4月8日，工业和信息化部、公安部、交通运输部、应急管理部、市场监管总局近日联合发布了《关于进一步加强新能源汽车企业安全    体系建设的指导意见》，就新能源汽车安全提出多项指导意见：在动力电池方面，提出提高动力电池在碰撞、振动、挤压、浸水、充放电异常等状态下的安全防护能力。

                造车新势力如火如荼，不仅代表了一种生态解决方案，还是带动世界经济复兴的强大引擎。

        在电动和混合动力汽车中，都要利用大型锂电池组来储存电能，以保持车辆平稳、安全、高效的运行。为了保证续航里程，电池容量    越来越大的进程中，非常的电池热控制成为一项挑战，对电动汽车（车主与乘客）的主要影响有：

低于和高于一定温度范围时，它们会突然降低车辆的续航里程，给车主带来苦恼；

热失控和热传播的风险导致灾难性故障频发，这对电动汽车的驾驶员和乘客来带来安全隐患；

电池模块会经受冲击和振动，增加电池组件变形或损坏的可能性，并影响其可靠性、使用寿命和安全性产生负面影响。

图源：圣戈班

· 提升安全性能、延长电池寿命的方法

        对这一现象的研究表明，当电池在放电和充电周期中“呼吸”时，对电池施加适度的压力，可以获得最佳的电池寿命。压力确保电气和热连接在此期间保持接触。在具有许多电池的大型电池组中，这种“呼吸”可能相当严重。

        然而，有一些创新的材料技术可以防止袋式主动冷却锂离子电池组的分层和变形，有助于每天保持更多的电动汽车和混合动力汽车上路。

图源：Henkel

·高性能材料的选择

        动力电池是纯电动汽车的唯一驱动能量来源。作为纯电动汽车的核心部件，电池包的安全性直接影响到整车的安全。鉴于动力电池包时有发生的事故风险，因此对于密封、导热、热防护等材料需要满足：

确保轻量化；

导热系数低，阻燃性强，耐高温，防爆；

具备缓冲防震能力；

不产生有毒气体；

具备良好的封装与绝缘能力；

确保电池包内部元器件在新能源汽车生命周期内正常使用，不受损坏。

        对于选材同时应对上述挑战至关重要，因为它可以防止热传播并以机械方式固定电池组的每个单元。实践证明，发泡材料是满足所有故障条件下都保持安全的最佳实现路径之一，将它们分配到电池模块中，从而提高生产效率，为电池组提供良好的热管理，电池工程师还使用发泡材料间隙封装方法来提供更好的保护。

        发泡材料还具有低而平坦的压缩力偏转 (CFD) 曲线，可提供能量吸收和一致的推回，而粘弹性阻尼材料可消散来自冲击和振动的不需要的噪音和能量。

        将发泡材料——聚氨酯（PU）泡沫、发泡聚丙烯（EPP）、发泡硅胶、聚酰亚胺(PI)泡沫、泡沫铝，甚至碳基泡沫等一种或多种成分材料混合并分配到模块中，以填充每个电池之间的空间空腔。用这些特殊材料封装电池可以防止热失控和热传播，并减少正常使用条件下的机械冲击和振动。这些增强功能确保了更好的安全性、更高的机械稳定性和更好的长期电池性能。

·聚氨酯发泡材料

        聚氨酯发泡是应对动力电池密封、缓冲和热管理的经济实惠的选材。它旨在吸收锂离子电池在充电和放电循环期间的膨胀。当它们在低压缩期间膨胀和支持推回时，它对电池单元提供顺从的压缩力。您还可以选择在高压缩下施加低力的聚氨酯泡沫，以帮助吸收能量并减少振动。这些慢恢复材料柔软、柔韧且阻尼高，是填缝和防震的理想选择。

        聚氨酯泡沫不仅对齐和保护电池组件，还可以帮助防止组装期间和组装后整个电池模块的嗡嗡声/吱吱声/嘎嘎声 (BSR) 和噪音、振动和粗糙度 (NVH) 损坏。

图源：Lovely Teik

·发泡聚丙烯

        发泡聚丙烯是一种很好的绝缘体，它能有效地防止电池之间不受控制的电流流动和电池失效。

        适用于汽车工业要求的EPP防护包装，具有优异的隔热性能，能有效地防止电池的机械损坏，适用于电池运输包装的生产；可以在各个方面定制锂离子电池的形状和尺寸，并有特殊的保护插入件，这样电池就能100%地受到保护，适用于生产电池隔离器、特殊绝缘材料和紧固铁轨。

电动汽车电池结构中的EPP元件 图源：Knaufautomotive

·发泡硅胶

        发泡硅胶，其稳定的化学性质、高吸附性能、高机械强度和高阻燃性能，加之耐热老化、耐紫外线，这就强化了优越于其他材质的密封性能，可制造成垫圈、防热罩、阻火器、密封圈、衬垫和绝缘材料。非常适用于对动力电池的密封、导热、热防护。

