CN109980131A - 一种锂离子用高导热性绝缘膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高导热性绝缘膜，其特征在于，其成分包括重量比为60%~90%的聚丙烯材料和40%~10%的高导热系数材料。本发明的创意在于在普通的绝缘膜中添加高导热系数的材料，使其具备高导热性和绝缘性双重特性，不仅具备良好的绝缘功能，还能够在电池产生热量时主动散热，提高电池安全性能，并且该绝缘膜在底部还设有多个通孔，有利于电解液浸润，不会影响电池性能，并且制备方法简单易操作。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种锂离子用高导热性绝缘膜及其制备方法。
背景技术
锂离子具有能量密度大、输出功率高、循环寿命长、无污染、工作温度范围宽及自放电小等诸多优点，被广泛应用于3C电池领域，现如今随着新能源汽车行业的快速发展，锂离子电池备受关注。作为高能化学电源，其安全问题是本领域技术人员最为关注的问题，锂离子电池会因过电流，内部枝晶导致内部短路或过充等滥用情况，导致内部的热积累，当热量积累到一定程度，会引发电解液、正极极内部气体材料发生放热连锁反应，最终导致锂电池发生热失控。
目前解决锂离子电池安全性问题的途径主要包括以下几个方面，一个是通过使用维护或者辅助管理来保证其安全性，如通过锂离子电池管理系统防止锂离子电池短路、过充及超温等，第二个是通过在模组中设计热管理系统，如风冷系统、液冷系统来控制电池模组温度从而来控制锂离子电池温度，再就是通过改善锂电池材料或优化设计来提高锂离子电池安全性，如通过提高正极材料稳定性，在电解液中添加阻燃及防过充等添加剂，采用新型隔膜，采用具有绝缘导热薄膜等方式，然后上述方法因各种因素的限制，目前均无法从根本上解决锂离子电池的安全性问题。
发明内容
本发明提供一种高导热性绝缘膜，其成分包括重量比为60%~90%的聚丙烯材料和40%~10%的高导热系数材料。
进一步的，所述聚丙烯材料包括等规聚丙烯、无规聚丙烯和间歇聚丙烯的一种或几种混合；
进一步的，所述高导热系数材料包括SiO2、SiC、Al2O3、AlN、MgO、BN及相变材料中的一种或几种混合；
进一步的，所述聚丙烯材料的导热系数为0.23~0.5W/mk；
进一步的，所述绝缘膜包裹电池本体底部的部分还设有多个通孔，以便于浸润电解液。
一种高导热性绝缘膜制备方法如下：
步骤一：将所述聚丙烯材料用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒，
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化，按照质量占比为10%-40%加入粒径为100~500微米的高导热材料，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却；
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜。有益效果：
本发明的创意在于在普通的绝缘膜中添加高导热系数的材料，使其具备高导热性和绝缘性双重特性，不仅具备良好的绝缘功能，还能够在电池产生热量时主动散热，提高电池安全性能，并且该绝缘膜在底部还设有多个通孔，有利于电解液浸润，不会影响电池性能，并且制备方法简单易操作。
附图说明
图1为本发明高导热性绝缘膜的结构示意图。
具体实施方式
为了是本发明的目的，技术方案和有益效果更易于被理解，以下结合具体实施方式，对本发明的技术方案进一步详细说明，应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，而不用于限定本发明。
本发明提供一种高导热性绝缘膜，其成分包括重量比为60%~90%的聚丙烯材料和40%~10%的高导热系数材料；
进一步的，所述聚丙烯材料包括等规聚丙烯、无规聚丙烯和间歇聚丙烯中的一种或多种混合；
进一步的，所述高导热系数材料包括SiO2、SiC、Al2O3、AlN、MgO、BN及相变材料中的一种或几种混合；
进一步的，所述聚丙烯材料的导热系数为0.23~0.5W/mk；
进一步的，所述绝缘膜包裹电池本体底部的部分还设有多个通孔1，以便于浸润电解液。
