相变材料(PCM)可以为汽车电池系统提供一个缓冲平台，以应对热冲击问题，在电池热管理系统中受到广泛关注。然而PCM的导热系数低，无法将吸收的热量快速释放到冷水板或空气中，热量集聚会导致电池功能异常甚至爆炸。尤其是现阶段，随着电池向高能量密度方向快速发展，部分厂商要求PCM导热系数达到10W/m·K。如何提高PCM的导热率呢？

通常将PCM与绝缘的无机导热剂粉体混合，例如单峰/改性/氮化硼(BN)，球形/准球/角形氧化铝，耐水解球形/普通氮化铝，氮化硅，类球形/球形氧化镁，及其杂化物等，可以提高PCM的导热性。然而，如果只是简单通过添加导热剂粉体，来实现如此高导热仍是一个巨大挑战。此外，由无机导热剂粉体填充的PCM材料，在高于相变点的温度下表现出的形状稳定性和机械性能不足。一旦电池系统受到突然的外部冲击，传统PCM很难将电池保持在一个良好封装环境中，从而导致电池的潜在穿孔，电解液泄漏，甚至是电池爆炸。因此，需要高导热性和高机械强度的PCM，来使电池足够应对外部冲击和热失效问题。

近期，四川大学吴凯和南京理工大学车剑飞团队针对用于电池热管理的相变材料的研究取得了最新进展。研究提供了一种两全其美的方法，即能同时提高传统PCM导热系数和力学性能。将传统的PCM(即石蜡/氮化硼)与螺旋编织的聚乙烯纤维织物相结合，就像传统的PCM穿着功能性内衣一样。一方面，聚乙烯纤维在织物中的螺旋连续热路径与PCM中的氮化硼网络协同作用，使其通过面和面内导热系数分别提高到10.05和7.92 W/m·K。另一方面，强聚乙烯纤维使PCM能够承受47.13 N的高穿刺强度和18.45 MPa的拉伸强度。尽管材料的使用温度高于相变温度，但仍优于大多数报道由无机导热剂粉体填充制备的传统PCM材料。将这种典型的PCM包装在三元锂离子电池中，可以保证电池可靠的安全管理，防止热和机械滥用。在循环充放电过程中，电池电极温度明显下降>10℃。

这种通过将高导热性和机械强度的纤维织物设计成基体的方法，也适用于其他导热纤维的应用，为未来合成具有高导热和优异机械强度的聚合物复合材料提供新思路。该研究成果以“Dressing Paraffin Wax/Boron Nitride Phase Change Composite with aPolyethylene “Underwear” forthe Reliable Battery Safety Management”为题发表于《Small》。

原文来源：https://doi.org/10.1002/smll.202304886