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PACK制造工艺系列:新能源PACK耐火阻燃材料——云母

欢迎来到各位小伙伴来到“PACK制造工艺系列合集”!接下来我们将对新能源电池包零部件的材料类型、制造工艺和设计要点进行逐个分析,感谢阅读和关注~

本文约2400字,6张图片阅读预计3-4分钟~   

01 云母材料特性和分类

云母(mica)是一种天然硅酸盐矿物,主要包含钾、铝、镁、铁、锂等元素。一般为鳞片状,熔点可达1200-1300℃,具有优良的绝缘性和耐火性。云母板具有良好的抗弯强度和硬度,耐酸碱、耐老化,可加工成各种形状,在高温下不产生有毒气体。

云母族矿物中最常见的矿物种有黑云母、白云母、金云母、锂云母、绢云母等。工业上应用最多的是白云母和金云母。

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制造流程:

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耐火云母带的制造工艺流程

电池包热失控的防护方法主要有以下几个途径:

1、隔绝热传递:阻止单个电芯热失控产生的高温蔓延至相邻电芯,避免“火烧连营”。

2、增强散热能力快速导出电池正常工作和热失控时产生的热量,维持电池包温度稳定。

3、构建自我保护在热失控初期通过物理或电学方式隔离故障点,释放内部压力。

4、灌封与填充固定电芯、辅助散热,并在一定程度上阻隔热量传递。

在电池包中,云母材料(如云母板、云母带)的主要作用是构建热隔离层,主要用于电池包内部的关键防护位置:

模组与模组间‌:防止单个电芯热失控扩散至整个模组

模组与电池盖板间‌:阻隔热失控向上蔓延,保护乘员舱安全。

无模组方案:直接用于电芯和电芯盖板之间的防护

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02 云母纸的技术要求

(1)端板尺寸

本产品为电池包专用防火云母纸,其主要技术规格与要求如下。

 材料组成与物理指标

云母与胶粘剂:产品主体采用金云母,其标称含量不低于60%(质量百分比)。所使用的胶粘剂标称含量为(13±3)%(质量百分比)

外观要求:成品表面应平整、洁净,无可见的气泡、分层或其他影响使用的缺陷

阻燃与耐火特性阻燃等级:材料必须通过美国UL 94V-0级垂直燃烧测试。

此级别要求样品在两次10秒的火焰点燃后,火焰在30秒内自行熄灭,并无燃烧物滴落 。

耐火性能:产品的耐火完整性需满足IEC 60331(或与之相关的GB/T 19216等标准)的相关要求,能在750℃至800℃的火焰条件下,维持规定时间的电路完整性 。

电气与机械性能

介电强度:产品的击穿电压不低于5 kV 。

拉伸强度:产品的拉伸强度不低于120 N/cm 。

背胶与附加要求

背胶特性:产品为单面背胶设计,胶层本身的厚度应不大于0.1mm

剥离强度:背胶的剥离强度测试参照 GB/T 2792-2014 《胶粘带剥离强度的试验方法》进行,其180°剥离强度需不小于0.5 N/mm 。

胶层阻燃:背胶胶层自身也需满足UL 94-V0的阻燃等级要求 。

环保符合性:产品需满足RoHSREACH的现行有效版本中规定的适用要求 。

03 云母纸的关键性能测试

(1)材质成分测试

1、云母含量的技术要求

云母含量是决定材料性能的关键因素。依据 GB/T 5019.10-2022中6.3表4耐火云母带的组成规定含量,或者与供应商约定。

优秀的云母材料不仅需要有适当的云母含量(一般不低于60%),还需要合理的补强材料设计。例如,一些高端云母复合材料会通过添加芳纶短纤、硼酸铝晶须等增韧填料,既保持柔韧性又增强耐磨性,避免掉粉问题影响电池寿命与安全

2、云母含量的测试方法

按GB/T5019.2-2009第8章的规定进行,取 5g 样品置于铂金坩埚,在 950℃马弗炉中灼烧 2 小时,冷却后称重。 云母含量 =(灼烧后质量 / 样品初始质量)×100%; 胶含量 = 100%- 云母含量 – 补强材料含量(差值法计算)。

(2)物理性能测试

1、技术要求

拉伸强度:单面补强≥60N/cm,双面补强≥80N/cm。

导热系数:一般要求≤0.35W/mK。

2、测试方法

制备标准试样,使用电子万能试验机以规定速率拉伸,记录断裂力值。 拉伸强度 = 断裂力 / 试样宽度。

采用热流计法,在 25℃环境下对 100mm×100mm 样品施加稳定热流,通过平板导热系数测试仪测量温差计算导热系数(λ)。

(3)电气安全性能测试

1、技术要求

工频电气强度:单 / 双面补强≥10MV/m。

体积电阻率:单 / 双面补强≥1.0×10¹Ωm。

绝缘电阻(耐火试验温度下):单 / 双面补强>1.0×10Ω。

2、测试方法

用工频电压发生器对标准试样逐步升压至击穿,计算工频电气强度 = 击穿电压 / 试样厚度。

用高阻计施加规定直流电压,测量泄漏电流。体积电阻率 =(电压 × 试样面积)/(泄漏电流 × 试样厚度)。

将试样置于模拟耐火试验温度环境,用绝缘电阻测试仪施加规定电压并读取数据,同步监测温度稳定性。

(4)耐温与阻燃性能测试

1、UL94 V-0 阻燃测试

技术要求:垂直燃烧单次自熄≤10s,两次总自熄≤50s,滴落物不引燃脱脂棉。

测试方法:取 125mm×13mm 试样以 45° 角接受火焰燃烧,记录燃烧时间与滴落物状态。

2、耐火特性测试

技术要求:耐火特性是云母材料的核心性能。耐火烧后的耐压测试:DC5000V、持续 60s,要求无击穿、飞弧,漏电流<2mA。

测试方法:测时使用带调节功能的丙烷气体喷灯,火焰温度通常为950℃±50℃。试样在火焰中燃烧规定时间(通常为10分钟)后,需在DC5000V电压下持续60秒无击穿。

测试表明,优质的云母基复合材料在2.0mm厚度下可抵抗火焰冲击超过20分钟,远超传统塑料材料的防护性能,为电池安全提供了坚强保障。

(5)环境适应性测试

1、技术要求

高温老化:130℃×1000h 后无变形、起层,弯曲 / 拉伸强度≥100MPa,绝缘电阻≥1000MΩ。

温度冲击:-40℃~90℃循环 1000 次(每次 120min),性能达标。

高温高湿:85℃/85% RH×1000h 后无变形,绝缘电阻≥1000MΩ。

2、测试方法

样品在恒温箱中老化后,复测力学性能与绝缘电阻,观察外观。

在高低温交变箱中完成温变循环后,检测拉伸强度、绝缘电阻等性能。

样品在湿热箱中处理后,检测绝缘性能。

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       原文标题 : PACK制造工艺系列:新能源PACK耐火阻燃材料——云母

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