当前(qian)(qian),由于科技和(he)产业(ye)变革(ge),新能源汽(qi)车(che)已(yi)经成为(wei)汽(qi)车(che)产业(ye)转(zhuan)型升级的中坚力(li)量,新能源汽(qi)车(che)行业(ye)也(ye)迎(ying)来了(le)前(qian)(qian)所未有的发展机(ji)(ji)遇。相(xiang)对于传(chuan)统(tong)燃油汽(qi)车(che),新能源电动汽(qi)车(che)最大的区别(bie)在(zai)于以电池、电机(ji)(ji)和(he)能源转(zhuan)换系(xi)统(tong)取代过去(qu)燃油发动机(ji)(ji)、变速箱等传(chuan)统(tong)驱动装置。它(ta)具有零排放、动能转(zhuan)化效率(lv)高(gao)(石油和(he)电力(li))、低(di)噪音等优(you)势。
但随之而来的,对于电池、充电机(ji)和驱(qu)动(dong)电机(ji)正常(chang)运行时产生大量热(re)量的热(re)管理就提出(chu)了高(gao)要求。
新(xin)能源电动(dong)汽车在高速(su)行驶时,充电机和(he)驱动(dong)电机系统的电子元器件(jian)会产生较大(da)的热量,如果不进行温(wen)度控制,将极大(da)影(ying)响零件(jian)的可靠性和(he)稳定性。同时,对(dui)于(yu)(yu)电(dian)池(chi)系统而(er)言,运行期间发生化(hua)学(xue)反应,伴(ban)随着(zhe)大量的(de)热(re)(re)量释放,同时电(dian)池(chi)包又处于(yu)(yu)一个(ge)相对(dui)封闭(bi)的(de)环境,不利于(yu)(yu)散热(re)(re),而(er)电(dian)池(chi)内部组成大多为易燃化(hua)学(xue)物质(zhi),这就导致热(re)(re)量过(guo)高或者(zhe)电(dian)池(chi)遭遇挤压震动等会有发生起火爆炸的(de)隐患(huan)。
对于电池系统的热(re)管理,通(tong)常采用导热灌封胶来实现(xian)密封(feng)、导(dao)(dao)热、减震等功能(neng),使(shi)用导(dao)(dao)热灌封(feng)胶(jiao)方案,必须能(neng)满足以下几(ji)点要求:
(1)比重低,当今电动汽车发展趋势是轻量化,较低的比重能提高电动汽车的续航里程和使用效率;
(2)防爆阻燃,也就是说单颗电池爆炸后不能引起整个电池组的爆炸燃烧,助力提高整车的安全性能;
(3)导热系数高,散热性能优越,电池散发的热量能最快的传导出去,减小安全隐患和提高电池使用寿命;
(4)防水抗震、减少颠簸带来的应力对电池的伤害,提高整车的实用性和安全性。
灌封胶用(yong)于动力电池Pack封装
用于(yu)电动车的导热灌封(feng)胶的几种类型(xing)
用于电动车里给电子元器件和(he)动力电池模组的灌(guan)封胶材料可(ke)分为:
(1)环氧树(shu)脂灌封胶:单组(zu)份环氧树(shu)脂(zhi)灌封胶、双(shuang)组(zu)份环氧树(shu)脂(zhi)灌封胶;
(2)硅橡胶灌封胶(有机硅灌封胶):室温硫化硅橡胶、双(shuang)组份加成形硅橡胶灌封(feng)胶、双(shuang)组份缩合型(xing)硅橡胶灌封(feng)胶;
(3)聚氨酯灌封胶(jiao):双组份(fen)聚(ju)氨酯灌封(feng)胶;
三种灌封胶性(xing)能对比
其(qi)中有机硅灌封胶已逐渐成为当前(qian)电动车导热(re)灌(guan)封胶(jiao)的最佳选择,其具(ju)有优(you)良(liang)的(de)耐(nai)高、低温性能(neng),物理化(hua)学性质稳定,可在-60~200℃环境里保持长期稳定工作;质地较软,具有较好的减震(zhen)效果,同时(shi)也便(bian)于(yu)维修(xiu);具有(you)较好的绝缘性能,对电(dian)子器(qi)件具有保护作(zuo)用。
