新型热调节器可以提高高容量锂离子电池的安全性

高容量锂离子电池(LIB)可能在汽车和其他大型电子设备的电气化中发挥关键作用。然而，要成功大规模部署这些电池，工程师首先需要确保它们可以在不同温度下安全运行，并且不会在过热时爆炸。

提高LIB安全性的一种常见解决方案是使用导热夹层，这种材料旨在平衡电池模块之间的温度，使其达到15至45°C之间。为了确保高容量LIB的安全性，这些材料应具有高度的隔热性，从而防止热量传播，同时确保电池内的温度均匀分布。

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，它既符合上述两个标准，又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，它能快速响应温度，使电池在不同的操作条件下都能安全循环。

王、冯及其同事在论文中写道：“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。”“我们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，以解决这一困境。”

王、冯及其同事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。

微球对温度敏感的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。

为了评估他们设计的材料的性能，研究人员将其集成到50AhNi-Co-MnLIB中，将其用作电池间夹层。他们的发现非常有希望，因为这种材料被发现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。

王、冯及其同事写道：“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1.33Wm−1 K−1)，并且可以在加热时30秒内转变为绝热状态(100°C左右时为0.1Wm−1 K−1)。”

“当将该材料用作四个50Ah镍钴锰锂离子电池模块的电池间夹层时，它不仅可以确保正常工作条件下温度分布均匀，而且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。”

该研究团队推出的新型热调节器很快就能在其他高容量电池上实施和测试。未来，它将有助于这些电池的广泛商业化和使用，确保它们在地球上不同气候和不同操作条件下的安全。

研究人员表示：“我们相信这种热响应材料设计将确保高能量密度电池模块整个使用寿命的安全性和高性能。”

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