CN104519723A - 一种石墨烯基导热片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种石墨烯基导热片，包括绝缘层、石墨烯层、导热基底和导热胶层，在导热胶层的两侧由内向外依次为导热基底、石墨烯层和绝缘层，其中，所述导热胶层中分布有碳纤维。本发明的导热片导热系数高，热量可迅速分布均匀，附加石墨烯薄膜的导热基底更加坚固，防腐蚀，耐氧化，延长电源及设备的使用寿命，其体积小，所占空间有限，适用于高密度排列的电池组加热和散热的问题。

Description

一种石墨烯基导热片

技术领域

本发明属于电源热管理领域，具体涉及一种石墨烯基导热片。

背景技术

随着科技的进步，电子器件、设备等都朝着体积小，质量轻，结构紧凑的方向发展。汽车的动力电池也不例外。而动力电池尤其是磷酸铁锂电池往往由多个电池块串联并联组装成电池组，电池块与电池块之间留有罅隙用以加热或散热，以便汽车不论在严寒环境还是酷热环境中都能够照常运转。然而，电源发出的热量以及加热片的热量如不及时转移散出，将会出现局部过热，引起电池性能稳定性下降，电源及设备寿命减少，甚至严重还会出现冒烟、燃烧、爆炸等危险情况。因此，电源的热管理显得至关重要。良好的电源热管理是设备器件正常运行的必要条件，而散热导热迅速是优良的电源热管理的基本条件之一。

石墨烯是一种由碳原子组成的以sp2杂化呈蜂窝状六边形结构的二维平面薄膜，是目前世界上最薄却又最硬的纳米薄膜材料，它具有极高的平面导热系数（5300W/m·K）。而常用的金属散热介质为铝和铜两种金属，它们的热传导系数分别为226 W/m·K和412 W/m·K。

发明内容

本发明的目的是克服现有金属散热介质的不足，提供一种石墨烯基导热片。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种石墨烯基导热片，包括绝缘层、石墨烯层、导热基底和导热胶层，在导热胶层的两侧由内向外依次为导热基底、石墨烯层和绝缘层，其中，所述导热胶层中分布有碳纤维。

进一步，所述导热胶层设有电极片，所述电极片与导热胶层中的碳纤维接触。

进一步，所述导热胶层为环氧树脂胶、有机硅导热胶、聚氨酯胶或导热硅胶。

进一步，所述导热胶层的厚度为50-300微米。

进一步，所述导热基底为Cu、Al、Ni、铁、六方氮化硼、氮化铍或碳化硅。

上述石墨烯基导热片的制备方法，包括如下步骤：

（1）在生长有石墨烯的导热基底上涂覆导热胶，得到石墨烯/导热基底/导热胶；

（2）在石墨烯/导热基底/导热胶的导热胶上分布碳纤维，然后与另一片石墨烯/导热基底/导热胶贴合，得到石墨烯/导热基底/导热胶/导热基底/石墨烯；

（3）再向石墨烯表面涂覆绝缘胶，得到石墨烯基导热片。

进一步，步骤（2）先在导热胶的边缘设置与碳纤维接触的电极片，然后再与另一片石墨烯/导热基底/导热胶贴合。

进一步，碳纤维的覆盖率为30-60%。

本发明采用在金属散热介质上附加石墨烯，通过石墨烯快速高效导热弥补介质导热能力的不足来提高衬底的导热性能，及时转移并分散热量，消除传热过程中的温度梯度，快速达到热平衡，防止电池局部过热，具有以下优点：

1、本发明导热片的导热系数高，热量可迅速分布均匀。

2、附加石墨烯薄膜的导热基底更加坚固，防腐蚀，耐氧化，延长电源及设备的使用寿命。

3、本发明的导热片体积小，所占空间有限，适用于高密度排列的电池组加热或散热的问题。

附图说明

图1为本发明所述石墨烯基导热片的结构示意图。其中：1、绝缘层；2、石墨烯层；3、导热基底；4、导热胶层；5、碳纤维；6、电极片。

具体实施方式

为了详细叙述本发明的上述特点，以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

可通过现有CVD法在导热基底上制得的大面积高质量的单层及多层石墨烯。所述的CVD法包括高压化学气相沉积法（HPCVD）、中压化学气相沉积法（MPCVD）和低压化学气相沉积法（LPCVD）。

