随着新能源汽车、储能电站等产业快速发展,动力电池与储能电池的安全问题已经成为全行业关注的核心焦点。电池在充放电过程中会产生热量,一旦热失控,会引发起火、爆炸等安全事故,不仅会损坏设备,还会直接威胁使用者的生命财产安全。做好新能源电池的安全防护,已经是从上游材料供应商到下游整车厂商、储能运营商都必须解决的核心问题,而新型防护材料的选择,直接决定了防护方案的有效性与可靠性。

新能源电池包通常由多组单体电池串并联组成,在运行过程中,面临多重风险挑战,对应的防护体系需要满足多维度的性能要求,核心需求可以总结为以下几个方面:
1. 缓冲防撞防护需求新能源车辆在行驶过程中,难免会遇到颠簸、碰撞等冲击,储能电池系统在运输、安装过程中也会受到外力作用。如果没有足够的缓冲防护,外力冲击会导致电池单体变形、极柱断裂、内部极片错位,直接引发内部短路,进而触发热失控。因此防护材料需要具备优异的缓冲吸能性能,能够在外力作用下通过自身形变吸收冲击能量,保护电池单体与结构件不受损坏。
2. 隔热阻燃防护需求热失控是新能源电池最严重的安全风险,当某一节单体电池发生热失控后,会在短时间内释放大量热量,如果热量不能被有效阻隔,会快速蔓延到相邻的电池单体,引发连锁式的热失控,最终导致整个电池包起火爆炸。因此电池包内部的隔热防护材料必须具备优异的隔热性能与阻燃性能,能够在高温环境下阻挡热量传递,为人员逃生与应急处置争取时间,同时自身不能成为助燃物,要能够自熄,避免火势扩大。
3. 轻量化与环境适应性需求对于新能源汽车而言,整车重量直接影响续航里程,防护材料不能一味追求性能而增加过多重量,必须在保证防护能力的同时实现轻量化。同时,电池包需要在不同的温度、湿度环境下长期工作,北方冬季低温可能低至-40℃以下,南方夏季车内高温可以达到80℃以上,部分高湿高盐地区还存在腐蚀风险,因此防护材料需要具备稳定的化学性能,在宽温域范围内保持性能稳定,不开裂、不粉化、不析出有害物质,耐老化、耐酸碱腐蚀,能够满足电池全生命周期的使用需求。
4. 绝缘密封防护需求电池包内部存在高压电路,防护材料需要具备稳定的绝缘性能,避免出现漏电、短路等电气故障。同时,电池包需要具备一定的防水防尘能力,防护材料需要配合密封结构,阻挡水汽、粉尘进入电池包内部,避免水汽引发绝缘失效、电极腐蚀等问题。
二、传统电池防护材料的局限在MPP发泡材料推广应用之前,行业内常用的防护材料主要有橡胶发泡、EVA发泡、聚氨酯发泡、气凝胶隔热片等几种,但这些材料都存在各自的局限性,难以同时满足新能源电池防护的多维度需求:
材料类型
优势
存在的局限
EVA发泡材料
成本低、易加工、缓冲性能较好
耐高温性能差,超过80℃就会软化变形,阻燃性能差,易燃,无法满足隔热防热失控的需求
聚氨酯(PU)发泡材料
缓冲性能好、成本适中
易燃,燃烧会释放大量有毒烟气,耐高温性能差,长期使用容易老化粉化,环保性不足
橡胶发泡材料
弹性好、密封性能优
重量大,隔热性能差,阻燃等级低,成本较高,不适合大面积用作电芯间隙防护
气凝胶隔热片
隔热性能优异
质地脆,抗冲击性能差,容易掉粉,加工难度大,成本远高于普通发泡材料,大量使用会大幅提升电池包总成本,而且缓冲防护能力几乎为零
从对比可以看出,传统防护材料往往只能满足某一方面的需求,要么缓冲好但是阻燃隔热差,要么隔热好但是缓冲差成本高,难以做到缓冲、隔热、阻燃、轻量化、低成本的平衡,无法适配新一代高能量密度动力电池的防护要求,行业亟需一种综合性能更优异的新型防护材料。

