能够提供良好的粘接强度,确保电池组的结构稳定性和可靠性。

  • 防振和减震:导热胶能够在振动和冲击的环境下起到减震和防振的作用,减少电池组内部组件之间的相对运动,降低振动和冲击对电池组的损害。

  • 绝缘保护:导热胶通常具备良好的绝缘性能,能够隔离和保护电池组内部的电气部件,防止短路和漏电等安全问题的发生。


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胶粘剂在动力电池中的关键作用与应用


然而,动力电池市场在过去几年中一直处于快速增长的趋势。随着对清洁能源和电动交通的需求增加,动力电池作为储能和驱动技术的重要组成部分,具有巨大的发展潜力。同时,政府对环境保护和减少碳排放的政策支持也在推动电动汽车市场的增长。

随着技术的发展和成本的下降,动力电池的性能将不断提升,包括能量密度的增加、充电速度的提高和寿命的延长。这将进一步推动电动汽车的普及和动力电池市场的扩大。


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胶粘剂在动力电池上具有以下四个主要作用:

  1. 提供防护效果:胶粘剂可以提供动力电池的防护效果,保护电池内部组件免受外界环境的侵害,如潮湿、灰尘和化学物质等。它可以形成一层保护层,防止电池受到损坏或腐蚀。

  2. 实现安全可靠的轻量化设计:胶粘剂可以在动力电池的设计中实现轻量化,并提供安全可靠的连接和固定。它可以用于粘接电池内部组件和外壳,确保它们在振动和冲击条件下的牢固连接,同时减少重量和结构松动的风险。

  3. 热管理:胶粘剂在动力电池中的热管理方面起着重要作用。它可以用于导热传递,将电池内部产生的热量快速传导到散热部件,以保持电池的正常工作温度。这有助于提高电池的性能稳定性和寿命。

  4. 应对复杂的使用环境:动力电池经常处于复杂的使用环境中,如高温、低温、湿度变化等。胶粘剂可以帮助电池应对这些环境挑战,提供耐温性能和抗湿性能,保持电池的正常工作状态。

此外,针对不同的应用需求,胶粘剂在动力电池中还扮演着其他重要角色,如电芯与电芯之间的粘接、导电片与模组壳体的粘接、电池灌封、电池底部的粘接固定、电池支架固定、底板与电芯之间的导热、电池的螺纹锁固和铭牌粘接等。针对每种应用,不同类型的胶粘剂被推荐使用,以满足特定的性能要求和应用需求。


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随着新能源汽车和动力电池的兴起,胶黏剂和胶黏材料的性能要求与传统胶黏材料有所不同。

动力电池技术正处于快速迭代和升级的阶段,不断涌现新产品,因此研发与之适应的胶黏新材料对于提升动力电池的能量密度、安全性、循环寿命和轻量化至关重要。

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