德耐隆淺談動力電池熱擴散問題的原因及防護方法分析

　　動力電池作為新能源汽車的重要組成部分，其安全性是非常重要的。其中，動力電池的熱擴散問題是一個關鍵點。本文將從動力電池熱擴散問題的原因、熱擴散防護方法的研究與分析等方面進行探討。

　　近幾年，新能源汽車因電池熱失控造成安全事故不斷頻發，動力電池的安全性是車企 、市場 、以及相關 部門機構的重點關注問題 。為推動完善解決該問題 從2015年工信部下發《汽車動力蓄電池行業規范條件》開始，工信部 、環保部 、商務部 , 以及質檢總局等都 對新能源汽車提高標準 ，可見政府表示對動力電池，特別是電池熱失控安全防護的高度重視。

　　一、動力電池熱擴散問題的原因及影響因素

　　動力電池在使用過程中，由于充電或者放電，內部化學物質發生反應，會產生熱量。如果熱量不能得到合理的散熱，就會引起局部溫度升高，甚至導致熱失控。此時，電池發生“熱失控”，會產生火災或者爆炸等嚴重事故。因此，如何解決動力電池的熱擴散成了一個急需解決的問題。

　　動力電池的安全問題可以用“熱失控”來概括，主要是電芯內部達到一定溫度后不可控制 ,溫度上升速度快，引發燃燒甚至爆炸 。其中過熱 、過充 、內部短路 、外部沖擊等是引發熱失控的關鍵因素。 電池的選型和熱設計的不合理會引發電池內部溫度升高過熱;或受到外部劇烈沖擊(針刺 、擠壓 、沖擊等) 使電池短路 。對于電池熱失控的原因，已經有許多研發人員 在進行研究分析。 當一個電池單體發生熱失控之后，其相鄰單體受影響后也可能相繼發生熱失控，導致熱失控蔓延，最終引發安全事故。

　　二、熱擴散防護方法的研究與分析

　　1.改變電池結構

　　目前，改變電池結構也是比較常見的解決辦法。一般來說，加厚電池結構可以提高電池的耐受性能。同時，還可以增加電池內部的接觸面積，提高電池的散熱效果。此外，還可以通過改變電池殼材質，提高整個電池的耐高溫能力。

　　2.應用隔熱材料

　　隔熱材料的應用也是比較常見的熱擴散防護方法。隔熱材料不僅可以隔絕熱量，還可以防止熱量從電池內部逃逸。一般來說，聚氨酯、硅酸鹽以及改性耐火隔熱氈復合材料等都可以作為隔熱材料。它們可以通過敷貼、補漏等方式，實現對電池的熱量隔離。

　　3.利用冷卻系統

　　利用冷卻系統也是一個很好的熱擴散防護方法。這種方法中，可以使用液冷、風冷等方式來降低電池的溫度。目前，很多電動車都采用了液冷系統。電池散熱片、風扇和潤滑油等部件的應用，可以有效地將電池的溫度控制在合理范圍內。

　　4.智能控制

　　　　智能控制技術也可以幫助解決動力電池的熱擴散問題。在電池管理系統中，可以預測電池工作狀態，以及電池內部的溫度變化。在電池發生熱失控現象前，就可以進行預警，并采取措施控制電池溫度。

　　三、熱失控的對比方法

　　以上所述的熱擴散防護方法中，每一種方法都有其優缺點。改變電池結構可以提高電池的耐受性能，但是需要加厚電池結構，增加重量，導致其能量密度變低。應用隔熱材料可以隔絕熱量，但是部件安裝較為困難。利用冷卻系統可以降低電池的溫度，但是會增加電池的成本和復雜性。而智能控制技術可以預警和控制電池溫度，但是需要支持較高的信息技術。

　　基于熱失控的原因對防護方式進行分析 , 電池的選型雖然是關鍵的內因 ,但為保證電池整體性能和成本目標 , 內部料包的配比已基本確定 。 通過優化結構 、增強熱防護等成為電池廠和整車廠改善熱擴散性能的首選 。

　　在對電芯 、模組以及電池包級別測試后的電 池均進行拆解分析 , 通過拆解熱失控測試 后的電池包 、模組以及內部的電芯 ,觀察電池的防護設計 、結構件等 ,特別是電芯內部氣道走向以及不同位置電芯的 燒損狀態等 ,可以有效的評估發生熱失控時 ,模組內 部的影響 。為優化前后模組熱擴散測試后電芯內部的狀態 ,依次是首包電芯(與加熱片相 鄰) 、中間位置電芯 、尾包電芯(遠離加熱片) 的狀態 。

