新能源汽车半固态电池热管理材料的发展前景与趋势

     2023-04-18 次浏览

摘要：近年来，新能源汽车电动汽车（EV）的市场需求不断增加，半固态电池被广泛应用于EV中。然而，当半固态电池运行时，由于快速发生掉电，会产生大量的热量。如果这个问题得不到及时解决，可能会导致半固态电池的损坏和缩短其寿命。因此，研究和开发有效的热管理材料是非常必要的。本综述主要介绍了热管理材料应用于半固态电池的发展历程以及其优点和缺点。我们分析了各种不同种类的热管理材料，如散热片、导热胶、相变材料等，以及它们在新能源汽车半固态电池的应用。此外，我们还探讨了未来热管理材料的发展前景和趋势。

一、介绍

半固态电池是兼具液态电池和固态电池的优点的电池。它具有高电导性、低内阻、高功率密度、高安全性等特点。然而，当半固态电池遭受高功率充放电时，会产生大量的热量，降低电池的寿命和性能。因此，研究和开发有效的热管理材料是非常必要的。

二、热管理材料的种类

1. 散热片

散热片是导热率高的金属材料，通常用于将热能传导到散热器中去。散热片能提高半固态电池的散热效率，维持半固态电池中核心温度的稳定。钨铜散热片、铝材散热片和铜材散热片都是常见的热管理材料。

2. 碳材料

碳材料非常适合应用于半固态电池热管理中，因为它导热性能优异和化学稳定性高。其中石墨烯、碳纤维和炭黑都是常用的碳材料。石墨烯具有高导热性和优良机械强度，碳纤维导热性能好，炭黑表面积大，吸附性能优越。

3. 相变材料

相变材料（PCM）是一种特殊的材料，其具有在一定温度范围内发生相变的特性。相变时，大量的潜热被吸收或放出，从而控制温度并实现热管理。相变材料常被用于制造热储存器、相变板等热管理器件中。常用的相变材料有蜡、丙烯酸盐、金属合金、硬脂酸等。

三、国内外研究现状及发展趋势

3.1 国内研究现状

国内热管理材料在半固态电池中的研究相对较少，目前仍处于初级阶段。传统的发热元件如散热片、致冷片等对于半固态电池的热管理效果较为有限。近年来，一些具有导热、相变等特性的材料被引入到半固态电池的热管理中，如石墨烯、相变材料等。同时，智能温控技术和电池包散热系统的研究也受到越来越多的关注。

3.2 国外研究现状

在国外，热管理材料在半固态电池中的研究已经相对成熟。研究者们研发了各种具有优异导热性能和相变特性的材料，如铜管、蜡等。同时，电池包散热系统和智能温控技术的研究也十分活跃。未来，这些技术还将在半固态电池中不断得到应用和完善。

四、半固态电池热特性实验与仿真模型

半固态电池的热特性实验和仿真模型是研究半固态电池热管理问题的关键。实验方法包括红外热成像、热阻测试、热流测试等，这些方法可以在实验室中获取半固态电池的热特性参数。同时，仿真模型也是研究半固态电池热管理的重要手段。通过建立数值模型，可以模拟半固态电池的热特性，预测电池的温度分布和散热效果。这些实验和仿真研究为热管理材料的开发提供了可靠的支持和验证。

五、热管理材料性能比较

不同种类的热管理材料具有各自的优缺点。下面对三种热管理材料的导热系数、熔点和价格进行比较。

表1. 不同种类热管理材料的比较

根据上表的比较可以看出，石墨烯导热系数很高，但是不适用于热管理材料的应用，因为它的成本很高。铝材散热片的热导系数也很高，成本相对较低。相变材料的价格较高，但是可用于将热传输到相变材料中，将电池温度保持在安全范围内。

六、未来发展方向

随着科技的不断发展，将会出现更多的热管理材料用于半固态电池的生产和应用。未来的热管理材料将注重以下方向的发展：

1. 由于相变材料价格较高，将会开发更多成本更低的相变材料用于半固态电池的应用。

2. 开发更优化的散热片，设计散热片在复杂的内部结构中运转，提高热传输效率。

3. 通过改进材料的物理特性，实现功能的多用途和多效应。

结论

本文论述了半固态电池热管理领域的热管理材料，对散热片、碳材料和相变材料进行了详细的介绍和比较，以期为未来半固态电池热管理材料的研究提供参考。未来将有更多的材料加入到半固态电池中，为新能源汽车的发展做出更大的贡献。

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