摘要：近年來，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛。鋰離子電池因其能量密度大、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢成為應用最廣泛的動力電池，但其在極端條件下存在熱失控安全問題。氣凝膠作為一種新型納米多孔隔熱材料，復合材料耐溫可達1000℃以上，其憑借優(yōu)異的隔熱性能及輕質(zhì)、防火、環(huán)保等特性，被逐漸應用于新能源汽車電池電芯隔熱防火。本文介紹了鋰離子電池熱失控現(xiàn)象及熱防護措施，常用的氣凝膠隔熱材料及其應用于鋰電池中的性能優(yōu)勢，并與傳統(tǒng)動力電池隔熱材料進行對比，最后對其應用前景進行展望。
關(guān)鍵詞：鋰離子電池；熱失控；熱防護；氣凝膠；隔熱材料
引言
隨著碳中和碳達峰政策的推進，新能源汽車行業(yè)近年來發(fā)展迅猛。《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中提出推動我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[1]。動力電池作為新能源汽車的核心部件，對于新能源汽車的性能、安全性和壽命有很大影響，其技術(shù)發(fā)展水平對于新能源汽車的發(fā)展和規(guī)?；瘧镁哂兄匾饬x[2-3]。
鋰離子電池由于能量密度大、充放電循環(huán)壽命長、工作溫度范圍大、無記憶效應[4]等優(yōu)點，在當前新能源汽車行業(yè)應用中占有最大的市場份額。但在過熱、過充等非正常情況下，鋰離子電池會發(fā)生熱失控，短時間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，易導致燃燒、爆炸等現(xiàn)象[5]。近年來，針對電池組的熱失控傳播問題，主要通過熱防護技術(shù)來解決，在電池組內(nèi)增加隔熱層，以阻斷熱失控從失控單體向周圍單體傳播，降低電池組的損害及附帶的破壞作用[6]。
氣凝膠是由納米粒子相互連接而成的三維納米多孔結(jié)構(gòu)材料，具有密度低（低至0.003g/cm3）[7]及比表面積大（800～1200m2/g）[8-10]、孔隙率高（達98%以上）[11]、熱導率低（低至0.013W/(m·K)）[12-13]、介電常數(shù)低(1.0～2.0）[14]等優(yōu)異性能。氣凝膠隔熱材料兼具阻燃性能高、體積輕及用量少的特點,性能較傳統(tǒng)動力電池隔熱材料優(yōu)異，逐漸成為動力電池電芯隔熱材料的最佳選擇[15]。本文綜述了鋰離子電池熱失控誘因及采取的熱防護措施，常用氣凝膠隔熱材料及其相比傳統(tǒng)動力電池隔熱材料的性能優(yōu)勢，并介紹其在鋰離子電池中應用的研究現(xiàn)狀。
1、 鋰離子電池熱失控與熱防護
電池熱失控[16]指蓄電池電流和電池溫度發(fā)生積累性增強作用并逐步損壞，先后發(fā)生膨脹鼓包、冒煙、起火、燃燒等現(xiàn)象，期間電池內(nèi)部的電能和化學能轉(zhuǎn)化為大量熱能，根據(jù)傳熱學原理，熱量自發(fā)傳遞到周圍電池或電氣部件中，造成周圍電池發(fā)生過溫熱失控，最終引起整個電池系統(tǒng)起火燃燒或整車燃燒[17]。
1.1 熱失控誘發(fā)因素
誘發(fā)動力電池熱失控的原因復雜，大體可分為機械濫用[18]（針刺、擠壓變形、外部碰撞)、電濫用[19]（過充過放電、短路)、熱濫用[20](過熱，熱管理系統(tǒng)失效)及電池老化引起電池內(nèi)短路等。不論何種方式導致電池熱失控都會伴隨電池的溫度急劇升高，達到安全閾值極限，導致電池熱失控。圖1為鋰離子電池熱失控誘發(fā)原因示意圖。
圖1 鋰離子電池熱失控誘發(fā)原因
Fig.1 Causes of thermal runaway of lithium-ion battery
