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鄒小姐：13326633089 -
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動(dòng)力電池是電動(dòng)車的“心臟”，其使用壽命和安全性被認(rèn)為是電動(dòng)車能否大規(guī)模普及的關(guān)鍵。其中動(dòng)力電池中端面蓋板的密封性又是決定動(dòng)力電池的安全性能的關(guān)鍵，然而目前國(guó)內(nèi)主要新能源材料研究重點(diǎn)關(guān)注的是鋰離子電池的正極、負(fù)極、隔膜及電解質(zhì)材料，往往對(duì)電池兩電極極柱的封接問(wèn)題少有涉及。動(dòng)力電池的正、負(fù)極柱的密封不但與電池的安全性息息相關(guān)，而且對(duì)電池的能量密度也有極大影響。
什么是電池蓋板和極柱？
一般電動(dòng)汽車的能源是由電池包或電池組提供的，包含若干個(gè)電池單元通過(guò)串并聯(lián)組合而成，作為電池單元的鋰離子電池，其結(jié)構(gòu)包括電芯、容納電芯的電池殼以及電池殼一端的電池蓋板組件。
成品電池（左）、電池結(jié)構(gòu)示意圖（右）
而蓋板上的正負(fù)極柱，就是成品電池對(duì)外部導(dǎo)通電路的正負(fù)極。一般電池蓋板組件通過(guò)激光焊連接到電池殼體上,其氣密性容易得到保證,但電極極柱與電池蓋板上通孔內(nèi)壁之間的電絕緣密封材料是薄弱環(huán)節(jié),容易發(fā)生泄漏而影響電池壽命并產(chǎn)生安全隱患,最嚴(yán)重的情況是發(fā)生燃燒和爆炸。所以電池極柱的密封性、耐老化性、電絕緣性等具有很重要的意義。
電池電極極柱的封接技術(shù)
1.塑料封接
電池電極極柱的塑料密封技術(shù)是最早被采用的,因?yàn)樗芰系碾娊^緣性好同時(shí)塑料的易變形性使得它能與接觸面形成緊密物理接觸,從而起到密封作用。
塑料封接技術(shù)已在動(dòng)力電池中應(yīng)用了近十年的時(shí)間,其優(yōu)點(diǎn)是有良好的電絕緣性、工藝簡(jiǎn)單、制造成本相對(duì)較低。但塑料一般都容易老化,且容易因?yàn)闇囟茸兓蛘饎?dòng)時(shí)的交變應(yīng)力而造成較大形變，使密封效果大大降低，從而導(dǎo)致電解液泄漏或潮氣滲入，引起安全問(wèn)題。而且一般塑料密封圈耐溫性有限，當(dāng)電池溫度異常時(shí)，可能會(huì)熔化使內(nèi)部可燃?xì)怏w外溢而產(chǎn)生燃燒。這些問(wèn)題使得塑料密封壽命和安全性均有一定的不足。
常見的塑料密封結(jié)構(gòu)
2.玻璃封接
玻璃封接的核心在于構(gòu)建穿貫件結(jié)構(gòu)，它包括金屬芯柱、金屬環(huán)形密封蓋和位于二者之間的封接玻璃,其作用是電絕緣和密封。金屬芯柱從密封蓋上的孔插入，孔內(nèi)壁和芯柱之間用封接玻璃進(jìn)行密封。這樣既有利于壓縮型封接,也有利于匹配型封接。
常見的玻璃封接結(jié)構(gòu)
玻璃封接技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是玻璃與金屬表面的氧化膜能形成化學(xué)鍵結(jié)合,比起塑料密封的物理密封氣密性更好,此外玻璃或玻璃陶瓷密封材料也具有優(yōu)良的電絕緣性。但缺點(diǎn)是玻璃的強(qiáng)度和韌性有限,還有玻璃預(yù)制體制作過(guò)程中低溫條件下排膠不凈的問(wèn)題,玻璃與封接夾具的粘結(jié)問(wèn)題,以及密封蓋在焊接時(shí)封接玻璃容易受到熱沖擊而開裂的問(wèn)題等，導(dǎo)致玻璃密封的工藝難度較高。此外，單一的玻璃材料很難承受住電解液的腐蝕作用，必須要經(jīng)過(guò)特殊的改性。
