Kesimpulan utama:
1. Sistem salutan nano tahan api pakej bateri EV mengintegrasikan tiga lapisan fungsi — lapisan penebat nano aerogel (0.013-0.018W/mK, 1300°C/2h), salutan tahan api jenis mengembang (1200°C, melengahkan kehilangan kawalan haba 51%), dan pengkapsulan getah silikon seramik (1300°C/>30min).
2. 'Dinding api' aerogel seramik Universiti Teknologi Nanjing hanya setebal 0.09 inci (2.3mm), terdedah kepada 1000°C/5 minit, suhu bahagian belakang kekal di bawah 100°C — telah diguna pakai secara pengeluaran besar-besaran oleh CATL, BYD, dan Xiaomi SU7.
3. GB 38031-2025 mewajibkan masa perlindungan sekurang-kurangnya 5 minit selepas kehilangan kawalan haba pakej bateri, sasaran peraturan generasi akan datang dilanjutkan kepada 120 minit — mendorong bahan nano tahan api berubah daripada 'pilihan' kepada 'keperluan wajib'.
Penyebaran kenderaan elektrik telah mengubah "kehilangan kawalan haba bateri" (Thermal Runaway) daripada topik ujian keselamatan makmal kepada risiko realiti yang menjadi kebimbangan orang ramai. Apabila bateri litium-ion mencetuskan kehilangan kawalan haba akibat litar dalaman, cas berlebihan atau kerosakan mekanikal, suhu sel tunggal boleh melonjak kepada 600-1000°C dalam beberapa saat, dan mencetuskan tindak balas berantai sel bersebelahan melalui tiga cara: pengaliran haba, sinaran haba dan penyemburan zarah bersuhu tinggi — iaitu "penyebaran kehilangan kawalan haba" (Thermal Runaway Propagation). Cat penebat nano tahan api pakej bateri kenderaan elektrik merupakan sistem bahan teras yang membina halangan haba antara sel dan antara modul.
Mekanisme fizikal penyebaran kehilangan kawalan haba — sejauh mana kerasnya keadaan yang perlu ditanggung oleh salutan tahan api?
Jawab terus:Suhu puncak bagi kehilangan kawalan haba sel tunggal boleh mencecah 800-1200°C (bateri litium-ion NCM tiga komponen boleh mencecah 1200°C, LFP litium ferum fosfat kira-kira 600-800°C), dengan tempoh 30 saat hingga beberapa minit. Salutan tahan api antara sel bersebelahan perlu mengekalkan integriti struktur dan fungsi penebat haba di bawah hentaman nyalaan dan aliran gas suhu tinggi sekurang-kurangnya 1000°C, bagi menghalang pemindahan haba ke sel bersebelahan yang mencetuskan kehilangan kawalan haba berantai. Keperluan ini jauh melebihi keadaan kerja cat tahan api bangunan tradisional (biasanya <800°C/30 minit).
Penjelasan mekanisme—tiga laluan penyebaran kehilangan kawalan haba.(1)Kekonduksian haba—perumah sel bateri bersuhu tinggi memindahkan haba ke sel bateri bersebelahan melalui sentuhan langsung atau komponen struktur pengalir haba (bar pengumpul aluminium, bas bar kuprum). Strategi penyekatan: Memasukkan tikar penebat nano dengan pekali pengaliran haba ultra rendah di antara sel bateri (aerogel atau bahan komposit nano SUPHIP®, pekali pengaliran haba 0.013-0.04W/mK, hanya 1/2-1/4 daripada udara pegun, dan 1/5000 daripada aloi aluminium).(2)Sinaran haba—ketumpatan fluks haba sinaran dari permukaan sel bateri pada 1200°C boleh mencecah kira-kira 200kW/m² (Hukum Stefan-Boltzmann Q=εσT⁴, dengan andaian ε=0.8). Strategi penyekatan: Menambah pengisi nano pemantul/menyerap infra merah dalam salutan penebat nano (TiO₂ nano, ATO, SiC).(3)Semburan zarah bersuhu tinggi—selepas injap keselamatan sel bateri yang kehilangan kawalan haba terbuka, ia menyemburkan wap elektrolit bersuhu tinggi, kerajang aluminium lebur (>660°C) dan zarah kerajang kuprum (>1085°C). Strategi penyekatan: Salutan tahan api jenis pengembangan mengembang dengan cepat pada suhu tinggi (pengembangan isipadu 20-50 kali) untuk membentuk lapisan karbon berliang, secara fizikal memintas zarah bersuhu tinggi dan menyerap tenaga hentaman.
