【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能及相变材料，特别地涉及一种导热绝缘复合相变材料、制备方法及应用其的电池模组。
技术介绍
1、锂离子电池作为电动汽车和能源储存领域的主要能量存储设备，其安全性和稳定性显得尤为重要。然而，随着电动汽车的广泛普及和电网储能系统的扩大规模，电池包在高电流放电时常常会面临严重的热失控问题。高温高电流放电环境下，电池的内部反应和蒸发过程会导致电池的温度剧增，以使用频繁的21700电池为例，在最大放电电流35a下使用，电池温度可以剧增至110℃，长时间使用很可能引发热失控甚至发生火灾或爆炸等严重后果。因此，开发一种可靠的热管理系统来防护锂离子电池的热失控，成为了确保电动汽车和能源储存系统的安全和可靠运行的迫切需求。
2、在解决锂离子电池热失控问题方面，相变材料冷却方案具有独特的优势。相变材料是一类具有特殊热物性的材料，其在相变温度范围内能够吸收或释放大量的潜热，实现液态和固态之间的相变过程。当电池处于高温状态时，相变材料能够快速吸收电池释放的热量，并在相变过程中储存热能。随着电池温度降低，相变材料又能够释放储存的潜热，将热量平衡地传递回电池，实现精准的温度调节。相变材料冷却方案因此能够高效地降低电池的工作温度，有效地防止热失控现象，提高电池的性能和安全性。
3、尽管相变材料冷却方案在热管理领域显示出潜力，但其应用仍受到一些限制。首先，单一相变材料通常具有较低的热导率，约在0.2～0.6w/m·k范围内，限制了其在高功率电池包热管理中的散热效果，导致电池温度和电池内部温差较大。其次，常用的相变材料如低熔
4、当前，相变储能石蜡应用的研究较为广泛，但对于成本较低的工业石蜡的研究相对较少。为此，对两种熔点分别为70℃和95℃的工业石蜡进行了差示扫描量热分析(dsc)测试，以探究其相变潜热以及在不同温度段的吸热特性。在图1中，左图表示熔点为70℃的石蜡dsc测试曲线，右图表示熔点为95℃的石蜡dsc测试曲线。
5、实验发现，在大电流放电条件下，电池组的最高温度可能会超过100℃，而熔点为95℃的石蜡在105℃以下即表现出显著的吸热效应。进一步的测试显示，在接近95℃时出现了第二个峰值，与石蜡的熔点更为接近。此外，在95℃以下，熔点为95℃的石蜡并不会融化。与熔点为70℃的石蜡相比，熔点为95℃的石蜡具有更高的相变潜热，达到211.20j/g。鉴于电池温度可能无法达到石蜡的熔点(95℃)，导致部分相变潜热效应可能无法充分发挥。为弥补这一不足，可以向复合材料中引入石墨类(膨胀石墨/碳纳米管/石墨烯)或氮化硼等导热材料，以有效提升复合材料的整体导热性能。这样的改进能够确保在较低温度下仍能够有效促进热量的传导和分散，从而实现更为稳定的热管理效果。
6、现有技术中公开的柔性高导热相变材料应用于电池热管理的方案具有潜在的优势，但需要注意其在绝缘性和石蜡相变融化方面的局限性。尚未充分考虑相变材料的绝缘性能，这可能导致在电池热管理过程中出现短路等安全隐患。在应用相变散热片于电池热管理时，必须对其绝缘性能进行充分评估和测试，以确保在高电流放电时不会发生电池内部短路或其他安全问题。因此，研发高导热绝缘复合相变材料是促进相变材料在电池散热中应用的关键。我们需要在确保其绝缘性的基础上，赋予其高导热特性，并同时提高相变材料的熔点，以防止其发生融化，从而避免相变材料融化后的泄露和不均匀混合等问题。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决传统相变材料存在的液体泄漏、绝缘性能不足以及与电池紧密贴合不紧密等问题，本专利技术提供了一种制备具备卓越导热性能和电绝缘性能的复合相变吸热材料的方法，同时还揭示了一种能够实现复合材料与电池表面紧密贴合并能够灵活调整复合材料厚度的电池模组。在传统相变冷却电池热管理领域，常采用低熔点相变石蜡，其熔点分布在46-58℃范围内。低温相变石蜡由于其相变潜热较高，能够有效地吸收大量热量，在相变过程中起到显著的热吸收作用。然而，传统低温相变石蜡不适用于大电流放电下的电池组。首先，相变储能石蜡的成本较高，约为每千克400元，从而不利于大规模工业化生产。其次，当电池温度超过相变石蜡的熔点时，相变储能石蜡将发生融化，若密封性能不佳，可能引发泄漏情况，且融化后的复合材料混合效果难以得到可靠保障。最终，随着低温相变石蜡的融化，其吸热效能将显著下降，在大电流放电条件下的电池组，最高温度会达到100℃以上，而熔点58℃的相变石蜡可能导致复合材料无法在全过程有效吸热。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、s10，将石蜡颗粒放入120℃恒温箱中，恒温加热，待完全熔化后，取出放入120℃油浴锅中；
5、s20，在油浴锅中使用船桨搅拌器600r/min搅拌20min，充分搅拌均匀，得到石蜡溶液；
6、s30，向s20制得的石蜡溶液中加入氮化硼粉末，继续搅拌均匀，使氮化硼均匀分布于石蜡溶液中；
7、s40，向s30制得的混合体系中加入石墨类粉末，继续搅拌均匀，使石墨类粉末均匀分布于混合溶液中，石墨类粉末包括膨胀石墨和/或碳纳米管和/或石墨烯；
