第51卷第4期2021年4月
涂料工业
PAINT &COATINGS INDUSTRY
Vol. 51 No. 4
武京斌
(上海通用汽车有限公司，上海201201)
摘要：新能源汽车(纯电动、插电式混动等）电池模组的安全性对新能源汽车的安全至关重要，当电池模组出现故障时，为了最大程度保护车内乘员，需要对电池包进行防火隔热处理，以便给车内 乘员预留充足的逃生时间。本文从防火涂料选择、涂层性能、施工工艺等方面参考涂装车间现有的 涂料、密封胶性能等方面研究了电池包喷涂防火涂料的方案。研究结果表明现有的涂料、密封胶实 验标准及性能检测方法与防火涂料的性能有一定的偏差，需要针对防火涂料的特殊性能制定新的标 准及检测方法，并对防火涂料在新能源汽车电池包上的应用提出了一些建议。
关键词：新能源汽车；防火涂料；电池模组；涂料性能
中图分类号:TQ635 文献标识码：A文章编号:0253-4312(2021)04-0012-05
doi：10. 12020/j.issn.0253-4312. 2021.4. 12
Application Study of BEV RESS Fire Retardant Coatings
Wu Jingbin
(SAIC General Motors Co.,Ltd.,Shanghai201201,China)
Abstract ： RESS m odule's safety is very important for new energy vehicles(BEV, PHEV etc. ).If there are problems in RESS modular(such as fire) ,in order to protect passengers,it needs to be fire protected,to leave enough time for the passengers to escape from the vehicles. This paper described the study of fire protection of the RESS modular,in terms of the selection of fire retardant coatings,properties of the coatings film and application process,with the investigation of the existing paints/sealers in the painting workshop as a reference.The results showed that the current standard &performance test procedure of the coatings and sealers were not in line with the fire retardant coatings properties.It was necessary to establish new standards and test procedure especially for th
e fire retardant coatings.And also,suggestions for the application of fire retardant coatings for RESS modular of the new energy vehicles should be proposed.
Key words：new energy vehicles;fire retardant coatings;RESS modular;coatings performance
汽车行业是国家的支柱产业，中国汽车行业年 产销量已连续多年雄踞全球第一，同时汽车也是石 油消耗和温室气体排放的主要因素。基于能源安全 和温室气体减排目标的要求，国家不断出台鼓励新能源汽车的发展政策，传统车企的新能源车型及新 能源整车企业如雨后春笋般浮现。2019年，中国国 内共销售了 120. 6万辆新能源汽车，其中纯电动汽车 97. 2万辆，插电式混动23. 2万辆(汽车信息网发布中
作者简介：武京斌（1981—)，男，高级工程师，主要从事涂装工艺、设备、材料等的研究工作和新车型产品开发时的涂料制造评估、分析和启动工作。
汽协数据），连续五年成为世界新能源汽车产销量第 一大国。新能源汽车数量增长的同时，其相应的新 的安全问题也日渐突出。2019年1—8月，国内至少 发生20起新能源汽车起火事件，其中绝大部分事故 是由动力蓄电池故障引发。因此，当电池包发生故
障时，如何提升电池包的防火安全性能，进而保证新 能源车乘客安全，变成首要的安全问题。
1电池包用防火材料
电池包内的热失控会导致其内部发生短路，从 而引起电池正负极材料发生剧烈化学反应，导致电 芯温度急剧上升、压力过大、外壳破裂、整车自燃起 火甚至爆炸等事故。电动汽车中的动力电池自燃具 有燃烧速度快、热值高、差异大和扑救困难等特点，目前动力电池已经采取了很多的安全措施。如，通 过电池结构设计，提高壳体材料防火性能，改善电池 散热系统，提升电芯材料防火性能等，从而提升电池 包的防火能力，降低发生火灾或爆炸的风险H l。
