当胶粘剂遇上回收 是机遇还是隐忧?

NE时代新能源/Leon

阅读 2010    更新于2023-12-08 09:24:36

动力电池逐渐回归其零部件的本质 ,综合考虑整车对其成本、轻量化、高安全等一系列指标的要求,也 开始在设计与制造之初兼顾其在整个产业链生命周期上的经济性与可行性。

而全生命周期中重要的一环,必然离不开回收,这不仅关系到资源的再利用,也关乎与国内外政策的契合度。

CABRCA数据显示,2023年1-10月,全国共产生退役动力电池的13.9万吨,同比增长70.9%。预计2023-2025年期间,全国新能源汽车退役量共计127.3万辆,动力电池退役量63.8GWh(53.0万吨)。

动力电池退役量在增加,国内外回收政策收紧,双碳政策逼近,布局回收业务的产业链企业井喷式增长。

但是从目前电池回收现状来看,第一步的拆解就难点重重。

由于拆解对象、退役 状态、整包结构、拆解程度等状态各异,拆卸、搬运、除胶和破拆等步骤复杂且技术难点多,而且部分交叉操作会相互影响,无法形成体系运作。所以在整个拆解的过程中,痛点居多。 在这其中,排在最前的当属“除胶”。

胶粘剂无处不在

在动力电池包中, PACK密封、结构粘接与导热、电池灌封、零部件锁固、铭牌粘接、线路结构保护、壳体粘接等都需要用到胶粘剂,胶粘剂的使用无处不在。

具体到不同点位(不同设计用胶方案会有差异),方形电池中,电芯与电芯之间,有模组的设计还会在侧板涂结构胶,液冷板和托盘边框连接会涂密封胶,整包密封也有密封胶参与,电池包上盖防火有阻燃胶设计,液冷板与电芯之间有导热胶;圆柱采用灌封工艺,会大面积使用结构胶,支架固定也需要采用结构胶,电芯与液冷装置之间也有导热胶。此外,就是一些零部件锁固、铭牌粘接、线路结构保护方面需要用胶。

在方形电池方案中,由于整体的趋势是高集成、低成本,电芯开始充当部分结构件的作用,原有结构件也开始简化设计,所以胶粘剂的应用点位及量会有部分变化。

一个方向 ,是 高集成带来的胶粘剂应用点更加简化和集中 。以宁德时代CTP3.0方案为例,模组层级的结构胶、密封胶、气凝胶等胶粘剂方案已不复存在,其它部分基于成本考量,部分不使用胶黏方案。此外,比亚迪在其刀片电池的基础上,下箱体集成大液冷板,冷板与边框的密封胶方案也有所改变。目前这两种主流的方向,都带来一定的胶黏方案的精简。

另一个方向 是,由于快充的要求越来越高,对 液冷的要求也相应提升 ,部分电池设计开始趋向于 大面冷却 ,冷却面积增加,胶粘剂用量也相应增加。

整体看来,在方形电池方案中,胶粘剂的用量会随着性能、成本等指标需求的变化而变化。

圆柱电池方案中,由于单体电芯较多且零散,所以普遍采用整包灌胶工艺 ,贴合液冷管。以特斯拉4680圆柱电池方案为例,整包采用灌胶工艺,后期拆解极其困难。

特斯拉4680电池(整包灌封)

但是圆柱电池的布局越来越广泛。

LG新能源、三星SDI对应特斯拉产能,大规模布局圆柱电池产能。松下、宁德时代、亿纬锂能、远景动力、比克等多家电池企业均有对应产能布局。据数据统计,目前国内外布局大圆柱电池企业超50家,其中达GWh级别产能规划的企业超15家,全球大圆柱电池产能规划合计超350GWh。

车企中也不乏布局者。以特斯拉为首,美国内华达州工厂的圆柱电池产能已规划至百GWh级别,通用汽车、宝马、沃尔沃等国内外车企均有相关布局。

整体看下来, 圆柱电池的应用将进一步增加 ,不过按照产能布局情况,国外市场应该会先于国内市场上量。

电池市场的增量、胶黏方案的多点位应用及多功能实现,将会创造更多元的胶粘剂市场。

胶粘剂带来的回收难题如何解?

在提升空间利用率、热管理效率及减震防护、轻量化设计方面,胶粘剂的特性的确得到相应发挥。 但同时, 也因为高强度结构粘接等特性,在回收环节产生的一系列拆解难点 也相应浮出水面:

  • 电池包盖板与框架固定螺丝表面点胶覆盖,无法直接旋取;

  • 电芯与盖板之间存在大量高强度胶粘剂,无法直接开盖;

  • 电芯侧面与电池包筋板之间存在大量高弹胶粘剂,电芯粘接较紧,物理拆解困难;

  • 顶端电芯与电池包壳体接触的四角存在高强度结构胶;

  • 电芯侧面与加强筋之间间隙很小,解胶剂渗透缓慢;

  • 圆柱电池方案采用灌封工艺,解胶工作繁复。

胶粘剂方案短期内无法被取代,并且在部分设计方案中使用量会增加,所以在回收环节,“解胶”不可避免。

市面上的解胶方案主要有两个方向,分别是物理方法和化学方法。

物理方法主要是机械剥离、加热预处理、低温预处理+震动剥离。

以特斯拉4680电池包为例,整包采用聚氨酯来加固和隔热阻燃,电芯之间、顶底部都有,拆解起来非常困难,用干冰爆破器勉强将电芯顶部胶粘剂去除,电芯之间的胶粘剂需要进一步的化解。

不同的电池设计方案中,除了能人为暴力拆除的部分,均需要设备参与其中,或者需要相对较长的时间通过改变温度来改变胶粘剂的状态,从而辅助解胶。

相较于化学解胶, 物理拆解安全性相对较高、可控性强,并且污染较小,但伴随着除胶不彻底(电芯层级)、需设备辅助、单位时间长等问题。

至于化学除胶方式,即通过化学试剂与胶粘剂产生反应从而达到解胶的目的。解胶过程中会产生废气或者废液,需要进一步处理。

以格林美为例,其针对动力电池胶粘剂,对应研发五款 解胶剂 ,S0511可一分钟解胶,S1803可实现2小时解胶,并且能实现电芯无损,兼具环保和安全特性。

区别于物理和化学的“除胶”思路,部分方案选择从源头上让“胶粘剂”方案更有利于回收。比如 可逆粘接的电池胶粘剂 通过掺杂特定材料或者在特定温度下使胶粘剂粘接强度发生变化 ,或者直接在粘接剂上做文章,满足后期拆解回收的需求。

还有一种思路是,用 其他材料替代胶黏剂部分功能 。有企业开发“ 防护蜡 ”材料,承担部分电池包防护功能,比如接头及密封件的防腐、密封,底部防护,托盘及金属部件的防护。

螺栓及密封件防护

和防护蜡思路如出一辙的,还有 正力新能在乾坤电池中用榫卯卡接技术代替胶粘方案 ,来实现电芯的固定,后期无需除胶,单电芯可自由拆卸。

极柱与槽道卡接

如果“解胶”是未来的主流方向,“解胶剂”或者除胶设备将会是一个新的增量市场,如果是胶黏剂的替代或者其本身可逆粘接,又会是另一个新的市场。对回收市场来说是挑战,但是对于产业链企业来说,解决了痛点就是机遇。

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