CN110835487A - 一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法，为双组份涂料，以水性耐热树脂为成膜基体，石墨烯粉料、导热填料、防锈填料与其它功能助剂混合制备而成。针对目前动力电池工作环境封闭、热量不易散失所导致的使用稳定性与安全性降低的难题，改善涂层导热性能的同时提高其腐蚀防护性能。采用耐温性水性树脂作为涂料成膜基体，减少涂料有机物排放量，保护生态环境；引入具有高导热系数、独特片层结构与小尺寸效应的新型石墨烯碳材料，克服传统导热涂料导热性能不足的问题，进一步提高涂层散热性能与防腐性能。

Description

一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明设计化工材料领域，具体的说是一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法。
背景技术
动力电池作为电动汽车的“心脏”，在新能源电车的运行过程中发挥至关重要的作用。目前我国的大多数电动汽车采用锂电池作为动力电池的主要原材料，工作电流与产热量大。同时动力电池处于一个相对封闭的环境，易导致电池与周围的温度上升，而热量过高便会导致电池产生安全隐患。为避免上述问题，需要采取措施降低动力电池的工作温度。常用解决方法是在电池内部采用导热硅胶片使内部热量及时散逸。同时，若从电池外部将动力电池所处空间内的热量及时导出，降低电池所处环境的工作温度，可进一步保证其运行安全性与工作稳定性。其中，导热涂料作为一种可直接涂覆于高温导体表面、提高所保护基材的导热能力的新型功能涂料，可较好的解决上述问题。
石墨烯作为一种杰出的新型碳材料具有极高的热导率和热辐射洗漱，单层石墨烯的导热洗漱可达5300W/mK，远高于金属中导热系数最高的Ag、Cu、Au、Al等，可很好的应用于散射涂料体系中。此外，石墨烯具有独特的二维片层结构与小尺寸效应，可有效填充涂层内部缺陷，有效屏蔽水分子等腐蚀介质的渗透，改善涂层导热性能的同时提高涂层的防腐性能。目前，已有研究者将石墨烯应用于导热涂料中，其中专利CN201611028274.7公开了一种石墨烯导热防腐涂料及其制备方法，该涂料由树脂、石墨烯、基础填料、偶联剂及功能助剂组成，具有优异的导热性能与防腐性能，且制备方法简单，成本低廉。但该种涂料为溶剂型涂料，易排放不利于环保的有害物质，而水性涂料可有效解决此难题；同时目前适用于动力电池用的导热涂料的研究甚少，因此为延长动力电池的使用寿命与使用安全性，保护生态环境，制备一种水性石墨烯高导热防腐涂料具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明针对动力电池工作环境封闭、热量不易散失所导致的使用稳定性与安全性降低的难题，提出一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法， 改善涂层导热性能的同时提高其腐蚀防护性能。一是采用耐温性水性树脂作为涂料成膜基体，减少涂料有机物排放量，保护生态环境；二是引入具有高导热系数、独特片层结构与小尺寸效应的新型石墨烯碳材料，克服传统导热涂料导热性能不足的问题。
本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案使：一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料，为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为4:1~7:1，按重量份数，甲组份包括20~30份水性环氧树脂、5~10份水性有机硅树脂、3~10份石墨烯粉料、10~15份导热填料、15~25份防锈填料、0.5~1份触变剂、1~2份消泡剂、15~~20份去离子水，乙组份包括50~60份水性环氧固化剂和40~50份去离子水。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤。
（1）按重量份数，先称取环氧树脂20~30份以及耐热树脂5~10份置于分散罐内，再加入石墨烯粉料3~10份、触变剂0.5~1份、消泡剂1~2份，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（2）分散均匀后，再加入导热填料10~15份、防锈填料15~25份，放入分散罐内，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（3）分散一段时间后，向分散罐内加入15~20份去离子水调节涂料粘度，继续分散一段时间。
（4）向分散罐内加入50~70%玻璃珠进行砂磨分散，后过滤，测量涂料细度≤40μm，制得甲组份。
（5）取水性环氧固化剂50~60份、去离子水40~50份，放入分散罐内，在1000~1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份。
（6）将甲组份和乙组份按照质量比为4:1~7:1的配比混合均匀，即制得动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料。
所述石墨烯粉料为3~10层石墨烯中的一种或多种，粒径为5~20μm。
所述导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或几种。
所述防锈填料为云母粉、玻璃鳞片、云母氧化铁灰、重晶石、滑石粉中的一种或几种。
所述触变剂为气相二氧化硅、硅酸镁锂、改性聚脲溶液中的一种或几种。
所述消泡剂为有机硅消泡剂、水性聚合物乳液、水性矿物油乳液中的一种或几种。
本发明提供的是一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法，为解决目前动力电池工作环境封闭、热量不易散失所导致的使用稳定性与安全性降低的难题，改善涂层导热性能的同时提高其腐蚀防护性能。采用耐温性水性树脂作为涂料成膜基体，减少涂料有机物排放量，保护生态环境；引入具有高导热系数、独特片层结构与小尺寸效应的新型石墨烯碳材料，克服传统导热涂料导热性能不足的问题，进一步提高涂层散热性能与防腐性能。
附图说明
图1是水性石墨烯高导热防腐涂层厚度与降温温差的影响关系。
图2是水性石墨烯高导热防腐涂层盐雾测试图，测试时间为2000h。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料，其特征为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为4:1，按重量份数，甲组份包括30份水性环氧树脂、10份水性有机硅树脂、5份石墨烯粉料、13份碳化硅、22份云母粉、1份气相二氧化硅、1份有机硅消泡剂、18份去离子水，乙组份包括50份水性环氧固化剂和50份去离子水。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤。
（1）按重量份数，先称取水性环氧树脂30份以及水性有机硅树脂10份置于分散罐内，再加入石墨烯粉料5份、气相二氧化硅1份、有机硅消泡剂1份，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（2）分散均匀后，再加入碳化硅13份、云母粉22份，放入分散罐内，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（3）分散一段时间后，向分散罐内加入18份去离子水调节涂料粘度，继续分散一段时间。
（4）向分散罐内加入70%玻璃珠进行砂磨分散，后过滤，测量涂料细度≤40μm，制得甲组份。
