全面认识相变材料在动力锂电池热管理具体应用及相变材料热解决方案解析

       相变是材料科学的一个名词，指物理、化学性质完全一致并且与周围其他物质具有明显边界的物质存在状态。宏观上看，物质的相有三种，气象、液相、固相。

相变材料，吸热放热过程，系统温度平稳，可以达到近似恒温的效果，已经在很多领域得到应用。大功率电力电子器件的冷却，太阳能系统的冷却，建筑材料，工业余热利用，家用车用空调系统以及锂电池的热管理系统。

相变材料的两个指标参数，相变潜热和相变温度，基本圈定了一种材料所能适用的环境类型。相变潜热越大，材料保持环境温度恒定的能力越强。

应用于热管理场合的相变材料一般需要满足几个条件。首先，材料热密度高，潜热量大；其次，导热率高，吸热放热过程迅速；再次，稳定性好，不容易分解以及与周边材料发生副反应，使用周期长，不会对系统造成不良影响；最后，价格低廉。

相变材料的种类

导热相变材料可以分成无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三种。

无机相变材料

主要指无机水合盐相变材料，其相变潜热大，熔解温度高。主要的无机相变材料：CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaBr2·6H2O、CH3COONa·3H2O 等。无机相变材料虽具有导热系数大、价格便宜的优点，但存在过冷、相分离及腐蚀性强等缺陷。

有机相变材料

多种有机物的混合体，不同晶型和不同高分子支链结构的组合，带来不同的恒温范围。这也造就了有机相变材料的一个显著优点，能够通过不同种类材料的混合达到调节相变温度的目的；其另一个优点是，凝固时无过冷现象。石蜡和各种酸酯都属于有机相变蓄热材料。有机相变储能材料主要包括固-液相变、固-固相变、复合相变三大类。

锂电池热管理系统对相变材料要求

1、相变温度低，需要适应锂电池的更佳工作温度区间15℃-35℃；

2、材料相变温度小范围内可以调节，不同类型电芯的更佳工作温度区间并不完全一致；

3、材料定型形态，相变前后，更好不要出现液态气态相；

4、材料潜热大，则系统恒温能力强；

5、材料绝缘性好，避免高压系统出现绝缘漏电风险。

6、相变材料质量密度低，减小对电池包能量密度的影响。

满足上述要求的相变材料体系其实并不多，其中石蜡-膨胀石墨是当前研究较多并且最接近具体应用在锂电池的一种。

石蜡-膨胀石墨应用案例分析

相变储能材料在锂电池热管理系统中的应用，最早可以追溯到2004年，第一次应用于电动踏板车的温控系统。此后，石蜡-石墨复合材料，石蜡-膨胀石墨复合材料逐渐被应用于锂电池热管理系统。

石蜡-膨胀石墨复合材料，石蜡作为相变材料，负责热量的吸收和储存，实现温控功能。石墨，具备微观多孔结构。当石蜡相转变成液态，石墨起到完美的吸附作用，避免材料出现液体状态。