近些年,由于电动汽车轻量化及长行驶里程的趋势压力,CTP结构应运而生。
CTP结构提升了电池包的体积/重量能量密度,进一步延长了车辆续驶里程。
CTP结构对胶黏剂
提出了哪些要求?
胶粘剂在动力电池CTP结构中的作用是非常重要的,用于CTP的胶粘剂有两大类:
第一类就是以结构粘接为主,兼顾一定的导热作用;第二类就是以导热粘接为主,胶粘剂将电芯工作时产生的热量导出到外部的散热部件,实现热管理的部分功能作用,兼顾结构粘接要求。
CTP结构对结构胶的
性能要求
强度
由于整体PACK以及内部结构的可靠性、稳固性来自于结构胶的粘接连接,代替了原有的机械连接方式。
因此结构胶的粘接强度及本体强度就要求有比较高的指标,一般要求8MPa以上甚至更高。
这样高强度的结构胶应用于方形电芯的侧面或底面,根据电芯从尺寸及外形不同,一般粘接面积可以达到3,000m㎡以上,单个电芯粘接力可达24,000N以上。
有的特殊形状的方形电芯可以让粘接面积达到17,000m㎡,理论上单个电芯粘接力甚至可以达到136,000N以上,较好地满足电芯直接稳固固定在PACK壳体内的要求。
结构胶的强度衡量可以是对接拉伸强度或者是搭接拉剪强度。
粘结材质的适应性
要想使电芯获得高的固定粘接力,不仅要有结构胶本身的较高的拉伸强度以及更大的粘接面积,还要有对粘接材质的适应性,以及考虑被粘接材质的本体强度。
那么CTP结构的动力电池结构胶适用于哪些材质呢?
首先来看方形电芯的材质:方形电池的壳体一般使用3003铝合金。
弹性要求
动力电池PACK装载于汽车上,行驶中难免会受到颠簸、冲击及振动等,电芯的固定粘接也要承受挤压、剥离、弯曲和疲劳等各种力的考验。
粘接可靠性不仅取决于粘接强度,在受到冲击振动时,粘接胶层的柔韧性更重要。结构胶的柔韧性可以从两个方面来考察。
一是断裂伸长率:断裂伸长率表征的是胶粘剂本体在受到外力作用时能够承受的受力变形能力,更高的断裂伸长率意味着可以抵御更大的受力变形。
二是弹性模量/储能模量:值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大。
对于动力电池的电芯粘接可靠性,往往需要进行有限元分析,计算机模拟分析时一个重要的输入指标是模量(或泊松比)。
在CTP结构胶的工程应用中,低模量是更期望的特性。结合第一点的强度要求,低模量与高强度是有一定的相互克制的。
耐老化性能
汽车的长期可靠运行的基本要求,传递到动力电池,CTP结构中结构胶的耐老化特性同样重要。
阻燃性能
结构胶应用于动力电池,作为汽车动力电池材料的一部分,阻燃性是基本的要求。
导热性能
对于高强度低模量的结构粘接胶,一般不考察其导热特性。
但在动力电池PACK系统中,热管理是非常重要的一个子系统,电芯的热量需要能够及时散发出去。