PP熱塑復(fù)合材料用于電池包上蓋性能評估

新能源電動汽車對于續(xù)駛里程提升有迫切需求，除了不斷研發(fā)更高能量密度的電芯，電池包結(jié)構(gòu)件的輕量化也尤為重要，在電池盒上蓋應(yīng)用復(fù)合材料成為有效手段。

電池盒用不同復(fù)合材料的材料組成和性能對比

針對國內(nèi)外主機廠電池盒上蓋使用的復(fù)合材料進行調(diào)研，目前普遍采用的四種復(fù)合材料SMC、PCM、HP-RTM、STM的性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 熱固性復(fù)合材料的材料組成和典型性能

從表1可以看到，SMC材料的機械性能低于其它三種材料，其中楊氏模量只有9Gpa，因此考慮到產(chǎn)品的剛度，產(chǎn)品的設(shè)計厚度會高于其它三種材料；在PCM、HP-RTM和STM材料中，PCM材料的機械性能最高，同時密度也是最高的，STM材料密度和機械性能最低，HP-RTM材料介于兩者之間。

目前市面上主流的復(fù)合材料多以熱固性復(fù)合材料為主，隨著“碳減排”的要求日趨嚴格，并且隨著熱塑復(fù)合材料行業(yè)的技術(shù)發(fā)展日趨成熟，熱塑性復(fù)合材料將成為汽車行業(yè)一個關(guān)鍵的新型材料。

熱塑性復(fù)合材料開發(fā)

市場上有不同種類的熱塑基體復(fù)合材料，但由于汽車行業(yè)對于成本的敏感性，連續(xù)玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料（CFRTP）由于其成本上的競爭力受到格外關(guān)注。結(jié)合現(xiàn)在電芯技術(shù)往安全性能更高的方向發(fā)展，電芯種類和布置的多樣性發(fā)展，CFRTP有機會成為電池盒上蓋材料的重要選材之一。

圖源：ASANO

連續(xù)玻璃纖維（GF）增強聚丙烯（PP）復(fù)合材料首先將連續(xù)玻璃纖維紗和聚丙烯樹脂通過熔融浸漬法（圖1）制備成單向帶（UD），然后將不同角度的帶材鋪層堆疊（圖2），通過雙鋼帶帶壓的方式（圖3）制備成層合板。

阻燃劑對于CFRTP材料性能的影響

由于聚丙烯樹脂（PP）本身含有鏈烷烴導(dǎo)致聚丙烯本身非常易燃，而電池盒上蓋要求材料具備一定的阻燃等級，所以需要在聚丙烯復(fù)合材料中添加阻燃劑以提高材料的阻燃性。開發(fā)四種不同阻燃等級的CFRTP材料，結(jié)果如表2。

表2 不同阻燃等級的CFRTP材料性能對比

從表2可以看出，隨著阻燃等級的提高，材料的拉伸強度和拉伸模量均有下降。其中，拉伸強度和模量最大的下降出現(xiàn)在非阻燃到UL94 V2級別，后續(xù)UL94 V2到V0級別，拉伸強度和模量只是略微下降。

阻燃劑對于拉伸性能的影響主要是引起玻纖填充量的下降，進而導(dǎo)致材料拉伸性能下降，不同類型阻燃劑的拉伸性能區(qū)別不大，但是無鹵阻燃劑對于密度的影響較小。

不同類型阻燃劑對于材料耐濕熱老化后性能的影響

電池盒上蓋在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)需要承受濕熱環(huán)境。對阻燃等級UL94V0兩種不同類型阻燃添加劑的材料進行耐濕熱老化測試，測試條件為溫度85℃、相對濕度85%，老化周期為1000h，參考標準GB/T2423.50-2012《環(huán)境試驗第二部分：試驗方法試驗恒定濕熱主要用于元件的加速試驗》，然后進行拉伸性能測試，參考標準ISO527-4《各向異性纖維增強塑料的拉伸性能》，結(jié)果如表3。