機械濫用的起因通常是電池或電池組遭受外力影響，引起電池機械變形和結(jié)構(gòu)破壞。在汽車碰撞事故中，電池組可能受到擠壓而發(fā)生變形或被尖銳部件刺穿，造成隔膜破壞和電解液泄漏，導致電池發(fā)生內(nèi)短路瞬間釋放大量熱量，從而誘發(fā)電池熱失控[21]。電濫用中電池過充過放會引發(fā)內(nèi)部的副反應，導致電池的正負極活性物質(zhì)、固體電解質(zhì)界面（SEI膜）及電解液等內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生分解，進而釋放反應熱，危害動力電池的使用安全[22]。熱濫用是環(huán)境溫度過高造成電池過熱，使熱管理系統(tǒng)失效，誘發(fā)內(nèi)部隔膜收縮分解，導致內(nèi)短路和熱失控[23]。此外，電池自身狀態(tài)也是引發(fā)熱失控的重要因素之一，電池正常循環(huán)充放電使用過程中，其會隨著使用而老化，電池內(nèi)部出現(xiàn)鋰沉積、電極被結(jié)構(gòu)破壞、電極材料發(fā)生相變、正負極活性材料和電解質(zhì)分解等現(xiàn)象[24-27]，導致電池容量衰減和內(nèi)阻增加，使電池系統(tǒng)安全性能衰退，不良副反應生成金屬枝晶等，易刺穿隔膜，引發(fā)電池局部內(nèi)短路[28]。
1.2 熱防護措施
熱失控傳播迅速、燃燒火焰大、破壞力強，實際電池包中極易引起大量電池單體過溫，熱量快速擴散引起大規(guī)模失控，從而造成整個電池系統(tǒng)或整車起火燃燒。通過系統(tǒng)手段遏制熱失控或延緩蔓延時間，提高電池系統(tǒng)安全性，第一條思路是優(yōu)化電池制造過程遏制熱失控誘因的發(fā)生，但這較為考驗電池企業(yè)的綜合制造能力，目前多數(shù)電池企業(yè)的安全制造能力不過關(guān)，第二條思路是依靠隔熱材料切斷熱失控傳播，這對電池企業(yè)而言門檻較低，因此防止熱失控傳播擴散是解決熱失控的一個重要手段[29]。其主要采取熱防護技術(shù)，在電池組內(nèi)增加隔熱層，具有延長電池熱失控蔓延時間、降低模組中電池熱失控最高溫度和防止電池失控噴閥時著火的作用，可提高電池組運行安全性能[30]。
MUNIZ[31]提出了一種熱防護措施，通過在方形電池單體間設(shè)置隔熱層，阻斷失控單體向臨近單體傳熱，同時，隔熱層不完全封閉，單體之間留有對流通道，有利于失控單體產(chǎn)生的熱量在整個電池包內(nèi)散熱，避免局部過熱。電池組內(nèi)的隔熱板是置于單體電芯之間，能有效延緩或阻斷單體電芯熱失控向整個電池系統(tǒng)傳播的一種熱防護裝備（圖2），需具備阻燃、耐高溫、導熱系數(shù)低、不產(chǎn)生有毒氣體、質(zhì)輕厚度薄等性能，氣凝膠隔熱材料兼具以上特性，且安全性能優(yōu)異，被認為是目前應用于新能源汽車動力電池最薄最高效的保溫隔熱材料。
圖2 電池單體間隔熱的阻隔模型[29]
Fig.2 Barrier model of thermal insulation between cells[29]
2、 氣凝膠隔熱材料
從1931年由Kistler第一次成功制備氣凝膠以來，各種新型氣凝膠層出不窮，氣凝膠體系不斷拓展[32]。根據(jù)材料成分不同，氣凝膠可分為有機氣凝膠和無機氣凝膠[33]。受自身耐溫性低的限制，有機氣凝膠使用溫度不超過300℃。無機氣凝膠按組成元素又分為氧化物氣凝膠和非氧化物氣凝膠。非氧化物氣凝膠主要為碳氣凝膠，碳在真空或惰性氣氛環(huán)境下能耐較高溫度，但在空氣環(huán)境下，高于350℃便會發(fā)生氧化甚至燃燒，耐溫性能急劇下降[34]，而鋰離子電池熱失控峰值溫度超過600℃。氧化物氣凝膠隔熱材料具有耐高溫、低熱導的性能，更適用于高溫隔熱領(lǐng)域。
氣凝膠因其獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及高孔隙率、低密度等特點，脆性大，力學性能較差，且在高溫環(huán)境下受輻射熱導率影響，損害了其隔熱性能，因此在很多領(lǐng)域中，純氣凝膠很難作為隔熱材料單獨使用，需要通過與其他材料復合才能達到應用效果[35]。
2.1 SiO2氣凝膠隔熱材料
SiO2氣凝膠是一種新型輕質(zhì)保溫隔熱材料，是目前研究最廣泛、最成熟的氣凝膠種類，相比聚氨酯泡沫、礦物棉等傳統(tǒng)保溫隔熱材料，其優(yōu)勢明顯（圖3），被廣泛應用于航空航天、工業(yè)管道、建筑保溫及新能源汽車等保溫隔熱領(lǐng)域。近年來，針對SiO2氣凝膠隔熱材料的研究主要集中在力學增強、抑制高溫輻射傳熱等方面[37]。
圖3 常見保溫隔熱材料的導熱系數(shù)[36]