8、s50，向s40制得的混合体系中加入聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯粉末，继续搅拌均匀，使聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯均匀吸收于混合溶液中。
9、优选地，s30中使用船桨搅拌器以2000r/min的转速搅拌30min，于120℃油浴条件下加热直至完全溶解。
10、优选地，s40中加入2％的pvp分散剂，促进石墨类与混合溶液相容。
11、优选地，s40中使用船桨搅拌器以2000r/min转速搅拌60min，于120℃油浴条件下加热直至完全吸收。
12、优选地，s50中使用船桨搅拌器以1000r/min转速搅拌40min，于120℃油浴条件下加热直至完全吸收。
13、优选地，所述s50后得到的复合相变材料的相变温度为90-95℃。
14、基于上述目的，本专利技术还提供一种导热绝缘复合相变材料，采用上述方法制备，按质量百分比计，包括以下组分：60～75％石蜡，2～5％膨胀石墨，15～30％氮化硼，2～5％聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯；
15、或包括以下组分：60～75％石蜡，3～6％碳纳米管，15～35％氮化硼，2～5％聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯，2％ pvp分散剂；
16、或包括以下组分：60～75％石蜡，10～15％石墨烯，15～25％氮化硼，2～5％聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述S30中使用船桨搅拌器以2000r/min的转速搅拌30min，于120℃油浴条件下加热直至完全溶解。
3.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，S40中加入2％的PVP分散剂，促进石墨类与混合溶液相容。
4.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，S40中使用船桨搅拌器以2000r/min转速搅拌60min，于120℃油浴条件下加热直至完全吸收。
5.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，S50中使用船桨搅拌器以1000r/min转速搅拌40min，于120℃油浴条件下加热直至完全吸收。
6.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述S50后得到的复合相变材料的相变温度为90-95℃。
7.一种导热绝缘复合相变材料，其特征在于，采用如上权利要求1至6任一所述方法制备，
8.一种电池模组，其特征在于，包括如权利要求7所述的导热绝缘复合相变材料，还包括电池壳体、电芯、壳体螺纹、螺丝和电池盖，其中，电芯设置在电池壳体中，电池壳体通过壳体螺纹和螺丝固定，电池盖与电池壳体形成一密封空间，通过注塑工艺将导热绝缘复合相变材料与电芯表面和电池壳体紧密贴合。
9.根据权利要求8所述的一种电池模组，其特征在于，所述电池壳体包括四个模组壳体，每个模组壳体均包括可调间距阶梯和可调间距边缘挡板，通过螺丝在壳体螺纹中的拧紧或松开来调整四个模组壳体各自的可调间距阶梯与可调间距边缘挡板的间距，来调整电芯间导热绝缘复合相变材料的厚度。
10.根据权利要求8所述的一种电池模组，其特征在于，所述电池壳体采用聚四氟乙烯材料。
...【技术特征摘要】
1.一种导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述s30中使用船桨搅拌器以2000r/min的转速搅拌30min，于120℃油浴条件下加热直至完全溶解。
3.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，s40中加入2％的pvp分散剂，促进石墨类与混合溶液相容。
4.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，s40中使用船桨搅拌器以2000r/min转速搅拌60min，于120℃油浴条件下加热直至完全吸收。
5.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，s50中使用船桨搅拌器以1000r/min转速搅拌40min，于120℃油浴条件下加热直至完全吸收。
6.根据权利要求1所述的导热绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述s50后得到的复合相变材料的相变温度为90-95℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：严文生，陈以焌，田成祥，臧月，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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