專（zhuān）注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（chún）電、混合動力電動汽車為主，新能源汽車的（de）核心（xīn）部（bù）件——動（dòng）力電池也在快速發展變化，新能（néng）源汽車動力（lì）電（diàn）池結構（gòu）膠的應用逐漸（jiàn）得到重視。
一（yī）、動力（lì）電池的發展變化
在電動汽（qì）車發展（zhǎn）的前幾年，動力電池是由數個或數十個電芯（包括圓柱形電芯、方形電芯及軟包（bāo）電芯）組裝成模組，再由數個模組組裝固定於PACK殼體中，形成汽車（chē）動力電池包。
這種結構由於有模組的存在，機械連接（jiē）固定都比較方便，結構膠的應用並不十分必要。近些年，由於電動汽（qì）車輕量化及長行駛裏程（chéng）的趨勢壓力，CTP結（jié）構應運而生。CTP結構提升了電池（chí）包的體積/重量能量密度，進一（yī）步延長了（le）車輛續駛裏程。CTP結構是指動力電池包是由（yóu）電芯（xīn）（特別是方形（xíng）電（diàn）芯）直接組裝到PACK殼體中（zhōng）（celltopack），這種結構省卻（què）或大（dà）幅度減少了中間模組（zǔ）部件，大大減輕了電池包的整體（tǐ）質量，直接（jiē）為電動汽車的輕量化和續（xù）駛裏程做出了貢獻（xiàn）。這種CTP結構的電池包，一般需要（yào）大量使用膠（jiāo）粘劑來連接固定電芯，而無法使用傳（chuán）統的機械連接方式。
二、CTP結構對膠（jiāo）粘劑的要求
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（gòu）膠有兩大類現實需求：第一類就（jiù）是以結構粘接為主，兼顧一定的導熱作用；第二類就是以導熱粘接為主，膠粘劑應用的（de）目的是將電芯工作時產生的熱量（liàng）導出（chū）到（dào）外部的散熱部件，實現熱管理的部分（fèn）功能作用，兼顧結構粘接要求。
針對以上內容，研泰化學膠（jiāo）粘劑（jì）應用工程師暫且主要探討第一類結構粘接的具體性能要求。這一（yī）類的結構（gòu）膠（jiāo）粘劑必須（xū）起到（dào）把電芯與PACK殼體可靠（kào）連接、固定的作（zuò）用，代替原來模組結構的機械（xiè）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（dù）要求
由於整體PACK以及內部結構的可靠性、穩固性來自於（yú）結構膠的粘接（jiē）連接，代替了原有的機械連接方（fāng）式，因此結構膠的（de）粘接強度及本體強度就要求有（yǒu）比較高的指標，一般來說（shuō）8MPa以上，甚至更高的強度（dù）是（shì）很有必要的。這樣高強度（dù）的結構膠應用於方形電芯的側（cè）麵或底麵，根據電芯從尺寸及外形不同，一（yī）般粘接（jiē）麵積可以達（dá）到3000mm2以（yǐ）上，單個（gè）電芯粘接力可達24000N以上，有（yǒu）的特殊形狀的方形電芯可以讓粘接麵積達到17000mm2，理論上單（dān）個電芯粘（zhān）接力（lì）甚至可以達到136000N以上，較好地滿足電芯直接穩固固定在PACK殼體內的要求。結構（gòu）膠的強度衡（héng）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（jié）構膠本身的較高的拉伸強度以及更大（dà）的粘接麵積，還要有對粘接材質的適應（yīng）性，以及考慮被粘接材質（zhì）的本體強度。
那麽（me）CTP結構的動力電池結構膠適用於哪些（xiē）材質呢（ne）？首先看一（yī）看方形電芯（xīn）的材質：方形電池的殼體（tǐ）一般使用3003鋁合金。為了使電芯外殼具有絕緣性，大部分電（diàn）芯生產廠商（shāng）采（cǎi）用PET薄（báo）膜包覆或半包覆方形電池的外殼，見下圖示例：