Fig.3 Thermal conductivity of common thermal insulation materials[36]
2.1.1 纖維復合SiO2氣凝膠隔熱材料
針對力學性能差的問題，目前已有多種增強方法，包括纖維增強法、聚合物交聯(lián)法和有機-無機雜化法等，其中研究較多、最有效且常見的是纖維增強法[38]。纖維增強法制備的復合材料指在氣凝膠溶膠階段與纖維增強體復合，隨后通過凝膠、老化、干燥等過程制備得到的保溫隔熱氈墊[39]。
纖維分有機有機纖維（聚丙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維等）和無機纖維（硅酸鋁纖維、陶瓷微纖維和玻璃纖維等）[40]。無機纖維具有高熱穩(wěn)定性和低熱膨脹系數(shù)，用其增韌氣凝膠氈墊具有更寬的溫度適用范圍。有機纖維熱穩(wěn)定性差，并不適用于實際保溫隔熱應用[41]。20世紀90年代以來，國內(nèi)外利用不同的纖維材料來增強氣凝膠材料韌性，首次出現(xiàn)了氧化硅氣凝膠與納米短纖維復合的納米復合材料[42]。
Huang等[43]通過離子濃度調(diào)節(jié)在水玻璃基硅溶膠中引入乙醇作為主要溶劑，以六甲基二硅氧烷作為改性劑，采用溶膠-凝膠工藝，經(jīng)凝膠-老化-干燥等步驟制備了玻璃纖維增強SiO2氣凝膠（圖4），具有出色的抗彎曲能力（彎曲彈性模量高達11.94MPa），導熱系數(shù)可低至0.026W/(m·K)，此外整個制備周期減少到20h。Jiang等[44]用小直徑玻璃纖維氈作為增強體，常壓干燥制備了三種不同纖維體積分數(shù)（4.5%、6.8%、9.1%）的SiO2氣凝膠復合材料，常溫干燥的氣凝膠復合材料的導熱性能下降，而彎曲強度則隨著纖維體積含量的增加而提高，最大可達1.4MPa，具有較低的導熱性（0.022W/(m·K), 650℃）和較高的機械性能。馮堅等[45]將無機陶瓷纖維與SiO2溶膠混合，經(jīng)超臨界干燥制備了SiO2氣凝膠隔熱復合材料，纖維的加入提供了力學支撐，增強了氣凝膠骨架強度，同時減少了輻射傳熱。
圖4 玻璃纖維增強SiO2氣凝膠制備流程圖[43]
Fig.4 Flow chart of preparation of glass fiber reinforced silica aerogel[43]
2.1.2 遮光劑復合SiO2氣凝膠隔熱材料
SiO2氣凝膠對近紅外光（波長3～8μm波段）透過性較強，導致SiO2氣凝膠在高溫環(huán)境下熱導率急劇上升，從而失去隔熱材料應有的隔熱效果[46]。因此，合理選用遮光劑種類、粒徑和摻雜量能有效降低材料在高溫環(huán)境中的輻射熱導率，起到增強SiO2氣凝膠高溫隔熱效果的作用。X.D.Wang等[47]研究了目前容易制得的6種遮光劑型SiO2復合氣凝膠（ZrO2、TiO2、Al2O3、SiC、煤灰、炭黑），結(jié)果表明加入遮光劑能大幅降低氣凝膠的高溫熱導率，遮光劑的體積分數(shù)和粒徑對熱導率均有較大影響，此外炭黑的高溫輻射熱導率最低，但溫度過高容易炭化，而SiC的整體效果最好（圖5）。
圖5 不同遮光劑復合氣凝膠的輻射熱導率[47]
Fig.5 Radiative thermal conductivity of composite aerogels with different sunscreens[47]
Parale等[48]通過摻雜Y2O3 合成了SiO2 氣凝膠，提高了氣凝膠在高溫下的隔熱性能，有效降低了高溫熱導率，1000K時導熱系數(shù)為0.080W/(m·K)，在相同溫度下低于純SiO2氣凝膠（0.104W/(m·K)）。劉鶴等[49]研究不同溫度下遮光劑種類、粒徑和含量對氣凝膠復合材料輻射特性的影響，結(jié)果表明，溫度低于600K時應優(yōu)先選擇熱導率低的遮光劑，溫度高于600K時應選擇遮光性能好的遮光劑；溫度較低時（T<750K），粒徑分布對復合氣凝膠材料等效熱導率的影響較小。相較于顆粒狀紅外遮光劑，纖維也可用于抑制SiO2氣凝膠隔熱材料的高溫輻射傳熱[50]，利用纖維在隔熱材料中的高體積分數(shù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)對紅外輻射的有效遮蔽。
2.2 多組分氣凝膠隔熱材料
