在電動汽車發展的前幾年，動力電池是由數個或數十個電芯（包括圓柱形電芯、方形電芯及軟包電芯）組裝成模組，再由數個模組組裝固定于PACK殼體中，形成汽車動力電池包，即電芯-模組-電池整包模式。
這種結構由于有模組的存在，機械連接固定都比較方便，結構膠的應用并不十分必要。近些年，由于電動汽車輕量化及長行駛里程的趨勢壓力， CTP 結構應運而生 。CTP 結構提升了電池包的體積/重量能量密度，進一步延長了車輛續駛里程。
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CTP電池
那什么是CTP呢？CTP是英文Cell to Pack的縮寫，即將傳統的電芯—>模組—>整包這個制造過程簡化為電芯—>整包, 省去了電池模組組裝環節。因此和傳統電池包相比，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數量減少40%，生產效率提升了50%。
這種CTP結構的電池包，一般需要大量使用膠粘劑來連接固定電芯，而無法使用傳統的機械連接方式。
CTP結構的動力電池PACK特點是電芯尺寸加大或特異形狀，取消了中間模組或大幅度減少，其組裝過程是由電芯直接組裝粘接到PACK殼體：粘接用膠量相對較大，涂膠膠線走線相對較長；粘接合攏時間依據自動化程度有所差異。
膠粘劑在動力電池CTP結構中的作用是非常重要的，用于CTP的膠粘劑有兩大類：第一類就是以結構粘接為主，兼顧一定的導熱作用；第二類就是以導熱粘接為主，膠粘劑將電芯工作時產生的熱量導出到外部的散熱部件，實現熱管理的部分功能作用，兼顧結構粘接要求。
這篇文章我們主要探討第一類結構粘接的具體性能要求。這一類的結構膠粘劑必須起到把電芯與PACK殼體可靠連接、固定的作用，代替原來模組結構的機械連接。
由于整體PACK以及內部結構的可靠性、穩固性來自于結構膠的粘接連接，代替了原有的機械連接方式，因此結構膠的粘接強度及本體強度就要求有比較高的指標，一般要求8 MPa以上甚至更高。
這樣高強度的結構膠應用于方形電芯的側面或底面，根據電芯從尺寸及外形不同，一般粘接面積可以達到3000mm2以上，單個電芯粘接力可達24000N以上，有的特殊形狀的方形電芯可以讓粘接面積達到17000mm2，理論上單個電芯粘接力甚至可以達到136000 N以上，較好地滿足電芯直接穩固固定在PACK殼體內的要求。結構膠的強度衡量可以是對接拉伸強度或者是搭接拉剪強度。
2. 粘接材質的適應性： PET膜、3003 鋁合金
要想使電芯獲得高的固定粘接力，不僅要有結構膠本身的較高的拉伸強度以及更大的粘接面積，還要有對粘接材質的適應性，以及考慮被粘接材質的本體強度。
那么CTP 結構的動力電池結構膠適用于哪些材質呢？
首先看一看方形電芯的材質：方形電池的殼體一般使用3003鋁合金。為了使電芯外殼具有絕緣性，大部分電芯生產廠商采用PET 薄膜包覆或半包覆方形電池的外殼；還有一種是采用絕緣粉末涂料（噴粉）的方式在電芯外殼涂覆一層絕緣涂層，如下圖。
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這兩種電芯的表面材質以及相對應的PACK殼體或絕緣膜就是結構膠粘接的對象：PET（又稱藍膜）、噴粉涂層（環氧或其他樹脂）及3003鋁合金。
由于 PET 藍膜一般采用壓敏膠背膠的方式將PET 藍膜包覆在電芯殼體外， 或者采用熱縮方式套在電芯殼體上，那么結構膠對于PET藍膜（一般要經過等離子或火焰預處理）的粘接要能夠保證粘接強度大于PET藍膜的背膠與電芯鋁合金殼體的粘接或者能夠達到PET藍膜破壞的強度。
對于 3003 鋁合金以及噴粉涂層的粘接， 要能夠達到破壞時的內聚破壞， 換句話說就是粘接膠層的破壞， 而不是粘接膠層與鋁合金或噴粉涂層的界面脫開。
