中國粉體網訊 隨著新能源汽車產業(yè)的加速發(fā)展，陶瓷材料在新能源汽車中的作用也愈發(fā)突出，今天我們要講到的陶瓷材料是電動汽車動力電池的重要部件——陶瓷密封圈。
大家可不要小看了這個小部件，在國內安地亞斯、美程陶瓷等電子陶瓷企業(yè)技術取得突破之前，這一領域嚴重依賴國外產品，它可是保證動力電池安全使用的關鍵部件。
圖片來源：美程陶瓷
密封圈是什么？
可充電的鋰離子電池，其結構包括電芯、容納電芯的電池殼以及電池殼一端的電池蓋板組件，電池蓋板組件的構成又包括注液口、防爆閥、正負電極通孔、穿過通孔的正負電極極柱，以及通孔與極柱之間的密封材料。電池蓋板組件是通過激光焊連接到電池殼體上去的，其氣密性容易得到保證，但電極極柱與電池蓋板上通孔內壁之間的電絕緣材料是薄弱環(huán)節(jié)，容易發(fā)生泄漏而影響電池壽命并產生安全隱患，最嚴重的情況是發(fā)生燃燒和爆炸。所以電池蓋板組件，其安全性、使用壽命、密封性、耐老化性、電絕緣性以及在電池里占有的空間大小等具有很重要的意義。
一種方形動力鋰離子電池的結構示意圖
密封圈正是位于電池蓋板之下，用于動力電池蓋板和極柱之間形成密封導電連接，確保電池擁有良好的密封性，阻擋電解液的泄露，為電池內部反應供應良好的密閉環(huán)境。同時在電池蓋板下壓時還能起到減壓緩沖用途，保證電池內部組件的正常運行，為電池的壽命和安全供應重要保障。
圖片來源：安地亞斯
密封圈的用途不只是保障電池密封性能，在關鍵時刻還能救命。一般在密封圈上都會設置至少一處薄弱部位，其強度要低于主體平面的其他部位。當電池內部的氣體壓力異常增大到電池爆炸壓力之前，密封圈的薄弱部位即可斷裂，將電池內部的氣體從斷裂處釋放，同時根據設定好的氣體流向路線排放，杜絕出現不可預料的氣流，防止電池發(fā)生強烈的爆炸。
陶瓷密封連接技術
密封圈的材質根據不同的電池種類、形狀、使用環(huán)境都會有不同的選擇，一般有塑料密封、玻璃密封、陶瓷密封等。
塑料密封技術是最早被采用的，但是有機物的抗腐蝕性、耐高溫性能均要遠較陶瓷等無機非金屬材料要差。經過多年的實際應用，人們逐漸發(fā)現塑料密封的壽命短(一般小于3年)和安全性差的問題。例如，當動力電池出現異常時，會產生500℃以上的高溫，導致不耐高溫的塑料密封圈熔化，使密封失效，電池內可燃氣體外溢而產生燃燒。因為密封環(huán)和注入的塑料與金屬蓋板以及金屬極片或底座間的界面結合不屬于化學鍵結合，所以塑料封接的問題根源是只有界面的物理接觸，影響了氣密性，使得壽命較短、安全性能較低，現在使用塑料封接的電池基本上被認為是低端產品。
玻璃封接的缺點是玻璃的強度和韌性有限，需要對玻璃的受應力狀態(tài)進行合理的設計，如預先施加一壓應力，使熱膨脹系數匹配，或設計應力緩沖結構等。此外由于玻璃嚴苛的使用環(huán)境，單一玻璃較難滿足電池電極的氣密性封接要求。
陶瓷作為金屬間的電絕緣材料具有優(yōu)越性，然而要使金屬與陶瓷之間的界面結合致密并具有氣密性就比較有挑戰(zhàn)性了。陶瓷與金屬的連接技術在鋰離子電池的出現之前就已經是相當成熟了，所以采用陶瓷材料來封接電極的一般方法自然是先做陶瓷金屬化，即讓金屬熔化，使金屬熔體浸潤陶瓷表面，并與陶瓷發(fā)生界面反應或組元擴散，實現陶瓷表面的金屬屬性，然后使用釬焊料使金屬極柱和金屬密封蓋焊接在一起。
一種電池電極的陶瓷金屬化密封結構示意圖
目前，大多數塑料或玻璃密封圈在壓力用途下，會出現損毀失效，將會影響電池的使用壽命。關于一些特殊性電池顯然達不到其要求，這就要一些其他材料的新型密封圈，陶瓷材料具有良好的耐酸堿、抗腐蝕，耐高溫等特性使其成為新的選擇。現在陶瓷密封圈也被越來越多的應用于動力鋰電池行業(yè)。
參考來源：
[1]繆錫根等.動力鋰離子電池玻璃封接技術的專利文獻綜述
[2]張紅陽.最后的稻草 關鍵時刻可以“救命”的電池部件. 電池中國
（中國粉體網編輯整理/山川）
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