SiO2氣凝膠耐高溫性能有限，其在600℃左右開始燒結(jié)和致密化，導致孔結(jié)構(gòu)坍塌，比表面積減小[51]，限制了其在高溫領(lǐng)域的應用。Al2O3氣凝膠具有較好的耐高溫和熱穩(wěn)定性，在1000℃下也能保持良好的納米孔結(jié)構(gòu)，且具有很低的熱導率，是目前有氧環(huán)境下耐溫和隔熱性能突出的氣凝膠材料[52]。但純Al2O3氣凝膠在高溫條件下會發(fā)生一系列的相變（圖6），γ、δ和θ晶型都為尖晶石結(jié)構(gòu)，α晶型為密排六方結(jié)構(gòu)，因此1000℃以上發(fā)生的α-Al2O3相變會發(fā)生體積收縮，導致孔結(jié)構(gòu)坍塌，引起比表面積急劇下降，最終失去原有的良好隔熱性[53]。研究表明[54]，在Al2O3氣凝膠中引入Si、La、Ba等元素，形成二元或多元的氧化物氣凝膠，能顯著抑制其燒結(jié)和α相轉(zhuǎn)變，提高Al2O3氣凝膠的高溫穩(wěn)定性。
圖6 Al2O3氣凝膠在升溫過程中發(fā)生的相變[53]
Fig.6 Phase transformation of Al2O3 aerogel during temperature rise[53]
Al2O3-SiO2材料是無機非金屬材料中最重要的多元復相材料，得到了大量的研究，在耐火材料、催化劑、電子工業(yè)和建材等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。Al2O3-SiO2氣凝膠既能克服純SiO2氣凝膠有效使用溫度低的缺點，又能提高Al2O3氣凝膠的高溫熱穩(wěn)定性[55]。Al2O3-SiO2復合氣凝膠制備過程中，最關(guān)鍵的是Al2O3-SiO2凝膠的合成，通常經(jīng)過兩步酸堿溶膠-凝膠工藝完成（圖7），分別制備氧化鋁和氧化硅溶膠，一般使用乙醇作為溶劑，HCl和NH4OH是最常見的酸和堿催化劑[56]。
圖7 合成Al2O3-SiO2氣凝膠的一般步驟[56]
Fig.7 General process for synthesis of Al2O3-SiO2 aerogel[56]
Lin Xu等[57]采用仲丁醇鋁和正硅酸乙酯作為鋁源和硅源，以耐溫較高的莫來石纖維為增強體，采用溶膠-凝膠工藝，經(jīng)復合工藝制得纖維復合Al2O3-SiO2 氣凝膠，1000℃下的導熱系數(shù)0.062W/(m·K)，通過SiC包覆莫來石纖維后，1000℃下導熱系數(shù)降低至0.049W/(m·K)。張志華等[55]以ASB和TEOS為前驅(qū)體，硝酸作為催化劑，復合莫來石纖維增強骨架，在不使用螯合劑情況下，經(jīng)溶膠-凝膠技術(shù)，超臨界干燥制備了硅-鋁纖維復合氣凝膠，室溫下熱導率為0.046W/(m·K)，1000℃高溫處理后熱導率為0.06W/(m·K)，是優(yōu)良的保溫隔熱材料。
隨著二元復合氣凝膠的不斷發(fā)展，研究者們發(fā)現(xiàn)同時引入三種元素也能在一定程度上提高氣凝膠的耐高溫性能。SiO2 和ZrO2 會消除γ-Al2O3 表面的羥基，從而阻止高溫時γ-Al2O3進一步的晶化，因此通過Al2O3與SiO2和ZrO2復合，能使Al2O3 氣凝膠的高溫隔熱性能得到提升，同時ZrO2作為很好的遮光材料可以提高氣凝膠的熱穩(wěn)定性，所以Al2O3-SiO2-ZrO2復合氣凝膠在耐高溫領(lǐng)域有很大的應用前景[58]。為進一步改善氣凝膠性能，劉旭華[59]引入了Zr和Ti兩種金屬元素成功制備了三元復合氣凝膠，經(jīng)高溫熱處理后，比表面積下降較小，平均孔徑增大，形成了更耐高溫的TiO2和ZrO2晶相，進一步阻礙了SiO2的燒結(jié)。李智鵬[58]制備了塊狀Al2O3-SiO2-ZrO2三元復合氣凝膠，探究SiO2和ZrO2對復合氣凝膠中Al2O3相變的影響，在經(jīng)過1200℃熱處理后，SiO2和ZrO2形成的Zr-O-Si復合晶型有效抑制了δ-Al2O3晶型的出現(xiàn)，從1000℃延后到1200℃。
3、 氣凝膠隔熱材料在鋰離子動力電池中的應用
氣凝膠隔熱材料在鋰離子動力電池中主要應用于電池電芯之間的隔熱阻燃及模組與殼體之間的隔熱防震。出于對體積能量密度的追求，鋰電池廠在設(shè)計時給電芯之間隔熱層預留的空間不大，氣凝膠兼具阻燃隔熱性能好及用量少的特點，因此成為鋰電池電芯隔熱材料的最佳選擇。其應用于鋰電池中主要以氣凝膠片、墊的形式存在，是以氧化硅氣凝膠和預氧絲或其他類型纖維復合得到的氣凝膠復合隔熱材料，以高分子（PET、PI)膜或阻燃涂料為封裝材料，經(jīng)熱壓或涂覆復合而成。
