一种纳米金属复合相变材料及其制备方法技术

本申请属于相变材料技术领域。本申请提供了一种纳米金属复合相变材料及其制备方法，包括S1：在弱酸环境下，将膨胀石墨与纳米金属混合，依次进行球磨和退火处理，得到导热增强材料；S2：将碳材料进行预分散，得到定型材料；S3：将导热增强材料和定型材料分散于液体石蜡中加热反应，高温固化、冷却，得到所述纳米金属复合相变材料。通过将纳米金属均匀吸附于膨胀石墨的导热网络中，能防止纳米金属沉降团聚问题，大大提高复合相变材料的潜热值；采用碳材料作为定型材料与导热增强材料混合，能够形成封闭的三维网络结构并牢固覆盖在复合相变材料上，有效避免复合相变材料中的裂纹扩散和断裂，防止泄露问题。防止泄露问题。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金属复合相变材料及其制备方法


[0001]本申请属于相变材料
，尤其涉及一种纳米金属复合相变材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代社会的不断发展，汽车的使用越来越普及。然而传统的燃油汽车已经不能符合现代社会发展的要求。燃油汽车产生的汽车尾气造成生态环境不可逆转的破坏，同时燃油汽车也在消耗着大量不可再生的资源，能源资源的短缺制约了燃油汽车的发展，迫使汽车行业向着更干净、更环保的方向发展。近几年政策扶持的以动力电池驱动的新能源汽车正在慢慢代替使用燃油作动力的传统燃油汽车。然而以动力电池驱动的新能源汽车仍处于发展的前期，仍有不少未被解决的缺点，例如电池续航里程短、充放电过程中产生大量热量等，如果动力电池的热管理没有得以解决，致使电池温度过高，容易造成电池效率降低、电池容量减少过快以及缩短电池使用寿命，甚至造成汽车自燃等安全问题。
[0003]目前，动力电池的常见冷却方式有空气介质热管理、液体介质热管理和相变材料介质热管理。其中，空气介质热管理存在着散热性能差，散热不均匀，工作可靠性差等缺点。液体介质热管理存在着散热系统结构复杂，安全等级要求高，成本高，需要外界能源消耗帮助等缺点。而传统相变材料介质热管理存在着导热系数低，容易发生泄漏等缺点。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了一种纳米金属复合相变材料及其制备方法，在防止泄露的情况下提高导热系数和散热性能，降低动力电池模组的温度，保证其在正常的工作温度下工作。
[0005]本申请的具体技术方案如下：/>[0006]本申请提供一种纳米金属复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：在弱酸环境下，将膨胀石墨与纳米金属混合，依次进行球磨和退火处理，得到导热增强材料；
[0008]S2：将碳材料进行预分散，得到定型材料；
[0009]S3：将所述导热增强材料和所述定型材料分散于液体石蜡中加热反应，高温固化、冷却，得到所述纳米金属复合相变材料。
[0010]本申请中，纳米金属具有更高的导热系数，在石蜡中可以改变原相变材料的结构，增强复合相变材料的能量传递效率，从而提高复合相变材料的导热系数；纳米金属与液体石蜡之间存在微对流现象，有利于与液体石蜡之间的能量传递；经过球磨、退火处理后的纳米金属能够形成致密的纳米界面，均匀分布于复合相变材料中，改善碳纳米管与石蜡复合过程中接触热阻过高的问题，强化传热性能。
[0011]通过将纳米金属均匀吸附于膨胀石墨的导热网络中，能防止纳米金属沉降团聚问题，大大提高复合相变材料的潜热值，且具有良好的扩散体积，使用较少量便可形成稳定的
导热通道，将影响潜热值的风险因素降到最低。选用膨胀石墨作为纳米金属的载体，在发生热失控问题时，能够迅速形成膨胀炭化层包裹电池基体，具有绝热以及隔氧的作用，能在一定程度上抑制电池内部过高的热量以及隔离火焰的蔓延。经过球磨、退火处理后的膨胀石墨重新晶化，能够将纳米金属包裹于网状结构中，从而制备稳定的导热增强材料。
[0012]采用碳材料作为定型材料与导热增强材料混合，能够形成封闭的三维网络结构并牢固覆盖在复合相变材料上，能有效避免复合相变材料中的裂纹扩散和断裂，防止泄露问题。石蜡利用外界环境温度变化进行相变过程吸收大量热量，而自身温度几乎保持恒定，形成一个宽的温度平台，在相变过程中吸收热量来进行热量的快速转移，实现高效散热。
[0013]优选的，所述纳米金属选自纳米铝粉、纳米铜粉和/或纳米铁粉，所述纳米金属的粒径为30
‑
50nm。
