综述：基于PCM（相变材料）的锂离子电池热管理及火灾抑制技术：当前技术的全面综述与未来发展方向

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：PCM-based thermal management and fire suppression of lithium-ion batteries: A comprehensive review of current technologies and future directions

锂离子电池（LIB）作为新能源车核心部件，其热管理至关重要。相变材料（PCM）基热管理系统（BTMS）因高效、低能耗等优势成为研究热点，但存在热响应率低、易燃等问题。本文综述PCM改性策略（如纳米添加剂、金属泡沫）、复合冷却系统（盐 hydration PCM、气雾灭火）及热失控（TR）抑制机制，提出需开发阻燃型PCM并优化TR传播抑制技术，以提升LIB安全性和应用可靠性。

　　锂离子电池（LIBs）作为现代新能源汽车（NEVs）和储能系统中的核心组件，因其高能量密度、长循环寿命以及快速充电能力而受到广泛关注。然而，随着其应用范围的扩大，LIBs的热安全问题也日益凸显，尤其是在高温环境下可能出现的热失控（TR）现象，给电池系统的安全性和稳定性带来了巨大挑战。因此，如何有效提升LIBs的热管理能力，特别是在热失控预防和火情抑制方面，成为当前研究的重点。

当前，电池热管理系统（BTMS）主要分为主动式和被动式两种。主动式系统通常依赖外部冷却介质，如液体或空气，通过循环系统实现温度控制，但其能耗较高，且对系统复杂性有较高要求。相比之下，被动式系统因其无需外部能源、结构简单、维护成本低等优势，近年来受到越来越多的关注。其中，基于相变材料（PCMs）的热管理系统因其独特的热储能特性，成为提升电池热安全的重要手段。PCMs在相变过程中能够吸收或释放大量潜热，从而有效调节电池温度，减少温度波动对电池性能的影响。

尽管PCM在热管理方面表现出良好的潜力，但其自身的局限性也不容忽视。例如，纯PCM的导热性能较低，导致其在电池系统中应用时，热响应速度不够快，难以及时吸收或释放热量，进而影响电池的热稳定性。此外，部分有机PCM具有一定的可燃性，这在热失控等极端情况下可能加剧火情，带来更大的安全隐患。因此，提升PCM的导热性能和阻燃特性成为研究的关键方向。

针对PCM导热性能的提升，已有多种方法被广泛研究和应用。其中，引入多孔介质和泡沫结构是提高PCM导热能力的有效策略。这些结构不仅能够增加PCM与周围环境的接触面积，促进热量的快速传递，还能够在一定程度上防止PCM泄漏，提高系统的整体安全性。此外，纳米材料的添加也被证明是增强PCM导热性能的一种可行方式。纳米颗粒能够显著改善PCM的导热性能，同时不会对材料的相变特性造成明显影响。一些研究还表明，金属泡沫与PCM的复合材料能够进一步提升其热传导效率，为电池热管理提供更优的解决方案。

在提升PCM阻燃性能方面，研究者们探索了多种途径。例如，通过添加阻燃剂，可以有效降低PCM的可燃性，从而在热失控发生时减少火情扩散的风险。然而，阻燃剂的添加可能会对PCM的热储能能力产生负面影响，因此需要在阻燃性能与热性能之间找到平衡点。此外，一些研究提出采用无机PCM作为替代方案，这类材料通常具有较高的热稳定性，且不易燃烧，能够在极端条件下提供更安全的热管理功能。同时，结合主动冷却技术，如水雾喷射和气体灭火系统，也被视为一种有效的补充手段，以进一步提高系统的安全性。

除了PCM本身的优化，其在电池系统中的结构设计也对热管理效果产生重要影响。一些研究提出通过改进PCM的封装方式和系统布局，可以更有效地控制热量的分布，提高热响应速度。例如，采用多层复合结构或三维多孔结构，能够增加PCM的接触面积，改善其热传导性能。此外，通过设计具有隔热和阻燃特性的外壳，可以有效防止热失控引发的火灾扩散，为电池系统提供额外的保护。

当前，关于PCM在电池热管理中的应用，已有大量研究探讨了其热响应率、潜热容量和阻燃性能的优化方法。然而，尽管这些研究取得了一定进展，仍存在一些亟待解决的问题。例如，在极端工况下，如高温、高电流密度等情况下，PCM的热管理能力仍需进一步提升。此外，如何在不显著影响PCM热性能的前提下，有效增强其阻燃特性，也是当前研究的一个重要方向。

为应对上述挑战，本文对当前PCM基电池热管理系统的研究进行了系统性的综述，并探讨了非PCM基的热失控抑制技术。通过分析现有文献，本文旨在为未来的研究提供有价值的参考，帮助研究人员更好地理解PCM在电池热管理中的应用潜力，以及如何通过材料改进和结构优化，进一步提升其安全性和可靠性。同时，本文还强调了在实际应用中，需要综合考虑PCM的热性能、阻燃性能以及系统设计的合理性，以确保其在各种复杂工况下都能发挥最佳效果。

在热失控的传播机制方面，研究者们发现，电池组内部的热传导路径和热扩散速率对热失控的传播速度和范围具有重要影响。因此，如何设计合理的PCM结构，使其能够有效吸收和散发热量，减少热失控的传播，是提升电池系统安全性的关键。此外，热失控的触发因素也多种多样，包括内部短路、过充、过放、机械损伤等，这些因素在实际应用中都需要得到充分考虑和有效控制。

综上所述，基于相变材料的电池热管理系统在提升LIBs热安全方面具有广阔的应用前景。然而，要实现其在实际应用中的高效和安全，还需要在材料优化、结构设计以及系统集成等方面进行深入研究。未来的研究应更加注重PCM的综合性能提升，尤其是在极端条件下的热响应能力和阻燃性能，同时也要探索更高效的热失控抑制策略，以确保LIBs在高能量密度应用中的可靠性和安全性。通过不断的技术创新和优化，PCM基的热管理系统有望在新能源汽车和储能系统中发挥更大的作用，推动LIBs技术的进一步发展和广泛应用。