積水化學：動力鋰電池熱失控狀時導熱及耐火技術對電池安全的影響

新能源汽車補貼政策從2016年開始退坡，同時提出動力電池高能量密度路線。近期接二連三的電動車自燃事件，引發了大眾對於電動車安全的進一步關注。7月5日，由蓋世汽車主辦的2019新能源動力電池安全技術論壇在上海舉行，積水化學耐火材料事業部海外業務負責人玉川達彥、積水保利馬經營戰略本部工程師亀谷英明、積水化學車輛運輸戰略室的王哲偉就動力鋰電池熱失控狀時導熱及耐火技術對電池安全的影響進行了主題演講，內容如下：

王哲偉：

大家好，我是來自積水化學車輛運輸戰略室的王哲偉。謝謝各位來臨，來參加我們的報告。

首先，由我這邊簡單介紹一下積水是一個什麼樣的公司。時間不長，我會馬上把話筒交給我們的技術人員，之後我來做翻譯。

積水成立於1947年，今年是第72周年，全球26000多人，集團總銷售額摺合人民幣的話大概是700億元左右，積水是一個這樣規模的公司。

我們公司主要致力於三大部分：一部分是上面的部分，房屋建設，主要是一些別墅類的比較多；還有一部分是關於醫療以及環境；而第三部分，也是我們團隊的主要業務，就是右下角部分的高機能塑料。其中，我給大家介紹幾款在世界上比較出名的材料。

大家對「積水」本身這個名字可能不是很了解，但是估計很多人聽說過「中間膜」，就是汽車的前面玻璃、後面玻璃、左右玻璃等，中間夾的那層膜。它在全世界的份額比較高，平均下來2台車裡面就有1台用的是我們的產品。我估計，我們在場的朋友們就有一半人以上的車上用的膜，就是我們積水生產的。

還有，手機的液晶屏，將液晶夾起來的兩層玻璃之間要保持絕對的平行，這個裡面用的小金球要求精度很高。

這幾個是我們佔市場份額比較高的。下面把話筒交給我們的龜谷英明先生。

龜谷英明：

大家好，我是積水保力馬的龜谷英明。

首先，大家讀屏幕上的漢字也大概能懂，全世界的主機廠，有名的以及新興的，數量比較多。與之相隨，EV起火事件也在增多。上午也有朋友分享，至今發生了很多起這樣的事故。而隨之而來的，就是各種安全標準，如中國GB國標，還有歐盟的UN-GTR，這些規定都在漸漸地浮出水面。針對這些標準，我們該如何去應對、對策，以及解決這些安全問題呢？我們提出了兩種解決方案：一種是具備防火性能的導熱膠；一種是在達到輕量化目的的同時，起到耐火、隔熱效果的方案及對策。

接下來，我介紹一款積水主推的導熱凝膠。在導熱的基礎上，我們的導熱膠還具有吸熱的效果。像這個畫面，跟剛才說的也是相近的，EV車現在越來越多，起火事件也越來越多。這些車裡面也有用到很多導熱膠，但是，我們的導熱膏是具有吸熱的效果，接下來會進行詳細的介紹。

像這個畫面，是針對於電池模組以及電池包，我們CGW系列導熱膠的實際應用狀況。接下來，放兩個簡短的小視頻：一個是CGW在電池模組裡的擴散情況，另一個是它在電池包裡面實際的塗布情況。

這個是CGW在電池模組裡面的狀態。現在可以看到，我們的CGW系列在模組裡面正在擴散。這個是用點膠機點膠的狀態，也是實際使用時的狀態。

估計現在大家對這個產品的使用方法、使用的位置，應該有一個印象了。

這款材料，在歐洲、日本以及韓國等各大區域，已經有實際的採用。

這個是我們的產品的物性以及構成列表。因為是導熱材料，所以我們準備了三種導熱性能：2W、3W、3.6W。像我們這款導熱膠，裡面除了具有正常的導熱粒子之外，我們還導入了「吸熱粒子」，這個也是今天的一個關健詞。在電池發生熱失控時，吸熱粒子會對電池的熱失控起到很好的預防作用。

這個是我們做的一項實際的測試。將我們的材料塗在電池單體表面，然後用兩個鋁板夾起來之後，對它進行針刺，使它發生熱失控。這時候，對電池的各個部位進行測溫，對比在使用、不使用我們的產品的情況下，各個測溫點的溫度變化情況。

這個是實際做出來的結果。綠色的曲線代表的是2W的材料，藍色的曲線代表的是3W的。

首先，紅色的溫度上升比較高的曲線，是在不使用我們CGW系列時的溫度上升狀態。從曲線可以看到，在不使用我們材料的情況下，也就是空白的狀態下，針刺的結果是，在非常短的時間內，溫度就會劇烈的上升。

與之相對比的是，採用我們材料之後，所測的溫度狀態。首先是藍色CGW3的結果。從藍色的CGW3可以看出，當使用這個材料的時候，溫度的上升會有明顯的下降；同時，綠色的CGW2的話，加入了更多的吸熱成分，效果會比3更明顯一些。

這邊是4個測溫點，分別各自的狀態。暫定把溫度設在300度的話，兩種材料在一定時間內都沒有達到300度的限制。從這個曲線里可以明顯的看出，加入了更多吸熱粒子的CGW2比CGW3的效果更好一些。

下面這個，是假設使用方案的一種。比如說，在電芯之間以及模組內部，不管是哪個部位使用我們的材料，起火的時候都可以起到防止火勢蔓延的效果，防止連鎖反應的效果會更好一些。

