CN106987233A - 一种热管理材料及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热管理材料及其制备方法、应用，其中，方法包括步骤：按重量百分比计，将5‑10%的多层片状石墨烯和2‑5%的碳纤维缓慢加入熔融状态下的60‑80%的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；往初步相变材料中添加2‑5%的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；将5‑10%的增强树脂和5‑10%的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得热管理材料。本发明制备的热管理材料具有很强的阻燃、绝缘、高储热以及导热性能，将热管理材料与新能源动力锂电池表面接触使用，不仅可以达到良好的导热效果，还可以起到储蓄热能的效果，解决锂电池组瞬间热量突升的情况，降低热失控的风险，提高电池组的安全性能。

Description

一种热管理材料及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及热管理领域，尤其涉及一种热管理材料及其制备方法、应用。
背景技术
目前各行业产品的热管理主要是通过无机或有机材料的良好导热性能将产生的热量散发到周边环境中，这种管理方式不仅不能够有效的抑制温度的快速上升，而且还增加了产品的重量、并扩大了产品的体积，给产品的轻量化设计带来较大难度；
相变材料(PCMs)是一种物质发生相变时能够吸收或放出热量而该物质本身温度不变或变化不大的智能材料。由于其独特的自适应环境温度调控等功能，因而广泛用于太阳能利用、工业余热废热回收、建筑节能、恒温服饰、蓄冷蓄热空调以及电器件恒温等能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等领域
尽管已经有将相变材料用作电池组热管理的报道，但是仍然存在例如材料热导率低，导热性差，起不到良好的电池组均温性；阻燃性能差、容易燃烧，组件形状稳定性和循环稳定差，组件表面容易渗出等问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热管理材料及其制备方法、应用，旨在解决现有热管理材料热导率低，导热性差，起不到良好的电池组均温性；阻燃性能差、容易燃烧；组件形状稳定性和循环稳定差，组件表面容易渗出等问题。
本发明的技术方案如下：
一种热管理材料的制备方法，其中，包括步骤：
A、按重量百分比计，将5-10%的多层片状石墨烯和2-5%的碳纤维缓慢加入熔融状态下的60-80%的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；
B、往所述初步相变材料中添加2-5%的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；
C、将5-10%的增强树脂和5-10%的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入所述复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得所述热管理材料。
所述的热管理材料的制备方法，其中，包括步骤：
A1、将100g的多层片状石墨烯和50g的碳纤维缓慢加入熔融状态下的900g的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；
B1、往所述初步相变材料中添加50g的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；
C1、将100g的增强树脂和100g的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入所述复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得所述热管理材料。
所述的热管理材料的制备方法，其中，所述增强树脂为HDPE或ABS中的一种，所述吸油树脂为聚丙烯酸酯。
所述的热管理材料的制备方法，其中，所述阻燃剂为磷系无卤素阻燃剂、氮系无卤素阻燃剂或磷氮系无卤素阻燃剂中的一种或多种。
所述的热管理材料的制备方法，其中，所述长链烷烃为52#石蜡或60#石蜡中的一种。
所述的热管理材料的制备方法，其中，在添加多层片状石墨烯的过程中，先在30r/min的搅拌速度下缓慢加入，持续搅拌30min，接着将搅拌速度加快至60r/min。
所述的热管理材料的制备方法，其中，在加入阻燃剂后，以60r/min的搅拌速度持续搅拌60min。
所述的热管理材料的制备方法，其中，加入所述复合阻燃剂的相变材料后，以30r/min的搅拌速度持续搅拌60min后，自然冷却到30-100℃，即制得所述热管理材料。
一种热管理材料，其中，采用上述任意一种热管理材料的制备方法制备而得。
一种热管理材料的应用，其中，将所述热管理材料应用于电池热管理、光伏、导电材料、散热器件和储能材料中。
