基于复合相变材料为基础的电动汽车电池智能温控箱体

20230111

交通运输、仓储和邮政业

该成果目前技术成熟度等级为第5级。 1.复合相变材料制备工艺成熟稳定：目前已完成实验室级别专利1与专利2所用的复合相变材料制备工艺探索，以及其结构、热稳定性、热循环性能、热传导性能、微形貌等性能评价，达到了预期要求。样品制备工艺路线成熟稳定，可以进行中试、大试与产业化生产。 2.产品热管理性能达到预期：经实验室单锂离子电池热管理实验所取得的数据，电池采用本专利1与2的基于复合相变材料的电池热管理系统在电池充电和放电过程能够维持电池环境温度在其有益的工作温区。同时也表明所采用的复合相变材料的双向温度开关效应和蓄热（冷）能的特性用于锂离子电池的热管理是有效可行的。 3.研究团队：团队负责人为吴秀文教授（博士生导师）。其所在的矿物物理与应用研究团队隶属于中国地质大学（北京）数理学院物理学专业，目前拥有教师8人，均具有博士学位。教授3人，副教授4人，讲师1人；博导3人，硕导3人。团队师生共计30余人。团队成员年龄结构合理，精力旺盛，能够确保项目转化与合作的后期技术支持。 4.实验条件：团队所属的中国地质大学（北京）物理实验中心、矿物材料加工国家实验室和具有长期合作的清华大学材料学院凌云汉老师所在的实验室拥有样品合成和测试的基本条件，能够满足实验室放大实验的要求。 5.吴秀文教授团队在相变材料研究方面积累了丰富的研究经验，截止2022年，研究团队发表相关研究论文50余篇，取得授权专利6项，其中发明专利4项，实用新型专利2项。这些经验，也为后期专利转化提供强有力的支持。

1.提供中试平台：专利转让，专利实施，横向课题，门槛金结合销售提成等多种合作方式，或共同合作研发升级产品。推动产品大试，同时进行多方体验测试，不断优化产品使用效果。中国地质大学（北京）数理学院矿物物理研究团队在近十年发展历程中，在科技创新、人才储备、治理结构的完善、系统管理制度的建立、人文环境和创业文化的形成等方面都已经快速发展，为校企合作提供了良好的准备。 2.企业重视研发：企业每年能够拿出20%用于新产品的研发。近年我国经济形势的好转，国家政策的扶持，带动了很多科技企业的飞速成长。而企业的飞速发展的离不开人才，而成果转化和共同研发为基础的校企合作很好地解决了很多企业研发能力有限，人才不足的问题。 3.重视人才培养：企业有员工继续教育的相关政策。有相对较浓厚的爱科学，爱创新的工作氛围。 4.相互信任，互利互惠：合成的基础是信任，希望合作双方遇到问题能够开诚布公，直奔主题，提供工作效率。此外，为了合作走得更远，互利互惠，利益捆绑，也是合作的必要条件。 5.中国地质大学（北京）科技处作为我校官方第一责任人，具有监督项目转化、项目合作的合同条款，以及相关经费的使用的权力，为项目转化和项目合作提供了健康的环境。

可国（境）内外转让

1. 政策层面 由于环境污染和能源紧张两个世界难题，新能源汽车在世界各国都受到广泛关注，政府都投入很大人力物力发展新能源汽车。我国同世界其他国家一样，除在研发新能源汽车给予政策和资金的支持外，各地方政府部门也对购买新能源汽车提供资金补贴。新能源汽车产业的快速发展呈现出的安全和使用效能问题已经得到了政府部门和新能源车企的广泛关注，而新能源汽车的核心部件锂离子电池的安全和低温掉电问题更是令管理部门和车企头疼的问题之一。现下的热管理已明显无法解决上述问题，因此我们提出的基于复合相变材料的热管理策略刚好符合政策预期。
2. 经济层面 本项目涵盖2+1款专利产品，专利产品1提供了通常地区新能源汽车锂离子温度电池热管理解决方案，若此解决方案将为车企增加10—20%的市场份额，利润也对应上升10—20%。专利产品2除提供新能源汽车的锂离子电池常规的温度热管理外，还针对极端寒冷环境下的锂离子电池温度热管理给出了补充解决方案，该新的利润增长点预期会在10%。此外，我们提供的“+1”智能手机热管理为相变材料热管理的拓展应用提供了新的利润增长点，也是企业拓展相关研究的试验田，为相变材料在更多领域的应用探路塔桥，为企业赢得更多的利润增长方向奠定基础。上述专利产品除具有捆绑的经济效应外，也都会具有巨大的独立市场盈利空间。综合考虑上述情况，该项目的年盈利在其原来基础上预期上升约25—35%。

北京市科技成果转化平台建设（高校院所技术转移能力建设）

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

随着新能源汽车保有量不断提高，新能源汽车的核心—锂离子电池，在汽车运行、充放电过程、环境温度较低等情况下，都暴露出严重的问题，具体表现在：1. 热失控：汽车行驶、充电过程或碰撞等，电池会有大量热产生，若无法快速散去，就会导致燃烧、爆炸，即出现热失控现象！2. 掉电现象：目前，新能源汽车续航里程为一般为100-600 km。但当环境温度较低时，使用性能下降，甚至降低其使用寿命，缩短其续航里程（掉电现象）。当室外温度为－7℃、车内温度为22 ℃时，新能源车辆平均续航里程下降39%—60%。 目前，新能源汽车电池热管理主要有气冷和液冷两种管理方式，各有优缺点。但他们共同的问题是在解决上述问题时都遇到瓶颈。基于此，本项目提出了基于相变材料的锂离子电池的热管理策略，其工作原理是利用相变材料高潜热特点，即其在相态转变时吸收或者放出大量的热来维持电池箱体所处环境温度在工作温度附近上下波动。 专利产品1采用复合相变材料与液冷混合的电池温度管理策略。结构上，锂离子电池柱层状交错排列于电池箱体中，层间设有竖直的蛇形三层中空金属板，其中外层为相变材料填充壳层；中间层为换热流体通路，与对应的中空箱壁连通。 专利产品2基于相变材料与风冷的电动车热管理策略。该专利除保留了专利1的相变材料热管理优势外，考虑到极寒环境掉电更为严重的问题，引入了一亚稳态二元低共融体系的相变材料，在寒冷环境给予一个激发信号便可迅速放热，为电池提供健康的使用环境，并利用电池放出的热使其融化，实现循环使用。相较我们的前一个专利产品，更好地确保极寒地区锂离子电池的正常运行。 我们的专利产品与目前商业化的热管理系统相比，具有以下优势。

1. 传热迅速：其传热速度优于气冷和液冷。相对于液冷，该导热率提升10倍以上。
2. 结构简单：将相变材料填充在电池之间的空隙中，或单独设置相变材料填充层。
3. 被动式智能温度管理：由于相变材料的温度开关效应，能够被动地锁定电池环境温度在其工作温度附近。
4. 相对液冷系统而言，产品相对质量较轻，能够保证车身的总体质量。
5. 经济实惠：所用相变材料价格低廉，一次性加入后，后续无需额外供能。
6. 热循环寿命好：经测试分析，该复合相变材料泄露率≤1 wt%，具有较好的热循环寿命，能较好匹配锂离子电池的寿命。
7. 破解寒冷环境续航里程下降问题：经过外界信号的激发后，电池环境温度迅速升高，由-26.5℃升至17.0℃。
8. 绿色环保：该热管理系统仅涉及物理过程，加工和使用过程绿色环保。 ★ 特殊情况下，相变材料可以通过液-气相变进一步吸收热能，降低爆炸事故发生概率。