摘 要：提出一種具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能和防漏性能的新型復(fù)合相變材料（CPCM），采用膨脹石墨（EG）與硅藻土的聯(lián)合互交網(wǎng)格，可顯著提高相變材料的吸附能力和導(dǎo)熱性能。測試結(jié)果表明，含10%硅藻土和6% EG的樣品14在50 ℃下加熱5 h，表面仍無滲漏現(xiàn)象，同時PEG含量達(dá)到90%，且在熱循環(huán)測試中也呈現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定性；將電池與樣品14耦合后，測試電池在8種工作模式下的溫度變化，在2C（C 為電池充放電能力倍率）模式下，當(dāng)電池在較高初始溫度（30 ℃）下工作時，其最高工作溫度仍可控制在40 ℃以下，每個電池之間的溫差可限制在約2 ℃；同時樣品14在低溫下可為電池系統(tǒng)提供優(yōu)異的保溫性能，電池的放電效率提高約16.07%，當(dāng)T0 =30 ℃時，在1C 模式下，電池放電效率達(dá)到91.67%。

關(guān)鍵詞：相變材料；電池管理系統(tǒng)；導(dǎo)熱；高防漏；電池效率

中圖分類號：TK02 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著電動汽車的發(fā)展，鋰離子電池因其容量大、能量密度高、自放電率低等優(yōu)點而備受關(guān)注［1］。鋰電池組在充放電過程中會釋放大量的熱，如果產(chǎn)生的熱量未被及時帶走，電池組的溫度會逐漸升高，電化學(xué)性能隨之下降，甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控現(xiàn)象［2］。當(dāng)電池溫度超過100 ℃時，電池中的固體電解質(zhì)層會被破壞，隨著溫度的進(jìn)一步升高，負(fù)極材料與電解液發(fā)生反應(yīng)，電解液隨之分解。當(dāng)溫度超過200 ℃時，氧氣從正極材料中釋放并燃燒，導(dǎo)致電池完全發(fā)生熱失控現(xiàn)象［3］。研究表明，鋰電池組在25～40 ℃溫度區(qū)間內(nèi)工作效率最佳，各電池組之間的溫差應(yīng)控制在5 ℃以內(nèi)。對電池組模塊設(shè)置有效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（battery thermal management system，BTMS）十分必要。目前主要有空氣冷卻、液體冷卻和相變材料冷卻3 種冷卻方式。

相變材料（phase change material，PCM）冷卻系統(tǒng)可減少輔助設(shè)備的使用，同時可獲得良好的冷卻效果，因而PCM 冷卻系統(tǒng)越來越受到重視［4］。PCM 從相態(tài)、化學(xué)成分、相變溫度等方面可分為不同的類別，每一類都有各自的特點、優(yōu)點和局限性［5］。常見的有機PCM 包括石蠟［6］、聚乙二醇（PEG）、脂肪酸［7］、醇等，一般具有低毒性、低腐蝕性、過冷度和相分離程度低、熱循環(huán)穩(wěn)定性好等特點。PEG 作為一種有機PCM，因其具有相變潛熱高、熱化學(xué)穩(wěn)定性、無毒、成本低等優(yōu)點而備受關(guān)注。吳閩強等［8］將70% PEG 滲透到聚氨酯（PU）網(wǎng)絡(luò)中，再通過壓力感應(yīng)的方式使其與網(wǎng)狀石墨納米片（RGNPs）結(jié)合。二氧化硅也能吸附PEG，并且熱穩(wěn)定性也有所保證［9］。

