【邵琦博士：杜邦中国材料开发科学家】很高兴参加这个时代，也感谢NE时代曾院长的邀请，今天主要看一下动力电池防火安全有什么机遇和挑战，杜邦作为材料公司能为大家提供哪些解决方案。
我讲的内容主要分为三块：一是看一下技术趋势；二是防火安全方面的需求，重点是从安全法规方面重点解释一下；三是和大家一起分享杜邦对于材料这块有哪些具体的解决方案可以解决现在的挑战和问题。
第一，杜邦对于新能源汽车是非常看重的，我们也有专门做一些市场调研。这里跟大家分享一下我们拿到的一手资料，全球市场的趋势来看，几大市场，中国主要以纯电动汽车开发为主，欧洲以48V汽车为主，美国以混合动力为主要的开发方向，日本也是主要以混合动力为主导。
从技术的角度来讲，大家知道现在的汽车，无论是纯电动还是混合动力，现在的趋势都是要增加续驶里程，还是要看电池的储能密度实现。接下来的几年发展里，储能密度会逐渐增加，希望到时候续航里程能达到200到500KM。
今天主要想更多看的是热管理，这边也给大家看一个具体的例子，通用GM对于热管理这套体系是怎么理解的。大家可以看到最左边的表上有他们不同的车型，无论是48V还是混动、纯电动，不同的车型用了不同的电池技术，也是由于储能密度不同造成的。
我们来看一下右边，储能密度增加，热管理的要求是随之增加的。举一个简单的例子，我们对比48V和纯电动，48V从系统管理来说，只需要有一个散热系统和导热系统就好的，对于BEV纯电动这块是需要散热、导热、隔热、绝热和防火，方方面面都是要考虑到，对于纯电动汽车，我们对于热管理还是需要做全方位、系统化的管理才能达到最高的防火安全。
下面主要是跟大家分享的信息，虽然GM的电池是外购的方式，冷凝板也是外购的方式，热管理最重要的技术点还是掌握在GM自己手中，之后对于热管理这块的技术还是会主要掌握在主机厂，是起主导的地位。
我们一直在做热管理，为什么有热管理，我们的电池会发生热失控的失效模式，热失控也是有不同的诱因，大体的诱因可以分为机械诱因、电诱因、热诱因，终其根本，无论触发的诱因是哪种，大部分情况下还是以内短路的模式发生失效模式。
不同的失效模式所产生温度和能量往往是差异化很大的，这是可以模拟的情况，电诱因、机械诱因以及热诱因，实际情况和差异化是非常大的。电池的诱因也是非常大的，电池如果发生老化，也会引发热失控，或是电池充放电不在预估范围内也会发生热失控和材料本身的影响，正极材料、负极材料、电解质都是起到非常关键的作用。
我们看一下热失控的机制，不代表所有的电池都是这样，这是笼统、比较有代表性的机制，一般情况下，热失控的时候SEI膜会分解，正极材料发生分解，大规模大范围的内短路会发生，会释放出大量的能量。这个地方想和大家澄清一下，虽然这里有列不同的阶段，正极材料分解可能发生大量的内短路，并不代表内短路一定要发生正极材料分解之后。七八十度ICI膜分解内短路也会发生的，前期释放的温度和能量和后期释放出的温度和能量是不一样的，不同阶段释放出来是有一定的关联性，即便当电池是同一种类型的电池，比如说LFP、NCM的电池，如果触发诱发方式不一样。
热失控会不会产生火也是大家关注的，到底为什么产生火？是由什么因素造成的？主要是三个要素在里面，很好理解的是，可燃性物质，可燃性物质电解液，有机物质还是分解产生的可燃性气体来讲，这是一定会存在的，当热失控发生的时候。还有是热量，周期的环境来产生的。还有一块是氧气，氧气是相对机动的。从电池内部的角度来讲，氧气一般会在分解一些正极料时产生，有一些正极材料分解时会产生氧气，火在电池内部会不会发生这件事情是有概率问题在里面，不是百分之百发生的状况，这是为什么我们做一些测试的时候会发现，比如说工作六组测试，里面有三组测试的时候会有火焰从电池内部发生，另外三组其实并不会，也是跟这个有关系的。还有通常的现象，火焰从电池内部发生是机动，外部是一定会发生的事情，对于电池外部来说，它是空气的环境，有足够多的氧气可以提供，所以一定会有火焰的发生。
我们都知道热失控是一定会现实存在的状况，这个事情也是非常严峻，为什么我们一定要有一套全方位、系统化的管理？主要还是这三个点，我们都有BMS的系统，BMS系统不一定控制所有滥用情况的发生。现在的电池对续航里程的要求，所以储备能够密度越来越高，随着储能密度的增加，带来的安全隐患、发生热失控的概率势必会提高。
