氣凝膠是一種高孔隙率、高比表面積的三維網絡狀結構的納米材料。氣凝膠獨特的納米結構能有效抑制材料的固體熱傳導和氣體對流傳熱，是一種性能優異的“超級隔熱材料”。
一. 氣凝膠基本知識介紹
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| 俗稱“固體煙”,氣凝膠 90%以上的體積都是空氣，密度最低至 0.12 mg/cm3，大約為空氣密度的 1/10。 |
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| 孔徑一般在 50nm 左右，最小的孔徑甚至可小于 1nm。 |
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| 導熱系數可低于 0.016 W/(m·K)，常溫常壓下摻碳氣凝膠的熱導率可低達 0.013 W/(m?K)。 |
| 壓縮模量可在 6 個數量級的范圍內變化，決定了密度可調節性。 |
| 聲阻抗可變范圍較大(103-107kg/m2·s)。 |
| 聲阻抗可高達 106kg/m2·s，而空氣的聲阻 400 kg/m2·s。 |
氣凝膠的制備通常分為 2 步：
1）通過溶膠-凝膠法使溶液內分子不斷交聯，形成濕凝膠；
2）通過超臨界干燥去除濕凝膠內部的溶劑，獲得氣凝膠。
氣凝膠材料隔熱原理分析：從熱傳導、熱對流、熱輻射三個方面 | 幾乎無窮多的納米孔讓熱流在固體中傳遞時只能沿著氣孔壁傳遞，近于無窮多的氣孔壁構成了近于“無窮長路徑”效應，使得固體熱傳導的能力下降到接近最低極限。 |
| 當氣凝膠材料中的氣孔直徑小于 70nm 時，氣孔內的空氣分子就失去了自由流動的能力，相對地附著在氣孔壁上，這時材料處于近似真空狀態。 |
| 材料內部氣孔壁數日趨于“無窮多”，對于每一個氣孔壁來說都具有遮熱板的作用，從而使輻射傳熱下降到近乎最低極限。另外在 400℃以上使用時，需要加入遮光劑來增強氣凝膠對高溫紅外線輻射的抵抗。 |
氣凝膠是一個固體物質形態，包括碳化物、氧化物、金屬、非氧化物、半導體等多種材料都可以制作成氣凝膠，各種氣凝膠結構、性質不同。氣凝膠可以加工成多樣形態以適應不同的應用，如氣凝膠顆粒、氣凝膠氈、氣凝膠板和氣凝膠涂料。 | | |
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| | 更高的孔隙率及比表面積、電導率,密度范圍、應用范圍
更廣 |
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| 纖維-SiO2氣凝膠絕熱氈、絕熱板,硬硅鈣石一氣凝膠絕熱板,氣凝膠砂漿、涂料、混凝土等 |
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氧化物氣凝膠
目前主要研究的氧化物氣凝膠為SiO2、Al2O3、ZrO2 氣凝膠及其復合氣凝膠。不僅在高溫隔熱領域發揮著重大的作用，在催化、吸附等領域也有著廣泛的應用。氧化物氣凝膠雖然具有低密度和低導熱率等優異的性能，但是在高溫（800~1 000℃）下極易發生收縮和燒結，導致熱導率快速增大，極大地限制了在高溫領域的應用。
碳化物氣凝膠
碳化物氣凝膠材料相較于傳統的氧化物氣凝膠，碳化物氣凝膠具有更高的耐溫性，在惰性氛圍下耐溫性可達 3000℃，且密度低于 0.4 g/cm3，室溫導熱系數低于 0.040 W/(m·K)。因此，碳化物氣凝膠材料成為 1200℃以上溫區最具潛力的氣凝膠材料，廣泛應用于航天航空、高溫爐窖等高溫隔熱領域。
碳氣凝膠
碳氣凝膠在惰性氣氛中超過 2000℃的高溫下也可以保持介孔結構，表現出優異的耐高溫性能。通常，碳氣凝膠是在惰性氣氛中聚合和熱解有機前驅體制得。除此之外，還可以通過石墨烯及其衍生物的自膠凝或化學聚合制備，以及通過碳納米管（CNT）或碳納米纖維（CNF）的化學氣相沉積或化學交聯制備。
氣凝膠材料具有極低的導熱率，隔熱，輕薄，優秀的防火、疏水、抗拉抗壓性能。廣泛應用于新能源汽車電池、石化、軍工、航天、環保、建筑、交通等各領域。
