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近年來,汽車輕量化是汽車行業發展的熱門趨勢。特別是對於新能源汽車來說,龐大的電池系統增加了車身整體重量,嚴重影響續航里程,汽車輕量化發展更是必然選擇。國內相關政策要求,到2017年新能源汽車通過應用新材料實現車身減重25%、到2020年實現車身減重30%的目標。
實現汽車輕量化的主要手段有應用輕質新材料、優化車身結構設計、引入先進製造工藝等。
那麼,新材料是如何從電池系統上來助力新能源汽車輕量化呢?且看下文解析!
1.何謂有機矽灌封膠
有機矽灌封膠具有良好的耐高低溫、耐候、耐腐蝕性,廣泛應用於電子電器的封裝領域。但是,純有機矽灌封膠本身導熱性差、易燃(極限氧指數為18%左右),所以需要通過添加導熱填料和無機阻燃劑來獲得較好的導熱性和阻燃性。目前,常用的導熱填料有氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、矽微粉等。
2.有機矽灌封膠如何助力汽車輕量化
①新能源汽車電池系統的結構如下:
整個電池板由多個鋰電池組成單體電池包,電池包組成電池組,再由電池組構成電池板。汽車在高速運行中由於顛簸,電池的內部晃動比較厲害,並且電池工作時會釋放大量熱。所以灌封膠需要解決電池間連接和散熱的問題,必須具備減震、粘接固定、絕緣、阻燃的特性。
為滿足以上的要求,行業引入了導熱、阻燃有機矽灌封膠。
②有機矽灌封膠在新能源汽車電池中的作用
③有機矽導熱灌封膠如何助力汽車輕量化
據統計,一輛家庭用的新能源汽車中電池板的重量約150-400kg,有機矽導熱灌封膠的使用量約20-50kg。現階段常用的有機矽灌封膠均採用氧化鋁、矽微粉等作導熱填料,膠比重通常在1.8-2.2g/cm3。其性能要求是:導熱係數0.4-0.8W/m*K,阻燃達到UL94 V-0或V-1,並具有良好的流動性。
如果將膠的比重降至1.6g/cm3以下,則同等填充體積下,膠的重量減少10-30%。以50kg灌封膠用量計算,則可降低5-15kg。“5-15kg”的重量從新材料的使用及結構設計、工藝方面來說,對汽車輕量化具有重要意義。
以奧迪TT的輕量化發展為例:奧迪TT二代比一代減重30kg,三代又在二代基礎上繼續減17kg,減重依賴於鋁合金材質的使用。鋁合金的使用占了35.8%,鋼占比21.6%。但是,鎂鋁合金的使用使汽車每減重1公斤約增加成本130元,碳纖維增強複合材料每減重一公斤增加成本超過180元;突破鋼和鋁的連接,需要很多先進的連接工藝來支持鋼鋁混合車身的製造,同時必須滿足各方面的性能要求。而通過降低矽膠的比重實現汽車輕量化幾乎不會增加成本。由此可見,通過降低有機矽灌封膠的比重對汽車輕量化的發展非常有意義。
3.如何降低有機矽灌封膠的比重
市場上的有機矽灌封膠多以氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化矽等作為導熱填料,這些傳統材料難以在保證導熱性能的情況下有效降低比重。而矽鋁酸鹽(xAl2O3·ySiO2·zH2O)的出現則打破了這種壁壘,其不僅擁有良好的導熱性能,還由於其自身富含羥基,所以粉體的比重更低。並且在燃燒過程中,其可以釋放結晶水,所以它又具備了一個重要的特性——阻燃性。