[0014]本申请中，纳米金属的质量占比更小、导热系数更高，更易被复合相变材料基体支撑，避免在复合相变材料中发生团聚，更有利于提高导热性能。纳米金属的粒径调控有利于增强复合相变材料的热性能。
[0015]优选的，所述碳材料选自碳纳米管和/或金刚石。
[0016]优选的，S1中所述膨胀石墨与所述纳米金属的质量比为(20～30):1，更优选为25：1。
[0017]本申请中，一部分膨胀石墨与纳米金属吸附结合，而另一部分仍保持松散的多孔结构，为热交换提供一定缓冲作用。纳米金属的用量不能过高，会导致负重造成离子堆叠无法分散。
[0018]优选的，S1中所述球磨为湿磨，所述球磨中的介质为乙醇，所述球磨中的磨球与所述导热增强材料的质量比为50：1。
[0019]本申请中，以乙醇为介质的湿磨方式能有效防止纳米金属颗粒凝结，有利于实现纳米金属在膨胀石墨中的均匀分布。
[0020]优选的，S2中所述碳材料进行预分散后还进行：与环氧树脂混合和脱水；
[0021]所述碳材料与所述环氧树脂的质量比为1:(3～5)，更优选为1:5。
[0022]本申请中，碳材料与环氧树脂共同构成定型材料，提高相变材料聚合物的韧性，也促进液体石蜡的流动，进一步改善复合相变材料的导热性能。环氧树脂添加量过高会导致相变材料缺乏柔韧性、造成固化严重。
[0023]优选的，S2中所述碳材料经过酸化改性，所述酸化环境的pH值为0
‑
1。
[0024]本申请中，经过酸化改性后的碳材料能够有效改善分散不均的问题，减少后续步骤中出现自相缠绕的现象。酸化过程可选用硝酸或硫酸。
[0025]优选的，S3中所述导热增强材料、所述定型材料以及所述石蜡的质量比为1.3：3.5：5。
[0026]优选的，S3中所述加热反应的温度为60℃，时间为5h；
[0027]S3中所述高温固化的温度为90℃。
[0028]本申请还提供一种所述制备方法制备得到的纳米金属复合相变材料，该复合相变材料通过将纳米金属吸附于膨胀石墨的导热网络上，添加定型材料提高相变材料聚合物的韧性，利用石蜡的在相变过程中吸收热量来进行热量的快速转移，实现高效散热，在防止泄露的情况下提高导热系数。
[0029]综上所述，本申请提供了一种纳米金属复合相变材料及其制备方法，包括S1：在弱酸环境下，将膨胀石墨与纳米金属混合，依次进行球磨和退火处理，得到导热增强材料；S2：将碳材料进行预分散，得到定型材料；S3：将导热增强材料和定型材料分散于液体石蜡中加热反应，高温固化、冷却，得到所述纳米金属复合相变材料。通过将纳米金属均匀吸附于膨胀石墨的导热网络中，能防止纳米金属沉降团聚问题，大大提高复合相变材料的潜热值；采用碳材料作为定型材料与导热增强材料混合，能够形成封闭的三维网络结构并牢固覆盖在复合相变材料上，有效避免复合相变材料中的裂纹扩散和断裂，防止泄露问题。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0031]图1为本申请实施例制得产物用于电池的仿真三元锂电池热管理结果；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米金属复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在弱酸环境下，将膨胀石墨与纳米金属混合，依次进行球磨和退火处理，得到导热增强材料；S2：将碳材料进行预分散，得到定型材料；S3：将所述导热增强材料和所述定型材料分散于液体石蜡中加热反应，高温固化、冷却，得到所述纳米金属复合相变材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米金属选自纳米铝粉、纳米铜粉和/或纳米铁粉，所述纳米金属的粒径为30
‑
50nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料选自碳纳米管和/或金刚石。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述膨胀石墨与所述纳米金属的质量比为(20～30):1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述球...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淇钧，王长宏，胡锦鹏，吴婷婷，佘增伟，刘钰雯，熊子琪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：