專注（zhù）於膠粘劑的研發製造
隨著新能源汽車的快速發展，其中又以純電、混合動力電動汽車為主，新（xīn）能源汽車的核心部件（jiàn）——動力電池也在快速發展變化，新能源汽車動力電池結構膠的應用逐漸（jiàn）得到重視。
一、動力電池的發展變化
在電動汽車發展的前幾年（nián），動力（lì）電池是由數（shù）個或數十個電芯（包括圓柱形電芯、方形電芯及軟包電芯）組裝成模組，再由（yóu）數個模組組裝固（gù）定於PACK殼體中，形成汽車動力電池包。
這種結構由於有模組的存在，機械連接固定都（dōu）比較方便，結構膠的應用並不十分必要。近些年，由於（yú）電動汽車輕量化及長行駛裏程的趨勢壓力，CTP結（jié）構應運而生。CTP結構提升了電池包的體積/重量能量密度，進一步延長了車輛（liàng）續駛裏程。CTP結構是指動力電池包是由電芯（特別是方形電芯）直接組（zǔ）裝（zhuāng）到PACK殼體中（celltopack），這種結構省卻或大幅度減少了中間模組部件，大大減輕（qīng）了電池包的整體（tǐ）質量，直接（jiē）為電動汽車的輕量化和續駛裏程做出（chū）了貢獻。這種CTP結構（gòu）的電池（chí）包，一般需要大量使用膠粘（zhān）劑來連接固定電（diàn）芯，而無法使用傳統的機（jī）械連接方（fāng）式。
二、CTP結構（gòu）對膠粘（zhān）劑的要求
膠粘劑在動力電池CTP結構中的作用是非常重要的，用於動力電池CTP結構膠有（yǒu）兩大（dà）類（lèi）現實（shí）需求：第一類就是（shì）以結構粘接為主，兼顧一（yī）定的導熱作用；第二類就是以導熱粘（zhān）接為主，膠粘劑（jì）應用的目的是將電芯工作時產生（shēng）的熱量導出到外（wài）部的散熱部件，實現熱管理（lǐ）的部（bù）分功能作用，兼顧結構粘接要求。
針對以上內容，研泰化學膠粘劑應用工程師暫且主要探討（tǎo）第一類結構粘接的具體性（xìng）能要求。這（zhè）一類的結構膠粘劑必須起（qǐ）到把電芯與PACK殼體可靠連接、固定的作用，代替原來模組結構的機械連接。
三、CTP結構動力電池組裝用結構膠的最終性能要求
1）強度要求
由於整體PACK以及（jí）內部結構的可靠性、穩固性來自於結（jié）構膠的粘接連接，代替了原有的機械連接方式，因（yīn）此（cǐ）結構膠的粘接強度及本體強度就要（yào）求有比較高的指標，一般來說8MPa以上，甚至更（gèng）高的（de）強度是很（hěn）有必要（yào）的。這（zhè）樣（yàng）高強度的結構膠應用於方形電芯的側麵或（huò）底麵（miàn），根據電芯從尺寸及（jí）外形不（bú）同，一般粘接麵積可（kě）以達到3000mm2以上，單個電芯粘接力可達24000N以上，有的特殊形狀的方形電芯可以讓粘接麵積（jī）達到（dào）17000mm2，理論上單個電芯粘接力甚至可（kě）以達到136000N以上，較好地（dì）滿足電芯直接穩固固定在PACK殼體內的要求。結構膠的強度衡量可以是對接拉伸強度或者是搭接拉剪強度。
2）粘接材質的適應性：PET膜、3003鋁合金
要想使電芯獲得高的固定粘接力，不僅要有結構膠本身的較高的拉伸強度以及更大的粘接麵積，還要有對粘（zhān）接材質的適應性，以及考慮被粘接材質的本體強度。
那麽CTP結構的動力電池結構膠適（shì）用於哪些材質呢？首先看一看方形電芯（xīn）的材質：方形電池的（de）殼體一般使用3003鋁合金（jīn）。為了使電芯外殼具有絕緣性，大部分電芯生產廠（chǎng）商采用PET薄膜包覆或半包覆方形電（diàn）池的外殼，見下圖示例：
方形電（diàn）芯一般采用 PET 藍膜包覆
還有一種是采用絕緣粉末塗料（噴粉）的方式在電芯外殼塗覆一（yī）層（céng）絕緣塗層，見（jiàn）下圖示例：
絕緣粉末塗層電芯殼體
