2022中国新能源汽车电池模组与PACK创新材料及工艺发展论坛纪要–20220919

2022中国新能源汽车电池模组与PACK创新材料及工艺发展论坛 纪要 （9月15日-9月16日） 本次大会内容众多（隔热材料、阻燃材料（聚氨酯、有机硅、气凝胶等）、轻量化材料、钠电池），本纪要记录了部分场次纪要，供大家参考。——ZX新能源汽车组 目录： 一、CTC电池底盘一体化及超级快充技术——上海艾姆倍新能源科技有限公司总工(原中航锂电研究所所长)（9月15日）1 二、9度电的钠离子电池包系统集成,用于五菱工业电动车——广州鹏辉能源科技股份有限公司研究院副院长（9月15日）5 三、新能源汽车动力电池包轻量化之路材料与工艺的迭代——沈卫东产品管理高级总监上汽大众汽车有限公司（9月15日）7 四、科思创聚氨酯在电池壳上盖的解决方案——定制化聚氨酯研发经理科思创（上海投资有限公司）（9月15日）13 五、热失控对于材料和设计的要求——天津市捷威动力工业有限公司（9月16日）17 六、集泰阻燃灌封和热防护材料方案——广州集泰化工股份有限公司研发部/应用研究室主任（9月16日）22 七、新型硅胶材料助力新能源行业发展——东莞市泰亚电子科技有限公司研究员（9月16 日）29 八、蜂巢能源短刀电池的介绍与应用——蜂巢能源科技有限公司技术总监（9月16日）34九、新型有机硅材料在电池模组与pack中的应用——张春晖浙江凌志新能源科技有限公司研究院院长（9月16日）39 十、高性能热塑性聚合物微孔发泡材料及其在新能源电池上的应用——苏州申赛新材料有限公司总经理（9月16日）46 十一、气凝胶绝热防护材料在动力电池领域的应用和发展——中国绝热节能材料协会气凝胶材料分会副秘书长49 总工(原中航锂电研究所所长)（9月15日） 一、CTC电池底盘一体化及超级快充技术——上海艾姆倍新能源科技有限公司 1.新能源汽车发展历程： 早期，动力电池主要是圆柱形电池，在传统的发动机、变速箱等空余空间加入辅助性的电池。 中间期，电动汽车有了设计平台，出现大模组和长模组，向方形电池、软包电池等增加能量密度的方向发展，大模组概念大大提升单位体积内有效存电量，易于管理。随着电主机厂对电池的依赖性逐渐提高提出CTC概念，集成度高，可控度高。早期电池包由独立的电池模组组成，电池模组由柱状电池、片状电池、块状动力电池等组成。 近年来，用电芯直接组装成模组的封装模式决定了可以在有效的空间内装入更多的电芯，从而提高电容量，增加电动汽车的续航里程。 2.CTP技术 让车内空间模组式的竖直方向乘坐空间提升10mm。 CTP技术下电池铝板的蜂窝状结构节省材料、减轻重量，提升结构强度。且刀片电池本身比圆柱电池结构牢固。 CTP技术下整车扭转刚度可以提升70%，超过40000牛·米，首款搭载CTP技术的车型扭转高度可以达到40500牛·米，超越很多数百万级的燃油车。 特斯拉、现代、LG等希望深度挖掘CTP技术。 3.充电模式： 1）充电桩链接国家电网和新能源 2）直流对直流，由移动的充电车对电池充电。 3）未来有无线充电，电源带动着电力传感器里磁铁转动进行充电，目前效率低且昂贵。 4）换电模式，如蔚来汽车，车辆较大，轮距达到1.5米，轴距达到3米，在快充没有建好前是共存的。 4.大功率充电 国家层面2019年出了大功率充电的相关文件，满足10到15分钟，充满80%。未来充电功率会达到900kw，新的连接组件也有标准，尺寸更小，解决向前兼容和向后兼容的问题。现存的充电桩多种标准共存，国际上广泛接受的是四种，中国国标GB/T、CCS1美标 （combo/Type1）、CCS2欧标（combo/Type2）、日本标准CHAdeMO。共同点是采用大功率的充电系统，通过大电流和高电压实现。 2021年的电力发电量有57000亿，共计有3000多火电站。其中每一座发电站大约发电 19.23亿度。未来每年预计都要建设20多电站。 