“雙碳”時代，氣凝膠為新能源汽車安全加碼

在今年全國兩會上，全國人大代表、樂山太陽能研究院院長姜希猛提出了“關于電化學儲能系統安全、高質量發展”的建議。其中，姜希猛提到，要充分發揮新材料和新技術的作用，例如，充分發揮氣凝膠的隔熱防火功能，加速氣凝膠在鋰電池安全防護領域的推廣應用。

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

“氣凝膠應用于新能源汽車電池上是一個非常正確的方向和趨勢，它的環保性能也順應了‘雙碳’大趨勢。”同濟大學教授沈軍教授在接受本刊記者采訪時介紹，“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踐應用，已經有很多年了，從目前應用情況來看，已經被諸多電池企業和新能源汽車廠家認可并采用。”

氣凝膠可經受1000℃的火焰灼燒

筑牢電池安全“防火墻”

在新能源汽車推廣應用過程之中，電池安全問題一直是備受關注的重點。而近幾年隨著新能源汽車市場的爆發，氣凝膠已應用到動力電池熱防護領域，氣凝膠可有效阻隔電池熱失控引發的熱蔓延情況，筑牢電池安全“防火墻”，保障生命財產安全。

“如今新能源汽車用量越來越大，并且將逐步取代傳統燃油汽車。新能源汽車用量增大的同時，對車輛性能提出了更高的要求，尤其是車輛續航力、動力性能方面，這就需要高功率密度和能量密度的電池來進行配套，才能滿足市場和行業的發展需求。”沈軍進一步分析，隨著電池的功率密度和能量密度不斷提高，安全風險也在增大。可以想象一下，那么大的能量儲存在一個有限的電池容量體積內，一旦發生意外，能量瞬間釋放出來，造成迅速燃燒甚至爆炸，后果不堪設想。那么如何解決這個問題呢？事實上，各相關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材料進行隔離。

“新能源汽車電池由很多個小的電芯單元串/并聯起來的，在實際使用過程當中，如果有一個小單元出現問題的話，在沒有防護的情況下，會迅速影響擴展到周邊單元引發瞬間燃燒或爆炸。”沈軍詳細介紹道，現在的做法是使用隔熱片將電芯單元一個一個地隔離開來，這樣可以保障某個小單元失控的情況下而不會迅速影響隔壁的單元，短時間內讓車輛處于可控狀態，給車輛人員贏得更多的逃生時間。因此，隔熱片就成為了現在電池安全防護的標準設計。至于隔熱片到底使用什么材料，也是經過了一番試驗和抉擇。

在沈軍看來，氣凝膠無疑是目前最好的材料。傳統材料耐熱性能達不到要求，而且厚度大，導致電池體積增大。氣凝膠是目前已知的導熱系數最低、密度最低的固體材料，它的高效節能絕熱阻燃優勢非常貼合新能源汽車電池的技術需求，可以達到很好的防護效果。

目前，氣凝膠在國內的高能量密度三元體系鋰電池中已得到廣泛應用，并在磷酸鐵鋰電池領域快速普及之中。

“現在高端市場的電池都引入了氣凝膠的理念，用氣凝膠隔熱片來做電芯的防護，從目前使用情況來看，推廣應用很成功，以愛彼愛和新材料有限公司為代表的氣凝膠生產企業做出了成效。”沈軍說，“今后氣凝膠在新能源汽車行業的應用將是一個迅速發展的領域。”

要伴隨電池的發展而發展

這幾年，新能源汽車行業發展迅速，與之配套的電池技術也不斷進步，自然，這對隔熱材料氣凝膠也提出了挑戰和要求。

沈軍分析，氣凝膠在新能源電池領域的應用還需從三大層面進行升級：

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

二是進一步降低氣凝膠的導熱系數。對于汽車來說，整體設計是越緊湊越好，電池體積越小越好。而對氣凝膠來講，就是降低它的導熱系數。如果氣凝膠隔熱片從5mm降到3mm，甚至再降到2mm、1mm，體積減小對氣凝膠材料提出了更高要求，要提高它的隔熱效果，降低導熱系數。這也是當前氣凝膠材料發展需要解決的瓶頸。

