導熱膠在動力電池的應用

       動力電池導熱膠的技術要求

動力電池導熱膠在應用中需要滿足一系列技術要求，以確保其在提高電池散熱效果、降低溫度梯度、增加電池壽命等方面的有效性。以下是一些常見的技術要求：

1）導熱系數(shù)。導熱膠具有高導熱性能，能夠有效傳導電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。通常，導熱性能以導熱系數(shù)（熱導率）來衡量，要求具有較高的數(shù)值，以確保高效的熱傳導。

2）溫度穩(wěn)定性。導熱膠需要在廣泛的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的性能，特別是在電池工作溫度范圍內(nèi)。此外，它應該具有良好的耐高溫性能，以防止在高溫環(huán)境下失效。

3）粘附性和填充性。導熱膠需要具有良好的粘附性，能夠牢固地附著在電池模塊的表面，并填充微觀間隙，確保熱量傳導的均勻性。

4）機械性能。導熱膠需要具備一定的機械強度和彈性，以應對電池模塊可能的振動、壓力和變形，這有助于保持導熱膠的穩(wěn)定性和可靠性。

5）耐老化性能。電池系統(tǒng)具有較長的使用壽命，因此導熱膠需要具有良好的耐老化性能，不易發(fā)生硬化、分解或失效。

6）環(huán)保與可持續(xù)性。導熱膠的材料應當符合環(huán)保要求，并且在生產(chǎn)和使用過程中盡量減少對環(huán)境的影響。可持續(xù)性考慮也越來越重要，包括材料的可回收性和可再利用性。表1為某款動力電池導熱膠的技術要求示例。

以上這些指標綜合考慮了電池在不同工作條件下的熱管理需求，應用時候需綜合考慮以達到最佳的熱管理效果。目前國內(nèi)動力電池行業(yè)大多采用了“液冷”的方式（箱體內(nèi)液冷板+導熱材料，熱傳導路徑：模組－導熱膠－液冷板），如圖1 所示，模組和電池包內(nèi)液冷系統(tǒng)之間通過導熱膠達到熱傳遞的形式，當動力電池需要散熱時，冷液通過導熱材料將動力電池模組或電芯內(nèi)部熱量帶走；當動力電池需要加熱時，冷卻液通過導熱材料將熱量傳遞給動力電池模組或電芯，這樣就提高了電池的熱管理效率。

導熱膠工藝常見應用

關于導熱膠的工藝應用，目前國內(nèi)大多數(shù)動力電池廠家選擇了導熱膠涂布機器人設備實現(xiàn)導熱材料的涂布，導熱膠涂布機器人是一種自動化設備，這類機器人通常具有高度的精確性和可編程性，配備自動噴涂或涂布頭，以確保導熱膠能夠均勻涂布在目標表面上。具備高精度的運動控制系統(tǒng)，通常包括多軸控制，以實現(xiàn)在三維空間中的復雜運動以確保在整個涂布過程中保持準確性。具備高度的可編程性，預先設定機器人的路徑、速度、涂布量等參數(shù)，以適應不同的產(chǎn)品規(guī)格和設計等特點。導熱膠涂布機器人的設計和性能取決于具體的生產(chǎn)需求和導熱膠的特性。這種機器人系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)效率、減少人工操作，并確保涂布的一致性和質量，如圖2 所示。

導熱膠應用過程的問題和挑戰(zhàn)

導熱膠應用過程中包括各種問題，影響涂布質量和動力電池的熱管理，從而影響電池性能、電池的容量衰減，降低電池壽命和安全性能，以下是常見的可以導致導熱膠應用的問題挑戰(zhàn)和原因分析。

1）氣泡和空隙。涂布過程中導熱膠表面出現(xiàn)氣泡或空隙，影響導熱性能。導熱膠產(chǎn)生氣泡和空隙可能的原因有：箱體液冷板表面不良，平面度不合格；導熱膠涂布不均勻導致；導熱膠粘度問題。

