CN109825255A - 泡沫铝基复合相变材料及其制备方法、冷却隔板以及电动汽车电池箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了泡沫铝基复合相变材料及其制备方法、冷却隔板以及电动汽车电池箱。其中，泡沫铝基复合相变材料包括：泡沫铝基体；以及相变材料，所述相变材料负载在所述泡沫铝基体上，所述相变材料包括石蜡和石墨。该泡沫铝基复合相变材料的密度低，且具有优秀的高碰撞吸能性能、防火性能和隔音降噪性能，应用范围广泛。

Description

泡沫铝基复合相变材料及其制备方法、冷却隔板以及电动汽 车电池箱

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，本发明涉及泡沫铝基复合相变材料及其制备方法、冷却隔板以及电动汽车电池箱。

背景技术

提高车载电池的能量密度是解决续航里程不足问题的方式之一，但受基础科学和材料、工艺技术的制约，电池能量密度的提升存在边界效应，已很难大幅度提升新能源汽车的续航能力。实验证明，若汽车整车重量降低10％，能耗效率可提高6％～8％。提升电池热管理能力，能够在现有基础上增加新能源汽车的续航里程。

泡沫铝是一种新型的具有吸能特性的多孔材料，它以铝或铝合金为基体，由金属骨架和孔隙(空气)作为复合相，这种材料中含有大量的胞元结构和分布可控的孔洞。泡沫铝材料的多孔结构，决定了其具有一些良好性能。然而，现有的泡沫铝材料仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出泡沫铝基复合相变材料及其制备方法、冷却隔板以及电动汽车电池箱。该泡沫铝基复合相变材料的密度低，且具有优秀的高碰撞吸能性能、防火性能和隔音降噪性能，应用范围广泛。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种泡沫铝基复合相变材料。根据本发明的实施例，该泡沫铝基复合相变材料包括：泡沫铝基体；以及相变材料，所述相变材料负载在所述泡沫铝基体上，所述相变材料包括石蜡和石墨。

本发明的泡沫铝基复合相变材料，通过采用包括石蜡和石墨的相变材料负载至泡沫铝材料的孔洞结构中，利用相变材料发生相变时需要吸收或放出大量热量(即相变焓大)的性质来储存或放出热能，使泡沫铝基复合相变材料获得了优秀的调整环境温度的性能。与此同时，泡沫铝基体具有密度小、耐高温、抗腐蚀、高碰撞吸能性能、防火性能和隔音降噪性能强的优点。

另外，根据本发明上述实施例的泡沫铝基复合相变材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述泡沫铝基体的空占比为80～90％。

在本发明的一些实施例中，所述相变材料中，所述石蜡与所述石墨的质量比为(2～6):1。

在本发明的一些实施例中，所述相变材料中，所述石蜡与所述石墨的质量比为4:1。

在本发明的一些实施例中，所述泡沫铝基体与所述相变材料的质量比为(1～5):40。

在本发明的一些实施例中，所述泡沫铝基体与所述相变材料的质量比为3:40。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备上述实施例的泡沫铝基复合相变材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)提供泡沫铝基体；(2)将相变材料加热至熔融，并对所述泡沫铝基体进行浸渍，得到所述泡沫铝基复合相变材料。由此，该方法可以简便高效地制备得到前面实施例所述的泡沫铝基复合相变材料。

另外，根据本发明上述实施例的制备泡沫铝基复合相变材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述加热在80～90℃下进行。

在本发明的一些实施例中，所述浸渍进行的时间不小于15min。

在本发明的再一方面，本发明提出了一种冷却隔板。根据本发明的实施例，该冷却隔板由上述实施例的泡沫铝基复合相变材料形成。由此，该冷却隔板的密度小、重量轻，且具有优秀的调整环境温度性能、高碰撞吸能性能、防火性能和隔音降噪性能，应用范围广泛。

另外，根据本发明上述实施例的冷却隔板还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述冷却隔板进一步包括：包覆层，所述包覆层形成在所述冷却隔板的至少一部分外表面。

在本发明的又一方面，本发明提出了一种电动汽车电池箱。根据本发明的实施例，该电动汽车电池箱包括：多个电池模组，相邻两个所述电池模组之间设有上述实施例的冷却隔板。该电动汽车电池箱通过在电池模组之间设置上述实施例的冷却隔板，可以有效调整、控制工作源或材料周围的环境温度，电池热管理效果好。另外，上述实施例的冷却隔板具有优秀的高碰撞吸能特性，能够有效降低电池虚接、螺丝松动等情况导致电池模组碰撞起火的概率，有效避免电动汽车电池发生自燃，提高电动汽车的安全性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电动汽车电池箱的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

