基于石墨烯相变材料的锂离子电池热管理技术研究

锂离子电池由于其高能量与高能量密度而被广泛运用于生活中的各个领域,但这也导致它在运行期间容易升温,影响电池的正常工作。相变材料(PCM)是一种有效热能存储材料,由于其在转变物理性质的过程中可以吸收或者释放大量潜热,从而被研究应用于电池热管理系统。该文以石蜡（PA）作为相变基体,膨胀石墨（EG）和石墨烯协同增强导热,制备高导热性的复合相变材料。在不同石墨烯含量下,观察其在锂电池放电过程中的冷却作用。结果表明,复合相变材料能有效降低工作中锂离子电池的表面温度,同时使电池的性能更加稳定。通过对比复合相变材料与PA的降温效果,发现当放电倍率越高,其降温效果越好。当放电倍率为3C、复合相变材料为PCM-4时,冷却效果较好,电池最高表面温度41.24℃,比PCM-1下降5.31℃,较PA而言,温度降低10.39℃。     

双层相变材料的制备及其对锂离子电池控温性能的影响

电池热管理系统是保证电动汽车电池性能的关键部分,目前多使用单相变材料冷却技术。以相变温度不同的石蜡作为储热材料,以膨胀石墨作为吸附材料,设计了双层相变材料控温结构,双层相变材料结构具有“接力赛”式的双重缓冲控温过程。对制备的2种相变材料进行表征和测试,得出最佳材料配比。在不同的环境温度中将双层相变材料控温结构应用于锂离子电池进行放电实验。结果表明：质量分数为10%的双层相变材料在导热系数和泄漏率方面有较好的表现和较高的潜热值,双层相变材料结构在25℃和37℃环境温度中能够使锂离子电池最高放电温度分别保持在42℃和51℃,具备良好的控温效果,能在一定程度上保证锂离子电池的安全使用并延长其寿命。     

采用相变热开关的软包电池热管理研究

针对电池热管理的问题,提出一种基于相变材料硬脂酸和热开关耦合的新型电池温控装置。以软包锂离子电池为对象,应用相变材料耦合热开关的温控装置,并基于数值模拟的研究方法对其温控效果展开研究。装置基于有机相变材料硬脂酸在相变过程中的体积变化特性为机械热开关提供被动驱动,能在电池工作温度较高时迅速为其散热,并能在电池工作温度较低时及时保温。数值仿真结果表明：与无热管理系统的电池相比,相变热开关温控使电池在4 C高倍率放电结束时的最终温度下降了22.46℃;在外界环境温度为-20℃时,相变热开关温控使电池温度管理时间延长了390 s,具有优良的控温特性。     

锂离子电池热特性及液冷散热研究

针对一款方形硬壳锂电池,首先进行放电温升实验研究电池的热特性.然后设计了一种具有蛇形流道的微通道液冷板,结合电池的生热特点布置电池与液冷板,并利用COMSOL软件模拟研究了不同冷却工况对电池散热性能的影响.结果 表明:随着放电倍率增加电池热效应迅速增强,2C放电时电池最大温度和最大温差已经超出允许范围;蛇形流道微通道液...     

锂离子电池

依据使用方向的不同，锂离子电池大致可分为便携式电子设备提供电源的小型锂离子电池和为交通工具提供动力的动力锂离子电池2类。前者的技术发展已经比较完善，产业规模比较庞大，产能集中在东亚，有越来越向中国大陆聚集的趋势。后者尚处在商业化启动阶段，软包装液态动力锂离子二次电池技术问世标志着中国的研究水平处于世界前列。     

索尼新型复合锂离子电池面世

迄今为止，人们一直是通过电池的使用寿命来体现其体积和功能之间的平衡。索尼公司于2月15日在业内推出了一种新型复合锂离子充电电池，使这种平衡达到新一阶段的极致。     

锂离子电池复合负极材料研究进展

将锂离子电池材料尺寸减小到纳米尺度,可减小充放电过程中Li+迁移距离及电极材料的相对膨胀率,是一种有效提升锂离子电池性能的手段。但是,纳米化也会带来导电率低、表面副反应活性高、团聚倾向大等明显缺点。在负极活性材料中引入导电复合相,可以有效提升材料体系的导电性、储锂容量、倍率特性和循环稳定性,是解决现有技术难题的有效突破口之一。对近年锂离子电池负极材料研究方面的主要成果进行了综述,着重关注几种热点负极材料及其新型微结构的设计、实现与性能优化研究。以可控制备工艺为主线,总结了相关的研究成果。     