目前各新能源汽车电池包的防火材料以铺设防 火毡材料为主，如，云母板、超细玻璃棉、高硅氧棉毡 等。当电池发生热失控后，依靠防火毡材料可以有 效隔绝热量扩散和控制火势走向，有效延缓电池热 扩散时间，从而提高电池包防火安全性。图1为某新 能源汽车使用的防火毡材料，防火涂料贴敷在电池 盒上盖外表面，以减缓电池盒热扩散时对乘员舱的 热量传递。
虽然隔热毡可以有效隔绝热量扩散和控制火势
图I某新能源汽车电池盒隔热毡
Fig. 1Thermal resistance pad of BEV
走向、延缓电池热扩散时间，但增加防火毡方案也存 在质量增加、散热性能差、设计施工过程中有一
些局 限性等问题，因此为了提高防火性能，使防火材料施 工更柔性，本文基于新能源车防护需求研究了新能 源汽车用防火涂料及其施工，并做了一定的验证和 总结。
1.1防火涂料的选择
防火涂料的原理即隔离：防火涂料一般为难燃 性或不燃性物质，当热量聚集时可以防止被保护基 材直接接触空气、火源，从而起到防火作用。受尺寸 限制及空间要求，汽车电池包在车身上安装后与车 身贴合较为紧密、空间较小，且为了满足小型化、轻 量化的要求，其尺寸和电池盒模组及电路系统都非 常紧凑，这导致电池包的防火涂层的膜厚为3〜7 mm，为有限的电池包提供零部件装配空间。
由于新能源汽车用防火涂料属于新的需求，大 部分供应商还没有成熟的产品，目前主要是改进建 筑用防火涂料，然后在车用电池包上进行验证并优 化。本研究从供应商提供的防火涂料中，选取了以 下几种防火涂料，如表1所示。
表1潜在防火涂料备选清单
Table 1List of potential thermal resistance coating
T lS |=q防火涂料
丄贝日
A B C I)E F G 防火原理膨胀型膨胀型非膨胀膨胀型膨胀型膨胀型膨胀型溶剂类型溶剂型无溶剂水性无溶剂水性无溶剂水性固化类型加热加热/自干加热/自干自干加热加热加热配方组成双组分双组分单组分双组分单组分双组分双组分
从表1可以看出，供应商提供的防火涂料大部分 为膨胀型耐火机理，无溶剂和水性占大多数，大部分 需要加热固化以保证其耐火性能，多为双组分。
其中膨胀型防火涂料主要包括成膜物质、碳源、酸源、发泡剂、填料等，其主要成膜物质为丙烯酸树 脂、环氧树脂或氟聚合物等。在加热时涂层中热能被转化，防火涂层能迅速膨胀十几倍至几十倍并吸 收周围热量，从而有效阻止高温侵人其保护的基材，并以此达到防火目的。
水性或无溶剂涂料可以避免挥发性有机物V0C 的排放，便于厂内施工。双组分及加热固化材料可以 降低材料的烘烤时间，从而提高生产速度、
降低成本。
综合以上各种因素，最终选定了 B 、C 、F 这3种涂 料进行性能验证及厂内施工验证。
1.2防火涂料性能研究
根据汽车电池包内外空间要求，暂定的电池盒 防火涂料施工厚度为0. 8~1.5 mm ，并基于选中的B 、
C 、F 这3种防火涂料，选择喷涂在电池包上盖内部
和外部2种施工方案。为了解防火涂料施工在电池 包上后，其性能是否能满足整车性能要求，结合涂料 性能和整车厂内相关材料工艺性能，在行业暂无实 验标准的情况下，参考了密封胶及涂料涂层的实验 方法，制定了涂层性能实验方法及指标，如表2 所示。
百格法附着力测试结果如图2所示。
表2防火涂料性能验证标准及指标
Table 2 Performance test standard and index of
thermal resistance coating
项目
通用汽车企业标准
性能指标附着力(百格法）GMW 14829附着力0级附着力GMW 3019内聚力 破坏、无脱落剪切强度SAE J 1523内聚力破坏冷弯曲（-30尤）GMW 3154涂层完整、 无脱落、开裂抗石击
GMW 14700
无露底
注：附着力、抗石击测试参考涂料性能测试标准，其他参
考涂装车间用密封胶性能测试标准。
图2 百格法附着力测试结果
Fig. 2 Test result of adhesion
从图2可以看出，涂层B 、F 均可以满足附着力0 级要求，而涂层C 由于过脆导致涂层全部碎裂脱落， 可见涂层C 若使用在整车上，在比较苛刻的条件下， 可能存在碎裂脱落风险。
在做密封胶附着力实验时，需要将涂层做成如 图3所示的形状，实验过程中发现防火涂层均较硬， 以现有的设备无法用刀片进行模拟密封胶的附着力 测试，因此，对于现有的防火涂料来说，该项性能不 太适用。
图3密封胶附着力实验图片
Fig. 3 Test result of sealer adhesion
测试剪切性能时，将涂料及试板做成如图4所 示，然后拉动左右侧试板以检测涂层的抗剪切性能，
经检测涂层的剪切力均符合表2的性能指标要求。
涂层冷弯曲测试结果如图5所示。
图5冷弯曲实验状态
Fig. 5 Mandrel bend test result at -30
°C
武京斌：新能源汽车电池包防火涂料应用研究
