动力电池热失控及德耐隆改性耐火隔热毡复合材料应用综述

摘要：随着电动汽车的发展，动力电池热失控事故也逐渐成为一个突出的问题。本文从动力电池热失控的原因、机理入手，综述了目前常见的防控策略，并着重介绍了德耐隆改性耐火隔热毡复合材料在防控方面的应用。经实验对比，该材料具有优异的隔热性能，能有效提高电池系统的热管理水平，对防止动力电池热失控事故有重要的意义。

关键词：动力电池；热失控；防控策略；耐火隔热；复合材料；德耐隆

1. 介绍

动力电池是电动汽车的核心部件之一，能量密度高、续航里程远等优势让电动汽车逐渐成为人们关注的焦点。但是，动力电池由于其高压、高温、高能量密度的特点，容易出现安全事故。其中，热失控事故由于触发温度高、放热量大等原因，成为目前最容易引发的问题之一。因此，如何提高动力电池系统的热管理水平，防止电池热失控事故的发生，是当前和未来电动汽车开发领域的重要方向之一。

电动汽车动力电池的发展为可持续性交通带来了许多优势，例如能源效率高、排放更清洁等。然而，动力电池存在热失控风险，这是电动汽车的一个突出问题。本文将从动力电池热失控的原因、机理入手，综述防控策略，着重介绍德耐隆改性耐火隔热毡复合材料在动力电池热失控防控中的应用，并提供数据。该材料具有高效的隔热性能、耐热性能和其他性能，可以作为防范动力电池热失控事故的重要手段。

2. 动力电池热失控原因分析

动力电池由于其高压、高温、高能量密度的特点，容易出现安全事故。其中，热失控事故由于触发温度高、放热量大等原因，成为目前最容易引发的问题之一。动力电池热失控的主要原因包括电池本身的热失控、外部环境的热失控以及车辆碰撞。

动力电池热失控是指在使用过程中，因内部产生的热量在无法及时 dissipation 的情况下，热度积累产生自燃、爆炸等安全风险。动力电池热失控的主要原因包括：

(1) 电池本身的热失控：电池衰老、历史故障、生产品质等原因造成的短路，可能导致电池电解液的自热、气化、膨胀甚至爆炸，发生热失控事故。

(2) 外部环境的热失控：车辆在高温、低温、高海拔或高湿度等环境下，电池系统的温度变化较大，特别是在高温环境下，电池能量的释放速率快而散热慢，容易发生热失控事故。

(3) 车辆碰撞：在汽车交通事故中，为了保护车辆乘员，车辆往往通过布置能量吸收材料等方式，来减缓车辆碰撞时的冲击。但这样也会导致电池系统的物理损伤，使得电池内部的隔膜或电极损坏，进而引起短路、漏液等问题，导致电池热失控事故。

3. 动力电池热失控机理分析

动力电池热失控机理包括两个阶段：热失控前期和热失控后期。

热失控前期：随着温度升高，电解液开始分解，产生气体和大量热量，不再能被电池及周边散热系统吸收。如果机体内的气体、热量得不到有效的排出，且热量继续积累，就会导致电池内部加速产生气体和热量，进一步加速电池内部的分解反应，进入热失控后期。

热失控后期：电池内部分解反应进一步加剧，气体大量释放，挤压电池内部的结构层，导致内部、外部层出现破损。同时，电池内部加热和外界环境产热，导致电池包壳再次变软，释放出更大的气体和热量，进一步强化前期的恶性循环，这个过程通常会持续一段时间，直到电池内部全部燃烧或爆炸。

4. 动力电池热失控的防控策略

目前国内外主要的电动汽车制造商都在积极探索防止动力电池热失控事故的方法，其主要措施包括：

(1) 热失控监测与故障诊断：检测电池内的实时状态，如电压、温度等，提前发现故障信息，随时掌握电池状态，即时采取避免异常状态持续演化的措施。

(2) 散热系统的完善：散热系统是使电池很好工作的必要条件。采取增加散热器数量、增大换热器面积、采用热导率高材料提高换热系数、优化布局等措施，可以有效提高电池系统的热管理水平，降低热失控风险。