电压和电流： 1）充电线125A电就需要一个50平方毫米截面的铜线，1米的铜线的重量大概是0.6 公斤。大电流400A时，同样电缆截面下发电量提升10倍，需要增加导线的截面，电线重量 就已经提升三倍，也很难弯曲无法操作。 2）想要采用大功率充电，只有提升电压，保证电流不增加，只能在一定的范围内，而且牵涉到汽车平台和充电桩平台的重大修改，有安全隐患。 3）采用液冷方法，小截面电缆充电，包括充电桩充电线和电池技术三方面，充电桩大功率化需要模块集中度提高和热管理技术的提高。连接部分大功率化需要热管理技术进步和连接技术改进。电池包大功率化需要提升电池包容量和单体充电倍率。目前大功率的液冷产品可以做到500kw输出，电流可以达到500A，充电电压可以达到1000V。液冷系统可以同时冷却电缆以及充电连接器的几个部分。连接器插拔次数多会导致灰尘进入，接触内阻增加，温度异常上升。 电池：温度过高会过低，对于电池循环寿命都有直接的影响。温度高容易出现热失控，温度低会影响电池性能的发挥。电池热管理方案包括加入隔热垫导热垫、液冷管道，将氟利昂或其他制冷剂直接打入到液冷系统。在宝马i3、奥迪A6和奔驰s00等方面进行了一些应用。 公司自主研发了粘度小、导入系数高、密度低安全无腐蚀以及适用于充电系统冷却的冷却油。有更灵敏的热平衡能力，超强的热传导能力，具备较宽的工作温度区间，从零下45 度到零上180度。避免气石、水垢、电解等腐蚀伤害，冷却系统不用换油，费用较低。 传统水冷系统热源传导存在梯度，无法彻底解决温度积累的伤害，我们研制出了体积小、重量轻、安全的进入性油冷高效充电系统。电流最大可以达到1000A，功率可以达到600kw，可以不改变铜线粗细，达到250A-800A要求。（现有充电桩250A电流，最高的功率250kw。）可以让连接器和充电箱完全浸润在冷却油中，重量可以减少2.5倍，成本降低3倍。功率超过500kwh时，充电五分钟电量达到80%。快充时代来临时。电压提升到1000V，最快三分钟充满一辆车。 自主研发AL快充充电系统，实现了充电桩的数字化和更大规模的组网，智能充电网络可以远程监控预警，是行业内首次提出。在高速数据传输以太网连接器，针对智能化程度较高的汽车，可以较长时间传输数据。 二、9度电的钠离子电池包系统集成,用于五菱工业电动车——广州鹏辉能源科技股份有限公司研究院副院长（9月15日） 纲要:首次研制了9度电的钠离子电池包系统集成,用于五菱工业电动车,动力电池成本 低,属于不需国家补贴的新型动力电池,具有低温续航里程与常温续航里程90%以上效率 A00汽车动力要求较低，钠离子电池可以满足。钠离子电池电芯技术优势： 90%的负极容量来自于正极充电过程中的钠到负极极片孔隙中形成纳金属颗粒。形成钠金属颗粒和硬碳混合型负极，能量密度大大提升。 钠电池适用于在北方地区低温环境下，A0级车，续航里程基本没有受到影响，而三元 或磷酸铁锂电池续航里程会是原有的50%。 钠离子电池目前做了圆柱26650电池，容量2.8Ah，平均电压比磷酸铁锂电池稍低。电池系统参数22串联＋35并联，获得97Ah，系统达到9度电的电池系统。体积密度比锂离子电池小30%以上，容量密度76Wh/kg，整车电池重量120kg。 冷却系统是自然冷却，续航里程140km左右。 钠离子电池系统优势主要是替代碳酸锂电池，能量密度比碳酸锂电池高，北方公交车很多还在用碳酸锂电池，但锂金属价格高，成本高。 钠离子电池比磷酸铁锂电池便宜10%-20%，只有碳酸锂电池1/4价格。后续会做方形电池，在A00汽车中装载的电度数可能会从9度到12度。 钠离子电池有低温和充电和低温发电效率高，放电到0V都无需过电保护的优点，某些应用不需要BMS。 应用场景： 1）目前最佳应用是电动叉车。使用钠离子电池可以低温充电且不需要配重。 2）5G基站，比如和华为的合作，使用钠离子电池冬天时不再需要加热基站系统。 3）公交车，低成本优势。 