我们前面看到很多诱因，很多模拟的状况是可以实现的。安全事故发生是比你模拟状态糟糕十倍甚至百倍，我们希望能提供全方位的管理系统，当你真的发生安全事故，真的发生不可预判的时候可以救大家。
这一块我们主要想看一下防火安全需求方面，我这边列了一个表格，这是其中的几条，从安全法规里的摘录，不代表所有的安全法规。
我们先来看一下国际汽车工程师学会的一条，他们防止热扩散测试这块，它们要求把电池加热到400度，是看你会不会扩散到隔壁电芯作为判定标准，对于热滥用测试又是利用另外的触发模式，是把它加热890度，保持十分钟的情况看它是不是有爆炸，这个判定标准是，它会不会把事故控制、遏制在一定的范围内。
UL的测试也是和热滥用的测试有一定的相似性，触发的模式是不一样的，他是用590度的火焰，并且加热到20分钟，也是看能不能遏制在模组范围或是Pack的级别。国标写的非常清楚，触发模式可以是加热方式，也可以是刺穿的方式，更多是看有没有火焰蔓延到外部，或是会不会有爆炸发生。
我为什么要列这个表？是想给大家看一看，你会看到哪些共同点和不同点，所有的这些都是为了寻找可以模拟的方式，可以让你达到想要预判的判定标准。但是不同的地方你会发现，其实每个标准用的触发模式都是不一样的，给出的判定标准也是有所差异的，为什么会这样？我们从安全法规的制定者角度来看这件事情就很明显，触发的模式上来看有很多种，前面也有提到，哪怕是同一种类型的电池，如果触发的模式是不一样的，所释放出来的能量，它的差异性是非常大的，关键在于你触发模式的选择上，你选一种或几种，这一种或几种有没有代表性和现实情况，有没有代表性和关联性，这是非常重要的。
还有一个挑战，到底怎么选定判定标准？到底什么叫做通过，什么叫做不通过？其实现在大体上从安全法规的角度来讲有三块，比较严格的判定标准是，你一点热扩散都不可以发生，比如说SAE的标准，热扩散的测试，你都不可以扩散到隔壁电芯，这是比较严格的法规。
第二种判定的标准是你可不可以把它遏制在你的模组级别内，或是Pack级别内，这是更贴近现实需求一些。
第三种判定标准是你在多长时间以内可不可以把它遏制在里面，能够让乘客有足够的时间来撤离事故发生的现场。第三个可能会更贴近现实生活，第三个难度其实比较大，因为他需要有一系列的统计结果来支撑到底多长时间是合适的，而且事发现场周围的环境其实是不可控的，根据不同的事故现场会分类还是会统一做判定标准？这都是很有挑战的点。
杜邦成立于1802年，现在已经有200多年的历史，刚开始我们比较偏向于化工公司、材料公司，但是我们更想和业界同仁说的是，杜邦不是只单单卖给你一个产品，我们更多的是希望针对你的烦恼、针对你的问题，可以提供全方位材料的解决方案给你。我来自杜邦的安全与建筑部门，我们部门提供各种各样的材料，是这些材料代表性的特性有列在这边。我想强调的是，对于动力电池防火方面，我们的材料能够提供更好的特性主要是防火、隔热以及机械保护。接下来我会从这三个方面给大家举一些具体的例子，希望大家能更了解的材料。
从目标的角度来讲，杜邦的材料解决方案希望是当系统发生故障时候，我们的材料可以帮助你延缓或是阻止热扩散以及火焰的蔓延，这样可以给乘客带来足够的时间撤离事故现场，这是最主要的目标。
另外还有一个目标，希望我们这套热管理系统可以帮助你，当电池在正常运营的状态下，也能优化整个系统。
我们觉得针对不同的实际状况发生，其实热管理体系应该也是随之改变，针对内部如果有火焰，电芯如果发生热失控，无论电芯间、模组还是Pack级别都是最好有保护措施的。外部火焰来保护系统的话，从Pack级别的防护已经足够了，针对不同的情况，我们提供的安全管理也是不尽相同的。
我们材料主要是三大块的性能，防火性能我们主推的材料是NomexXF，还有Nomex MicaPaper，热失控是发生在安全事故，有一些安全事故的时候必然会带来一些撞击，机械包括是非常有必要的。
我们先看一下阻火材料，里面有列一些产品的性能，比如说Nomex XF耐火温度是1050度，我们这里列10分钟，15分钟都没问题的。还有云母纸都是很薄的，根据需求可以做改变。
