“双碳”时代，气凝胶为新能源汽车安全加码

在今年全国两会上，全国人大代表、乐山太阳能研究院院长姜希猛提出了“关于电化学储能系统安全、高质量发展”的建议。其中，姜希猛提到，要充分发挥新材料和新技术的作用，例如，充分发挥气凝胶的隔热防火功能，加速气凝胶在锂电池安全防护领域的推广应用。

众所周知，气凝胶被公认为是“世界上已知的质量最轻的固体材料，并被视为改变世界的神奇材料”，它具有使用寿命长、隔热性能强、耐火性能高、体积轻及用量少等特性，是动力电池电芯隔热材料的最佳选择。

“气凝胶应用于新能源汽车电池上是一个非常正确的方向和趋势，它的环保性能也顺应了‘双碳’大趋势。”同济大学教授沈军教授在接受本刊记者采访时介绍，“气凝胶在新能源汽车锂电池方面以及新能源汽车本身方面的实践应用，已经有很多年了，从目前应用情况来看，已经被诸多电池企业和新能源汽车厂家认可并采用。”

气凝胶可经受1000℃的火焰灼烧

筑牢电池安全“防火墙”

在新能源汽车推广应用过程之中，电池安全问题一直是备受关注的重点。而近几年随着新能源汽车市场的爆发，气凝胶已应用到动力电池热防护领域，气凝胶可有效阻隔电池热失控引发的热蔓延情况，筑牢电池安全“防火墙”，保障生命财产安全。

“如今新能源汽车用量越来越大，并且将逐步取代传统燃油汽车。新能源汽车用量增大的同时，对车辆性能提出了更高的要求，尤其是车辆续航力、动力性能方面，这就需要高功率密度和能量密度的电池来进行配套，才能满足市场和行业的发展需求。”沈军进一步分析，随着电池的功率密度和能量密度不断提高，安全风险也在增大。可以想象一下，那么大的能量储存在一个有限的电池容量体积内，一旦发生意外，能量瞬间释放出来，造成迅速燃烧甚至爆炸，后果不堪设想。那么如何解决这个问题呢？事实上，各相关方都在积极努力地想办法。目前，比较好的办法就是把电池电芯的能源块之间用防护材料进行隔离。

“新能源汽车电池由很多个小的电芯单元串/并联起来的，在实际使用过程当中，如果有一个小单元出现问题的话，在没有防护的情况下，会迅速影响扩展到周边单元引发瞬间燃烧或爆炸。”沈军详细介绍道，现在的做法是使用隔热片将电芯单元一个一个地隔离开来，这样可以保障某个小单元失控的情况下而不会迅速影响隔壁的单元，短时间内让车辆处于可控状态，给车辆人员赢得更多的逃生时间。因此，隔热片就成为了现在电池安全防护的标准设计。至于隔热片到底使用什么材料，也是经过了一番试验和抉择。

在沈军看来，气凝胶无疑是目前最好的材料。传统材料耐热性能达不到要求，而且厚度大，导致电池体积增大。气凝胶是目前已知的导热系数最低、密度最低的固体材料，它的高效节能绝热阻燃优势非常贴合新能源汽车电池的技术需求，可以达到很好的防护效果。

目前，气凝胶在国内的高能量密度三元体系锂电池中已得到广泛应用，并在磷酸铁锂电池领域快速普及之中。

“现在高端市场的电池都引入了气凝胶的理念，用气凝胶隔热片来做电芯的防护，从目前使用情况来看，推广应用很成功，以爱彼爱和新材料有限公司为代表的气凝胶生产企业做出了成效。”沈军说，“今后气凝胶在新能源汽车行业的应用将是一个迅速发展的领域。”

要伴随电池的发展而发展

这几年，新能源汽车行业发展迅速，与之配套的电池技术也不断进步，自然，这对隔热材料气凝胶也提出了挑战和要求。

沈军分析，气凝胶在新能源电池领域的应用还需从三大层面进行升级：

一是提高气凝胶的隔热温度。电池的不断发展促进了电池材料的更新迭代，与此同时对防护材料的隔热温度要求也越来越高，以前是600℃，接着到800℃、1000℃，今后可能是1200℃、1500℃或者更高温度。自然需要与之相应的隔热材料来配套，也就意味着气凝胶材料也要不断发展进步，从原来的氧化硅变成氧化锆、氧化铝等材料。

