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動力電池熱失控防護領域出現了一個新的防護思路，一個新的防護挑戰。 1、矛與盾的概念 新防護思路稱之為“熱-電分離”，新防護挑戰可以稱之為“熱-電耦合”，這兩個概念從字面意義上看是矛與盾的對立關系，有熱電分離，就不應該再有熱電耦合，但實際上這二者所對應的場景不同。 熱電分離是去年中創新航與寧德時代同時提出來的一個概念，大體的意思是將電芯的防爆閥位置/朝向與電芯極柱分離開，不在同一個方向，這樣在發生熱失控的時候，能最大限度降低對整個電池包電氣安全的影響。 而熱電耦合則是我們在研究比亞迪CTB和特斯拉4680電池包過程中發現的一個現象，尤其是比亞迪的CTB，讓我們意識到當電池系統集成技術到達CTB和CTC時，整包必然面臨的這個新問題和新挑戰。在詳細闡述這個挑戰之前，有必要系統地梳理下動力電池的熱失控防護歷程，以便我們可以從一個全局視角來看待、理解熱失控的防護方案和它背后的演變邏輯。2、動力電池熱失控防護要求及技術演變 熱失控并非是在動力電池應用之初就被發現和率先應對，而是伴隨單電芯比能的提高和系統集成度的提高而凸顯出來的安全問題。為什么這么講？ 縱觀國內電芯技術迭代，在早期磷酸鐵鋰（LFP）時期，LFP的優越安全性讓熱失控問題極少出現；隨著電芯轉向三元材料，人們首先關注到的三元(NCM111/NCM523等)電芯的膨脹力，并在這個問題上持續攻關，熱失控依然沒有成為主要焦點；到了后面，高鎳三元（NCM811等）的出現，熱失控問題在全行業內迅速爆發了出來，大量的自燃燒車事件，讓熱失控持續成為產品開發的重點和難點。也就是在這個時期，行業內涌現了多種多樣的熱失控防護材料與方案，并逐漸形成針對方形電芯較為成熟的被動防護方案。我們以云母的應用為例，可以更清晰地理解這個過程。
（1）云母最早應用于動力電池的熱失控防護是從特斯拉Model S（2011年量產）開始的，這個時期特斯拉已經率先采用了NCA三元電芯，其比能、安全性與NCM811相當，因此，特斯拉更早地意識到熱失控問題并對其采取了系統性的防護；（2）2016年之前，國內吸收海外電芯技術路線，處于由磷酸鐵鋰向三元轉換的階段，在應對電芯膨脹力、隔熱方面形成有效的技術，也是后續熱失控電芯層級的方案基礎；（3）2016~2019年，受補貼政策的催生，國內電芯材料技術快速迭代，很快歷經NCM523，直接跳至NCM811；此時，特斯拉推出了2170版Model 3，延續使用云母作為熱失控防護的主要方案，而使用NCM622電芯的歐洲車型i-Pace、北美車型Bolt EV也開始大面積使用云母作為防護手段，國內企業開始跟進；
（4）2019~2022是國內企業熱失控防護技術形成的主要階段，自2019年全球首個NCM811量產電芯搭載于寧德給寶馬供的X1 PHEV升級版以來，在各企業不同車型上，NCM811電芯應用初期帶來的嚴重的自燃等安全問題，倒逼行業一方面重新回到NCM523路線上，另一方面繼續優化電芯同時加強系統性的熱失控防護。加之國內熱失控強制標準于2020年正式實施，讓以云母為代表的被動熱失控材料和方案急速地推廣開來，幾乎成了標配。
（5）隨著比亞迪刀片電池的推出，高集成度的CTP與CTB，熱電耦合的問題更為突出，這讓云母也滲入到了磷酸鐵鋰的系統集成中，并且隨著集成度的提高，云母的用量、應用形式在不斷增大。除了云母，這個時期熱失控防護的其他材料還包括：泡棉（+回形框）、氣凝膠（主要為預氧絲氣凝膠和陶瓷氣凝膠）、相變材料、防護涂層和硅橡膠（國內俗稱哥斯拉）等，這些材料的應用對比如下：