這兩種電芯的表麵材質以及（jí）相對（duì）應的PACK殼體（tǐ）或絕緣膜就是結構（gòu）膠粘接的對象：PET（又稱藍膜）、噴粉塗層（環氧或其他樹脂）及3003鋁合金。結構膠必須對這幾種材質具（jù）有良（liáng）好的粘接性能。
由於PET藍膜一般（bān）采用壓（yā）敏膠背膠的方式將（jiāng）PET藍膜包覆在電芯殼體外，或者采用熱（rè）縮方式（shì）套在電芯殼體上，那麽（me）結構膠對於PET藍膜（一般（bān）要經過（guò）等離子或火焰預處理）的粘接（jiē）要能夠保證粘接強度大於PET藍膜的背膠與電芯鋁合金殼體的粘接或者能夠（gòu）達到PET藍膜破壞的強度（dù）。對於3003鋁合金以及噴粉塗層的粘接，要（yào）能夠達到破壞時的內聚破壞，換句（jù）話說就是粘接膠層的破壞，而不是粘接膠層與鋁合金或噴粉塗層的界麵脫開。
3）彈性（或柔韌性）要求
動力電池PACK裝載於汽車上，行駛中難免會（huì）受到顛簸、衝擊（jī）及（jí）振動等，電芯的固定粘接也要承受擠壓、剝離、彎曲和疲勞等各種力的考驗。粘接可靠性不（bú）僅取決（jué）於粘接強度，在受到衝（chōng）擊振動時，粘（zhān）接膠層的柔韌性更重要。結構膠的柔韌性可以從兩個方麵來考察。
一是斷裂伸長率：斷裂伸長率是（shì）指膠粘劑（jì）本體在拉伸後斷裂時的伸長長（zhǎng）度與拉伸前長度的比值，用百分率表示。這（zhè）一技術指標表征的是膠粘劑（jì）本體在受到外（wài）力作用時能（néng）夠（gòu）承受的受（shòu）力變形能力（lì），更高的斷裂伸長（zhǎng）率意味著可以抵禦更大的受力變形。斷裂（liè）伸長率達到100%，甚（shèn）至≥150%就是這一期望的具體體現。
二是彈性（xìng）模量（儲能模量）：這是反映（yìng）材料抵（dǐ）抗彈性變形能力的指（zhǐ）標，表征了材料存儲彈（dàn）性變形能量的能（néng）力，單位是MPa，是應力與應變的（de）比值，其值越大，使材料發生一定彈（dàn）性變形的應力也（yě）越大。
對（duì）於動力電池的電芯（xīn）粘接可靠性（xìng），往往需要進行有限元分析，計算機模擬（nǐ）分析時一個重要的輸入指標是模量（或泊鬆比）。因此，模量就是一個非（fēi）常重要的指標。儲能模量的測試采用動態（tài）熱機械分析儀（DMA）較為準確。在CTP結構膠的工程應用中，低（dī）模量是更期望的特性。結合第（dì）一（yī）點的強度（dù）要求（qiú），低模量與高強（qiáng）度是有一（yī）定的相互克製的。有（yǒu）公（gōng）司及一些標（biāo）準儲能模量（常溫）要求低於800MPa，甚至個別的結構膠（jiāo）要求低於300MPa。
4）耐老化要求
汽車的長期可靠運行的基本要求，傳遞到動（dòng）力電池，CTP結構中結（jié）構膠的耐老化特（tè）性（xìng）同樣重要。對於膠粘劑來說（shuō），耐（nài）老化特性可以通（tōng）過冷熱循環和濕（shī）熱老化測試來考察。可以參照GB/T7124的相關規定（dìng）測試。
耐冷熱循環測試（shì）不同的汽車廠家或標準有不同要求，老化（huà）條件參考汽車常用的（de）耐老化測試方法，可以在-40～80℃（或90℃）高（gāo）低（dī）溫（wēn）交變循環，單次循環模式見下圖，循環次數可以由（yóu）電池包設計及膠粘劑供應（yīng）商雙方商定。
冷（lěng）熱循（xún）環圖
耐濕熱老化，一般（bān）是“雙85”（85℃，85%相對濕度）條（tiáo）件（jiàn）下，1000h老化。耐老化後的性能指標與初始指標進行比對，不小於70%。
5）阻燃性能要求
結構（gòu）膠應用於動力（lì）電池，作為汽車動力（lì）電池材料的一部分，阻燃性是基本的要求。阻燃測試考慮其應用環境，采用鋁（lǚ）—膠—鋁三明治結構（gòu）膠層厚度0.5mm進（jìn）行測試（shì），要求達到（dào）V0級。可以（yǐ）按照GB/T2408的規定進行測試。
