電動汽車用膠行業(yè)研究

電動汽車用膠行業(yè)研究一、輕量化+熱管理，雙重需求拉動電車用膠行業(yè)成長1、輕量化材料的應(yīng)用，構(gòu)建了豐富的用膠場景在節(jié)能減排壓力和提升續(xù)航能力需求的推動下，電動汽車輕量化正在加速。汽車輕量化是在保證汽車的強度、安全性和可靠性不降低的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量。汽車自身質(zhì)量降低，能顯著增益節(jié)能減排效果：新能源汽車減重10%，對應(yīng)續(xù)航里程可增加5%~10%，并節(jié)約15%~20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。汽車工程協(xié)會在節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0指出，純電動乘用車的輕量化系數(shù)，應(yīng)當于2025年、2030年和2035年分別完成降低15%、25%和35%的目標。同時，純電動汽車整車重量每降低10kg，續(xù)航里程可增加2.5km。世界汽車用鋼聯(lián)盟(WAS)曾對此進行深入研究，密歇根大學(xué)的唐納德·馬倫教授發(fā)現(xiàn)，基于A2MAC1

新能源車數(shù)據(jù)庫，汽車整備質(zhì)量降低不到200kg，即可使續(xù)航里程從260km增加到310km（OA路線）。輕量化正逐漸成為降低能耗和增加續(xù)航里程的重要途徑。電動汽車輕量化通過材料應(yīng)用、結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝的輕量化來實現(xiàn)。1）材料應(yīng)用輕量化：鋼鐵在車身用材所占比例約為70%，提高鋼材強度并降低厚度可有效降低車重，并提升汽車大變形沖擊強度及被動安全性能。鋼的強度范圍寬，因此適用于所有覆蓋件和結(jié)構(gòu)件；鋁、鎂、塑料、碳纖維密度低，是輕量化的理想材料，其中，鋁合金可以增加復(fù)雜截面部件的剛度，碰撞過程中可降低材料的消耗；鎂能在鋁減重基礎(chǔ)上再減輕15%~20%，作為目前質(zhì)量最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金比強度高，比剛度大，耐沖擊，可重復(fù)利用且加工、鑄造性能好；塑料廣泛應(yīng)用于汽車保險杠、發(fā)動機冷卻風(fēng)扇、內(nèi)飾等，在減輕車身質(zhì)量和碰撞吸能方面發(fā)揮重要作用；碳纖維增強塑料性能普遍優(yōu)于玻璃鋼，應(yīng)用于發(fā)動機罩時，可使發(fā)動機減重6kg以上，可采用混雜纖維的方式降低碳纖維制品的成本。這些輕量化材料在車身結(jié)構(gòu)中常?；旌鲜褂?。2）結(jié)構(gòu)設(shè)計輕量化：包括尺寸和形狀的優(yōu)化，以及拓撲優(yōu)化。尺寸優(yōu)化指在保證結(jié)構(gòu)件的整體性能的前提下，對截面面積以及厚度等進行優(yōu)化；形狀優(yōu)化指示對結(jié)構(gòu)件以及孔洞的形狀進行優(yōu)化，使材料達到更好的使用效果，減少受力不均現(xiàn)象；拓撲優(yōu)化先根據(jù)結(jié)構(gòu)件與其旁邊構(gòu)件的方位關(guān)系來劃分設(shè)計區(qū)域，在不對其他零件產(chǎn)生干涉的前提下，根據(jù)力學(xué)性能參數(shù)建立符合約束條件的目標函數(shù)，最后得到材料的最優(yōu)分布狀況和傳力最佳途徑，是輕量化最有潛力的方法之一。3）制造工藝輕量化：包括激光焊接、液壓及熱成型。激光拼焊采用高密度熱量的激光做熱源，將厚度、材質(zhì)、沖壓性能以及表面處理方式不同的結(jié)構(gòu)件進行焊接；液壓成型通過高壓液體傳遞壓力，讓工件產(chǎn)生塑性變形，成形質(zhì)量高、精度高、可靠性好、生產(chǎn)周期短，相比一般的焊接，應(yīng)用面更廣。輕量化材料在電池包和車身中的應(yīng)用構(gòu)建了豐富的用膠場景。輕量化材料需要更合適的連接方式來匹配其應(yīng)用。以大眾MEB平臺電池包和奧迪A8車身為例，MEB電池的上蓋與箱體、以及箱體底板與外框的安裝處，都使用了FDS（熱熔自攻螺接工藝）技術(shù)，同時結(jié)合單組份膠進行密封；3M公司的膠接技術(shù)也已應(yīng)用到電池包底板的拼接使用中，其結(jié)構(gòu)膠的最大抗剪力可以達到40MPa。新一代奧迪A8的車身連接方式達14種，包括MIG焊（熔化極惰性氣體保護焊）等8種熱連接技術(shù)和膠粘、卷邊連接等6種冷連接技術(shù)。當下主流的汽車連接方式主要有焊接、鉚接和機械連接等，隨著高強鋼、金屬合金等輕量化材料的使用，傳統(tǒng)焊接和機械連接的適用性受到限制，接頭中應(yīng)力分布均勻、強度高、成本低、質(zhì)量輕的膠粘劑則脫穎而出。膠粘劑可調(diào)節(jié)復(fù)合材料的熱膨脹特性差別，兼具防腐、密封等功能。得益于其不易變形、結(jié)合應(yīng)力分布均勻的優(yōu)點，膠接技術(shù)逐漸成為解決連接難題的重要技術(shù)之一。電池結(jié)構(gòu)向輕量化的改進，進一步打開了膠粘劑的應(yīng)用空間。