中國(guó)粉體網(wǎng)訊 電池是新能源汽車的核心部件，新能源汽車所裝配的動(dòng)力用鋰離子電池包，通常由多個(gè)單體電池模塊組合而成，機(jī)械損傷、熱沖擊、內(nèi)短路、在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)頻繁快充等情況，都有可能導(dǎo)致個(gè)別單體電池的“熱失控”。“熱失控”會(huì)傳導(dǎo)蔓延，導(dǎo)致周圍單體電池溫度的迅速升高，溫度可高達(dá)500至1000℃，最終引發(fā)電池包整體燃燒、爆炸的災(zāi)難性后果，帶來(lái)巨大的安全隱患。
“絕緣、阻燃、防火”是新能源汽車電池必須具備的安全性需求，而新能源汽車電池涂料具有防火絕緣等特殊功能正好可以消除新能源汽車電池存在的安全隱患�；诖�，目前包括立邦、宣偉、金力泰、PPG、巴斯夫、艾仕得、關(guān)西涂料、廣信材料、擎天材料、松井股份、亮克威澤、信和新材等國(guó)內(nèi)外知名涂料企業(yè)在內(nèi)的大批涂企已開發(fā)出或正在應(yīng)用于新能源電池的涂料。由此，一個(gè)新的涂料賽道正在快速發(fā)展。
新能源電池涂料有哪些機(jī)會(huì)?
絕緣粉末涂料
以往的電池通常使用絕緣紙作為絕緣防護(hù)，然而無(wú)法保障絕緣紙與電池外殼緊密貼合，很難充分發(fā)揮絕緣紙的絕緣效果，會(huì)造成局部放電問(wèn)題的出現(xiàn)，對(duì)電池組造成損耗，降低電池組的使用壽命，甚至?xí)绊戨姵亟M的使用安全性，難以確保新能源汽車在行駛時(shí)的安全。目前，市場(chǎng)上普遍采用噴涂涂料的方法對(duì)電池包進(jìn)行絕緣處理，絕緣粉末涂料應(yīng)用在新能源汽車動(dòng)力電池組上，較好的取代了絕緣紙，不僅施工簡(jiǎn)單，而且一次噴涂成型便于安裝和運(yùn)輸。同時(shí)絕緣粉末涂料相對(duì)于絕緣貼膜生產(chǎn)簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生氣隙，附著力良好，不易刮花，并具有優(yōu)異的絕緣耐壓性能、防腐蝕性能和優(yōu)異的耐濕熱穩(wěn)定性，并在高低溫沖擊后仍具有優(yōu)異的絕緣耐壓性能。
不過(guò)由于汽車電池組空間的限制，鋁電池外殼噴涂厚度為100~150μm （而傳統(tǒng)的噴涂的絕緣粉末都在300μm 以上），雜質(zhì)和金屬顆粒對(duì)于涂層的電絕緣性能影響更大，所以需采用專用的絕緣粉生產(chǎn)設(shè)備，以保證涂層優(yōu)異的絕緣耐壓性能。尹臣等研究了不同種類樹脂、固化劑、填料、催化劑的用量對(duì)絕緣耐壓性能的影響，最終得到了優(yōu)良耐電解液性能、優(yōu)異絕緣性能和耐濕熱性能穩(wěn)定的新能源汽車動(dòng)力電池用粉末涂料。
UV光固化絕緣涂料
UV光固化涂料在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需添加溶劑，不會(huì)排放出VOC，對(duì)環(huán)境污染��；可在常溫條件下進(jìn)行固化，能用于熱敏基材，固化能耗低，成膜速度快，適用于快速流水線涂裝；產(chǎn)品成膜后具有良好的硬度、柔韌性、耐磨性、耐劃傷性、耐化學(xué)品性以及光澤度，綜合性能優(yōu)良。隨著新能源市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，電芯及其表面處理材料也在更新迭代，UV光固化涂層是替代傳統(tǒng)藍(lán)膜和粉末涂料的重要方式之一。
目前，新能源電池電芯包覆藍(lán)膜是生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)重要工序，藍(lán)膜作為一種絕緣材料可以將電芯和電芯之間隔離開來(lái)，從而阻隔單個(gè)電芯因故障對(duì)其他電芯造成的影響，防止一損俱損。然而在包覆和生產(chǎn)過(guò)程中，藍(lán)膜容易產(chǎn)生起泡、凸起、破損等缺陷，影響產(chǎn)品外觀甚至產(chǎn)品性能。因此，目前市場(chǎng)上電芯外除了通過(guò)纏繞藍(lán)膜進(jìn)行絕緣保護(hù)層之外，粉末涂料逐漸替代藍(lán)膜用于高端電芯。近兩年，雖然全球消費(fèi)萎縮、原材料供應(yīng)緊張，但全球電動(dòng)車市場(chǎng)仍然保持連續(xù)增長(zhǎng)，且隨著磷酸鐵鋰電池的成熟，儲(chǔ)能等行業(yè)也在迅速爆發(fā)，新能源電池的需求量非常大，從而對(duì)電芯生產(chǎn)節(jié)拍有了非常高的要求。
