有个理想 2025-01-02 21:25 四川
动力电池起火是由于极端情况下，电池包内部的电芯发生了“热失效”（电芯放热连锁反应引起其温度不可控上升的现象），并且在电芯间产生了热蔓延，导致电池包产生了热失控。
动力电池起火模拟过程
测试数据表明，热失效后的三元体系电芯表面最高温度可达到800℃以上，足以熔化铝合金材料。对于搭载三元体系电芯的电池包，电芯间在没有隔热措施的情况下，只要有一颗电芯热失效，会导致相邻电芯的温度也迅速提高，进而导致其接二连三地产生热失效，即热扩散现象，最终引起整个动力电池的起火。
因此，在动力电池内部，做好电芯与电芯之间的“隔热”防护，是防止动力电池起火的关键措施之一。
在国家标准GB 38031-2020 - 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中，对于电动汽车的热安全性要求为：电池包或系统在由于单个电池热失效引起热扩散，进而导致乘员舱发生危险之前5分钟，应提供一个热事件报警信号。也就意味着：动力电池只要能够在预警后5分钟后起火，原则上即满足最低的安全准入门槛。
但是，安全问题无小事，只有做到电池“不起火”，才是动力电池行业合格的起点。电芯之间的隔热材料可以在电池发生热失控时，通过隔热和阻燃来延缓或阻止热量的传播，从而防止或减缓电池包内电芯之间的热扩散。
如果将电芯之间的热扩散比喻为一组多米诺骨牌，那么隔热材料就是在骨牌之间竖立了一堵坚实城墙。
01
将目光转向太空
目前，在动力电池行业内广泛应用的明星级隔热产品，是“纤维复合气凝胶”隔热材料。
作为一款高性能的隔热材料，“纤维复合气凝胶”由纤维和纳米二氧化硅（SiO2）粉体组成。其中，纤维提供机械支撑和承载粉体的作用；二氧化硅（SiO2）粉体起主要的隔热作用，其形成的纳米多孔结构，抑制热传导和热对流，从而获得极低的导热系数（0.013~0.021 W/m·K），赋予材料整体优异的隔热性能。
得益于气凝胶材料的应用，目前大部分的整车和动力电池企业，均能够实现“在一颗电芯热失效的情况下，电池不起火”的安全指标。但受限于传统纤维复合气凝胶的材料结构和制造工艺，其有效隔热成分含量无法进一步提升，并且，材料的可设计潜力较小，使得其隔热性能无法进一步提升。
那么，有没有其他的解决方案，能够进一步提升材料的隔热性能呢？也许，是时候把目光转向浩瀚的太空……
- 2020年7月23日，“天问一号”火星探测器顺利升空；
- 2022 年 7 月 24 日，中国空间站“问天实验舱”顺利升空；
- 2024年5月3日，“嫦娥六号”月球探测器顺利升空……
航天探测器在太空环境中需要优异的隔热性能
来保障设备的可靠性
太空中的环境极其恶劣，各型探测器在太阳光线直射的情况下，温度可达到120℃以上，而在没有太阳直射的情况下，其温度又会迅速降低至-100℃以下。航天器需要在这样的温度交变环境中被“反复蹂躏”，同时保证极高的可靠性。因此，航天器也面临着“隔热”的挑战。
既然有着相似的诉求，那么动力电池的隔热问题在航天领域是否能够找到更优的解决方案呢？现在，理想汽车和中国航天共同找到的答案是：“纳米燚盾”材料！
02
追求极致的安全
“纳米燚盾”，其本质上仍属于硅系隔热材料，但是，相比传统的“纤维复合气凝胶”，其有以下几点优势：
固相“壁垒”防护：“纳米燚盾”中的主体隔热成分，采用CVD法制备，并配合热压工艺，可以大幅提高核心隔热成分的占比，通过其形成更多的纳米多孔结构，实现无限长的固体壁垒热传导路径，并将空气“束缚”在纳米孔中，来抑制热对流和热传导，从而获得超低的导热系数。
高温抗辐射：一般纳米硅系材料对热辐射接近透明，而随着温度升高，热辐射逐渐占据传热的主导地位。“纳米燚盾”进行针对性的配方设计，添加特定红外波段的反辐射成分，有效遏制中高温段的热辐射传导，大幅降低热失效电芯到相邻电芯的辐射热量，从而改善隔热性能。
高温结构稳定性：通过引入微米、纳米级无机粉体及增强无机纤维等材料，并根据不同使用场景开展定制优化设计，使得产品的高温稳定性更高。
特种功能性涂层：常规纳米材料具有粉体易脱落，不易封装的问题。在“纳米燚盾”产品中，我们针对性开发了封装涂层，涂层具有超疏水和透气效果，有助于抑制外界温度变化导致的隔热垫内外压差增大的变化，降低涂层与纳米板分层的可能性，创新性的解决了纳米隔热材料的应用瓶颈问题。
经测试验证，“纳米燚盾”的隔热性能与传统的纤维复合气凝胶材料相比，隔热性能有明显的提升：
在材料层级，“纳米燚盾”具备了超低的导热系数，其在200℃、400℃、600℃和800℃的温度下，相比纤维复合气凝胶隔热材料的导热系数分别降低了31.4%、42.4%、51.6%和57.5%。温度越高，其导热系数的优势越明显。
在产品层级，以行业内最普遍采用的隔热垫厚度进行对比测试可知：
在2.5毫米厚度下，采用800℃加热板加热20分钟后，纤维复合气凝胶隔热垫的背温温度为270℃，而“纳米燚盾”材料在相同的条件下，背温温度可低至200℃，其隔热性能可提升70℃。
在3.2毫米厚度下，采用800℃加热板加热20分钟后，纤维复合气凝胶隔热垫的备温温度为260℃，而“纳米燚盾”材料在相同的条件下，背温温度可低至180℃，其隔热性能可提升80℃。
在800℃的高温环境中，“纳米燚盾”的隔热性能是现有纤维增强纳米复合材料的二倍以上，相同条件下，背温可降低近70℃，产品可耐上千摄氏度的高温火焰的热冲击。
下面以更直观的形式向大家展示“纳米燚盾”的隔热能力：
同时在2块钢板上做煎鸡蛋试验：2组火焰+不锈钢钢板，其中1组在钢板下增加隔热材料。
“纳米燚盾”材料，作为理想汽车和中国航天共同努力的结晶，将为动力电池的隔热方案叠加极致增效的“太空材料buff”。
加微信，进群深度交流理想长期基本面。不是车友群。
