这两年新能源电池包降本的压力,做结构设计和采购的朋友感触最深。电芯价格一路往下压,辅材成本也被盯得越来越紧。电池模组绝缘包裹这块,传统上用绝缘纸加上PET胶带缠绕的工艺已经用了很多年,可靠是可靠,但工序多、人工贵、材料浪费也不小。我们去年帮一家二线动力电池厂做了一轮方案优化,用耐高温PET透明膜直接替代绝缘纸+胶带的组合,单模组绝缘成本降了差不多四成。今天把这个案例拆开聊聊。
先交代一下原来的方案。这家厂生产的方形铝壳电芯模组,绝缘包裹要求耐电压、耐高温、阻燃,同时不能影响散热。他们一直用的是两层结构:先包一层0.25mm的芳纶绝缘纸,外面再缠绕两三圈PET胶带固定。绝缘纸本身不贵,但问题是绝缘纸没有自粘性,必须靠外层的胶带扎紧,而且在电芯缝隙拐角处容易翘边,工人需要花时间反复按压修整,一条产线光这个工位就要配三个人。另外绝缘纸的厚度比较均匀,但柔韧性一般,包裹圆柱电芯或者异形模组的时候贴合度差,空隙里容易积灰、藏水分。
我们建议试用的替代材料是耐高温PET透明膜,厚度0.1mm,双面带压敏胶,直接贴在电芯或者模组外侧。PET基材本身就击穿电压在15kV以上,比绝缘纸高出不少。关键是这层膜可以承受130℃长期老化,短期耐温150℃,完全覆盖电池模组正常工况(一般不超过85℃)和热失控边缘的短暂高温。而且PET透明膜表面光滑、硬挺度适中,贴上去之后没有气泡,绝缘性能一致性好。
实际产线跑下来,三个变化最明显。
第一个是省掉了外层缠绕工序。耐高温PET透明膜自带胶层,模切好尺寸之后对准一贴一压就完事。原来需要两个工人配合缠绕胶带的工位,现在变成一个工人负责清洁表面和贴膜,工时从每个模组90秒压缩到35秒。这家厂年产能是6万套模组,算下来一年节省的人工成本将近50万。
第二个是降低了材料损耗和仓储成本。绝缘纸按卷采购,分切后会有边角料,不同模组尺寸需要备不同宽度的纸卷。PET透明膜是模切供货,按模组外形做好的片材,来料直接上产线,几乎没有废料。而且一卷PET膜能顶三卷绝缘纸加两卷胶带的体积,仓储面积省了一半多。采购那边算了一笔账,材料单价虽然PET膜比绝缘纸贵一点,但因为省掉了胶带和边角料损耗,每模组的材料成本反而下降了12%左右。
第三个是提升了产品一致性和良率。绝缘纸包裹容易出现褶皱和翘边,QC抽检时经常发现爬电距离不足的问题,需要返工。PET透明膜贴合后平整服帖,边缘不起翘,而且因为是透明的,下面的电芯极耳、汇流排焊接点一目了然,后续目视检查不需要撕开绝缘层。这家厂上线六个月后的数据统计,绝缘包裹相关的不良率从1.8%降到了0.3%以下。
当然,这个替代方案不是所有情况都能直接套用。有几个前提条件得说清楚。
耐高温PET透明膜虽然耐温性不错,但遇到明火还是会燃烧,不像芳纶绝缘纸那样有自熄性。所以用在电池模组外部包裹没问题,但如果直接接触高压连接器或者需要UL94 V-0阻燃等级的部位,还是得选专门的阻燃PET膜或者改用聚酰亚胺膜。另外PET透明膜的耐磨性比绝缘纸稍差,如果模组安装时有尖锐边角或者反复摩擦,建议在易磨损位置加一层局部补强。
还有一个重要细节是胶层的长期老化。双面压敏胶在高温高湿环境下可能会逐渐失去粘性。我们当时要求胶膜供应商提供85℃、95%湿度下1000小时的老化测试数据,剥离强度保留率不低于70%。同时在生产工艺上增加了电芯表面的等离子清洗工序,去除脱模剂残留,保证贴附初粘力。这两个措施做好之后,老化测试和整车路试没有出现开胶情况。
给其他在考虑这个方案的朋友几个具体建议。第一,先拿自己的模组做一批小试,重点关注PET膜的耐压测试和老化后的附着力。第二,让供应商按你的模组形状开模切刀模,不要手工裁切,手工切的边缘毛刺会影响贴合效果。第三,对产线工人做简短培训——贴PET膜和贴绝缘纸的手感不一样,不能大力拉扯,否则PET膜会拉伸变形。第四,和电芯厂确认表面状态,不同电芯的壳体外表面处理不一样,有的喷漆、有的覆膜、有的裸露铝合金,胶层需要匹配。
从整个新能源电池包的降本趋势来看,把多层的、多工位的绝缘方案简化成单一功能膜材,是一个明确的方向。耐高温PET透明膜这次替代绝缘纸的案例表明,降本不等于降性能,关键是用对了材料形态和工艺匹配。如果您的产线还在用老办法,不妨拿一卷PET透明膜上机跑几天,看看节拍和良率的变化。很多时候小辅材的优化,带来的成本节约可能比主材谈判还大。


