动力电池无热蔓延技术

1、一、电动车起火事件频发影响行业健康发展（一）新能源车安全问题上条，引发公众关注公众人物车祸事件发费者对新能源车安问的关注7月22日国湾省园市著名歌手林志颖驾驶特斯拉发生自撞意外，所幸附近几名工人合力将驾驶员救出，救 5 秒，辆始生火燃。图表 1林志颖车祸事件盐财经，华创证券起火事故频发，自媒体猫实验室做了一组有关今年以来的新能源车起火的统计数据 2022 年1 月10 日7 月22 日，发了47 起媒报道的能车燃件。知名企上名。（二）新国标增加逃生时要，无热蔓延成为行共识新国标增加逃生 5 分钟求，保障司乘安全。标GB 18842020电汽车动力蓄电安要求于201 年1月1日开实施新国中加电系

2、热扩试验，求池体生失控，池统在5 钟内起不炸为员预安全逃生间。逃生 5 分钟是底线，针实验成为普遍评估准热失的义电发不可的剧烈放热反应，由热失控发其他电池热失控称之为热扩散或者热蔓延。刀片电池发布会的针实视深刺了公神，多企始密发无蔓电技术案，图表 2各企业的无热延技术发布时间企业备注20003比亚迪刀片电池可以通过针刺实验20012蜂巢能源“果冻电池”的耐热温度提高至5，同时具备“自愈合”特性，在实验室样品满电针刺测试中可实现 “不起火、不冒烟、自愈合。20104广汽新能源弹匣电池，可通过电池包针刺实验20109长城汽车发布大禹电池，号称是永不起火、永不爆炸的电池20109岚图汽车发布琥珀电池

3、和云母电池，分别做到30分钟乃至静置0天不起火、不爆炸”20206上汽集团魔方电池成功挑战了针刺实验，在钢针刺入电池包触发热失控后，被刺的电池包出现冒烟现象，但没有起火、爆炸，也没有出现热蔓延现象。20206宁德时代麒麟电池首创大面冷却方案，在极端情况时，电芯可急速降温，有效阻隔电芯间的异常热量传导。电动汽车观察，车市红点，界面新闻，新浪汽车，二、无热蔓延技术思路解析（一）电池热失控的诱因及机理分析：热力电滥用导致产热显著大于散热，持续升温终引发热失控锂离子电池的滥用分三类械（括压刺碰等（部短路、过放电和过充等）和热滥用（过热等；三种用形式可能导致热失控的共同环节内部短路，最终由于电极活性物质

4、之间的相互作用而导致热失控。当电池失控时，其他可燃气体产品和电解液蒸汽和阳极产生的氧气在高温下与空气混合，当电池失控形成火灾三形即烧爆。电池升温过程中材料逐步发生反应进一步推高电池温度。从微观角度分析 CO2石墨电池热控程.69负表的EI膜开始解负材与解液间副应。100：极料有剂之的反加。130：膜步化电池路。200负开发烈分反解发剧烈氧反放大量的热，现温大气，电发燃爆。图表 3锂离子电池火诱因图解图表 4LCo2石墨电池热失控过程总览图孙金华、王青松、毛斌斌锂离子电池热失控机理火灾特性及防控策略研究燃烧科学与技术孙金华、王青松、毛斌斌锂离子电池热失控机理火灾特性及防控策略研究从电芯外部分析，

5、锂离子电池热失控产物喷射是一种复杂的多相的瞬态射流。阳明高院士过速像对芯热控程行物摄芯经长达50n 的热，内部压力逐渐聚集，达到泄压阀开启压力（0.5p，泄压阀被瞬间（0.4s）冲破，速气流产生的剪切力携带液态电解液喷射而出并雾化，在安全释放阀开启后，电池由口系统转变为开口系统，此时电池温度远高于电解液沸点，因此在电解液喷射的过程内部电解液迅速蒸发，形成新一轮的喷射，此时为雾状喷射产物的喷出，当电解液消殆尽，第1 次发衰减随电内产反应持流态此可以察到气体液混喷的征。图表 5电芯热失控过图张亚军，李成，李伟峰，欧阳明高锂离子动力电池中等荷电状态下热失控产物喷发过程研究，转引自车知知大模组、TP/