硅藻土是一種優(yōu)良的多孔材料，具有較高的孔隙率、較好的經(jīng)濟性能等優(yōu)勢，可作為封裝材料加入PEG 中。當(dāng)PEG與硅藻土的質(zhì)量比為1∶1 時，熔融態(tài)的PEG 可完全吸附在硅藻土孔內(nèi)［10］。硅藻土對十八醇也具有良好的封裝性［11］。饒中浩等［12］采用真空浸漬法制備了一種六水硝鎂/硅藻土復(fù)合相變材料（CPCM），在泄漏試驗中，當(dāng)兩者的質(zhì)量比為1∶1 時，該CPCM 在長時間加熱過程中未發(fā)生泄漏現(xiàn)象。此外硅藻土還能以微膠囊的形式封裝PCM［13］。低導(dǎo)熱率長期以來一直是阻礙有機PCM 發(fā)展的一個重要問題。學(xué)者們將納米銅加入到三水合醋酸鈉中，實驗證明納米銅含量與CPCM 的導(dǎo)熱性能呈正比［14］。此外，鎢、鎳等也是一種優(yōu)良的導(dǎo)熱劑［15］。膨脹石墨（EG）具有蠕蟲狀多孔結(jié)構(gòu)，可為PCM 提供三維熱網(wǎng)絡(luò)［16］。與正十八烷［17］和石蠟［18］復(fù)合后可明顯改善其導(dǎo)熱性能。對于無機PCM，EG 能將其導(dǎo)熱系數(shù)提高2～3 倍［19］，對于月桂酸-癸酸這種二元復(fù)合材料，EG 也能改善其導(dǎo)熱性能［20］。

目前，大多數(shù)文獻(xiàn)僅將EG 作為熱傳導(dǎo)劑來增強CPCM的傳熱效果，往往忽略了EG 本身的多孔蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。本文采用PEG 作為相變材料，與石蠟相比，其可燃性較低，因此將其用于鋰電池的熱管理中會更加安全。采用真空吸附法制備PEG/硅藻土/EG 復(fù)合相變材料。硅藻土和EG 的多孔結(jié)構(gòu)能更好地吸附PEG，提高其在該CPCM 中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和導(dǎo)熱性。利用相關(guān)儀器對該CPCM 的相變潛熱、相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)等熱物性參數(shù)進(jìn)行測試，并將該CPCM 應(yīng)用于鋰電池的熱管理中，測試鋰電池組在不同模式下的工作溫度變化、電池間溫差變化以及放電效率。

1 材料制備及物理性能表征

1.1 材料準(zhǔn)備

可膨脹石墨平均粒徑為80 目，購自青島騰盛達(dá)炭素機械有限公司，純度99% 以上，膨脹后可作為EG 使用（200～300 倍的膨脹倍數(shù)）。聚乙二醇（PEG， CP），分子量1000，購自國藥控股化學(xué)試劑有限公司。硅藻土（AR），二氧化硅含量為85%，購自國藥控股化學(xué)試劑有限公司。

1.2 CPCM制備

采用真空吸附法制備PEG/硅藻土/EG 復(fù)合相變材料（CPCM）。制備過程如圖1 所示。將一定量的PEG、硅藻土、EG 稱重，將硅藻土與EG 混合均勻。加熱PEG，待其完全融化后滴入到硅藻土與EG 混合粉末中。將混合物放在80 ℃水溫下均勻攪拌20 min 后倒入玻璃培養(yǎng)皿中鋪平，放入真空干燥箱，80 ℃、0.08 MPa 環(huán)境下真空吸附2 h。最后取出混合物，冷卻至室內(nèi)溫度。各樣品的成分如表1 所示，3 種成分占比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，共制備15 份樣品。

1.3 物理特性表征

用差示掃描量熱法測定CPCM 的相變溫度和潛熱。CPCM 測量在20～60 ℃ 內(nèi)進(jìn)行，加熱和冷卻速率均為1 ℃/min。

在40 mA 電流和40 kV 電壓下，利用Cu Kα 放射線（λ = 0.154 nm）在固定目標(biāo)X 射線衍射儀上對CPCM 進(jìn)行X 射線衍射（XRD）。樣品在衍射角2θ =5°～70° 范圍內(nèi)，以0.06（ °）/min 的掃描速度進(jìn)行掃描。

