一种柔性阻燃复合相变材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性阻燃复合相变材料及其制备方法和应用；本发明专利技术柔性阻燃复合相变材料包括柔性复合相变材料和柔性阻燃涂层；所述柔性复合相变材料按质量份计，包括5

【技术实现步骤摘要】
一种柔性阻燃复合相变材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于相变材料
，具体涉及一种适用于电池热管理的柔性阻燃复合相变材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是电动汽车的核心部件。然而，高能量密度的锂离子电池带来巨大机遇的同时也带来了严峻的挑战，在极端条件下的安全问题被认为是对锂离子电池发展的最大限制。特别是锂离子电池在高放电率下，温度过高和温度分布不均匀，不可避免地导致锂离子电池性能严重下降、可靠性下降和故障，甚至带来严重的安全隐患。因此，开发一种安全的高效电池热管理系统对于锂离子电池的应用及发展来说是非常紧迫的。
[0003]电池热管理分为主动热管理和被动热管理，相变材料热管理相较于传统的主动式热管理结构简单、成本低，有广阔的应用前景。相变材料分为有机相变材料、无机相变材料和共晶相变材料，由于在应用中缺乏克服无机水合盐相变材料相分离、易脱水和过冷等主要矛盾的整体解决方案，几乎没有人将无机相变材料应用于电池热管理。有机材料因其优越的性能而比无机更适合热能存储。例如，有机相变材料具有各种相变点，高储热密度，热稳定性和化学稳定性，低腐蚀和无相分离，并且几乎无过冷现象。石蜡作为一种常见的有机相变材料，具有有机的大部分优点。然而，石蜡本身的低热导率以及在相变过程中泄露和在极端条件下的易燃性所带来的安全隐患却是不可忽略的，为了解决这些难题，通常尝试添加封装材料及阻燃剂等方法来解决。而膨胀石墨作为一种高导热多孔材料能同时解决低导热及易泄漏等问题，膨胀石墨具有蠕虫状及多孔形态，能吸附相变材料的同时形成整体的导热通路。基于膨胀石墨基复合相变材料用于电池热管理的已经受到广泛研究，然而基于膨胀石墨的相变复合材料在压制成型后，材料整体是刚性的，这就造成了在安装时由于与电池组间的贴合不紧密，不平整的表面也导致了相变复合材料与电池组之间具有较高的接触热阻，一定程度上降低了在常温工作环境下的传热效率。同时，基于膨胀石墨的相变材料的刚性，在振动时容易发生碰撞而造成损坏。因此，引入具有一定柔性的聚合物基制备形状稳定的复合相变材料是一种可行的方法。
[0004]目前常用于制备聚合物基相变材料的柔性复合相变材料，包括环氧树脂、苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯嵌段共聚物、烯烃嵌段共聚物或橡胶基聚合物。其中三元乙丙橡胶是由乙烯丙烯和第三单体组成的三元共聚物。由于其独特的结构，具有优异的耐热能力，对极性溶液具有抗性、具有良好的绝缘性和回弹性，这些优异的性能都揭示着三元乙丙橡胶在电池热管理系统中有良好的应用前景。然而，由于石蜡和三元乙丙橡胶均属于可燃有机物，石蜡/三元乙丙橡胶复合材料在实际应用中的极端工作温度条件下易燃，从而扩大危害，严重限制了其进一步的应用。因此，提高石蜡/三元乙丙橡胶的阻燃性能是亟待解决的难题。通常，在形状稳定的相变材料复合中添加阻燃添加剂是提高其热稳定性和抑制其可燃性的最常见方法。但在基体中通过直接混合的方法加入阻燃剂通常需要加入大量阻燃剂才能达到一般的效果，但这也意味着相变材料本身热力学性能和力学性能的损失。膨胀型阻燃剂是最
环保及相对比较高效的阻燃剂。聚磷酸铵作为一种常用的膨胀型阻燃剂，具有高含量、氮
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磷元素、优异的热稳定性、高阻燃燃料效率和长期阻燃性能等优点。对于热膨胀的情况，非挥发性磷和多磷酸覆盖基材表面，隔离空气以达到由于氮元素引起的阻燃。聚磷酸铵通过加热分解，放出不易燃烧的氮气和氨气，起到稀释空气中氧气的作用，从而阻断氧气的供应。
[0005]中国专利CN109486473B公开了膨胀石墨与红磷协效阻燃体系的柔性阻燃层，一定程度上改善了阻燃性，但是红磷阻燃剂加工性能较差，直接与基体混合会对基体材料的力学强度带来不利的影响，另外红磷虽然经过包覆，但限于工艺和原料的种种原因，在使用过程中还是可能会不可避免的引发“火灾”；中国专利CN102239205B公开具有弹性阻燃涂层的弹性体，提供了一种适用于抗振的阻燃弹性体，但其基材不含有相变材料，无法使锂离子电池在常规工作环境下保持均温性。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术为了克服现有的技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种环保的适用于电池热管理的柔性阻燃复合相变材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中相变材料在极端工作环境下易燃所带来的安全问题，适用于锂离子电池材料

