新能源汽车动力电池热失控防护行业发展趋势及市场空间-云母材料
思瀚产业研究院 固德电材    2025-06-28

1、新能源汽车动力电池热失控防护技术水平特点

（1）热失控防护技术概述

在不同的触发条件下，锂离子电池会产生不同的热失控行为，热失控防护的要点主要包括高温、冲击、电压、气体、液体和固体等，具体如下：

高温主要是电芯间的热量阻隔，及电芯开阀后对其他零部件的高温炙烤。

冲击电芯开阀后火焰、气、液、固混合物的高速冲击。

电压电池包内部零件应在高温及腐蚀环境下仍保持良好的绝缘性。

气体电池包内部形成高压，应考虑泄压，否则内部压力过大会造成结构件撕裂。

液体和固体主要是避免短路风险以及堵塞泄压阀的风险。

针对不同的热失控触发因素，热失控防护主要分为本征防护、主动防护和被动防护，本征防护主要从材料层面着手，选用热稳定性高的正极、负极、电解液以及膈膜材料，在制造过程中严格进行一致性管理控制，确保电芯生产的一致性，优化电池包的设计和结构。

主动防护系控制热失控的发生，从对电流、电压、温度、气体、液体、压力等方面进行监控，尤其是过充过流过温等现象发生的情况下，进行热失控的预警、散热，各种危险状态下的输出切断防护等；被动防护系在热失控发生后，采用降温灭火介质对其灭火和降温、通过绝热材料或阻燃材料对发生热失控电池进行隔离、将火焰和危险气体进行合理引导使其通过安全路径排出电池包等，具体防护方法和措施如下：

本征防护

提升电芯内材料热稳定性：使用抗冲击性和稳定性高的多层隔膜，对正负极材料进行包覆，在电解液中添加不同材料的阻燃剂，采用固态聚合类物质等

优化电芯及电池包结构和设计：优化电池包结构设计、电池包在整车的安装、电池单体的排布、整车结构强化以及隔振等

主动防护

BMS 电池监测和预警：实时监测电池温度、电流、电压等情况，超出设定的安全范围时，系统会立即采取相应措施，如降低充放电速率、切断电池与车辆的连接、启动冷却系统，对驾乘人员进行预警。

热管理系统设计：常见的冷却方法有风冷和液冷，将电池模块内的热量转移到周围环境中，以此来控制电池温度，并显著降低电池模块间的温差。

被动防护

增加阻燃和隔热材料：通过在电芯间、模组间排布特殊隔热材料，使得单个电芯热失控后，热量不会立即传导至其他电芯和模组，避免热扩散。

增加绝缘材料：在电池包内排布特殊材料，在高温下具有良好的绝缘特性，防止短路、拉弧。

采用降温灭火介质：通过往电池包内加注液体等方式进行主动降温、灭火。

合理引导火焰和危险气体排出：在挡火材料中设置特殊点位，使电芯热失控后，火焰向特定点位喷射，在电池包内设置导流通道，将火焰、热量、喷射物排出，不危及乘员舱。

（2）热失控被动防护材料在新能源汽车中的应用

热失控被动防护通过增加阻燃、耐高温、绝缘材料避免热扩散及通过合理的火焰引导和危险气体排出方法，能够在一定程度上延缓或阻止热量的传播，减少火灾和爆炸事故的发生概率。

目前热失控防护材料主要应用于新能源汽车动力电池电芯级、模组级和电池包级防护，防护材料有多种，如云母制品、陶瓷硅橡胶、气凝胶毡、超级棉、阻燃泡棉等，这些材料均有一定程度的耐温、阻挡喷射物、高温绝缘作用，具体应用情况如下：

电芯级防护：气凝胶毡、超级棉、云母带、阻燃泡棉。用于相邻电芯之间的间隙填充，缓冲碰撞产生的冲击；防止单个电芯热失控后产生的高温传递给周围电芯，避免热蔓延；用于电芯的端部和侧面，重点防护电极引出部位，进行绝缘处理

模组级防护：云母板和云母 3D 件、阻燃泡棉。用于模组外壳的内侧或外侧，吸收冲击能量，保护内部电芯不受损坏；当模组内电芯发生热失控时，有效阻隔热量向外传递，减少对周围模组和车辆部件的影响；同时，用于框架与电芯、电极等导电部位的绝缘处理，并起到固定与支撑作用

电池包级防护：云母板和云母 3D 件、阻燃泡棉、陶瓷硅橡胶。用于电池包底部和顶部安全防护盖板，在电池包与车辆之间建立隔热屏障，达到隔热、抗冲击效果，延缓电池箱高温扩散至乘客舱

上述各类防护材料介绍如下：

阻燃泡棉：阻燃泡棉价格低廉，具有低硬度高回弹特性，尺寸设计对于电池包级别灵活性高。但是存在耐高温性低的问题，高温下容易发生形变。

云母材料：云母材料通过上胶、加温、压制而成云母板，具有优异的耐高温性、绝缘性和耐冲击性，可加工为各类形状，在动力电池热失控防护领域的应用已非常成熟。

气凝胶毡：气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、并在孔隙中充满气态分散介质的固体材料，具有优异的隔热性能，材料价格相对较高，且耐冲击性较差。

其他材料：其它材料种类包括陶瓷化硅橡胶、灌封胶等。陶瓷化硅橡胶具有优异的耐热性，且在高温下保持结构完整性，但材料价格较高，需要和其它补强材料复合后使用，主要在电芯之间和模组之间有小范围应用；灌封胶主要应用在磷酸铁锂电池的电芯之间。