采用熱盤熱常數(shù)分析儀測量CPCM 的熱導(dǎo)率。樣品被壓縮成直徑3 mm、厚度1 mm 的餅狀，然后將其放入機器進(jìn)行檢測。

通過高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）對EG、硅藻土和CPCM 的形貌進(jìn)行表征。

樣品用特制模具壓制成型后放在定性濾紙的中心，并將其放入真空干燥箱中，在80 ℃環(huán)境下加熱5 h，觀察其滲漏情況。

2 CPCM-鋰離子電池組復(fù)合模型制備

本文以18650 商用鋰離子電池為研究對象，以鋰鈷氧化物（LiCoO2）為負(fù)極材料，石墨烯為正極材料。所用電池額定電壓3.7 V，額定容量2600 mAh，最大持續(xù)放電電流5 A。CPCM -鋰電池組復(fù)合模型的制備流程如圖2 所示。將CPCM均勻鋪在定制模具的底部并壓實，壓實后的樣品厚度控制在約5 mm，隨后放置鋰離子電池組（4 節(jié)鋰離子電池以串聯(lián)的方式連接），接著將剩余的CPCM 均勻平鋪，再次壓實后得到耦合模型。

3 結(jié)果與討論

3.1 CPCM不同特性表征

3.1.1 XRD 分析

采用XRD 法對PEG、EG、硅藻土和樣品14 的晶相進(jìn)行分析，如圖3 所示。PEG 特征峰出現(xiàn)在2θ =19.2° 和23.4°處，硅藻土的特征峰出現(xiàn)在21.8°附近。EG 的特征峰主要出現(xiàn)在26.42° 附近。樣品14 的XRD 曲線表明，其特征峰與PEG、硅藻土和EG 幾乎相同。聚乙二醇、硅藻土和EG 聚合后，交聯(lián)體系中各組分的結(jié)晶性質(zhì)沒有變化，也無新化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生。因此，真空吸附法制備的CPCM 只是簡單物理反應(yīng)的產(chǎn)物。

3.1.2 CPCM 防漏性能測試

當(dāng)液體PEG 發(fā)生泄漏時，可能會影響與PEG 耦合的鋰電池系統(tǒng)的正常運行，甚至引起燃燒、爆炸或其他危險。因此，如何在CPCMs 中正確封裝液態(tài)PEG 是本文研究的核心問題。EG 的SEM 表征圖如圖4a 和圖4b 所示?？煽闯觯珽G是一種具有蠕蟲結(jié)構(gòu)的材料，其特殊的微觀結(jié)構(gòu)不僅可為CPCMs 提供良好的三維導(dǎo)熱性，還可提供優(yōu)異的液態(tài)PEG吸附功能。如圖4c 和圖4d 所示，硅藻土表面有大量孔徑約為500 nm 的小孔，這種特殊的微觀結(jié)構(gòu)決定了硅藻土是一種具有優(yōu)異物理性能的多孔材料，因此其表面的孔隙可有效吸附液態(tài)PEG。本文采用硅藻土-EG 聯(lián)合互交網(wǎng)格吸附液態(tài)PEG，實現(xiàn)CPCMs 的最佳封裝效果，最大限度地提高PEG 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高CPCMs 的蓄熱性能和能量利用效率。

