為什么特斯拉/蔚來(lái)都在搶這種材料？3kg/m3的它竟是電池安全最后防線
文章來(lái)源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-04-21 14:08:22
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在新能源汽車(chē)行業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，如何提升車(chē)輛的安全性與性能成為了各大車(chē)企競(jìng)相角逐的關(guān)鍵領(lǐng)域。而在先進(jìn)材料的前沿探索中，氣凝膠憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，從航天軍工的“高精尖”領(lǐng)域逐步走向新能源汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)，正悄然改寫(xiě)著汽車(chē)工業(yè)的材料應(yīng)用格局。 作為科學(xué)界公認(rèn)的“隔熱之王”，氣凝膠以納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和極致隔熱性能，為解決新能源汽車(chē)電池?zé)崾Э亍㈦姍C(jī)過(guò)熱等行業(yè)痛點(diǎn)提供了革命性方案，成為新能源汽車(chē)邁向高能量密度、超快充與極致安全的核心材料。 一、氣凝膠：顛覆認(rèn)知的神奇材料 氣凝膠的本質(zhì)，是一種由凝膠轉(zhuǎn)變而來(lái)的多孔固體，其結(jié)構(gòu)中絕大部分為空氣，這種特殊的構(gòu)造賦予了它諸多令人驚嘆的特性。在材料科學(xué)領(lǐng)域，氣凝膠的組成與結(jié)構(gòu)極具特色。其制備通常是將凝膠中的液體成分替換為氣體，二氧化硅是最常用的基礎(chǔ)材料，此外，碳、氧化鋁以及間苯二酚-甲醛等聚合物也可用于制造不同類(lèi)型的氣凝膠 。 氣凝膠呈現(xiàn)出高度多孔且相互連接的納米級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形象地說(shuō)，它就像是一個(gè)孔隙達(dá)到納米尺度、內(nèi)部充滿(mǎn)空氣的超級(jí)海綿。這種結(jié)構(gòu)使得氣凝膠具備超高的孔隙率，最高可達(dá)99.8%，也正是因此，它擁有了輕盈的特質(zhì)，其密度通常在每立方厘米0.015到0.020克之間，甚至可能低于空氣密度。 在物理性質(zhì)方面，氣凝膠堪稱(chēng)“天生的隔熱專(zhuān)家”。極低的熱導(dǎo)率，一般處于0.012到0.020瓦每米開(kāi)爾文的范圍，使其成為目前最有效的隔熱材料之一。同時(shí)，氣凝膠還擁有超大的表面積，每克可達(dá)500到1000平方米，這一特性使其在催化、吸附等需要高表面接觸的應(yīng)用場(chǎng)景中也能大顯身手 。例如，將氣凝膠的表面展開(kāi)，就如同一片廣袤的納米級(jí)“反應(yīng)場(chǎng)地”，為各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)吸附提供了充足的空間。 氣凝膠的制造過(guò)程凝結(jié)了科研人員的智慧，主要涉及溶膠-凝膠技術(shù)和超臨界干燥方法。在溶膠-凝膠技術(shù)中，以二氧化硅氣凝膠生產(chǎn)為例，通常以四甲氧基硅烷（TMOS）或四乙氧基硅烷（TEOS）等硅前驅(qū)體為原料，通過(guò)水解和聚合過(guò)程形成二氧化硅網(wǎng)絡(luò)，即“溶膠”階段。隨著反應(yīng)推進(jìn)，溶液從液態(tài)“溶膠”轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)“凝膠”，二氧化硅顆粒相互連接形成三維結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)“老化”步驟，使凝膠結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固 。 而超臨界干燥方法則是氣凝膠制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能在不破壞氣凝膠精細(xì)結(jié)構(gòu)的前提下去除溶劑。在干燥階段，需使溶劑達(dá)到臨界狀態(tài)，此時(shí)液體和氣體的界限消失，通過(guò)嚴(yán)格控制高于溶劑臨界溫度和壓力的條件，以超臨界二氧化碳等常用流體溫和地去除溶劑，最終得到輕質(zhì)、多孔且能承受數(shù)倍自身重量壓力的氣凝膠材料。 二、氣凝膠“上車(chē)”：新能源汽車(chē)的安全革命 在新能源汽車(chē)向高能量密度、超快充與極致安全演進(jìn)的進(jìn)程中，氣凝膠從幕后走向臺(tái)前，成為破解電池?zé)崾Э?、電機(jī)過(guò)熱等難題的核心材料。