Fortschrittliche Materiallösungen für E-Mobilität von Dow

Ein komplettes Portfolio deckt direkt die Anforderungen ab: Vergussmassen und Gele, wärmeleitende Gap Filler, Struktur- und Vergussschäume, Klebstoffe, Beschichtungen, Schaumdichtungen, Kühlflüssigkeiten, Verbundwerkstoffe und Gummis sowie Dispergiermittel und Rheologiemodifikatoren für die Elektrodenverarbeitung. Jede Produktfamilie ist auf bestimmte Funktionen ausgerichtet – Gewichtsreduzierung, Abdichtung, Stoß- und Vibrationsdämpfung, Wärmeleitfähigkeit, dielektrischer Schutz und EMI-Abschirmung –, sodass alle Anforderungen an Batterien mit speziell entwickelten Materialien abdecken werden können.

1.1 Was jede Materialfamilie leistet

• Vergussmassen und Gele: Gewichtsreduzierung, Kabelschutz, dielektrischer Verguss und Schwingungsdämpfung.
• Wärmeleitende Gap Filler: Verbesserte Wärmeableitung bei geringer Dichte und geringem Wärmewiderstand sowie Dehnung für Langlebigkeit.
• Klebstoffe: Optionen für Wärmeleitfähigkeit, Beschleunigung durch Wärmeaushärtung, hohe Dehnung und Vibrationsdämpfung für dauerhafte Verklebungen.
• Kühlflüssigkeiten und Schutzbeschichtungen (Conformal Coatings): Schutz vor Feuchtigkeit, Staub und statischer Aufladung mit besserer Wärmeableitung des Akkupacks.
• Verguss- und Strukturschäume: Brandschutz auf Zellebene, Vibrationsdämpfung, Wärmedämmung und struktureller Beitrag.
• Schaumstoffdichtungen: effiziente Abdichtung und EMI-Abschirmung.
• Verbundstoffgehäuse: faserverstärkte und Schaumpolymer-Optionen für Langlebigkeit und schnellere Prozesse
• Elastomere und Dispergiermittel: EPDM-Polster zwischen den Zellen; Acrylat- oder Dispergiermittel und Rheologiemodifikatoren für die Elektrodensynthese und keramische Beschichtungen.

Die Modulaufbauten für prismatische- und/oder zylindrische Formate zeigen, wo jedes Material in den Stapel eingebracht wird: Silikon- oder Polyurethan-Klebstoffe für die Montage von Teilen, Vergussmassen für das Wärmemanagement, Gap Filler, die die Zellen mit den Kühlplatten verbinden, EPDM-Gummi für die Dämpfung zwischen den Zellen und Schäume für den Brandschutz. Dieses Layout verdeutlicht, wie sich die Materialliste für die E-Mobilität in praktische Hardware-Entscheidungen umsetzt.

Flexibilität entsteht durch die Fähigkeit, auf organische, anorganische und hybride Chemikalien zurückzugreifen, Portfolios zu kombinieren, um den Bereich der physikalisch-mechanischen Eigenschaften zu erweitern, und computergestützte und experimentelle Modellierung im Gerätemaßstab zu nutzen, um Ziele für die Materialeigenschaften festzulegen. Für E-Mobilitätsprogramme, die Wärmeübertragung, Steifigkeit, Dehnung und Verarbeitungsverhalten in Einklang bringen müssen, verkürzen diese Hebel die Iterationszyklen und reduzieren das Risiko.

4.1 Klebstoffe der Serie VORATRON™ MA 8200

Für die Verklebung von Zelle zu Modul, Zelle zu Pack und Zelle zu Chassis bietet die Serie VORATRON™ MA 8200 eine hohe mechanische Festigkeit bei prozessfreundlicher Aushärtung. Der Datensatz umfasst:

• Überlappungsscherfestigkeit (Al/Al): > 9 MPa (0,3 W- und 0,4 W-Versionen), > 8 MPa (0,3 W×), > 5 MPa (1,3 W).
• Querzugfestigkeit (Al/Al): > 9 MPa (0,3 W und 0,4 W), > 8 MPa (0,3 W×), > 5 MPa (1,3 W).
• Speichermodul: 300–600 MPa (0,3 W, 0,4 W), 500–800 MPa (1,3 W).
• Bruchdehnung: 250–300 % (0,3 W×).
• Wärmeleitfähigkeitsoptionen: Varianten mit 0,3, 0,4, 0,3 und 1,3 W/m·K.
• Verarbeitung: Zweikomponenten, Aushärtung bei Raumtemperatur mit einer offenen Zeit von > 20 Minuten für alle Varianten.

Das hohe Querzugfestigkeitsverhalten bei Verschiebung verstärkt die Eignung für Verbindungen, die im Betrieb komplexen Belastungen ausgesetzt sind – relevant für Crash- und Vibrationsbedingungen, wie sie typischerweise in Betriebszyklen der E-Mobilität auftreten.

5.1 VORATRON™ GF-1000 Serie Gap Filler

Wärmeleitende Gap Filler unterstützen einen effizienten Wärmefluss zwischen Zellen und Kühlplatten und ermöglichen gleichzeitig eine energiesparende Montage. Die GF-1002-Klasse zeichnet sich aus durch:

• Wärmeleitfähigkeit: 2 W/m·K
• Dichte: 2 g/cm³
• Presskraft für die Platzierung: ~100–120 N, wodurch der Energieaufwand bei der Montage reduziert wird
• Rheologie: nicht selbstnivellierend, was die Dispensierbarkeit erleichtert

Diese Eigenschaften stehen im Einklang mit dem Ziel einer höheren Zuverlässigkeit, wenn Gap Filler innerhalb des Stapels neben Kühlmittelkanälen und Kühlplatten verwendet werden.

