南理工车剑飞/川大吴凯团队 Small：一种兼具良好热传导和安全可靠性的新型复合相变材料用于电池安全管理

2023-12-11 来源：高分子科技

相变材料（PCM）凭借在相变过程中潜热的吸收和释放可以为电池系统提供热缓冲平台来应对热失效问题。然而，PCM的应用一直受到热传导性能的局限，通过向相变材料中添加导热填料的方式依然存在传热和安全可靠性不足的问题。南京理工大学车剑飞教授/四川大学吴凯副研究员团队合作将传统相变材料与高导热纤维编织物结合，开发了一种兼具良好热传导和安全可靠性的新型复合相变材料用于电池安全管理。相关工作以“Dressing paraffin wax/boron nitride phase change composite with a polyethylene “underwear” for the reliable battery safety management”为题发表在《Small》上。

图1. 超高分子量聚乙烯纤维织物增强PCM的材料设计与制备

超高分子量聚乙烯纤维在织物中的螺旋连续传热路径与PCM中的氮化硼连续网络存在协同作用，使其面外和面内导热系数分别提高到了10.05和7.92 W/m K。将复合改性后的PCM与电池系统相结合后，可为电池提供可靠的热管理，有效防止电池中的热量积聚，在循环充放电过程中，使电极温度比常规电池低10℃以上。

图二. 相变材料的热传导性能

另一方面，高强度的纤维使PCM能够承受47.13 N的高穿刺力和18.45 MPa的拉伸强度，将有效防止外界冲击力对电池造成机械损伤。织物的存在使PCM具备良好的抗刺穿、抗拉伸能力和相变焓稳定性，这保证了锂电池在使用过程中的安全性。并且，即使是在相变温度以上时，改性后的PCM依然可以为电池提供持续可靠的保护和热管理。

图三. 相变材料的力学与相变性能

将此PCM作为外层包覆在锂电池的表面，可以明显降低电池在高功率（5C）运行时的工作温度。相信，这种织物增强型PCM不仅在电池安全管理领域，在其他相关领域（如热界面材料和电子封装）也具有广阔的应用前景。

图四. 相变材料对锂离子电池系统的热管理和机械保护

南京理工大学化学化工学院博士研究生张永正为文章第一作者，南京理工大学化学化工学院车剑飞教授与四川大学高分子科学与工程学院吴凯副研究员为通讯作者。作者特别感谢国家自然科学基金、江苏省自然科学基金的大力支持。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202304886

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