實現汽車輕量化的主要手段有應用輕質新材料、優化車身結構設計、引入先進制造工藝等。
那么,新材料是如何從電池系統上來助力新能源汽車輕量化呢?
一、何謂有機硅灌封膠
有機硅灌封膠具有良好的耐高低溫、耐候、耐腐蝕性,廣泛應用于電子電器的封裝領域。但是,純有機硅灌封膠本身導熱性差、易燃(極限氧指數為18%左右),所以需要通過添加導熱填料和無機阻燃劑來獲得較好的導熱性和阻燃性。目前,常用的導熱填料有氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、硅微粉等。
室溫硫化硅橡膠或有機硅凝膠用于電子電氣元件的灌封,可以起到防潮、防塵、防腐蝕、防震的作用,并提高使用性能和穩定參數,而且其在硫化前是液體,便于灌注,使用方便。
應用有機硅凝膠進行灌封時,不放出低分子,無應力收縮,可深層硫化,無任何腐蝕,硫化后成透明彈性體,對膠層里所封裝的元器件清晰可見,可以用針刺到里面逐個測量元件參數,便于檢測與返修。室溫硫化的泡沫硅橡膠用于電子計算機內存儲器磁芯板,經震動、沖擊、冷熱交變等多項測試完全符合要求。
加成型室溫硫化硅橡膠的基礎上制得的耐燃灌封膠,用于電視機高壓帽及高壓電纜包皮等制品的模制非常有效。對于不需要進行密閉封裝或不便進行浸漬和灌封保護時,可采用單組分室溫硫化硅橡膠作為表面涂覆保護材料。一般電子元器件的表面保護涂覆均用室溫硫化硅橡膠,用加成型有機硅凝膠進行內涂覆。
整個電池板由多個鋰電池組成單體電池包,電池包組成電池組,再由電池組構成電池板。汽車在高速運行中由于顛簸,電池的內部晃動比較厲害,并且電池工作時會釋放大量熱。所以灌封膠需要解決電池間連接和散熱的問題,必須具備減震、粘接固定、絕緣、阻燃的特性。
二、有機硅灌封膠如何助力汽車輕量化
1. 新能源汽車電池系統的結構如下:
為滿足以上的要求,行業引入了導熱、阻燃有機硅灌封膠。
2. 有機硅灌封膠在新能源汽車電池中的作用
有機硅灌封膠材料本身具有很多極性官能團,能與電池外殼塑料、電池外殼鋁件表面的極性基團相互作用,從而起到粘接、固定作用。并且有機硅灌封膠固化后具較好的彈性,從而滿足減震要求。
另外,有機硅灌封膠通過添加導熱劑和阻燃劑可獲得良好的導熱和阻燃性能,有效為電池組及電芯散熱,改善電池工作溫度;并且保護電池內部關鍵電子器件、電芯和母線,避免電涌和電池起火的危險,解決散熱和阻燃問題。
3. 有機硅導熱灌封膠如何助力汽車輕量化
據統計,一輛家庭用的新能源汽車中電池板的重量約150-400kg,有機硅導熱灌封膠的使用量約20-50kg?,F階段常用的有機硅灌封膠均采用氧化鋁、硅微粉等作導熱填料,膠比重通常在1.8-2.2g/cm3。其性能要求是:導熱系數0.4-0.8W/m*K,阻燃達到UL94 V-0或V-1,并具有良好的流動性。
如果將膠的比重降至1.6g/cm3以下,則同等填充體積下,膠的重量減少10-30%。以50kg灌封膠用量計算,則可降低5-15kg。“5-15kg”的重量從新材料的使用及結構設計、工藝方面來說,對汽車輕量化具有重要意義。
以奧迪TT的輕量化發展為例:奧迪TT二代比一代減重30kg,三代又在二代基礎上繼續減17kg,減重依賴于鋁合金材質的使用。鋁合金的使用占了35.8%,鋼占比21.6%。但是,鎂鋁合金的使用使汽車每減重1公斤約增加成本130元,碳纖維增強復合材料每減重一公斤增加成本超過180元;突破鋼和鋁的連接,需要很多先進的連接工藝來支持鋼鋁混合車身的制造,同時必須滿足各方面的性能要求。而通過降低硅膠的比重實現汽車輕量化幾乎不會增加成本。由此可見,通過降低有機硅灌封膠的比重對汽車輕量化的發展非常有意義。
三、如何降低有機硅灌封膠的比重
市場上的有機硅灌封膠多以氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅等作為導熱填料,這些傳統材料難以在保證導熱性能的情況下有效降低比重。而硅鋁酸鹽(xAl2O3·ySiO2·zH2O)的出現則打破了這種壁壘,其不僅擁有良好的導熱性能,還由于其自身富含羥基,所以粉體的比重更低。并且在燃燒過程中,其可以釋放結晶水,所以它又具備了一個重要的特性——阻燃性。
目前這種材料的制備技術是被本土公司所掌握。該公司的相關產品也已經批量化生產。系列產品分別針對于比重1.6g/cm3、1.4g/cm3、1.2g/cm3灌封膠產品研發,導熱率可實現0.4-0.6W/M*K,均可達到UL94 V-0。
由上述低比重導熱粉體制備的灌封膠比重比常規產品低10%-30%,可有效減輕新能源汽車電池包重量,從而助力汽車輕量化。