中國粉體網(wǎng)訊 隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，陶瓷材料在新能源汽車中的作用也愈發(fā)突出，今天我們要講到的陶瓷材料是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的重要部件——陶瓷密封圈。
大家可不要小看了這個(gè)小部件，在國內(nèi)安地亞斯、美程陶瓷等電子陶瓷企業(yè)技術(shù)取得突破之前，這一領(lǐng)域嚴(yán)重依賴國外產(chǎn)品，它可是保證動(dòng)力電池安全使用的關(guān)鍵部件。
圖片來源：美程陶瓷
密封圈是什么？
可充電的鋰離子電池，其結(jié)構(gòu)包括電芯、容納電芯的電池殼以及電池殼一端的電池蓋板組件，電池蓋板組件的構(gòu)成又包括注液口、防爆閥、正負(fù)電極通孔、穿過通孔的正負(fù)電極極柱，以及通孔與極柱之間的密封材料。電池蓋板組件是通過激光焊連接到電池殼體上去的，其氣密性容易得到保證，但電極極柱與電池蓋板上通孔內(nèi)壁之間的電絕緣材料是薄弱環(huán)節(jié)，容易發(fā)生泄漏而影響電池壽命并產(chǎn)生安全隱患，最嚴(yán)重的情況是發(fā)生燃燒和爆炸。所以電池蓋板組件，其安全性、使用壽命、密封性、耐老化性、電絕緣性以及在電池里占有的空間大小等具有很重要的意義。
一種方形動(dòng)力鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖
密封圈正是位于電池蓋板之下，用于動(dòng)力電池蓋板和極柱之間形成密封導(dǎo)電連接，確保電池?fù)碛辛己玫拿芊庑裕钃蹼娊庖旱男孤�，為電池�?nèi)部反應(yīng)供應(yīng)良好的密閉環(huán)境。同時(shí)在電池蓋板下壓時(shí)還能起到減壓緩沖用途，保證電池內(nèi)部組件的正常運(yùn)行，為電池的壽命和安全供應(yīng)重要保障。
圖片來源：安地亞斯
密封圈的用途不只是保障電池密封性能，在關(guān)鍵時(shí)刻還能救命。一般在密封圈上都會(huì)設(shè)置至少一處薄弱部位，其強(qiáng)度要低于主體平面的其他部位。當(dāng)電池內(nèi)部的氣體壓力異常增大到電池爆炸壓力之前，密封圈的薄弱部位即可斷裂，將電池內(nèi)部的氣體從斷裂處釋放，同時(shí)根據(jù)設(shè)定好的氣體流向路線排放，杜絕出現(xiàn)不可預(yù)料的氣流，防止電池發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸。
陶瓷密封連接技術(shù)
密封圈的材質(zhì)根據(jù)不同的電池種類、形狀、使用環(huán)境都會(huì)有不同的選擇，一般有塑料密封、玻璃密封、陶瓷密封等。
塑料密封技術(shù)是最早被采用的，但是有機(jī)物的抗腐蝕性、耐高溫性能均要遠(yuǎn)較陶瓷等無機(jī)非金屬材料要差。經(jīng)過多年的實(shí)際應(yīng)用，人們逐漸發(fā)現(xiàn)塑料密封的壽命短(一般小于3年)和安全性差的問題。例如，當(dāng)動(dòng)力電池出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)產(chǎn)生500℃以上的高溫，導(dǎo)致不耐高溫的塑料密封圈熔化，使密封失效，電池內(nèi)可燃?xì)怏w外溢而產(chǎn)生燃燒。因?yàn)槊芊猸h(huán)和注入的塑料與金屬蓋板以及金屬極片或底座間的界面結(jié)合不屬于化學(xué)鍵結(jié)合，所以塑料封接的問題根源是只有界面的物理接觸，影響了氣密性，使得壽命較短、安全性能較低，現(xiàn)在使用塑料封接的電池基本上被認(rèn)為是低端產(chǎn)品。
玻璃封接的缺點(diǎn)是玻璃的強(qiáng)度和韌性有限，需要對(duì)玻璃的受應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，如預(yù)先施加一壓應(yīng)力，使熱膨脹系數(shù)匹配，或設(shè)計(jì)應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)等。此外由于玻璃嚴(yán)苛的使用環(huán)境，單一玻璃較難滿足電池電極的氣密性封接要求。
陶瓷作為金屬間的電絕緣材料具有優(yōu)越性，然而要使金屬與陶瓷之間的界面結(jié)合致密并具有氣密性就比較有挑戰(zhàn)性了。陶瓷與金屬的連接技術(shù)在鋰離子電池的出現(xiàn)之前就已經(jīng)是相當(dāng)成熟了，所以采用陶瓷材料來封接電極的一般方法自然是先做陶瓷金屬化，即讓金屬熔化，使金屬熔體浸潤陶瓷表面，并與陶瓷發(fā)生界面反應(yīng)或組元擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)陶瓷表面的金屬屬性，然后使用釬焊料使金屬極柱和金屬密封蓋焊接在一起。
一種電池電極的陶瓷金屬化密封結(jié)構(gòu)示意圖
目前，大多數(shù)塑料或玻璃密封圈在壓力用途下，會(huì)出現(xiàn)損毀失效，將會(huì)影響電池的使用壽命。關(guān)于一些特殊性電池顯然達(dá)不到其要求，這就要一些其他材料的新型密封圈，陶瓷材料具有良好的耐酸堿、抗腐蝕，耐高溫等特性使其成為新的選擇。現(xiàn)在陶瓷密封圈也被越來越多的應(yīng)用于動(dòng)力鋰電池行業(yè)。
參考來源：
[1]繆錫根等.動(dòng)力鋰離子電池玻璃封接技術(shù)的專利文獻(xiàn)綜述
[2]張紅陽.最后的稻草 關(guān)鍵時(shí)刻可以“救命”的電池部件. 電池中國
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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