动力电池包制造之结构胶

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在动力电池包的生产过程中，通常会使用到两种性能的胶水：一种是以导热性为主的导热胶，另一种是防止电芯间相互滑移的结构胶。本文将主要针对结构胶进行介绍。
对动力电池包CTP 结构，一般将电芯（特别是方形电芯）直接组装到PACK 壳体中（cell to pack），能大幅度减少中间模组部件，减轻电池包整体质量，有利于电动汽车的轻量化和提高续驶里程。该结构无法使用传统的机械连接方式，一般需要大量使用结构胶来连接固定电芯。常用的动力电池包结构胶主要有聚氨酯结构胶、丙烯酸结构胶、硅胶、环氧结构胶、UV胶 和耐高温热熔胶，根据其不同的特点分别应用于不同的场景。


结构胶以黏结强度为主要指标，同时考虑粘接材质适应性、阻燃等级、耐老化性、导热性、电气绝缘性能以及影响生产节拍的固化时间等性能。
黏结强度
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，一般来说8MPa以上的强度是很有必要的。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3000mm2以上，单个电芯粘接力可达24000N以上，有的特殊形状的方形电芯可以让粘接面积达到17000mm2，理论上单个电芯粘接力甚至可以达到136000N 以上，较好地满足电芯直接稳固固定在PACK 壳体内的要求。
粘接材质的适应性：
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？首先看一看方形电芯的材质：方形电池的壳体一般使用3003 铝合金。为了使电芯外壳具有绝缘性，大部分电芯生产厂商采用PET 薄膜包覆或半包覆方形电池的外壳，还有一种是采用绝缘粉末涂料（喷粉）的方式在电芯外壳涂覆一层绝缘涂层。这两种电芯的表面材质以及相对应的PACK 壳体或绝缘膜就是结构胶粘接的对象：PET（又称蓝膜）、喷粉涂层（环氧或其他树脂）及3003 铝合金。结构胶必须对这几种材质具有良好的粘接性能。由于PET 蓝膜一般采用压敏胶背胶的方式将PET 蓝膜包覆在电芯壳体外，或者采用热缩方式套在电芯壳体上，那么结构胶对于PET蓝膜（一般要经过等离子或火焰预处理）的粘接要能够保证粘接强度大于PET蓝膜的背胶与电芯铝合金壳体的粘接或者能够达到PET蓝膜破坏的强度。


对于3003 铝合金以及喷粉涂层的粘接，要能够达到破坏时的内聚破坏，换句话说就是粘接胶层的破坏，而不是粘接胶层与铝合金或喷粉涂层的界面脱开。
阻燃性能要求
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。阻燃测试考虑其应用环境，采用铝—胶—铝三明治结构胶层厚度0.5mm进行测试，要求达到V0级。可以按照GB/T 2408的规定进行测试。
耐老化要求
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。对于胶粘剂来说，耐老化特性可以通过冷热循环和湿热老化测试来考察。可以参照GB/T7124 的相关规定测试。
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。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，保证电池在最佳工作温度范围内，这时需要专门的导热材料（如导热胶）发挥这个作用，它的主体作用与我们前面探讨的结构胶是不一样的，它重点考察的是导热性能。当然，结构胶有一定的导热能力是更好的，对以结构粘接为主要诉求的结构胶的导热系数能够在0.2W/(m·K) 以上，能够起到一定的导热散热功效（空气的导热系数约为0.0267W/(m·K)）。
电气绝缘性能要求
结构胶直接应用于电芯粘接，绝缘性也是基本要求，介电强度要大于10 kV/mm；体积电阻率要大于1×1012Ω.cm。可以参照GB/T 1408的相关规定测试。
固化时间
固化时间（也称表干时间）对生产的影响非常大，主要是对生产节拍的影响。比如一款胶的表干时间是10min，另一款胶的表干时间是30min，假如胶要表干之后才能正常流拉，那么两款胶水对生产节拍的影响差距就非常大了。

当前新能源汽车用胶市场仍旧被以汉高，3M为首的外企所主导，但随着国内新能源市场的全球市占率不断提高，在动力电池有着关键作用的胶粘剂的国产化已经是大势所趋，目前，国内如回天，鹿山等知名胶粘剂企业的多个产品也已经导入多家下游企业