热粘接剂的进展：提升电动汽车中电池单体与包装结构以及电池单体与导电带的连接性能

高能量密度锂离子电池组发展的关键在于有效管理充放电过程中产生的热量。通常通过导热材料（如填隙剂或粘合剂）将电池单体和/或模块与冷却板或电池组连接起来来控制热量。这类材料一般是含有陶瓷填料的双组分聚合物树脂，它们能够通过排出微观表面及较大间隙中的空气来促进热量传导。

电动汽车电池组的架构取决于电池单体的形状：软包、圆柱形和棱柱形。单体类型是决定模块/电池组设计以及热管理材料需求的主要因素。

软包电池和圆柱形电池通常被组装成模块，而这些模块再组合成电池组。软包电池由于结构刚性不足，需要这种组装方式；而圆柱形电池因为单体数量众多（>1000个），同样需要这种结构。此前棱柱形电池也是以相同方式处理，但随着“电池直接集成到电池组/极板”架构的出现，便不再需要模块了。

一般来说，软包电池堆通过三种方式被组装成模块：通常会使用热粘合剂或填充物，之后要么在常温下冷却，要么与冷却系统接触：

无需粘合剂或热管理措施直接放入电池壳中

使用热粘合剂后放入电池壳中

在每个电池之间放置铝制散热片，可搭配热管理材料也可不搭配

在放入电池组并与冷却回路连接之前，圆柱形电池模块的设计可分为三类：

通过过盈配合或结构胶固定在塑料载体中

用热熔胶将其侧面与冷却带粘合

先将其组装成阵列，再用热熔胶将电池底部与外壳或冷却板粘合

棱柱形电池通常通过热熔胶或填隙剂组合成模块或电池组（模块被放入电池组中）：

先将电池堆叠在一起形成模块，再通过热熔胶或填隙剂将其放入模块外壳或固定在冷却板上

大尺寸电池（长度约1米）则直接通过热熔胶或填隙剂与底板粘合，从而形成电池组

机遇与挑战

每种形态的电池在设计与制造方面都存在诸多机遇与挑战。

软包电池的挑战包括：

结构刚性较低，需要额外的外壳

采用低表面能的聚乙烯薄膜作为铝箔袋的最外层，这限制了基于粘合剂的电池组结构的强度

若不使用散热装置（即边缘冷却方式），其表面积不足以有效散热

圆柱形电池的挑战包括：

单块电池体积较小，需大量电池才能满足车辆的续航需求

电池数量众多，必须精确定位以确保后续加工的准确性

对机械固定装置的要求较高

镀镍的钢表面较难进行粘合处理

若不使用PVC收缩包装套，电池仍可正常使用

棱柱形电池面临的挑战包括：

与圆柱形或袋式电池相比，其单个电池的表面积更大，从而导致电池本身以及冷却板/模组出现兼容性问题

为进行电绝缘保护而使用的低表面能收缩膜或胶带，会限制基于粘合剂的堆叠结构的最终强度

由于表面积较大，对柔韧性的要求更高，这不仅会增加堆叠时的兼容性难题，还会因热膨胀产生更大的应力

许多这类挑战可以通过使用热间隙填充材料或热粘合剂来缓解

早期的电动汽车电池组应用依赖于少数几种高度专业化的配方。如今，电动汽车电池系统则能受益于更多种类的导热材料，这些材料虽仍是专为电池组需求设计的，但提供了更广泛的性能与加工选择。

在Parker Lord公司，填缝剂与粘合剂的区别在于强度。填缝剂的层间剪切强度通常低于7 MPa（1015psi），而粘合剂的强度一般远高于这一数值。

为电动汽车电池制造设计的导热粘合剂

在过去的50年里，双组分丙烯酸结构胶一直被用于粘合汽车面板。由于它们能够直接粘接在各种金属和表面处理材料上，且可在室温下固化，因此大大减少了所需的机械固定装置和/或焊接工序。同样，双组分导热灌封材料也在过去60年里被用于保护电子元件并散发热量。

作为这两个领域的行业领导者，Parker Lord的科学家们成功将这两种技术结合起来，创造出一种新型胶粘剂——导热结构胶。

Parker Lord的CoolTherm TC-2002导热结构胶是该类别中首款上市的产品。它具有高强度和良好的导热性，同时能够将镀镍钢与粉末涂层铝材粘合，并可在室温下快速固化，为圆柱形电池模块的设计提供了极大的灵活性。

随着电动汽车动力系统中新的电芯与电池包连接设计以及电芯与极板连接设计的逐步应用，导热胶的作用愈发重要。人们越来越需要能够有效将电池电芯与电池包组件粘合，同时解决性能及制造难题的创新型导热胶。

丙烯酸类和聚氨酯类导热胶的主要改进包括：

可根据结构需求或返工要求调整粘合强度

更高的延伸率，提升耐用性

优化的固化速度

便于大规模生产的工艺方法。

Parker Lord最新推出的CoolTherm TC-850导热丙烯酸胶粘剂在CoolTherm TC-2002的基础上进一步升级。得益于近期在结构胶领域的创新，该产品的延伸率提升了四倍，同时对塑料和涂层的粘附力也更强。

关于粘接线的说明——通常来说，粘接剂在更薄的粘接线情况下能提供更高的强度。标准粘接线厚度为250微米，但当降低热阻至关重要时，更薄的粘接线始终更为理想。对于这些产品，100微米被确定为最佳厚度。该厚度既能保证足够的抗破坏强度，又能减少材料用量，并降低所需的热导率。

下图展示了具有100微米粘接线的0.5 W/m∙K材料，其热阻低于具有250微米粘接线的1 W/m∙K材料。

总结

总之，选择与特定电池组设计及需求相匹配的导热胶粘剂，能够帮助电池组设计师和材料工程师掌握优化产品性能、可靠性及成本效益的必要知识。

Parker Lord拥有丰富的专业经验与知识，可为您的电动汽车电池设计提供支持。如果您希望联系他们的应用工程师开始合作，请立即与我们取得联系。

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