Materiallösungen zur Eindämmung der Ausbreitung von thermischem Durchgehen in Batteriepaketen

Kompressionspolster oder Toleranzpolster werden oft sorgfältig entwickelt, um die Maßabweichungen von Li-Ionen-Batterien auszugleichen. Sie bieten den Batterien optimalen Polsterschutz und tolerieren die Maßänderungen während des Atmungsprozesses der Batterie. Dieser Schutz umfasst sowohl das reversible Atmen (Maßänderung) der Zelle während ihres Lade- und Entladezyklus als auch das allmähliche Anschwellen, das im Laufe der Lebensdauer der Batterie auftritt.

Bei Saint-Gobain Tape Solutions können unsere Teams unser Kompressions-/Toleranzschaum anpassen, um unterschiedliche Oberflächeneigenschaften zu bieten, einschließlich Anfangshaftung, Klebhaftung, Trägerschichten oder Lieferformate (wie Stapel oder Rolle). Diese Anpassungsfähigkeit erleichtert die nahtlose Integration in Montagelinien. Unsere Pads sind an verschiedene Batterietypen (prismatisch vs. Pouch) und Materialien (Kathode, Anode oder Elektrolyt) anpassbar. Die einstellbaren Kompressionskurven dieser Pads sowie unsere robusten Simulationsmöglichkeiten gewährleisten, dass wir spezifische Kundenanforderungen und die Bedürfnisse verschiedener Batteriekonfigurationen unterstützen können.

Erkundung verschiedener Stufen der Wärmedämmung

Dank unserer fortschrittlichen Simulationsmöglichkeiten und agilen Materialentwicklung kann Tape Solutions Produkte mit unterschiedlichen Wärmedämmungsstufen und hoher Temperaturbeständigkeit anbieten. Mit verschiedenen Wärmedämmungsgraden bieten wir Produkte wie Glimmerlaminate mit Silikonschäumen und Polyurethanschäumen (PU) oder V-0-zertifiziertes Silikon, um spezifische Kundenanforderungen zu erfüllen.

Ein Beispiel ist unser Produkt Norseal® TRP1000, ein proprietär formulierter Silikonschaum mit Glimmer-Oberflächenschichten. Dieses Produkt zeichnet sich durch eine flache Kompressionskurve während des normalen Gebrauchs aus, was bedeutet, dass über einen langen Bereich von Kompressionsbelastungen die Spannungswerte innerhalb eines engen Bereichs gehalten werden. Die Eigenschaften des TRP-Produkts helfen, die Eigenschaften eines komprimierbaren Pads mit Schutz vor thermischem Durchgehen zu kombinieren. Dielektrische Schäume, die mit einer vorhersehbaren Kompressionskraftablenkung (CFD) entwickelt wurden, werden anstelle von anfälligen Elastomermaterialien verwendet, wodurch sie über einen breiten Bereich von Kompressionsmengen und Temperaturen während der Lebensdauer des Batteriepakets eine konsistente Rückstellenergie liefern können. Der Schaum kann aufgrund seines niedrigen Kompressionssatzwerts dauerhaften Verformungen unter Druckbelastungen widerstehen. Dies ermöglicht einen besseren Schutz auf mehreren Ebenen und minimiert die Auswirkungen auf die Energiedichte (Abbildung 2a). Die Norseal TRP-Serie wurde entwickelt, um Batteriezellen innerhalb eines definierten Schutzbereichs zu halten und kann als Kompressionspads für Pouch-Zellen-Packs oder prismatische Hartschalen-Packs dienen. Während eines Tests zum thermischen Durchgehen hat die TRP-Isolierung die Ausbreitung thermischer Ereignisse auf benachbarte Zellen effektiv gemindert (Abbildung 2b).

TRP1000 bietet eine höhere Temperatur- und Flammenbeständigkeit sowie eine größere Haltbarkeit, um einem thermischen Ereignis standzuhalten. Erste Bewertungen von TRP1000 zeigen beeindruckende Ergebnisse wie:

• Keine Selbstentzündung und gemessene Temperaturdifferenz von mehr als 600°C (1112°F) bei fünfminütiger Einwirkung einer 800°C (1472°F) heißen Platte
• Materialintegrität und Isolierung erhalten; gemessene Temperaturdifferenz von mehr als 600°C (1112°F) bei sechsminütiger Einwirkung einer 1000°C (1832°F) direkten Flamme

Im Bereich der Materialentwicklung nutzt Tape Solutions unsere globalen Teams, um starke Materialexpertise sowie starke Simulations- und Proxy-Testfähigkeiten zu bieten, die eine agile Produktentwicklung für Kunden ermöglichen.

