隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)成為我們生活著不可缺少的部分，而電動汽車的普及更是讓鋰離子電池與我們的出行安全緊密的聯(lián)系在一起，2016年5月全世界總計銷售250萬輛插電式混合動力汽車，而日產(chǎn)汽車在6月份共計銷售25萬輛純電動汽車，電動汽車已經(jīng)越來越多的融入到我們的日常生活之中。
經(jīng)過多年技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池的安全性得到了極大的提升，但是熱失控仍然是困擾著鋰離子電池的嚴重安全問題。特別是在電池組中，一旦發(fā)生熱失控，高溫會導(dǎo)致熱失控在電池組中蔓延，后果不堪設(shè)想。以特斯拉的Model S為例，其鋰離子電池組由7000多只18650電池組成，一旦熱失控在電池組內(nèi)蔓延，將造成災(zāi)難性的后果。
對鋰離子電池熱失控感觸最深的恐怕要數(shù)波音公司了，在波音公司推出的787夢想客機上，廣泛的采用了鋰離子電池作為儲能電源，用來在飛機引擎尚未啟動時或停止工作時驅(qū)動飛機上的機械和電子設(shè)備，但是連續(xù)的鋰離子電池安全事故，讓這架承載著未來夢想的客機蒙上了一層陰影。
其中2013年1月，發(fā)生在美國波士頓的一架日本航空公司的787客機鋰離子電池起火事件，根據(jù)美國國家運輸安全委員會的調(diào)查顯示，正是電池組中的一只由日本湯淺公司生產(chǎn)的75Ah方形電池發(fā)生熱失控后，高溫引發(fā)了相鄰電池的熱失控導(dǎo)致的，這次事件后波音公司要求在所有的電池組上都要增加防止熱失控擴散的措施。
對于電池組來說，一只電池發(fā)生熱失控并不可怕，只要及時阻斷，就能夠保證整個電池組的安全，因此有必要在電池組的設(shè)計當中引入適當?shù)陌踩胧?，以避免熱失控在電池組內(nèi)部蔓延，引發(fā)更大的安全事故。
在鋰離子電池發(fā)生熱失控時，電池的溫度可以達到700攝氏度，大量的熱量通過對流、傳導(dǎo)和輻射等方式傳導(dǎo)到周圍的電池上，從而導(dǎo)致熱失控在電池組內(nèi)部發(fā)生蔓延。
美國的Allcell Technology公司開發(fā)了一款基于相變材料的鋰電池熱失控預(yù)防材料PCC，該材料的作用機理是在正常的情況下，鋰離子電池的熱量通過PCC材料快速傳導(dǎo)到電池組外，隨著鋰離子電池組的溫度進一步升高，PCC材料中的石蠟成分將會發(fā)生融化，從而吸收多余的熱量，使鋰離子電池的溫度不再升高，從而阻止熱失控在鋰離子電池內(nèi)部蔓延。
傳統(tǒng)的鋰離子電池熱管理一般是通過空氣、液體或者被動散熱的方式進行，但是這些系統(tǒng)都各有優(yōu)缺點，液體冷卻雖然效果好，但是存在泄漏風險，運行需要消耗電池組能量，強制風冷散熱會在電池組內(nèi)部形成較大的溫度梯度，被動散熱雖然在成本和重量上具有優(yōu)勢，但是散熱效果要遠低于其他散熱方式。
采用相變復(fù)合材料PCC是一種可行的選擇，PCC采用石墨和蠟組成，當鋰離子電池放電或者發(fā)生熱失控產(chǎn)熱時，PCC中的蠟會發(fā)生融化，從而將熱量吸收，避免溫度進一步上升，PCC的熱導(dǎo)率達到20 W m -1 K -1，遠高于空氣的0.024 W m -1 K -1，也比鋰離子電池的常規(guī)填充物2.5 W m -1 K -1要高，保證了良好的導(dǎo)熱率，能夠滿足鋰離子電池正常的散熱需求。
試驗中的電池組采用了4并10串的結(jié)構(gòu)，單體電池采用了能量型2.85Ah的18650電池，通過針刺引發(fā)電池的熱失控反應(yīng)，觀察并記錄周邊電池的行為。PCC的添加量為0.33Kg，約為電池組重量的12.1%。
在不填充PCC的電池組中，被針刺的電池立刻發(fā)生了熱失控并泄漏，電池溫度達到400攝氏度以上，周圍相鄰的電池溫度達到了149-189攝氏度，而稍遠的電池溫度受影響較小。而通過在電池組中加入PCC材料，可以顯著降低電池的溫度，測試結(jié)果顯示發(fā)生熱控的電池溫度僅有179攝氏度，而周圍相鄰的電池溫度僅僅達到87-108攝氏度。
在更為嚴重的情況下，也就是一只電池在發(fā)生熱失控的情況下，匯流條沒有脫落，從而導(dǎo)致并聯(lián)的其他并聯(lián)電池通過熱失控電池發(fā)生短路，沒有PCC保護的對照組電池，發(fā)生熱失控電池的溫度很快達到了578攝氏度，與之相鄰的電池溫度也快速上升，也發(fā)生了熱失控，最終在這個電池組中有20只電池發(fā)生了熱失控。
而在電池組中加入PCC的實驗組電池中，發(fā)生熱失控的電池最高溫度僅僅達到了218攝氏度，周圍相鄰的電池最高溫度僅僅為98-111攝氏度，在整個過程中，電池組中的其他電池都沒有發(fā)生熱失控。
從上述的試驗結(jié)果來看，通過在電池組的電池之間加入PCC保護材料，可以快速的將電池在放電或者熱失控過程中所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到電池組外，降低電池的溫度，并在電池組內(nèi)有電池發(fā)生熱失控的情況下，保護周圍相鄰的電池，使其溫度不至于上升的過高，從而避免熱失控在電池組內(nèi)蔓延，極大的提高了鋰離子電池組的安全性。
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