聚氨酯在CTP動力電池作為導熱結構膠應用的安全風險及對策分析

      目前從部分CTP動力電池和軟包電芯生產廠家了解，有采用聚氨酯體系結構膠用于電芯之間導熱粘接。但是GLPOLY通過模擬測試及材料的基本性能分析有些關鍵指標在實際應用中存在安全風險。通過對比，GLpoly金菱通達CTP動力電池導熱結構膠關鍵技術指標均優于聚氨酯體系的導熱結構膠。并且針對同行CTP動力電池聚氨酯導熱結構膠的拉伸強度、斷裂伸長率、剪切粘接強度等關鍵技術指標存在的一些安全風險，相應的提出一些解決對策：

      一，對于CTP動力電池包失效模式分析：
      根據失效模式分析（DFEAM）的結論，對拉伸強度、斷裂伸長率、剪切粘接強度等指標的要求是： 按單邊概率確定不得小于具體臨界值。然而，我們通過客戶提供的友商的聚氨酯結構膠的規格書上分析：其斷裂伸長率指標是 < 30%，如果是經過審核確定的，則有可能會被人認為是在刻意鉆空子或者公開欺負江上無湖人。 
      當然，還有另一種可能性，問題會更加嚴重。由于該規格書的導熱結構膠實際斷裂伸長率目前很難超過15%，友商只好暫時刻意把斷裂伸長率確定為<30%，也可以定為<50%、<100%中的任意一種，在將來和客戶的產品交付驗收時，如果交付驗收實測的斷裂伸長率為3%、5%、7%...15%中的任何一個數值，按照<30%、<50%、<100%中的任意一種指標來判定，都是合格的，雙方不會發生爭議。
      而初步失效模式分析（DFEAM）表明，這種斷裂伸長率指標<30%是反科學的，會讓終端客戶承擔巨大的可靠性、安全性和環境適應性失效風險，讓整車廠承擔巨大的運營風險，還可能會造成整個行業和產業鏈上的一個惡劣先例。 
      二，部分指標關于“災難沖擊”失效模式分析（DFEAM）
      以下部分指標是關于“災難沖擊”失效模式分析（DFEAM）結果 ，一般安裝固定在汽車底盤支架上的CTP電池包，大巴電池包的質量約為1.5t、小轎車電池包的質量約為0.5t，可以把它們視為一個非懸梁式板塊結構的易爆化學危險品，根據《GB/T27835 化學品危險性分類試驗方法12m跌落試驗》，基于“12m 自由落體、45°傾斜沖擊，不短路燃燒”的目標，電池包彎曲變形的曲率半徑是隨汽車底盤架同步的，采用這樣一個簡化模型仿真求解導熱結構膠的拉伸強度、斷裂伸長率、剪切粘接強度的邊界是可信的，當然還需要進一步在簽訂保密協議的前提下，根據“客戶使用導熱結構膠具體型面結構尺寸”以便得出更準確的結果：
      1）關于拉伸強度和斷裂伸長率指標的確立
      A) 拉伸強度
      在汽車底盤框架內的CTP電池包因整體彎曲變形產生的最大拉伸應力2.8 MPa，修改為3 MPa。考慮到動態三維應力集中部位的拉伸應力約為 3×〖1.618〗^2 = 8 MPa。 
也就是說，這是要求CTP電池包在公路服役的后期，導熱結構膠經過25年老化后，其拉伸強度應該保持 ≥8 MPa 。
      因此，考慮仿真誤差和拉伸強度測試誤差等因素，我們主張出廠時未老化的導熱結構膠的拉伸強度應為≥8×1.618= 13 MPa 是可靠的。
      B) 斷裂伸長率       
      同樣地，初略求解在汽車底盤內的CTP電池包因整體彎曲變形產生的最大伸長率是跟隨汽車底盤梁架變化，修改為4%，考慮動態三維應力集中部位的伸長率應為 4%×〖1.618〗^2=10.5%。
      也就是要求在CTP電池包在公路服役的后期，即導熱結構膠經過25年老化后，其斷裂伸長率應該保持 ≥ 10.5%。 
      因此，考慮仿真誤差和斷裂伸長率測試誤差等因素，我們主張出廠時導熱結構膠未老化的初始斷裂伸長率≥ 10.5*1.618 =17%，是足夠的。 
      C) 關于余量系數的確立
      一般地，在IATF16949 質量管理體系標準中，單邊概率的余量系數最小可取1.33、最大可取1.67。在未獲得具體“客戶使用導熱結構膠具體型面結構尺寸“的條件下，單邊概率的余量系數取1.618是合理的。
      2）關于剪切粘接強度指標確立

      A) 安裝固定在汽車底盤支架上的CTP電池包，一般大巴電池包的質量約為1.5t、小汽車電池包的質量約為0.5t，可以把它們視為一個非懸梁式板塊結構的易爆化學危險品；根據《GB/T 27835 化學品危險性分類試驗方法.12m跌落試驗》，基于“12 m 自由落體、45°傾斜沖擊，不短路燃燒”的設計目標；電池包自由落體時與最大120km/h行駛速度的矢量疊加，使各粘結型面受到地面整體沖擊的各向分力，分別平行作用于刀型電池芯垂直粘結型面和電池芯與水冷板的粘結型面，把各粘結型面的粘結面積視為導熱結構膠對應的剪切面積；根據汽車落地的瞬時矢量疊加速度與電池包質量的乘積、以及落地時輪胎和減震系統與地面碰撞的緩沖時間約為0.2s，可以估算導熱結構膠各粘結型面受到的最大沖擊力，與該剪切面積之比即為最大剪切應力。

      這個指標也需要進一步在簽訂保密協議的前提下，根據“客戶使用導熱結構膠具體型面結構尺寸”以便得出更準確的結果：  
      在汽車底盤框架內的CTP電池包各粘結型面上，最大剪切粘接應力1.9 MPa，修約為 2 MPa，考慮動態三維應力集中部位的剪切粘接應力約為 2×〖1.618〗^2 = 5 MPa。  
也就是要求CTP電池包在公路服役的后期，導熱結構膠經過25年老化后，其剪切粘接強度應該保持 ≥5 MPa。 
      因此，考慮仿真誤差和剪切粘接強度測試誤差等因素，我們主張出廠時導熱結構膠未老化的初始剪切粘接強度為≥5*1.618 = 8 MPa是足夠的。
      B) 剪切粘接強度界面標準
      盡管實驗室的剪切粘接強度是以GB/T3190標準規定的AL3003-AL3003 搭接試樣為標準，實際上用典型金屬，例如“AL3052-AL3052搭接、鋼304-鋼304 搭接”的測試結果，具有等效性和代表性 ,這個也有大量的試驗數據來佐證。
      GLpoly金菱通達CTP導熱結構膠已在多家整車及電池包制造商小批量試產，目前為止還沒有不良反饋。已經與國防裝備部，DJI, NIO，華為，中科院物理所等知名企業合作，并提供高效穩定的導熱材料。
      GLpoly導熱結構膠，質量就是硬過同行。