[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种柔性阻燃复合相变材料，包括柔性复合相变材料和柔性阻燃涂层；
[0009]所述柔性复合相变材料按质量份计，包括5
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10份多维导热填料，30
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50份聚合物基质，40
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60份有机相变材料；
[0010]所述柔性阻燃涂层按质量份计，包括10
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30份阻燃剂，70
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90份粘结剂。
[0011]优选的，所述多维导热填料包括氮化硼、氮化铝和膨胀石墨中的一种。
[0012]优选的，所述聚合物基质包括天然橡胶、三元乙丙橡胶和硅橡胶中的一种或多种；
[0013]优选的，所述有机相变材料包括石蜡、醇类化合物和脂类化合物中的一种或多种。
[0014]优选的，按质量份计，阻燃剂10
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20份。
[0015]优选的，所述阻燃剂包括可膨胀石墨、聚磷酸铵、红磷或三聚氰胺的一种或多种；进一步优选为可膨胀石墨和聚磷酸铵；可膨胀石墨和聚磷酸铵的质量比优选为3：1
‑
5：1。
[0016]优选的，所述粘结剂包括聚甲基硅氧烷和环氧树脂中的一种或多种。
[0017]优选的，所述柔性复合相变材料的厚度为2～4mm；所述柔性阻燃涂层的厚度为0.5～1mm。
[0018]上述的柔性阻燃复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019](1)将柔性复合相变材料的组分混合并进行开炼得到混合料；将混合料在165
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175℃的温度下进行热压，得到柔性复合相变材料；
[0020](2)将柔性阻燃涂层的组分混合，得到阻燃涂料；将阻燃涂料涂覆于步骤(1)所得的柔性复合相变材料的表面，固化后得到柔性阻燃复合相变材料。
[0021]优选的，步骤(1)所述的开炼的时间为30
‑
50分钟；
[0022]优选的，步骤(1)所述的热压的时间为10
‑
15分钟；
[0023]优选的，步骤(1)所述的热压的压力为10
‑
15MPa；
[0024]优选的，步骤(1)所述的开炼还加入硫化剂；所述硫化剂的质量用量为聚合物基质
的1
‑
3％。
[0025]优选的，步骤(2)所述固化的温度为60
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80℃，所述固化的时间为12
‑
24h。
[0026]一种基于上述的柔性阻燃复合相变材料制成的电池热管理装置，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性阻燃复合相变材料，其特征在于，包括柔性复合相变材料和柔性阻燃涂层；所述柔性复合相变材料按质量份计，包括5
‑
10份多维导热填料，30
‑
50份聚合物基质，40
‑
60份有机相变材料；所述柔性阻燃涂层按质量份计，包括10
‑
30份阻燃剂，70
‑
90份粘结剂。2.根据权利要求1所述的柔性阻燃复合相变材料，其特征在于，所述多维导热填料包括氮化硼、氮化铝和膨胀石墨中的一种。3.根据权利要求1所述的柔性阻燃复合相变材料，其特征在于，所述聚合物基质包括天然橡胶、三元乙丙橡胶和硅橡胶中的一种或多种；所述有机相变材料包括石蜡、醇类化合物和脂类化合物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的柔性阻燃复合相变材料，其特征在于，所述阻燃剂包括可膨胀石墨、聚磷酸铵、红磷或三聚氰胺的一种或多种；所述粘结剂包括聚甲基硅氧烷和环氧树脂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的柔性阻燃复合相变材料，其特征在于，所述柔性复合相变材料的厚度为2～4mm；所述柔性阻燃涂层的厚度为0.5～1mm。6.权利要求1～5任一项所述的柔性阻燃复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：方晓明，仇浩滨，张正国，凌子夜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：