CN108093501B - 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件 - Google Patents

适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件 Download PDF

Info

Publication number
CN108093501B
CN108093501B CN201711490217.5A CN201711490217A CN108093501B CN 108093501 B CN108093501 B CN 108093501B CN 201711490217 A CN201711490217 A CN 201711490217A CN 108093501 B CN108093501 B CN 108093501B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
heating
film
heat
epoxy resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711490217.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108093501A (zh
Inventor
刘斌
王田军
黄小华
杜野
吴菲
罗平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Hoverbird Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Hoverbird Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Hoverbird Electronic Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Hoverbird Electronic Technology Co ltd
Priority to CN201711490217.5A priority Critical patent/CN108093501B/zh
Publication of CN108093501A publication Critical patent/CN108093501A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108093501B publication Critical patent/CN108093501B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/03—Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/10—Printing inks based on artificial resins
    • C09D11/102—Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions other than those only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6571—Resistive heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本申请涉及石墨烯技术领域和发热元器件技术领域，具体公开了一种石墨烯发热膜和一种石墨烯加热膜组件。该石墨烯发热膜包括有机高分子基膜和位于该有机高分子基膜的至少一个表面上的加热线路，该加热线路通过将石墨烯导电浆料施加到所述至少一个表面上并固化而形成。该石墨烯加热膜组件通过将该石墨烯发热膜与导热硅胶、石墨烯导热片、有机高分子绝缘膜和温度传感器组合制成。本发明的石墨烯加热膜组件利用了石墨烯的高导电性、高导热性、高机械强度和高柔韧性，具有加热电压低、加热速度快，电热效率高、加热面均匀、无发红炽热现象、可卷绕性好、质地柔软、轻薄、适形好等优点。适用于为动力电池包提供热源，解决低温充放电对电池性能的影响。

Description

适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件
技术领域
本申请涉及石墨烯技术领域和发热元器件技术领域，具体涉及一种石墨烯加热膜和一种石墨烯加热膜组件，尤其是适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件。
背景技术
目前电动汽车动力电池在低温下充电的明显特点是电压迅速上升，在低温下充电会造成正极锂脱落快、负极锂嵌入速度慢，造成锂金属在电极表面上积累生成枝晶，易穿破电池隔膜，使电池短路，构成安全隐患。因此，在低温条件下，动力电池宜进行加热使得电池在室温状态(20-30℃)充放电。
