CN108822414A - 一种锂离子电池用导热橡胶材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，主要由液态烯烃橡胶和导热填料组成，在动力电池装配过程中引入锂离子电池系统发热部件和散热片之间的间隙，提供具有优异散热性能的电池散热结构。本发明还提供这种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的制备方法和使用方法。本发明提供的导热复合材料除具有较高的导热率以外，还具备优良的耐锂电池电解液性能，可在贴近电池(cell)附近使用。本发明简单易行，适合大规模生产应用。

Description

一种锂离子电池用导热橡胶材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物复合材料，尤其涉及一种用于动力锂离子电池用导热橡胶材料及其制备方法。
背景技术
电池模块(pack)由若干电池单体(battery cell)串并联组合形成，是组成电池组的元素。实际上，人们往往把模块看成一块大电池。温度是制约电动汽车性能提升的关键因素，较高的温度会导致电极和电解液老化，电池循环次数降低。锂离子电池在进行充放电时，内部将产生大量的热量。如果散热不及时，会导致电池局部温度快速上升，电池使用寿命大大缩短，严重时甚至会造成电池热失控，汽车发生爆燃。温度上升，电池内阻减小，电池效率提高。但温度的升高，又会加速电池内部有害化学反应速率，进而破坏电池。一般来说，温度上升10℃，化学反应速率增加一倍。
相反，在较低的温度下运行时，由于电解液活性低，离子扩散速度慢，电池内阻增加，放电容量会显著降低，充电期间内压上升较快，影响电池的使用安全。电池内部温度及温度均匀性是保证电池组性能及其使用寿命的最重要前提。温度过高或者过低都不利于动力电池的性能发挥。为延长动力电池寿命，提升其电化学性能以及能量效率，必须设计合理的电池热量管理系统，在高温条件下对电池进行散热、低温条件下对电池进行加热或保温，以提升电动汽车整车性能。电池模块热管理是非常重要的电池功能部件。
电池热管理的目标是为电池模块提供一个合理且均匀的工作环境温度。另外、，作为一个汽车零部件，电动车电池热管理系统还必须满足汽车厂的规范和要求：紧凑、重量轻、低成本、易安装，并且要适合不同车型、不同安装位置的特殊需求。
现有的冷却方式有空气对流，液体冷却，相变材料冷却，热管冷却，空调制冷，冷板冷却等，或者两种及其以上方式相互耦合的方式。这些方式都能够将热量从电池模块转移，但是，模块内部一些装配死角、空隙等，会因为传热不及时发生热量富集，温度急剧升高。因此，在模块内部间隙的快速传热非常重要。一般间隙会填充一些导热硅胶，或其它导热材料。电池间隙导热材料既需要优良的导热能力，同时也要满足耐电解液的要求，以防止电解液泄露产生的安全问题。常用的导热材料导热硅胶对电池的电解液耐受能力比较弱，不是一个最优选择。目前的文献，较少关注耐锂离子电解液的导热软胶材料。
发明内容
本发明目的是针对现有导热软胶材料不耐电解液的问题，提供一种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，解决现有技术中导热但不耐电解液的缺陷。同时复合材料有足够的可塑性，便于填充，施胶。
本发明的另一目的是提供一种用于锂电池的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的制备方法。
本发明的第三目的是提供一种耐电解液的低粘度导热复合材料。
本发明的第四目的是提供将上述导热复合材料引入锂离子电池系统发热部件和散热片之间间隙的方法以及提供具有优异散热性能的电池散热结构。
本发明的上述目的通过包含以下组分的导热组合物来达到。
所述聚烯烃包括所有烯烃(指含有C＝C键(碳-碳双键)(烯键)的碳氢化合物)聚合物以及含第三种或更多单元的共聚物。包括其中一种或多种的共混物。优选分子量较低的聚烯烃弹性体。
所述液态橡胶包括数均分子量在100,000以下的粘稠状可流动液态橡胶。优选烯烃类液态橡胶。更优选的，所述液态橡胶的数均分子量为5000-50000，分子量的分布指数为1.0-1.3。
所述导热填料没有限制，只要导热率良好的填料。可选用氧化铝、氧化锌、碳化硅、氮化硅、氧化镁、氮化铝、氮化硼、石墨，石墨烯，或者金属粉末，可选用铝粉、铜粉、银粉、镍粉、铁粉、不锈钢粉等至少一种或多种，该列举也不是穷举的。导热填料可以是球形的或者是不规则的，平均粒径在0.1-100微米。
优选接近球形的导热填料，优选粒径不大于50微米，优选两种或多种粒径不同的粒径单分散球星导热填料。更优选单分散的大粒径微球和单分散的小粒径微球组合使用。
根据需要，还可以在本发明的组合物中使用偶联剂，少量的有机硅烷类，钛酸酯类，铝酸酯类，有机铬络合物，硼化物，磷酸酯，锆酸酯，锡酸酯等偶联剂均可选用，以改善填料和有机物之间的相容性，改善加工和导热性能。优选添加比例为0.01-10重量份。
所述防老剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，6-二叔丁基对甲酚、4，6-二(辛硫甲基)邻甲酚、2，6二叔丁基苯酚、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯中的一种或多种。
所述烯烃油优选低分子量的聚烯烃油。
其它助剂如颜料，染料，抗氧剂，抗静电剂和阻燃剂、交联剂等都可任选地被加入。
一种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的制备方法，将上述A-B组分加入密炼机，在加热状态下塑化捏合，然后按配方比例依次加入C-F组分，继续密炼捏合至均匀。
为获得更高流动性或更低黏度的复合物，可在配方中全部采用液态橡胶加稀释剂和导热填料，采用搅拌机搅拌均匀，得到高流动的复合物。
为适应各种工况条件，也可加入交联剂或在制成复合物后或成型后采用辐照交联等方式对复合物进行一定程度的交联。
一种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的使用方法，可根据具体工况需求和材料形态，将导热复合材料做成片材，团状料，灌封胶等形式，在电池装配过程中引入锂离子电池系统发热部件和散热片之间间隙，提供具有优异散热性能的电池散热结构。
本发明的有益技术效果在于：本发明用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，可以有效提升锂离子电池模块的散热能力，避免局部过热。另外，本发明的复合材料耐受锂离子电解液能力强，易加工，方便使用。本发明简单易行，适合大规模生产应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
耐电解液测试标准如下：将复合材料在模具中压成固定形状，然后将样条放置在三元锂电池电解液中在85℃环境下密闭浸泡，持续7＊24小时后取出擦干表面残余电解液，放置24小时后测试导热率。
实施例1
将表一中各组分按所述重量比称量后高速混合，一种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的制备方法，将上述A-B组分加入密炼机，在加热状态下塑化捏合，然后按配方比例依次加入各组分，继续密炼捏合至均匀。
表1：
实施例2
为获得更高流动性或更低黏度的复合物，可在配方中全部采用液态橡胶加稀释剂和导热填料，采用搅拌机搅拌均匀，得到高流动的复合物。
以上实施例仅为本发明的部分实施例，并不以限制本发明，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 (10)

