为什么特斯拉/蔚来都在抢这种材料？3kg/m³的它竟是电池安全最后防线-山东化工网

为什么特斯拉/蔚来都在抢这种材料？3kg/m³的它竟是电池安全最后防线

文章来源：贤集网更新时间：2025-04-21 14:08:22

在新能源汽车行业蓬勃发展的当下，如何提升车辆的安全性与性能成为了各大车企竞相角逐的关键领域。而在先进材料的前沿探索中，气凝胶凭借其独特的性能优势，从航天军工的“高精尖”领域逐步走向新能源汽车的动力系统，正悄然改写着汽车工业的材料应用格局。

作为科学界公认的“隔热之王”，气凝胶以纳米级多孔结构和极致隔热性能，为解决新能源汽车电池热失控、电机过热等行业痛点提供了革命性方案，成为新能源汽车迈向高能量密度、超快充与极致安全的核心材料。

一、气凝胶：颠覆认知的神奇材料

气凝胶的本质，是一种由凝胶转变而来的多孔固体，其结构中绝大部分为空气，这种特殊的构造赋予了它诸多令人惊叹的特性。在材料科学领域，气凝胶的组成与结构极具特色。其制备通常是将凝胶中的液体成分替换为气体，二氧化硅是最常用的基础材料，此外，碳、氧化铝以及间苯二酚-甲醛等聚合物也可用于制造不同类型的气凝胶。

气凝胶呈现出高度多孔且相互连接的纳米级网络结构，形象地说，它就像是一个孔隙达到纳米尺度、内部充满空气的超级海绵。这种结构使得气凝胶具备超高的孔隙率，最高可达99.8%，也正是因此，它拥有了轻盈的特质，其密度通常在每立方厘米0.015到0.020克之间，甚至可能低于空气密度。

在物理性质方面，气凝胶堪称“天生的隔热专家”。极低的热导率，一般处于0.012到0.020瓦每米开尔文的范围，使其成为目前最有效的隔热材料之一。同时，气凝胶还拥有超大的表面积，每克可达500到1000平方米，这一特性使其在催化、吸附等需要高表面接触的应用场景中也能大显身手。例如，将气凝胶的表面展开，就如同一片广袤的纳米级“反应场地”，为各类化学反应和物质吸附提供了充足的空间。

气凝胶的制造过程凝结了科研人员的智慧，主要涉及溶胶-凝胶技术和超临界干燥方法。在溶胶-凝胶技术中，以二氧化硅气凝胶生产为例，通常以四甲氧基硅烷（TMOS）或四乙氧基硅烷（TEOS）等硅前驱体为原料，通过水解和聚合过程形成二氧化硅网络，即“溶胶”阶段。随着反应推进，溶液从液态“溶胶”转变为固态“凝胶”，二氧化硅颗粒相互连接形成三维结构，再经过“老化”步骤，使凝胶结构更加稳固。

而超临界干燥方法则是气凝胶制造的关键环节，它能在不破坏气凝胶精细结构的前提下去除溶剂。在干燥阶段，需使溶剂达到临界状态，此时液体和气体的界限消失，通过严格控制高于溶剂临界温度和压力的条件，以超临界二氧化碳等常用流体温和地去除溶剂，最终得到轻质、多孔且能承受数倍自身重量压力的气凝胶材料。

二、气凝胶“上车”：新能源汽车的安全革命

在新能源汽车向高能量密度、超快充与极致安全演进的进程中，气凝胶从幕后走向台前，成为破解电池热失控、电机过热等难题的核心材料。其纳米级多孔结构（孔隙率＞90%）和仅3kg/m³的超轻密度，使其隔热性能优于传统陶瓷10倍，为新能源汽车的动力系统提供了可靠保障。众多新能源汽车品牌纷纷将气凝胶应用于动力电池，以提升车辆的安全性和性能。

小米汽车在气凝胶应用上成果显著。2025年发布的小米SU7 Ultra搭载宁德时代麒麟II电池包，在电池电芯之间铺设170片1mm的超薄气凝胶，该隔热层能够抵御1200℃火焰长达15分钟，为电池安全构筑起坚固防线。而此前发布的小米SU7标准版、Pro版和Max版，分别搭载弗迪刀片电池、宁德时代神行电池和麒麟电池，电芯间同样采用165片气凝胶进行隔热防护，有效降低了电池热失控风险。

华为汽车旗下的问界M9纯电车型和智界S7，在电池安全防护上也大量运用气凝胶。问界M9纯电采用五层热安全防护体系，其中航空级隔热气凝胶是关键一环，配合耐高温云母板、绝缘云母体、纳米级陶瓷绝热层和超薄液冷降温系统，可实现电池热失控后30分钟无明火，并通过16个安全点位传感器实现碰撞后毫秒级高压断电。

智界S7搭载“巨鲸”电池平台，拥有业界最薄800V高压电池包，其五层热安全防护中的航空级隔热气凝胶，与耐高温云母板、绝缘云母纸、纳米级陶瓷绝热层和超薄液冷降温系统协同工作，不仅能主动冷却电池，还能确保无障碍排气，保障电池安全稳定运行。

