导热相变材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种导热相变材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的导热相变材料为核壳结构，包括作为核芯的陶瓷材料，和包覆于所述核芯表面的壳层，所述壳层包含热敏剂和导热剂，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1

【技术实现步骤摘要】
导热相变材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种导热相变材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石能源的消耗与需求的日益增长带来了环境污染和能源危机等问题，严重的威胁着人类的生存与发展。大力开发和利用太阳能、风能和水能等可再生清洁能源能够有效的降低对化石能源的依赖和环境污染。但是，可再生能源固有的波动性和即时性的非稳定特点制约了其广泛应用。而发展高效的储能技术能够推进可再生能源技术市场发展和确保国家资源的能源安全。
[0003]磷酸铁锂电池具有寿命长、启动快、安全高效和成本低廉等众多优势，可广泛应用于电化学储能电站、电动汽车和无人机等领域，成为发展最快和技术最为成熟的锂离子电池。然而，磷酸铁锂电池最大的难点之一是其聚烯烃隔膜热稳定性差，在机械滥用、电滥用以及热滥用条件下，隔膜容易破裂、收缩、变软甚至熔解，导致电池内短路，触发热失控。
[0004]目前常在隔膜表面涂覆上包覆热敏剂刚性微球的方案以实现该隔膜的热稳定性和热敏自封闭性。然而刚性微球表面的热敏剂多为聚合物如聚乙烯，导热率低(聚乙烯的热导率为0.39Wm
‑1K
‑1)，相变潜热高(聚乙烯的相变潜热为210Jg
‑1)，热响应时间长，难以快速的熔融封闭离子传输通道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术中用于电池隔膜的涂覆材料热稳定性差、热导率低、热响应时间长的问题，从而提供一种能够有效预防和阻止电池热失控的导热相变材料。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种导热相变材料，所述导热相变材料为核壳结构，包括作为核芯的陶瓷材料，和包覆于所述核芯表面的壳层，所述壳层包含热敏剂和导热剂，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1
‑
50)：1，所述核芯和所述壳层的质量比为(8
‑
500)：1。
[0007]优选地，所述陶瓷材料为勃姆石、氧化铝陶瓷中的至少一种；
[0008]优选地，所述热敏剂为聚乙烯、热塑性聚氨酯橡胶和乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物中的至少一种。
[0009]优选地，所述导热剂为金刚石、石墨、碳粉、石墨烯、碳纳米管、氮化铝、氧化铝、氮化硼和氧化锌中的至少一种。
[0010]优选地，所述导热剂为质量比为1：(0.3
‑
0.8)：(0.1
‑
0.5)的碳粉、氧化铝和氮化硼的组合物。
[0011]优选地，所述导热相变材料为导热相变微球，所述导热相变微球的平均粒径为1000nm
‑
5000nm，所述壳层的平均厚度为100nm
‑
1000nm。
[0012]本专利技术第二方面提供一种第一方面提供的导热相变材料的制备方法，包括如下步
骤：
[0013]采用溶液包覆法或熔融相变包覆法将包含热敏剂和导热剂的壳层包覆于作为核芯的陶瓷材料表面，得到所述导热相变材料；
[0014]其中，在所述壳层中，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1
‑
50)：1；在所述导热相变材料中，所述核芯和所述壳层的质量比为(8
‑
500)：1。
[0015]优选地，所述溶液包覆法包括以下步骤：在有机溶剂中，将所述热敏剂和所述导热剂进行混合处理，得到混合液；在所述混合液中加入所述陶瓷材料后，进行分散处理，得到悬浊液；将所述悬浊液进行溶剂去除处理，得到所述导热相变材料。
[0016]优选地，所述熔融相变包覆法包括以下步骤：将所述热敏剂和所述导热剂混合进行熔融处理，得到熔融混合物；向所述熔融混合物中加入所述陶瓷材料，进行共混分散处理，得到所述导热相变材料。
[0017]本专利技术第三方面提供一种隔膜，所述隔膜包括隔膜基体和涂覆于所述隔膜基体至少一表面的涂覆层，所述涂覆层包含导热相变材料，所述导热相变材料为本专利技术第一方面提供的导热相变材料。
