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专题报告

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气凝胶在新能源汽车电池电芯上的应用

新能源汽车安全问题,是一个老生常谈的问题,其中电池安全又是重中之重。从起火原因来看,主要包括电池部件老化、外部碰撞、高温天气、电池热失控、高负荷等。一般情况下,新能源汽车自燃其背后一大原因是电池内部的隔热水平不够。当动力电池内部或外部发生短路时,短时间内电池释放出大量热量,温度急剧升高,单个热失控电池通过热传导和火焰引发临近的电池发生热失控,导致整个电池模组/电池包发生热失控,从而引发新能源汽车起火爆炸等安全事件。

气凝胶(aerogel)是由胶体粒子或聚合物分子相互聚集构成的微纳多孔网络结构,并在孔隙中充满空气分散介质的一种新型轻质固体材料,具有极低的表观密度、高孔隙率、高比表面积等特点,从而使其具有良好的阻隔性能、极低的热导率以及高吸附、催化和负载能力等优异性能。

气凝胶在新能源汽车电池电芯上的应用
图1:气凝胶

因此,气凝胶产品采用纳米气凝胶与玻璃纤维、陶瓷纤维等基材复合,将具有优异性能的气凝胶与柔性基材完美结合在一起,更大化保留了气凝胶轻质、隔热等特性,并赋予了气凝胶柔性与韧性。具备超长使用寿命、超强隔热性能、超高防火性能、超优机械性能的附加特点,气凝胶产品应用于新能源汽车动力电池领域进一步增强动力电池防火要求,保障人民生命财产安全。
近年来,针对电池组的热失控传布问题主要通过在电池组内增加隔热层,阻断热失控从失控单体向四周传布,来实现下降电池组的损害以及附带的破坏作用。当今常用的动力电池保温隔热材料有泡棉、塑料泡沫、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板、二氧化硅气凝胶等。电池组内隔热板是置于单体电芯之间,能够有效延缓或阻断单体电芯热失控向整个电池系统的传布的一种热防护装备。
二氧化硅气凝胶是一种分散介质为气体的多孔性固体材料,具有导热系数低、保温效果好、A级防火、质量轻、寿命长、抗压、无毒等特点。与传统保温隔热材料相比,同等隔热效果下,气凝胶材料厚度只有传统保温隔热材料的1/2-1/5。基于气凝胶上述特点和动力电池隔热板的需求,气凝胶垫被认为是如今可应用于新能源汽车及动力电池最薄最高效的保温隔热材料,以高分子(PET、PI)膜或阻燃涂层为封装材料,经热压或涂覆复合而成。在电芯出现热失控的情况下可有效抑止热扩散,另一方面,有效降低低温环境电池性能衰减,同时为有限的电池包节省更多空间。

图2:气凝胶隔热片在新能源汽车电池电芯上的应用


随着全球新能源汽车需求量增加,带动气凝胶市场规模扩大。三星、LG、宁德时代、比亚迪等厂商都规划扩大气凝胶隔热片使用量。


信息来源:

[1]新能源电池电芯隔热材料——气凝胶 知乎.2023.

[2]什么是气凝胶隔热片?知乎.2023.



此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译,部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的,仅供行业人士交流,引用请注明出处。


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