周亞民,彭 敏,彭小蘭
(東莞理工學(xué)院化學(xué)工程與能源技術(shù)學(xué)院,廣東 東莞 523808)
來(lái)源:聚酯工業(yè)
2024年7月第37卷第4期
隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展,動(dòng)力電池組的封裝工藝和導(dǎo)熱材料選擇已成為核心技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵議題。 本文對(duì)動(dòng)力電池組封裝的要求和挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入分析,探討了導(dǎo)熱材料在動(dòng)力電池組封裝中的關(guān)鍵作用,并對(duì)導(dǎo)熱聚氨酯膠的性能評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了闡述,并對(duì)導(dǎo)熱聚氨酯膠的制備工藝及其工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了詳細(xì)解析,并探討了這些工藝參數(shù)如何影響導(dǎo)熱聚氨酯膠的性能。 同時(shí),深入討論了導(dǎo)熱聚氨酯膠在動(dòng)力電池組封裝中的應(yīng)用性能,通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)的細(xì)致研究,可以為動(dòng)力電池組的高效封裝和性能提升提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo),推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。
動(dòng)力電池組封裝;導(dǎo)熱材料;導(dǎo)熱聚氨酯膠
聚 氨酯材料 因 其 具有 彈 性 模 量好 、 保 光 性 佳 、 高 黏附力 等 特點(diǎn) 而 廣 泛 應(yīng) 用 于 紡 織 、 服裝 、 木 器 、 皮革 和 印 刷 等 行業(yè) [ 1 3 ] 。 在 紡 織 制 品 領(lǐng) 域 , 水 性 聚 氨酯分散體主要應(yīng)用 于染 色助 劑 、 印 花粘合劑 、 防 皺整 理劑 、 抗靜 電 整理劑 、 拒水拒油 整 理劑 、 免燙 整 理劑 和 羊 毛織 物 防氈 縮整理 。
近年來(lái) , 隨著 物質(zhì)生 活 的 日 益 豐 富 , 人們對(duì)紡 織 品 也有 不 同 的 個(gè)性需求 。 圍 繞水性 聚 氨酯在紡織 品 領(lǐng)域 的 應(yīng)用 , 研究人員 對(duì) 聚 氨酯材料開(kāi)展 了 不 同 的 改性研究 [ 4 8 ] 。 唐 賢 材 [ 9 ] 以 聚 酯 二元 醇 和 聚 醚 二 元 醇為軟 段 , 異 佛 爾 酮 二 異 氰 酸 酯 ( I PDI ) 為 硬 段 , 羥丙基硅油 為 改性劑 制 備水性 聚 氨酯 , 研究表 明 加 入 3 % 的 羥丙基硅 油 能 大 幅 提 高 涂 層 織 物 的 防 水 能力 , 且 織 物 手 感 滑 爽 、 柔 順 ; 陳 炳 基 [ 1 ° ] 在 紡 織 面料鞋材 的 應(yīng)用 中 , 加 入蓖 麻 油 改性 的 水性 聚 氨 酯后 其紡 織 涂 層 的 耐 水 和 力 學(xué) 性 能 得 到 很 大 的 提 高 ; 王傳李[ 1 1 ] 以 水 性 聚 氨 酯 與 丙 烯 酸 酯 化 學(xué) 鍵 結(jié) 合 的 形式 制 備無(wú)氟拒水劑 , 其在整理織 物耐淋水等 級(jí)為 4 級(jí) , 靜態(tài)水 接 觸 角 最 高 為 1 5 0 ° , 斷裂 強(qiáng) 度 、 透氣率和 透 濕率得 到 提 高 ; 樊 高 晴 [ 1 2 ] 用 生 物 基 多 元 醇蓖麻 油 ( C O ) 替 代 石 油 基二元 醇 合 成 水 性 聚 氨酯 , 并 用 甲 基 丙 烯 酸 異 冰 片 酯 ( I B O M A ) 進(jìn) 行 共 聚 改性 , 制 得用 于 印 花 的 粘合劑 , 進(jìn) 而改善紡織 制 品 的 著色 效 果 ; 張 孟 等 [ 1 3 ] 以 聚 乙 二 醇單 甲 醚- b - 聚 甲 基丙烯酸 乂 盡二 甲 基 氨 基 乙 酯 為 分散 劑 , 制 備 了 正方形 B i O C l 晶 體 , 并 以 該 晶 體 為 珠 光 顏 料 , 水 性 聚 氨 酯 作 黏合 劑 , 制 得 了 珠 光 印 花 涂 層 , 其 涂 層 透 濕 率 > 5 5 0 0 g / ( m 2 . d ) , 透 氣 率 在 1 5  ̄ 24 mm/ s 之 間 , 耐 洗 和 耐 摩 擦 色 牢 度 達(dá) 到 4 級(jí) 及 以 上 ; 李楚璇等 [ 1 4 ] 以 1〇1 5 5 0 改性水性 聚氨酯乳液 , 研 究發(fā)現(xiàn)該樹(shù)脂 的 凍 融 穩(wěn)定性 、 儲(chǔ)存穩(wěn) 定性 、 離 心 穩(wěn) 定性和稀釋穩(wěn)定性依然較好 , 耐水性能得到 提高 。
以 下 研究 以 市售 有 機(jī)硅助 劑 ( LPW 7 3 3 ) 為 改 性劑 、 用 丙酮法 合 成 水 性 有 機(jī)硅 改性 聚 氨 酯 樹(shù)脂 , 并用 儀器對(duì) 自 制 樹(shù)脂進(jìn) 行表征 、 測(cè) 試 , 并在紡織 品 上進(jìn) 行應(yīng)用 測(cè) 試 。
