摘要：动力电池的安全性对新能源汽车产业的发展至关重要。本文从动力电池组防护分析，重点考察了有机硅导热灌封胶在动力电池组燃烧喷射和针刺测试的影响。结果表明，GF-2#有机硅导热灌封胶能很好保护电芯，减少单颗电芯爆炸燃烧时对周边电芯的影响，提高动力电池组的安全性。

关键词：新能源汽车，动力电池，电芯，燃烧，针刺，有机硅导热灌封胶

Application of silicone heat conducting sealant in acupuncture and combustion injection tests of power battery

Tu Cheng1  Xiong Ting2  Lei Zhen3   Tan Kui4

（Chengdu Guibao Science & Technology Co. ,Ltd.  Chengdu 610041）

Abstract: The safety of power battery is highly important to the development of new energy vehicle industry. This article analyzes the protection about power battery pack, especially investigates the effect of silicone heat conductive sealant on combustion, injection and stung by nail test of power battery. The results show that the GF-2# heat conductive silicone sealant has the best property to improve the safety of power battery pack by reducing impact of explosion from one single core to the surrounded electric cores. 

Keywords: new energy vehicle; power battery; electric core; combustion; stung by nail; silicone heat conductive sealant

具有能量密度和功率密度高，自放电小，循环寿命长、无记忆效应和无污染等优点的锂离子电池，成为目前工业化最具竞争力的动力电池[1]，越来越多地被应用到新能源汽车上。2016年，我国新能源汽车总销售51.7万辆，同比增长156.2%，市场保持快速发展的势头。但电动汽车的发展受动力电池技术限制，动力电池安全是当下新能源汽车发展的核心考量因素[2]，据不完全统计，2016年国内共发生35起新能源汽车燃烧事故，这其中，多数原因都是电池组技术故障所引起的。

由数千个电芯经过串并联组成的动力电池组，在使用时由于使用环境温度差异、单颗电芯的一致性问题使劣化速度不同，充放电时易出现过热而增加热失控的风险，同时在行驶过程中，颠簸、碰撞、挤压等给动力电池组件带来外部压力，会使其内部系统窜动、挤压、短路、漏电等，严重时发生爆炸，影响其稳定运行。特别是动力电池在滥用情况下，以内部短路发生时危险性最大[3]。发生内部短路时，电池内部瞬间产生大量的热量，极易发生着火燃烧爆炸等情况。《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》标准中的针刺实验可以较好地模拟内部短路的出现[3]。锂离子动力电池出现燃烧火情和蔓延发展情况较为复杂，目前国外在锂离子电池火灾扑救方面的研究还处于起步阶段，美国联邦航空局的研究表明，体积浓度为5%的1301卤代烃灭火剂用于扑救18650型锂离子电池火灾是无效的 [4]。在UL2054以及锂离子电池和电池组的强制性国标GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》中均提出锂离子电池燃烧喷射测试方法[5]，以此模拟汽车着火燃烧后锂离子电池受到明火的极端情况。因此，当新能源汽车发生意外，造成动力电池组的电芯燃烧，从而形成连锁燃烧爆炸反应情况下，如何降低燃烧对动力电池组的影响及如何有效的增加发生连锁反应前的时间，从而延长驾乘人员应急处理及逃生时间，这安全防护的最后一环就显得尤为重要。

1 有机硅导热灌封胶在动力电池安全防护应用研究

锂离子动力电池的安全问题制约电动汽车的发展。目前行业通常采用电池管理系统BMS进行监测和运行控制、电池PACK内外结构优化防护来保护动力电池。针对动力电池组热失控问题，从多次新能源汽车燃烧爆炸的事故分析，提高动力电池组安全性的有效方案之一是对动力电池组的结构进行封装保护。而封装材料中，有机硅橡胶材料在环境苛刻、特殊的航空航天等尖端科技中表现优异，是较理想的动力电池安全防护材料。在动力电池PACK环节引入高性能的动力电池用有机硅导热灌封胶，提高动力电池组安全等级，避免单颗电芯着火爆炸时危及周边电芯的安全，助力延缓遇到外部明火灼烧的电池组发生连锁燃烧爆炸反应的进程，增加受明火灼烧到电池发生连锁爆炸（耐明火灼烧）的时间，从而增加应急处理及逃生时间。