Sokongan data:GB 38031-2025 "Keperluan Keselamatan Bateri Kuasa untuk Kenderaan Elektrik" menetapkan: Selepas pencetusan kehilangan kawalan haba pada pek bateri, tiada nyalaan luaran atau letupan dibenarkan berlaku dalam sekurang-kurangnya 5 minit, bagi menyediakan tetingkap masa untuk penghuni melarikan diri. Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu UN GTR No.20 dan Kesatuan Eropah ECE R100.03 juga mempunyai keperluan yang serupa. Sasaran peraturan generasi akan datang (dijangka dilaksanakan pada 2027-2028) adalah untuk memanjangkan masa melarikan diri kepada 30-120 minit—ini mengemukakan keperluan lompatan kualitatif terhadap prestasi salutan tahan api.
Sumber:GB 38031-2025, UN GTR No.20, ECE R100.03, IDTechEx Fire Protection Materials Report 2025
Seni bina perlindungan empat lapis salutan tahan api nano — integrasi kejuruteraan dari bahan ke sistem
Lapisan pertama: Teras penebat aerogel nano.SiO₂ aerogel—yang dikenali sebagai "asap pepejal"—mempunyai ketelusan haba terendah di kalangan bahan pepejal yang diketahui (0.013-0.018W/mK, suhu bilik, tekanan atmosfera), porositi >95%, saiz liang 2-50nm (lebih kecil daripada purata laluan bebas molekul udara iaitu kira-kira 70nm, oleh itu berkesan menghalang pengaliran haba gas). Terobosan Universiti Teknologi Nanjing pada tahun 2025 terletak pada: (1) melalui proses pengeringan CO₂ superkritikal yang inovatif (pemulihan etanol 99.5%) mengurangkan kos pengeluaran aerogel lebih daripada 50%; (2) melalui pengukuhan gentian dan reka bentuk struktur elastik (pemulihan mampatan elastik >90%) menyelesaikan masalah kerapuhan dan serpihan habuk aerogel tradisional—mampu menahan pengembangan/pengecutan berulang semasa kitaran pengecasan dan pelepasan sel (perubahan ketebalan sel boleh mencecah 5-10%).
Lapisan kedua: Salutan tahan api jenis mengembang (Intumescent Coating).Sistem EP/MAP-Cu (epoksi/ammonium polyphosphate terubah suai-ion kuprum) merupakan arah penyelidikan termaju yang disokong oleh Dana Negara Sains Asli China pada 2025-2026. Prinsip kerja: Pada suhu tinggi, MAP terurai menjadi asid fosforik → memangkinkan pengerasan epoksi membentuk lapisan karbon mengembang → ion Cu²⁺ memangkinkan peningkatan ikatan silang lapisan karbon → ketebalan lapisan karbon boleh mencapai 20-50 kali ganda lapisan asal. Data eksperimen: Salutan setebal 1.5mm didedahkan kepada nyalaan butana 1200°C, suhu bahagian belakang hanya 93°C (penurunan kenaikan suhu sebanyak 36%), masa permulaan kehilangan kawalan haba ditangguhkan sebanyak 51%.
