01
背景介绍
严重的能源短缺和气候变暖放大了开发新能源存储技术的需求。环保电动汽车和储能站已被证明是解决世界范围问题的可能方案。锂离子电池具有高比能密度、长循环寿命、自放电小等优点，被认为是一种有前景的替代电池。然而，高低温循环或高倍率充放电循环等异常操作会影响电池的电化学特性和热稳定性特，导致电池退化，甚至发展为热失控。因此，lib的热安全问题引起了广泛的关注。高效隔热是减缓热失控传播、限制损伤的可行方法之一。此外，设计智能电池热管理系统(BTMs)，减少锂离子电池日常运行过程中的热量积累，防止热失控时的热量传递，不仅可以延长锂离子电池的使用寿命，还可以提高锂离子电池的安全性。热失控传播(TRP)的保温技术逐渐为人们所认识。考虑到电池组的高能量密度，绝缘材料应尽可能薄，这就要求其导热系数极低。气凝胶以其超轻的性能和强大的保温能力得到关注。
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成果掠影
近日，中国科学技术大学程旭东团队提出了一种基于耐高温气凝胶和相变材料的热管理功能集成材料，并将其应用于充放电过程和热失控条件下。在改文设计的这种夹层结构Paraffin@SiC纳米线/气凝胶片(表示为PA@SAS)体系中，SiC纳米线赋予中间气凝胶片(SAS)双重纳米网络结构。通过压缩试验和动态力学分析研究了SAS的增强力学性能。此外，SAS在600 ℃时的导热系数仅为0.042 W/(mK)，表面相变材料层通过潜热促进了电池的温度均匀性(表面温差小于1.82 ℃)。此外，还组装了一个由4个58 Ah LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂电池组成的大型电池模块。PA@SAS成功地阻止了热失控的传播，通过2mm厚的截面产生了602 ℃的温度间隙。PA@SAS在温升率、火焰热流等其他安全问题上也表现优异。轻量化和有效保温性能显著提高了安全性能，质量和体积能量密度分别降低了0.79%和5.4%。本研究的创新之处在于所提出的热管理材料的微观和宏观结构设计，以及各组成部分内在优势的结合。这项工作为实现将热管理功能集成到气凝胶复合材料中提供了可靠的设计，并提高了锂离子电池的热安全性。研究成果以“Experimental study of dual nano-network, high-temperature resistant aerogel material as an integration of thermal management functions”为题发表在《Journal of Energy Chemistry》期刊。
03
图文导读
图1 热失控试验中k型热电偶的测量配置与布置。
图2 PA@SAS双纳米网络的结构设计与微观形貌。
图3 PA@SAS结构表征。
图4 SAS的机械强度和超弹性。
图5 SAS耐高温
图6 稳定的封装性能和热管理性能功能集成的PA@SAS。
图6 PA@SAS中SAS的绝热性能及传热机理
图7 PA@SAS在提高锂离子电池热安全性方面的整体性能
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