傳統(tǒng)的動力電池保溫隔熱材料有泡棉、泡沫塑料、高硅氧棉、超細玻璃棉、真空隔熱板等，可用于動力電池電芯間隔熱的泡棉主要有PU、PI泡棉。氣凝膠隔熱片與傳統(tǒng)動力電池隔熱材料相比（表1），具有超疏水、V0級阻燃、使用溫度范圍廣、導熱系數(shù)低、壽命長、質(zhì)輕、無毒等優(yōu)點。在同等隔熱效果下，氣凝膠材料的厚度只有傳統(tǒng)保溫隔熱材料的1/5～1/2。在鋰離子動力電池模組中，當電芯發(fā)生熱失控時，氣凝膠隔熱片可以起到隔熱作用，延緩或阻斷事故發(fā)生；當電芯過熱發(fā)生燃燒時，氣凝膠隔熱片的主要成分SiO2納米孔結(jié)構(gòu)能有效阻斷或延緩火勢蔓延，為逃生提供足夠時間[60]。
表1 傳統(tǒng)動力電池隔熱材料的優(yōu)缺點
Tab.1 Advantages and disadvantages of traditional thermal insulation materials for power batteries
Tesla公司在其汽車鋰離子電池組的專利中設(shè)計了一種由隔熱材料和彈性材料復合制成的隔離板，置于電池模塊不同列單體之間，以此阻斷相鄰單體間的熱失控傳播。采用導熱系數(shù)約0.020W/(m·K)的氣凝膠隔熱板，可提高電池組散熱能力，改善電池組內(nèi)部溫度分布均勻性，同時能大幅延長熱失控傳播時間，提高電池組運行安全性能[6]。目前國內(nèi)生產(chǎn)氣凝膠隔熱片的廠家并不多，江蘇安珈新材料與寧德時代合作，首次開發(fā)了900℃及1000℃以上的產(chǎn)品，采用A1級阻燃纖維基材作為基體材料，經(jīng)超臨界干燥和表面改性技術(shù)，制備疏密度0.15～0.25g/cm、常溫導熱率低于0.02W/(m·K)的電池隔熱片材料（圖8），具有耐老化、化學性質(zhì)穩(wěn)定、高溫下不產(chǎn)生有毒有害氣體、導熱系數(shù)低、輕質(zhì)、厚度薄等優(yōu)點，其與傳統(tǒng)泡沫板、玻璃纖維棉、真空絕熱板電池隔熱片相比，可保障電池組在5min不燃燒、不爆炸[61]。
圖8 氣凝膠隔熱片實物[61]
Fig.8 Aerogel thermal insulation sheet[61]
蘇州同玄新材料制備的隔熱片是一款纖維與氣凝膠復合化的片狀或卷狀新型氣凝膠納米隔熱材料，具有熱傳導率低（0.018～0.02W/(m·K)）、耐溫范圍廣（-100℃～1000℃）、絕緣性能好等特點。
冬季低溫會影響電池充放電效率，影響動力性能、續(xù)航里程及循環(huán)使用壽命，氣凝膠隔熱保溫材料可阻隔電池模組內(nèi)部熱量流失，減少電池模組內(nèi)部溫差，提升電池模組的穩(wěn)定性。為兼顧電芯間隔熱防火與電池模組和殼體的隔熱保溫，蘇州熱象納米科技設(shè)計了氣凝膠新型阻燃隔熱緩沖泡棉，具備隔熱、阻燃防火、緩沖、抗永久形變、耐酸堿等功能。
4、 結(jié)語與展望
隨著使用時間的增長，傳統(tǒng)的隔熱材料泡沫板、玻璃纖維棉、真空絕熱板等因其自身缺陷，當車載電池持續(xù)輸出電能造成高溫發(fā)熱時，并不能起到很好的隔熱效果，甚至可能發(fā)生自燃風險，在耐溫持久性等方面存在明顯不足。氣凝膠是一種新型輕質(zhì)納米多孔材料，將其與纖維氈復合而成的氣凝膠隔熱材料具有優(yōu)異的阻燃性能、良好的隔熱性、壽命長、無污染，質(zhì)輕等優(yōu)點。目前，應用在鋰電池中主要以硅基氣凝膠隔熱材料為主，已在寧德時代、合肥國軒高科動力能源等大型鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)測試和局部試應用，但還需要解決以下問題：
1）現(xiàn)有的SiO2氣凝膠高溫下穩(wěn)定性較差，長時間使用溫度不超過650℃，而鋰離子電池熱失控劇烈燃燒階段溫度可達877℃，峰值溫度超過1200℃[62]，因此發(fā)展耐熱溫度更高的氣凝膠材符合研究趨勢，如引入氧化鋁和氧化鋯等制成多組分氣凝膠可提高耐溫穩(wěn)定性。
2）目前以有機醇鹽為原料的研究較多，工藝技術(shù)相對成熟，但價格昂貴，同時采用超臨界干燥工藝，成本設(shè)備要求較高，不利于規(guī)?；瘧茫虼税l(fā)展成本較低的原料及常壓干燥工藝是亟需解決的重要問題。
