為什么特斯拉/蔚來都在搶這種材料？3kg/m3的它竟是電池安全最后防線
文章來源：賢集網 更新時間：2025-04-21 14:08:22
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在新能源汽車行業蓬勃發展的當下，如何提升車輛的安全性與性能成為了各大車企競相角逐的關鍵領域。而在先進材料的前沿探索中，氣凝膠憑借其獨特的性能優勢，從航天軍工的“高精尖”領域逐步走向新能源汽車的動力系統，正悄然改寫著汽車工業的材料應用格局。 作為科學界公認的“隔熱之王”，氣凝膠以納米級多孔結構和極致隔熱性能，為解決新能源汽車電池熱失控、電機過熱等行業痛點提供了革命性方案，成為新能源汽車邁向高能量密度、超快充與極致安全的核心材料。 一、氣凝膠：顛覆認知的神奇材料 氣凝膠的本質，是一種由凝膠轉變而來的多孔固體，其結構中絕大部分為空氣，這種特殊的構造賦予了它諸多令人驚嘆的特性。在材料科學領域，氣凝膠的組成與結構極具特色。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型的氣凝膠 。 氣凝膠呈現出高度多孔且相互連接的納米級網絡結構，形象地說，它就像是一個孔隙達到納米尺度、內部充滿空氣的超級海綿。這種結構使得氣凝膠具備超高的孔隙率，最高可達99.8%，也正是因此，它擁有了輕盈的特質，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。 在物理性質方面，氣凝膠堪稱“天生的隔熱專家”。極低的熱導率，一般處于0.012到0.020瓦每米開爾文的范圍，使其成為目前最有效的隔熱材料之一。同時，氣凝膠還擁有超大的表面積，每克可達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用場景中也能大顯身手 。例如，將氣凝膠的表面展開，就如同一片廣袤的納米級“反應場地”，為各類化學反應和物質吸附提供了充足的空間。 氣凝膠的制造過程凝結了科研人員的智慧，主要涉及溶膠-凝膠技術和超臨界干燥方法。在溶膠-凝膠技術中，以二氧化硅氣凝膠生產為例，通常以四甲氧基硅烷（TMOS）或四乙氧基硅烷（TEOS）等硅前驅體為原料，通過水解和聚合過程形成二氧化硅網絡，即“溶膠”階段。隨著反應推進，溶液從液態“溶膠”轉變為固態“凝膠”，二氧化硅顆粒相互連接形成三維結構，再經過“老化”步驟，使凝膠結構更加穩固 。 而超臨界干燥方法則是氣凝膠制造的關鍵環節，它能在不破壞氣凝膠精細結構的前提下去除溶劑。在干燥階段，需使溶劑達到臨界狀態，此時液體和氣體的界限消失，通過嚴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、多孔且能承受數倍自身重量壓力的氣凝膠材料。 二、氣凝膠“上車”：新能源汽車的安全革命 在新能源汽車向高能量密度、超快充與極致安全演進的進程中，氣凝膠從幕后走向臺前，成為破解電池熱失控、電機過熱等難題的核心材料。其納米級多孔結構（孔隙率＞90%）和僅3kg/m³的超輕密度，使其隔熱性能優于傳統陶瓷10倍，為新能源汽車的動力系統提供了可靠保障。眾多新能源汽車品牌紛紛將氣凝膠應用于動力電池，以提升車輛的安全性和性能。 小米汽車在氣凝膠應用上成果顯著。2025年發布的小米SU7 Ultra搭載寧德時代麒麟II電池包，在電池電芯之間鋪設170片1mm的超薄氣凝膠，該隔熱層能夠抵御1200℃火焰長達15分鐘，為電池安全構筑起堅固防線 。而此前發布的小米SU7標準版、Pro版和Max版，分別搭載弗迪刀片電池、寧德時代神行電池和麒麟電池，電芯間同樣采用165片氣凝膠進行隔熱防護，有效降低了電池熱失控風險。 華為汽車旗下的問界M9純電車型和智界S7，在電池安全防護上也大量運用氣凝膠。問界M9純電采用五層熱安全防護體系，其中航空級隔熱氣凝膠是關鍵一環，配合耐高溫云母板、絕緣云母體、納米級陶瓷絕熱層和超薄液冷降溫系統，可實現電池熱失控后30分鐘無明火，并通過16個安全點位傳感器實現碰撞后毫秒級高壓斷電 。 智界S7搭載“巨鯨”電池平臺，擁有業界最薄800V高壓電池包，其五層熱安全防護中的航空級隔熱氣凝膠，與耐高溫云母板、絕緣云母紙、納米級陶瓷絕熱層和超薄液冷降溫系統協同工作，不僅能主動冷卻電池，還能確保無障礙排氣，保障電池安全穩定運行。 吉利汽車集團在電池隔熱材料應用上不斷創新。極氪麒麟電池系統采用氣凝膠與水冷板復合隔熱方案，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，通過氣凝膠等隔熱技術的應用，實現了超長續航，CLTC最大續航里程分別達到732km和1032km 。