动力电池包改性耐火隔热毡薄至1mm的隔热材料

     2021-09-15 次浏览

被动防护的很大一部分工作是传递给零部件企业或材料企业，他们需要提供好的防爆产品和耐火隔热材料。动力电池包层面重要的工作则是构建一个有效的防护系统，将各种方案和技术配置一个最适合自己的设计。而广州市绿原环保材料有限公司研发的德耐隆改性耐火隔热毡成本更低效果更好的抑制热失控蔓延。

德耐隆改性耐火隔热毡材料能在各种电子设备和汽车应用中脱颖而出，并且能应对大容量动力电池系统和其他部件的设计和生产的挑战，主要归功于以下特点：

•产品密度150kg/m³（GB/T5480-2008）

•长期服务温度 -200℃至1200℃ （GB/T17430-1998；ASTM C 447）

•压缩强度（变形10%:≥67kPa；变形25%:≥250kPa）

•产品憎水率≥98%（GB/T10299-2011）

•导热系数不高于0.02W/m.k（GB/T10295-2008；ASTM C 447）

•加热线收缩率＜2%@650℃（ASTM C 356）

•燃烧等级 A级（GB 8624-2012）

该产品由二氧化硅及陶瓷纤维毡复合制备而成，产品内部具有纳米级 空隙可以减慢热传导，提供最低的热传导值,抗热冲击性优异。该纤维毡能够在压缩70%后完全回弹，能够承受自身重量的数千倍的重压而不发生碎裂，过千次压缩循环测试后仍具有很好的回弹性。更重要的是，这种纳米氧化硅纤维毡能够在1500℃丁烷火焰和液氮中保持良好的柔性，长期使用温度为1200℃。高温下稳定性好，不脆裂。可作为高温隔热密封垫，阻隔热短路，熔融金属处密封垫,隔离(防烧结)材料领域。

基于相变材料的抑制电池组高温热失控而填充制备了热响应、超强、超薄（1 mm）的柔性德耐隆改性耐火隔热毡复合材料，用于分级抑制电芯之间热失控蔓延。改性耐火隔热毡中的改性材料在正常条件下具有可靠的导热性，在高温下具有较高的热灵敏度。热失控产生后随着电芯的高温会引起德耐隆改性耐火隔热毡的汽化，伴随吸收大量的热量，并释放大量的灭火剂。改性材料释放后剩余的德耐隆改性耐火隔热毡，具有超低的热导率小于（0.02W/m.k），可以继续阻止热量电芯之间传递，在一定程度上抑制系统级的热失控。因此，带有这种改性耐火隔热毡的电池组在正常工作温度下显能够正常热管理，并且在异常条件下具有很高的阻断热失控的能力。此外，它具有可批量化生产、加工性能好、触发温度可调等特点，可用于制造一系列先进、安全、耐用的改性耐火隔热毡。其应用领域甚至可以扩充到油罐应急材料、空间探测和消防设备等。

03结语与展望

多并联电芯配置的模组中热失控如果时间足够长，后面的电芯就能把电量放走，使之SOC下降，让热失控扩散到周边的电芯从而增加其他电芯温度飙升。动力电池组的热失控蔓延的影响因素主要是热传导。

多并联电芯热失控有三个过程，诱发、温度过高致电芯内部有喷发和着火蔓延。电池包热失控有各种各样的诱因，已经有很多的测试数据了。电芯内部温度到达一定之后就会产生喷发和着火，这主要原因是由电解液的状态、电解液的沸点决定的。有一次喷发、二次喷发最后是着火蔓延。

通过使用超低热导率材料来实现电芯之间高效的热失控阻断，是近年来许多材料商的发展目标。但超低热导率材料必须能满足耐温高。特别是对于锂电池耐温必须超过1200℃的前提条件。

近年来随着新能源锂电池的广泛发展和应用，锂电池的能量密度一直在提升，电动汽车的电池包续航时间不断延长。在新能源汽车发展飞速的背后电池包安全性质疑从未停止，由锂电池引发的火灾、爆炸的事件也越来越多。

锂电池体积能量密度的不断上升，锂电池的热失控触发温度也在持续的降低，从拟合结果来看，电池的体积能量密度每提高1Wh/L，电池的热失控触发温度就要下降0.42℃。

为了实现热失控蔓延的延迟或者阻断，也可以通过蜂窝式单独腔体结构或仿熔断器的镍带设计等方式来防止热失控蔓延，这是目前比较常用的解决方案。考虑到成本和电池包体积重量问题和需要主动性抑制电芯与电芯间的热传递，我们需要一种更轻薄更高效的材料介入。在电芯与电芯之间的热传递过程中，热触发的德耐隆改性耐火隔热毡会被释放，材料本身的超低热导率及良好的柔性和1500℃以上的高耐温等级使其有效地抑制隔断温度的传递，从而抑制了电池组件的着火蔓延。

利用德耐隆改性耐火隔热毡来实现热触发的吸热、灭火和隔热。基于德耐隆改性耐火隔热毡的多孔特性和内部具有纳米级空隙可以减慢热传导，提供最低的热传导值，抗热冲击。德耐隆改性耐火隔热毡的耐高温性能和超低热导率（0.02W/m.k）对电池热失控蔓延过程影响较大。通过对热失控传播过程的分析,我们发现在德耐隆改性耐火隔热毡热管理条件下，热失控具有“局部性”的特点，德耐隆改性耐火隔热毡能够保护电池模组内的电芯之间不受热失控产生的高温的影响。