胶粘剂在汽车生产中应用广泛。汽车用胶粘剂是一种起连接作用的物质,应用于同种或异种材料之间,起连接、固定、减振、吸能或密封的作用。在汽车制造中,良好的粘接技术的使用可以提高驾乘的舒适性,降低噪音、减震、轻量化、降低能耗、简化工艺,提高产品质量,因此,胶粘剂在车辆设计、制造中起到了不可替代的作用。汽车用胶粘剂可以分为汽车车体用胶粘剂、汽车运行系统用胶粘剂、汽车动力系统用胶粘剂以及汽车修理用胶粘剂。其中汽车车体用胶粘剂主要用于汽车车体结构的粘接部位包括车身、顶棚、车门和座椅等的粘接和密封,可分为汽车车身用胶粘剂、汽车内饰用胶粘剂、汽车顶棚灯具用胶粘剂、汽车车体结构用密封胶粘剂、电焊密封胶。汽车运行系统的粘接主要包括摩擦片和离合片的粘接。汽车动力系统的粘接部位主要包括螺杆和螺栓的紧固和密封,气缸垫片的密封。随着汽车向环保节能、安全舒适、轻量化、低成本、长寿命和无公害方向发展的需求,新型高品质汽车胶粘剂的开发和应用必将愈来愈重要。
据吉利汽车研究院(宁波)有限公司发布的《汽车用胶粘剂的轻量化技术研究》文中介绍,粘接是汽车制造的关键工艺技术, 胶粘剂单车用量达 15 kg 以上。
图1:传统汽车用胶粘剂示意图
图2:汽车用胶粘剂的分类
新能源汽车比传统汽车使用更多的胶粘剂。根据中国胶粘剂和胶粘带工业协会发布的《中国胶粘剂和胶粘带行业现状及发展趋势》,新能源汽车动力电池组装单车用胶量(PACK 密封、结构导热、结构粘接、BMS防护、电芯粘接、电池灌封、螺纹锁固、壳体粘接等)将达到约 5 公斤,单车约 500-1000 元人民币的销售额,同时汽车电子用胶也将是重点关注对象,新能源汽车需求的快速增长将为胶粘剂行业带来新的发展机遇。
图3:电池模组用胶粘剂示意图
图4:电池包用胶粘剂示意图
胶粘剂在动力电池上的四大作用:(1)为动力电池提供防护效果;(2)实现安全可靠的轻量化设计;(3)热管理;(4)帮助电池应对更复杂的使用环境。新能源汽车用的 CTP 结构电池包,在设计上省却或大幅省去中间模组部件,转而使用大量胶来连接固定电芯。这些胶类的应用主要有两大需求点:第一类为结构胶,即以结构粘接为主,兼顾一定的导热作用;第二类为导热胶,即以导热粘接为主,胶粘剂应用的目的是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。结构胶是指应用于受力结构件胶接场合,能承受较大动负荷、静负荷并能长期使用的胶粘剂。代替螺栓、铆钉或焊接等形式用来接合金属、塑料、玻璃、木材等的 结构部件,属于长时间经受大载荷、而性能仍可信赖的胶粘剂。导热胶主要用于完成电芯与电芯之间,以及电芯与液冷管之间的热传导,胶的具体使用形式包括垫片、灌封、填充等。
中国汽车用胶粘剂年需求量有望达 65.25 万吨。根据《汽车胶粘剂密封胶及其应用技术的发展》文中数据,轿车每车用胶约 20kg、微型车约 5 kg、中型车约 16kg、重型车约 22kg,结合吉利汽车研究院提及的胶粘剂单车用量达 15 kg 以上数据,我们假设传统汽车单车用胶粘剂为 20 kg。根据中国胶粘剂和胶粘带工业协会发布的《中国胶粘剂和胶粘带行业现状及发展趋势》,新能源汽车动力电池组装单车用胶量将达到约 5公斤,我们假设新能源汽车单车用胶粘剂为 25 kg。据此计算,2022 年我国汽车胶粘剂需求量约为 56.75万吨,2025 年有望提升至 65.25 万吨,市场空间十分广阔。
表2:中国汽车用胶粘剂需求测算
新能源汽车电池的用胶点解析
新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电动汽车、其他新能源汽车等。
其工作原理:蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶(Road)。
动力电池是新能源汽车的“心脏”,而胶粘剂是实现“心脏”持久动力的“肌膜组织”。其中新能源汽车所用的蓄电池是锂电池,车用锂电池对新能源汽车的发展与普及,至关重要。
目前车用锂电池主要有以下三种结构:软包型、和方型。下面,就来简单介绍有机硅胶粘剂在车用锂电池的用胶点。
动力电池组装用胶点解析
软装电池组装用胶解析
圆柱形电池组装用胶解析
方形电池组装用胶解析
以上为车用锂电池的主要用胶点。一款好的胶黏剂对新能源汽车的安全性如防撞防震、阻燃、导热、防水等方面是至关重要的。
胶粘剂在动力电池上的四大作用:
1.为动力电池提供防护效果;
2.实现安全可靠的轻量化设计;
3.热管理;
4.帮助电池应对更复杂的使用环境。
PART 1/软装电池组装用胶
电芯与电芯之间的粘接——结构粘接
基材:铝板和外包PET膜
要求:粘接定位,导热,与PET膜和铝板粘接性好
