中國粉體網(wǎng)訊 電池是新能源汽車的核心部件，新能源汽車所裝配的動力用鋰離子電池包，通常由多個單體電池模塊組合而成，機械損傷、熱沖擊、內短路、在高溫環(huán)境下長期連續(xù)頻繁快充等情況，都有可能導致個別單體電池的“熱失控”。“熱失控”會傳導蔓延，導致周圍單體電池溫度的迅速升高，溫度可高達500至1000℃，最終引發(fā)電池包整體燃燒、爆炸的災難性后果，帶來巨大的安全隱患。
“絕緣、阻燃、防火”是新能源汽車電池必須具備的安全性需求，而新能源汽車電池涂料具有防火絕緣等特殊功能正好可以消除新能源汽車電池存在的安全隱患。基于此，目前包括立邦、宣偉、金力泰、PPG、巴斯夫、艾仕得、關西涂料、廣信材料、擎天材料、松井股份、亮克威澤、信和新材等國內外知名涂料企業(yè)在內的大批涂企已開發(fā)出或正在應用于新能源電池的涂料。由此，一個新的涂料賽道正在快速發(fā)展。
新能源電池涂料有哪些機會?
絕緣粉末涂料
以往的電池通常使用絕緣紙作為絕緣防護，然而無法保障絕緣紙與電池外殼緊密貼合，很難充分發(fā)揮絕緣紙的絕緣效果，會造成局部放電問題的出現(xiàn)，對電池組造成損耗，降低電池組的使用壽命，甚至會影響電池組的使用安全性，難以確保新能源汽車在行駛時的安全。目前，市場上普遍采用噴涂涂料的方法對電池包進行絕緣處理，絕緣粉末涂料應用在新能源汽車動力電池組上，較好的取代了絕緣紙，不僅施工簡單，而且一次噴涂成型便于安裝和運輸。同時絕緣粉末涂料相對于絕緣貼膜生產(chǎn)簡單，不會產(chǎn)生氣隙，附著力良好，不易刮花，并具有優(yōu)異的絕緣耐壓性能、防腐蝕性能和優(yōu)異的耐濕熱穩(wěn)定性，并在高低溫沖擊后仍具有優(yōu)異的絕緣耐壓性能。
不過由于汽車電池組空間的限制，鋁電池外殼噴涂厚度為100~150μm （而傳統(tǒng)的噴涂的絕緣粉末都在300μm 以上），雜質和金屬顆粒對于涂層的電絕緣性能影響更大，所以需采用專用的絕緣粉生產(chǎn)設備，以保證涂層優(yōu)異的絕緣耐壓性能。尹臣等研究了不同種類樹脂、固化劑、填料、催化劑的用量對絕緣耐壓性能的影響，最終得到了優(yōu)良耐電解液性能、優(yōu)異絕緣性能和耐濕熱性能穩(wěn)定的新能源汽車動力電池用粉末涂料。
UV光固化絕緣涂料
UV光固化涂料在生產(chǎn)過程中無需添加溶劑，不會排放出VOC，對環(huán)境污染小；可在常溫條件下進行固化，能用于熱敏基材，固化能耗低，成膜速度快，適用于快速流水線涂裝；產(chǎn)品成膜后具有良好的硬度、柔韌性、耐磨性、耐劃傷性、耐化學品性以及光澤度，綜合性能優(yōu)良。隨著新能源市場快速增長，電芯及其表面處理材料也在更新迭代，UV光固化涂層是替代傳統(tǒng)藍膜和粉末涂料的重要方式之一。
目前，新能源電池電芯包覆藍膜是生產(chǎn)過程中的一項重要工序，藍膜作為一種絕緣材料可以將電芯和電芯之間隔離開來，從而阻隔單個電芯因故障對其他電芯造成的影響，防止一損俱損。然而在包覆和生產(chǎn)過程中，藍膜容易產(chǎn)生起泡、凸起、破損等缺陷，影響產(chǎn)品外觀甚至產(chǎn)品性能。因此，目前市場上電芯外除了通過纏繞藍膜進行絕緣保護層之外，粉末涂料逐漸替代藍膜用于高端電芯。近兩年，雖然全球消費萎縮、原材料供應緊張，但全球電動車市場仍然保持連續(xù)增長，且隨著磷酸鐵鋰電池的成熟，儲能等行業(yè)也在迅速爆發(fā)，新能源電池的需求量非常大，從而對電芯生產(chǎn)節(jié)拍有了非常高的要求。
