Kernfazit:
1. Das integrierte Nanobrandschutzschichtsystem für EV-Batteriepacks umfasst drei Funktionsschichten – Aerogel-Nanowärmedämmungsschicht (0,013–0,018 W/mK, 1300 °C/2 h), intumeszierende Brandschutzbeschichtung (1200 °C, Verzögerung des thermischen Durchgehens um 51 %), keramisierende Silikongummiverkapselung (1300 °C/>30 min).
2. Die Keramik-Aerogel-„Firewall“ der Nanjing Tech University ist nur 0,09 Zoll (2,3 mm) dick, hält 1000 °C/5 Minuten stand, wobei die Rückseitentemperatur unter 100 °C bleibt – bereits in Serienfertigung bei CATL, BYD und Xiaomi SU7 übernommen.
3. GB 38031-2025 schreibt zwingend eine Fluchtzeit von ≥5 Minuten nach thermischem Durchgehen des Batteriepacks vor; das Ziel der nächsten Regulierungsstufe ist eine Verlängerung auf 120 Minuten – dies macht Nanobrandschutzmaterialien von einer „Option“ zu einer „Pflicht“.
Die Verbreitung von Elektrofahrzeugen hat das „thermische Durchgehen“ (Thermal Runaway) von einem Thema der Sicherheitstests im Labor zu einem realen Risiko gewandelt, das die Öffentlichkeit bewegt. Wenn Lithium-Ionen-Batterien durch internen Kurzschluss, Überladung oder mechanische Beschädigung ein thermisches Durchgehen auslösen, kann die Temperatur einer einzelnen Zelle innerhalb weniger Sekunden auf 600–1000 °C schnellen und über drei Pfade – Wärmeleitung, Wärmestrahlung und das Ausschleudern von Hochtemperaturpartikeln – die Kettenreaktion benachbarter Zellen auslösen, also die „Ausbreitung des thermischen Durchgehens“ (Thermal Runaway Propagation). Nanoporöse isolierende Brandschutzbeschichtung für Batteriegehäuse von Elektrofahrzeugen ist das Kernmaterialsystem zum Aufbau von Wärmesperren zwischen Zellen und Modulen.
Physikalische Mechanismen der thermischen Durchgehreaktion – Unter wie strengen Bedingungen müssen Brandschutzbeschichtungen arbeiten?
Direkte Antwort: Die Spitzentemperatur bei einem thermischen Durchgehen einer einzelnen Zelle kann 800–1200 °C erreichen (NCM-Lithiumbatterien mit Nickel-Kobalt-Mangan können 1200 °C erreichen, LFP-Lithiumeisenphosphat etwa 600–800 °C), mit einer Dauer von 30 Sekunden bis mehreren Minuten. Die Brandschutzbeschichtung zwischen benachbarten Zellen muss bei mindestens 1000 °C Flammen und heißen Gasströmungen strukturelle Integrität und Isolierfunktion bewahren, um die Wärmeübertragung auf benachbarte Zellen und damit eine Kettenreaktion des thermischen Durchgehens zu verhindern. Diese Anforderung geht die Arbeitsbedingungen herkömmlicher Gebäude-Brandschutzanstriche (üblicherweise <800 °C/30 Minuten) weit hinaus.
Mechanismus im Detail – drei Pfade der thermischen Durchgehung.(1)Wärmeleitung – das Gehäuse der heißen Zelle überträgt Wärme durch direkten Kontakt oder leitfähige Strukturbauteile (Aluminium-Sammelschienen, Kupferschienen) auf benachbarte Zellen. Blockierungsstrategie: Einsetzen von Nanowärmeisolationspolstern mit extrem niedriger Wärmeleitfähigkeit zwischen den Zellen (Aerogel oder SUPHIP® Nanokomposit, Wärmeleitfähigkeit 0,013–0,04 W/mK, nur 1/2–1/4 der von ruhender Luft, 1/5000 von Aluminiumlegierung).(2)Wärmestrahlung – die Strahlungswärmestromdichte der Zelloberfläche bei 1200 °C kann etwa 200 kW/m² erreichen (Stefan-Boltzmann-Gesetz Q=εσT⁴, mit ε=0,8). Blockierungsstrategie: Zugabe von infrarotreflektierenden/-absorbierenden Nanofüllstoffen (Nano-TiO₂, ATO, SiC) in die Nanowärmeisolationsschicht.(3)Heiße Partikelversprühung – nach dem Öffnen des Sicherheitsventils der thermisch durchgehenden Zelle werden heiße Elektrolytdämpfe, geschmolzene Aluminiumfolie (>660 °C) und Kupferfolie (>1085 °C) versprüht. Blockierungsstrategie: Intumeszierende Brandschutzschicht dehnt sich bei hohen Temperaturen schnell aus (20–50-fache Volumenzunahme) und bildet eine poröse Karbonisierungsschicht, die heiße Partikel physikalisch abfängt und Stoßenergie absorbiert.