6、CTC电池系统技术培，（二）电池系统热失控安等分级，铁锂接近本安全欧阳明高院士将动电系统热失控安全分三：本征安全、主动全被动安全。本征全从体池热失机着，材层设和造角加解决。主动全充利电系统能理充系，主发、动护被动全单电热控之系热理办法也是热散的办，让电包燃。图表 6清华大学定义电池系统热失控安全资料来源：欧阳明高动力电池热失控抑制研究进展，华创证券电池安全可分为多个层级：材料、电芯、模组、电池系统、整车系统。在任何一个层阻隔热失控，即可以实现无热蔓延。不同企选的路径有所差异，但同归，亚迪选择的是使用高热稳定性的材料，即三元材料切换为铁锂材料；上汽、宁德时代选择的是电池包过针刺试验。材料级的安全

7、是本征安全，系统级防护是材料安全性能足的件的迫择。图表 7热失控防护设计电动汽车观察家，车知大模组、T/CTC电池系统技术培训，铁锂材料的安全性能优异。根据不同锂电料高状态产热量对比曲线分，磷酸铁锂高温产热峰不明显，峰值产热功率仅 1W 左右，高温或高压下，三元易析氧加剧燃烧峰值产热功速率约 80Wn，容易触发爆炸式燃烧 (秒级， 系统难以反应控制，总产热量方面，磷酸铁锂显著低于三元、锰酸锂等材料（产热功率曲线与横轴的面积代表总产热。铁锂电芯接近实现本征安全。铁锂电芯虽然可以过针刺实验，但也仅能表电池自的概率低、起火逃生窗口时间长。铁锂材料的安全性能优异，但是在电池成组后存在压击穿、电解液可燃

8、等风险。比亚迪刀片电池发布会使得针刺成为“网红实验”，刀片池可通过针刺实验，但依然发生了着火事件，也侧面证实了铁锂电芯并非完全实现了征安。图表 8不同锂电高温态下产热量对比曲线图表 9针刺实验对比王波锂电池数据中心未来发展应用展望比亚迪刀片电池发布会三、三类无热蔓延技术方案：新能源车安全问题有望大幅改善（一）无热蔓延设计要点热失控防护的主要设计包括：热、冲击、气体、电压、液体和固体等。无蔓延设材料结、部等会提更的求。热：主要是电芯间的热阻隔及电芯开阀后对其他零部件（主要是电池包上盖）高温炙烤，对应解决方案是电芯间热管理材料，电池包上盖换成抗高温的材料或新增热料；冲击：电芯开阀后气、固混合物高温

9、高速冲击，主要是电池包上盖的结构强设计够受芯阀刻的击。气体：电池包内部形成压，设计应该考虑良好的烟道、泄压阀，否则内部压力大会成构撕。电压电包部有压零应虑否被温高的体腐或成。液体和固体：要避短路险及塞压的风。图表 10 热失控防护要素资料来源：车知知大模组、TP/CTC电池系统技术培训，华创证券（二）第一类：被动防护疏结合，麒麟电池为型计第一代热失控防护还是以被动防护为主，典型代表为麒麟电池。通过疏合加强热、热力为要术手，现池内少量芯失，包无明。1、冲击及气体：倒置芯免高温气体侵入乘舱麒麟电池采用导致电芯的方案，泄压阀朝下。在芯发生风险时，压阀出的高温焰达130常设泄压朝了免焰侵乘舱必在芯及客

10、舱之间设计防火层，增加了设计难点、成本，降低了能量密度。麒麟电池泄压阀朝下，焰朝下喷发，不会威胁到乘客舱，同时电池下托盘的结构强度显著高于电池上盖，能有效击温体击倒置芯安性显提升。图表 1麒麟倒置电芯图表 12麒麟倒置电芯压阀朝下L宁德时代公众号L宁德时代公众号麒麟电池底部设置排气通道，通过排气通道及时排出高温气体。麒麟电新性的将构防护、高压连接、热失控排气等功能模块进行智能分布，在保证了高度方向空间利率的时进步升电池全能。图表 13 麒麟电池底部合一设计L宁德时代公众号2、热：首创大面液冷方，可实现急速降温为了防止单个电芯热失控后引燃其他电芯，必须在电芯中间增加防火措施。常规设在电芯中间加入

