目前電池行業(yè)應(yīng)用最廣泛的就是鋰離子電池了，從家電市場(chǎng)的手機(jī)、電腦、ipad，到動(dòng)力領(lǐng)域的新能源汽車、游船，再到武器裝備中用到的熱電池，鋰離子電池的身影無處不在。但是鋰離子電池由于其結(jié)構(gòu)特征及所使用的材料性質(zhì)導(dǎo)致了其不可避免的安全性問題。比如，鋰離子電池正負(fù)極之間隔膜的強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性不夠理想，容易導(dǎo)致電池內(nèi)部短路;較高溫度時(shí)，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)導(dǎo)致鋰離子電池溫度及內(nèi)部壓力的升高;鋰離子電池的電解液及負(fù)極材料均為易燃材料等。
尤其在動(dòng)力用鋰離子電池場(chǎng)景，由于動(dòng)力領(lǐng)域所需的總電壓高、工作電流大等特殊性，往往需要成千上萬只單體電池成組使用，這時(shí)候電池的安全問題就顯得更加突出。例如特斯拉的汽車電池組使用了數(shù)千只鋰離子電池單體。大量電池在密閉空間內(nèi)緊湊排列，若因機(jī)械損傷、熱沖擊、內(nèi)短路、過充等因素，導(dǎo)致某些單體進(jìn)入熱失控狀態(tài)，就會(huì)使周圍單體溫度也升高，繼而將熱失控傳播到整個(gè)電池組，最終造成整體燃燒、爆炸的災(zāi)難性后果。就目前的電池材料技術(shù)水平而言，該安全問題還未完全得到根本性解決。因此目前對(duì)鋰離子電池進(jìn)行隔熱、阻燃、防火防護(hù)是減少鋰離子電池發(fā)生熱失控造成危害的一個(gè)有效手段。
氣凝膠是目前可知的導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料， 氣凝膠絕熱氈、 氣凝膠隔熱板、氣凝膠隔熱紙等產(chǎn)品的隔熱性能最高可達(dá)普通產(chǎn)品的5倍之多，加之優(yōu)良的防火阻燃、柔軟抗沖擊、隔音降噪等功能，除在工業(yè)節(jié)能、民用保溫等領(lǐng)域達(dá)到良好的推廣外，隨著氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氣凝膠在電池領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。
單體電芯氣凝膠的隔熱防護(hù)
單體電芯的熱失控是整個(gè)電池包熱失控的源頭，這是因?yàn)楫?dāng)某單體電芯觸發(fā)熱失控時(shí),會(huì)產(chǎn)熱量驟增,散熱量遠(yuǎn)小于產(chǎn)熱量,導(dǎo)致熱量向周圍電芯傳遞，繼而會(huì)迅速引發(fā)周邊電池大規(guī)模熱失控，形成安全隱患。因此在電芯間進(jìn)行熱防護(hù)是消除整個(gè)電池包熱失控安全隱患的一個(gè)有效手段。電芯間的熱防護(hù)是在電芯間增加隔熱層，以阻斷熱失控從失控單體電芯向周圍電芯傳播，降低電池包的損害以及附帶的破壞作用。
單體電芯間的隔熱材料,作為一種能夠有效延緩或阻斷單體電芯熱失控向整個(gè)電池系統(tǒng)的傳播的一種熱防護(hù)材料,必須具備以下幾種條件:
- a.阻燃(達(dá)到V0等級(jí))
- b.耐老化，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定;
- c.不產(chǎn)生有毒氣體;
- d.彈性好，導(dǎo)熱系數(shù)低，防水防潮防振動(dòng);
- e.質(zhì)輕價(jià)低厚度薄
目前常采用的隔熱材料有泡沫塑料、超細(xì)玻璃棉、高硅氧棉、真空隔熱板、氣凝膠等.
氣凝膠具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，科研人員通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了氣凝膠隔熱板在單體電芯間的隔熱防護(hù)作用。通過將6Ah容量組成20mm間隔距離模塊包裹四塊200mm隔熱材料，并在兩只單體間增加 25px 厚度氣凝膠隔熱板進(jìn)行熱失控傳播實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了氣凝膠隔板在單體電芯間隔熱防護(hù)中對(duì)熱失控的阻斷作用。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，單體A發(fā)生熱失控后，旁邊未經(jīng)熱防護(hù)空白組單體B很快受熱，出現(xiàn)熱失控，而單體間設(shè)置氣凝膠隔熱板的實(shí)驗(yàn)單體B最高溫度只有110℃，成功阻斷了6Ah 單體在 20mm 間距下的熱失控傳播，且未失控單體電壓基本不變，對(duì)單體電芯爆炸引起電池包熱失控的安全隱患起到很好的防護(hù)作用。
除此之外，氣凝膠由于其優(yōu)異的隔熱阻燃性能，還可以進(jìn)一步降減小單體間安全距離。為了節(jié)省更多空間，提高電池組總動(dòng)力，氣凝膠企業(yè)開發(fā)了一系列高性能超薄氣凝膠隔熱板，隔熱紙等產(chǎn)品來迎合電池行業(yè)安全、高能量密度的需求。
電池組/箱整體防護(hù)
鋰離子動(dòng)力電池組熱失控事故時(shí)有發(fā)生，有關(guān)鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控的防護(hù)除了在電池單體之間,電池模組之間以及電池箱與乘客艙之間也需要設(shè)置熱防護(hù),以提高熱失控電芯向電池其他系統(tǒng)傳熱的熱阻,從而達(dá)到阻礙熱失控蔓延的目的。氣凝膠氈除具有優(yōu)異的隔熱、防火、阻燃性能外，還具有柔軟、可任意裁剪、加工的性能。可用于形狀各異的電池模組、電池箱與乘客艙之間的隔熱防護(hù)。
熱電池用氣凝膠防護(hù)
熱電池由于具有放電電流密度大、存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)、工作時(shí)不易受環(huán)境溫度影響的特點(diǎn)，在武器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從JAS-39輕型戰(zhàn)斗機(jī)緊急救生電源采用的EAP-12188電池，全球定位遠(yuǎn)程炮上的GPS-9電池，聲納浮標(biāo)上的AN/SSQ-62 C電池，到各類導(dǎo)彈、炮彈上都可以見到熱電池的影子。熱電池的一般工作溫度在450″C～600″C之間，整個(gè)放電過程依賴于初始的熱“輸入”，而電池放電壽命依賴于電池冷卻速率和電池的冷凍溫度。
對(duì)于長(zhǎng)壽命熱電池來說，關(guān)鍵問題就是要有很好的保溫材料。氣凝膠保溫氈具有超低的導(dǎo)熱系數(shù)，最高使用溫度可達(dá)到900-1100℃，使用氣凝膠材料制作的熱電池保溫筒作為熱電池的隔熱層可以完美的解決航空航天、武器領(lǐng)域?qū)犭姵馗咝阅堋㈤L(zhǎng)壽命的要求。
隨著我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氣凝膠在電池領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品形式將更加多樣化，應(yīng)用范圍也將從最早的軍用熱電池蔓延到更多的民用電池領(lǐng)域，如新能源動(dòng)力電池、電子設(shè)備用鋰離子電池、蓄電池等方面的保溫隔熱阻燃防護(hù)。
