在今年全國(guó)兩會(huì)上，全國(guó)人大代表、樂(lè)山太陽(yáng)能研究院院長(zhǎng)姜希猛提出了“關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、高質(zhì)量發(fā)展”的建議。其中，姜希猛提到，要充分發(fā)揮新材料和新技術(shù)的作用，例如，充分發(fā)揮氣凝膠的隔熱防火功能，加速氣凝膠在鋰電池安全防護(hù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

眾所周知，氣凝膠被公認(rèn)為是“世界上已知的質(zhì)量最輕的固體材料，并被視為改變世界的神奇材料”，它具有使用壽命長(zhǎng)、隔熱性能強(qiáng)、耐火性能高、體積輕及用量少等特性，是動(dòng)力電池電芯隔熱材料的最佳選擇。

“氣凝膠應(yīng)用于新能源汽車電池上是一個(gè)非常正確的方向和趨勢(shì)，它的環(huán)保性能也順應(yīng)了‘雙碳’大趨勢(shì)。”同濟(jì)大學(xué)教授沈軍教授在接受本刊記者采訪時(shí)介紹，“氣凝膠在新能源汽車鋰電池方面以及新能源汽車本身方面的實(shí)踐應(yīng)用，已經(jīng)有很多年了，從目前應(yīng)用情況來(lái)看，已經(jīng)被諸多電池企業(yè)和新能源汽車廠家認(rèn)可并采用。”

氣凝膠可經(jīng)受1000℃的火焰灼燒

筑牢電池安全“防火墻”

在新能源汽車推廣應(yīng)用過(guò)程之中，電池安全問(wèn)題一直是備受關(guān)注的重點(diǎn)。而近幾年隨著新能源汽車市場(chǎng)的爆發(fā)，氣凝膠已應(yīng)用到動(dòng)力電池?zé)岱雷o(hù)領(lǐng)域，氣凝膠可有效阻隔電池?zé)崾Э匾l(fā)的熱蔓延情況，筑牢電池安全“防火墻”，保障生命財(cái)產(chǎn)安全。

“如今新能源汽車用量越來(lái)越大，并且將逐步取代傳統(tǒng)燃油汽車。新能源汽車用量增大的同時(shí)，對(duì)車輛性能提出了更高的要求，尤其是車輛續(xù)航力、動(dòng)力性能方面，這就需要高功率密度和能量密度的電池來(lái)進(jìn)行配套，才能滿足市場(chǎng)和行業(yè)的發(fā)展需求。”沈軍進(jìn)一步分析，隨著電池的功率密度和能量密度不斷提高，安全風(fēng)險(xiǎn)也在增大。可以想象一下，那么大的能量?jī)?chǔ)存在一個(gè)有限的電池容量體積內(nèi)，一旦發(fā)生意外，能量瞬間釋放出來(lái)，造成迅速燃燒甚至爆炸，后果不堪設(shè)想。那么如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？事實(shí)上，各相關(guān)方都在積極努力地想辦法。目前，比較好的辦法就是把電池電芯的能源塊之間用防護(hù)材料進(jìn)行隔離。

“新能源汽車電池由很多個(gè)小的電芯單元串/并聯(lián)起來(lái)的，在實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中，如果有一個(gè)小單元出現(xiàn)問(wèn)題的話，在沒有防護(hù)的情況下，會(huì)迅速影響擴(kuò)展到周邊單元引發(fā)瞬間燃燒或爆炸。”沈軍詳細(xì)介紹道，現(xiàn)在的做法是使用隔熱片將電芯單元一個(gè)一個(gè)地隔離開來(lái)，這樣可以保障某個(gè)小單元失控的情況下而不會(huì)迅速影響隔壁的單元，短時(shí)間內(nèi)讓車輛處于可控狀態(tài)，給車輛人員贏得更多的逃生時(shí)間。因此，隔熱片就成為了現(xiàn)在電池安全防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。至于隔熱片到底使用什么材料，也是經(jīng)過(guò)了一番試驗(yàn)和抉擇。

在沈軍看來(lái)，氣凝膠無(wú)疑是目前最好的材料。傳統(tǒng)材料耐熱性能達(dá)不到要求，而且厚度大，導(dǎo)致電池體積增大。氣凝膠是目前已知的導(dǎo)熱系數(shù)最低、密度最低的固體材料，它的高效節(jié)能絕熱阻燃優(yōu)勢(shì)非常貼合新能源汽車電池的技術(shù)需求，可以達(dá)到很好的防護(hù)效果。