3）如何平衡氣凝膠保溫隔熱和高負荷下電池放熱的矛盾是需要研究的難題。
氣凝膠材料的推廣使用對我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和有重要作用，應充分發(fā)揮氣凝膠的隔熱防火功能，加速其在鋰電池安全防護領(lǐng)域的應用。目前，氣凝膠材料在新能源客車領(lǐng)域已開始部分替代傳統(tǒng)隔熱材料，未來會有廣闊的發(fā)展空間和應用前景。
參考文獻
[1]國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)的通知[Z].http://www.gov.cn/zhengce/content/2020-11/02/content_5556716.htm.
[2]TIAN Y S, ZENG G B, RUTT A, et al. Promises and challenges of next-generation “beyond Li-ion” batteries for electric vehicles and grid decarbonization[J]. Chemical reviews, 2021,121:1623-1669.
[3]曾勇. 新能源汽車動力電池應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].時代汽車,2021(17):139-140.
[4]HUANG W M. Application of power battery system in the field of new energy vehicles[J]. International journal of education and teaching research, 2021,2(2):158-164.
[5]SUN J, LI J G, ZHOU T, et al. Hazard analysis of thermal runaway of lithium ion battery[J]. Advanced materials industry, 2017(9):39-42.
[6]陳潔,楊燦,竇汝振,李頂根. 車用動力電池熱防護與散熱集成研究[J].汽車工程學報,2017,7(03):167-174+187.
[7]趙洪凱,許亞軍. 硅氣凝膠增強增韌的研究進展[J].無機鹽工業(yè),2019,51(1):12-15.
[8]JI X, ZHOU Q, QIU G, et al. Preparation of monolithic silica-based aerogels with high thermal stability by ambient pressure drying[J]. Ceramics international,2018,44(11):11923-11931.
[9]HE S, LI Z, SHI X, et al. Rapid synthesis of sodium silicate based hydrophobic silica aerogel granules with large surface area[J]. Advanced powder technology,2015,26(2):537-541.
[10]梁玉瑩,吳會軍,游秀華,等. 纖維改善SiO2氣凝膠的力學和隔熱性能研究進展[J]. 硅酸鹽通報,2017.36(4):1216-1222.
[11]任富建,楊萬吉,張蕊,等. 疏水二氧化硅氣凝膠的常壓制備及性能研究[J]. 無機鹽工業(yè),2015,47(10):38-40.
[12]羅燚,姜勇剛,馮軍宗,等. 常壓干燥制備SiO2氣凝膠復合材料研究進展[J]. 材料導報,2018,32(5):780-787.
[13]CUCE E, CUCE P M, WOOD C J, et al. Toward aerogel based thermal superinsulation in buildings: A comprehensive review[J]. Renewable and sustainable energy reviews, 2014,34:273-299.