傳統(tǒng)CTM電池由于有模組的存在，通過機械連接即可完成從電芯到電池包的組裝，單位電池包的用膠量較少，但CTM中結(jié)構(gòu)件的使用不僅增加了重量，還限制了電池包能量密度的提升，于是，CTP、CTB/CTC技術(shù)應(yīng)運而生。CTP結(jié)構(gòu)是將電芯直接組裝到Pack殼體中，省卻了模組部件，顯著減輕了電池包的整體質(zhì)量，同時使用導(dǎo)熱硅膠在電芯與電芯之間、電池殼與電芯之間進行熱傳導(dǎo)，采用CTP技術(shù)后理論用膠量會多出3倍以上。寧德時代的第三代CTP技術(shù)（麒麟電池）取消了橫縱梁，則需要更多的膠體以增大電芯的連接強度。CTC技術(shù)取消了電池包上蓋板或座艙地板，進一步簡化車身線纜和結(jié)構(gòu)件，由于其輕量化與高空間利用率的優(yōu)勢，這一技術(shù)有望成為未來的發(fā)展方向。CTB是向CTC演變的過渡形態(tài)，比亞迪海豹利用長刀電芯提供結(jié)構(gòu)支撐，將車身底板與電池包上殼體合二為一，電池的上蓋、前后橫梁形成了一個平面，然后通過密封膠等方式和車身完成組裝，電芯集成度提高，帶動對膠的用量。隨著CTP等新技術(shù)的應(yīng)用，單個PACK包膠粘劑用量有望從當前的200-300元增長至400-900元。2、熱管理需求的提升，打開導(dǎo)熱膠的增量市場熱管理不當易導(dǎo)致安全事故，電池安全性成為消費者購買純電動汽車最關(guān)注的因素之一。熱管理不當所導(dǎo)致的熱失控是動力電池起火的主要原因，熱失控是指單體蓄電池放熱連鎖反應(yīng)引起電池自溫升速率急劇變化的過熱、起火、甚至爆炸現(xiàn)象。如果蓄電池包或系統(tǒng)內(nèi)部的單體蓄電池或單體蓄電池單元熱失控，并觸發(fā)該蓄電池系統(tǒng)中相鄰或其他部位蓄電池?zé)崾Э?，則稱為熱失控擴展。根據(jù)中國汽車流通協(xié)會有形市場分會，電動汽車現(xiàn)有及預(yù)購用戶對電動汽車主要關(guān)注因素中，電池安全性占比36%，占比最高，預(yù)購20萬以上純電動汽車用戶對安全性的關(guān)注度更高，超過40%。鋰電池?zé)崾Э氐脑蛑饕卸搪?、過充放電和機械碰撞。熱失控的誘因通常來自電池本身的材料和生產(chǎn)工藝出現(xiàn)問題、以及使用不當和環(huán)境變化引起的電池狀態(tài)改變。前者主要指電池材料中摻雜的金屬雜質(zhì)和電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的極片毛刺、正負極錯位、電解液分布不均、隔膜表面導(dǎo)電粉塵等，后者則包括電池內(nèi)外部短路、過充放電、高溫環(huán)境、高倍率充放電、老化、擠壓變形等，前者常常為后者埋下隱患，而后者則通過引起活性材料變化、SEI膜分解、鋰枝晶生長、隔膜損壞等，導(dǎo)致電壓降低、溫度異常、容量和功率衰減等潛在熱失控現(xiàn)象，并進一步導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。1）短路：包括內(nèi)部短路和外部短路。外部短路主要指正負極直接接觸造成的短路，內(nèi)部短路則是電池受到穿刺、碰撞、擠壓時造成的短路。內(nèi)部短路有4種情況：負極材料-鋁集流體、銅集流體-鋁集流體、負極材料-正極材料、銅集流體-正極材料，前兩種阻值較低，容易引發(fā)熱失控，后兩種通常情況下不會引發(fā)熱失控。內(nèi)部短路可能是熱失控的誘因，也可能是其他誘因引發(fā)內(nèi)部短路，從而加速熱失控過程。2）過充放電：釋放熱量引起短路。電池過充或過放電到一定電壓值時，溫升速率加快，鋰離子開始在負極沉積，不再參與下一個充電周期，而與電解質(zhì)反映放熱，正極過脫鋰（負極過鋰化）導(dǎo)致容量衰減、脫嵌反應(yīng)困難、內(nèi)阻增加（SEI膜變厚），隨后電壓下降，容量加速衰減，SEI膜分解，內(nèi)部短路發(fā)生。電池結(jié)構(gòu)損壞、熱穩(wěn)定性變差、溫升加快、正極釋氧、電解質(zhì)氧化，電池內(nèi)部膨脹直至發(fā)生不可逆的熱失控并大量放熱，最終引起起火甚至爆炸。3）機械碰撞：電池遭受外部擠壓碰撞時，隔膜可能被撕裂進而發(fā)生內(nèi)部短路，或者易燃電解質(zhì)泄露引發(fā)熱失控。對電池進行有效的熱管理是避免熱失控的關(guān)鍵，根據(jù)介質(zhì)不同主要分為基于空氣、液體、相變材料及熱管的熱管理。增加電池的能量密度意味著在更小的空間中放熱更多，因此熱管理就成為電池組性能和設(shè)計的關(guān)鍵指標之一。熱管理系統(tǒng)能在電池溫度較高時進行有效散熱、溫度較低時有效預(yù)熱、并減小電池組內(nèi)溫度差異、抑制局部熱區(qū)的形成，從而起到避免熱失控的作用。目前主要的電池?zé)峁芾矸绞接校?/p>

