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[胶粘剂] 双组份胶粘剂在金属防腐型新能源汽车动力电池中的应用

非金属材料与化学品 非金属材料与化学品 78 人阅读 | 0 人回复

发表于 2020-6-30 10:33:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车材料网】双组份胶粘剂在金属防腐型新能源汽车动力电池中的应用
余冬梅(武汉德宝装备股份有限公,湖北 武汉 430000)
摘 要: 双组份胶材料因其粘度低、快速固化、不污染环境的特性,受到动力电池自动涂胶工艺的青睐。首先分析了双组份胶特点及工艺要求,然后详细介绍了双组份胶材料在动力电池组合电芯、侧板自动涂胶的应用;介绍双组份胶材料在动力电池底板涂胶的应用。总结分析了目前双组份涂胶系统的难点及注意事项,为后续设计提供技术支持。
关键词: 金属防腐型;新能源;应用

2018年,新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆,比上年同期分别增长59.9%和61.7%。其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,比上年同期分别增长47.9%和50.8%;插电式混合动力汽车产销分别完成28.3万辆和27.1万辆,比上年同期分别增长122%和118%;燃料电池汽车产销均完成1527辆。

对于电动汽车来说,其一个核心部分就是电动汽车电池,其生产装配质量直接影响新能源汽车的性能。如:特斯拉汽车的动力电池是来自松下的三元锂电池;雪佛兰Bolt的动力电池为LG化学提供铝塑膜软包三元锂电池;宝马i3采用三星SDI的三元锂电池;比亚迪E6采用了比亚迪自主研发的磷酸铁锂电池[1,2]。

图1 软包电芯模组常用工艺流程图

从流程图中可以看出:电芯成组装配和Park组装是动力电池生产线中的重要环节。这两个环节中都涉及到胶水粘接,粘接的质量直接影响到动力电池的导热性能、耐老化强度和使用寿命。胶水在模组线的应用,一种用途是固定电芯,主要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标;另一种用途是把电芯和模组的热量通过导热胶传递出去,主要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等指标。胶水在Pack组装中的应用,主要是箱盖与箱体的密封安装,在安装时,注意不要损坏密封条,若是密封胶,需要等胶固化后才能安装。箱体与箱盖的紧固,一般通过螺丝来压紧密封条,使密封条产生合理的压缩变形,以达到良好的密封效果[3,4]。

1 双组份胶材料特性

双组份胶粘剂具备以下特性:

①胶材料由A、B组分组成,其中A为主剂,B为固化剂(催化剂);两者分开包装、储存;使用时混合涂胶,达到粘接效果。

②具有快速固化特性。加热可加速固化速度,在自动化生产节拍要求高的场合应用广泛。

③双组份胶材料一般属中低粘度范围的胶材料。涂胶系统压损小。

④双组份胶材料混合反应后会释放热量。

动力电池在胶水选择和打胶工艺方面,需要考虑3点:

1)胶水的安全环保性能:尽量选择无毒无异味的胶水,不但可以保护操作者,也可以保护使用者,还能更好地保护环境,也是新能源发展的目标。

2)胶水的表干时间:为了提高生产效率,一般希望胶水的表干时间越短越好。但实际生产中遇到突发情况,需要操作员处理,时间过短会造成设备堵塞、胶水浪费的风险;严重的可能导致停线。一般表干时间控制在15-30min较合理。

3)胶水的用量:主要由产品和工艺确定。涂胶时注意胶量的控制,避免溢胶影响其他工序。

由于电池生产线节拍快,单组份胶材料需要高温烘烤才能完全快速固化,很难满足产线需求。双组份由于其具有快速固化的特性,广泛应用于动力电池粘接行业。

2 双组份胶材料在组合电芯、侧板中的应用

电芯之间相互粘结成组,目的是将电芯组成一个稳定的模块;电芯之间需要绝缘,加热后有一定的弹性。选用结构胶使电芯之间有很好的粘接效果;选用导热胶,使电芯热量很好的传递,防止电芯过热。

电芯组外围粘合,目的使电池组具有重放电、通讯功能;必须绝缘、自动化程度要求较高,电池与侧板连接精度要求较高。选用导热结构胶,使模组热量快速消散,同时保证电芯与侧板粘接稳固。

双组份涂胶工艺要求:

