造成鋰離子動(dòng)力電池?zé)崾Э厥鹿实挠|發(fā)原因很多，根據(jù)觸發(fā)的特征，可以分為機(jī)械觸發(fā)、電觸發(fā)和熱觸發(fā)。3類觸發(fā)形式具有一定的內(nèi)在聯(lián)系。一般地，機(jī)械觸發(fā)會(huì)引發(fā)短路并造成電觸發(fā)，而電觸發(fā)產(chǎn)熱造成了熱觸發(fā)，熱觸發(fā)造成的熱失控是事故觸發(fā)的核心。其他觸發(fā)形式的機(jī)理分析都離不開對于熱觸發(fā)機(jī)理的研究。對于熱觸發(fā)機(jī)理的研究，最為理想的研究儀器是絕熱量熱儀，對于大型動(dòng)力電池而言，需要采用大型動(dòng)力電池量熱儀（EV-ARC）來進(jìn)行熱失控特性的測試。

 

機(jī)械觸發(fā)包括擠壓、針刺、跌落等，主要特征是電池受力發(fā)生形變；電觸發(fā)包括外短路、內(nèi)短路、過充電、過放電等，主要特征是觸發(fā)過程中存在電流流動(dòng)；熱觸發(fā)包括異常加熱、火焰加熱等，主要特征是電池持續(xù)吸收環(huán)境中的熱量而溫度升高。

 

防范熱失控?cái)U(kuò)展

 

首先，需要防止火焰的發(fā)生?？梢酝ㄟ^閥體噴射方向的設(shè)計(jì)，來引導(dǎo)火焰的生成方向；也可以加入滅火劑來進(jìn)行滅火。當(dāng)然，動(dòng)力電池系統(tǒng)通過了安全性測試標(biāo)準(zhǔn)，火焰發(fā)生的概率已經(jīng)得到降低；同時(shí)，動(dòng)力電池系統(tǒng)密封性良好使電池系統(tǒng)內(nèi)部氧氣含量不足，也不利于火焰的生成與發(fā)展。其次，要考慮高溫氣體擴(kuò)散對電池系統(tǒng)其他部件的影響。部分電池已經(jīng)具有能夠及時(shí)排出高溫氣體的系統(tǒng)。

 

同時(shí)，要適當(dāng)阻隔電池之間的傳熱路徑，如在單體電池之間設(shè)置隔熱層。需要注意的是，在熱管理中，電池殼體間可能預(yù)留有空氣空隙以供風(fēng)冷，并將相鄰電池隔開。但是在熱失控?cái)U(kuò)展過程中，熱失控電池膨脹，空氣空隙將因?yàn)殡姵氐呐蛎浂А４藭r(shí)，電池與電池之間的傳熱仍然是快速導(dǎo)熱，用單純預(yù)留空氣空隙的方法防范熱失控?cái)U(kuò)展是行不通的。

 

另外，可以通過在單體熱失控觸發(fā)之后，增強(qiáng)電池系統(tǒng)內(nèi)部的散熱；將故障電池周圍的電池進(jìn)行放電；在電池之間填充相變材料吸收熱量等方法來抑制熱失控的擴(kuò)展。

 

新材料的應(yīng)用

 

多個(gè)分析結(jié)果顯示熱失控的電芯通過電池組外殼向下一節(jié)電池的傳熱是主要的傳熱路徑，通過極柱連接片的傳熱量相對來說非常小。同時(shí)，有較多的熱量傳遞回上一節(jié)電芯或擴(kuò)散到電池包的環(huán)境中。

 

熱失控蔓延會(huì)受到抑制是因?yàn)殡娦局g的傳熱量減少。而電芯向環(huán)境的傳熱量增加，熱失控蔓延的判斷是要看另一節(jié)電芯的最高溫度是否達(dá)到熱失控觸發(fā)溫度。因此，各種熱傳遞路徑是否造成下一節(jié)電芯局部熱點(diǎn)可能是更重要的。

 

部分電池包生產(chǎn)商會(huì)通過填充物實(shí)現(xiàn)隔離來防止熱失控蔓延。隔離的目的是阻斷傳播，它包括電池包內(nèi)的隔離，電池包外的隔離。電池包內(nèi)的隔離包括利用縱橫梁對模組進(jìn)行隔離，利用耐火隔熱材料填充進(jìn)行隔離。根據(jù)分析可大致分為以下兩種：