1）風(fēng)冷：基于空氣的熱管理，指空氣流經(jīng)電池表面時帶走熱量的熱管理方式。根據(jù)通風(fēng)措施的不同，分為自然對流散熱和強制通風(fēng)散熱，前者只通過電池包內(nèi)部流體氣流進行冷卻，后者加上強制通風(fēng)措施（加風(fēng)機等）；根據(jù)通風(fēng)方式的不同，分為串行通風(fēng)和并行通風(fēng)，串行通風(fēng)時，冷卻介質(zhì)與電池?zé)峤粨Q，不斷被加熱，出風(fēng)側(cè)效果不如入風(fēng)側(cè)，并行通風(fēng)時，電池組各流道之間冷卻介質(zhì)流量相等，溫度一致性較好，是強制通風(fēng)的較優(yōu)選擇。2）液冷：基于液體的熱管理，指將冷卻液填充到液冷板中，通過導(dǎo)熱材料帶走或傳遞熱量，通過控制冷卻液溫度，達到控制電池溫度的目的。冷卻液可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質(zhì)油和R134a等，具備較高的導(dǎo)熱率，散熱效果較好。3）相變制冷：相變材料是特定條件下吸收或釋放熱量后物理狀態(tài)發(fā)生改變的物質(zhì)，相變制冷即利用相變時儲能與放能的特性達到熱管理的效果。4）熱管冷卻：熱管能快速傳輸熱量，保持各電池單體溫度的均勻性，維持正常的溫度工作范圍。由于散熱效果及性價比優(yōu)勢，液冷成為主流的電池散熱方法。風(fēng)冷設(shè)計簡單，生產(chǎn)成本較低，且易于維護，但冷卻速度慢，在電池高倍率大負荷運行時冷卻效果不佳，適用于磷酸鐵鋰電池和小型車；液冷介質(zhì)比熱容大、冷卻速度快、換熱系數(shù)高，目前已應(yīng)用在比亞迪、蔚來、特斯拉的E1、ES6和ModelS等車型上，液冷系統(tǒng)常常需要復(fù)雜嚴苛的設(shè)計以防止制冷劑泄漏；相變材料散熱能力強，但熔融狀態(tài)時密封要求高，材料容易泄露，且體積變化大、流動性差，實際應(yīng)用困難；熱管質(zhì)量和體積過大，存在換熱極限，目前尚未投入應(yīng)用。導(dǎo)熱膠是液冷散熱系統(tǒng)中性能優(yōu)異的導(dǎo)熱材料。導(dǎo)熱材料應(yīng)用于液冷式熱管理系統(tǒng)中，充當液冷板和模組/電芯的傳熱媒介，形式分為導(dǎo)熱墊片和導(dǎo)熱膠。墊片可使用的溫度范圍為-54℃~250℃，節(jié)點強度較高，絕緣性能較好，但以貼合方式使用，需要發(fā)熱元件有較高的承壓力來克服間隙公差，對接觸面不規(guī)則的發(fā)熱元件（電車中的DC/DC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、OBC系統(tǒng)、電池包間的縫隙）無能為力，而且沒有粘結(jié)性，需要人工用螺栓輔助固定。導(dǎo)熱膠相比于墊片，密度更輕、導(dǎo)熱系數(shù)更高、更易填充，且由于其良好延展性，形成獨特的填縫性能及自動化涂膠工藝。填縫膠可以快速施膠，并通過優(yōu)化點膠圖形克服零件的公差，適合大規(guī)模生產(chǎn)，目前已應(yīng)用于大尺寸的電子器件中。因此，在電池?zé)峁芾砣找嬷匾内厔菹?，?dǎo)熱膠的市場需求將逐步打開。電芯與電芯之間也需要導(dǎo)熱灌封膠實現(xiàn)溫度的管控。動力電池包內(nèi)有成百上千顆電芯有序放置，由于單體電芯自身內(nèi)阻，輸出電能的同時會產(chǎn)生熱量，電芯散熱條件的差異還會造成模組內(nèi)電芯溫差過大，從而降低電池的性能，熱量的快速聚集還會導(dǎo)致模組熱失控，因此，電池包內(nèi)任一電芯的溫度都不應(yīng)超過電池包許可的最高電池溫度。導(dǎo)熱灌封膠對沖擊應(yīng)力的吸收能力，以及單顆電芯過充爆炸時的良好阻燃性，使其能有效地延緩甚至阻止熱量的快速蔓延與釋放，最終提升電芯之間的熱安全性。電動汽車的熱管理對導(dǎo)熱膠的需求還體現(xiàn)在電機電控和充電樁層面。驅(qū)動電機的溫升在電機長時間負載運行時起著關(guān)鍵作用，常采用導(dǎo)熱膠對電機定子進行灌封，減小繞組與定子鐵心之間的熱阻，起到消除定子槽中的氣隙、分散繞組端部熱量、防護絕緣材料的作用；如果IGBT溫度超過其結(jié)溫125℃，會導(dǎo)致模塊燒毀，因此需要在IGBT模組與冷片接觸的界面涂抹導(dǎo)熱硅脂等，將熱量傳遞給殼體外側(cè)的冷卻水進行散熱；高功率充電樁體積高度壓縮、內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、熱量集中，引入導(dǎo)熱材料成為必需，如將導(dǎo)熱硅膠用于電源灌封，將導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱粘接膠應(yīng)用于集成電子元件板和散熱器之間等，將熱量從分離器件或PCB傳導(dǎo)到散熱器上，讓充電樁在快速充電的情況下也能安全運行。綜上，輕量化與熱管理的必要性打開了電車用膠市場的需求空間。從電池用膠的層面看，中國電池用膠市場目前還處于起步階段，市場規(guī)模約2億元，隨著輕量化材料的應(yīng)用、熱管理措施的普及、以及CTP/CTC/CTB等電池技術(shù)的推廣，動力電池用膠量有望增長3-4倍，市場規(guī)模擴增至10億元；從整車用膠的層面看，一輛新能源汽車用膠量是普通乘用車用膠量的7倍，單車用膠量為20kg以上，有望達到40kg，中國汽車工業(yè)用膠市場規(guī)模已達到50萬噸/年，在電動汽車行業(yè)快速發(fā)展的背景下，仍有較為可觀的增量空間。二、進口替代漸成趨勢，電動車用膠逐步高端化1、亞太是汽車用膠主要區(qū)域，國產(chǎn)替代成為趨勢全球膠粘劑市場規(guī)模及需求量均實現(xiàn)穩(wěn)步增長。