Welke Thermal Runaway Barrier is het beste voor EV-batterijen: mica, aerogel of keramisch composiet? 

Als u alleen op basis van de maximale temperatuur een thermische op hol geslagen barrière voor een EV-batterij kiest, kan dit het pakket kwetsbaar maken voor voortplanting van cel naar cel, vlamstralen, deeltjeserosie of elektrische storingen.

Het juiste materiaal hangt af van waar de barrière is geïnstalleerd en wat deze moet doen tijdens normaal batterijbedrijf en een thermische gebeurtenis. Aerogel is bijzonder aantrekkelijk vanwege de dunne cel-tot-cel thermische weerstand, mica zorgt voor robuuste elektrische isolatie en isolatie tegen hoge temperaturen, terwijl keramische composietmaterialen sterke brand- en thermische bescherming kunnen bieden in toepassingen op module- en pakketniveau.

Er is daarom geen universele winnaar in de vergelijking van aerogel en mica . Een batterijingenieur moet eerst de thermische blootstelling, dikte, compressie, diëlektrische vereisten en installatielocatie definiëren voordat hij het materiaal selecteert.

Hoe verschillen mica-, aerogel- en keramische composietbarrières?

Alleen al op het gebied van de thermische geleidbaarheid kan het vervangen van het ene materiaal door het andere een probleem oplossen en tegelijkertijd een verpakkings-, compressie- of elektrisch isolatieprobleem creëren.

Vergelijk de materialen op functie in plaats van op materiaalnaam. Aerogel kan een hoge thermische weerstand bieden in een dunne cel-tot-celruimte; mica is breed geschikt voor elektrische isolatie en brandwerende barrières; Op keramiek gebaseerde composieten worden aantrekkelijk waar ernstige thermische blootstelling en structurele barrièreprestaties van belang zijn.

Wanneer is aerogel beter dan mica tussen batterijcellen?

Door een barrière te gebruiken die te veel warmte door een smalle celopening geleidt, kan een defecte cel zijn buurman snel genoeg verwarmen om bij te dragen aan de voortplanting.

Aerogel wordt vooral interessant wanneer een hoge thermische weerstand in een dunne cel-tot-celruimte moet passen. Commerciële EV-aerogelbarrières kunnen ook worden ontworpen rond compressiegedrag, zodat het kussen zowel tijdens normale celzwelling als tijdens een abnormale thermische gebeurtenis presteert.^[1]

Aspen Aerogels heeft een voorbeeld van een minimodule gerapporteerd met twee prismatische cellen van 62 Ah met een PyroThin-barrière van 2,35 mm bij een spanning van ongeveer 50%. De aangrenzende cel kwam bij die specifieke test niet in thermische runaway terecht, hoewel Aspen expliciet opmerkt dat de opstelling enkele secundaire voortplantingsroutes isoleerde die in een compleet pakket worden aangetroffen.^[2]

Dat resultaat mag niet worden omgezet in een universele '2,35 mm aerogelregel'. Celchemie, energie, afstand, compressie en voortplantingsmechanismen verschillen per batterijontwerp.

Wanneer zijn mica en keramische composieten betere keuzes?

Door overal zacht celcompressiemateriaal te gebruiken, kunnen rails, modulegrenzen of pakketafdekkingen achterblijven zonder de elektrische of structurele barrière die ze nodig hebben.

Gebruik mica- of keramische composietmaterialen waar het ontwerp elektrische isolatie tegen hoge temperaturen, brandwerendheid of een structureel stabielere barrière nodig heeft. Mica kan met name nuttig zijn rond hoogspanningsgeleiders, rails, modulestructuren en isolatie op pakketniveau.