 

一、這些結(jié)構(gòu)要能夠耐高溫，導(dǎo)熱率越低越好；同時(shí)，在各自區(qū)域的電池箱下殼體底部和側(cè)面均設(shè)置有云母紙，要求耐溫500-800℃高溫，阻燃UL94V-0。

 

二、采用耐火隔熱材料，在動(dòng)力電池包與車輛之間建立隔熱屏障，延緩電池箱高溫?cái)U(kuò)散至乘客艙。

 

被動(dòng)防護(hù)的很大一部分工作是傳遞給零部件企業(yè)或材料企業(yè)，他們需要提供好的防爆產(chǎn)品和耐火隔熱材料。動(dòng)力電池包層面重要的工作則是構(gòu)建一個(gè)有效的防護(hù)系統(tǒng)，將各種方案和技術(shù)配置一個(gè)最適合自己的設(shè)計(jì)。而廣州市綠原環(huán)保材料有限公司研發(fā)的德耐隆改性耐火隔熱氈成本更低效果更好的抑制熱失控蔓延。

 

德耐隆改性耐火隔熱氈材料能在各種電子設(shè)備和汽車應(yīng)用中脫穎而出，并且能應(yīng)對大容量動(dòng)力電池系統(tǒng)和其他部件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，主要?dú)w功于以下特點(diǎn)：

 

產(chǎn)品密度150kg/m（GB/T5480-2008）

 

長期服務(wù)溫度 -200℃至1200℃ （GB/T17430-1998；ASTM C 447）

 

壓縮強(qiáng)度（變形10%:≥67kPa；變形25%:≥250kPa）

 

產(chǎn)品憎水率≥98%（GB/T10299-2011）

 

導(dǎo)熱系數(shù)不高于0.02W/m.k（GB/T10295-2008；ASTM C 447）

 

加熱線收縮率＜2%@650℃（ASTM C 356）

 

燃燒等級 A級（GB 8624-2012）

 

該產(chǎn)品由二氧化硅及陶瓷纖維氈復(fù)合制備而成，產(chǎn)品內(nèi)部具有納米級 空隙可以減慢熱傳導(dǎo)，提供最低的熱傳導(dǎo)值,抗熱沖擊性優(yōu)異。該纖維氈能夠在壓縮70%后完全回彈，能夠承受自身重量的數(shù)千倍的重壓而不發(fā)生碎裂，過千次壓縮循環(huán)測試后仍具有很好的回彈性。更重要的是，這種納米氧化硅纖維氈能夠在1500℃丁烷火焰和液氮中保持良好的柔性，長期使用溫度為1200℃。高溫下穩(wěn)定性好，不脆裂?？勺鳛楦邷馗魺崦芊鈮|，阻隔熱短路，熔融金屬處密封墊,隔離(防燒結(jié))材料領(lǐng)域。

 

 

基于相變材料的抑制電池組高溫?zé)崾Э囟畛渲苽淞藷犴憫?yīng)、超強(qiáng)、超?。? mm）的柔性德耐隆改性耐火隔熱氈復(fù)合材料，用于分級抑制電芯之間熱失控蔓延。改性耐火隔熱氈中的改性材料在正常條件下具有可靠的導(dǎo)熱性，在高溫下具有較高的熱靈敏度。熱失控產(chǎn)生后隨著電芯的高溫會(huì)引起德耐隆改性耐火隔熱氈的汽化，伴隨吸收大量的熱量，并釋放大量的滅火劑。改性材料釋放后剩余的德耐隆改性耐火隔熱氈，具有超低的熱導(dǎo)率小于（0.02W/m.k），可以繼續(xù)阻止熱量電芯之間傳遞，在一定程度上抑制系統(tǒng)級的熱失控。因此，帶有這種改性耐火隔熱氈的電池組在正常工作溫度下顯能夠正常熱管理，并且在異常條件下具有很高的阻斷熱失控的能力。此外，它具有可批量化生產(chǎn)、加工性能好、觸發(fā)溫度可調(diào)等特點(diǎn)，可用于制造一系列先進(jìn)、安全、耐用的改性耐火隔熱氈。其應(yīng)用領(lǐng)域甚至可以擴(kuò)充到油罐應(yīng)急材料、空間探測和消防設(shè)備等。