[14]舒心,劉朝輝,丁逸棟,等. 納米SiO2氣凝膠的制備及保溫隔熱性應用研究進展[J]. 材料導報,2018,32(5):788-795.
[15]王翌. 大力推廣應用氣凝膠絕熱節(jié)能新材料[N].中國建材報,2022-03-14(011).
[16]WANG R, HU S, JIANG X T, et al. The estimation and analysis of decommissioned quantity of new energy vehicle traction battery in China[J]. World scientific research journal, 2021,7(6):983-991.
[17]冼君琳. 車用動力電池模組熱失控傳播及阻隔研究[D].廣州:華南理工大學,2021.
[18]AZIZI Y, SADRAMELI S M. Thermal management of a LiFePO4 battery pack at high temperature environment using a composite of phase change materials and aluminum wire mesh plates[J]. Energy conversion and management,2016,128:294-302.
[19]孫旭東. 車用鋰離子動力電池熱-電濫用下熱失控特性研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學,2020.
[20]王宏偉,鄧爽,肖海清,等. 不同環(huán)境溫度下鋰離子動力電池過充過放研究[J]. 電源技術(shù),2014,38(03):431-433.
[21]CHEN Y, KANG Y, ZHAO Y, et al. A review of lithium-ion battery safety concerns: The issues, strategies, and testing standards[J]. Journal of energy chemistry, 2021,59:83-99.
[22]賈子潤,王震坡,王秋詩,等. 新能源汽車動力電池熱失控機理和安全風險管控方法的研究[J]. 汽車工程,2022,44(11):1689-1705.
[23]ZHAO C R, CAO W J, DONG T, et al. Thermal behavior study of discharging/charging cylindrical lithiumion battery module cooled by channeled liquid flow[J].International journal of heat and mass transfer, 2018,120:420-429.
[24]XIONG R, PAN Y, SHEN W, et al. Lithiumion battery aging mechanisms and diagnosis method for automotive applications: Recent advances and perspectives[J].Renewable and sustainable energy reviews, 2020,131:110048.
[25]BIRKL C R, ROBERTS M R, MCTURK E, et al.Degradation diagnostics for lithium ion cells[J]. Journal of power sources, 2017,341:373-386.
[26]OUYANG M, FENG X, HAN X, et al. A dynamic capacity degradation model and its applications considering varying load for a large format Li-ion battery[J]. Applied energy, 2016,165:48-59.
[27]REN D, HSU H, LI R, et al. A comparative investigation of aging effects on thermal runaway behavior of lithium-ion batteries[J]. etransportation, 2019,2:100034.
[28]張震乾,謝樂瓊,王莉,等.測試條件對鋰離子電池針刺內(nèi)短路的影響和機理綜述[J].電池工業(yè),2021,25(06):321-328.
[29]冼君琳. 車用動力電池模組熱失控傳播及阻隔研究[D].廣州:華南理工大學,2021.
[30]常潤澤,鄭斌,馮旭寧,等. 隔熱層對鋰電池模組熱失控蔓延特性影響的實驗研究[J]. 汽車工程,2021,43(10):1448-1456.
[31]MUNIZ T P. Preventing cell thermal runaway propagation within a battery[P]. US8993145, 2015-3-31.
[32]KISTLER S S. Coherent expanded aerogels and jellies[J]. Nature, 1931,127(3211):741.
[33]Gurav J L, Jung I K, Park H H, et al. Silica aerogel:Synthesis and applications[J].Journal of nanomaterials,2010,2010(24):1-11.
[34]李文翠,陸慧,郭樹才. 炭氣凝膠的制備、性能及應用[J]炭素技術(shù),2001(2):17-20.
[35]張賀新,赫曉東,何飛. 氣凝膠隔熱性能及復合氣凝膠隔熱材料研究進展[J].材料工程,2007(S1):94-97.
[36]馮堅,等.氣凝膠高效隔熱材料[M].北京:科學出版社,2016:25.
[37]柳鳳琦,王魯凱,門靜,等.氣凝膠隔熱材料制備及航天熱防護應用研究進展[J]. 宇航材料工藝,2022,52(02):26-47.
[38]Bardy E R, Mollendorf J C, Pendergast D R. Thermal conductivity and compressive strain of aerogel insulation blankets under applied hydrostatic pressure[J]. Journal of heat transfer-transactions of the Asme, 2007,129(2):232-235.
[39]ZHAO X M, LIU Y J, LIANG T L. Study on the thermal insulation performance of PAN pre-oxidised fibre felts[J]. Fibres & textiles in Eastern Europe, 2020,28(3):27-37.