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二. 氣凝膠在鋰離子動力電池組中的應用
根據《中國制造 2025》關于動力電池的發展規劃：2020年單個電芯級別的能量密度達到300Wh/kg；2025年達到400Wh/kg；2030年達到 500Wh/kg。在能量密度不斷提高的同時，動力電池的安全性成為新的瓶頸。近年來，屢有新能源車起火新聞見之報端。其中電池自燃占起火原因的比例高達38%。鋰離子動力電池在發生熱失控是一個連鎖放熱過程，不是瞬間完成的。隨著溫度不斷升高依次是：高溫容量衰減——SEI 膜分解——負極——電解液反應——隔膜熔化過程——正極分解反應——電解質溶液分解反應——負極與粘接劑反應——電解液燃燒等。通過在電池組內增加隔熱層，阻斷熱失控從失控單體向周圍傳播，從而可以降低電池組的損害以及附帶的破壞作用。氣凝膠氈具有防火、隔熱、阻燃的特性，而且質感柔軟、易于加工，是非常理想的預防材料；另外在熱電池應用領域，氣凝膠作為熱電池保溫筒的隔熱材料能夠解決多領域對熱電池的高性能、長壽命的要求。目前新開發的氣凝膠玻纖氈能夠將電池包高溫耐受能力提高至 800℃以上，大大提高電池的耐熱性。?
寧德時代、上汽通用、宇通客車等公司的電池組熱管理解決方案是在電芯之間放置氣凝膠。氣凝膠材料導熱系數低，防火、防水性能優異，占用空間小，壽命長，且對環境無污染，是最佳的汽車電池隔熱材料。同時，動力電車的性能受溫度影響較大，溫度過低會影響到再生制動系統的性能，充電速度過慢而且充不滿電，氣凝膠也能保障電池溫度不會過低。
上汽通用公司在純電動 MAV 別克微藍的電芯之間加入了納米級氣凝膠，為別克微藍 410KM 版 140Wh/kg 的高電池能量密度和 13.1kW·h 的低能耗做出了貢獻，強化了別克微藍電池組的安全性，為別克微藍的高壓系統能滿足系統安全 ASIL D（汽車安全性等級最高等級）標準奠定了基礎。
上汽通用Ultium平臺電池電芯之間采用氣凝膠來隔熱，熱管理的設計上，采用了多級熱防控技術，電芯間采用了加厚設計的氣凝膠，能有效降低電芯間溫度傳遞。同樣，抑制熱擴散采用專利技術，能夠主動“速冷”、電池上蓋內置氣凝膠防火毯，對乘員和整車進一步保護。
三. 氣凝膠市場需求及主要生產企業
據華安團隊預測，汽車領域氣凝膠需求量
國內氣凝膠主要生產企業
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| | | | | 華陸新材為中國化學孫公司，一期在建 5 萬方， 2021 年底投產；二三期規劃 10 萬方及上下游配 套，2025 年前投產。 |
| | | | | 華昌化工參股愛彼愛和 7%股權，愛彼愛和現有5000 方產能（1000 方氣凝膠粉，4000 方氣凝膠復合毯），在建 2.5 萬方氣凝膠復合氈。 |
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現有 1 萬方氣凝膠超級絕熱材料中 5000 方是常壓法，5000 方是超臨界，新建 12000 方將采用常壓法。 |
| | | | | 華陽集團參股 49%陽中新材。陽中新材現有 2 萬方氣凝膠氈、1000 噸氣凝膠粉體，遠期規劃 30萬方氣凝膠絕熱氈、2 萬噸/年氣凝膠粉體。 |
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| | | | | 1.在建常壓法 SiO2 氣凝膠 1520 方、超臨界法SiO2氣凝膠84方，用于下游配套生產常壓法SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜復合材料 20 萬方，超臨界法SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜復合材料 4 萬方。2.泛亞微透控股 60%大音希聲拓展渠道。 |
資料來源：cnki, 各公司官網，華安證券研究所，汽車新聞VN網，熱管理網，GGII，中國汽車工業協會等原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：氣凝膠隔熱材料及其在鋰電池包上的應用
