利用废石墨制造散热片的方法技术

根据本发明专利技术，在制造可膨胀石墨时，可以显著减少废酸和废料的产生，经济地制造具有低含量的挥发性物质和良好外观的可膨胀石墨，从而可以高效地制造具有优异热导率的散热片。可以高效地制造具有优异热导率的散热片。可以高效地制造具有优异热导率的散热片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用废石墨制造散热片的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用从二次电池、燃料电池等收集的废石墨制造散热片的方法。

技术介绍

[0002]随着电子产品的高性能和小型化，安装在内部的电子元件也在追求更大的容量和更高的集成度。因此，电子产品中产生大量的热量，这就需要将产品内部产生的热量释放到外部或冷却产品本身的系统。
[0003]已知电子产品的散热方法是安装热管或散热风扇的方法。在有热管的情况下，热管能发出的热量比电子产品的加热元件发出的热量要小，效率差。此外，在安装散热风扇的情况下，存在噪音和振动以及不利于减薄和轻量化的需求的问题。
[0004]因此，对于需要减薄、轻量化的电子产品，通常使用电子产品的散热片，而以天然和人工石墨压缩片、聚合物陶瓷复合片等形式制造散热片。具体而言，广泛使用具有优异热导率的石墨基散热片。
[0005]然而，在石墨基片情况下，虽然天然石墨基片价格低廉，但由于它位于铝板和铜板之间，其热导率不是比较高。此外，为了匹配散热板的厚度，必须使用相对厚(约0.7mm至2mm)的片，但在这种情况下，有热导率显著降低的限制。
[0006]由于原料(聚酰亚胺膜)的性质，人工石墨基片无法制成厚片，而且由于石墨化需要大量的能量，价格昂贵，难以应用于大面积。
[0007]因此，为了解决现有石墨基散热片存在的问题，相关领域需要开发具有优异热导率且能够经济地制造的散热片。
[0008]另一方面，随着符合最近汽车和发电机的环保政策的电动汽车、电动摩托车等增加，二次电池和燃料电池的使用也在增加。已经到了使用寿命尽头的废弃二次电池和燃料电池，其各组分被分解成贵重金属(Ni，Cr，Fe等)，通过回收企业被拆解和回收。在该工艺中，已经寻求了通过各种方式从二次电池的阳极材料、燃料电池的分离器等收集废石墨的回收方法。
[0009]例如，尝试了将废石墨回收成地板加热结构的方法(韩国专利第1897980号)、从半导体制造组件的制造过程中回收废石墨材料并将其用作电极材料的方法(韩国专利申请公开号2018
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0071740和韩国专利申请公开号2019
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0073711)等。然而，利用废石墨制造散热片的技术还不为人所知。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]因此，本专利技术人开发了能够经济地制造具有优异热导率的散热片同时通过利用废石墨最大限度地减少环境污染物的释放的技术，从而完成本专利技术。
[0012]因此，本专利技术的目的是提供用于制造散热片的方法，包括将包含废石墨的石墨材料粉碎，任选地插层该石墨材料，然后使其经受热处理以产生片材的步骤。
[0013]技术方案
[0014]为了实现上述目的，在本专利技术的一个方面，提供了用于制造散热片的方法，包括以下步骤：将包含废石墨的石墨材料粉碎以产生含废石墨的粉末；任选地，将强酸和氧化剂添加到含废石墨的粉末中并搅拌的插层步骤；使含废石墨的插层粉末经受900℃至1100℃3至5小时的热处理；加压热处理后获得的可膨胀石墨以制造片。在下文中，将描述用于制造本专利技术的散热片的方法的每一步骤。
[0015]1.制造含废石墨的粉末的步骤
[0016]在用于制造本专利技术的散热片的方法中，可使用由单独废石墨或废石墨与人造石墨、凝析石墨、碳纳米管和碳纤维的任一种或多种组成的石墨材料作为原料。
[0017]具体而言，本专利技术中使用的废石墨可为从废锂二次电池的组分中分离阳极材料(包括人造石墨、天然石墨、低晶碳组分等)后剩余的废石墨，以及从废燃料电池的分离器材料中分离贵重金属后剩余的废石墨。因此，从废二次电池和废燃料电池收集的废石墨是杂质含量低的高纯度石墨。此外，由于其是作为二次电池和燃料电池的组分制造并且部分插层，当仅使用废石墨作为石墨材料时，粉碎的废石墨粉末可以根据本专利技术进行热处理且不需要插层步骤并且用于散热片的制造。
