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新能源汽车动力电池封装塑料材料要求及选材

能减排是汽车行业的一个主旋律,而轻量化则是汽车节能减排的最行之有效的措施之一。由于技术需求,新能源汽车相比较传统汽车必然会出现增重,所以新能源汽车对于轻量化的要求更加迫切。


一、新能源汽车成快速增长蓝海,车用塑料备受关注


根据中汽协1月14日发布的数据显示:2018年汽车销量2808.1万辆,同比下降2.8%。新能源汽车销量继续保持高速增长。2018年,我国新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆,比上年同期分别增长59.9%和61.7%。

中汽协预计2019年新能源汽车销量160万辆。中信证券汽车行业分析师则认为,新能源汽车目前占乘用车的比重仅3%,预计未来有望达到30%以上,将是下一个快速增长蓝海。

新能源汽车的迅速发展,续航里程也备受关注。在新能源领域,车身及电池的轻量化,能够有效提升新能源汽车的续航里程及能量利用率。相关研究表明,新能源汽车每减少100Kg重量,续航里程可提升10%-11%,同时还可以减少20%的电池成本以及20%的日常损耗成本。

汽车轻量化技术途径主要有:轻量化材料、轻量化设计、轻量化制造工艺。

图 汽车轻量化技术途径

其中,轻量化材料的采用是汽车轻量化的主要措施,塑料可从结构设计、材料替代、工艺创新等多个途径实现汽车的“瘦身”,成为备受青睐的轻量化材料之一。所以新能源汽车的迅速发展,也必然带动新能源汽车非金属材料的发展。

非金属材料在新能源汽车与传统汽车上的轻量化应用区别不大,只是新能源汽车对于轻量化的需求更加强烈;而新能源汽车与传统汽车上轻量化塑料材料的不同,主要是跟电有关的材料,比如连接器,充电接口,动力电池周边的材料。

而新能源汽车高压电气部分,在性能满足条件下的部分金属更换为塑胶,可减重30%左右。目前一辆纯电动车采用塑胶轻量化可减重100KG左右,实现节能减排。

图 新能源汽车高压电气部分轻量化趋势


二、新能源动力电池塑料封装材料要求


动力电池作为纯电车型的核心部件,用来给电动汽车的驱动提供能量,动力电池的各方面的表现都与整车性能息息相关。

电动汽车很大一部分重量来源于电池,在电池能量密度一定的情况下,电芯的数量是一定的,所以电池减重一般从两方面进行:一是结构,二是箱体。

图 圆柱电芯动力电池模组中塑料材料应用


结合汽车产品的使用场景,经得住跌落、耐撞击、耐振动、挤压穿刺等机械冲击是必要的第一步。此外,还需要满足化学方面的浸泡要求,温度方面的耐高低温、防火阻燃、热管理要求,以及设计方面的轻量化、走线布局等要求。对于动力电池的封装材料的要求也十分严苛。

图 封装材料对动力电池的影响


因此,动力电池封装塑料材料需要满足以下性能要求:

  1. 良好的耐化学腐蚀性、耐油性;

  2. 极好的耐高低温性,优秀的力学性能;

  3. 高流动,加工性能优良,优越的表面光泽性,尺寸稳定性;

  4. 具有良好的防水、防潮、阻燃环保等性能及导热功能;

  5. 抗介电性能良好,适合于电气场所应用;

  6. 优越的耐候性,长期性能良好,可在恶劣气候下长期使用。


三、新能源动力电池塑料封装材料选材及应用案例


新能源动力电池结构上:支架、框架、端板,可选择材料有阻燃PPE、PC/ABS合金及阻燃增强PA。PPE密度1.10,PC/ABS密度1.2,增强阻燃PA1.58g/cm³,从减重角度看主要选择阻燃PPE。且PC的耐化学性相对差一点,而锂电池内有电解液,那么PC容易出现开裂状况,所以有一部分企业是选用PPE的。

图 蓝星改性PPE应用于电池支架

图 东丽PA材料应用于电池端板

箱体:目前大部分采用高强度的钢、轻金属,很少部分在尝试用SMC取代金属。而改性PPO材料具有耐化学性好,对钴酸锂、锰酸锂等材料具有良好的耐腐蚀性,改性PPO材料聚苯醚优点在于尺寸稳定好,极好阻燃性能,耐低温及抗冲击性能。是锂电池防护壳非常理想的材料之一。

图 PPO应用于动力锂电池外壳


新能源汽车塑料主要有几种:轻量化材料,这种材料跟传统汽车的区别不大,只是新能源汽车对于轻量化的需求更加强烈;另外一种就是跟电有关的材料,比如连接器,充电接口,动力电池周边的材料。为了让加强艾邦粉丝在新能源汽车塑料,特别是与电相关材料的交流,特建立动力电池微信群,欢迎产业链上下游的朋友加入。同时,为推动产业链发展,艾邦将长期向业内专业人士邀稿,欢迎投稿至邮箱:001@aibang.com


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