金戈新材提醒新能源動力電池導熱硅膠片設計的6個注意點

　　隨著國家對新能源汽車扶持政策趨勢，一大批的互聯(lián)網(wǎng)公司也加入這一行業(yè)的投資中。電子熱處理在電子工業(yè)上專業(yè)的工程師國內(nèi)就已經(jīng)相對缺少，動力電池的熱工程師就顯得更加的奇缺了。金戈新材作為導熱材料老大哥，總結他們的客戶工程師在新能源動力電池導熱硅膠片設計時糾結過的坑！

　　一、新能源汽車動力電池導熱材料硬度的坑

　　新能源汽車動力電池導熱硅膠片的硬度值各家公司標的值都有很大不同，有shoreoo的，有shorec的，shoreA的，雖然有對標值參考，從三元電池以及應用材料的硬度來看，建議是用shore00來比較合適?，F(xiàn)有很多客戶設計的材料硬度是shore0045-55之間，他們認為是合適的，但也有客戶工程師擔心新能源汽車動力電池導熱硅膠片的應力希望材料更軟就沒有考慮產(chǎn)線操作應用設計為shore0020-30，最后產(chǎn)線沒有辦法操作拿取材料，因為產(chǎn)品太軟了，產(chǎn)線操作時候就很容易導致變形情況出現(xiàn)。如果客戶設計硬度在20以下是不是更無法施工，那再者是水冷板和模組之間公差大，就可以繼續(xù)選擇導熱硅膠片并把硬度調(diào)到60以上。這些案例在實際的設計和應用都已經(jīng)加以證實過。

　　二、新能源動力電池導熱材料導熱系數(shù)的坑

　　我們一般來說，新能源汽車動力電池導熱硅膠片導熱系數(shù)是在標準的ASTMD5470規(guī)范條件下測試得出來的值，但有些工程師在設計中要求厚度5.0mm，11mm也要3W/M.K或者更高，還有一些單、雙面增加補強材玻璃纖維布也要達到整體3W/M.K甚至更高要求。從目前我們實際的推廣和實際應用來看，新能源汽車動力電池導熱硅膠片導熱系數(shù)1.5-2W/M.K，厚度1.5/2.0mm是比較經(jīng)濟應用的成本，如果擔心產(chǎn)品的伸收率問題，可以在墊片中內(nèi)置超薄0.03玻纖纖維布增強。

　　三、新能源動力電池導熱材料抗拉強度的坑

　　嚴格地講，關于新能源汽車動力電池導熱硅膠片抗拉強度這個問題很重要也有很多爭議。在電子工業(yè)產(chǎn)品中導熱材料是越軟越好，因為超軟柔那壓縮就更好，越好的壓縮那材料的有效接觸面積就越大，而且降低熱阻達到最好的導熱效果，不大會擔心產(chǎn)品本身壓變裂或者壓損壞產(chǎn)品！但是由于動力電池上導熱材料應用在汽車上，而汽車是運動的，所以很多工程師擔心這種設計萬一材料斷裂怎么辦？這種擔心其實是多余的，新能源汽車動力電池導熱硅膠片不論在哪種產(chǎn)品中應用，一般應用的間隙都小于導熱硅膠片的實際厚度，導熱硅膠片除了主要的導熱性能還有填補間隙和緩沖減震功能，他們在動力電池應用也一樣的填補在間隙之間，而且與模組形成一體，就算是汽車高速行駛和顛簸中也一樣只是靜靜地待在間隙中努力的工作傳導熱量絕不會出現(xiàn)斷裂的問題！新能源汽車動力電池導熱硅膠片是分子與分子之間的結合，除非裝機操作人為的因素，但是您說您還是擔心，那就內(nèi)置一個超薄的0.03mm玻璃纖維布補強材料吧，這樣就不用再糾結了！

　　四、新能源動力電池導熱材料壓縮的坑

　　新能源汽車動力電池導熱硅膠片安裝后被壓縮量與自由狀態(tài)實際厚度之比我們稱之為壓縮比。從目前的實際應用來看，壓縮量在20%-30%是比較合適的，但壓縮量與材料本身硬度和應力有直接關系，因此需要設計工程充分地把電池模組的間隙，材料的厚度，硬度，以及應力計算模擬出數(shù)據(jù)，分別分析10-100psi壓強下測試出新能源汽車動力電池導熱硅膠片的壓縮率顯示的數(shù)據(jù)，包括壓力，厚度以及導熱系數(shù)的變化。工程師整合這些數(shù)據(jù)找到最合適的壓縮量，建議客戶做5次以上的測試對比再進行選定。

　　五、新能源動力電池導熱材料的自動化施工

　　由于新能源汽車動力電池導熱硅膠片的生產(chǎn)工藝決定了導熱硅膠片的基本成品屬性即雙面帶不同離型力的PET離型紙。其實離型紙厚度也有區(qū)別，分重輕離型，在人工操作時，建議客戶直接先撕起輕離型紙，然后撕掉另一層重離型紙即可安裝動力電池導熱硅膠片。目前自動化生產(chǎn)施工的要求和呼聲比較高，要求新能源汽車動力電池導熱硅膠片提供滿足自動化生產(chǎn)應對。業(yè)界通常的做法就是把導熱硅膠片模切成卷料或者做裸片包裝比較方便自動化生產(chǎn)要求，但新能源汽車動力電池導熱硅膠片有這么幾個特點：

