华东锂电研究院刘锴:无溶剂聚氨酯粘合剂在新能源汽车中的应用

时间:2017-03-13 17:32来源:电池联盟 作者:王杰
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2017年3月1日由电池联盟、中国电子节能技术协会电池专业委员会主办,中国电器工业协会、中国高科技产业化研究会、中国电子节能技术协会、北京理工大学支持,佛山市金银河智能装备股份有限公司协办的大型公益“绿色能源·智能制造”暨动力锂电池技术进展与智能装备升级应用论坛上, 作为压轴嘉宾刘锴博士发表了《无溶剂聚氨酯粘合剂在新能源汽车中的应用》的精彩演讲,以下是根据速记整理的文字,未经本人审核,仅供参考。
 
  首先节大家看一个录像,宝马汽车PACK点胶生产线录像。我在这里讲一个方向,这个有可能成为下一个风口,现在比亚迪两千万引进一条PACK生产线,不是买韩国的,就是买德国的,或者买日本的,但是非常贵,因为这个东西很重要。一个涂料的寿命主要是用了树脂PDS琉璃的。这个是等离子清洗,不会用其他方式清洗了,如果清洗只能用等离子清洗。检测完了,电池串联,电池表面都是点胶的痕迹,现在大部分的装备都是采用螺丝连接的,时间会比较慢,它的固化速度3秒钟可以达到10个牛顿/平方毫米,这样电池组已经可以分开了,完全情况可以达到135牛顿/平方毫米。我这个体重的人可以把我粘在上面,我晚上也掉不下来。现在基本上都是无人操作,国内现在最大的问题是什么呢?需要人为操作,这个对于我们未来是非常重要的。这里面有4个关键技术,第一个是无溶剂等离子清洗。第二个是无溶剂双组份聚氨酯点胶工艺。锂电池第一不能用水性胶,第二不能用溶剂胶,第三不能用热溶交,锂电池隔离膜变形温度30度,普遍应用的热溶胶一般140到160度,硅胶固化时间太长了,我的工作节拍按照秒算的,点上去以后在3秒钟之内必须达到10牛顿的附着力,如果要等几十个小时就没办法生产了,点胶的好处就是3秒钟之内达到10牛顿的附着力,20分钟之内会达到135牛顿/平方毫米的玻璃强度,所以非常好用。点胶韩国LG已经彻底应用,宝马也用了,日本也很早就用了。聚氨酯有很多种,有SDI,有MDI等等,国内在这方面做的人比较少,山东做得比较多一点,山东省做了接近中国的半壁江山,我们是做研发的。封端剂有很多种,比如端氨基聚醚等等。我们一直都在开发这个,也一直在关注这个。聚氨酯交联是体形交联,它既有硬段,也有软段。它的立体结构是这样的,具有弹性,又有硬度,还有连接力。NCO集团聚氨酯里面的NCO可以和氨基、水发生反应,包括它的封闭环境,另外可以和环氧化物发生反应。丙烯酸改性聚氨酯的反应非常重要。现在我们提高聚氨酯,比如汽车的玻璃封装胶一般都是24小时到48小时,我们用丙烯酸改性聚氨酯可以提高到3秒钟。聚氨酯的封端反应是一个艺术,如果你看到世界上各种各样的胶,主要靠不同的封端反应赋予不同胶的不同性能。传统汽车的点胶工艺,实际上宝马、法拉利、奔驰汽车发动机上的高温胶点胶。
    电动汽车不会做传统汽车,今年北京PM2.5很严重,做这个的原因,我只是引用中国经济学家的预言,吴敬琏的老师是“顾准”,顾准预言过中国电动汽车的“神武景气”必将到来,五十年就叫神武。大家不用担心,中国的经济还会继续增长。
    聚氨酯在新能源汽车方面的应用,比方说大众汽车、奔驰汽车、宝马汽车。聚氨酯粘合剂与新能源汽车的关系。第一新能源汽车连续、快速组装的需求。第二是安全、密封标准的需求,还有轻结构件快速组装的求,还有智能驾驶电磁屏蔽的要求,现在国内基本上都是进口日本的,一公斤卖给任正非大概1600元/公斤,成本大概在80元以内,卖过来就已经翻了300%了。一般动力电池生产线都是按秒计算,全部自动化,所以必须3秒钟之内达到这个胶就得粘住,不能一下子拽掉,只有双组份可以做到,单组份是做不到的。热熔胶的工作温度是140度到160度。热熔胶的点胶头一天到晚加热160度,能耗多少呢?一天下来每一个头就是1000千瓦到3000千瓦,这个能耗是非常高的,另外主要是长期工作温度不好控制,容易讲解,我们国内现在没有人做这个事,现在谁做这个线谁发财。刚开始大家都说做真空式隧道,那个大家开始抢,实际上那个已经没什么利润了。这个利润有多少?你跟比亚迪商量商量,比亚迪说了两千万拿过来做。
    2017年国家锂电池安全标准出台,这是非常关键的。可以看到,我们拆特斯拉的电池,可以看到大电池组的封胶,不可能有溶剂。特斯拉的每个电池都有定位胶。什么概念?汽车运动,上下振动3个G,左右晃动2个G,你告诉我这个电池怎么能够不颠散,你还得要有一些胶把它粘住。大家老是问我这个胶怎么办,将来电池坏了是拿锤子打还是拿撬刚来撬?我们去日本专门看他们怎么拆特斯拉的电池,农民工就可以干,很简单,一个电热丝,就像小孩工匠玩的弓一样,电流通过就热了,拿电热丝一烫,这个胶就分解去掉了。