三、新能源汽车动力电池包轻量化之路材料与工艺的迭代——沈卫东产品管理高级总监上汽大众汽车有限公司（9月15日） 1、动力电池包产品结构 2、动力电池包轻量化 保证新能源汽车安全性使得车身结构件加强，导致重量增加，但双碳目标和新能源汽车技术路线明确提出轻量化，需要对整车进行优化。 轻量化优势：1、纯电车降低100kg，续航里程提升10%， 2、可以降低电池成本，有客户价格优势。电池包占整车质量18-30%，成本占整车30-60%轻量化路径：1、车身轻量化2、提高电池单体能量密度3、优化电池包结构设计 电池包轻量化设计：钢制电池包➔铝制电池包➔混合材料电池包 铝强度、耐腐蚀性和可执行性好，密度小，成为代替钢的新材料，在确保安全情况下大幅降低整车重量 单车用铝量预测：2025年250kg/车，2030年达到350kg/车 铝电池包工艺：铝板冲压+铝压铸， 优点：减重30%，并实现一体化制造，密封性和强度比较好缺点：铝熔点660°C，耐高温性较钢差 铝电池包连接工艺：重要的是激光焊接、流钻（FDS）、搅拌摩擦 复合材料电池包：钢板+铝板或复合材料+铝板 大众平台介绍： 大众MQB较为成熟，覆盖大众、奥迪、西雅特等品牌，全球产量>2000万辆，平台通用性可节约30%成本 MQBA1平台为电动车版本，全球预计超过500万辆 MEB架构技术特点：以电池组作为中心，有较好的驾驶舱空间，可配置数字化互联化自动驾驶等，提高研发效率，降低制造成本 MEB电池包：钢板+铝板 上壳体三重密封，下壳体包括铝挤压件，吸收碰撞产生能量，最大程度实现轻量化并保证高强度 通过338项安全测试 电池包下壳体采用铝压铸件，压铸吨位4400吨 MEB电池包连接： 1、上下壳体采用一体化发泡胶和液体密封胶 2、下壳体和底部水冷板采用结构胶、双道密封胶和高速冲铆，满足气密性和水密性要求 PHEV电池包： 复合材料+铝板，减重40-50% 缺点：玻璃钢材料不导电，耐高温性能较差 3、新能源动力电池包轻量化发展趋势： 1、碳纤维+铝件的混合材料电池包 (1)优点：绝缘性好、耐老化，比钢结构减重60%，耐高温、高强度和刚度 (2)缺点：成本较高，是钢的2-3倍；制造工艺复杂2、CTC、CTB (1)中国热扩散法规要求：燃烧5min内让乘客逃生，取消模组对于电池安全性提出要求，CTB对安全性提出要求 (2)CTC节约50%零件数量，空间利用率达70%，成组效率90% 四、科思创聚氨酯在电池壳上盖的解决方案——定制化聚氨酯研发经理科思创（上海投资有限公司）（9月15日） 1、科思创概况 科思创前身为拜耳材料科技，剥离后改为科思创。公司2021营业额195亿欧元（1000亿人民币） 在欧洲亚洲美洲有50个生产基地，8个有世界级生产设施全球18000名员工，研发人员1500名 科思创百年历史，在1937年发明聚氨酯，1953年发明聚碳酸酯，围绕这两个原料发展 产品运用在汽车交通、建筑、木器家具、电子电器、化工和运动医疗，汽车是重要业务板块，科思创有tier2和直接供给主机厂两种模式 特点：1、科思创2013年聚氨酯取代环氧树脂用于风机叶片 2、可捕捉空气中CO2生产聚氨酯，也可以把热固性材料再回收，2017年有化学回收工厂 2、聚氨酯在汽车上的应用 应用点：引擎盖内侧、仪表盘泡沫、玻璃天窗包边、方向盘、电池包上盖 聚氨酯通过HP-RTM加工工艺（HighPressureResinTransferMolding高压树脂传递模塑成型）工艺做电池包上盖的优势 电池包上盖部件需求：安全性、轻量化、性价比、环境友好设计灵活、密封性、尺寸稳定性 电池包上盖材料需求：机械性能、阻燃性、生产效率高、耐热、耐老化、绝缘性电池包上盖主流解决方案： 1、金属方案：金属方案会有防腐和绝缘问题 2、非金属方案（复合材料如聚氨酯可减重70%）：聚氨酯（科思创主要业务）和环氧树脂 (1)HP-RTM聚氨酯方案有阻燃、轻量化和成本优势，最有成本竞争力，机械性能最好，部件最轻