电芯充放电会鼓胀，车辆颠簸会震动，温度可能突然飙升……动力电池内部的防护材料，得同时扛住挤压、挡住明火、经得起反复折腾。围绕这一难题，近日，台州学院“凝盾芯甲”团队历时五年，研发出一种高回弹阻燃水凝胶材料（APL），为动力电池的长期安全提供了新的解决方案。
据团队负责人吕欣遥介绍，团队此前一直从事水凝胶研究。一次市场调研中他发现，市面上电池电芯所用的阻燃隔热材料各有短板：气凝胶隔热性能较好，但脆性大、受压后容易粉化；云母片耐高温，却刚性强、难以适配电芯动态膨胀；普通泡棉具备一定缓冲能力，但阻燃稳定性不足。三者始终难以同时满足缓冲回弹、散热阻燃等多重要求。
“水凝胶的‘含水’特性，让它具备了良好导热、柔韧性和回弹性。”于是，团队尝试将水凝胶应用于动力电池安全防护方面。
此次研发成功的高回弹阻燃水凝胶，以聚丙烯酰胺网络为骨架，通过引入植酸和木质素构建了分子链高度缠结的双网络结构水凝胶材料，具备多种性能优势。
在缓冲回弹方面，该材料具备类似橡胶的高回弹性，外力移除后能迅速恢复原始形态。与聚丙烯酰胺水凝胶比较，它的拉伸强度提升了近5倍（≥2.0 MPa），断裂伸长率超过500%，并且经百次循环试验仍可保持高达85%的回弹率。这意味着，该材料并不是“一次性抗压”材料，而是具备长期循环服役的潜力。
“这一特性对电芯固定尤为关键——水凝胶的柔性特征使其能与电芯界面紧密贴合，高回弹率使其能够有效缓冲电芯形变，并起到支撑作用，避免引发内部短路并导致起火。”吕欣遥说。
在散热阻燃方面，该材料含水量高，可在电池局部过热时辅助热量扩散；同时，优异的本征阻燃隔热性能，让它在1300℃丁烷火焰持续灼烧30分钟内不发生燃烧、不产生明火，极限氧指数高达90%，阻燃等级达到UL-94 V-0级最高标准。换句话说，相当于给电池电芯“穿上”一层既会“呼吸”又能防火的柔性安全铠甲。
目前，团队已围绕配方筛选、小试验证、循环压缩和模组热失控模拟持续开展工作，并与多家企业建立合作联合开发和试应用，后续有望向新能源汽车领域拓展。
记者 王艳