寧德氣凝膠在電池行業(yè)的應(yīng)用
文章出處:本站 人氣:26783 發(fā)表時(shí)間:2020-10-19 09:42:27
當(dāng)前電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣泛的莫過于鋰離子電池,從家用電器市場(chǎng)上的手機(jī)、電腦、ipad,新能源汽車、游船,以及武器裝備中所使用的熱電池,鋰離子電池的身影隨處可見。但由于鋰離子電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所用材料的特性,使其不可避免地存在保障問題。例如,鋰離子電池正、負(fù)隔膜的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性差,易造成電池內(nèi)部短路;在高溫下,電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng),導(dǎo)致電池溫度升高和電池內(nèi)部壓力升高;鋰離子電池電解液和負(fù)極材料都是易燃材料等。
鋰離子電池是目前電池行業(yè)應(yīng)用最廣泛的一種電池,從家用電器市場(chǎng)上的手機(jī)、電腦、ipad,到新能源汽車、游船、武器裝備中所使用的熱電池,鋰離子電池到處可見。但由于鋰離子電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所用材料的特性,使其不可避免地存在保障問題。例如,鋰離子電池正、負(fù)隔膜的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性差,易造成電池內(nèi)部短路;在高溫下,電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng),導(dǎo)致電池溫度升高和電池內(nèi)部壓力升高;鋰離子電池電解液和負(fù)極材料都是易燃材料等。
特別是動(dòng)力電池場(chǎng)景,由于其所需總電壓高、工作電流大等特點(diǎn),往往需要數(shù)千個(gè)單體電池成組使用,此時(shí)電池的保障性問題更為突出。舉例來說,特斯拉的汽車電池組使用了數(shù)千個(gè)單體鋰離子電池。在封閉空間內(nèi)大量蓄電池排列緊密,如果由于機(jī)械損傷、熱沖擊、內(nèi)部短路、過充等原因,導(dǎo)致部分蓄電池進(jìn)入熱失控狀態(tài),也會(huì)使周圍蓄電池溫度升高,進(jìn)而將熱失控?cái)U(kuò)散到整個(gè)蓄電池,造成整體燃燒、爆炸的災(zāi)難性后果。從當(dāng)前電池材料的技術(shù)水平來看,這個(gè)保障問題尚未從根本上得到解決。所以當(dāng)前對(duì)鋰離子電池進(jìn)行保溫、阻燃、防火保護(hù)是減少其熱失控危害的一種有效措施。
目前氣凝膠是導(dǎo)熱系數(shù)很低的固體材料,氣凝膠絕熱氈、隔熱板、隔熱紙等產(chǎn)品的隔熱性能較高可達(dá)普通產(chǎn)品的5倍以上,加上優(yōu)異的阻燃、柔軟、抗沖擊、隔音、降噪等特性,除了在工業(yè)節(jié)能、民用保溫等領(lǐng)域得到了很好的推廣外,隨著氣凝膠行業(yè)的發(fā)展,其在電池領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。
單核氣體凝膠保溫防護(hù)。
單個(gè)電芯的熱失控是整個(gè)電池包熱失控的根源,因?yàn)楫?dāng)單個(gè)電芯觸點(diǎn)的熱失控時(shí),會(huì)產(chǎn)生劇增的產(chǎn)熱,散熱遠(yuǎn)小于產(chǎn)熱,導(dǎo)致熱量傳遞到周圍電芯,進(jìn)而迅速引起周邊電池的大規(guī)模熱失控,形成保障隱患。所以在電池芯之間進(jìn)行熱防護(hù)是消除電池整體熱失控保障隱患的有效措施。為了阻止熱失控,在電芯之間增加隔熱層,使從失控的單體電芯向周圍的電芯擴(kuò)散,減少對(duì)電池組的傷害,同時(shí)也減少對(duì)周圍電芯的破壞。
單片機(jī)芯之間的絕緣材料,作為一種能有效地延遲或阻止單片機(jī)芯熱量失控?cái)U(kuò)散到整個(gè)電池系統(tǒng)的熱保護(hù)材料,必須具備以下幾個(gè)條件:
(a)阻燃(V0級(jí))
(b)耐老化,化學(xué)穩(wěn)定性好;
(c)無毒氣;
彈性好、導(dǎo)熱性低、防水、防潮、抗震動(dòng);
(e)重量輕,厚度薄。
現(xiàn)在常用的保溫材料有泡沫,超細(xì)玻璃棉,高硅氧棉,真空保溫板,氣凝膠等,各類保溫材料的優(yōu)缺點(diǎn):
由于氣凝膠的熱導(dǎo)率極低,研究人員通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了氣凝膠隔熱板對(duì)單體電芯的隔熱保護(hù)作用。采用6Ah容量組成20mm間距模塊,包覆4個(gè)200mm隔熱片,在兩個(gè)單體之間添加1cm厚度的氣凝膠隔熱片(圖1),進(jìn)行隔熱傳播試驗(yàn),驗(yàn)證了氣凝膠隔熱片對(duì)單體電芯之間隔熱傳播的阻斷作用。
試驗(yàn)結(jié)果表明,單體A發(fā)生熱失控后,旁邊未熱防護(hù)的空白單體B迅速受熱,出現(xiàn)熱失控,而單體間設(shè)置氣凝膠隔熱板時(shí),較高溫度僅為110℃,成功阻斷了6Ah單體在20mm間距內(nèi)的熱失控傳播,且無失控單體電壓基本不變,對(duì)單體電芯爆炸時(shí)電池包熱失控的保障隱患起到了良好的保護(hù)作用。
此外,氣凝膠具有良好的隔熱阻燃性能,可使單體間的保障距離進(jìn)一步降低。為節(jié)省更多的空間,并提高電池總功率,氣凝膠公司開發(fā)了一系列高性能超薄隔熱紙和其他產(chǎn)品,以滿足電池工業(yè)對(duì)保障,高能量密度的需求。
電池盒/箱的整體保護(hù)。
為了防止鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控,除了在電池單體之間、電池組件之間、電池艙與乘員艙之間設(shè)置熱失控保護(hù)裝置外,還必須在鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)中設(shè)置熱失控電芯對(duì)電池其他系統(tǒng)熱失控的熱阻,以防止熱失控?cái)U(kuò)散。氣凝膠氈除了具有優(yōu)良的保溫、防火、阻燃性能外,還具有柔軟的特性,可以任意剪裁加工。適用于各種形狀的電池模塊,電池盒和乘客艙之間的保溫保護(hù)。
對(duì)長(zhǎng)壽命熱電池而言,關(guān)鍵在于要有很好的保溫性能。該氣凝膠絕緣氈導(dǎo)熱系數(shù)極低,較高使用溫度可達(dá)900-1100℃,采用氣凝膠材料制成的熱電池保溫筒作為熱電池的隔熱層,可較好地滿足航空航天、武器等領(lǐng)域?qū)犭姵氐母咝阅堋㈤L(zhǎng)壽命要求。
伴隨著我國(guó)氣凝膠工業(yè)的發(fā)展,氣凝膠在電池領(lǐng)域中的應(yīng)用產(chǎn)品形式將更加多樣化,應(yīng)用范圍將由早期的軍用熱電池?cái)U(kuò)展到更多的民用領(lǐng)域,如新能源動(dòng)力電池、鋰離子電池、用于電子設(shè)備的蓄電池等的隔熱和隔熱保護(hù)。
- 上一篇: 寧德氣凝膠的主要用途及物理性能
- 下一篇: 寧德玻璃纖維針刺氈的特點(diǎn)
-
暫時(shí)沒有數(shù)據(jù)