1. 1 動(dòng)力電池組封裝的要求和挑戰(zhàn)
動(dòng)力電池組封裝要求涵蓋了多個(gè)維度,以確保電池在復(fù)雜且嚴(yán)苛的使用環(huán)境中保持性能穩(wěn)定,并可以安全運(yùn)行。 首先,封裝材料需要具備優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性和耐油性,能夠抵御各類電解液和其他化學(xué)品的侵蝕。 其次,封裝材料需要具備極好的耐高低溫性能,能夠在極端溫度下保持良好的力學(xué)性能,防止因熱脹冷縮導(dǎo)致尺寸變化或結(jié)構(gòu)失效。 再次,封裝設(shè)計(jì)需要確保電池內(nèi)部組件不受水分影響,同時(shí)還需要滿足阻燃環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),以降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),減少對(duì)環(huán)境的危害。 最后,封裝材料需要有優(yōu)異的抗介電性能, 確保電池在高壓工作狀態(tài)下的安全性[1]
1. 2 導(dǎo)熱材料在動(dòng)力電池組封裝中的作用
封裝設(shè)計(jì)不僅要求保證電池模塊的力學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性和防護(hù)性,還必須兼顧高效的熱管理性能,以確保電池組運(yùn)行的安全與壽命。 導(dǎo)熱材料如導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱灌封膠、散熱石墨膜等被廣泛應(yīng)用在新能源汽車動(dòng)力電池包中,其能夠有效填充電池單體之間的空隙,傳導(dǎo)并分散電池工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量,防止局部過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生,進(jìn)而維持電池系統(tǒng)的溫度均衡。 此外,針對(duì)不同的散熱方式(例如液冷、風(fēng)冷或相變冷卻系統(tǒng)),選用適宜的導(dǎo)熱材料可增強(qiáng)散熱效果,提高電池系統(tǒng)的整體能效,并有助
于延長(zhǎng)電池使用壽命,提升電動(dòng)汽車的續(xù)航能力及安全性。
2. 1 熱導(dǎo)率測(cè)試方法
按照 ASTM D5470 進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試時(shí),可能需要在多個(gè)厚度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,并通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)消除邊界效應(yīng),從而得到不受接觸熱阻影響的實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)。
2. 2 力學(xué)性能測(cè)試方法
拉伸性能測(cè)試:采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(UniversalTesting Machine, UTM)進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及彈性模量的測(cè)定。 按照《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》 (GB / T 528—2009)或其他適用的標(biāo)準(zhǔn),將試樣裁剪成標(biāo)準(zhǔn)尺寸后,在恒定速度下進(jìn)行拉伸直至破壞,記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)。
剪切性能測(cè)試:通過(guò)專用的剪切強(qiáng)度測(cè)試儀評(píng)估聚氨酯膠的剪切強(qiáng)度,確保在承受剪切載荷時(shí)仍能保持良好的黏接效果。 按照《膠粘劑 剪切強(qiáng)度的測(cè)定(剛性材料對(duì)剛性材料)》 (GB / T 7124—2008)
或其他針對(duì)導(dǎo)熱膠黏劑的特定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
硬度測(cè)試:使用邵氏硬度計(jì)(如邵爾 A 型或 D型硬度計(jì)),按照《塑料 負(fù)荷變形溫度的測(cè)定》(GB /T 2411—2008)或相應(yīng)硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量聚氨酯膠的硬度值。
2. 3 化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試方法