用于(yu)电池(chi)组(zu)灌封(feng)(feng)的(de)(de)有(you)(you)机硅灌封(feng)(feng)胶具有(you)(you)极佳的(de)(de)阻燃性、适度(du)的(de)(de)导热率以及较低的(de)(de)密度(du),不仅能够为电池(chi)组(zu)提供防水(shui)、减震等保(bao)护,也有(you)(you)利于(yu)温场平衡,防止局(ju)(ju)部(bu)过(guo)热,甚(shen)至在局(ju)(ju)部(bu)爆燃时可以提供隔离保(bao)护,防止事(shi)故(gu)扩(kuo)大,因此使用有(you)(you)机硅灌封(feng)(feng)胶对电池(chi)单体进行封(feng)(feng)装已经成为提高锂电池(chi)组(zu)安全性的(de)(de)重要途径之一。
有(you)机硅灌封胶
气相二氧化(hua)硅在(zai)有(you)机硅灌封胶中的应用
市(shi)场上(shang)用于(yu)电动(dong)车的(de)有机(ji)硅灌封胶通常为(wei)加成型液体硅橡胶,其(qi)基(ji)础材料是(shi)含有乙烯基(ji)的(de)线型(xing)聚硅氧烷,加入硫化交联剂(ji)进(jin)行催化加成(cheng)反应,产生(sheng)链增长和(he)链交联而形成(cheng)具有网状结构的(de)弹性(xing)体(ti)。
加(jia)成(cheng)型(xing)液体硅橡胶通(tong)常由基础(chu)聚合物(wu)、交联剂(ji)(ji)(ji)、抑制剂(ji)(ji)(ji)、催(cui)化剂(ji)(ji)(ji)、填料及其他(ta)添加(jia)剂(ji)(ji)(ji)组成(cheng),其填料类(lei)型众多,而气(qi)相(xiang)二氧化硅则是当(dang)前在硅橡胶中应用(yong)最(zui)常用(yong)、最(zui)有效、最(zui)重要的(de)填(tian)料。
一(yi)、气相二氧(yang)化硅的(de)性质
气(qi)(qi)相二氧化硅(俗称气(qi)(qi)相法白炭黑)是(shi)通(tong)过(guo)卤硅烷在(zai)氢(qing)氧焰(yan)中高温水解缩合而成,在外观(guan)上(shang)表现为“烟雾”状的蓬松的白色超细粉末,由于其独特的制(zhi)备工艺,使其具有特(te)殊(shu)三位枝状结(jie)构(gou),产品孔隙率(lv)高,同时(shi)具有一(yi)些独特的性能。
其产品相(xiang)比于(yu)其他类型的(de)二(er)氧化硅(gui),粒径(jing)小(原生粒径(jing)7-40nm)、比表面积大(100-400m2/g)、表(biao)面活(huo)(huo)性高(gao)(表(biao)面含有高(gao)活(huo)(huo)性Si-OH基团)、分散性好、表面吸附力强,具有优良的补强、耐高、低温、增(zeng)稠触变、防沉降、绝(jue)缘、稳定等特(te)性。
气相二氧化(hua)硅
二、气相二氧化硅作(zuo)为填料的作(zuo)用
①补(bu)强剂
气(qi)相二(er)氧化硅是硅橡胶理想(xiang)的(de)补(bu)强(qiang)剂,其作用机理(li)是:气相(xiang)二(er)氧化硅表面的硅羟基(Si-OH)可以和硅(gui)橡(xiang)胶(jiao)大(da)分(fen)子(zi)形(xing)(xing)成物(wu)理或化学结合(he),在二氧化硅(gui)表面形(xing)(xing)成了(le)硅(gui)橡(xiang)胶(jiao)分(fen)子(zi)吸(xi)附层,构成二氧化硅(gui)粒子(zi)与硅(gui)橡(xiang)胶(jiao)分(fen)子(zi)联成一体的三维网(wang)络结构,有效限(xian)制了(le)硅(gui)橡(xiang)胶(jiao)分(fen)子(zi)链的形(xing)(xing)变,从而(er)达到补强(qiang)作用。
补(bu)强后的硅(gui)橡胶中存在下(xia)列几种交联(lian):聚合物之间的共价交联(lian)、填料与聚合物之间(jian)的交联、氢键交联以及填料与(yu)聚合物分子间(jian)范德华力的交联、填料与聚(ju)合物(wu)分子链的(de)缠结交联(lian)、填料被聚合物(wu)分子润(run)湿引起的交联、填(tian)料之间的交联。
因此添(tian)加气相二(er)氧化硅(gui)(gui)后,硅(gui)(gui)橡胶(jiao)的拉伸(shen)强度(du)和(he)撕裂强度(du)都大大提升。
②阻燃剂