基于过冷相变材料热开关的锂离子电池热管理系统

针对动力电池热管理的问题,提出一种耦合过冷相变材料六水合氯化钙和热开关的新型温控热开关装置。以18650圆柱型锂离子电池为对象,应用热开关装置并基于数值方法对其冷却和保温效果展开研究。装置基于过冷相变材料的体积变化特性提供机械热开关动作能力,与相变材料过冷现象结合进一步提高温控能力。分析结果表明,与无热开关的温控方式相比,过冷相变热开关温控使电池在5C高倍率放电结束时的最终温度下降了1.61℃,在外界环境温度-20℃时,过冷性相变热开关温控使电池温度管理时间延长了660 s。     

用氧化、复合技术改善锂离子电池负极材料性能

综述了最近几年用氧化、复合技术改善锂离子电池负极材料性能的研究.采用氧化技术,石墨材料的表面结构改善,可逆容量增加,循环性能明显改善;直接制备使用纳米级氧化物,显示出可逆容量大及优良的循环性能和快速充放电能力.采用复合技术,可使碳材料、氧化物材料的结构、可逆容量、循环性能得到改善或提高.氧化技术和复合技术是进一步提高锂离子电池负极材料性能的有效方法.     

基于太阳能供热的石墨烯/石蜡复合相变材料蓄放热特性实验研究

由于太阳能间歇性和不稳定性的缺点,给其在供热方面的应用带来了局限,采用相变储能法可改善太阳能供热应用的缺点。对此以石蜡为基液,向其中添加石墨烯通过"两步法"制备出石墨烯质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5%的复合相变材料,搭建复合相变材料蓄放热实验台并记录数据。结果表明:在相同的实验条件下,石墨烯/石蜡复合相变材料随着石墨烯质量分数的增加,熔化速率也随之增加,在添加量为0.5%时增加了14.15%;凝固速率也随石墨烯质量分数的增加而增加,但效果不如熔化速率明显;复合相变材料在圆管外的蓄放热过程中,位于圆管底部的材料熔化与凝固效果均不理想。     

石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能研究

以石蜡为相变储能材料,改性硅藻土为载体,无水乙醇为溶剂采用溶液插层法制备了石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料,利用综合热分析仪(TG-DSC)测定了复合材料的相变温度、相变潜热及复合材料的热稳定性,通过扫描电镜(SEM)、FT-IR分别对复合材料的微观结构及兼容性进行了表征,结果表明:复合相变储能材料中石蜡的适宜含量为65%,此时相变温度为53.7℃,相变潜热为147.93J/g,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

聚乙二醇基复合相变材料的制备与热性能研究

利用聚乙二醇(PEG)为相变材料、以羟丙基甲基纤维素为分子骨架,采用4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯作为交联剂,用化学接枝法成功合成了一种新型复合相变材料。采用红外光谱、差示扫描量热仪、热重仪、扫描电镜和X射线衍射仪对该复合相变材料的化学结构、相变性能、热稳定性、微观形貌和晶体结构等性能进行了表征。结果表明:该复合相变材料的相变过程表现为固-固相变的性质,其相变温度在309~323.2K范围内,相变焓值在89.8~106.8J/g之间。可见,通过化学接枝法得到的复合相变材料具有较好的相变行为,且克服了聚乙二醇在相变过程中的泄露问题。     

新型相变储能材料研究进展

介绍了相变材料的种类、特点以及储能机理,重点论述了新型相变材料的研究发展,对于复合相变材料和胶囊化相变材料做了较为详细的说明,概括了相变材料的主要研究方向.     

PNIPAm凝胶为载体的复合相变蓄热材料的制备和性能

以聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)热敏凝胶为载体,棕榈酸和月桂酸的混合物为相变蓄热材料,制备了一种无需容器盛装的复合相变蓄热材料.通过IR、DSC 、TG、SEM对其结构和性能进行分析.结果表明,脂肪酸与PNIPAm凝胶之间没有发生化学变化,脂肪酸在复合材料中仍保持原来的性质.随脂肪酸含量的增加,相变焓增大,可达100J/g以上;相变起始温度基本上保持不变,而峰值温度和终止温度增大.TG曲线表明材料具有较好的热稳定性.     

