阻燃材料在新能源电池壳中的应用

作者:周政懋 点击数:147 发布时间:2017-08-21
锂电池作为动力组件,需要频繁充放电,该过程会大量放热,存在安全隐患,通过采用阻燃材料防止恶性火灾和人身伤害的发生,是先进国家实践多年来行之有效的安全防护措施之一。
阻燃材料在新能源电池壳中的应用

锂电池作为动力组件,需要频繁充放电,该过程会大量放热,存在安全隐患,通过采用阻燃材料防止恶性火灾和人身伤害的发生,是先进国家实践多年来行之有效的安全防护措施之一。2011年10月13日UL首次颁布的电动汽车电池安规标准UL 2580 “动力电池标准”,对用于壳体和箱体的材料提出了明确的阻燃要求。

目前,新能源汽车用锂电池单体主要有软包和硬包两种方式,其中软包是以铝塑复合膜为材料,硬包则是以铝壳、钢壳和塑壳为材料。2012年1月10日,南京电动车的锂电池发生爆炸,钢壳的18650电池如子弹般飞射出来,让业界对钢壳的锂电池产生了众多疑虑。软包电池则易破损而安全性能差,也备受争议。

塑壳由于具有较好的综合性能,是目前动力电池壳体材料的主要发展方向,如雷天、环宇、中航锂电、海霸、青山等公司生产的系列锂电池均为塑料壳体,主要为非阻燃的普通玻纤增强PP,该材料具有以下特点:

  • 优良的刚性、耐冲击性能、耐热性能,在受到外力作用时不易变形或破损;
  • PP壳体防渗透性好,可防止长期使用过程中由于潮气进入电池引起六氟磷酸锂电解液分解;
  • 可使用振焊、热封等封口工艺,最大程度的确保了在使用过程中电解液的密封性。

但其极限氧指数(LOI)只有17.8%,在空气中遇火易燃,燃烧时会产生熔滴,火焰蔓延迅速,存在严重安全隐患。目前,用于新能源动力锂电池的单体外壳,有含卤阻燃ABS,由于不能使用热封工艺,大大限制了其在锂电池领域的应用。而含卤玻纤增强PP存在燃烧时产生大量的黑烟,甚至释放出有毒气体的问题,不符合新能源汽车的环保要求。

传统的聚烯烃无卤膨胀阻燃技术(IFR)由于玻纤的“烛芯”效应,破坏了膨胀碳层的致密性,导致阻燃效果不理想。另外还存在耐水性差、易迁移等问题,无法满足锂电池电池组材料要求。

中国阻燃学会成员、杭州捷尔思阻燃化工有限公司以玻纤增强的聚丙烯为主体,通过采用新型无卤阻燃技术生产的新能源电池外壳材料,具有无卤阻燃、刚性好尺寸稳定、耐热性好、耐冲击性强度高,在受到外力作用时不易变形或破损等特点。并且同时具备封装性好和耐六氟磷酸锂电解液的性能,可满足锂电池技术要求。

该无卤阻燃技术已在杭州电动汽车项目和中航锂电等多家国内主要锂电池制造企业完成了工装、冲放电和时效性等试验。产品具有无卤阻燃、刚性优良尺寸稳定、耐冲击性高、耐热性好、在受到外力作用时不易变形或破损、封装性好、能耐六氟磷酸锂电解液等特点,应用于电动汽车拥有较好的防火性能,在安装、或电池经非正常使用出现电解液泄露时,可以阻止起燃和减少火焰蔓延的速度,为附近人员逃生和灭火赢取时间。在汽车发生碰撞时,可有效防止电火花产生,大幅度减少起燃概率。