项目名称

锂离子电池全生命周期热安全防控关键技术与应用

提名单位

河北省教育厅

项目简介

锂离子电池储能技术是实现双碳目标的关键技术之一。但锂离子电池具有较高的温度敏感性，温度过低、过高或温差过大均会影响其电化学性能及热安全性。国务院《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》中指出“...加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关...”。因此，本项目根据国家发展需求，在国家自然科学基金等项目的资助下，由河北工业大学，广东工业大学，东莞市硅翔绝缘材料有限公司，中国矿业大学和华富（江苏）锂电新技术有限公司等合作在锂离子电池全生命周期热安全防控关键技术与应用领域开展研究，成功研发创新性锂离子电池热管理技术并实现产业化，提高了锂离子电池系统的热安全性，为我国新能源汽车产业的发展战略提供了技术保障。本项目的主要技术内容及创新点如下：

1、锂离子电池低温持续加热及温度预调控技术

（1）创新开发具有循环动力源驱动的持续加热技术。该技术将循环加热技术与温度控制技术相结合，对电池模组进行持续加热，实现锂离子电池模组低温环境下的持续加热与保温需求。

（2）创新开发电池模组温度监测及预调控技术。提出一种主动调控流量大小的控制方法，结合具有可监测温度的隔热片，通过主动预调控方法确保锂离子电池温度的在最佳工作范围。

2、基于电动汽车热量管理的电池高温散热与热害防控技术

（1）独创基于电动汽车热量管理的高温散热技术。提出一种将空调制冷与储冷技术相结合的热管理方案，通过冷量传输实现电池模组的快速散热。而电池模组内部采用浸没式气-液相变散热技术，实现锂离子电池模组的在高温条件下的高效散热。

（2）独创动力电池故障预警与热害防控技术。该技术通过对锂离子电池温度相关参数进行实时监测与热害异常预警。此外，通过对过热电池模组进行隔热处理，并进行喷雾冷却降温，实现对锂离子电池的热害防控。

3、基于固-液相变的锂离子电池全生命周期均温技术

（1）独创一种柔性复合相变材料极其相变强化技术。成功研制了一种具有优良柔性和韧性，且兼具良好潜热与导热系数的柔性相变材料，并通过针肋、翅片等实现电池及电池模组的有效均温。

（2）独创锂离子电池高/低温智能调控的相变均温技术。研发了一种根据环境温度改变而智能相变为固态或者液态的相变材料，可以有效实现低温条件下的相变保温及高温条件下的液冷散热，有效实现跨温域的均温效果。

主要完成单位及创新推广贡献

1. 河北工业大学：作为第一完成单位，主持该项目的关键技术研究与整体方案制定。在国家自然科学基金等项目的支持下，在锂离子电池全生命周期的热安全防控技术领域开展了长期的工作，针对锂离子电池的全生命周期内的热管理需求，设计不同形式的热管理方法。在本项目的工作中，设计了基于浸没式液冷的散热技术，该技术采用梯度间距，改善了传统电池模块设计过程中由于自然对流以及热量聚集效应引起的组间温差，具有极高的温度一致性。此外，通过多孔电池架和导流组件的引入，可以克服浸没式冷却设计过程中工质由于边界层效应以及流场结构引起的电池单体温差，进一步提高温度一致。

2. 广东工业大学：项目主要成员单位，负责具有柔性的相变材料开发与相变强化技术研发，主要贡献如下：1）制备了一种柔性复合相变材料作为电池模组中的散热层。该复合材料具有优良的柔性和韧性，同时兼具良好潜热和导热系数。2）设计了一种带有针肋及散热翅片的电池组结构，并与柔性复合相变材料相结合，可以降低不同部件之间的接触热阻，提高换热效率，有效提高对电池模组的均温能力。

3. 东莞市硅翔绝缘材料有限公司：项目主要成员单位，负责隔热膜、加热片以及温度监测技术的设计与应用。主要贡献如下：1）设计了具有温度监测功能的隔热膜，该隔热膜结构简单，成本低廉，在实现电池模组保温的同时实现温度的实时监测；2）设计与研发了兼具隔热及降温功能的锂离子电池热害防控与消防装置，该装置结构简单紧凑，设备成本低，应用前景广泛。

