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基于两阶段储能复合水合盐的宽温域电池热管理研究
相变储能材料仰仗其无需额外能耗的吸热才干，在被逼式电池热处理与热失控预防方面展示出明显优势。可是传统相变材料（PCMs）的潜热缺乏以吸收电池热失控开释的巨大热能，且有机相变材料具有易燃特性，无机材料则存在过冷度过高的问题。本研讨开发了一种根据无机盐的复合储热材料，具有两级吸热才干：32.3℃相变温度与电池工作条件匹配且过冷度仅3.2℃，在135℃附近具有1197.0 kJ/kg的高热吸收容量以按捺热失控，然后为锂离子电池完结宽温域高效热安全处理。通过与有机阻燃相变材料系统在微观描画、热安稳性、吸热功用及阻燃性等方面的比照分析，提醒了该水合盐复合材料一起的两阶段吸热机制与出色的阻燃特性。电池冷却循环实验标明，该材料在10C放电工况下（峰值温度达52.7°C）能通过固-液相变吸热将电池温度安稳维持在32°C左右，展示出优异的冷却才干与循环安稳性。在热失控事情中，该材料运用其高热分解反应焓将相邻电池温度按捺在100°C以下，然后阻断热延伸。这种水合盐复合相变与热化学材料（CPCM-TCM）在电池热安全处理中展示的优越性，为储能系统被逼热处理研讨供应了新思路。
商用锂离子电池（LIBs）仰仗其在能量密度、倍率才干、循环寿命和本钱效益方面的出色功用，不只推动了可再生能源事业的展开，还作为从便携式电子设备到电动汽车及电网级储能系统等多种运用场景的首要动力来历[1]。可是，近期锂离子电池储能电站产生的火灾与爆炸事端，已成为阻止电池储能技术大规模展开的严重应战[[2], [3], [4]]。因此，锂离子电池热安全处理技术的研发具有重要的研讨价值和广大的运用远景。
电池热处理系统（BTMS）一般分为自动式[[5], [6], [7], [8]]和被逼式[[9], [10], [11]]。常见的自动冷却技术包括风冷和液冷，而被逼方规则触及相变材料（PCMs）和热管冷却。虽然自动冷却能供应有用的温度操控，但需要额外的装备和功耗，导致本钱添加、系统凌乱化，以及在热冲击条件下可靠性降低。相变储能材料在无需外部能量输入的情况下表现出强壮的吸热才干，展示出广大的运用远景。
相变储能材料在被逼式电池热处理领域具有广泛运用[[12], [13], [14], [15], [16]]。可是惯例有机相变材料仅具有单一相变温度，难以应对宽温域下的电池热行为调控需求。其缺乏的相变潜热亦无法有用缓解热失控进程开释的巨量热量（>880 kJ/kg）[17]。此外，有机相变材料的可燃性可能加速热失控传播。为处理这一问题，Weng等[18]通过添加Al(OH)3将阻燃剂添加至有机相变资猜中可延迟热失控引燃，但会加剧电池焚烧强度。Dai等[19]在相变资猜中引入氢氧化物阻燃剂以降低热失控期间的火灾危险与热开释率，但未能阻断火势延伸。白腊（PA）作为常用有机相变材料，已在电池热处理领域获得广泛运用[20,21]。咱们前期研讨[22]尝试将无机阻燃剂掺入白腊，开宣布一种具有高导热性和强阻燃特性的新式复合相变材料，其内部形成细密陶瓷结构。虽然该办法延缓了电池模组热失控传播的延迟时间，但无法彻底阻断火焰延伸。因此，开发专为电池热处理系统规划的先进材料，关于进步锂离子电池安全性和降低热失控危险至关重要。鉴于这些局限性，很多研讨者已发动针对电池热处理的阻燃无机相变材料的研讨工作。
水合盐作为一类一起的无机储能材料，在不同温阶展示出两种天壤之别的吸热进程：(1) 通过固液相变完结的潜热贮存[23]；(2) 具有高热吸收才干的热分解反应[24]。仰仗高能量密度、阻燃性和低热损耗等优势[[25], [26], [27]]，水合盐特别适用于电池正常工况下的相变冷却与热失控期间的热化学吸热，然后进步热安全性。如表1所示，越来越多的研讨正在将水合物基复合相变材料运用于电池热处理。微胶囊化是封装水合盐相变材料的常用办法。Kong等人运用Na的相变2HPO4·12H2O与硅纳米封装技术[28]完结了两层储热功用[29]，但该办法面临制备工艺凌乱及屡次热循环后易碎裂等应战。比较之下，以胀大石墨（EG）为代表的多孔碳基封装能有用克服这些缺点。EG具有三维多孔蠕虫状结构。这种层状结构具有高比表面积和优异的吸附功用，使其能够有用吸附相变材料、防止走漏并坚持复合材料的形态安稳性。在当前研讨中，胀大石墨等多孔材料越来越多地被运用于复合相变资猜中，以供应结构支撑和吸附才干[30,31]。Galazutdinova等人初次将水合盐引入电池模块，通过将其与胀大石墨结合，成功减轻了不利影响[32,33]。Lin等人曹等人开发了一种水合盐复合材料（三水合乙酸钠/尿素/乙二醇），该材料整合了潜热与热化学储热技术[34,35]，实验证明其能在正常运转时完结有用冷却，并通过数值仿照验证了该材料通过两阶段吸热进程阻遏18650小型电池热失控延伸的才干[36]。此外，他们还规划了一种新式水合盐材料TCM40，该材料仰仗其高吸热才干（>1,000 kJ/kg）在热失控事情中可最大极限削减对相邻电池的热传递[37,38]。支等人则选用Na...2SO4·10H2O与KAl(SO4)2·12H2O水合盐结合可胀大石墨和开孔聚氨酯泡沫，完结了226.9 J/g的潜热值[39]。这些研讨成果标明水合盐在锂离子电池热处理运用领域具有极高潜力。
表1相同提醒了清晰的趋势：当引入化学分解热时，总储热密度明显进步，通过选用两级吸热方式为按捺热失控供应了一起优势。因此，应测验更多材料并与现有相变材料计划进行比照。
综上所述，本研讨开发了一种名为EG/HS80的无机复合相变与热化学材料(CPCM-TCM)，具有两级高热吸收才干和宽工作温度范围，契合工业领域对热失控防护的材料厚度要求[40]。与传统有机材料比较，EG/HS80展示出更高的阻燃性、更低的过冷度、明显更高的潜热以及安稳的结构功用。通过调理工作温度，EG/HS80与电池的正常运转温度及热失控温度具有出色匹配性。此外，咱们系统比较了EG/HS80与阻燃有机相变材料的功用，结果标明其在电池冷却功用和热安全性方面具有明显优势。