耐熱老化測(cè)試:按照《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》 (GB / T 7141—2008),將樣品置于恒定高溫環(huán)境中一定時(shí)間后,通過(guò)觀察外觀變化、硬度變化、導(dǎo)熱系數(shù)衰減以及通過(guò) FTIR光譜分析、TG 熱重分析、DSC 差示掃描量熱法等手段檢測(cè)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化,以評(píng)估材料的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。
耐濕熱測(cè)試:按照《電氣絕緣材料 濕熱條件下抗電強(qiáng)度和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗(yàn)方法》(GB/ T 29415—2013),模擬濕熱環(huán)境對(duì)膠體的影響試驗(yàn),考察其吸濕性、體積電阻率、介電常數(shù)及介質(zhì)損耗角正切等參數(shù)的變化,從而評(píng)估其在潮濕條件下的化學(xué)穩(wěn)定性。
3. 1 聚氨酯膠合成工藝
A 組分:主要包含聚醚多元醇(例如,化學(xué)式為HO⁃(CH2CH2O) n⁃H),其中 n 代表聚合度。 此外,為了提高導(dǎo)熱性能,會(huì)添加特定比例的改性蓖麻油以及其他導(dǎo)熱填料(如金屬氧化物、碳基材料等,例如 Al 2O3 或石墨烯等,這些填料具有較高的熱導(dǎo)率),以及少量白炭黑(SiO2 )作為補(bǔ)強(qiáng)劑。
B 組分:主要由多異氰酸酯(如甲苯二異氰酸酯TDI 或二苯基甲烷二異氰酸酯 MDI,化學(xué)式分別為C6H5NCO 與( NCO)2 ⁃C6H4 ⁃C6H4 ⁃NCO) 構(gòu)成,并可能含有催化劑和其他助劑來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)速度和最終產(chǎn)品的性能[3]。
制備過(guò)程中,在嚴(yán)格控制兩組分比例的條件下,混合并發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),生成脲鍵(⁃NH⁃CO⁃O⁃) 和縮二脲結(jié)構(gòu)(⁃NH⁃CO⁃NH⁃CO⁃),形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氨酯彈性體,確保良好的導(dǎo)熱性能。 工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)如表 1 所示。
3. 2 導(dǎo)熱材料添加工藝及比例優(yōu)化
導(dǎo)熱聚氨酯膠黏劑的制備工藝涉及對(duì)多種原材料的選擇和配比優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性和導(dǎo)熱性。 在制作過(guò)程中,關(guān)鍵步驟包括異氰酸酯與多元醇的化學(xué)反應(yīng)以及導(dǎo)熱填料的添加與分散。 例如,在一項(xiàng)公開(kāi)的專利技術(shù)中,導(dǎo)熱聚氨酯膠黏劑的制備采用了雙組分體系,其中A 組分包含聚醚多元醇(如:HO⁃(CH2CH2O) n⁃H)、改性蓖麻油以及其他助劑,并加入一定比例的導(dǎo)熱填料如氧化鋁,按質(zhì)量百分比計(jì)可達(dá) 20% ~ 67% ,同時(shí)可能還添加少量白炭黑(SiO2 )作為補(bǔ)強(qiáng)填料。 B 組分則通常含有異氰酸酯基團(tuán)的化合物,例如異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI,結(jié)構(gòu)式為 HN = C = O⁃C6H11NCO⁃)。 在制備過(guò)程中,兩組分按照特定的比例混合,并且通過(guò)精確控制溫度、攪拌速度和真空脫氣等工藝參數(shù)確保膠黏劑性的穩(wěn)定及導(dǎo)熱性能的最大化。
為了進(jìn)一步優(yōu)化導(dǎo)熱材料的添加工藝及比例,可通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)篩選和改進(jìn)實(shí)驗(yàn),分析不同導(dǎo)熱填料種類(如金屬氧化物、碳基填料等)、粒徑分布、填充量等因素對(duì)最終產(chǎn)品性能的影響。 國(guó)家規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(例如《電子工業(yè)用灌封及密封材料技術(shù)條件》等相關(guān)文件)也可能會(huì)對(duì)導(dǎo)熱聚氨酯膠的性能指標(biāo)提出具體要求,從而指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的調(diào)整。
3. 3 工藝參數(shù)對(duì)導(dǎo)熱聚氨酯膠性能的影響
在導(dǎo)熱聚氨酯膠的制備工藝中,工藝參數(shù)的選擇與控制對(duì)最終產(chǎn)品的性能表現(xiàn)具有決定性影響。例如,通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物多元醇(如:HO⁃(R'O)⁃OH)與異氰酸酯(如:R⁃N = C = O)的比例,可以改變聚氨酯鏈段結(jié)構(gòu),從而影響其力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能;反應(yīng)溫度是另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),在適宜條件下(如 60 ~ 80℃ ),能有效促進(jìn)聚氨酯預(yù)聚體(⁃NCO 端基與⁃OH端基)的有效縮合,合成出分子量適中的聚合物,直接影響膠黏劑的黏度和固化速度。
