Hoe geavanceerde lijmen lichtere, efficiëntere EV-batterijen van stroom voorzien

Batterijen van elektrische voertuigen moeten meer energie leveren, sneller opladen en voldoen aan hoge veiligheidseisen, zonder onnodig gewicht of complexiteit toe te voegen.

Het bereiken van deze balans hangt van meer af dan alleen batterijchemie. Het vereist ook dat ingenieurs heroverwegen hoe cellen, modules en batterijpacks worden ontworpen, geassembleerd en beschermd.

Geavanceerde lijmen, potmiddelen en thermisch geleidende materialen worden essentieel voor dit proces. Ze kunnen batterijcellen beveiligen, verschillende materialen verbinden, thermisch beheer ondersteunen en componenten beschermen tegen vocht en andere omgevingsinvloeden.

In het Akkodis lijmlaboratorium in Sindelfingen, Duitsland, helpen materiaalspecialisten klanten bij het identificeren, testen en integreren van verbindingsoplossingen voor batterijen van elektrische voertuigen en andere veeleisende industriële toepassingen.

Waarom het ontwerp van EV-batterijen een materiaaluitdaging is

De batterijtechnologie van elektrische voertuigen is de afgelopen twee decennia aanzienlijk vooruitgegaan. Moderne batterijen slaan aanzienlijk meer energie op ten opzichte van hun massa dan eerdere systemen, waardoor fabrikanten het bereik en de prestaties van voertuigen verbeteren.

Echter, een hogere energiedichtheid en sneller laden brengen nieuwe technische uitdagingen met zich mee. Batterijpakketten moeten warmte effectief beheersen, structurele stabiliteit bieden en hun interne componenten gedurende de hele levensduur van het voertuig beschermen.

Nieuwe batterijarchitecturen veranderen ook de manier waarop cellen worden geïntegreerd. Cell-to-pack concepten kunnen het aantal afzonderlijke behuizingen, kabels en structurele componenten verminderen, waardoor er mogelijkheden ontstaan om gewicht te verlagen en de beschikbare ruimte efficiënter te benutten.

Hier worden lijmen strategisch belangrijk.

In plaats van simpelweg twee oppervlakken bij elkaar te houden, kunnen specialistische hechtmaterialen meerdere functies tegelijk uitvoeren:

• Verminder het structurele gewicht
• Beveiligde batterijcellen
• Overtollige warmte overdragen
• Elektrische isolatie bieden
• Dicht af tegen vocht
• Integratie van ondersteunend materiaal

Thermisch geleidende lijmen kunnen batterijcomponenten verbinden en tegelijkertijd warmteoverdracht tussen cellen en koelsystemen bevorderen. Ze kunnen ook de behoefte aan extra structurele onderdelen verminderen, wat bijdraagt aan lichtere en meer geïntegreerde batterijontwerpen.

Hoe lijmen lichtere batterijpakketten ondersteunen

Traditionele mechanische bevestigingsmiddelen kunnen gewicht toevoegen, extra installatieruimte vereisen en krachten concentreren rond specifieke verbindingspunten.

Lijmbinding verdeelt de belasting over een groter oppervlak. Het stelt ingenieurs ook in staat om verschillende materialen te verbinden, waaronder aluminium, staal, kunststoffen, geverfde oppervlakken en vezelversterkte composieten.

Deze flexibiliteit is vooral waardevol in batterijen van elektrische voertuigen, waar veel componenten met verschillende mechanische, elektrische en thermische eigenschappen samen moeten werken binnen een compact pakket.

Afhankelijk van de toepassing kunnen ingenieurs materialen kiezen die:

• Elastisch of stijf
• Elektrisch geleidend of isolerend
• Thermisch geleidend
• Chemisch resistent
• Bestand tegen hitte en vocht
• Geschikt voor geautomatiseerde productie

De juiste oplossing kan dus bijdragen aan structurele integriteit, afdichting, thermische prestaties en productie-efficiëntie tegelijk.

Akkodis ondersteunt klanten in de bredere auto- en transportsector , waaronder elektrische mobiliteit, batterijsystemen, energiebeheer, productontwikkeling en slimme productie.

Batterijcellen veilig, afgesloten en koel houden

Oxana Schulz, manager van het Akkodis lijmlaboratorium in Sindelfingen, gebruikt een eenvoudige analogie om de rol van potmaterialen uit te leggen.

Stel je een container voor gevuld met individuele cellen dicht op elkaar gepakt. Een potmiddel vult de ruimtes rond die cellen, helpt ze op hun plek te houden, te beschermen en de manier waarop warmte door het systeem stroomt te beheersen.

Als een cel beschadigd raakt, kan het omliggende materiaal ook helpen lekkage tegen te houden en de impact op aangrenzende componenten te beperken.

"Toen ik begon met EV-batterijen, waren die ongeveer 800 kg zwaar vergeleken met de 100 kg van een conventionele verbrandingsmotor," zegt Schulz. "Tegenwoordig zijn ze veel krachtiger geworden en hebben ze kortere laadtijden nodig. Veel van die optimalisatie wordt mogelijk gemaakt door de materialen waarin wij gespecialiseerd zijn: lijmen, lijmen en potmiddelen."

Thermische prestaties zijn bijzonder belangrijk. Batterijen genereren warmte tijdens het opladen en in gebruik, en deze warmte moet efficiënt van de cellen worden afgeleid.

