基于汽车锂电池中的轻量化灌封胶制备及其性能研究
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摘要：本文通过在端乙烯基聚二甲基硅氧烷中，添加聚合物与有机硅树脂，以此作为交联剂，并选用氢氧化铝作为阻燃填料，增加铂乙烯基配合物作为催化剂，选择氮化硼与空心玻璃微珠作为辅助，最终实现轻量化灌封胶的制备。本文主要对此灌封胶制备进行了详细分析，并在此基础上，深入探究了灌封胶性能的影响因素，即氮化硼、铂乙烯基配合物、空心玻璃珠等。结果表明，在端乙烯基聚二甲基硅氧烷为100份，聚二甲基硅氧烷为16份，氢氧化铝为120份，氮化硼为30份，有机硅树脂为5份，空心玻璃微珠为45份，铂乙烯基配合物为1.5份时，所得基于汽车锂电池的轻量化灌封胶的整体性能处于最佳状态。
关键词：汽车;锂电池;轻量化;灌封胶;性能
中图分类号：TQ436+.6文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）05-0039-04
1引言
锂电池以其自身独特优势作用，即电压高、能量密度高、循环寿命长、节能环保等，备受社会各界积极关注，而所谓高压动力电池得以在新能源汽车中实现了广泛应用。但是现阶段，新能源汽车低压供电电源依旧沿用传统燃油车铅酸蓄电池机制，但由于其能量密度过低，使得蓄电池太过笨重。对此，为延长汽车续驶里程，电动汽车轻量化成为了新能源汽车技术未来发展的必然趋势。
2汽车锂电池系统结构
在汽车电池板中，包含许多锂电池构成的单体电池包，以此构成电池组，然后由电池组组成电池板。在高速运转状态下，汽车颠簸，电池内部严重摇晃，而且电池运作过程中，会释放出过多热量，因此，灌封胶的应用必须切实解决电池之间相互连接与散热等问题，这就需要其具有良好的减震性、粘接性、绝缘性、阻燃性等等。因此，引进高导热、高阻燃有机硅灌封胶势在必行。灌封胶具备许多极性官能团，可以实现和电池外壳塑料、铝件表层极性基团之间的有机交互，以此充分发挥粘接与稳固等优势作用。而且在灌封胶固化之后，弹性较好，能够起到较好的减震作用。此外，灌封胶中添加导热与阻燃剂，可以强化其导热性与阻燃性，进而实现电池与电芯良好散热，有效改善电池运转温度。
3实验准备
3.1原料
选用黏度为200MPa·s、挥发分在0.5%以内的自制端乙烯基聚二甲基硅氧烷;黏度为50MPa·s，挥发分在0.5%以内，由道康宁投资有限公司生产的聚二甲基硅氧烷;活性氢的质量为0.35%，由山东大易化工有限公司生产的有机硅数值;由上海维沃化工有限公司生产的3000×10-6铂乙烯基配合物;粒径为6um，以佛山华雅超微粉体有限公司生产的氢氧化铝;粒径为30um，以秦皇岛一诺高新材料开发有限公司生产的氮化硼;粒径为50um，密度为0.6g/cm3，由郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司生产的空心玻璃珠。
3.2灌封胶制备
在端乙烯基聚二甲基硅氧烷为100份，聚二甲基硅氧烷为16份，氢氧化鋁为120份，氮化硼为10～40份，放置到搅拌机中分散脱水，时间控制在1h左右，冷却到40℃以内。然后再从中添加有机硅树脂5份，进行分散脱水，时间控制在15min左右。随后增添空心玻璃微珠为0-50份，铂乙烯基配合物为0.5-1.8份，进行真空脱泡，时间控制在10min左右，便可以制得灌封胶。
3.3性能测试
根据标准GB/T10247-2008进行黏度测试，根据标准AST-MD5470-2006进行热导率测试，根据标准GB/T4472-2011进行密度测试，根据标准GB8410-2006进行阻燃性测试。
