# 电芯膨胀与电芯间隔热垫：压缩数据说明了什么

> 电芯膨胀如何给方形或软包电芯之间的隔热垫加载；附公开参数表中的压缩与导热数据，以及一套从寿命初期到末期核查隔热垫的方法。

来源: https://batteryfirebreak.com/zh/guides/cell-swelling-and-barrier-compression/
更新: 2026-11-16
发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0.

方形或软包电芯之间的隔热垫是机械堆叠的一部分，会随电芯膨胀而被压缩。在面向电芯间应用的产品中，公开参数表给出的压缩阻力相差可达一个数量级：同一产品系列的两种纸材在 20% 变形时分别约为 25–35 kPa 和 295–340 kPa，而一种刚性隔热板在 10% 应变时约为 1,000 kPa。真正保护相邻电芯的，是处于压缩、老化状态下的隔热垫，因此选型必须把压缩曲线、高温导热系数和堆叠的变形预算放在一起考虑，并用热扩散试验确认。

## 电芯如何给隔热垫加载

方形和软包电芯的厚度变化有两种。可逆的"呼吸"随荷电状态和温度变化，来自电极的膨胀和收缩；不可逆的增厚则在寿命期内累积，来自界面膜生长、产气等老化过程。在大多数模组中，端板配合钢带或拉杆限制了堆叠的总长度，电芯膨胀因此要由电芯本身、隔热垫和缓冲垫、框架和紧固件，以及设计中的弹簧元件或预留间隙共同分担。

这里存在两个相互牵制的要求：当相邻电芯失效时，隔热垫必须仍有足够厚度来隔热；同时，堆叠压力又要保持在电芯长寿命所需的范围内，且不能让端板过载。压力范围取决于具体的电芯设计，应向电芯供应商索取。电芯形式也有影响：软包电芯需要压力在大面上均匀分布；方形电芯的刚性壳体则容易在中部向外鼓起，使隔热垫受力不均，局部压力可能远高于平均值。

## 公开的压缩与导热数据

| 产品 | 压缩 | 导热系数 | 密度 | 来源 |
|---|---|---|---|---|
| Morgan Superwool EST C30 纸 | 20% 变形时 25–35 kPa；60% 时 380–470 kPa | 0.06（200 °C）、0.08（400 °C）、0.11（600 °C）、0.15（800 °C）W/(m·K) | 240–310 kg/m³ | [Morgan 参数表](https://www.morganthermalceramics.com/media/j3gmxyki/est-compression-paper_eng.pdf)，第 2 页 |
| Morgan Superwool EST C310 纸 | 20% 变形时 295–340 kPa；60% 时 1,700–1,970 kPa | 0.06（200 °C）、0.08（400 °C）、0.10（600 °C）、0.13（800 °C）W/(m·K) | 400–510 kg/m³ | 同一参数表，第 2 页 |
| Rogers ProCell TB1000 板 | 典型曲线：10% 应变时约 1,000 kPa，17% 应变时约 2,000 kPa（从公开曲线图读取） | 0.029（25 °C）、0.032（400 °C）、0.035（600 °C）、0.037（800 °C）W/(m·K)，ISO 8301 | 350–450 kg/m³ | [Rogers 参数表](https://www.rogerscorp.com/-/media/project/rogerscorp/documents/elastomeric-material-solutions/procell-ev-firewall/english/data-sheets/180-506-procell-tb1000-thermal-insulation-board-data-sheet.pdf)，第 1–2 页 |

Morgan 的参数表将这两种纸都列为软包和方形电芯的电芯间防护材料，按所需的压缩特性选用。在 20% 变形时，EST C310 的压缩阻力约为 EST C30 的十倍；两者都随变形增大而急剧变硬：随着纤维网络被压实，EST C30 的压缩阻力从 20% 到 60% 变形增加了十倍以上。

Rogers 板材的公开曲线在仅 17% 应变时就达到约 2,000 kPa，其在 25–800 °C 各测试温度下报告的导热系数为 0.029–0.037 W/(m·K)，约为上述陶瓷纤维纸在 600–800 °C 时数值的四分之一到三分之一。综合来看，这些数据表明该材料受压时厚度变化很小，如果设计依赖它来吸收较大的电芯膨胀，就需要专门核查；参数表中对成品零件压缩范围的说明是"依设计而定"。需要注意，某一温度下测得的导热系数，并不等于火灾中隔热垫能保持的防护性能，后者还取决于尺寸稳定性和结构完整性。

