一种高导热高稳定性相变材料及其制备方法和应用、电池模组及其灌封方法技术

本发明专利技术提供了一种高导热高稳定性相变材料及其制备方法和应用、电池模组及其灌封方法，属于动力电池技术领域。本发明专利技术使用多巴胺盐酸盐改性石墨纳米片，在石墨纳米片表面形成一层聚多巴胺，有效增强石墨纳米片表面对银纳米颗粒的粘附能力；然后在石墨纳米片表面附着银纳米颗粒，形成大面积的银纳米颗粒

【技术实现步骤摘要】
一种高导热高稳定性相变材料及其制备方法和应用、电池模组及其灌封方法


[0001]本专利技术涉及动力电池
，尤其涉及一种高导热高稳定性相变材料及其制备方法和应用、电池模组及其灌封方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于大量使用化石燃料会引起能源危机与环境污染，使用清洁能源的电动汽车能够有效减少化石燃料的消耗和温室气体的排放，因而得到推广。其中，动力电池系统作为电动汽车的储能部件，其性能直接影响了电动汽车的安全系数。在实际应用中，由于动力电池系统在不同工况下工作容易累积热量，如高温和高倍率放电时，如果无法及时将热量转移，会造成电池性能衰退甚至发生热失控。因此，动力电池系统需要一个合理有效的电池热管理系统，将电池模组的工作温度控制在安全的区间内。
[0003]目前，主流的电池热管理系统分为被动式热管理和主动式热管理，其中主动式热管理有液体冷却、强制空气冷却和热管冷却，这类热管理系统需要消耗额外的能量才能实现对电池温度的控制，不仅重量大、成本高，而且无法控制电池模组的均温性。被动式热管理包括自然空气冷却和相变材料热管理，自然空气冷却存在低体积能量密度等问题，无法更好地适应电池热管理。相变材料因其相变过程中等温吸收或放出大量热能而广泛应用于太阳能和建筑保暖等领域，同时也适用于电池热管理中作为散热模块对单体电芯进行均温控制。目前，在实际应用中相变材料包括固
‑
固相变材料和固
‑
液相变材料，固
‑
固相变材料存在相变潜热低和低导热等缺点，相比固
‑
>液相变材料应用场景较少，而固
‑
液相变材料则存在着导热系数低和易泄漏的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高导热高稳定性相变材料及其制备方法和应用、电池模组及其灌封方法，能够解决相变材料导热系数低和易泄漏的问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将石墨纳米片、多巴胺盐酸盐、碱试剂和水混合，进行自聚合，得到附着聚多巴胺的石墨纳米片；
[0008]将所述附着聚多巴胺的石墨纳米片、还原剂、银盐溶液、酸试剂和水混合，进行还原，得到附着银纳米颗粒的石墨纳米片；
[0009]将所述附着银纳米颗粒的石墨纳米片、相变基材和环氧树脂混合，将所得相变基材混合物进行固化，得到相变材料。
[0010]优选的，所述多巴胺盐酸盐与石墨纳米片的质量比为(0.5～1):10；所述自聚合的pH值为9～10，时间为2～4h。
[0011]优选的，所述附着聚多巴胺的石墨纳米片、银盐溶液和还原剂的用量比为1g:(6～
12)mL:(0.5～1)g；所述银盐溶液的浓度为0.1mol/L；所述还原的pH值为3～4，时间为2～4h。
[0012]优选的，所述相变基材包括石蜡、聚乙二醇或十六胺；所述相变基材、附着银纳米颗粒的石墨纳米片和环氧树脂的质量比为(6～6.5):(0.5～1):3。
[0013]优选的，所述相变基材为熔化的相变基材，所述熔化的温度为60～70℃；所述附着银纳米颗粒的石墨纳米片、相变基材和环氧树脂混合的温度为60～70℃。
[0014]优选的，所述相变材料中，银纳米颗粒的含量为相变材料总质量的1～2wt％。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的相变材料，包括环氧树脂骨架以及包裹于所述环氧树脂骨架中的相变组分；所述相变组分包括附着银纳米颗粒的石墨纳米片
‑
相变基材复合物。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述相变材料在动力电池系统中的应用。
[0017]本专利技术提供了一种电池模组，包括箱体和设置于所述箱体内的装载孔；所述箱体由上述技术方案所述相变材料制成。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述电池模组的灌封方法，包括以下步骤：
