中国粉体网讯 电池是新能源汽车的核心部件，新能源汽车所装配的动力用锂离子电池包，通常由多个单体电池模块组合而成，机械损伤、热冲击、内短路、在高温环境下长期连续频繁快充等情况，都有可能导致个别单体电池的“热失控”。“热失控”会传导蔓延，导致周围单体电池温度的迅速升高，温度可高达500至1000℃，最终引发电池包整体燃烧、爆炸的灾难性后果，带来巨大的安全隐患。
“绝缘、阻燃、防火”是新能源汽车电池必须具备的安全性需求，而新能源汽车电池涂料具有防火绝缘等特殊功能正好可以消除新能源汽车电池存在的安全隐患。基于此，目前包括立邦、宣伟、金力泰、PPG、巴斯夫、艾仕得、关西涂料、广信材料、擎天材料、松井股份、亮克威泽、信和新材等国内外知名涂料企业在内的大批涂企已开发出或正在应用于新能源电池的涂料。由此，一个新的涂料赛道正在快速发展。
新能源电池涂料有哪些机会?
绝缘粉末涂料
以往的电池通常使用绝缘纸作为绝缘防护，然而无法保障绝缘纸与电池外壳紧密贴合，很难充分发挥绝缘纸的绝缘效果，会造成局部放电问题的出现，对电池组造成损耗，降低电池组的使用寿命，甚至会影响电池组的使用安全性，难以确保新能源汽车在行驶时的安全。目前，市场上普遍采用喷涂涂料的方法对电池包进行绝缘处理，绝缘粉末涂料应用在新能源汽车动力电池组上，较好的取代了绝缘纸，不仅施工简单，而且一次喷涂成型便于安装和运输。同时绝缘粉末涂料相对于绝缘贴膜生产简单，不会产生气隙，附着力良好，不易刮花，并具有优异的绝缘耐压性能、防腐蚀性能和优异的耐湿热稳定性，并在高低温冲击后仍具有优异的绝缘耐压性能。
不过由于汽车电池组空间的限制，铝电池外壳喷涂厚度为100~150μm （而传统的喷涂的绝缘粉末都在300μm 以上），杂质和金属颗粒对于涂层的电绝缘性能影响更大，所以需采用专用的绝缘粉生产设备，以保证涂层优异的绝缘耐压性能。尹臣等研究了不同种类树脂、固化剂、填料、催化剂的用量对绝缘耐压性能的影响，最终得到了优良耐电解液性能、优异绝缘性能和耐湿热性能稳定的新能源汽车动力电池用粉末涂料。
UV光固化绝缘涂料
UV光固化涂料在生产过程中无需添加溶剂，不会排放出VOC，对环境污染小；可在常温条件下进行固化，能用于热敏基材，固化能耗低，成膜速度快，适用于快速流水线涂装；产品成膜后具有良好的硬度、柔韧性、耐磨性、耐划伤性、耐化学品性以及光泽度，综合性能优良。随着新能源市场快速增长，电芯及其表面处理材料也在更新迭代，UV光固化涂层是替代传统蓝膜和粉末涂料的重要方式之一。
目前，新能源电池电芯包覆蓝膜是生产过程中的一项重要工序，蓝膜作为一种绝缘材料可以将电芯和电芯之间隔离开来，从而阻隔单个电芯因故障对其他电芯造成的影响，防止一损俱损。然而在包覆和生产过程中，蓝膜容易产生起泡、凸起、破损等缺陷，影响产品外观甚至产品性能。因此，目前市场上电芯外除了通过缠绕蓝膜进行绝缘保护层之外，粉末涂料逐渐替代蓝膜用于高端电芯。近两年，虽然全球消费萎缩、原材料供应紧张，但全球电动车市场仍然保持连续增长，且随着磷酸铁锂电池的成熟，储能等行业也在迅速爆发，新能源电池的需求量非常大，从而对电芯生产节拍有了非常高的要求。
不过目前使用蓝膜和粉末涂料均是包覆或者涂敷涂料后再封装电解液等，生产节拍较慢。如若能实现先封装电解液，再同时对电芯的6个面进行涂装，将大大提高生产效率。然而众所周知，粉末涂料在施工后需要高温固化，无法满足先封装后涂装的工艺，因此，可快速固化的光固化涂料开始走进新能源电芯涂料的市场。徐杰等研究探讨了用于电芯的LED光固化涂料制备与性能，研究表明，在合适固化时间的前提下，搭配一定量的多官能度丙烯酸树脂能有效提高C=C双键转化率。UV光固化涂料因为较高的收缩率对涂层附着力不佳，但搭配合适的附着力促进剂可提高铝材附着力。含溴单体类阻燃剂不仅可以满足阻燃性能，同时对涂层热稳定性影响不大。
无溶剂/水性防火涂料
新能源汽车（纯电动、插电式混动等）电池模组的安全性对新能源汽车的安全至关重要，当电池模组出现故障时，为了最大程度保护车内乘员，需要对电池包进行防火隔热处理，以便给车内乘员预留充足的逃生时间。供应商提供的防火涂料大部分为膨胀型耐火机理，无溶剂和水性占大多数，大部分需要加热固化以保证其耐火性能，多为双组分。其中膨胀型防火涂料主要包括成膜物质、碳源、酸源、发泡剂、填料等，其主要成膜物质为丙烯酸树脂、环氧树脂或氟聚合物等。在加热时涂层中热能被转化，防火涂层能迅速膨胀十几倍至几十倍并吸收周围热量，从而有效阻止高温侵入其保护的基材，并以此达到防火目的。
其主要应用方法是将膨胀型防火涂料施工在动力电池壳体及盖板上，待电池发生热失控时迅速膨胀发泡，形成阻燃隔热的碳层，避免热量及高温电解液烧蚀壳体，进而导致壳体破裂形成燃烧与爆炸，为司乘人员留出宝贵的逃生时间。目前市场上的无溶剂环氧膨胀型防火涂料主要为外企近年开发的产品，其中为 PPG（庞贝捷）、西卡、佐敦等欧美公司的产品垄断，产品市价非常昂贵。国内厂家产品主要为水性防火涂料，其涂层的绝缘耐压，耐湿热循环等性能难以达到GB38031 2020标准，碳层受热发泡后强度亦有所不足。目前电池用防火涂料之所以还不成熟，因为涂料大部分从建筑用防火涂料优化而来，没有独立的体系，没有按照整车需求进行独立的开发，其现场施工难度也很大。
结语
电池涂料作为一个新的涂料赛道正在快速发展，下一期我们重点介绍产业化情况。
参考来源：
武京斌，等：新能源汽车电池包防火涂料应用研究，上海通用汽车有限公司
尹臣，等：绝缘性能优异的薄涂粉末涂料的研究及其在新能源汽车电池上的应用，广州擎天材料科技有限公司
徐杰，等：用于新能源电芯涂层的LED光固化涂料研究，复旦大学
涂界，专利之星
(中国粉体网编辑整理/昧光)
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除!
