當前，人們希望由動力電池驅動的電動汽車的續航里程將進一步增加，但在電池尺寸和重量不增長的情況下，在有限的空間中儲存的能量越多，受損電池過熱的風險就越高。基于內阻小、擴容相對方便、成組效率高的特點，方形電池呈現了對終端創新極強的承接能力。無論是CTP/CTC技術，還是大電芯，方形電池都能在其中釋放出最大的應用潛力。大尺寸、無模組、長薄化的發展方向為本就占據主導地位的方形電池打開更大的市場。科德寶密封技術公司（Freudenberg Sealing Technologies）正在推出一種新產品，該產品可大幅減少方形電池起火并防止熱傳播，即熱失控的連鎖反應。
汽車行業正在經歷從內燃機到電動驅動的技術轉變。汽車行業上一次類似的技術變革發生在20世紀90年代初，當時從純機械轉向微芯片控制的電子系統。隨著電動驅動器數量的增加，安全和可持續性法規也將增加，這將不可避免地導致汽車制造商將負責的法律要求也逐漸增加。
動力電池不可避免熱失控發生的風險[1-4]。這種所謂的熱失控是電池的災難性故障，其中化學能在幾秒鐘內以不受控制的方式釋放。通常觀察到>1000°C的短期電池高溫。根據電池熱失控及傳播機理，可提高單體電池性能，防止熱失控的發生；同時在成組技術方面可采取熱失控阻斷技術，在單個電池熱失控時不擴散到其它單體。熱失控阻斷技術主要在熱傳播和擴散的路徑進行處理，以達到阻斷電池單體發生連鎖熱失控反應的目的。
電池間間隔物（inter-cell spacers ）的使用是阻止熱傳播的有效手段。特別是增壓（超過350 kW），對設計應用高能量的電池施加額外的電化學和熱應力。高能電池因此也必須作為大功率電池發揮作用。因此，下一代電動汽車的安全挑戰將顯著增加。
電池間隔層的必要性和功能
電池間隔層的一個重要功能是柔性機械預載。除了由電池充放電循環引起的可逆體積變化之外，電池還會出現由于老化而變厚的現象，稱為膨脹。結合這兩種效應，電池厚度可以用鋸齒形曲線來描述，如圖1。鋸齒形的幅度取決于例如電池的總厚度和陽極的硅含量。
這些電池典型的厚度變化必須只發生在一定的壓力范圍內。需要50至100kPa的最小壓力，以防止充電期間嵌入的Si顆粒增加而引起的摻雜硅的陽極材料的退化。通常上限不得超過約1000kPa，以避免充電期間鋰(Li)沉積和/或Li枝晶形成。
電池增厚對電池間間隙的影響，如圖2所示。
典型的電池間隔層必須滿足三個特征，如圖3所示:
熱絕緣型。在熱失控的情況下保護相鄰電池不被擴散。
機械性能。確保初始壓力約為50-150 kPa，可逆地吸收電池充放電循環和膨脹，并防止壓力超過1.5-2 MPa，如圖4所示。
防火屏障功能。保持了電池間層的結構完整性，因此在熱失控過程中，火焰不會直接影響相鄰的電池。
機械性能設計
在電池間隔層開發設計的初期，重點放在機械性能上。開發了在每一側配備有彈性中間層的設計，如圖5。在壓縮過程中，中間層經歷彎曲和剪切，如所示圖4。通過保險杠的有限熱接觸來防止傳播。對于鎳錳鈷電池NMC 622電池(60 %鎳、20 %鎂和20 %鈷)，產品顯示出可接受的熱屏蔽效果。然而，對于使用具有較高Ni含量的NMC電池系統，必須改進熱屏蔽效果。
功能耦合
在電池間隔層的開發中，必須解決好機械和隔熱性能之間不可避免的折衷。這兩個功能層彼此之間是強耦合的，并且幾乎總是導致一種折衷。對于單層和多層電池間隔，這種折衷的處理是不同的。