抗石击实验测试结果如图6所示。
图6抗石击实验状态
Fig. 6 Chip resistance test status
由图6实验结果可以看出这3种涂料均能满足实验要求。
1.3防火涂料施工工艺验证
传统建筑用防火涂料，施工和使用条件比较简 单，而汽车用防火涂料施工条件则明显复杂，因为整 车的流水线生产要求防火涂料能够连续混合供料、施工；而防火涂料也会随着整车行驶到任何环境中，因此对其性能要求也较高。热固化防火涂料在施工 时，施工的设备主要采用双组分供料杲，可以通过控 制面板控制供料比例、温度等，如，固瑞克(GRACO) XM系列等，图7、图8为典型的防火涂料施工工艺和 施工布局图。
90 T；/120 min60 T：/10s
固化 干燥
图7 施工工艺
Fig. 7 Construction process
第二遍喷涂
在前期材料性能验证同时初步研究了涂料的施工性能，试喷了 B涂料、F涂料，喷涂工艺如表3 所示。
2种涂料均为受热膨胀型防火涂料，当烘烤温度 偏高时(如，大于120 T)会出现膨胀现象，所以为了 保证防火效果，其在烘烤固化时要求的烘烤温度均较低。2种涂料的A、B组分与密封胶材质基本相似，所以其施工设备均可以采用固瑞克(GRACO)XM系列双组分供料系统施工。
在施工时B涂料的反应固化速度较慢，所以在 较短时间停线时仍然可以施工，而F涂料的固化时 间较短，但完全固化的时间较长，这需要在施
小型汽车图片工时
武京斌：新能源汽车电池包防火涂料应用研究
表3喷涂工艺
Table3 Spraying process
项目B涂料F涂料'固化条件100-115 T烘烤 30 min85~95 t；烘烤 2h
材料利用率约80%约50%
喷涂最大间隔时间约 20 min约 10 min
搬运、紧固影响搬运、紧固有开裂风险搬运、紧固有开裂风险
设备防爆厂房无防爆要求厂房无防爆要求
气味胺类气体释放刺激性气味
不断排出管路中的混合料，以避免堵，直接导致 涂料利用率偏低（仅约5 0 %)，但是可以添加一些溶 剂以临时解决固化过快造成的堵问题。同时由 于这些涂料的固化时间较短，在施工间隙休息时需 要将已混合的管路清空并清洗，在下个班次生产时 再安装上新的管路，且由于喷涂时需要遮蔽非喷涂 区域，这就导致遮蔽材料、过喷涂料、清洗用溶剂、过程中固化浪费材料较多，从而产生额外的危废处 理费用。
这2种涂料在施工固化后搬运或紧固螺栓导致 其型面变化较大时，其周边的材料均会有一定的开 裂问题，所以其喷涂区域离紧固面要有一定的距离 (如，大于25 mm)，以避免受力导致开裂。
2新能源汽车电池包防火涂料及施工 验证总结
2. 1防火涂料标准
防火涂料与密封胶有一定的相似性（如，黏度 等），但是其与密封胶还是有本质的区别（如，烘烤后 硬度、柔韧性等），所以密封胶性能不能代表防火涂 料的性能，如，性能测试中的百格法附着力、密封胶 附着力、冷弯曲、剪切强度等。因此，表2中的石击测 试可以考虑参考GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击测定 法》来验证，该标准主要检验零件在运输、装配过程 中对涂层保护的容忍度，模拟涂层在车辆实际使用 过程中是否会受到破坏等，而其他的性能标准还需 要再不断摸索和验证。所以，对于汽车用防火涂料 来说，建立标准是首要任务。
2.2防火涂料开发
通过以上实验可以看出新能源汽车用防火涂料 还不成熟，因为涂料大部分从建筑用防火涂料优化 而来，没有独立的体系，没有按照整车需求进行独立 的开发，其现场施工难度很大，从涂料性能、涂料利用率等方面来看，不如密封胶和其他涂料成熟，其配 方和施工性能还有很大的提高空间，所以需要涂料 供应商投入更多的精力尽快开发出更便捷、更利于 施工、性能更好的涂料。
2.3防火涂料配套设备
汽车用防火涂料对于现有的设备供应商来说也是新的材料，在实验时采用现有密封胶施工设备，但是在实际实验时发现，其只能满足基本的供 料需求，无法满足施工时的精确度要求，还需要对 现有设备进行适度的改进，才能使防火涂料施工基 本达到比较良好的状态。所以，在防火涂料开发的 同时，要有相应的施工设备，才能保证防火涂料的 正常施工。
3结语
对于新能源汽车来说，防火、防止热扩散非常重 要，不管是隔热毡还是防火涂料都可以达到阻止热 扩散保护乘客的目的，目前隔热毡的使用更成熟，而 防火涂料还处于起步阶段，配方和施工工艺还有很 大的提升空间，需要涂料供应商、设备供应商和整车 企业充分配合以开发出更柔性化、更易于施工的防 火涂料。
基于国家推动新能源汽车规划，2025年新能 源汽车销量占比将达到20%左右，2035年纯电动 汽车成为新销售车辆的主流，可见新能源汽车将成为主流，相应的电池包防护防火涂料市场将会更广阔。
参考文献
[1】袁伟，王文涛，王海林，等.电动汽车防火安全策略研究[J].
汽车实用技术，2020(6) :4-7,12.
收稿日期202丨-03-15(修
改稿)
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