随着我国新能源汽车产业的快速发展,动力电池的安全性越来越受到重视。在动力电池的被动安全防护技术中,隔热片起到了至关重要的作用。在多组单元电池之间,使用能够实现隔热、缓冲作用的隔热片,可以限制热量与冲击的传递,为整个电池组提供防护,阻断链式反应,极大地提高了电池组的安全性。
传统隔热片的种类主要有云母片、陶瓷纤维纸、硅胶等,而目前市场上普遍使用的高性能隔热片以气凝胶复合材料为主。气凝胶复合材料是指气凝胶与纤维基材复合而成的材料,具备耐高温、耐压且弹性好的特性,最重要的是其具有很低的导热系数,薄薄一层(<1mm)即可实现较好的隔热性能,在实现安全性的同时节省了大量宝贵的空间和实现轻量化。除了气凝胶,目前隔热片材料发展还呈现百花齐放的局面,纳米微孔材料、相变材料、真空绝热板隔热片也不断涌现。
由于隔热片材料多种多样,各种材料之间、各供应商产品之间的隔热性能差异较大;隔热片材料的生产工艺也决定了其每一批之间也会有性能差异。所以对隔热片的性能进行科学、准确的评价,对于动力电池的安全使用非常重要;在隔热片产品研发环节或在产品交付验收环节,也对统一、便利的测试方法有强烈的需求。
目前各电池厂商、检测机构会使用电池过充或穿刺的方法进行测试,这种方法优点是可以实际观察电池在热失控情况下的实际状况;缺点是价格昂贵且较为危险,对实验室要求较高,且锂电池热失控状态存在一定的随机性,对结果也会有较大影响。对于隔热片性能评价来说,这种方法过于昂贵且并不完全适用。
那么使用传统的绝热材料导热系数测试方法,是否适用于隔热片的性能测试呢?目前我国常用的导热系数测试方法GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》(等同采用ISO 8302-1991)是一种经典的稳态传热测试方法,适用于材料各温度导热系数、热阻的测定,也适用于气凝胶等材料。但热失控条件下的传热与传统的工业设备管道的保温完全不同。传统的工业保温基本是一种稳态传热状态,即热面温度与环境温度的温差趋势基本一致。而在热失控这个短暂的过程中,隔热片面临的是一种单面快速升温,并伴随压力、释气的传热过程。在过程中,隔热片本身在高温下也会有一定的释热,呈现了一个非稳态的、更为复杂的传热过程。在这种非稳态传热过程中,不只是材料的导热系数,温度压力变化速率、热容量、释热等都会对过程有很大的影响。所以,防护热板法仅能测得材料的导热系数,无法适用于隔热片在热失控条件下隔热性能的评价。
综上所述,我们需要一种科学合理、重复性再现性好、测试过程快速且价格低廉的全国统一的测试方法。
基于以上情况,全国绝热材料标委会开展了相关行业需求和测试方法的调研工作,并将动力电池用隔热片在热失控条件下的隔热性能命名为“抗热冲击性能”,采用了目前市场上较为成熟的技术方案,编写了草案并申报了国家标准《隔热片抗热冲击性能的测定》的制定计划。2024年,国标委发【2024】28号文“2024年第四批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知”下达了该国家标准计划。