一种动力电池包用无胶三元一体化复合压条的制作方法

本发明涉及动力电池包用压紧压条，具体涉及一种动力电池包用无胶三元一体化复合压条。

背景技术：

1、新能源动力电池包在工作过程中，电芯会因充放电循环产生反复的体积膨胀与收缩，若不加以有效约束，电芯间的相对位移将导致模组结构失稳、连接片疲劳断裂乃至热失控风险。为此，电池包内部需设置压紧压条，将电芯与模组框架固定为一个整体。该压条在实际服役中需同时满足多项性能要求：具备足够结构刚度以提供持续压紧力；具有优良电气绝缘性能以防止高压短路；耐受-40℃至85℃甚至更宽的高低温交变环境；并能承受整车道路模拟振动及机械冲击载荷而不发生松动或失效。

2、目前，行业内主流的电池包压条采用304不锈钢压条与热固性聚氨酯玻纤拉挤型材相组合的材质方案。其中，304不锈钢压条提供主要的机械压紧刚度和结构强度，保证电芯被可靠约束；热固性聚氨酯玻纤拉挤型材则利用其优异的电气绝缘性能和较低的密度，在实现绝缘防护的同时降低整体重量，同时玻纤增强的聚氨酯基体赋予其良好的耐温性和尺寸稳定性。两类材料的性能互补使该组合成为当前电池包压条工程应用中的主流技术路径。

3、然而，在上述主流材质搭配下，304不锈钢压条与聚氨酯玻纤拉挤型材的相互固定，现有技术中主要依赖两种方式：其一为胶粘剂粘接，其二为螺栓机械紧固。这两种连接方式在实际生产及长期使用中均暴露出较为突出的缺陷。

4、就胶粘工艺而言，不锈钢表面能较低，聚氨酯拉挤型材表面因富树脂层存在同样呈现惰性特征，两者粘接界面初始结合强度有限。在电池包实际服役的高低温交变和持续振动环境中，胶层易发生疲劳老化，粘接性能随服役时间延长而显著衰退。更为严重的是，胶层在湿热条件下易水解，导致界面脱粘、分层失效，进而使绝缘阻隔功能丧失，构成安全隐患。同时，胶粘连接属于不可逆连接方式，涂胶后的固化过程需占用较长的工序时间和工装夹具，生产节拍受限，产能提升困难；一旦粘接失效，压条无法拆解维修，只能整体报废，增加售后维护成本。

5、就螺栓机械紧固方式而言，需在压条基材上进行钻孔加工。钻孔不仅削弱了不锈钢压条的承载截面，更在孔边形成应力集中区域，在振动载荷下容易萌生疲劳裂纹；钻孔贯穿绝缘型材时也破坏了其结构完整性。在长期振动工况下，螺栓存在松退风险，松脱后产生异响，且紧固力矩衰减会导致压紧力下降，丧失对电芯的有效约束。此外，螺栓连接副在潮湿环境中易发生电化学腐蚀，水分沿螺栓孔渗入还可能引发绝缘性能下降。两种连接方式的共同问题在于：连接元件种类多，组装工序繁琐，不仅影响生产效率，也增加了质量管控的难度。

6、综上所述，现有304不锈钢与热固性聚氨酯玻纤拉挤型材的胶粘连接及螺栓紧固方式均存在可靠性不足、工艺复杂、耐久性差等固有缺陷。因此，开发一种能够在无需胶粘剂和紧固件的条件下实现304不锈钢压条与热固聚氨酯玻纤拉挤型材牢固结合、兼具高可靠性和高效率成型工艺的复合压条方案，具有较好的市场前景。

技术实现思路

1、现有技术中存在的问题是：现有304不锈钢与热固性聚氨酯玻纤拉挤型材的胶粘连接及螺栓紧固方式均存在可靠性不足、工艺复杂、耐久性差的问题。针对上述问题，本发明提供一种动力电池包用无胶三元一体化复合压条，其是通过嵌件注塑以及后处理形成的复合材料，所述三元复合压条包括pu玻纤拉挤型材、304不锈钢压条以及将pu玻纤拉挤型材与304不锈钢压条进行粘结固定的复合热塑性材料，复合热塑性材料仅均匀包裹在304不锈钢压条外表面至少1mm的厚度形成嵌体复合件；304不锈钢压条的整体厚度相同与pu玻纤拉挤型材等长；

2、pu玻纤拉挤型材整体厚度相同，pu玻纤拉挤型材单面具有沿其长度延伸的凹槽，凹槽的横截面为u形，嵌体复合件卡设粘结固定在pu 玻纤拉挤型材的凹槽内；嵌体复合件沿其长度方向与pu玻纤拉挤型材的凹槽内壁紧密贴合得到嵌件注塑复合体；嵌体复合件的厚度高出凹槽槽深的1/4至1/3；嵌件注塑复合体经后处理后得到三元复合压条；