在所有樣品制備完成后，選取樣品14 作為代表，將其置于高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡下觀察其形貌，結(jié)果如圖4e、圖4f 所示。在CPCM 中發(fā)現(xiàn)了具有EG 蠕蟲結(jié)構(gòu)的顆粒，并在其中發(fā)現(xiàn)了硅藻土的微觀顆粒。同時，還發(fā)現(xiàn)其表面的孔隙已經(jīng)吸附了液態(tài)PEG。微觀結(jié)構(gòu)表明，EG 和硅藻土能有效吸附液態(tài)PEG。為了進(jìn)一步證明微觀結(jié)構(gòu)理論的可靠性，進(jìn)行宏觀實驗。將各種樣品制成片狀，放在50 ℃烘箱中加熱5 h，觀察是否有滲漏現(xiàn)象，通過定性濾紙上潮濕面積的大小來判斷樣品的滲漏程度。防漏實驗結(jié)果如圖5 所示。對比樣品3～7 的滲漏實驗發(fā)現(xiàn)，隨著硅藻土的減少，定性濾紙上液態(tài)PEG 的滲漏面積不斷增大。樣品7 甚至出現(xiàn)極其嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，因此認(rèn)為只用硅藻土封裝PEG 的效率極低。當(dāng)硅藻土與PEG 的質(zhì)量比為1∶1 時，液態(tài)PEG 不再從硅藻土的孔隙中漏出，但按此比例制備的CPCM 的相對潛熱很低，無法滿足本文實驗要求。隨后加入3% EG 后，樣品的泄漏情況明顯改善，這表明PEG-EG 聯(lián)合交叉網(wǎng)格能有效吸附液態(tài)PEG。但是，樣品11 仍有輕微的滲漏現(xiàn)象，隨后增加EG 含量進(jìn)行實驗，即11～14 號樣品。通過泄漏實驗可知，當(dāng)EG 含量為6% 時，加熱5 h 后樣品仍不泄漏，其PEG 含量也是最高的，達(dá)到90%。樣品15 中并未添加硅藻土，但其EG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與樣品14 相同。在進(jìn)行加熱后，發(fā)現(xiàn)其已出現(xiàn)輕微的滲漏現(xiàn)象，這說明硅藻土在封裝過程中是不可或缺的一個環(huán)節(jié)。

綜上所述，暫時選擇樣品14 作為與鋰電池系統(tǒng)耦合的最佳樣品，后續(xù)還需通過差示掃描量熱法（DSC）測試以及TPS測試來判斷其他物理性能。

3.1.3 DSC 分析

潛熱是衡量相變材料蓄熱性能的重要參數(shù)之一，也決定著材料的吸熱能力。不同CPCM 的DSC 分析結(jié)果如圖6 所示。DSC 分析曲線出現(xiàn)兩個峰，第一個是由固-固相變引起的相變峰，第二個是由固-液相變引起的另一個相變峰。從圖6可看出，固-固相變的峰面積比固-液相變的峰面積小得多，因此認(rèn)為固-液相變在CPCMs 相變過程中起主導(dǎo)作用。由圖6a 分析可知，隨著PEG 的增加和硅藻土的減少，CPCM 的潛熱值從60.12 J/g 增至129.4 J/g，但相變溫度幾乎沒有變化，這說明CPCM 的焓值與PEG 含量呈正比。對于PEG-硅藻土復(fù)合相變材料，其潛熱值必然小于純PEG。由圖6b 和圖5c可發(fā)現(xiàn)，在不同的PEG/硅藻土CPCMs（如樣品8、10 和11）中加入相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EG 時，其相變潛熱和相變溫度的變化趨勢仍符合上述推理。最后將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EG 加入到相同PEG 和硅藻土比例的CPCM（如樣品11～14）中。EG 的加入并未顯著改變CPCM 的相變溫度和相變焓。由此可見，EG的加入僅僅改善了相變材料的封裝性能和導(dǎo)熱性。各樣品的相變溫度和相變焓見表2。

在實際工程中，鋰電池是多次循環(huán)使用的，所以需對制備的樣品14 進(jìn)行DSC 熱循環(huán)測試實驗，分析其在多次循環(huán)中相變溫度和相變潛熱的變化情況。樣品升溫順序為20 ℃—50 ℃—20 ℃，5 ℃/min 升溫速率，熱循環(huán)測試次數(shù)為50 次。熱循環(huán)測試如圖7 所示。從圖7 可看到，樣品14 在50 次循環(huán)過程中熔化峰和凝固峰的曲線基本不發(fā)生偏移，第20 次、第35 次以及第50 次循環(huán)的曲線幾乎完全重合。相變潛熱與相變溫度相比于原始樣品基本不發(fā)生變化。由此可推論樣品循環(huán)次數(shù)高于50 次時，其熱力性能也十分穩(wěn)定，可用來長時間多次循環(huán)使用，使用壽命較長。