2）涂布不均勻。導熱膠在表面涂布不均勻，導致熱傳導不均勻。導熱膠涂布不均勻可能的原因有：導熱膠涂布設備問題；導熱膠粘度問題。

3）涂布過厚或過薄。導熱膠涂布層厚度不符合設計規(guī)范，涂布過厚或者薄可能的原因有：導熱膠涂布設備參數(shù)設置不正確，導致涂布量過大或過?。粚崮z的粘度或流動性問題。

4）附著性不足。導熱膠未能牢固地附著在表面上，可能的原因有：導熱膠涂布表面未經(jīng)適當處理，存在油脂或異物；導熱膠的附著性能不符合要求。

5）固化問題。導熱膠在涂布后未能有效固化，可能的原因有：導熱膠固化時間或溫度設置不正確；導熱膠的成分或配比問題。

6）顏色變化或分離。導熱膠在涂布后出現(xiàn)顏色變化或分層，可能的原因有：導熱膠的材料質量問題；導熱膠的不同批次的混合使用引起的問題。

7）粘度問題。導熱膠的粘度不穩(wěn)定，導致涂布困難或不均勻，可能的原因有：導熱膠成分攪拌不均勻；導熱膠的涂布環(huán)境溫度波動引起的粘度變化。

了解以上導熱膠在應用中常見的失效模式和原因分析，以便及時采取糾正措施，確保產(chǎn)品的一致性和性能符合要求。質量控制、統(tǒng)計過程控制 （Statistical Process Control, SPC）監(jiān)控以及定期的設備維護都是預防這些失效模式的重要手段。

導熱膠應用建議和質量管控

1. 導熱膠應用建議

導熱膠的涂布是關鍵步驟，它確保在電池組件內(nèi)部或電池模塊之間的表面涂覆均勻，以實現(xiàn)最佳的熱傳導效果。以下是關于導熱膠涂布的一些建議和步驟。

1）準備工作。在涂布之前，確保工作環(huán)境干凈，沒有灰塵或雜質，以防止它們附著在導熱膠表面。清潔待涂覆的表面，以確保膠能夠良好地附著。

2）材料準備。將導熱膠攪拌均勻，確保其中的導熱填料分布均勻。根據(jù)制造商提供的說明，可能需要在特定的溫度下儲存和攪拌導熱膠。

3）選擇涂布方法。選擇適當?shù)耐坎挤椒?，具體選擇取決于制造流程和涂布面積的大小。

4）均勻涂布。確保導熱膠均勻涂布在需要散熱的表面上。均勻的涂布有助于避免熱傳導不均和熱點的形成。控制涂布量以確保膠層不會太厚或太薄，最佳涂布量可能需要根據(jù)具體的設計規(guī)范來調(diào)整。

5）防止氣泡和空隙。在涂布過程中要小心防止氣泡或空隙的形成，這可能會降低導熱膠的導熱性能。

6）干燥和固化。根據(jù)導熱膠制造商的建議，等待導熱膠干燥和固化。這通常需要一定的時間，確保導熱膠在實際使用中保持穩(wěn)定。

7）質量控制。實施質量控制步驟，例如檢查涂布的均勻性、檢測氣泡或空隙，以及確保涂布符合設計規(guī)范。

8）設備清理。在涂布完成后，及時清理涂布設備，以防導熱膠在設備上固化，影響后續(xù)的生產(chǎn)步驟。

導熱膠的涂布過程需要仔細的控制，以確保最終產(chǎn)品能夠在電池系統(tǒng)中發(fā)揮預期的導熱性能。根據(jù)具體的制造流程和要求，可能需要采用不同的涂布技術和工藝參數(shù)。

2. 質量管控手段

導熱膠實際應用過程及時檢測并解決問題是確保導熱膠涂布質量的關鍵，其中SPC 監(jiān)控是常用的質量管控手段，SPC 是一種通過對生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)進行統(tǒng)計分析和監(jiān)控，以確保過程保持在可控制的狀態(tài)的管理方法。在導熱膠涂布過程中，SPC 可以幫助實現(xiàn)質量控制和生產(chǎn)優(yōu)化。以下是在導熱膠涂布過程中應用SPC 管理的一些建議。

