有一種黑科技新材料,它身軀纖小輕薄,卻往往出現在灼熱的火焰前或者極寒的冰冷中,阻擋烈焰與冰寒。隨著國家政策對氣凝膠的逐漸重視,它低調地出現在我們身邊,保護人們的生活與生產。
發展新能源汽車是我國應對氣候變化、推動綠色發展的戰略舉措之一。在人們追求更高效、更安全、更環保的高質量生活的今天,新能源動力電池也在不斷迭代升級。順應大勢、發展迅猛的新能源汽車,需要一種可滿足電池熱失控后阻隔熱量傳導、保護電池運行溫度作用、緩震抗沖擊等需求的產品。
于是,氣凝膠便進入新能源車行業視野。打開新能源動力電池模組包,一排排的電池緊密排列,在電池與電池之間有一片薄薄的黑色軟墊,薄的有不到0.5mm,厚的也不超過3mm。這就是氣凝膠。
概念圖片
在單體電芯發生熱失控時,在電池單體之間、電池模組之間以及電池箱與乘客艙之間的氣凝膠通過發揮其高溫下極為優異的隔熱性能,阻隔大量熱量傳遞至鄰近電芯和模組,極大降低了整車熱失控的風險,也增加了人員逃生時間。同時,電池的性能會受溫度影響,溫度過低時電池充電慢、耗電快,氣凝膠也能把電池溫度維持在一個合適范圍。
國標GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中提出:電池包或系統(鎳氫電池包或系統除外)進行外部火燒試驗,應不爆炸;在由于單個電池熱失控引起熱擴散時應報警保證乘員至少有5min逃生時間。
國標GB 38032-2020《電動客車安全要求》中提出:可充電儲能系統(或安裝艙體)與客艙之間應使用不燃材料,并且在300°C時導熱系數應不大于0.04 W/(m·K)。
GB 8624-2012中規定的A級要求
氣凝膠憑借超低的導熱系數、超疏水、A1級阻燃、使用溫度范圍廣(-200~650℃)、壽命長、抗壓、無毒等特點,被認為是目前可應用于新能源汽車及動力電池最薄最高效的保溫隔熱材料,可以有效減少電池組自燃概率。此外,由于氣凝膠保溫效果更持久,非常擅長處理寒冷的冬天,因此可以改善新能源電池組的耐久性問題,提升電池組低溫表現,延長電池組使用壽命。
目前氣凝膠材料在動力電池市場上的應用逐漸被市場認可,主要由下游電池廠向中游的包封模切廠直接下單采購可直接用于動力電池上的氣凝膠隔熱產品,中游企業向上游氣凝膠原材料廠商采購氣凝膠原材料進行加工。
寧德時代方形電芯產品使用方案為在電芯之間安裝氣凝膠插片,上汽通用在純電動MAV別克微藍電芯中使用納米氣凝膠。
氣凝膠在汽車電池的應用舉例
創新電池結構 | 冷卻散熱排爆系統 | 隔熱防火材料 |
寧德時代麒麟電池 | 口琴管內外雙層冷卻板置于電芯雙面實現大面積冷卻,倒置排爆 | 電芯間/水冷板+氣凝膠 |
嵐圖云母電池 | 底部大片水冷板 | 三維隔熱墻/云母+氣凝膠 |
比亞迪刀片電池 | 無模組設計,導熱更快,電池扁長化,散熱面積大,水冷板置頂 | 氣凝膠、陶瓷化硅橡膠 |
由于麒麟電池采用寧德時代第三代CTP技術,麒麟電池在結構上發生改變,這將助推相關材料的升級與增長,預計將給水冷板、導熱球鋁、LIFSI、聚氨酯、氣凝膠、絕緣材料等帶來投資機遇,此外氣凝膠原材料后通過裁切、噴涂、烘干、模切、絲印、模切、封邊等加工工序制成氣凝膠隔熱產品,這也將帶動一波設備需求。