極氪神行電池系統進一步優化電芯之間的隔熱方案，采用回形框與超薄氣凝膠層結合的方式，在快充、續航以及體積集成效率、安全和成本之間尋求平衡。 上汽智己汽車在電池安全領域投入巨大，年均超200億元研發投入，并與寧德時代聯合開發準900V電池包。智己汽車在電池包內部采用三元鋰6系中高鎳單晶高壓高倍率電芯，同時使用近200片航空級絕熱氣凝膠，遠超行業平均水平，能高效將熱量精準控制在特定區域，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。 小鵬汽車同樣重視氣凝膠在電池安全中的應用，2023年款P7i以及G6和G9全系標配3mm氣凝膠隔熱防火層。全新P7i通過氣凝膠隔熱設計和熱管理效率優化，使電池散熱能力提升160%，冬季續航提升15%，零度采暖能耗下降35% 。其電池包電芯間的3mm厚度氣凝膠可實現隔熱無熱蔓延無明火，搭配80片航天航空級氣凝膠，能耐受超過665℃的極高溫達20分鐘以上，極大提升了車輛的安全性。 廣汽乘用車傳祺新能源E9搭載巨灣插混超充電池，巨灣技研采用電芯間隔氣凝膠、防爆閥泄壓通道錯位設計等安全防護技術，并結合云母+絕緣層及耐高溫材料，從電芯層面、組層面、液冷系統、BMS以及整包設計等多方面進行安全性優化，確保電池在充電和車輛運行過程中的安全。 蔚來ET7在電池安全上也不甘示弱，2024款蔚來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2000℃噴火測試，為電池熱失控爭取了30分鐘的逃生時間 。有博主猜測，其150kWh電池包電芯間填充的氣凝膠-陶瓷纖維復合隔熱層，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機械強度，導熱系數低至0.015W/m·K，僅為傳統云母片的1/20 。 特斯拉作為新能源汽車行業的領軍者，在新款Model Y上應用了4680電池、CTC方案和一體壓鑄技術，同時在電芯頂部（靠近電池包外殼區域）使用氣凝膠形成隔熱層，主要用于阻斷熱失控時高溫向車廂或相鄰電芯的傳遞，進一步提升了車輛的安全性。 三、氣凝膠應用：從安全到性能的全面賦能 氣凝膠在新能源汽車中的應用，不僅局限于電池隔熱以保障安全，還在提升車輛整體性能方面發揮著重要作用。由于氣凝膠密度極低，將其應用于汽車內部，能夠在不影響強度和功能的前提下，有效減輕車身重量。對于新能源汽車而言，輕量化是提升續航里程的關鍵因素之一，氣凝膠的應用有助于實現車輛的輕量化設計，從而降低能耗，延長續航。 在電機系統中，氣凝膠同樣能大顯身手。電機在運行過程中會產生大量熱量，若不能及時散熱，將影響電機的性能和壽命。氣凝膠的隔熱性能可以有效阻隔電機產生的熱量向周圍部件傳遞，同時其較大的表面積也有利于熱量的散發，幫助電機維持在合理的工作溫度范圍內，提升電機的工作效率和穩定性 。 此外，氣凝膠還可應用于汽車內飾材料，利用其良好的隔熱性能和隔音效果，為駕乘人員營造更加舒適的車內環境。在高溫環境下，氣凝膠能減少外界熱量傳入車內，降低空調的能耗；同時，其多孔結構能夠吸收和阻隔噪音，減少行駛過程中的噪音干擾。 四、未來展望：氣凝膠與新能源汽車的無限可能 隨著新能源汽車技術的不斷發展，對材料性能的要求也將越來越高。氣凝膠憑借其獨特的物理性質和廣泛的應用潛力，有望在新能源汽車領域得到更深入、更廣泛的應用。 在未來，科研人員可能會進一步優化氣凝膠的制備工藝，降低生產成本，提高生產效率，從而推動氣凝膠在新能源汽車行業的大規模普及 。同時，隨著對氣凝膠性能研究的不斷深入，可能會開發出更多具有特殊功能的氣凝膠復合材料，以滿足新能源汽車在不同場景下的需求。 例如，結合智能材料技術，開發具有自修復功能的氣凝膠隔熱材料，當材料受到輕微損傷時，能夠自動修復其結構和性能，進一步提升電池的安全性 ；或者將氣凝膠與儲能材料相結合，探索其在提高電池能量密度方面的應用潛力。此外，氣凝膠在新能源汽車的其他部件，如燃料電池、氫氣管路等方面的應用也值得期待，未來它或許將成為推動新能源汽車技術革新的核心材料之一，為行業的可持續發展注入新的動力。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_573336.html 來源：賢集網 著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請注明出處。 |
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