实施例1

以厚度为15微米的Cu箔为生长衬底，分别经过去离子水、乙醇、丙酮、去离子水超声清洗后，于60℃下烘干后置于CVD炉体加热中心处。以甲烷为碳源，氢气为辅助气体，甲烷和氢气的比例为5:1，生长温度为1000℃，生长时间为30min，以5min/℃的降温速度进行降温，生长气压为5000Pa，所得石墨烯为一层。

将生长完石墨烯的铜箔经压模机压平整后，再向铜箔（作为导热基底）表面涂覆环氧树脂AB胶，涂覆速度为30m/min，导热胶的厚度为100微米，同时制作两片。将碳纤维均匀地洒落在其中一片的导热胶表面，胶表面上碳纤维的覆盖率为50%，然后将8×20mm的小长方形厚度为15微米铜片（作为电极片，通过电极引线可与外接电源相接，从而可以实现加热的功能）放置于导热胶两侧，并与碳纤维丝连接良好，接着再将另一片的导热胶与上述分布有碳纤维的导热胶进行贴合，贴合温度为180℃，贴合后，再向处在外侧的石墨烯表面经涂覆机涂覆绝缘胶，80℃下烘烤10min，即得到石墨烯基导热片，结构如图1所示，其导热系数为603W/m·K。

实施例2

将25微米的铜箔分别经过去离子水、乙醇、丙酮、去离子水超声清洗后，于60℃下烘干。以纯度为99.99%的镍为靶材，通过磁控溅射的方法在处理好的铜箔上溅射一层镍，溅射电流为3A，溅射时间为30min，溅射镍的厚度为500nm左右。将溅射了镍层的铜箔放入CVD管式炉加热中心处，以甲烷为碳源，氢气为辅助气体，甲烷和氢气的比例为1:1，生长温度为1020℃，生长时间为30min，以5min/℃的降温速度进行降温，生长气压为10000Pa，得到的石墨烯为5层。

将生长完石墨烯的铜箔经压模机压平整后，再向铜箔表面经涂覆机涂覆环氧树脂AB胶，涂覆速度为30m/min，胶的厚度为100微米，同时制作两片。将碳纤维均匀地洒落在其中一片的导热胶表面，碳纤维的覆盖率为50%，然后将8×20mm的小长方形厚度为15微米铜片放置于导热胶两侧，并与碳纤维保持连接良好，接着再将另一片的导热胶与上述分布有碳纤维的导热胶进行贴合，贴合温度为180℃，贴合后，再向处在外侧的石墨烯表面经涂覆机涂覆绝缘胶，80℃下烘烤10min，即得到石墨烯基导热片，其导热系数为894W/m·K。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯基导热片，包括绝缘层、石墨烯层、导热基底和导热胶层，在导热胶层的两侧由内向外依次为导热基底、石墨烯层和绝缘层，其中，所述导热胶层中分布有碳纤维。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基导热片，其特征在于，所述导热胶层设有电极片，所述电极片与导热胶层中的碳纤维接触。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基导热片，其特征在于，所述导热胶层为环氧树脂胶、有机硅导热胶、聚氨酯胶或导热硅胶。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基导热片，其特征在于，所述导热胶层的厚度为50-300微米。

5.根据权利要求1所述的石墨烯基导热片，其特征在于，所述导热基底为Cu、Al、Ni、铁、六方氮化硼、氮化铍或碳化硅。

6.权利要求1所述石墨烯基导热片的制备方法，包括如下步骤：

（1）在生长有石墨烯的导热基底上涂覆导热胶，得到石墨烯/导热基底/导热胶；

（2）在石墨烯/导热基底/导热胶的导热胶上分布碳纤维，然后与另一片石墨烯/导热基底/导热胶贴合，得到石墨烯/导热基底/导热胶/导热基底/石墨烯；

（3）再向石墨烯表面涂覆绝缘胶，得到石墨烯基导热片。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）先在导热胶的边缘设置与碳纤维接触的电极片，然后再与另一片石墨烯/导热基底/导热胶贴合。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，碳纤维的覆盖率为30-60%。