Perkara Utama:
1. Sistem salutan nano tahan api bateri EV menggabungkan tiga lapisan berfungsi — penebat nano aerogel (0.013-0.018W/mK, 1300°C/2j), salutan tahan api mengembang (1200°C, 51% kelewatan larian terma), pengkapsulan getah silikon seramik (1300°C/>30min).
2. "Tembok api" aerogel seramik Universiti Teknologi Nanjing pada ketebalan hanya 0.09 inci (2.3mm), terdedah kepada 1000°C/5 min, mengekalkan suhu bahagian belakang di bawah 100°C — diterima pakai oleh CATL, BYD, Xiaomi SU7 dalam pengeluaran besar-besaran.
3. GB 38031-2025 mewajibkan masa perlindungan ≥5 minit selepas larian terma; peraturan generasi baharu menyasarkan 120 minit — mendorong bahan nano tahan api daripada "pilihan" kepada "wajib."
Penularan kenderaan elektrik telah mengubah "pelarian terma bateri" daripada topik ujian keselamatan makmal menjadi kebimbangan awam. Apabila bateri litium-ion mencetuskan pelarian terma akibat litar pintas dalaman, pengecasan berlebihan, atau kerosakan mekanikal, suhu sel individu boleh melonjak sehingga 600-1000°C dalam beberapa saat, mencetuskan tindak balas rantaian dalam sel bersebelahan melalui pengaliran haba, sinaran, dan pancutan zarah panas. Salutan nano penebat tahan api pakej bateri EV merupakan sistem bahan teras untuk membina halangan terma antara sel dan modul.
Fizik Penyebaran Thermal Runaway — Sejauh Mana Mencabar Persekitaran Operasi?
Jawapan Terus: Suhu puncak larian haba terma sel tunggal mencecah 800-1200°C (litium tiga komponen NCM: sehingga 1200°C; LFP: ~600-800°C), berlangsung dari 30 saat hingga beberapa minit. Salutan tahan api antara sel bersebelahan mesti mengekalkan integriti struktur dan fungsi penebat di bawah impak aliran gas suhu tinggi dan nyalaan sekurang-kurangnya 1000°C — jauh melebihi keadaan operasi salutan tahan api bangunan tradisional (biasanya <800°C/30min).
Tiga laluan penyebaran pelarian terma: (1) Pengaliran haba — disekat oleh pad penebat nano kekonduksian terma ultra-rendah antara sel (aerogel atau nanokomposit SUPHIP®, 0.013-0.04W/mK — 1/5000 daripada aloi aluminium). (2) Sinaran terma — fluks haba radiatif permukaan sel 1200°C ~200kW/m², disekat oleh pengisi nano reflektif/serap IR (TiO2, ATO, SiC) dalam salutan penebat. (3) Pancutan zarah panas — pembukaan vent keselamatan melepaskan wap elektrolit suhu tinggi dan zarah logam lebur (>660°C Al, >1085°C Cu), disekat oleh salutan intumesen yang mengembang 20-50× untuk membentuk lapisan karbon terpori.
Sokongan Data: GB 38031-2025 mewajibkan: selepas pencetusan larian haba, tiada nyalaan luaran atau letupan dalam tempoh ≥5 minit. UN GTR No.20 dan EU ECE R100.03 mempunyai keperluan yang serupa. Peraturan generasi baharu (dijangka 2027-2028) menyasarkan masa perlarian 30-120 minit — menuntut lompatan kualitatif dalam prestasi salutan tahan api.
Sumber: GB 38031-2025, UN GTR No.20, Laporan Bahan Perlindungan Kebakaran IDTechEx 2025
Seni Bina Nano Tahan Api Empat Lapisan
Lapisan 1: Teras Penebat Nano-Aerogel. Aerogel SiO2 — “asap pepejal” — kekonduksian haba terendah di antara pepejal yang diketahui (0.013-0.018W/mK), keliangan >95%, saiz liang 2-50nm (lebih kecil daripada laluan bebas min udara ~70nm, menyekat kekonduksian gas secara berkesan). Terobosan 2025 Universiti Teknologi Nanjing: (1) pengeringan CO2 superkritikal dengan penggunaan semula etanol 99.5% mengurangkan kos pengeluaran >50%; (2) pengukuhan gentian dan reka bentuk struktur elastik (pemulihan elastik >90%) menyelesaikan keretakan aerogel tradisional — mampu menahan kitaran pengembangan/pengecutan sel berulang.
Lapisan 2: Salutan Tahan Api Intumesen. Sistem EP/MAP-Cu (epoksi/amonium polifosfat terubah suai-ion kuprum) — penyelidikan barisan hadapan disokong NSFC 2025-2026. Prinsip kerja: penguraian MAP suhu tinggi → asid fosforik memangkinkan pempelanjuran epoksi → Cu2+ memangkinkan pautan silang lapisan karbon → ketebalan lapisan karbon 20-50× salutan asal. Eksperimen: salutan 1.5mm didedahkan kepada nyalaan butana 1200°C, suhu bahagian belakang hanya 93°C (pengurangan kenaikan suhu 36%), permulaan larian haba tertunda 51%.
Lapisan 3: Penseramikkan Salutan Getah Silikon. Di bawah nyalaan 800-1300°C, pengisi nano-mika/kaolin dan pemangkin platinum dalam getah silikon bertindak sinergi: penguraian rantai sisi silikon → sisa SiO2 tersinter dengan nano-pengisi membentuk cangkerang pelindung seramik padat — transformasi in-situ daripada elastomer fleksibel kepada halangan seramik tegar. >30min ujian penembusan nyalaan 1300°C dengan sifar kegagalan.
Sumber: Universiti Teknologi Nanjing/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (Okt 2025)
Soalan Lazim
Q: Berapakah penambahan berat yang dibawa oleh salutan tahan api nano kepada pakej bateri?
Ketumpatan permukaan pad penebat aerogel: ~200-400g/m²; pakej 80kWh (~200 sel, ~8m² kawasan antara sel): ~1.6-3.2kg tambahan — <1% daripada jumlah berat pakej. Salutan intumesen menambah ~0.5-1.0kg. Penalti berat adalah boleh diabaikan berbanding faedah keselamatan kebakaran yang diperoleh.
S: Adakah salutan tahan api menjejaskan penyebaran haba bateri?
Reka bentuk salutan penebat nano menyasarkan “penebat berarah” — menghalang penyebaran pelarian terma antara sel (arah normal) tanpa menjejaskan laluan penyebaran haba normal (arah tangen) di bahagian bawah atau sisi sel. Aplikasi salutan selektif (hanya di antara muka besar sel) membolehkan kawalan pengurusan haba yang tepat.
S: Adakah bateri LFP memerlukan salutan tahan api?
Ya. Walaupun kestabilan terma LFP (LiFePO4) melebihi NCM/NCA (permulaan ~250°C berbanding 180°C, puncak ~600-800°C berbanding 1000-1200°C), apabila larian terma tercetus, sel LFP juga memancutkan gas dan zarah panas. Risiko penyebaran peringkat modul masih wujud. Sistem LFP boleh menggunakan salutan yang agak lebih nipis (1-2mm berbanding 2-4mm untuk NCM).
Rujukan: GB 38031-2025, Universiti Teknologi Nanjing (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (Okt 2025), IDTechEx 2025-2035
Diterbitkan: 6 Julai 2026 | Kategori: Pengetahuan Teknikal