鋰離子電池組裝配過程硅橡膠涂覆量化控制的研究

田雯，李克鋒，郭兆瑞，沈川杰，楊志云，張曉霞

（1.陸軍裝備部駐南京地區軍代局駐上海地區第三軍代室，上海 200000；2.上海空間電源研究所，上海 200245）

鋰離子電池具有可測性強、比能量高、壽命長等特點，已經在運載火箭、武器等領域大量應用。目前，軍用鋰離子電池組要求具有高抗力學性能和較好的保溫性能。一般鋰離子電池組要求有絕緣和隔熱設計，因此鋰離子電池單體在裝配成電池組過程中常采用硅橡膠在電池堆外表面依次粘貼環氧板、泡沫板，膠液固化后可以使電芯堆、環氧板、泡沫板可靠地粘結在一起。由于硅橡膠性能優良，在航空、航天領域廣泛應用，因此電芯堆、環氧板、泡沫板等粘貼主要采用硅橡膠。本文研究以GD414硅橡膠為研究對象，該硅橡膠屬于中性單組分室溫硫化硅橡膠，為膏狀物，無腐蝕性，高強度、高斷裂伸長率，并有十分優異的耐紫外光、耐氣候老化及良好的電絕緣等性能，使用溫度范圍為-60～200℃。然而，整個裝配過程，均缺乏對硅橡膠涂覆的用量的控制措施，對產品“精益制造”目標的實現造成一定的困難。具體存在問題包括：（1）局部、邊緣缺少硅橡膠或粘結力不足導致環氧板、泡沫板在裝配后脫膠、起翹等。（2）GD-414硅橡膠過量使用增大產品重量，造成重量超差。（3）影響整機裝配的尺寸配合，甚至會成為多余物。因此，亟需設計一種涂覆裝置，以實現硅橡膠涂覆的量化控制。

1 涂覆裝置設計

針對上述問題，本文設計了一種硅橡膠涂覆裝置，包括底座、滑道、刮板和擋塊，在底座上設置兩個平行的滑道，平行滑道上方設置垂直于滑道的刮板，刮板在平行滑道上呈一定傾斜角滑動，擋板放在前端部位，為了實現1套裝置適應不同電池組裝配需求，導軌與底座之間可以分離，且一個底座配置多副不同高度的軌道，這些不同高度軌道與底座上軌道橫向調節條之間裝配所采用的機械接口尺寸均一致。具體結構組成如圖1所示。

圖1 涂覆裝置結構組成圖

從圖1可以看到，本文設計的底座是承載被涂覆材料的載體，環氧板、泡沫板在被涂覆前平放在底座上，并且一端靠在前端擋塊上，從而使涂覆過程中環氧板、泡沫板不會移動。軌道是刮板的載體，并為刮板向前移動提供方向引導。軌道和刮板支腳之間機械接口通過刮板支腳上的凹槽進行匹配。

2 涂覆試驗

選用一塊對稱產品進行涂覆，左邊采用工人手工按照現有方法直接將GD414硅橡膠涂覆在黏結面上，右邊采用涂覆裝置進行涂覆，涂覆步驟如下：

（1）根據環氧板/泡沫板的尺寸選擇軌道高度，用無水乙醇潤濕的無紡布擦拭干凈底座、軌道、刮板等；（2）根據被涂覆材料尺寸調節軌道間距、刮板支腳間距；（3）把環氧板/泡沫板平鋪在底板上并緊靠擋塊；（4）調整刮板位置，使刮板正面下邊緣剛好處于環氧板/泡沫板在底座上遠離擋塊一端的邊緣；（5）擠壓硅橡膠管，把膠液堆積在刮板正面下邊緣整個環氧板/泡沫板寬度范圍；（6）緩慢推動刮板向擋塊一側移動，在移動過程中，刮板正面剩余硅橡膠不足時可隨時停止移動刮板并添加硅橡膠，直至完全均勻涂覆。工人手工涂覆和涂覆裝置涂覆實物對比如圖2所示，圖2a部分為手工涂覆，圖2b部分為涂覆裝置涂覆。

圖2 硅橡膠涂覆不均示意圖

從圖2可以看到，左側的手工涂覆涂層不均勻，硅膠部分位置多，部分位置少，多的位置較為突出，由于流動性有限，粘貼后厚度增大，然而，非常容易脫落；右側涂膠裝置涂覆涂層厚度均勻美觀，無明顯高低起伏，涂覆全面漏點少，而且干凈整潔，涂覆質量高。

3 結語

本文為了解決以往環氧板、泡沫板上硅橡膠用量、涂覆均勻性控制難度大帶來的產品制造水平提升瓶頸以及相應的潛在質量風險，設計了一種硅橡膠涂覆量化控制裝置，通過實際應用，結果表明，采用硅橡膠涂覆裝置獲得的涂覆層具有厚度均勻和涂覆全面的優點。因此，本文設計的涂覆裝置可滿足涂覆膠量量化、涂覆質量可控的要求，可以在未來生產裝配過程中大量推廣應用。