MPP发泡材料全称为改性聚丙烯发泡材料,是通过化学或物理发泡工艺将改性聚丙烯制备成闭孔发泡结构的新型高分子材料,凭借均衡的综合性能,快速成为新能源电池防护领域的行业优选方案,其核心优势体现在以下几个方面:
1. 优异的缓冲吸能性能MPP发泡材料为均匀闭孔结构,具有良好的回弹性与能量吸收能力,在受到外力冲击时,可以通过泡孔的压缩变形吸收冲击能量,卸除外力对电池单体的直接作用,有效避免电池因碰撞、颠簸发生结构损坏。和传统发泡材料相比,MPP发泡材料的比吸能更高,相同防护效果下可以做得更薄,重量更轻,符合轻量化设计的要求。而且MPP发泡材料在多次冲击后仍能保持大部分缓冲性能,长期使用性能衰减慢,使用寿命更长。
2.高等级隔热阻燃性能MPP本身属于结晶性高分子材料,改性后的MPP发泡材料可以达到HF-1级阻燃标准,离火即灭,不会助燃,而且燃烧过程中发烟量低,有毒有害气体释放少。同时,闭孔发泡结构内部包含大量静止空气,热传导系数低,隔热性能远优于传统的EVA、PU发泡材料,当某一节单体发生热失控时,MPP发泡材料可以有效阻挡热量向相邻电芯传递,延缓甚至阻断热失控蔓延,大幅提升电池包的整体安全性。根据相关测试,10mm厚的MPP发泡材料,可以在1000℃以上的高温火焰下保持超过10分钟的阻隔能力,为应急处置争取足够的时间。
3. 宽温域稳定性能与耐老化性MPP发泡材料可以在-40℃到120℃的宽温度范围内保持稳定的力学性能,不会在低温下变脆开裂,也不会在高温下软化变形,适配我国大部分地区的使用环境要求。同时,MPP材料本身化学稳定性好,耐酸碱、耐油脂、耐水汽侵蚀,长期使用不会老化粉化,也不会析出有害物质腐蚀电池电极,能够和电池同寿命使用。
4. 轻量化与环保可回收性MPP发泡材料的密度低,通常在0.03g/cm³到0.3g/cm³之间,根据不同的性能需求可以调整密度,和同等缓冲效果的橡胶发泡、PU发泡相比,重量可以降低30%以上,有效降低电池包整体重量,帮助新能源汽车提升续航里程。同时,MPP属于聚丙烯改性材料,无毒无害,废弃后可以回收再利用,符合双碳目标下的环保要求,回收利用的成本远低于热固性发泡材料与气凝胶材料。
5. 良好的绝缘与加工性能MPP发泡材料本身是高分子绝缘材料,体积电阻率高,绝缘性能稳定,可以有效阻隔电芯与结构件之间的电流,避免漏电短路风险。同时,MPP发泡材料易于裁剪、模压成型,可以根据不同电池包的结构需求加工成各种形状的垫片、衬垫、隔板,适配不同型号的圆柱电池、方形电池、软包电池的封装需求,加工成本低,适合大规模工业化生产。
四、MPP发泡材料在新能源电池防护中的典型应用场景依托均衡的综合性能,MPP发泡材料目前已经在新能源电池防护的多个场景得到广泛应用,核心应用场景包括:
1. 电芯间隙隔热缓冲垫这是目前MPP发泡材料用量最大的应用场景,在方形电池包中,将MPP发泡材料加工成对应尺寸的垫片,放置在相邻电芯之间,既可以缓冲电芯充放电过程中的膨胀变形,吸收车辆行驶过程中的振动冲击,又可以阻隔电芯之间的热量传递,避免单节电芯热失控蔓延到整个电池包,大幅提升电池包的安全性。
2. 电池包整包隔热衬层在电池包的上盖、底壳与模组之间,粘贴MPP发泡衬层,可以起到隔热、缓冲、绝缘的作用,阻挡外界高温传导进入电池包内部,同时缓冲路面颠簸对模组的冲击,还可以防止电芯与金属壳体之间发生绝缘磨损,避免漏电风险。
3. 结构件缓冲密封防护在电池包的线束固定、模组端板缓冲、BMS电路板防护等位置,MPP发泡材料可以起到缓冲减震、密封防尘的作用,保护精密电气元件不受振动损坏,阻挡水汽粉尘进入,提升电池包整体的可靠性。
4. 储能电池系统防护除了新能源汽车动力电池,在集装箱式储能电站、户用储能系统中,MPP发泡材料同样可以用作电芯之间的隔热缓冲防护,储能电池系统通常规模更大,对热失控阻隔的要求更高,MPP发泡材料优异的隔热阻燃性能可以有效满足储能电池的防护需求,同时成本远低于气凝胶材料,适合大规模应用。

随着发泡工艺的不断进步,MPP发泡材料的性能还在不断提升,比如通过改性可以进一步提升耐高温性能、降低导热系数,满足更高安全等级的防护要求,同时随着产能扩大,成本也在逐步下降,应用范围也在不断拓展。总体来看,和传统防护材料相比,MPP发泡材料实现了缓冲、隔热、阻燃、轻量化、低成本、环保可回收的均衡性能,完美匹配新能源电池防护的多维度需求,已经成为当前行业公认的优选防护方案。
当前,新能源汽车与储能产业都在向高能量密度、高安全性、低成本的方向发展,电池企业对防护材料综合性能的要求越来越高,MPP发泡材料正好契合了行业发展的需求,已经被多家头部电池企业与整车企业纳入标准供应链体系。未来随着新能源产业的持续增长,MPP发泡材料的市场规模也会持续扩大,成为新能源电池安全防护领域的核心材料之一。
宝益科技是国内知名的MPP发泡材料供应商,深耕行业多年。宝益MPP产品采用原材料专利配方和超临界流体技术,实现从发泡过程清洁无污染到发泡成品安全环保,兼具刚性和韧性的特性,微米尺度的泡孔赋予了产品优异的减震、缓冲、隔热和吸声等性能,广泛应用于新能源汽车和动力电池领域。