硫铝酸盐水泥基复合相变储能砂浆的制备及其性能

采用熔融共混法制备“低密度聚乙烯（LDPE）-石蜡-石墨”复合定形相变材料（SSPCM）,并以硫铝酸盐水泥作为胶凝材料,制备了硫铝酸盐水泥基复合相变储能砂浆（TESCCM）。利用SEM、激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）、DSC和TGA分析了SSPCM和TESCCM的微观形貌、蓄热能力和热稳定性。通过测试TESCCM的抗压和抗折强度,分析了SSPCM含量对TESCCM力学性能的影响,并利用自制热性能测试箱评价了TESCCM的热调节性能。结果表明：LDPE能够形成多层次网状结构,可实现对相变石蜡的有效包裹,所制备的SSPCM热焓值可达88.02 J/g; SSPCM与水泥基体结合良好; TESCCM具有热稳定性好、强度增长快、早期强度高及调温性能显著等特点。SSPCM含量增加会使TESCCM的强度降低,但对材料的韧性却有所改善。对于SSPCM与水泥质量比为50%的TESCCM,1天和3天抗压强度分别为5.58 MPa和6.51 MPa,28天压折比为2.7。     

纳米铜/石蜡复合相变蓄热材料的导热性能研究

采用HotDisk热分析仪测试了Cu/石蜡体系在不同纳米颗粒质量分数、温度和热循环次数下的导热系数。研究表明,Cu/石蜡体系的固、液态导热系数随纳米Cu颗粒含量的增加呈非线性增加;温度变化对相变材料导热系数的影响并不明显,但当温度升高至相变温度区间时,相变材料的导热系数急剧增加;复合材料在经历100次热循环后,材料的导热系数值仍较稳定。     

液相/微胶囊复合体系相变特性实验研究

相变微胶囊材料因其环保性与经济性的优势,已成为相变储能领域的研究热点,但其导热性能过低,严重限制了相变微胶囊材料的推广与应用。本文分别用无水乙醇和蒸馏水填充于微胶囊的颗粒间隙中,获得复合相变体系,研究了无水乙醇和蒸馏水体积分数分别为20.0%、40.0%、60.0%时复合体系相变特性。实验结果表明,相比于空白体系,两液体填充复合体系的相变速率均有明显提高,无水乙醇/微胶囊复合体系相变速率提升了87.5%~266.7%,微胶囊/蒸馏水复合体系提升了125.0%~368.8%。蒸馏水对微胶囊材料的强化效果优于无水乙醇,同时两复合体系的相变速率均随着填充液体体积分数的增加而上升。研究结果对微胶囊相变强化技术的发展提供了理论指导。     

粉煤灰-硅藻土复合相变储能材料制备及导热强化

固废资源化利用是实现节能减排的重要途径,以月桂酸为相变工作介质,以粉煤灰-硅藻土二元载体为封装材料,碳纳米管为导热剂,采用直接熔融共混法制备出月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管复合相变储能材料。采用热扩散渗透测试、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、无纸记录仪等分别考察了定形复合相变储能材料的承载性能、微观结构和热物性。结果表明:粉煤灰-硅藻土二元载体可有效防止月桂酸的泄漏,当二元载体中月桂酸的质量分数为28%时可制得无泄漏复合相变储能材料,且原样粉煤灰利用率为55%;FTIR结果表明复合材料中各组分之间相容性好;DSC测得其熔化相变温度为45.79℃,相变潜热为51.06 J/g;TGA分析显示月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管热稳定性较好;储/放热性能曲线显示加入质量分数为5%的碳纳米管时,复合相变储能材料的熔化与凝固时间分别减少60%和62.5%,传热效率得到显著改善。     

SiO2-乙酰胺复合储热相变材料的制备

采用溶胶-凝胶法将有机相变材料乙酰胺嵌入到SiO2网络空间内,制备了复合储热相变材料.通过对比实验,研究了相变材料的种类、相变材料的加入量及催化剂种类对复合材料性能的影响.研究结果表明:采用氨水作催化剂,乙酰胺作相变材料,可制备出储热能力高、疏松多孔的复合材料,复合材料的相变温度为69.1℃,相变潜热高达124.2J/g;且复合材料中包含相变材料的质量分数越高,其储热能力越高.