“堵”不如“疏”：相变材料打破电池热管理的传统界限！

据国家能源局消息，随着可再生能源装机规模快速增长，电力系统对各类调节性资源需求迅速增长，新型储能项目加速落地，装机规模持续快速提升。

新型储能技术路线方面，保持多元化发展趋势。其中，锂离子电池储能仍占绝对主导地位，压缩空气储能、液流电池储能、飞轮储能等相对成熟的储能技术保持快速发展，超级电容储能、固态电池储能、钛酸锂电池储能等新技术也已经开始投入工程示范应用，各类新型储能技术发展你追我赶，总体呈现多元化快速发展态势。

在此背景下，储热技术作为一种极具潜力的新型储能技术，近年发展快速。

2023年8月29日，由OFweek维科网和维科网储能共同举办的“OFweek 2023（第三届）储能技术与应用高峰论坛”在深圳成功举办。

论坛上，华南理工大学化学与化工学院张正国教授发表了题为《储热技术及其在电池热管理领域的应用研究》的精彩演讲。

三大储热技术，谁拔头筹？

储热技术也称热能储存技术，主要分为三类潜热（相变）储热技术、显热储热技术和化学反应储热技术。

潜热（相变）储热技术，是利用物质发生相变时吸收或释放大量的潜热进行热能储存的技术，最具实际应用前景；显热储热技术，指通过加热储热材料，提高其温度而将热能储存的技术，成本较低，是最简单和最成熟的储热技术；化学反应储热技术，指利用储热材料发生可逆的化学反应来储热、放热，优点是储热密度很大，缺点是过程不易控制。

三种储热技术中，相变（潜热）储热技术具有相变温度稳定、潜热大、应用范围广、过程易控制等优点，最具实际应用前景。

相变材料是相变储热技术的关键部分，具有过冷度无或低、潜热高、化学/机械性能稳定、比热容高、导热性合适等特点，主要分为有机材料、无机材料和共晶物三大种类。

为解决普通相变材料热导率低及液体泄漏等痛点，研发人员开发出了众多复合相变材料。例如，膨胀石墨基复合相变材料，可解决相变材料热导率低及液体泄漏等问题。

具体来看，复合相变材料主要分为多孔基体、胶囊封装、聚合物基体等，不同复合相变材料制备方法不同。

膨胀石墨、膨胀珍珠岩、泡沫金属、MOF、二氧化硅等多孔介质基复合相变材料，可通过直接浇注法、真空浸渍法、自扩散法等方法进行制备；微（纳）米胶囊相变材料则可通过原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法、溶胶凝胶法等方法进行制备。

关于相变材料电池热管理

锂离子电池具有很强的温度依赖性，温度过高、过低、温差过大都会直接影响其性能，甚至引发热失控、火灾等。

目前电池热失控防护策略以“堵” 为主，通过低导热气凝胶隔热材料阻截热失控传播。不过隔热只能延缓热失控传播，周边电池仍出现高温，不能完全抑制热失控传播。

针对电池热管理该痛点，张正国认为，电池热失控防护堵不如疏。无机相变材料能有效阻隔电池热失控传播，针刺电池产生热量被吸收后难以传到周围电池，最高温度小于100℃。可有效抑制电池热失控时的温升，延长热失控触发时间。

为提高储能电池安全性，电池热管理势在必行。电池热管理技术分为主动式和被动式两种，相变热管理是被动式电池热管理技术的一种，具有结构简单、成本低、均温性能强等优点。

根据材料不同，相变材料电池热管理可分为碳基复合相变材料电池热管理、柔性复合相变材料电池热管理、相变乳液冷却介质电池热管理等。

碳基复合相变材料电池热管理，通过将碳基复合相变材料包裹于电信商，最多可将电芯（3C放电）温度降低30℃，放电倍率越高，电池降温幅度越大。

柔性复合相变材料电池热管理中，柔性材料接触热阻小、延展性好、热应力小，且柔性绝缘相变材料重量轻、散热性能优异，有望在现有商用液冷系统应用并实现功能升级。

相变乳液冷却介质电池热管理中，相变乳液凭借相变时较大的比热容，具有比水冷更好的冷却效果，可明显改善高倍率放电时电池组的均温性。