新能源汽车及工业胶粘剂作具有广阔的应用场景,对于各种金属材料如铝、钢、铁、铜,非金属材料如玻璃、木材、混凝土等,以及热固性塑料等都有优良的粘接性能,可以部分替代机械传统工艺的焊接、卸接、螺栓连接,因此被广泛应用于汽车、电子、医疗、航空、军工、船舶、仪器、高铁、通讯等行业领域,在各行业与领域中发挥着越来越大的作用。
(1)新能源汽车领域
1)新能源汽车及工业胶粘剂在新能源汽车领域的应用
新能源汽车及工业胶粘剂可应用于新能源汽车的三电系统,即电机、电池和电控系统,不仅可以起到增强三电系统结构、紧固防锈、隔热减振的作用,还能够代替某些部件的焊接、铆接等传统工艺,实现相同或不同材料之间的连接,简化生产工序,优化产品结构。近几年,在新能源汽车向轻量化、高速节能、延长寿命、安全性、防爆性和提高性能方向发展的道路上,高性能工业胶粘剂替代了传统的填充、粘连方案,发挥着越来越重要的作用。
2)新能源汽车行业发展概况及前景
相较于传统燃油车,新能源汽车在节能减排、智能化程度等诸多方面拥有优势,因而得到世界各国政府的扶持。新能源汽车作为我国战略性新兴产业之一,国家和地方政府高度重视产业发展,先后出台多项政策进行全方位激励,保证车企的研发和新车推进进度,并激发消费者对新能源汽车的购买热情。
2014-2018 年期间,我国新能源汽车销量保持高速增长,2019 年小幅下降3.98%,销量达到 120.6 万辆。根据中国汽车工业协会的统计数据,我国新能源汽车市场自 2020 年 7 月开始,月度销量同比持续呈现大幅增长,近两年来高速发展,连续 8 年全球第一。
在政策和市场的双重作用下,2022 年,新能源汽车持续爆发式增长,产销分别为 705.8 万辆和 688.7 万辆,同比分别增长 96.9%和93.4%,创历史新高,市场占有率 25.6%,高于上年 12.1 个百分比。
据中国汽车工业协会统计,2022 年新能源汽车销量持续爆发式增长,全年销量超 680 万辆,市场占有率提升至 25.6%,逐步进入全面市场化拓展期,迎来新的发展和增长阶段。预计 2023 年汽车市场将继续呈现稳中向好的发展态势,呈现 3%左右增长。
经过多年的积累和发展,我国新能源汽车的技术进步显著增强。电池、电机、电控等核心部件都实现了核心技术的自主可控;从原材料技术、零部件开发、整车设计,到充电基础设施、电池回收,全产业链均已经成熟。
另一方面,电动化、智能化、网联化、数字化加速推进汽车产业转型升级,新能源汽车市场逐步从政策驱动向市场驱动转变。在《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》的大力推动下,新能源汽车未来有望迎来持续快速增长。
①新能源汽车电池用胶量提升
电池是新能源汽车动力来源,电芯为其最小单元;一定数量的单体电芯连接形成的整体即为电池模组。模组主要包括电芯、侧板、端板、底板等组件,上述组件需涂胶粘合。电池模组与温控系统、冷却系统、防护系统等装配为箱体的电池包,将其装在汽车底座与汽车连接;装配电池包的过程称为 PACK。新能源汽车及工业胶粘剂应用于电池模组装配和 PACK 的多个环节中,主要包括:PACK密封、电池粘接固定、内部元器件的密封固定、动力电池内部的灌封等。
新能源汽车及工业胶粘剂虽然在电池中所占比重较小,却是整个电池包的力学性能主要来源,对电池的生产工艺和电化学性能有着重要影响。新能源汽车及工业胶粘剂在电池中的作用主要体现在以下几个方面:第一,为电池提供防护;第二,实现安全可靠的轻量化设计;第三,作为辅助散热材料;第四,帮助电池应对更复杂的使用环境。根据高工锂电的数据统计,从 2015 年到 2022 年,我国的动力电池出货量从 16Gwh 快速增长到 480Gwh,复合增长率为 62.56%,进而带动提升新能源汽车及工业胶粘剂的需求量。
②工业胶粘剂为新能源汽车电机及电控系统提供综合解决方案
新能源汽车及工业胶粘剂在新能源汽车电机中的应用具有量小但是重要的特点,其并非电机的组成部分,但其是各组成部件的粘接材料,其使用性能决定电机的运行状态。新能源汽车及工业胶粘剂主要用于电机内部灌封、粘接、密封等,需具备良好的粘接性、高强度、耐疲劳振动、耐防冻液等优越性能。电机市场规模直接受新能源汽车市场的影响,在新能源汽车持续发展的趋势下,电机市场持续带动新能源汽车及工业胶粘剂的市场规模。
新能源汽车电控系统,是控制电动汽车驱动电机的整套设备,根据整车控制器、换挡机等汽车零部件传递的信息,控制新能源汽车电机的电流及电压,使其按照需要的方向、转速、转矩、响应时间工作。
如上所示,新能源汽车电控由逆变器(主要由 IGBT 模块组成)、控制器(包括控制电路板、驱动电路板、电流传感器)和壳体等部件组成。
新能源汽车及工业胶粘剂广泛应用于新能源汽车电控系统零部件,用于零部件内部粘接、灌封。新能源汽车因电动化、智能驾驶、车联网功能应用需求,配置高压电气系统支持整车大功率输出,胶粘剂需在高电压的环境下保持系统稳定运行。
以新能源汽车电控系统中高压直流继电器为例。高压直流继电器是一种自动控制的开关元件,可实现紧急状态下切断高压电路、对负载电路实施通断控制,从功能上满足新能源汽车的安全需求。相对于传统燃油车,新能源车使用工况更恶劣:
①电压、电流较高,电路断开时会不可避免产生电弧;②冲击电流频繁;③故障电流较大④电器件发热量大、温升明显;⑤电磁环境复杂。新能源汽车及工业胶粘剂灌封于高压直流继电器元器件间的接缝处,能够防止继电器内部稀有气体从接缝处泄漏,以及外部气体的进入,防止继电器内电弧的出现,为保障高压直流继电器灭弧性能的稳定发挥了重要的作用。
(2)电子电器应用领域
新能源汽车及工业胶粘剂在电子电器应用领域的应用主要有:电力互感器、变压器、绝缘子等电器的浇铸材料,电子器件的灌封材料,集成电路和半导体元件的塑封材料,线路板和覆铜板材料,电子电器的绝缘涂料,绝缘胶粘剂,高压绝缘子芯棒、高电压大电流开关中的绝缘结构材料等。
新能源汽车及工业胶粘剂具有优良的耐热性、电绝缘性能、密封性和介电性能,能够满足一般电子电器绝缘材料的要求,而且选择不同的固化剂和促进剂,可配制出不同性能的胶粘剂来满足不同的需求。