Ключевой вывод:
1. Система наноогнезащитного покрытия батарейного блока EV интегрирует три функциональных слоя — наноизоляционный слой на основе аэрогеля (0,013–0,018 Вт/м·К, 1300°C/2ч), вспучивающееся огнезащитное покрытие (1200°C, задержка теплового разгона на 51%), керамизирующееся силиконовое уплотнение (1300°C/>30 мин).
2. Керамический аэрогель-«огнестена» Нанкинского технологического университета толщиной всего 0,09 дюйма (2,3 мм) при воздействии 1000°C/5 мин имеет температуру на обратной стороне ниже 100°C — уже принят в серийное производство CATL, BYD, Xiaomi SU7.
3. GB 38031-2025 обязательно требует не менее 5 минут на эвакуацию после теплового разгона батарейного блока, цель следующего поколения норм — продление до 120 минут — что превращает наноогнезащитные материалы из «опции» в «обязательный элемент».
Распространение электромобилей превратило «тепловой пробой батареи» (Thermal Runaway) из темы лабораторных испытаний безопасности в реальный риск, вызывающий общественную обеспокоенность. Когда литий-ионная батарея из-за внутреннего короткого замыкания, перезаряда или механического повреждениязапускаетает тепловой пробой, температура отдельного элемента может за несколько секунд резко подскочить до 600–1000 °C и через три пути — теплопроводность, тепловое излучение и выброс высокотемпературных частиц — вызвать цепную реакцию соседних элементов, известную как «распространение теплового пробоя» (Thermal Runaway Propagation). Наноизоляционное огнезащитное покрытие для аккумуляторных батарей электромобилей является ключевой системой материалов для создания тепловых барьеров между элементами и модулями.
Физический механизм распространения теплового разгона — в каких экстремальных условиях должно работать огнезащитное покрытие?
Прямой ответ: Пиковая температура при тепловом разгоне одного элемента может достигать 800–1200 °C (для литиевых батарей NCM на основе ternary может достигать 1200 °C, для LFP литиевых железофосфатных — около 600–800 °C), продолжительность составляет от 30 секунд до нескольких минут. Огнезащитное покрытие между соседними элементами должно сохранять структурную целостность и теплоизоляционные функции при воздействии пламени и высокотемпературных газовых потоков не менее 1000 °C, предотвращая передачу тепла соседним элементам и запуск цепного теплового разгона. Это требование намного превышает условия работы традиционных строительных огнезащитных красок (обычно <800 °C / 30 минут).
Подробный разбор механизма — три пути распространения теплового разгона.(1)Теплопроводность — корпус высокотемпературного элемента передает тепло соседним элементам через прямой контакт или теплопроводящие конструктивные элементы (алюминиевые шины, медные шины). Стратегия блокировки: вставка между элементами наноизоляционных прокладок со сверхнизким коэффициентом теплопроводности (аэрогель или нанокомпозит SUPHIP®, коэффициент теплопроводности 0.013–0.04 Вт/м·К, что составляет лишь 1/2–1/4 от неподвижного воздуха и 1/5000 от алюминиевого сплава).(2)Тепловое излучение — плотность теплового потока излучения с поверхности элемента при 1200°C может достигать около 200 кВт/м² (закон Стефана–Больцмана Q=εσT⁴, при предположении ε=0.8). Стратегия блокировки: добавление в наноизоляционное покрытие нано-наполнителей с инфракрасным отражением/поглощением (нано-TiO₂, ATO, SiC).(3)Выброс высокотемпературных частиц — после открытия предохранительного клапана элемента, находящегося в тепловом разгоне, выбрасываются пары высокотемпературного электролита, расплавленная алюминиевая фольга (>660°C) и медная фольга (>1085°C) в виде частиц. Стратегия блокировки: вспучивающееся огнезащитное покрытие при высокой температуре быстро вспучивается (увеличение объема в 20–50 раз), образуя пористый карбонизированный слой, который физически перехватывает высокотемпературные частицы и поглощает энергию удара.
Данные в подтверждение:Стандарт GB 38031-2025 «Требования безопасности к тяговым аккумуляторным батареям для электромобилей» устанавливает: после инициирования теплового разгона батарейный блок не должен демонстрировать внешнее пламя или взрыв в течение как минимум 5 минут, обеспечивая временное окно для эвакуации пассажиров. Аналогичные требования содержатся в документе ООН UN GTR No.20 и в европейском стандарте ECE R100.03. Цель следующего поколения нормативов (планируемых к введению в 2027–2028 гг.) — увеличить время для эвакуации до 30–120 минут, что предъявляет качественно новые требования к характеристикам огнезащитных покрытий.