以上都是参数表数值，测试方法（Morgan 的导热系数采用 ASTM C201 / C177；Rogers 的导热系数采用 ISO 8301，压缩采用 ASTM D1056）、试样状态和加载历史各不相同，**不构成电池包层级防火或热扩散性能的排名**。对于纤维纸，首次压缩循环会产生永久变形，因此首次循环的曲线未必能代表循环或老化后的行为。导热系数也是在未压缩状态下测得的。

## 参数表通常不会告诉你的内容

- **应力松弛。** 在夹紧的堆叠中，隔热垫处于固定或缓慢增加的应变下。关键是它的反力在温度作用下随时间衰减多少，因为堆叠压力会随之下降。
- **压缩永久变形与回弹。** 电芯在低荷电状态或低温下收缩时，压缩永久变形大的隔热垫回弹很少；视预紧量和框架柔度而定，堆叠可能失去接触压力。
- **压缩厚度下的热阻。** 通过隔热垫的热流与其热导（导热系数除以厚度）成正比。压缩既减小厚度，也会改变导热系数，变化方向取决于材料：多孔隔热材料被压实后，辐射传热可能降低，固体传导却会上升。接触热阻和气隙同样有影响。应索要寿命末期厚度下的导热系数，最好是瞬态或完整的热扩散试验结果。
- **电气绝缘。** 在压缩、老化后的零件上测得的高温介电强度、体积和表面电阻率，以及对针孔和切割边缘的耐受性。
- **老化后的状态。** 反复的呼吸变形可能使刚性层压件开裂，或使未封装的纸材掉纤维。这两种损伤都可能降低电芯壳体之间的绝缘，并使隔热垫更容易被排气射流和颗粒冲蚀。

## 在膨胀堆叠中选定隔热垫的方法

1. **建立变形预算。** 对每片隔热垫，寿命末期的变形量大致等于：装配预压变形，加上它需要吸收的不可逆膨胀和最大可逆呼吸量，减去框架、紧固件和其他柔性层吸收的部分。要计入制造和厚度公差、电芯之间的差异和热膨胀，并核查方形电芯鼓起处的局部峰值，而不只看平均值。电芯膨胀数据应由电芯供应商提供。
2. **核查工作点。** 在隔热垫的压缩曲线上找到寿命初期低荷电状态和寿命末期高荷电状态对应的应变，再用在相应温度和保持时间下实测的应力松弛数据修正反力，因为应力松弛无法从静态曲线上直接读出。隔热垫应力并不等于电芯表面压力，后者可能分布不均；两者都应落在电芯要求的范围内。
3. **考虑多层结构。** 如果单一材料无法同时满足变形预算和隔热要求，可以组合一层薄而硬的隔热层和一层吸收膨胀的柔性层。要明确每一层在火灾中的作用和持续时间：柔性层可以设计为会分解，而隔热层通常必须保持厚度和完整性。
4. **核查失效工况。** 热失控时，失效电芯可能在泄压前先鼓胀，在加热的同时对隔热垫施加载荷。隔热垫在高温和压力共同作用下不得收缩、开裂或从缝隙中挤出，并且在相邻电芯泄压后仍要保持在原位。排气、火焰和高温颗粒、边缘绕流通道以及分解的胶粘剂，即使在本体导热系数很低的情况下，也可能决定最终结果。
5. **在老化、压缩状态下试验。** 法规通常不规定隔热垫的老化。例如，中国 [GB 38031-2025](/zh/standards/gb-38031-2025/) 新增的快充循环后试验是外部短路试验，与热扩散试验相互独立，具体条款请以标准正式文本为准。因此，在经历过代表性压缩、应力松弛和温度作用的隔热垫上进行热扩散试验，属于电池包开发者自己的验证工作；而且一种电池包设计的试验结果，不能直接套用到另一种设计上。

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## 常见问题

### 为什么电芯膨胀会影响隔热垫？

方形或软包电芯之间的隔热垫处在电芯堆叠的受力路径上。电芯在寿命期内变厚，隔热垫随之被压缩，这既改变电芯承受的堆叠压力，也会减小隔热垫的厚度，从而降低热失控发生时它能提供的热阻。

### 应该向隔热垫供应商索要哪些压缩数据？

压缩力-变形曲线（注明测试方法和循环次数）、在使用温度下的压缩应力松弛、压缩永久变形，以及在寿命末期预计压缩厚度下的导热系数或热扩散试验结果。只给一个变形量下的单一应力值是不够的。

### 隔热垫越硬越好吗？

不一定。硬的隔热垫能保住厚度，但会把电芯膨胀转化为堆叠压力和端板载荷；软的隔热垫能把压力控制得低，却会损失厚度。许多电池包采用一层薄而硬的隔热层，加一层吸收电芯膨胀的柔性层。