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新型热调节器可以提高高容量锂离子电池的安全性

2024-07-02 tech xplore

高容量锂离子电池(LIB)可在汽车和其他大型电子设备中发挥关键作用。然而,要成功部署高容量锂离子电池,工程师首先需要确保电池可在不同温度下安全运行,且不会在过热状态爆炸。

导热夹层可平衡电池模块之间的温度,使其保持在1545℃之间,是一种提高LIB安全性的常见方案。为了确保LIB安全性,导热夹层材料应具有高隔热性,从而防止热量扩散,同时确保电池内部的温度均匀分布。

清华大学和浙江大学的研究人员最近设计了一种新型热开关材料,其符合上述两个标准,还能有效调节高容量电池的温度。《自然能源》论文中介绍了这种材料,其能快速响应温度,使电池在不同的操作条件下都能安全循环。

研究人员在论文中写道:“有效的热安全管理依赖于夹层材料的热导率,但目前的设计缺乏对性能和安全性的响应能力。”研究团队设计了一种热切换材料,具有从导热到隔热状态的高切换率,从而解决这一困难。

研究团队设计的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的变化而膨胀。微球对温度的敏感性膨胀会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。

为了评估其材料性能,研究人员将材料集成到50 Ah Ni-Co-Mn LIB中,以用作电池间夹层。实验发现,这种材料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。

研究人员称,所设计的热开关材料表现出很宽的导热温度范围(室温下为1.33W m−1K−1),并且可以在加热时30秒内转变为绝热状态(100左右时为0.1W m−1 K−1)。

当材料用于四个50 Ah Ni-Co-Mn锂离子电池模块的电池间夹层时,其不仅可以确保正常工作条件下温度的均匀分布,更重要的是可以防止80%的热失控热传递,有效避免灾难性的电池爆炸。

该团队推出的新型热调节器很快就能在其他高容量电池上进行测试。未来,将有助于电池的广泛商业化和使用,确保电池在不同气候和操作环境下的安全。


关键词: 锂离子电池   热调节器   夹层材料