近年來(lái)，市場(chǎng)對(duì)鋰電池的容量需求越來(lái)越大，但其應(yīng)用空間有限，這就促使了鋰電池容量向高單位發(fā)展，布置也向緊湊化發(fā)展。而高容量的鋰電池在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量長(zhǎng)時(shí)間積聚，會(huì)導(dǎo)致鋰電池內(nèi)部溫度升高，從而加快電池容量的衰減，降低電池的使用壽命。如果溫度繼續(xù)升高到一定程度，甚至?xí)��?dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生分解反應(yīng)，從而可能產(chǎn)生爆炸和火災(zāi)。2019 年4 月21 日，一輛特斯拉電動(dòng)汽車發(fā)生自燃現(xiàn)象，引起了車庫(kù)內(nèi)多輛汽車串聯(lián)爆炸，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失；2020 年一輛奇瑞艾瑞澤深夜充電時(shí)自燃，索性未造成人員傷亡。

       中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高對(duì)于國(guó)內(nèi)頻繁發(fā)生的電動(dòng)汽車起火事故明確指出“電池?zé)崾Э厥鞘鹿实闹饕?rdquo;。此外，當(dāng)電池組的溫度低于安全工作溫度極限時(shí)，電池的反應(yīng)效率降低，功率隨之下降，進(jìn)而會(huì)達(dá)不到目標(biāo)的電壓使用要求。當(dāng)電池處于0 至25℃范圍內(nèi)，電池溫度每下降一度，電容量就會(huì)下降1％。而當(dāng)電池所在環(huán)境溫度處于0℃以下，溫度每下降一度，電容量下降會(huì)超過(guò)1％。因此，在充分認(rèn)識(shí)鋰電池的溫度特性和熱釋放特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究及開發(fā)安全高效的電池?zé)峁芾砑夹g(shù)，對(duì)鋰電池的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

     現(xiàn)有鋰電池?zé)峁芾砑夹g(shù)

       無(wú)論是電動(dòng)汽車中的動(dòng)力電池，還是電站中的儲(chǔ)能電池，采用一種或多種熱管理技術(shù)來(lái)控制電池的內(nèi)外溫度，使電池處于安全、高效的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)鋰電池的發(fā)展具有重要作用。目前，鋰電池?zé)峁芾砑夹g(shù)主要有以下幾種。

       1.空氣冷卻技術(shù)

       以空氣為傳熱介質(zhì)的熱管理技術(shù)簡(jiǎn)稱空氣冷卻技術(shù)或空冷。該技術(shù)利用空氣介質(zhì)，通過(guò)熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)將熱量從電池表面帶走，從而實(shí)現(xiàn)冷卻電池的目的。空冷技術(shù)以其系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。目前，鋰電池空冷技術(shù)的主要研究方向是空氣流量、電池布局和風(fēng)道布置的優(yōu)化等方面。

       2 液體冷卻技術(shù)

       以液體為傳熱介質(zhì)的熱管理技術(shù)簡(jiǎn)稱液體冷卻技術(shù)或液冷。該技術(shù)一般是以換熱系數(shù)高、比熱容大的液體通過(guò)管道或者將熱源浸沒(méi)其中的方式將熱量傳遞出去。冷卻液的種類通常有水、硅油、乙二醇、丙二醇、空調(diào)制冷劑等。相比于空冷，液冷的冷卻介質(zhì)換熱系數(shù)更高、比熱容更大、冷卻速度也更快，可更加有效地降低電池溫度并提高溫度分布均勻性，此外，液冷系統(tǒng)也更加緊湊。目前，鋰電池液冷技術(shù)的主要研究方向是冷卻介質(zhì)的研發(fā)、流道和流速的優(yōu)化以及熱電耦合模型的構(gòu)建與優(yōu)化等。

半螺旋導(dǎo)管式電池液體冷卻技術(shù)原理

       3 熱管冷卻技術(shù)

        熱管冷卻技術(shù)就是利用工質(zhì)在管殼內(nèi)的吸熱端蒸發(fā)，放熱端冷凝，通過(guò)管芯完成循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)冷卻電池的目的。相比于空冷和液冷，熱管技術(shù)在導(dǎo)熱性、恒溫性等方面更具突出優(yōu)勢(shì)，此外其熱流密度和方向還具有可變性，因此在核電、航天、精密電子器件等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在電池系統(tǒng)中的研究也有所報(bào)道，主要研究方向是熱管冷卻性能評(píng)估、與其他冷卻方式耦合、構(gòu)建熱-電化學(xué)模型并優(yōu)化分析。

      4 相變材料冷卻技術(shù)

       相變材料冷卻技術(shù)是利用材料(phase changematerial，PCM)相態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中吸收電池箱內(nèi)熱量，以達(dá)到冷卻目的。該技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)之一，主要研究方向是相變材料的選擇和優(yōu)化，相變材料冷卻與其他冷卻系統(tǒng)耦合等。

     未來(lái)展望

       相比于其他電池，鋰電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在對(duì)工作溫度要求苛刻的問(wèn)題。在電動(dòng)汽車中，動(dòng)力鋰電池長(zhǎng)時(shí)間中小倍率放電，或者在啟動(dòng)時(shí)以及不良路況時(shí)大倍率放電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的熱。這些熱量如果沒(méi)有被及時(shí)帶走，就會(huì)導(dǎo)致電池性能降低，甚至產(chǎn)生安全事故。而在電站儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能鋰電池通常數(shù)量特別多，電池的總?cè)萘亢凸β室蔡貏e大，存放在有限空間中，非常容易出現(xiàn)電池箱內(nèi)溫度過(guò)高，溫度分布不均勻等問(wèn)題，嚴(yán)重危害儲(chǔ)能電池的安全、高效使用�，F(xiàn)有的熱管理技術(shù)如空冷、液冷、熱管冷卻相變材料冷卻在一定程度改善了鋰電池的散熱問(wèn)題，但其自身也存在著如系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大、冷卻介質(zhì)易泄露、價(jià)格昂貴等挑戰(zhàn)。根據(jù)目前熱管理技術(shù)的研究現(xiàn)狀，未來(lái)的研究可重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面開展。

       （1）針對(duì)電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力型鋰電池，重點(diǎn)開發(fā)體積更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊的熱管理系統(tǒng)，便于汽車整體設(shè)計(jì)和安裝。大力開發(fā)緊湊型熱管冷卻技術(shù)；研發(fā)新型相變材料，通過(guò)骨架負(fù)載、添加改性元素等方法提高材料的導(dǎo)熱性、循環(huán)穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)和優(yōu)化更合理的熱管冷卻與相變冷卻耦合系統(tǒng)。

       （2）針對(duì)電站儲(chǔ)能所使用的儲(chǔ)能型鋰電池，重點(diǎn)開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)高效的熱管理系統(tǒng)。繼續(xù)加大空氣冷卻技術(shù)的優(yōu)化力度，除了已有的流道、流量等方面的研究，還可以通過(guò)增加額外裝置來(lái)提高溫度的均勻性；開發(fā)新型的液冷介質(zhì)，提高介質(zhì)的電絕緣性、導(dǎo)熱性，降低介質(zhì)黏度，解決介質(zhì)泄露等問(wèn)題；研發(fā)更加經(jīng)濟(jì)的熱管，以克服目前熱管冷卻技術(shù)應(yīng)用于大容量?jī)?chǔ)能電池系統(tǒng)中成本過(guò)高的問(wèn)題。