4. 1 導(dǎo)熱聚氨酯膠在動(dòng)力電池組封裝中的應(yīng)用性能評(píng)價(jià)
在動(dòng)力電池組封裝技術(shù)中,導(dǎo)熱聚氨酯膠作為一種關(guān)鍵的黏接與密封材料,其應(yīng)用性能研究對(duì)于提升電池組的安全性、穩(wěn)定性及效能至關(guān)重要。 聚氨酯(PU)因其特殊的分子結(jié)構(gòu),可通過(guò)化學(xué)改性實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性能,如添加特定填料如金屬氧化物等來(lái)提高其熱傳導(dǎo)效率。 這種導(dǎo)熱聚氨酯膠不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能,能夠有效抵抗振動(dòng)和沖擊,確保電芯之間的穩(wěn)定連接和整體結(jié)構(gòu)的牢固性,而且還具備良好的絕緣性能以及對(duì)溫度變化的高度適應(yīng)性[4]
4. 2 導(dǎo)熱聚氨酯膠封裝動(dòng)力電池組的熱管理效果
在新能源汽車動(dòng)力電池組封裝技術(shù)中,導(dǎo)熱聚氨酯膠因其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能而受到廣泛關(guān)注。 聚氨酯作為一類高性能聚合物材料,在電池封裝領(lǐng)域的應(yīng)用研究中展現(xiàn)出了卓越的綜合優(yōu)勢(shì)。 當(dāng)應(yīng)用于動(dòng)力電池組封裝時(shí),導(dǎo)熱聚氨酯膠能夠有效提升電池系統(tǒng)的熱管理效果。 導(dǎo)熱聚氨酯膠內(nèi)含特定填料如金屬氧化物或碳基材料(如石墨烯、碳纖維),增強(qiáng)了其導(dǎo)熱性能,能夠在電池充放電過(guò)程中,迅速將內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至散熱系統(tǒng),從而防止局部過(guò)熱,確保電池工作溫度維持在安全范圍內(nèi),延長(zhǎng)電池使用壽命,并提高整體能效。 通過(guò)精心設(shè)計(jì)和制備的雙組分或多組分聚氨酯體系,不僅可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的力學(xué)性能以滿足抗震、絕緣以及密封需求,還能優(yōu)化傳熱路徑,確保動(dòng)力電池組在復(fù)雜工況下的穩(wěn)定性和可靠性。
4. 3 導(dǎo)熱聚氨酯膠封裝動(dòng)力電池組的安全性能分析
在動(dòng)力電池組封裝技術(shù)中,導(dǎo)熱聚氨酯膠因其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。 在動(dòng)力電池組的應(yīng)用中,導(dǎo)熱聚氨酯膠不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電芯間的高效黏接與固定,還能夠有效傳導(dǎo)電池工作過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量,從而提升電池系統(tǒng)的散熱效能,防止局部過(guò)熱導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。
綜 上所述,動(dòng)力電池組封裝是新能源汽車技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要領(lǐng)域,對(duì)材料的性能要求極為嚴(yán)苛。 導(dǎo)熱聚氨酯膠作為動(dòng)力電池組封裝中的重要材料,在保證電池組穩(wěn)定性能、熱管理效果和安全性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 通過(guò)對(duì)導(dǎo)熱聚氨酯膠的性能評(píng)價(jià)方法、制備工藝參數(shù)的優(yōu)化以及應(yīng)用性能研究的探討,有助于更好地理解和應(yīng)用這一材料,推動(dòng)動(dòng)力電池組封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步。
本站所有信息與內(nèi)容,版權(quán)歸原作者所有。網(wǎng)站中部分新聞、文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)或會(huì)員供稿,如讀者對(duì)作品版權(quán)有疑議,請(qǐng)及時(shí)與我們聯(lián)系,電話:025-85303363 QQ:2402955403。文章僅代表作者本人的觀點(diǎn),與本網(wǎng)站立場(chǎng)無(wú)關(guān)。轉(zhuǎn)載本站的內(nèi)容,請(qǐng)務(wù)必注明"來(lái)源:林中祥膠粘劑技術(shù)信息網(wǎng)(www.www.cnmindian.com)".
更多
©2015 南京愛(ài)德福信息科技有限公司 蘇ICP備10201337 | 技術(shù)支持:建站100