一种膨胀石墨复合散热材料及其制备方法技术

本申请涉及储热材料领域，具体公开了一种膨胀石墨复合散热材料及其制备方法。膨胀石墨复合散热材料包括基料以及涂覆于基料的表层的散热层；基料包括可膨胀石墨和石蜡的组合；散热层的制备原料包括乙烯基硅油，扩链剂，交联剂，抑制剂，催化剂，氧化铝；其制备方法为：将散热层的制备原料制备获得散热凝胶，将散热凝胶涂布至板状复合散热材料的表面，获得带有散热层的板状复合散热材料。本申请的膨胀石墨复合散热材料可用于动力电池的热管理，其具有弥补膨胀石墨复合相变材料的空气自然对流传热效率低的问题，从而避免长期的高温环境下材料内部的热量不断积累现象，进而获得使动力电池的温度始终保持在安全范围内的效果。的温度始终保持在安全范围内的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀石墨复合散热材料及其制备方法


[0001]本申请涉及热交换或储热的材料领域，更具体地说，它涉及一种膨胀石墨复合散热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的发展，新能源动力电池的安全性、可靠性也愈发重视。动力电池的性能受温度影响很大，温度过高会导致其有效容量衰减明，循环寿命显著减少，性能下降。因此，对于动力电池的电池热管理对于确保其高性能和可靠性至关重要。
[0003]相变材料是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质，转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。基于相变材料的电池热管理系统，能够利用相变材料相变过程维持动力电池的温度稳定。常用的固～液相变材料包括有机相变材料(石蜡、脂肪酸、醇等)、无机相变材料(水合盐、金属和合金)。其中，石蜡作为常用的有机相变材料，具有较高的相变焓(150～250kJ/kg)、合适的相变温度(0～90℃)、化学性能稳定、没有相分离和腐蚀性等多种优点被广泛应用于热能存储及温度控制领域。
[0004]膨胀石墨是对可膨胀石墨进行快速加热或微波处理后，产生的一种蠕虫状多孔碳基材料，由于其独特的网状空隙结构、高导热性，与石蜡类相变材料复合后获得膨胀石墨/石蜡复合散热材料，可以获得提升热导率，有效降低动力电池内电池组内温差，保证电池组内电池性能的一致性的效果。
[0005]然而，膨胀石墨/石蜡类复合材料储存的热量只能依靠空气在表面的自然对流排出至环境中，而空气自然对流传热效率低，热量传递速率慢，相变材料在长期的循环过程中，储存在相变材料内的热量会不断的积累，最终导致对电池的热管理失效，使得电池的温度会超过安全范围，尤其是在40℃以上的高温环境下显得愈发严重。