綜上所述，本文實驗采用的EG-硅藻土聯(lián)合互交網(wǎng)絡(luò)不僅能有效吸附PEG，還具有高強度的熱力學(xué)穩(wěn)定性。

3.1.4 TPS 分析

本文實驗選取樣品11～14 進(jìn)行導(dǎo)熱性能研究。如圖8所示，隨著EG 含量的增加，CPCM 的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大，從1.28 W（/ m·K）增至 2.7 W（/ m·K）。測試結(jié)果很好地證明了 EG在微觀結(jié)構(gòu)上可為CPCM 提供優(yōu)良的三維導(dǎo)熱性。樣品14的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)約 2.7 W（/ m·K），是 PEG 的 10.4 倍。

3.2 不同充/放電模式下CPCM-鋰離子電池組復(fù)合模型溫度測試

結(jié)合樣品的相變潛熱、相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)和防漏性能，綜合選擇樣品14 與鋰電池系統(tǒng)耦合。本文選擇商用18650鋰電池為研究對象，容量為2600 mAh。采用EBC-A10H 型充放電測試儀。鋰電池在充放電過程中產(chǎn)生的熱量可分為反應(yīng)熱、歐姆熱、極化熱和副反應(yīng)熱4 個部分。在充放電過程中，與歐姆熱和極化熱相比，反應(yīng)熱和副反應(yīng)熱相對較小，因此本文中予以忽略。電池的總反應(yīng)熱為：

Q =QO +QJ =I2 （RO +RJ ） （1）

式中：QO—— 歐姆熱，W；QJ—— 極化熱，W；I—— 電流，A；RO——電池組歐姆電阻，Ω；RJ——電池組極化電阻，Ω。

由式（1）可知，電池的總反應(yīng)熱與電流的平方呈正比，因此在鋰電池?zé)峁芾硌芯恐?，充放電電流的大小是一個非常關(guān)鍵的研究對象。為了控制電流變量，本文將4 節(jié)鋰電池串聯(lián)起來以確保所有4 節(jié)電池的電流相同。該連接方法可為后續(xù)對電池組溫度一致性的研究提供基本的理論保證。在保證電池安全的條件下，本文提出1 C（2.6 A）和2 C（5.2 A）兩種充放電電流模式，其中C 為電池充放電能力倍率，指電池在一定時間內(nèi)完全放電或完全充電所需的電流。為了控制電池的初始溫度，需將電池放入恒溫加熱箱中預(yù)熱，待溫度穩(wěn)定在設(shè)置的初始溫度后方可進(jìn)行實驗。用錫紙膠帶將熱電偶粘貼在電池表面，用其測量的表面溫度來替代電池工作溫度。將熱電偶放在室內(nèi)距離地面1.5 m 且無陽光直射處，測量的溫度即為室內(nèi)環(huán)境溫度。

圖9a 和圖9b 分別為在20、30 ℃初始溫度下不同充放電模式電池溫度的變化情況。當(dāng)電池處于放電階段時，電流恒定在設(shè)定值，電池溫度持續(xù)升高，隨著電流的增大，電池溫升幅度增大。在充電階段，電池溫度呈先上升后下降的趨勢。這是因為充電第一階段是恒流充電，該模式下充電電流保持不變且電池電壓不斷增大，當(dāng)電壓增大到設(shè)定值（本文設(shè)置為16.8 V）時，為了保證電池的安全，進(jìn)入恒壓充電階段，電池電壓不變，電流逐漸減小，充電速率逐漸衰減。隨著電流的減小，電池產(chǎn)生的熱量減小。然而，其與周圍環(huán)境的熱交換并未停止，電池溫度逐漸降低。比較不同初始溫度對相同充放電模式下電池溫升的影響，當(dāng)T0=20 ℃時，電池在1C 充放電模式的最大溫升分別為5 和8 ℃，2C 充放電模式的最大溫升分別為22 和24 ℃。當(dāng)T0=30 ℃時，1C 充放電模式的最大溫升分別為4 和8.5 ℃，2C 充放電模式的最大溫升分別為22.5和23 ℃?？梢钥闯?，初始溫度對不同充放電模式下電池溫升的影響并不明顯，因此后續(xù)實驗中不再討論。