1）選擇關鍵參數(shù)。識別導熱膠涂布過程中的關鍵參數(shù)，例如涂布速度、涂布量、涂布厚度等。確保選擇的參數(shù)與產(chǎn)品規(guī)格和性能要求相關。

2）建立SPC 控制圖。對選定的關鍵參數(shù)建立SPC 控制圖，通常使用X-bar 圖、范圍圖、方差圖等。在控制圖上標注上下控制限，以便及時檢測到任何異常。

3）采集數(shù)據(jù)。定期收集涂布過程中關鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，避免人為誤差。

4）統(tǒng)計分析。對收集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計算平均值、標準差等統(tǒng)計指標。利用控制圖檢測任何異常模式或趨勢，以及超出控制限的數(shù)據(jù)點。

5）設定報警閾值。設定SPC 控制圖上的報警閾值，當參數(shù)超過這些閾值時觸發(fā)報警。確保報警閾值與產(chǎn)品規(guī)格和質量要求一致。

6）制定糾正措施。當SPC 監(jiān)測到異常時，制定糾正措施以迅速調(diào)整涂布過程。確保制定的糾正措施是有效的，并記錄糾正措施的執(zhí)行過程。

7）員工培訓。培訓生產(chǎn)人員，使其了解SPC的基本原理和應用，培養(yǎng)員工對異常情況的敏感性，鼓勵主動報告和解決問題。

8）持續(xù)改進。基于SPC 的監(jiān)控結果，進行持續(xù)的改進。定期評估和更新SPC 的參數(shù)，以確保其與生產(chǎn)過程和產(chǎn)品要求的變化保持一致。

9）文檔記錄。記錄所有SPC 數(shù)據(jù)，包括異常事件、糾正措施和改進措施。建立文件記錄系統(tǒng)，方便溯源和回顧。

10）審查和分析。定期審查SPC 數(shù)據(jù)，進行趨勢分析和綜合分析，以預測未來可能出現(xiàn)的問題。利用SPC 數(shù)據(jù)為制定生產(chǎn)計劃和質量目標提供參考。

通過以上SPC 對導熱膠的應用質量管理，可以實現(xiàn)對導熱膠涂布過程的實時監(jiān)控和控制，幫助生產(chǎn)團隊及時發(fā)現(xiàn)和糾正潛在的問題，確保產(chǎn)品的一致性和質量穩(wěn)定性。

3. SPC 應用實例

下面以某動力電池導熱膠涂布重量的SPC 控制為例介紹一下SPC 應用。首先，在產(chǎn)品和工藝設計階段根據(jù)導熱膠技術定義出導熱膠的重量控制（膠量：（130±13）g/模組），評估識別導熱膠重量涂布的潛在風險和應對手段定義在過程潛在失效模式與后果分析（Process Failure Mode and Effects Analysis, P-FMEA）和控制計劃，例如：導熱膠重量過大，重量不足的潛在失效模式，控制手段通過開班點檢設備參數(shù)和膠量的首檢檢驗，生產(chǎn)過程中通過巡檢（頻度：1 次/2 h）對膠量稱重數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)如表2 所示，進行SPC 管控如圖3 所示。

結  論

本文闡述了導熱膠在動力電池行業(yè)的應用，這些導熱材料在應對電池運行中的熱管理挑戰(zhàn)時，發(fā)揮著至關重要的作用，通過導熱膠的應用，可以提高動力電池的整體性能、安全性和使用壽命。本文根據(jù)導熱膠的特性，分析了導熱膠應用中常見問題和原因分析，從應用過程中的建議和質量管控手段進行展開論述，為國內(nèi)動力電池行業(yè)的高能量密度的熱管理方向研究提供了借鑒意義，對于動力電池熱管理對導熱膠的應用拋磚引玉。