3、复合热塑性材料是由热塑性高分子材料与玻璃纤维按照质量比（70-90）:（10-30）形成的复合材料。

4、优选地，热塑性高分子材料为pps或pa66。

5、优选地，玻璃纤维为gf30或gf40。

6、优选地，304不锈钢压条的厚度1.5-3mm。

7、优选地，pu玻纤拉挤型材的厚度2-3mm。

8、优选地，复合热塑性材料均匀包裹在304不锈钢压条外表面的厚度为1-1.5mm。

9、优选地，304 不锈钢压条表面粗糙度ra=1.6-3.2μm。

10、优选地，pu玻纤拉挤型材的玻纤含量65%，凹槽内壁经等离子体表面活化处理或经机械打磨去除表面富树脂层后经硅烷偶联剂活化处理或喷砂粗化后经硅烷偶联剂活化处理。

11、优选地，所述后处理是将嵌件注塑复合体置于90-150℃下恒温退火2-6h。

12、有益效果：

13、（1）本发明提供的无胶一体化三元复合压条，通过嵌件注塑工艺将复合热塑性材料均匀包裹于304不锈钢压条外表面，再与pu玻纤拉挤型材的凹槽壁面紧密结合，彻底摒弃了传统胶粘剂和螺栓紧固件的使用。该结构从根源上消除了胶层老化、水解脱粘以及螺栓松退、电化学腐蚀等失效模式，有效保障了电池包在全生命周期内的结构完整性和电芯约束可靠性。

14、（2）复合热塑性材料采用热塑性高分子材料与玻璃纤维按特定比例复配而成，其与不锈钢压条表面形成牢固的物理包覆和界面结合，避免了不锈钢表面能低所导致的粘接界面强度不足问题；同时，该复合热塑性材料填充于pu玻纤拉挤型材的凹槽内并与其壁面紧密贴合，利用注塑成型时的熔融流动特性充分填充界面微观空隙，冷却后形成可靠的机械锁合与界面附着，使三种材料在无胶粘剂和无紧固件条件下实现一体化固定。不锈钢压条作为骨架提供整体抗弯刚度和压紧力，复合热塑性材料作为界面过渡层将载荷均匀传递至pu玻纤拉挤型材，而pu玻纤拉挤型材则发挥其电气绝缘和耐温性能优势。三者协同作用，既保留了两类主体材料各自的性能长处，又通过复合热塑性材料解决了异种材料间的有效固定难题，使压条在振动和交变载荷下保持长期稳定。

15、（3）嵌体复合件高出pu玻纤拉挤型材凹槽槽深1/4至1/3的结构设置，使得复合热塑性材料在凹槽内形成局部凸起，该凸起在注塑冷却后产生一定的预压接触应力，增强了嵌体复合件与凹槽壁面之间的贴合紧密度，进一步提高了界面抗剪切能力，同时该凸起结构在压条受压时能够起到辅助承载作用，减缓不锈钢压条与pu玻纤拉挤型材之间的相对滑移趋势。

16、（4）本发明采用嵌件注塑工艺一次成型，整个固定过程与注塑成型同步完成，无需额外的涂胶、固化、钻孔、螺栓拧紧等工序，简化了生产流程，缩短了单件制造周期；注塑成型过程易于实现自动化批量生产，质量一致性好，有助于降低制造成本和品控难度。

17、（5）后处理步骤中，将嵌件注塑复合体在特定温度下恒温退火一定时间，能够有效消除注塑过程中复合热塑性材料内部因冷却收缩产生的残余应力，同时促进高分子链段进一步松弛重排，提升复合热塑性材料与不锈钢界面处的结合稳定性，保证压条在长期高低温交变环境下不发生翘曲变形或界面剥离。

18、（6）当复合热塑性材料采用pps或pa66作为基体树脂时，两类材料均具有优异的热稳定性和耐化学介质性能，其中pps的耐高温性和尺寸稳定性更优，pa66则具有较好的韧性和成本优势，可根据具体工况条件灵活选用；以gf30或gf40为增强相，能够显著提升复合热塑性材料的弹性模量和抗蠕变性能，确保其在长期压紧力作用下不发生明显的应力松弛，使电芯始终维持在有效约束状态。

19、（7）本发明对pu玻纤拉挤型材凹槽内壁进行等离子体表面活化处理、机械打磨去除表面富树脂层后经硅烷偶联剂活化处理，或者喷砂粗化后经硅烷偶联剂活化处理，均能够显著提升凹槽壁面的表面能并增加活性官能团数量，改善复合热塑性材料熔体与pu玻纤拉挤型材之间的浸润性和化学键合作用，使两者之间的界面结合强度从物理锁合提升至化学键合水平，有效防止湿热老化条件下的界面性能退化。

20、（8）不锈钢压条表面粗糙度控制在ra=1.6~3.2μm范围内，既保证了复合热塑性材料熔融充填时能够渗入表面微观沟槽形成机械锚固，又避免了表面过于粗糙导致的熔体充填不完整和局部孔隙缺陷，兼顾了界面结合强度与注塑成型质量。

21、（9）本发明所获三元复合压条在电池包内部装配后，通过复合热塑性材料在不锈钢压条表面的连续均匀包覆，即便在极端温度循环下，由于复合热塑性材料的线性膨胀系数介于不锈钢和pu玻纤拉挤型材之间，能够在热胀冷缩过程中起到应力缓冲和过渡作用，降低因热膨胀系数失配引起的界面热应力，提升了整体结构在宽温域范围内的尺寸稳定性和抗热疲劳能力。