然后，用CPCM 包裹鋰電池組并制作CPCM-鋰電池耦合的復(fù)合模型。設(shè)置相同的充放電模式和初始溫度來測試該復(fù)合模型的熱性能。從圖9c～圖9j 可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)T0 =20 ℃ 時，PCM 的存在與否對1C 模式下電池的最大溫升無顯著影響。這是因為在1C 時通過電池組的電流較小，充放電階段的溫升不明顯（充電時從23.1 ℃上升到28 ℃，放電時從23.5 ℃上升到30.4 ℃），并且最高溫度未達(dá)到樣品14 的相變溫度。在2C 模式下，充放電階段的最高溫度遠(yuǎn)高于1C 模式。包裹PCM 后，電池組的充電溫度從45 ℃下降到30 ℃，放電溫度從47 ℃下降到34 ℃。當(dāng)T0 =30 ℃ 時，溫度曲線略有變化。在1C 模式下，PCM 電池組的溫度在恒流充電階段基本保持不變。溫度曲線上有一個明顯的平臺，這是因為在平臺期內(nèi)電池溫度接近PCM 的相變溫度。放電模式的溫升也發(fā)生了明顯變化，無PCM 時，電池溫度升高約10 ℃，而有PCM包裹后，溫升僅為2 ℃。由此可見，PCM 的顯熱儲能和潛熱儲能在這一階段發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在2C 模式下，充放電階段的最大溫差相差很大，充電時最高溫度從51 ℃下降到34 ℃，放電時最高溫度從51 ℃下降到39 ℃?？梢钥闯?，PCM 在高溫下對電池溫升有很大的限制作用，特別是在2C 模式下可將電池溫度控制在40 ℃以內(nèi)。

此外還比較了不同工況下的充電階段。當(dāng)恒流充電結(jié)束進(jìn)入恒壓充電階段后，有PCM 的電池組溫度降幅明顯小于無PCM 的電池組。在T0 =20 ℃ 時，1C 充電模式下，進(jìn)入恒壓充電階段后，無PCM 的電池溫度迅速下降，在充電結(jié)束時溫度從28 ℃下降到22 ℃，甚至低于初始溫度。有PCM 的電池溫度從25 ℃下降到22.1 ℃，降幅明顯減小。2C 充電模式下，當(dāng)T0 =30 ℃ 時，在恒壓充電階段，有PCM 的電池與無PCM 的電池相比，最大溫度從16 ℃下降到11 ℃。以這兩種充電模式為例，說明PCM 對低溫環(huán)境下的電池具有保溫作用。

在隨后的實驗中，發(fā)現(xiàn)PCM 不僅可極好地降低電池充放電時的溫度，還可有效地控制串聯(lián)在電路中的4 個電池之間的溫差。如圖10a 和圖10b 所示，在2C 充電模式下，與無PCM 的電池組相比，有PCM 的電池組電池間的最大溫差由8 ℃降至3 ℃，2C 放電模式下最大溫差由5 ℃降至2 ℃。可知，PCM 對串聯(lián)在電路中的4 節(jié)電池之間的溫度差異性有極大改善，可將溫差控制在約2 ℃，電池間的溫差越低，電池的工作效率越高，優(yōu)異的溫度一致性可為電池的工作效率提供非常必要的保證。