        在锂离子电池片防震缓冲中，发泡硅胶为锂电池包层之间提供缓冲，保护电池片以免受冲击和振荡的影响。其绝缘绝热性，同时保证电池片与散热片最大接触，保证长期使用的恒定压力与性能稳定性。

        在锂离子电池组热管理中，硅胶泡沫导热垫片，可保护电池，免受过热和电气短路的影响。可以最大化界面热传递，均一化电池温度，以保证电池长期使用寿命。硅胶泡沫为电动汽车电池箱提供密封解决方案，保护电池组免受外部环境危害，提供防火、防水，起到对温度、空气和灰尘的防护。

        综合考量，发泡硅胶在新能源汽车最热点的应用部位是在锂电池PACK安全防护和热管理中应用，作用如下图：

图源：天易新材

·聚酰亚胺泡沫

        轻质开孔的聚酰亚胺泡沫（PI foam），具有出色的热和声学性能、增强的防火和安全特性。与具有类似隔热、隔音和绝缘性能的产品相比，PI泡沫升级了防护特性，并且轻质可显著减轻重量。

图源：麦克斯泰

        然而，当您考虑重量、绝缘性能、耐火性、无毒和同类最佳产品的工作温度范围时，PI泡沫或许是独一无二的：在更小、更轻、自支撑的结构中具有相同或更好的隔热性能——导热系数低于0.033w/m.k，保障动力电池在极热温度下和极寒温度下正常工作，同时当电芯发生热失控时，起到隔热和抑制热扩散作用；离火自熄，超低发烟量，为驾乘人员延长逃生时间。

        PI软泡具有很好的缓冲减震性能，能够吸收电池鼓应力。加上最后一点，PI的耐候性也是经得起时间考验的，不吸水，可以永久防潮。

·泡沫铝

        泡沫铝已成为汽车重点研究的轻量化技术，为车辆的许多结构领域的轻量化创造了新的应用，同时满足提高车辆被动结构安全性的需求，例如电动汽车 (EV) 电池外壳保护以及前、侧和后碰撞改进。

        新能源汽车在传统汽车基本构造上增加了电池包的重量，且质心位置向下向后移动，所以后悬架负荷增大，当发生撞击时没有较强的释放碰撞动能的能力，就可能引发起火甚至爆炸。新能源汽车动力电池包通常都有几百公斤，有必要升级电池包的轻量化、强度和刚度，加强对电池包的碰撞保护。泡沫铝抗弯强度高、重量轻、耐热阻燃佳，同时具有良好的阻尼性能以及独特的撞击吸收性能，十分适合作为电池箱体防护材料加以应用。

        UDU（泡沫铝）结构的 EV 门槛梁进行极跌落测试。 图中显示了对专为 EV 电池保护设计的 UDU门槛梁结构的极点跌落测试的 FEA 模拟结果。这种结构由四层铝皮组成，其中三层填充有 Cymat 泡沫铝。图源：Tesseract Structural Innovations

        泡沫铝可以解决锂电池模块系统散热不足的问题，因其比表面积相对大，且是无极发泡材料，使新能源汽车锂电池热量很快失掉，是制备新型散热器的核心器材。

·泡沫碳

        对于动力电池，除了在防护材料上做加法，还可以在电池内容上做创新的改变。近几年，泡沫碳/泡沫石墨的研究屡试不爽，泡沫碳组装的电池非常有希望应用在高功率电动设备领域。当用作锂离子电池负极时，其倍率性能异常优异，而且化学扩散系数比目前商业化石墨高出数个数量级。

图源：carbon foam

        碳泡沫具有制造高端电池的优异性能：低密度、高强度；可制成高导热或低导热材料；具有良好的抗热震性，能抵抗1250℃的温度突变冲击；耐高温、耐腐蚀；密度、孔洞、孔径可自定义发泡设计，加工与粘合性能好，可使用各种常用剂粘合，使碳泡块不受限制，更易形成复杂结构。

        碳泡沫的这些性能使能够抵抗传统AGM电池的硫酸盐化，泡沫碳电池具有更长的生命周期，无论是极冷还是极热，在低于最佳温度的情况下都能表现良好，并且充电速度更快。

        碳泡沫电池不仅在汽车和其他陆基应用中的表现优于同类产品，而且在海洋环境中也显示出优越性。

图源：厦门立特机械有限公司

        当然，能够作为动力电池防护材料甚至内容材料时，高性能的发泡材料远不止本文点名道姓的这些祖宗，然而不可否认，大量的创新的发泡材料正不断克服热管理带来的挑战，为包括新能源汽车在内的新势力产品插上飞跃的翅膀。基于发泡材料，工业化进程中，有哪些创新的技术、产品案例推动着动力系统不断迈向新时代，敬请期待下一篇文章：