目前，氣凝膠在國(guó)內(nèi)的高能量密度三元體系鋰電池中已得到廣泛應(yīng)用，并在磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域快速普及之中。

“現(xiàn)在高端市場(chǎng)的電池都引入了氣凝膠的理念，用氣凝膠隔熱片來(lái)做電芯的防護(hù)，從目前使用情況來(lái)看，推廣應(yīng)用很成功，以愛彼愛和新材料有限公司為代表的氣凝膠生產(chǎn)企業(yè)做出了成效。”沈軍說(shuō)，“今后氣凝膠在新能源汽車行業(yè)的應(yīng)用將是一個(gè)迅速發(fā)展的領(lǐng)域。”

要伴隨電池的發(fā)展而發(fā)展

這幾年，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速，與之配套的電池技術(shù)也不斷進(jìn)步，自然，這對(duì)隔熱材料氣凝膠也提出了挑戰(zhàn)和要求。

沈軍分析，氣凝膠在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用還需從三大層面進(jìn)行升級(jí)：

一是提高氣凝膠的隔熱溫度。電池的不斷發(fā)展促進(jìn)了電池材料的更新迭代，與此同時(shí)對(duì)防護(hù)材料的隔熱溫度要求也越來(lái)越高，以前是600℃，接著到800℃、1000℃，今后可能是1200℃、1500℃或者更高溫度。自然需要與之相應(yīng)的隔熱材料來(lái)配套，也就意味著氣凝膠材料也要不斷發(fā)展進(jìn)步，從原來(lái)的氧化硅變成氧化鋯、氧化鋁等材料。

二是進(jìn)一步降低氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，整體設(shè)計(jì)是越緊湊越好，電池體積越小越好。而對(duì)氣凝膠來(lái)講，就是降低它的導(dǎo)熱系數(shù)。如果氣凝膠隔熱片從5mm降到3mm，甚至再降到2mm、1mm，體積減小對(duì)氣凝膠材料提出了更高要求，要提高它的隔熱效果，降低導(dǎo)熱系數(shù)。這也是當(dāng)前氣凝膠材料發(fā)展需要解決的瓶頸。

三是增加氣凝膠的柔韌性能。氣凝膠材料在加工成型過(guò)程中，要提升柔韌性、壓縮回彈性等方面的性能。因?yàn)檐囕v處于一個(gè)不斷震動(dòng)的環(huán)境，對(duì)于電池隔熱片本身來(lái)講，需要具備一定的抗震性，目前的氣凝膠技術(shù)已經(jīng)解決該問(wèn)題，但是今后如果氣凝膠要在車輛其他地方進(jìn)行應(yīng)用，就需要進(jìn)一步提升它的抗震性和柔韌性。

“現(xiàn)在氣凝膠在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，還有一個(gè)趨勢(shì)，就是對(duì)電池進(jìn)行保溫。在寒冷環(huán)境下，新能源汽車的電池性能會(huì)受到影響，影響車輛續(xù)航能力。這時(shí)，氣凝膠也可以發(fā)揮作用，保障電池在低溫下也能正常工作。氣凝膠的保溫性可以緩解電池迅速降溫，能讓電池系統(tǒng)的啟動(dòng)、充電等都能正常進(jìn)行。”沈軍進(jìn)一步介紹，目前這一應(yīng)用還在進(jìn)一步探索推廣當(dāng)中。

“目前，氣凝膠行業(yè)正處于發(fā)展之中，需要解決的問(wèn)題也很多，但是可喜的是，我們國(guó)內(nèi)從事這方面的企業(yè)和單位也很多，我國(guó)在氣凝膠領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)必將很快會(huì)領(lǐng)先于世界。”沈軍對(duì)氣凝膠的未來(lái)發(fā)展充滿信心。

氣凝膠隔熱片在鋰電池包中的應(yīng)用

順應(yīng)“雙碳”發(fā)展“風(fēng)口”