[40]包志康. 二氧化硅氣凝膠及其保溫材料制備和性能研究[D].杭州:浙江工業(yè)大學,2019.
[41]ADHIKARY S K, ASHISH D K, ?YMANTAS R.Aerogel based thermal insulating cementitious composites: A review[J]. Energy and buildings, 2021,245:111058.
[42]PARMENTER K.E, MILSTEIN F. Mechanical properties of silica aerogels[J]. Journal of non-crystalline solids, 1998,223(3):179-189.
[43]HUANG Y J, HE S, CHEN G N, et al. Fast preparation of glass fiber/silica aerogel blanket in ethanol ＆water solvent system[J]. Journal of non-crystalline solids,2019,505:286-291.
[44]JIANG Y, FENG J, FENG J. Synthesis and characterization of ambient-dried microglass fibers/silica aerogel nanocomposites with low thermal conductivity[J].Journal of sol-gel science and technology, 2017,83(1):64-71.
[45]馮堅,高慶福,馮軍宗,等. 纖維增強SiO2 氣凝膠隔熱復合材料的制備及其性能[J]. 國防科技大學學報,2010,32(01):40-44.
[46]LEVENTIS N , SADEKAR A G ,CHANDRASEKARAN N, et al. Click synthesis of monolithic silicon carbide aerogels from polyacrylonitrile-coated 3D silica networks[J]. Chemistry of materials, 2010,22(9):2790.
[47]WANG X D, SUN D, DUAN Y Y, et al.Radiative characteristics of opaci-fier-loaded silica aerogel composites[J].Journal of non-crystalline solids,2013,375(3):31-39.
[48]PARALE V G, JUNG H N R, HAN W, et al.Improvement in the high temperature thermal insulation performance of Y2O3 opacified silica aerogels[J]. Journal of alloys and compounds, 2017,727:871.
[49]劉鶴,焦俊華,田友,等.遮光劑復合氧化硅氣凝膠材料的隔熱性能優(yōu)化[J]. 工程熱物理學報,2021,42(11):2991-3000.
[50]ZHAO J J, DUAN Y Y, WANG X D, et al.Radiative properties and heat transfer characteristics of fiber-loaded silica aerogel composites for thermal insulation[J]. International journal of heat and mass transfer,2012,55(19/20):5196-5204.
[51]王義,張翱,盛兵,等. 鋁硅酸鹽纖維增強Al2O3-SiO2 復合材料的制備與性能研究[J]. 材料研究與應用,2019,13(3):180-186.
[52]POCO J F, SATCHER J H, HRUBESH L W.Synthesis of high porosity, monolithic alumina aerogels[J].Journal of non-crystalline solids, 2001,285(1-3):57-63.
[53]LEVIN I,BRANDON D. Metastable alumina polymorphs: Crystal structures and transition sequences[J].Journal of American ceramic society, 1998,81(8):1995-2012.
[54]岳寶華,周仁賢,鄭小明. 制備條件對SiO2改性氧化鋁材料耐熱性能的影響. 無機化學學報,2007,123(3):533-536.
[55]張志華,吳學玲,王文琴,等. 硅鋁纖維復合氣凝膠的制備及熱學穩(wěn)定性[J]. 稀有金屬材料與工程,2016,45(S1):224-227.
[56]ALMEIDA C M R, GHICA M E, DURÃES L. An overview on alumina-silica-based aerogels [J]. Advances in colloid and interface science, 2020,282:102189.
[57]XU L, JIANG Y G, FENG J Z, et al. Infraredopacified Al2O3-SiO2 aerogel composites reinforced by SiCcoated mullite fibers for thermal insulations[J]. Ceramics international, 2015,41(1):437-442.
[58]李智鵬. 氧化鋁-氧化硅-氧化鋯三元復合氣凝膠的制備和表征[D].北京:北京化工大學,2014.
[59]劉旭華.Al2O3-SiO2氣凝膠及其高溫隔熱復合材料的制備與性能研究[D].上海:華東理工大學,2017.
[60]崔軍,屈會力. 氣凝膠隔熱片團體標準助力新能源汽車發(fā)展[C]//第十七屆中國標準化論壇論文集,2020:859-862.
[61]新能源汽車電池用氣凝膠隔熱片的研制及應用[J].新能源科技,2020(08):26-27.
[62]陳吉清,冼君琳,蘭鳳崇,等. 鋰電池單體起火燃燒過程仿真模擬[J]. 重慶理工大學學報(自然科學),2021,35(09):25-34.
京公網(wǎng)安備11010802046783號