①涂胶量满足工艺要求,一般涂胶量0.5-4ml;

②计量精度:A胶胶量精度±5%,CMK≥1.67;

B胶胶量精度±5%,CMK≥1.67;

AB胶混合总胶量精度±5%,CMK≥1.67;

AB混合比例精度±5%,CMK≥1.67;

③涂胶轨迹:按实际工艺调整,厚度均匀;

④具备胶水不足报警功能;

⑤B组分胶材料是湿气固化型,可以有效防护B组分胶水结晶;

⑥24小时连续生产,实现自动换胶不停线;

⑦实现柔性化生产,在线修改涂胶量及涂胶速度;

⑧设备参数实时上传至产线总控系统。

针对双组份胶材料特性,涂胶系统采用双组份供料装置;A、B组分分别供料。供料系统,选用20L压盘泵供料。由于聚氨酯胶材料可能含有气泡,影响后续计量精度,进而影响混合精度。采用压力罐中转的方式,其中一个压力罐搅拌、抽真空脱泡;考虑到B组分胶材料是湿气固化型,填充氮气的方式隔绝空气。

另一只压力罐储存输送。在中转罐上布置液位传感器,实时监测液位高度,设置高液位报警,供胶泵停止供料;设置低液位报警,给信号给供胶泵开始供料。保证涂胶精度、混合精度,采用定量缸计量系统,根据工艺要求满足涂胶轨迹需求。

3 双组份胶材料在箱体底部中的应用

箱体底部整面涂胶,或者根据电芯模组规划区域涂胶;要求具备导热功能,涂胶必须均匀,胶水具备减震功能。一般选用导热硅胶均匀涂覆在模组底部区域,导热减震。

箱体底部自动涂胶工艺要求:①Park箱体底部覆盖涂胶,填充模组与底板之间的间隙;高流量连续出胶,涂胶量较大,涂胶量满足工艺要求,一般涂胶量1-3l;②胶量和比例精度±5%,CMK≥1.67;混合后恒定的涂胶量,在线监控流量;③胶材料采用200L供料;④涂胶轨迹:按实际工艺调整,厚度均匀;⑤具备胶水不足报警功能;⑥24小时连续生产,实现自动换胶不停线;⑦实现柔性化生产,在线修改涂胶量及涂胶速度;⑧设备参数实时上传至产线总控系统。

动力电池底板上涂双组份导热硅胶。双组分导热硅胶特点:A、B组分均属于中高粘度(200000-400000cps)、高填料(80%氧化铝,颗粒≤100um)、触变性好;涂胶量需求:1-3L;胶量和比例精度±5%,CMK≥1.67。A、B胶采用双泵切换供料,保证换胶不停机操作。由于涂胶量较大,选用连续计量装置对A、B胶进行精确计量。

4 项目应用注意事项

①胶材料粘度<80Pa.s时,可采用压力罐供料的形式;胶材料粘度>80Pa.s时,采用压盘胶泵供料的形式。双组份聚氨酯胶易产生气泡,设计供料系统时注意真空脱泡。②胶材料含有湿气固化成分时,采用压力罐供料,要配置真空泵、充氮气的方式防止湿气固化型。在选用输送胶管时要考虑这个因素,一般选用防止湿气固化的专用胶管,例如特氟龙胶管。③双组份胶材料混合后固化较快,要定期排胶。双组份导热硅胶含有固体颗粒,选用涂胶设备时,注意选用耐磨材质。④双组分混合管有静态混合管和动态混合管。目前常用静态混合管,抛弃式使用,便于维护和更换,使用方便。根据胶材料特性和流量选择合适的静态混合管节数和长度。

双组份胶材料采用A、B组分混合的方式,混合比的控制精度和计量系统的精度,都会影响涂胶品质。

5 结论

随着国家政策引导,国民环保意识增强,电动汽车产品正走入千家万户。电动汽车要在市场上占据重要地位,必然要在续航里程、环境适应性、使用寿命、购置成本等方面能够追赶超越燃油车,这也给电池包技术发展带来更高挑战。粘接、密封作为电池包工艺重要组成部分,胶材料的特性直接影响电池包的质量和环保NVH。双组份胶材料具有快速固化、环保无污染的特性在电池包自动涂胶中广泛应用。



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