動力電池 PACK 裝載于汽車上，行駛中難免會受到顛簸 、沖擊及振動等，電芯的固定粘接也要承受擠壓、剝離、彎曲和疲勞等各種力的考驗。
粘接可靠性不僅取決于粘接強度，在受到沖擊振動時，粘接膠層的柔韌性更重要。結構膠的 柔韌性可以從兩個方面來考察。
一是斷裂伸長率： 斷裂伸長率表征的是膠粘劑本體在受到外力作用時能夠承受的受力變形能力，更高的斷裂伸長率意味著可以抵御更大的受力變形。斷裂伸長率達到100%，甚至≥150% 就是這一期望的具體體現。
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二是彈性模量（儲能模量）：值越大，使材料發生一定彈性變形的應力也越大。對于動力電池的電芯粘接可靠性，往往需要進行有限元分析，計算機模擬分析時一個重要的輸入指標是模量（或泊松比）。
在CTP結構膠的工程應用中，低模量是更期望的特性。結合第一點的強度要求，低模量與高強度是有一定的相互克制的。有公司及一些標準儲能模量（常溫）要求低于800 MPa，甚至個別的結構膠要求低于 300 MPa。
汽車的長期可靠運行的基本要求，傳遞到動力電池，CTP結構中結構膠的耐老化特性同樣重 要。對于膠粘劑來說，耐老化特性可以通過冷熱循環和濕熱老化測試來考察。可以參照GB/T7124 的相關規定測試。
耐冷熱循環測試不同的汽車廠家或標準有不同要求，老化條件參考汽車常用的耐老化測試 方法，可以在-40～80℃（或 90℃）高低溫交變循環，單次循環模式如下圖，循環次數可以由電池包設計及膠粘劑供應商雙方商定。
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耐濕熱老化，一般是“雙85”（85 ℃，85%相對濕度）條件下，1000 h老化。耐老化后的性能指標與初始指標進行比對，不小于70%。
結構膠應用于動力電池，作為汽車動力電池材料的一部分，阻燃性是基本的要求。阻燃測試考慮其應用環境，采用鋁-膠-鋁三明治結構膠層厚度0.5 mm進行測試，要求達到V0級。可以按照GB/T2408的規定進行測試。
結構膠直接應用于電芯粘接，絕緣性也是基本要求，介電強度要大于10 kV/mm；體積電阻率要大于1×1012Ω.cm 。可以參照 GB/T 1408的相關規定測試。
對于高強度低模量的結構粘接膠，一般不考察其導熱特性。但在動力電池PACK系統中，熱管理是非常重要的一個子系統，電芯的熱量需要能夠及時散發出去。
如果結構膠的導熱系數能夠在0.2 W/(m·K)以上，能夠起到一定的導熱散熱功效［空氣的導熱系數約為 0.0267 W/(m·K)］。
用于CTP結構電芯粘接用高強度低模量結構膠，需要對整體電池包進行振動臺架測試，滿足耐沖擊振動要求，可以參照《GB/T 31467.3電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部：安全性要求與測試方法。
用結構膠的工藝性能要求工程膠粘劑是一門應用科學，除了上述性能要求外，對結構膠的組裝性能，比如可操作時間、固化時間、固化溫度、觸變性及粘度等都有要求。結構膠是應用在動力電池PACK的總裝工藝過程中，其應用工藝的重要性不言而喻。
綜上所述，動力電池CTP結構的粘接用結構膠，從應用角度來看，基本性能要求具有良好的材質適應性、高強度低模量、良好的耐候性以及阻燃絕緣環保等基礎性能。配合動力電池的組裝工藝過程，在操作時間、初固定位時間、觸變性和混合比例方面有一些工程性的工藝性能要求。
參考資料：動力電池 CTP 結構需要什么樣的結構膠粘劑？富樂（中國），互聯網資料等。
原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：動力電池CTP結構需要什么樣的結構膠粘劑？