三是增加氣凝膠的柔韌性能。氣凝膠材料在加工成型過程中，要提升柔韌性、壓縮回彈性等方面的性能。因為車輛處于一個不斷震動的環境，對于電池隔熱片本身來講，需要具備一定的抗震性，目前的氣凝膠技術已經解決該問題，但是今后如果氣凝膠要在車輛其他地方進行應用，就需要進一步提升它的抗震性和柔韌性。

“現在氣凝膠在新能源汽車領域的應用，還有一個趨勢，就是對電池進行保溫。在寒冷環境下，新能源汽車的電池性能會受到影響，影響車輛續航能力。這時，氣凝膠也可以發揮作用，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，能讓電池系統的啟動、充電等都能正常進行。”沈軍進一步介紹，目前這一應用還在進一步探索推廣當中。

“目前，氣凝膠行業正處于發展之中，需要解決的問題也很多，但是可喜的是，我們國內從事這方面的企業和單位也很多，我國在氣凝膠領域的發展態勢必將很快會領先于世界。”沈軍對氣凝膠的未來發展充滿信心。

氣凝膠隔熱片在鋰電池包中的應用

順應“雙碳”發展“風口”

“雙碳”大趨勢下，也將預示著節能環保和新材料行業春天的到來。站在整個保溫隔熱材料市場金字塔模型的塔尖的氣凝膠，也將迎來行業全面發展的“風口”，諸多氣凝膠企業已經開始積極布局。

“氣凝膠材料的應用發展一直是技術驅動、市場導向的，目前在‘超高性能’和‘更低成本’兩個方向上努力。愛彼愛和憑借著自身‘材料+產品’的全產業鏈優勢和長期技術積累，一直在深入探究氣凝膠性能的提升，目前已取得實質性突破；降低成本一直是產業應用的持續要求，我們通過標準化、規模化、自動化生產以及工藝創新推動持續的降本，助推產品更多應用。”愛彼愛和新材料有限公司副總裁張光明介紹。

據了解，愛彼愛和的孔明牌氣凝膠隔熱片產品在新能源汽車細分市場處于領先地位，具備上游原材料加下游隔熱片產品的全產業鏈優勢，在材料、產品、生產設備、生產工藝等方面都有專利布局。目前該產品已全面覆蓋國內前10名的動力電池企業，在產品性能、質量上保有良好口碑，幫助國內電池企業在超薄、耐高溫、強隔熱、大尺寸、大容量、長續航等技術方向上取得突破，更好地助力新能源產業應用普及。

另外，早在2017年，愛彼愛和就與宇通客車在電動客車防火安全領域展開合作，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行應用，防護效果突出。隨著2018年《電動客車安全技術條件》等強制標準的出臺，氣凝膠贏得了該市場的廣泛認可，已成為每臺電動客車的防火安全標配。

“安全問題一直是法規及政策關注的重點，《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（GB38031—2020）自2021年1月1號起生效實施，其中要求電池熱防護的安全時限大于5分鐘。但是，我們認為這個標準距離國際先進指標還有提升空間，熱防護安全時限要到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，“目前新能源汽車產業在飛速發展，我們一方面做強做深現有的動力電池熱防護市場應用，同時在整車防火安全、保溫節能、電池熱管理等方向也在做不斷地探索，為‘雙碳’目標的實現多做貢獻，為更節能、更經濟、更安全的乘用車多做貢獻。我們的愿望是：安全帶、氣囊和氣凝膠，一個都不能少！”

隨著“雙碳”發展“風口”的到來，氣凝膠行業也將迎來新一輪發展。“目前國內能做出氣凝膠產品的企業大概有20多家，但其中做得比較好的企業大概是5家左右，而既有能力做氣凝膠、又有能力為汽車企業穩定配套的企業也就2-3家。”沈軍分析，隨著氣凝膠產能的擴大，加上汽車行業的發展，已經占據市場一定份額的大企業會迅速擴產，同時也會不斷有新的企業入局。當然，氣凝膠市場的發展不會迅速爆發，這也需要一個過程。征途漫漫，期待氣凝膠在新能源汽車領域健康發展，成為鋰電時代的汽車必備，為人們的安全出行保駕護航！