一种石墨烯相变复合材料的制备方法及其产品与应用技术

本申请涉及一种石墨烯相变复合材料的制备方法，其S1:氧化石墨烯的改性；S2：导热聚酰亚胺的制备；S3:复合材料纳米纤维膜的制备；S4：石墨烯相变复合材料的制备。本申请中通过将氧化石墨烯进行接枝改性，引入活性的氨基基团，从而使其可以在聚酰亚胺的聚合过程中，链入聚酰亚胺的分子链，从而提升氧化石墨烯与聚酰亚胺的相容性和分散性，从而从整体上提升复合材料的散热性能。本申请中通过同轴静电纺丝技术将相变材料包覆在导热聚酰亚胺纳米线纤维内部，可以使相变材料发生作用的同时，不会四处溢散，从而更好的提升散热效果。从而更好的提升散热效果。从而更好的提升散热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯相变复合材料的制备方法及其产品与应用


[0001]本申请涉及复合材料的
，尤其是涉及一种石墨烯相变复合材料的制备方法及其产品与应用。

技术介绍

[0002]近几年，为了提高电子设备的续航能力，业界提出了锂离子电池快速充电的概念，电池快充技术应运而生。然而智能手机、笔记本等电子产品设计日益轻薄化、充电端口持续微型化，锂离子电池与外界接触面积不断减少。为了满足电子设备的续航能力的要求，各锂离子电池的生产单位不断追求高比能量密度、超级快速充放电倍率性能，目前已经成为一种新的趋势及未来发展方向之一。然而，高比能量的正极材料虽然能量密度比较高，但是热稳定性不理想，在高温下使用很不安全。而超级快充电池又要求电池以最快的速度达到需要的电量，对电池进行大功率直流充电，也就是在十几分钟达到80％的充电量。在此情况下，电池内部温度非常容易过高，电池的安全很难保证。
[0003]众所周知，电池的温度必须严格保持在65℃的安全温度以下，并且整个电池组的最大温度差不得超过5℃。但是，动力电池组中的电池容易因快速放电，过度充电和/或过度的环境加热而过热，这也可能导致整个电池组的温度分布不均匀。这种过热和温度分布不均匀会导致电池快速退化，从而缩短电池寿命。在极端情况下，由于热量无法控制地积累，即热失控，会发生灾难性破坏，例如火灾和爆炸等安全问题。现有安全技术主要采用电解液中添加阻燃添加剂、在电池结构设计中设置安全阀、采用陶瓷隔膜等方式作为防燃防爆的措施，但当滥用测试时，电池内部温度仍然过高，不能保证电池的安全。电池的散热方面，基本通过盖板结构设计优化，通过降低极柱内阻减少发热量，但是电池内部极片之间因为充放电产生的热量不能有效扩散，导致电池使用温度仍然过高，最终影响电池使用寿命。因此，随之而来的锂电池热管理(BTM)及安全问题也需亟待解决。譬如锂离子电池在充放电过程中会产生大量热量，特别是在快速充电、大功率放电的条件下，电池温度会急剧上升。如何及时将热量排出是电池热管理技术中的关键问题。而传统的风冷、液冷等传统的热管理方式存在结构复杂、成本高、占用空间大等诸多缺陷，不适用于设计日益轻薄化的智能手机、笔记本等电子产品。
[0004]目前为了提高电池组散热性，大都是利用高导热石墨材料与其他的散热材料比如导热硅胶制备成复合材料，填充在电池组的间隙中，增大电池的散热性，从而保证电池温度不会过高。随着导热复合材料的发展，也会采用石墨烯与相变材料进行复合，通过相变材料的相变过程吸热使电池组周边温度变化不大，然后利用石墨烯的高导热将热量传导出去，从而可以更好的解决电池过热的问题。但是相变材料在受热的过程中，会由固态变为液态，如果直接制备涂覆膜，液化后，会很难重新成膜，会导致性能变差；而且相变材料如果不进行封装，其相变过程很难控制。