不過(guò)目前使用藍(lán)膜和粉末涂料均是包覆或者涂敷涂料后再封裝電解液等，生產(chǎn)節(jié)拍較慢。如若能實(shí)現(xiàn)先封裝電解液，再同時(shí)對(duì)電芯的6個(gè)面進(jìn)行涂裝，將大大提高生產(chǎn)效率。然而眾所周知，粉末涂料在施工后需要高溫固化，無(wú)法滿足先封裝后涂裝的工藝，因此，可快速固化的光固化涂料開始走進(jìn)新能源電芯涂料的市場(chǎng)。徐杰等研究探討了用于電芯的LED光固化涂料制備與性能，研究表明，在合適固化時(shí)間的前提下，搭配一定量的多官能度丙烯酸樹脂能有效提高C=C雙鍵轉(zhuǎn)化率。UV光固化涂料因?yàn)檩^高的收縮率對(duì)涂層附著力不佳，但搭配合適的附著力促進(jìn)劑可提高鋁材附著力。含溴單體類阻燃劑不僅可以滿足阻燃性能，同時(shí)對(duì)涂層熱穩(wěn)定性影響不大。
無(wú)溶劑/水性防火涂料
新能源汽車（純電動(dòng)、插電式混動(dòng)等）電池模組的安全性對(duì)新能源汽車的安全至關(guān)重要，當(dāng)電池模組出現(xiàn)故障時(shí)，為了最大程度保護(hù)車內(nèi)乘員，需要對(duì)電池包進(jìn)行防火隔熱處理，以便給車內(nèi)乘員預(yù)留充足的逃生時(shí)間。供應(yīng)商提供的防火涂料大部分為膨脹型耐火機(jī)理，無(wú)溶劑和水性占大多數(shù)，大部分需要加熱固化以保證其耐火性能，多為雙組分。其中膨脹型防火涂料主要包括成膜物質(zhì)、碳源、酸源、發(fā)泡劑、填料等，其主要成膜物質(zhì)為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或氟聚合物等。在加熱時(shí)涂層中熱能被轉(zhuǎn)化，防火涂層能迅速膨脹十幾倍至幾十倍并吸收周圍熱量，從而有效阻止高溫侵入其保護(hù)的基材，并以此達(dá)到防火目的。
其主要應(yīng)用方法是將膨脹型防火涂料施工在動(dòng)力電池殼體及蓋板上，待電池發(fā)生熱失控時(shí)迅速膨脹發(fā)泡，形成阻燃隔熱的碳層，避免熱量及高溫電解液燒蝕殼體，進(jìn)而導(dǎo)致殼體破裂形成燃燒與爆炸，為司乘人員留出寶貴的逃生時(shí)間。目前市場(chǎng)上的無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料主要為外企近年開發(fā)的產(chǎn)品，其中為 PPG（龐貝捷）、西卡、佐敦等歐美公司的產(chǎn)品壟斷，產(chǎn)品市價(jià)非常昂貴。國(guó)內(nèi)廠家產(chǎn)品主要為水性防火涂料，其涂層的絕緣耐壓，耐濕熱循環(huán)等性能難以達(dá)到GB38031 2020標(biāo)準(zhǔn)，碳層受熱發(fā)泡后強(qiáng)度亦有所不足。目前電池用防火涂料之所以還不成熟，因?yàn)橥苛洗蟛糠謴慕ㄖ梅阑鹜苛蟽?yōu)化而來(lái)，沒有獨(dú)立的體系，沒有按照整車需求進(jìn)行獨(dú)立的開發(fā)，其現(xiàn)場(chǎng)施工難度也很大。
結(jié)語(yǔ)
電池涂料作為一個(gè)新的涂料賽道正在快速發(fā)展，下一期我們重點(diǎn)介紹產(chǎn)業(yè)化情況。
參考來(lái)源：
武京斌，等：新能源汽車電池包防火涂料應(yīng)用研究，上海通用汽車有限公司
尹臣，等：絕緣性能優(yōu)異的薄涂粉末涂料的研究及其在新能源汽車電池上的應(yīng)用，廣州擎天材料科技有限公司
徐杰，等：用于新能源電芯涂層的LED光固化涂料研究，復(fù)旦大學(xué)
涂界，專利之星
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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