发明人在对车载电池热管理能力的研究中发现，提高车载电池的能量密度是解决续航里程不足问题的方式之一，但受基础科学和材料、工艺技术的制约，电池能量密度的提升存在边界效应，已很难大幅度提升新能源汽车的续航能力。实验证明，若汽车整车重量降低10％，能耗效率可提高6％～8％。提升电池热管理能力，能够在现有基础上增加新能源汽车的续航里程。

泡沫铝是一种新型的具有吸能特性的多孔材料，它以铝或铝合金为基体，由金属骨架和孔隙(空气)作为复合相，这种材料中含有大量的胞元结构和分布可控的孔洞。泡沫铝材料的多孔结构，决定了其具有一些良好性能。然而，现有的泡沫铝材料仍有待改进。

鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种泡沫铝基复合相变材料。根据本发明的实施例，该泡沫铝基复合相变材料包括：泡沫铝基体；以及相变材料，所述相变材料负载在所述泡沫铝基体上，所述相变材料包括石蜡和石墨。

发明人发现，石蜡和石墨材料的来源广泛，廉价易得，二者复配所得相变材料具有很高的相变焓，从而具有优秀的储热、放热性能，能够满足在不同应用场景下调整环境温度的需要，例如调整、控制电动汽车电池箱中工作源或材料周围的环境温度。另外，石蜡和石墨相对于其他常见的相变材料的适用范围更为广泛，石蜡具有储热密度高(约200kJ/kg)、相变温度范围广、过冷程度小、无相分离等优点。但是，石蜡的导热能力差(导热系数约0.2W/(m·K))，这极大地限制了其应用。发明人意外地发现，通过将石蜡与石墨混合，得到的石蜡/石墨复合物具有高导热特性，能够更快地吸收热，调节温度的能力更强(例如将采用该相变材料的泡沫铝基复合相变材料制成电动汽车电池箱的冷却隔板，电池箱中电池单元的温度更为均匀)。另外，石蜡/石墨复合物还具备良好的热机械性能。

本发明的泡沫铝基复合相变材料，通过采用包括石蜡和石墨的相变材料负载至泡沫铝材料的孔洞结构中，利用相变材料发生相变时需要吸收或放出大量热量(即相变焓高)的性质来储存或放出热能，使泡沫铝基复合相变材料获得了优秀的调整环境温度的性能。与此同时，泡沫铝基体具有密度小、耐高温、抗腐蚀、高碰撞吸能性能、防火性能和隔音降噪性能强的优点。

根据本发明的一些实施例，上述泡沫铝基体的空占比为80～90％。由此，泡沫铝基体具有较高的孔隙率，可以为相变材料提供足够的容纳空间，可以负载的相变材料含量高，从而确保泡沫铝基复合相变材料具有优秀的储热、放热性能。如果泡沫铝基体的空占比过低，则难以负载足够量的相变材料，导致复合材料储热、放热性能下降。优选的，泡沫铝基体内的孔洞均未闭孔，且孔洞间相互连通，由此，泡沫铝基体负载相变材料的能力更佳。

根据本发明的实施例，相变材料中石蜡与石墨的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据所需的储(放)热容量来灵活调整二者配比。根据本发明的一些实施例，在相变材料中，石蜡与石墨的质量比为(2～6):1，例如2:1、3:1、4:1、5:1或6:1，优选为4:1。由此，相变材料的储(放)热容量适宜、导热系数高、机械性能好，能够满足大多数应用场景中的使用需求，例如适于调整、控制电动汽车电池箱中工作源或材料周围的环境温度。

根据本发明的一些实施例，泡沫铝基体与相变材料的质量比为(1～5):40，例如1:40、2:40、3:40、4:40或5:40，优选为3:40。由此，可以进一步确保泡沫铝基复合相变材料具有优秀的储热、放热性能。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备上述实施例的泡沫铝基复合相变材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)提供泡沫铝基体；(2)将相变材料加热至熔融，并对泡沫铝基体进行浸渍，得到泡沫铝基复合相变材料。由此，该方法可以简便高效地制备得到前面实施例所述的泡沫铝基复合相变材料。