[0018]目前广泛使用的锂二次电池是由阴极材料、阳极材料、膜分离器和电解质溶液组成，其中包含石墨的组分为阳极材料。所述阳极材料的阳极活性材料由人造石墨、天然石墨、低晶碳、金属等组成，其中石墨占总重量的约11.5％。
[0019]二次电池产生电，其具有其中锂离子在由锂盐(LiPF6，LiBF4，LiClO4)和有机溶剂(EC，PC，DMC，DEC等)组成的电解质溶液中在阴极和阳极之间来回移动以充电和放电的结构。在这种情况下，当锂盐移动到含有石墨的阳极时，就会发生插层。
[0020]此外，燃料电池的分离器(氢气发生器)是导电板，其具有针对阳极的一侧的气体流路和针对阴极的另一侧的气体流路。近年来，通过压制石墨粉末与粘结剂成型然后再烧结获得的复合材料用作分离器。因此，废燃料电池的分离器处于包括用作粘合剂的聚合物树脂(如聚偏二氟乙烯)(插层)的状态。
[0021]当制造含废石墨的粉末时，如果根据所使用的散热片的设备需要常规散热，可以通过单独使用废石墨经济地制造具有大面积的散热片。或者，在具有小面积的散热片的情况下，需要更高水平的散热性能，可以通过使用废石墨与人造石墨、凝析石墨、碳纳米管和碳纤维中任何一种的混合物来提高碳纯度。优选地，将废石墨与人造石墨、凝析石墨、碳纳米管和碳纤维的任一种或多种以90:10至60:40的重量比混合。例如，当废石墨和凝析石墨混合时，它们不仅可以用于制造散热片，还可以用于制造具有较高碳含量的材料，如增碳剂。
[0022]当混合废石墨与人造石墨、凝析石墨、碳纳米管和碳纤维的混合物时，优选的重量比可为90:10至70:30。例如，在本专利技术的制造方法，废石墨:人造石墨或凝析石墨可以90:10或60:40的重量比混合，或废石墨:碳纳米管:碳纤维可以80:10:10的重量比混合，或废石墨:人造石墨:凝析石墨:碳纳米管:碳纤维可以70:10:10:10:5或60:10:20:5:5的重量比混合，或废石墨:人造石墨:凝析石墨可以80:10:10的重量比混合。
[0023]另外，优选将包含废石墨的石墨材料粉碎以具有0.5μm至1000μm的粒径范围内的约500μm的平均粒径的各种粒径。本领域已知的任何手段，诸如喷气磨，均可用于粉碎石墨
材料。
[0024]2.插层步骤
[0025]在电解处理或氧化剂存在下通过在石墨层之间插层(intercalation)诸如硫酸和硝酸等化学品而获得的插层化合物称为层状化合物。(lamellar compound)当它再次被热处理时，可以制造出石墨分子在C轴方向上膨胀数十至数百倍的可膨胀石墨(expandable graphite)。
[0026]根据本专利技术的制造方法，通过将包含废石墨的石墨材料粉碎而获得的含废石墨的粉末可被强酸和氧化剂插层。取决于石墨材料的原材料，可以进行或可以不进行此插层步骤。当使用通过粉碎仅废石墨获得的粉末来进行本专利技术的制造方法时，可以省略插层步骤，因为废石墨本身已经作为二次电池、燃料电池等的组分被插层。然而，在数十或更大kg的大量粉末的热处理的情况下，即使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造散热片的方法，包括以下步骤:(1)将包含废石墨的石墨材料粉碎以制造含废石墨的粉末；(2)使所述含废石墨的粉末经受900℃至1100℃热处理3至5小时；以及(3)加压经热处理获得的可膨胀石墨以制造片。2.根据权利要求1所述的用于制造散热片的方法，进一步包括在步骤(1)和(2)之间向所述含废石墨的粉末中添加强酸和氧化剂并搅拌的插层步骤。3.根据权利要求1所述的用于制造散热片的方法，其中所述包含废石墨的石墨材料是废石墨与人造石墨、凝析石墨、碳纳米管和碳纤维的任一种或多种以90:10至60:40的重量比混合的混合物。4.根据权利要求1所述的用于制造散热片的方法，其中所述包含废石墨的石墨材料由废石墨组成。5.根据权利要求1所述的用于制造散热片的方法，其中将所述包含废石墨的石墨材料粉碎以具有0.5μm至1000μm的粒径。6.根据权利要求2所述的用于制造散热片的方法，其中所述插层步骤中的强酸为硫酸和硝酸中的任一种或多种，所述氧化剂为高锰酸钾。7.根据权利要求6所述的用于制造散热片的方法，其中以基于所述含废石墨的粉末重量的20％至40％的量添加所述插层步骤中的硫酸、硝酸和高锰酸钾。8.根据权利要求1所述的用于制造散热片的方法，其中所述热处理步骤进一步包括在使所述含废石墨的粉末经受900℃至1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金光洙，
申请(专利权)人：NTS株式会社，
类型：发明
国别省市：