聚氨酯在电池包中的应用

近日，聚氨酯工业中心(CPI)组织在美国得克萨斯州圣安东尼奥举办的北美聚氨酯技术会议中，聚氨酯企业指出，聚氨酯将被电动汽车市场发展而带来新的应用需求。从会议体现，电动汽车行业一如既往对可持续产品表现出强烈兴趣，无疑，对于聚氨酯行业来说也是重要的机会。

据会议报道，亨斯迈聚氨酯公司全球技术与创新副总裁Pavneet Mumick表示，在电动汽车领域新应用中，电动汽车电池的盖子和电池封装就是聚氨酯。电动汽车的每块电池由数百个电池单元组成，在封装过程中，电池外壳内填充聚氨酯泡沫，以保护电池免受振动和冲击，同时形成密封，保护电池免受湿气、腐蚀剂和溶剂侵蚀。以此可见，聚氨酯在电动汽车领域的重要作用。

据中国汽车工业协会报告显示，至2022年，我国新能源汽车的产销已连续8年位居世界第一，新能源汽车渗透率已经达到了2.6%。由于传统汽车引起的能源紧缺、环境污染等问题的日益突出，新兴的绿色交通工具新能源汽车便应运而生，成为各大汽车厂家的“新宠”。

由此可见，伴随可持续发展理念的发展需求扩大，新能源汽车在我国产销日益增长的当下，其中占据重要成分地位的聚氨酯也将得到广阔的市场机会。

聚氨酯在电动汽车中的应用概述

聚氨酯是一种在软质泡沫、硬质泡沫、胶粘剂和复合材料等各种应用中均有重大价值的合成材料。它在电动汽车电池包中可取代金属结构件，并具有隔热防火的性能，可以提升汽车安全性。同时还具有轻质减重的作用，有助于提高电动车的续航里程，是一个高性价比的“多面手”。

随着电动汽车的发展，电池包做为新能源汽车的动力源泉，其性能安全与否直接决定着整机的安全。如果电池包进水，将严重影响其使用性能，因此结构上对电池包的密封防水功能设计提出了更高的要求。

传统的电池包防水一般会采用灌封、涂抹密封胶、现场橡胶发泡等方法，但是我们知道，这些传统方法存在很多弊端和缺陷，如电池包无法维修或维修成本高、生产工艺复杂、防水密封性能不足、易老化等。因此，本文将带来国内知名企业对于聚氨酯在电池包中的多种解决方案，如发泡密封条的防水结构可以避免上述提到的弊端和缺陷，使得电池包的安装更加方便、维修成本更加低廉，并能满足新能源汽车电池包对复杂、恶劣环境的使用要求。希望下方内容，能给大家提供对于聚氨酯在电池包中的应用思路。

密封结构形式及原理

由于电池包在电动汽车中的安装位置较低，并且暴露在相对开放的空间中，容易遭受雨雪天气的侵袭，特别是在汽车泡水的情况下，必须承受一定的水压，因此对密封条的防水结构设计提出了更大的要求。以下重点介绍下发泡密封条密封原理及设计。

硅橡胶发泡密封条的防水原理：硅橡胶密封条在压力作用下会发生弹性形变，使接触界面与密封条之间的空隙被填充并产生反弹力，从而使得接触面与发泡密封条间产生摩擦力。在密封条自身不泄露时，当该摩檫力和反弹力都大于被密封介质的内压或外压时，密封材料才不会发生因变形或位移产生泄漏，反之则发生泄漏。

下图为密封结构示意，弹性变形也指密封垫的压缩率，以下用C表示。压缩率C=（H1-H2）/h1 × 100% (H1指的是自由状态下的硅橡胶泡沫截面高度，H2为压缩状态下的截面高度。）

图1　硅橡胶泡沫密封示意图

图2　硅橡胶泡沫压缩示意图

上文提到压缩后产生的反弹力（也称CFD）是指硅橡胶被压缩至一定比例，并达到力学平衡后，对施加物的一个回应力。对同一硅橡胶来讲，压缩比例越大，则回弹力越大，其密封和保护效果越好。但压缩量如过大也会对硅橡胶泡沫自身和界面的固定造成不利影响。

下图是我国业内知名企业硅橡胶泡沫TY640产品、某国外R品牌产品800系列产品和国内某高温胶CFD对比示意图：

图3　TY640、国外800系列和国内某高温胶CFD

对比示意图

注：此分析中行程应变亦为上面所述压缩率C。

图3数据反映到表格中见下图表1：

表1　压缩反弹力数据

从CFD图中可看出，TY640系列、国外800系列和国内某高温胶，在行程应变变化过程中，CFD的变化较为相似，当压缩率在50%以下时，CFD随着压缩率的增加而缓慢增加，造成此现象主要是由于泡沫材料中的空气被压缩而产生的变化；当压缩率高于50%时，泡沫材料中的空气被充分压缩后，硅橡胶材料自身被压缩，从而表现出CFD急剧增加。因此，在采用硅橡胶泡沫密封电池包时，其压缩率不宜过高和过低；如过低，CFD较小，有一定压力的液体会使泡沫材料变形而造成液体沿着界面流入内部；

如压缩率过大，则CFD会相应增加，会造成电池包底板和壳体发生变形，从而给加工密封带来困难，也会使接触界面不能充分填充密封，造成后期使用过程中，外界液体进入而出现泄漏。综合我们在该行业的多年经验，建议压缩率保持在30~50%为宜。另外，硅橡胶泡沫密封防水性除与压缩率有关外，还与泡沫密封条的宽度有关，一般来说，宽度越宽，密封效果越好。具体最佳宽度还需结合泡沫密封条密度、孔径结构类型及闭孔率等来确定。