安全对汽车行业至关重要，除了驾驶安全，车辆本身的安全更不容忽视，特别是防火安全。
今年以来，国内电动汽车起火时有发生，实际上每年都差不多。随着电动汽车基数变大，火灾事故的绝对数量也在增加。
电动汽车起火事件中，很多都与电池有关。作为电动汽车的“心脏”，电池组的设计、制造、使用和维护等环节都可能存在安全隐患。一旦电池出现问题，就可能殃及其他。
近期的一些起火事故
3月24日，湖南长沙一辆电动汽车行驶途中自燃，现场浓烟弥漫；4月16日，上海嘉闵高架东侧高速一电动汽车起火；4月17日，浙江台州临海市杜桥镇一辆电动汽车自燃起火，被烧报废；4月17日，上海徐汇区漕溪北路一车辆起火，车头烧损。；4月18日，萍乡市湘东区老黄花桥附近一辆电动汽车起火，车辆报废；4月21日，广州一辆电动汽车行驶途中轧到一块残损石板，石板弹起顶到底板，5秒钟后浓烟滚滚；4月26日，一辆电动汽车在山西运城撞上养护车后起火，不幸三人身亡；4月29日，上海南浦大桥浦东往浦西引桥一辆电动汽车起火，车辆烧成空壳；4月30日，上海一辆电动汽车在道路上自燃。
值得注意的是，尽管一些电池经过针刺、内外部短路、挤压、跌落等各种测试，几乎所有的电动汽车品牌也都没能逃过此劫。
数据显示，无论制造工艺、电芯厂商或电池化学性质如何，锂离子电池热失控事件概率始终为非零。不过，纯电动汽车发生火灾的风险比ICE汽车小得多。作为一项新技术，即使电动汽车起火发生率很低，也会对车辆乘员和周围环境构成重大风险。
因此，即使发生率很低，在发生热失控（或其他火灾原因）的情况下，限制火灾并尽可能长时间保护车辆乘客仍很重要。有效的热管理、质量控制和电池管理系统可以将热失控风险降至最低，但没有一种方法100%有效。
主机厂电动汽车火灾事件分析
安全还不能完全指望电池
现阶段，指望通过电池技术本身来实现百分之百安全是不可能的，因此必须从以下几个方面入手，防患于未然。
一是产品质量与监管：电动汽车起火事件反映了部分电动汽车在产品质量和安全性方面存在问题。这可能与制造工艺、材料选择、质量控制等有关，监管部门的监管力度和标准制定仍需进一步加强。
二是充电设施与充电安全：电动汽车充电设施也是起火事件的原因之一。一些充电设施可能存在安全隐患，如设备老化、充电接口松动等，都会导致电动汽车充电过程中起火。
三是车主使用习惯与安全意识：一些车主可能存在不当使用、过度充电、长时间高温停放等行为，都可能增加电动汽车起火风险。
事实上，中国是热失控特定法规的早期采用者，除了新国标法规要求的电池热失控监测外，还增加了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火、不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
IDTechEx研究总监James Edmondson博士指出：“5分钟的逃生时间不足以满足未来法规要求，而需要采取更有效的热失控传播措施。为此，主机厂已开始瞄准更长逃生时间，以跟进未来法规并提高整体安全性。”
电动汽车防火市场火了
防止电动汽车电池热失控和火灾是一个重要课题。电池组设计和主机厂的多样性要求需要采用许多不同类型的材料来防止或延迟热失控传播。
电动汽车市场快速增长给材料供应商带来了很大机会，在IDTechEx看来，2023年到2034年，电动汽车电池防火材料CAGR在16.3%上下。
过去几年，有大量材料供应商进入这一领域。有的在重新调整现有材料用途，有的在制定专门解决方案，几乎每家供应商都至少有一种用于该应用的材料选择。
2024年1月，在日本东京Automotive World 2024上，Dow和H.B.Fuller展示了封装泡沫等材料。虽然这些材料主要用于圆柱形电芯系统，但也有机会将其应用范围扩大到棱柱形和软包电池。
Denka和Fujipoly分别展示了含有吸热添加剂的玻璃纤维材料和硅橡胶，Stanley Engineered Fastening也进入了这一领域，展示了用于电池组热管理散热片、膨胀补偿器和热障层。
不仅限于电芯之间，Fujikura展示了一种石墨基膨胀材料，在高温情况下会膨胀，在电池组密封件周围形成保护层。
在3月的InterBattery 2024上，Shinsung C&T、Wacker、3M、Alkegen和Aspen Aerogels等公司展示了有助于电池防火安全的材料。由于气凝胶具有低密度和导热性，无疑是一种越来越受关注的材料。尽管在防尘和高成本存在一些挑战，但它开始越来越多地被Aspen和Alkegen等公司采用。IDTechEx预测，到2034年，电动汽车电池气凝胶市场将超过26亿美元，至少翻5倍。
其实，上述材料处于项目开发到大规模生产的不同商业化阶段。目前，用于电动汽车电池防火的材料已超过130种。
