一、背景介绍
近年来，锂离子电池凭借其高能量和功率密度，已成为电子设备和电动汽车的主要电源。然而，锂离子电池对温度敏感，需要20至55°C之间的严格热环境才能发挥高性能和安全性。在55°C以上的高温下，电池容易出现容量损失，寿命缩短，甚至热失控，从而导致火灾和爆炸。同时，低温会降低电池电解质的电导率和锂离子的扩散速率，导致电压下降、永久性容量损失、锂沉积，甚至内部短路。电池热管理系统（BTMS）可以将电池的工作温度维持在其舒适范围内，从而提高电池组性能并降低热失控风险。
目前，BTMS 方法主要包括风冷、液冷和相变材料 (PCM) 热管理 。在相变过程中，PCM 吸收大量热量来降低电池温度。因此，PCM 热管理不需要额外的制冷设备和能耗，具有紧凑和温度均匀性好的优点。但PCM在电池热管理中存在漏液、热导率低、刚性差、不能在低温下预热等问题。
二、成果掠影
近日，华南理工大学张正国、凌子夜团队采用高温开放精制法制备了一种宽温柔性复合PCM（FCPCM）。苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯（SEBS）和膨胀石墨（EG）将石蜡（PA）吸附到三维网络上。FCPCM在相变前后均具有良好的柔性，可在室温下任意弯曲和拉伸，且具有形状记忆功能，加热后可恢复到初始状态。FCPCM-15的潜热为159.9 J/g，热导率是纯石蜡的7.45倍。FCPCM优异的热性能和电性能使其能够在高温下冷却电池并在低温下预热电池。在30°C下经过10次充电/放电循环后，基于FCPCM冷却的电池组温度仍然降低了3.9°C。在−20°C的低温下，电池组的预热速率可达12.9°C/min，预热后电池组的放电电压和容量分别提高了15%和20.8%。FCPCM为全气候电池热管理提供了一种有前途且实用的方法。
研究成果以“An electric conductive wide-temperature flexible phase change material for all-climate battery thermal management”为题发表在《Applied Thermal Engineering
》。
图1 电加热试验FCPCM板的(a)结构；(b)电加热试验图；圆柱形电池FCPCM板的(c)热管理结构；棱柱形电池FCPCM板的 (d)热管理结构。
图2 不同样品的扫描电镜图像：(a) SEBS粉末、(b) EG粉末、(c) SEBS/PA复合材料、(d) SEBS/PA/EG复合材料；SEBS、EG、PA FCPCM（SEBS/PA/EG复合材料）的FT-IR光谱(e)和XRD (f)图谱。
图3 拉伸和弯曲性能试验：不同SEBS质量含量样品的(a)拉伸强度试验；(b)图(a)部分放大图像；(c)拉伸后复合材料的自愈合性能；不同SEBS质量含量样品的(d)弯曲强度试验；(e)10wt%SEBS复合材料断裂；(f)15wt%SEBS复合材料无断裂；(g)弯曲后15 wt% SEBS复合材料的自愈合性能。
图4 (a)−20˚C不同电压预热18650电池组−温度曲线；(b)预热速率为80 V、90 V、100 V；(c)无FCPCM最高温度18650电池组；(d)电加热过程中棱柱电池组的红外热图图像；(e)棱柱电池组预热时时间−温度曲线；(f)预热电池组和未加热电池组电压−20℃。
