有一种黑科技新材料,它身躯纤小轻薄,却往往出现在灼热的火焰前或者极寒的冰冷中,阻挡烈焰与冰寒。随国家政策对气凝胶的逐渐重视,它低调地出现在我们身边,保护人们的生活与生产。
发展新能源汽车是我国应对气候平均状态随时间的变化、推动绿色发展的战略举措之一。在人们追求更高效、更安全、更环保的高质量生活的今天,新能源动力电池也在不断迭代升级。顺应大势、发展迅猛的新能源汽车,需要一种可满足电池热失控后阻隔热量传导、保护电池运行温度作用、缓震抗冲击等需求的产品。
于是,气凝胶便进入新能源车行业视野。打开新能源动力电池模组包,一排排的电池紧密排列,在电池与电池之间有一片薄薄的黑色软垫,薄的有不到0.5mm,厚的也不超过3mm。这就是气凝胶。
在单体电芯发生热失控时,在电池单体之间、电池模组之间以及电池箱与乘客舱之间的气凝胶通过发挥其高温下极为优异的隔热能力,阻隔大量热量传递至邻近电芯和模组,极大降低了整车热失控的风险,也增加了人员逃生时间。同时,电池的性能会受温度影响,温度过低时电池充电慢、耗电快,气凝胶也能把电池温度维持在一个合适范围。
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,将具备优秀能力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。具备超长常规使用的寿命、超强隔热性能、超高防火性能、超优机械性能的附加特点,气凝胶产品大范围的应用于军工航天、热力管网、石油化学工业、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。
气凝胶凭借超低的导热系数、超疏水、A1级阻燃、使用温度范围广(-200~650℃)、寿命长、抗压、无毒等特点,被认为是目前可应用于新能源汽车及动力电池最薄最高效的保温隔热材料,可以有实际效果的减少电池组自燃概率。此外,由于气凝胶保温效果更持久,非常擅长处理寒冷的冬天,因此能改善新能源电池组的耐久性问题,提升电池组低温表现,延长电池组使用寿命。
目前气凝胶材料在动力电池市场上的应用逐渐被市场认可,主要由下游电池厂向中游的包封模切厂直接下单采购可直接用于动力电池上的气凝胶隔热产品,中游企业向上游气凝胶原材料厂商采购气凝胶原材料来加工。宁德时代方形电芯产品使用方案为在电芯之间安装气凝胶插片,上汽通用在纯电动MAV别克微蓝电芯中使用纳米气凝胶。
电池隔热垫是以预氧丝或别的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,大多数都用在动力锂电池电芯间的热防护,可防止电芯热失控,大幅度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。气凝胶隔热垫还拥有非常良好的压缩性能,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。
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,在保证电池低温度的环境下的使用性能的同时,能为空间存在限制的电池包节省更多宝贵空间。
气凝胶隔热材料在新能源汽车领域主要使用在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,大幅度降低电池发生热失控的可能性。
宁德时代麒麟电池-----口琴管内外双层冷却板置于电芯双面实现大面积冷却,倒置排爆-----电芯间/水冷板+气凝胶
比亚迪刀片电池-----无模组设计,导热更快,电池扁长化,散热面积大,水冷板置顶-----气凝胶、陶瓷化硅橡胶
广汽弹匣电池-----三维降温冷却系统-----网状纳米孔隔热材料(据推测是气凝胶)
由于麒麟电池采用宁德时代第三代CTP技术,麒麟电池在结构上发生改变,这将助推相关材料的升级与增长,预计将给水冷板、导热球铝、LIFSI、聚氨酯、气凝胶、绝缘材料等带来投资机遇,此外气凝胶原材料后经过裁切、喷涂、烘干、模切、丝印、模切、封边等加工工序制成气凝胶隔热产品,这也将带动一波设备需求。
新能源电池安全管理解决方案呼之欲出,特别是具有隔热、阻燃等功能特点的新材料受到市场青睐,气凝胶隔热片是其中最重要的新材料之一。气凝胶隔热片大多数都用在电池包中、电池单体之间的隔热、阻燃,也可用于车身的隔热、阻燃。气凝胶企业产业链从成胶,封装,到电池包、管道等下游应用,从材料的前驱体到各种纤维如陶瓷纤维,玻璃纤维,泡棉等,以及封装材料如PET、PI膜,热熔胶、硅胶框等,同时也包括在生产的全部过程中的设备,如热压机,模切等设备。
2021年响应国家从系统层面考虑锂电池安全性的要求,鑫台铭配合新能源电池企业以及它供应链开发了针对防火、阻燃、隔热、保温、节能、减排系列功效的各类气凝胶压合设备及其自动化解决方案。
隔热材料:气凝胶、冷凝胶、硅胶、PET等绝缘隔热材料成型,滤芯材料成型机。
真空热压机大多数都用在玻璃纤维、陶瓷纤维、预氧丝气凝胶、泡棉隔热片以及封装材料如PET、PI膜,热熔胶、硅胶框等一体封装压合。
真空热压机设备适用于气凝胶、冷凝胶、硅胶、PET、CCS等材料的压合工艺,大多数都用在新能源汽车、动力电池电芯隔热垫热压成型。
真空热压机、快速压合机适用于气凝胶、冷凝胶材料表面覆盖膜、保护胶片的压合,依压合条件之变化,补强胶片,盖膜内层板压合等。
设备适用于气凝胶、冷凝胶、硅胶、PET、CCS等在允许电压下不导电的材料成型,大多数都用在新能源动力电池电芯隔热垫热压成型。
适用产品:以新能源电动车锂电池气凝胶垫导热垫隔热棉贴双面胶为主,要求在平面、小弧面等贴标/膜产品,完成1-5mm厚的片状产品表面居中双面胶粘贴。
针对气凝胶不同生产的基本工艺要求,换成不同的工装,可生产不一样规格的气凝胶产品。
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