Hitzebeständige Strukturklebstoffe: Schlüsseltechnologie für die Batteriesicherheit

2025-11-25

Angesichts der rasanten Elektrifizierung in der Automobil-, Energiespeicher- und Unterhaltungselektronikbranche hat sich die Batteriesicherheit zu einer der wichtigsten technischen Herausforderungen weltweit entwickelt. Mit steigender Energiedichte und zunehmenden Ladegeschwindigkeiten rücken thermische Risiken wie thermisches Durchgehen, Überhitzung und Flammenausbreitung immer stärker in den Fokus der Industrie. Unter den verschiedenen technischen Lösungsansätzen etablieren sich hitzebeständige Strukturklebstoffe als Schlüsseltechnologie zur Erhöhung der Sicherheit von Batteriemodulen, zur Optimierung der strukturellen Stabilität und zur Verbesserung der Langzeitleistung.

Strukturklebstoffe sind heute weit mehr als nur Bindemittel – sie haben sich zu multifunktionalen Werkstoffen entwickelt, die Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit, Isolierung, Schwingungsdämpfung, Brandschutz und sogar Gewichtsreduzierung vereinen. Ihre Rolle bei der Entwicklung von Akkupacks der nächsten Generation gewinnt zunehmend an Bedeutung.

1. Warum die Batteriesicherheit hitzebeständige Strukturklebstoffe erfordert

Akkus arbeiten unter komplexen und anspruchsvollen Bedingungen, darunter schwankende Temperaturen, Vibrationen, Stöße, Feuchtigkeit und Chemikalien. Mit steigender Energiedichte erzeugen Akkus sowohl beim Laden als auch beim Entladen mehr Wärme. Im Extremfall kann Überhitzung zu einem thermischen Durchgehen führen, was Brandgefahr, strukturelle Verformungen oder den Ausfall interner Komponenten zur Folge haben kann.

Herkömmliche Metallbefestigungselemente, allgemeine Klebstoffe oder Dichtstoffe erfüllen diese hohen Leistungsanforderungen oft nicht, weil sie:

• Weichen oder zersetzen sich bei hohen Temperaturen

• Verlust der Bindungsstärke bei Temperaturwechseln

• Es gelingt nicht, die Wärme effektiv zu isolieren.

• Rissbildung durch langfristige Vibrationen oder Stöße

• Erhöhung des Gewichts des Akkupacks und der Komplexität der Montage

Hitzebeständige Strukturklebstoffe lösen diese Probleme, indem sie eine ausgezeichnete thermische Stabilität und starke Haftung bei erhöhten Temperaturen bieten und so die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Akkus auch unter extremen Bedingungen gewährleisten.

2. Wesentliche Vorteile hitzebeständiger Strukturklebstoffe in Batterieanwendungen

(1) Hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit

Hochwertige Strukturklebstoffe behalten ihre Klebkraft auch bei Temperaturen über 150–200 °C, und einige moderne Formulierungen, wie z. B. epoxidmodifizierte Systeme, halten kurzzeitiger Einwirkung von bis zu 300 °C stand. Dadurch eignen sie sich ideal für:

• EV-Antriebsbatterien

• Hochleistungsbatteriemodule

• Energiespeichersysteme, die externer Wärme ausgesetzt sind

Unter solchen Bedingungen trägt der Klebstoff dazu bei, die Integrität der Batteriestruktur zu erhalten und eine Trennung oder Verformung der Komponenten zu verhindern.

(2) Verbesserte thermische Durchgeh-Minderung

Bei Überhitzung von Batterien muss jede Komponente als Barriere gegen die Wärmeausbreitung wirken. Hitzebeständige Klebstoffe gewährleisten Folgendes:

• Geringe Wärmeleitfähigkeit

• Wärmedämmung zwischen den Zellen

• Flammschutzeigenschaften (UL94 V-0 / V-1)

• Stabilisierung des Zellabstands

Diese Funktionen tragen dazu bei, die Flammenausbreitung zu verlangsamen und den Sicherheitssystemen mehr Reaktionszeit zu geben, um aktiviert zu werden.

(3) Hohe Festigkeit und Schlagfestigkeit

Akkus sind mechanischen Belastungen durch Fahrbahnvibrationen, Stürze oder Fahrzeugkollisionen ausgesetzt. Strukturklebstoffe bieten folgende Vorteile:

• Hohe Scher- und Zugfestigkeit

• Langzeit-Ermüdungsbeständigkeit

• Elastizität zur Stoßdämpfung

Im Vergleich zu Schrauben oder Schweißen tragen Klebstoffe dazu bei, mechanische Lasten gleichmäßig auf Oberflächen zu verteilen und so die strukturelle Spannungskonzentration zu reduzieren.

(4) Ermöglicht ein leichtes Akku-Design

Herkömmliche Befestigungsmethoden (Nieten, Winkel, Schrauben) erhöhen das Gewicht und verkomplizieren die Montage. Strukturklebstoffe:

• Metallbefestigungen ersetzen

• Teileanzahl reduzieren

• Flexibilität im Support-Design

• Ermöglicht das Verbinden unterschiedlicher Materialien wie Aluminium, Verbundwerkstoffe und Kunststoffe.

Dies trägt zu leichteren und kompakteren Akkupacks bei, wodurch die Energieeffizienz und die Reichweite verbessert werden.

(5) Erhöhte Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen

Hitzebeständige Klebstoffe bieten außerdem folgende Vorteile:

• Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Chemikalien

• Beständigkeit unter thermischer Ausdehnung und Kontraktion

• Langzeitstabilität über Tausende von Lade-/Entladezyklen

Dadurch wird sichergestellt, dass die Batterie ihre Leistungsfähigkeit auch unter extremen Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit, Temperaturschwankungen oder Langstreckentransporten beibehält.