一种加热方式是采用PTC发热片进行加热。PTC发热片是半导体陶瓷，其缺点是重量大、发热效率低、体积尺寸大、无柔韧性、硬脆、不可弯曲卷绕。另一种方式是采用发热膜进行加热。发热膜是由电绝缘材料与封装其内的发热电阻材料组成的平面型发热元件。发热膜由于电阻大，需要在很高电压才能达到发热效果，辐射热损失很大，而且发热电路没有良好的柔软性，在弯折过程中容易断路，在耐热、耐磨性、耐湿性和安全性方面不佳。
石墨烯是一种由碳原子构成的平面薄膜，内部的碳原子之间的连接很柔韧。石墨烯在常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，导热系数高达5300W/(m·K)，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。石墨烯在低于12V的电压下就可以获得良好的加热效果。
发明内容
为克服现有技术的问题，本发明的目的是提供一种石墨烯发热膜和一种石墨烯加热膜组件，尤其是可用于电动汽车动力电池包的石墨烯加热膜组件。
因此，在一个方面，本发明提供一种石墨烯发热膜，该石墨烯发热膜包括有机高分子基膜和位于该有机高分子基膜的至少一个表面上的加热线路，该加热线路通过将石墨烯导电浆料施加到该至少一个表面上并固化而形成。
具体地，该石墨烯导电浆料包含环氧官能化的石墨烯1-10重量份、环氧树脂4-15重量份、环氧改性的硅氧烷2-6重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份。
优选地，该石墨烯导电浆料还包含经硅烷偶联剂改性的导电炭黑5-20重量份、抗拉丝剂0.2-1重量份和抗氧化剂0.05-0.2份。
具体地，该有机高分子膜为PET膜。
具体地，该施加是通过喷涂或者丝网印刷的方式来完成，优选地通过丝网印刷的方式来完成。喷涂和丝网印刷技术在导电浆料领域中的应用是本领域公知的，参见例如以下文献的第16页：李江，电热膜与丝网印刷，《丝网印刷》，1996年01期。
具体地，该固化是通过100-150℃红外线加热5-12分钟来完成。
在另一个方面，本发明提供一种石墨烯加热膜组件，该石墨烯加热膜组件包括根据本发明第一方面的石墨烯发热膜、第一导热硅胶、第二导热硅胶、第一石墨烯导热片、第二石墨烯导热片、第一有机高分子绝缘膜和第二有机高分子绝缘膜，其中该第一导热硅胶位于该石墨烯发热膜的上方，该第一石墨烯导热片位于该第一导热硅胶的上方，该第一有机高分子绝缘膜位于该第一石墨烯导热片的上方，该第二导热硅胶位于该石墨烯发热膜的下方，该第二石墨烯导热片位于该第二导热硅胶的下方，该第二有机高分子绝缘膜位于该第二石墨烯导热片的下方。
优选地，该石墨烯加热膜组件还包括温度传感器，其中该温度传感器位于第一导热硅胶与第一石墨烯导热片之间，或者位于第二导热硅胶与第二石墨烯导热片之间。
优选地，该温度传感器为市售薄片型温度传感器，例如超薄高精度温度传感器。
优选地，该第一有机高分子绝缘膜和第二有机高分子绝缘膜为市售PE绝缘膜。
优选地，该第一石墨烯导热片和第二石墨烯导热片为市售石墨烯导热片。
优选地，该第一导热硅胶和第二导热硅胶为市售导热硅胶。
优选地，该第一有机高分子绝缘膜和第二有机高分子绝缘膜为市售PE绝缘膜。
本发明的有益效果
本发明采用石墨烯作为主体导电剂，充分利用石墨烯的高导电性，尤其采用本申请人开发的石墨烯导电浆料制作出石墨烯发热膜，再通过与导热硅胶、石墨烯导热片和PE绝缘膜组合制成石墨烯加热膜组件，所得组件产品经测试，工作电压<12V，电阻为3～5Ω，冷态绝缘电阻>300MΩ，热态绝缘电阻>200MΩ，温度均匀性＜3℃，另外最高使用温度为60℃，具有加热电压低、加热速度快，电热效率高、加热面均匀、无发红炽热现象、安全节能的优点。
同时，本发明充分利用石墨烯的高导热性。石墨烯导热率最高为4000-6600W/mK，与石墨和传统散热材料相比，石墨烯具有的快速导热特性。本发明的石墨烯加热膜组件采用石墨烯导热片作为热的传递媒介，可以实现快速导热。
而且，石墨烯具有高机械强度和高柔韧性，导电硅胶和PE绝缘膜柔软轻薄，制成的石墨烯加热膜组件可卷绕性好，质地柔软，轻薄，使用寿命长。它可以根据被加热电池包的任意形状弯曲，确保与电池包紧密接触，保证最大的热能传递，大幅度节约电池包的空间和降低电池包的重量，提高电池包的体积能量密度和重量能量密度。
通过配置超薄高精密的温度传感器，实时监控加热膜组件的温度和动力电池包内部温度，可以通过汽车上的智能温控器，进行人性化贯通，保证温度的稳定性、电池包的安全性和操控的便利性。适用于电动汽车电池包，为电池包提供热源，解决低温充放电对电池性能的影响。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的石墨烯加热膜的示意图。图中的附图标记如下：1-石墨烯发热膜；2-导热硅胶；3-石墨烯导热片；4-PE绝缘膜。
具体实施方式