11、气凝胶等隔热材料，增加成本的同时降低了体积利用率。麒麟电池创性的采用大面冷却的技术，在电芯发生热失控的同时，通过液冷板的冷却液流动，及将热排，得效芯的边芯度持安全围，而现热蔓。图表 14电芯大面冷却术图表 15电芯大面冷却术CL宁德时代公众号CL宁德时代公众号3、电压、液体及固体麒电池的设计难点倒置电芯方案不利于高压防护。麟电池将结构护、高压连接、热失控气等功能成为底部三合一模块，如果发生冷却液泄漏，极易造成高压短路防线，此外底部磕碰保护是点。图表 16麒麟电池底部合一模块CL宁德时代公众号，（三）第二类：主动防护定喷淋系统精准灭火数挖掘、提早发现隐电池主动式喷淋系统，实现精准灭火。根宁德时代

12、专利显，在电芯的泄阀正上方置液冷系统，当电芯发生热失控时，从泄压阀处喷发的高温气体能够融化液冷管路，却液用身力现准灭。图表 17喷淋系统示意图图表 18喷淋系统局部写国家知识产权局官网，专利号CN1319A国家知识产权局官网，专利号CN1319A基于车联网数据能够提升热失控预警能力，实现实时动力电池故障诊断和安全预警。力电池基于监控平台大数据的动力电池安全预警、电池热失控扩散防护等新技术，对安全具重意过大据析实机理数据驱的障断安全警。对时流压温等基数的集分既有生障例追故障头，提前发现车辆故障，保障用户生命安全，并通过将故障日志给到动力电池研发部门，可以车本提改方向有于范品全性计。图表 19车联

13、网平台数据彩虹无线（四）第三类：本征安全实材料超高热稳定性1、磷酸锰铁锂材料与元料混用，电芯可过刺磷酸锰铁锂与磷酸铁锂同为稳定的橄榄石结构，是磷酸铁锂的升级。磷酸锰铁锂简称M（Mnxe1xP4可以解磷铁（P，iePO4 部铁换成，原的eO6 八体中的部变了n，其定橄石构发生变。图表 20橄榄石型磷酸锂LFPO）结构示图图表 21橄榄石型磷酸铁（Le0.Mn05PO构示意图李渊，李绍敏，陈亮，刘锂电池正极材料磷酸锂的研究现状与展望庄慧酸锰铁锂基正极材料的组成调控、制备优化电化学性能研究磷酸锰铁锂的电压平台与三元材料基本相同，高于磷酸铁锂材料。锰的加使得正料在克容量不变的情电压升高，从而使得密度（

14、能量密度=压平台x 容量密度升1020应义在保铁成全优的提对池能进步提升。图表 22 磷酸铁锂与磷锰铁锂的充放电曲线华谊集团，转引自Supr锂电池公众号（原名数字交易模型）磷酸锰铁锂与三元材料混用能够大幅提升三元材料的热稳定性。磷酸锰的热稳定与磷酸铁锂基本一致，且磷酸锰铁锂材料的粒径远小于三元材料，在混合后能够有效裹三材，升元料的稳性。图表 23三元极片断面图图表 24三元材料混合酸锰铁锂材料断面图华谊集团转引自Supr锂电池公众号华谊集团，转引自upr锂电池公众号磷酸锰铁锂与三元混合电芯可过针刺实验。根据天津斯科兰德的实验数据，在用 80MC +20MP 混合料制的140 圆电做刺试电池燃、

15、不爆、在70以，安性好。图表 25磷酸锰铁锂与元混合电芯可过针实验资料来源：天津斯科兰德，转引自Spr 锂电池公众号（原名数字交易模型）2、复合集流体材料，幅善安全性，处于量前夕电解铜箔存在容量降低、电池热失控等安全隐患。在锂电池行业，目前流采用的极集体厚度69um 左右的铜解箔电充放使过中负材料积也随之为极流的铜也不拉收负极料能落起量降，性能下降，电阻增加，产热增加等安全隐患。另外电池由于枝晶生长、外力等原因受引起失后存电爆燃安风。复合集流体的作用保相似针刺后针刺位点速断开从而保证了电的安全PT复合铝膜和铜箔是传统锂电池集流体（铝箔和铜箔）的良好替代材料。其中复合铝箔传统箔的1且量更；合箔传铜箔的3同重更轻对锂电池能量密度提升，安全性提升，成本降低具有重要的意义，市场前景广阔。并且技术备大普性复合箔铝等他合膜料能用技。图表 26 传统集流体与合集流体示意图资料来源：华创证券制图复合铜箔具备 4大优点：高安：合箔间塑料膜可大提电池燃安性。高比等况的用只原的11部铜换塑来电池重量减，而加池的量度；长寿：少属缩起的性质落能