为锂离子电池穿上“防热护甲”
薄如A4纸、轻到几乎察觉不到存在的隔热片，关键时刻甚至能救人一命，它已成为新能源电池安全的重要守护者。
在4月初第十四届储能国际峰会暨展览会现场，南京工业大学教授沈晓冬带领的团队携带了一种全新隔热材料——这是全球首个耐受高达1300℃的锂离子电池专用高热阻气凝胶隔热片，这一创新吸引了现场不少关注。
沈晓冬解释，锂离子电池在新能源汽车与储能系统中扮演着“核心角色”。“一旦电池发生热失控，单颗电芯的温度能在短短几秒内激增，引发爆炸，防止高温扩散到邻近电芯就变得至关重要。”他用双手夹住隔热片为科技日报记者演示，假如把两只手比作相邻的电池单元，这块气凝胶隔热片就像是阻挡火势的防火墙。
经过20多年的深耕，沈晓冬及团队通过调整气凝胶的微观结构、改进干燥工艺与制备流程，硬是把材料的耐热能力从最初的650℃提升至如今的1300℃，并且能够持续阻隔高温长达2小时。
如今，这类隔热片已经在高温窑炉、航空航天等领域普及，也被应用在宁德时代、比亚迪、阳光电源、小米汽车等知名企业的动力电池内部，把守安全“最后一道防线”。
既能耐高温又隔热
气凝胶属于超轻隔热材料，在扫描电镜下呈现为纳米颗粒组成的三维网状结构。“这个网的99%都是空气，”沈晓冬指着电脑屏幕解释说，“被困在网里的空气几乎无法流动，所以气凝胶的热导率反而比空气本身还低，这也是气凝胶被称为‘隔热之王’的根源。”
天然的结构优势让气凝胶在锂离子电池内部有了立足之地。“电池内部空间非常有限，所以用的隔热材料既要轻又要薄，同时还要有出色的耐热能力。”沈晓冬回忆，几年前国内一些新能源车企试图用气凝胶隔热片保护电池单元，但当时材料最高只能承受300℃，而电芯燃烧时温度轻松突破650℃，甚至直奔1000℃。
“那时很多企业几乎决定放弃气凝胶。”沈晓冬之前就把气凝胶用在供热管道、航天材料上，他积极自荐，争取到了让新材料“小试牛刀”的机会。
想让气凝胶抗住1000℃甚至更高的温度，得让微观结构里的骨架更坚固，纳米颗粒之间的结合要更紧密。团队成员南京工业大学教授崔升带头尝试，最开始往原材料中加入氧化物试图增加强度，结果发现隔热性反而变差。
“能不能通过提升比表面积抑制热传导？”另一位核心成员孔勇教授遍查文献未果，他们尝试添加不同催化剂，结果材料干燥后体积大幅变小，隔热性能比原来还差一些。
多次挫折后，团队回到催化剂的酸碱度这一细节点上多次调整。随着催化剂碱性增强，孔隙间结合变紧，气凝胶骨架变得稳定，阻热性能与耐温性同步提升。
“纳米颗粒之间仿佛被无形胶黏着，既保证温度隔绝，也提升结构强度。”孔勇补充，团队最终做到了2.3毫米厚的气凝胶隔热片，单面经受1000℃高温5分钟，背面温度还不到100℃。
低成本的“干湿分离”攻关
气凝胶的性能靠材料本身，制备过程则更为关键。最难掌握的是高效超临界干燥技术，沈晓冬介绍。
通俗来说，超临界干燥就是把湿气凝胶中的溶剂用超临界态的二氧化碳彻底“替换”出来，再让它缓缓变为气体逸出，只留下完整纳米结构，这样最终得到品质优良的气凝胶隔热片。
但起步时这项技术只能应用于实验室，产业设备落后、工艺效率低下，沈晓冬团队只能一边摸索一边创新。
“气凝胶材料本身非常脆弱，无法单独使用，必须与陶瓷纤维等基材结合。”他们尝试将湿坯料浸入纤维网，再放入干燥釜，却发现几小时仍未完全干透，生产效率急需突破。
怎么快速让湿凝胶彻底干燥？核心成员、江苏珈云新材料公司总经理滕凯明发起专项攻关，首先把酒精纯度提升到95%以上，减少水分；之后又研发出多款柔性透气分层网，让二氧化碳在多层气凝胶材料间流动效率大大提高，萃取更迅速。
与此同时，控制干燥釜内压力也是技术关键。虽然快速泄压能加速生产流程，但压力波动太大会导致气凝胶开裂。他们尝试每10分钟小幅度减压，最终找到了效率和产出质量间的最佳平衡。
再就是原料成本。每次超临界干燥都会萃取出大量酒精，“能不能把这些酒精回收再利用？”滕凯明团队用时两年自主开发出预处理和精馏纯化的整套回收系统，把回收率做到了99.5%以上，原料成本降低了一大半。
有弹性的气凝胶材料
等到批量制备技术成熟，气凝胶又迎来了“柔韧性”挑战。传统硅基气凝胶又脆又硬，稍受挤压就会碎裂，远远满足不了电池充放电时的反复膨胀压缩需求。如何让材料又软、弹性又足，还能保住纳米孔结构？这几乎成了材料研发的“不可能三角”。
灵感来自硅橡胶——这种材料能在极端温度下保持柔韧、不易变形。团队尝试借鉴它的分子结构，优化气凝胶骨架，把原本坚硬的网状变得更松散少许，让材料具备压缩弹性。
孔勇形象比喻：“就像搭脚手架，如果每根钢管都严丝合缝，整个结构很牢固；松开几个连接部位，平台就能灵活一点，但整体还不会散。”
这个度把握非常考验经验。稍一过头会塌架，过于保守材料又太硬。团队通过控制催化剂类型和投加量、调节溶液酸碱度，调整纳米级反应环境，让整个骨架形成长度适中的有机链条状结构，材料压缩90%都无明显损伤。
经过不断技术优化，沈晓冬团队已研发出包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼在内的耐高温气凝胶系列产品。江苏珈云新材料有限公司2025年就将实现2亿元以上销售额。
随着“十五五”规划提出大力发展新能源与新材料等新兴产业，沈晓冬和团队信心十足：“我们会持续加强基础研究和技术应用，不仅要让气凝胶成新能源电池的标配，也会继续开拓消防、商业航天、太空算力等新场景，助推气凝胶纳米材料在中国走向规模化产业化。”