下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的石墨烯发热膜包括有机高分子基膜和位于该有机高分子基膜的至少一个表面上的加热线路，该加热线路通过将石墨烯导电浆料施加到该至少一个表面上并固化而形成。
(I)该石墨烯导电浆料的组分
该石墨烯导电浆料包含以下组分：环氧官能化的石墨烯1-10重量份、环氧树脂4-15重量份、环氧改性的硅氧烷2-6重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份。
优选地，该环氧树脂为具有π键结构的环氧树脂。更优选地，该环氧树脂为具有苯环结构的环氧树脂。还更优选地，该环氧树脂为双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂，尤其是电子级双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。最优选地，该环氧树脂为双酚F型环氧树脂，因为双酚F型环氧树脂具有良好的高温稳定性，对金属、塑料、橡胶、陶瓷等多种材料具有良好的粘接性能。
该环氧官能化的石墨烯是通过用该环氧树脂将石墨烯粉末进行表面官能化制得，其中该环氧树脂与该石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1。优选地，用双酚F型环氧树脂将石墨烯粉末进行表面官能化。
该环氧改性的硅氧烷是通过用该环氧树脂将硅氧烷进行改性制得，其中该环氧树脂与该硅氧烷的重量比为1:3-2:1，其中该硅氧烷是四甲基四氢环四硅氧烷、四甲基二氢二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的至少一种。优选地，用双酚F型环氧树脂将硅氧烷粉末进行表面官能化。
优选地，该石墨烯导电浆料还包含5-20重量份的经硅烷偶联剂改性的导电炭黑。该硅烷偶联剂改性的导电炭黑是通过用硅烷偶联剂将导电炭黑进行改性制得，其中该硅烷偶联剂占该导电炭黑的重量的0.8％-2.5％。优选地，该硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)。
优选地，该石墨烯导电浆料还包含0.2-1重量份的抗拉丝剂和0.05-0.2份的抗氧化剂。该抗拉丝剂可以防止该石墨烯导电浆料在使用过程中出现拉丝现象，而该抗氧化剂有助于防止石墨烯导电浆料的氧化。
该石墨烯导电浆料中所用的石墨烯为本领域公知的石墨烯粉末，优选高导电性的石墨烯粉末，在石墨烯粉末制备过程中采用N、B等元素掺杂石墨烯，石墨烯粉末的层数少于5层。这种石墨烯的市售供应商例如是深圳市烯旺新材料科技股份有限公司、常州第六元素股份有限公司、常州二维碳素科技股份有限公司等。
该石墨烯导电浆料中所用的导电炭黑为本领域公知的导电炭黑，例如日本狮王公司(LION)的Ketjenblack(科琴黑)系列超导碳黑(Ketjenblack EC-300J和EC-600JD)、美国卡博特公司(CABOT)的VXC系列导电碳黑、赢创德固赛(Evonik Degussa)公司生产的PRINTEX XE2-B、PRINTEX L6、HIBLAXK 40B2等。
该环氧活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚，1,6-环已二醇二缩水甘油醚、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环己二醇二缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚中的至少一种。
该潜伏性固化剂为镧系三氟化硼乙酸络合物La(BF3·C4H7O4)n、Sm(BF3·C4H7O4)n、Dy(BF3·C4H7O4)n、Er(BF3·C4H7O4)n或Yb(BF3·C4H7O4)n中的至少一种，其中(BF3·C4H7O4)n表示三氟化硼乙酸根阴离子，n表示络合系数。
该抗拉丝剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米白炭黑中的至少一种。更优选地，该抗拉丝剂为A380白炭黑。
该抗氧化剂为双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚、二甲基琥珀酸酯-4-羟基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇中的至少一种。
(II)该石墨烯导电浆料的制备方法
该石墨烯导电浆料的制备方法包括以下步骤：
石墨烯粉末的环氧官能化：用环氧树脂将石墨烯粉末进行环氧官能化，其中该环氧树脂与该石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1；
硅氧烷的环氧改性：用环氧树脂将硅氧烷进行改性，其中该环氧树脂与该硅氧烷的重量比为1:3-2:1；
