一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组技术

本发明专利技术涉及一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组，所述热管理模块包括热管理材料成型体，且所述热管理材料成型体中设有多个用于容纳圆柱形电池的圆柱孔；所述热管理材料成型体由热管理材料通过成型方法制得；所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：相变材料，55～90％；导热填料，4～20％；阻燃剂，4～20％；短切纤维，2～10％。本发明专利技术的热管理模块通过添加短切纤维，能够起到有效的增强作用，可较大程度地提高热管理材料中相变材料的含量，进而提高热管理模块的储热能力，使其对温度的调节控制更稳定。

Thermal management module for cylindrical battery and preparation method and battery pack thereof

The invention relates to a heat management module for a cylindrical battery and a preparation method and a battery group. The heat management module includes a thermal management material forming body, and a plurality of cylindrical holes for holding a cylindrical battery are provided in the heat management material forming body, and the heat management material forming body is formed by the heat management material by molding. The heat management material contains components of the following mass percentages: phase change materials, 55 to 90%, thermal conductive fillers, 4 to 20%, flame retardants, 4 to 20%, short cut fibers, 2 to 10%. The thermal management module of the invention can enhance the content of the phase change material in the heat management material by adding short cut fiber, and then improve the heat storage capacity of the heat management module, so that the temperature regulation and control are more stable.

【技术实现步骤摘要】
一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组
本专利技术涉及电池热管理
，尤其涉及一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组。
技术介绍
电池例如二次电池已经被广泛地用作用于无线移动装置的能量源，例如可以作为用于电动车辆、混合电动车辆和插电式混合电动车辆的电源等，从而解决由使用石油燃料的车辆引起的诸如空气污染等问题。小型的无线移动装置可能会使用一个或者多个电池单元，而中型或者大型无线装置例如车辆可能会使用包括相互电连接的多个电池单元的中型或者大型电池模块，这样的中型或者大型电池模块通常被制造成具有尽可能小的尺寸和重量，因而这些电池模块中堆叠的电池单元集成度非常高。电池的充电特性在升高温度下变化，并且如果在过高温度下充电，能够使得电池循环寿命显著缩短。例如，如果反复在大约50℃下充电，一些锂基电池的循环寿命减少超过50％。由于循环寿命能够被大量减少，所以如果充电温度不控制在适当限制内，电池的使用寿命成本会被大大地增加。而且，如果在过低温度下充电或者工作，例如低于大约-30℃，一些高性能电池会表现出减少的性能并且可能被破坏。此外，电池和电池阵列可能会经历永久破坏或毁坏电池的热事件，并且超过温度条件时甚至会导致火灾、爆炸等安全相关的事件。如果工作环境温度过高，圆柱形电池的电池壳的侧面不可避免地要膨胀，这不仅会产生电池向使用电池的机器上的安装困难等问题，而且由于要预留膨胀空间，因而还会带来无效空间增加等问题。因此，一般都需要对电池进行热管理，以控制电池的工作环境温度。目前，电池热管理系统一般分为风冷式和水冷式。其中，风冷式又包括自然风冷式和强制风冷式，前者采用自然对流冷却方式进行电池的散热，后者一般采用电子扇强制对流冷却的方式进行散热。风冷式热管理装置的方案也较为单一，更多的考虑为电池的散热，而对电池冷启动时的预加热功能方面是一个空白。而且，现有技术存在着以下问题：(1)强制对流冷却的方式，由于未设计通风管道，对靠近电子扇的动力电池降温散热效果较为显著，但对远离电子扇的动力电池将难以有效的降温散热，这样将导致电池箱内部各电池单体内部温度不均，并且自然对流冷却的方式，并不能高效的对动力电池进行散热；(2)无预加热功能，强行将电池冷启动后，会对动力电池使用寿命造成较为严重的影响；(3)进入电池模块的风量有较大差别，各模块的生热及散热环境不同，导致各电池模块在不同环境温度下工作，从而使模块间的温差更会急剧加大，这种模块间的温差引起电池性能的不一致性，最终影响整个电池模块的性能及寿命。目前电池很少使用水冷式方法来实现热管理，因为水冷结构往往比较复杂，成本较高，还存还冷凝水泄露的危险。相变材料(PCMs)是指物质发生相变时能够吸收或放出热量而该物质本身温度不变或变化不大的一种智能材料。由于其独特的自适应环境温度调控等功能，因而广泛用于太阳能利用、工业余热废热回收、建筑节能、恒温服饰、蓄冷蓄热空调以及电器件恒温等能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等领域。根据相变材料的相态变化过程，可以将其主要分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料、液-气相变材料。固-气相变、液-气相变时体积变化很大，使用时装置复杂，不利于实际应用，目前研究较少。固-液相变体积变化小，潜热较大，贮能好，相变温度范围广，在实际中得到了广泛的应用。但固-液相变材料存在熔融流动和渗透迁移的严重问题，因此在使用时必须要用容器包装，由此不但增加了系统的成本，同时还大大限制了其适用场合。从实际应用的角度来看，固-固相变不需要复杂的使用装置，不需要封闭性良好的包装容器，适用场合更加广泛并且系统成本相对较低。因此，有人提出使用相变材料来实现电池热管理。本领域中曾有人提出一种相变复合材料，包含：A)30-65％的相变材料，其为熔点为25-45℃的低熔点石蜡和/或十二烷醇；B)25-45％的载体材料，其为高密度聚乙烯和/或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；C)5-15％的无机填料，其为多孔物质并选自膨胀珍珠岩和膨胀石墨中的一种或几种；D)1-10％的导热增强剂；以及E)1-10％的阻燃剂，其中所述相变材料、无机填料、导热增强剂和阻燃剂分散于载体材料所形成的空间网状结构中。但是该专利的相变复合材料由于含有多孔无机填料，并且载体材料含量高，导致相变材料含量相对较低，储热能力差，只适合作为建筑材料例如墙体保温材料使用。因此，将相变材料用作电池热管理仍然存在诸多问题，例如这些电池热管理材料热导率低，导热性差，容易造成以下问题：1)当某个单体电池过热时，热量无法有效移除，容易造成电池组内各单体电池之间的温度不均匀；2)当电池组温度持续升高时，还将导致整个电池组温度超过耐受温度，使电池模块加速劣化，进而降低了使用寿命，有的电池组甚至着火或者爆炸，带来较大的安全隐患；3)如果电池组长期工作在高温情况下，电池组的输出功率随温度的升高而大幅下降，致使电池组件不能充分发挥最大性能。此外，这些热管理材料还存在阻燃性能差、容易燃烧，制成的组件形状稳定性和循环稳定差，组件表面容易渗出等问题。因此，圆柱形电池非常需要能够解决上述问题的电池热管理方案。
技术实现思路
为了解决一个或多个上述问题，本专利技术提供了一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：1、一种用于圆柱形电池的热管理模块，包括热管理材料成型体，所述热管理材料成型体中设有多个用于容纳圆柱形电池的圆柱孔；所述热管理材料成型体由热管理材料通过成型方法制得；所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：2、根据技术方案1所述的热管理模块，其中：所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃、碳原子数为12至18的高级脂肪醇、熔点为25至55℃的烷烃型石蜡、分子量为800至20000的聚乙二醇组成的组中的一种材料；优选的是，所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃和熔点为30至55℃的烷烃型石蜡组成的组；更优选的是，所述相变材料是熔点为30至55℃的烷烃型石蜡；和/或所述相变材料的含量为66～90％，更优选为70～90％；和/或所述导热填料选自由铝粉、铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨组成的组；优选的是，所述导热填料选自由导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨组成的组；更优选的是，所述导热填料选自由石墨烯和膨胀石墨组成的组；和/或所述导热填料的含量为5～10％；和/或所述阻燃剂选自由十溴二苯醚、聚磷酸铵、硅酮阻燃剂、聚磷酸铵/蒙脱土纳米复合物、季戊四醇、硼酸锌、萜烯树脂、三氧化二锑、三聚氰胺组成的组；优选的是，所述阻燃剂由十溴二苯醚、三氧化二锑和萜烯树脂制成；和/或所述阻燃剂的含量为5～20％，更优选为10～15％；和/或所述短切纤维选自由短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切石英纤维、短切莫来石纤维、短切芳纶纤维、短切尼龙纤维、短切聚酯纤维等组成的组；优选的是，所述短切纤维选自由短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切石英纤维组成的组；更优选的是，所述短切纤维选自由短切玻璃纤维和短切石英纤维组成的组；和/或所述短切纤维的含量为2～5％；和/或所述短切纤维的长度为2～10mm，更优选为3～5mm；和/或所述短切纤维的直径为2～50μm。3、根据技术方案1所述的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于圆柱形电池的热管理模块，其特征在于，所述热管理模块包括热管理材料成型体，所述热管理材料成型体中设有多个用于容纳圆柱形电池的圆柱孔；所述热管理材料成型体由热管理材料通过成型方法制得；所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：

