聚氨酯在CTP动力电池作为导热结构胶应用的安全风险及对策分析

      目前从部分CTP动力电池和软包电芯生产厂家了解，有采用聚氨酯体系结构胶用于电芯之间导热粘接。但是GLPOLY通过模拟测试及材料的基本性能分析有些关键指标在实际应用中存在安全风险。通过对比，GLpoly金菱通达CTP动力电池导热结构胶关键技术指标均优于聚氨酯体系的导热结构胶。并且针对同行CTP动力电池聚氨酯导热结构胶的拉伸强度、断裂伸长率、剪切粘接强度等关键技术指标存在的一些安全风险，相应的提出一些解决对策：

      一，对于CTP动力电池包失效模式分析：
      根据失效模式分析（DFEAM）的结论，对拉伸强度、断裂伸长率、剪切粘接强度等指标的要求是： 按单边概率确定不得小于具体临界值。然而，我们通过客户提供的友商的聚氨酯结构胶的规格书上分析：其断裂伸长率指标是 < 30%，如果是经过审核确定的，则有可能会被人认为是在刻意钻空子或者公开欺负江上无湖人。 
      当然，还有另一种可能性，问题会更加严重。由于该规格书的导热结构胶实际断裂伸长率目前很难超过15%，友商只好暂时刻意把断裂伸长率确定为<30%，也可以定为<50%、<100%中的任意一种，在将来和客户的产品交付验收时，如果交付验收实测的断裂伸长率为3%、5%、7%...15%中的任何一个数值，按照<30%、<50%、<100%中的任意一种指标来判定，都是合格的，双方不会发生争议。
      而初步失效模式分析（DFEAM）表明，这种断裂伸长率指标<30%是反科学的，会让终端客户承担巨大的可靠性、安全性和环境适应性失效风险，让整车厂承担巨大的运营风险，还可能会造成整个行业和产业链上的一个恶劣先例。 
      二，部分指标关于“灾难冲击”失效模式分析（DFEAM）
      以下部分指标是关于“灾难冲击”失效模式分析（DFEAM）结果 ，一般安装固定在汽车底盘支架上的CTP电池包，大巴电池包的质量约为1.5t、小轿车电池包的质量约为0.5t，可以把它们视为一个非悬梁式板块结构的易爆化学危险品，根据《GB/T27835 化学品危险性分类试验方法12m跌落试验》，基于“12m 自由落体、45°倾斜冲击，不短路燃烧”的目标，电池包弯曲变形的曲率半径是随汽车底盘架同步的，采用这样一个简化模型仿真求解导热结构胶的拉伸强度、断裂伸长率、剪切粘接强度的边界是可信的，当然还需要进一步在签订保密协议的前提下，根据“客户使用导热结构胶具体型面结构尺寸”以便得出更准确的结果：
      1）关于拉伸强度和断裂伸长率指标的确立
      A) 拉伸强度
      在汽车底盘框架内的CTP电池包因整体弯曲变形产生的最大拉伸应力2.8 MPa，修改为3 MPa。考虑到动态三维应力集中部位的拉伸应力约为 3×〖1.618〗^2 = 8 MPa。 
也就是说，这是要求CTP电池包在公路服役的后期，导热结构胶经过25年老化后，其拉伸强度应该保持 ≥8 MPa 。
      因此，考虑仿真误差和拉伸强度测试误差等因素，我们主张出厂时未老化的导热结构胶的拉伸强度应为≥8×1.618= 13 MPa 是可靠的。
      B) 断裂伸长率       
      同样地，初略求解在汽车底盘内的CTP电池包因整体弯曲变形产生的最大伸长率是跟随汽车底盘梁架变化，修改为4%，考虑动态三维应力集中部位的伸长率应为 4%×〖1.618〗^2=10.5%。
      也就是要求在CTP电池包在公路服役的后期，即导热结构胶经过25年老化后，其断裂伸长率应该保持 ≥ 10.5%。 
      因此，考虑仿真误差和断裂伸长率测试误差等因素，我们主张出厂时导热结构胶未老化的初始断裂伸长率≥ 10.5*1.618 =17%，是足够的。 
      C) 关于余量系数的确立
      一般地，在IATF16949 质量管理体系标准中，单边概率的余量系数最小可取1.33、最大可取1.67。在未获得具体“客户使用导热结构胶具体型面结构尺寸“的条件下，单边概率的余量系数取1.618是合理的。
      2）关于剪切粘接强度指标确立

      A) 安装固定在汽车底盘支架上的CTP电池包，一般大巴电池包的质量约为1.5t、小汽车电池包的质量约为0.5t，可以把它们视为一个非悬梁式板块结构的易爆化学危险品；根据《GB/T 27835 化学品危险性分类试验方法.12m跌落试验》，基于“12 m 自由落体、45°倾斜冲击，不短路燃烧”的设计目标；电池包自由落体时与最大120km/h行驶速度的矢量叠加，使各粘结型面受到地面整体冲击的各向分力，分别平行作用于刀型电池芯垂直粘结型面和电池芯与水冷板的粘结型面，把各粘结型面的粘结面积视为导热结构胶对应的剪切面积；根据汽车落地的瞬时矢量叠加速度与电池包质量的乘积、以及落地时轮胎和减震系统与地面碰撞的缓冲时间约为0.2s，可以估算导热结构胶各粘结型面受到的最大冲击力，与该剪切面积之比即为最大剪切应力。

      这个指标也需要进一步在签订保密协议的前提下，根据“客户使用导热结构胶具体型面结构尺寸”以便得出更准确的结果：  
      在汽车底盘框架内的CTP电池包各粘结型面上，最大剪切粘接应力1.9 MPa，修约为 2 MPa，考虑动态三维应力集中部位的剪切粘接应力约为 2×〖1.618〗^2 = 5 MPa。  
也就是要求CTP电池包在公路服役的后期，导热结构胶经过25年老化后，其剪切粘接强度应该保持 ≥5 MPa。 
      因此，考虑仿真误差和剪切粘接强度测试误差等因素，我们主张出厂时导热结构胶未老化的初始剪切粘接强度为≥5*1.618 = 8 MPa是足够的。
      B) 剪切粘接强度界面标准
      尽管实验室的剪切粘接强度是以GB/T3190标准规定的AL3003-AL3003 搭接试样为标准，实际上用典型金属，例如“AL3052-AL3052搭接、钢304-钢304 搭接”的测试结果，具有等效性和代表性 ,这个也有大量的试验数据来佐证。
      GLpoly金菱通达CTP导热结构胶已在多家整车及电池包制造商小批量试产，目前为止还没有不良反馈。已经与国防装备部，DJI, NIO，华为，中科院物理所等知名企业合作，并提供高效稳定的导热材料。
      GLpoly导热结构胶，质量就是硬过同行。