一文讀懂 |為什么復(fù)合氣凝膠是鋰電池隔熱絕緣的理想材料
發(fā)布時(shí)間：2023-11-02 來(lái)源：未知 分享到：
隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車發(fā)展的大力支持，電動(dòng)汽車產(chǎn)銷數(shù)量快速增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)化步伐不竭加速?，F(xiàn)階段，電動(dòng)汽車主要以鋰離子電池作為動(dòng)力電池，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，鋰離子動(dòng)力電池的平安性已經(jīng)獲得明顯的進(jìn)步，但鋰電池依舊存在燃燒、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。“當(dāng)鋰電池的內(nèi)部溫度達(dá)到70℃左右時(shí)，負(fù)極的固態(tài)電解質(zhì)膜開(kāi)始分解，發(fā)生自放熱反應(yīng)，隨著溫度進(jìn)一步升高，多個(gè)副反應(yīng)相互影響，于是電池產(chǎn)生鼓包、膨脹直至熱失控。”這是南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授楊暉介紹的鋰電池發(fā)熱原理。當(dāng)下防范鋰電池爆炸主要有電池冷卻系統(tǒng)、細(xì)水霧熱失控防護(hù)、泄壓抑爆系統(tǒng)和電池隔熱系統(tǒng)四種方法。但是，鋰電池一旦發(fā)生熱失控，從冒煙到爆炸僅需56秒。如何迅速阻斷某一個(gè)電芯熱失控時(shí)的熱傳遞？今朝常用的動(dòng)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(gè)電池系統(tǒng)的傳布的一種熱防護(hù)裝備。需要具有以下性能：
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(zhǎng)寬尺寸收縮率應(yīng)不大于3%，試驗(yàn)過(guò)程5分鐘之內(nèi)樣品冷面溫度應(yīng)不超過(guò)180°C。3、垂直燃燒：應(yīng)符合GB/T 2408中規(guī)定的V0級(jí)要求。4、壓縮率：在2Mpa壓力下應(yīng)不小于35%。5、抗拉強(qiáng)度：長(zhǎng)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，抗拉強(qiáng)度衰減率應(yīng)不大于30%；長(zhǎng)和寬尺寸變化率應(yīng)小于1%；隔熱性能應(yīng)符合表中要求。
較之其他隔熱材料，氣凝膠憑借更低的導(dǎo)熱系數(shù)、更好的耐高溫性能脫穎而出，成為目前主流電池隔熱片的“新寵”。
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| 俗稱“固體煙”,氣凝膠 90%以上的體積都是空氣，密度最低至 0.12 mg/cm3，大約為空氣密度的 1/10。 |
| 0.0012-0.500 g/m3范圍內(nèi)可調(diào)。 |
| 孔徑一般在 50nm 左右，最小的孔徑甚至可小于 1nm。 |
| 孔洞率高達(dá) 99.9%，因此比表面積積特別大。 |
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| 導(dǎo)熱系數(shù)可低于 0.016 W/(m·K)，常溫常壓下?lián)教細(xì)饽z的熱導(dǎo)率可低達(dá) 0.013 W/(m?K)。 |
| 壓縮模量可在 6 個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)變化，決定了密度可調(diào)節(jié)性。 |
| 聲阻抗可變范圍較大(103-107kg/m2·s)。 |
| 聲阻抗可高達(dá) 106kg/m2·s，而空氣的聲阻 400 kg/m2·s。
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其中，目前應(yīng)用最廣是二氧化硅氣凝膠。當(dāng)二氧化硅氣凝膠隔熱墊應(yīng)用在鋰離子動(dòng)力電池模組中時(shí)，其低導(dǎo)熱系數(shù)的性能可以有效阻隔電芯在大倍率下充放電急劇發(fā)生的熱量分散；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(guò)熱發(fā)生燃燒時(shí)，氣凝膠隔熱墊到達(dá)建筑A級(jí)不燃的性能也能夠有效阻斷或延緩火勢(shì)舒展，為人員逃生提供足夠的時(shí)間。
氣凝膠隔熱片在新能源汽車電池電芯上的應(yīng)用
基于氣凝膠上述特點(diǎn)和動(dòng)力電池隔熱板的需求，因此，被視為“未來(lái)最具潛力的十大材料之一”的氣凝膠，有望作為新能能汽車隔熱材料、隔熱保溫材料、阻燃材料、隔音材料、高效吸附材料、催化劑載體材料、光學(xué)器件及電極能源材料等得到廣泛應(yīng)用。
氣凝膠隔熱墊的組成：
氣凝膠隔熱產(chǎn)品是由超薄氣凝膠氈與PET/PI膜復(fù)合的產(chǎn)品，室溫導(dǎo)熱系數(shù)<0.035W/m·K，具有阻燃、不掉粉的特點(diǎn)；同時(shí)，二氧化硅氣凝膠隔熱墊的壽命長(zhǎng)、抗壓、無(wú)毒，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。
0.012/0.025/0.05/0/0.75/0.1/0.125 0.05/0.01/0.015/0.02/0.025/0.03/0.035 環(huán)氧熱固化膠水/水性丙烯酸/聚胺酯/聚酯/熱熔膠/改性硅
說(shuō)到氣凝膠氈的“掉粉”，這里補(bǔ)充一點(diǎn)：納米氣凝膠氈是一種通過(guò)特殊工藝把氣凝膠復(fù)合在柔性基材中的柔性氣凝膠絕熱氈，因?yàn)闅饽z本身的特殊性，質(zhì)地較脆，所以就需要一個(gè)載體，而這個(gè)柔性的基材正好作為一個(gè)載體來(lái)承載氣凝膠，所以，日常氣凝膠符合產(chǎn)品所掉的那個(gè)粉就是氣凝膠粉體。
氣凝膠隔熱墊的物理性能：
2. 導(dǎo)熱系數(shù) (W/m·k)：0.0176. 環(huán)保無(wú)毒性：ROHS標(biāo)準(zhǔn)7. 高溫形變120℃，24h (%)：無(wú)10. 常規(guī)厚度（mm）：0.5/1/2/3/6/10
產(chǎn)品應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)：
保溫絕熱：室溫導(dǎo)熱系數(shù)0.02W/(m·K)，隔熱性能是傳統(tǒng)保溫材料3-5倍。
防火疏水：國(guó)家建筑材料A級(jí)不燃標(biāo)準(zhǔn)，憎水率≥99%。
輕質(zhì)高強(qiáng)：產(chǎn)品密度200kg/m 左右，有較好的柔性和抗拉強(qiáng)度。
隔聲抗震：三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效吸聲降噪、緩沖抗震，提高駕乘感。
持久耐候：整體疏水，不易解體和沉降，使用壽命可達(dá)10年以上，相比傳統(tǒng)保溫材料壽命提高3-5倍。
施工便捷：易加工，利用普通裁剪工具即可完成復(fù)雜工藝。
防腐：可有效阻止液態(tài)水的滲透，預(yù)防保溫層下的腐蝕。
健康環(huán)保：本產(chǎn)品已通過(guò)RoHS檢測(cè)，不含對(duì)人體有害的物質(zhì)。
