电芯的热设计包括两个核心:一个是热管理设计,一个是热失控防护设计。
理想情况下,我们对热管理是希望电芯间具有良好的导热效率,这样可以把热量更快、更均匀地与外界、电芯间进行传播,所以这个层面我们需要“导热”;而我们对于热失控是希望具有良好的隔热阻燃效果,这样可以把已发生热失控的电芯孤立起来,避免热失控蔓延的发生,所以,这个层面我们需要的是“隔热”。对于材料来说,这其实是不可兼得的矛盾体,但如果有这样一种材料,它在电芯正常工作时能够导热,一旦发生热失控就会变成隔热,那就很有意思了。我看到三菱化学在最近的2024横滨汽车技术展览会上就发布了这样一个产品,叫做“THERMINSYNX”,如下:这个垫片不同于我们所常见的热失控防护和膨胀力应对的垫片,这个垫片叫作“热控垫片”更合适,它主要有两个作用:一是,当电池正常运行时,该垫片有良好的导热性,可以让热量在电芯之间进行传递,为什么需要这样,因为任何电芯单体都具有差异性,产热是不同的,同时,任何冷却系统都具有温差(比如靠近进水口冷却效果好等),这样,导致整个电池系统会有比较大的温差。那如果垫片让热量在电芯之间进行传递,就会有更好的均温效果。此外,电芯的热容很大,当发生热失控时,如果能及时地将热量向周边传递,可以配合冷板,更快地散热。二是,很关键的,当热失控时,可以将发生热失控的热量向周边电芯传递,但当温度达到一定数值,就需要阻断热的传递,这个时候这个垫片就需要发生变化。三菱的例子是:“当这个垫片内的温度达到150°C左右时,垫片的树脂材料会发生相变,变成非导热体!这样就可以对热量进行阻断”。这太有趣了!而且这个温度可以根据客户需求进行调整!这意味着我们可以在当前的电池系统设计上同时实现什么?快充所需要的快速散热+结构精简和轻量化+更精准的热失控防护!这个垫片的应用结构有点像我们的“回型框+气凝胶垫”,上图中右上角三个垫片周边的黑色就是框架。图示中的样品厚度约2mm,垫片主要是通过树脂浸渍无纺布等材料制成,但三菱化学没有阐述这个垫片的不足在于哪里,比如成本,比如重量,等等。毕竟新的技术,并不等于即刻的大规模量产应用,但这确实是一个非常绝妙的产品,就像它的名字“热控垫片”,一方面可以进行冷却导热,一方面可以“控制热失控”,很期待有人能够把这个技术给用起来。
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