气凝胶隔热材料及其在锂电池包上的应用

气凝胶是一种高孔隙率、高比表面积的三维网络状结构的纳米材料。气凝胶独特的纳米结构能有效抑制材料的固体热传导和气体对流传热，是一种性能优异的“超级隔热材料”。

一. 气凝胶基本知识介绍

气凝胶的制备通常分为 2 步：

1）通过溶胶-凝胶法使溶液内分子不断交联，形成湿凝胶；

2）通过超临界干燥去除湿凝胶内部的溶剂，获得气凝胶。

氧化物气凝胶

目前主要研究的氧化物气凝胶为SiO2、Al2O3、ZrO2 气凝胶及其复合气凝胶。不仅在高温隔热领域发挥着重大的作用，在催化、吸附等领域也有着广泛的应用。氧化物气凝胶虽然具有低密度和低导热率等优异的性能，但是在高温（800~1 000℃）下极易发生收缩和烧结，导致热导率快速增大，极大地限制了在高温领域的应用。

碳化物气凝胶

碳化物气凝胶材料相较于传统的氧化物气凝胶，碳化物气凝胶具有更高的耐温性，在惰性氛围下耐温性可达 3000℃，且密度低于 0.4 g/cm3，室温导热系数低于 0.040 W/(m·K)。因此，碳化物气凝胶材料成为 1200℃以上温区最具潜力的气凝胶材料，广泛应用于航天航空、高温炉窖等高温隔热领域。

碳气凝胶

碳气凝胶在惰性气氛中超过 2000℃的高温下也可以保持介孔结构，表现出优异的耐高温性能。通常，碳气凝胶是在惰性气氛中聚合和热解有机前驱体制得。除此之外，还可以通过石墨烯及其衍生物的自胶凝或化学聚合制备，以及通过碳纳米管（CNT）或碳纳米纤维（CNF）的化学气相沉积或化学交联制备。

气凝胶材料具有极低的导热率，隔热，轻薄，优秀的防火、疏水、抗拉抗压性能。广泛应用于新能源汽车电池、石化、军工、航天、环保、建筑、交通等各领域。

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二. 气凝胶在锂离子动力电池组中的应用

宁德时代、上汽通用、宇通客车等公司的电池组热管理解决方案是在电芯之间放置气凝胶。气凝胶材料导热系数低，防火、防水性能优异，占用空间小，寿命长，且对环境无污染，是最佳的汽车电池隔热材料。同时，动力电车的性能受温度影响较大，温度过低会影响到再生制动系统的性能，充电速度过慢而且充不满电，气凝胶也能保障电池温度不会过低。

上汽通用公司在纯电动 MAV 别克微蓝的电芯之间加入了纳米级气凝胶，为别克微蓝 410KM 版 140Wh/kg 的高电池能量密度和 13.1kW·h 的低能耗做出了贡献，强化了别克微蓝电池组的安全性，为别克微蓝的高压系统能满足系统安全 ASIL D（汽车安全性等级最高等级）标准奠定了基础。

上汽通用Ultium平台电池电芯之间采用气凝胶来隔热，热管理的设计上，采用了多级热防控技术，电芯间采用了加厚设计的气凝胶，能有效降低电芯间温度传递。同样，抑制热扩散采用专利技术，能够主动“速冷”、电池上盖内置气凝胶防火毯，对乘员和整车进一步保护。

三. 气凝胶市场需求及主要生产企业

据华安团队预测，汽车领域气凝胶需求量

国内气凝胶主要生产企业

原文始发于微信公众号（锂电产业通）：气凝胶隔热材料及其在锂电池包上的应用