汽车行业的合作伙伴：瓦克与CFP复合材料公司如何联手革新电池组防火技术？

瓦克正与汽车行业合作，为电动汽车安全运行寻找创新型防火方案，最新的一个例子是：用碳纤维和硅树脂制成新型复合材料，对电动汽车电池进行被动防火保护。英国新创CFP Composites有限公司CEO Simon Price先生和瓦克德国博格豪森纤维复合材料创新中心负责人Christoph Briehn博士向我们介绍这种材料的功能、防火性能及部分应用领域。

是我想多了，还是电动汽车确实比内燃机汽车更容易起火？

Price先生： 统计数据显示，电动汽车实际上不比其它汽车更容易起火。但因为是一项新技术，媒体对电动汽车出现的问题跟踪比较密切，我们最近就读到了一些有关电动汽车起火的报道。确实，电动汽车电池起火时的火势是比内燃机汽车更大。但要知道的是，即使在没有发生交通事故或没有与其它车辆相撞时，锂离子电池也可能会热失控。温度过高或过低、充电不当、深度放电或电池管理系统发生短路，同样可能导致电池起火。热失控会使锂离子电池的温度骤升至1200至2000摄氏度，并且产生磨料颗粒热流，还会释放有毒气体。那么，我们需要的技术解决方案必须既能防止火灾发生或蔓延，又能保护周围区域，让车内人员有时间安全撤离。因此，市场现在急需能够承受火灾极端条件的材料，以生产出更加安全的电池。

英国初创CFP Composites有限公司CEO Simon Price先生

哪些材料迄今为止能够为锂离子电池提供被动防火保护？

Briehn博士： 在这里，我们要区分对单个电池，对含多个电池的电池模组和对整个电池组的热绝缘保护。鉴于标准电池设计中组件的几何形状，生产商更倾向于使用薄板或薄垫形状的耐热材料，尽管薄，但这些材料能够满足温度要求。云母板作为一种成熟的系统，被广泛用于各种技术应用，以及吹风机、微波炉等生活电器的绝热及电绝缘保护。云母板成本低，重量轻，但脆性大大限制了它们在三维模塑成型工艺中的应用。当电池热失控，云母板被暴露在强大的磨料颗粒流中，这时，它的脆性就更是一个问题。

Price先生： 市场对重量轻、厚度薄、可用于电池组狭小空间的高性能材料解决方案的需求和关注与日俱增。能够在我们需要的温度范围内使用的材料并不多，换句话说，我们新开发的复合材料来得正是时候。两年半以来，我们从电池生产商和汽车行业那里收到的询问越来越多，原因有两个：能量密度不断提高，使锂离子电池的热失控问题变得越来越重要；汽车制造商及其供应商目前将电池安全视作最重要的研发课题之一。

Christoph Briehn博士，瓦克纤维复合材料创新中心负责人

“我们成功地开发出了一种功能强大的材料——用碳纤维和硅树脂制成的FR.10新型复合材料。它的厚度可低至1毫米，而且重量很轻，最薄产品的重量仅为每平方米1.5公斤。”英国初创CFP Composites有限公司CEO Simon Price先生。

这种新产品的主要特点是什么？

Price先生： 要知道，电池组是汽车最重的部件，制造商最不希望的，就是为了防火而增加重量。因为重量越大，航程就越短。另外，我们在单个电池组件之间只有几毫米的空间可以使用绝热材料。不过，尽管存在这些设计限制，我们还是成功地开发出了一种功能强大的材料——用碳纤维和硅树脂制成的FR.10新型复合材料。它的厚度可低至1毫米，而且重量很轻，最薄产品的重量仅为每平方米1.5公斤。我们产品的另一个优点，是不会脆化。它受热时不会膨胀，而且材料在很宽的温度范围内不会发生任何结构性变化。我们的生产工艺和流程也能带来更多应用可能性：不只是绝热板，我们还可以用它来生产三维几何形状，这就在电池领域很有优势。我们的内部测试清楚地证明了这种复合材料的耐火能力：1500°C的燃烧器火焰用7个小时也无法烧穿 2毫米厚的FR.10板材。

Briehn博士： 尤其让我们高兴的是，在世界领先的独立测试公司UL Solutions进行的挑战性防火安全测试中，我们的复合材料表现出色。UL公司的科研人员在位于美国伊利诺伊州的电动汽车实验室对它进行了UL2596测试。这是UL公司内部开发的一种测试电池安全的方法，也包括将2毫米厚的复合材料暴露在热失控产生的热粒子流中。我们的复合材料经受住了这些考验，做到了完好无损。

这种材料具体如何防火？

Price先生： 碳纤维能够将热量散发到四周，防止复合材料迅速烧穿。还有证据显示，我们的复合材料至少能够部分反射热量。

Briehn博士： 我们的复合材料巧妙地利用了碳纤维和硅树脂的天然特性：碳纤维很轻，具有出色的机械强度；硅树脂则能够很好地附着在纤维上，产生很强的粘合力。此外，我们使用的树脂，二氧化硅含量高，防火负荷极低，在高温下和遇火时会陶瓷化，可以进一步加强材料的防火性能。这是含有机粘结剂的同类复合材料做不到的。

你们对此次合作最满意的地方在哪里？

Price先生： 我们是一家小型公司，产品系列独特，拥有的创新技术可高度扩展。瓦克很快就认识到了我们的潜力，并非常投入。我们双方公司从一开始就有很好的“化学亲和力”。瓦克德国团队在产品、工艺开发和应用技术领域对我们大力支持。我们非常感谢能够拥有瓦克这样实力雄厚、享有全球声誉的合作伙伴为我们提供令人折服的专业知识与技能。这反过来又能让我们的客户更加放心——尤其在涉及新技术时，这非常关键。毕竟，汽车制造商需要可靠的供应链。

Briehn博士： 我们的目标当然是要让更多的人了解我们的材料，也就是我们的硅树脂。同时，我们也非常欢迎这样的开发项目。我们与CFP Composites公司的合作是一个非常成功的案例，也是一个很好的参照项目，它再次证明了瓦克有机硅作为纤维复合材料的粘结剂，尤其在与碳纤维结合使用时，具有高度的多功能性，应用范围广。与初创企业合作从来就是让我们立足新领域的良机，而这次是电动汽车防火保护。我们大家的想法是一样的，就是为这个项目贡献自己的专业知识，为塑造下一代电动汽车材料助力。

“我们使用的树脂，二氧化硅含量高，防火负荷极低，在高温下和遇火时会陶瓷化，可以进一步加强材料的防火性能。这是含有机粘结剂的同类复合材料做不到的。”Christoph Briehn博士，瓦克纤维复合材料创新中心负责人。

你们的复合材料什么时候能为电动汽车所用？它们还有哪些潜在应用领域？

Price先生： 我们与电池制造商和汽车零部件供应商合作的项目，有些已取得很大进展。我预计，我们2023年底可开始生产，2024年可将首批产品应用到电池中。美国和印度目前是我们在欧洲境外最重要的电动汽车市场。电动汽车的防火保问题确实是头条新闻，但我们也不能忘记，其它领域也很重要，今后，越来越多的火车、飞机、渡轮也将使用电力驱动。防火保护对于蓄能产品市场和电动汽车充电站也同样极其重要，我们在这里也有项目。

Briehn： 我完全同意，电池安全问题不仅与汽车行业和公共交通有关。基于有机硅树脂的阻燃复合材料能够让创新型外墙系统受益，在建筑领域同样有发展潜力。