    2017年国家出了一个规范,涉水深度由原来10厘米提高到30厘米。现在电压的等级从IP44提高到IP67,整个密封要求、防尘、防水要求都提高了,也就是说将来单组份必须要考虑这个问题,双组份下一个风口是绝对绕不开的。圆柱电池设计也是需要做PACK的。宝马I3也出了一个软包级电池,2012年去I3看生产线的时候,了解到有硬壳的,也有软包的。这两个地方有封边胶,国内以前都是粘胶纸,靠人工贴,现在都是机器操作,两个热压块,热熔胶有一个缺点,这个电池不能做薄,做薄以后电池隔离膜就变形了。做得非常薄的情况下,只能用25度双组份无溶剂带封边,用热熔胶就做不了。矿用安全帽也是用无溶剂安全胶。第二个应用是铝塑复合膜。我统计了一下,现在的企业大概有这么几家,新纶科技、道明、赛维、上海紫江、广东佛塑。国内铝塑膜缺点很多,国内很多人清洗铝箔全部在水池子里出来、上去,我说看完铝箔清洗,我就告诉你做不出来,因为铝见了水会发生反应,那么薄的情况下会发生清脆,抗压强度由原来140兆帕立马降低20%,变成110兆帕。我经常在国内查,我说看你铝箔清洗就行了,如果没有等离子清洗,基本上你是做不出来的,我们做聚合物软包第一件事就是按照模具冲一下,达不到130兆帕抗压强度就不行。另外铝箔的缺陷,铝箔起了隔离作用,当铝箔一旦里面有缺陷,电解液全部泄出来,就会发黑。哪个人告诉你我的铝塑负荷膜每个月告诉你多少万平方米,那就是骗人的。如果他告诉你每个月产量超过100万平方米,那我告诉你他成功了。盈亏平衡点就是100万平方米,做够你就挣钱,不就就不存在挣钱。铝塑复合膜这种是最好的,加了EVOH高阻隔层,是一种可自愈材料。其中要用到DNP生产线。大家前两天对乐天有意见,国内吉尔上面用的铝90%以上都是乐天的。锂离子电池对铝塑复合膜的要求,包括气体阻隔性的要求,变形度是多少、耐弯次数、冷虫呀、电化学性能的要求等等,过镍的BOPA膜国内几家在做,设备一定要用安德里茨的,国内用安德里茨设备的人很少,国内BOPA企业排名,做得最大的是厦门长数,沧州明珠也没有那么大。生产BOPA专用料的公司有日本宇部、德国巴斯夫、美国哈尼韦尔、意大利Caffaro,这些企业我都实地调查,国产的料到现在为止没有一家能够拉出膜来,如果他能拉出膜来,一个小时之内不断的话,我就跟他们打赌,我大概输10万块钱,现在见不到一家一个小时之内能不断,我们大概拉一分钟就断了。世界上生产双向拉伸设备的企业有德国的多涅尔等等,过镍是北京机械研究所、桂林电子研究所、大连橡塑机械、汕头远东、青岛中科华联。现在钢塑也出来了,我们铝塑还没做好,钢塑就更不可能。电动汽车对锂离子动力电池的要求,核心是双组份,双组份胶点的时候,一个操作工位上只有3秒钟,我们在宝马掐着秒表看,只有3秒钟,然后是自流体的,点完以后会产生很多波纹,它点上去以后在半秒钟之内波纹都平掉了,里面加了一个自流平极,国内很多人说点完就是疙疙瘩瘩,我说里面点完就是平的,所以这个胶是非常高级的胶,这个胶大概600克卖给比亚迪是1300元,一对,就是700一支。华为基站从广州到深圳56个基站,每个电池用35公斤胶,你告诉我这个多少钱?价格都不卖,因为中国人爱买砖头不爱买瓦块,这个东西就是这么贵。这个也没办法,你们很多人不愿意挣钱。
    大家说你看看这个点胶工艺看了那么多,点胶机从哪儿开?现在中国生产双组份点胶机企业非常少,基本上都是单组份的。美国是EFD、LCC、Graco等,德国是Scheugenpflug,法拉利、宝马现在用的双组份点胶机全部是它做的。意大利叫Fisnar,很牛,也发展出来数字化点胶。我们穿特别高档的服装和鞋,特别贵的鞋的数字化点胶是它开发的。日本比较牛的是雅马哈,还有岩下、百乐,世界上最早做圆珠笔芯就是百乐。韩国是阿尔帕。台湾基本上也是单组份的。世界上第一个发明点胶机杆式泵的是Craco,所以我很尊重这家公司。杆式精密计量泵,汽车上要求高速、精密、操作,这个泵由它开发,原理是这样,点击是转的,但是这个泵是直线运动的。目前中国卖双组份点胶机最多的是Nordson。它的专利是双组份混合枪阀和回抽型喷枪,这是它的核心。日本的点胶机代表是MUSASHI,谁发明这个枪呢?就是MUSASHI。现在大家电池做上来了,产量够了,装配装不来,都使用人海战术,还装不好,这是核心。下一步大家做设备的朋友,你们赶快去做这种全自动探头线。Scheugenpflug,整套系统的自动化程度最高,而且速度最快,点胶速度可以做到几秒级来计算。双组份点胶有很多的应用,比如显示器、导弹头等等。
    我就讲这么多,谢谢!
 
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