據(jù)ASC，得益于膠粘劑下游需求領(lǐng)域的不斷擴展，以及工業(yè)產(chǎn)值的增加，從2011年到2019年，全球膠粘劑市場規(guī)模從246億美元擴張至722億美元，年復(fù)合增速為14%，市場需求量從1665萬噸增長至2532萬噸，年復(fù)合增速為5%。歐美市場偏向飽和，需求量增速較慢，導(dǎo)致近年來膠粘劑行業(yè)整體增速放慢，但新興高端領(lǐng)域如5G通信、光伏、電動汽車、電子電器等快速崛起，推動更多優(yōu)質(zhì)環(huán)保膠粘產(chǎn)品問世。近年來中國膠粘劑行業(yè)落后產(chǎn)能出清，進出口額均保持增長。根據(jù)ASC，2020年，全球膠粘劑需求量的區(qū)域中，亞洲占比最高，達52%；北美和西歐其次，消費量分別占比21%和17%。就中國而言，全國膠粘劑行業(yè)產(chǎn)量從2010年的463萬噸增長至2020年的709萬噸，年復(fù)合增速為4%。中國膠粘劑行業(yè)有諸多中小企業(yè)參與者，供給格局較為分散，近年來國家環(huán)保政策監(jiān)督力度加強，疊加下游產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級帶來的對產(chǎn)品性能要求的提升，部分落后產(chǎn)能出清，2018年行業(yè)產(chǎn)量同比明顯下降。同時，近年來中國膠粘劑行業(yè)進出口額均保持增長，根據(jù)中國膠粘劑和膠粘帶工業(yè)協(xié)會，2021年，中國膠粘劑進口量和進口額分別為22.23萬噸和31.25億美元，同比分別增長19.20%和28.28%；

出口量和出口額分別為80.32萬噸和26.80億美元，同比分別增長7.86%和25.32%，出口國主要面向制造業(yè)轉(zhuǎn)移國家（越南、印度等東南亞國家）和發(fā)達國家（美日韓等）。涂料和動力系統(tǒng)是膠粘劑最主要的應(yīng)用方向。涂料在膠粘劑下游應(yīng)用中占比約40%，可應(yīng)用于建筑、包裝、木材等行業(yè)，由于其終端汽車、房地產(chǎn)的龐大體量，涂料行業(yè)對膠粘劑的需求量有望保持高而穩(wěn)定。隨著節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的實施，涂料行業(yè)日趨向水性等更加環(huán)保的方向發(fā)展，帶動膠粘劑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。動力系統(tǒng)是膠粘劑的第二大使用領(lǐng)域，占比約30%，膠粘劑在動力系統(tǒng)上的應(yīng)用包括電芯、電池Pack包裝等，隨著汽車輕量化的進程和熱管理需求的提升，膠粘劑的應(yīng)用將更加廣泛。亞太是全球主要的汽車用膠產(chǎn)區(qū)和消費區(qū)。從汽車用膠的總量看，2016年，全球汽車膠粘劑市場價值37.71億元，預(yù)計到2023年，將達到54.59億元，年復(fù)合增長率為5.4%。從汽車用膠的區(qū)域結(jié)構(gòu)看，亞太地區(qū)汽車膠的產(chǎn)量和市值在全球中的占比分別為49%和45%，受益于亞太地區(qū)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，亞太在全球用膠市場中扮演著至關(guān)重要的角色。從汽車用膠的細分領(lǐng)域——汽車用結(jié)構(gòu)膠的角度看，2017年，全球汽車結(jié)構(gòu)膠市場規(guī)模達14.21億美元，實際產(chǎn)銷量53.9萬噸，其中，中國汽車結(jié)構(gòu)膠市場規(guī)模達2.41億美元，占比16.96%。預(yù)計到2023年，全球汽車結(jié)構(gòu)膠市場將達到16.39億美元；到2025年，中國汽車結(jié)構(gòu)膠市場規(guī)模將達到2.94億美元。海外龍頭壟斷高端市場，國產(chǎn)替代趨勢逐步形成。膠粘劑行業(yè)的海外龍頭主要有漢高、富樂、杜邦、3M等，跨國公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更為全面、技術(shù)更為領(lǐng)先；國內(nèi)優(yōu)質(zhì)企業(yè)包括回天新材、高盟新材、康達新材、硅寶科技等，精耕某些種類膠體的研發(fā)，并在部分細分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進口替代。隨著下游電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展，以及國內(nèi)企業(yè)不斷加大研發(fā)力度所帶來的產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級，海外龍頭壟斷高端市場的局面逐步被打破，如康達新材在風(fēng)電葉片用結(jié)構(gòu)膠領(lǐng)域的市占率已經(jīng)超過60%，高盟新材則在軟包裝領(lǐng)域具備龍頭優(yōu)勢。隨著國內(nèi)5G通信、新能源、電子電器等新興行業(yè)的崛起，有較強技術(shù)儲備和研發(fā)實力的企業(yè)有望在進口替代的浪潮中不斷打破海外龍頭對高端市場的壟斷，打開成長空間。作為精細化工的子行業(yè)，膠粘劑是國家產(chǎn)業(yè)政策重點支持行業(yè)。