Ceramificeerbare siliconencomposieten bieden een andere route. Saint-Gobain somt bijvoorbeeld keramificeerbare siliconenproducten op voor cel-tot-cel thermische runaway-pads en pack-bescherming, wat aantoont dat een keramisch vormingssysteem flexibiliteit tijdens de montage kan combineren met een beschermende barrière tijdens ernstige hitteblootstelling.^[3]

Hoe moet u een Thermal Runaway-barrière selecteren?

Het kopen van het materiaal met de meest indrukwekkende temperatuurclaim bewijst niet dat het batterijpakket bestand is tegen thermische voortplanting.

Definieer de feitelijke blootstelling aan fouten en valideer de voltooide constructie. Houd rekening met de celchemie, de locatie van de barrière, de beschikbare dikte, de compressie, de diëlektrische prestaties, blootstelling aan vlammen, de impact van deeltjes en aangrenzende materialen.

UL Solutions merkt op dat bij een thermische runaway-gebeurtenis sprake kan zijn van hoge temperaturen, druk, straalachtige vlammen en uitgeworpen deeltjes die beschermende materialen kunnen eroderen. UL 2596-tests zijn ontwikkeld om de materiaalprestaties tegen deze gecombineerde gevaren te screenen.^[4]

Mica-, aerogel- en keramische batterijbarrières vergelijken?

Stuur Fuqiang uw celformaat, barrièrelocatie, beschikbare dikte, compressievereiste en thermische beschermingsdoel. Ons technische team kan gestanste materiaalopties beoordelen en prototypemonsters voorbereiden voor validatie van accupakketten.

Veelgestelde vragen

Is aerogel beter dan mica voor EV-batterijen?

Niet universeel. Aerogel is vooral nuttig voor dunne cel-tot-cel thermische barrières, terwijl mica voordelig kan zijn waar elektrische isolatie, structurele stabiliteit en bescherming tegen hoge temperaturen prioriteiten zijn.

Wat is een mica-plaatalternatief voor batterij-isolatie?

Afhankelijk van de toepassing kunnen alternatieven aerogelbarrières, keramificeerbare siliconencomposieten en andere op keramiek gebaseerde isolatiesystemen zijn. De vervanging moet worden geselecteerd op functie en niet alleen op dikte.

Kan een thermische barrière de thermische overstroming van de batterij voorkomen?

Een barrière stopt het elektrochemische falen in de initiërende cel niet. Zijn rol is het verminderen van hitte en andere voortplantingsroutes, zodat naburige cellen minder snel in een thermische runaway terechtkomen.

Wat is het beste materiaal voor cel-tot-cel thermische overstromingsbeveiliging?

Er bestaat geen universeel beste materiaal. Celchemie, beschikbare ruimte, compressie, thermische blootstelling en pakketarchitectuur bepalen de juiste barrière.

Kunnen mica en aerogel in hetzelfde batterijpakket worden gebruikt?

Ja. Een pakket kan aerogel gebruiken tussen cellen en mica of andere hogetemperatuurisolatie op module-, rail- of behuizingslocaties wanneer de technische vereisten een hybride materiaalstrategie rechtvaardigen.

Een 15-jarig perspectief op kabelbomen en EV-isolatie in de automobielsector

Na 15 jaar te hebben gewerkt aan kabelbomen voor auto's en elektrische isolatie van elektrische voertuigen, heb ik geleerd dat thermische overtoerenbeveiliging moet worden ontworpen op basis van de locatie en de storingsmodus, en niet op basis van de reputatie van het materiaal. De sterkste batterijpakketten gebruiken vaak verschillende materialen voor thermische weerstand op celniveau, elektrische HV-isolatie en brandbeveiliging op pakketniveau.

Gezaghebbende referenties

[1] Aspen Aerogels - PyroThin cel-tot-cel thermische op hol geslagen barrières

[2] Aspen Aerogels - Testen van thermische voortplanting van cel tot cel

[3] Saint-Gobain — Bescherming tegen brand en thermische voortplanting van EV-batterijen

[4] UL Solutions — Evaluatie van thermische overstroming van batterijbehuizingen