Datenbasis: GB 38031-2025 „Sicherheitsanforderungen an Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge“ bestimmt: Nach Auslösung eines thermischen Durchgehens darf das Batteriepaket innerhalb von mindestens 5 Minuten keine äußeren Flammen oder Explosionen aufweisen, um den Insassen ein Zeitfenster zur Flucht zu bieten. Auch die UN GTR Nr. 20 und die EU-ECE R100.03 enthalten ähnliche Anforderungen. Das Ziel der nächsten Regulierungsgeneration (voraussichtlich ab 2027–2028 in Kraft) ist es, die Fluchtzeit auf 30–120 Minuten zu verlängern – was eine qualitative Sprunganforderung an die Leistung der Brandschutzbeschichtung stellt.
Quelle:GB 38031-2025, UN GTR No.20, ECE R100.03, IDTechEx Fire Protection Materials Report 2025
Vierschichtige Schutzarchitektur von Nanobrandsschutzbeschichtungen – Engineering-Integration vom Material bis zum System
Erste Schicht: Nanoporen-Aerogel-Wärmedämmkern.SiO₂-Aerogel – bekannt als ”fester Rauch” – weist den niedrigsten Wärmeleitkoeffizienten aller bekannten Feststoffe auf (0,013–0,018 W/mK, Raumtemperatur, Normaldruck), mit einer Porosität von >95 % und einer Porengröße von 2–50 nm (kleiner als die mittlere freie Weglänge von Luftmolekülen von ca. 70 nm, wodurch die gasförmige Wärmeleitung effektiv unterdrückt wird). Der Durchbruch der Nanjing Tech University im Jahr 2025 besteht darin: (1) Durch ein innovatives Trocknungsverfahren mit überkritischem CO₂ (99,5 % Ethanol-Rückgewinnung) wurden die Produktionskosten für Aerogele um über 50 % gesenkt; (2) Durch faserverstärkte und elastische Strukturauslegung (>90 % elastische Kompressionserholung) wurden die Sprödigkeit und das Abstauben herkömmlicher Aerogele behoben – sie können die wiederholte Ausdehnung/Zusammenziehung während der Lade-/Entladezyklen der Zellen verkraften (die Zellendickenzunahme kann 5–10 % erreichen).
Zweite Schicht: Intumeszierende Brandschutzbeschichtung (Intumescent Coating).Das EP/MAP-Cu-System (Epoxidharz/modifiziertes Ammoniumpolyphosphat-Kupferionen) ist eine von der Chinesischen Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung in den Jahren 2025–2026 geförderteSpitzen- Forschungsrichtung. Funktionsprinzip: Bei hohen Temperaturen zersetzt sich MAP zu Phosphorsäure → katalysiert die Verkohlung des Epoxidharzes zur Bildung einer intumeszierenden Kohleschicht → Cu²⁺ katalysiert die Vernetzung und Verstärkung der Kohleschicht → die Dicke der Kohleschicht kann das 20- bis 50-fache der ursprünglichen Beschichtung erreichen. Experimentelle Daten: Eine 1,5 mm dicke Beschichtung, die einer 1200 °C Butanflamme ausgesetzt war, erreichte auf der Rückseite nur 93 °C (Temperaturanstieg um 36 % reduziert), wobei der Beginn des thermischen Durchgehens um 51 % verzögert wurde.
