三元材料的热防护解决方案有哪几类？

三元材料的热防护解决方案可划分为三类。

1.第一类：被动防护，疏堵结合，麒麟电池为典型设计

第一代热失控防护还是以被动防护为主，典型代表为麒麟电池。通过疏堵结合（加强散 热、隔热能力）为主要技术手段，实现电池包内仅少量电芯热失控，整包外无明火。

1、冲击及气体：倒置电芯避免高温气体侵入乘客舱

麒麟电池采用导致电芯的方案，泄压阀朝下。在电芯发生风险时，泄压阀喷出的高温火 焰可达 1300℃，常规设计泄压阀朝上，为了避免火焰侵入乘客舱，必须在电芯及乘客舱 之间设计防火层，增加了设计难点、成本，降低了能量密度。麒麟电池泄压阀朝下，火 焰朝下喷发，不会威胁到乘客舱，同时电池下托盘的结构强度显著高于电池上盖，能够 有效抗击高温气体冲击，倒置电芯的安全性能显著提升。

麒麟电池底部设置排气通道，通过排气通道及时排出高温气体。麒麟电池创新性的将结 构防护、高压连接、热失控排气等功能模块进行智能分布，在保证了高度方向空间利用 率的同时，进一步提升了电池安全性能。

2、热：首创大面液冷板方案，可实现急速降温

为了防止单个电芯热失控后引燃其他电芯，必须在电芯中间增加防火措施。常规设计是 在电芯中间加入气凝胶等隔热材料，增加成本的同时降低了体积利用率。麒麟电池创新 性的采用大面冷却的技术，在电芯发生热失控的同时，通过液冷板的冷却液流动，及时 将热量排出，使得失效电芯的周边电芯温度保持在安全范围内，从而实现无热蔓延。

3、电压、液体及固体：麒麟电池的设计难点

倒置电芯方案不利于高压防护。麒麟电池将结构防护、高压连接、热失控排气等功能集 成为底部三合一模块，如果发生冷却液泄漏，极易造成高压短路防线，此外底部磕碰的 保护也是难点。

2、第二类：主动防护，定向喷淋系统精准灭火

主动式喷淋系统，实现精准灭火。根据宁德时代的专利显示，在电芯的泄压阀正上方布 置液冷系统，当电芯发生热失控时，从泄压阀处喷发的高温气体能够融化液冷管路，冷 却液利用自身重力实现精准灭火。

基于车联网数据能够提升热失控预警能力，实现实时动力电池故障诊断和安全预警。动 力电池基于监控平台大数据的动力电池安全预警、电池热失控扩散防护等新技术，对其 安全性具有重要意义。通过大数据分析，实现机理&数据双驱动的故障诊断与安全预警。 对时间、电流、电压、温度等基础数据的采集，分析既有发生故障案例，追溯故障源头， 提前发现车辆故障，保障用户生命安全，并通过将故障日志给到动力电池研发部门，也 可以为车辆本身提供改进方向，有助于规范产品安全性设计。

3.第三类：本征安全，实现材料超高热稳定性

1、磷酸锰铁锂材料与三元材料混用，电芯可过针刺

磷酸锰铁锂与磷酸铁锂同为稳定的橄榄石结构，是磷酸铁锂的升级。磷酸锰铁锂简称 LMFP（LiMnxFe1-xPO4），可以理解为磷酸铁锂（LFP， LiFePO4 ）将部分铁替换成锰，原有的 FeO6 八面体结构中的一部分变成了 MnO6，其稳定的橄榄石结构不发生改变。

磷酸锰铁锂的电压平台与三元材料基本相同，高于磷酸铁锂材料。锰的加入使得正极材 料在克容量不变的情况下电压升高，从而使得能量密度（能量密度=电压平台 x 容量密 度）提升 10-20%，应用意义在于保持铁锂成本、安全优势的前提下对电池性能进一步提 升。

磷酸锰铁锂与三元材料混用能够大幅提升三元材料的热稳定性。磷酸锰铁锂的热稳定性 与磷酸铁锂基本一致，且磷酸锰铁锂材料的粒径远小于三元材料，在混合后能够有效包 裹三元材料，提升三元材料的热稳定性。

磷酸锰铁锂与三元混合电芯可过针刺实验。根据天津斯科兰德的实验数据，在用 80%NMC +20%LMFP 的混合材料，制备成的 14500 圆柱电池做针刺测试，电池不燃烧、 不爆炸、温度在 70℃以下，安全性良好。

2、复合集流体材料，大幅改善安全性，处于量产前夕

电解铜箔存在容量降低、电池热失控等安全隐患。在锂电池行业中，目前主流采用的负 极集流体为厚度 6-9um 左右的纯铜电解铜箔。电池充放电使用过程中，负极材料体积也随之变化，作为负极集流体的铜箔也会不断拉伸收缩，负极材料可能脱落引起容量降低， 性能下降，电阻增加，产热增加等安全隐患。另外电池由于枝晶生长、外力等原因受损 引起热失控后，存在电池爆燃的安全风险。

复合集流体的作用与保险相似，针刺后针刺位点迅速断开，从而保证了电池的安全。PET 复合铝膜和铜箔是传统锂电池集流体（铝箔和铜箔）的良好替代材料。其中复合铝箔是 传统铝箔厚度的 1/2，且重量更轻；复合铜箔是传统铜箔厚度的 3/4，同样重量更轻。对 锂电池能量密度提升，安全性提升，成本降低具有重要的意义，市场前景广阔。并且该 技术具备较大的普适性，复合铜箔、铝箔等其他复合膜材料也能使用该技术。