锂/钠电池液冷技术全景综述：从冷板到浸没式的技术演进
锂/钠电池液冷技术全景综述：从冷板到浸没式的技术演进
引言
以锂/钠离子电池为主的新型储能技术是实现双碳目标的重要支撑。然而，电池在高度集成性和高功率密度应用场景下的热安全问题日益突出。液冷技术作为增强电池热管理的关键技术，成为解决电池热安全问题的核心手段。本文基于热安全团队（thermsafe.cn）的研究积累，对液冷技术的架构分类、冷却液特性和最新进展进行全面综述。
一、液冷技术三大架构
1.1 冷板式液冷
冷板式液冷是目前应用最成熟的技术路线。冷却液流经与电池模组接触的金属冷板，通过间壁式换热带走电池热量。其优势在于结构简单、易于制造和维护，冷却液与电池不直接接触，避免了电气绝缘和材料相容性问题。局限性在于换热路径中存在界面热阻，冷却效率受限于冷板与电池的接触质量。
1.2 浸没式液冷
浸没式液冷将电池直接浸入绝缘冷却工质中，实现直接接触换热。其换热效率远高于冷板式，同时具备热失控抑制功能——冷却工质可吸收热失控释放的热量，延缓热蔓延。挑战在于冷却工质的选择需兼顾导热性、绝缘性、化学稳定性、安全性和成本。
1.3 喷淋式液冷
喷淋式液冷通过喷嘴将冷却液喷射至电池表面，利用液膜蒸发（相变换热）带走大量热量。其优势在于换热系数极高，适用于极端高热流密度场景。缺点是系统复杂度高，喷淋均匀性控制难度大，且需要额外的蒸汽回收系统。
[图：三种液冷架构原理对比示意图]
二、六类冷却液特性分析
| 类型 | 代表工质 | 导热系数 | 电气绝缘 | 成本 | 适用架构 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水基冷却液 | 水/乙二醇 | 高 | 差（需绝缘设计） | 低 | 冷板式 |
| 纳米流体 | Al₂O₃/水基 | 极高 | 差 | 中 | 冷板式 |
| 碳氢化合物 | 矿物油 | 中 | 优 | 低 | 浸没式 |
| 有机硅类 | 硅油 | 低 | 优 | 中 | 浸没式 |
| 碳氟化合物 | 电子氟化液 | 低 | 优 | 高 | 浸没/喷淋 |
| 液态金属 | 镓基合金 | 极高 | 导电（需密封） | 极高 | 特殊冷板 |
三、液冷技术在钠离子电池中的应用展望
钠离子电池在储能领域的大规模应用对热管理提出了新的要求。钠电的工作电压平台与锂电不同，产热特性也存在差异。聚阴离子型钠电热失控温度较低但产气可燃性高，需要液冷系统在正常热管理和热失控抑制之间取得平衡。浸没式液冷因其兼具冷却和安全防护双重功能，被认为是钠电储能系统理想的液冷方案。
此外，钠电的原材料成本优势需要配套低成本的热管理方案才能充分体现。如何在保证安全性能的前提下降低液冷系统的制造和维护成本，是钠电液冷技术产业化面临的关键挑战。
四、技术发展趋势
液冷技术正朝着智能化、集成化和多功能化方向发展。智能化体现在冷却参数根据电池实时状态动态调节；集成化体现在液冷系统与电池包结构的一体化设计，减少界面热阻和空间占用；多功能化体现在液冷工质同时承担冷却、消防和热失控抑制多重功能，如兼具灭火能力的浸没式冷却工质。
热安全团队（thermsafe.cn）认为，未来液冷技术的核心竞争力将体现在系统级的综合优化能力上，而非单一组件性能的极致追求。
参考文献
- 梁沁沁等. 锂/钠电池热管理系统中液冷技术研究进展. 储能科学与技术. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0797
- 范文强等. 不同冷工质对电池热失控抑制效果的试验研究. 储能科学与技术. DOI: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0975