（5）取水性环氧固化剂50份、去离子水50份，放入分散罐内，在1000~1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份。
（6）将甲组份和乙组份按照质量比为4:1的配比混合均匀，即制得动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料。
实施例2。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料，其特征为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为5:1，按重量份数，甲组份包括30份水性环氧树脂、8份水性有机硅树脂、7份石墨烯粉料、15份碳化硅、20份玻璃鳞片、1份气相二氧化硅、2份有机硅消泡剂、17份去离子水，乙组份包括55份水性环氧固化剂和45份去离子水。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤。
（1）按重量份数，先称取水性环氧树脂30份以及水性有机硅树脂8份置于分散罐内，再加入石墨烯粉料7份、气相二氧化硅触变剂1份、有机硅消泡剂2份，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（2）分散均匀后，再加入碳化硅15份、玻璃鳞片20份，放入分散罐内，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（3）分散一段时间后，向分散罐内加入17份去离子水调节涂料粘度，继续分散一段时间。
（4）向分散罐内加入60%玻璃珠进行砂磨分散，后过滤，测量涂料细度≤40μm，制得甲组份。
（5）取水性环氧固化剂55份、去离子水45份，放入分散罐内，在1000~1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份。
（6）将甲组份和乙组份按照质量比为5:1的配比混合均匀，即制得动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料。
实施例3。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料，为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为6:1，按重量份数，甲组份包括27份水性环氧树脂、10份水性有机硅树脂、10份石墨烯粉料、15份氧化铝、17份云母氧化铁灰、1份硅酸镁锂、1份水性矿物油乳液、19份去离子水，乙组份包括60份水性环氧固化剂和40份去离子水。
一种动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤。
（1）按重量份数，先称取水性环氧树脂27份以及水性有机硅树脂10份置于分散罐内，再加入石墨烯粉料10份、硅酸镁锂1份、水性矿物油乳液1份，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（2）分散均匀后，再加入氧化铝15份、云母氧化铁灰17份，放入分散罐内，在1000~1500r/min转速下进行高速分散。
（3）分散一段时间后，向分散罐内加入19份去离子水调节涂料粘度，继续分散一段时间。
（4）向分散罐内加入70%玻璃珠进行砂磨分散，后过滤，测量涂料细度≤40μm，制得甲组份。
（5）取水性环氧固化剂60份、去离子水40份，放入分散罐内，在1000~1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份。
（6）将甲组份和乙组份按照质量比为6:1的配比混合均匀，即制得动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料。
试验结果。
（1）本发明对制备的双组份动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料进行散热试验，分别准备20~80μm涂层试样，研究涂层厚度对降温温差的影响，。结果显示，随着涂层厚度的增加，散热性能呈现增强的趋势，且当厚度为70μm时散热性最好，可降温12.7℃。
（2）本发明对制备的双组份动力电池用水性石墨烯高导热防腐涂料进行防腐性能测试。将实施例1中所制的涂层置于盐雾试验箱中，涂层厚度为60μm，定期观察样板表面腐蚀情况。如图2所示，2000h后，涂层表面无生锈、起泡、开裂情况。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料，其特征在于为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为4:1~7:1，按重量份数，甲组份包括20~30份水性环氧树脂、5~10份水性有机硅树脂、3~10份石墨烯粉料、10~15份导热填料、15~25份防锈填料、0.5~1份触变剂、1~2份消泡剂、15~~20份去离子水，乙组份包括50~60份水性环氧固化剂和40~50份去离子水。
2.如权利要求1所述的一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份数，先称取环氧树脂20~30份以及耐热树脂5~10份置于分散罐内，再加入石墨烯粉料3~10份、触变剂0.5~1份、消泡剂1~2份，在1000~1500r/min转速下进行高速分散；
（2）分散均匀后，再加入导热填料10~15份、防锈填料15~25份，放入分散罐内，在1000~1500r/min转速下进行高速分散；
（3）分散一段时间后，向分散罐内加入15~20份去离子水调节涂料粘度，继续分散一段时间；
（4）向分散罐内加入50~70%玻璃珠进行砂磨分散，后过滤，测量涂料细度≤40μm，制得甲组份；
（5）取水性环氧固化剂50~60份、去离子水40~50份，放入分散罐内，在1000~1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份；
（6）将甲组份和乙组份按照质量比为4:1~7:1的配比混合均匀，即制得动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料。
3.如权利要求2所述的一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料的制备方法，其特征在于所述石墨烯粉料为3~10层石墨烯中的一种或多种，粒径为5~20μm。
4.如权利要求2所述的一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料的制备方法，其特征在于所述导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或几种。
5.如权利要求2所述的一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料的制备方法，其特征在于所述防锈填料为云母粉、玻璃鳞片、云母氧化铁灰、重晶石、滑石粉中的一种或几种。
6.如权利要求2所述的一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料的制备方法，其特征在于触变剂为气相二氧化硅、硅酸镁锂、改性聚脲溶液中的一种或几种。
7.如权利要求2所述的一种动力电池用石墨烯水性高导热防腐涂料的制备方法，其特征在于所述消泡剂为有机硅消泡剂、水性聚合物乳液、水性矿物油乳液中的一种或几种。
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