Thermisch geleidende materialen kunnen helpen een gecontroleerd pad te creëren tussen batterijcellen en koelunits, terwijl structurele ondersteuning en, waar nodig, elektrische isolatie behouden blijven. Effectief thermisch beheer draagt bij aan batterijprestaties, duurzaamheid en veiligheid.

Verder dan mechanische samenvoeging

Naarmate batterijsystemen meer geïntegreerd worden, bieden puur mechanische verbindingsmethoden mogelijk niet langer de prestaties, flexibiliteit of gewichtsbesparing die ingenieurs nodig hebben.

Lijmbinding kan materialen verbinden die moeilijk of onmogelijk te lassen of te solderen zijn. Het kan ook de lokale hitte en mechanische spanning vermijden die gepaard gaan met sommige conventionele verbindingsprocessen.

Deze voordelen geven ingenieurs meer vrijheid bij het ontwerpen van lichtgewicht, multimaterialenconstructies.

Dezelfde principes gelden ver buiten batterijen van elektrische voertuigen. Lijmen worden al veel gebruikt om voertuigramen te verbinden en dragen bij aan de sterkte van de carrosserie. Ze ondersteunen ook toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, medische technologie, elektrotechniek, sensortechnologie, installatietechniek en meubelproductie.

In deze sectoren kunnen bondingoplossingen helpen:

• Verminder het gewicht van componenten
• Minimaliseer corrosierisico's
• Minder geluid en trillingen
• Samenvoegen van verschillende materialen
• Creëer afgesloten structuren
• Vereenvoudig complexe assemblies

Akkodis brengt expertise samen uit verschillende sectoren en technische disciplines en ondersteunt organisaties vanaf de eerste specificaties en het ontwerp tot prototyping, pre-productietesten en productieoptimalisatie.

De juiste lijm kiezen voor elke toepassing

Er is geen universele lijm die voor elk batterijcomponent, substraat of bedrijfsomgeving werkt.

Het kiezen van het juiste materiaal vereist een gedetailleerd begrip van de volledige toepassing, waaronder:

• De oppervlakken die worden verbonden
• Thermische en elektrische vereisten
• Chemische blootstelling
• Mechanische belastingen en trillingen
• Temperatuur en luchtvochtigheid
• Productiecyclustijden
• Reparatie- en demontagebehoeften
• Test- en validatievereisten

Oppervlaktevoorbereiding is ook cruciaal. Plastic-, stalen en aluminium batterijbehuizingen vereisen elk verschillende voorbehandelingsprocessen om een betrouwbare en duurzame binding te bereiken.

De lijm moet dan passen in het bredere productieproces van de klant. Ingenieurs moeten rekening houden met doseer, uitharden, componentenbehandeling, kwaliteitscontrole en productiedoorvoer, niet alleen met de laboratoriumprestaties van het materiaal.

Dit systeemniveau-perspectief onderscheidt een applicatieklare oplossing van een veelbelovend materiaal.

Van laboratoriumtesten tot productie-integratie

Het Akkodis lijmlaboratorium werd opgericht in 2014 als reactie op de groeiende vraag naar op lijm gebaseerde technische oplossingen. Tegenwoordig pakken de specialisten de bonding-uitdagingen aan voor autofabrikanten en klanten in sensortechnologie, installatietechniek en andere industriële sectoren.

Het werk van het laboratorium strekt zich uit over het hele proces van lijmengineering:

Materiaalkeuze: Experts beoordelen potentiële lijmen, potmiddelen en thermische interfacematerialen aan de hand van de technische eisen van de toepassing.

Oppervlaktevoorbehandeling: Het team bepaalt hoe substraten moeten worden gereinigd, geactiveerd of anderszins voorbereid om consistente hechting te bereiken.

Procesontwikkeling: Specialisten bepalen hoe het materiaal kan worden toegediend, toegepast en uitgehard binnen de productieomgeving van de klant.

Testen en valideren: Speciaal gebouwde testmethoden worden ontwikkeld om aan te tonen dat de uiteindelijke binding voldoet aan de vereiste mechanische, thermische, chemische en milieuprestatiecriteria.

Productie-integratie: Het gekozen proces is afgestemd op productiebeperkingen, kwaliteitseisen en de bredere workflow van batterijassemblage.

Deze combinatie van materiaalkennis, testexpertise en productietechniek helpt klanten technische onzekerheid te verminderen en van concept naar implementatie over te gaan.

Lees meer over onze bredere mogelijkheden in auto-innovatie, EV-systemen en slimme productie.

De Toekomst van de Productie Verbinden

Kleefverbindingen bieden ingenieurs nieuwe mogelijkheden om materialen te combineren, gewicht te verminderen en meerdere functies in één oplossing te integreren.

In batterijen van elektrische voertuigen kunnen lijmen en gietmiddelen bijdragen aan structurele stabiliteit, afdichting, thermisch beheer en elektrische isolatie. Hun veelzijdigheid maakt ze ook steeds relevanter voor andere sectoren die op zoek zijn naar lichtere, efficiëntere en meer geïntegreerde producten.

Het realiseren van deze voordelen vereist meer dan alleen het selecteren van een product uit een catalogus. Het vereist specialistische kennis van materialen, oppervlakken, processen en validatie.

Door diepgaande technische expertise te koppelen met praktische laboratoriumcapaciteiten, helpt Akkodis klanten complexe bondingvereisten om te zetten in robuuste, schaalbare productieoplossingen.