伴随着新能源汽车、储能在动力电池领域的应用推广,汽车动力电池的安全性俨然成为无法回避的热点问题。在汽车行驶、充电或停放过程中,当单个电芯热失控时会产生大量热和可燃气体,如果没有得到妥善的防护,容易引起相邻电芯的连锁反应而引发电池热失控,导致汽车动力电池组整体热失控,进而引发汽车火灾等严重安全事故。

 

从2020年电池热失控问题受到重视以来,耐高温绝缘隔热材料也备受关注,例如气凝胶、云母、泡棉、陶瓷化硅胶、以及兴起的纳米板早期的特斯拉汽车采用云母板隔热抗热冲击方案;后来的特斯拉4680圆柱电池采用的聚氨酯灌封胶方案;东风岚图琥珀电池采用的有机硅灌封胶方案;小米汽车采用宁德时代麒麟电池提到的气凝胶隔热方案等等,都体现出了终端对耐高温绝缘隔热材料的重视与需求。

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一、气凝胶——隔热天花板
气凝胶被誉为“隔热天花板”,是目前已知导热系数最低的固体材料。在新能源汽车领域,气凝胶被用于电池包的隔热,以防止电芯短路引发的热失控扩散。从材料构成来看,气凝胶可分为无机气凝胶(如二氧化硅气凝胶)和有机气凝胶(如聚酰亚胺气凝胶)两大方向。
 
二氧化硅气凝胶成熟度最高、应用最广,导热系数可低至0.015~0.025W/(m·K);聚酰亚胺气凝胶是近年来的研发热点,比亚迪申请的聚酰亚胺气凝胶专利导热率仅0.012~0.02W/(m·K),其核心突破在于常压制备工艺,击中了传统气凝胶“量产困境”——无需昂贵的高压设备,在普通压力下就能生产,使得这一“航天级材料”有望从实验室走向大规模工业应用,将曾经的“奢侈品”变成可大规模应用的“工业耗材。
 

以下是气凝胶在主流车企电池方案中的典型应用案例:

  1. 小米汽车:2025年发布的小米SU7 Ultra搭载了全球首发的宁德时代麒麟II电池包,电芯之间铺设170片1mm的超薄气凝胶,整个隔热层能够抵御1200℃火焰长达15分钟。小米CTB电池还拥有行业顶级的17层高压绝缘防护和全方位14层硬核物理防护

  2. 宁德时代:在2025年慕尼黑车展上,宁德时代发布NP3.0电池安全技术,通过阻燃电解液、纳米点包覆正极材料、气凝胶隔热垫等八大技术支撑,从化学体系、结构到系统三个层级共同构建“安全铁三角”。此外,麒麟电池在大面隔热方面采用气凝胶隔热方案,有效阻止热量在电芯大面之间传递,同时采用气凝胶+硅胶框垫片形式间隔电芯以抑制电芯膨胀

  3. 比亚迪:在10C刀片闪充电池上,比亚迪在每个电芯单面铺设了约0.6mm厚的气凝胶纤维垫,作为隔热屏障以延缓热失控时间。与此同时,比亚迪还申请了“聚酰亚胺气凝胶”专利,探索更高性能的隔热材料方案

  4. 理想汽车:2025年,理想汽车与中国航天科工联合发布了“纳米燚盾”新材料,专门为动力电池热安全防护打造,通过对航天级隔热材料的定制化开发,获得更加优异的隔热性能

  5. 东风岚图:岚图独创“三维隔热墙”技术,其中琥珀电池采用有机硅复合材料包裹圆柱电芯,而云母电池则采用云母片加气凝胶叠层的方案,为电芯穿上多重“防火服

图源:东莞硅翔

 

二、云母板——传统耐温屏障
云母是一种天然层状硅酸盐矿物,能分裂成极薄的弹性片。云母有硬片和软卷两种形式,通常与硅胶混合加工成板状材料用于电池包防护。两种主要类型中,白云母可承受高达800°C的温度,金云母可承受1000°C以上的温度。云母材料凭借良好的电绝缘、热绝缘、阻燃和抗冲击性能,目前已成为模组与上盖板间、模组间热失控防护的主流应用材料之一
图源:创立宏
云母板可直接面对电芯喷阀火焰的冲击,在阻隔高温和火焰传递、防止“火烧连营”方面发挥着重要作用。云母可在锂离子电解液中浸泡500小时膨胀率小于0.1%,耐化学腐蚀性远超传统材料,为电池长寿提供双重保障
典型应用案例:
  1. 蔚来汽车:蔚来在模组之间安装耐高温的云母片,从源头阻断热量传导路径;五重无热蔓延安全设计将防护等级拉满,当监测到异常时,电池系统会迅速启动液冷系统智能控温

