天博官网(中国)有限公司官网知识:动力电池包工艺系列——导热灌封胶
来源:动力电池技术 作者:强力化工 发布时间:2023-03-17 10:43 阅读次数:85
动力电池模组内部,传热、减震、密封、焊点保护等等,应用胶的地方不止一两处,今天从导热灌封胶的角度,整理环氧树脂胶、硅橡胶、聚氨酯三种主要基材对应的导热胶性质和工艺方法。


1、本征导热和填料导热

将导热填料填充在高分子材料基体中制成导热胶粘剂,其导热性能主要取决于填料的种类,还与填料在基体中的分布等有关。因此,填料的用量、粒径、表面处理等均将影响环氧树脂导热胶粘剂的导热性能。当填料可以均匀分布在环氧树脂基体中并且可以使填料在合适的用量下形成导热通路时,导热性能最佳。通常粒径越大,越容易形成导热通路,导热性能就越好。对于填充型导热胶粘剂,界面是热阻形成的主要原因,通过对填料表面进行改性,增强界面作用力,可以在一定程度上提高导热性能。

2、本征型导热胶粘剂

不使用导热填料,仅仅依靠聚合物在成型加工过程中通过改变分子链结构,进而改变结晶度,从而增强导热性能。高聚物由于相对分子质量的多分散性,很难形成完整的晶格。目前,通过化学合成法制备的具有高热导率的结构聚合物主要有聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等,它们主要依靠分子内共轭Ⅱ键进行电子导热,这类材料通常也具有优良的导电性能. 本征型导热胶粘剂由于生产工艺过于复杂、可实施性差,而不为人们所选择。


填充型导热胶粘剂
通过控制填料在基体中的分布,形成连续的导热网络,进而增强胶粘剂的导热性能。常用的导热填料有金属材料(Fe、Mg、Al、Cu、Ag)、碳基材料( 碳纳米管、石墨烯、石墨)、氧化物(Al2O3、ZnO、BeO、SiO2)、氮化物(AlN、BN、Si3N4)。其中金属材料与碳基材料多为非绝缘材料,金属氧化物、氮化物多为绝缘材料。作为导热填料,应该具备以下基本要求:高导热系数、不与聚合物基体发生反应、化学和热稳定性良好等。导热填料与聚合物形成的复合材料导热性能的好坏取决于填料本身的导热率、填料在基体树脂中的填充情况、填料与基体之间的相互作用。根据填充无机材料的不同,填充型导热胶粘剂分为导热绝缘胶粘剂和导热非绝缘胶粘剂。常用的绝缘填料有Al2O3、AlN、SiO2 等,非绝缘填料有Ag、Cu、石墨、碳纳米管等。
氧化物绝缘材料中氧化铍热导率最高,但由于毒性较大而不被人们所使用。氧化硅、氧化铝具有优良的电绝缘性能,而且价格低廉,得到了广泛使用。氮化物绝缘材料中氮化硅、氮化硼由于热导率高、热膨胀系数低等优点,成为人们研究的热点,但其价格昂贵,从而限制了其应用于工业生产。对于非绝缘填料来说,碳基材料主要有石墨烯,其热导率高、导电性好,适用于导热非绝缘胶粘剂。也可以将石墨烯与电绝缘性能优良的聚合物复合,得到导热绝缘胶粘剂。目前,市场上主要导热胶粘剂都属于填充型导热胶粘剂。
典型绝缘填充料导热系数


2 三种主要灌封胶的比较

优缺点

灌封胶是一个广泛的称呼, 原来主要用于电子元器件的粘接,密封,灌封和涂覆保护,当前我们提到他们,则主要是因为灌封胶尤其硅胶越来越多的在动力电池系统中的应用。

灌封胶材料可分为:

环氧树脂灌封胶: 单组份环氧树脂灌封胶,双组份环氧树脂灌封胶;

硅橡胶灌封胶: 室温硫化硅橡胶,双组份加成形硅橡胶灌封胶,双组份缩合型硅橡胶灌封胶;

聚氨酯灌封胶:双组份聚氨酯灌封胶;

