Matériaux qui améliorent les performances des batteries

Un aperçu des adhésifs, revêtements et résines fonctionnels à destination des concepteurs et fabricants recherchant des performances mécaniques optimales, la sécurité, la conductivité thermique, la réduction du bruit et la durabilité.

Bien que l'utilité des véhicules électriques ait considérablement progressé ces dix dernières années, il reste encore beaucoup à faire pour améliorer leur rendement et réduire leur coût. Au cœur de ce défi se trouve le système de batterie, où les concepteurs doivent trouver un équilibre entre des contraintes contradictoires telles que le coût, la puissance et le poids afin d'optimiser les performances du véhicule.

Cette discussion porte sur les propriétés, les performances et les avantages des adhésifs, revêtements et résines fonctionnels, en mettant l'accent sur les concepts fondamentaux suivants :

• Adhésifs structuraux et thermiques
• Produits et pâtes de remplissage thermique
• Revêtements conducteurs pour la suppression des interférences électromagnétiques (EMI/RFI)
• revêtements et résines protecteurs

Les experts du secteur estiment que la capacité des batteries doit se situer entre 100 et 250 $/kWh pour atteindre la parité de coût avec les moteurs à combustion interne actuels, comme établi il y a plus de dix ans (dans l'article « Densité accrue, prix réduit » du magazine danois Electronic Business). Les concepteurs ont réalisé des progrès significatifs en matière d'autonomie – un véhicule électrique pouvant parcourir une distance équivalente à celle d'un véhicule thermique avec une seule charge – ainsi que des véhicules comme la Rimac Concept One et la Daihatsu Mira, qui atteignent respectivement une autonomie de 500 km et 1 000 km.

La voie la plus prometteuse pour surmonter les contraintes techniques et économiques consiste à améliorer le pack de batteries ; toutefois, chaque itération de conception doit prendre en compte les impacts potentiels sur la gestion thermique, la sensibilité aux interférences électromagnétiques et radiofréquences (EMI/RFI) et l’exposition aux contraintes environnementales et physiques. MG Chemicals propose une vaste gamme de solutions de matériaux répondant aux défis courants rencontrés avec les systèmes de packs de batteries, notamment les revêtements diélectriques, les revêtements conducteurs, les adhésifs structuraux et les matériaux d’interface thermique (TIM), présentés ci-dessous avec des exemples d’applications spécifiques.

Adhésifs fonctionnels pour le collage et la protection

La fonction première d'un adhésif est de lier deux surfaces entre elles, assurant ainsi une adhérence mécanique suffisante. Cependant, les adhésifs spéciaux, dotés de propriétés secondaires telles que la résistance au feu et la conductivité thermique, présentent des avantages supplémentaires particulièrement intéressants pour l'assemblage des batteries. La surchauffe et les risques d'incendie incontrôlé constituent des problèmes récurrents dans la conception des batteries, problèmes que les adhésifs spéciaux contribuent à atténuer. De plus, ces adhésifs améliorent la stabilité lors des cycles thermiques et réduisent le poids de la batterie en supprimant les soudures.

Adhésifs structuraux et thermiques

Le type de batterie dominant pour les véhicules électriques est la batterie lithium-ion, principalement en raison de sa haute capacité. densité d'énergie et une longue durée de vie. Cependant, cette batterie présente un inconvénient : le risque d’incendie en cas de perforation ou de charge incorrecte. Pour réduire ce risque, les concepteurs utilisent des matériaux ignifuges, comme notre 9200FR Pour créer des barrières coupe-feu autour du bloc-batterie, contribuant ainsi à empêcher la propagation du feu, cet adhésif est un époxy structural bicomposant ignifuge qui offre une résistance d'adhérence exceptionnelle et est certifié par Underwriter Laboratories. UL94 V-0Il constitue également un excellent substitut aux films PET utilisés sur le plateau de refroidissement pour fixer les modules destinés aux emballages disposés en cylindre ou en prisme. (Voir Figure 1.)

La gestion thermique est un paramètre de conception essentiel pour les batteries, car les cellules individuelles qui composent les modules chauffent pendant la charge, ce qui rend nécessaire une dissipation thermique rapide et efficace. Les modules sont collés entre eux au sein de la batterie à l'aide d'adhésifs thermoconducteurs comme les nôtres. 8329 TFF et 8349TFM qui facilite un transfert latéral efficace de la chaleur hors du pack, régulant ainsi la température.

Produits et pâtes de remplissage thermique

Contrairement aux adhésifs thermiques qui créent des liaisons permanentes, les matériaux de remplissage d'espace thermique sont facilement amovibles. Leur fonction principale est de chasser l'air à l'interface entre l'élément générateur de chaleur et le dissipateur thermique. Les points chauds des circuits sont mis en contact avec des matériaux thermoconducteurs, tels que les dissipateurs thermiques en aluminium ou le châssis métallique, afin d'évacuer la chaleur du circuit et d'éviter la surchauffe. Cependant, de minuscules espaces d'air et des irrégularités à l'interface composant/dissipateur thermique peuvent agir comme isolants et emprisonner la chaleur.

Un matériau de remplissage épouse la géométrie spécifique de l'interface, assurant ainsi la continuité du chemin de matériau thermoconducteur entre le point chaud et le dissipateur thermique. Ces matériaux présentent une conductivité thermique exceptionnelle, une forte adhérence et peuvent être facilement comprimés pour contrôler l'épaisseur de la ligne de collage et réduire la résistivité thermique. De plus, leur faible module d'élasticité en fait un matériau idéal pour les applications soumises à des cycles thermiques intensifs.

