大数跨境

高效隔热 不懈探索|空天材料院为动力电池隔热提供新方案

高效隔热 不懈探索|空天材料院为动力电池隔热提供新方案 材荟智造
2025-01-13
1

新能源汽车电池若发生热失控,会造成严重的安全隐患,轻则浓烟,重则起火危害乘员安全。

为此,空天材料院与理想汽车建立联合实验室,围绕“电池安全,永无止境”合作探索,将航天级隔热材料进行“二次开发”,引入到电池系统中,打造了“纳米燚盾”,为能源汽车的安全出行打造全温域的隔热新材料。

动力电池起火是由于极端情况下,电池包内部的电芯发生“热失效”(电芯放热连锁反应引起其温度不可控上升的现象),并且在电芯间产生热蔓延,导致电池包产生热失控。


动力电池起火模拟过程

测试数据表明,热失效后的三元体系电芯表面最高温度可达到800℃以上,足以熔化铝合金材料。对于搭载三元体系电芯的电池包,电芯间在没有隔热措施的情况下,只要有一颗电芯热失效,会导致相邻电芯的温度也迅速提高,进而导致其接二连三地产生热失效,即热扩散现象,最终引起整个动力电池的起火。

因此,在动力电池内部,做好电芯与电芯之间的“隔热”防护,是防止动力电池起火的关键措施之一。

如果将电芯之间的热扩散比喻为一组多米诺骨牌,那么隔热材料就是在骨牌之间竖立了一堵坚实城墙。

“纳米燚盾”,其本质上仍属于硅系隔热材料,但是,相比传统的隔热材料,其有以下几点优势:

固相“壁垒”防护:“纳米燚盾”中的主体隔热成分,采用CVD法制备,并配合热压工艺,可以大幅提高核心隔热成分的占比,通过其形成更多的纳米多孔结构,实现无限长的固体壁垒热传导路径,并将空气“束缚”在纳米孔中,来抑制热对流和热传导,从而获得超低的导热系数。

高温抗辐射:一般纳米硅系材料对热辐射接近透明,而随着温度升高,热辐射逐渐占据传热的主导地位。“纳米燚盾”进行针对性的配方设计,添加特定红外波段的反辐射成分,有效遏制中高温段的热辐射传导,大幅降低热失效电芯到相邻电芯的辐射热量,从而改善隔热性能。

高温结构稳定性:通过引入微米、纳米级无机粉体及增强无机纤维等材料,并根据不同使用场景开展定制优化设计,使得产品的高温稳定性更高。

特种功能性涂层:常规纳米材料具有粉体易脱落,不易封装的问题。在“纳米燚盾”产品中,针对性开发了封装涂层,涂层具有超疏水和透气效果,有助于抑制外界温度变化导致的隔热垫内外压差增大的变化,降低涂层与纳米板分层的可能性,创新性的解决了纳米隔热材料的应用瓶颈问题。

经测试验证,“纳米燚盾”的隔热性能与传统的纤维复合气凝胶材料相比,隔热性能有明显的提升:

在材料层级,“纳米燚盾”具备了超低的导热系数,其在200℃、400℃、600℃和800℃的温度下,相比纤维复合气凝胶隔热材料的导热系数分别降低了31.4%、42.4%、51.6%和57.5%。温度越高,其导热系数的优势越明显。



在产品层级,以行业内最普遍采用的隔热垫厚度进行对比测试可知:

在2.5毫米厚度下,采用800℃加热板加热20分钟后,纤维复合气凝胶隔热垫的背温温度为270℃,而“纳米燚盾”材料在相同的条件下,背温温度可低至200℃,其隔热性能可提升70℃。

在3.2毫米厚度下,采用800℃加热板加热20分钟后,纤维复合气凝胶隔热垫的备温温度为260℃,而“纳米燚盾”材料在相同的条件下,背温温度可低至180℃,其隔热性能可提升80℃。


“纳米燚盾”材料,作为理想汽车和中国航天共同努力的结晶,可更有效防止热失控蔓延,提升电池的安全性,为家庭用户的每一次出行保驾护航。


注:此文章仅供参考,如涉及作品版权问题,请与我们联系,我们将在第一时间协商版权问题或删除内容!来源:空天材料院

【声明】内容源于网络
0
0
材荟智造
材料创新,荟聚智造
内容 0
粉丝 0
材荟智造 材料创新,荟聚智造
总阅读0
粉丝0
内容0