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陶氏有机硅助力新能源汽车提升“三电”性能和质量

2021-07-06 浏览次数:1,501 次 盖世汽车

对于新能源汽车而言,电池、电机、电控无疑是最为核心也是最为关键的三大部件,因此提升此类部件的性能表现早已成为整个产业链发力的所在。日前,在盖世汽车主办的“2021中国下一代汽车高质量发展论坛•新能源汽车三电先进技术”会议上,全球领先的材料供应商陶氏就为业界呈现了其在新能源汽车新三电领域的独特解决方案——有机硅解决方案。

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陶氏消费品解决方案汽车事业部技术服务开发工程师 邹鲁

据陶氏消费品解决方案汽车事业部技术服务开发工程师邹鲁介绍,有机硅材料的主链中含有“硅-氧-硅”结构,侧链含有有机基团,因而它兼具有机及无机材料的双重优点,如耐高低温(-45℃~200℃),稳定性非常好;柔性可减震;电气绝缘;防水防潮;阻燃等。

“鉴于有机硅材料的独特性能,目前,已被广泛应用于电池包、电池管理系统、逆变器、变压器、车载充电机、电机等部件上,且可以很好地满足新能源汽车三电客户的安全、可靠、轻量化、可返修的需求。”邹鲁说到。

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xEV用有机硅解决方案;图片来源:陶氏

对于安全与可靠性的需求不难理解,有机硅材料本身所具备的特性就能很好满足。而对于轻量化需求,邹鲁表示,材料密度都差不多,但是做导热材料时,有机硅较之其他材料可以更好地跟其他轻量化填料相结合,也就更容易做成轻量化材料。

另外,对于可返修需求,邹鲁解释称,现在很多电池包、电控中间需要有更多利用或深层次返修,这时需要进行拆解,非常坚硬的材料则不太易于拆解返修,有机硅材料本身比较柔软,借助工具即可操作。

在了解了有机硅材料的特性,以及其在新能源汽车上的具体应用后,那么作为全球领先的材料供应商,陶氏又是如何通过有机硅材料来提升新能源汽车三电的性能和质量?邹鲁着重介绍了两类解决方案,第一类是有机硅导热产品,此类产品主要解决新能源汽车三电中散热需求的痛点;第二类是xEV防护与组装产品。

有机硅导热产品

据了解,针对新能源汽车不同部件对导热产品的应用要求,陶氏提出了不同的产品解决方案,如可散热又可填充间隙的导热填缝剂、可散热又可粘接的导热粘接剂、可对OBC车载充电等进行全方位保护的导热灌封胶/凝胶、非常可靠且安全的导热硅脂等,这些产品的导热系数从1W~6.5W之间不等,可极大程度满足不同部件对导热产品的性能需求。

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图片来源:陶氏

“3~5年前非常普遍的是用导热垫片,最近两年开始越来越多地用填缝剂,因为后者具有接触热阻低、柔软可压缩、减振动缓冲、高可靠性、易于自动化生产、可返修等特点。”邹鲁说到。

据他介绍,陶氏导热填缝剂亦有多款产品,除了可减少设备磨损的TC-5515 LT产品,陶氏今年还推出了多款导热填缝剂新产品,如TC-4551 CV,这是一款导热系数为5W的、有机硅小分子挥发物控制更好的产品,可以长时间在150℃安全可靠的运行,适用于自动驾驶领域更高的导热需求;另一款是TC-4060 GB,这款产品拥有更高的导热系数,可达到6.5W,当对变压器进行高度集成时,传统4W无法满足其散热需求,4060则可以。

在邹鲁看来,对比传统的导热垫片,导热填缝剂主要拥有以下三大性能:第一是导热性能更佳,以动力电池部件为例,目前大部分2W的导热产品能够满足其需求,但是随着高度集成的发展趋势,散热环境密度越来越高,会用到4W甚至6W以上的导热填缝剂;第二是可靠性更高,导热填缝剂材料在研发、生产时都会做非常全面的评估,例如通常会做到3000小时的可靠性研究;第三是自动化生产效率高,通过机器手臂定向涂胶,取代了原来人工一片一片去放、去对准的工序,可大大提高生产效率。