　　從對比電芯內部狀態可以看出 ,優化前噴射的路 徑比較分散 ,頂部 、兩側均有噴射的軌跡;且從電芯大 面來看 ,整個模組內的電芯燃燒的劇烈程度相當 。而優化后的模組 ,拆解后電芯內噴射的路徑相對一致均 從頂部噴射孔的位置排出 ,且從貼近加熱片位置到遠 離加熱片位置的電芯燃燒劇烈程度依次減弱 ,在最后 一包電芯內噴發留下的紋理比首包電芯的痕跡要模糊很多 。

　　四、電池包中隔熱層布置

　　電池包內使用的隔熱材料除了導熱系數低之外，還需具備阻燃、絕緣、柔軟杠高溫和質量輕等特點。

　　德耐隆改性耐火隔熱氈復合材料作為電池包的隔熱層，德耐隆改性耐火隔熱氈形狀可根據實際需求進行裁剪加工，由于電池包內模組表面形狀不規整，周邊布置有高壓銅排和低壓線束，因此將保溫層仿形粘貼在下箱體和上殼體內壁。

　　為了響應相關部門提出的“雙碳”戰略需求和相關部門發布的《2022年汽車標準化工作要點》。廣州市綠原環保材料有限公司打造新能源熱防護體系新材料，創新性地推出了“二氧化硅及陶瓷纖維材料”，可承受的溫度范圍在-200°C至1200°C之間。

　　社會的發展和新能源政策的相繼落實，這意味著，不久的將來，國內的新能源汽車（包括乘用車和商用車），或將安裝動力電池熱失控探測及滅火裝置。

　　近年來關于鋰離子電池引發火災甚至爆炸事故的報道屢見不鮮。鋰離子動力電池在不同的環境溫度下表現出不同的特性。高溫環境下，動力電池在大倍率充放電過程中會發生劇烈的化學反應，產生大量的熱量，如果動力電池產生的熱量無法及時疏解會在動力電池內部積累導致動力電池溫度升高，嚴重時可能發生爆炸。

　　目前，市面上部分復合隔熱材料的溫度上限一般只有650℃，難以達到新能源汽車電池800℃以上的隔熱要求。廣州市綠原環保材料有限公司的研發團隊經過不斷地試驗及調劑配方，開發出具備阻燃、絕緣、柔軟杠高溫和質量輕等特點的改性耐火保溫隔熱氈復合材料---德耐隆Telite。

　　德耐隆Telite改性耐火保溫隔熱氈復合材料由二氧化硅及陶瓷纖維氈復合制備而成，同時還具備低導熱率、低密度、可壓縮、可回彈、不掉粉、不掉渣的純無機材料，承受的溫度范圍達到-200°C至1200°C，可根據客戶的真實環境應用需求，提供節能保溫、防火阻燃、隔音降噪等功能的綜合解決方案。

　　由于其導熱系數低（不高于0.02W/m.k），穿選材料的熱量不斷弱化，材料低吸熱性能保持低熱量幅射輸出水平，從而確保降低熱量損耗（或侵入）。所以德耐隆Telite改性耐火保溫隔熱氈復合材料除應用于新能源汽車電池外，還可用于提高艦艇的動力裝置熱、聲環境控制、隔熱防護、減振降噪。同時，該材料廣泛應用于石油管道、電子元件、航空航天等領域。

　　五、總結

　　目前動力電池追求高能量比、高安全性和低成本，對電池組裝過程中的質量和安全性提出了更高的要求，無論是軟包電池還是方形電池，其電池間的隔熱材料均存在各種局限性，無法同時滿足阻燃、耐酸堿、輕質量、高緩沖性能、絕緣及低成本等要求。德耐隆改性耐火隔熱氈恰好實現熱觸發的吸熱、滅火和隔熱。基于德耐隆改性耐火隔熱氈的多孔特性和內部具有納米級空隙可以減慢熱傳導，提供最低的熱傳導值，抗熱沖擊。德耐隆改性耐火隔熱氈的耐高溫性能和超低熱導率（0.02W/m.k）對電池熱失控蔓延過程影響較大。通過對熱失控傳播過程的分析,我們發現在德耐隆改性耐火隔熱氈熱管理條件下，熱失控具有“局部性”的特點，德耐隆改性耐火隔熱氈能夠保護電池模組內的電芯之間不受熱失控產生的高溫的影響。

　　熱擴散是動力電池安全性的一個重要方面，在嘗試各種防護方法的同時，我們也需要不斷探索更優秀的解決方案。未來，可能會有更多的新技術出現，解決動力電池的熱擴散問題，提高新能源汽車的安全性能。動力電池熱防護的改善 ,在電芯性能相當的情況下 ,需要從模組與電池包的外部保護 、高溫氣體熱傳遞方案 、能量釋放 、內部絕緣防護等多角度進行考慮分析 。雖然目前國家針對動力電池包有明確的安全要求,沒有對模組或者電芯級別定義熱失控測試的 具體標準 ,從電池系統中小單元的優化 , 同樣對于整個電池系統也會有更好的影響 。