不過目前使用藍膜和粉末涂料均是包覆或者涂敷涂料后再封裝電解液等，生產(chǎn)節(jié)拍較慢。如若能實現(xiàn)先封裝電解液，再同時對電芯的6個面進行涂裝，將大大提高生產(chǎn)效率。然而眾所周知，粉末涂料在施工后需要高溫固化，無法滿足先封裝后涂裝的工藝，因此，可快速固化的光固化涂料開始走進新能源電芯涂料的市場。徐杰等研究探討了用于電芯的LED光固化涂料制備與性能，研究表明，在合適固化時間的前提下，搭配一定量的多官能度丙烯酸樹脂能有效提高C=C雙鍵轉化率。UV光固化涂料因為較高的收縮率對涂層附著力不佳，但搭配合適的附著力促進劑可提高鋁材附著力。含溴單體類阻燃劑不僅可以滿足阻燃性能，同時對涂層熱穩(wěn)定性影響不大。
無溶劑/水性防火涂料
新能源汽車（純電動、插電式混動等）電池模組的安全性對新能源汽車的安全至關重要，當電池模組出現(xiàn)故障時，為了最大程度保護車內乘員，需要對電池包進行防火隔熱處理，以便給車內乘員預留充足的逃生時間。供應商提供的防火涂料大部分為膨脹型耐火機理，無溶劑和水性占大多數(shù)，大部分需要加熱固化以保證其耐火性能，多為雙組分。其中膨脹型防火涂料主要包括成膜物質、碳源、酸源、發(fā)泡劑、填料等，其主要成膜物質為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或氟聚合物等。在加熱時涂層中熱能被轉化，防火涂層能迅速膨脹十幾倍至幾十倍并吸收周圍熱量，從而有效阻止高溫侵入其保護的基材，并以此達到防火目的。
其主要應用方法是將膨脹型防火涂料施工在動力電池殼體及蓋板上，待電池發(fā)生熱失控時迅速膨脹發(fā)泡，形成阻燃隔熱的碳層，避免熱量及高溫電解液燒蝕殼體，進而導致殼體破裂形成燃燒與爆炸，為司乘人員留出寶貴的逃生時間。目前市場上的無溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料主要為外企近年開發(fā)的產(chǎn)品，其中為 PPG（龐貝捷）、西卡、佐敦等歐美公司的產(chǎn)品壟斷，產(chǎn)品市價非常昂貴。國內廠家產(chǎn)品主要為水性防火涂料，其涂層的絕緣耐壓，耐濕熱循環(huán)等性能難以達到GB38031 2020標準，碳層受熱發(fā)泡后強度亦有所不足。目前電池用防火涂料之所以還不成熟，因為涂料大部分從建筑用防火涂料優(yōu)化而來，沒有獨立的體系，沒有按照整車需求進行獨立的開發(fā)，其現(xiàn)場施工難度也很大。
結語
電池涂料作為一個新的涂料賽道正在快速發(fā)展，下一期我們重點介紹產(chǎn)業(yè)化情況。
參考來源：
武京斌，等：新能源汽車電池包防火涂料應用研究，上海通用汽車有限公司
尹臣，等：絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料的研究及其在新能源汽車電池上的應用，廣州擎天材料科技有限公司
徐杰，等：用于新能源電芯涂層的LED光固化涂料研究，復旦大學
涂界，專利之星
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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