# Battery Firebreak：全文 网站: https://batteryfirebreak.com/zh/ 许可: CC BY 4.0 机器可读数据: https://batteryfirebreak.com/api/v1/index.json # 材料数据 ## 纤维增强二氧化硅气凝胶毡/垫 将二氧化硅气凝胶复合在玻璃纤维或陶瓷纤维毡中制成。纳米孔结构抑制了气体导热，因此在常用隔热材料中室温导热系数最低，在数百摄氏度下优势也很明显。电池用产品多采用薄膜封装或贴云母面层，以控制掉粉并提高绝缘和耐冲刷性能。 - undefined: 0.015–0.025 [typical] - undefined: 400 °C 约 0.035–0.05；500–600 °C 约 0.05–0.09 [typical] - undefined: 无防护时连续使用约 650 °C；有面层时可耐更高的短时温度 [typical] - undefined: 约 70–300 kg/m³ [typical] - undefined: 1–5 mm（常用 2–3 mm） [typical] - undefined: 可压缩约 10–30%，部分回弹 [typical] - undefined: 绝缘；封装后单片击穿电压通常 ≥3.5 kV [typical] ## 云母片/云母板（白云母、金云母） 以有机硅树脂粘结云母纸制成的柔性云母片或硬质云母板。隔热性能约比气凝胶差一个数量级，但很难被烧穿，能抵御失效电芯排出的高温颗粒冲刷，并在高温下保持较高的介电强度。是电池包上盖、母排防护和复合隔热垫面层的常用材料。 - undefined: 约 0.2–0.6（厚度方向） [typical] - undefined: 保持约 0.2–0.6 [typical] - undefined: 白云母约 500–600 °C、金云母约 700–800 °C 连续；短时更高 [typical] - undefined: 约 1,800–2,350 kg/m³（粘结片材） [typical] - undefined: 0.2–2 mm [typical] - undefined: 基本刚性 [typical] - undefined: 优异；室温通常 ≥20 kV/mm [typical] ## 陶瓷纤维纸/可溶性纤维纸 以硅酸铝耐火纤维或碱土硅酸盐（可溶性）纤维加少量有机粘结剂制成的纸材。耐温远高于气凝胶且成本低，但在热扩散关键温区的隔热效果不如气凝胶。 - undefined: 约 0.035–0.05 [typical] - undefined: 400 °C 约 0.06–0.12；600 °C 约 0.08–0.16 [typical] - undefined: 纤维耐温等级约 1,100–1,400 °C [typical] - undefined: 约 140–290 kg/m³ [typical] - undefined: 0.8–6 mm [typical] - undefined: 初始可压缩，回弹有限 [typical] - undefined: 干燥时良好；粘结剂约 250–450 °C 烧失 [typical] ## 膨胀型/吸热型隔热片 属于主动型材料。膨胀型片材受热后膨胀成隔热炭层，填充缝隙并增加厚度；吸热型片材通过释放化学结合水吸收热量。两者的作用是争取时间，而不是提供固定的热阻。 - undefined: 约 0.05–0.3（激活前） [typical] - undefined: 不可比：通过膨胀或吸热起作用 [typical] - undefined: 约 150–200 °C 激活；炭层可耐约 1,000 °C [typical] - undefined: 约 300–1,500 kg/m³ [typical] - undefined: 电芯间 0.5–3 mm [typical] - undefined: 因产品而异；膨胀不可逆 [typical] - undefined: 取决于配方：石墨基炭层导电 [typical] ## 有机硅泡棉/缓冲垫 闭孔或复合微球有机硅泡棉，主要用于吸收电芯膨胀并维持堆叠压力。阻燃级和可陶瓷化牌号具备一定的热失控防护能力，通常与云母或气凝胶层配合使用。 - undefined: 约 0.06–0.15 [typical] - undefined: 约 350 °C 以上聚合物热解；可陶瓷化牌号形成二氧化硅炭层 [typical] - undefined: 连续使用约 200 °C；阻燃牌号可耐短时火焰 [typical] - undefined: 约 190–800 kg/m³ [typical] - undefined: 1.5–6 mm [typical] - undefined: 可逆压缩性能最好，压缩永久变形小 [typical] - undefined: 良好 [typical] ## 相变材料（PCM）板 通过熔化吸热来平抑正常运行中的温度峰值。相变材料不是防火隔热层：有机相变材料可燃，石墨基复合材料在潜热耗尽后会把热量导向相邻电芯。 - undefined: 约 0.2（石蜡）至 3–15（石墨复合） [typical] - undefined: 不适用：约 200–300 °C 以上分解 [typical] - undefined: 熔点约 25–70 °C；有机类约 200 °C 以上不稳定 [typical] - undefined: 约 760–1,700 kg/m³ [typical] - undefined: 2–6 mm [typical] - undefined: 刚性 [typical] - undefined: 石蜡绝缘；石墨复合导电 [typical] ## 复合隔热垫（气凝胶或纤维芯材 + 云母/薄膜面层） 在低导热芯材（气凝胶或纤维）两侧复合更坚韧的面层（云母、陶瓷纸、聚酰亚胺或 PET 薄膜）。这种结构能同时满足隔热、压缩缓冲、介电绝缘和耐烧穿四项要求，是目前量产的主流形式。 - undefined: 约 0.015–0.03（气凝胶芯材） [typical] - undefined: 500 °C 约 0.04–0.06（气凝胶芯材）；纤维芯材更高 [typical] - undefined: 面层可耐约 1,000 °C 以上短时冲击 [typical] - undefined: 约 150–300 kg/m³ [typical] - undefined: 0.5–6 mm（常用 1–3 mm） [typical] - undefined: 芯材可压缩约 10–30% [typical] - undefined: 由云母或聚合物面层决定 [typical] # GB 38031-2025: 电动汽车用动力蓄电池安全要求（中国） > GB 38031-2025 是中国电动汽车用动力蓄电池强制性安全标准，自 2026 年 7 月 1 日起实施。该标准将原有的 5 分钟热事件报警要求升级为“不起火、不爆炸”的热扩散要求，并新增底部撞击试验和快充循环后安全试验。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/standards/gb-38031-2025/ 更新: 2026-11-15 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. GB 38031-2025 是中国针对电动汽车用动力蓄电池制定的强制性安全标准。该标准替代了 GB 38031-2020，并自 2026 年 7 月 1 日起适用于新申请型式批准的车型。本次修订最大的变化在于热扩散试验：单个电芯发生热失控后，电池包不得起火或爆炸，且产生的烟气不得对乘员造成伤害。旧版标准仅要求在起火或爆炸前至少 5 分钟发出报警信号。 ## 核心信息 | 项目 | 详情 | |---|---| | 中文标准全称 | 电动汽车用动力蓄电池安全要求 | | 替代标准 | GB 38031-2020 | | 发布时间 | 2025 年（不同资料提及的发布日期介于 2025 年 3 月至 5 月之间，请以官方公告为准） | | 新申请型式批准车型 | 自 2026 年 7 月 1 日起执行 | | 已获型式批准车型 | 据报道过渡期截止至 2027 年 7 月 1 日（请以官方公告为准） | | 适用范围 | 电动汽车用锂离子动力蓄电池和金属氢化物镍动力蓄电池：单体、电池包及系统 | | 试验项目数量 | 据新华社报道，包含 7 项单体试验和 17 项电池包或系统试验 | ## 相比 GB 38031-2020 的主要变化 1. 热扩散要求：从“提前报警”升级为“不起火、不爆炸”。2020 版标准要求在起火或爆炸前至少 5 分钟提供热事件报警信号，以便乘员逃生。2025 版标准要求单个电芯发生热失控后，电池包不得起火或爆炸，同时仍需提供报警信号，且烟气不得对乘员造成伤害。部分行业文章报道称观察期为 2 小时，并对监测点设有温度限值；这些具体数值尚未与标准正式文本核对，请以标准原文为准。 2. 新增底部撞击试验，用于模拟路面异物冲击或托底造成的底部损伤。 3. 新增快充循环后安全试验。在完成规定次数的快充循环（据报道为 300 次）后，电池必须在外部短路试验中保持不起火、不爆炸。 ## 对隔热层与防火材料的影响 - 隔热层直接决定试验能否通过。在旧版规则下，只要及时发出报警信号，电池包即可通过测试。在新版规则下，必须阻断或抑制电池包内部的热扩散，这直接提升了对电芯间隔热垫、电池包上盖防火罩以及泄压通道的设计需求。 - 设计必须满足最严苛工况。试验可能触发电池包内最难防护位置的电芯，因此隔热层厚度与材料选型取决于电池包内的最恶劣位置，而非平均水平。 - 老化性能至关重要。由于快充循环已纳入测试序列，在电芯反复膨胀收缩作用下出现厚度衰减或开裂的隔热层材料将带来失效风险。 - 出口供应链同样受到影响。向全球整车厂供货的中国电芯与电池包制造商通常在不同市场采用统一的平台化设计，因此该标准正在对中国以外市场的隔热层设计产生广泛影响。 ## 参考资料 - 新华社（转自新京报），"电动汽车电池新国标7月落地，安全门槛再升级"（2026 年 6 月 29 日）：bjnews.com.cn - 中国证券报（2026 年 7 月 3 日）：cs.com.cn - MPR China Certification，"New battery certification standard GB38031-2025 replaces previous regulation"：china-certification.com - CarNewsChina（2025 年 12 月 27 日）：carnewschina.com - 标准正式文本：全国标准信息公共服务平台，std.samr.gov.cn （检索 "GB 38031-2025"） --- # UL 9540A: 电池储能系统热失控火灾蔓延评估试验方法 > UL 9540A 是一项试验方法标准，用于评估电池储能系统在电芯发生热失控时，在电芯、模组、单元和安装四个层级上的响应特性。第 6 版于 2026 年 3 月 13 日发布，新增大规模火灾试验。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/standards/ul-9540a/ 更新: 2026-11-16 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. UL 9540A 是一项试验方法，而非单一的合格/不合格判定标准。该方法通过强制触发电芯热失控，测量最多四个层级（电芯级、模组级、单元级和安装级）的演化过程。所得试验数据（包括产气量与气体组分、热释放速率、火焰蔓延情况以及热扩散是否受到阻断）将供 NFPA 855 等消防规范以及消防主管部门使用，以确定间距要求、通风设计、防爆控制及消防抑制方案。现行第 6 版于 2026 年 3 月 13 日发布，新增安装层级的大规模火灾试验（LSFT）。 ## 四个试验层级的运作机制 | 层级 | 试验对象与方式 | 主要输出参数 | |---|---|---| | 电芯（Cell） | 强制触发单体电芯发生热失控，通常采用外部加热方式 | 热失控起始温度；排气量与气体组分（含氢气）；气体的燃烧下限（LFL） | | 模组（Module） | 在单个模组内强制触发一节（或多节）电芯发生热失控 | 热失控是否在模组内部发生热扩散；热释放与气体释放特性 | | 单元（Unit） | 包含触发模组的完整储能单元（如电池架或电池柜），并在旁布置目标受试单元 | 向相邻单元的热扩散情况；表面温度；单元外部是否出现明火 | | 安装（Installation） | 在典型安装场景中布置储能单元，分别在有无消防系统的条件下进行试验 | 灭火抑制系统及其他安装级防护措施的有效性 | 仅当前一层级试验显示存在风险时，才需进入下一层级试验。例如，若电芯级试验中排出的气体不可燃，或模组级试验中热失控未发生热扩散，则可简化或豁免后续层级的试验。 ## 第 6 版（2026）的主要变化 第 6 版于 2026 年 3 月 13 日发布，最主要的新增内容是大规模火灾试验（LSFT）：考察一个储能单元起火后，火势是否会蔓延到相邻单元和周边建筑，以及通风和气体释放如何影响火灾行为。此前各版没有明确纳入 LSFT。有资料将这一变化与 NFPA 855 相关联，请以当地采用的 NFPA 855 版本为准。各方对 UL 9540A 的定性说法不一：Intertek 认为它是产生数据的试验方法而非认证标准，另有评论则认为 LSFT 已纳入认证流程。此问题请以标准正式文本为准。 ## 此前的变化：第 5 版（2025） 据 UL Solutions 介绍，第 5 版（2025 年 3 月）明确了电芯间热扩散判定准则，新增针对不同化学体系的高温试验方法，并补充了屋顶、敞开式车库等应用场景的测试规程。 ## UL 9540A 与 UL 9540 的区别 - UL 9540 是储能系统及设备的安全标准，用于产品的安全列名认证（Listing）。 - UL 9540A 是针对热失控火灾蔓延的试验方法。其测试数据通常是完成 UL 9540 认证的必要条件，同时也是消防规范进行工程安装审批的重要依据。 ## 对隔热材料选型的意义 模组级试验结果决定了储能系统是否需要额外配置安装级消防防护措施。如果隔热层设计能够在模组层级阻断热扩散，便可以显著简化现场间距和灭火抑制等工程部署要求。因此，对于储能系统（BESS）集成商而言，电芯间和模组间的隔热垫不仅是安全冗余配置，更是直接控制项目工程总成本的关键因素。 ## 参考文献与信息来源 - Energy-Storage.news（2026）：energy-storage.news - Intertek，《Understanding the 2026 update to UL 9540A》（2026 年 3 月 23 日）：intertek.com - UL Solutions，储能系统大规模火灾试验（2026 年 4 月）：ul.com - UL Solutions, "UL Solutions Enhances Battery Energy Storage System Safety Test Methods…" (2025 年 4 月): ul.com - UL 9540A 2025 updates (演示文稿，由 Santa Fe County 托管): santafecountynm.gov - Solar Power World (2025 年 4 月): solarpowerworldonline.com - 官方标准获取: UL Standards & Engagement (搜索 "9540A") --- # IEC 62619: 工业用二次锂电芯和电池系统的安全要求 > IEC 62619:2022 规定了包括固定式储能在内的工业用锂电池安全试验要求。其第 7.3.3 条要求进行热扩散试验：单个电芯发生热失控不得导致整个电池系统起火。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/standards/iec-62619/ 更新: 2026-11-15 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. IEC 62619 是工业用锂离子电池的主要国际安全标准，涵盖固定式储能系统、叉车及类似应用场景。现行版本为第 2.0 版（2022）。其热扩散试验（第 7.3.3 条）强制触发单个电芯进入热失控状态，并验证该过程不会导致整个电池系统起火。触发电芯本身起火属于允许范围。 ## 核心要点 | 项目 | 详细内容 | |---|---| | 现行版本 | IEC 62619:2022（第 2.0 版） | | 区域采标情况 | 欧洲采标为 EN IEC 62619:2022；在多个其他市场作为电池准入的参考标准 | | 热扩散试验 | 第 7.3.3 条（电池系统层级） | | 触发方式 | 应尽可能真实地模拟内部短路。资料性附录中给出了激光照射及其他触发方法 | | 判定准则 | 电池系统不起火（壳体外部或制造商界定的区域外部无火焰） | ## 对隔热材料的要求与影响 由于标准允许触发电芯本身发生燃烧，隔热层的核心作用是将相邻电芯的温度控制在热失控触发温度以下，并阻止火焰逸出壳体外部。因此，隔热层与壳体的协同设计（包括泄压通道设计）直接决定了试验能否通过。 ## 参考资料 - IEC 官方商城预览版，IEC 62619:2022: webstore.ansi.org (preview PDF) - CETECOM advanced, "Propagation tests for lithium-ion batteries": cetecomadvanced.com - Battery Design, IEC 62619 概述: batterydesign.net - 标准官方获取渠道: IEC webstore --- # UN 38.3: 锂电池运输试验（《联合国试验和标准手册》第 38.3 节） > UN 38.3 是锂电芯和电池在交付运输前必须通过的八项运输试验（T.1–T.8）。该标准不包含热扩散试验。