气相二氧化硅熔点可达到(dao)1650(±75)℃,对(dui)许多聚合物材料(liao)都能提(ti)高其耐(nai)热(re)性,因此其在加工性能(neng)、阻燃(ran)性能(neng)上有着(zhe)良好的综合表现。
并且(qie)由于气相SiO2表(biao)面具有硅羟基结构(gou),可将(jiang)气相(xiang)SiO2与具有阻(zu)(zu)燃性能的(de)含磷、氮等元素(su)及基团(tuan)的(de)阻(zu)(zu)燃有机物反应制备新型的(de)无(wu)卤(lu)、无(wu)毒、低烟阻(zu)(zu)燃剂;气相SiO2表(biao)面(mian)的硅羟基与具(ju)有阻燃元(yuan)素有机卤硅烷反应(ying),可制备新型的疏水阻燃剂。
气(qi)相(xiang)二氧化硅的表面基(ji)团
③缩短(duan)固(gu)化时间
有(you)机硅灌封胶(jiao)通常需要(yao)的固化时间较长,要(yao)加快固化反应,需要(yao)在较高温(wen)度(60℃至100℃以上)或增大固化剂的使用量(liang),这不但增加成(cheng)本,而且还难于满足元器件和电池模组的封装条件。气相二氧化硅比表(biao)面积(ji)大、表(biao)面活性高,将经表(biao)面活性(xing)处理(li)后的(de)气(qi)相二氧化硅充分(fen)分(fen)散在有机硅基(ji)质中,可在(zai)室温条件(jian)下大幅度地(di)缩(suo)短封装材料(liao)固(gu)化(hua)时间。
④其他作(zuo)用
气相二氧化硅(gui)在(zai)硅橡胶(jiao)中分散后(hou),不同颗粒(li)间(jian)通过其(qi)表面的(de)硅(gui)羟(qiang)基产(chan)生氢键作(zuo)用,形成(cheng)一个二(er)氧化硅(gui)聚集体网络(luo),使体系的(de)流动(dong)性受到限制(zhi),粘度增加,起到增稠的作用,能有效阻止导热填料在有机硅灌封胶(jiao)中的(de)快速(su)沉降,提(ti)高灌封胶(jiao)体系的(de)稳(wen)定性,同时具(ju)有消泡(pao)的(de)作用(yong)。
在(zai)受到(dao)(dao)剪切力的(de)作(zuo)用下(xia)二氧化硅(gui)网络受到(dao)(dao)破坏,导致体系粘度(du)下(xia)降,发(fa)生触(chu)变效应(ying),利于(yu)减震,同(tong)时便于加工,而(er)一旦剪切力消除,这种网(wang)络结构可重新形成,有效防(fang)止了胶料(liao)在固化(hua)过(guo)程中(zhong)的流挂(gua)。
⑤降低添加剂(ji)含量
气相二氧化硅的添加可提升有机硅(gui)灌封胶的各种性能,无需额外添加(jia)补强剂(ji)、增稠剂(ji)、消泡剂(ji)、固化剂(ji)等添加(jia)剂(ji),并且有助于提高导热填料在(zai)硅橡胶中的分散性(xing)和(he)稳定性(xing),因(yin)此(ci)可大(da)大(da)提(ti)升有机硅灌封胶的工(gong)艺生产效率和(he)产量。
总(zong)结(jie)
气相二氧化硅作为(wei)功能(neng)性填料在有机硅灌封胶的应用(yong)(yong)中发(fa)挥着巨大(da)(da)的作用(yong)(yong),是保证其(qi)在新能(neng)源汽车拥有出(chu)色导热性能(neng)和大(da)(da)量应用(yong)(yong)的关键(jian),不仅大(da)(da)幅提升电动车的安全性,同时也更有益于轻量化的实(shi)现(xian)。
据统计,一辆家庭(ting)乘(cheng)用车的新(xin)能(neng)源汽(qi)车中电池模块的(de)重量约150~400kg,有机硅导热灌封胶的使用量大约在20~50kg,在同等体积填充下(xia),将胶的比重降低,增强灌封胶的(de)性(xing)能,则可在(zai)发挥作用的(de)同时,一定(ding)程度上减少电(dian)动(dong)(dong)车(che)的(de)重量,对于新能源汽车(che)的(de)发展有(you)着良(liang)好的(de)推动(dong)(dong)作用。
参考来源:
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