‌‌電動(dòng)汽車（EV）‌熱失控是指‌鋰離子電池內(nèi)部局部或整體的溫度急劇上升，熱量無法及時(shí)散發(fā)，導(dǎo)致大量熱量積聚并誘發(fā)進(jìn)一步的副反應(yīng)，最終可能引發(fā)電池脹氣、起火甚至爆炸的現(xiàn)象。‌熱失控一旦開始就很難停止，是鋰離子電池面臨的一個(gè)重要安全問題，它展示了一種連鎖反應(yīng)，其中一個(gè)受損的電池單元開始以熱的形式釋放能量。

 

熱失控在質(zhì)量較低的電池單元中尤為常見，可能由加熱、壓碎、穿透或過充等不規(guī)則活動(dòng)觸發(fā)，以及由于零部件的故障或一次性質(zhì)量缺陷所引起。當(dāng)電池單元發(fā)生短路時(shí)，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生極高的溫度，因?yàn)閮?chǔ)存的能量突然釋放。如果不加以控制，產(chǎn)生的熱量可能會(huì)引起火災(zāi)，因?yàn)椴皇芸刂频臒崃糠e累會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的損壞，這就是所謂的“失控”。鋰離子電池與水具有高反應(yīng)性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)很難用水撲滅。

 

此外，熱失控的發(fā)生通常伴隨著有毒氣體的釋放，這些氣體可能通過電池的爆炸帽或當(dāng)軟包電池破裂時(shí)排出。隨著氧氣與蒸汽混合，熱量持續(xù)積累，電池單元甚至可能點(diǎn)燃。在一個(gè)電動(dòng)車電池包中，多個(gè)電池單元構(gòu)成一個(gè)模塊，而多個(gè)模塊構(gòu)成一個(gè)包。當(dāng)電池由于任何類型的濫用而發(fā)生短路時(shí)，電池單元加熱。溫度的積累最終超過了電池單元周圍可以散發(fā)的熱量，影響附近的電池單元。由單個(gè)電池單元的熱失控引發(fā)的電池系統(tǒng)中熱失控序列稱為熱失控傳播或熱傳播。幾秒鐘內(nèi)，溫度就會(huì)升至近1000攝氏度，從而引發(fā)火災(zāi)。

 

為了通過研究防火安全測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)來探索安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，我國于2024年7月，發(fā)布了《電動(dòng)汽車安全性評(píng)估方法第1部分：整車熱擴(kuò)散防護(hù)》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了四個(gè)維度——安全提示、應(yīng)急救援、火災(zāi)防護(hù)和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，共計(jì)11個(gè)指標(biāo)，以有效控制熱擴(kuò)散，防止整個(gè)電池組發(fā)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重事故。

 

Part 1

SRL充當(dāng)“保險(xiǎn)絲”

 

韓國LG化學(xué)去年10月1日宣布，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)與韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)電池團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)了一種由聚苯醚（PPO）、聚酰胺（PA）和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）等多種材料組成的全新安全強(qiáng)化層材料（SRL），可以大大延遲電動(dòng)汽車所用的鋰離子電池的熱失控。該研究結(jié)果在線發(fā)表在世界領(lǐng)先科學(xué)期刊之一的《自然通訊》九月版上，論文標(biāo)題為《通過在實(shí)用鋰離子電池中可擴(kuò)展地制造安全加固層來防止熱失控》。

 

SRL以薄層形式存在，厚度僅為1微米，約為人類頭發(fā)厚度的1/100，位于陰極層和集流體（鋁箔，充當(dāng)電池中的電子通路）。它能夠根據(jù)溫度改變其電阻，充當(dāng)“保險(xiǎn)絲”，在過熱的早期階段阻止電流流動(dòng)。當(dāng)電池溫度升高超過其正常工作范圍（通常在90℃~130℃之間）時(shí)，SRL就會(huì)對(duì)熱量做出反應(yīng)，改變其分子結(jié)構(gòu)并有效抑制電流流動(dòng)。溫度每升高1℃，SRL的電阻就會(huì)增加5000Ω。此外，SRL還具有可逆性，這意味著一旦溫度回落，電流就能重新正常流動(dòng)，恢復(fù)電池的工作狀態(tài)。

 

LG化學(xué)的內(nèi)部測(cè)試顯示，SRL在1000℃以上的溫度下能阻止火焰蔓延超過400秒，比一般的阻燃塑料長45倍。它還具有極好的尺寸穩(wěn)定性，在極端的溫度變化下仍能保持其形狀。雖然SRL永遠(yuǎn)無法完全消除火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，但在電池?fù)p壞和過熱的情況下將為駕駛員和乘客提供更多時(shí)間撤離。

 

測(cè)試顯示，SRL在1000℃以上能阻止火焰蔓延超過400秒

 

