双组份胶粘剂在金属防腐型新能源汽车动力电池中的应用

余冬梅

（武汉德宝装备股份有限公，湖北 武汉 430000）

2018年，新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆，比上年同期分别增长59.9%和61.7%。其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆，比上年同期分别增长47.9%和50.8%；插电式混合动力汽车产销分别完成28.3万辆和27.1万辆，比上年同期分别增长122%和118%；燃料电池汽车产销均完成1527辆。

对于电动汽车来说，其一个核心部分就是电动汽车电池，其生产装配质量直接影响新能源汽车的性能。如：特斯拉汽车的动力电池是来自松下的三元锂电池；雪佛兰Bolt的动力电池为LG化学提供铝塑膜软包三元锂电池；宝马i3采用三星SDI的三元锂电池；比亚迪E6采用了比亚迪自主研发的磷酸铁锂电池[1，2]。

图1 软包电芯模组常用工艺流程图

从流程图中可以看出：电芯成组装配和Park组装是动力电池生产线中的重要环节。这两个环节中都涉及到胶水粘接，粘接的质量直接影响到动力电池的导热性能、耐老化强度和使用寿命。胶水在模组线的应用，一种用途是固定电芯，主要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标；另一种用途是把电芯和模组的热量通过导热胶传递出去，主要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等指标。胶水在Pack组装中的应用，主要是箱盖与箱体的密封安装，在安装时，注意不要损坏密封条，若是密封胶，需要等胶固化后才能安装。箱体与箱盖的紧固，一般通过螺丝来压紧密封条，使密封条产生合理的压缩变形，以达到良好的密封效果[3，4]。

1 双组份胶材料特性

双组份胶粘剂具备以下特性：

①胶材料由A、B组分组成，其中A为主剂，B为固化剂（催化剂）；两者分开包装、储存；使用时混合涂胶，达到粘接效果。

②具有快速固化特性。加热可加速固化速度，在自动化生产节拍要求高的场合应用广泛。

③双组份胶材料一般属中低粘度范围的胶材料。涂胶系统压损小。

④双组份胶材料混合反应后会释放热量。

动力电池在胶水选择和打胶工艺方面，需要考虑3点：

1）胶水的安全环保性能：尽量选择无毒无异味的胶水，不但可以保护操作者，也可以保护使用者，还能更好地保护环境，也是新能源发展的目标。

2）胶水的表干时间：为了提高生产效率，一般希望胶水的表干时间越短越好。但实际生产中遇到突发情况，需要操作员处理，时间过短会造成设备堵塞、胶水浪费的风险；严重的可能导致停线。一般表干时间控制在15-30min较合理。

3）胶水的用量：主要由产品和工艺确定。涂胶时注意胶量的控制，避免溢胶影响其他工序。

由于电池生产线节拍快，单组份胶材料需要高温烘烤才能完全快速固化，很难满足产线需求。双组份由于其具有快速固化的特性，广泛应用于动力电池粘接行业。

2 双组份胶材料在组合电芯、侧板中的应用

电芯之间相互粘结成组，目的是将电芯组成一个稳定的模块；电芯之间需要绝缘，加热后有一定的弹性。选用结构胶使电芯之间有很好的粘接效果；选用导热胶，使电芯热量很好的传递，防止电芯过热。

电芯组外围粘合，目的使电池组具有重放电、通讯功能；必须绝缘、自动化程度要求较高，电池与侧板连接精度要求较高。选用导热结构胶，使模组热量快速消散，同时保证电芯与侧板粘接稳固。