Источник:GB 38031-2025, UN GTR No.20, ECE R100.03, IDTechEx Fire Protection Materials Report 2025
Четырёхслойная защитная архитектура наноструктурированного огнезащитного покрытия — инженерная интеграция от материала до системы
Первый слой: теплоизоляционная сердцевина из наноаэрогеля.Аэрогель SiO₂ — называемый «твёрдым дымом» — обладает наименьшим коэффициентом теплопроводности среди известных твёрдых материалов (0,013–0,018 Вт/м·К, комнатная температура, нормальное давление), пористостью >95%, размером пор 2–50 нм (меньше средней длины свободного пробега молекул воздуха ~70 нм, поэтому эффективно подавляет газофазную теплопроводность). Прорыв Нанкинского технологического университета в 2025 году заключается в: (1) снижении себестоимости производства аэрогеля более чем на 50% за счёт инновационной технологии сушки сверхкритическим CO₂ (рекуперация этанола 99,5%); (2) решении проблем хрупкости и осыпания традиционного аэрогеля путём армирования волокном и создания упругой структуры (восстановление упругого сжатия >90%) — способен выдерживать многократное расширение/сжатие при циклах заряда-разряда элемента (изменение толщины элемента может достигать 5–10%).
Второй слой: вспучивающееся огнезащитное покрытие (Intumescent Coating).Система EP/MAP-Cu (эпоксидная смола/модифицированный полифосфат аммония-ионы меди) является передовым направлением исследований, поддерживаемым Национальным фондом естественных наук Китая в 2025-2026 годах. Принцип работы: при высокой температуре MAP разлагается на фосфорную кислоту → катализирует карбонизацию эпоксидной смолы с образованием вспучивающегося углеродного слоя → Cu²⁺ катализирует сшивание углеродного слоя и усиливает его → толщина углеродного слоя может достигать 20-50-кратной толщины исходного покрытия. Экспериментальные данные: покрытие толщиной 1,5 мм при воздействии пламени бутана при 1200°C имеет температуру на обратной стороне всего 93°C (снижение повышения температуры на 36%), время начала теплового разгона задерживается на 51%.
Третий слой: керамизирующаяся силиконовая оболочка. В пламени при 800–1300 °C нано-слюдяные/каолиновые наполнители и платиновый катализатор в силиконовой резине действуют синергетически: боковые метильные и винильные группы силиконовой резины термически разлагаются → остаточный SiO₂ спекается с нано-наполнителями при высокой температуре, образуя плотную керамикоподобную защитную оболочку — происходит in situ превращение из гибкого эластомера в жёсткий керамический барьер. >30 минут испытания на прожиг пламенем при 1300 °C без разрушения.
Четвёртый слой (опционально): наноаэрозольное огнетушащее вещество. В экстремальных случаях (когда все три предыдущих слоя пробиты) наноаэрозольное огнетушащее вещество, внедрённое в покрытие (например, наночастицы K₂CO₃), при температуре >800°C термически разлагается с образованием радикалов K•, эффективно связывая радикалы H• и OH• в цепной реакции горения, обеспечивая активное химическое тушение.
Источник:Нанкинский технологический университет/Interesting Engineering (2025), технические данные NAGASE SUPHIP®, обзор аэрогелей MDPI Gels (октябрь 2025)
Часто задаваемые вопросы
Увеличит ли наноогнезащитное покрытие массу батарейного блока и на сколько?
Поверхностная плотность теплоизоляционной прокладки из аэрогеля составляет около 200–400 г/м²; для аккумуляторного пакета 80 кВт·ч (≈200 элементов, площадь поверхности между элементами ≈8 м²) прирост массы составляет около 1,6–3,2 кг — менее 1% от общей массы пакета. Прирост массы от вспучивающегося покрытия составляет около 0,5–1,0 кг. По сравнению с выигрышем в пожарной безопасности аккумуляторного пакета, затраты по массе незначительны.
Будет ли огнезащитное покрытие влиять на теплоотвод аккумулятора?
Целью проектирования нанотеплоизоляционного покрытия является «направленная теплоизоляция» — блокирование распространения теплового пробоя между элементами (по нормали), но без нарушения нормальных путей отвода тепла через дно или боковые стороны элемента (в тангенциальном направлении). Точное регулирование теплового режима достигается за счёт селективного нанесения покрытия по месту (только между большими гранями элементов).
Можно ли нанести огнезащитное покрытие для аккумуляторов на существующий автомобиль?
Техническая осуществимость и безопасность последующей установки всё ещё оцениваются — степень герметичности батарейного блока (IP67/IP68) и безопасность высокого напряжения должны строго сохраняться в процессе дооснащения. В настоящее время наноогнезащитное покрытие в основном применяется на этапе проектирования и производства батарейных блоков на заводе-изготовителе (OEM).
Нужно ли покрытие с огнезащитными свойствами для батарей LFP?
Необходимо. Хотя термическая стабильность LFP (фосфат железа лития) лучше, чем у литиевых батарей на основе NCM/NCA (температура начала теплового разгона около 250°C против 180°C, пиковая температура около 600–800°C против 1000–1200°C), при возникновении теплового разгона элементы LFP также выбрасывают горячие газы и частицы, и риск распространения теплового разгона на уровне модуля сохраняется. Просто в системах LFP можно использовать относительно более тонкое огнезащитное покрытие (1–2 мм против 2–4 мм для NCM).
Источники: GB 38031-2025, Нанкинский технологический университет/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (октябрь 2025), IDTechEx Fire Protection Materials 2025-2035
Дата публикации: 6 июля 2026 г. | Категория: Технические знания