吉利汽车集团在电池隔热材料应用上不断创新。极氪麒麟电池系统采用气凝胶与水冷板复合隔热方案，有效提升了电池的散热和隔热性能。

极氪001搭载的100kWh“极芯”电池包和2023款极氪001 WE 100kWh版本配备的CTP 3.0麒麟电池，通过气凝胶等隔热技术的应用，实现了超长续航，CLTC最大续航里程分别达到732km和1032km 。极氪神行电池系统进一步优化电芯之间的隔热方案，采用回形框与超薄气凝胶层结合的方式，在快充、续航以及体积集成效率、安全和成本之间寻求平衡。

上汽智己汽车在电池安全领域投入巨大，年均超200亿元研发投入，并与宁德时代联合开发准900V电池包。智己汽车在电池包内部采用三元锂6系中高镍单晶高压高倍率电芯，同时使用近200片航空级绝热气凝胶，远超行业平均水平，能高效将热量精准控制在特定区域，防止热蔓延。此外，PSG相变超材防火墙可耐受1000℃高温10分钟以上，与气凝胶共同为电池安全铸就双重防线。

小鹏汽车同样重视气凝胶在电池安全中的应用，2023年款P7i以及G6和G9全系标配3mm气凝胶隔热防火层。全新P7i通过气凝胶隔热设计和热管理效率优化，使电池散热能力提升160%，冬季续航提升15%，零度采暖能耗下降35% 。其电池包电芯间的3mm厚度气凝胶可实现隔热无热蔓延无明火，搭配80片航天航空级气凝胶，能耐受超过665℃的极高温达20分钟以上，极大提升了车辆的安全性。

广汽乘用车传祺新能源E9搭载巨湾插混超充电池，巨湾技研采用电芯间隔气凝胶、防爆阀泄压通道错位设计等安全防护技术，并结合云母+绝缘层及耐高温材料，从电芯层面、组层面、液冷系统、BMS以及整包设计等多方面进行安全性优化，确保电池在充电和车辆运行过程中的安全。

蔚来ET7在电池安全上也不甘示弱，2024款蔚来ET7搭载150kWh电池包，在电池模组间植入1mm厚CFAC阻燃层，成功通过2000℃喷火测试，为电池热失控争取了30分钟的逃生时间。有博主猜测，其150kWh电池包电芯间填充的气凝胶-陶瓷纤维复合隔热层，采用了与NASA航天器隔热瓦同源的二氧化硅气凝胶基材，并掺杂碳化硅纳米线增强机械强度，导热系数低至0.015W/m·K，仅为传统云母片的1/20 。

特斯拉作为新能源汽车行业的领军者，在新款Model Y上应用了4680电池、CTC方案和一体压铸技术，同时在电芯顶部（靠近电池包外壳区域）使用气凝胶形成隔热层，主要用于阻断热失控时高温向车厢或相邻电芯的传递，进一步提升了车辆的安全性。

三、气凝胶应用：从安全到性能的全面赋能

气凝胶在新能源汽车中的应用，不仅局限于电池隔热以保障安全，还在提升车辆整体性能方面发挥着重要作用。由于气凝胶密度极低，将其应用于汽车内部，能够在不影响强度和功能的前提下，有效减轻车身重量。对于新能源汽车而言，轻量化是提升续航里程的关键因素之一，气凝胶的应用有助于实现车辆的轻量化设计，从而降低能耗，延长续航。

在电机系统中，气凝胶同样能大显身手。电机在运行过程中会产生大量热量，若不能及时散热，将影响电机的性能和寿命。气凝胶的隔热性能可以有效阻隔电机产生的热量向周围部件传递，同时其较大的表面积也有利于热量的散发，帮助电机维持在合理的工作温度范围内，提升电机的工作效率和稳定性。

此外，气凝胶还可应用于汽车内饰材料，利用其良好的隔热性能和隔音效果，为驾乘人员营造更加舒适的车内环境。在高温环境下，气凝胶能减少外界热量传入车内，降低空调的能耗；同时，其多孔结构能够吸收和阻隔噪音，减少行驶过程中的噪音干扰。

四、未来展望：气凝胶与新能源汽车的无限可能

随着新能源汽车技术的不断发展，对材料性能的要求也将越来越高。气凝胶凭借其独特的物理性质和广泛的应用潜力，有望在新能源汽车领域得到更深入、更广泛的应用。

在未来，科研人员可能会进一步优化气凝胶的制备工艺，降低生产成本，提高生产效率，从而推动气凝胶在新能源汽车行业的大规模普及。同时，随着对气凝胶性能研究的不断深入，可能会开发出更多具有特殊功能的气凝胶复合材料，以满足新能源汽车在不同场景下的需求。

例如，结合智能材料技术，开发具有自修复功能的气凝胶隔热材料，当材料受到轻微损伤时，能够自动修复其结构和性能，进一步提升电池的安全性；或者将气凝胶与储能材料相结合，探索其在提高电池能量密度方面的应用潜力。此外，气凝胶在新能源汽车的其他部件，如燃料电池、氢气管路等方面的应用也值得期待，未来它或许将成为推动新能源汽车技术革新的核心材料之一，为行业的可持续发展注入新的动力。

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