鋰離子電池是一個(gè)非常活躍的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)溫度十分敏感，溫度過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)增多，可逆容量快速衰降，溫度過低時(shí)會(huì)引起動(dòng)力學(xué)條件劣化，引起電池性能下降，甚至發(fā)生負(fù)極析出金屬Li，引起安全風(fēng)險(xiǎn)，因此關(guān)于鋰離子電池?zé)峁芾砭惋@得尤為重要，特別是動(dòng)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(guān)于鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(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(shí)現(xiàn)這樣的特性，美國(guó)伯克利加州大學(xué)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(jié)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(dǎo)熱系數(shù)，從而控制散熱能力，實(shí)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?zé)峁芾硐到y(tǒng)的適應(yīng)能力。

溫度調(diào)節(jié)器是一類有著數(shù)十年應(yīng)用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，但是應(yīng)用重要是集中在幾個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，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(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱系數(shù)變化，缺點(diǎn)是關(guān)斷比較低；2）通過調(diào)整界面間隙方法控特種熱系數(shù)，關(guān)斷比要明顯高于相變溫度調(diào)節(jié)器，缺點(diǎn)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(yīng)用在動(dòng)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(jié)合在一起。

形狀記憶合金溫度每升高1℃出現(xiàn)的應(yīng)變?yōu)?0-3，但是即便在這樣的應(yīng)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(dá)到25mm以上，這顯然在實(shí)際應(yīng)用中是不現(xiàn)實(shí)的，為了解決這一問題MenglongHao設(shè)計(jì)了如上圖a所示的結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)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(shí)記憶合金的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在彈簧的用途下兩塊溫度調(diào)節(jié)板間隙較大，因此導(dǎo)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(zhǎng)度變短，拉動(dòng)兩塊溫度調(diào)節(jié)器相互接近，并最終接觸，提高了導(dǎo)熱系數(shù)，快速將鋰離子電池內(nèi)部的熱量擴(kuò)散出去。這樣的設(shè)計(jì)使得這套散熱系統(tǒng)有著非常巨大的關(guān)斷比（導(dǎo)通下的導(dǎo)熱系數(shù)和關(guān)閉狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)之比），可達(dá)1600:1到3200:1。

為了驗(yàn)證上述系統(tǒng)的有效性，MenglongHao設(shè)計(jì)了如下圖a，c所示的結(jié)構(gòu)在真空環(huán)境下進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)表明在OFF狀態(tài)下上下兩個(gè)金屬塊之間的導(dǎo)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(gè)金屬塊接觸，形成ON狀態(tài)后，導(dǎo)熱系數(shù)迅速提高到了2340Wm-2K-1，因此該系統(tǒng)的關(guān)斷比可達(dá)到2070:1。

雖然上述實(shí)驗(yàn)很好的展現(xiàn)了該系統(tǒng)的有效性，但是只有在實(shí)際應(yīng)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(shí)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(dòng)散熱控制開關(guān)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(dǎo)致電池容量?jī)H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(dá)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(dá)常溫下的76%。

雖然在低溫下常OFF設(shè)計(jì)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(huì)導(dǎo)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(dá)到65℃，這不僅僅會(huì)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(huì)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(yīng)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(gè)月存儲(chǔ)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(chǔ)和循環(huán)壽命。

MenglongHao等設(shè)計(jì)的記憶合金溫度調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高溫下導(dǎo)熱能力強(qiáng)快速降低電池溫度，低溫下降低導(dǎo)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(qiáng)制風(fēng)冷和水冷散熱系統(tǒng)成本上還有一定差距，這都是要進(jìn)一步解決的問題。