技术实现思路

[0005]为了进一步复合材料的散热性，本申请提供一种石墨烯相变复合材料的制备方法及其产品与应用。
[0006]本申请提供的一种石墨烯相变复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种石墨烯相变复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1:氧化石墨烯的改性：将氧化石墨烯分散于溶剂中，然后向其中加入钛酸酯偶联剂TCA
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44，加入氨水调节pH，然后在室温下进行搅拌反应，反应完毕后，过滤，得到改性后的氧化石墨烯；S2：导热聚酰亚胺的制备：将均苯四甲酸二酐、4,4
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二氨基二苯醚溶解于溶剂中，接着加入步骤S1中的改性后的氧化石墨烯、异喹啉和对甲苯磺酸后，升温至聚合温度，进行聚合反应，反应结束后，继续升温至酰亚胺化温度，进行酰胺化，反应结束后，得到导热聚酰亚胺溶液；S3:复合材料纳米纤维膜的制备：将步骤S2中的导热聚酰亚胺溶液进行稀释，作为同轴静电纺丝的壳层溶液；将相变材料溶解于溶剂中后，作为内层溶液，接着设置静电纺丝工艺参数，进行同轴静电纺丝，得到复合材料纳米纤维膜；S4：石墨烯相变复合材料的制备：步骤S3中的复合材料纳米纤维膜浸泡在维生素C和氨水组成的混合溶液中，进行微波还原处理，处理完毕后，取出膜材料，干燥后，得到石墨烯相变复合材料。
[0007]通过采用上述技术方案，本申请中首先采用含有多个氨基的钛酸酯偶联剂TAC
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44对石墨烯进行改性，使氧化石墨烯表层的环氧键与钛酸偶联剂上的氨基发生接枝反应上，在氧化石墨烯上接枝钛酸酯偶联剂；接着在制备聚酰亚胺的过程中，加入接枝有钛酸酯偶联剂的氧化石墨烯，因为钛酸酯偶联剂上含有多个氨基，因而在聚合的过程中会参与反应，因而可将氧化石墨烯引入到聚酰亚胺的分子链中；接着将含有氧化石墨烯的聚酰亚胺作为壳层材料，相变剂作为内层材料进行同轴静电纺丝，使聚酰亚胺包封相变剂，在使相变材料具有相变储热的功能同时，不溶因为相变而发生溢散；最后将纳米纤维膜进行还原处理，使其中的氧化石墨烯还原成石墨烯，进一步提高薄膜的散热性。
[0008]在本申请中通过对氧化石墨烯进行接枝改性处理，不仅可以将氧化石墨烯引入到聚酰亚胺分子链中，而且可以很大程度上增大氧化石墨烯的分散性，从而使导热更均匀。本申请中制备的薄膜材料为纳米纤维膜，相较于一般的流延膜其具有更大的比表面积，更有利于热量的发散，从而提升散热效果。
[0009]作为优选，所述步骤S1中，溶剂为甲醇、乙醇和丙酮中的一种，氧化石墨烯在溶剂中的浓度为0.1～0.4g/mL，氧化石墨烯与钛酸酯偶联剂TCA
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44的质量为1:(2～4)，加入氨水调节pH至8～9，搅拌反应时间为8～10h。
[0010]通过采用上述技术方案,本申请中通过控制氧化石墨与钛酸偶联剂TCA
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44的比例，反应的pH，可以使更多的偶联剂接枝在氧化石墨烯上，因而增大氧化石墨烯在溶液中的分散性，也可以使其更好的引入到聚酰亚胺的分子链中。
[0011]作为优选，所述步骤S2中，溶剂为N
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甲基吡咯烷酮，均苯四甲酸二酐和4,4
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二氨基二苯醚的摩尔比为1:(0.7～0.9)，均苯四甲酸二酐、改性后的氧化石墨烯、异喹啉、对甲苯磺酸和溶剂的质量比为1:(0.3～0.5):(0.08～1.2):(0.05～0.09):(6～8)。
[0012]通过采用上述技术方案,本申请中通过减少4,4
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二氨基二苯醚的量，可以使改性后的氧化石墨烯接枝的偶联剂更好的引入到聚酰亚胺的分子链结构中；将其氧化石墨烯引入到聚酰亚胺分子链中后，相较于直接共混，可以很大程度上增大氧化石墨烯与聚酰亚胺的融合性和分散均匀性，从而使后续的静电纺丝工艺更易控制，从而可以更好的制备出纳米纤维复合膜材料。
[0013]作为优选，所述步骤S2中，聚合温度为60～100℃，聚合反应时间为5～8h；酰亚胺化温度为180～200℃，酰亚胺化反应时间为12～24h。
[0014]通过采用上述技术方案，通过控制聚合反应工艺参数和酰亚胺化工艺参数，可以更好的形成导热聚酰亚胺材料，从而更好的应用于静电纺丝工艺。
[0015]作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯相变复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1:氧化石墨烯的改性：将氧化石墨烯分散于溶剂中，然后向其中加入钛酸酯偶联剂TCA
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44，加入氨水调节pH，然后在室温下进行搅拌反应，反应完毕后，过滤，得到改性后的氧化石墨烯；S2：导热聚酰亚胺的制备：将均苯四甲酸二酐、4,4
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二氨基二苯醚溶解于溶剂中，接着加入步骤S1中的改性后的氧化石墨烯、异喹啉和对甲苯磺酸后，升温至聚合温度，进行聚合反应，反应结束后，继续升温至酰亚胺化温度，进行酰胺化，反应结束后，得到导热聚酰亚胺溶液；S3:复合材料纳米纤维膜的制备：将步骤S2中的导热聚酰亚胺溶液进行稀释，作为同轴静电纺丝的壳层溶液；将相变材料溶解于溶剂中后，作为内层溶液，接着设置静电纺丝工艺参数，进行同轴静电纺丝，得到复合材料纳米纤维膜；S4：石墨烯相变复合材料的制备：步骤S3中的复合材料纳米纤维膜浸泡在维生素C和氨水组成的混合溶液中，进行微波还原处理，处理完毕后，取出膜材料，干燥后，得到石墨烯相变复合材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，溶剂为甲醇、乙醇和丙酮中的一种，氧化石墨烯在溶剂中的浓度为0.1~0.4g/mL，氧化石墨烯与钛酸酯偶联剂TCA
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44的质量为1:(2~4)，加入氨水调节pH至8~9，搅拌反应时间为8~10h。3.根据权利要求1所述的石墨烯相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，溶剂为N
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甲基吡咯烷酮，均苯四甲酸二...

【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：