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導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠在動力電池 CTP 模組電芯與殼體粘接工藝中的核心應(yīng)用
來源: | 作者:格姆特膠粘劑 | 發(fā)布時間: 2025-10-14 | 33 次瀏覽 | 分享到:
本文聚焦導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠在動力電池 CTP 模組電芯與殼體粘接工藝的應(yīng)用：CTP 模組因取消傳統(tǒng)外殼，對連接工藝提出結(jié)構(gòu)強度（抗 10G 沖擊）、熱管理（界面熱阻≤0.5℃?in2/W）、工藝兼容性（單包處理≤3 分鐘）要求，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠以 “環(huán)氧樹脂 + 復(fù)合填料” 配方，實現(xiàn)剪切強度≥8MPa、導(dǎo)熱系數(shù) 1.5-3.0W/(m?K)，且具備 - 55℃~125℃寬溫穩(wěn)定性與 UL94-V0 阻燃絕緣性，適配需求。
應(yīng)用流程含預(yù)處理（激光清洗 + 等離子活化）、涂膠（伺服點膠 + 真空消泡）、分段固化（60℃預(yù)固 + 80℃深固）、雙重檢測（力學(xué)沖擊振動 + 熱性能紅外監(jiān)測）。最終助力 CTP 模組能量密度提升 8%-12%（續(xù)航延 50-80km）、熱失控傳播≥60 分鐘、單模組裝配時間縮至 12 分鐘，綜合成本降 10%-15%，推動動力電池高安全、高密度發(fā)展。

在動力電池向 CTP（Cell to Pack）無模組化結(jié)構(gòu)升級的過程中，電芯與殼體的連接工藝直接決定電池包的能量密度、結(jié)構(gòu)強度與熱管理效率。這一工藝需將數(shù)百片電芯緊密固定在金屬殼體內(nèi)部，既要承受車輛行駛中的持續(xù)振動與沖擊，又要快速傳導(dǎo)電芯產(chǎn)生的熱量至散熱系統(tǒng)，而導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠憑借 “粘接 - 導(dǎo)熱 - 防護” 三位一體的功能優(yōu)勢，成為替代傳統(tǒng)螺栓連接的關(guān)鍵材料，其應(yīng)用細(xì)節(jié)對動力電池安全與性能至關(guān)重要。

一、工藝痛點與膠粘劑選型邏輯

CTP 模組取消了傳統(tǒng)模組外殼，電芯直接集成于電池包殼體，使連接工藝面臨三大核心挑戰(zhàn)：

  • 結(jié)構(gòu)強度要求嚴(yán)苛：電芯與殼體的連接需承受 10G 以上的沖擊加速度（相當(dāng)于車輛時速 60km/h 碰撞強度），且在 - 40℃~85℃溫度循環(huán)中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，傳統(tǒng)螺栓連接易因應(yīng)力集中導(dǎo)致殼體開裂；

  • 熱管理效率瓶頸：快充場景下電芯瞬時溫升可達 30℃/min，需通過連接界面將熱量快速傳導(dǎo)至液冷板，界面熱阻需控制在 0.5℃?in2/W 以下，否則易引發(fā)局部熱失控；

  • 工藝兼容性不足：CTP 模組量產(chǎn)節(jié)拍要求單包處理時間≤3 分鐘，連接工藝需適配自動化生產(chǎn)線，且不能損傷電芯極耳等精密部件。

針對這些痛點，適配該工藝的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠選型邏輯明確：

  • 力學(xué)性能與導(dǎo)熱性能平衡：采用 “環(huán)氧樹脂基體 + 氮化硼 / 氧化鋁復(fù)合填料” 配方，剪切粘接強度≥8MPa（鋁 - 鋁界面），可承受電芯自重與沖擊載荷；導(dǎo)熱系數(shù)達 1.5-3.0W/(m?K)，配合 0.2-0.5mm 膠層厚度，能有效降低界面熱阻；

  • 寬溫域穩(wěn)定性：固化后在 - 55℃~125℃范圍內(nèi)保持彈性（斷裂伸長率≥60%），通過 500 次冷熱沖擊循環(huán)后粘接強度衰減≤10%，避免溫度變化導(dǎo)致的界面剝離；

  • 功能復(fù)合化設(shè)計：具備 UL94-V0 級阻燃特性，離火即滅可阻斷火焰蔓延；體積電阻率≥1013Ω?cm，能實現(xiàn)電芯與殼體間的電氣絕緣，防止漏電流引發(fā)的安全隱患。