早在2011年，石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會就將新型膠粘劑的制備列為行業(yè)主要研究方向之一，隨后，工業(yè)和信息化部進一步強調(diào)高性能高品質(zhì)膠粘劑為石化行業(yè)重點投資方向；2013年，發(fā)改委將改性型、水基型膠粘劑列為鼓勵類行業(yè)，后在2019年強調(diào)并完善了這一政策；2015年，商務(wù)部宣布鼓勵外商投資膠粘劑行業(yè)；2019年，發(fā)改委和商務(wù)部進一步將鼓勵外商投資的行業(yè)細化為膠粘劑、密封膠、高性能涂料、水性工業(yè)涂料及配套水性樹脂等。膠粘劑行業(yè)具備一定的資金及技術(shù)壁壘，以及較長的產(chǎn)品檢驗周期，這就要求企業(yè)有充足的流動資金支持，國家政策向膠粘劑行業(yè)的傾斜，有助于更多的資金流入，從而進一步支持行業(yè)的發(fā)展和優(yōu)化升級。2、按作用分：結(jié)構(gòu)膠助力輕量化，導(dǎo)熱膠賦能熱管理CTP動力電池中，結(jié)構(gòu)膠主要用于粘接方形電芯的PET藍膜和噴粉涂層等。膠粘劑在電動汽車中可起到結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱、密封、灌封、導(dǎo)電等作用，其中，導(dǎo)熱膠和結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用相對而言更普遍。不同膠種的劃分并非絕對，如結(jié)構(gòu)膠起到粘接作用的同時，會起到一定的導(dǎo)熱導(dǎo)電性；導(dǎo)熱膠傳遞熱量的同時，也會兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)粘接、灌封、填縫等作用。結(jié)構(gòu)膠是指應(yīng)用于受力結(jié)構(gòu)件膠接場合，能承受較大動負荷、靜負荷并能長期使用的膠粘劑，在動力電池和電車車身中均有應(yīng)用，在電池中以方形電芯的裝配應(yīng)用最為廣泛。方形電池的殼體一般使用3003鋁合金，外殼常用PET薄膜包覆或半包覆、或用絕緣涂層涂覆，以保證電芯外殼的絕緣性，結(jié)構(gòu)膠就用在PET藍膜、噴粉涂層（環(huán)氧或其他樹脂）及3003鋁合金上，電芯與電芯之間用結(jié)構(gòu)膠替代以前模組結(jié)構(gòu)的機械連接，減少了機械零件的使用，為電池“減負”

的同時，還起到了防水、防潮、耐老化耐候的功能。結(jié)構(gòu)膠在車身中常起到取代焊點和提高車身強度的作用。結(jié)構(gòu)膠能有效改善車身安全強度及疲勞性能，并在減少噪音和振動方面表現(xiàn)良好，因而成為汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)，在不同程度上取代傳統(tǒng)的焊接、鉚釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)，一般考慮用結(jié)構(gòu)膠解決局部粘接問題和提高車身整體強度。前者是指結(jié)構(gòu)膠用于立柱、縱梁、地板、頂蓋和側(cè)圍等車身零部件的粘接，如果采用焊接方式，焊點可能由于應(yīng)力集中而撕裂，涂布結(jié)構(gòu)膠可以明顯改善此現(xiàn)象；對于焊槍達不到或出于美觀需求無法打焊點的部位，在不降低車身的碰撞性能、剛度、疲勞耐久性等的情況下，結(jié)構(gòu)膠可以直接替代焊點。提高車身整體強度則是在使用拓撲優(yōu)化的方法進行分析后，實施的車身整體用膠方案。由于實驗周期漫長，常常以輕量化以及其他目標為聯(lián)合目標，提升電動汽車在關(guān)鍵連接部位動剛度、NVH性能、車身輕量化、減少車身焊點等方面的綜合性能。由于結(jié)構(gòu)膠固化后可以顯著提升車身剛性、抗沖擊性能、抗疲勞性能等，結(jié)構(gòu)膠在電動汽車中的應(yīng)用，也對其本身的強度、柔韌性、耐老化、阻燃絕緣提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)膠需要具備較高的強度、機械性、耐久性等。動力電池用結(jié)構(gòu)膠首先要能適用粘接的材料：結(jié)構(gòu)膠對PET藍膜的粘接強度要大于或能達到藍膜背膠與電芯鋁合金殼體的粘接的強度、且對3003鋁合金以及噴粉涂層的粘接，要能夠達到破壞時的內(nèi)聚破壞。在此基礎(chǔ)上，對強度、機械性、耐老化性、阻燃性等都提出了較高的性能要求。熱管理對于動力電池Pack系統(tǒng)至關(guān)重要，一般需要導(dǎo)熱膠確保電池的最佳溫度范圍，但以結(jié)構(gòu)粘接為主要訴求的結(jié)構(gòu)膠，導(dǎo)熱系數(shù)也需在0.2W/(m·K)以上。車身用膠除需具備以上性能外，還需要考慮剪切及剝離后的美觀性，以及小批量試制階段，涂膠并運回主廠拼裝這一周轉(zhuǎn)運輸過程中連接的可靠性等。導(dǎo)熱膠是動力電池?zé)峁芾淼年P(guān)鍵一環(huán)，并為快速充電創(chuàng)造了可能。