聖戈班電池材料保護解決方案

2021年09月24日

日常生活中處處需要電池

舉凡玩具、遙控器、鬧鐘、手機、平板電腦、甚至是汽車

尤其是近幾年新能源汽車的發展

越來越多人購買電動汽車

而智能電動汽車迎來了“黃金時代”

在全面轉型電氣化的過程中

電動汽車電池卻頻頻“起火”

潛在的安全隱患讓人擔憂

其中，電池製造商就面臨雙向壓力

一方面，政策規定單體電池熱失控後

電池系統五分鐘不起火

另一方面汽車製造商為了降低成本

推進大模組、CTP方案

這些勢必讓電芯佈局更加緊湊

對“熱”的管理要求更高

其實是各家公司為了電池不起火

相繼推出電池解決方案

而這些方案都能有哪些作用呢？

電池起火的本質是熱失控，一般是內部化學反應產熱，高溫逐步破壞SEI膜，使正負極材料和電解質進一步反應，生成更多的熱量和氣體，隔膜破壞造成內短路後熱量快速釋放，最後正負極直接接觸，引發熱失控。

在熱失控的同時熱量會向其他單體蔓延，引發一連串的電芯、模組、Pack乃至整車其他部位起火，同時會產生大量的高溫氣體，增加內部氣壓。因此，需要電芯材料的選擇和優化。

如圖可知：材料的熱穩定性和安全是預防熱失控的第一步。所以，針對電池本身的安全，整車廠或者電池廠主要方向是在原材料上做一些選擇，或者根據材料本身的特性做一些改良。

如無煙、無明火的刀片電池，“只冒煙、不起火”的動力電池，磷酸鐵鋰體系的電池等等。

從電芯特性上保證熱安全、預防熱失控，更多的是依賴材料本身的特性以及電池廠的技術改良。

整車廠或者電池廠，通過設計來保證熱失控之前整個電池包的安全，一方面是對電池進行散熱，另一方面是防止電芯之間的熱擴散。

如“彈匣電池”，用彈匣的方式給電池做了一個隔熱艙，用網狀納米孔隔熱材料將電芯單獨分隔，避免電芯之間熱蔓延。

在推出的不起火電池中，電芯間的熱防護主要透過隔熱阻燃材料來實現。市面上的熱防護材料主要為氣凝膠、雲母等，它們的壓縮回彈性較差、比較硬，不能較好地應對電芯之間的膨脹問題。

目前，汽車行業內大部分企業選擇泡棉來解決膨脹的問題。但動力電池包伴隨新能源汽車要完成10年以上的運行，在整個生命週期過程中要經歷高溫、低溫、電芯膨脹收縮、振動衝擊等各種情況，一款擁有平緩的壓縮回彈力、不容易損失厚度的泡綿非常重要。

聖戈班 Norseal®PF 系列泡棉產品

為滿足市場上對於泡棉的需求，聖戈班推出 Norseal®PF 系列泡棉產品，除了在電池模組的BOL和EOL階段都能好的吸收電芯膨脹厚度，整個生命週期裡擁有平緩的壓縮回彈力。相比其他產品，聖戈班的泡棉產品，經老化之後厚度損失小，同時能提供定制化解決方案。

聖戈班 Norseal®TRP 泡棉產品

在新國標實施後，泡綿產品隔熱能力有限，可能無法很好解決熱蔓延的問題。泡綿+隔熱材料同時應用雖能解決，但模組變得更複雜，成本也會相應提升。

聖戈班 Norseal®TRP 泡棉產品，就是一款既能隔熱又能解決膨脹問題的產品。這款產品可直接粘接在電芯上，在電芯之間、電芯側面、電芯與端板之間自由組合，解決膨脹的同時，也可以防止熱蔓延。目前，Norseal®TRP 已通過電池廠，在EV平臺送樣，正進行下一步的驗證。

聖戈班 Norseal®FS1000 填料泡棉

目前，幾款大熱新勢車型都在使用聖戈班Norseal®FS1000填料泡綿產品，應用在模組和上蓋之間。這款材料除自帶緩衝功能外，在高溫下也會膨脹，而膨脹阻斷助燃氣體進入，很好解決了材料存在的問題。

電芯及周圍環境會向我們傳遞溫度、電壓、電流、氣壓、氣體、濕度等資訊，這些資訊資料通過BMS可以被監測，根據這些資料建立相應演算法分析模型，以此來提前預測是否會有熱失控的風險提供解決方案，是提前預測電芯熱失控的邏輯。

基於資料對電池的熱擴散、熱失控的基礎特性研究是防止熱失控的重要路徑，但是，現在關於電芯本身的大資料還不夠全面，同時獲取有一定的難度，並且電芯外的環境監測部分可能需要增加額外的感測器，成本就會增加。

所以，提前探測電芯的熱失控來解決起火的問題，在現階段並不容易實現。當前，應更多在防火隔熱解決方案上，延長電池系統不起火的時間。