雙組份膠粘劑在金屬防腐型新能源汽車動力電池中的應(yīng)用

余冬梅

（武漢德寶裝備股份有限公，湖北 武漢 430000）

2018年，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成127萬輛和125.6萬輛，比上年同期分別增長59.9%和61.7%。其中純電動汽車產(chǎn)銷分別完成98.6萬輛和98.4萬輛，比上年同期分別增長47.9%和50.8%；插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成28.3萬輛和27.1萬輛，比上年同期分別增長122%和118%；燃料電池汽車產(chǎn)銷均完成1527輛。

對于電動汽車來說，其一個核心部分就是電動汽車電池，其生產(chǎn)裝配質(zhì)量直接影響新能源汽車的性能。如：特斯拉汽車的動力電池是來自松下的三元鋰電池；雪佛蘭Bolt的動力電池為LG化學(xué)提供鋁塑膜軟包三元鋰電池；寶馬i3采用三星SDI的三元鋰電池；比亞迪E6采用了比亞迪自主研發(fā)的磷酸鐵鋰電池[1，2]。

圖1 軟包電芯模組常用工藝流程圖

從流程圖中可以看出：電芯成組裝配和Park組裝是動力電池生產(chǎn)線中的重要環(huán)節(jié)。這兩個環(huán)節(jié)中都涉及到膠水粘接，粘接的質(zhì)量直接影響到動力電池的導(dǎo)熱性能、耐老化強度和使用壽命。膠水在模組線的應(yīng)用，一種用途是固定電芯，主要強調(diào)膠水的黏接力、抗剪強度、耐老化、壽命等性能指標(biāo)；另一種用途是把電芯和模組的熱量通過導(dǎo)熱膠傳遞出去，主要強調(diào)膠水的導(dǎo)熱系數(shù)、耐老化、電氣絕緣性、阻燃性等指標(biāo)。膠水在Pack組裝中的應(yīng)用，主要是箱蓋與箱體的密封安裝，在安裝時，注意不要損壞密封條，若是密封膠，需要等膠固化后才能安裝。箱體與箱蓋的緊固，一般通過螺絲來壓緊密封條，使密封條產(chǎn)生合理的壓縮變形，以達到良好的密封效果[3，4]。

1 雙組份膠材料特性

雙組份膠粘劑具備以下特性：

①膠材料由A、B組分組成，其中A為主劑，B為固化劑（催化劑）；兩者分開包裝、儲存；使用時混合涂膠，達到粘接效果。

②具有快速固化特性。加熱可加速固化速度，在自動化生產(chǎn)節(jié)拍要求高的場合應(yīng)用廣泛。

③雙組份膠材料一般屬中低粘度范圍的膠材料。涂膠系統(tǒng)壓損小。

④雙組份膠材料混合反應(yīng)后會釋放熱量。

動力電池在膠水選擇和打膠工藝方面，需要考慮3點：

1）膠水的安全環(huán)保性能：盡量選擇無毒無異味的膠水，不但可以保護操作者，也可以保護使用者，還能更好地保護環(huán)境，也是新能源發(fā)展的目標(biāo)。

2）膠水的表干時間：為了提高生產(chǎn)效率，一般希望膠水的表干時間越短越好。但實際生產(chǎn)中遇到突發(fā)情況，需要操作員處理，時間過短會造成設(shè)備堵塞、膠水浪費的風(fēng)險；嚴重的可能導(dǎo)致停線。一般表干時間控制在15-30min較合理。

3）膠水的用量：主要由產(chǎn)品和工藝確定。涂膠時注意膠量的控制，避免溢膠影響其他工序。

由于電池生產(chǎn)線節(jié)拍快，單組份膠材料需要高溫烘烤才能完全快速固化，很難滿足產(chǎn)線需求。雙組份由于其具有快速固化的特性，廣泛應(yīng)用于動力電池粘接行業(yè)。

2 雙組份膠材料在組合電芯、側(cè)板中的應(yīng)用

電芯之間相互粘結(jié)成組，目的是將電芯組成一個穩(wěn)定的模塊；電芯之間需要絕緣，加熱后有一定的彈性。選用結(jié)構(gòu)膠使電芯之間有很好的粘接效果；選用導(dǎo)熱膠，使電芯熱量很好的傳遞，防止電芯過熱。

電芯組外圍粘合，目的使電池組具有重放電、通訊功能；必須絕緣、自動化程度要求較高，電池與側(cè)板連接精度要求較高。選用導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠，使模組熱量快速消散，同時保證電芯與側(cè)板粘接穩(wěn)固。