Skalierbares Design

Die Anpassungsfähigkeit und Individualisierung von Oberflächeneigenschaften, einschließlich Anfangshaftung, Klebehaftung oder Lieferformat, ist entscheidend, um den sich wandelnden Anforderungen der Fertigung gerecht zu werden. Die Sicherstellung, dass Produkte präzise Oberflächeneigenschaften erfüllen, kann Montageprozesse durch Eigenschaften wie klebrige Oberflächen oder die Fähigkeit zur Unterstützung von Vakuum-Aufnahmeprozessen verbessern. Die Fähigkeit, skalierbar zu entwerfen, kann effiziente Automatisierungsanforderungen gewährleisten.

Unsere Polyurethanschaumprodukte (PU) bieten hohe Anpassungsfähigkeit, gute Kompression, Widerstandsfähigkeit und hervorragende Spaltfüllung, Polsterung und Umweltbeständigkeit. Optionen, diese Produkte mit oder ohne Klebstoff zu erhalten, machen sie ideal für die Umwandlung und Verbesserung der Stanzbarkeit und Spulbarkeit. Dies sind einfach anzuwendende Schäume, die effektiv Verzerrungen oder Korrosion von unterschiedlichen Materialien minimieren, indem sie den Kontakt zwischen ihnen eliminieren und vor mechanischen und Umwelteinflüssen schützen.

Für alle verschiedenen Komponenten eines Elektrofahrzeugs (EV), einschließlich Batteriepacks, Batteriemanagementsysteme (BMS) oder Stromschienen, bietet Saint-Gobain eine Reihe von Produkten für den thermischen Schutz an. Wir möchten spezifische Designanforderungen (Form, Dicke, Flexibilität, thermische Integrität, Montageprozess) unterstützen, indem wir Produkte bereitstellen, die sowohl eine hohe Temperaturbeständigkeit als auch thermische und elektrische Isolierung bieten. Nachfolgend sind einige wichtige Produkte und deren Anwendungen aufgeführt:

• TRP5300 und TRP5200: Diese Produkte bestehen aus keramifizierbarem Silikonkautschuk, sind bei Raumtemperatur flexibel und können sich bei erhöhten Temperaturen in keramische Isolierung verwandeln. Sie eignen sich ideal für Anwendungen wie Stromschienen- oder Packabdeckschutz. Aufgrund ihrer geringen Staubentwicklung und hohen Flexibilität können sie eine hervorragende Alternative zu Glimmer sein.
• CHR® FR1000 Tape: Dieses Klebeband besteht aus einem speziellen Glimmersubstrat und einem proprietären feuerfesten Klebstoff. FR1000 ist eine robuste, dünne Lösung zur Verbesserung des thermischen Schutzes in bestimmten Bereichen wie festen Oberflächen, Ecken, die eine Substratbiegung erfordern, oder Designbereichen mit empfindlichen Löchern.

Alle oben aufgeführten Produkte werden umfangreichen Tests unterzogen, um ihre Fähigkeit zu gewährleisten, den anspruchsvollsten Anforderungen und Bedingungen standzuhalten. Zu den häufigsten Tests, die unsere Teams durchführen, gehören 1000–1500°C Brennertests oder UL94-Tests. Zusätzlich werden verschiedene elektrische Isolations- und mechanische Tests sowie die Zugabe von abrasiven Partikeloptionen gemäß den Kundenanforderungen angeboten.

Schutzlösungen für andere Batteriepack-Standorte

Bei einem thermischen Durchgehen dürfen Produkte wie Dichtungen und Abdichtungen, Spaltfüllpads oder Fixierbänder nicht übersehen werden, da sie wichtige Lösungen darstellen, die auch den komplexen Anforderungen des Pack- und Moduldesigns gerecht werden, die Sicherheit stärken und die Zuverlässigkeit fördern.

Dichtungen und Abdichtungen

Unsere Dichtungen und Abdichtungen bieten unterschiedliche Schutzstufen zur Steuerung heißer Gase und Wärmeverteilung. Entscheidend für die Integrität des restlichen Batteriepacks ist der Fluss und die Entlüftung dieser heißen Gase. Zu den wichtigsten Produkten gehören:

• ThermaCool® R10404 Series Silikonschwamm kann hohen Temperaturen (1000°C Brenner) über längere Zeit standhalten und ist daher eine ideale Option, wenn eine Exposition gegenüber intensiven heißen Gasen auftreten kann.
• Norseal F-20 Silikonschaum kann nach einem Brandereignis eine harte Struktur bilden und wird nicht zu pulverförmiger Asche. Daher eignet er sich ideal für Anwendungen, bei denen eine kontinuierliche Unterstützung der Packstruktur erforderlich sein könnte.
• Norseal PS-V0 Series ist unsere UL-94-zertifizierte PU-Schaumlösung. Sie bietet eine gute Feuerbeständigkeit bei gleichzeitig hoher Kosteneffizienz.
• Norseal FS1000 Series ist unsere intumeszierende PU-Schaumlösung. Sie kann sich mehrfach ausdehnen und eine Lücke füllen, falls ein Brandereignis auftreten sollte.