3.3 電池效率分析

鋰離子電池放電效率是指在一定放電條件下放電到終止電壓時實際放電電量與額定容量之比，即：

ηf = If?tf／W （2）

式中：If——放電電流，A；tf——放電時間，h；W——電池額定功率，mAh。

將各模式的數(shù)據(jù)代入式（2），根據(jù)結(jié)果繪制柱狀圖。從圖11 可發(fā)現(xiàn)，在4 種不同放電模式下，有PCM 的電池組的放電效率高于無PCM 的電池組。其中，當(dāng)T0 =20 ℃ 時，1C 放電模式下，PCM 使電池的放電效率從90.28% 提高到77.78%，提高了約16.07%。當(dāng)T0 =30 ℃ 時，1C 條件下放電與PCM 耦合后電池組放電效率最高，可達(dá)到91.67%。從圖11 可清楚地看到，上述兩組工況的放電效率遠(yuǎn)高于其他兩組工況，同時其他兩組工況中PCM 對電池放電效率的提高也有限，分別為4.5% 和9.16%。這是因為，T0 =20 ℃、1C 模式和T0 =30 ℃、1C 模式這兩種工況下，PCM 都可將電池的溫度控制在32 ℃以內(nèi)，而另外兩種工況下電池的溫度遠(yuǎn)高于30 ℃。同時還發(fā)現(xiàn)，在相同電池初溫下，電池放電倍率越高，電池放電效率越低；電池放電效率相同時，電池初溫越高，電池效率越高。因此，認(rèn)為本文實驗使用的商用18650 鋰電池的最佳工作溫度為30 ℃。

4 結(jié) 論

本文制備了一種新型復(fù)合相變材料，經(jīng)過對該材料的物理性能測試發(fā)現(xiàn)，該材料具有優(yōu)異的防漏性能和良好的導(dǎo)熱性。將該CPCM 與電池系統(tǒng)進(jìn)行耦合，控制電池工作功率和初始工作溫度兩個變量，研究電池工作過程中的溫度變化規(guī)律。得到主要結(jié)論如下：

1）制備了15 個不同比例的PEG、硅藻土和EG 樣品，并對所有樣品進(jìn)行泄漏實驗。經(jīng)過泄漏測試發(fā)現(xiàn)，含有10% 硅藻土和6% EG 的樣品14 的封裝性能最好，同時PEG 含量達(dá)到90%，所以可看到EG 與硅藻土形成的聯(lián)合互交網(wǎng)絡(luò)可有效吸附液態(tài)PEG。樣品14 的相變溫度為33.02 ℃，相變潛熱為124.8 J/g，與純PEG 非常接近。熱循環(huán)測試中其穩(wěn)定性也十分良好。同時，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá) 2.7 W（/ m·K），是純 PEG 的10.4 倍。

2）通過測試不同充放電模式下CPCM-鋰電池組的溫度變化，發(fā)現(xiàn)有PCM 時電池的最大溫升幅度明顯降低，特別是在較高溫度環(huán)境和高倍率的情況下，其中在2C 模式下，電池最大溫升幅度降低17 ℃，最高溫度可控制在40 ℃以內(nèi)。同時，串聯(lián)電池之間的溫差降至約2 ℃。此外，CPCM 對于在低溫環(huán)境下工作的電池具有良好的保溫性能。特別是在2C 充電模式下，當(dāng)T0 = 20 ℃ 時，電池的最大溫度由23 ℃降至9 ℃。

3）與該CPCM 耦合后，電池組的放電效率在4 種不同工況下均有提高，最大提高約16.07%。當(dāng)T0 =30 ℃ 時，在1C模式下，電池放電效率達(dá)到91.67%。

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基金項目：安徽省重點研發(fā)計劃（S202203f07020001）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目（PA2021KCPY0029）；研究生學(xué)術(shù)創(chuàng)新（2022xscx022）