MG Chemicals propose une vaste gamme de mastics de remplissage sans silicone, évitant ainsi les problèmes courants tels que le fluage et la contamination. Ces produits présentent une conductivité thermique exceptionnellement élevée et sont disponibles sous forme de gel ou de pâte collante. Tableau 1 résume les propriétés des différents matériaux de remplissage d'espace ajoutés au catalogue de remplissages d'espace thermique et pâtes thermiques.

Tableau 1 : Propriétés des nouveaux matériaux de remplissage d'espace thermique et de pâte thermique de MG Chemicals

Revêtements conducteurs pour la suppression des interférences électromagnétiques (EMI/RFI)

L'électrification des véhicules pose un défi de conception majeur : comment empêcher les interférences des signaux radio omniprésents avec les circuits de la batterie et provoquer des dysfonctionnements ? Traditionnellement, la solution consistait à les enfermer dans un boîtier métallique qui réfléchit les champs électromagnétiques provenant des appareils voisins, évitant ainsi la diaphonie. Cependant, ces matériaux sont à la fois coûteux et lourds, ce qui a incité les constructeurs à se tourner vers des plastiques plus légers et moins onéreux.

Les plastiques comme l'ABS peuvent être métallisés rapidement et à moindre coût grâce à des revêtements conducteurs. Ces systèmes mono- ou bi-composants incorporent des charges conductrices telles que le nickel, le cuivre et l'argent dispersées dans des liants, une technique courante dans la plupart des peintures industrielles. Les revêtements conducteurs comme les nôtres 841AR et 842AR peut être appliqué à l'intérieur du couvercle et du boîtier du bloc-batterie pour bloquer les interférences des champs magnétiques et électriques externes, permettant aux constructeurs automobiles de passer des boîtiers de batterie en métal lourd aux plastiques légers, réduisant ainsi le poids et le coût.

Une autre application des revêtements conducteurs dans les systèmes de batteries est la fabrication aisée des pistes électriques. Plus précisément, ces revêtements conducteurs sont appliqués sur la paroi des cellules de la batterie afin de réduire la résistance électrique entre les matériaux actifs et la feuille d'aluminium, ce qui améliore les performances de charge et de décharge. (Voir Figure 2.)

Revêtements et résines de protection

Les composants des véhicules sont exposés à une multitude de contaminants, allant des fluides circulant à l'intérieur du véhicule aux sels et autres éléments corrosifs provenant de l'environnement extérieur. Pour garantir la longévité des batteries de véhicules électriques, des revêtements et des résines sont appliqués afin de protéger certaines parties contre la corrosion, les chocs physiques et les arcs électriques. Parmi ces revêtements diélectriques, on trouve notamment nos 4223F, 4225, 4200UV et 4226A sont utilisés pour le revêtement de composants électriques tels que les cartes de circuits imprimés, les barres omnibus et les plaques froides, sujets à des défaillances dues à la corrosion ou aux décharges électriques (Voir Figure 3).

Bien qu'efficaces pour protéger les pièces des contaminants environnementaux externes, les revêtements diélectriques n'offrent aucune protection contre les contraintes physiques telles que les chocs ou les impacts soudains subis lors du fonctionnement du véhicule. C'est pourquoi les ensembles complets sont enrobés de résines liquides qui durcissent pour former une surface solide et assurent toutes les protections environnementales offertes par les revêtements diélectriques, avec en plus une protection physique.

L'époxy, le polyuréthane et le silicone sont les trois matériaux chimiques les plus couramment utilisés pour l'enrobage électrique, chacun présentant des avantages et des inconvénients spécifiques par rapport aux autres. Le diagramme radar dans Figure 4 montre comment l'époxy, le polyuréthane et le silicone se comparent selon des indicateurs de performance spécifiques.

Pour trouver un système de résine adapté, il est essentiel de définir précisément les exigences techniques. Pour les batteries, quelle que soit leur configuration, les matériaux durs comme l'époxy sont privilégiés car leur module d'élasticité élevé leur permet de dévier les chocs et de préserver l'intégrité physique du système. À l'instar des adhésifs, les résines d'enrobage sont souvent multifonctionnelles : l'ajout de charges leur confère des propriétés supplémentaires telles que la résistance au feu et la conductivité thermique.

Les résines époxy comme les nôtres 834B et 834HTC Les composés d'enrobage durcissent pour former une surface rigide et peuvent être utilisés pour combler les espaces entre les cellules, assurant ainsi une fixation optimale. Ces composés sont à la fois thermoconducteurs et ignifuges, contribuant à prévenir la surchauffe et la propagation incontrôlée d'un incendie en cas d'inflammation. Notre composé 8329HTC, dont le lancement est prévu plus tard cette année, représente une véritable avancée dans le secteur grâce à sa conductivité thermique de 2.7 W/mK. D'autres nouveaux produits, tels que le TimCool 1.4 (1.4 W/mK) et le TimCool 2.5, offrent quant à eux des propriétés de dissipation thermique exceptionnelles.

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À propos de MG Chemicals

Fondée en 1955, MG Chemicals est un fabricant et grossiste de produits chimiques pour l'industrie électronique. Notre usine dispose d'un laboratoire d'essais ultramoderne et d'une équipe de professionnels talentueux qui collaborent étroitement avec les leaders du secteur pour développer des solutions sur mesure et innovantes. De plus, notre réseau de distribution couvre presque tous les continents, faisant de MG un partenaire véritablement mondial.

Le site de MG Chemicals à Burlington est certifié ISO 9001:2015. Nous adhérons pleinement à la philosophie de la norme ISO 9001, qui consiste à fabriquer des produits de qualité conçus pour répondre aux besoins spécifiques de nos clients.