气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料,可应用于-196~1200°C范围内的保温和保冷场景,具有超长的常规使用的寿命、超强的隔热能力、超高的耐火性能等,曾被《科学》杂志列为未来 10 大潜力新材料之一,是“一个能改变世界的材料”。
从硅基气凝胶产业链来看,硅源材料大致上可以分为无机硅源和有机硅源,无机硅源包括四氯化硅和水玻璃,有机硅源包括正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)、烷氧基硅烷等功能性硅烷。而下游的气凝胶制品包括气凝胶毡、气凝胶纸、气凝胶布、气凝胶板材、气凝胶粉末等,下游应用场景广泛,涉及石油化学工业、建筑建造、工业隔热、交通等领域。
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。大范围的应用于电动汽车、电动大巴车(A级防火)、电池隔热片、仪器仪表、家用电器(蓄热式电炉、冰箱)、电子通讯设备、航空航天、军用电子设备,非常适合于有限空间内的高效保温需求。
气凝胶能够有效解决锂电池安全问题。气凝胶主要使用在于动力电池电芯之间的隔热阻燃模组与壳体之间的隔热防震层、电池箱的外部防寒层和高温隔热层等。在新能源汽车方面气凝胶能够有效解决低温度的环境下磷酸铁鲤电池的保温问题以及高温环境下三元电池热失控扩散问题,是鲤电隔热的首选材料。
2020 年 5 月,工信部发布《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,增加电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在 5 分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。气凝胶由于其优良的耐温隔热性能成为着重关注的材料。
与传统锂电池隔热材料相比,气凝胶性能更优。目前常用的传统动力电池保温隔热材料有泡棉、塑料泡沫、超细玻璃棉、陶瓷 化硅橡胶等,与传统隔热片相比,气凝胶隔热片兼具阻燃性能高、体积轻及用量少的特点,综合性能更优。2020年以来,宁德时代、弗迪电池、中创新航、国轩高科、欣旺达等头部电池厂商纷纷开始使用气凝胶隔热片。
气凝胶的前驱体包括无机硅源和有机硅源,正硅酸乙酯是较为常用的有机硅源。从正硅酸乙酯到气凝胶原材料、纤维到气凝胶模切封装,以及封装相关的材料有哪些上市公司。泛锐熠辉、航天乌江、航天海鹰、宏柏新材、山东鲁阳节能、卡博特、弗迪电池、华陆新材料、浙江岩谷、赢创、比亚迪、广汽新能源、吉利、亿纬锂能、珈云新材、高观达、厦门力富、博硕科技、东莞硅翔、爱彼爱和、安鑫新材、比亚迪、东风汽车、晖能新材等。
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。
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。
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
广汽弹匣电池-----三维降温冷却系统-----网状纳米孔隔热材料(据推测是气凝胶)
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。
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。
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
气凝胶隔热片 真空封装 CCS热压叠层母排 热压PET成型机------ 玻璃纤维、陶瓷纤维、预氧丝气凝胶隔热片 泡棉 PET、PI膜、热熔胶、硅胶框
隔热材料:气凝胶、冷凝胶、硅胶、PET等绝缘隔热材料成型,滤芯材料成型机。
真空热压机大多数都用在玻璃纤维、陶瓷纤维、预氧丝气凝胶、泡棉隔热片以及封装材料如PET、PI膜,热熔胶、硅胶框等一体封装压合。
真空热压机设备适用于气凝胶、冷凝胶、硅胶、PET、CCS等材料的压合工艺,大多数都用在新能源汽车、动力电池电芯隔热垫热压成型。
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。
气凝胶PET膜隔热片真空热压贴合封装成型压合自动化产线+上市公司都在生产或使用气凝胶产品
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