清华大学、浙江大学和浙江三花智能控制股份有限公司的研究人员设计了一种基于石墨烯的热开关材料，用于提高锂离子电池（LIB）的安全性，确保其能在不同温度下安全运行，并且不会在过热时爆炸。

a) TSM 的热切换机制。b) 通过冷冻铸造 2D 薄片微球悬浮液的自组装过程，形成交替多层支架以及聚合物渗透。

提高 LIB 安全性的一般方法是使用导热夹层，这种材料旨在平衡电池模块之间的温度，使其达到 15 至 45°C 之间。为了确保高容量 LIB 的安全性，这些材料应具有高度的隔热性，从而防止热量传播，同时确保温度在电池中均匀分布。研究团队新开发的热开关材料满足这两个标准，并且可以有效调节高容量电池的温度。这种材料对温度反应迅速，使电池在不同的操作条件下都能安全循环。

科学家在论文中写道：“有效的热安全管理依赖于夹层材料的热导率，但目前的设计缺乏对性能和安全性的响应能力。”“我们设计了一种热切换材料，具有从导热到隔热状态的高切换率，以解决这一困境。”

该团队设计的热开关材料由嵌入在相连的石墨烯层之间的微球组成。值得注意的是，微球的体积会随着温度的变化而膨胀。

微球对温度敏感的膨胀会通过分离相邻的二维石墨烯层来破坏热量的传输。反过来，这有助于调节电池内部的温度，防止电池爆炸。

为了评估该材料的性能，研究人员将其集成到 50 Ah Ni-Co-Mn LIB 中，将其用作电池间夹层。他们的发现非常有希望，因为该材料被发现可以成功充当热调节器，防止可能导致爆炸的热量传播和连锁反应。

研究团队写道：“所设计的热开关材料表现出很宽的导热温度范围（室温下为 1.33 W m −1  K −1 ），并且加热后可以在 30 秒内转变为绝热状态（约 100°C 时为 0.1 W m −1  K −1）。”

“当将该材料用作四个 50 Ah 镍钴锰锂离子电池模块的电池间夹层时，它不仅可以确保正常工作条件下温度分布均匀，而且更重要的是可以防止 80% 的热失控热传递，有效避免灾难性的电池爆炸。”

该研究团队推出的新型热调节器可在其他高容量电池上实施和测试。未来，它可以促进这些电池的广泛商业化和使用，确保它们在地球上不同气候和不同操作条件下的安全。

研究人员表示：“我们相信这种热响应材料设计将确保高能量密度电池模块整个使用寿命的安全性和高性能。”

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