二、具體應(yīng)用流程與技術(shù)控制要點

在 CTP 模組量產(chǎn)生產(chǎn)線中，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用需結(jié)合自動化設(shè)備與精密參數(shù)控制，核心流程分為 4 個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

1. 預(yù)處理：保障界面粘接可靠性

  • 殼體表面處理：采用激光清洗技術(shù)去除鋁合金殼體粘接面的氧化層與油污，使表面粗糙度控制在 Ra1.6-3.2μm，同時通過等離子活化處理提升表面張力至≥72mN/m，確保膠層附著力達標(biāo)（拉伸強度≥12MPa）；

  • 電芯表面清潔：電芯側(cè)面采用無塵布蘸取異丙醇擦拭，重點清理極耳附近殘留的電解液與粉塵，清潔后需在 10 分鐘內(nèi)完成涂膠，避免二次污染影響粘接效果。

2. 涂膠：精準(zhǔn)控制膠形與膠量

  • 設(shè)備與參數(shù)設(shè)定：采用三軸伺服點膠機，配備螺桿式計量閥實現(xiàn) 1g 精度的膠量控制；涂膠路徑設(shè)為 “蛇形往復(fù) + 邊緣密封”，膠寬 8-10mm、膠高 2-3mm，確保電芯與殼體接觸面積≥95%；

  • 防流掛與消泡控制：利用材料觸變性特性（靜置時粘度≥50000mPa?s，剪切時粘度降低 50%），避免涂膠后膠液流淌污染電芯極耳；混合后的膠液需在 0.8MPa 真空環(huán)境下脫泡 5 分鐘，消除內(nèi)部氣泡對導(dǎo)熱與強度的影響。

3. 固化：平衡效率與內(nèi)應(yīng)力

  • 分段固化工藝：采用 “預(yù)固化 + 深度固化” 兩步法，先在 60℃下固化 30 分鐘使膠層初步定型（凝膠率≥80%），再升溫至 80℃固化 60 分鐘完成交聯(lián)，避免一次性高溫固化導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力開裂；

  • 溫度均勻性控制：固化烤箱采用熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，確保不同區(qū)域溫度偏差≤±2℃，膠層固化度均達 95% 以上，避免局部固化不完全引發(fā)的性能衰減。

4. 檢測：雙重驗證結(jié)構(gòu)與熱性能

  • 力學(xué)性能檢測：隨機抽取模組進行 “沖擊測試”（10G 加速度、10ms 脈沖）與 “振動測試”（5-2000Hz 掃頻），測試后膠層無開裂、電芯無位移，剪切強度保留率≥90%；

  • 熱性能驗證：通過紅外熱成像儀監(jiān)測快充過程中模組表面溫度，確保電芯間溫差≤3℃，膠層導(dǎo)熱路徑無明顯熱阻瓶頸，同時模擬熱失控場景，膠層在 200℃下仍能保持結(jié)構(gòu)完整性，延緩火焰蔓延。

三、應(yīng)用價值：賦能 CTP 模組性能升級

導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠在該工藝中的應(yīng)用，為 CTP 動力電池帶來三大核心價值：

  • 提升能量密度與輕量化水平：替代螺栓連接后，電池包零部件減少 40%，重量降低 15%，體積能量密度提升 8%-12%，可直接延長電動汽車?yán)m(xù)航里程 50-80km；

  • 強化安全防護能力：膠層形成的彈性緩沖層可吸收 80% 以上的振動能量，配合阻燃特性與絕緣性能，使模組通過針刺、擠壓等國標(biāo)安全測試，熱失控傳播時間延長至≥60 分鐘；

  • 優(yōu)化生產(chǎn)效率與成本：自動化涂膠與固化工藝使單模組裝配時間從 45 分鐘縮短至 12 分鐘，同時避免螺栓緊固導(dǎo)致的殼體加工成本，綜合制造成本降低 10%-15%。

從 CTP 模組的結(jié)構(gòu)升級可見，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠已超越傳統(tǒng) “粘接材料” 的定位，成為動力電池系統(tǒng)的 “結(jié)構(gòu)骨架” 與 “熱傳導(dǎo)橋梁”。通過配方優(yōu)化與工藝協(xié)同，其不僅解決了無模組化設(shè)計中的強度與散熱痛點，更推動動力電池向高安全、高密度、低成本的方向發(fā)展，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)升級提供關(guān)鍵材料支撐。