CN109913182A

CN109913182A - 用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊

Info

Publication number: CN109913182A
Application number: CN201910289744.2A
Authority: CN
Inventors: 王军涛
Original assignee: Hubei University of Science and Technology
Current assignee: Hubei University of Science and Technology
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明提供了一种用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊，属于动力电池技术领域。相变储热胶囊的储能介质包括20～35wt％硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾，储能介质作为内核材料被封装于致密的二氧化硅薄膜层中，形成小球体状的所述相变储热胶囊。本发明具有控温效果等优点。

Description

用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊

技术领域

本发明属于动力电池技术领域，涉及一种用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊。

背景技术

近年来，国内外新能源电动汽车市场发展火热，其动力来源主要是锂电池。锂离子电池综合电化学性能优异、比能量密度高达250WhKg^-1，且在不断改进提高，同时制造成本不断下降，具有巨大的发展前景。然而锂离子电池也有其短板，在其频繁充放电过程中容易产热升温，如果该热量及温度不能及时加以控制，将极容易导致热失控而引起电池短路起火甚至爆炸，如：特斯拉电动汽车最近几年的多起燃烧爆炸事故。而一般情况下，动力锂电池的工作温度范围为10～60℃，因此其热安全性越来越受到重视。这些事故的主要原因是锂电池在充放电使用过程中的热失控现象。要解决锂电池的热失控现象，一个可行的方法是及时将锂电池在使用过程中产生的热及时吸收或者消除，以便电池维持在一个安全的温度范围(不超过60℃)。

相对于繁琐且效率不高的强制风冷技术和直接液体冷却技术，相变储能材料可以在恒定的温度或很小的温度范围内吸收大量热量而维持电池处于低温安全状态。因此采用相变储能材料解决锂电池的热失控问题是一种非常行之有效的方法。混合熔盐作为常见的相变储能材料之一具有很多优点，如：高导热系数、高热稳定温度、高相变焓、低蒸汽压等等，其熔点可以通过优化组成及配方降至很低，例如60℃以下。

已有的两种混合熔盐相变储能材料，如ZL201510056451.1和ZL201510056440.3。但这些材料的熔点均超过65℃，不适合作为锂电池热调控的相变储能材料。另外，当以上两种混合熔盐相变储能材料在吸热过程中发生固-液相变的时候，液态熔盐易流失渗漏且具有一定的腐蚀性。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊，待解决的问题是：如何使胶囊具有固液相变效果，使温度不超过50～55℃。

本发明目的通过如下技术方案实现：

用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊，其特征在于，相变储热胶囊的储能介质包括20～35wt％硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾，储能介质作为内核材料被封装于致密的二氧化硅薄膜层中，形成小球体状的所述相变储热胶囊。

作为另一种技术方案，所述储能介质包括20～35wt％无水硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％无水硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾。

作为另一种技术方案，所述储能介质包括35～63wt％三水硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2.5～15wt％四水硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾。

其作用机理是，在内核材料(即储能介质)硝酸锂～硝酸钠～硝酸钾～硝酸钙～亚硝酸钠～氯化钠～碳酸钾～硫酸钾体系中存在一个组成点，该点的相变温度为50～55℃之间。将该相变微胶囊(即相变储热胶囊)用于动力锂电池恒温控制时，当环境温度超过50～55℃时，该微胶囊里面的内核材料即发生固～液相变，从而吸收大量热量而使锂电池温度不超过50～55℃，以获得稳定的安全状态，胶囊外壳很好地避免了液态内核材料的渗漏和腐蚀。

将20～35wt％硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾组成的混合盐研磨成细粉，用120目的筛子过筛后形成粒径均匀的熔盐细粉；

将4克过筛后的熔盐细粉与3克全氢聚硅氮烷(PHPS)的正丁醚溶液放入圆底烧瓶混合均匀，其中，全氢聚硅氮烷(PHPS)的正丁醚溶液占整个混合液的质量分数的30％，将混合液超声分散30分钟使之完全混合均匀，装入辐照塑料袋中，仔细排除袋中的空气，使溶液厚度保持为约1-2mm厚，采用5-150kGy/s的剂量率的电子束射线进行辐照反应，其中，电子加速器的能量为1.0MeV；

将辐照反应后的混合溶液加入150克正十二烷,搅拌10分钟进行萃取，尔后静置30分钟溶液分层，将上层的正丁醚与正十二烷的混合溶液去掉，底部获得微胶囊粗品；

对粗品进行过滤、洗涤后，放入80℃电热烘箱烘2小时，最终得到致密二氧化硅薄膜包覆的混合熔盐相变微胶囊产品。

通过多次研究实验确定了以上相变微胶囊内核材料的组成及相变温度，该内核材料具有较敏锐的相变温度、过冷程度较轻、相变温度数值重复性好等优点。例如，当环境温度高于55℃时，该材料可以通过自身熔融从固相转变为液相而从环境吸收大量热量而维持环境的温度；或者当环境温度低于55℃时，该材料可以由液相慢慢变为固相而向环境放出大量热量维持环境的温度不变，预计该相变微胶囊材料可以用作动力汽车锂电池的温度控制材料或其它利用上述特征而实现某种功能和效果的材料。

附图说明

图1是通过实施例一、实施例二和实施例三获得的相变微胶囊的扫面电镜图。

图2是通过实施例一、实施例二和实施例三获得的相变微胶囊的DSC图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

具体实施方式：

实施例一

将20～35wt％硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾混合后研磨成细粉，在150℃烘干10小时，按照一定的质量分数比例混合得到混合盐(熔点为50～55℃)，在200℃加热熔融10小时，取出来放入干燥器冷却，再研磨成细粉，用120目的筛子过筛；

在圆底烧瓶中放入4克过筛后的混合熔盐细粉和15毫升正丁醚，经30分钟超声分散均匀后，再加入3克全氢聚硅氮烷(PHPS)的正丁醚溶液(质量分数为30％)，采用磁力搅拌混合均匀，再加入150克正十二烷搅拌萃取15分钟，静置30分钟，将上层正丁醚与正十二烷的混合溶液去掉，将烧瓶内剩余物质再超声分散30分钟使之完全混合均匀，获得微胶囊材料，过滤、洗涤，将产品放入80℃电热烘箱烘10小时，最终得到致密二氧化硅薄膜包覆的混合熔盐相变微胶囊产品。

实施例二

将20～35wt％无水硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％无水硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾混合后研磨成细粉，在150℃烘干10小时，按照一定的质量分数比例混合得到混合盐(熔点为50～55℃)，在200℃加热熔融10小时，取出来放入干燥器冷却，再研磨成细粉，用120目的筛子过筛；

实施例三

将35～63wt％三水硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2.5～15wt％四水硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾混合后研磨成细粉，在150℃烘干10小时，按照一定的质量分数比例混合得到混合盐(熔点为50～55℃)，在200℃加热熔融10小时，取出来放入干燥器冷却，再研磨成细粉，用120目的筛子过筛；

以上三个实施例均能获得如图1的扫面电镜图和图2的DSC图。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.用于动力锂电池热调控的相变储热胶囊，其特征在于，相变储热胶囊的储能介质包括20～35wt％硝酸锂、1.5～5wt％硝酸钠、2.5～10wt％硝酸钾、2～10wt％硝酸钙、5～15wt％亚硝酸钠、15～35wt％氯化钠、1～6wt％碳酸钾、1～8wt％硫酸钾，储能介质作为内核材料被封装于致密的二氧化硅薄膜层中，形成小球体状的所述相变储热胶囊。