方形電芯一般采用 PET 藍膜包（bāo）覆
還有一種是采用絕緣粉末（mò）塗料（噴粉）的方式在電芯外殼塗覆一層絕緣塗層，見下圖（tú）示例：
絕緣粉末（mò）塗層（céng）電芯殼體
這兩（liǎng）種（zhǒng）電芯的表麵材質以及相對應的PACK殼體或絕（jué）緣（yuán）膜就（jiù）是結構膠粘接的對象：PET（又稱藍膜）、噴粉塗層（環氧（yǎng）或其他樹脂）及3003鋁合金。結構膠必須對這幾種材質具有良好的粘接（jiē）性（xìng）能。
由於PET藍膜一般采（cǎi）用壓敏膠背膠的方式將PET藍膜（mó）包（bāo）覆在電芯殼體外，或（huò）者采用熱縮方式套在電芯殼體上，那麽結構膠對（duì）於PET藍膜（一般要經過等（děng）離子或火焰預處理）的粘接要能夠（gòu）保證粘接強度大於PET藍膜的（de）背膠與電芯鋁合金殼體（tǐ）的粘接或者能夠達到PET藍膜破壞（huài）的強度。對於3003鋁合金以及噴粉塗層的粘接，要（yào）能夠達（dá）到破壞時的內聚破壞，換句話說就是粘（zhān）接膠（jiāo）層的破壞，而不是粘（zhān）接（jiē）膠層與（yǔ）鋁合金或噴粉塗層的界麵脫開。
3）彈性（或柔韌（rèn）性）要求
動力（lì）電池PACK裝載於汽車上，行（háng）駛中難免會受到顛簸、衝擊及振動等，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（xìng）不僅取決於（yú）粘接強（qiáng）度，在受到衝擊振（zhèn）動時，粘接膠層的柔韌性更（gèng）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：斷裂伸長率是指（zhǐ）膠粘（zhān）劑（jì）本（běn）體在（zài）拉伸後斷裂時的伸（shēn）長長度（dù）與拉伸前長度的比值，用百（bǎi）分率表示。這一技術（shù）指標表征的是膠（jiāo）粘劑本體在（zài）受到外力作用時能夠（gòu）承（chéng）受的受力變形能力，更（gèng）高的斷裂伸長率意味（wèi）著可以抵禦更大的受力變形。斷裂（liè）伸長率達到100%，甚至≥150%就是這一期望的具體體（tǐ）現。
二是彈性模量（liàng）（儲能模量）：這是（shì）反映材料（liào）抵抗（kàng）彈性變形能（néng）力的指標，表征了材料（liào）存儲彈性變形能量的能力，單位是MPa，是應力（lì）與應變（biàn）的比值，其值越大，使材料發生一定彈性變形的應力也（yě）越大。
對於動力電池（chí）的電芯（xīn）粘接可靠性，往（wǎng）往需要進行有限元分析，計算機模擬分析時一個重要（yào）的輸入（rù）指標是模量（或泊鬆比）。因此，模量就是一（yī）個非常重要的指標。儲能模量的測試（shì）采用動態熱機械分析儀（DMA）較為準確。在CTP結構膠的工程應用中，低模量是更期望的特性。結合第一點的強度要求，低模量與高強度是有一定的相互克製的。有公司及一些（xiē）標準儲能模量（常溫）要求低於800MPa，甚至個別的結構膠要求低於300MPa。
4）耐老化要（yào）求
汽車的長期可靠運行的基本要求，傳遞到動力電池，CTP結構（gòu）中結構膠的耐老化特性同樣重要。對於膠粘劑（jì）來說，耐老化特性可以通過冷熱（rè）循環和濕（shī）熱老化測試來考察。可以參照GB/T7124的相關規定測試。
耐冷熱（rè）循環測試不同的汽車廠家或標準有不同要（yào）求，老化條件參考汽車常用的耐老化測試方法，可以在-40～80℃（或90℃）高低溫交變循環，單次循環模式見下圖，循（xún）環（huán）次數可以由電池包設計及膠粘劑供應商雙方商定。
冷熱循環圖
耐濕熱老化，一般是“雙85”（85℃，85%相對濕度）條件下，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（néng）要（yào）求