4. 中国矿业大学：项目主要成员单位，负责低温加热及相变控温的热管理系统开发，主要贡献如下：1）开发了具有温度检测、保温、加热以及故障预警功能的电池热管理系统，该系统对低温环境下的电池持续进行加热及保温，从而大大缩短电池组处于低温环境的时间，延长电池组的使用寿命；2）研发了一种根据环境温度改变而智能相变为固态或者液态的相变材料，可以有效实现低温条件下的相变保温及高温条件下的液冷散热，有效实现跨温域的均温效果。

5. 华富（江苏）锂电新技术有限公司：项目主要成员单位，负责锂离子电池模组温度监测、故障报警以及控制与保护装置开发，主要贡献如下：1）研发了一种电池模组温度相实时监测与反馈策略，根据监测结果，利用控制模块控制流量调节阀，调节管道输入/输出流量，实现电池模组温度的预调控；2）研发具有故障报警功能的控制装置，该装置通过温度传感器对电池组温度与温升速率等参数进行实时检测，当温度参数超过设定值时进行信号报警，且当电池温度参数持续超过阈值时，控制电路会自动切断电源，避免故障电池继续加热，从而达到保护电池的目的。

推广应用及经济社会效益情况

申请专利75项（其中发明专利36项），授权专利72项（发明专利33项）。发表论文120余篇（其中SCI论文100余篇）。本项目经济与社会效益显著，产品应用于储能电站、新能源汽车等领域，促进了储能技术领域上下游产业的发展。

主要知识产权证明目录

1. 饶中浩，姜威，刘新健，刘臣臻.一种浸没式相变液冷装置. ZL202222350373.4[P]. 2022.12.13.

2. 饶中浩,吴明明,赵佳腾,霍宇涛. 一种电动汽车热量管理系统及其控制方法. ZL202011106866.2[P]. 2022.08.02

3. 李宇明，李新喜，张国庆，杨晓青，吴卫锋，莫崇茂. 一种柔性复合相变材料及其制备方法和电池模组. ZL202110656216.3 [P]. 2022.11.01.

4. 张国庆，钟官进，阳楚雄. 一种电池模组. ZL201610395187.9 [P]. 2018.11.02.

5. 饶中浩，吕培召，刘新健，霍宇涛，刘臣臻，刘昌会，赵佳腾. 一种用于电池的全气候热管理系统及其工作方法. ZL201810755941.4[P]. 2020.06.23.

6. 饶中浩，周艳磊，霍宇涛，张晓. 一种电动汽车低温环境下电池保温系统及其控制方法. ZL201810972193.5[P]. 2020.07.28.

7. 饶中浩，胡文，霍宇涛，张孝杰，周寿斌，姜庆海，吴战宇. 动力电池包温度预调控方法. ZL201910875375.5[P]. 2022.02.25.

8. 饶中浩，庞晓文，霍宇涛，吕培召，周寿斌，姜庆海，吴战宇. 一种动力电池的故障显示保护装置及保护方法. ZL201910057602.3[P]. 2021.06.25.

9. 严若红，戴智特，邹华春，冷明全，文玉良. 一种隔热与喷雾组合的储能电池消防装置. ZL202123092160.8[P]. 2022.10.11.

10. 戴智特，袁玲，赵杰，秦傲. 可监测温度变化的隔热片. ZL202021874879.X[P].2021.4.2.