二是进一步降低气凝胶的导热系数。对于汽车来说，整体设计是越紧凑越好，电池体积越小越好。而对气凝胶来讲，就是降低它的导热系数。如果气凝胶隔热片从5mm降到3mm，甚至再降到2mm、1mm，体积减小对气凝胶材料提出了更高要求，要提高它的隔热效果，降低导热系数。这也是当前气凝胶材料发展需要解决的瓶颈。

三是增加气凝胶的柔韧性能。气凝胶材料在加工成型过程中，要提升柔韧性、压缩回弹性等方面的性能。因为车辆处于一个不断震动的环境，对于电池隔热片本身来讲，需要具备一定的抗震性，目前的气凝胶技术已经解决该问题，但是今后如果气凝胶要在车辆其他地方进行应用，就需要进一步提升它的抗震性和柔韧性。

“现在气凝胶在新能源汽车领域的应用，还有一个趋势，就是对电池进行保温。在寒冷环境下，新能源汽车的电池性能会受到影响，影响车辆续航能力。这时，气凝胶也可以发挥作用，保障电池在低温下也能正常工作。气凝胶的保温性可以缓解电池迅速降温，能让电池系统的启动、充电等都能正常进行。”沈军进一步介绍，目前这一应用还在进一步探索推广当中。

“目前，气凝胶行业正处于发展之中，需要解决的问题也很多，但是可喜的是，我们国内从事这方面的企业和单位也很多，我国在气凝胶领域的发展态势必将很快会领先于世界。”沈军对气凝胶的未来发展充满信心。

气凝胶隔热片在锂电池包中的应用

顺应“双碳”发展“风口”

“双碳”大趋势下，也将预示着节能环保和新材料行业春天的到来。站在整个保温隔热材料市场金字塔模型的塔尖的气凝胶，也将迎来行业全面发展的“风口”，诸多气凝胶企业已经开始积极布局。

“气凝胶材料的应用发展一直是技术驱动、市场导向的，目前在‘超高性能’和‘更低成本’两个方向上努力。爱彼爱和凭借着自身‘材料+产品’的全产业链优势和长期技术积累，一直在深入探究气凝胶性能的提升，目前已取得实质性突破；降低成本一直是产业应用的持续要求，我们通过标准化、规模化、自动化生产以及工艺创新推动持续的降本，助推产品更多应用。”爱彼爱和新材料有限公司副总裁张光明介绍。

据了解，爱彼爱和的孔明牌气凝胶隔热片产品在新能源汽车细分市场处于领先地位，具备上游原材料加下游隔热片产品的全产业链优势，在材料、产品、生产设备、生产工艺等方面都有专利布局。目前该产品已全面覆盖国内前10名的动力电池企业，在产品性能、质量上保有良好口碑，帮助国内电池企业在超薄、耐高温、强隔热、大尺寸、大容量、长续航等技术方向上取得突破，更好地助力新能源产业应用普及。

另外，早在2017年，爱彼爱和就与宇通客车在电动客车防火安全领域展开合作，将气凝胶防火毯作为电池舱与乘客舱之间的防火隔离层进行应用，防护效果突出。随着2018年《电动客车安全技术条件》等强制标准的出台，气凝胶赢得了该市场的广泛认可，已成为每台电动客车的防火安全标配。

“安全问题一直是法规及政策关注的重点，《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB38031—2020）自2021年1月1号起生效实施，其中要求电池热防护的安全时限大于5分钟。但是，我们认为这个标准距离国际先进指标还有提升空间，热防护安全时限要到30分钟以上才能最大程度地保障乘员、车辆乃至周边的安全。”张光明表示，“目前新能源汽车产业在飞速发展，我们一方面做强做深现有的动力电池热防护市场应用，同时在整车防火安全、保温节能、电池热管理等方向也在做不断地探索，为‘双碳’目标的实现多做贡献，为更节能、更经济、更安全的乘用车多做贡献。我们的愿望是：安全带、气囊和气凝胶，一个都不能少！”

随着“双碳”发展“风口”的到来，气凝胶行业也将迎来新一轮发展。“目前国内能做出气凝胶产品的企业大概有20多家，但其中做得比较好的企业大概是5家左右，而既有能力做气凝胶、又有能力为汽车企业稳定配套的企业也就2-3家。”沈军分析，随着气凝胶产能的扩大，加上汽车行业的发展，已经占据市场一定份额的大企业会迅速扩产，同时也会不断有新的企业入局。当然，气凝胶市场的发展不会迅速爆发，这也需要一个过程。征途漫漫，期待气凝胶在新能源汽车领域健康发展，成为锂电时代的汽车必备，为人们的安全出行保驾护航！