為了保證電氣安全，一直以來動力電池的電芯都需要PET“藍(lán)膜”來包敷，但是隨著工作電壓和能量密度的大幅提升，這種絕緣方案開始掉隊。 近一段時間，以BMW為首的多家新能源巨頭開始轉(zhuǎn)向一種全新的UV絕緣涂層方案，這有望引發(fā)動力電池絕緣方案的新一輪升級！ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司
     2023年初，BMW發(fā)布了一條新聞稿，官宣自家首條電芯噴涂產(chǎn)線正式投入使用。 此舉意味著這家歐洲新能源大廠在動力電池的絕緣方案上已經(jīng)全面轉(zhuǎn)向了新型UV絕緣涂層材料。而目前在動力電池行業(yè)應(yīng)用最為普遍的電芯“藍(lán)膜”方案，或?qū)⒂纱吮恢鸩饺〈��?span style="display:none">ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司
    其實所謂“藍(lán)膜”，就是一種PET基材背上PSA壓敏膠制成的單面膠帶，因為此類產(chǎn)品以深藍(lán)色居多，所以就被人們簡稱為“藍(lán)膜”。由于這種薄膜不光絕緣性能好，而且化學(xué)抗性和拉伸強度都不錯，因此一直以來都是動力電池電氣絕緣和物理防護(hù)應(yīng)用上最主流的方案。只不過“藍(lán)膜”在BMW這里顯然并不受待見，這次他們之所以上馬電芯噴涂產(chǎn)線，意圖就是要將“藍(lán)膜”用一種新型的丙烯酸體系UV絕緣涂層方案來替換掉。而這種新型UV絕緣涂層，是BMW和德國涂料廠商Lankwitzer在傳統(tǒng)的UV漆基礎(chǔ)上針對動力電池的絕緣應(yīng)用耗時數(shù)年合作開發(fā)出來的新材料。由于這種新型UV涂層在介電強度、化學(xué)抗性和機械強度上都做到了向“藍(lán)膜”看齊，而且作為UV光固化材料其生產(chǎn)效率也不輸“藍(lán)膜”太多，因此就在BMW的新聞稿發(fā)布的同時，包括CATL、大眾、沃爾沃等新能源行業(yè)巨頭們也都傳出了即將跟進(jìn)這種全新絕緣方案的消息！那么問題就來了,"藍(lán)膜”在電芯的絕緣應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展多年，無論工藝還是供應(yīng)鏈都已經(jīng)相當(dāng)成熟；而全新的UV絕緣涂層方案不僅需要購置產(chǎn)線設(shè)備還要經(jīng)歷產(chǎn)能爬坡，究竟是什么原因驅(qū)動BMW如此大費周章地“搞事情”呢？ 雖然這個問題涉及很多層面，但最為關(guān)鍵的一個因素就是“藍(lán)膜”的粘接性能太弱了！我們知道，無論是特斯拉的CTB還是寧德時代的CTP，這些賺足眼球的設(shè)計都是為了追求更高的輕量化和集成度。基于這個目的，廠商們在組裝電芯的時候還會舍棄傳統(tǒng)的金屬框架和緊固件，取而代之將結(jié)構(gòu)膠直接涂在“藍(lán)膜”上，然后將眾多電芯“粘”成一個整體。ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司
    不過如此一來新的問題就產(chǎn)生了—— 一方面“藍(lán)膜”的PSA背膠粘接性能比較有限，基本就處在0.5～2Mpa的水平；另一方面“藍(lán)膜”的PET基材屬于低表面能材料，這就讓結(jié)構(gòu)膠在其上產(chǎn)生的粘接強度也只能達(dá)到2.0~3.5MPa的中低水平。 在這樣的情況之下，當(dāng)電池組受到外力沖擊，一種可能是結(jié)構(gòu)膠發(fā)生界面破壞從“藍(lán)膜”上脫落；而更大的可能則是“藍(lán)膜”的PSA背膠發(fā)生內(nèi)聚破壞直接讓“藍(lán)膜”從電芯外殼上脫落剝離！ 這個問題在過去雖然也引起過人們的注意，但是早些年絕大多數(shù)車型的電壓平臺都沒超過400V，因此這種相對較低的電壓就讓短路擊穿之類的電氣風(fēng)險處在一個比較可控的范圍。 但是隨著這兩年新能源車市場的井噴，各大廠商們開始瘋狂堆料“卷”配置——為了進(jìn)一步提升續(xù)航里程和充電速度，自2022年以來市場上涌現(xiàn)出一大批800V高電壓平臺的新車型！ 如此大幅的電壓提升讓電芯之間產(chǎn)生電弧或絕緣擊穿的概率大大增加，同時電池系統(tǒng)電壓的一致性也面臨更大挑戰(zhàn)！如果依然沿用“藍(lán)膜”無異于給動力電池的安全埋下了一顆定時炸彈！ 正是在這樣的大背景之下，BMW才不惜血本升級了電芯的絕緣方案，將原來的PET“藍(lán)膜”替換成了全新的UV絕緣涂層！ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司