  2. 大众汽车:为了满足国标对热失控蔓延时间不低于5分钟的要求,大众MEB电池系统针对中国市场的版本专门在模组塑料盖上方增加了云母材质的隔热板,使热失控蔓延时间大于17分钟。ID.4X更是在电池包中间层加入云母材质,利用云母遇热体积膨胀1000倍的特性将电芯包住,确保热量不蔓延至座舱

  3. 华为问界/智界:问界M9纯电车型在电池安全方面采用五层热安全防护,其中就包含了耐高温云母板和绝缘云母体,支持电池热失控后30分钟无明火,并通过16个安全点位传感器实现碰撞后毫秒级高压断电

  4. 广汽埃安:在比亚迪、广汽等车企的电池包中,0.3mm厚的高温云母片被用作隔板材料,可将故障限制在单个模块内,从根源上杜绝热失控扩散。埃安弹匣电池的“分舱隔离”设计将电池包划分为多个独立舱室,舱室之间填充隔热层和吸热层,阻断热量扩散

 

三、陶瓷化硅橡胶材料
介于云母板和气凝胶隔热垫性能之间的方案,是硅橡胶材料,有发泡结构的隔热硅泡棉,也有复合材料等多种形态,复合材料最常规的是跟玻纤布压延复合的方案,行业俗称陶瓷复合带或耐高温陶瓷绝缘带。隔热硅泡棉主要应用在电芯间隔热,复合材料可以应用在汇流排上,做热电分离的绝缘防护等。无论是耐高温隔热,还是耐高温绝缘,都基于硅橡胶材料的陶瓷化特性来实现。
图源:达创科华
陶瓷化硅橡胶相较于气凝胶隔热垫,隔热和轻量化略逊一筹。但是相较于云母板,隔热和轻量化优势又很大,价格也是介于二者之间,所以陶瓷化硅橡胶的应用也受到一定的限制。但是陶瓷化硅橡胶的优点还是挺多的。
 
例如在工艺上,陶瓷化硅橡胶是连续化生产工艺,做成玻纤符合材料也是连续化生产,而且模切加工方便。而云母板是模压工艺,需要定制模具生产。气凝胶毡是连续化生产,但是封装成气凝胶隔热垫是定制化工艺。
 
所以基于陶瓷化硅橡胶易加工、隔热好、轻量化、可压缩等特性,可以跟云母板或者气凝胶毡等材料做复合材料,这块的专利和方案也不少。可以提升材料的耐高温隔热性能,也可以提升材料的回弹性来适配电芯的膨胀收缩。
 
陶瓷化硅橡胶在常温下具有橡胶弹性,火烧后不会像云母带那样发脆脱落,可以通过喷淋、震动试验。所以陶瓷化硅橡胶在耐高温绝缘这块的效果很好。
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经过十几年的发展与进步,陶瓷化硅橡胶在材料端和工艺端不断创新,开发了更多的功能性效果,如耐高温冲击、耐高温隔热、耐高温绝缘等等。这需要填料和硅橡胶的精准搭配,从而不断优化特性。
 
四、纳米板——高温性能稳定的新兴选择
纳米板的核心是以纳米级二氧化硅微孔结构为基础的隔热材料,和纯气凝胶相比,其固体骨架更致密,因此机械强度更好,能在一定程度上承受挤压和冲击。它的优势在于高温下性能稳定,600℃以上的导热系数上升幅度远小于气凝胶,且同样是是A级不燃材料。
在材料配方层面,CN119613079A专利公开了一种新能源汽车电池用纳米微孔隔热板,原料包括气相二氧化硅、碳化硅微粉、氮化硅陶瓷粉末、增强纤维、空心玻璃微珠及碳纳米管等多种组分。此外,山东大学孙教授团队与淄博赫鲁节能材料有限公司联合研发的石墨烯增强陶瓷纤维板,通过纳米级界面工程实现导电与隔热的统一,在1200℃高温下仍保持85%孔隙率,为复合功能材料的研发开辟了全新维度。

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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。气凝胶隔热片主要用于电池包中、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,同时也包括在生产过程中的设备,如超临界设备,热压机,模切设备。欢迎相关产业链人士加入。

作者 ab, 808