Conclusion clé :
1. Le système de revêtement nanomatériau ignifuge intégré pour pack de batterie EV comprend trois couches fonctionnelles — couche d'isolation nanomatériau aérogel (0,013-0,018 W/mK, 1300°C/2h), revêtement ignifuge intumescent (1200°C, retardement de la perte de contrôle thermique de 51 %), encapsulation en caoutchouc silicone céramisable (1300°C/>30 min).
2. Le « pare-feu » en aérogel céramique de l'Université technologique de Nanjing ne mesure que 0,09 pouce (2,3 mm) d'épaisseur, exposé à 1000°C/5 minutes, la température à l'arrière reste inférieure à 100°C — déjà adopté en production de série par CATL, BYD et Xiaomi SU7.
3. La norme GB 38031-2025 exige obligatoirement un temps d'évacuation ≥ 5 minutes après la perte de contrôle thermique du pack de batterie, l'objectif de la réglementation de nouvelle génération est de l'étendre à 120 minutes — ce qui fait passer les nanomatériaux ignifuges du « optionnel » au « obligatoire ».
L'adoption généralisée des véhicules électriques a transformé la « défaillance thermique » (Thermal Runaway) d'un sujet de test de sécurité en laboratoire en un risque réel préoccupant le public. Lorsqu'une batterie lithium-ion déclenche une défaillance thermique due à un court-circuit interne, une surcharge ou une détérioration mécanique, la température d'une seule cellule peut grimper en quelques secondes à 600-1000°C, et déclencher, par conduction thermique, rayonnement thermique et projection de particules à haute température, la réaction en chaîne des cellules adjacentes — c'est-à-dire la « propagation de la défaillance thermique » (Thermal Runaway Propagation). Le revêtement ignifuge isolant nanotechnologique pour packs de batteries de véhicules électriques est le système de matériaux central pour construire une barrière thermique entre les cellules et entre les modules.
Mécanisme physique de la propagation de l'emballement thermique — dans quelles conditions extrêmes les revêtements ignifuges doivent-ils fonctionner ?
Réponse directe :La température de pointe d'une défaillance thermique d'une cellule unique peut atteindre 800-1200°C (les batteries lithium-ion ternaires NCM peuvent atteindre 1200°C, les LFP lithium fer phosphate environ 600-800°C), avec une durée de 30 secondes à plusieurs minutes. Le revêtement ignifuge entre les cellules adjacentes doit maintenir l'intégrité structurelle et la fonction d'isolation thermique sous l'impact d'une flamme et d'un flux d'air à haute température d'au moins 1000°C, afin d'empêcher le transfert de chaleur vers les cellules adjacentes et le déclenchement d'une défaillance thermique en chaîne. Cette exigence dépasse de loin les conditions de travail des peintures ignifuges traditionnelles pour bâtiments (généralement <800°C/30 minutes).
Explication du mécanisme — les trois voies de propagation de la perte de contrôle thermique.(1)Conduction thermique — le boîtier de la cellule à haute température transmet la chaleur aux cellules adjacentes par contact direct ou via des pièces structurelles conductrices (barres collectrices en aluminium, busbars en cuivre). Stratégie de blocage : insérer entre les cellules un coussin isolant nano à coefficient de conductivité thermique ultra-faible (aérogel ou composite nano SUPHIP®, coefficient de conductivité 0,013-0,04 W/mK, soit seulement 1/2 à 1/4 de l'air stagnant, et 1/5000 de l'alliage d'aluminium).(2)Rayonnement thermique — la densité de flux de chaleur rayonnée par la surface de la cellule à 1200°C peut atteindre environ 200 kW/m² (loi de Stefan-Boltzmann Q=εσT⁴, en supposant ε=0,8). Stratégie de blocage : ajouter au revêtement isolant nano des nanoremplissages à réflexion/absorption infrarouge (nano-TiO₂, ATO, SiC).(3)Projection de particules à haute température — après l'ouverture de la soupape de sûreté de la cellule en perte de contrôle thermique, des vapeurs d'électrolyte à haute température, des particules de feuille d'aluminium fondue (>660°C) et de feuille de cuivre fondue (>1085°C) sont projetées. Stratégie de blocage : le revêtement ignifuge intumescent se dilate rapidement à haute température (expansion de volume 20 à 50 fois) pour former une couche carbonisée poreuse, interceptant physiquement les particules à haute température et absorbant l'énergie d'impact.
Données à l'appui :La norme GB 38031-2025 « Exigences de sécurité pour les batteries de traction des véhicules électriques » stipule que : après le déclenchement de la perte de contrôle thermique du pack de batteries, aucune flamme externe ni explosion ne doit se produire pendant au moins 5 minutes, afin de ménager une fenêtre de temps pour l'évacuation des occupants. Le règlement mondial de l'ONU UN GTR No.20 et le règlement de l'UE ECE R100.03 comportent également des exigences similaires. L'objectif de la prochaine génération de réglementations (dont l'entrée en vigueur est prévue pour 2027-2028) est de porter le temps d'évacuation à 30-120 minutes — ce qui impose un bond qualitatif aux performances des revêtements ignifuges.