當(dāng)研究人員對(duì)移動(dòng)鋰鈷氧化物（LCO）電池表面進(jìn)行穿刺時(shí)，配備SRL的電池沒有一塊起火，而未使用SRL的電池中超過80%發(fā)生了起火。當(dāng)研究人員將一個(gè)10公斤的重物掉落到用于電動(dòng)汽車的鎳鈷錳（NCM）電池上時(shí)，所有標(biāo)準(zhǔn)電池都起火，而配備了SRL的電池中有70%沒有起火。剩下的30%雖然起火，但火焰在幾秒鐘內(nèi)便熄滅了。

 

Part 2

有效抑制EV熱失控

 

LG化學(xué)是一家全球性化學(xué)企業(yè)，在石化、尖端材料、生命科學(xué)等核心領(lǐng)域擁有多元化的業(yè)務(wù)組合。生產(chǎn)從石化產(chǎn)品到再生塑料的各種高附加值產(chǎn)品，向客戶提供尖端電子和電池材料、藥品和疫苗等差異化產(chǎn)品。LG化學(xué)通過旨在應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的可再生能源和負(fù)責(zé)任的供應(yīng)鏈，為社會(huì)做出貢獻(xiàn)，力爭(zhēng)到2030年實(shí)現(xiàn)碳中和增長，到2050年實(shí)現(xiàn)零碳排放。

 

為滿足客戶的需求，LG化學(xué)自2009年起堅(jiān)持不懈地開展研發(fā)工作，最終成功開發(fā)出可應(yīng)用于電池部件并具有世界最佳性能的SRL。LG化學(xué)工程材料業(yè)務(wù)部部長金史蒂文表示：“為消除客戶的痛點(diǎn)，我們十余年來堅(jiān)持不懈地開展研究工作，最終找出解決方案，意義深遠(yuǎn)。我們將依托世界最高水平的共混改性技術(shù)，通過持續(xù)開展研發(fā)工作和進(jìn)行量產(chǎn)投資，引領(lǐng)快速增長的e-Mobility（代表使用電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)、車載信息和通信技術(shù)以及連接基礎(chǔ)設(shè)施來使車輛和車隊(duì)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)推進(jìn)的概念）材料市場(chǎng)。”

 

LG化學(xué)通過其電池子公司LG新能源（LGES），為多家電動(dòng)汽車制造商提供電池。LGES電池用于上海制造的特斯拉Model 3、部分福特Mustang Mach-E和E-Transit車型、大眾ID.4等。據(jù)悉，LG化學(xué)計(jì)劃盡快完成SRL在移動(dòng)設(shè)備電池中的安全驗(yàn)證測(cè)試，并在2025年對(duì)其在電動(dòng)汽車電池中的應(yīng)用進(jìn)行全面測(cè)試。

 

雖然以前的方法涉及將溫度響應(yīng)材料放置在電池內(nèi)部，但它們經(jīng)常面臨反應(yīng)時(shí)間慢或能量密度降低的問題。LG化學(xué)在其專業(yè)知識(shí)和專利材料設(shè)計(jì)的支持下，成功開發(fā)了解決此類問題的SRL。LG化學(xué)已完成量產(chǎn)體系的構(gòu)建工作，目前正在韓國、美國、歐洲等地走專利申請(qǐng)程序，計(jì)劃根據(jù)客戶公司的時(shí)間表正式投產(chǎn)，應(yīng)用領(lǐng)于汽車以及其他工業(yè)領(lǐng)域。LG化學(xué)首席技術(shù)官李鍾求表示：“這是一個(gè)可以在短時(shí)間內(nèi)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)性研究成果，我們將加強(qiáng)安全技術(shù)，確?？蛻裟軌蚍判氖褂秒妱?dòng)汽車，并為增強(qiáng)我們?cè)陔姵厥袌?chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力做出貢獻(xiàn)。”

 

那么，除了創(chuàng)新材料SRL，電池阻燃還有哪些方法？不同的方案性價(jià)比怎么樣？如何能夠和電池阻燃技術(shù)解決方案的提供商近距離交流？

 

榮格工業(yè)傳媒的明星活動(dòng)CLUB系列迎來汽車專場(chǎng)——「 榮格·汽車行業(yè)CLUB 」“華東站：走進(jìn)常州”正式啟動(dòng)，聚焦“動(dòng)力電池阻燃”這一熱點(diǎn)話題。

 

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為什么是常州

 

2024年，常州被工信部授予“中國新能源之都”城市產(chǎn)業(yè)名片。理想汽車、比亞迪這2家新能源整車企業(yè)布局帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)鏈整體的發(fā)展，匯聚了 640余家新能源車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。此外，多家整車制造企業(yè)也在常州持續(xù)加碼布局。

 

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，常州動(dòng)力電池連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)倍增，產(chǎn)銷量占全國的五分之一，出貨量位居全國第一，是國家先進(jìn)動(dòng)力電池群聚集地。有中創(chuàng)新航、蜂巢能源、時(shí)代上汽、江蘇時(shí)代、北電愛思特5家頭部動(dòng)力電池企業(yè)駐扎。目前，從正負(fù)極、隔膜、電解液到電芯，常州在動(dòng)力電池領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈完整程度高達(dá)97%，擁有30多家細(xì)分領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1700億元。