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清华及浙大开发出新型热调节器可以提高高容量锂离子电池的安全性

盖世汽车刘丽婷 2024-06-25 09:30:58

盖世汽车讯高容量锂离子电池（LIB）可能在汽车和其他大型电子设备的电气化中发挥关键作用。然而，要成功地大规模部署这些电池，工程师首先需要确保它们能够在不同温度下安全运行，并且不会在过热时发生故障。

提高LIB安全性的一个常见解决方案是使用导热夹层，这种材料旨在平衡电池模块之间的温度，使其达到15°C至45°C之间。为了确保高容量LIB的安全性，这些材料应具有高度的隔热性，从而防止热量传播，同时确保温度在电池中均匀分布。

图片来源：期刊《Nature Energy》

据外媒报道，清华大学和浙江大学的研究人员最近设计出新型热开关材料，它符合上述两个标准，又能有效调节大容量电池的温度。相关论文已发表于期刊《Nature Energy》。论文中介绍所该材料能够快速响应温度，使电池在不同的操作条件下都能安全循环。

“有效的热安全管理依赖于夹层材料的热导率，但目前的设计缺乏性能和安全性所需的响应能力，”研究人员在论文中写道。“我们设计了一种热开关材料，它具有从导热状态到隔热状态的高切换率，可以解决这一困境。”

该热开关材料由嵌入在相连的石墨烯层之间的微球组成。值得注意的是，微球的体积会随着温度变化而膨胀。微球的温度敏感膨胀通过分离相邻的二维石墨烯层来破坏热量的传输。反过来，这有助于调节电池内部的温度，防止电池爆炸。

为了评估新设计材料的性能，研究人员将其集成到50 Ah Ni-Co-Mn LIB中，将其用作电池间夹层。该发现非常有希望，因为这种材料被发现可以成功地充当热调节器，防止可能导致爆炸的热量传播和连锁反应。

“设计的热开关材料具有很宽的导热温度范围（室温下为1.33 W m−1 K−1），加热后可在30 s内转变为绝热状态（约100 C时为0.1 W m−1 K−1），”研究人员表示。“当用作具有四个50 Ah镍钴锰锂离子电池的模块的电池间夹层时，该材料不仅可确保正常工作条件下温度分布均匀，更重要的是可防止80%的热失控热传递，有效避免灾难性的电池爆炸。”

该研究团队推出的新型热调节器可能很快就会在其他高容量电池上实施和测试。未来，它可以促进这些电池的广泛商业化和使用，确保它们在地球上不同气候和不同操作条件下的安全。

“我们相信，这种热响应材料设计将确保高能量密度电池模块在整个使用寿命期间的安全性和高性能，”研究人员说道。