有机硅导热灌封胶对新能源汽车锂动力电池组防水及抗撞击性能的影响研究

熊婷¹雷震² 谭奎³ 王虎生⁴

（成都硅宝科技股份有限公司 成都610041）

摘要：新能源汽车是汽车工业未来的主要发展方向。纯电动新能源汽车以锂动力电池组为动力源泉，在使用中因涉水、颠簸、碰撞等外环境的影响，易出现运行稳定性下降，更严重发生动力电池组变形破裂而引发起火爆炸，将可能威胁到驾乘人员的人身安全。本文研究了5种不同的有机硅导热灌封胶对锂动力电池组防水以及抗撞击性能的影响。结果表明，有机硅导热灌封胶能有效提高动力电池组的防水性能及耐腐蚀能力，保证运行的稳定性；其中硅宝5#有机硅导热灌封胶显著提高锂动力电池组的抗撞击性，保障动力电池组的整体安全性。

关键词：锂动力电池，防水，抗撞击，有机硅导热灌封胶

Study on the Influence of Thermal Conductivity Silicone Electronic Potting Sealant on the Waterproof and Anti-impact of Lithium-Powered Battery Pack of New Energy Vehicles

Xiong Ting¹Lei Zhen²Tan Kui³Wang Hu sheng⁴

（Chengdu Guibao Science & Technology Co. ,Ltd. Chengdu 610041）

Abstract: New energy vehicles is the main development direction of the automobile industry. New energy vehicles powered by lithium power battery, the external environment such as water, bump and collision can reduce running stability of new energy vehicle, even lithium power battery rupture and cause a fire explosion, threatening personal safety. In this paper, five kinds of thermal conductivity silicone electronic potting sealants are studied on the influence the waterproof and anti-impact of lithium - powered battery pack. The results shows that thermal conductivity silicone electronic potting sealant can effectively improve the waterproof and corrosion resistance of Lithium-Powered Battery, keep working stability. No. 5 sample (guibao thermal conductivity silicone electronic potting sealant) shows the best performance in those samples.

Keywords: Lithium-Powered Battery, waterproof, Anti-impact, Thermal Conductivity Silicone Electronic Potting Sealant

汽车工业发展面临的包括能源、环境以及交通方面的挑战正日益严峻，新能源汽车几乎已经是代表着汽车工业未来的主要发展方向^[1]。2014-2016年中国新能源汽车年均产量增速达261%，也成为全球最大的新能源汽车市场。2017年1-11月，国内新能源汽车销售60.9万辆，同比增长51.4%，而纯电动汽车占比84%^[2]。据不完全统计^[3]，近年全球上市的70%以上新能源汽车是以锂离子电池为动力源。以“串并联成组”组装的锂离子动力电池组是新能源汽车的核心部件，其稳定运行和安全性至关重要。

正常情况下，动力电池组在BMS系统安全监控下运行良好，但国内道路存在着拥堵、排水系统不足、气候多变等状况，在行驶过程中，因颠簸、涉水、碰撞、挤压等给动力电池组件带来外部压力，会使其内部系统窜动、受潮短路、挤压、漏电等，严重时发生起火爆炸，影响其稳定运行和驾乘人员安全。长时间使用的新能源汽车在外部环境作用下电池箱盖密封可能发生耐久性下降、结构密封防水失效等情况，使得动力电池组暴露于水汽环境，影响电池单元的运行稳定性，带来安全隐患；此时新能源汽车一旦遇到不同程度的涉水环境，将会严重地威胁驾乘者的安全^[4]。当发生交通事故时，未经特殊保护的动力电池组很容易受到外力作用碰撞而挤压失效，甚至发生起火爆炸。郭大磊^[5]进行了18650锂离子动力电池的高速碰撞实验。实验表明，高速撞击过程中电池的内部结构发生破坏，电池的隔膜和正负极箔片破裂，正、负极材料脱落，碰撞速度越大，电池的稳定性越差，并出现起火爆炸。近年来因碰撞而起火爆炸事故时有发生，一定程度上说明动力电池组箱体自保护能力是有限的，同时会严重威胁到驾乘人员的人身安全。因此，需要一种新的防护材料方案来更好的保护动力电池组，增强其防水及抗撞击性能，提高安全性。然而，对于如何提高锂动力电池组的防水及抗撞击性能的研究还少见报道。

有机硅橡胶是硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷材料，Si-O键键能大，分子链柔顺且表面能低，具有很好的耐高低温性能和良好的耐候性，是理想的防水和抗冲击材料，已经广泛地应用于建筑、汽车、航空航天、电子电气、新能源等领域。张敏^[6]通过对锂电池组灌封液态硅胶前后的充放电测试，讨论并研究灌封液态硅胶在锂电池安全风险上的积极预防作用，发现充胶能有效缓解局部温度上升过快现象，散热效果明显优于不充胶电池组，是较理想的动力电池安全防护材料。

因此，本文将研究有机硅导热灌封胶用于锂动力电池组的封装保护，讨论不同型号有机硅导热灌封胶对动力电池组防水及抗撞击性能的影响。

1、实验

1.1测试样品及实验仪器

有机硅导热灌封胶样品：1#、2#为国内两个不同型号有机硅导热灌封胶样品；3#、4#为进口两个不同型号有机硅导热灌封胶样品；5#为硅宝有机硅导热灌封胶样品。

有机硅导热灌封胶制备：将有机硅导热灌封胶在温度为23±2 ℃，湿度为55±5%RH条件下放置24 h后，按照相应的混合比例混合3～5 min至均匀，制备相应试样进行各项性能测试和灌封动力电池组。

性能测试：密度：按GB/T 1749进行测试；粘度：按GB/T 2794进行测试；硬度：按GB/T 531.1进行测试；导热系数：按ISO 22007-2进行测试；阻燃等级：按GB/T 2408进行测试。