材料供应商面临的挑战
材料供应商面临的挑战之一是供应链，一些主机厂从中国或韩国采购组装好的电池模组，这意味着主机厂对电芯之间使用的材料几乎无能为力。当然，随着主机厂内部生产的进展，这种情况正在发生变化。许多主机厂还与其他零部件材料供应商建立了牢固关系，以定制需要的产品。
材料必须平衡热导率、密度、厚度/体积、介电强度、最高保护温度以及最终成本等特性。由于每种材料固有优缺点不同，供应商的产品组合或多或少适合电池的各种应用；例如，圆柱形、棱柱形或软包电池之间、模组级、模组盖、母线、密封、通风口等的保护。
电池设计的多样性
电动汽车使用各种电芯和电池结构。2022年，55%销售的新型电动汽车是棱柱形电芯，其中软包电池占24%，其余是圆柱形电芯。每种电芯间的材料都有不同需求，影响着防火材料采用的趋势。例如，圆柱形系统主要使用封装泡沫，而棱柱形系统通常使用云母等片材。
许多制造商也在转向无模组技术（CTP，cell-to-pack）设计，去除了模组外壳等许多材料，以提高能量密度，但热失控传播预防也更具挑战性。这些设计极大地影响了防火材料的选择和部署。
有许多材料适用于电动汽车电池防火。瓷釉涂布是一种常见的选择，可提供电池电芯上方和盖子保护，延迟电池组外部的热量传播。流行的云母片可为电芯间提供薄厚度的优异介电性能；气凝胶在中国市场的应用不断进展，通用汽车、丰田和奥迪也都在使用。
特斯拉等的圆柱形电芯组大量采用封装泡沫，以提供轻质隔热和结构。软包电池通常使用压缩垫，以适应电芯膨胀。一些材料商开始将这种功能与防火结合，以提供多功能解决方案。
此外，还有许多材料可供选择，聚合物供应商正在大力推动为电池组提供阻燃聚合物，包括膨胀性能聚合物。它与金属和防火材料结合，材料更轻，几何形状更可定制，成本更低。不过，其挑战在于集成EMI屏蔽和提供必要的碰撞性能。
IDTechEx预测显示，每辆车将更多地采用防火材料。不过，这必须与电池开发趋势相结合，以减少材料使用。电池设计和材料方案的多样性为多个市场和供应商提供了巨大机遇。预计从2023年到2034年，该市场将以16.3% CAGR成长。
乘用车并非唯一的电动化市场，微型汽车、卡车和公共汽车等行业的电动化也呈现出强劲增长。IDTechEx预测，到2034年，汽车以外细分市场将占电动汽车细分市场防火材料收入的19%，其价值将增长近9倍。
几乎没有迹象表明，汽车行业会确定一个特定的电芯尺寸。虽然特斯拉出于成本考虑使用圆柱形电芯，但也在评估使用棱柱形LFP（磷酸铁锂）电芯；宝马和通用汽车也在使用用圆柱形电芯；棱柱形电池在中国极为常见；软包电池继续受到LG化学和SKI客户的青睐，如福特和大众。
电芯格式市场份额
CTP设计的挑战在于，由于电芯尺寸较大、能量更多，且去除了模组外壳，这意味着更多电芯相邻接触，增加了热事件在更多电池组中传播的风险。不过，该设计仍有几个可能的位置应用防火材料。事实上，没有模组外壳会更加强调防火材料本身，以提供额外的安全性。
无模组电池组的热失控
密度与热导率意味着隔热，通过对几种商业产品热导率和密度的比较，可以看到气凝胶表现非常好，热导率和密度非常低；泡沫和陶瓷也表现良好；云母的密度要高得多，也表现出优异的电学性能，可用于薄板，防尘比气凝胶和陶瓷更好处理。
芳纶纤维通常可作为较薄绝缘层使用的另一种材料，而不是作为全包级覆盖物或压缩垫的替代品。
密度与热导率的比较
材料强度（kg/kWh）也是一个重要的指标，在进行防火材料替换时，需要考虑用多少新材料才能实现原有材料的强度。
在价格（US$/kWh）方面，大多数材料的价格范围类似。不过，每种电池设计都需要不同数量的材料，会受提供保护所需材料的密度和体积的影响。
由于材料的膨胀，圆柱形电芯的最好选择是泡沫。但将所有电芯完全封装在密封剂中会增加很大重量和潜在成本。PCM（相变材料）吸热比较好，但集成性较差，还会增加电池尺寸和重量。
电池组内要使用母线、互连和/或高压电缆，都需要有效的电绝缘；800V或更高电压的趋势（尤其是大型车辆）更强调电气绝缘性能。
上述材料中的大多数已具有UL94 V-0等级，随着人们更加关注热失控和防火安全，这些绝缘材料需要更高的耐温性，以在热失控情况下提供更长时间的保护。
写在最后
随着电动汽车市场的蓬勃发展，防火安全问题日益凸显。电池作为电动汽车的核心部件，其安全性直接关系到整车安全。
面对电动汽车火灾事故的挑战，行业一直在积极寻求解决方案。一方面，加强产品质量与监管、提升充电设施安全、培养车主安全意识等措施被提上日程；另一方面，电动汽车防火材料市场也迎来了发展机遇，呈现出多样化发展态势。通过平衡材料性能、降低材料成本，将满足不同电池设计的防火需求，推动电动汽车技术的进步和发展。
END