导热粘接剂,顾名思义既可导热又可粘接,应用最多的是在电控中间,其粘接强度大部分在2.6(AI)~4.5(AI)之间,属于中等强度的粘接,好处在于应力低,不容易脱裂,同时可以提供室温和加热快速固化两种解决方案。邹鲁介绍称,陶氏今年推出的新产品TC-2035 CV是一款导热系数为3.3W的粘接剂,可以在175℃的环境下连续工作2000个小时以上,而且安全可靠,目前已在很多客户那里得到了充分的验证。

新能源汽车车载充电器(OBC)在工作中会产生很多热量,如果不进行保护特别容易出现线圈过热、线圈腐蚀等问题,这时候需要导热灌封胶为其进行全面保护。据邹鲁介绍,陶氏导热灌封胶产品的导热系数覆盖0.5W~2.3W,同时黏度很低可以填充1~4mm间隙,起到非常好的散热作用。“今年款推出一款产品CN-6015,显著特点在于1.5W的导热系数,轻量化,可以实现室温自粘接,150℃正常使用。”

导热硅脂更多是在IGBT模块中使用,邹鲁表示,IGBT应用中间很多是低的间隙条件,不仅要关注导热系数,还要关注界面热阻,陶氏导热硅脂同样可以提供导热系数从0.9W~5.2W的产品,甚至还有更高系数的。

除了现有具备的丰富产品线,邹鲁还重点强调到,陶氏现在可以根据客户需求进行定制化的产品开发,“陶氏在这个领域最大的优点是我们在张家港有中国上游的生产基地,在上海松江有下游产品生产基地,同时在上海有商务和研发中心,可以针对客户矩阵范围内不同的产品进行特色化的开发,实现本土研发、本土供应、本土生产。”

xEV防护产品

除了充当导热产品,有机硅材料在新能源汽车部件的防护上也大有用武之地。

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图片来源:陶氏

首先是密封性应用。众所周知,为保证动力电池的安全,各大主机厂均对动力电池提出了全面和严格的安全标准和测试要求,即通过气密检测达到全生命周期IP68的标准。因此,为了实现电池包的密封性,保护内部元器件不受灰尘、雨水等侵蚀,有着极佳防水性能的有机硅材料可以对电池包、电控等部件起到很好的防水、防潮效果。

其次是三防漆应用。在湿气条件下,如果没有采取防护措施,电池管理系统(BMS)中很多的电路板会慢慢发生电化学腐蚀,这将极大影响车辆的安全可靠运行。另外,随着智能化应用的深入渗透,一些部件在高低温时要满足8~10年以上使用需求时,就需要用到有机硅三防漆解决方案。

灌封胶/凝胶则在IGBT芯片中有很重要的应用,可以起到防水、阻燃、减震、电气绝缘的作用。另外,随着自动驾驶时代的逐步推进,会有更多电磁屏蔽的需求。据邹鲁介绍,整车在振动条件下,小的缝隙处特别容易发生磁泄露,这就对整车ADAS提出了很大的挑战,有机硅具备模量低、延展率高的特点,在振动条件下不容易发生磁泄露,目前,陶氏开发的EC-6601导电胶在导电屏蔽方面已经有非常经典的使用。

小结:

整体来看,陶氏有机硅解决方案主要在热管理、防护与组装方面为新能源汽车三电赋能。不过,作为材料商,陶氏的发力点远不止于此。邹鲁表示,现在越来越多的客户提出对新能源汽车动力电池安全方面的需求,陶氏也是在集合各个方面的解决方案,从组件、电芯、模组再到PACK,以提供整车级别的解决方案。

2020年7月1日,陶氏推出了Mobility Science™平台,旨在通过该平台全面提升客户体验,包括提升服务、加速创新、降低复杂程度等,为陶氏的客户和合作伙伴提供无缝体验,让客户更加高效地接触到陶氏丰富地产品和实力。

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