Source :GB 38031-2025, UN GTR No.20, ECE R100.03, IDTechEx Fire Protection Materials Report 2025
L'architecture de protection à quatre couches du revêtement nano ignifuge — intégration ingénierie du matériau au système
Première couche : noyau isolant en aérogel de nanomatériaux.L'aérogel de SiO₂ — appelé « fumée solide » — possède la plus faible conductivité thermique parmi les matériaux solides connus (0,013-0,018 W/mK, température ambiante, pression atmosphérique), avec une porosité >95 % et une taille de pores de 2 à 50 nm (inférieure au libre parcours moyen des molécules d'air d'environ 70 nm, supprimant ainsi efficacement la conduction thermique gazeuse). La percée de l'Université technologique de Nanjing en 2025 réside dans : (1) la réduction de plus de 50 % du coût de production de l'aérogel grâce à un procédé innovant de séchage supercritique au CO₂ (avec récupération de 99,5 % d'éthanol) ; (2) la résolution des problèmes de fragilité et de dépoudrage de l'aérogel traditionnel par un renforcement par fibres et une structure élastique (récupération élastique en compression >90 %) — capable de supporter les expansions/contractions répétées lors des cycles de charge/décharge des cellules (la variation d'épaisseur de la cellule pouvant atteindre 5 à 10 %).
Deuxième couche : revêtement ignifuge intumescent (Intumescent Coating).Le système EP/MAP-Cu (résine époxyde / polyphosphate d'ammonium modifié - ion cuivre) est une direction de recherche de pointe soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine en 2025-2026. Principe de fonctionnement : à haute température, le MAP se décompose en acide phosphorique → catalyse la carbonisation de la résine époxyde pour former une couche de carbone expansée → les ions Cu²⁺ catalysent le réticulage de la couche de carbone pour la renforcer → l'épaisseur de la couche de carbone peut atteindre 20 à 50 fois celle du revêtement d'origine. Données expérimentales : un revêtement de 1,5 mm exposé à une flamme de butane à 1200 °C présente une température à l'arrière de seulement 93 °C (réduction de l'élévation de température de 36 %), et le temps d'amorçage de l'emballement thermique est retardé de 51 %.
Troisième couche : encapsulation en caoutchouc silicone céramisable. Sous une flamme de 800-1300°C, les charges de nanomicas/kaolin et le catalyseur de platine dans le caoutchouc silicone agissent en synergie : les groupes méthyle et vinyle de la chaîne latérale du caoutchouc silicone se décomposent thermiquement → les résidus de SiO₂ et les nanoremplissants frittent à haute température pour former une coque protectrice dense de type céramique — transformant in situ l'élastomère flexible en une barrière céramique rigide. >30 minutes d'essai de pénétration par flamme à 1300°C sans destruction.
Quatrième couche (optionnelle) : agent extincteur aérosol nanométrique.Dans des conditions extrêmes (les trois premières couches étant toutes percées), l'agent extincteur aérosol nanométrique intégré dans le revêtement (comme les nanoparticules de K₂CO₃) se décompose thermiquement à >800°C pour produire des radicaux K•, capturant efficacement les radicaux H• et OH• dans la réaction en chaîne de combustion, réalisant ainsi une extinction chimique active.
Source :Nanjing University of Technology/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP® Technical Data, MDPI Gels Aerogel Review (Oct 2025)
Questions fréquentes
Q : Combien le revêtement ignifuge nanotechnologique ajoute-t-il de poids à la batterie ?
La densité de surface du tapis isolant en aérogel est d'environ 200 à 400 g/m² ; pour un pack de batterie de 80 kWh (~200 cellules, surface inter-cellules d'environ 8 m²), l'augmentation de poids est d'environ 1,6 à 3,2 kg — soit moins de 1 % du poids total du pack. Le gain de poids du revêtement intumescent est d'environ 0,5 à 1,0 kg. Comparé au bénéfice de sécurité incendie apporté au pack de batterie, le coût en poids est négligeable.
Le revêtement ignifuge affecte-t-il la dissipation thermique de la batterie ?
L'objectif de conception du revêtement nano-isolant thermique est « l'isolation thermique directionnelle » — bloquer la propagation de la perte de contrôle thermique entre les cellules (direction normale), sans affecter les voies de dissipation thermique normales au fond ou sur les côtés des cellules (direction tangentielle). Une régulation précise de la gestion thermique est réalisée grâce à l'application sélective du revêtement par position (uniquement entre les grandes faces des cellules).
Les véhicules existants peuvent-ils être équipés d'un revêtement ignifuge pour batteries ?
La faisabilité technique et la sécurité de l'installation en après-vente sont encore en cours d'évaluation — le niveau d'étanchéité du pack de batteries (IP67/IP68) et la sécurité haute tension doivent être strictement maintenus durant le processus d'installation. Actuellement, le revêtement nano ignifuge est principalement appliqué aux stades de conception et de production d'origine (OEM) du pack de batteries.
Les batteries LFP ont-elles encore besoin d'un revêtement ignifuge ?
Nécessaire. Bien que la stabilité thermique du LFP (lithium fer phosphate) soit supérieure à celle des batteries lithium-ion ternaires NCM/NCA (température de départ de l'emballement thermique d'environ 250°C contre 180°C, température de pointe d'environ 600-800°C contre 1000-1200°C), une fois l'emballement thermique déclenché, la cellule LFP projette également des gaz et particules à haute température, et le risque de propagation de l'emballement thermique au niveau du module persiste. Le système LFP permet simplement d'utiliser un revêtement ignifuge relativement plus fin (1-2 mm contre 2-4 mm pour le NCM).
Sources de référence :GB 38031-2025, Université technologique de Nanjing/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (oct. 2025), IDTechEx Fire Protection Materials 2025-2035
Date de publication : 6 juillet 2026 | Catégorie : Connaissances techniques