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專題報告

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氣凝膠在新能源汽車電池電芯上的應用

新能源汽車安全問題,是一個老生常談的問題,其中電池安全又是重中之重。從起火原因來看,主要包括電池部件老化、外部碰撞、高溫天氣、電池熱失控、高負荷等。一般情況下,新能源汽車自燃其背后一大原因是電池內部的隔熱水平不夠。當動力電池內部或外部發生短路時,短時間內電池釋放出大量熱量,溫度急劇升高,單個熱失控電池通過熱傳導和火焰引發臨近的電池發生熱失控,導致整個電池模組/電池包發生熱失控,從而引發新能源汽車起火爆炸等安全事件。

氣凝膠(aerogel)是由膠體粒子或聚合物分子相互聚集構成的微納多孔網絡結構,并在孔隙中充滿空氣分散介質的一種新型輕質固體材料,具有極低的表觀密度、高孔隙率、高比表面積等特點,從而使其具有良好的阻隔性能、極低的熱導率以及高吸附、催化和負載能力等優異性能。

氣凝膠在新能源汽車電池電芯上的應用
圖1:氣凝膠

因此,氣凝膠產品采用納米氣凝膠與玻璃纖維、陶瓷纖維等基材復合,將具有優異性能的氣凝膠與柔性基材完美結合在一起,更大化保留了氣凝膠輕質、隔熱等特性,并賦予了氣凝膠柔性與韌性。具備超長使用壽命、超強隔熱性能、超高防火性能、超優機械性能的附加特點,氣凝膠產品應用于新能源汽車動力電池領域進一步增強動力電池防火要求,保障人民生命財產安全。
近年來,針對電池組的熱失控傳布問題主要通過在電池組內增加隔熱層,阻斷熱失控從失控單體向四周傳布,來實現下降電池組的損害以及附帶的破壞作用。當今常用的動力電池保溫隔熱材料有泡棉、塑料泡沫、超細玻璃棉、高硅氧棉、真空隔熱板、二氧化硅氣凝膠等。電池組內隔熱板是置于單體電芯之間,能夠有效延緩或阻斷單體電芯熱失控向整個電池系統的傳布的一種熱防護裝備。
二氧化硅氣凝膠是一種分散介質為氣體的多孔性固體材料,具有導熱系數低、保溫效果好、A級防火、質量輕、壽命長、抗壓、無毒等特點。與傳統保溫隔熱材料相比,同等隔熱效果下,氣凝膠材料厚度只有傳統保溫隔熱材料的1/2-1/5。基于氣凝膠上述特點和動力電池隔熱板的需求,氣凝膠墊被認為是如今可應用于新能源汽車及動力電池最薄最高效的保溫隔熱材料,以高分子(PET、PI)膜或阻燃涂層為封裝材料,經熱壓或涂覆復合而成。在電芯出現熱失控的情況下可有效抑止熱擴散,另一方面,有效降低低溫環境電池性能衰減,同時為有限的電池包節省更多空間。

圖2:氣凝膠隔熱片在新能源汽車電池電芯上的應用


隨著全球新能源汽車需求量增加,帶動氣凝膠市場規模擴大。三星、LG、寧德時代、比亞迪等廠商都規劃擴大氣凝膠隔熱片使用量。


信息來源:

[1]新能源電池電芯隔熱材料——氣凝膠 知乎.2023.

[2]什么是氣凝膠隔熱片?知乎.2023.



此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯,部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業目的,僅供行業人士交流,引用請注明出處。


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