[0018]优选地，所述隔膜基体表面的所述导热相变材料的负载量为1mg/cm2‑
10mg/cm2。
[0019]优选地，所述涂覆层的涂覆厚度为1μm
‑
20μm。
[0020]本专利技术第四方面提供上述导热相变材料或上述隔膜在离子体系电池、二次电池中的应用。
[0021]本专利技术提供的导热相变材料，导热率高、热响应迅速，受热能够迅速发生熔融相变，切断离子体系电池中的离子传输过程，有效预防和阻止电池热失控，提升电池的安全性，并且，本专利技术提供的导热相变材料不会与电解液发生物理/化学反应而产生溶解、溶胀等现象，易于形成微孔层，无毒无污染，不含任何稀有元素，价格优势明显。
[0022]本专利技术提供的导热相变材料涂覆的隔膜，应用于离子体系电池中，在高温或短路条件下，热敏剂能够封堵隔膜孔道，抑制隔膜的离子传输通道，阻断离子体系电池的反应进程，有效预防和阻止离子体系电池热失控现象的产生，提升电池的安全性。
[0023]本专利技术提供的含有上述导热相变材料或隔膜的离子体系电池或二次电池，具有热敏响应速度快、闭孔效果好、安全性高、功率高、适应能力强、循环寿命长、成本低、维护简单、环保等优点，适合在风能、水能、潮汐能，太阳能发电系统中作为大规模储能设备或在移动载具中作为动力电池使用。
附图说明
[0024]图1是本专利技术具体实施方式提供的导热相变材料的工作原理图；
[0025]图2是本专利技术根据一些优选的实施方式提供的锂离子电池结构示意图；
[0026]图3是本专利技术具体实施方式提供的锂离子电池在室温下的充放电曲线图；
[0027]图4是本专利技术具体实施方式提供的锂离子电池在120℃下的充放电曲线图；
[0028]图5是本专利技术具体实施方式提供的锂离子电池在短路条件下的电池温度变化曲线图。
具体实施方式
[0029]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0030]如前所述，本专利技术第一方面提供一种导热相变材料，所述导热相变材料为核壳结构，包括作为核芯的陶瓷材料，和包覆于所述核芯表面的壳层，所述壳层包含热敏剂和导热剂，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1
‑
50)：1，所述核芯和所述壳层的质量比为(8
‑
500)：1。
[0031]本专利技术提供的导热相变材料，导热率高、热响应迅速，不会与电解液发生物理/化学反应而产生溶解、溶胀等现象，易于形成微孔层，无毒无污染，不含任何稀有元素，价格优势明显。
[0032]本专利技术提供的导热相变材料，在环境温度过高或电池发生短路情况下，壳层中的导热剂能快速传递热量至热敏剂，使得热敏剂快速熔融，热敏剂在陶瓷材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热相变材料，其特征在于，所述导热相变材料为核壳结构，包括作为核芯的陶瓷材料，和包覆于所述核芯表面的壳层，所述壳层包含热敏剂和导热剂，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1
‑
50)：1，所述核芯和所述壳层的质量比为(8
‑
500)：1。2.根据权利要求1所述的导热相变材料，其特征在于，所述陶瓷材料为勃姆石、氧化铝陶瓷中的至少一种；和/或，所述热敏剂为聚乙烯、热塑性聚氨酯橡胶和乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的导热相变材料，其特征在于，所述导热剂为金刚石、石墨、碳粉、石墨烯、碳纳米管、氮化铝、氧化铝、氮化硼和氧化锌中的至少一种。4.根据权利要求3所述的导热相变材料，其特征在于，所述导热剂为质量比为1：(0.3
‑
0.8)：(0.1
‑
0.5)的碳粉、氧化铝和氮化硼的组合物。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的导热相变材料，其特征在于，所述导热相变材料为导热相变微球，所述导热相变微球的平均粒径为1000nm
‑
5000nm，所述壳层的平均厚度为100nm
‑
1000nm。6.一种权利要求1
‑
5中任意一项所述的导热相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用溶液包覆法或熔融相变包覆法将包含热敏剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕阳，吴传平，陈宝辉，刘毓，周天念，刘晶菊，王江峰，蔡金，周沐阳，
申请(专利权)人：湖南防灾科技有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：