本文重点考察了几款有机硅导热灌封胶在动力电池中燃烧喷射及针刺安全防护应用。

1.1实验

1.1.1测试样品及实验仪器

测试样：GF-1#，GF-2#，GF-3#有机硅导热灌封胶（质量比1:1），其中GF-1#和GF-3#为国内品牌，GF-2#为硅宝牌。

动力电池组：（单个电芯2.4 Ah，电压4.0 V），国内某动力电池公司。

实验及检测设备：旋转黏度计（DV2TRVTJO）：美国BROOKFIELD；导热仪（TPS-2500S）：瑞典HotDisk公司；硬度计（LX-A(C)型）：无锡市前洲测量仪器厂；水平-垂直试验仪（AG5100A）：珠海市安规测试设备有限公司。

1.1.2有机硅导热灌封胶制备和性能测试

有机硅导热灌封胶制备：将有机硅导热灌封胶在温度为23±2 ℃，湿度为55±5%RH条件下放置24 h后，按照相应的混合比例混合3～5 min至均匀，制备相应试样进行各项性能测试和灌封动力电池组。

性能测试：粘度：按GB/T 2794进行测试；硬度：按GB/T 531.2进行测试；导热系数：按ISO 22007-2进行测试；阻燃等级：按GB/T 2408进行测试；燃烧喷射：按GB 31241-2014进行测试；针刺：按GB/T 31485-2015进行测试。

1.2结果与讨论

1.2.1有机硅导热灌封胶对动力电池燃烧喷射及针刺测试的影响

分别使用三款不同品牌有机硅导热灌封胶对动力电池组进行灌封，测试其燃烧喷射及针刺性能，其结果如表1所示。

表1 不同品牌有机硅导热灌封胶性能及其灌封后动力电池组测试结果

从测试结果来看，实验1为不灌胶的电池组，其燃烧喷射测试及针刺测试均未通过，且耐明火灼烧3分钟后就出现连锁爆炸；实验2与4的灌胶电池组均通过针刺测试，且耐明火灼烧时间较不灌胶电池组有所延长，但未能通过燃烧喷射；实验3中GF-2#有机硅导热灌封胶粘度低、阻燃性能达V-0级，其灌封的电池组通过燃烧喷射测试及针刺测试，且受明火灼烧30min后就才出现连锁爆炸。

动力电池生产企业进一步使用GF-2#有机硅导热灌封胶灌封动力电池组，按照《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》GB 31241-2014和《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》GB/T 31485-2015的苛刻要求进行燃烧喷射和针刺试验，如图1、2、3所示。

图1灌胶动力电池组

图2动力电池组燃烧喷射试验

图3动力电池组电芯针刺试验

图4 动力电池组电芯针刺温度变化

从图2可以看出，灌封的动力电池组遇到外界明火直接灼烧后，电池燃烧发生连锁爆炸的反应进程明显延缓，应急处理及逃生时间大大增加，电池组的安全性得到提高。从图3、4可以看出，灌封的动力电池组中，一颗电芯被针刺时，降低了被刺电芯温升的速率和峰值，且不会引起周边电芯的燃烧，使周边电芯得到有效的保护，能顺利通过动力电池组的针刺性能测试。

2.结论

新能源汽车动力电池组的安全性是一个系统性工程，需要多领域、多方面的探索和完善。有机硅导热灌封胶应用在动力电池中，对其安全性具有良好的补偿效应。实验发现，硅宝的GF-2#有机硅导热灌封胶能助力动力电池组通过燃烧喷射及针刺测试，提升新能源汽车的整体安全性。

参考文献：

[1] 章睿. 财政补贴不能让新能源汽车野蛮生长[J]. 上海企业, 2016(3):34-35.

[2] Chen Y, 陈永翀. ELECTRODE CORE FOR HIGH-VOLTAGE BATTERY:WO/2011/075945[P]. 2011.

[3] 刘仕强, 王芳, 樊彬,等. 针刺速度对动力锂离子电池安全性的影响[J]. 汽车安全与节能学报, 2013, 4(1):82-86.

[4] 李毅, 于东兴, 张少禹,等. 典型锂离子电池火灾灭火试验研究[J]. 安全与环境学报, 2015, 15(6):120-125.

[5] 何鹏林，王黎雯. 《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》解析[J]. 信息技术与标准化，2015(3).

编辑：《电源工业》杂志