Lapisan ketiga: Pembungkusan getah silikon seramik.Pada suhu api 800-1300°C, pengisi nano-mika/kaolin dan pemangkin platinum dalam getah silikon bertindak secara sinergi: rantai sisi metil dan vinil getah silikon terurai secara terma → sisa SiO₂ bersinergi dengan pengisi nano yang disinter pada suhu tinggi membentuk cangkerang pelindung padat seperti seramik—bertukar secara in situ daripada elastomer fleksibel kepada halangan seramik tegar.>30 minit ujian penembusan api 1300°C tanpa kerosakan.
Lapisan keempat (pilihan): Agen pemadam aerosol nano.Dalam keadaan ekstrem (tiga lapisan pertama telah ditembusi), agen pemadam aerosol nano yang dibenamkan dalam salutan (seperti zarah nano K₂CO₃) akan terurai secara terma pada suhu >800°C untuk menghasilkan radikal K•, yang menangkap radikal H• dan OH• dalam tindak balas rantai pembakaran secara cekap, bagi mencapai pemadaman api kimia secara aktif.
Sumber: Universiti Teknologi Nanjing/Interesting Engineering (2025), Data Teknikal NAGASE SUPHIP®, Kajian Semula MDPI Gels Aerogel (Okt 2025)
Soalan Lazim
Berapakah penambahan berat pakej bateri akibat salutan tahan api nano?
Ketumpatan permukaan tikar penebat aerogel adalah kira-kira 200-400 g/m², pakej bateri 80 kWh (~200 sel, luas permukaan antara sel kira-kira 8 m²) menambah berat kira-kira 1.6-3.2 kg—kurang daripada 1% daripada jumlah berat pakej bateri. Penambahan berat bagi salutan pengembangan ialah kira-kira 0.5-1.0 kg. Berbanding dengan faedah keselamatan kebakaran yang ditambah pada pakej bateri, kos berat adalah boleh diabaikan.
Adakah salutan tahan api akan menjejaskan penyebaran haba bateri?
Reka bentuk salutan penebat haba nano menyasarkan "penebatan haba terarah" — menghalang penyebaran kehilangan kawalan haba antara sel (arah normal), tetapi tidak menjejaskan laluan pelepasan haba normal di bahagian bawah atau sisi sel (arah tangen). Kawal selia tepat pengurusan haba dicapai melalui penggunaan salutan secara selektif pada kedudukan (hanya di antara permukaan besar sel).
Adakah kenderaan sedia ada boleh ditambah dengan salutan pencegah kebakaran bateri?
Kebolehlaksanaan teknikal dan keselamatan pemasangan tambahan selepas jualan masih dalam penilaian—tahap kedap bateri (IP67/IP68) dan keselamatan voltan tinggi perlu dikekalkan dengan ketat semasa proses pemasangan tambahan. Pada masa ini, salutan nano tahan api terutamanya diaplikasikan pada peringkat reka bentuk dan pengeluaran pakej bateri OEM kilang asal.
Adakah bateri LFP masih memerlukan salutan tahan api?
Perlu. Walaupun kestabilan haba LFP (litium ferum fosfat) adalah lebih baik daripada bateri litium tiga komponen NCM/NCA (suhu permulaan kehilangan kawalan haba kira-kira 250°C berbanding 180°C, suhu puncak kira-kira 600-800°C berbanding 1000-1200°C), namun apabila kehilangan kawalan haba tercetus, sel LFP juga akan menyemburkan gas dan zarah bersuhu tinggi, dan risiko penyebaran kehilangan kawalan haba pada peringkat modul masih wujud. Hanya sistem LFP boleh menggunakan salutan tahan api yang agak nipis (1-2mm berbanding 2-4mm untuk NCM).
Sumber rujukan:GB 38031-2025, Universiti Teknologi Nanjing/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (Okt 2025), IDTechEx Fire Protection Materials 2025-2035
Tarikh Terbit: 6 Julai 2026 | Kategori: Pengetahuan Teknikal