一种高导热性绝缘膜制备方法如下：
步骤一：将上述聚丙烯材料采用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒；
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化,按照按照质量占比为10%-40%加入粒径为100~500微米的高导热材料，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜。
实施例1
步骤一：将导热系数为0.23W/mk的聚丙烯材料采用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒，其中，聚丙烯材料的重量占比为80%；
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化,按照比例加入粒径为100~500微米的Al2O3，且所述Al2O3的质量占总质量的20%，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜。
取五片上述绝缘膜浸泡在电解液中，在60℃的恒温箱中放置7天，观察绝缘膜的耐腐蚀性。其表面光洁，无腐蚀痕迹，无变色现象则表示该材料的底托板耐电解液腐蚀。经测试，该绝缘膜耐电解液腐蚀。
取五片上述绝缘膜，在500V的直流电压下，测试其绝缘电阻，绝缘电阻大于200Mohm可视为具有较好的绝缘性，经测试，，该绝缘膜具有良好的绝缘性。
取上述绝缘膜经过测试得出其导热系数为4.6W/mk，相比于传统的绝缘膜导热系数提高了大约20倍。将其包裹电芯制备成单体电芯，另外在裸电芯表面布设一条感温线，用于测试电芯工作时的内部温度，将所述电芯在2C和3C的倍率下进行充电测试，使感温线与多路测温仪连接，检测电芯内部温度，在2C和3C倍率下，电芯内部的温度分别为30℃和36℃。
实施例2
步骤一：将导热系数为0.23W/mk的聚丙烯采用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒, 其中，聚丙烯材料的重量占比为80%；
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化,按照比例加入粒径为100~500微米的SiO2，且所述SiO2，的质量占总质量的20%，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜。
取五片上述绝缘膜浸泡在电解液中，在60℃的恒温箱中放置7天，观察绝缘膜的耐腐蚀性。其表面光洁，无腐蚀痕迹，无变色现象则表示该材料的底托板耐电解液腐蚀。经测试，该绝缘膜耐电解液腐蚀。
取五片上述绝缘膜，在500V的直流电压下，测试其绝缘电阻，绝缘电阻大于200Mohm可视为具有较好的绝缘性。经测试，该绝缘膜具有良好的绝缘性。
取上述绝缘膜经过测试得出其导热系数为4.6W/mk，相比于传统的绝缘膜导热系数提高了大约20倍。将其包裹电芯制备成单体电芯，另外在裸电芯表面布设一条感温线，用于测试电芯工作时的内部温度，将所述电芯在2C和3C的倍率下进行充电测试，使感温线与多路测温仪连接，检测电芯内部温度，在2C和3C倍率下，电芯内部的温度分别为30℃和36℃。
实施例3
步骤一：将导热系数为0.23W/mk的聚丙烯采用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒, 其中，聚丙烯材料的重量占比为80%；
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化,按照比例加入粒径为100~500微米的BN,且所述BN的质量占总质量的20%，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜
取五片上述绝缘膜浸泡在电解液中，在60℃的恒温箱中放置7天，观察绝缘膜的耐腐蚀性。其表面光洁，无腐蚀痕迹，无变色现象则表示该材料的底托板耐电解液腐蚀。经测试，该绝缘膜耐电解液腐蚀。
取五片上述绝缘膜，在500V的直流电压下，测试其绝缘电阻，绝缘电阻大于200Mohm可视为具有较好的绝缘性。经测试，该绝缘膜具有良好的绝缘性。
