有机硅灌封胶如何助力新能源汽车轻量化

发表时间:2016-10-24 08:42来源:烟台泰盛精化科技有限公司网址:https://www.tightsen.com/

近年来,汽车轻量化是汽车行业发展的热门趋势。特别是对于新能源汽车来说,庞大的电池系统增加了车身整体重量,严重影响续航里程,汽车轻量化发展更是必然选择。国内相关政策要求,到2017年新能源汽车通过应用新材料实现车身减重25%、到2020年实现车身减重30%的目标。


实现汽车轻量化的主要手段有应用轻质新材料、优化车身结构设计、引入先进制造工艺等。


那么,新材料是如何从电池系统上来助力新能源汽车轻量化呢?且看下文解析!



何谓有机硅灌封胶


有机硅灌封胶具有良好的耐高低温、耐候、耐腐蚀性,广泛应用于电子电器的封装领域。但是,纯有机硅灌封胶本身导热性差、易燃(极限氧指数为18%左右),所以需要通过添加导热填料和无机阻燃剂来获得较好的导热性和阻燃性。目前,常用的导热填料有氧化铝、氧化锌、氮化硼、硅微粉等。



有机硅灌封胶如何助力汽车轻量化


1. 新能源汽车电池系统的结构如下:

整个电池板由多个锂电池组成单体电池包,电池包组成电池组,再由电池组构成电池板。汽车在高速运行中由于颠簸,电池的内部晃动比较厉害,并且电池工作时会释放大量热。所以灌封胶需要解决电池间连接和散热的问题,必须具备减震、粘接固定、绝缘、阻燃的特性。


为满足以上的要求,行业引入了导热、阻燃有机硅灌封胶


2. 有机硅灌封胶在新能源汽车电池中的作用

有机硅灌封胶材料本身具有很多极性官能团,能与电池外壳塑料、电池外壳铝件表面的极性基团相互作用,从而起到粘接、固定作用。并且有机硅灌封胶固化后具较好的弹性,从而满足减震要求。


另外,有机硅灌封胶通过添加导热剂和阻燃剂可获得良好的导热和阻燃性能,有效为电池组及电芯散热,改善电池工作温度;并且保护电池内部关键电子器件、电芯和母线,避免电涌和电池起火的危险,解决散热和阻燃问题。


3. 有机硅导热灌封胶如何助力汽车轻量化

据统计,一辆家庭用的新能源汽车中电池板的重量约150-400kg,有机硅导热灌封胶的使用量约20-50kg。现阶段常用的有机硅灌封胶均采用氧化铝、硅微粉等作导热填料,胶比重通常在1.8-2.2g/cm3。其性能要求是:导热系数0.4-0.8W/m*K,阻燃达到UL94 V-0或V-1,并具有良好的流动性。

如果将胶的比重降至1.6g/cm3以下,则同等填充体积下,胶的重量减少10-30%。以50kg灌封胶用量计算,则可降低5-15kg。“5-15kg”的重量从新材料的使用及结构设计、工艺方面来说,对汽车轻量化具有重要意义。


以奥迪TT的轻量化发展为例:奥迪TT二代比一代减重30kg,三代又在二代基础上继续减17kg,减重依赖于铝合金材质的使用。铝合金的使用占了35.8%,钢占比21.6%。但是,镁铝合金的使用使汽车每减重1公斤约增加成本130元,碳纤维增强复合材料每减重一公斤增加成本超过180元;突破钢和铝的连接,需要很多先进的连接工艺来支持钢铝混合车身的制造,同时必须满足各方面的性能要求。而通过降低硅胶的比重实现汽车轻量化几乎不会增加成本。由此可见,通过降低有机硅灌封胶的比重对汽车轻量化的发展非常有意义。



如何降低有机硅灌封胶的比重


市场上的有机硅灌封胶多以氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅等作为导热填料,这些传统材料难以在保证导热性能的情况下有效降低比重。而硅铝酸盐(xAl2OySiOzH2O)的出现则打破了这种壁垒,其不仅拥有良好的导热性能,还由于其自身富含羟基,所以粉体的比重更低。并且在燃烧过程中,其可以释放结晶水,所以它又具备了一个重要的特性——阻燃性。

目前这种材料的制备技术是被本土公司——佛山市三水金戈新型材料有限公司所掌握。该公司的相关产品也已经批量化生产,其中主要产品有以低比重为特色的GD-S08系列产品、以低比重低粘度为特色的GD-S042A、低比重高导热的GD-S104A。


GD-S08系列分别针对于比重1.6g/cm3、1.4g/cm3、1.2g/cm3灌封胶产品研发,导热率可实现0.4-0.6W/M*K,均可达到UL94 V-0。下表列出GD-S08系列产品与常规氧化铝、硅微粉、氢氧化铝分别制备的灌封胶各项参数对比。

表1.GD-S08低比重系列产品与常规产品对比

从表1数据可看出,同样添加份数下,使用GD-S08系列低比重导热粉制备的灌封胶比重均低于改性氧化铝、改性硅微粉,并且在保证导热性能的同时,阻燃性能可达到UL 94 V-0。

为了满足不同低比重灌封胶产品的要求,金戈公司进一步开发出GD-S042A、GD-S104A等产品。在450cps乙烯基硅油中性能参数如表2所示,同时也列出氧化铝作为对比。


表2.GD-S042A、104A与常规氧化铝对比

从表2中可以看出,GD-S042A在120份填充下阻燃可达UL94V-0,导热率0.56 W/M*K,粘度较低,只有2000cps;


GD-S104A与普通氧化铝相比,在250份填充下比重只有1.7g/cm3,导热可达到1.0W/M*K,阻燃UL94 V-0,可满足高导热低比重阻燃灌封胶要求。


由上述低比重导热粉体制备的灌封胶比重比常规产品低10%-30%,可有效减轻新能源汽车电池包重量,从而助力汽车轻量化。

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