6）電氣絕緣性能要求
結構膠直（zhí）接應用於（yú）電芯粘接，絕緣性（xìng）也是基本要求，介電強度要大於10kV/mm；體積（jī）電阻率要大於1×1012Ω.cm。可以參照GB/T1408的相關規定測試。
7）導熱性能
對於高（gāo）強度低模量的結（jié）構粘接膠，一般不考察（chá）其導熱（rè）特性。
在（zài）動力電池PACK係統中，熱管（guǎn）理是非常重要的一個子係統，電芯（xīn）的熱量需要能夠及時散發（fā）出去，保證電池在最佳工作溫度範圍內，這（zhè）時需要專門的導熱材料（如（rú）導（dǎo）熱膠）發（fā）揮這個作用，它的（de）主體作用與我（wǒ）們（men）前麵探討的（de）結構膠是不一（yī）樣的，它（tā）重點考察的是導熱（rè）性能。當然，結構膠有一定的導熱能力是更好（hǎo）的，對（duì）以結構粘接為主要訴求的結構膠的導熱係數能夠（gòu）在0.2W/(m·K)以上，能夠起到一定的導熱散（sàn）熱（rè）功效（xiào）［空氣的導熱係數約為0.0267W/(m·K)］。
8）振（zhèn）動台架測試
用於CTP結構（gòu）電（diàn）芯粘（zhān）接用高強度低模量結構膠，是否滿足新能源汽車的正常（cháng）行駛要求，還是需要對整（zhěng）體電池包進行振動台架（jià）測試，滿足耐衝擊振動要（yào）求，可以參照《GB/T31467.3電動汽車用鋰（lǐ）離（lí）子動力蓄電池包（bāo）和係統第3部（bù）分：安全性要求與測試方法》。
四、CTP結構動力電池組裝用結構膠的工藝性能要求
工程膠粘劑是一門應用科學，結構膠是（shì）應用（yòng）在動力電池PACK的總裝工藝過程中，其應用工藝的重要（yào）性不言而喻（yù）。CTP結構的動力電池PACK特點是電芯尺寸加大或特異形狀，取消了中間模組或大幅度（dù）減少，其（qí）組裝過程是由電芯直接組（zǔ）裝粘接到PACK殼體：粘接用膠量相對較（jiào）大，塗膠膠線走（zǒu）線相對較長；粘接（jiē）合攏時間依據（jù）自動化（huà）程度有所差異；組裝粘（zhān）接完成的動力電池PACK，由於體積較大，搬運相對困難；汽車行業的特點（diǎn）是生產（chǎn）批量大、節拍（pāi）快。結構膠要適應以上裝配及結構特點，其工藝性能具體要求可以體現在以下幾個方麵：
1）可（kě）操作（zuò）時間要求
一般來說（shuō）可（kě）操作時間是指膠粘劑施（shī）膠後保持粘性（xìng），不影響粘接效果的時間。對於雙組分結構膠，A/B組分混合後就（jiù）開始反應，一定時間後混合後的膠粘（zhān）劑會失去粘性，粘接就會出現（xiàn）浸潤不好等潛在失效可能，這一段時間可（kě）以認為是可操作時間。
由於動力電池PACK部件以及電（diàn）芯尺寸都比較大，需要塗膠（jiāo）裝配（pèi）零部件較多，在膠粘劑塗敷後到部件合攏粘接裝配的時間是（shì）裝配工藝節拍和設備能力等決定的，那麽結構膠的可操作時間就要考慮從A/B組分混合後（如果（guǒ）是雙組分的）到粘接部件的合攏裝配、工裝夾具定位的時間間隔（gé），並留出足夠的安全係數。
裝配工藝節拍的不同、自動化（huà）程度不同，以及後續固化方式的不同（tóng）等，對（duì）應結構膠的可操作時間也會不同。如果是快節拍裝配，常溫後固化，則可操作時間要求比較短（duǎn），可能會要求≥5min，甚至更短；如果是裝配節拍相對慢一些且裝配線考慮塗膠裝配後（hòu）的加溫固（gù）化，則可操作時間可以要求更長，甚至（zhì）要求≥40min。
2）初（chū）固時間（固化速度或達到定位強度時間）要求