3. Wichtigste Anwendungsbereiche in der Batterieentwicklung

(1) Zell-Zell-Bindung

Hitzebeständige Strukturklebstoffe erhalten den Zellabstand und verbessern die Wärmedämmung. Sie reduzieren Vibrationsschäden und tragen zur Eindämmung der Wärmeausbreitung bei.

(2) Batteriemodul-Verbindung

Strukturklebstoffe verbinden:

• Zellarrays

• Modulrahmen

• Kühlplatten

• Strukturelle Verstärkungen

Dadurch wird sichergestellt, dass das Modul auch unter thermischer Belastung robust und stabil bleibt.

(3) Abdichtung des Batteriegehäuses

Akkupacks benötigen einen Dichtungsschutz gegen:

• Wasser

• Staub

• Chemikalien

• Thermische Zyklen

Hitzebeständige Klebstoffe tragen zur Verstärkung von Metall-/Verbundgehäusen bei und bieten gleichzeitig einen lang anhaltenden Schutz.

(4) Integration des Kühlsystems

Von Wärmeleitpads bis hin zu Kühlrohren – Klebstoffe helfen bei der Wärmeableitung, indem sie Bauteile sicher und ohne mechanische Eingriffe miteinander verbinden.

(5) Feuerfeste Barrieren oder Isolierschichten

Moderne Klebstoffe, die mit Keramik- oder Glimmerfüllstoffen angereichert sind, können als interne feuerhemmende Schichten innerhalb der Verpackung dienen.

4. Technologische Entwicklungstrends bei hitzebeständigen Strukturklebstoffen

Trend 1: Höhere Temperaturbeständigkeit

Zukünftige Batteriesysteme (Festkörperbatterien, Schnellladefunktion) benötigen Klebstoffe, die Temperaturen von 250–350 °C standhalten können.

Trend 2: Integration von Flammschutzsystemen

Neue Rezepturen integrieren keramische Mikropulver und Nanomaterialien, um die Flammwidrigkeit und Wärmedämmung zu verbessern.

Trend 3: Schnellere Aushärtung für eine hocheffiziente Produktion

Um die Effizienz von Gigafactorys zu unterstützen, werden Klebstoffe zunehmend eingesetzt:

• UV-härtbar

• Schnellhärtung bei niedrigen Temperaturen

• Kompatibel mit automatisierter Dosierung

Trend 4: Kompatibilität von leichten Verbundwerkstoffen

Da bei der Herstellung von Batteriepacks zunehmend Verbundwerkstoffe und Aluminiumlegierungen zum Einsatz kommen, müssen Klebstoffe eine überlegene Haftung auf gemischten Substraten gewährleisten.

Trend 5: Einhaltung von Umwelt- und Regulierungsbestimmungen

Rezepturen mit niedrigem VOC-Gehalt, geringer Toxizität und Recyclingfähigkeit werden weltweit zum Standard, insbesondere für Automobilhersteller.

5. Warum Klebstoffe gegenüber mechanischen Befestigungsmitteln immer bevorzugt werden

Mit der Weiterentwicklung von Batterien bieten Strukturklebstoffe gegenüber Schrauben, Nieten oder Schweißen mehrere Vorteile:

Deshalb werden Klebstoffe für die moderne Batteriesicherheitstechnik, insbesondere in Elektrofahrzeug- und Energiespeichersystemen, immer wichtiger.

6. Wie man den richtigen hitzebeständigen Strukturklebstoff auswählt

Bei der Auswahl von Klebstoffen sollten Hersteller Folgendes berücksichtigen:

1. Temperaturbeständigkeitsbereich

Stellen Sie sicher, dass es die Betriebs- und Notfalltemperaturanforderungen des Akkus erfüllt.

2. Anforderungen an die strukturelle Festigkeit

Scherfestigkeit/Zugfestigkeit, Schälfestigkeit und Ermüdungsverhalten bewerten.

3. Flammschutzklasse

Für sicherheitskritische Bereiche sollten Klebstoffe gemäß UL94 V-0/V-1 bevorzugt werden.

4. Kompatibilität mit Substraten

Aluminium, Stahl, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe – Klebstoffe sollten alle wichtigen Materialien miteinander verbinden.

5. Dosier- und Aushärtungsgeschwindigkeit

Eignung für automatisierte Fertigungslinien ermitteln.

6. Langzeitstabilität

Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, Chemikalien, Vibrationen und Temperaturschwankungen ist unerlässlich.

7. Einhaltung von Umweltauflagen

Niedrige VOC-Grenzwerte sowie die Einhaltung von RoHS und REACH sind für globale Märkte obligatorisch.

Abschluss

Mit der zunehmenden globalen Elektrifizierung werden die Herausforderungen für die Batteriesicherheit immer komplexer, insbesondere durch den Aufstieg von Schnellladetechnologien und Hochenergie-Batterien. Hitzebeständige Strukturklebstoffe gelten zunehmend als Schlüssellösung, um die Zuverlässigkeit von Batterien zu erhöhen, thermisches Durchgehen zu verlangsamen, Bauteilausfälle zu reduzieren und die strukturelle Integrität zu optimieren. Dank ihrer Vorteile wie hoher thermischer Stabilität, starker Haftung, Flammschutz und Designflexibilität entwickeln sie sich zu einem Kernmaterial in der Entwicklung von Batteriepacks der nächsten Generation.

Von Elektrofahrzeugen über Energiespeichersysteme bis hin zu Unterhaltungselektronik verändern diese Klebstoffe die Art und Weise, wie Batteriepacks entwickelt und hergestellt werden – und spielen eine entscheidende Rolle dabei, Energiesysteme sicherer, langlebiger und effizienter als je zuvor zu machen.