其納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)（孔隙率＞90%）和僅3kg/m³的超輕密度，使其隔熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)陶瓷10倍，為新能源汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)提供了可靠保障。眾多新能源汽車(chē)品牌紛紛將氣凝膠應(yīng)用于動(dòng)力電池，以提升車(chē)輛的安全性和性能。 小米汽車(chē)在氣凝膠應(yīng)用上成果顯著。2025年發(fā)布的小米SU7 Ultra搭載寧德時(shí)代麒麟II電池包，在電池電芯之間鋪設(shè)170片1mm的超薄氣凝膠，該隔熱層能夠抵御1200℃火焰長(zhǎng)達(dá)15分鐘，為電池安全構(gòu)筑起堅(jiān)固防線 。而此前發(fā)布的小米SU7標(biāo)準(zhǔn)版、Pro版和Max版，分別搭載弗迪刀片電池、寧德時(shí)代神行電池和麒麟電池，電芯間同樣采用165片氣凝膠進(jìn)行隔熱防護(hù)，有效降低了電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)。 華為汽車(chē)旗下的問(wèn)界M9純電車(chē)型和智界S7，在電池安全防護(hù)上也大量運(yùn)用氣凝膠。問(wèn)界M9純電采用五層熱安全防護(hù)體系，其中航空級(jí)隔熱氣凝膠是關(guān)鍵一環(huán)，配合耐高溫云母板、絕緣云母體、納米級(jí)陶瓷絕熱層和超薄液冷降溫系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電池?zé)崾Э睾?0分鐘無(wú)明火，并通過(guò)16個(gè)安全點(diǎn)位傳感器實(shí)現(xiàn)碰撞后毫秒級(jí)高壓斷電 。 智界S7搭載“巨鯨”電池平臺(tái)，擁有業(yè)界最薄800V高壓電池包，其五層熱安全防護(hù)中的航空級(jí)隔熱氣凝膠，與耐高溫云母板、絕緣云母紙、納米級(jí)陶瓷絕熱層和超薄液冷降溫系統(tǒng)協(xié)同工作，不僅能主動(dòng)冷卻電池，還能確保無(wú)障礙排氣，保障電池安全穩(wěn)定運(yùn)行。 吉利汽車(chē)集團(tuán)在電池隔熱材料應(yīng)用上不斷創(chuàng)新。極氪麒麟電池系統(tǒng)采用氣凝膠與水冷板復(fù)合隔熱方案，有效提升了電池的散熱和隔熱性能 。 極氪001搭載的100kWh“極芯”電池包和2023款極氪001 WE 100kWh版本配備的CTP 3.0麒麟電池，通過(guò)氣凝膠等隔熱技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)續(xù)航，CLTC最大續(xù)航里程分別達(dá)到732km和1032km 。極氪神行電池系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化電芯之間的隔熱方案，采用回形框與超薄氣凝膠層結(jié)合的方式，在快充、續(xù)航以及體積集成效率、安全和成本之間尋求平衡。 上汽智己汽車(chē)在電池安全領(lǐng)域投入巨大，年均超200億元研發(fā)投入，并與寧德時(shí)代聯(lián)合開(kāi)發(fā)準(zhǔn)900V電池包。智己汽車(chē)在電池包內(nèi)部采用三元鋰6系中高鎳單晶高壓高倍率電芯，同時(shí)使用近200片航空級(jí)絕熱氣凝膠，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平，能高效將熱量精準(zhǔn)控制在特定區(qū)域，防止熱蔓延 。此外，PSG相變超材防火墻可耐受1000℃高溫10分鐘以上，與氣凝膠共同為電池安全鑄就雙重防線。 小鵬汽車(chē)同樣重視氣凝膠在電池安全中的應(yīng)用，2023年款P7i以及G6和G9全系標(biāo)配3mm氣凝膠隔熱防火層。全新P7i通過(guò)氣凝膠隔熱設(shè)計(jì)和熱管理效率優(yōu)化，使電池散熱能力提升160%，冬季續(xù)航提升15%，零度采暖能耗下降35% 。其電池包電芯間的3mm厚度氣凝膠可實(shí)現(xiàn)隔熱無(wú)熱蔓延無(wú)明火，搭配80片航天航空級(jí)氣凝膠，能耐受超過(guò)665℃的極高溫達(dá)20分鐘以上，極大提升了車(chē)輛的安全性。 廣汽乘用車(chē)傳祺新能源E9搭載巨灣插混超充電池，巨灣技研采用電芯間隔氣凝膠、防爆閥泄壓通道錯(cuò)位設(shè)計(jì)等安全防護(hù)技術(shù)，并結(jié)合云母+絕緣層及耐高溫材料，從電芯層面、組層面、液冷系統(tǒng)、BMS以及整包設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行安全性?xún)?yōu)化，確保電池在充電和車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的安全。 蔚來(lái)ET7在電池安全上也不甘示弱，2024款蔚來(lái)ET7搭載150kWh電池包，在電池模組間植入1mm厚CFAC阻燃層，成功通過(guò)2000℃噴火測(cè)試，為電池?zé)崾Э貭?zhēng)取了30分鐘的逃生時(shí)間 。