結構膠應用於動力電池，作為汽車動力電池材料的一部分，阻燃性是（shì）基本（běn）的要求。阻燃測試考（kǎo）慮其（qí）應用環境，采用鋁—膠—鋁三明治結構膠層厚（hòu）度0.5mm進行測試，要（yào）求達到V0級。可以按照GB/T2408的規（guī）定（dìng）進行測試。
6）電氣絕緣性能要求
結構膠直接應用於電芯粘接，絕緣性（xìng）也（yě）是基本要求，介電強度要大於10kV/mm；體積電阻率要大於1×1012Ω.cm。可以（yǐ）參照GB/T1408的相關規定（dìng）測試。
7）導熱性能
對於高強度低（dī）模量（liàng）的結構（gòu）粘接膠，一般不（bú）考察（chá）其導（dǎo）熱特性。
在動（dòng）力電池PACK係統中，熱管理是非常重要的一個子係統，電芯的熱量需要能夠（gòu）及時（shí）散發出去，保證電池在最佳工作溫度範圍內，這時需要專門的導熱材（cái）料（如導熱（rè）膠）發揮這個作用，它的（de）主體作用與www.5555香蕉.com前麵探討的結構膠是不一樣的，它重點考察的是導熱性能。當然，結構膠有一定的導熱（rè）能力是更（gèng）好的，對以結構粘接為主要訴求的結（jié）構膠的導熱係數能夠在0.2W/(m·K)以上（shàng），能夠起到一定的導熱散熱功（gōng）效［空氣的導熱係數約為0.0267W/(m·K)］。
8）振動台（tái）架測試
用於CTP結構電芯粘接用高強度低模量結構膠，是（shì）否滿足新能源汽車的正常行駛要求，還是需要對整體（tǐ）電池包進行振動台架（jià）測試，滿足耐衝擊振動要求，可以參照《GB/T31467.3電動汽車用鋰離（lí）子動力蓄電池包和係統第3部分：安全性要求與測試方法》。
四、CTP結構動（dòng）力電池組裝用結構膠的工藝性能要求
工程膠粘劑（jì）是一門應用科（kē）學，結（jié）構（gòu）膠是應用在動力電池（chí）PACK的總裝工（gōng）藝過（guò）程中，其應用工藝的重要性不言而喻。CTP結構的動力電池PACK特（tè）點是電（diàn）芯（xīn）尺寸加大或特異（yì）形狀，取消了中間模組或大（dà）幅度減少，其組裝過程是由電芯直接組裝粘接到（dào）PACK殼（ké）體：粘接用膠量相對較大，塗膠膠線走（zǒu）線相對（duì）較長；粘接合（hé）攏時（shí）間依據自動化程度有所差異；組（zǔ）裝粘接完成的動力電（diàn）池PACK，由於體積較大，搬（bān）運相對困難；汽車行業的特點（diǎn）是生（shēng）產批量（liàng）大、節拍快。結構膠要適應以上裝配（pèi）及結構特點（diǎn），其工藝性能具體要求可以體（tǐ）現在以下幾個方麵：
1）可操作時間要求
一般來說可操（cāo）作時間是指膠粘劑施膠後保持粘性，不影響粘接效果的時間。對（duì）於雙組分結構膠，A/B組分混合後就開始反應，一定時間後混合後的膠粘劑會失去粘（zhān）性，粘接就會出現浸潤不好等潛在失效可能，這（zhè）一段時間可以認為是可操作時間。
由於動力電池PACK部件以及電芯尺（chǐ）寸都比較大，需要塗膠裝（zhuāng）配零部件較多，在膠（jiāo）粘（zhān）劑塗敷後到部（bù）件合攏粘接（jiē）裝配的時間是裝配工（gōng）藝節拍和設備能力等決定的（de），那麽結構膠的（de）可操作時間就要考（kǎo）慮從A/B組（zǔ）分混合後（如果是雙組（zǔ）分的（de））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（pèi）工藝（yì）節拍的不同、自動（dòng）化程度不同，以及後續固化方式的不同（tóng）等（děng），對應結構膠的可（kě）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（jiào）短，可（kě）能（néng）會要求≥5min，甚至更（gèng）短；如果是裝配節（jiē）拍（pāi）相（xiàng）對慢一些且裝配線考慮塗膠裝（zhuāng）配後的（de）加溫固化，則可（kě）操作時間可以（yǐ）要求更（gèng）長，甚至要（yào）求≥40min。