解决方案:拜高BEGIONR双组份聚氨酯结构胶BEPU5110、BESIL9550单组份有机硅胶、BESIL8130双组份硅胶
PART 2/圆柱形电池组装用胶
1. 导电片与模组壳体的粘接
基材:PC片和镍片/铝片 镍片/铝片和ABS/PC
要求:粘接定位,耐温-40℃~85℃ 快速定位;
推荐产品:双组分丙烯酸结构胶、耐高温热熔胶
2. 电芯灌封
要求:导热,固定电芯,减震,阻燃,增加安全性,低密度
3. 圆柱形电池底部的粘接固定
应用:线束隔离板,焊点位置保护胶
要求:阻燃,低气味,对铜/铝/PVC/PP/硅胶材料无腐蚀性,尽可能快速固化
4. 圆柱电池支架固定
性能要求:耐老化性能优异,柔韧性能好
PART 3/方形电池组装用胶
1. 壳体粘接
基材:铝合金壳体/铝塑膜包覆Pp/铝材/PC;
要求:快速定位,基材间粘接良好;
2. PA
要求:两基材之间的粘接强度在5MPa以上,耐振动,在-40℃~85℃的温度范围内,耐冲击性好。操作时间控制在30-40分钟内;
3. 底板与电芯之间的导热
要求:环保,具有触变性,导热性好,室温下能快速固;
PART 4/汽车动力电池其他用胶
1. 电池的螺纹锁固
要求:能满足要求的振动,机械冲击,跌落,翻转,模拟碰撞等测试。
2. 铭牌粘接
基材:大部分是铝合金和表面经过处理的钢铁件。
要求:耐振动,胶层有韧性,初粘力强,胶黏剂具有一定的触变性,对基材粘接力好。
在汽车使用量越来越大的今天,新能源电动汽车是解决能源、环境、城市交通等问题的一个新趋势,也是未来汽车产业发展的一个主要方向。
如今,新能源汽车的发展主要以电池为主要能源供给驱动。动力电池相当于传统燃油车的发动机,是新能源汽车的“心脏”,胶粘剂是保证“心脏”持久动力的“肌膜”。 在新能源汽车中,电池部件属于整个新能源汽车的核心部件。 对新能源汽车的发展和普及至关重要。这对动力电池安装中胶粘剂的使用提出了更严格的要求。
在锂离子动力电池及系统的生产中,胶粘剂有着广泛的应用。如电池PACK的粘接和封装、BMS电池管理系统模块的封装、OBC/DC-DC车载充电部件的导热和封装、充电设备的导热和防护等,以下将对新能源汽车动力电池用胶及应用进行详细的介绍。
近年来,在电动汽车轻量化、长续航的趋势压力下,CTP结构应运而生。CTP结构电池组在设计上大大节省了中间模块组件,增加了电池组的体积/重量能量密度,进一步延长了车辆的续驶里程。这种CTP结构的电池组一般需要大量的胶粘剂来连接和固定电芯,几乎无法使用传统的机械连接方式。
这些胶粘剂的应用主要有两个类型:一是结构胶,以结构粘接为主,同时考虑到一定的导热性;二是导热胶,它主要是基于导热性,将电芯产生的热量导出到外部散热组件,以实现部分热管理功能,同时它还能兼顾结构粘接的要求。
结构胶
结构胶是指用于承受强力结构性粘接的胶粘剂。它强度高、能承受较大荷载,且具有耐老化、耐疲劳、耐腐蚀、耐冲击、施工简便、在预期寿命内性能稳定等特点。
结构胶主要用于电芯与电芯之间的结构粘接,起到可靠连接和固定的作用,和原来模组结构的机械连接相比,对强度、柔韧性、耐老化、阻燃绝缘和导热性能都提出了更高的要求。
Ancham动力电池包结构胶主要有聚氨酯结构胶、丙烯酸结构胶、环氧结构胶、UV胶和PUR热熔胶等,根据不同的需求选择合适的产品和方案。
导热胶
导热胶专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产,能够填充缝隙,完成发热部位与散热部位间的热传递,同时还起到绝缘、减震、密封等作用。主要用于完成电芯与电芯之间、电芯与液冷管之间的热传导。应用形式包括垫片、灌封、填充等。
Ancham动力电池包导热胶主要有导热硅凝胶、导热灌封硅胶、聚氨酯导热结构胶等,根据不同的使用场景提供合适的胶粘剂解决方案。
新能源汽车电池的用胶点:
◎电芯与电芯之间的结构粘接;
◎导电片与模组壳体的粘接;
◎电芯灌封;
◎圆柱形电池底部的粘接固定;
◎圆柱电池支架固定;
◎底板与电芯之间的导热;
◎电池的螺纹锁固。
胶粘剂在动力电池上的作用:
◎为动力电池提供防护效果;
◎实现安全可靠的轻量化设计;
◎热管理;
◎帮助电池应对更复杂的使用环境。
总结:CTP和刀片电池技术的应用,增加了胶粘剂的要求和用量,然而值得注意的是,在新能源汽车蓬勃发展的同时,安全问题一直困扰着新能源汽车行业的发展,电池以及整个新能源汽车的安全是一个与时俱进的严重问题,在电池包和电池系统方面,对胶粘剂等关键原材料进行深入研究与开发,建立完整的系统评估体系,对于提高动力电池的能量密度、安全性、循环寿命和轻量化至关重要,对整个行业的技术进步和安全升级具有非常重要的现实意义。