有益效果：本发明提供的热管理材料相对于现有的相变材料具有以下优点：1）、本发明的热管理材料具有良好的导热性能和温控功能，可用于动力电池、通讯基站电池以及其它电池的电池组热管理，当电池组内单体电池过热时，热管理材料能够有效地吸收热量并迅速传导扩散，保障电池组内各单体电池之间的温度均匀性；2）、当电池组整体温度过高时，本发明的热管理材料能够吸收过多的热量而起到防止超温的作用；当电池组温度过低时，热管理材料能够释放本身所储存的热能，防止电池组因温度过低而降低电池效能。因此，本发明的热管理材料能够保障电池组的运行温度不超过耐受温度，延长使用寿命，并且提高了电池组的安全性；3）、本发明通过热管理材料对电池组温度的调控，可以使电池组运行在额定温度范围内，提高电池组的整体效能；4）、本发明的热管理材料组分中含有碳纤维，能够起到有效的增强作用，可抵抗模块反复熔融、凝固相变过程中因体积膨胀、收缩导致的破坏作用；因此可较大程度地提高热管理材料中相变材料的含量，进而提高热管理材料的储热能力，使其对温度的调节控制更稳定；5）、本发明的热管理材料组分中含有高效阻燃剂，能够有效防止电池组因事故导致的燃烧问题，大大提高电池组的安全性能；6）、本发明的热管理材料组分中添加树脂增强材料，如HDPE、ABS、PC等，能够对相变材料起到定型作用，避免其熔融相变后出现严重的流动和渗出问题。
附图说明
图1为本发明一种热管理材料的制备方法较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种热管理材料及其制备方法、应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明提供的一种热管理材料的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其中包括步骤：
S10、按重量百分比计，将5-10%的多层片状石墨烯和2-5%的碳纤维缓慢加入熔融状态下的60-80%的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；
S20、往所述初步相变材料中添加2-5%的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；
S30、将5-10%的增强树脂和5-10%的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入所述复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得所述热管理材料。
本发明多层片状石墨烯及长链烷烃做主要材料，添加阻燃剂、碳纤维、增强树脂和吸油树脂，制备出具有阻燃、绝缘以及高储热能力和导热性能的热管理材料，可通过其他方式将所述热管理材料做成组件，用于各行业需要热管理、热设计的产品中；例如将所述热管理材料用于电池中，将所述热管理材料与新能源动力锂电池表面接触使用，不仅可以达到良好的导热效果，还可以起到一定程度的储蓄热能的效果，解决锂电池组瞬间热量突升的情况，降低热失控的风险，提高电池组的安全性能。
下面通过一个具体实施例对本发明方案进行详细说明：
A1、将100g的多层片状石墨烯和50g的碳纤维缓慢加入熔融状态下的900g的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；
具体来说，本发明先称取100g的多层片状石墨烯在0.3pa的条件下真空干燥24-72h，优选真空干燥36h，既达到干燥目的，又提升生产效率；然后称取900g的长链烷烃，将其放置于5L不锈钢容器中，在3KW功率的电加热平台上进行加热至熔融状态；最后将所述多层片状石墨烯和预先称取的50g碳纤维缓慢加入所述熔融状态下的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料。
所述初步相变材料中，由于往相变材料长链烷烃中加入了多层片状石墨烯，因此具有了良好的导热性能和温控功能，可用于动力电池、通讯基站电池以及其它电池的电池组热管理，当电池组内单体电池过热时，热管理材料能够有效地吸收热量并迅速传导扩散，保障电池组内各单体电池之间的温度均匀性；当电池组整体温度过高时，本发明的热管理材料能够吸收过多的热量而起到防止超温的作用；当电池组温度过低时，热管理材料能够释放本身所储存的热能，防止电池组因温度过低而降低电池效能；因此，本发明的热管理材料能够保障电池组的运行温度不超过耐受温度，延长使用寿命，并且提高了电池组的安全性；本发明通过热管理材料对电池组温度的调控，可以使电池组运行在额定温度范围内，提高电池组的整体效能。
进一步，由于往相变材料长链烷烃中添加了碳纤维（优选短切纤维），能够对相变材料起到有效的增强作用，可抵抗相变材料反复熔融、凝固相变过程中因体积膨胀、收缩导致的破坏作用；因此可较大程度地提高热管理材料中相变材料的含量，进而提高热管理材料的储热能力，使其对温度的调节控制更稳定。
较佳地，在本发明中，所述长链烷烃为52#石蜡或60#石蜡中的一种，石蜡是一种化学性质稳定、相变潜热大、无过冷及相分离现象的有机相变储热材料；本发明优选60#石蜡作为热管理材料的主要材料，能够有效储存热量。
更进一步，本发明在添加多层片状石墨烯的过程中，先以30r/min的搅拌速度下缓慢加入，持续搅拌30min，接着将搅拌速度加快至60r/min；通过上述过程可将石墨烯与熔化后的长链烷烃充分接触并混合均匀，有效提升箱变材料的稳定性与均衡性。
B1、往所述初步相变材料中添加50g的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；
具体来说，在加入阻燃剂后，以60r/min的搅拌速度持续搅拌60min，将所述阻燃剂充分融入到长链烷烃、石墨烯和碳纤维中；在热管理材料中添加阻燃剂，能够有效防止电池组因事故导致的燃烧问题，大大提高电池组的安全性能；较佳地，所述阻燃剂为磷系无卤素阻燃剂、氮系无卤素阻燃剂或磷氮系无卤素阻燃剂中的一种或多种；本发明优选磷氮系无卤素阻燃剂，其阻燃性能最佳。