[0019]将相变基材混合物倒入装配有电池的模具中，固化后，拆卸模具，得到电池模组。
[0020]本专利技术提供了一种相变材料的制备方法，本专利技术使用多巴胺盐酸盐改性石墨纳米片，在石墨纳米片表面形成一层聚多巴胺，聚多巴胺中伯胺和仲胺以及邻苯二酚(3,4
‑
二酚)含量高，这两种功能基团的共存有助于提高聚多巴胺的粘附能力，从而有效增强石墨纳米片表面对银纳米颗粒的粘附能力，从而充分利用银纳米颗粒的导热性，提高材料的导热系数。
[0021]本专利技术在还原剂作用下将银盐还原，在石墨纳米片表面附着银纳米颗粒，表面附着聚多巴胺的石墨纳米片对有机材料也具有吸附性，附着银纳米颗粒的石墨纳米片在与相变基材混合过程中，将小分子的相变材料(即附着银纳米颗粒的石墨纳米片
‑
相变基材复合物)吸附到石墨纳米片上，同时附着银纳米颗粒的石墨纳米片相互连接叠加，从而形成大面积的银纳米颗粒
‑
石墨纳米片导热网络，大幅提高相变材料的导热系数。
[0022]本专利技术利用环氧树脂的三维网络结构将小分子的相变材料封闭进其中，有效吸附包裹相变材料，而且为相变材料形成良好的支撑骨架，使得相变材料在高温下长时间使用仍具有较高的质量保持率，从而实现电池模组的控温性：电池在充放电时产生大量的热量，相变材料具有较高的潜热，能在相变过程中等温吸收或放出大量热量。由于本专利技术提高了相变材料的导热系数，因此可以加快相变材料内部的热量向外界传递的过程，从而实现电池模组的控温性，解决相变材料电池模组因传热性能差而热失控的问题，有效适应电池热管理。
[0023]本专利技术制备的相变材料的相变温度范围为48～52℃，导热系数高至3.1W/(m
·
K)。
[0024]此外，由于环氧树脂的三维网络结构能够将小分子相变材料封闭进其中，且环氧树脂为热固性材料，固化后加热不会软化，因而能够有效避免泄漏。
[0025]本专利技术提供了一种电池模组的灌封方法，采用一步法灌封，可以将电池与相变材料紧贴在一起，不会在工作过程中发生电池脱落，并且能有效减小电池与相变材料间的接触热阻，在增强传热性能的基础上，实现电池模组的紧凑性。而且，一步法灌封可直接将相变材料灌封进已固定好电池的模具中，无需使用电池模具替代电池。
[0026]进一步，本专利技术所采用相变基材的相变熔化温度低(60～70℃)，在较低温度下可与环氧树脂搅拌混合，因而能够实现低温混合相变基材，在灌封过程不会损伤电池外壳以及内部结构，能够实现一步灌封，无需使用电池模具替代电池。而现有相变材料在高温(140～160℃)才能熔化成液态，需要使用电池模具代替电池，防止在高温下搅拌混合的相变材料灌封时损伤电池外壳以及内部结构，待相变材料冷却凝固后再将模具敲出，将电池塞进模组。
附图说明
[0027]图1为实施例1和对比例1制得的不同产物的SEM图；
[0028]图2为实施例1和对比例1～2制备的不同产物的热导率结果图；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨纳米片、多巴胺盐酸盐、碱试剂和水混合，进行自聚合，得到附着聚多巴胺的石墨纳米片；将所述附着聚多巴胺的石墨纳米片、还原剂、银盐溶液、酸试剂和水混合，进行还原，得到附着银纳米颗粒的石墨纳米片；将所述附着银纳米颗粒的石墨纳米片、相变基材和环氧树脂混合，将所得相变基材混合物进行固化，得到相变材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺盐酸盐与石墨纳米片的质量比为(0.5～1):10；所述自聚合的pH值为9～10，时间为2～4h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述附着聚多巴胺的石墨纳米片、银盐溶液和还原剂的用量比为1g:(6～12)mL:(0.5～1)g；所述银盐溶液的浓度为0.1mol/L；所述还原的pH值为3～4，时间为2～4h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相变基材包括石蜡、聚乙二醇或十六胺；所述相变基材、附着银纳米颗粒的石墨纳米片和环氧树...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新喜，吴晓炜，张国庆，刘效洲，邓晴，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：