Laddade EVS | Optimera ekosystemet för termisk hantering i EV -batterier

Sponsrad av Avery Dennison.

Fortsatt optimering av batteridesign innebär att hantera Thermal Runaway och andra problem. Tryckkänsliga lim (PSA) -band kan vara en viktig del av lösningen.

Av Max Vanraaphorst—Marknadschef, energilagring för Avery Dennison Nordamerika.

Detta är en dynamisk tid för marknaden för elfordon (EV). Enligt en rapport från April 2025 från Cox Automotive ökade EV-försäljningen 11,4% under det första kvartalet 2025 jämfört med första kvartalet 2024. Många långsiktiga prognoser förutspår fortsatt tvåsiffrig tillväxt.

Den på kort sikt för branschen är dock volatilitet. Från detta skrivande förblir Trump -administrationens tullplan i flöde. Oavsett deras slutliga form verkar tullar troligtvis väcka de globala leveranskedjorna som tillverkarna är beroende av.

Oavsett, ingenjörer som har till uppgift att göra EV-batterier säkrare, mer hållbara och mer energitäta måste förbli fokuserade på uppgiften. Verkligen transformativa tekniker, som solid-state-batterier, är fortfarande år lediga. Så, fortsatt framsteg innebär ytterligare optimering av nuvarande teknikplattformar. Tryckkänsliga lim (PSA) band, integrerade med funktionella material, är en mångsidig, lättanvänd och kostnadseffektiv materiallösning för många av dagens EV-batteritekniska utmaningar.

Ekosystemet för termisk ledning

En viktig utmaning i denna berättelse om optimering är termisk hantering.

Ett batteri är ett komplext ekosystem som kräver temperaturreglering för optimal cellprestanda under normal användning samt under extrema händelser. På den mest grundläggande nivån betyder det att celler bör värmas när de är för kalla och kylda när de är för varma.

Batterier har således tre typer av termiska krav:

1. Termisk isolering
Låga termiskt ledande (isolerande) material används för att skydda normalt operativa celler från överhettning, vilket förhindrar termiska språnghändelser.

2. Termisk konduktivitet
Höga termiskt ledande material, såsom termiska gränssnittsmaterial (TIMS), används för att ansluta celler till kylkomponenter och underlätta värmeöverföring.

3. Venting
Ventilationsstrategier gör det möjligt för varma gaser att undkomma en felaktig cell samtidigt som intilliggande celler skyddar. Dessa strategier kan innehålla olika termiska material.

För att förstå värmeledningsförmågan … gå en vandring i skogen

Jämför idén om värmeledningsförmåga med en vandring i skogen. Föreställ dig att försöka buske genom en tät skog av träd, lågliggande skrubba, rötter och stenar och kanske lite lera. Det är svårt, du andas hårt, svettas och kanske förbannar lite! Jämför nu det med en promenad på en platt, väl underhållen trädkantad spår. Det är lättare och förmodligen roligare. Ur Heat’s perspektiv är ett lågt konduktivitetsmaterial som den täta skogen – svårt att korsa. Ett material med hög konduktivitet är den milda leden.

En annan viktig övervägning är längden på själva vandringen. En kort vandring genom en tät skog kanske inte är mycket hinder. Det är den långa slog som slutligen bromsar dig.

Det tar oss till PSA -bandlösningar för termisk hantering. Band, efter design, är mycket tunna. Så medan de inte tenderar att erbjuda hög värmeledningsförmåga, erbjuder de bara en kort väg för värme att resa. Men på grund av deras enorma mångsidighet kan band också integreras med lågt värme konduktivitetsmaterial, vilket gör dem lämpliga för ett brett utbud av termiska hanteringsapplikationer i ett batteripaket.

Termisk språngbarriärlösningar

Thermal Runaway börjar när en överhettande cell kombineras. Den elden växer till den punkt där heta gaser och material brast från cellen. Den flyktande ämnet får andra celler att överhettas, ta eld och brista i sin tur. En termisk bortgångshändelse på modulnivå kan sedan spridas till andra moduler i ett paket, vilket orsakar fullständig förstörelse av batteripaketet och troligtvis fordonet.

