鋰離子電池組在運(yùn)行中面臨顯著的熱管理挑戰(zhàn):充放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量若無(wú)法及時(shí)均勻散逸,將導(dǎo)致電池組內(nèi)部溫差擴(kuò)大(通常超過(guò)5℃),加速局部老化并可能引發(fā)熱失控風(fēng)險(xiǎn)。尤其在高溫或高倍率工況下,傳統(tǒng)風(fēng)冷、液冷等外部散熱方式難以有效解決電池單體間的溫度梯度問(wèn)題。
聚酰亞胺(PI)/氮化硼(BN)納米復(fù)合薄膜為解決這一難題提供了創(chuàng)新方案。聚酰亞胺本身具有優(yōu)異的絕緣性和耐高溫性,但導(dǎo)熱系數(shù)較低(約0.2 W/(m·K))。通過(guò)引入氮化硼納米片(BNNS)作為導(dǎo)熱填料,可顯著提升材料的熱導(dǎo)率。例如,采用聚多巴胺改性BNNS與聚酰亞胺復(fù)合,其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.64 W/(m·K),同時(shí)保持高絕緣性(擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度>200 MV/m)。
該復(fù)合薄膜的均熱機(jī)制體現(xiàn)在兩方面:1.導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化:BNNS在聚酰亞胺基體中形成三維導(dǎo)熱路徑,當(dāng)填料含量超過(guò)15wt%時(shí),導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)逐步完善,熱傳導(dǎo)效率顯著提升;2.界面熱阻降低:聚多巴胺改性后的BNNS與聚酰亞胺基體結(jié)合更緊密,減少界面熱阻,進(jìn)一步改善熱量傳遞效率。廣東晟鵬科技有限公司的SPA-SPK30復(fù)合材料為電池均熱問(wèn)題提供了更高效的解決方案。
該材料通過(guò)獨(dú)特的各向異性導(dǎo)熱設(shè)計(jì):?水平熱導(dǎo)率高達(dá)20 W/(m·K),可快速沿電池模塊平面方向擴(kuò)散熱量,減少橫向溫差;?垂直熱導(dǎo)率控制在1 W/(m·K),避免熱量在層疊方向過(guò)度積聚,優(yōu)化三維熱流分布。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在液冷與風(fēng)冷混合系統(tǒng)中集成SPA-SPK30后,電池組最大溫差可降至2.5℃以內(nèi),較傳統(tǒng)方案溫差縮減50%。
此外,其耐穿刺性(≥300 N/mm2)和阻燃等級(jí)(UL94 V-0)可適配高安全要求的動(dòng)力電池場(chǎng)景。實(shí)際應(yīng)用效果顯示SPA-SPK30可構(gòu)建多層級(jí)熱管理架構(gòu):?SPA-SPK30作為電芯間絕緣導(dǎo)熱層,解決局部熱點(diǎn)問(wèn)題。
?SPA-SPK30用于模組間大面均熱,平衡系統(tǒng)級(jí)溫度場(chǎng)。例如,某儲(chǔ)能電池項(xiàng)目中,該方案將溫差從初始的8.2℃壓縮至2.1℃,循環(huán)壽命提升至6000次以上(容量衰減<10%)。同時(shí),SPA-SPK30的輕量化特性(密度1.8 g/cm3)較傳統(tǒng)鋁制散熱件減重40%,進(jìn)一步優(yōu)化了電池系統(tǒng)能效。
通過(guò)材料創(chuàng)新(如PI/BN復(fù)合薄膜),鋰電池組均熱問(wèn)題得以系統(tǒng)性解決,為高能量密度電池的安全應(yīng)用提供了可靠路徑。
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