雙組份涂膠工藝要求：

①涂膠量滿足工藝要求，一般涂膠量0.5-4ml；

②計量精度：A膠膠量精度±5%，CMK≥1.67；

B膠膠量精度±5%，CMK≥1.67；

AB膠混合總膠量精度±5%，CMK≥1.67；

AB混合比例精度±5%，CMK≥1.67；

③涂膠軌跡：按實際工藝調(diào)整，厚度均勻；

④具備膠水不足報警功能；

⑤B組分膠材料是濕氣固化型，可以有效防護B組分膠水結(jié)晶；

⑥24小時連續(xù)生產(chǎn)，實現(xiàn)自動換膠不停線；

⑦實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，在線修改涂膠量及涂膠速度；

⑧設(shè)備參數(shù)實時上傳至產(chǎn)線總控系統(tǒng)。

針對雙組份膠材料特性，涂膠系統(tǒng)采用雙組份供料裝置；A、B組分分別供料。供料系統(tǒng)，選用20L壓盤泵供料。由于聚氨酯膠材料可能含有氣泡，影響后續(xù)計量精度，進而影響混合精度。采用壓力罐中轉(zhuǎn)的方式，其中一個壓力罐攪拌、抽真空脫泡；考慮到B組分膠材料是濕氣固化型，填充氮氣的方式隔絕空氣。

另一只壓力罐儲存輸送。在中轉(zhuǎn)罐上布置液位傳感器，實時監(jiān)測液位高度，設(shè)置高液位報警，供膠泵停止供料；設(shè)置低液位報警，給信號給供膠泵開始供料。保證涂膠精度、混合精度，采用定量缸計量系統(tǒng)，根據(jù)工藝要求滿足涂膠軌跡需求。

3 雙組份膠材料在箱體底部中的應(yīng)用

箱體底部整面涂膠，或者根據(jù)電芯模組規(guī)劃區(qū)域涂膠；要求具備導(dǎo)熱功能，涂膠必須均勻，膠水具備減震功能。一般選用導(dǎo)熱硅膠均勻涂覆在模組底部區(qū)域，導(dǎo)熱減震。

箱體底部自動涂膠工藝要求：①Park箱體底部覆蓋涂膠，填充模組與底板之間的間隙；高流量連續(xù)出膠，涂膠量較大，涂膠量滿足工藝要求，一般涂膠量1-3l；②膠量和比例精度±5%，CMK≥1.67；混合后恒定的涂膠量，在線監(jiān)控流量；③膠材料采用200L供料；④涂膠軌跡：按實際工藝調(diào)整，厚度均勻；⑤具備膠水不足報警功能；⑥24小時連續(xù)生產(chǎn)，實現(xiàn)自動換膠不停線；⑦實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，在線修改涂膠量及涂膠速度；⑧設(shè)備參數(shù)實時上傳至產(chǎn)線總控系統(tǒng)。

動力電池底板上涂雙組份導(dǎo)熱硅膠。雙組分導(dǎo)熱硅膠特點：A、B組分均屬于中高粘度（200000-400000cps）、高填料（80%氧化鋁，顆?！?00um）、觸變性好；涂膠量需求：1-3L；膠量和比例精度±5%，CMK≥1.67。A、B膠采用雙泵切換供料，保證換膠不停機操作。由于涂膠量較大，選用連續(xù)計量裝置對A、B膠進行精確計量。

4 項目應(yīng)用注意事項

①膠材料粘度＜80Pa.s時，可采用壓力罐供料的形式；膠材料粘度＞80Pa.s時，采用壓盤膠泵供料的形式。雙組份聚氨酯膠易產(chǎn)生氣泡，設(shè)計供料系統(tǒng)時注意真空脫泡。②膠材料含有濕氣固化成分時，采用壓力罐供料，要配置真空泵、充氮氣的方式防止?jié)駳夤袒?。在選用輸送膠管時要考慮這個因素，一般選用防止?jié)駳夤袒膶Ｓ媚z管，例如特氟龍膠管。③雙組份膠材料混合后固化較快，要定期排膠。雙組份導(dǎo)熱硅膠含有固體顆粒，選用涂膠設(shè)備時，注意選用耐磨材質(zhì)。④雙組分混合管有靜態(tài)混合管和動態(tài)混合管。目前常用靜態(tài)混合管，拋棄式使用，便于維護和更換，使用方便。根據(jù)膠材料特性和流量選擇合適的靜態(tài)混合管節(jié)數(shù)和長度。

雙組份膠材料采用A、B組分混合的方式，混合比的控制精度和計量系統(tǒng)的精度，都會影響涂膠品質(zhì)。

5 結(jié)論

隨著國家政策引導(dǎo)，國民環(huán)保意識增強，電動汽車產(chǎn)品正走入千家萬戶。電動汽車要在市場上占據(jù)重要地位，必然要在續(xù)航里程、環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命、購置成本等方面能夠追趕超越燃油車，這也給電池包技術(shù)發(fā)展帶來更高挑戰(zhàn)。粘接、密封作為電池包工藝重要組成部分，膠材料的特性直接影響電池包的質(zhì)量和環(huán)保NVH。雙組份膠材料具有快速固化、環(huán)保無污染的特性在電池包自動涂膠中廣泛應(yīng)用。