Cascade phase change from highly-ordered salt hydrate composite monolith for Li-ion battery low-temperature resistance enhancement

材料科学 整体 成核 复合数 级联 潜热 化学工程 热导率 温度梯度 复合材料 放热反应 化学 热力学 有机化学 物理 工程类 催化作用 量子力学
作者
Wenjun Wang,Haotian Luo,Kai Wang,Huadong Wu,Yan Wang,Miao Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:476: 146533-146533
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146533
摘要

The rapid growth of electric vehicles raises an unmet need to enhance low temperature resistance of Li-ion battery (LIB). Herein, highly-ordered and porous boron nitride/polyvinyl alcohol (BN/PVA) via directional freeze-drying is fabricated to impregnate with sodium sulfate decahydrate (SSD). The highly-ordered SSD@BN/PVA (HSBP) that is flexible, mechanically strong and electrically insulated possesses high latent heat and leakage-proof temperature. Being inspired by the traditional nucleation theory, a multi-layer structure with gradient freezing points (f.p.s) was built based on HSBP composite along the highly-ordered direction to achieve cascade solidification and controllably thermal energy release. The highly-ordered structure enhances thermal conductivity by 30 times and largely reduces heat dissipation in layers interface. By studying vital factors as solidified heat, f.p. gradient and layer number, a mechanism for cascade solidification is proposed and trilayer HSBP monolith with 3 °C f.p. gradient is proven to be effective for controllable heat release. Consequently, cascade solidification from the multi-layer HSBP monolith could increase temperature holding time by 70 min when battery stops working at −20 °C and improve discharge capacity by 0.71 Ah during cold-start. Therefore, cascade phase change from the multi-layer HSBP monolith shows a significant potential in improving low-temperature resistance of LIB.
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