超宽温域自响应相变材料在锂电池热管理中的突破性应用：双相变点调控与热失控抑制

本文推荐一种基于双相变点（PCM-EGx@SEBS）的复合相变材料，通过大尺寸膨胀石墨（EG）有序组装和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）骨架热重构，实现-40°C至热失控（TR）全过程的锂电池（LB）热管理（TM）。该材料具备10.91 W/m·K超高导热率，在预热阶段达21.94°C/min升温速率，工作阶段实现18.8°C温降，并将TR触发时间延迟307.79%，形成323.8°C温降的防火安全开关，为极端环境下锂电池安全提供创新解决方案。

　　

材料设计与制备

研究团队开发了PCM-EGx@SEBS复合相变材料，通过调控非极性石蜡（PA）与极性聚乙二醇（PEG）的配比形成双相变区间（32.76°C–38.60°C和54.74°C–61.90°C）。采用慢速搅拌和真空吸附工艺，结合SEBS骨架热重构，实现大尺寸EG（>300 μm）的有序堆叠，构建高效导热网络。材料热导率达10.91 W/m·K，较原始PA提升7,710.58%，且泄漏率低于1%（15 wt% EG负载）。

热性能表征

差示扫描量热（DSC）显示材料在双相变区间内保持高焓值（PA 101.91 J/g，PEG 80.65 J/g），热重分析（TG）证实其热稳定性覆盖106.49°C–492.82°C。扫描电镜（SEM）显示EG层间PA/PEG的微迁移减少了接触热阻，而SEBS涂层有效抑制了相变体积膨胀导致的泄漏问题。

锂电池热管理应用

在-40°C低温环境下，材料通过电热响应实现21.94°C/min的快速预热，较传统液热法提速400%。1.5 C充放电测试中，电池温度稳定在36.2°C，较空白组降低18.8°C。热失控（TR）实验中，材料通过PA/PEG/SEBS的裂解吸热和EG-空气绝缘层形成，将TR触发时间延迟至泡沫组的307.79%，峰值温度降低323.8°C，且全程无明火。

机制创新

该材料的差异化热响应源于：

1. 低温段（<-20°C）：高导热EG网络快速传递电热；
2. 工作段（20°C–45°C）：PA相变吸热抑制热累积；
3. TR段（>60°C）：PEG/SEBS裂解产生CO₂
   和碳层，形成氧屏障与隔热屏障。

研究意义

此项工作首次实现相变材料在-40°C至TR全温域的主动-被动协同热管理，为电动汽车、储能系统在极地、沙漠等极端环境的应用提供零能耗热管理方案，推动碳中和战略下高安全电池系统的发展。