1.一种用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，包括以下重量百分比的各组分：
2.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，所述聚烯烃包括所有烯烃(指含有C＝C键(碳-碳双键)(烯键)的碳氢化合物)聚合物以及含第三种或更多单元的共聚物；包括其中一种或多种的共混物；优选分子量较低的聚烯烃弹性体。
3.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，所述液态橡胶包括数均分子量在100,000以下的粘稠状可流动液态橡胶；优选烯烃类液态橡胶；更优选的，所述液态橡胶的数均分子量为5000-50000，分子量的分布指数为1.0-1.3。
4.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，所述导热填料没有限制，只要导热率良好的填料；可选用氧化铝、氧化锌、碳化硅、氮化硅、氧化镁、氮化铝、氮化硼、石墨，石墨烯，或者金属粉末，可选用铝粉、铜粉、银粉、镍粉、铁粉、不锈钢粉等至少一种或多种，该列举也不是穷举的；热填料可以是球形的或者是不规则的，平均粒径在0.1-100微米；优选接近球形的导热填料，优选粒径不大于50微米，优选两种或多种粒径不同的粒径单分散球星导热填料；更优选单分散的大粒径微球和单分散的小粒径微球组合使用。
5.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，根据需要，还可以在本发明的组合物中使用偶联剂，少量的有机硅烷类，钛酸酯类，铝酸酯类，有机铬络合物，硼化物，磷酸酯，锆酸酯，锡酸酯等偶联剂均可选用，以改善填料和有机物之间的相容性，改善加工和导热性能；优选添加比例为0.01-10重量份。
6.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，所述防老剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，6-二叔丁基对甲酚、4，6-二(辛硫甲基)邻甲酚、2，6二叔丁基苯酚、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，所述烯烃油优选低分子量的聚烯烃油。
8.根据权利要求1所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料，其特征在于，颜料，染料，抗氧剂，抗静电剂和阻燃剂、交联剂等其它助剂都可任选地被加入。
9.一种如权利要求1-8所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的制备方法，其特征在于，将上述组分加入密炼机，在加热状态下塑化捏合至均匀；为获得更高流动性或更低黏度的复合物，可在配方中全部采用液态橡胶加稀释剂和导热填料，采用搅拌机搅拌均匀，得到高流动的复合物。
10.一种如权利要求1-8所述的用于锂电池系统耐电解液并导热的复合材料的使用方法，其特征在于，可根据具体工况需求和材料形态，将导热复合材料做成片材，团状料，灌封胶等形式，在电池装配过程中引入锂离子电池系统发热部件和散热片之间间隙，提供具有优异散热性能的电池散热结构。
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