主要完成人情况表（排名、姓名、技术职称、工作单位、对本项目技术创造性贡献、曾获奖励情况）

排名

姓名

技术职称

工作单位

完成单位

贡献

曾获奖情况

1

饶中浩

教授

河北工业大学

河北工业大学

本项目总体设计及技术方案的提出者，总体统筹研发锂离子电池全生命周期热安全防控关键技术与应用。

2020年江苏省科学技术二等奖（第一完成人）

2018年江苏省科学技术二等奖（第二完成人）

2016年广东省科学技术二等奖（第二完成人）

2014年广东省科学技术二等奖（第六完成人）

2

张国庆

教授

广东工业大学

广东工业大学

本项目的实施者，合作研发柔性复合相变材料及其相变强化技术，用于电池模组，以提高电池模组换热效率。

2020年广东省科学技术奖科技进步奖一等奖（第一完成人）

2018年广东省科学技术奖三等奖（第一完成人）

2009年广东省科学技术奖三等奖（第二完成人）

2007年广东省科学技术奖三等奖（第二完成人）

3

戴智特

无

东莞市硅翔绝缘材料有限公司

东莞市硅翔绝缘材料有限公司

本项目的实施者，主导研发量产的气凝胶隔热片和电池加热膜，主导电池模组温度采集模块，并实现保温隔热的效果；合作研发具有隔热及喷雾冷却功能的消防装置，以实现电池模组高温条件下的热害防控。

无

4

霍宇涛

副教授

中国矿业大学

中国矿业大学

本项目的实施者，合作研发针对于低温条件下的电池持续加热技术，通过设计具有循环动力源驱动的加热技术，实现电池模组低温环境下的持续加热；此外，合作研发了具有预调控机制的电池控温技术及电池故障显示与保护装置，有效实现电池模组的控温及温度预警。

2020年江苏省科学技术二等奖（第三完成人）

2018年江苏省科学技术二等奖（第五完成人）

5

周寿斌

正高级工程师

华富（江苏）锂电新技术有限公司

华富（江苏）锂电新技术有限公司

本项目的实施者，合作研发了具有主动调控流量大小的控制方法，结合具有可监测温度并实现故障报警的温度控制装置，通过主动预调控方法，确保锂离子电池温度的在最佳工作范围。

2020年江苏省科学技术二等奖（第二完成人）

2018年江苏省科学技术二等奖（第一完成人）

6

吕培召

无

无

中国矿业大学

本项目的实施者，合作开发了一种同时适用于低温加热和高温液冷散热的宽温域电池热管理技术，可以有效实现低温条件下的相变保温，及高温条件下的液冷散热，有效实现跨温域的均温效果。

2020年江苏省科学技术二等奖（第九完成人）

7

刘新健

副教授

河北工业大学

河北工业大学

本项目的实施者，合作研发了利用浸没式气-液相变控温技术相结合，实现锂离子电池模组的在高温条件下的高效散热。

无

8

姜庆海

工程师

华富（江苏）锂电新技术有限公司

华富（江苏）锂电新技术有限公司

本项目的实施者，合作研发了具有主动调控流量大小的控制方法，结合具有可监测温度并实现故障报警的温度控制装置，通过主动预调控方法，确保锂离子电池温度的在最佳工作范围。

2020年江苏省科学技术二等奖（第六完成人）

9

文玉良

高级工程师

东莞市硅翔绝缘材料有限公司

东莞市硅翔绝缘材料有限公司

本项目的实施者，合作研发具有隔热及喷雾冷却功能的消防装置，以实现电池模组高温条件下的热害防控。

2014年广东省科学技术奖二等奖（第九完成人）

2013年广东省科学技术奖三等奖（第三完成人）

10

李新喜

讲师

广东工业大学

广东工业大学

本项目的实施者，合作研发一种柔性复合相变材料用于电池模组，该材料具有优良的柔性和韧性，同时兼具良好潜热和导热系数，该材料解决了不同部件之间接触热阻过大的问题，有效提高了换热效率。

2022年广东省科技进步二等奖（第五完成人）

2020年广东省科技进步一等奖（第四完成人）

完成人合作关系说明

2013年7月-2021年5月，饶中浩/1，张国庆/2，戴智特/3，霍宇涛/4，周寿斌/5，吕培召/6，刘新健/7，姜庆海/8，文玉良/9，李新喜/10等人共同参与完成了锂离子电池全生命周期热安全防控关键技术与应用项目。在项目执行过程中，各完成人分工合作，共同研发，并合作完成并申请、授权多项发明专利。

