隨著國家對新能源汽車發(fā)展的大力支持，電動汽車產(chǎn)銷數(shù)量快速增長，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快?，F(xiàn)階段，電動汽車主要以鋰離子電池作為動力電池，而極端條件下電池?zé)崾Э厥请妱悠嚨氖滓踩詥栴}，常見的較為嚴(yán)重的是電池過充導(dǎo)致溫度過高，致使電動汽車著火，爆炸。對于新能源汽車電池單元局部失控問題，氣凝膠隔熱材料是解決動力電池?zé)崾Э氐挠行Т胧梢蕴岣咝履茉雌嚨氖褂冒踩浴?/p>
氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫效果好、不燃，相比傳統(tǒng)保溫材料，只需1/5-1/3的厚度即可達(dá)到相同的保溫效果，為動力電池節(jié)省更多空間，并且保溫效果及溫度更穩(wěn)定。應(yīng)用在新能源汽車中可以更好地實(shí)現(xiàn)電池的溫控和電控管理及提升性能，起到絕熱、防火的作用，為用戶和乘客逃離現(xiàn)場以及滅火爭取更多的時(shí)間。
氣凝膠隔熱材料在新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用
氣凝膠隔熱材料在新能源汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用于動力電池電芯之間的隔熱阻燃以及模組與殼體之間的隔熱防震、電池箱的外部防寒層和高溫隔熱層。下面我們以動力電池用氣凝膠隔熱片為例，對其主要性能指標(biāo)進(jìn)行分析。
T/CSTM 00193-2020《鋰離子動力電池用氣凝膠隔熱片》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中指出，氣凝膠隔熱片用于鋰離子動力電池兩電芯之間，主要芯材種類包括玻璃纖維復(fù)合氣凝膠（FG），預(yù)氧化絲復(fù)合氣凝膠（YS）及其他纖維復(fù)合氣凝膠。由于電芯之間空間有限，氣凝膠隔熱片的尺寸必須與設(shè)計(jì)值有較高的一致性。動力電池用氣凝膠隔熱片的主要性能要求如下表所示：
表1 動力電池用氣凝膠隔熱片的主要性能要求
| 序號 | 性能指標(biāo) | 性能要求 |
| 1 | 質(zhì)量偏差率 | 應(yīng)不大于15%。 |
| 2 | 隔熱性能 | 試驗(yàn)前后樣品長寬尺寸收縮率應(yīng)不大于3%，試驗(yàn)過程5分鐘之內(nèi)樣品冷面溫度應(yīng)不超過180°C。 |
| 3 | 垂直燃燒 | 應(yīng)符合GB/T 2408中規(guī)定的V0級要求。 |
| 4 | 壓縮率 | 在2Mpa壓力下應(yīng)不小于35%。 |
| 5 | 抗拉強(qiáng)度 | 長度、寬度方向均應(yīng)不小于500Kpa。 |
| 6 | 絕緣性能 | 表面熱阻率應(yīng)大于500MΩ；漏電率應(yīng)小于1mA。 |
| 7 | 禁限用物質(zhì) | 應(yīng)符合2011/65/EU指令要求。 |
| 8 | 耐老化性能 | 老化后，氣凝膠隔熱片抗拉強(qiáng)度衰減率應(yīng)不大于30%；長和寬尺寸變化率應(yīng)小于1%；隔熱性能應(yīng)符合表中要求。 |
目前常用的動力電池保溫隔熱材料有泡棉、塑料泡沫、超細(xì)玻璃棉、高硅氧棉、真空絕熱板、二氧化硅氣凝膠等。氣凝膠隔熱片與傳統(tǒng)的動力電池隔熱片相比，具有阻燃、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、不產(chǎn)生有毒氣體、防水防潮防震、質(zhì)輕、價(jià)低、厚度薄等特點(diǎn)。
下面我們以某款氣凝膠隔熱片和IXPE隔熱泡棉（輻照交聯(lián)聚乙烯泡棉）為例，對其性能進(jìn)行對比分析。
表2 動力電池模組用氣凝膠隔熱片和IXPE隔熱泡棉性能對比
| 氣凝膠隔熱片 | IXPE隔熱泡棉 | |
| 密度 (Kg/m3) | 200 | 200（5倍發(fā)泡） |
| 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m·k) | 0.017 | 0.095 |
| 使用溫度 (℃) | -200～600℃ | -60～120℃ |
| 阻燃性能 | 建筑A1級/UL94V0 | UL94HB |
| 吸水率 室溫24h (%) | ＜1% | ＜0.2 |
| 環(huán)保無毒性 | ROHS標(biāo)準(zhǔn) | ROHS標(biāo)準(zhǔn) |
| 高溫形變120℃，24h ?(%) | 無 | 收縮10% |
| 拉伸強(qiáng)度 (MPa) | 0.4 | 橫向＞1.3、縱向＞1.5 |
| 斷裂伸長率 (%) | 8.53 | 200 |
| 常規(guī)厚度（mm） | 0.5/1/2/3/6/10 | 0.5/1/3/10 |
氣凝膠隔熱片應(yīng)用在鋰離子動力電池模組中時(shí)，低的導(dǎo)熱系數(shù)可以有效阻隔電芯在大倍率下充放電急劇產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散；當(dāng)電芯發(fā)生熱失控時(shí)可以起到隔熱作用，延緩或阻斷事故發(fā)生；當(dāng)電芯過熱發(fā)生燃燒時(shí)，氣凝膠隔熱片達(dá)到建筑A1級不燃的性能也能夠有效阻斷或延緩火勢蔓延，可以保障電池組在5分鐘內(nèi)不燃燒，不爆炸，為逃生提供足夠的時(shí)間。因此，氣凝膠隔熱片在提高新能源汽車動力電池組安全性能方面能夠發(fā)揮重大作用。
氣凝膠隔熱材料在新能源汽車的市場前景
國務(wù)院辦公廳2020年10月20日印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》指出，發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路，是應(yīng)對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。到2025年，新能源汽車新車銷量占比將達(dá)到25%左右，動力電池、驅(qū)動電機(jī)、車用操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，安全水平全面提升。
氣凝膠雖然價(jià)格較高，但其安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他傳統(tǒng)隔熱材料，是公認(rèn)的最佳的動力電池隔熱阻燃材料。隨著人們對新能源汽車安全性能的逐漸重視，在對安全性能要求較高的電動客車和高檔新能源轎車中應(yīng)用氣凝膠隔熱材料無疑是最佳的選擇。如果2025年全國汽車銷量達(dá)到3500萬輛，那么新能源汽車相當(dāng)于800多萬輛的銷量預(yù)期，氣凝膠應(yīng)用前景廣闊。隨著氣凝膠材料工藝的成熟和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，其價(jià)格必然會下降，在新能源汽車動力電池中的應(yīng)用和市場滲透率也必將隨著新能源汽車的行業(yè)增長而激增。