混料：将经表面官能化的该石墨烯粉末1-10重量份、经环氧改性的该硅氧烷2-6重量份、该环氧树脂4-15重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份进行低速分散搅拌、高速分散搅拌、真空脱泡，制得该石墨烯导电浆料。
优选地，该环氧树脂为具有π键结构的环氧树脂。更优选地，该环氧树脂为具有苯环结构的环氧树脂。还更优选地，该环氧树脂为双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂，尤其是电子级双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。最优选地，该环氧树脂为双酚F型环氧树脂，因为双酚F型环氧树脂具有良好的高温稳定性，对金属、塑料、橡胶、陶瓷等多种材料具有良好的粘接性能。
优选地，该石墨烯粉末的环氧官能化步骤包括将该石墨烯粉末与环氧树脂在无水溶剂中，在20-120℃的温度、功率为500W-4800W，频率为30KHz-120KHz的超声波、300rpm-3500rpm的旋转下震荡处理1-8小时，然后在低于50℃的条件下真空过滤干燥，除去溶剂，制得环氧官能化的石墨烯，其中该溶剂为无水乙醇、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、醋酸异戊酯、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的一种或者几种的混合物。
优选地，该硅氧烷的环氧改性步骤包括将甲苯、环氧树脂、催化剂四氯化铂在通氮气的条件下搅拌混合15min，其中甲苯与所述环氧树脂的重量比为1.2:1-3.0:1，催化剂四氯化铂占环氧树脂重量的0.008％-0.05％，然后将所得混合物在氮气气氛下升温至70℃，滴加甲苯与硅氧烷的1:1-5:1混合液1h，继续反应6h，真空蒸馏除去甲苯溶剂，获得环氧改性的硅氧烷，其中该硅氧烷是四甲基四氢环四硅氧烷、四甲基二氢二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的至少一种。
优选地，该混料步骤之前还包括用硅烷偶联剂在酸性水溶液中将导电炭黑进行改性，其中该硅烷偶联剂占该导电炭黑的重量的0.8％-2.5％；该混料步骤包括还加入5-20重量份的经改性的该导电炭黑进行混料。优选地，该硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)。
优选地，该混料步骤包括还加入0.2-1重量份的抗拉丝剂和0.05-0.2份的抗氧化剂进行混料。
优选地，该混料步骤在非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中进行，该非接触式行星式搅拌真空脱泡一体机的真空度为-0.095MPa；低速分散搅拌时，公转转速为100-500rpm，公转与自转速度之比为1:5-2:1，时间10min-120min；高速分散搅拌时，公转转速为800-5000rpm，公转与自转速度之比为1:2-3:1，时间15min-80min。
该石墨烯、该导电炭黑、该环氧活性稀释剂、该潜伏性固化剂、该抗拉丝剂和该抗氧化剂如本发明第一方面所述。
另外，应当指出的是，对于本发明的第一方面和第二方面而言，对该石墨烯进行环氧官能化的环氧树脂、对该硅氧烷进行环氧改性的环氧树脂和作为该石墨烯导电浆料的主体组分之一的环氧树脂可以相同或者可以不相同。例如该石墨烯进行环氧官能化的环氧树脂、对该硅氧烷进行环氧改性的环氧树脂和作为该石墨烯导电浆料的主体组分之一的环氧树脂可以各自独立地为双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。
(III)该石墨烯导电浆料的制备实例
制备实例1
本制备实例中，对石墨烯进行环氧官能化的环氧树脂、对硅氧烷进行环氧改性的环氧树脂和作为石墨烯导电浆料的主体组分之一的环氧树脂均采用双酚A型环氧树脂。该双酚A型环氧树脂购自深圳市佳迪达化工有限公司，型号为NPEL-128E。
将2g石墨烯粉末(深圳市烯旺新材料科技股份有限公司制备的高导电性的石墨烯粉末)、3.5g双酚A型环氧树脂和200g无水乙醇加入到中高速旋转腔体试验机中。该高速旋转腔体试验机配置了超声波发生器和加热恒温装置。将混合物在20-120℃，1600rpm高速旋转并且2000W、频率80KHz的超声波下震荡1-8h小时，然后在低于50℃的条件下真空过滤干燥，除去溶剂，制得表面官能化的石墨烯粉末。
将200g甲苯、80g双酚A型环氧树脂、0.02g催化剂四氯化铂加入玻璃容器中，在200rpm的搅拌速度下，在通氮气的条件下搅拌混合15min。然后在氮气气氛下将混合物升温至70℃。使用滴液漏斗滴加80g甲苯与20g四甲基四氢环四硅氧烷的混合液1h。滴加完毕后，继续反应6h，真空蒸馏除去甲苯溶剂，获得环氧改性的硅氧烷。