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/standards/un-38-3/ 更新: 2026-11-15 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. UN 38.3 是每款锂电芯和电池设计在交付运输前必须通过的运输安全系列试验。该标准包含八项试验（T.1–T.8），但不包含热失控热扩散试验，因此通过 UN 38.3 并不能反映单个电芯失效时电池包的表现。 ## 八项试验项目 | 试验编号 | 试验名称 | 适用对象 | |---|---|---| | T.1 | 高度模拟 | 电芯和电池 | | T.2 | 温度试验（温度循环） | 电芯和电池 | | T.3 | 振动 | 电芯和电池 | | T.4 | 冲击 | 电芯和电池 | | T.5 | 外部短路 | 电芯和电池 | | T.6 | 撞击 / 挤压 | 电芯 | | T.7 | 过充电 | 可充电电池 | | T.8 | 强制放电 | 电芯 | 制造商和分销商还必须能够提供对应电池设计的 UN 38.3 试验概要。 ## 对隔热层材料的影响 隔热层材料不会直接影响 UN 38.3 试验结果，但如果电池设计发生法规所界定的重大变更，则必须重新进行试验。在开发阶段变更电池内部的隔热层材料时，应统筹考虑运输试验的时间与认证安排。 ## 参考资料 - UNECE, Manual of Tests and Criteria, section 38.3 (dangerous goods pages): unece.org --- # AS/NZS 5139:2019: 电气装置：与电力转换设备配合使用的电池系统安全要求 > AS/NZS 5139:2019 规定了澳大利亚和新西兰与逆变器相连的电池系统的安装要求，包括锂电池允许和禁止安装的位置。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/standards/as-nzs-5139/ 更新: 2026-11-15 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. AS/NZS 5139:2019 是澳大利亚和新西兰针对与逆变器配合工作的电池系统（如户用光伏储能电池）制定的安装标准。该标准主要规范电池的安装位置与安装方式，涵盖位置限制、安全间距、与居住空间的隔热层/防火屏障、标识以及电气隔离要求。该标准属于安装标准而非产品测试标准，电池产品本身需另行评估。 ## 涵盖内容 - 电池系统的安装位置规定，包括严禁安装的区域（如疏散通道及特定起居区域）。 - 电池与居住空间之间的分隔及隔热层/防火屏障要求。 - 通风、安全间距、标识及隔离要求。 - 基于电池化学体系及其潜在危险性的风险评估方法。 ## 对隔热层材料的意义 当电池安装在靠近居住空间的位置时，两者之间的墙体或隔热层必须满足该标准的要求。通过更严苛产品级耐火测试的电池产品，能够为安装商提供更大的选址灵活性。这使得澳大利亚户用电池制造商及安装商成为隔热层与防火材料的潜在应用群体。 ## 标准状态 AS/NZS 5139 目前处于修订审查阶段。在依据本页面的任何细节执行前，请先在澳大利亚标准局（Standards Australia）官方商城核查现行版本及任何修订案。 ## 参考资料 - Standards Australia store, AS/NZS 5139:2019: store.standards.org.au （搜索 "5139"） - Clean Energy Council, battery installation guidance: cleanenergycouncil.org.au --- # 气凝胶、云母与陶瓷纤维纸：电芯间隔热层的选型对比 > 面向锂离子电池包的气凝胶、云母与陶瓷纤维纸隔热层工程对比：涵盖高温隔热性能、压缩特性、介电强度、耐烧穿能力与成本，并附选型核查清单。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/guides/aerogel-vs-mica-vs-ceramic-fibre/ 更新: 2026-11-15 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. 当主要矛盾是紧密排列的方形或软包电芯之间的热传导、且需要最薄的隔热垫时，应选用气凝胶（通常为封装型）。当隔热层面临火焰、颗粒喷射流或高电压时（例如电池包上盖、母排防护罩和排气通道），应选用云母。当需要低成本、耐高温隔热且允许一定额外厚度时，可选用陶瓷纤维纸。对于高能量电池包中的电芯间位置，将上述材料组合使用的复合隔热垫已成为主流方案。 ## 横向对比 | 性能指标 | 二氧化硅气凝胶垫 | 云母片 | 陶瓷纤维纸 | |---|---|---|---| | 导热系数，~25 °C | ≈0.015–0.025 W/(m·K) | ≈0.2–0.6 W/(m·K) | ≈0.035–0.05 W/(m·K) | | 导热系数，~400–600 °C | ≈0.035–0.09 | ≈0.2–0.6 | ≈0.06–0.16 | | 耐温上限 | 无防护条件下高于 ≈650–800 °C 发生烧结 | 极高；耐烧穿 | 极高（纤维耐温等级 ≈1,100 °C+） | | 压缩与膨胀吸收 | 可压缩，部分回弹 | 刚性 | 回弹有限 | | 介电强度 | 中等（取决于封装方式） | 优异 | 干燥状态下中等 | | 抗颗粒与火焰冲蚀 | 无面层防护时较弱 | 优异 | 中等 | | 单位面积相对成本（每 m²） | 高 | 低 | 低 | 表中数值为典型范围。详细数据与来源请参见[材料数据页面](/zh/materials/)。 ## 决定选型的五个核心问题 1. 电芯形态是什么？方形和软包电芯具有直接接触的大面积平面，热传导占主导地位，因此采用气凝胶等薄型低导热层效果显著。圆柱电芯之间呈线接触，灌封胶、发泡材料及模组级防护罩往往比平面隔热垫更为关键。 2. 电芯堆叠在全生命周期内的膨胀量有多大？如果隔热垫还需兼顾吸收电芯膨胀，则必须具备可压缩芯材（气凝胶或发泡材料）以及明确的压缩永久变形特性。刚性云母片无法单独满足这一要求。 3. 泄压喷射流流向何处？如果排气电芯产生的高温喷射流可能冲击隔热层，则隔热层需要配置耐冲刷面层（如云母或陶瓷纤维纸），否则芯材会在数秒内被冲蚀殆尽。 4. 隔热层需要承受多高的电压？在高压电池包中，应核查整个隔热层的介电强度（理想情况下应测试受热冲击后的状态），而非仅参考常温数值。 5. 需要通过哪项标准试验？在中国的 [GB 38031-2025](/zh/standards/gb-38031-2025/) 标准下，单体电芯发生热失控后电池包不得起火或爆炸。对于固定式储能系统，通常依据 [UL 9540A](/zh/standards/ul-9540a/) 的测试数据来确定安装防护要求。目标试验中的触发方式与观察时间决定了设计所需的安全裕度。 ## 常见误区 - 仅对比常温导热系数。真正起决定作用的是数百 °C 高温下的性能，各材料在该温区下的表现排序与常温不同。 - 忽视压缩影响。装配时厚度为 3 mm 的隔热垫，在经历数年电芯膨胀挤压后可能变为 2 mm，其隔热性能也会出现相应衰减。 - 将隔热垫视为全部解决方案。母排、冷却板以及共用的排气通道都可能绕过性能优异的隔热层传递热量与火焰。必须将热流路径与气流路径作为整体系统进行设计。 - 热扩散试验前跳过老化环节。应在模拟老化后的状态下对隔热层进行测试，而非仅在全新状态下验证。 ## 相关内容 - [热失控与热扩散机理详解](/zh/guides/thermal-runaway-propagation-explained/) - [材料数据](/zh/materials/) - [标准动态追踪](/zh/standards/) ## 常见问题 ### 在热失控防护方面，气凝胶是否优于云母？ 在阻断电芯间热传导方面确实如此：气凝胶的导热系数约为云母的十分之一。但在抵御火焰、颗粒喷射流和高电压方面，云母表现更优。因此，许多量产隔热垫采用气凝胶芯材与云母面层复合的层压结构。 ### 电芯间隔热垫的厚度通常需要多少？ 在量产应用中，方形或软包电芯之间的气凝胶或复合隔热垫厚度通常为 1–3 mm，云母片厚度通常为 0.2–1 mm。所需厚度取决于电芯化学体系、容量、目标标准中的触发方式以及全生命周期内隔热垫承受的压缩量，因此必须通过热扩散试验进行确认。 ### 相变材料能否单独用作热失控隔热层？ 不能单独使用。相变材料（PCM）仅在几十 °C 的熔化过程中吸收热量，且有机相变材料具有可燃性。这类材料仅有助于常规温度管理，无法用于阻断热扩散。 --- # 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。 ## 相关内容 - [气凝胶、云母与陶瓷纤维纸：电芯间隔热层的选型对比](/zh/guides/aerogel-vs-mica-vs-ceramic-fibre/) - [热失控蔓延原理](/zh/guides/thermal-runaway-propagation-explained/) - [材料数据（含已核实的产品参数）](/zh/materials/) ## 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。 --- # 热失控与热扩散机理详解：单颗电芯如何引燃相邻电芯，以及隔热层如何阻断扩散 > 解析锂离子电池热失控的触发过程、电芯间热扩散的三条传递路径，以及电芯间热扩散隔热垫必须承担的四项核心功能。 来源: https://batteryfirebreak.com/zh/guides/thermal-runaway-propagation-explained/ 更新: 2026-11-15 发布: Battery Firebreak. 许可: CC BY 4.0. 当发生热失控的电芯将相邻电芯加热至超过其自身的热失控起始温度时，就会发生热扩散。热量通过接触面与汇流排的热传导、高温排气与火焰冲击，以及喷射出的高温颗粒三条路径传递至相邻电芯。电芯间通过配置隔热垫，必须在承受机械压缩、火焰冲击和高电压的同时，在规定时间内将相邻电芯维持在安全温度以下。 ## 单颗电芯热失控是如何启动的 当锂离子电芯内部化学反应产生的热量超过其散热能力，且温升进一步加速内部反应时，电芯即进入热失控状态。根据 Feng et al. (2018) 总结，其典型演化序列如下： 1. 较低温度下的 SEI 膜分解（大致在 80–120 °C 区间）。负极表面的钝化膜破裂，负极活性物质开始与电解液发生反应。 2. 隔膜熔化与收缩。聚乙烯（PE）隔膜在约 130 °C 时软化，聚丙烯（PP）隔膜的软化温度则更高。隔膜失效后，电芯内部会形成大面积内短路。 3. 正极分解与释氧。NMC 等层状氧化物正极在高温下释放活性氧，并与电解液及负极发生剧烈反应。这一阶段是驱动温度急剧攀升的主因。 4. 泄压排气。内部压力不断积聚，最终冲破防爆阀，排出高温、可燃且有毒的混合气体。典型成分包括氢气、一氧化碳、二氧化碳及烃类气体。泄压气流通常还夹带着燃烧的电解液和高温固体颗粒。 常见的触发因素包括过充、由制造缺陷或锂枝晶引起的内短路、机械滥用损伤以及外部加热。 ## 电芯间热扩散的三条传递路径 | 传递路径 | 作用机理 | 阻断措施 | |---|---|---| | 热传导 | 热量通过与隔热垫接触的电芯大面，以及汇流排、液冷板和模组框架进行传导 | 采用高温下厚度方向导热系数极低的材料；在汇流排和液冷板设计中引入热阻断结构 | | 高温排气与火焰 | 高温气体与燃烧的电解液流经相邻电芯表面，并可能在电池包内部引发点火 | 设计定向泄压通道、耐火上盖，以及在电芯与模组之间建立气密隔离结构 | | 颗粒喷射 | 高温导电颗粒高速冲击邻近表面，侵蚀薄型隔热层并可能引发电弧 | 选用高机械强度与耐冲刷侵蚀的隔热层；采用云母板或陶瓷表面覆层 | 在实际工程中，如果仅针对热传导进行设计，在热扩散试验中往往会因高温排气和颗粒冲刷而导致防护失效。 ## 电芯间隔热垫的四项核心功能 1. 高温隔热性能。决定防护成败的是材料在数百 °C 高温下的导热系数，而非材料规格书首页标称的常温导热系数。合格的隔热层必须在规定的观察时间内，使其背火面温度始终低于相邻电芯的热失控起始温度。 2. 机械顺应性。电芯在循环充放电和老化过程中会发生膨胀。布置在方形硬壳电芯或软包电芯之间的隔热垫，必须在全生命周期内吸收此类膨胀压缩变形，且不发生永久性的厚度损失或隔热性能衰减。 3. 电气绝缘性能。在高压电池包中，隔热垫通常还需在电芯之间提供可靠的介电绝缘，包括在经历火焰烧蚀后仍保持必要的介电强度。 4. 耐火与抗冲刷性能。隔热层自身在遭受火焰与高速颗粒流冲击时，不得发生燃烧、熔穿或粉化坍塌。 没有任何单一材料能够同时在以上四个方面均达到最优，因此主流商用隔热垫大多采用多层复合结构，例如以气凝胶为芯材、外覆云母或陶瓷纤维表面层。典型材料参数可参见[材料性能数据页](/zh/materials/)。 ## 标准法规的核心要求 现行主流安全标准已不再仅考察单颗电芯的失效安全性，而是普遍要求开展热扩散试验：人为触发单颗电芯进入热失控状态，观测整个模组、电池包或系统的响应情况。典型标准包括针对电动汽车动力蓄电池的中国强制性国家标准 [GB 38031-2025](/zh/standards/gb-38031-2025/) 以及针对储能系统的 [UL 9540A](/zh/standards/ul-9540a/)。不同标准对触发方式、观察时长及判定准则的具体规定存在差异，详情请参阅各标准专题页面。 ## 参考文献 - Feng X. et al., "Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review", *Energy Storage Materials* 10 (2018) 246–267. doi:10.1016/j.ensm.2017.05.013 - Wang Q. et al., "Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery", *Journal of Power Sources* 208 (2012) 210–224. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.02.038 ## 常见问题 ### 热失控与热扩散有什么区别？ 热失控是指单颗电芯发生自发热失效的过程；热扩散则是指该失效进一步蔓延至相邻电芯、模组或电池簇的过程。隔热层无法阻止单颗电芯发生热失控，其作用是阻断热扩散。 ### 隔热层能否阻止电芯进入热失控状态？ 不能。隔热层的作用是延缓热量向相邻电芯传递，使相邻电芯的温度维持在其热失控起始温度以下。发生故障的电芯本身仍会正常泄压并升温。 ### 为什么 LFP 电芯与 NMC 电芯需要不同的隔热层设计？ NMC 等高镍电芯在热失控时通常达到更高的峰值温度，且释热速率快于 LFP 电芯，因此要求隔热层具备更低的高温导热系数以及更优异的耐火焰和耐颗粒喷射冲刷性能。LFP 电芯则会释放大量可燃气体，因此在阻隔热量的同时，排气管理同样关键。 --- # 术语 - 热失控 (Thermal runaway): 单体电芯的自加速失效：内部产热超过散热，温度升高又使反应加快，最终电芯排气并可能起火。 - 热扩散 (Thermal propagation): 热失控从首个失效电芯蔓延到相邻电芯、模组或电池簇的过程。隔热层、间距和泄压设计的目的就是阻止热扩散。 - 隔热层（电芯间隔热垫） (Thermal barrier (cell-to-cell barrier)): 放在电芯之间、减缓失效电芯向相邻电芯传热的材料层，通常还需吸收电芯膨胀并提供电气绝缘。 - 导热界面材料（TIM） (Thermal interface material (TIM)): 用于导热的材料，例如把电芯热量传到冷板。作用与隔热层相反，两者常被混淆。 - SEI 膜（固体电解质界面膜） (SEI (solid electrolyte interphase)): 负极表面的钝化薄膜。其分解通常是热失控中的第一个放热步骤。 - 排气（泄压） (Venting): 电芯内部压力超过泄压阀或壳体强度时释放气体。锂离子电芯排出的气体高温、可燃且有毒。 - 喷射物 (Ejecta): 随排气喷出的高温固体和液体颗粒，会冲蚀隔热层并形成导电通路。 - 二氧化硅气凝胶 (Silica aerogel): 由二氧化硅纳米颗粒构成的高孔隙率固体，导热系数极低。电池用途中通常以纤维增强，制成毡、垫或纸。 - 云母 (Mica): 一类层状硅酸盐矿物（主要为白云母和金云母），与粘结剂制成云母纸、云母片或硬质云母板，以介电强度和耐火、耐颗粒冲刷著称。 - 陶瓷纤维纸 (Ceramic fibre paper): 由硅酸铝等耐火纤维加少量粘结剂制成的柔性纸材，用于高温隔热。 - 膨胀型材料 (Intumescent material): 受热后膨胀形成隔热炭层的材料，火灾中厚度和隔热效果增加。 - 吸热型材料 (Endothermic material): 受热时通过分解或释放结晶水吸收热量，延缓被保护面升温的材料。 - 相变材料（PCM） (Phase-change material (PCM)): 通过熔化吸热的材料，用于缓冲温度峰值；单独使用时不能作为高温防火隔热层。 - 热扩散试验 (Propagation test): 人为触发单个电芯热失控，观察模组、电池包或系统响应的试验。各标准的判定条件不同。 - 触发方式 (Trigger method): 试验中使首个电芯进入热失控的方法，例如加热、针刺或过充。 - BESS / ESS（储能系统） (BESS / ESS): 电池储能系统，涵盖从户用电池到电网级集装箱式储能的固定式装置。 - CTP（无模组电池包） (Cell-to-pack (CTP)): 电芯直接集成到电池包、不经过模组的设计。能量密度更高，但少了原本可延缓热扩散的模组壁。 - LFP / NMC（磷酸铁锂 / 三元） (LFP / NMC): 磷酸铁锂与镍钴锰三元正极体系。三元电芯热失控峰值温度通常更高；磷酸铁锂电芯同样会排出大量可燃气体。 - 爆炸下限（LFL） (Lower flammability limit (LFL)): 可燃气体在空气中能被点燃的最低浓度，用于确定电池舱和储能柜的通风与防爆设计。