    那么作為一種全新的材料方案，UV絕緣涂層的電氣性能和可靠性究竟如何，是否真如BMW計劃的那樣順利替代“藍(lán)膜”呢？ 針對這個疑問，材料大廠Parker Lord公司以自家的丙烯酸UV絕緣涂層材料Sipiol UV為研究對象，專門發(fā)表了一份《電池系統(tǒng)組件的絕緣防護(hù)技術(shù)白皮書》進(jìn)行了探討，從中我們可以對這種UV絕緣涂層方案建立起一個大致的認(rèn)知。 這份《白皮書》不僅對“藍(lán)膜”和UV絕緣涂層進(jìn)行了對比，同時還將另外兩種常見的涂層材料——粉末涂料和溶劑型涂料也納入了研究范圍。 然后從工藝性、粘接性能、絕緣性能、邊緣覆蓋性等層面對比了四種方案的短板與優(yōu)勢。 由于UV絕緣涂層是一種基于傳統(tǒng)的UV漆開發(fā)出來的材料，因此其設(shè)備與工藝具有較高的通用性。 Parker Lord《白皮書》中涉及的樣件就是采用了較為常見的HVLP重力式噴槍進(jìn)行的噴涂。 噴涂結(jié)束后就是關(guān)鍵的UV光固化環(huán)節(jié)。 在UV光源的選擇上，無論是在BMW的產(chǎn)線還是在《白皮書》中都出現(xiàn)了配備H型燈管的Heraeus F300微波無極UV燈。 根據(jù)《白皮書》中的記錄，當(dāng)UVA設(shè)定為光強1900mW/c㎡、光劑量2300mJ/c㎡時，50-70微米厚度的Sipiol UV涂層可在數(shù)秒內(nèi)完全固化。相較之下，粉末涂層與環(huán)氧涂層都需要加熱10~30分鐘才能完成固化。因此從生產(chǎn)效率的角度來看，UV絕緣涂層具備接近于“藍(lán)膜”的工藝優(yōu)勢。粘接性能是大家關(guān)注的重點。正如前面提到的，在當(dāng)今的動力電池Pack設(shè)計中電芯組件通常通過結(jié)構(gòu)膠直接粘合在一起。如果“粘不牢”就意味著車載環(huán)境下的振動、沖擊將對電池的安全性造成極大威脅！ 為了進(jìn)行量化的橫向?qū)Ρ�，《白皮書》采用ASTM D1002標(biāo)準(zhǔn)，對經(jīng)歷了-40°C～100°C熱冷沖擊和85°C / 85%RH老化的四種絕緣方案進(jìn)行了剪切強度測試。 而本次測試選用的結(jié)構(gòu)膠是Parker Lord自家生產(chǎn)的的Fusor® 2098環(huán)氧膠。ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司
    在對各個樣件的剪切失效模式進(jìn)行分析匯總后可以發(fā)現(xiàn)： “藍(lán)膜”的失效以PSA膠層的內(nèi)聚破壞為主，體現(xiàn)在應(yīng)用場景就是“藍(lán)膜”比較容易從電池外殼上撕下來；這種情況意味著電芯的絕緣性能已不完整，發(fā)生短路的可能性急劇升高，因此以紅色標(biāo)出。 粉末涂層和環(huán)氧涂層則存在與結(jié)構(gòu)膠之間發(fā)生界面破壞的情況，說明結(jié)構(gòu)膠與涂層之間的粘接強度是薄弱環(huán)節(jié)；不過此時的涂層依然牢固地附著在電池外殼上絕緣性能未受影響，因此標(biāo)為黑色。 而UV絕緣涂層的表現(xiàn)就比較令人滿意了，所有的失效模式均是涂層本身的內(nèi)聚破壞，這意味著涂層與結(jié)構(gòu)膠和電池外殼之間的粘接力大于涂層自身的內(nèi)聚力，從粘接性能的角度來看屬于最理想的效果，因此就以綠色標(biāo)出。ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司
   材料的絕緣性能很重要的一個維度就是介電強度，這個屬性直接關(guān)系到動力電池的電氣安全性。從下表中可以看到，在本次評估的四種絕緣方案中，“藍(lán)膜”的介電強度最高，UV絕緣涂層次之，而粉末涂層最低。那么具體到動力電池各個組件的絕緣需求，靠近電芯的組件通常需要能夠承受約3kV電壓，而冷卻板之類組件的擊穿電壓則必須高于5kV。因此這次Parker Lord就在《白皮書》中將擊穿電壓及格線設(shè)定成了6kV。從下面的曲線就能看出，“藍(lán)膜”發(fā)揮最為穩(wěn)定，無論薄厚它的擊穿電壓都維持在10kV以上的高位；而UV絕緣涂層和環(huán)氧涂層的膜厚大于100微米之后就能到達(dá)及格線；只有粉末涂層，因為本身的介電強度較低，其厚度大于200微米時擊穿電壓才能超過5kV。“藍(lán)膜”雖好，但粘接性能是短板，會直接影響到動力電池的安全與可靠性； 環(huán)氧涂層與粉末涂層的粘接性能相對不錯，但是在生產(chǎn)效率、絕緣性能與邊緣覆蓋性能上存在各自的短板； 只有UV絕緣涂層，不僅彌補了“藍(lán)膜”的短板，在其它關(guān)鍵性能上又優(yōu)于粉末涂層與環(huán)氧涂層，可謂是沒有明顯短板的“五邊形戰(zhàn)士”了！ 當(dāng)然，即便UV絕緣涂層如此之好，作為一種全新的應(yīng)用它的普及必然也不會一帆風(fēng)順。 比如現(xiàn)階段的HVLP噴涂工藝，一方面會造成大量的材料浪費，另一方面又需要額外搭建噴涂車間，這無疑抬高了用戶從“藍(lán)膜”轉(zhuǎn)投UV絕緣涂層的切換成本。 針對這個問題，目前已經(jīng)有設(shè)備廠商在配合用戶端嘗試運用打印噴涂的方式替代主流的空氣噴涂工藝。我們有理由相信，一旦這個新工藝開發(fā)成功，必然會幫助UV絕緣涂層在動力電池上的應(yīng)用迎來一輪爆發(fā)式增長！ebH樂泰膠水|Loctite膠水|TEROSON|泰羅松膠水|3M膠水|3M膠帶|樂泰膠代理商|-廣州大古電子科技有限公司