【技术特征摘要】
1.一种用于圆柱形电池的热管理模块，其特征在于，所述热管理模块包括热管理材料成型体，所述热管理材料成型体中设有多个用于容纳圆柱形电池的圆柱孔；所述热管理材料成型体由热管理材料通过成型方法制得；所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：2.根据权利要求1所述的热管理模块，其特征在于：所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃、碳原子数为12至18的高级脂肪醇、熔点为25至55℃的烷烃型石蜡、分子量为800至20000的聚乙二醇组成的组中的一种材料；优选的是，所述相变材料选自由碳原子数为18至26的高级脂肪烃和熔点为30至55℃的烷烃型石蜡组成的组；更优选的是，所述相变材料是熔点为30至55℃的烷烃型石蜡；和/或所述相变材料的含量为66～90％，更优选为70～90％；和/或所述导热填料选自由铝粉、铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨组成的组；优选的是，所述导热填料选自由导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨组成的组；更优选的是，所述导热填料选自由石墨烯和膨胀石墨组成的组；和/或所述导热填料的含量为5～10％；和/或所述阻燃剂选自由十溴二苯醚、聚磷酸铵、硅酮阻燃剂、聚磷酸铵/蒙脱土纳米复合物、季戊四醇、硼酸锌、萜烯树脂、三氧化二锑、三聚氰胺组成的组；优选的是，所述阻燃剂由十溴二苯醚、三氧化二锑和萜烯树脂制成；和/或所述阻燃剂的含量为5～20％，更优选为10～15％；和/或所述短切纤维选自由短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切石英纤维、短切莫来石纤维、短切芳纶纤维、短切尼龙纤维、短切聚酯纤维等组成的组；优选的是，所述短切纤维选自由短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切石英纤维组成的组；更优选的是，所述短切纤维选自由短切玻璃纤维和短切石英纤维组成的组；和/或所述短切纤维的含量为2～...

【专利技术属性】
技术研发人员：金兆国，党广洲，张雅倩，张靖驰，雷雨，张天翔，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11