将10g所制得的表面功能化的石墨烯粉末、4g所制得的环氧改性的硅氧烷、10g双酚A型环氧树脂、4g乙二醇二缩水甘油醚、0.5g La(BF3·C4H7O4)n、0.5gA380白炭黑和0.1g双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入玻璃容器中，在120rpm的搅拌速度下搅拌至均匀。然后将混合物加入真空度为-0.095MPa的非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，先进行低速分散搅拌，公转转速为100-500rpm，公转与自转速度之比为1:5-2:1，搅拌时间为40min，接着进行高速分散搅拌时，公转转速为800～5000rpm，公转与自转速度之比为1:2-3:1，搅拌时间为30min，然后真空脱除气泡，制得本制备实例的石墨烯导电浆料。
制备实例2
本制备实例中，对石墨烯进行环氧官能化的环氧树脂、对硅氧烷进行环氧改性的环氧树脂和作为石墨烯导电浆料的主体组分之一的环氧树脂均采用双酚F型环氧树脂代替制备实例1中的双酚A型环氧树脂，其余均与制备实例1相同。该双酚F型环氧树脂购自深圳市佳迪达化工有限公司，型号为NPEF-170。制备实例3
本制备实例中，对石墨烯进行环氧官能化的环氧树脂和对硅氧烷进行环氧改性的环氧树脂均采用制备实例1中的双酚A型环氧树脂，作为石墨烯导电浆料的主体组分之一的环氧树脂采用制备实例2中的双酚F型环氧树脂，其余均与制备实例1相同。
制备实例4
本制备实例中，对石墨烯进行环氧官能化的环氧树脂和对硅氧烷进行环氧改性的环氧树脂均采用制备实例2中的双酚F型环氧树脂，作为石墨烯导电浆料的主体组分之一的环氧树脂采用制备实例1中的双酚A型环氧树脂，其余均与制备实例1相同。
制备实例5-8
制备实例5-8分别与制备实例1-4对应，但在均增加了对导电炭黑进行表面改性的步骤，并将所制得的表面改性的导电炭黑与其余组分一起制备石墨烯导电浆料。
具体地，使用日本狮王公司(LION)的导电碳黑Ketjenblack EC-300J，并使用KH560硅烷偶联剂对该导电炭黑进行表面改性。将100g导电碳黑Ketjenblack EC-300J和1.2g KH560硅烷偶联剂在浓度为0.5％的稀硫酸水溶液中，在40～80℃的温度下反应0.6～2小时，得到表面改性的导电炭黑。
对于制备实例5，将20g所得的表面改性的导电炭黑与制备实例1所述的各组分进行混合搅拌，其中环氧官能化的石墨烯由10g改为1g，并按制备实例1中所述在非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中进行低速分散搅拌、高速分散搅拌和真空脱泡，得到石墨烯导电浆料。
对于制备实例6，将15g所得的表面改性的导电炭黑与制备实例2所述的各组分进行混合搅拌，其中环氧官能化的石墨烯由10g改为2.5g，并按制备实例1中所述在非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中进行低速分散搅拌、高速分散搅拌和真空脱泡，得到石墨烯导电浆料。
对于制备实例7，将10g所得的表面改性的导电炭黑与制备实例3所述的各组分进行混合搅拌，其中环氧官能化的石墨烯由10g改为5g，并按制备实例1中所述在非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中进行低速分散搅拌、高速分散搅拌和真空脱泡，得到石墨烯导电浆料。
对于制备实例8，将5g所得的表面改性的导电炭黑与制备实例4所述的各组分进行混合搅拌，其中环氧官能化的石墨烯由10g改为7.5g，并按制备实例1中所述在非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中进行低速分散搅拌、高速分散搅拌和真空脱泡，得到石墨烯导电浆料。
以下用实施例说明本发明的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件。这些实施例是示例性的，不能认为构成对本发明的限制。本发明的范围仅由权利要求书来限定。
实施例1
本实施例说明本发明的石墨烯加热膜的一个实施方案。
通过上文“(III)该石墨烯导电浆料的制备实例”中的任一制备实例，制备得到石墨烯导电浆料。
选取PET高分子膜(购自东莞市胜禾电子材料有限公司，厚度0.075-0.2mm)，选用太阳能电池丝印机(购自深圳全通网印机电设备有限公司)，并先设计石墨烯发热膜的加热线路图，制作成丝网印版。
将PET高分子膜放在太阳能电池丝印机的印刷台上，将丝网印版固定在网框上，置于PET高分子膜的上方，相距2-30毫米。将适量的石墨烯导电浆料加到丝网上，用刮刀刮涂浆料，使其均匀填充于网孔之中，刮刀在移动的过程中把浆料通过丝网网孔挤压到PET高分子膜的一个表面上，印刷出加热电路。可视需要而定在另一个表面上同样印刷出加热电路。
将印刷了加热电路的PET高分子膜放置于红外线加热炉中，在100-150℃下进行红外线固化5-12分钟，制得本实施例的石墨烯加热膜。
实施例2
本实施例说明本发明的石墨烯加热膜组件的一个实施方案。
