來源|Journal of Energy Storage

01背景介紹

為了減少碳排放和防止全球變暖，電動(dòng)汽車(EVs)和混合動(dòng)力汽車(HEVs)發(fā)展迅速，有望取代傳統(tǒng)汽油車。其中鋰離子電池以其能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)作為電動(dòng)汽車的主要能源。電池系統(tǒng)的性能和壽命受到工作溫度的限制。隨著能量密度的增加，電池在運(yùn)行過程中必須產(chǎn)生大量的熱量。如果電池產(chǎn)生的熱量沒有及時(shí)散發(fā)出去，就會(huì)損害電池的工作性能、使用壽命。它很容易發(fā)生熱失控導(dǎo)致大規(guī)模的火災(zāi)事故。

近年來，各種電池模塊的冷卻方法得到了廣泛的研究。包括風(fēng)冷和液冷在內(nèi)的主動(dòng)冷卻方式一般需要額外的輔助消耗設(shè)備和空間，這將相應(yīng)地提高成本和重量。相比之下，基于相變材料PCM的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BTMS)因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、冷卻效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。聚乙二醇(PEG)作為一種節(jié)能環(huán)保的儲(chǔ)能材料材料引起了人們的廣泛關(guān)注，它被認(rèn)為是一種相變材料是一種很有前途的儲(chǔ)熱材料熔點(diǎn)熱大，熔點(diǎn)均勻，無腐蝕性，熔點(diǎn)范圍寬。

然而，聚乙二醇是一種經(jīng)典的固-液相變物質(zhì)，必須包裝在其中特殊密封容器。為了解決這一典型的泄漏問題，采用熔融浸漬法制備了形狀穩(wěn)定的PEG基CPCM。為提高了相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)進(jìn)一步提高冷卻效果，一般來說導(dǎo)熱性能通過加入高導(dǎo)電性熱添加劑，如金屬粉末、碳納米管(CN)、石墨烯、氮化鋁(AlN)和膨脹石墨(EG)來優(yōu)化。但是當(dāng)導(dǎo)熱填料粉末作為導(dǎo)熱促進(jìn)劑添加到PCM中，這些小顆粒會(huì)聚集在一起形成更大的團(tuán)簇，這對(duì)形成連續(xù)換熱網(wǎng)絡(luò)有負(fù)面影響將限制優(yōu)化熱導(dǎo)率。

復(fù)合相變材料（CPCMs）作為被動(dòng)冷卻系統(tǒng)在電池組中具有很大的應(yīng)用潛力。但其固有的漏電性和較低的導(dǎo)熱系數(shù)限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用。因此，探索一種有效、優(yōu)越的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BTM)，確保電池在合適的溫度范圍內(nèi)工作，抑制鋰電池的熱傳播，將極大地提高電動(dòng)汽車的安全性，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

02成果掠影

近期，

北京理工大學(xué)的王永真教授，上海交通大學(xué)的黎燦兵教授和廣東工業(yè)大學(xué)的李新喜教授聯(lián)合取得新進(jìn)展。

該團(tuán)隊(duì)通過原位化學(xué)還原和物理共混技術(shù)的協(xié)同方法，成功制備了具有PEG/EG/HNT@AP的高導(dǎo)熱CPCM。聚乙二醇(PEG)作為相變基質(zhì)，高嶺土納米管(HNT)作為支撐材料，可以提供交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，防止其泄漏。特別是，膨脹石墨(EG)和銀納米粒子(AgNPs)組裝成HNT (HNT@AP)，發(fā)揮協(xié)同作用，構(gòu)建互連的熱網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果表明：當(dāng)HNT@AP含量為40%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)提高到1.15 W/（mK），相變潛熱保持在103.65 J/g；此外，設(shè)計(jì)了具有PEG/EG/HNT@AP和PEG/EG/ER的電池模塊，并分別在充放電循環(huán)過程中進(jìn)行了測量。結(jié)果表明，PEG/EG/HNT@AP電池模塊在35℃環(huán)境溫度下，在3C放電速率下也能保持在60℃以下，具有良好的熱管理效果。因此，本研究為合理設(shè)計(jì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料以提高電動(dòng)汽車電池組的熱安全性提供了依據(jù)。

研究成果以“High thermal conductive and anti-leakage composite phase change material with halloysite nanotube for battery thermal management system”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1.電池模組HNT@AP的制備及CPCM的組裝過程。

圖2.電池模塊測試系統(tǒng)原理圖。

圖3.HNT@AP提高傳熱效率示意圖。

圖4.HNT@AP的結(jié)構(gòu)表征。

圖5.樣品的微觀結(jié)構(gòu)表征。

圖6.CPCM的熱物性。

圖7.不同條件CPCM在加熱過程中的泄漏示意圖。

圖8.(a) PEER-Module和(b) PEHAP2-Module的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9.不同環(huán)境溫度下，電池模塊在不同放電速率下的溫度曲線。

圖10.(a、b) PEER-Module和(c、d) PEHAP2-Module在不同放電速率下的最大溫度和溫差環(huán)境溫度。

圖11.(a, b) PEER-Module和(c, d) PEHAP2-Module在環(huán)境溫度為25和35℃、3C放電速率下的溫度循環(huán)曲線。

審核編輯：湯梓紅