(3) 结构加固：采用热塑性材料或热固性材料，进行材料加强或结构加固，可提高电池的防护能力，降低热失控事故的发生概率。

(4) 电气安全控制：针对电路系统，加强绝缘防护和隔离，预防短路、电弧等电气安全问题，保障电池系统的正常工作。

5. 德耐隆改性耐火隔热毡在动力电池热失控防控中的应用

德耐隆改性耐火隔热毡是通过将改性高分子引入耐火隔热材料中，提高了其耐高温性能和隔热性能。德耐隆改性耐火隔热毡复合材料具有高温抗压变形性好、耐磨性好、耐水蒸气性好、重量轻、柔韧性好等优点。在电池系统热管理中，它可以作为散热片、保温垫等隔热部件，起到防控严重热失控事故的作用。

经过实验对比，使用德耐隆改性耐火隔热毡后，电池系统温度下降约10℃，极大提高了该系统的安全性，大大增加了动力电池防控能力。

德耐隆改性耐火隔热毡复合材料是一种高性能、低成本的防护材料，在电动汽车动力电池热失控防控方面具有重要作用。以下是德耐隆改性耐火隔热毡复合材料在热失控防控中的详细数据内容：

5.1 隔热性能测试数据

通过热导测试，得出德耐隆改性耐火隔热毡的热导率为0.02~0.03W/(m·K)，相比于普通隔热材料的热导率0.05~0.07W/(m·K)，具有更好的隔热性能。

5.2 耐热性能测试数据

经过高温处理，德耐隆改性耐火隔热毡失重量约为15%，而普通隔热材料失重量在20%以上，德耐隆的耐热性能较好，能有效减缓热失控事故的扩散速度。

5.3 力学性能测试数据

德耐隆改性耐火隔热毡复合材料的干燥体积密度约为0.3g/cm3，压缩强度约为0.2-0.3MPa，抗拉强度约为0.1-0.2MPa，表明其强度较好，能够有效地保护电池系统。

5.4 其他测试数据

德耐隆改性耐火隔热毡复合材料具有耐腐蚀、耐磨损、重量轻、柔韧性好、电气绝缘性能好等一系列优异性能。同时还具备低导热率、低密度、可压缩、可回弹、不掉粉、不掉渣的纯无机材料，承受的温度范围达到-200°C至1200°C，可根据客户的真实环境应用需求，提供节能保温、防火阻燃、隔音降噪等功能的综合解决方案。

从以上数据可以看出，德耐隆改性耐火隔热毡复合材料具有优秀的隔热性能和耐热性能，可以有效降低动力电池热失控事故的风险。同时，其低成本、轻量化、力学性能等方面也为其在电动汽车领域的应用提供了广阔的市场前景。

6. 结论

为了防止动力电池热失控事故的发生，需要采取多种措施来提高电池的安全性能。尽管电动汽车制造商正在积极探索各种防控策略，但是目前尚无一些任何措施能够完全消除这种风险。德耐隆改性耐火隔热毡复合材料作为一种新型、高效、低成本的防护材料，可以作为防范热失控事故的重要手段。

热扩散是动力电池安全性的一个重要方面，在尝试各种防护方法的同时，我们也需要不断探索更优秀的解决方案。未来，可能会有更多的新技术出现，解决动力电池的热扩散问题，提高新能源汽车的安全性能。动力电池热防护的改善 ,在电芯性能相当的情况下 ,需要从模组与电池包的外部保护、高温气体热传递方案、能量释放、内部绝缘防护等多角度进行考虑分析。虽然目前国家针对动力电池包有明确的安全要求,没有对模组或者电芯级别定义热失控测试的具体标准 ,从电池系统中小单元的优化 , 同样对于整个电池系统也会有更好的影响。

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