用于电池热管理的具有增强电绝缘性的宽温域柔性相变材料

来源 | Journal of Energy Storage

原文 | https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108566

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背景介绍

为实现我国2030年二氧化碳排放达峰和2060年碳中和的目标，包括电动汽车和混合动力电动汽车在内的可再生能源汽车近年来得到快速发展。研究表明，可再生能源汽车可减少20%的温室气体排放。锂离子电池由于能量密度高、寿命长等优点被广泛应用于电动汽车中。锂电池的性能与电池组的工作温度和温度均匀性有很大关系。最佳工作温度范围为25℃～50℃，电池组温差应控制在5℃以内。但在长期的经营过程中，电池在充放电过程中产生的热量积累，必然会导致温度升高、温度均匀性恶化，从而产生爆炸等热失控安全问题。因此，建立有效的热管理以确保电池在最佳工作温度下运行是非常有必要的。热致柔性复合相变材料（CPCM）近年来在电池热管理（BTM）领域得到广泛应用，但其窄温域和低电阻率不利于保障电池热安全。

02

成果掠影

近期，河北工业大学孔祥飞教授团队以石蜡（PA）作为相变材料，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）作为柔性支撑材料，氮化铝（ALN）作为主要电绝缘材料，膨胀石墨（EG）作为主要导热增强材料，成功制备出具有增强的电绝缘性能和宽温域（25℃至60℃）的新型热致柔性复合相变材料。ALN的添加不仅提高了CPCM的体积电阻率，还有助于材料的循环稳定性。实验表明，最高温度和最大温差可分别控制在47℃和5℃以内，比自然冷却电池低15.94℃和4.93℃。导热系数和热焓分别对保证温度均匀性和最高温度起决定性作用，这为CPCM的制备目标提供了指导。相关研究成果以“Wide-temperature flexible phase change materials with enhanced electrical insulation for battery thermal management”为题发表于《Journal of Energy Storage》。

03

图文导读

图1 复合材料的制备工艺。

图2 (a)测试平台原理图；(b)热电偶设置位置；(c)高精度电池测试系统的设置。

图3 在SBS：PA = 3：7下加入不同质量EG的泄漏试验结果。

图4 CPCMs随时间推移的泄漏率。

图5 (a) EG；(b) ALN粉末；(c) SBS@PA与6重量%EG；(d) FS5的SEM图像。

图6 PA、SBS、EG、ALN和复合材料的XRD。

图7 FS7的柔韧性：(a)弯曲；(b)扭转、拉伸和挤压。

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