　　1，厚度偏厚，材料不合適做出卷料；

　　2，尺寸比較大不一定適合自動化機器手抓取材料，而且加上材料還有自帶粘性更加難自動化操作；

　　3.材料本身有雙面離型紙保護，從而也增加了自動化撕離型紙的難度。

　　以上3點問題加以解決無疑都在不同程度上增加了加工模切的成本，比如我們在雙面離型紙的正反2面增加拉拔邊或者預留更大的材料面積，正反2個方向沖型進行排廢（兩邊預留10-20mm)，就為了自動化把全部人工活交給了材料模切環(huán)節(jié)，但是這種模切的方式是否合適成品包裝出貨又是一個問題！這些問題都是設計工程師在設計時沒有足夠考慮多問題，當然上述方法都可行，唯一的問題就是大大增加了成本。

　　六、新能源動力電池導熱材料壽命的坑

　　因為汽車行業(yè)都有續(xù)航以及10年或者更長的壽命要求，所以所有的工程師都會對新能源汽車動力電池導熱硅膠片使用壽命提出要求，但現(xiàn)在的問題是目前全球都沒有標準的方法，產(chǎn)品十年的測試都源于3C產(chǎn)品的測試方法，如今在世界范圍內(nèi)，用來預測高分子材料長期老化壽命的試驗方法，都是基于阿累尼烏斯方程的，對于單一成分的材料而言，用阿累尼烏斯方程具有較高的準確度。但是，對于由多種成分組成的復合材料而言，基于阿累尼烏斯方程的結果均不夠準確。很多工程技術人員忽略了這問題的存在。那么，現(xiàn)有用于實驗室熱加速模擬老化、預測在不同服役環(huán)境下服役壽命的方法和標準有哪些？主要有以下幾種參考文獻：

　　[1]GB/T20028硫化橡膠或熱塑性橡膠應用阿累尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度

　　[2]ISO2578塑料在熱老化箱中預測既定溫度時間極限的測定方法（Plastics-DeterminationofTime-temperatureLimitsafterProlongedExposuretoHeat）

　　[3]ISO11346硫化橡膠、塑料的使用壽命和最高使用溫度的評估方法（Rubber,VulcanizedorThermoplastic-EstimationofLife-timeandMaximumTemperatureofUse）

　　[4]ASTMG169老化試驗標準的基本統(tǒng)計方法的應用指南（StandardGuideforApplicationofBasicStatisticalMethodstoWeatheringTests）

　　[5]ASTMG166服役壽命數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析的標準指南（StandardGuideforSta-tisticalAnalysisofServiceLifeData）

　　[6]UL746B聚合材料.長期老化性能評估方法（PolymericMaterials—LongTermPropertyEvaluations）

　　[7]Brown耐久性測試技術和模型（DurabilityTestingTechniquesandMod-els）

　　[8]LevM.Klyatis加速老化可靠性和耐久性測試技術（AcceleratedReliabilityandDurabilityTestingTechnology，Wiley2011）

　　實際上，上述參考文獻中，GB/T20028、ISO2578、UL746B三個標準具有等效性，只需要按照其中一個標準執(zhí)行就可以了。

　　需要注意的是，按照ASTMG166和ASTMG169的要求，供應商和客戶需要針對“服役環(huán)境溫度的統(tǒng)計平均值、材料性能終點判斷準則”進行充分溝通并達成一致，才能采用上述方法和標準。例如，用于汽車電池堆的導熱片，供應商和客戶需要討論“汽車在赤道和中國東北等地區(qū)春夏秋冬行駛狀態(tài)下，電池包中導熱硅膠片經(jīng)受溫度歷史的統(tǒng)計平均值；汽車在赤道和中國東北等地區(qū)春夏秋冬停運環(huán)境狀態(tài)下，電池包中導熱硅膠片經(jīng)受溫度歷史的統(tǒng)計平均值”，一般是以“拉伸強度增加一倍/斷裂伸長率下降一半，或者拉伸強度下降一半/斷裂伸長率增加一倍，或者雙方約定的其它指標終點”作為導熱硅膠片性能終點預測服役壽命的依據(jù)。

　　對于新能源汽車動力電池導熱材料另外提供三種選材方案

　　第一，導熱硅膠墊片，導熱硅膠墊片可以分為2種，常規(guī)的有硅膠系統(tǒng)的導熱硅膠墊片，主要應用在動力電池模組與電池外殼之間的熱傳遞，還要一種導熱硅膠片就是輕量化的導熱硅膠片，主要應用在18650電池模組的比較多，一般要求導熱硅膠片的密度在2.0以下。

　　第二，雙劑型導熱凝膠墊片。雙劑型導熱凝膠墊片作為汽車動力電池熱處理的一款趨勢性導熱材料，是因為雙劑型導熱凝膠墊片，是一款可以實現(xiàn)自動化點膠的導熱材料，熱阻比導熱硅膠片更低，而且具有跟導熱硅膠墊片匹敵的抗拉強度與伸長率，可以很服帖的貼在散熱板子上。

　　第三，導熱灌封膠。傳統(tǒng)的有硅膠系統(tǒng)的導熱灌封膠，可以選用環(huán)氧樹脂型的導熱灌封膠，不僅有導熱性能、而且罐封后像果凍一樣有彈性，滿足了更多的設計需求。

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