随着能源紧缺问题的日益严重和能源调度需求的逐渐增长，人们对电池储能的研究逐渐向高能量密度和高功率的方向发展。锂电池在储能领域因其循环寿命长、储能密度高且电化学稳定性好而已被广泛应用于电子产品和电动汽车等领域。然而目前限制锂电池储能密度进一步增加的重大障碍就是它的安全问题，因为电池在大电流充放电状态下工作会产生巨大的热量，从而可能引发电池的热失控乃至燃烧爆炸。因此，亟需开发高效的热管理系统以对电池内部产热及温度上升进行控制。

目前开发的众多电池热管理系统（BTMS），如风冷、水冷和热管冷却系统均通过移除电池表面产生的热量以控制电池温度，属于电池外部热管理系统。尽管针对电池外部的热管理系统可以简单高效地控制电池表面的温度，但是却具有安装复杂、成本高和能耗高等缺点。最重要的是外部热管理对电池温度变化响应存在延迟以及无法控制单个电池内部温度，无法缓解电池内部的温度梯度（TG）问题。当电池处于极端条件如过度充电、大电流负载或短路时，内部会产生大量热量，而电池内部的低热传导性能就会阻碍这些热量的耗散，从而导致单个电池内部的TG问题。TG的存在会引起电流密度和荷电状态（SOC）的局部梯度，进而导致空间上不均匀的电化学速率与电化学阻抗分布，这将会加速电池老化，严重影响电池的使用寿命。外部的BTMS不仅不会消除因TG而引发的负面作用，甚至可能由于电池内外界面处加大的热扩散差异导致更为严重的TG问题。因此相较于电池外部冷却，从电池内部控制其升温与温度分布是延长电池寿命与安全性能的根本。此外，电池内部产热主要源于其内阻产热，有研究表明电池内部的主要内阻来源于各个组件的界面，而电池内阻产热往往在总产热中占比很大。同时，电极处为电化学反应发生的部位，在充放电过程中也会产生大量的热量。因此，电极和涂层界面的热管理在确保电池运行稳定性和降低热失控风险方面起着至关重要的作用。

本工作采用具有核壳结构的相变微胶囊在磷酸铁锂（LiFePO₄）电极表面构建原位热管理涂层，使其兼具温度调控、界面传热优化与预防锂枝晶生长三重功能。相变微胶囊以石蜡（PW）为芯材，通过固-液相变吸热调节电池内部温度；聚氨酯（PU）壳层可抑制相变过程中PW的泄漏，其表面的N-H基团能与电极表面聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂形成氢键，增强电极与热管理组件的粘附力与界面传热。此外，通过添加氮化硼（BN）构建热传导通路，改善相变涂层导热性能并调控电池内部热量分布。该热管理涂层使电池即使在高温环境下也能安全稳定运行，为原位电池热管理系统设计提供了新策略。

L.-N. Wang, S.-Z. Li, W.-W. Liu, N. Jiang, Y.-Y. Song, L. Bai, Y. Wang, B. Yin, J. Yang* and W. Yang*, Thermally conductive phase change electrodes for in situ thermal management of lithium-ion batteries, J. Mater. Chem. A, 2025.

全文链接：https://doi.org/10.1039/D4TA08893J