Principais conclusões:
1. Os sistemas de revestimento nano ignífugo para baterias de VE integram três camadas funcionais — nano isolamento de aerogel (0,013-0,018W/mK, 1300°C/2h), revestimento intumescente ignífugo (1200°C, 51% de atraso na fuga térmica), encapsulamento de borracha de silicone ceramizante (1300°C/>30min).
2. O "firewall" de aerogel cerâmico da Universidade de Tecnologia de Nanjing, com apenas 0,09 polegadas (2,3mm) de espessura, exposto a 1000°C/5 min, mantém a temperatura do lado oposto abaixo de 100°C — adotado pela CATL, BYD e Xiaomi SU7 em produção em massa.
3. A GB 38031-2025 exige ≥5 minutos de tempo de escape pós fuga térmica; regulamentações de próxima geração visam 120 minutos — impulsionando os materiais nano ignífugos de "opcional" para "obrigatório".
A proliferação de veículos elétricos transformou o “descontrole térmico de baterias” de um tópico de teste de segurança em laboratório em uma preocupação pública. Quando as baterias de íons de lítio desencadeiam o descontrole térmico devido a curtos-circuitos internos, sobrecarga ou danos mecânicos, a temperatura de células individuais pode disparar para 600-1000°C em segundos, desencadeando reações em cadeia em células adjacentes através de condução térmica, radiação e ejeção de partículas quentes. Revestimentos nano isolantes e à prova de fogo para pacotes de baterias de VE constituem o sistema de material central para construir barreiras térmicas entre células e módulos.
Física da Propagação de Fuga Térmica — Quão Exigente é o Ambiente Operacional?
Resposta Direta: As temperaturas de pico de termorrequecimento em célula única atingem 800-1200°C (lítio ternário NCM: até 1200°C; LFP: ~600-800°C), durando de 30 segundos a vários minutos. Os revestimentos à prova de fogo entre células adjacentes devem manter a integridade estrutural e a função isolante sob impacto de chama e fluxo de gás de alta temperatura de pelo menos 1000°C — excedendo em muito as condições de operação dos revestimentos à prova de fogo tradicionais para construção (tipicamente <800°C/30min).
As três vias de propagação de thermal runaway: (1) Condução térmica — bloqueada por almofadas nanoisolantes de ultrabaixa condutividade térmica entre células (aerogel ou nanocompósito SUPHIP®, 0,013-0,04 W/mK — 1/5000 da liga de alumínio). (2) Radiação térmica — o fluxo de calor radiativo da superfície da célula a 1200°C é de ~200 kW/m², bloqueado por nanocargas refletoras/absorvedoras de IV (TiO2, ATO, SiC) nos revestimentos isolantes. (3) Ejeção de partículas quentes — a abertura da válvula de segurança libera vapor de eletrólito de alta temperatura e partículas de metal fundido (Al >660°C, Cu >1085°C), bloqueada por revestimento intumescente que expande 20-50× para formar uma camada carbonizada porosa.
Suporte de Dados: A GB 38031-2025 exige: após o acionamento da fuga térmica, nenhuma chama externa ou explosão dentro de ≥5 minutos. A UN GTR No.20 e a EU ECE R100.03 têm requisitos semelhantes. Regulamentações de próxima geração (projetadas para 2027-2028) visam 30-120 minutos de tempo de escape — exigindo saltos qualitativos no desempenho do revestimento à prova de fogo.
Fontes: GB 38031-2025, UN GTR No.20, Relatório IDTechEx de Materiais de Proteção contra Incêndio 2025
Arquitetura Nano Ignífuga de Quatro Camadas
Camada 1: Núcleo de Isolamento de Nanoaerogel. Aerogel de SiO2 — “fumaça sólida” — menor condutividade térmica entre os sólidos conhecidos (0,013-0,018W/mK), porosidade >95%, tamanho de poro de 2-50nm (menor que o caminho livre médio do ar ~70nm, suprindo efetivamente a condução gasosa). Avanço de 2025 da Universidade Tecnológica de Nanjing: (1) secagem supercrítica com CO2 com reuso de 99,5% de etanol reduzindo o custo de produção em >50%; (2) reforço com fibras e design de estrutura elástica (>90% de recuperação elástica) resolvendo a fragilidade do aerogel tradicional — pode suportar ciclos repetidos de expansão/contração celular.
Camada 2: Revestimento Intumescente à Prova de Fogo. Sistema EP/MAP-Cu (epóxi/fosfato de amônio polimerizado modificado-íon cobre) — pesquisa de fronteira apoiada pelo NSFC em 2025-2026. Princípio de funcionamento: decomposição do MAP em alta temperatura → ácido fosfórico catalisa a carbonização da epóxi → Cu2+ catalisa a reticulação da camada de carbono → espessura da camada de carbono 20-50× a do revestimento original. Experimental: revestimento de 1,5mm exposto a chama de butano a 1200°C, temperatura do verso de apenas 93°C (redução de 36% no aumento de temperatura), início do thermal runaway atrasado em 51%.
Camada 3: Encapsulamento de Borracha de Silicone Ceramizante. Sob chama de 800-1300°C, os cargas de nano-mica/caulim e o catalisador de platina na borracha de silicone atuam em sinergia: decomposição da cadeia lateral de silicone → resíduo de SiO2 sinteriza com nano-cargas formando casca cerâmica protetora densa — transformação in situ de elastômero flexível em barreira cerâmica rígida. >30min teste de penetração de chama a 1300°C com zero falha.
Fontes: Nanjing Tech University/Interesting Engineering (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (Out 2025)
Perguntas Frequentes
Q: Quanto de peso o revestimento nano ignífugo adiciona ao pacote de baterias?
Densidade superficial da almofada de isolamento de aerogel: ~200-400 g/m²; pack de 80 kWh (~200 células, ~8 m² de área entre células): ~1,6-3,2 kg adicionados — <1% do peso total do pack. O revestimento intumescente adiciona ~0,5-1,0 kg. A penalidade de peso é desprezível em comparação com o benefício de segurança contra incêndio obtido.
Q: O revestimento ignífugo afeta a dissipação de calor da bateria?
O design do revestimento nanoisolante visa o "isolamento direcional" — bloqueando a propagação de thermal runaway entre células (direção normal) sem afetar as rotas normais de dissipação de calor (direção tangencial) na base ou laterais da célula. A aplicação seletiva do revestimento (apenas entre as grandes faces das células) permite um controle preciso do gerenciamento térmico.
Q: A bateria LFP precisa de revestimento à prova de fogo?
Sim. Embora a estabilidade térmica do LFP (LiFePO4) supere a do NCM/NCA (início ~250°C vs 180°C, pico ~600-800°C vs 1000-1200°C), uma vez desencadeada a fuga térmica, as células LFP também ejetam gases e partículas quentes. O risco de propagação em nível de módulo ainda existe. Sistemas LFP podem usar revestimentos relativamente mais finos (1-2 mm vs 2-4 mm para NCM).
Referências: GB 38031-2025, Universidade Tecnológica de Nanjing (2025), NAGASE SUPHIP®, MDPI Gels (Out 2025), IDTechEx 2025-2035
Publicado: 6 de julho de 2026 | Categoria: Conhecimento Técnico