真空灌装导热硅胶(购自深圳市佳日丰电子材料有限公司)，使导热硅胶包裹实施例1制得的石墨烯发热膜，使石墨烯发热膜上下表面各有一层导电硅胶，每层厚度为0.08-0.4mm。将超薄高精度温度传感器(无锡中汇汽车电子有限公司)置于上层导电硅胶或者下层导电硅胶的表面上。超薄高精度温度传感器的厚度为0.2mm，测温范围为-40℃至100℃，零功率电阻值为R25＝10KΩ±0.5％，材料常数为B25/85＝3370K±0.5％，反应速度约1s。
将以上获得的用导热硅胶包裹的石墨烯发热墨上下两面依次用石墨烯导热片(购自深圳市烯旺新材料科技股份有限公司供应，厚度0.05mm-0.5mm)和PE绝缘膜(购自佛山市南牧新材料有限公司，厚度0.05-0.3mm)夹好，然后放置在超声波热溶压合固化机(购自东莞市龙科自动化设备科技有限公司；频率20KHZ，功率2000W，温度100-150℃，焊接时间0.5-10s)，制得本实施例的石墨烯加热膜组件。
所制得的石墨烯加热膜组件按照GB/T 7287-2008《红外辐射加热器试验方法》和GB/T4208-2008《防水等级试验方法》进行性能测试。测试项目、测试方法和测试结果如下：
由上表可见，采用石墨烯材料作为主体导电剂，制作得到的石墨烯加热膜组件的工作电压<12V，电阻为3-5Ω，冷态绝缘电阻>300MΩ，热态绝缘电阻>200MΩ，温度均匀性＜3℃，另外最高使用温度为60℃，具有加热电压低、加热速度快，面状发热、安全节能的优点。
以上应用了具体实例对本发明进行了阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。本发明所属技术领域的技术人员依据本发明的构思，还可以做出若干简单推演、变形或替换。这些推演、变形或替换方案也落入本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯发热膜包括有机高分子基膜和位于所述有机高分子基膜的至少一个表面上的加热线路，所述加热线路通过将石墨烯导电浆料施加到所述至少一个表面上并固化而形成，
所述石墨烯导电浆料的制备方法包含以下步骤：用环氧树脂将石墨烯粉末进行环氧官能化，其中环氧树脂与石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1；用环氧树脂将硅氧烷进行改性，其中环氧树脂与硅氧烷的重量比为1:3-2:1；将经环氧官能化的所述石墨烯粉末1-10重量份、环氧树脂4-15重量份、经环氧改性的所述硅氧烷2-6重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份进行低速分散搅拌、高速分散搅拌、真空脱泡，制得该石墨烯导电浆料，
其中，所述环氧树脂为具有π键结构的环氧树脂，所述硅氧烷是四甲基四氢环四硅氧烷、四甲基二氢二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯导电浆料还包含经硅烷偶联剂改性的导电炭黑5-20重量份、抗拉丝剂0.2-1重量份和抗氧化剂0.05-0.2份。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述有机高分子基膜为PET膜，所述施加是通过丝网印刷的方式来完成，所述固化是通过100-150℃红外线加热5-12分钟来完成。
4.一种石墨烯加热膜组件，其特征在于，所述石墨烯加热膜组件包括根据权利要求1-3中任一项所述的石墨烯发热膜、第一导热硅胶、第二导热硅胶、第一石墨烯导热片、第二石墨烯导热片、第一有机高分子绝缘膜和第二有机高分子绝缘膜，其中所述第一导热硅胶位于所述石墨烯发热膜的上方，所述第一石墨烯导热片位于所述第一导热硅胶的上方，所述第一有机高分子绝缘膜位于所述第一石墨烯导热片的上方，所述第二导热硅胶位于所述石墨烯发热膜的下方，所述第二石墨烯导热片位于所述第二导热硅胶的下方，所述第二有机高分子绝缘膜位于所述第二石墨烯导热片的下方。
5.根据权利要求4所述的石墨烯加热膜组件，其特征在于，所述石墨烯加热膜组件还包括温度传感器，其中所述温度传感器位于所述第一导热硅胶与第一石墨烯导热片之间或者所述第二导热硅胶与第二石墨烯导热片之间。
6.根据权利要求5所述的石墨烯加热膜组件，其特征在于，所述温度传感器为市售薄片型温度传感器。
7.根据权利要求5或6所述的石墨烯加热膜组件，其特征在于，所述第一石墨烯导热片和第二石墨烯导热片为市售石墨烯导热片。
8.根据权利要求5或6所述的石墨烯加热膜组件，其特征在于，所述第一导热硅胶和第二导热硅胶为市售导热硅胶。
9.根据权利要求5或6所述的石墨烯加热膜组件，其特征在于，所述第一有机高分子绝缘膜和第二有机高分子绝缘膜为市售PE绝缘膜。