使用多層解決方案，可以將這些沖突的目標分成兩個不同的層。一層及其材料針對機械變形行為進行優化，而另一層及其材料針對熱絕緣進行優化。
較硬的絕緣層允許多層結構部分補償電池老化時的絕緣損失。盡管有這些優勢，這種解決方案也存在這種強耦合的問題。堅硬的絕緣層降低了可壓縮性，厚的機械層降低了絕緣效果。
機械和熱性能設計
為了平衡兩層之間的競爭，每一層都被明確地分配了一個主要功能，但是也考慮了次要的需求。遵循這些原則，機械層由專門設計的彈性體制成，以實現高變形性和低壓縮性。第一代產品的彎曲特性已經過優化，可提供更高的壓縮比，從而為絕緣層節省空間。彈性體的熱行為可以在一定限度內得到改善:
通過插入氣泡發泡。它們中斷了導致隔熱的熱路徑，但是對機械強度有負面影響。
可以集成由絕緣顆粒組成的填充物，其中氣體被捕獲在機械上更穩定的固體顆粒中。這可以是玻璃微球或多孔材料。如果這些空氣夾雜物小于空氣的平均自由程(約70 nm)，則不會有更多的熱能通過這些空氣夾雜物傳遞。這種所謂的納米多孔顆粒具有大約< 70 nm的空氣內含物，適合作為絕緣顆粒。盡管目前還沒有更好的絕緣材料，但它們對彈性體導熱性的影響受到它們與彈性體材料熱形成串聯和并聯連接的混合物的影響。
用導電性較低的填充材料替代功能添加劑。作用原理與上面解釋的一致。
因此，與第一代產品相比，這種彈性體的導熱系數可以降低3倍，同時還能改善機械性能和遲滯性能。對于高能量容量的電池，吸熱效應不再被認為是有價值的。
關于熱絕緣層，機械性能不允許變形性有太大的自由度，以便不損害膨脹的老化電池的絕緣。分層結構帶來獨特的熱串聯連接，這使得它能夠充分利用其在整體結構中的優勢。
模塊化系統中串聯布置的實現
當前一代的電池間隔層實現了上述的多層方法。該設計包括具有改進的可變形結構的夾層結構，圖6。
安裝粘合劑層(A)，用于將多層電池間層粘合到方形電池的側表面。
機械層圖6(B)，是電池間隔多層的中央核心。主要功能是在操作過程中在模塊中的電池之間提供壓縮力和可變形性。如所示圖4對于典型的方形電池，機械層必須設計成具有1.5至2.5 mm的變形能力，以實現大約100 kPa的壽命開始(BOL)壓縮，并將壽命結束(EOL)壓縮限制到大約1.0 MPa。科德寶主要使用硅酮彈性體，這種彈性體具有可連續擠出的優點，在設計上有很大的自由度，并且可以通過添加填料輕松調整材料特性。
粘合劑層圖6(C)，單獨負責將各層相互粘合。
隔熱層圖6(D)，被理想地設計成阻止熱量通過細胞間隙傳遞。非常好的熱障達到0.03 W/(m*K)。納米多孔顆粒與玻璃纖維非織造布一起用作基材產生了良好的效果。
功能驗證
功能驗證在電池間隔層的開發設計中是必不可少的。使用所謂的流量計和熱板測試的測試臺測試被證明對于間隔層的成分是必要的。有了流量計，從項目一開始就可以分析材料和設計的導熱性。
為了研究在實際條件下的傳播預防，已經建立了微型模塊測試。熱失控在一個電池中觸發，即所謂的有熱源電池。測量延遲時間，直到相鄰的無熱源電池開始熱失控。在最佳的情況下，第二電池由電池間層保護，從而防止熱傳播。迄今為止，科德寶已經開發了幾種電池間隔層，在微型模塊測試中成功抑制了傳播。因此，科德寶展示的模塊化系統可用于開發定制解決方案。