我们先看一下Nomex XF，它非常薄，只有0.025毫米，可以耐1100度的温度，10分钟以上材料不会被烧穿，它的防火性是很好的，柔韧性也非常优异。这个材料可以和一些绝热材料支撑作为一款复合材料使用。厚度可以灵活控制，0.025毫米以上的厚度都可以。
典型应用，建议把它用在电芯间的防火与隔热。模组级和Pack级也可以应用。因为柔韧性很好，其实Pack有一些关键的元部件很不规则，保护元件也可以用解决方案进行包裹。
这是测试的结果，大家可以看一下，上面的图就是材料在FAA提出的航空标准的测试，这个火焰非常猛烈，我们的材料完全可以达标。它用了1037度的火焰，要求反面的温度小于23KW/平方米。虚线框是FAA的测试要求，10分钟以后反面的热通量都是远远低于这个标准的，完全可以达到这个标准的要求。这是非常优异的材料。
接下来我们看一下隔热材料，我们先想跟大家分享一下导热系数这张图，这张图不仅有来自于我们部门的绝热材料，还有来自兄弟部门、电子部门导热的材料。刚刚开始看到的GM的例子里，其实对于热管理的体系，散热、导热、绝热都是需要的，我们就把它整合在一张图里。Nomex Paper Borrd，价钱我们可以控制在一定的范围内。
这是一个具体的例子，这个材料可以在很宽的温度范围内有很好的隔热性能，不仅室温可以、两三百度可以、五六百度、七八百度都有很好的隔热性能，它耐900度的火焰10分钟以上是没问题的，完全不会有穿透。厚度的选择方面，基本上是0.5毫米及以上都是可以做到的。典型的应用还是应用在电芯与电芯之间，防止电芯间的热扩散，还有一些电芯间火焰的蔓延，主要是在这块的应用。
这边是我们公司内部做的一些小测试和大家分享，这个测试是热盘，我们把它加热到了600度，我们把隔热材料放在热盘上测隔热材料的反面温度是多少，通过测试我们可以看到，5分钟之内反面温度可以控制在200度以内，也就是说隔热垫已经隔掉400度的能量，隔热性能还是很好的。
这边有具体的图，隔热垫的厚度，对于这个测试，隔热垫的厚度只有0.7毫米，随着隔热垫的加厚，隔热的效果肯定会更好。左边这张图是挨着热片那面，有局部的碳化，但是没有任何的破损，也没有其他的变形，正面很难看出来有什么太大的变化，唯一可以看到一个小黑点，小黑点是我把热垫的测温接近，我们希望接触足够牢靠，把空气在界面上的影响排除掉。这边还是可以看到对于这款材料，它的隔热性能还是很优异。
除了隔热方面，我们也看它的热分布是不是比较均匀，下面两张图是30秒、60秒，用热成像仪拍摄，30秒在扩散，60秒整个面都是比较均匀的热量。测到的温度和热电耦测试到的温度是一致的。因为这些只是实验室级别对材料的测试，并不代表新能源汽车电芯发生热失控模式它的扩散机制，更多是对材料的解析。
这是我们的机械保护材料，这款材料叫做Kevlar，它有很好的抗冲击性能，它最早是用在防弹衣里面的材料，大家可想而知它的抗冲击性能非常优异。我这边有一个小的视频，其实它是抗冲击的测试，可以看到上面是像针头一样的东西，测试就是这个针头会以非常快的速度冲击到织物上，冲击以后织布不会有任何的损伤，说明材料的抗冲击性能非常好的。
另外一个FAA的测试标准，927度5分钟，反面温度控制在204度，这个火焰是很大的，我们用的材料是基于Kevlar的复合材料。这里稍微有点裂开，裂开的材料不是Kevlar，下面泛黄的材料是Kevlar，它是不会有任何损伤的。
这款材料主要是用在模组或是Pack级别的防火，还可以把它用在一些关键部位的防火和机械保护方面的应用。
刚刚和大家分享了一些，我们也希望提出一些未来的展望，随着对于储能密度的要求，势必带来一些安全的隐患，无论消费者、主机厂、电池厂对于安全方面的要求与日俱增，安全法规的角度讲，我们也会发现，现在安全法规的制定越来越具体化、越来越严格化，结合这些点我们也希望无论是杜邦公司还是业界同仁，以后可以给大家提供更有效、更经济性、更集成度高的防火材料用在新能源电池里。
我就讲到这里，大家有什么问题可以提出来，谢谢大家。
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