新能源汽车电池热失控及其安全防护:热塑性复合材料电池盒上盖的技术突破
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2025-08-22 13:31:00
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电池热失控是锂离子电池在内部或外部因素(如过热、过充、机械损伤等)触发下,能量急剧释放并引发链式反应的过程,其发展可分为四个阶段:

潜伏期:电池内部微短路或副反应导致温度缓慢上升(60℃以上),SEI膜分解释放少量热量和气体(如CO、H₂)。

触发期:温度升至100-120℃,电解液分解,正极材料(如三元锂)释氧并与电解液反应,释放大量热量(每克正极材料约1000-2000J),负极嵌锂反应生成可燃气体(如CH₄、C₂H₄)。

热塑性电池盒上盖

爆发期:温度超过150℃,电池内压骤增,壳体破裂喷出高温气体和熔融物,可燃气体与空气混合引发爆燃,电解液持续分解释放更多可燃气体。

衰减期:热量逐渐释放,火焰熄灭,但电池内部结构完全破坏,可能残留阴燃。

危害:热失控可在数十秒内引发起火爆炸,且热扩散(一个电池单体热失控引发相邻单体连锁反应)会导致电池包整体燃烧,甚至在无氧气环境下(如三元锂电池)持续燃烧,难以扑灭。

传统电池盒上盖材料(如钢材、SMC片状模塑料)存在重量大、耐腐蚀性差、绝缘性不足、热失控防护能力弱等问题。纳磐自主研发的连续玻纤/PPS(聚苯硫醚)热塑性复合材料,通过材料与工艺创新,显著提升了电池盒上盖的安全性能:

1000℃持续灼烧30分钟:PPS树脂本身达到UL94-V0阻燃标准,无需添加阻燃剂,避免了阻燃剂析出风险,确保长期使用安全。

热塑性汽车零部件

热失控防护:在电池热失控爆发期,上盖可承受高温冲击,防止火焰和熔融物外泄,为驾乘人员争取逃生时间。

减重67%:采用连续玻纤增强PPS树脂,上盖重量仅2.73kg(同等设计厚度下,钢制方案为8.34kg),显著降低整车能耗,提升续航里程。

机械性能优异:拉伸强度、弯曲模量等指标优于PP和尼龙基热塑复材,满足严苛的结构承载要求,抵御碰撞等机械滥用。

抗电解液/冷却液侵蚀:PPS树脂对电池包内化学物质具有优异抵抗能力,高温环境下尺寸稳定性好,成型过程中无气孔,确保密封性,避免热变形导致的密封失效。

成型周期5-10分钟:独创的端到端一体化成型技术(EEM™),将传统热塑工艺的6道工序压缩为3步,生产效率大幅提升,成本接近或低于钢材方案,量产规模扩大后更具经济性。

热塑电池盒上盖在热失控防护中的核心作用

阻断热扩散路径

电池热失控时,高温气体和熔融物对上盖的冲击是热扩散的主要途径之一。热塑电池盒上盖的高强度和耐火烧性能可有效阻隔热量传递,防止相邻电池单体受热引发连锁反应。

延长逃生时间

在热失控爆发期,上盖的耐火烧性能可为驾乘人员争取宝贵的逃生时间。例如,1000℃持续灼烧30分钟的能力,远超传统材料(如钢材在高温下易变形,SMC材料易燃烧)。

简化热管理系统设计

轻量化设计降低了电池包整体热负荷,减轻了散热系统压力。同时,材料的耐化学性减少了因电解液泄漏导致的短路风险,进一步提升了热失控防护的可靠性。

行业应用与案例验证

吉利纳磐联合创新:双方合作开发的PPS连续纤维增强防热失控电池盒上盖,荣获“铃轩奖”,并应用于吉利高端电动车型,显著提升了电池包的安全性能。

量产数据支撑:已实现稳定量产,与三大全域自研新能源主机厂及多家TIER1供应商深度合作,新能源汽车领域PPS基热塑复材制品开发案例数量行业第一。

新能源汽车电池热失控是行业面临的核心安全挑战,而电池盒上盖作为关键防护部件,其材料性能直接决定了热失控防护效果。纳磐热塑性复合材料通过耐火烧、轻量化、高强度、耐化学腐蚀等综合性能,为电池包提供了全方位的安全保障,有效降低了热失控风险,延长了逃生时间,是新能源汽车安全技术的重要突破。随着材料成本的进一步优化和量产规模的扩大,纳磐方案有望成为未来电池盒上盖的主流选择,推动新能源汽车行业向更高安全标准迈进。

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