CN201711490217.5A 2017-12-29 2017-12-29 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件 Active CN108093501B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711490217.5A CN108093501B (zh) 2017-12-29 2017-12-29 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711490217.5A CN108093501B (zh) 2017-12-29 2017-12-29 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108093501A CN108093501A (zh) 2018-05-29
CN108093501B true CN108093501B (zh) 2023-08-01

Family

ID=62181421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711490217.5A Active CN108093501B (zh) 2017-12-29 2017-12-29 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108093501B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109066018A (zh) * 2018-07-31 2018-12-21 徐振钢 一种适用于低温环境的笔记本电脑
CN108684091B (zh) * 2018-07-31 2024-05-10 黑龙江碳谷工贸有限公司 石墨烯发热膜及其制备方法
CN109370370A (zh) * 2018-09-10 2019-02-22 成都紫苑华光新材料科技有限公司 一种石墨烯发热涂料及其制备方法
CN111509323A (zh) * 2019-01-30 2020-08-07 雷达 一种新能源汽车动力电池石墨烯热管理方法
CN110301695A (zh) * 2019-06-11 2019-10-08 天津宝坻紫荆创新研究院 一种基于石墨烯加热的保暖服饰
CN111207439B (zh) * 2020-01-13 2022-03-08 杭州慈源科技有限公司 一种微孔加热器结构
CN111628248B (zh) * 2020-05-26 2021-08-24 湖南烯源新材科技有限公司 动力电池自限温石墨烯加热膜组件及其加热膜的制备方法
CN112757724B (zh) * 2020-12-29 2022-05-20 杭州宜联研仿科技有限公司 一种挠性金属基石墨烯电热材料的制备方法
CN113290999A (zh) * 2021-02-19 2021-08-24 哈工大机器人集团(无锡)科创基地研究院 一种具有网格化分布的表面柔软的复合导热材料及其制备方法
CN114559710B (zh) * 2021-12-30 2024-05-17 中庆建设有限责任公司 一种低压发热碳纤维布/石墨烯复合材料及其制备方法
CN114552070A (zh) * 2022-02-22 2022-05-27 成都市锐柯机械有限责任公司 一种石墨烯加热便捷启动电源

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130277573A1 (en) * 2011-01-07 2013-10-24 Dune Sciences, Inc. Functionalized carbon membranes
CN104464883A (zh) * 2014-12-26 2015-03-25 苏州格瑞丰纳米科技有限公司 表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料、其制备方法及应用
CN106893447A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院金属研究所 一种环氧树脂-石墨烯界面化学键合防腐涂料及制备方法
CN106941736A (zh) * 2017-03-20 2017-07-11 青岛华高墨烯科技股份有限公司 一种石墨烯电加热膜及其制备方法
CN107197546A (zh) * 2017-03-20 2017-09-22 北京旭碳新材料科技有限公司 电加热结构和装置及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1161075A (ja) * 1997-08-18 1999-03-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd 半導体用樹脂ペースト

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130277573A1 (en) * 2011-01-07 2013-10-24 Dune Sciences, Inc. Functionalized carbon membranes
