Применение полиметакрилиимида в аккумуляторах электромобилей производители

Когда слышишь про полиметакрилиимид в контексте батарей для электрокаров, первое, что приходит в голову — это панацея от перегрева. Но на практике всё сложнее. Помню, как в 2019-м мы с командой из АО Баодин Вайзе Новый Материал Технология тестировали ПМИ-плиты для модулей Tesla Model 3 — тогда многие думали, что достаточно просто заменить стандартные сепараторы на что-то ?суперлёгкое?. Оказалось, что термостабильность материала — это лишь полдела, а вот адгезия к электродам при циклических нагрузках создала нам головную боль на месяцы.

Почему ПМИ — не просто ?ещё один полимер?

Если брать технические характеристики, полиметакрилиимид выдерживает до 240°C без деформации — это почти вдвое выше, чем у распространённых аналогов вроде поликарбонатов. Но ключевой нюанс, который часто упускают в статьях, — это гигроскопичность. На одном из проектов для китайского производителя батарей мы столкнулись с тем, что ПМИ-пластины впитывали влагу из воздуха в цеху, что приводило к микрокоротким замыканиям при сборке модулей. Пришлось разрабатывать вакуумную упаковку для хранения — мелочь, о которой не пишут в учебниках.

Кстати, у Визайт (https://www.visight.ru) в 2022-м был кейс с доработкой состава ПМИ для морского климата — их заказчик из Шанхая жаловался на вспучивание изоляторов в аккумуляторах для портовых электропогрузчиков. Добавка фторсодержащих присадок снизила водопоглощение на 70%, но пришлось пожертвовать частью прочности на излом. Такие компромиссы — обычное дело в работе с композитами.

Ещё один момент — ударная вязкость. В отчётах пишут про 25 кДж/м2, но при -20°C показатель падает вдвое. Для скандинавских рынков это критично: в Норвегии при тестах на морозе треснули 3 из 10 экспериментальных ячеек с ПМИ-сепараторами. Не катастрофа, но пришлось ламинировать материал стеклотканью — и вот тут уже стоимость выросла на 30%.

Реальные кейсы от производителей

В 2021-м АО Баодин Вайзе поставляла ПМИ-пену для батарейных отсеков Xpeng P7 — там материал использовали как термобарьер между цилиндрами 4680. Инженеры жаловались на сложность фрезеровки пазов под охлаждающие трубки: при скоростной обработке края плавились, приходилось переходить на лазерную резку с азотной продувкой. Кстати, именно тогда мы осознали, что стандартные ЧПУ для ПМИ не подходят — нужны специализированные станки с водяным охлаждением.

А вот провальный пример: в Германии стартап пытался сделать полностью ПМИ-корпус для аккумулятора, чтобы сэкономить 400 г веса. Но при краш-тестах конструкция не прошла — модули деформировались, хотя сам материал остался целым. Ошибка была в расчёте точек крепления: ПМИ не терпит концентраторов напряжения, нужны распределённые нагрузки. Теперь этот кейс разбирают на внутренних семинарах в Визайт как пример важности механики, а не только химии.

Интересно, что корейские конкуренты до сих пор избегают ПМИ в силовых элементах — предпочитают армированный полиэфиркетон. Но для вспомогательных компонентов, например, изоляторов шин, ПМИ отлично работает. У нас в прошлом месяце был заказ на 5000 комплектов таких изоляторов для электробусов — там важна не только термостойкость, но и диэлектрическая прочность при вибрации.

Технологические тонкости обработки

Литьё ПМИ — это отдельная история. Материал склонен к образованию газовых пузырей при температуре выше 190°C, поэтому вакуумное литьё обязательно. На заводе в Баодине для этого переоборудовали целый цех — установили шлюзовые камеры для подачи гранул. Зато теперь можем делать детали сложной геометрии для батарейных кожухов с толщиной стенки до 0,8 мм.

Проблема с утилизацией отходов — часто замалчивается. При механической обработке ПМИ образуется мелкодисперсная пыль, которая требует специальных фильтров. В 2020-м мы понесли штрафы за выбросы на производстве в Нинбо — пришлось экранировать все конвейеры. Сейчас Визайт разрабатывает технологию рециклинга обрезков через растворение в диметилформамиде, но пока выход готового продукта всего 60%.

Ещё один нюанс — совместимость с клеями. Большинство эпоксидных составов плохо держатся на поверхности ПМИ без плазменной активации. Для батарей это критично: отклеившийся терморассеиватель может замкнуть контакты. Пришлось совместно с Henzel разрабатывать специализированный праймер — сейчас он идёт в комплекте с ПМИ-листами от Визайт.

Экономика vs надёжность

Себестоимость ПМИ в 3-4 раза выше, чем у стандартных АБС-пластиков, но для премиальных электромобилей это оправдано. Например, в батареях Lucid Air используют ПМИ-сепараторы между ячейками — там выигрыш в весе на 15% дал дополнительных 12 км пробега. Но для массовых моделей вроде Volkswagen ID.3 от ПМИ пока отказались — слишком дорого для их ценового сегмента.

Любопытный тренд: китайские производители начинают применять ПМИ не в самих батареях, а в системах охлаждения. Теплопроводность у материала невысокая, зато можно делать каналы сложной формы методом 3D-печати. В Шэньчжэне уже запустили пилотную линию по производству таких теплообменников для BYD.

Перспективы? Думаю, следующий прорыв будет в гибридных композитах — например, ПМИ с углеродным волокном для несущих рам аккумуляторов. У Визайт уже есть прототипы с удельной прочностью 180 МПа/г, но пока стоимость зашкаливает. Если удастся снизить цену на 40%, такие решения могут перевернуть рынок.

Что остаётся за кадром

Мало кто пишет о проблемах сертификации. ПМИ с добавками антипиренов требует отдельных испытаний по UL 2596 — это затягивает выход на рынок на 8-12 месяцев. Мы в 2023-м потратили 14 месяцев на сертификацию для европейского рынка, потому что пришлось доказывать стабильность свойств при циклическом нагреве до 150°C.

Ещё один подводный камень — логистика. ПМИ-листы чувствительны к УФ-излучению, поэтому транспортировка требует затемнённой упаковки. При поставках в ОАЭ одна партия испортилась из-за того, что контейнер стоял на солнце — материал пожелтел и потерял 20% прочности.

И главное: не стоит рассматривать полиметакрилиимид как универсальное решение. Это инструмент для конкретных задач — там, где критичны вес и термостойкость. Как говорил наш техдиректор в Визайт: ?ПМИ не делает батарею лучше — он просто не даёт ей сгореть в критических условиях?. И это, пожалуй, лучший итог для всего сказанного.