气凝胶在动力电池中的重要性 -九游会登陆

气凝胶简介

气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，因其半透明和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。

气凝胶在微观层面表现为纳米多孔网络结构，且因其独有的孔隙结构，可大幅削弱热对流、热传导、热辐射，是世界上目前已知的导热系数最低的材料，常温导热系数仅为0.013-0.025w/m·k，因此具备极强的隔热性。

气凝胶种类多样，发展至今已由单一组分的二氧化硅气凝胶形成了包括氧化物气凝胶、有机气凝胶、碳气凝胶、复合气凝胶在内的多种类型。下游的气凝胶制品包括气凝胶毡、气凝胶纸、气凝胶布、气凝胶板材、气凝胶粉末等，下游应用场景广泛，涉及石油化工、建筑建造、工业隔热、交通等领域，其中石油化工为最大应用领域，消费占比达到56％，其次应用于工业隔热，占比为18％。在新能源领域，气凝胶则主要应用于动力电池电芯之间的隔热阻燃、模组与壳体之间的隔热防震层、电池箱的外部防寒层和高温隔热层等。未来随着气凝胶技术的进步，其应用场景十分广阔，是具备成长空间的大赛道和大单品。

气凝胶在动力电池中的应用

现阶段，锂离子电池因其高能量密度和持久的使用寿命，逐渐成为新能源汽车的能源首选。锂离子电池对温度非常敏感，温度过低时电池的性能会受到影响，如磷酸铁锂电池低温下其导电性会大幅下降；而在高温下，三元材料在200℃左右就会发生分解，释放o2，磷酸铁锂在700℃以上发生分解，不会释放o2，因此三元锂电池在发生机械撞击、过充过放、电池老化或者过热，更容易出现膨胀鼓包、冒烟燃烧甚至爆炸的“热失控”现象。“热失控”是新能源汽车动力电池的重大安全隐患。

气凝胶隔热材料在新能源汽车领域主要应用于动力电池电芯之间的隔热阻燃以及模组与壳体之间的隔热防震、电池箱的外部防寒层和高温隔热层，从而更好地实现电池的温控和电控管理，大幅降低电池发生热失控的可能性。与传统的ixpe隔热泡棉相比，气凝胶隔热片在使用温度、导热系数、阻燃性能等多方面核心指标具有明显优势。

电池安全性要求带动隔热材料需求持续提升。伴随电池包对于安全性能要求的进一步提升，气凝胶作为更高端的隔热材料可以大幅提升电池的安全性能，因而在电池应用中不断渗透，其中三元电池的压实密度更高，续航里程更长，对于安全性的要求使得相关电池包生产过程中逐步选用更为高端的气凝胶材料，渗透率不断提升，而其他的磷酸铁锂动力电池以及储能电池领域也有逐步切入。一方面伴随下游的电池出货量的不断提升，作为pack隔热材料的气凝胶应用将随之提升，同时伴随成本的管控和渗透率的提升，气凝胶的应用占比也将进一步增大。根据idtechex数据，2021年全球气凝胶三大应用领域分别为石油化工、工业隔热、建筑建造，占比分别为56%、18%和9%，到2026年全球气凝胶在动力电池、建筑等领域的应用比重将有较大提升。2026年全球气凝胶产品各应用领域消费比重如下：

气凝胶在动力电池中的作用

气凝胶毡在使用过程中会掉粉，影响电池箱体及整辆汽车的电子元器件和螺栓螺丝，因此动力电池用气凝胶隔热材料需要封装加工成气凝胶隔热垫使用。电池隔热垫是以预氧丝或其他类型的气凝胶复合材料为核心，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。

气凝胶隔热垫封装工艺

气凝胶隔热垫具有优良的隔热和缓冲功能，主要用于动力锂电池电芯间的热防护，可防止电芯热失控，大幅提高新能源车的安全性。当其中一块电芯发生热失控时，电芯间的气凝胶隔热垫可阻隔其热量向相邻的电芯传递，防止热扩散，从而避免新能源动力电池电芯热失控的多米诺效应。气凝胶隔热片应用在锂离子动力电池模组中时，低的导热系数可以有效阻隔电芯在大倍率下充放电急剧发生的热量分散；当电芯发生热失控时可以起到隔热作用，延缓或阻断事故发生；当电芯过热发生燃烧时，气凝胶隔热垫到达建筑a级不燃的性能也能够有效阻断或延缓火势舒展，为逃生提供足够的时间。此外，气凝胶隔热垫还具有良好的压缩性能，在隔热的同时，还可作为缓冲材料用于电芯间，以适应电池在充放电过程中电芯的膨胀和收缩变化。因此，气凝胶隔热垫在提升新能源汽车动力电池组安全性能方面能够发挥很大的作用。

通过在电池组间加装气凝胶隔热垫，在电芯出现热失控的情况下可有效抑制热扩散，延缓事故发生。另一方面，气凝胶隔热垫具有导热系数低、保温效果好、a级防火、质量轻等特点，应用于电池包保温，在保证电池低温环境下的使用性能的同时，能为空间有限的电池包节省更多宝贵空间。此外，气凝胶隔热垫具备超长使用寿命、超优机械性能的附加特点，使之成为提高新能源汽车动力电池安全性的有效手段，被越来越多的新能源汽车采用。

来源：北京汇智慧众汽车技术研究院，锦富技术研报，金融界，气凝胶产业