与火灾和爆炸相关的大型锂离子电池系统的热失控故障已成为越来越受关注的问题。近日，科研人员设计了一种智能陶瓷-水凝胶纳米复合材料，可提供集成的热管理、冷却和防火功能，并实现全生命周期的安全性。在运行模式下，纳米复合材料的高焓可实现高效的热管理，从而防止在极快充电条件下出现局部温度峰值和过热。源自X射线显微断层扫描的纳米复合材料的3D重建。制造的陶瓷-水凝胶纳米复合材料相关尺寸的示意图。
与火灾和爆炸相关的大型锂离子电池系统的热失控 (TR) 故障已成为越来越受关注的问题。近日，科研人员设计了一种智能陶瓷-水凝胶纳米复合材料，可提供集成的热管理、冷却和防火功能，并实现全生命周期的安全性。玻璃-陶瓷纳米带海绵表现出高机械柔韧性，80%的可逆压缩率和高抗疲劳性，可以与聚合物-纳米粒子水凝胶牢固耦合，形成热转换纳米复合材料。在运行模式下，纳米复合材料的高焓可实现高效的热管理，从而防止在极快充电条件下出现局部温度峰值和过热。在机械或热滥用的情况下，储存的水可以立即释放，留下具有低导热率（200 °C 时为 42 mW m–1 K–1）和耐高温（高达1300°C），从而有效地冷却TR电池并减轻毁灭性的TR传播。多功能性、自适应性、环境友好性和制造可扩展性使这种材料在实际安全保证应用中极具吸引力。
图 1. (a) 实际全生命周期热安全管理的要求和解决方案。(b) 从陶瓷溶胶到陶瓷-水凝胶纳米复合材料的转化过程。(c) 不同材料的表面 zeta 电位。(d) 源自 X 射线显微断层扫描的纳米复合材料的 3D 重建。(e) 制造的陶瓷-水凝胶纳米复合材料相关尺寸的示意图。
相关论文以题为Thermal-Switchable, Trifunctional Ceramic–Hydrogel Nanocomposites Enable Full-Lifecycle Security in Practical Battery Systems发表在《ACS Nano》上。通讯作者是北京大学韦小丁特聘研究员, 清华大学伍晖副教授以及多氟多新能源科技有限公司许飞技术副总。
参考文献：
doi.org/10.1021/acsnano.2c02557
