隨著全球節(jié)能減排政策不斷升級(jí)，德國、荷蘭、印度等多國以及大眾、豐田、奔馳等多家車企相繼宣布禁售傳統(tǒng)燃油車，我國新能源汽車產(chǎn)銷數(shù)量也在飛速增長。目前，新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要來源的鋰離子電池，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)得到顯著的提高，但在條件下，仍然存在爆燃風(fēng)險(xiǎn)，電池“熱失控”引發(fā)電動(dòng)汽車起火和爆炸的事故屢見不鮮。
當(dāng)鋰電子電池電池發(fā)生內(nèi)部或外部短路后，短時(shí)間內(nèi)電池釋放出大量熱量，溫度急劇升高，導(dǎo)致熱失控。易燃性的液態(tài)電解液在高溫下被點(diǎn)燃，引發(fā)電池起火。通過熱擴(kuò)散，單個(gè)熱失控電池通過熱傳導(dǎo)和火焰引發(fā)臨近的電池發(fā)生熱失控，導(dǎo)致整個(gè)電池模組/電池包發(fā)生熱失控，從而引發(fā)起火爆炸事件。
傳統(tǒng)的電池模組采用PP、ABS、PVC等阻燃塑料隔板將單體電池相互隔開，并沒有起到熱隔離保護(hù)作用，還容易造成電池溫度過高導(dǎo)致隔板溶解、著火等問題。氣凝膠是目前可知的導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料，氣凝膠絕熱氈、隔熱板、隔熱紙等產(chǎn)品的隔熱性能最高可達(dá)普通產(chǎn)品的5倍之多，加之優(yōu)良的防火阻燃、柔軟抗沖擊、隔音降噪等功能，除在工業(yè)節(jié)能、民用保溫等領(lǐng)域達(dá)到良好的推廣外，隨著氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氣凝膠在電池領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。
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新能源汽車方面，氣凝膠是單位體積隔熱效果最優(yōu)，符合極高安全要求的高性能材料，可同時(shí)用于整車結(jié)構(gòu)和汽車電池。氣凝膠可在達(dá)到與傳統(tǒng)隔熱材料同樣隔熱效果的前提下減少?3-8 倍的厚度及重量，能夠有效解決低溫環(huán)境下磷酸鐵鋰電池的保溫問題以及高溫環(huán)境下三元電池?zé)崾Э財(cái)U(kuò)散問題，降低電車自燃的可能性，成為鋰電隔熱的首選材料。
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根據(jù) Aspen Aerogel 推算，平均每輛新能源汽車需用到 2-5 平方米氣凝膠產(chǎn)品。另外艾邦氣凝膠微信群有朋友交流中談到，1GWh約為2萬只鋰電池（動(dòng)力電池），純電動(dòng)汽車電池能量一般約為60-90度電，混合動(dòng)力汽車電池能量一般約為20-40度電，綜合計(jì)算，1GWh可裝載到2萬臺(tái)新能源汽車上，如果是搭載到純電動(dòng)汽車，取平均值75度電，那么可裝載1.33萬輛。也就是1GWh大概需要4-10萬平方米的氣凝膠產(chǎn)品。
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例如某汽車電池組使用了數(shù)千只鋰離子電池單體，大量電池在密閉空間內(nèi)緊湊排列，若因機(jī)械損傷、熱沖擊、內(nèi)短路、過充等因素，導(dǎo)致某些單體進(jìn)入熱失控狀態(tài)，就會(huì)使周圍單體溫度也升高，繼而將熱失控傳播到整個(gè)電池組，最終造成整體燃燒、爆炸的災(zāi)難性后果。因此目前使用氣凝膠產(chǎn)品對(duì)鋰離子電池進(jìn)行隔熱、阻燃、防火防護(hù)是減少鋰離子電池發(fā)生熱失控造成危害的一個(gè)有效手段。
氣凝膠產(chǎn)品主要應(yīng)用于單體電芯氣凝膠隔熱防護(hù)、電池組/箱整體防護(hù)、熱電池用氣凝膠防護(hù)。
單體電芯的熱失控是整個(gè)電池包熱失控的源頭，電芯間的熱防護(hù)是在電芯間增加隔熱層，以阻斷熱失控從失控單體電芯向周圍電芯傳播，降低電池包的損害以及附帶的破壞作用。
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鋰離子動(dòng)力電池組熱失控事故時(shí)有發(fā)生，有關(guān)鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控的防護(hù)除了在電池單體之間，電池模組之間以及電池箱與乘客艙之間也需要設(shè)置熱防護(hù)，以提高熱失控電芯向電池其他系統(tǒng)傳熱的熱阻，從而達(dá)到阻礙熱失控蔓延的目的。
熱電池的一般工作溫度在450"C～600"C之間，整個(gè)放電過程依賴于初始的熱“輸入”，而電池放電壽命依賴于電池冷卻速率和電池的冷凍溫度。對(duì)于長壽命熱電池來說，關(guān)鍵問題就是要有很好的保溫材料。氣凝膠保溫氈具有超低的導(dǎo)熱系數(shù)，最高使用溫度可達(dá)到900-1100℃，使用氣凝膠材料制作的熱電池保溫筒作為熱電池的隔熱層可以完美的解決航空航天、武器領(lǐng)域?qū)犭姵馗咝阅堋㈤L壽命的要求。
隨著我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氣凝膠在電池領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品形式將更加多樣化，如新能源動(dòng)力電池、電子設(shè)備用鋰離子電池、蓄電池等方面的保溫隔熱阻燃防護(hù)。其它領(lǐng)域的氣凝膠產(chǎn)品需求也會(huì)不斷上升，根據(jù) IDTechE 預(yù)測(cè)，未來隨著綠色建材思想加深以及新能源汽車需求快速增長，建筑建造和交通的需求占比在 2026 年將分別上升至 14%、13%。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氣凝膠論壇）：氣凝膠——鋰電應(yīng)用中的隔熱王者