取上述绝缘膜，经过测试得出其导热系数为4.6W/mk，相比于传统的绝缘膜导热系数提高了大约20倍。将其包裹电芯制备成单体电芯，另外在裸电芯表面布设一条感温线，用于测试电芯工作时的内部温度，将所述电芯在2C和3C的倍率下进行充电测试，使感温线与多路测温仪连接，检测电芯内部温度，在2C和3C倍率下，电芯内部的温度分别为30℃和36℃。
实施例4
步骤一：将导热系数为0.23W/mk的聚丙烯采用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒, 其中，聚丙烯材料的重量占比为80%；
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化,按照比例加入粒径为100~500微米的微胶囊相变材料,且所述微胶囊相变材料的质量占总质量的20%，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜。
取五片上述绝缘膜浸泡在电解液中，在60℃的恒温箱中放置7天，观察绝缘膜的耐腐蚀性。其表面光洁，无腐蚀痕迹，无变色现象则表示该材料的底托板耐电解液腐蚀。经测试，该绝缘膜耐电解液腐蚀。
取五片上述绝缘膜，在500V的直流电压下，测试其绝缘电阻，绝缘电阻大于200Mohm可视为具有较好的绝缘性。经测试，该绝缘膜具有良好的绝缘性。
取上述绝缘膜经过测试得出其导热系数为4.6W/mk，相比于传统的绝缘膜导热系数提高了大约20倍。将其包裹电芯制备成单体电芯，另外在裸电芯表面布设一条感温线，用于测试电芯工作时的内部温度，将所述电芯在2C和3C的倍率下进行充电测试，使感温线与多路测温仪连接，检测电芯内部温度，在2C和3C倍率下，电芯内部的温度分别为30℃和36℃。
对比实施例1
将导热系数为2 W/mk的绝缘膜，包裹电芯，再将电芯在2C和3C倍率下，测得内部温度分别为33℃和38℃。
将导热系数为0.23W/mk的绝缘膜包裹电芯，再将电芯在2C和3C倍率下，测得内部温度分别为37℃和45℃
经过对比，本发明方法制备的绝缘膜的不仅具备良好的绝缘性能还具备良好的导热性能，在2C和3C倍率下，内部温度分布为30℃和36℃，相较于导热系数为2 W/mk的绝缘膜，内部温度分别将低了3℃和2℃；相较于导热系数为0.23W/mk的绝缘膜，内部温度分别降低了7℃和9℃，由此可见其具备高导热性能。
上述实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明，凡在本发明精神范围内的等效替换或变形均包含在本发明权利要求保护范围内。
Claims (6)
1.一种高导热性绝缘膜，其特征在于，其成分包括重量比为60%~90%的聚丙烯材料和40%~10%的高导热系数材料。
2.如权利要求1所述的一种高导热性绝缘膜，其特征在于，所述聚丙烯材料包括等规聚丙烯、无规聚丙烯和间歇聚丙烯的一种或几种混合。
3.如权利要求1所述的一种高导热性绝缘膜，其特征在于，所述高导热系数材料包括SiO2、SiC、Al2O3、AlN、MgO、BN及相变材料中的一种或几种混合。
4.如权利要求1所述的一种高导热性绝缘膜，其特征在于，所述聚丙烯材料的导热系数为0.23~0.5W/mk。
5.如权利要求1所述的一种高导热性绝缘膜，其特征在于，所述绝缘膜包裹电池本体底部的部分还设有多个通孔，以便于浸润电解液。
6.一种高导热性绝缘膜制备方法，其特征在于，制备方法步骤如下：
步骤一：将所述聚丙烯用粉碎机粉碎成直径＜1mm的颗粒，
步骤二：采用热熔机器加热到200±5℃将其融化，按照质量占比为10%-40%加入粒径为100~500微米的高导热材料，搅拌5h使得两种材料充分均匀混合；
步骤三：再投入进料系统，经过催塑机，制备成厚度为0.15mm的薄膜，再进行冷却；
步骤四：薄膜冷却后，利用切割机切割成如图1所示的形状，即制备成该高导热性绝缘膜。
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2019
- 2019-03-13 CN CN201910187012.2A patent/CN109980131A/zh active Pending
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