電池電芯的最佳工作溫度帶較窄（20-40℃），因此電池需配備較好的熱管理系統(tǒng)保證電芯的正常運轉(zhuǎn)，電池內(nèi)部吸收或釋放熱量主要通過輻射、對流和傳導(dǎo)進行，其中電池組和冷卻板之間的傳導(dǎo)是EV電池組最廣泛使用的方法，導(dǎo)熱膠則在傳導(dǎo)傳熱中扮演著至關(guān)重要的角色，實現(xiàn)電芯與電芯之間、電芯與液冷板之間的散熱。另外，快速充電逐漸成為電動汽車發(fā)展的重要趨勢，快充帶來的瞬時溫度過高易破壞電池結(jié)構(gòu)、減少電池壽命，導(dǎo)熱膠以其熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊、電氣絕緣性等優(yōu)良特性為快充創(chuàng)造了條件。由于導(dǎo)熱膠在電池內(nèi)部接觸的介質(zhì)具備的特性各異，導(dǎo)熱膠也相應(yīng)具備不同的形式。金屬內(nèi)部自由電子間的碰撞可傳遞熱量，無機非金屬晶體通過排列整齊的晶粒熱振動導(dǎo)熱，大多數(shù)聚合物因體系飽和而無自由電子存在，因此，在膠粘劑中加入高導(dǎo)熱填料是提高其導(dǎo)熱性能的主要方法。導(dǎo)熱膠在保證自身導(dǎo)熱性能的同時，需要貼合電池不同部位的材質(zhì)及相關(guān)性質(zhì)，故而導(dǎo)熱膠又可以根據(jù)形式的不同，分為相變導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱導(dǎo)電襯墊、熱傳導(dǎo)膠帶、導(dǎo)熱絕緣彈性橡膠、柔性導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱填充劑、導(dǎo)熱絕緣灌封膠，用于模組間隙、發(fā)熱器件與散熱器之間的粘接等。灌封膠是導(dǎo)熱膠的一種重要應(yīng)用形式，用于填補電池和電機等部位的空隙。導(dǎo)熱灌封膠在完成固化前屬于液體，具有較好的流動性，能填滿接觸界面的粗糙所帶來的空隙，空氣導(dǎo)熱系數(shù)小，因此接觸面的空隙往往有較大的接觸熱阻，灌封膠的聚合物體系柔軟可塑，灌入后發(fā)生固化，與發(fā)熱元件和散熱元件密切接觸，同時起到防水防潮、防腐蝕、防塵、絕緣、耐溫、防震的作用，還能增加元件在惡劣環(huán)境下作業(yè)的穩(wěn)定性，從而延長使用壽命，因此可以用于電池組、磁芯、Pack封裝中，灌封膠的高觸變性使得點膠操作可迅速便捷地完成。灌封膠也可以在電機中使用，與使用在電池中的灌封膠相比，電機中的灌封膠需要具備更高的導(dǎo)熱性和流動性、更低的密度以及更低的黏度，否則會給電機帶來灌封困難，并增加汽車重量，造成能耗比較高的后果。導(dǎo)熱填料的種類用量、粒徑形狀、混雜填充、表面改性等均會影響導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱膠的熱導(dǎo)率主要取決于樹脂基體（環(huán)氧樹脂、有機硅、聚氨酯、丙烯酸等）、導(dǎo)熱填料（氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硅等）及兩者形成的界面，而導(dǎo)熱填料的種類、用量、粒徑、混雜填充及表面改性等因素均會對膠粘劑的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響：一定范圍內(nèi)，導(dǎo)熱膠的熱導(dǎo)率隨填料用量增加而顯著提升；填料用量相同時，納米粒子的比表面積比微米粒子大，與基體接觸的相界面更多，更容易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，而較大的長徑比也能使得填料較少時即可達到較高的熱導(dǎo)率；不同粒徑不同形態(tài)的混雜填充可以提高熱導(dǎo)率，因為排列緊密能使得致密性增加，接觸熱阻減小；對填料進行表面改性后，能一定程度上克服填料與基體間的極性差異，降低界面熱阻，提高導(dǎo)電率。球形氧化鋁以其出色的性價比，從諸多導(dǎo)熱填料材料中脫穎而出。樹脂基體作為聚合物材料，散熱能力較差，因此需要添加具有更高熱導(dǎo)效的填料，常用填料主要有金屬填料（銅、銀和鋁等）、碳材料（碳納米管、石墨和石墨烯等）、陶瓷材料（氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅等）三大類，前兩者本身具有較高的熱導(dǎo)率，但是在高負載時易破壞材料的絕緣性能，且碳材料在基體中不易分散，從而無法形成有效的導(dǎo)熱通路。相比之下，陶瓷材料具備優(yōu)異的熱傳輸性能和高絕緣性能，而氧化鋁因其高電阻率、低介電損耗、資源豐富且價格便宜等優(yōu)勢，在導(dǎo)熱填料中被廣泛使用。雖然氧化鋁導(dǎo)熱率并非最佳，也可滿足基本的導(dǎo)熱需求。氧化鋁主要有α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3三種形態(tài)，α形態(tài)最為穩(wěn)定，是六方晶體結(jié)構(gòu)，而球形的α形態(tài)可在基材中大量填充，故而成為導(dǎo)熱填料的首選。導(dǎo)電膠用于屏蔽電解液對金屬集流體的腐蝕性，銀粉是較為理想的導(dǎo)電填料。導(dǎo)電膠也叫導(dǎo)電銀漿，分為聚合物和燒結(jié)型兩種形式，兩者分別以聚合物和玻璃或氧化物為粘接相。