目前，在特種玻璃領(lǐng)域具有一百多年技術(shù)沉淀的德國(guó)肖特集團(tuán)是動(dòng)力電池的電極極柱玻璃封接的先行者，針對(duì)電池密封性薄弱環(huán)節(jié)，肖特創(chuàng)新性的推出了玻璃-鋁密封(GTAS)材料替代聚合物作為密封材料，改善動(dòng)力電池的氣密性。但該技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步不久，還有許多應(yīng)用問(wèn)題需要解決。
肖特玻璃不銹鋼/玻璃鋁電極密封
3. 陶瓷金屬化封接
陶瓷具備優(yōu)越的電絕緣性和機(jī)械強(qiáng)度,在電子行業(yè)用做密封件已越來(lái)越普遍，近些年已逐漸有龍頭電池企業(yè)用陶瓷密封來(lái)代替常見的塑料密封，其代表性企業(yè)就是比亞迪，拆開比亞迪的“刀片電池”，可以看到電芯就是用的陶瓷密封，使安全性大大提升。
陶瓷與金屬的連接技術(shù)在鋰離子電池的出現(xiàn)之前就已經(jīng)是相當(dāng)成熟了,所以采用陶瓷材料來(lái)封接電極的一般方法自然是先做陶瓷金屬化,實(shí)現(xiàn)陶瓷表面的金屬屬性，然后進(jìn)行釬焊焊接。
關(guān)于陶瓷與金屬的封接有多種方法，具體可詳細(xì)看下文。
陶瓷用于功率器件的關(guān)鍵工藝：金屬與陶瓷封接
https://mp.weixin.qq.com/s/J-_cHqNyVMXzJ_rcwR8auQ
電極極柱陶瓷密封
陶瓷密封環(huán)充分發(fā)揮陶瓷材料的高絕緣、高強(qiáng)度、耐高溫、耐老化、耐腐蝕等特性，通過(guò)金屬化焊接后具備良好的氣密性，且極耐高溫，能承受得住急劇的溫度變化，機(jī)械強(qiáng)度高，封接處尺寸公差小，使用壽命和安全性大大提升。但陶瓷金屬化封接技術(shù)涉及釬焊料的使用,容易導(dǎo)致陶瓷絕緣體與被封接的金屬基體之間存在多層界面,使界面因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)的不匹配而開裂，影響密封性。因此活性釬料開發(fā)、釬焊工藝研究和構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，是動(dòng)力電池研發(fā)和生產(chǎn)中存在的陶瓷與金屬封接關(guān)鍵技術(shù)難題。
目前，該領(lǐng)域由婁底市安地亞斯公司領(lǐng)先市場(chǎng)，產(chǎn)品采用高純氧化鋁陶瓷及厚膜鍍鎳工藝技術(shù)生產(chǎn)，適用于釬焊銅和鋁等不同材質(zhì)。
電池極柱陶瓷密封環(huán)
總結(jié)
先進(jìn)陶瓷材料憑借各項(xiàng)優(yōu)越性能，已逐漸在多種新興領(lǐng)域呈現(xiàn)替代傳統(tǒng)材料的趨勢(shì)，許多產(chǎn)品性能提升的契機(jī)往往就在一些關(guān)鍵處的材料和工藝改善。陶瓷密封環(huán)的使用有望對(duì)長(zhǎng)久以來(lái)的塑料密封進(jìn)行全面替代，也或許將來(lái)會(huì)出現(xiàn)融合了幾種方式優(yōu)點(diǎn)的組合式封接技術(shù)，這些都離不開對(duì)工藝的持續(xù)性研究，以實(shí)現(xiàn)更佳的密封解決方案，使動(dòng)力電池產(chǎn)品的性能得到進(jìn)一步提升。
參考來(lái)源：
1. 動(dòng)力鋰離子電池玻璃封接技術(shù)的專利文獻(xiàn)綜述，繆錫根、潘華路、申亮、繆波、何紀(jì)生（中澳科創(chuàng)(深圳)新材料有限公司）；
2. 動(dòng)力電池電極連接密封材料的發(fā)展。
粉體圈 小吉
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