下表1为所5种型号有机硅导热灌封胶的性能。

表1 5种型号有机硅导热灌封胶各项性能

注：测试温度为标准23±2℃

动力电池组：将126颗18650电池（18650型单颗电芯容量为2.4 Ah，电压为4.0 V，国内某动力电池公司）以并联形式固定在专用支架上，制备成一个电池模组，然后将三个电池模组串联，得到一个测试用动力电池组。为了平行对比实验，外加空白组，总共组装24个动力电池组（由动力电池公司装配，并等同充满电）。

浸水实验箱：长×宽×高=1.2×0.8×1.5（m³）。

撞击测试系统：国内某动力电池公司。

实验及检测设备：旋转黏度计（DV2TRVTJO）：美国BROOKFIELD；导热仪（TPS-2500S）：瑞典HotDisk公司；硬度计（LX-A(C)型）：无锡市前洲测量仪器厂；水平-垂直试验仪（AG5100A）：珠海市安规测试设备有限公司。数显式万用表（LA812301）：上海鑫购实业有限公司；电子秒表（MS84301）：上海秒表厂；硬质环氧板、绝缘胶带、老虎钳、剪刀等工具。

1.2动力电池组的灌封

将每个动力电池组按相同串并联方式接线，并用硬质环氧板包裹好（留正上方不包裹，以便于施胶封装），用绝缘胶带缠好。

分别将5种不同型号的有机硅导热灌封胶在温度为23±2 ℃，湿度为55±5%RH条件下放置24 h后，按照相应的混合比例混合3～5 min至均匀，脱泡，各自封装动力电池组，标记为：01#、02#、03#、04#和05#，空白组未经封装，标记为0#，从0#到05#动力电池组均有4个平行样。

将封装好的动力电池组以及空白组在温度为23±2 ℃，湿度为55±5%RH条件下放置72 h，等待测试。

1.3盐水模拟浸泡测试

0#～05#动力电池组各取1组用于盐水模拟浸泡测试。

将0#～05#动力电池组分别置入6个浸水试验箱，然后往试验箱中灌入3.5%NaCl溶液至一米深（常温），分别进行1h、2h、24h、48h、168h的浸泡，并测试电压以及观测腐蚀情况。

1.4模拟碰撞测试

0#～05#动力电池组各取3组用于模拟碰撞测试，按GB/T 31467.3-2015中7.5要求进行测试。

2、结果与讨论

2.1灌封保护的动力电池组防水性能的影响

通过对5种不同灌封保护的动力电池组进行盐水模拟浸泡测试，考察有机硅导热灌封胶保护的动力电池组的防水性能，结果如表2所示。

表2 动力电池组盐水模拟浸泡测试——电压及腐蚀情况

由表2可见，经过盐水模拟浸泡1h后0#动力电池组的电压正常，但正极被部分腐蚀，2h后电压正常，但正极完全被腐蚀溶掉，24h后电压也出现异常；而经过导热有机硅灌封胶封装保护的电池组均未被腐蚀，经测试电压均正常。所以，有机硅导热灌封胶能有效隔绝盐水的腐蚀，保护动力电池组，明显提高动力电池组防水性能，使新能源汽车运行更安全。

2.2灌封保护的动力电池组抗撞击性能的影响

通过对5种不同灌封保护的动力电池组进行模拟碰撞测试，考察有机硅导热灌封胶保护的动力电池组的抗撞击性能，结果如表3所示。

表3 动力电池组模拟碰撞测试

由表3可见，未经灌封保护的动力电池组在模拟碰撞测试中电芯有挤压变形破裂，起火爆炸并引发连锁反应，引起了周边电芯的燃烧爆炸，整个动力电池组均燃烧。而新能源汽车在行驶中遇突发情况发生碰撞后，有车身及辅助材料缓冲，但也时有引发动力电池组的起火燃烧，这将对驾乘人员造成最严重的危害；2#有机硅导热灌封胶在模拟碰撞测试中也未能对动力电池组起到保护作用，其结果与未封装保护的电池组接近；1#和4#有机硅导热灌封胶对动力电池组起到一定的保护作用，但稳定性不好；3#有机硅导热灌封胶对动力电池组的保护效果较好，但有一组破裂后起火爆炸不可控；效果最佳的5#有机硅导热灌封胶，3组平行样中有两组都得到有效的保护，而另外一组即使出现有电芯着火的情况，但未引发连锁反应，使火势得到及时控制，周围电芯未受影响。

3、结论

通过研究不同型号有机硅导热灌封胶对锂电池组防水以抗撞击性能的影响，研究发现，有机硅导热灌封胶能有效保护动力电池不受盐水腐蚀，其防水性能明显提高；在模拟碰撞测试中，硅宝5#有机硅导热灌封胶能起到良好的保护作用，即使在电芯着火的情况下，也未发生连锁反应，灌封胶使火势得到及时控制，周边电芯得到保护，有效保障了锂动力电池组的整体安全性。

参考文献：

[1] 雷元. 新能源汽车目前发展状况和未来趋势[J].工程技术:全文版, 2017(1):00300-00300.

[2] 佚名. 中汽协:中国新能源汽车发展走在世界前列[J]. 汽车与配件, 2017(5):16-16.

[3] 王福莺. 全球锂电池市场状况和应用发展综述[J].电源技术. 2014,38(3):564-565.

[4] 张书宁. 新型锂电防水模组结构设计 1008-0155( 2015) 04-0128-02

[5] 郭大磊. 电动汽车锂离子动力电池压力稳定性研究. 吉林大学 2016

[6] 张敏. 硅胶在锂电池组安全方面的应用与探索[A]. 电动工具.1674-2796(2016)05-0010-06

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