天博官网(中国)有限公司官网橡胶

优点:天博官网(中国)有限公司官网灌封胶固化后材质较软,有固体橡胶和硅凝胶两种形态,能够消除大多数的机械应力并起到减震保护效果。物理化学性质稳定,具备较好的耐高低温性,可在-50~200℃范围内长期工作。优异的耐候性,在室外长达20年以上仍能起到较好的保护作用,而且不易黄变。具有优异的电气性能和绝缘能力,灌封后有效提高内部元件以及线路之间的绝缘,提高电子元器件的使用稳定性。具有的返修能力,可快捷方便的将密封后的元器件取出修理和更换。

缺点:粘结性能稍差。
应用范围:适合灌封各种在恶劣环境下工作以及高端精密/敏感电子器件。如LED、显示屏、光伏材料、二极管、半导体器件、继电器、传感器、汽车安定器HIV、车载电脑ECU等,主要起绝缘、防潮、防尘、减震作用。
随着电子科技的大跨步式发展,由于具备诸多优异性能,天博官网(中国)有限公司官网橡胶将无疑成为敏感电路和电子器件灌封保护的较佳灌封材料。
性能纵向对比
成本:天博官网(中国)有限公司官网树脂>环氧树脂>聚氨酯;
注:在天博官网(中国)有限公司官网树脂中缩合型的成本接近了环氧树脂,而改性后的环氧树脂也接近了PU;
工艺性: 环氧树脂>天博官网(中国)有限公司官网树脂>聚氨酯;
注:PU因为其亲水性,必须有真空干燥才能得到比较好的固化物,如无需真空和干燥的成本又实在太高,所以热溶胶虽然是加热溶解浇注,但总体来看其可操作性还是比PU的简单的多;
电气性能:环氧树脂树脂>天博官网(中国)有限公司官网树脂>聚氨酯;
注:加成型的天博官网(中国)有限公司官网或者是石蜡等类型的热溶胶,有的电气特性甚至比环氧的还要高,例如表面电阻率;
耐热性:天博官网(中国)有限公司官网树脂>环氧树脂>聚氨酯;
注:低廉价格的PU其耐热比热溶胶好不了多少;
耐寒性:天博官网(中国)有限公司官网树脂>聚氨酯>环氧树脂;
注:很多热溶胶的低温特性其实也是非常不错的,所以在很多时候,环氧是要排在最后的了;
硅橡胶可在很宽的温度范围内长期保持弹性, 硫化时不吸热、不放热, 并具有优良的电气性能和化学稳定性能, 是电子电气组装件灌封的首选材料。
室温硫化(RTV) 硅橡胶按硫化机理分为缩合型和加成型,按包装形式分为单组分型和双组分型。缩合型硅橡胶硫化时通常会放出低分子物。因此, 在灌封后应放置一段时间, 待低分子物尽量挥发后方可使用。加成型RTV 硅橡胶具有优良的电气强度和化学稳定性, 耐候、防水、防潮、防震、无腐蚀且无毒、无味, 易于灌注、能深部硫化, 收缩率低、操作简单, 能在-65 ~ 200 ℃下长期使用;但在使用过程中应注意不要与N 、P 以及金属有机盐等接触, 否则胶料不能硫化。
灌封基本工艺流程
灌封工艺按电器绝缘处理方式不同, 可以分为模具成型和无模具成型两种 ;模具成型又分为一般浇注和真空灌注两种。在其它条件相同时一般采用真空灌注。
灌封中常见的问题
模具设计,硅橡胶在使用时是流体, 为了不使胶料到处漏流, 造成胶料浪费和污染环境, 模具的设计很关键。模具设计一般要做到以下几点:便于组装, 拆卸, 脱模;配合严密, 防止胶料泄漏;支撑底面平整, 以保证干燥过程中胶层各部分厚度基本一致, 便于控制灌封高度。

气泡,胶料中混入气泡后, 不仅影响产品外观质量, 更重要的是影响产品的电气性能和机械性能。对于硅橡胶, 由于韧性好, 气泡主要影响产品的电性能。产生气泡的原因主要是:反应过程中产生的低分子物或挥发性组分;机械搅拌带入的气泡;填料未彻底干燥而带入的潮气;原件之间的窄缝死角未被填充而成空穴。对于双组分硅橡胶 , 胶料混合时必须充分搅拌。采用真空干燥箱进行真空排气泡处理, 可使胶层质量明显提高, 且强度、韧性同时提高。

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