膠粘劑的固化特性是隨著（zhe）時間推移（或加溫等其他措施），其強度逐漸是上升的。結合動力電池PACK粘（zhān）接組裝（zhuāng）工藝及後續工藝，粘接後的電池電芯（xīn）具（jù）有一定的結構強（qiáng）度後更方便後續裝配（pèi）工藝的（de）實施，因此結構（gòu）膠的初固時間（固化速度或達到定位強度時（shí）間）也是非常重要的工藝性能（néng）指標。
根據PACK裝配工藝、工裝及設備設計不同，粘（zhān）接後的固化工藝有（yǒu）常溫固化和加溫（wēn）固（gù）化兩（liǎng）種方式。為保證組裝效率（lǜ），常溫固化的結構膠一般要求盡可能短時間內達到能夠搬運等定位強度（約0.5MPa），這一要求與充分的可操作時（shí）間有一定矛盾。因此，達到定（dìng）位強度的初固時間一（yī）般在30～60min。加溫固化的結構膠可以兼顧長可操作時間與快速定位初（chū）固的要求，初固時間在（zài）70～80℃條件（jiàn）下15～20min，達到0.5MPa的定位強度。後固化（huà）可在（zài）80℃、4h時達到8MPa以（yǐ）上的強（qiáng）度或基本（běn）完全（quán）固化。加溫固化的裝配線需要配置加溫設備。
3）觸變性及粘度要（yào）求
動力電池PACK電芯粘接（jiē）組裝過程中，電芯被拿取、定位和塗膠等工藝動作，以及塗膠（jiāo）完成後的組裝粘接工藝動（dòng）作，很有可能需要翻轉，塗膠位置也有可能是垂直立麵。這（zhè）要求塗敷在電芯或PACK殼體（或保護（hù）層）上的結構膠（jiāo）不能流淌，塗敷的膠粘劑膠線需要保持塗敷的形狀（zhuàng），以保證組裝粘接的（de）過（guò）程可（kě）靠穩定。因此，良好的觸變性是結構膠必須的工藝性能，以保證塗敷的膠粘劑形狀穩定，立（lì）麵不流淌。
同時，由於動力電池PACK尺寸都比較大，組裝過程中（zhōng）的（de）塗膠機器手操作半徑範圍也大，有的可達2m以上，再（zài）加上塗膠工序場地、電芯上裝工位以及結構膠膠（jiāo）桶定位工位的實際距離考慮（lǜ），結構膠的輸膠管路長度都比較長，可能達到5～10m，因此結構膠（jiāo）的粘度不宜太高，以便於順暢打膠，A/B組分混合後的（de）粘度不宜超過60000cps。否則（zé）就需要非常高的輸送壓（yā）力，也可能造成（chéng）出膠速率低，影響塗膠效率、整體裝配效率。另外，A/B組分的結構膠，兩組分的粘度也不宜相差太大（dà），以保證穩定的混合效果。
4）混合比例要求
一般動力電池的結構膠是雙組分的，混合均勻後的膠粘（zhān）劑才能（néng）夠發揮其性能，對於A/B組分的混合（hé）比例,雖然不是強（qiáng）製（zhì）性要求，但是考慮到混合的（de）穩（wěn）定性，實際工程應用（yòng）中還是A/B組分的比例差別不大的情況下（xià），更能夠保證混合均勻及穩定。A/B組（zǔ）分（fèn）1：1或（huò）2：1或4：1的混合比例，有利於塗膠機比較（jiào）穩定、精確地混合，也有利（lì）於粘接質量的穩定保證。
綜上所述，動力電池（chí）CTP結構（gòu）膠從應用角度來看，基本性能要求（qiú）具有良好的材（cái）質適應性、高強（qiáng）度低模量、良好的耐候性以及阻燃絕緣環保等基礎性能。配合動（dòng）力（lì）電（diàn）池（chí）的組裝工藝過（guò）程，在操作時間、初固定（dìng）位（wèi）時（shí）間、觸變性和（hé）混合比例方麵有（yǒu）一（yī）些工程性的工（gōng）藝性能要求（qiú）。
研泰化學技術有（yǒu）限公司深入動力電池粘接應用研究，研發（fā）生產的動力電池結構膠產品，具有更高的強度更低的模量，完全貼合了新能（néng）源汽車的應用環境以及組裝工藝（yì）要求，可以根據裝配（pèi）工藝常溫（wēn）固化或高溫加（jiā）熱固化，讓CTP結（jié）構的動力電池PACK組裝更多選（xuǎn）擇。研泰化學專業解（jiě）決電子膠粘（zhān）難題，為您提供1V1解決方案（àn），敬候垂詢。
