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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(yīng)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(nèi)部的隔熱水平不夠。當動力電池內(nèi)部或外部發(fā)生短路時,短時間內(nèi)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(fā)臨近的電池發(fā)生熱失控,導致整個電池模組/電池包發(fā)生熱失控,從而引發(fā)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(gòu)成的微納多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并在孔隙中充滿空氣分散介質(zhì)的一種新型輕質(zhì)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(yōu)異性能。

氣凝膠在新能源汽車電池電芯上的應(yīng)用
圖1:氣凝膠

因此,氣凝膠產(chǎn)品采用納米氣凝膠與玻璃纖維、陶瓷纖維等基材復(fù)合,將具有優(yōu)異性能的氣凝膠與柔性基材完美結(jié)合在一起,更大化保留了氣凝膠輕質(zhì)、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(yōu)機械性能的附加特點,氣凝膠產(chǎn)品應(yīng)用于新能源汽車動力電池領(lǐng)域進一步增強動力電池防火要求,保障人民生命財產(chǎn)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(nèi)增加隔熱層,阻斷熱失控從失控單體向四周傳布,來實現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)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(zhì)為氣體的多孔性固體材料,具有導熱系數(shù)低、保溫效果好、A級防火、質(zhì)量輕、壽命長、抗壓、無毒等特點。與傳統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)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(jīng)熱壓或涂覆復(fù)合而成。在電芯出現(xiàn)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(huán)境電池性能衰減,同時為有限的電池包節(jié)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(yīng)用


隨著全球新能源汽車需求量增加,帶動氣凝膠市場規(guī)模擴大。三星、LG、寧德時代、比亞迪等廠商都規(guī)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(fù)合材料工業(yè)協(xié)會搜集整理編譯,部分數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)資料。文章不用于商業(yè)目的,僅供行業(yè)人士交流,引用請注明出處。


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