導(dǎo)電膠在電池中主要用于涂覆在電芯鋁箔或銅箔表面，提高鋰離子涂層的導(dǎo)電性，通過全部或部分屏蔽電解液對金屬集流體（銅箔和鋁箔）的腐蝕，確保電極形成有效的電子回路，因此，除導(dǎo)電性以外，導(dǎo)電膠還需具備粘接性，使得涂覆層能致密相連；并且在儲存條件下具有流動性，加熱固化后方可連接。導(dǎo)電膠由基體和填料構(gòu)成，基體中的預(yù)聚體以環(huán)氧樹脂為主，除預(yù)聚體外，還有固化劑、稀釋劑、偶聯(lián)劑等，用以增加表面粘度，提高導(dǎo)電性；填料以空氣中較為穩(wěn)定的銀粉為主，填料的粒度和形狀也會影響導(dǎo)電性，粒度大的導(dǎo)電效果通常更好，但是連接強度會降低，不定形的連接強度優(yōu)于球形，為了平衡好連接強度和導(dǎo)電性能，常把不同形狀和粒度的填料混合使用。鋰電池膠帶在電芯中段生產(chǎn)工序中使用，起到絕緣和固定的作用。在電芯的卷繞/疊片、外殼焊接和封口等工序中，需要用特殊的壓敏膠起到電極繞卷、極片保護和卷芯終止等作用，這就是鋰電池用膠帶，它具有一定的初粘性、持粘性、耐溫性和耐化學(xué)腐蝕性，以及反復(fù)使用、剝離后無污染的特性。膠帶常見的基材有BOPP（雙向拉伸聚丙烯薄膜）、PET（耐高溫聚酯薄膜）、PI（聚酰亞胺薄膜）和nomex（間位芳綸或芳綸1313）紙等，基材的耐溫性能決定了膠帶使用溫度的環(huán)境上限，就耐溫性能而言，PI基材＞PET基材＞BOPP基材，而耐溫性能好的材料，成本也相對較高。3、按基材分：聚氨酯耐溫范圍廣，環(huán)氧樹脂粘接力度高，有機硅密封效果好聚氨酯和有機硅是汽車用膠粘劑的主流基材，不同用膠點需要的基材各異。電動汽車用膠的基材，包含聚氨酯、環(huán)氧樹脂、有機硅、丙烯酸等，其中聚氨酯占比最大，約1/3，有機硅膠其次，占比約23%。動力電池用膠點包括結(jié)構(gòu)膠、導(dǎo)熱膠、灌封膠、密封膠等，由于不同部位發(fā)揮的作用不同，根據(jù)需要的性能曲線，膠粘劑生產(chǎn)廠商為電池廠家提供的材料也有所不同，如厭氧膠粘劑可在無氧環(huán)境下固化，增加接頭強度，防止振動過大導(dǎo)致松脫，能抗壓力、振動和電流腐蝕，因此適用于零部件的固定。聚氨酯膠是一種重要的聚氨酯制品，在聚氨酯下游細分領(lǐng)域中占比約6%。聚氨酯是指主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團（-NHCOO-）的大分子化合物的統(tǒng)稱，改變原料配比可以得到不同性能的聚氨酯制品。聚氨酯的上游包括異氰酸酯（MDI、TDI等）、聚酯多元醇（AA、EG等）、聚醚多元醇等，輔料包括溶劑（DMF）、擴鏈劑、催化劑、發(fā)泡劑等；聚氨酯制品包括聚氨酯泡沫塑料（硬質(zhì)、泡沫等）、革用聚氨酯（PU漿料）、聚氨酯彈性體、聚氨酯涂料、聚氨酯密封劑和聚氨酯粘合劑、聚氨酯纖維（氨綸）等，泡沫塑料多孔且密度小，軟泡和硬泡可以分別起緩沖和保溫的作用，PU漿料可用于服裝、箱包等，彈性體兼?zhèn)錈崴苄院蜔峁绦裕糜谛?、電纜居多；聚氨酯性能可調(diào)節(jié)范圍寬、耐磨性和粘接性好、耐候性好，終端廣泛應(yīng)用于建筑、家具、汽車、服裝等。聚氨酯下游細分領(lǐng)域中，硬泡和軟泡占比超過一半，彈性體和涂料分別占據(jù)29%和16%的份額，粘接劑占比約6%，是相對而言較為小眾的應(yīng)用領(lǐng)域。PUR熱熔膠是一種特殊的以聚氨酯為基體的膠粘劑，與EVA熱熔膠相比，在強度、耐性等方面更勝一籌。PUR以-NCO端基預(yù)聚體為基料，添加不與-NCO發(fā)生反應(yīng)的各類添加劑（如熱塑性樹脂、填料、催化劑、抗氧劑、增粘樹脂等），對木材、皮革等含有活潑氫的多孔材料和表面光潔材料都能表現(xiàn)出良好的粘合能力。PUR熱熔膠廣泛應(yīng)用于汽車的擋風(fēng)玻璃及車身密封、燈具封裝、汽車內(nèi)飾上：玻璃和燈具高溫下可能爆炸，PUR熱熔膠通過濕氣固化粘接不耐高溫材料；PUR熱熔膠可以粘接汽車內(nèi)飾中受力較小的零部件、裝飾襯板邊等；車身密封屬于汽車裝配的后期階段，要求膠縫盡可能小而平滑，以保證美觀，PUR熱熔膠是最具性價比的選擇。PUR熱熔膠主要分為兩類：熱塑性和反應(yīng)型，分別通過先加熱液化后冷卻固化和先加熱液化后與濕氣反應(yīng)交聯(lián)固化的方式實現(xiàn)粘接。過去的熱熔膠主要以乙烯一醋酸乙烯(EVA)為基體制備，強度及彈性較差，對外力承受能力有限，隨著PUR熱熔膠在耐性和適用范圍方面的優(yōu)勢逐步顯示，對EVA熱熔膠的替代趨勢也愈發(fā)明顯。有機硅膠下游應(yīng)用廣泛，近年來行業(yè)規(guī)模實現(xiàn)穩(wěn)定增長。有機硅膠是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的膠粘劑，原料主要有金屬硅和一氯甲烷，有機硅的成品形式包括硅橡膠、硅油和硅樹脂，占比分別為67%、27%和6%，終端應(yīng)用領(lǐng)域以建筑、電子電器、消費品居多。2016年，中國有機硅膠行業(yè)市場規(guī)模達到184.01億元，2020年增長至268.26億元，年復(fù)合增長率10%。有機硅膠在電動汽車中主要起到導(dǎo)熱、密封等作用。