SiO的增强热绝缘能力2气凝胶复合毡及其在减缓Discover蓄电池热失控中的模拟

当前，在能源短缺和环境污染日益严峻的挑战中，高效且环保的新能源车辆开发已成为汽车行业的关键研究方向[1]。锂离子电池（LIB）以其高转换效率、高能量密度、延长寿命和卓越的循环性能为特征，被广泛认为是理想的电源。然而，在过热、过载和机械损坏等热滥用条件下，LIBs可能释放大量热量和易燃气体，导致热失控[2]。这一现象传播迅速，容易导致电池组内多个电池单元过热，进而引发整个电池系统甚至整辆车，对生命和财产安全构成严重威胁[3]。另一方面，LIB在低温下会减少容量和功率下降，显著影响了冬季和高纬度地区的驾驶体验[4]。因此，电动汽车中的电池热管理系统在保障驾驶安全和体验方面发挥着关键作用。

电池单体绝缘板有效阻碍单个电池单体之间的热量传递。在LIB热失控发生时，它们可以延缓热失控的传播，为乘员安全撤离提供关键时间窗口[5]。此外，绝缘板还能保持电池单元的正常热量，确保它们在低温环境下轻松运行，从而提升电动汽车的驾驶体验[6]。目前，用于制备电力电池绝缘片的常用材料包括玻璃纤维、陶瓷纤维和预氧化聚丙烯腈（PAN）纤维。陶瓷纤维具有轻质、高孔隙率和低热导率，但其生产成本相对较高[7]。预氧化PAN纤维具有高比强度、良好的耐热性和耐腐蚀性，但其纺纱能力差，且在潮湿环境中易受潮湿影响[8]。相比之下，玻璃纤维生产成本更低且稳定性更好[9]。另一方面，在现有的气凝胶绝缘板研究中，大多数钢板的热导率在0.018–0.040 W/（m·K）[10]、[11]、[12]之间，且其机械性能的研究有限。进一步降低绝缘板的热导率，同时提升机械性能，对于提升电池的安全性和性能至关重要。基于此，本研究采用含有不同成分的商业二氧化硅纤维毡作为基底，结合溶胶-凝胶法与超临界干燥技术，将硅气凝胶加载到其上，成功制造出热导率低且机械性能优良的绝缘片。实验数据显示，与无载荷二氧化硅气凝胶的纤维毡相比，载荷纤维毡保持一定的可压缩性和柔韧性，同时表现出较低的热导率、更高的拉伸强度和增强的表面疏水性。我们模拟了一个6单元棱柱式锂离子电池组在热失控条件下的热传播速率。结果表明，在电池单元之间添加绝缘板有效抑制了热失控的传播，显著延迟了除热失控单元外的电池达到最高温度的时间。此外，热绝缘板能有效减少电池在低温环境下的自散热量，确保即使在此类条件下也能高效运行[13]， [14]， [15]。硅气凝胶复合毡因其极低的热导率，为电池电池的正常工作提供了保障。