鋰離子電池是一個非?；钴S的電化學反應系統(tǒng)，對溫度十分敏感，溫度過高時會導致副反應增多，可逆容量快速衰降，溫度過低時會引起動力學條件劣化，引起電池性能下降，甚至發(fā)生負極析出金屬Li，引起安全風險，因此關于鋰離子電池熱管理就顯得尤為重要，特別是動力鋰電池包往往由數(shù)百只，甚至數(shù)千只電池組成，電池的熱管理就顯得更加重要。

關于鋰離子電池熱管理系統(tǒng)，在高溫下我們希望能夠盡可能的提高散熱能力，抑制電池溫度的升高，在低溫下我們又希望能夠盡量的提高保溫能力，減少熱量的散失，為了實現(xiàn)這樣的特性，美國伯克利加州大學的MenglongHao（第一作者）和ChrisDames（通訊作者）通過將記憶合金與溫度調(diào)節(jié)器結合（如下圖a所示），根據(jù)溫度調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)器的導熱系數(shù)，從而控制散熱能力，實現(xiàn)了在高溫下快速散熱抑制溫度升高，低溫下降低散熱能力保持電池溫度，從而大大提高了鋰離子電池熱管理系統(tǒng)的適應能力。

溫度調(diào)節(jié)器是一類有著數(shù)十年應用相關經(jīng)驗的產(chǎn)品，但是應用重要是集中在幾個細分市場，如特種航天等。溫度調(diào)節(jié)器重要分為兩大類：1）通過相變實現(xiàn)導熱系數(shù)變化，缺點是關斷比較低；2）通過調(diào)整界面間隙方法控特種熱系數(shù)，關斷比要明顯高于相變溫度調(diào)節(jié)器，缺點是成本高、重量大。由于上述的兩種溫度調(diào)節(jié)器存在的問題，因此它們都不適合直接應用在動力鋰電池熱管理上，為了解決這一問題MenglongHao通過采用記憶合金的方式將上述兩種類型的溫度調(diào)節(jié)器結合在一起。

形狀記憶合金溫度每升高1℃出現(xiàn)的應變?yōu)?0-3，但是即便在這樣的應變下要出現(xiàn)足夠的間隙（0.5mm）也要求形狀記憶合金的厚度達到25mm以上，這顯然在實際應用中是不現(xiàn)實的，為了解決這一問題MenglongHao設計了如上圖a所示的結構，首先形狀記憶合金被制成了金屬線的形式，大大新增了形狀記憶合金的長度，因此同樣的溫升下可以出現(xiàn)更大的變形量，從而控制上下兩塊溫度調(diào)節(jié)器之間的間隙，溫度較低時記憶合金的長度較長，在彈簧的用途下兩塊溫度調(diào)節(jié)板間隙較大，因此導熱能力很差，起到保溫的用途，隨著溫度的升高，形狀記憶合金開始發(fā)生形變，總長度變短，拉動兩塊溫度調(diào)節(jié)器相互接近，并最終接觸，提高了導熱系數(shù)，快速將鋰離子電池內(nèi)部的熱量擴散出去。這樣的設計使得這套散熱系統(tǒng)有著非常巨大的關斷比（導通下的導熱系數(shù)和關閉狀態(tài)下的導熱系數(shù)之比），可達1600:1到3200:1。

為了驗證上述系統(tǒng)的有效性，MenglongHao設計了如下圖a，c所示的結構在真空環(huán)境下進行了驗證，實驗表明在OFF狀態(tài)下上下兩個金屬塊之間的導熱系數(shù)K僅為1.13Wm-2K-1，而隨著溫度的上升，一旦上下兩個金屬塊接觸，形成ON狀態(tài)后，導熱系數(shù)迅速提高到了2340Wm-2K-1，因此該系統(tǒng)的關斷比可達到2070:1。

雖然上述實驗很好的展現(xiàn)了該系統(tǒng)的有效性，但是只有在實際應用環(huán)境中使用才能真正體現(xiàn)該系統(tǒng)的有效和可靠性。為了比較該系統(tǒng)與普通熱管理系統(tǒng)之間的差別，作者還通過將記憶合金絲更換為不銹鋼絲的方式實現(xiàn)了上下兩塊散熱板之間的常ON和常OFF狀態(tài)，以模擬普通熱管理系統(tǒng)中沒有主動散熱控制開關的狀態(tài)。從下圖c可以看到在-20℃下，常ON狀態(tài)下由于電池溫度持續(xù)散失，導致電池容量僅為常溫容量的21%，而常OFF狀態(tài)下，電池散熱較慢，因此溫度能夠持續(xù)升高，最終容量發(fā)揮可達常問下的89%，而采用記憶合金的系統(tǒng)能夠根據(jù)溫度調(diào)整間隙，因此散熱速率也大幅降低，電池容量發(fā)揮可達常溫下的76%。

雖然在低溫下常OFF設計能夠很好的提升鋰離子電池的低溫性能，但是在高溫環(huán)境下卻會導致電池溫升過高，影響鋰離子電池的性能發(fā)揮，從下圖d我們能夠看到在45℃的環(huán)境下，在放電過程中常OFF的溫度調(diào)節(jié)器溫度升高了20℃，達到65℃，這不僅僅會造成鋰離子電池性能加速衰減，還可能引發(fā)熱失控。而采用記憶合金調(diào)節(jié)的溫度調(diào)節(jié)器溫度升高僅為5℃，與常ON的調(diào)節(jié)器基本一致。

記憶合金的循環(huán)壽命通常較差，會影響溫度調(diào)節(jié)器的工作效果，為了解決這一問題作者在記憶合金絲使用前首先利用大應變載荷處理，很好的提升了記憶合金的循環(huán)性能。從下圖中可以看到記憶合金經(jīng)過了6個月存儲后仍然保持了非常好的性能，OFF性能經(jīng)過600次循環(huán)后沒有明顯的衰降，1000次循環(huán)后略有降低（鋰離子電池在-20℃下可逆容量下降8.5%），而ON的狀態(tài)經(jīng)過1000次循環(huán)后沒有明顯的衰降，表明采用記憶合金的溫度調(diào)節(jié)器具有非常好的存儲和循環(huán)壽命。

MenglongHao等設計的記憶合金溫度調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)溫度自動調(diào)節(jié)導熱系數(shù)，從而實現(xiàn)高溫下導熱能力強快速降低電池溫度，低溫下降低導熱能力，保持鋰離子電池溫度，提升鋰離子電池性能，顯著提升了鋰離子電池在不同溫度下的循環(huán)壽命和電性能。但是目前該系統(tǒng)重要問題還是體積較大，擠占電池包內(nèi)部空間，與功能類似的強制風冷和水冷散熱系統(tǒng)成本上還有一定差距，這都是要進一步解決的問題。