表3兩種類型阻燃劑方案耐濕熱老化

1000h后的拉伸強度保留率

從上述結(jié)果可以看出，無鹵阻燃V0材料耐濕熱老化后的強度保留率低于有鹵阻燃V0材料，可以得知耐濕熱老化對于無鹵體系的CFRTP材料拉伸性能影響較大。

不同類型阻燃劑對CFRTP材料火燒性能的影響

對CFRTP板材進行火燒測試來判斷CFRTP材料的防火性能，對兩種不同類型阻燃劑的V0級別CFRTP材料進行火燒測試，測試條件：1200±100℃,噴嘴距離板材20cm，火燒壓力氧氣0.5Mpa，丙烷0.07Mpa，具體火燒過程見圖4，火燒后板材的結(jié)果見圖5，火燒過程見表4。

表4兩種類型阻燃劑V0阻燃CFRTP材料的火燒結(jié)果

從火燒結(jié)果來看，雖然兩款材料都達到了阻燃V0等級，但是實際板材模擬的火燒結(jié)果存在一定的差異，無鹵阻燃V0的材料的火燒結(jié)果表現(xiàn)明顯優(yōu)于有鹵阻燃V0的材料，一方面是燒穿時間長2min。另一方面，從圖5可以看出，無鹵阻燃的燒蝕情況明顯優(yōu)于有鹵材料，并且燒穿的孔洞非常小。

目前這個測試的條件較為苛刻，不論從火燒的溫度和火燒的壓力都高于市面上做的火燒測試，但根據(jù)不同電芯熱失控的溫度來看，上述測試比較貼近高鎳三元鋰的熱失控表現(xiàn)，如果是磷酸鐵鋰電芯的話，噴射溫度預(yù)估只有600~650℃,明顯低于這個測試的條件。

因此，從火燒的結(jié)果來看，CFRTP材料相對來說更適合磷酸鐵鋰電芯，當然后續(xù)還需要進一步對CFRTP材料進行600℃的火燒測試，來確認是否滿足性能。對于三元鋰電芯，從目前測試的結(jié)果來看，燒穿的時間較短，還需要進一步提高火燒性能。

綜合從火燒的結(jié)果來看，無鹵阻燃體系CFRTP材料性能優(yōu)于有鹵體系，后續(xù)需要針對無鹵體系CFRTP材料進行600℃的火燒性能表征來確認是否滿足磷酸鐵鋰電芯的熱失控。

參考資料：連續(xù)玻璃纖維增強聚丙烯熱塑性復(fù)合材料電池包上蓋，林新耀等，吉利汽車研究院（寧波）有限公司

注：文中觀點僅供分享交流來源于網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載文章的版權(quán)歸原作者所有，如涉及版權(quán)等問題，請您告知，我們將及時處理并刪除！

0、重磅 | 《新能源汽車動力電池包PACK設(shè)計課程從入門到精通40講+免費分享篇》視頻-2024年課程安排

持續(xù)更新：典型電池包案例分析（奧迪etron、捷豹I-pace、大眾MEB、MODEL3、通用BOLT等）：

為什么選擇這套課程：

大家好，我是LEVIN老師，近10年專注新能源動力電池包PACK系統(tǒng)設(shè)計、電池包熱管理設(shè)計及CFD仿真。

該課程是全網(wǎng)唯一系統(tǒng)層級的PACK設(shè)計教程，從零部件開發(fā)到結(jié)構(gòu)設(shè)計校核一系列課程，重點關(guān)注零部件設(shè)計、熱管理零部件開發(fā)、電氣零部件選型等，讓你從一個小白從零開始入門學(xué)習(xí)新能源電池包設(shè)計。

2024回饋新老新能源人，（新能源電池包技術(shù)）公眾號特惠，為方便大家提升，限量50份半價出售全套《新能源電池包PACK設(shè)計入門到進階30講+免費能分享篇》、《Fluent新能源電池包PACK熱管理仿真入門到進階28講+番外篇》視頻課程，并送持續(xù)答疑！了解更多課程，加微信號詳詢：LEVIN_simu

說明：第5部分為免費分享篇，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)公開資料收集和整理，不作為商業(yè)用途。

解決動力電池包MAP等效4C充電、熱失控?zé)嵋种啤?/span>恒功率AC/PTC滯環(huán)控制電路SOC模型設(shè)置教程；是目前市場上唯壹一套從PACK模型的簡化到熱模型建立和后處理評價標準的系統(tǒng)講解。希望能幫助到大家。

了解更多《動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計》、《starccm+電池包熱仿真課程》、《儲能系統(tǒng)熱管理設(shè)計與仿真課程》，
關(guān)注公眾號：新能源電池包技術(shù)
或加右方微信號：LEVIN_simu

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。