根据本发明的实施例，泡沫铝基体的来源并不受特别限制。根据本发明的一个具体示例，泡沫铝基体可以采用熔模铸造法制备得到。具体的，可以先将成型的高分子泡沫材料浸入到液态耐火材料(例如莫来石、酚醛树脂、碳酸钙混合物或石膏等)中，使耐火材料充满其孔隙，在耐火材料硬化后加热使泡沫材料气化分解，从而使硬化的耐火材料形成具有原泡沫材料形状的三维骨架。然后将金属铝液浇铸到硬化耐火材料铸型内，通过控制发泡温度和时间，获得所需的孔洞，待铝液凝固后除去耐火材料即得具有三维网状通孔的泡沫铝基体。需要说明的是，泡沫铝基体的具体形状并不受特别限制，可以根据实际需要加工成任意形状。

进一步地，将相变材料加热至熔融，并对泡沫铝基体进行浸渍，以便使相变材料渗入到泡沫铝基体的孔洞中，得到泡沫铝基复合相变材料。

根据本发明的一些实施例，上述加热可以在80～90℃°下进行。由此，相变材料的熔化效果好，流动性强，可以充分地流入泡沫铝基体的孔洞中，得到高相变材料含量的泡沫铝基复合相变材料。

根据本发明的一些实施例，上述浸渍进行的时间不小于15min，例如15min、30min、45min、60min、90min或120min。由此，可以进一步有利于相变材料在泡沫铝基体上的负载，得到的泡沫铝基复合相变材料储(放)热性能更佳。

另外，需要说明的是，前文针对泡沫铝基复合相变材料所描述的全部特征和优点同样适用于该制备泡沫铝基复合相变材料的方法，在此不再一一赘述。

在本发明的再一方面，本发明提出了一种冷却隔板。根据本发明的实施例，该冷却隔板由上述实施例的泡沫铝基复合相变材料形成。由此，该冷却隔板的密度小、重量轻，且具有优秀的调整环境温度性能、高碰撞吸能性能、防火性能和隔音降噪性能，应用范围广泛。

根据本发明的一些实施例，该冷却隔板可以通过将上述实施例的泡沫铝基复合相变材料加工为所述的形状获得。

根据本发明的一些实施例，所述冷却隔板进一步包括：包覆层，该包覆层形成在冷却隔板的至少一部分外表面。由此，可以进一步提高冷却隔板的耐用性。根据本发明的具体示例，包覆层可以采用铝塑膜。

另外，需要说明的是，该冷却隔板包括前文针对泡沫铝基复合相变材料所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

在本发明的又一方面，本发明提出了一种电动汽车电池箱。根据本发明的实施例，参考图1，该电动汽车电池1000包括：多个电池模组100和多个冷却隔板200，相邻两个电池模组100之间设有上述实施例的冷却隔板200。该电动汽车电池箱通过在电池模组之间设置上述实施例的冷却隔板，可以有效调整、控制工作源或材料周围的环境温度，电池热管理效果好。另外，上述实施例的冷却隔板具有优秀的高碰撞吸能特性，能够有效降低电池虚接、螺丝松动等情况导致电池模组碰撞起火的概率，有效避免电动汽车电池发生自燃，提高电动汽车的安全性能。

另外，需要说明的是，该电动汽车电池箱包括前文针对泡沫铝基复合相变材料和冷却隔板所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种泡沫铝基复合相变材料，其特征在于，包括：

泡沫铝基体；以及

相变材料，所述相变材料负载在所述泡沫铝基体上，所述相变材料包括石蜡和石墨。

2.根据权利要求1所述的泡沫铝基复合相变材料，其特征在于，所述泡沫铝基体的空占比为80～90％。

3.根据权利要求1所述的泡沫铝基复合相变材料，其特征在于，所述相变材料中，所述石蜡与所述石墨的质量比为(2～6):1。

4.根据权利要求1～3任一项所述的泡沫铝基复合相变材料，其特征在于，所述泡沫铝基体与所述相变材料的质量比为(1～5):40。

5.一种制备权利要求1～4任一项所述的泡沫铝基复合相变材料的方法，其特征在于，包括：

(1)提供泡沫铝基体；

(2)将相变材料加热至熔融，并对所述泡沫铝基体进行浸渍，得到所述泡沫铝基复合相变材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热在80～90℃下进行。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述浸渍进行的时间不小于15min。

8.一种冷却隔板，其特征在于，所述冷却隔板由权利要求1～4任一项所述的泡沫铝基复合相变材料形成。

9.根据权利要求8所述的冷却隔板，其特征在于，进一步包括：

包覆层，所述包覆层形成在所述冷却隔板的至少一部分外表面。

10.一种电动汽车电池箱，其特征在于，包括：多个电池模组，相邻两个所述电池模组之间设有权利要求8或9所述的冷却隔板。