随着锂电池能量密度持续提升，热失控引发的热蔓延已成为消费电子与储能设备的核心安全隐患。当前主流热防护材料普遍存在机械性能差、易燃、相变材料易泄漏等短板，更关键的问题在于：单一隔热或吸热材料达到热饱和后，便无法持续阻隔热量传递，难以应对长时间高温工况。针对这一行业痛点，大连理工大学化工学院张宇昂、唐炳涛团队在《Nano-Micro Letters》（SCI 一区顶刊）发表研究成果，提出一种仿充电宝储能逻辑的气凝胶 - 复合相变材料耦合体系，通过 “首层隔热 + 二层储热卸压” 的接力式防护，大幅延缓热饱和节点，显著提升锂电热防护时长与稳定性。
一、多网络生物质气凝胶：刚柔并济的隔热基底
研究团队以明胶（Ge）与海藻酸钠（SA）为基质，搭配戊二醛、硼酸双交联剂，通过冷冻干燥工艺制备出三重复合网络结构的生物质气凝胶。其中，明胶的化学交联网络提供机械强度，海藻酸钠与硼酸形成的氢键网络强化阻燃性能，从分子结构层面同步解决传统气凝胶 “脆、易燃、机械强度不足” 的三大问题。性能测试数据显示，这款多网络气凝胶表现出极强的综合性能：
隔热能力：室温导热系数低至 53.9 mW/(m・K)，1cm 厚度即可形成约 120℃温差；即便厚度降至 5mm，230℃加热环境下仍可实现 107℃温差，远超常规隔热泡棉材料。
机械强度：多网络交联结构使气凝胶抗压强度显著提升，1kg 重物施压后厚度几乎无变化，可通过模具定制任意形状，适配不同电芯的装配需求。
阻燃表现：极限氧指数达 35.2%，通过 UL94 V-0 级阻燃认证；明火灼烧下仅表面炭化，不会持续燃烧或收缩，对比纯明胶、纯海藻酸钠气凝胶阻燃性能提升显著。
二、热致柔性相变材料：高储热 + 零泄漏的吸热单元
单一气凝胶仍存在热饱和瓶颈，团队同步开发了基于醋酸钠三水合物（SAT）的复合相变材料，采用 “膨胀石墨（EG）吸附 + 热塑性聚酯弹性体（TPEE）包覆” 的双封装策略，彻底解决传统无机相变材料渗漏、结晶刚性强、贴合性差的问题。这款相变材料具备三大核心优势：
超高储热密度：总储热量达 811.9 J/g，其中相变潜热 211.5 J/g，热化学储热 600.4 J/g，可在 58℃、106-140℃两个温度段分级吸热，对应电池热失控的预警与抑制两个关键节点。
热致柔性特性：40℃以上材料自动触发柔性形变，可紧密贴合电芯表面，界面接触热阻从 3.93℃/W 降至 1.75℃/W，降幅达 55%，解决了刚性相变材料贴合度差、热阻高的通病。
安全稳定：双封装结构实现相变过程零泄漏，材料整体同样达到 UL94 V-0 阻燃等级，高温下无熔融滴落，避免诱发电芯二次短路风险。
三、耦合体系：仿充电宝逻辑的接力式热防护
研究最核心的创新，是借鉴充电宝 “充电蓄能、持续供电” 的工作逻辑，通过阻燃粘结剂将气凝胶与相变材料耦合为一体：气凝胶作为首层隔热屏障阻挡热量，相变材料则持续为气凝胶 “吸热卸压”，相当于给隔热层 “持续充能”，大幅推迟热饱和到来的时间，最大化延长隔热防护时长。实测验证了这套耦合体系的优异表现：在 230℃高温持续加热 100 分钟后，耦合材料背面温度仅为 89℃，远优于同厚度的纯气凝胶、纯相变材料。在真实锂电池热失控测试中，包覆该耦合材料的电芯，热失控发生时间延迟 2 分多钟，且材料背侧温度最高仅 59.8℃，热量传递被大幅延缓，为电池安全处置争取了充足时间。
四、研究价值与产业落地方向
这项研究跳出了 “单一材料堆性能” 的传统思路，通过仿生耦合设计实现了 1+1>2 的热防护效果，既解决了气凝胶热饱和失效的痛点，也弥补了相变材料刚性、易漏的短板，同时整套材料均采用生物质基质与环保组分，契合消费电子的绿色环保趋势。从产业应用来看，这套多网络气凝胶 + 相变复合的技术路径，非常适配户外移动电源、大功率充电宝等设备的热防护需求 —— 户外设备长时间满功率输出、环境温度高，恰好需要长效、稳定、抗震动的隔热方案。目前国内已有材料企业基于该研究的多网络交联逻辑，推出了可量产的柔性气凝胶隔热薄膜，通过工艺优化适配消费电子的规模化生产，推动实验室成果向产业端落地。
论文原文链接
标题：Enhancing Thermal Protection in Lithium Batteries with Power Bank-Inspired Multi-Network Aerogel and Thermally Induced Flexible Composite Phase Change Material 期刊：Nano-Micro Letters 原文访问地址：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-024-01593-0 DOI：10.1007/s40820-024-01593-0
免责声明：素材来源于网络，仅供学术交流，侵删。由于小编水平有限，文献解读如有疏漏、错误之处还请各位读者批评指正。如需投稿，请联系我们
