阻燃聚酰亚胺-二氧化硅复合气凝胶：一种高效隔热阻燃材料在抑制锂离子电池热失控传播中的应用

为解决锂离子电池(LIBs)热失控传播(TRP)的安全隐患，研究人员开发了一种新型PI/SiO2复合气凝胶屏障材料。通过整合聚酰亚胺气凝胶(PI)、羟基磷灰石纳米线(HAP)、聚磷酸铵(APP)等组分，该材料成功将相邻电池间热交换降低51.8%，峰值温度控制在137℃，为电动汽车等高危能源应用提供了创新安全解决方案。

　　

随着电动汽车和电网级储能系统的快速发展，锂离子电池(LIBs)的热安全问题日益凸显。热失控传播(TRP)作为电池系统中最危险的安全隐患，可能引发连锁反应导致灾难性事故。传统阻隔材料往往难以兼顾隔热性能与机械强度，这一技术瓶颈严重制约着高能量密度电池的应用发展。

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的研究团队在《Polymer Degradation and Stability》发表创新成果，通过溶胶-凝胶法和冷冻干燥技术，将聚酰亚胺(PI)气凝胶与二氧化硅(SiO₂)复合，并引入羟基磷灰石纳米线(HAP)、聚磷酸铵(APP)等功能组分，开发出具有多级防护结构的PI@SiO₂/EP-3复合屏障材料。

研究采用扫描电镜(SEM)观察微观形貌，通过X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)分析材料成分，并搭建标准TRP测试平台评估防护性能。结果显示：

【Microstructure】SEM显示PI气凝胶具有纤维骨架结构和无序孔隙，SiO₂填充后形成致密网络；APP颗粒均匀分布在PAA基体中，赋予材料阻燃特性。

【Conclusions】厚度3mm的PI@SiO₂/EP-3材料可完全阻断TRP，使相邻电池峰值温度(T_2max)降至137℃，热释放量减少至0.29 MJ/m²。XRD证实被保护电池晶格结构保持完整，电压稳定在4.136V。

该研究创新性地构建了"物理阻隔-化学抑燃"协同防护体系：PI气凝胶的三维网络有效延缓热传导，SiO₂增强结构稳定性，APP/HAP在高温下形成磷酸盐保护层。特别值得注意的是，材料将电池间总焓交换从56.4kJ降至27.2kJ，降幅达51.8%，这一突破性进展为动力电池模组设计提供了新思路。

研究获得国家重点研发计划(2023YFC30099000)、国家自然科学基金(52104197)等项目支持，相关技术已申请专利保护。这项工作不仅解决了TRP这一行业难题，其提出的"气凝胶基多功能复合材料"设计策略，对航空航天、军事装备等极端环境下的热防护系统开发也具有重要借鉴价值。