用“琥珀”守护电池安全——新能源汽车动力电池三维隔热墙技术攻关纪实

  对于地处武汉的岚图汽车科技有限公司（以下简称“岚图”）而言，这样的疑虑更是要经常面对。一到夏季，当地气温高、雨量大，人们既担心高温引起电池故障，又担心汽车泡水后会漏电。

  “单体电芯热失控后5分钟，电池不起火，这是国家标准。而我们做到了‘不冒烟’！”日前在接受科技日报记者正常采访时，岚图动力电池技术负责人刘振勇底气十足地说，“即便浸泡在半米深的水里超过72小时，‘琥珀电池’依然能够顺利工作。”

  电池是新能源汽车的核心部件，也是最容易出现安全风险隐患的地方。事故撞击、雨水浸泡、老化短路、过充过放等都可能会触发电池内电芯过热失控，诱发安全事故。

  “车用动力电池往往由数百乃至数千个电芯组成，这也代表着存在成百上千个热失控风险点。”岚图新能源技术负责人黄敏和记者说，“如果某个电芯过热引发其他电芯连锁反应，整个电池会急剧升温、过热、起火，甚至发生爆炸。”

  要防止电芯连环热失控，阻断“火烧连营”是关键。问题很直接，但在解决方案上，国内外研究机构选择的技术路径各有不同。有的看重电池管理系统，持续升级软硬件改善电池热管理效能；有的专注电池冷却计划方案，采用顶部与侧面水冷为电芯散热；还有的聚焦电池封装技术，通过改变封装方式实现电池包整体抗压阻燃。

  4年前，当岚图研发团队准备攻克这一难题时，大家的意见并不统一。有的人觉得重点应该放在隔热阻燃，也有人觉得绝缘散热才是焦点。

  “其实大家说的都对。我一直在想，能否找到一种融合方案，一并解决这样一些问题。”刘振勇和记者说，一次偶然机会，他看到包裹着昆虫的琥珀，思路顿时有了。

  为什么不能像琥珀那样，将电芯封装起来？只要找到比较合适的材料，隔热、阻燃、绝缘都不是问题。

  “就好比用特别的材料搭建出一个个‘安全舱’，将电芯悉数包裹起来。”刘振勇打了个形象的比方，“即使某个电芯出现‘暴躁’情况，也只能老老实实待在自己的舱内。”

  并不是将整个电芯一包了事这么简单。在外，连接电路的电芯两极怎么办？研发团队苦苦思索解决方案。

  “经过反复探讨，大家形成了‘上隔下散’的共识，就是在电芯顶部及四周铺设隔热阻燃材料，在电芯底部部署快速散热系统。”黄敏介绍道。

  不断完善电路设计、再三验证冷却计划方案、来回替换耐温材料……最终，研发团队首创出三维隔热墙技术——电芯与电芯之间通过“琥珀”包裹隔离，电芯顶部布置耐1000℃高温的隔热阻燃层，电芯底部与高效液冷系统接触。

  “‘琥珀’为电芯构建‘安全舱’，耐高温隔热阻燃层保护车内人员安全，液冷为极端情况下过热电芯‘降火’。”刘振勇说，即便车辆遭遇事故，造成挤压、燃烧、进水，“琥珀电池”依然能保持安全状态。

  在电芯外包裹材料，就会增加电池的重量与体积，必然造成电池单位质量、单位体积所储存的能量下降，这与动力电池普遍追求的大单位体积内的包含的能量存在天然矛盾。

  研发初期，因为材料选择的问题，“琥珀电池”的单位体积内的包含的能量并不高，车辆的续航能力受限。岚图首席执行官卢放说：“安全与能量一个都不能少，就好比‘鱼与熊掌’要兼得。”

  各项性能的平衡，是一项复杂的系统工程。“我们既要考虑防撞、防火、防水与成本，又要考虑重量、体积以及维护保养便利，必须找到‘最大公约数’。”黄敏解释道。

  2020年，在由废弃厂房改造成的实验室里，黄敏、刘振勇带领一支10多人的开发团队，把动力电池分成56个模块，开始寻找材料的最优解。

  “在防火性能上，我们根据电芯失控后喷发的温度，用不同组合做实验，大概试了40—50种材料。”回忆起当年的实验场景，刘振勇笑道，“56个模块，每天跟点炮似的，你响我响它也响。”

  为了控制重量与体积，研发人员从优化注胶工艺着手，一再改良材料及其用量，减少填充空间。不是关键材料的，能减则减；有重量更轻、体积更小的材料，能换都换。

  替换再替换，改进再改进，大家反复尝试很多材料的组合与配比。历时一年多，经过一直在优化材料构成与比例，研发团队终于找到了解决方案——在电池包内填充一种特殊有机硅复合材料。

  “这种材料由有机硅聚合物、低密度隔热材料和阻燃剂构成，经铂金催化后形成高效隔热阻燃绝缘层。”黄敏说，它像透明的琥珀一样将电芯包裹其中。

  无冒烟、无起火、无爆炸，即使最靠近“炉火”的电芯，监测显示其温度也没有超过70℃。

  “成功了！”大家欢呼起来。安全性能高、单位体积内的包含的能量大的“琥珀电池”终于问世。

  安装了“琥珀电池”的岚图汽车，从中国起步，驶向世界。2022年，驰入北欧；2024年，开进南欧……

  “发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。”展望未来，卢放信心十足地说，“我们将持续发力科研攻关，推出更安全智能的新能源汽车，为中国制造增添新亮色！”