Über Kernverbindungen und Wärmepfade hinaus umfasst das Portfolio Schaumdichtungen für die Abdichtung und EMI-Abschirmung, Beschichtungen (Conformal Coatings) zum Schutz vor Umwelteinflüssen (Feuchtigkeit, Staub, statische Aufladung) und Kühlflüssigkeiten zur Verbesserung der Wärmeableitung des Akkus. Diese Elemente schließen wichtige Risikolücken – elektrische Störungen, Eindringen von Verunreinigungen und Ausbreitungswege für thermische Instabilität – ohne unnötige Masse hinzuzufügen. Bei E-Mobilitätsplattformen reduziert diese Vollständigkeit die Anzahl der Lieferanten und vereinfacht die Validierung.

Für E-Bikes und ähnliche Mikromobilitätsgeräte bietet das Vergusssystem VORATRON™ EY-708 & EP-516 mechanische Eigenschaften, die die strukturelle Stabilität in kompakten Geometrien unterstützen:

• Schaumzugfestigkeit: > 3,5 MPa
• Schaumscherkraft: > 1 MPa
• Schaumdichte: ~ 280 g/cm³

Diese Zahlen deuten auf einen Vergussansatz hin, der Zellenarrays versteift und schützt und gleichzeitig zur Stoß- und Vibrationsfestigkeit beiträgt – Aspekte, die für den gesamten Bereich der E-Mobilität von Bedeutung sind.

Ein wiederkehrendes Problem im B2B-Bereich der E-Mobilität ist die Prozessvariabilität – ob ein Material wie erwartet in großem Maßstab dosiert, fließt und aushärtet. Das Segment „Vorhersehbarkeit“ zeigt die „Füllgradvorhersage“ (DoFF) und vergleicht das Verhalten bei unterschiedlichen Anfangsviskositäten im Zeitverlauf (z. B. 800 cP vs. 4000 cP). Diese Art der Modellierung soll dabei helfen, Füllmuster und Verdichtung während der Aushärtung vorherzusagen und gibt Aufschluss über das Design, die Entlüftung und die Zykluszeiten, bevor sie sich für Werkzeuge und Automatisierung entscheiden.

9.1 Weniger Kompromisse bei thermischen und strukturellen Zielen

Die Kombination aus Haftung, Zähigkeit und Stabilität mit organischen, anorganischen und hybriden Chemikalien unterstützt Integrationen wie die Verklebung von Zellen mit dem Chassis und gewährleistet gleichzeitig die thermischen Leitungswege und die erforderliche Konformität. Verkürzt die Möglichkeit, Steifigkeit, Dehnung und Leitfähigkeit innerhalb einer kompatiblen Reihe von Chemikalien anzupassen, die Iterationsschleifen und reduziert das Risiko einer erneuten Qualifizierung.

9.2 Klare Platzierung innerhalb des Batteriestapels

Explosionszeichnungen positionieren Klebstoffe an den Schnittstellen des Zellstapels und Gap Filler zwischen den Modulen und der Kühlplatte und verdeutlichen so genau, wo jedes Material einen Mehrwert bietet. Dies beschleunigt die Designprüfungen und stimmt die Lieferanten auf denselben Funktionsplan ab – was nützlich ist, wenn mehrere Interessengruppen an der Einführung der E-Mobilität beteiligt sind.

9.3 Prozessfähige Eigenschaften

Zweikomponentige, bei Raumtemperatur aushärtende Klebstoffe mit definierten offenen Zeiten, vorhersehbarem Fließ- und Füllverhalten und geringer Presskraft bei der Installation von Gap Fillern entsprechen den Durchsatzanforderungen automatisierter Fertigungslinien – entscheidend für E-Mobilitätsprogramme, die auf Kostenparität und gleichbleibende Qualität abzielen.

10.1 Eigenschaften an Standort und Lastfall anpassen

• Verwenden Sie Klebstoffe mit hoher Querzugfestigkeit, wenn Module strukturelle Lasten tragen müssen (z. B. Zell-zu-Pack-Verbindungen).
• Verwenden Sie 2 W/m·K Gap Filler, um Zellen oder Module mit der Kühlplatte zu verbinden und achten Sie dabei auf einen geringen Wärmewiderstand ohne übermäßigen Montageaufwand.

10.2 Zuverlässiges Design mit multifunktionalen Materialien

• Bevorzugen Sie Schäume und Vergussmassen, die Vibrationsdämpfung und Wärmedämmung bieten und so zum Brandschutz und zur Stabilität bei geringem Platzbedarf beitragen.
• Integrieren Sie frühzeitig Schaumdichtungen und konforme Beschichtungen (Conformal Coatings), um die IP/EMI-Leistungsanforderungen zu erfüllen und die Umweltprüfungen zu beschleunigen.

10.3 Risiken bei der Skalierung durch Modellierung minimieren

• Nutzen Sie Fließ- und Füllvorhersagen, um Verweilzeiten und Entlüftung zu validieren.

Diese auf Anwendungsbereiche abgestimmten Materialien und Funktionen helfen E-Mobilitätsteams dabei, Wärme, Struktur, Abdichtung und Prozessrisiken gleichzeitig zu bewältigen – von VORATRON™ MA 8200 Strukturellen Klebstoffen und GF-1000 Gap Fillern bis hin zu Schaumverguss für Mikromobilität, Dichtungen, Beschichtungen und Gerätemodellierung.

Durch die Fokussierung auf definierte Eigenschaften und eine klare Platzierung innerhalb des Akkus können die Beteiligten schnellere und risikoärmere Entscheidungen für E-Mobilitätsprogramme treffen.