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新能源电池电芯隔热材料——气凝胶

发表时间:2023-05-10  阅读次数:414

新能源汽车安全问题,一个老生常谈的问题,其中电池安全又是重中之重。从起火原因来看,主要包括电池部件老化、外部碰撞、高温天气、电池热失控、高负荷等。气凝胶属于新兴材料,通过溶胶凝胶法而形成的一种纳米级多孔固态材料,并且其内部孔隙中充满气体,是当今世界上密度最小的固体,在空气中呈现出烟雾的状态,因此又称为“冻烟”。其种类也很多,有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系以及金属系等。

新能源电池电芯隔热材料——气凝胶

由于气凝胶具备纳米尺度的多孔网络结构,导热系数在0.012~0.024W/(m·K),孔隙率95%~99.8%,具有导热系数低、防火等级高、防水效果好、使用温度范围广、使用寿命长等优良性能,在热学、光学、电学、力学等多个领域展现出优异的性能,其在油气、新能源动力电池、建筑保温领域均围绕着高效阻热能力展开应用。

气凝胶产品采用纳米气凝胶与玻璃纤维、陶瓷纤维等基材复合,将具有优异性能的气凝胶与柔性基材完美结合在一起,更大化保留了气凝胶轻质、隔热等特性,并赋予了气凝胶柔性与韧性。具备超长使用寿命、超强隔热性能、超高防火性能、超优机械性能的附加特点,气凝胶产品广泛应用于军工航天、热力管网、石油化工、新能源汽车、动力电池、轨道交通、消费电子以及纺织品等领域。

新能源电池电芯隔热材料——气凝胶

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,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乘驾性。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。

一般情况下,新能源汽车自燃其背后一大原因是电池内部的隔热水平不够。当动力电池内部或外部发生短路时,短时间内电池释放出大量热量,温度急剧升高,单个热失控电池通过热传导和火焰引发临近的电池发生热失控,导致整个电池模组/电池包发生热失控,从而引发新能源汽车起火爆炸等安全事件。

新能源电池电芯隔热材料——气凝胶

在目前的材料中,仅气凝胶能够满足电芯热失控后的隔热要求。气凝胶作为无机材料,拥有A级防火能力,通过加工封装制成气凝胶垫并将其用于电池电芯之间、电池模组与壳体之间、电池包外包外部与车厢之间,一定程度上阻止电池自燃,或者阻止燃烧蔓延,提供新能源汽车的安全稳定性。除了有效阻热,气凝胶还具有良好的保温效果,保证电池在低温环境下使用不会出现过多的性能衰减。

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。

新能源电池电芯隔热材料——气凝胶

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。

因此,宁德时代、中航锂电、比亚迪、国轩高科等全球前列动力电池厂商均有采购气凝胶将其运用到电池当中。

气凝胶真空热压机是一种采有新型高温高压热压技术,主要用于制备各种高性能气凝胶材料。它采用真空热压的方式将气凝胶材料加热并施加高压力,使其在连续高温下发生形变和粘结,从而形成密实均匀的气凝胶材料。

气凝胶真空热压机设备采用四柱式结构设计,配备精密伺服电机驱动,自动将产品移动到热压工位进行抽真空热压,冷压工位冷却保压成型,动作结构平稳高效,可兼容各种新型隔热材料的热压封装成型工艺。配备PLC微电脑触控式操作系统,集成温度防呆,压力、温度、真空度多组生产数据实时显示和调节,配备安全光栅、信号报警灯,平衡脚杯,适用于各种真空压合成型工艺的产品。

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