C1、将100g的增强树脂和100g的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入所述复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得所述热管理材料。
具体来说，加入所述复合阻燃剂的相变材料后，以30r/min的搅拌速度持续搅拌60min后，自然冷却到30-100℃，即制得所述热管理材料；优选地，所述增强树脂为HDPE或ABS中的一种，所述吸油树脂为聚丙烯酸酯；本发明通过在热管理材料中添加增强树脂和吸油树脂能够对相变材料起到定型作用，有效避免其熔融相变后出现严重的流动和渗出问题。
进一步，本发明还提供一种热管理材料，其中，采用上述任意一种热管理材料的制备方法制备而得。
更进一步，本发明可将所述热管理材料应用于电池热管理、光伏、导电材料、散热器件和储能材料中。
综上所述，本发明提供的热管理材料相对于现有的相变材料具有以下优点：1）、本发明的热管理材料具有良好的导热性能和温控功能，可用于动力电池、通讯基站电池以及其它电池的电池组热管理，当电池组内单体电池过热时，热管理材料能够有效地吸收热量并迅速传导扩散，保障电池组内各单体电池之间的温度均匀性；2）、当电池组整体温度过高时，本发明的热管理材料能够吸收过多的热量而起到防止超温的作用；当电池组温度过低时，热管理材料能够释放本身所储存的热能，防止电池组因温度过低而降低电池效能。因此，本发明的热管理材料能够保障电池组的运行温度不超过耐受温度，延长使用寿命，并且提高了电池组的安全性；3）、本发明通过热管理材料对电池组温度的调控，可以使电池组运行在额定温度范围内，提高电池组的整体效能；4）、本发明的热管理材料组分中含有碳纤维，能够起到有效的增强作用，可抵抗模块反复熔融、凝固相变过程中因体积膨胀、收缩导致的破坏作用；因此可较大程度地提高热管理材料中相变材料的含量，进而提高热管理材料的储热能力，使其对温度的调节控制更稳定；5）、本发明的热管理材料组分中含有高效阻燃剂，能够有效防止电池组因事故导致的燃烧问题，大大提高电池组的安全性能；6）、本发明的热管理材料组分中添加树脂增强材料，如HDPE、ABS、PC等，能够对相变材料起到定型作用，避免其熔融相变后出现严重的流动和渗出问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种热管理材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、按重量百分比计，将5-10%的多层片状石墨烯和2-5%的碳纤维缓慢加入熔融状态下的60-80%的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；
B、往所述初步相变材料中添加2-5%的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；
C、将5-10%的增强树脂和5-10%的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入所述复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得所述热管理材料。
2.根据权利要求1所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A1、将100g的多层片状石墨烯和50g的碳纤维缓慢加入熔融状态下的900g的长链烷烃中，搅拌均匀得到初步相变材料；
B1、往所述初步相变材料中添加50g的阻燃剂并搅拌均匀，得到复合阻燃剂的相变材料；
C1、将100g的增强树脂和100g的吸油树脂混合并加热至熔融状态后，加入所述复合阻燃剂的相变材料，持续搅拌预定时间，冷却后即制得所述热管理材料。
3.根据权利要求1或2所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，所述增强树脂为HDPE或ABS中的一种，所述吸油树脂为聚丙烯酸酯。
4.根据权利要求1或2所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为磷系无卤素阻燃剂、氮系无卤素阻燃剂或磷氮系无卤素阻燃剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，所述长链烷烃为52#石蜡或60#石蜡中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，在添加多层片状石墨烯的过程中，先在30r/min的搅拌速度下缓慢加入，持续搅拌30min，接着将搅拌速度加快至60r/min。
7.根据权利要求1或2所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，在加入阻燃剂后，以60r/min的搅拌速度持续搅拌60min。
8.根据权利要求1或2所述的热管理材料的制备方法，其特征在于，加入所述复合阻燃剂的相变材料后，以30r/min的搅拌速度持续搅拌60min后，自然冷却到30-100℃，即制得所述热管理材料。
9.一种热管理材料，其特征在于，采用上述权利要求1-8任意一种热管理材料的制备方法制备而得。
10.一种热管理材料的应用，其特征在于，将所述热管理材料应用于电池热管理、光伏、导电材料、散热器件和储能材料中。
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