技术实现思路

[0006]为了改善相变材料与环境的换热效率，从而降低电池的热管理的失效的风险，本申请提供一种膨胀石墨复合散热材料及其制备方法。
[0007]本申请提供的一种膨胀石墨复合散热材料及其制备方法采用如下的技术方案：第一方面，本申请提供一种膨胀石墨复合散热材料，采用如下的技术方案：一种膨胀石墨复合散热材料，包括基料以及涂覆于基料的表层的散热层；基料包括可膨胀石墨和石蜡的组合；按重量份数，所述散热层的制备原料包括：乙烯基硅油80～120份，扩链剂1～50份，交联剂5～50份，抑制剂0.01～10份，催化剂0.01～10份，氧化铝200～500份。
[0008]实验结果显示，通过采用上述技术方案，通过基料的相变过程吸收动力电池产生的热量，并依靠相变过程中的恒温特性使得电池的温度恒定保持在40～49℃，同时，在45℃的测试环境中，经过长期的循环后，仍能保持未完全融化的状态，从而始终维护电池的热管
理有效运作，使得电池的温度始终保持在安全范围内。
[0009]分析其原因在于，在电池的高电流放电的条件下，电池发热密度很大，会快速地消耗材料的相变潜热，此时动力电池的热量传递至基料后，且基料内的热量不断积累、基料与环境之间的温差减小时，基料储存的热量不仅依靠空气在表面的自由对流排出环境，还可以通过散热层快速传递至环境中。
[0010]散热层具有很高的体积热导率，涂覆于基料表面后能够作为导热介质起到增强基料与环境的换热效率的作用，从而及时排出基料储存的热量，避免基料内的热量堆积，可以有效改善膨胀石墨/石墨复合材料对电池的热管理系统在长期使用过程中的循环热稳定性。
[0011]可选的，按重量份数，所述散热层还包括羧基硅油40～80份，金属盐0.05份～0.2份，乙二胺150～300份。
[0012]通过采用上述技术方案，能够使散热层具有自修复性能，当散热层跟随基料由固相向液相的相变转变，内部发生断裂和裂化，当基料发生逆向的相变过程时，散热层能够重新相互联结、恢复成较完整的散热层，从而避免了由于散热层在相变过程中产生裂纹导致散热效果下降，进而延长了散热层的使用寿命。
[0013]分析其原因在于，羧基硅油、金属盐和乙二胺混合后，能够使得散热层内获得羧酸根COO
‑
与金属离子M2
+
形成的配位共价键。由于配位共价键对温度敏感、且具有可逆性，通过羧基和金属离子M2
+
在一定温度下重新交联，形成交联网络，在基料循环的相变过程中，使散热层具有一定的可逆粘结过程。当基料融化吸收热量时，散热层跟随石蜡的熔融过程发生裂化、分离，当动力电池的温度下降并维持稳定后，基料发生液相向固相转动，此时，由于配位共价键对温度敏感、且具有可逆性，通过羧基和金属离子M2
+
形成交联网络，从而达到使裂纹在高温下自修复的功能，从而延长了散热层的使用寿命，保证了基料和环境的换热效率。
[0014]可选的，所述金属盐采用氯化锌或氯化铜中的一种。
[0015]实验结果显示，氯化锌和氯化铜均能够使得散热层获得可逆的自修复过程，从而使得本申请制得的膨胀石墨复合散热材料应用于电池的热管理的效果稳定、使用寿命长。其中氯化锌的溶解度大，能够溶解于乙二胺并提供较多的Zn
2+
离子，从而提升散热层的自修复性。
[0016]可选的，所述可膨胀石墨的膨胀率为200～350mL/g，含碳量90％以上。
[0017]通过采用上述技术方案，可膨胀石墨具有疏松多孔结构，可膨胀石墨的膨胀率在上述范围时，对石蜡的吸附能力较强，能够进一步提升石蜡的导热性，从而提高膨胀石墨复合散热材料的热导性。
[0018]第二方面，本申请提供一种制备上述膨胀石墨复合散热材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种膨胀石墨复合散热材料的制备方法，包括有以下步骤：将可膨胀石墨加热制得膨胀石墨，将石蜡加热至完全融化获得液体石蜡，将膨胀石墨分散在液体石蜡中，获得膨胀石墨/石蜡复合材料，再进行烘干、冷却获得膨胀石墨/石蜡复合材料颗粒，然后将膨胀石墨/石蜡复合材料颗粒压制成板状复合散热材料。
[0019]将散热层除催化剂以外的制备原料加热混合均匀，降至室温后再将配方量的催化
剂加入至混合均匀，真空脱泡出料即获得散热凝胶，将散热凝胶涂布至板状复合散热材料的表面，烘干后获得带有散热层的板状复合散热材料。
[0020]通过采用上述技术方案，首先获得板状的复合散热材料，再将散热层涂布于板状复合散热材料上，从而获得具有良好的与环境的换热效率的膨胀石墨复合散热材料，且制备方法操作简便，通过常见的设备配置即可制得，便于大批量生产。
[0021]可选的，所述板状复合散热材料和散热层的厚度比为1：(0.1～0.2)。
[0022]通过采用上述技术方案，当散热层的厚度过量时，板状复合散热材料在达到相变温度之前就已经将电池产生的热量吸收，能够使电池维持在较低的温度范围内，但存在用量浪费、制作成本低的问题，在上述的厚度比范围内，能够有效发挥复合材料的有效性，同时降低材料成本，提高本申请的膨胀石墨复合散热材料用于电池热管理的经济性。
[0023]可选的，所述膨胀石墨采用微波加热可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀石墨复合散热材料，其特征在于，包括基料以及涂覆于基料的表层的散热层；基料包括可膨胀石墨和石蜡的组合；按重量份数，所述散热层的制备原料包括：乙烯基硅油80～120份，扩链剂1～50份，交联剂5～50份，抑制剂0.01～10份，催化剂0.01～10份，氧化铝200～500份。2.根据权利要求1所述的膨胀石墨复合散热材料，其特征在于：按重量份数，所述散热层还包括羧基硅油40～80份，金属盐0.05份～0.2份，乙二胺150～300份。3.根据权利要求2所述的膨胀石墨复合散热材料，其特征在于：所述金属盐采用氯化锌或氯化铜中的一种。4.根据权利要求1所述的膨胀石墨复合散热材料，其特征在于：所述可膨胀石墨的膨胀率为200～350mL/g，含碳量90％以上。5.一种权利要求1～4任意一项所述的膨胀石墨复合散热材料的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：将可膨胀石墨加热制得...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志成，朱全红，周招团，黄治豪，
申请(专利权)人：东莞市鸿亿导热材料有限公司，
类型：发明
国别省市：