近年来，新能源汽车市场迅速发展，数据显示，2023上半年，国内新能源汽车产销分别完成378.8万辆和374.7万辆，同比分别增长42.4%和44.1%。上截至上半年，中国新能源汽车保有量已超1620万辆。

在新能源车不断普及的同时，安全问题日益凸显，尤其是电池安全，因此锂离子电池热管理阻燃隔热材料市场需求呈现出井喷的发展趋势。目前，为了维持较高的续航里程，高能量密度下热失控是电池安全事故频发的主要原因。为了避免事故发生，当电池单体发生热失控后，要求电池系统在5 min内不起火、不爆炸，而要实现5 min的安全逃逸时间，因此需要对电池包的隔热材料进行改进，延缓故障电池包的爆炸时间。

新能源车起火

隔热材料的选择

目前常用的动力电池保温隔热材料有泡棉、塑料泡沫、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板、二氧化硅气凝胶等，电池组内隔热板是置于单体电芯之间，能够有效延缓或阻断单体电芯热失控向整个电池系统的传播的一种热防护装备。隔热材料需要具备以下性能：

①阻燃、耐高温；

②导热系数低；

③不产生有毒气体；

④防水防潮防震；

⑤质轻价低厚度薄。

对于以上特征，气凝胶可以说是完美符合。但由于气凝胶有限的机械强度，往往会与其他材料进行复合制备复合材料。因此有科学家提出，不妨结合“气凝胶”以及“陶瓷纤维纸”来制备一种复合材料，就能充分发挥两者的优势，增加其应用领域。

1、气凝胶

气凝胶是一种分散介质为气体的、具有连续三维多孔网络结构的低密度固体材料。经过近一个世纪的发展后，一系列的具有不同材质、结构及性能的气凝胶相继被合成，如各种烷氧基硅烷衍生的氧化硅气凝胶、金属氧化物气凝胶、金属单质气凝胶、高分子气凝胶、碳气凝胶及新型纳米碳气凝胶等。

气凝胶材料

其中，SiO₂气凝胶是一种独特的纳米多孔材料，其内部网络结构中含有90%以上的空气，具有许多独特的性质，如高比表面积（800～1000 m²/g）、低密度（可达3 kg/m³）、低导热系数[室温0.013 W/(m·K)]等，因此在保温隔热、吸附、光催化等领域均有广泛应用。

2、陶瓷纤维纸

陶瓷纤维纸是一种由硅酸铝耐火纤维通过湿法造纸工艺加工而成的一种陶瓷纤维制品，因其轻质、耐高温、绝缘性能好等特点而在各种工业领域得到广泛应用。它常被用作隔热、隔音、防火材料，特别是在高温环境下，如工业炉、热处理设备、火箭发动机等的隔热层。此外，陶瓷纤维纸也可用于电子器件、航天器件等领域，以满足特殊环境下的绝缘和隔热需求。根据纤维中氧化铝含量的不同，分不同的耐火等级，普通陶瓷纤维纸长期使用温度一般＞900℃，同时具有较好的抗拉强度。

陶瓷纤维纸及片材（来源：巴川コーポレーション）

3、二者复合的优势

虽然SiO₂气凝胶材料具有优异的隔热性能，但由于自身机械强度较差，必须与合适的载体相复合才能更好发挥其性能优势，目前以玻璃纤维针刺毯、预氧丝纤维毡、聚酯纤维毡等材料为基材，通过超临界工艺复合的SiO₂气凝胶复合材料已经广泛应用于新能源汽车单体电池隔热阻燃等领域——其中，新能源汽车锂离子动力电池组隔热阻燃是近几年的研究热点。

电池组

但由于普通无碱玻璃纤维基材长期最高使用温度不超过650℃，有机纤维基材高温下自身容易燃烧，因此需要有耐火度更高的基体材料与气凝胶复合，才能充分发挥其隔热阻燃优势，为电池组更好地提供保驾护航作用。

有研究表明，采用陶瓷纤维材料作为增强项，可以提高SiO₂气凝胶复合材料的力学性能。鹿晓琨等人以耐温1 300℃的陶瓷纤维纸（以下简称为“1300型陶瓷纤维纸”）为基材，吸附SiO₂气凝胶后经超临界干燥工艺制备了SiO₂气凝胶复合陶瓷纤维纸。

SiO₂气凝胶复合陶瓷纤维纸宏观表面形貌及微观形貌

实验结果表示，复合陶瓷纤维纸在300℃的导热系数，会根据不同含量的SiO₂气凝胶而改变，会呈现一个先降低后升高趋势。这是因为刚开始随着气凝胶添加量的增多，复合纤维纸中引入的纳米多孔结构增多，有效地阻碍了热量的对流传递，所以导热系数呈下降趋势，但随着气凝胶添加量的增多，气凝胶自身固相热传导的作用越发显现，当气凝胶添加量超过30%时，其自身固相热传导作用明显高于纳米孔结构对热量的对流传递阻碍作用，导致复合纤维纸导热系数不降反升。

添加量为30%时，复合材料导热系数最低

总结

总之，气凝胶与陶瓷纤维纸的复合，不仅能进一步提高复合材料的整体耐火度，同时更有利于发挥SiO₂气凝胶优良的隔热阻燃性能，在未来也有望成为应用于新能源汽车锂离子电池组热管理、提高电池安全性能的新技术方向。

资料来源：

鹿晓琨,王振宇,郑维金,等. SiO2气凝胶复合陶瓷纤维纸的制备及性能分析[J]. 造纸装备及材料,2023,52(11):88-90. DOI:10.3969/j.issn.1672-3066.2023.11.029.

浙江岩谷科技有限公司. 一种陶瓷纤维纸-硅气凝胶绝热复合材料的制备方法:CN202111024274.0[P]. 2021-12-03.

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