4实验结果分析
4.1空心玻璃微珠的影响
在灌封胶性能中空心玻璃微珠的影响结果具体如表1所示。在热导率与密度中空心玻璃微珠的影响具体如图1与图2所示。
从上可知，在空心玻璃微珠使用量逐渐增多的趋势下，灌封胶的热导率与密度都呈现下降状态。这主要是由于空心玻璃微珠在通过特殊处理之后，密度相对较低，而且添加少许时，灌封胶的热导率下降并不显著。而且空心玻璃微珠不是绝对性的不导热，只是是以声子传导为主要导热方式。在空心玻璃微珠未全面阻挡导热通道时，灌封胶的热导率只稍许下降。而且在轻量化实践中，目前已经有公司采取添加玻璃微珠的方式进行灌封胶密度降低，基于此也未对热导率造成影响。通过对灌封胶的热导率与密度进行充分考虑，实验选择45份空心玻璃微珠。
4.2氮化硼的影响
最常见的导热绝缘填料主要有两大类，即金属氧化物与氮化物。其中，金属氧化物的热导率大约在30W/m·K，热导率偏低。所以，利用金属氧化物的时候，需要增加填充量，但是密度相对偏高，会造成灌封胶密度提高，难以满足锂电池轻量化灌封胶的多元化要求。而氮化硼热导率大约在79W/m·K，比金属氧化物高出2-3倍，而且密度低，大约在2.19g/c-3m，能够更大程度上满足锂电池轻量化灌封胶使用需要。氮化硼的影响具体如表2所示。
在黏度、热导率与密度中氮化硼的影响具体如图3、图4与图5所示。
从上可知，在氮化硼使用量不断增多的趋势下，灌封胶的黏度、热导率与密度等都会呈现上升状态。这主要是由于氮化硼比表面积比较大，触变性也比较大，所以会对纳米级产品的流动性造成直接性影响。而且阻燃性实验研究结果说明，在添加30份氮化硼的时候，灌封胶热导率能够达到预期目标，黏度也偏小，但是灌封胶密度却偏大，几乎能够达到1.31g/cm3。
4.3铂乙烯基配合物的影响
作为高分子材料合成的主要辅助材料，阻燃剂能够有效防止材料燃烧，或者在很大程度上控制火势蔓延，促使合成材料的难燃性、自熄性、消烟性等显著提升。其中，有机阻燃剂中含有多量硫、氮等元素，容易影响液体型硅橡胶的制备。而经常使用的阻燃剂，即氢氧化镁与氢氧化铝等，极易对灌封胶密度造成影响，所以，不能过量添加。因此，选择铂乙烯基配合物，充分发挥其阻燃性良好，效果突出，密度偏低等优势性，在有机硅材料中广泛推广应用。但是，由于成本高，所以也并不常用。铂乙烯基配合物的性能影响具体表3所示。
从上可知，在铂乙烯基配合物的用量在1.5份的时候，灌封胶阻燃性能够满足锂电池的需求，尽管成本较高，但是处于可以接受的范围。
4.4在电池包温度中灌封胶的影响
处于26℃环境下时，把灌封胶储存到中心点存在温度探头的锂电池包内，通电以此对温度进行测试，处于相同条件下，没有灌封胶的电池包为空白状态，以此对电池包温度中灌封胶的影响作用，具体如表4所示。
从上可知，在运转1h之后，使用轻量化灌封胶的电池包温度在51℃，低于原电池包大约6℃。这就说明在电池包中添加轻量化灌封胶，能够在很大程度上提高锂电池续航能力、寿命以及安全性。
5结论
总之，本文通过在端乙烯基聚二甲基硅氧烷中，添加聚合物与有机硅树脂，以此作为交联剂，并选用氢氧化铝作为阻燃填料，增加铂乙烯基配合物作为催化剂，选择氮化硼与空心玻璃微珠作为辅助，最终实现轻量化灌封胶的制备。结果表明，在端乙烯基聚二甲基硅氧烷为100份，聚二甲基硅氧烷为16份，氢氧化铝为120份，氮化硼为30份，有机硅树脂为5份，空心玻璃微珠为45份，铂乙烯基配合物为1.5份时，所得基于汽车锂电池的轻量化灌封胶的整体性能处于最佳状态。
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