完成人饶中浩/1全面引领本项目研究内容的技术创新工作，对本项目关键技术的形成发挥关键作用，负责项目总体组织协调。

完成人饶中浩/1，刘新健/7合作研发了一种浸没式相变液冷装置，通过气-液相变控温技术，提高了电池模组的散热能力，并采用导流组件提高换热效率，以实现电池组的快速降温。该系统设计合理，具有优秀的热管理性能，可以大大延长电池的使用寿命。

完成人饶中浩/1，霍宇涛/4合作研发了一种将空调制冷与储冷技术相结合的热管理方案，通过冷量传输实现电池模组的快速散热。

完成人张国庆/2，李新喜/10合作研发了一种柔性复合相变材料，该复合材料包括相变材料、热塑性共聚酯弹性体和导热增强剂，具有优良的柔性和韧性，同时兼具良好潜热和导热系数，该材料解决了不同部件之间接触热阻过大的问题，有效提高了换热效率。

完成人饶中浩/1，吕培召/6，刘新健/7，霍宇涛/4合作设计了一种同时适用于低温加热和高温液冷散热的宽温域电池热管理技术。该技术以具有特殊相变温度的相变材料作为控温材料，当电池模组处于低温条件下时，该控温材料放热凝固变为固态，固态的相变材料可以实现对电池组的保温效果；而当电池处于高温条件下时，该相变材料处于液态，且通过管道可以进行主动式液冷散热。该设计有效实现了跨温域的均温效果。

完成人饶中浩/1，霍宇涛/4合作开发了一种电动汽车动力电池的加热及控温技术，该系统实时检测电池组温度变化，并通过电加热器对传热介质进行持续加热，从而实现低温下对电池组的持续加热，该技术有效减少了锂离子电池处于低温条件下的时间，保证锂离子电池处于合理的温度范围。

完成人饶中浩/1，霍宇涛/4，周寿斌/5，姜庆海/8合作设计了一种具有预调控功能的电池控温技术，该技术预先设置目标温度参数，并根据监测结果，利用控制模块控制流量调节阀，调节管道输入/输出流量，实现电池模组温度的预调控，延长电池组的使用寿命。

完成人饶中浩/1，庞晓文，霍宇涛/4，吕培召/6，周寿斌/5，姜庆海/8合作研发了一种故障显示与保护技术，该技术通过对锂离子电池温度相关参数进行实时监测与热害异常预警，并通过主动策略切断加热源，实现了电池模组故障的有效预警与热害防控。

完成人戴智特/3，文玉良/9合作研发了一种具有隔热和喷雾冷却功能的热害防控技术，该技术能够有效隔断锂离子电池热失控在电池模组中的蔓延，并通过喷雾冷却方法进行快速降温，实现在模组尺度上的热害防控。

完成人合作关系情况汇总表

序号

合作方式

合作者/项目排名

合作时间

合作成果

备注

1

共同知识产权

饶中浩/1，刘新健/7

2013.07-2022.09

一种浸没式相变液冷装置. ZL202222350373.4

2

共同知识产权

饶中浩/1，霍宇涛/4

2013.07-2020.10

一种电动汽车热量管理系统及其控制方法. ZL202011106866.2

3

共同知识产权

张国庆/2，李新喜/10

2013.07-2021.06

一种柔性复合相变材料及其制备方法和电池模组. ZL202110656216.3

4

共同知识产权

饶中浩/1，吕培召/6，刘新健/7，霍宇涛/4

2013.07-2018.07

一种用于电池的全气候热管理系统及其工作方法. ZL201810755941.4

5

共同知识产权

饶中浩/1，霍宇涛/4

2013.07-2018.08

一种电动汽车低温环境下电池保温系统及其控制方法. ZL201810972193.5

6

共同知识产权

饶中浩/1，霍宇涛/4，周寿斌/5，姜庆海/8

2013.07-2019.01

一种动力电池的故障显示保护装置及保护方法. ZL201910057602.3

7

共同知识产权

戴智特/3，文玉良/9

2013.07-2021.12

一种隔热与喷雾组合的储能电池消防装置. ZL202123092160.8

8

合作项目

张国庆/2，戴智特/3，文玉良/9

2023.04-至今

低温加热膜用于主流锂电池模组性能研究