有機硅膠耐溫特性好，可以在較為寬泛的溫度范圍內(nèi)（零下55度到零上200度之間）使用，可點膠的流體態(tài)有機硅在電池組形成一個圍繞電池芯的熱屏蔽，使得電池在高溫或低溫下均能正常運行；耐候性和拒水性好，自然環(huán)境下使用壽命可達幾十年，介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(shù)等均在絕緣材料中名列前茅，而且自帶絕緣屬性，可有效阻止內(nèi)芯電流過大帶來的短路等后果。但有機硅膠機械性和粘接性較差，存在被酸堿物質(zhì)腐蝕的可能。在電動汽車中，有機硅膠多作為導(dǎo)熱填縫膠、導(dǎo)熱灌封膠和車燈密封膠等，用于Pack邊框的密封、內(nèi)部元器件的密封、和電池內(nèi)部的導(dǎo)熱灌封等。硅膠固化密封后形成彈性體，可防水抗震抗顛簸，且導(dǎo)熱性能良好，阻燃性高，滿足電動汽車熱管理的需求。環(huán)氧樹脂主要用于涂料和電子電器等，2019年行業(yè)落后產(chǎn)能出清。環(huán)氧樹脂膠是指在一個分子結(jié)構(gòu)中，含有兩個或兩個以上的環(huán)氧基，并在適當?shù)幕瘜W(xué)試劑及合適條件下，能形成三維交聯(lián)狀固化化合物的總稱，室溫下有液態(tài)和固態(tài)兩種形態(tài)，液態(tài)相對分子質(zhì)量較低，可用作澆注料、無溶劑膠粘劑和涂料等；固態(tài)相對分子質(zhì)量較大，具有熱塑性，可用于粉末涂料和固態(tài)成型材料等。環(huán)氧樹脂的終端市場中，約6%用于膠粘劑。雙酚A環(huán)氧樹脂產(chǎn)量最大、用途最廣，占環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的90%以上。環(huán)氧樹脂的分子量有所區(qū)分，低分子量的樹脂可在室溫或高溫下固化，高分子量的樹脂必須在高溫下才能固化，而超高分子量的聚酚氧樹脂則不需要借助固化劑，在高溫情況下能形成堅韌的膜。2018年到2019年，中國環(huán)氧樹脂產(chǎn)量下降近20萬噸，系行業(yè)環(huán)保壓力加大、市場供過于求所致，隨后，中國環(huán)氧樹脂行業(yè)運行更加規(guī)范，企業(yè)技術(shù)升級不斷，隨著下游風(fēng)電行業(yè)持續(xù)發(fā)力，環(huán)氧樹脂在風(fēng)電葉片中得到大規(guī)模批量應(yīng)用，在發(fā)電機和電子電器行業(yè)應(yīng)用也逐漸推廣開來，廠家產(chǎn)量提升明顯。環(huán)氧樹脂膠在電動汽車中多用于結(jié)構(gòu)粘接。環(huán)氧樹脂膠不含揮發(fā)性溶劑，粘接強度高（結(jié)構(gòu)中含有羥基、醚鍵），耐腐蝕、耐化學(xué)藥品、耐濕以及電氣絕緣性能優(yōu)良（環(huán)氧樹脂中有穩(wěn)定的苯環(huán)和醚鏈，固化后結(jié)構(gòu)致密），由于可以做成無溶劑性膠粘劑，固化后收縮率小，約1%到2%，若加入填料，可下降至0.2%以下。但對結(jié)晶型或極性小的聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）粘接力度差，對低溫耐性較差，受到溫度冷熱沖擊時容易產(chǎn)生裂縫，水汽滲入元器件內(nèi)，引起受潮，且不增韌時質(zhì)地偏脆，耐開裂性、耐剝離、耐沖擊性和韌性不良，灌封固化后硬度較高，從而無法更換元器件，因此應(yīng)用中多以改性為主。在電動汽車上，環(huán)氧樹脂膠粘劑主要用作結(jié)構(gòu)粘接作用，車身方面適用于保險杠、門把手、窗框等，電池方面用于粘接和灌封元器件，以TeslaRoadster動力電池為例，該電池由69節(jié)18650電芯構(gòu)成一個“Brick”，每個“Brick”中的電芯全部并聯(lián)在一起，“Brick”的極板與電池模架之間通過環(huán)氧樹脂膠固定，再由9個“Brick”串聯(lián)構(gòu)成一個“Sheet”，從而構(gòu)成最小的可更換單元。丙烯酸酯膠粘劑兼具環(huán)氧樹脂的高強度和聚氨酯的高韌性，在動力電池中常見的應(yīng)用形式有厭氧膠和壓敏膠等。丙烯酸酯由丙烯酸制備而成，下游可用于涂料和膠粘劑等。丙烯酸酯膠粘劑一般指改性后的快固型膠粘劑（SGA），由于主體單體帶有兩個活性基團，化學(xué)性質(zhì)活潑，接近室溫即可發(fā)生聚合反應(yīng)，能在油面進行粘接而保持原有強度、使用方便、固化速率快、粘接性能佳、貯存穩(wěn)定、耐候性佳、收縮率低、價格相對低廉、適用范圍廣泛。但丙烯酸附著力較差，且刺激性氣味難以揮發(fā)，或發(fā)生中毒。在電動汽車中可用于汽車油箱、油路、汽缸蓋、化油器、驅(qū)動軸襯套等的緊急修補以及粘接、油污表面部位的快速粘接和修補等，使用形式包括壓敏膠和厭氧膠等，壓敏膠（PSA）粘力持久、粘之容易、揭之不難、剝而不損、可反復(fù)使用、抗氧化、兼具液體的流動性濕潤性和固體的粘聚力，和橡膠一樣在鋰電池中常用作壓敏膠膠帶，但丙烯酸酯綜合性能更優(yōu)；厭氧膠與氧氣或空氣接觸時不會固化，隔絕空氣后會快速聚合固化，耐低溫耐高壓，在電車中常用于零部件螺紋等緊鎖的接觸面，軸承等軸套、齒輪與軸、插件、嵌件等的裝配固定，以及零件的結(jié)構(gòu)粘接等。鋰電池快速充電推動聚丙烯酸在負極材料上的應(yīng)用。快速充電的過程中，大量鋰離子從正極運動至負極，如果用傳統(tǒng)的石墨負極材料，容易因鋰離子在負極的析出而形成鋰枝晶，因此常在石墨負極中摻入克容量更高的硅材