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德耐隆改性耐火隔热毡助力新能源车热管理发展

新能源汽车动力电池自燃爆炸实际上是一种电池“热失控”行为,也就是到达一定的温度之后就不可控了,温度直线上升,然后就会燃烧蔓延致其他电芯最终爆炸。而过热、过充、内短路、碰撞等是引发动力电池热失控的几个关键因素。

事实上,自燃现象并不是纯电动汽车独有,传统燃油车也时常发生,频率甚至远高于电动车。2020年以来,新能源汽车年化火灾事故率是0.0026%。根据公安部有关部门公布的数据,传统燃油车的年火灾事故率约为0.01%~0.02%。但在自燃问题的关注度上,纯电动车却远远高过燃油车。

新能源的储能电池分很多种,比如镍氢电池、钠硫电池等,但最广为人知的还是锂电池。

而锂电池更为危险之处在于,出现失控后释放热量的速度极快,很难给车内人员足够逃生时间。根据了解,三元锂电池在热失控后,一分钟内可释放锂电池内部80%的热量,同时,单体电池形成的火焰又会向周围喷射,形成更大的过火面积,形成火灾,火焰最高温度可达千度以上。

在新能源汽车领域,锂离子电池由于具备相对较高的能量密度、输出功率等特点得到越来越广泛的应用。但锂离子电池的性能及寿命会随着不断地使用而衰减,更重要的是在不同的使用环境下会有不同的状况。比如在寒冷低温下容易出现比容量低、衰减严重等现象,高温下存在热失控导致自燃自爆的隐患。

作为一家动力电池包热管理系统中的保温隔热材料解决方案供应商,广州市绿原环保材料有限公司的德耐隆改性耐火隔热毡在应对新能源汽车动力电池包热管理的发展趋势上,推出了一系列满足苛刻要求的高分子材料。

广州绿原是如何看待新能源汽车热管理材料的变革,以及德耐隆改性耐火隔热毡的相关产品部署情况。

热管理材料转变

从电池问题展开来,动力电池就如传统燃油车的发动机一样成为纯电动汽车的核心部件。但近两年间,随着国内新能源汽车保有量逐年增加,涉及到动力电池的自燃、爆炸等问题频发,引发用户对纯电动汽车安全问题的担忧。2020年1-12月,国内有报道的电动车自燃事件达61起,且大部分与电池有关。因动力电池引发的安全问题被广泛关注。

由于大部分新能源汽车的电池构造,都是由小电池包裹组成的电池组,如果短路的电池没有任何防爆措施,就会迅速蔓延到整个电池组,甚至还会引发爆炸。

德耐隆技术团队认为对零部件材料阻燃性能要求越来越高,这是新能源汽车动力电池包热管理系统对原材料要求最明显的转变和趋势。德耐隆改性耐火隔热毡助力新能源车热管理发展

图片来源于网络

相较于传统燃油车,新能源汽车所搭载的是动力电池、电机及相关功率电子器件,两者的特性存区别极大。由于关乎动动力性能表现,新能源汽车对于工作温度的要求极为严苛。在新能源汽车动力电池能量转换的过程中,会产生大量的热能,电芯有可能因为热量控制不当产生燃烧从而蔓延其他电芯。若材料无法具备相应的阻燃性能甚至于使用了易燃材料,则容易造成燃烧事故扩大。

另一方面,新能源汽车由于动力电池的重量跟续航矛盾问题,其轻量化要求也要高于传统燃油车。这使得热管理系统中的金属部件。

作为动力电池包的材料供应商,电气化带来的趋势是不仅限于单一地提供材料,而要设计从材料选型,到产品设计,再到成型工艺优化同时兼顾成本的整体技术解决方案。

新能源汽车动力电池包增加续航需要在其内部增加电芯,但同时重量也会随之增加。在有限的空间中布置了更多的组件,使得动力电池在运行时的辐射热影响到了更多的部件。这对动力电池内热管理系统中的管路或其他部件的材料选择提出了更高的耐温要求。

满足热管理新趋势要求

为了应对新能源汽车发展趋势对于热管理材料的严格要求,广州市绿原环保材料有限公司推出一系列高性能材料。这些创新的高性能二氧化硅及陶瓷纤维相比于金属重量更轻,比金属零件有更高的设计灵活性,在高温和冷却液的工况下也可以长期保持性能。

从大量的实验得知,温度对电池包内部的影响是不能忽视的!为了减少重量及成本, 配件对材料减薄及实际保温隔热有持续的需求,然而这对于材料的可靠性甚至换热性能都会带来新的挑战,未来也将通过保温材料优化解决。

车企为保证安全出尽奇招,部分电池包生产商会通过填充物实现隔离来防止热失控蔓延。隔离的目的是阻断传播,它包括电池包内的隔离,电池包外的隔离。电池包内的隔离包括利用纵横梁对模组进行隔离,利用耐火隔热材料填充进行隔离。根据分析可大致分为以下两种:

一、这些结构要能够耐高温,导热率越低越好;同时,在各自区域的电池箱下壳体底部和侧面均设置有云母纸,要求耐温600-800℃高温,阻燃UL94V-0。

二、采用耐火隔热材料,在动力电池包与车辆之间建立隔热屏障,延缓电池箱高温扩散至乘客舱。

而德耐隆Telite®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。

致力于解决动力电池厂商材料上的痛点

德耐隆改性耐火隔热毡助力新能源车热管理发展

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(1mm)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有关应急材料、空间探测和消防设备等。

特性

绝缘电阻:100MΩ(1000v绝缘电阻表)

介电强度:≥2000V/min无击穿,无闪络

耐火焰1200℃(5分钟不烧穿)、无粉化无痒

符合环保标准、在火焰中燃烧时不产生有毒有害气体

技术指标

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)

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