由上可见，云母材料具备耐温、机械强度高、高温绝缘性能优异、成本较低等优势，在目前常用动力电池热失控防护材料中性能占优。同时，云母材料良好的柔软性使其便于裁切加工，经高温烘干压制后可形成定制化云母 3D 件，使得其能够贴合电池内部各种不规则的形状表面，确保散热效果达到最理想状态，因此，云母材料被行业内较多企业使用，是较为主流的隔热产品解决方案。

2、新能源汽车动力电池热失控防护行业发展趋势及市场空间

（1）热失控防护行业发展趋势

①云母材料应用场景与用量持续扩展

云母材料在新能源汽车中的应用场景及部件拓展，用量呈增长趋势。云母材料应用于动力电池的热失控防护可追溯到 2012 年量产的特斯拉 ModelS，其较早地意识到热失控问题，率先采用 NCA 三元电芯并采用云母板作为防护手段，在电池模组与电池包上、下盖间均使用了云母材料对电池包进行热失控防护。

2017年起，国内电芯材料技术快速迭代，三元锂电因其高能量密度的优势成为各大电池厂商和车企关注和发展的战略高点。但由于三元电池能量密度较高，以镍钴锰三元电池为例，NCM523 能量密度约 160-200Wh/kg，热失控最高温度 700~900℃，NCM811 能量密度约 270-280Wh/kg，热失控最高温度 1,000~1,300℃，热失控风险相对较大，尤其是高镍三元电池，因此在防护要求上更为严格，云母材料的用量相对较多。

加之 2020 年热失控强制标准的实施，以云母为代表的被动热失控材料和方案迅速得到广泛运用。由于磷酸铁锂在热稳定性方面优于三元锂电，其热失控问题较少出现，因此云母材料在磷酸铁锂中的应用相对较晚。但随着电池安全需求升级，行业政策和热失控防护强制标准的推行，云母材料也开始渗入到磷酸铁锂的系统集成中。

并且，随着新能源汽车向轻量化趋势发展，电池包集成度的提高，在无模组结构中，电芯排列更为紧密，电池整体密度提高的同时也缩短了电芯与电池盖、车身结构件的距离，对热失控防护组件提出更高难度的挑战。

除了在传统的电池模组间、模组与电池盖间等部位的应用外，云母材料还将进一步拓展到电芯间、电芯与电池盖间隔热，BMS 电子元器件的保护等领域，云母材料的应用范围和形式将更加广泛。当云母防护件用于电芯间防护，其既能隔离热源，又耐火焰冲击，有效解决了传统气凝胶不耐冲击的痛点，延长电动汽车起火后的安全逃生时间。

②云母材料性能与工艺持续优化

为满足高能量密度电池对热失控防护的更高要求，以云母材料为代表的热失控防护产品性能进一步提升和优化。行业企业通过研发新的原料配方、优化云母材料的制备工艺和复合技术等方式，不断提高云母制品的耐高温性、耐磨性、力学性能和抗撕裂强度等，以增强防护材料的阻燃和抗冲击效果。在制备工艺方面，通过精密的热压成型工艺，在高温高压条件下使云母原料与其他补强材料紧密结合，提高云母制品的致密度和强度。

此外，云母制品从传统的 2D 片材向 3D 防护产品升级，能够根据不同电芯的形状与尺寸，定制化开发高贴合度的防护结构，以此更全面地覆盖和保护电池，保障防护性能的同时，最大程度优化材料的利用率和电池包的空间利用率。

③单一云母材料向综合防护方案转型

云母材料正从单一产品向综合性热失控防护方案转变。业内企业深入下游客户的前期研发，针对不同的应用场景和需求进行定制化设计，从提供单一的产品逐步转变为提供多样的、综合性的热失控防护方案，将云母材料与气凝胶、阻燃泡棉和多种功能胶带等其他热失控防护材料配合使用，形成多层次、多维度的防护体系，发挥各自的优势，提高整体的防护效果。

例如，对于能量密度较高、热失控风险较大的三元锂电池，增加云母材料的使用比例或厚度；对于磷酸铁锂电池，可根据其具体的集成方式和热管理系统，合理搭配云母材料与其他隔热、绝缘材料，以达到最佳的被动防护效果。

综上所述，凭借多项优良性能，云母材料在动力电池安全防护中的应用已经成为行业共识。未来，随着不断的技术创新和材料优化，云母材料有望助力动力电池实现更高的安全性和更长的续航能力，推动新能源汽车行业向更加绿色、安全、可靠的方向发展。

（2）热失控防护行业市场规模

全球新能源汽车产业的快速发展及动力电池能量密度持续提升，推动电池系统安全防护产品需求进入高速增长通道，根据弗若斯特沙利文统计，全球电池系统安全防护市场规模从 2019 年的 12.30 亿元增长至 2023 年的 92.70 亿元，年复合增长率达到 65.69%。基于未来新能源汽车销量的增长和新型材料的创新研发，全球电池系统安全防护市场预计将保持稳定增长，于 2028 年达到 272.60 亿元。

在全球电池系统安全防护市场中，气凝胶毡材料和云母材料占据主要市场。气凝胶材料因其较低的导热系数，具有优异的隔热性能，目前被广泛应用于电芯之间的安全防护，2023 年全球电池系统安全防护市场中，气凝胶毡市场规模达到 46.90 亿元，占比为 50.59%，2024 年至 2028 年预计年复合增长率达到 24.09%。

云母材料具有优异的耐高温性、绝缘性和耐冲击性，主要应用于电池模组之间和电池包层面。2023 年全球电池系统安全防护市场中，云母材料市场规模达到 26.20亿元，占比为 28.26%，2024 年至 2028 年预计年复合增长率达到 27.65%。

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