Qual barreira térmica de fuga é melhor para baterias EV: mica, aerogel ou composto cerâmico? 

A escolha de uma barreira térmica de fuga de bateria EV apenas pela temperatura máxima pode deixar o conjunto vulnerável à propagação célula a célula, jatos de chama, erosão de partículas ou falha elétrica.

O material correto depende de onde a barreira está instalada e do que ela deve fazer durante a operação normal da bateria e durante um evento térmico. O aerogel é particularmente atraente para resistência térmica fina de célula a célula, a mica fornece isolamento elétrico robusto e de alta temperatura, enquanto os materiais compósitos cerâmicos podem fornecer forte proteção térmica e contra fogo em aplicações em nível de módulo e pacote.

Portanto, não há um vencedor universal na comparação entre aerogel e mica . Um engenheiro de bateria deve primeiro definir a exposição térmica, espessura, compressão, requisitos dielétricos e local de instalação antes de selecionar o material.

Como as barreiras de mica, aerogel e compósitos cerâmicos diferem?

Substituir um material por outro apenas na condutividade térmica pode resolver um problema e, ao mesmo tempo, criar um problema de embalagem, compressão ou isolamento elétrico.

Compare os materiais por função e não pelo nome do material. O aerogel pode fornecer alta resistência térmica em um espaço fino entre células; a mica é amplamente adequada para isolamento elétrico e barreiras resistentes ao fogo; os compósitos à base de cerâmica tornam-se atraentes onde a exposição térmica severa e o desempenho da barreira estrutural são importantes.

Quando o aerogel é melhor que a mica entre as células da bateria?

Usar uma barreira que conduz muito calor através de uma lacuna estreita na célula pode permitir que uma célula com falha aqueça sua vizinha com rapidez suficiente para contribuir para a propagação.

O aerogel torna-se especialmente interessante onde a alta resistência térmica deve caber em um espaço fino entre células. As barreiras comerciais de aerogel EV também podem ser projetadas em torno do comportamento de compressão para que a almofada funcione durante o inchaço normal das células, bem como durante um evento térmico anormal.^[1]

A Aspen Aerogels relatou um exemplo de minimódulo usando duas células prismáticas de 62 Ah com uma barreira PyroThin de 2,35 mm com tensão de aproximadamente 50%. A célula adjacente não entrou em fuga térmica naquele teste específico, embora Aspen observe explicitamente que a configuração isolou algumas vias de propagação secundárias encontradas em um pacote completo.^[2]

Esse resultado não deve ser convertido em uma “regra universal do aerogel de 2,35 mm”. A química celular, a energia, o espaçamento, a compressão e os mecanismos de propagação diferem de acordo com o design da bateria.

Quando os compósitos de mica e cerâmica são melhores escolhas?

Usar um material macio de compressão de células em todos os lugares pode deixar barramentos, limites de módulos ou tampas de pacotes sem a barreira elétrica ou estrutural necessária.

Use materiais compósitos de mica ou cerâmica quando o projeto precisar de isolamento elétrico de alta temperatura, resistência ao fogo ou uma barreira estruturalmente mais estável. A mica pode ser particularmente útil em condutores de alta tensão, barramentos, estruturas de módulos e isolamento de nível de pacote.

Os compósitos de silicone ceramificáveis ​​fornecem outro caminho. A Saint-Gobain, por exemplo, lista produtos de silicone ceramificáveis ​​para almofadas de fuga térmica célula a célula e proteção de embalagens, demonstrando que um sistema de formação de cerâmica pode combinar flexibilidade durante a montagem com uma barreira protetora durante exposição severa ao calor.^[3]

Como você deve selecionar uma barreira térmica de fuga?

Comprar o material com a temperatura mais impressionante não prova que a bateria resistirá à propagação térmica.

Definir a exposição real à falha e validar a construção finalizada. Considere a química celular, localização da barreira, espessura disponível, compressão, desempenho dielétrico, exposição à chama, impacto de partículas e materiais adjacentes.

A UL Solutions observa que um evento de fuga térmica pode envolver alta temperatura, pressão, chamas semelhantes a jatos e partículas ejetadas capazes de corroer materiais de proteção. O teste UL 2596 foi desenvolvido para avaliar o desempenho do material contra esses perigos combinados.^[4]

Comparando barreiras de bateria de mica, aerogel e cerâmica?

Envie à Fuqiang seu formato de célula, localização da barreira, espessura disponível, requisito de compressão e alvo de proteção térmica. Nossa equipe de engenharia pode revisar opções de materiais cortados e preparar amostras de protótipos para validação de baterias.

Perguntas frequentes

O aerogel é melhor do que a mica para baterias EV?

Não universalmente. O aerogel é particularmente útil para barreiras térmicas finas entre células, enquanto a mica pode ser vantajosa onde o isolamento elétrico, a estabilidade estrutural e a proteção contra altas temperaturas são prioridades.

Qual é a alternativa de folha de mica para isolamento de bateria?

Dependendo da aplicação, as alternativas podem incluir barreiras de aerogel, compósitos de silicone ceramificáveis ​​e outros sistemas de isolamento à base de cerâmica. A substituição deve ser selecionada por função e não apenas por espessura.

Uma barreira térmica pode impedir a fuga térmica da bateria?

Uma barreira não impede a falha eletroquímica dentro da célula inicial. Seu papel é reduzir o calor e outras vias de propagação para que as células vizinhas tenham menos probabilidade de entrar em fuga térmica.

Qual é o melhor material para proteção contra fuga térmica célula a célula?

Não existe um melhor material universal. A química celular, a lacuna disponível, a compressão, a exposição térmica e a arquitetura da embalagem determinam a barreira apropriada.

Mica e aerogel podem ser usados ​​na mesma bateria?

Sim. Um pacote pode usar aerogel entre as células e mica ou outro isolamento de alta temperatura em módulos, barramentos ou gabinetes quando os requisitos de engenharia justificarem uma estratégia de material híbrido.

Uma perspectiva de 15 anos sobre chicotes de fios automotivos e isolamento de veículos elétricos

Depois de 15 anos trabalhando com chicotes de fios automotivos e isolamento elétrico de veículos elétricos, aprendi que a proteção contra fuga térmica deve ser projetada por localização e modo de falha, e não pela reputação do material. As baterias mais fortes geralmente usam materiais diferentes para resistência térmica em nível de célula, isolamento elétrico de alta tensão e proteção contra incêndio em nível de bateria.

Referências autorizadas

[1] Aspen Aerogels — Barreiras de Fuga Térmica PyroThin célula a célula

[2] Aspen Aerogels — Teste de propagação térmica célula a célula

[3] Saint-Gobain — Proteção contra incêndio e propagação térmica de baterias EV

[4] Soluções UL — Avaliação de fuga térmica do gabinete da bateria