熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料及其制法与锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，是由胶囊内核熔盐储能介质封装于致密的改性聚乙二醇薄膜层内而形成的微胶囊小球；胶囊内核熔盐储能介质包括如下重量百分含量的组分：10‑25wt％硝酸锂、10‑25wt％硝酸钠、10‑20wt％硝酸钾、10‑20wt％wt％硝酸钙、5‑10wt％亚硝酸钠、5‑10wt％亚硝酸钾、5‑8wt％氯化锂、5‑8wt％氯化钠、5‑9wt％氯化钾、5‑9wt％氯化钙；改性聚乙二醇薄膜层为固固相变储能材料层，是经电子束辐照形成的聚苯乙烯/马来酸酐交联聚乙二醇。本发明专利技术还公开了该微胶囊储热材料的制法。本发明专利技术的储热材料相变温度接近60℃，而且阻止了内核材料的流动性和腐蚀性，发挥了协同增效吸热控温作用，安全性更高，胶囊尺寸均匀且表面光滑致密，制备效率高效。

Molten salt polymer composite phase change microcapsule thermal storage material and its preparation and lithium battery

【技术实现步骤摘要】
熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料及其制法与锂电池
本专利技术涉及锂电池储热材料
，具体涉及一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料及其制法与锂电池。
技术介绍
如今，以电池为动力的清洁能源汽车成为汽车发展的主流方向，目前国内外大型电动汽车公司均采用锂电池作为电动汽车的动力来源。锂电池可以满足电动汽车的动力需求，但是也有缺点，表现在使用过程中可能出现电池短路导致大量热量积累升温，引发起火燃烧甚至爆炸等热安全事故，例如：特斯拉电动汽车燃烧爆炸事故，事故的主要原因是锂电池在充放电过程中的热量积累所致。如果可以将锂电池在使用过程中产生的热量及时吸收或者转移走，让电池维持在一个合适的温度范围(不超过60℃)，那么就可以解决锂电池的热失控。相变材料可以在固定的温度下或者很窄的温度范围内吸收储存大量热量，如果将其制作为电池外壳将锂电池包覆起来，可以很好地将锂电池在充放电过程中的热量吸收掉，因此采用相变储能材料解决锂电池的热失控问题是一种很有潜力的方法。聚乙二醇是常见的一种高分子相变化合物，熔点在20-70℃之间，具有无毒无害、相变体积变化小、易加工成型等优点，但是其相变焓不大(分子量在2000-20000之间的聚乙二醇的相变焓约为180焦耳/克)，所以吸热储能能力有限，而且属于固-液相变类型，在使用过程中具有易渗漏的缺点，因此需要对其分子结构进行化学修饰变为固固相变材料。化学交联/接枝法是最常用于制备高分子固-固相变材料的方法，但是该方法通常需要特定的化学引发剂，以及需要长达数小时甚至几十个小时的反应时间，反应速率较慢。相反，电子束辐照技术可以在短时间内迅速产生大量活性自由基，因而可以在很短的时间内完成材料之间的交联/接枝反应，同时也避免了给反应体系引入新的物种。无机熔盐及其混合盐作为相变材料通常具有较大的相变焓和比热容(例如，硝酸锂的相变焓为373焦耳/克)，但是其属于固液相变，在液态下也容易导致渗漏问题。已有中国专利显示两种混合熔盐相变储能材料如ZL201510056451.1和ZL201510056440.3，这些材料的熔点均超过65℃，其作为锂电池热调控的相变储能材料，在配方和熔点上还需要进一步改进，以及在使用过程中要避免其单一的固-液相变转换类型。有鉴于此，确有必要开发熔点更低的温控材料，采用无机熔盐作为相变内核，将高分子相变材料作为外壳，使高分子材料将无机熔盐牢牢包覆起来形成微胶囊，以得到双功能复合相变胶囊材料，形成充分结合熔盐相变材料与固固高分子相变材料两者优点的微胶囊相变材料，在动力锂电池领域具有很大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料及其制法与锂电池，该微胶囊储热材料是一种相变形式储存热能的核壳型微胶囊材料，内核和外壳材料均为相变材料，相变温度接近60℃，而且阻止了内核材料的流动性和腐蚀性，发挥了协同增效吸热控温作用，安全性更高，胶囊尺寸均匀且表面光滑致密，制备效率高效。本专利技术为达到上述目的所采用的技术方案是：一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，该储热材料是由胶囊内核熔盐储能介质封装于致密的改性聚乙二醇薄膜层内而形成的微胶囊小球。优选地，所述的胶囊内核熔盐储能介质包括如下重量百分含量的组分：10-25wt％硝酸锂、10-25wt％硝酸钠、10-20wt％硝酸钾、10-20wt％wt％硝酸钙、5-10wt％亚硝酸钠、5-10wt％亚硝酸钾、5-8wt％氯化锂、5-8wt％氯化钠、5-9wt％氯化钾、5-9wt％氯化钙；各组分经混合加热融化制得储能介质。优选地，所述的改性聚乙二醇薄膜层为固固相变储能材料层，是经电子束辐照形成的聚苯乙烯/马来酸酐交联改性聚乙二醇。上述胶囊内核熔盐储能介质作为内核材料被封装于致密的改性聚乙二醇薄膜层中即是电子束辐照生成的聚苯乙烯/马来酸酐交联聚乙二醇这种固固相变储能材料薄膜层，形成微胶囊小球。优选地，所述的胶囊内核熔盐储能介质、改性聚乙二醇薄膜层均采用相变材料，且具有温度一致的相变点均接近60℃。一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料的制法，其包括以下步骤：S1：将单盐硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钾、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙烘干之后，按照一定比例研磨成细粉得到混合盐，之后将混合盐熔化、搅拌、冷却，再研磨成混合熔盐细粉，用100-200目的筛子过筛；S2：在圆底烧瓶中加入80-120ml矿物油和1-4ml表面活性剂司盘20，再加入2-6g过筛后的混合熔盐细粉，在加热条件下搅拌分散均匀成乳状液；S3：在另一圆底烧瓶中加入20-50ml溶剂乙酸异戊酯、1-4g马来酸酐、2-5g苯乙烯以及1-4g平均分子量为4000的聚乙二醇，加热搅拌分散混合均匀得到预聚体溶液；S4：将步骤S2的乳状液和步骤S3的预聚体溶液充分混合、搅拌均匀，之后装入辐照专用的塑料袋中，采用高能电子束作为辐照源经辐射聚合反应，得到微胶囊小球。优选地，所述的步骤S2中加热搅拌分散的温度为70-100℃，时间为1-3小时。优选地，所述的步骤S3中加热搅拌分散的温度为70-100℃，时间为1-3小时。优选地，所述的步骤S4辐射聚合反应采用的辐照剂量率为5-100KGy/s。一种锂电池，在锂电池的表面包覆有温控层，该温控层是由上述熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料作成的薄壳或者栅格。本专利技术的微胶囊储热材料作用机理是：在内核材料硝酸锂+硝酸钠+硝酸钾+硝酸钙+亚硝酸钠+亚硝酸钾+氯化锂+氯化钠+氯化钾+氯化钙体系中存在一个组成点，该点的相变温度接近为60℃；将该相变微胶囊做成薄壳或者栅格包覆住动力锂电池，当动力锂电池的温度超过60℃时，该微胶囊的内核和外壳相变储能材料将同时发生固-液相变而吸收大量热量而使锂电池温度不超过60℃获得稳定的安全状态。新型微胶囊内核和外壳材料均为相变材料，且拥有温度一致的相变点(均为60℃)，两者共同发挥了协同增效吸热控温作用，不但很好地避免了内核材料发生固液相变储能时的液态渗漏和腐蚀，同时提高了相变材料的单位吸热储能密度，提高了其综合热性能。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：1.本专利技术是一种新型内外复合相变微胶囊储能材料，其胶囊内核是混合熔盐固液相变材料，相变温度为60℃，同时微胶囊外壳是改性聚乙二醇固固相变材料，固态高分子外壳阻止了内核材料的流动性和腐蚀性；熔盐内核相变材料具有较敏锐的相变温度、相变焓数值较大(吸热储热很多)等优点，外壳相变材料拥有与内核相变材料一致的相变温度(均为60℃)，且外壳材料储热方式是固固相变，很好地防止内核材料在发生固液相变时的渗漏和腐蚀问题。不仅结合了熔盐高相变焓和高导热系数的优点，两者共同发挥了协同增效吸热控温作用，还结合了改性高分子材料具有的固固相变优势，从而避免了传统固液相变时候易渗漏等缺点。2.本专利技术的储热材料当锂电池温度高于60℃时，该内外双功能相变微胶囊材料可以通过自身熔融吸热发生相变而从锂电池吸收大量热量而维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，其特征在于，该储热材料是由胶囊内核熔盐储能介质封装于致密的改性聚乙二醇薄膜层内而形成的微胶囊小球。/n

