材荟智造

2023-02-02

导读：亲质、坚硬、导热高效的聚氨酯电池外壳正在逐渐受到青睐

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宁德时代发布的麒麟电池体积利用率高达72%，能量密度高达255Wh/kg，拥有快充功能，整体效能大幅提升。麒麟电池通过设立弹性夹层、改变水冷板结构、智能利用底层空间等方式实现了电池更安全、更长续航里程、实现快充等性能提升，电池结构的改变也伴随着相关材料的升级与增长，我们认为，麒麟电池在隔热、轻量化、绝缘等方向上的升级将会给水冷板、导热球铝、LIFSI、聚氨酯、气凝胶、绝缘材料等带来投资机遇。

由于锂离子电池的电化学储能装置的需求不断增长，对于大型应用例如电网存储和电动交通工具，经常使用串并联阵列连接的多个单元，让单体构成电池组，而安全性是大型单元持续存在的问题。如充放电过程中单元容易因热胀冷缩而发生形变、车辆运行过程中因震动而造成的相互挤压、单个电池的热失控状态引起相邻电池单元的热失控传播问题等。因此在动力电池组件中使用的电池衬垫或缓冲垫必须具备足够硬度以保持部件固定到位；必须拥有高压缩复原特性以应对电池使用过程中的尺寸变化；必须拥有较好的保温性能来减少组件之间的热传导率，而聚氨酯材料独特的软硬段嵌段共聚的结构赋予了其优秀机械性能，以及非常宽的硬度可调节范围，其在锂离子电池恶劣的使用工况下依旧可以提供可靠的缓冲、隔振和密封性能，是其他弹性体产品无法替代的。

锂电池中聚氨酯材料应用

轻质、坚硬、导热高效的聚氨酯电池外壳正在逐步受到青睐。通过拉挤成型工艺将聚氨酯材料和玻璃纤维或碳纤维可制成模块化、轻质且坚固的电池外壳，为电池组减重同时可封装更多锂离子电池单元；在电池外壳中，填入基于聚氨酯改性的粘合剂和缝隙填料，改善从电芯到冷却设备的热传递，提高电池的导热性，带来更高性能表现。

动力电池CTP、4680等工艺创新提升能量密度，同时对安全性要求提升。为了实现更长距离的续航，提升电池能量密度是动力电池厂家的核心追求之一。除了电池材料上的创新，CTP（Cell to Pack）、CTC（Cell to Chassis）、4680电池等工艺创新，也将提升电池包的能量密度。但提升电池能量密度的同时，也提升了电池散热、隔热、缓冲、保温等性能的需求，催生了新材料在动力电池领域的应用。从宁德时代发布的专利看，动力电池对聚氨酯等新材料的应用需求提升。

上图（左）：特斯拉4680电池能量密度提升16% 上图（右）：特斯拉CTP工艺

海外材料公司研发电池用新型材料，满足电池安全性需求。

以科思创为例，其高科技聚合物材料广泛应用于诸多关键行业,包括汽车、电气和电子、建筑、运动休闲等，2020年实现收入859亿元。为解决碰撞时电池安全问题，采用成熟的拉挤成型工艺，采用耐用聚氨酯树脂和玻璃纤维或碳纤维制作复合框架零件，生产出坚固轻质的电池外壳。

以罗杰斯为例，公司PORON聚氨酯和 BISCO硅胶防振衬垫是得到汽车行业认可的解决方案，可以用作减振和隔振材料，能够可靠地提供持续的反弹力，让单体电池成组，同时起到防尘防水密封作用，避免因振动造成损坏。

麒麟电池对于新材料使用存在巨大边际带动。聚氨酯材料的使用已经在传统锂电池中得到验证，随着电池容量的进一步扩大，厂商对于轻量化、缓冲性、导热性新材料的需求将更加旺盛。

汇得科技公司研发并量产多款动力电池新材料产品。公司2021年中报披露，公司成功研制出多种新能源车配套聚氨酯产品，部分产品已通过客户要求的产品测试，开始小批量生产并试销。

汇得科技动力电池产品情况

巴斯夫已开发出基于STM ( Spray Transfer Molding )工艺的聚氨酯复合材料电池包壳体解决方案，搭载该创新解决方案的几款电动汽车已经实现了大批量上市。这也是在全球范围内,第一次量产的STM聚氨酯复合材料电池包壳体。经过充分的量产验证，这项解决方案兼具阻燃好，重量轻，可以提升电动车的驾驶安全性。此外，在生产方面，它可直接应用于现有成熟的汽车供应链和生产设施，生产的效率高，非常适于汽车行业的快速大规模生产，是电动汽车电池包减重降本的理想解决方案。

巴斯夫STM解决方案已经通过的行业阻燃相关测试:UL94V-0阻燃级别的电池壳的材料及GB38031-2020外部火烧试验。