各種法律法規、強標等已經開始浮出水面，越來越清晰。我們希望與各位夥伴們，今後在共同檢討、研究的情況下，把這項工作往前推進，希望能對EV電池的安全領域做出一份貢獻。

今天我的演講就到這裡。接下來，由我們耐火材料部的同事給大家介紹一下。

玉川達彥：

接下來，由我來介紹一下我們的耐火材料。我是積水化學的玉川，請多多關照。

今天這兩款材料，是在日本的房屋建設中有實際銷售以及應用的。EV鋰電池上也需要各種防火對策，所以我們希望這兩款防火材料在這個方向上，也能起到一定的幫助。

其中一款是Fi-Block，它是加熱到一定程度後，會膨脹的一款材料。不一定非得要用火燒，加熱到這個程度的話它也會膨脹10倍到40倍，中間會有空氣層，所以起到一定的隔熱作用。

這個視頻上，我們在下面放了加熱板。可以看到，Fi-BLock一直在膨脹。這個畫面的顏色代表溫度，越向表面溫度越低，不同的膨脹厚度下，會有不同的溫度差。

關於產品狀態，從卷狀到片狀，各種狀態的都有。這個是它簡單的物性表。其中有幾點跟大家介紹一下：一個是密度是1.2g/cm3，是水的1.2倍；還有導熱率，基本上是在0.1W到0.3W之間；厚度的話基本上是1mm左右，而最右面的開發品，最薄的可以做到0.15mm。

接下來，給大家介紹另一款材料，積水耐火PU。右側是它的耐火原理，簡單說一下。當它遇火的時候，在表面會形成一層炭化層，來實現耐火的效果。下面有一個簡短的小視頻，是我們的耐火PU和普通PU的火燒測試的對比。

左側的是我們的耐火PU，右面是普通PU。用火槍去燒。可以看到，拿開火槍之後，右面的材料還在不停的燃燒。

這個也是一個簡單的物性表。這款材料正在開發當中，現在最薄的只做到5mm。但是可以看到，它兩個最大的特點：一個是密度很低，每立方米的話只有48公斤；另一個是導熱率，比剛剛的Fi-Block還要更低一些，只有0.03W。

我們內部，對這個材料做了這樣一個測試。因為材料本身可能比較薄，需要一個支撐，所以在材料後面加入了碳纖維強化樹脂，也就是CFRP。從耐火材料這一側用火槍去灼燒，檢測CFRP面，也就是非加熱面的溫度變化。

這個圖，橫軸是時間軸，豎軸是非加熱面的溫度。下面藍色的兩個曲線，一個淺色的，一個深色的，是採用兩種不同材質的Fi-Block測出來的效果。補充一下，我們的耐火PU是上面黑色的曲線，它是不膨脹的。下面的兩款材料是膨脹的，淺藍色膨脹到10mm，深藍色的膨脹到40mm。

這兩款材料都有改良的餘地。我們在想，在下面的這些用途上，他們應該能做出一些貢獻。我們的假設是，像今天的論壇主題一樣，講電池的安全、輕量化、耐火、隔熱。我們在想，現在的電池包上蓋主要用的是金屬材料，輕量化的話，今後有沒有可能改成樹脂呢？這個時候，耐火以及隔熱就會需要多層複合，那麼，我們的材料應該可以做出一些貢獻。我們跟各個主機廠也有接觸，聊的時候也有朋友提出說需要這種材料。

另外，還有一種假設的用途。在中國，EV巴士越來越多，在地板內鋪這樣的材料，是不是更有安全性？

今天，我們主要提出了兩種假設用途。如果說各位另有一些其他的設想用途或者是需求的話，可以隨時和我們聯繫。這兩款材料，尤其是耐火PU，對於車用來說，正處於研發階段，所以不一定能夠馬上提供您所需要的樣品，但是我們可以事先去交流。在場外有我們的展台，如果有需求的話，結束之後可以去跟我們溝通。

今天，我們積水的華北、華東、華南等各個區域的銷售主管都有來到現場，可以跟各位交流。如果積水能夠為各位所擔心的事情或者是所發愁的事情提供解決方案的話，我們會感到很榮幸，謝謝。

問：請問一下龜谷英明先生，您介紹的CGW-2/3，加入吸熱填料以後，對導電性能會不會有影響？

龜谷英明：

這個不會有什麼特殊的影響。

(補充：CGW2和CGW3兩款材料在歐洲、日本以及韓國都有實際應用，它們的絕緣性並沒有任何問題。這次介紹的吸熱性能，是我們針對現有產品的一個附加性能的驗證，也的確驗證到，CGW2和CGW3，尤其是CGW2具有良好的吸熱效果。所以，對於已經採用我們CGW系列的客戶來說，這是一個發現了它附加性能的好消息。)

問：玉川達彥先生，您剛才介紹的Fi-Block可膨脹這個材料，比如說，在鋰電池電池包里使用的話，可能並不是一個自由的狀態，而是受壓力的狀態。如果在受壓力的情況下，第一個是對溫度的隔絕性能，還有力學性能會不會有其他方面的影響？

玉川達彥：

耐火PU這款材料現在比較脆，對它會有影響。

而Fi—Block，它膨脹的時候，膨脹的強度可以調節，根據客人的需要，我們可以對它做不同的調整。

(補充：關於隔熱方面，隔熱性能取決於電池包內留給Fi-Block能夠膨脹的空間的大小，可膨脹的空間越大，隔熱效果就越好。)

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！