“雙碳”大趨勢(shì)下，也將預(yù)示著節(jié)能環(huán)保和新材料行業(yè)春天的到來(lái)。站在整個(gè)保溫隔熱材料市場(chǎng)金字塔模型的塔尖的氣凝膠，也將迎來(lái)行業(yè)全面發(fā)展的“風(fēng)口”，諸多氣凝膠企業(yè)已經(jīng)開始積極布局。

“氣凝膠材料的應(yīng)用發(fā)展一直是技術(shù)驅(qū)動(dòng)、市場(chǎng)導(dǎo)向的，目前在‘超高性能’和‘更低成本’兩個(gè)方向上努力。愛彼愛和憑借著自身‘材料+產(chǎn)品’的全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)期技術(shù)積累，一直在深入探究氣凝膠性能的提升，目前已取得實(shí)質(zhì)性突破；降低成本一直是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的持續(xù)要求，我們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、自動(dòng)化生產(chǎn)以及工藝創(chuàng)新推動(dòng)持續(xù)的降本，助推產(chǎn)品更多應(yīng)用。”愛彼愛和新材料有限公司副總裁張光明介紹。

據(jù)了解，愛彼愛和的孔明牌氣凝膠隔熱片產(chǎn)品在新能源汽車細(xì)分市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位，具備上游原材料加下游隔熱片產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，在材料、產(chǎn)品、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝等方面都有專利布局。目前該產(chǎn)品已全面覆蓋國(guó)內(nèi)前10名的動(dòng)力電池企業(yè)，在產(chǎn)品性能、質(zhì)量上保有良好口碑，幫助國(guó)內(nèi)電池企業(yè)在超薄、耐高溫、強(qiáng)隔熱、大尺寸、大容量、長(zhǎng)續(xù)航等技術(shù)方向上取得突破，更好地助力新能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)用普及。

另外，早在2017年，愛彼愛和就與宇通客車在電動(dòng)客車防火安全領(lǐng)域展開合作，將氣凝膠防火毯作為電池艙與乘客艙之間的防火隔離層進(jìn)行應(yīng)用，防護(hù)效果突出。隨著2018年《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》等強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，氣凝膠贏得了該市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，已成為每臺(tái)電動(dòng)客車的防火安全標(biāo)配。

“安全問(wèn)題一直是法規(guī)及政策關(guān)注的重點(diǎn)，《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》（GB38031—2020）自2021年1月1號(hào)起生效實(shí)施，其中要求電池?zé)岱雷o(hù)的安全時(shí)限大于5分鐘。但是，我們認(rèn)為這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)距離國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)還有提升空間，熱防護(hù)安全時(shí)限要到30分鐘以上才能最大程度地保障乘員、車輛乃至周邊的安全。”張光明表示，“目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)在飛速發(fā)展，我們一方面做強(qiáng)做深現(xiàn)有的動(dòng)力電池?zé)岱雷o(hù)市場(chǎng)應(yīng)用，同時(shí)在整車防火安全、保溫節(jié)能、電池?zé)峁芾淼确较蛞苍谧霾粩嗟靥剿?，?lsquo;雙碳’目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)多做貢獻(xiàn)，為更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)、更安全的乘用車多做貢獻(xiàn)。我們的愿望是：安全帶、氣囊和氣凝膠，一個(gè)都不能少！”

隨著“雙碳”發(fā)展“風(fēng)口”的到來(lái)，氣凝膠行業(yè)也將迎來(lái)新一輪發(fā)展。“目前國(guó)內(nèi)能做出氣凝膠產(chǎn)品的企業(yè)大概有20多家，但其中做得比較好的企業(yè)大概是5家左右，而既有能力做氣凝膠、又有能力為汽車企業(yè)穩(wěn)定配套的企業(yè)也就2-3家。”沈軍分析，隨著氣凝膠產(chǎn)能的擴(kuò)大，加上汽車行業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)占據(jù)市場(chǎng)一定份額的大企業(yè)會(huì)迅速擴(kuò)產(chǎn)，同時(shí)也會(huì)不斷有新的企業(yè)入局。當(dāng)然，氣凝膠市場(chǎng)的發(fā)展不會(huì)迅速爆發(fā)，這也需要一個(gè)過(guò)程。征途漫漫，期待氣凝膠在新能源汽車領(lǐng)域健康發(fā)展，成為鋰電時(shí)代的汽車必備，為人們的安全出行保駕護(hù)航！