【技术特征摘要】
1.一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，其特征在于，该储热材料是由胶囊内核熔盐储能介质封装于致密的改性聚乙二醇薄膜层内而形成的微胶囊小球。


2.如权利要求1所述的熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，其特征在于，所述的胶囊内核熔盐储能介质包括如下重量百分含量的组分：10-25wt％硝酸锂、10-25wt％硝酸钠、10-20wt％硝酸钾、10-20wt％wt％硝酸钙、5-10wt％亚硝酸钠、5-10wt％亚硝酸钾、5-8wt％氯化锂、5-8wt％氯化钠、5-9wt％氯化钾、5-9wt％氯化钙。


3.如权利要求1所述的熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，其特征在于，所述的改性聚乙二醇薄膜层为固固相变储能材料层，是经电子束辐照形成的聚苯乙烯/马来酸酐交联改性聚乙二醇。


4.如权利要求1所述的熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料，其特征在于，所述的胶囊内核熔盐储能介质、改性聚乙二醇薄膜层均采用相变材料，且具有温度一致的相变点均接近60℃。


5.一种熔盐高分子复合相变微胶囊储热材料的制法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将单盐硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、亚硝酸钠、亚硝酸钾、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙烘干之后，按照一定比例研磨成细粉得到混合盐，之后将混合盐熔化、搅拌、冷却，再研磨成混合熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军涛，徐芳，朱晓明，程继方，曾德文，郭立江，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42