Thermische Schnittstellenmaterialien

Unsere thermisch leitfähigen Spaltfüller wirken als Wärmesenke und bieten einen thermischen Pfad, um Wärme vom Akku wegzuleiten. Wir können die Härte, Oberflächenhaftung und die Auskleidung dieser Materialien anpassen.

• ThermaCool TC2009 sind Spaltfüllpads, die unter normalen Nutzungsbedingungen eine gute Wärmeleitfähigkeit bieten. Im Falle eines thermischen Durchgehens ermöglicht die spezielle Formulierung dieser Produkte eine gute thermische Isolierung von der betroffenen Zelle.

Fixierbänder

Druckempfindliche Klebebänder können aufgrund ihrer Festigkeit, Vielseitigkeit und Funktionalität verwendet werden, um Herausforderungen wie Entflammbarkeitsprobleme oder Haftung auf verschiedenen Oberflächen zu bewältigen. Unsere Klebebandprodukte mit Acryl-, Gummi- oder Silikon-basierten Technologien sind entscheidend für den Schutz vor thermischem Durchgehen, da sie flexibel mit allen Zelltypen arbeiten und eine gute Flammenbeständigkeit wie UL94 V-0 oder VTM-0 bieten.

Klebebänder können thermische Interface‑Materialien (TIMs) unterstützen, indem sie eine Verbindung zu Kühlkörpern oder Kühlplattenmaterialien herstellen und so die Kühlung von Batteriezellen oder ‑modulen verbessern. Die TIM‑Materialien ermöglichen dabei den Wärmetransfer zwischen Komponenten innerhalb von EV‑Batteriesystemen.
Zusätzlich können flammbeständige oder dielektrische Klebebänder in Anwendungen wie elektrischen Systemen eingesetzt werden, die eine hohe Flammbeständigkeit erfordern. Im Bereich der elektrischen Isolierung werden sowohl einseitig als auch doppelseitig beschichtete Klebebänder verwendet, um empfindliche Batteriekomponenten zu schützen.
Starre Materialien wie Aluminium‑Kühlplatten oder metallische Strukturen werden häufig mit einseitig beschichteten Klebebändern geschützt, während doppelseitig beschichtete Klebebänder durch die Kombination mit anderen Materialien wie Kompressionspads zusätzlich zur elektrischen Isolierung im Zellschutz beitragen können.

Unsere Fixierbänder bestehen aus flammenhemmenden Klebstoffen, die die Befestigung bestimmter Teile ermöglichen und eine starke Haftung auf verschiedenen Oberflächen beibehalten. Diese Bänder bieten eine gute Flammenbeständigkeit, wie UL94 V-0 oder VTM-0. Zu den wichtigsten Produkten gehören 80HS FR Acryl-Transferklebeband, EV145 doppelseitiges Klebeband sowie anpassbare Lösungen mit unterschiedlichen Haftungs-, Klebrigkeits-, Dicken- und Auskleidungsoptionen.

Nächste Schritte in der EV-Entwicklung

Ohne Zweifel ist die Elektrifizierung des Verkehrs die Zukunft, und die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen wächst rasant. Für anhaltenden Erfolg dürfen wir nicht aufhören, Fortschritte bei der Batterietechnologie zu machen, um diese neuen Transportarten zu unterstützen. Entscheidend für die tatsächliche Sicherheit der Batterie, des Fahrzeugs und seiner Insassen ist das Wärmemanagement. Glücklicherweise haben Automobilingenieure eine Reihe von Optionen, um den thermischen Schutz auf optimalem Niveau zu sichern. Die kontinuierliche Forschung und Entwicklung im Bereich des thermischen Schutzes ist unser Hauptziel, und unsere Teams haben Strategien implementiert, die die Lebensdauer, Sicherheit und Leistung Ihres EVs ohne Kompromisse ausbalancieren. Unsere engagierten globalen Teams verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung spezialisierter Produkte, und wir sind ein zuverlässiger Partner für die Lieferung von Produkten, die die einzigartigen und anspruchsvollen Anforderungen für einen vollständigen Schutz von EV-Batteriepacks erfüllen. Um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen, kontaktieren Sie uns noch heute!

Wichtiger Hinweis und Haftungsausschluss: Die in diesem Whitepaper genannten Saint-Gobain-Produkte sind Entwicklungsprodukte, die noch nicht für den Verkauf kommerzialisiert wurden. Die Spezifikationen sind noch nicht finalisiert. Derzeit können wir keine Garantie für die Verfügbarkeit, das Design, die Zusammensetzung, die Leistungseigenschaften, die Qualität, die Spezifikationen oder die Preise der Produkte geben. Alle oder einige davon können sich ohne Vorankündigung bei der Kommerzialisierung ändern. Dies sind vorläufige Daten, und die hierin diskutierten Daten stellen nur die besten Schätzungen für die aktuelle Produktkonstruktion dar, deren Genauigkeit oder Vollständigkeit nicht garantiert wird. Solche Daten sollten nicht für Spezifikationszwecke verwendet werden.