、并在孔隙中充满气态分散介质的固体材料,是 世界上最轻的固体。由于独特的结构,气凝胶在热学、声学、光学、电学、力学等多个领域都展示出优异的性能。
气凝胶的是一个广义概念,元素周期表上几乎所有元素的单质或化合物都能通过溶胶-凝胶法制备成气凝胶。有些气凝胶是有机物,如纤维素气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、酚醛气凝胶等;有些气凝胶是无机物,无机气凝胶中有的是单质气凝胶,如纯碳气凝胶,很多是化合物气凝胶,如SiO₂气凝胶、TiO₂气凝胶、ZrO₂气凝胶、Al₂O₃气凝胶、WO₃气凝胶、 SiC气凝胶等。根据应用的需要,可以将多种不一样的种类的气凝胶进行杂化,如SiO₂和Al₂O₃杂化的耐高温的气凝胶、有机物与SiO₂杂化的增强型气凝胶等。
气凝胶是由纳米孔洞与纳米骨架组成的三维连续多孔材料,独特的结构使其具有许多常规材料无可比拟的特性,最显著的就是导热系数极低。
气凝胶隔热原理为:热传导、热对流、热辐射三个方面分别可达到“无穷长路径”效应、“零对流”效应、“无穷多遮热板” 效应。
“无穷长路径”效应:气凝胶的网状骨架无限延长热传导路径,热量难以在气-固界面传导。
“零对流”效应:气凝胶的孔径(20-50nm)小于空气的平均自由程(70nm)故内部空气无法自由流通。
“无穷热隔板”效应:气凝胶的网络骨架形成“无穷热隔板效应”对热辐射具有遮蔽作用。
静止空气常温热运动平均自由程69纳米,气凝胶平均孔径都小于60纳米,空气分子被锁住而不可以进行对流传热。
气凝胶纳米材料配合红外遮光剂,可以轻松又有效遮蔽并反射红外热辐射,避免以热辐射形式散失热量。
气凝胶优秀特性为: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。
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。
为抑制电池热蔓延多以经过加工封装的气凝胶毡制成气凝胶垫安装分布于电芯之间。当动力电池发生内部或外部短路后,短时间内电池释放出大量热量,温度急剧升高,导致热失控,通过热扩散,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。这就好比在茂密的森林之中,如果一颗树木被引燃,会逐渐蔓延起来,形成大范围的森林火灾。
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。
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。
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。
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。