新型防火隔热材料在储能安全应用_储能27P_27页_3mb

新型防火隔热材料在储能安全领域的应用总结

核心内容概述

随着全球对可再生能源和环保低碳理念的重视，电化学储能产业迅速发展。然而，储能电站火灾事故频发，尤其是韩国的三元锂电池事故和中国磷酸铁锂电池事故，引发对储能安全性的广泛关注。为提升储能系统的防火安全性，防火隔热材料的应用成为关键措施之一。气凝胶材料因其优异的隔热性能和防火特性，被广泛应用于电化学储能系统中。

主要观点与关键信息

一、电化学储能防火安全现状

• 全球事故频发：2017—2019年期间，韩国储能电站事故近30起，全球占比高。
• 事故类型与电池类型：
  • 三元锂电池事故数量多，主要发生在充电中、安装中或修理检查中。
  • 国内储能电站主要使用磷酸铁锂电池，事故多发生在充电后休止或运行维护中。
• 事故案例：
  • 美国亚利桑那州：三元锂电池爆炸，造成8名消防员受伤。
  • 中国北京大红门：25MWh磷酸铁锂电池储能电站发生火灾，造成2名消防员牺牲，1名受伤，1名员工失联。
• 事故原因分析：电芯内短路 → 过热 → 电解液分解 → 可燃气体生成 → 燃烧/爆燃 → 热失控蔓延。

二、防火隔热设计原则

• 热失控预防与控制：
  • 维持电池适宜使用温度，避免热诱发。
  • 采用冷却系统或介质降温。
• 热蔓延阻隔：
  • 在相邻电芯/模组/pack间加装隔热材料，防止热失控扩散。
• 多层级防护设计：
  • 电池层级：电芯间隔热片
  • 模组层级：防火毯/防火涂料
  • 电池柜层级：防火毯/防火涂料
  • 电池舱体层级：防火毯/防火涂料
  • 电站层级：防火隔离墙

三、防火隔热解决方案介绍

• 气凝胶材料特性：

  • 热学性能：超低热导率、热扩散系数，适用于绝热保温。
  • 力学性能：超低模量、冲击波传输、防爆性能。
  • 声学性能：超低声速、声阻抗系数，适用于声延时、阻抗匹配。
  • 电学性能：高比表面积、多级结构，适用于超级电容器和锂电池。
  • 环保与生物性能：高比表面积与扩散特性，适用于污水处理、减排、药物缓释。
  • 特殊应用：超低密度，适用于聚变靶、航空航天等。

• 气凝胶产品应用：

  • 气凝胶电池隔热垫：用于电芯间热防护，提供缓冲空间，满足不同防火等级要求。
  • 气凝胶防火毯：以气凝胶毡为隔热层，具有防火不燃、高效隔热、疏水性强等特点，适用于电池舱、发动机舱等。
  • 气凝胶防火涂料：无溶剂双组分，高温下形成膨胀碳化层，隔绝空气火焰，保护基材。
  • 陶瓷绝缘复合带：由陶瓷化硅橡胶与玻纤布复合而成，用于模组外侧，解决高温电绝缘防护问题。

四、产品型号与性能

五、隔热性能测试结果

六、国家标准与测试要求

• GBxxxx《电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求》：
  • 要求电池组在热失控后8小时内不发生火焰烧出或外壳破坏。
• GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》：
  • 要求电池热失控后5分钟内不起火不爆炸，保障乘员安全。
• GB38032-2020《电动客车安全要求》：
  • 对防火隔热性能提出具体要求，气凝胶防火毯满足该标准。

七、气凝胶应用优势

• 材料优势：
  • 拥有十五项吉尼斯世界纪录，如最低密度、最宽密度范围、最小孔径、最高孔洞率等。
• 应用优势：
  • 适用于电芯、模组、电池柜、电池舱体及电站层级，提供全面的防火隔热解决方案。
  • 满足国内外多种安全标准，如UL94、GB/T 10295、IEC 64243等。

总结

新型防火隔热材料，尤其是气凝胶材料，已成为提升电化学储能系统安全性的关键手段。其多层级应用设计，有效降低热失控风险，延缓热蔓延，保障人员与财产安全。在实际应用中，气凝胶隔热垫、防火毯、防火涂料等产品在不同层级发挥重要作用，满足国际与国内安全标准。随着储能安全标准的逐步完善，气凝胶材料在国内储能项目中也逐渐普及，成为行业发展的重点方向。