2）初固時間（固化速度或達（dá）到定位強度時（shí）間）要求
膠粘劑（jì）的固化特性是隨著時間推移（或加溫等其他（tā）措施），其強度逐漸是上升的。結合動力電池PACK粘接組裝工藝及後續工藝，粘接後的（de）電池電芯具有一定的結構（gòu）強度後更方便後（hòu）續（xù）裝配工藝的實施，因此（cǐ）結構膠的初固時間（固化速度或（huò）達（dá）到定位強度（dù）時間）也是非常重要的工藝性能指（zhǐ）標。
根據PACK裝配工藝、工裝及設備設計不同，粘接後的（de）固化工藝有常溫固化（huà）和加（jiā）溫固化兩種方式。為保證組（zǔ）裝效率，常溫固化的結構膠一般要（yào）求盡可能短時間內達到能夠搬運（yùn）等（děng）定位強度（約0.5MPa），這一要求與充分的可操作時間有一定矛盾。因此，達到定位強（qiáng）度的初固時間一般在30～60min。加溫固化的結構膠可以兼顧（gù）長可操作時間與快速定位初固的要求，初（chū）固時間在70～80℃條件下15～20min，達到0.5MPa的定位強度。後固化可在80℃、4h時（shí）達（dá）到8MPa以上的強度（dù）或基本完全固化。加（jiā）溫固化的裝配線需要配置（zhì）加溫設備。
3）觸變性及粘度要求
動力電池PACK電（diàn）芯粘接（jiē）組裝（zhuāng）過程中，電芯被拿取、定位和塗膠等工藝動作，以及塗膠完成後的組裝粘接工藝（yì）動作，很有可能需要翻轉，塗膠位置也有可（kě）能是垂直立麵。這要求塗敷在電芯或PACK殼體（或保（bǎo）護層）上的結構膠不能流淌，塗敷的膠粘劑膠線需要保持（chí）塗敷的形狀，以保證組裝粘接的過程（chéng）可（kě）靠穩定。因此，良好的觸變性是（shì）結構膠必須的工藝性能，以保證塗敷的膠粘劑形（xíng）狀穩定，立（lì）麵不流（liú）淌。
同時，由於動力電池PACK尺寸都比較大，組（zǔ）裝過程（chéng）中的塗膠機器手操作半徑範圍也大，有的可達2m以上，再加上塗膠工序場（chǎng）地、電芯上裝（zhuāng）工位以及結構膠（jiāo）膠（jiāo）桶定位工位的實際距離考（kǎo）慮，結構膠的輸（shū）膠管路長度都比較長，可能達到（dào）5～10m，因此結構膠的粘度不宜太高，以便於順暢打膠，A/B組分混合後的粘度（dù）不宜超過60000cps。否則就需要非常高的輸送壓力，也可（kě）能造成出（chū）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（bú）宜相差太大，以保證穩定的混合效果。
4）混合比例要求
一般動力電（diàn）池的結構膠是雙組分的，混合均勻後的（de）膠粘劑才能夠發（fā）揮其性能，對於A/B組分的混合比例,雖（suī）然不是強製性要求，但是（shì）考（kǎo）慮到混合的穩定（dìng）性（xìng），實際工程應用中還（hái）是A/B組分的比例差別不大的情況下，更能（néng）夠保證混合均勻及穩定。A/B組（zǔ）分1：1或（huò）2：1或4：1的混（hún）合比例，有利於塗膠機（jī）比較穩定、精確地混合，也有利於粘接質量的穩定保證。
綜上所述，動力電（diàn）池CTP結構膠從應（yīng）用角度來看，基本性（xìng）能要求具有良（liáng）好的材質適應性、高強度低模量、良好的耐候性以及阻燃（rán）絕緣環保等基礎性能。配合動力電池的組裝工藝過程，在操作時間、初固定位時間、觸變性和混合比例方麵有一些工程性（xìng）的工藝（yì）性能要求。
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