双组份涂胶工艺要求：

①涂胶量满足工艺要求，一般涂胶量0.5-4ml；

②计量精度：A胶胶量精度±5%，CMK≥1.67；

B胶胶量精度±5%，CMK≥1.67；

AB胶混合总胶量精度±5%，CMK≥1.67；

AB混合比例精度±5%，CMK≥1.67；

③涂胶轨迹：按实际工艺调整，厚度均匀；

④具备胶水不足报警功能；

⑤B组分胶材料是湿气固化型，可以有效防护B组分胶水结晶；

⑥24小时连续生产，实现自动换胶不停线；

⑦实现柔性化生产，在线修改涂胶量及涂胶速度；

⑧设备参数实时上传至产线总控系统。

针对双组份胶材料特性，涂胶系统采用双组份供料装置；A、B组分分别供料。供料系统，选用20L压盘泵供料。由于聚氨酯胶材料可能含有气泡，影响后续计量精度，进而影响混合精度。采用压力罐中转的方式，其中一个压力罐搅拌、抽真空脱泡；考虑到B组分胶材料是湿气固化型，填充氮气的方式隔绝空气。

另一只压力罐储存输送。在中转罐上布置液位传感器，实时监测液位高度，设置高液位报警，供胶泵停止供料；设置低液位报警，给信号给供胶泵开始供料。保证涂胶精度、混合精度，采用定量缸计量系统，根据工艺要求满足涂胶轨迹需求。

3 双组份胶材料在箱体底部中的应用

箱体底部整面涂胶，或者根据电芯模组规划区域涂胶；要求具备导热功能，涂胶必须均匀，胶水具备减震功能。一般选用导热硅胶均匀涂覆在模组底部区域，导热减震。

箱体底部自动涂胶工艺要求：①Park箱体底部覆盖涂胶，填充模组与底板之间的间隙；高流量连续出胶，涂胶量较大，涂胶量满足工艺要求，一般涂胶量1-3l；②胶量和比例精度±5%，CMK≥1.67；混合后恒定的涂胶量，在线监控流量；③胶材料采用200L供料；④涂胶轨迹：按实际工艺调整，厚度均匀；⑤具备胶水不足报警功能；⑥24小时连续生产，实现自动换胶不停线；⑦实现柔性化生产，在线修改涂胶量及涂胶速度；⑧设备参数实时上传至产线总控系统。

动力电池底板上涂双组份导热硅胶。双组分导热硅胶特点：A、B组分均属于中高粘度（200000-400000cps）、高填料（80%氧化铝，颗粒≤100um）、触变性好；涂胶量需求：1-3L；胶量和比例精度±5%，CMK≥1.67。A、B胶采用双泵切换供料，保证换胶不停机操作。由于涂胶量较大，选用连续计量装置对A、B胶进行精确计量。

4 项目应用注意事项

①胶材料粘度＜80Pa.s时，可采用压力罐供料的形式；胶材料粘度＞80Pa.s时，采用压盘胶泵供料的形式。双组份聚氨酯胶易产生气泡，设计供料系统时注意真空脱泡。②胶材料含有湿气固化成分时，采用压力罐供料，要配置真空泵、充氮气的方式防止湿气固化型。在选用输送胶管时要考虑这个因素，一般选用防止湿气固化的专用胶管，例如特氟龙胶管。③双组份胶材料混合后固化较快，要定期排胶。双组份导热硅胶含有固体颗粒，选用涂胶设备时，注意选用耐磨材质。④双组分混合管有静态混合管和动态混合管。目前常用静态混合管，抛弃式使用，便于维护和更换，使用方便。根据胶材料特性和流量选择合适的静态混合管节数和长度。

双组份胶材料采用A、B组分混合的方式，混合比的控制精度和计量系统的精度，都会影响涂胶品质。

5 结论

随着国家政策引导，国民环保意识增强，电动汽车产品正走入千家万户。电动汽车要在市场上占据重要地位，必然要在续航里程、环境适应性、使用寿命、购置成本等方面能够追赶超越燃油车，这也给电池包技术发展带来更高挑战。粘接、密封作为电池包工艺重要组成部分，胶材料的特性直接影响电池包的质量和环保NVH。双组份胶材料具有快速固化、环保无污染的特性在电池包自动涂胶中广泛应用。