Band kan användas för att kapsla in isolerande (låg värmeledningsförmåga) barriärmaterial, såsom glimmer, keramiskt papper eller aerogeller. Dessa kan sedan placeras mellan celler, moduler och/eller på insidan av förpackningslocket. På grund av bandens tunna profiler är de ett idealiskt val för dessa smala utrymmen – vilket ger den nödvändiga bindningen samtidigt som det möjliggör maximal möjliga tjocklek på det isolerande materialet med tanke på rymdbegränsningarna.

Under vissa omständigheter kan dessa PSA-baserade lösningar förhindra termisk utbredning av cell- eller modulnivå. Men i de flesta fall kan de åtminstone bromsa spridningen av Thermal Runaway, vilket ger värdefull tid för passagerare att lämna fordonet.

Termisk flykting lösningar

Som nämnts ovan pågår Thermal Runaway när heta gaser och material bryter ut från en enda cell. Celltillverkare integrerar således ventilationsstrategier i sina mönster.

En ventil är helt enkelt en hamn som tillåter varma, expanderande gaser och förbränningsmaterial för att undkomma cellens gränser, vilket skapar en mer kontrollerad tryckfrisättning. Problemet ligger i det faktum att när de flyktade rusar genom modulen kan de infiltrera andra celler genom sina ventilationsportar och därmed initiera en termisk flyktinghändelse.

Det som behövs är en ventilationsstrategi som tillåter den tryckfrisättningen samtidigt som de skyddar friska celler från dessa heta gaser och material. Återigen erbjuder PSA -band en elegant lösning: i det här fallet är det band med en anisotropisk bärare – bara en sida av bandet erbjuder flammotstånd.

Dessa PSA -band appliceras på battericeller under montering och täcker ventilationsportarna. Den anisotropa bäraren gör att lågor kan fly genom hamnen i en brinnande cell. Men när lågorna sedan cirkulerar genom modulen, skyddar flamskyddande sidan av tejpen ventilationsportarna i friska celler.

https://www.youtube.com/watch?v=jfdsbkbzv9g

PSA-baserade anisotropa band kan hjälpa till att skydda friska celler och hämma termisk språng.

Flamfördröjning är inte permanent. Så småningom komprometteras bandet och lågor kan påverka friska celler. Men återigen handlar det om att mildra och försena full termisk språng och ge passagerare värdefull tid för en säker flykt.

Dielektriska skyddslösningar

Elektrisk båge i en högspänningsmiljö kan ofta leda till eld, och därmed är en annan fråga som kan påverka ett batteriekosystems termiska hantering. Återigen går PSA -band upp till utmaningen.

Polymerfilmband kan användas i förpackningen och modulen för bindning eller för att kapsla in kritiska delar. Dessa band erbjuder hög dielektrisk styrka per enhetstjocklek och tenderar att hämma värmeflödet, vilket gör dem till ett föredraget alternativ till många traditionella dielektriska beläggningar.

En ny PSA -bandteknologi är ett dielektriskt band som kan appliceras på platta metallämnen före stämpling och bildning. Det är en lättanvänd lösning som optimerar både dielektrisk styrka och Monteringsflöden, eftersom det eliminerar härdning och rengöring och andra processer som behövs för traditionella beläggningar. Avery Dennison har nyligen publicerat en whitepaper som förklarar hur stampbar dielektrisk PSA -bandteknologi kan gynna tillverkare.

PSA -bandlösningar finns tillgängliga nu

Alla PSA -bandlösningar som diskuteras i den här artikeln är för närvarande tillgängliga. Faktum är att Avery Dennison EV-batteriportföljen innehåller ett brett utbud av PSA-bandbaserade lösningar som är konstruerade för att hjälpa tillverkare att ta itu med problem som termisk språng och dielektriskt skydd. Och dessa band är enkla att integrera i antingen manuella eller automatiserade monteringsprocesser, vilket hjälper EV -batteritillverkare att optimera båda arbetsflödena och design.

Bandlösningar kan skäras och stämplas till spec och tillhandahållas i skala av lokala omvandlare. Dessa tredjepartsleverantörer arbetar nära med Avery Dennison och batteritillverkaren för att säkerställa att rätt lösningar tillhandahålls vid de volymer som behövs, även i en flyktig tid för bilindustrin.

En ljus framtid för EVs

Oavsett volatilitet på kort sikt kan ha, framtiden är ljus för EVs. Genom att använda lösningar som PSA -band kan tillverkare vara säkra på att deras produkter kommer att tillgodose konsumenternas behov av säkerhet, tillförlitlighet och hållbarhet.