有博主猜測(cè)，其150kWh電池包電芯間填充的氣凝膠-陶瓷纖維復(fù)合隔熱層，采用了與NASA航天器隔熱瓦同源的二氧化硅氣凝膠基材，并摻雜碳化硅納米線增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)熱系數(shù)低至0.015W/m·K，僅為傳統(tǒng)云母片的1/20 。 特斯拉作為新能源汽車(chē)行業(yè)的領(lǐng)軍者，在新款Model Y上應(yīng)用了4680電池、CTC方案和一體壓鑄技術(shù)，同時(shí)在電芯頂部（靠近電池包外殼區(qū)域）使用氣凝膠形成隔熱層，主要用于阻斷熱失控時(shí)高溫向車(chē)廂或相鄰電芯的傳遞，進(jìn)一步提升了車(chē)輛的安全性。 三、氣凝膠應(yīng)用：從安全到性能的全面賦能 氣凝膠在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用，不僅局限于電池隔熱以保障安全，還在提升車(chē)輛整體性能方面發(fā)揮著重要作用。由于氣凝膠密度極低，將其應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部，能夠在不影響強(qiáng)度和功能的前提下，有效減輕車(chē)身重量。對(duì)于新能源汽車(chē)而言，輕量化是提升續(xù)航里程的關(guān)鍵因素之一，氣凝膠的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的輕量化設(shè)計(jì)，從而降低能耗，延長(zhǎng)續(xù)航。 在電機(jī)系統(tǒng)中，氣凝膠同樣能大顯身手。電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，若不能及時(shí)散熱，將影響電機(jī)的性能和壽命。氣凝膠的隔熱性能可以有效阻隔電機(jī)產(chǎn)生的熱量向周?chē)考鬟f，同時(shí)其較大的表面積也有利于熱量的散發(fā)，幫助電機(jī)維持在合理的工作溫度范圍內(nèi)，提升電機(jī)的工作效率和穩(wěn)定性 。 此外，氣凝膠還可應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)飾材料，利用其良好的隔熱性能和隔音效果，為駕乘人員營(yíng)造更加舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境。在高溫環(huán)境下，氣凝膠能減少外界熱量傳入車(chē)內(nèi)，降低空調(diào)的能耗；同時(shí)，其多孔結(jié)構(gòu)能夠吸收和阻隔噪音，減少行駛過(guò)程中的噪音干擾。 四、未來(lái)展望：氣凝膠與新能源汽車(chē)的無(wú)限可能 隨著新能源汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)材料性能的要求也將越來(lái)越高。氣凝膠憑借其獨(dú)特的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用潛力，有望在新能源汽車(chē)領(lǐng)域得到更深入、更廣泛的應(yīng)用。 在未來(lái)，科研人員可能會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化氣凝膠的制備工藝，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，從而推動(dòng)氣凝膠在新能源汽車(chē)行業(yè)的大規(guī)模普及 。同時(shí)，隨著對(duì)氣凝膠性能研究的不斷深入，可能會(huì)開(kāi)發(fā)出更多具有特殊功能的氣凝膠復(fù)合材料，以滿(mǎn)足新能源汽車(chē)在不同場(chǎng)景下的需求。 例如，結(jié)合智能材料技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有自修復(fù)功能的氣凝膠隔熱材料，當(dāng)材料受到輕微損傷時(shí)，能夠自動(dòng)修復(fù)其結(jié)構(gòu)和性能，進(jìn)一步提升電池的安全性 ；或者將氣凝膠與儲(chǔ)能材料相結(jié)合，探索其在提高電池能量密度方面的應(yīng)用潛力。此外，氣凝膠在新能源汽車(chē)的其他部件，如燃料電池、氫氣管路等方面的應(yīng)用也值得期待，未來(lái)它或許將成為推動(dòng)新能源汽車(chē)技術(shù)革新的核心材料之一，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的動(dòng)力。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_573336.html 來(lái)源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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