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新能源将成为交通领域主要增长引擎

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气凝胶材料不但能够解决目前三元电池体系及其它电池体系的安全问题,也能够发 挥阻燃性能应用于汽车内饰材料中。
1. 动力电池应用呼之欲出,有望解决安全痛点
气凝胶高温耐受能力解决三元电池安全痛点。当车载电池长时间输出电能后,电池 内长时间进行化学反应会使得电池体明显发热,存在燃烧、爆炸的风险。传统的芯 模组都是采用塑料隔板将电池相互隔开,并没有实际用处,这样不仅重量大还无法 起到保护作用,且容易造成电池温度过高导致隔板溶解、着火等问题。现有的采用 的防护毡结构简单,容易变形,使其不能很好地与电池组全面接触,且在电池发热 严重时其并不能起到很好的隔热效果,而气凝胶复合材料的出现有望解决这一痛点。
三元电池对安全性要求更高。其优势在于储能密度和抗低温两个方面:1)储能密度,三元锂电池能量密度在 170-200Wh/kg,后期能量密度还会进一步提升,而磷酸 铁锂电池能量密度为 140-160Wh/kg;2)低温使用性能,三元锂电池低温使用下限 值为-30℃,磷酸铁锂电池低温下限值为-20℃,在相同低温条件下,三元锂电池冬 季衰减不到 15%,磷酸铁锂电池衰减高达 30%以上。但由于三元电池能量密度更高, 电池的稳定性和安全性相对较差,在使用时更依赖高性能的阻燃材料来增强三元电 池体系的安全性能。
动力电池发展迅猛,三元电池占主要份额。数据显示,2020 年 1-7 月,我国动力电 池装车量累计 22.5GWh。其中三元电池装车量累计 15.9GWh,占总装车量 70.6%;磷酸铁锂电池装车量累计 6.5GWh,占总装车量 28.8%,预计 2025 年全球三元正极出货量达到 150 万吨。

气凝胶: 一个百亿美元空间的新材料赛道


气凝胶复合材料作为阻燃材料,相比于传统阻燃材料具有质轻、阻燃性能优异、环 保性能好等优点。目前新能源汽车蓄电池芯模组采用隔热阻燃材料主要有两种:1) 塑料类 PP、ABS、PVC 等,其中以 ABS 工程塑料为主,通常将阻燃剂添加进 PP、 ABS 等塑料制成阻燃塑料;2)玻璃纤维、陶瓷纤维棉等防火类材料制成的防火毡。气凝胶作为一种新兴材料,具有优良的绝热阻燃性能,将气凝胶与工程材料复合而 成的气凝胶复合材料具有极为优异的阻燃性能。泛亚微透开发的 SiO2 气凝胶玻纤毡 复合材料,该类材料在常温 25℃环境下,导热系数可以达到 0.017W/(m〃k)以下, 在 600℃高温环境下,导热系数介于 0.047~0.066W/(m〃k)之间,它能够将电池包高 温耐受能力提高至 800℃以上。

气凝胶: 一个百亿美元空间的新材料赛道


该类气凝胶复合材料可以耐受住电池包短路造成的高温能量瞬间冲击,更好地解决 动力电池安全问题。根据《电动客车安全技术条件》要求,可充电储能系统(或安 装舱体)与客舱之间应使用阻燃隔热材料隔离,该材料的燃烧性能应符合 GB8624-2012 中规定的 A 级不燃要求,并且在 300℃时导热系数应小于等于0.04W/(m〃k)。专利 CN210136903U 中公布了一种用于新能源车电池中的二氧化硅 气凝胶毡制品。其二氧化硅气凝胶毡层的各个表面均由高硅氧玻璃纤维布层包覆连 接,包覆开口处通过高硅氧线连接。该材料达到了新能源汽车要求的 UL94 的 V0 级不燃的性能指标,在 400℃时的导热系数小于等于 0.04W/(mk),在 800℃高温 下能够长期工作,满足了锂离子动力电池芯在发生撞击短路或过冲电发热自燃的条 件下,隔离耐受故障电池芯瞬间释放的高温能量,使得电池芯自燃起火不再扩大延展。

气凝胶: 一个百亿美元空间的新材料赛道


预计 2025 年气凝胶复合材料在国内新能源汽车市场的潜在规模约 6.28 亿美元。根据 Aspen Aerogel 19 年年报,气凝胶材料近年平均价格约为 30 美元/平方米,每辆 新能源汽车约需要 2-5 平方米的气凝胶复合材料,则每辆新能源汽车平均需要价值 105 美元的气凝胶复合材料。根据《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》中要求,2025 年时,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右,工业和信息化部副部长辛国斌表示,按照规划每年的年复合增长率必须达到 30%以上。
预计2025 年气凝胶复合材料在全球新能源汽车市场的潜在规模约 15.75 亿美元,2030 年达到 31.50 亿美元。新能源汽车也是全球主流发展方向,根据主流车企的规 划目标,对应全球销量在 2025 年将接近 1500 万辆,在 2030 年将达到 3000 万辆。
2. 汽车传统应用亦存在优化空间
气凝胶阻燃复材不仅有更好的阻燃性能和疏水性能,还可以增强材料基体的强度使 其韧性得以提高。二氧化硅气凝胶经过特定改性后可具有较大的比表面积,其与塑 料、橡胶等高分子聚合物基体产生了牢固的界面粘合力,提高了复合气凝胶阻燃剂 在聚合物熔体中的分散性、流动性、提高了阻燃效果,其中改性后的橡胶热稳定性、 热分解温度均有不同程度提高。
气凝胶材料可添加阻燃剂协同使用,共同制备出性能更加优越的阻燃材料,潜在市 场空间也较大。气凝胶阻燃材料也可广泛的应用于不同场景,如汽车的不同部位,如座椅阻燃内衬以及车身阻燃内衬,可对传统隔热阻燃材料进行替代。其阻燃性可遏制火势蔓延,低烟密度特性会降低火灾的杀伤力,大幅降低火灾隐患,保护乘客安全。

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