整體上來看，氣凝膠、泡棉和硅膠墊更適合于電芯之間，云母則在電芯間以及模組/Pack層面均有廣泛應用。實際應用來看，方形電芯間以氣凝膠墊為主，模組及PACK層級哥斯拉早期有少量應用（包括上汽ER6，高合Hiphi等，以防火罩的形式），后續絕大多數切向了云母，哥斯拉的主要問題是成本高、質量重、占空間，對于空間體積敏感的乘用車不太適合。在具體防護應用時，往往是采用不同的方案組合，這里我們以幾個代表性車型來看下系統層級的方案：Model S-2011 : 云母板（模組的上下方向）+平衡防爆閥組件+縱橫梁隔斷；Model 3-2017: 云母板（下箱體內表面）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；i-Pace-2018 : 云母板（模組-上蓋之間）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；高合Hiphi-2018 :哥斯拉防護罩（每個模組區）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；上汽ER6-2020 : 哥斯拉防護罩（整個PACK內）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；愛馳U5－2019：哥斯拉墊（粘于模組上方）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；X1 PHEV－2019：云母板（模組上）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；北汽EU5(CTP1.0)-2020：云母板（模組上）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；小鵬P7－2020：云母板（3大塊，模組-上蓋之間）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；大眾ID.4-2020：云母板（模組匯流排上方）+防火涂層（上蓋內外表面）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；
蔚來100kWh(CTP1.0)-2020：云母板（整片粘于上蓋內表面）+云母紙（模組匯流排上方）+云母紙（模組電芯側邊）+云母紙（箱體某些部位）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；Model S Plaid-2021: 云母板（整片，模組與上蓋之間）+云母紙（箱體某些部位）+云母紙（高壓匯流排裹覆）+云母板（高壓匯流排裹覆）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷；阿維塔（CTP2.0）-2021：云母板（電芯區與上蓋之間）+云母紙（電芯區匯流排上方）+云母紙（箱體某些部位）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷。從上述方案可以看出，隨著系統集成度的提高，除了需要對熱失控中的“熱”也就是高溫進行防護，增加了對于部分裸露（箱體）金屬件的裹覆，主要是進行高溫下的絕緣，以防電弧、短路的產生。這是因為在CTP/CTB和CTC方案中，電芯與箱體金屬件接觸地更緊密、一些高壓連接之間接觸的更緊密，傳統的電氣安全方法已不能滿足此時的“電”安全。云母紙裹覆成為應對高溫下絕緣為數不多的一種有效手段。除了電芯與箱體的金屬結構件接觸得更緊密，對于比亞迪海豹CTB和特斯拉4680電池包來說電芯與人之間的距離也更近了，因為電芯與人之間有且只有一層金屬上蓋板組件！電芯與下箱體、電芯與上蓋都是通過膠粘直接相連的，一旦發生熱失控，電芯是極容易與上蓋或下箱體產生電弧或短路，造成熱失控條件下的二次電危害并且可以快速地傳遞到人！這正是“熱-電耦合”，即使電芯的泄爆閥朝下，也很難對此時的熱電交融進行分離。上蓋（鋼板內表面+玻纖）+箱體4個內側壁（云母板）+電芯組端面（低密度灌封灰色膠）+電芯與冷板接觸面（云母紙）+電芯側面與箱體/縱粱（氣凝膠+塑料支架+灌封灰色膠）+箱體（某些部位絕緣板）+平衡防爆閥組件+縱粱隔斷。
這是目前最復雜的防護方案，總的出發點就是“將電芯與金屬件盡可能地物理隔離開”，大量使用耐高溫、絕緣性好、體積輕薄的材料，比如云母。電芯技術的升級和轉換是一個長期的過程，因此，當前的熱失控防護技術基本都是以“云母+膠粘”建立起來的方案，還包括方形電芯間的氣凝膠和軟包電芯間的泡棉，在很長一段時間內都將是采用它們及其衍生體。
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