基于h-BNNSs/MXene复合相变材料的锂离子电池热性能调控与被动冷却研究

针对锂离子电池(LIB)热失控问题，研究人员开发了以h-BNNSs和MXene为填料的复合相变材料(CPCM)。通过熔融共混法制备的CPCM 4展现出1.25 W/mK的高导热性，在1C/2C/3C倍率下使电池最高温度降低12.05%-15.39%，温差控制在1.85°C以内，为电动汽车热管理提供了创新解决方案。

　　

随着电动汽车的快速普及，锂离子电池(LIB)的热安全问题日益凸显。当电池温度超过55°C或单体间温差大于5°C时，极易引发热失控甚至爆炸。传统相变材料(PCM)虽能吸收热量，但石蜡(PW)0.3 W/mK的低导热性严重制约其应用。如何开发兼具高导热、防泄漏和阻燃特性的复合相变材料(CPCM)，成为电池热管理领域的关键挑战。

研究人员通过创新性地将六方氮化硼纳米片(h-BNNSs)和MXene两种二维材料与膨胀石墨(EG)、环氧树脂(ER)复合，采用熔融共混法制备出四代CPCM。其中CPCM 4通过FT-IR、XRD、DSC等表征证实其结构稳定性，导热系数达1.25 W/mK，较纯PW提升400%。在18650型4S6P电池模组测试中，该材料在3C放电时能将最高温度控制在49.85°C，温差小于1.85°C，较无CPCM模组降温15.39%。

关键技术包括：1) 通过氢氟酸蚀刻法制备MXene；2) 熔融共混构建三维导热网络；3) 采用FE-SEM分析材料形貌；4) 多速率(1C-3C)充放电测试评估性能。

【材料特性】
FT-IR显示CPCM 4成功保留PW的C_H键(721 cm^?1)和h-BN的B-N键(1367 cm^?1)，XRD证实MXene的(002)晶面存在。DSC测试显示其熔融焓达148.7 J/g，TGA证明在300°C下质量损失仅8.3%。

【热管理性能】
在3C放电时，CPCM 4使电池表面温度从58.9°C降至49.85°C，温差从6.2°C压缩至1.85°C。这归因于h-BNNSs降低界面热阻，MXene增强分子振动传热，EG形成连续导热通路。

该研究通过多材料协同策略，首次将h-BNNSs/MXene复合体系应用于LIB热管理。CPCM 4的优异性能源于：1) h-BNNSs的声子传导优势；2) MXene的大比表面积增强界面换热；3) ER三维网络防止泄漏。这项发表于《Journal of Energy Chemistry》的成果，为开发下一代电动汽车智能热管理系统提供了重要参考。