Dritte Schicht: keramisierende Silikongummiverkapselung. Unter einer Flamme von 800–1300 °C wirken die Nanoglimmer/Kaolin-Füllstoffe und der Platin-Katalysator im Silikongummi synergistisch: Die Methyl- und Vinylseitengruppen der Silikongummikette zersetzen sich thermisch → SiO₂-Rückstände sintern mit den Nanofüllstoffen bei hoher Temperatur zu einer dichten keramikartigen Schutzhülle – die Umwandlung erfolgt in situ von einem flexiblen Elastomer zu einer starren Keramikbarriere. >30 Minuten 1300 °C Flammdurchdringungstest ohne Beschädigung.
Vierte Schicht (optional): Nanosol-Aerosol-Löschmittel. In extremen Fällen (wenn alle ersten drei Schichten durchdrungen wurden), zersetzt sich das in die Beschichtung eingebettete Nanosol-Aerosol-Löschmittel (z. B. K₂CO₃-Nanopartikel) bei >800 °C thermisch und erzeugt K•-Radikale, die effizient die H•- und OH•-Radikale in der Verbrennungskettenreaktion abfangen und so eine aktive chemische Brandbekämpfung bewirken.
Quelle: Nanjing University of Technology/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP® Technische Daten, MDPI Gels Aerogel Review (Okt 2025)
Häufig gestellte Fragen
Wie viel Gewicht fügt die nanometrische Brandschutzbeschichtung dem Batteriegehäuse hinzu?
Die Flächenmasse des Aerogel-Wärmedämmkissens beträgt ca. 200–400 g/m²; bei einem 80-kWh-Batteriepack (ca. 200 Zellen, Zwischenzelloberfläche ca. 8 m²) erhöht sich das Gewicht um etwa 1,6–3,2 kg – weniger als 1 % des Gesamtgewichts des Batteriepacks. Der zusätzliche Gewichtsaufwand durch intumeszierende Beschichtungen liegt bei ca. 0,5–1,0 kg. Im Vergleich zum durch das Batteriepack gewonnenen Brandschutznutzen ist der Gewichtsaufwand vernachlässigbar.
Beeinflusst die Brandschutzbeschichtung die Wärmeabfuhr der Batterie?
Das Designziel der nanoporösen Wärmedämmbeschichtung ist die „gerichtete Wärmedämmung“ – sie blockiert die Ausbreitung des thermischen Durchgehens zwischen den Zellen (normal zur Oberfläche), beeinträchtigt jedoch nicht die normalen Wärmeabfuhrwege an Zellboden oder -seite (tangential). Durch die positionsselektive Applikation der Beschichtung (nur zwischen den großen Zellflächen) wird eine präzise Regelung des Wärmemanagements erreicht.
Kann bei bestehenden Fahrzeugen eine brandhemmende Batterieschicht (Batterie-Brandschutzbeschichtung) nachgerüstet werden?
Die technische Machbarkeit und Sicherheit einer nachträglichen Installation werden derzeit noch bewertet – die Schutzart des Batteriepacks (IP67/IP68) und die Hochspannungssicherheit müssen während des Nachrüstprozesses strikt gewahrt bleiben. Derzeit wird die Nanobrandsschutzbeschichtung hauptsächlich in der OEM-Originalbatteriepack-Entwicklung und -produktionsphase eingesetzt.
Benötigen LFP-Batterien noch eine Brandschutzbeschichtung?
Erforderlich. Obwohl die thermische Stabilität von LFP (Lithiumeisenphosphat) besser ist als die von NCM/NCA-Ternärbatterien (Einsatztemperatur der thermischen Durchgehung ca. 250 °C gegenüber 180 °C, Spitzentemperatur ca. 600–800 °C gegenüber 1000–1200 °C), stoßen LFP-Zellen bei Auslösung einer thermischen Durchgehung ebenfalls heiße Gase und Partikel aus, und das Risiko der Ausbreitung der thermischen Durchgehung auf Modulebene bleibt bestehen. Lediglich das LFP-System kann eine relativ dünnere Brandschutzbeschichtung verwenden (1–2 mm gegenüber 2–4 mm bei NCM).
Referenzquellen:GB 38031-2025, Nanjing Tech University/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (Okt 2025), IDTechEx Fire Protection Materials 2025-2035
Veröffentlichungsdatum: 6. Juli 2026 | Kategorie: Technisches Wissen