CN104464883A (zh) * 2014-12-26 2015-03-25 苏州格瑞丰纳米科技有限公司 表面吸附分散剂的石墨烯导电浆料、其制备方法及应用
CN106893447A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院金属研究所 一种环氧树脂-石墨烯界面化学键合防腐涂料及制备方法
CN106941736A (zh) * 2017-03-20 2017-07-11 青岛华高墨烯科技股份有限公司 一种石墨烯电加热膜及其制备方法
CN107197546A (zh) * 2017-03-20 2017-09-22 北京旭碳新材料科技有限公司 电加热结构和装置及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108093501A (zh) 2018-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108093501B (zh) 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件
CN101873729B (zh) 电发热膜及其制备方法
CN108257710B (zh) 一种石墨烯导电浆料及其制备方法
JP5185582B2 (ja) 熱伝導性シート
CN109082050B (zh) 一种CQDs@PVP/PVDF复合介电薄膜的制备方法
CN101969703B (zh) 中高温碳晶电热材料、中高温碳晶电热板以及相关制备方法
CN103922324A (zh) 一种高导热石墨膜的制备方法
JP2017525125A (ja) 一つの電熱装置及びその製造方法について
CN107337902A (zh) 玻璃纤维、碳纳米管共改性环氧复合材料及其制备方法
CN106785232A (zh) 一种新能源电动汽车专用石墨加热片及其制备方法
CN104320954A (zh) 一种热熔导热膜、含热熔导热膜的导热衬垫及其制备方法和制备装置
CN111607292A (zh) 新型ptc发热油墨及其制备方法以及在电热膜中的应用
CN112477313A (zh) 多孔碳化钛MXene/还原氧化石墨烯基地暖砖
CN210579283U (zh) 一种高均匀性电加热膜
CN112523461A (zh) 多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基地暖砖
Xie et al. Preparation and performance evaluation of organophilic nano-montmorillonite conducting polymer electrolyte for all-solid-state lithium ion batteries
CN108912606A (zh) 一种石墨烯导电发热浆料及其制备方法
CN2927046Y (zh) 一种湿度传感器的加热装置
CN111058071A (zh) 一种提高无机金属材料和高分子聚合物之间界面热传导的方法
CN107974233A (zh) 一种复合绝缘子胶接界面偶联剂及制备方法
CN208158919U (zh) 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件
CN105924975B (zh) 一种直流超高压交联电缆预制中间接头硅橡胶及制备方法
CN109462900B (zh) 一种高温石墨烯加热板及其制备方法
CN103804706B (zh) 一种有序石墨烯导电聚酰亚胺薄膜及其制备方法
CN103500654A (zh) 一种氮掺杂石墨烯/pvdf复合介电薄膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 2801, Building 2, Chuangxiang Building, Overseas Chinese Town, Beizhan Community, Minzhi Street, Longhua District, Shenzhen, Guangdong 518000

Applicant after: SHENZHEN HOVERBIRD ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: No. 902, 9 / F, Tsinghua information port, North District, high tech Industrial Park, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Applicant before: SHENZHEN HOVERBIRD ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant