CN111607362A - 一种高导热柔性相变材料的制备方法及电池模组 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种高导热柔性相变材料的制备方法及电池模组，其高导热柔性相变材料的制备方法是通过苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物置于有机溶剂中进行充分溶解成胶状，然后将石蜡与导热增强剂混合后磨成粉末与胶状的苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物进行充分搅拌混合，免去了传统熔融共混过程，从而避免了两个材料分离现象，而由于有机溶剂易挥发，能够使得苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物包覆复合相变材料粉末的同时，在其表面形成致密的网状薄膜，有效提高复合相变材料粉末被包覆的致密程度，提高了相变材料的柔性与韧性，提高其抗泄漏性能与潜热值，而通过增加导热增强剂能够提高相变材料的导热性能。

Description

一种高导热柔性相变材料的制备方法及电池模组
技术领域
本申请涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种柔性相变材料的制备方法、以及采用此相变材料的电池模组。
背景技术
近年来，能源短缺，环境污染以及温室气体过量排放的问题越来越受到人们的关注。开发可持续清洁能源成为了重点的发展对象。汽车是消耗化石能源最多的部分之一，伴随着人们日常生活同时也是排放温室气体的重要来源之一。因此，以电作为驱动力的纯电动汽车无温室气体排放同时能够减少化石能源的消耗，是可持续发展的重点关注领域。动力电池作为纯电动汽车的能源核心，但是其极容易受到工作温度以及外力冲击的影响而损坏甚至爆炸，很大程度上限制了电动汽车的发展。除此之外，在实际过程中，电动汽车的使用都伴随着长时间以及高倍率的使用，电池模组温度堆积严重，电池模组的温度一致性被打破从而造成电池模组短路。而电动汽车受到碰撞后，电池得不到安全保护而变形也是造成电动汽车不安全系数增加以及车祸后二次爆炸的重要原因之一。
因此，保护电池模组受到外力冲击又能够对电池模组导热的方法显得尤其重要。目前，常见的电池热管理方法有空气冷却、液体冷却以及相变材料冷却。其中，空冷冷却效果差，而液体冷却的冷却效果虽然好，但是系统还存在漏液风险，不仅如此，这两种系统在防外力冲击的保护作用极差，传统的刚性相变材料冷却效果好，结构简单，但是受到外力作用容易破裂，造成不可修复的损害，影响电池热管理系统的正常使用。所以，建立一个结构简单，温控效果优异，防外力性能好的电池热管理系统是电动汽车发展的关键步骤之一。
而高分子共聚物的融化温度需要110℃以上，针对工业化生产则需要消耗大量的能量来进行生产，成本很高且工艺复杂，同时，由于现有的相变材料潜热较小，导热性较差，无法满足电池的降温需求。
中国专利申请号为201910543421.1公开了一种电池散热系统及车辆，其虽然公开了一种由膨胀石墨、氢化苯乙烯-聚乙烯-聚苯乙烯嵌段共聚物、石蜡组成的复合相变材料可以包覆电池，可以让电池模组中的热量散出，降低电池模组温度，能够有效防止相变材料熔化时发生泄漏，增强复合相变材料机械强度。但是，其经过复合后，其柔性强度比较低，在当热量较大或长时间使用时，造成相变材料泄漏的可能性仍然较大，给电池使用造成危害。
发明内容
本申请提供了一种高导热柔性相变材料的制备方法及电池模组，用于解决相变材料导热性不佳、易碎与易泄露的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种高导热柔性相变材料的制备方法，原料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、石蜡与导热增强剂，其制备步骤如下：
步骤一：将所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物置于有机溶剂中进行浸泡2-3小时，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与所述有机溶剂的质量比为5：5-7，浸泡期间，进行搅拌直至形成苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液；
步骤二：将所述石蜡在温度为60℃的油浴锅中进行溶解，当所述石蜡完全溶解后，加入所述导热增强剂，所述石蜡与所述导热增强剂的质量比为5-8：0.7-1.2，以1000rad/s的速度进行搅拌，经过搅拌均匀后，倒入模具中进行固化获得复合相变材料，所述复合相变材料的相变温度为45-50℃；
步骤三：通过磨粉机将所述复合相变材料磨成粉末状，将粉末状的所述复合相变材料加入到所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与所述复合相变材料的质量比为2-5：5-8，以搅拌速度为300rad/s进行搅拌，搅拌均匀后，导入模具并在室温下进行干燥成型获得高导热柔性相变材料。
优选地，所述步骤三中进行干燥的具体过程包括自然静置或放置在40℃以下的烘箱中进行烘干，以使得所述有机溶剂挥发。
优选地，所述有机溶剂采用四氯化碳或丙酮。
优选地，所述导热增强剂采用膨胀石墨、碳纳米管或石墨烯。
本发明实施例还提供了一种电池模组，应用上述的高导热柔性相变材料的制备方法所制成的高导热柔性相变材料，电池模组包括箱体与电池架；
所述箱体内设有若干个电池；
所述电池架由所述柔性相变材料制成，所述电池架开有与所述电池结构相适配的装载孔，所述电池插接入所述装载孔中。
优选地，所述电池架两侧设有上下对应的两个电池保护板，所述电池保护板开有与所述装载孔对应的通孔。
优选地，所述箱体内设有用于限定两个所述电池架位置的固定支架，所述固定支架与所述箱体内壁通过设置卡扣件卡扣连接。
优选地，所述电池架外侧结构与所述箱体内侧结构相适配。
优选地，所述装载孔的轴向长度等于所述电池长度。
优选地，所述箱体、所述电池保护板、所述固定支架均为绝缘材料。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例第一方面提供了一种高导热柔性相变材料的制备方法，其通过苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物置于有机溶剂中进行充分溶解成胶状，然后将石蜡与导热增强剂混合后磨成粉末与胶状的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物进行充分搅拌混合，免去了传统熔融共混过程，从而避免了两个材料分离现象，而由于有机溶剂易挥发，因此，不会影响质量变化，同时，随着有机溶剂的挥发，能够使得苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物包覆复合相变材料粉末的同时，在其表面形成致密的网状薄膜，有效提高复合相变材料粉末被包覆的致密程度，提高了相变材料的柔性与韧性，提高其抗泄漏性能与潜热值；而通过增加导热增强剂能够提高相变材料的导热性能。本申请实施例提供的一种电池模组，利用上述的高导热柔性相变材料制成电池架，可以在电池架中的装载孔中插接电池，使得结构更加稳定，减少外力的冲击，同时，能够使得导热效果更好，相变材料更加不易碎。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种高导热柔性相变材料在60℃的温度下的质量保持率的拟合仿真图；
图2为本申请实施例提供的一种电池模组的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电池模组的部分爆炸图；
图4为本申请实施例提供的一种电池模组中电池架与电池配合的俯视结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
本实施例一提供了一种高导热柔性相变材料的制备方法与其制备得到的柔性相变材料：
原料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、石蜡与导热增强剂，其制备步骤如下：
步骤一：将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物置于有机溶剂中进行浸泡2-3小时，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与有机溶剂的质量比为5：5-7，浸泡期间，进行搅拌直至形成苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液；
步骤二：将石蜡在温度为60℃的油浴锅中进行溶解，当石蜡完全溶解后，加入导热增强剂，石蜡与所导热增强剂的质量比为5-8：0.7-1.2，以1000rad/s的速度进行搅拌，经过搅拌均匀后，倒入模具中进行固化获得复合相变材料，复合相变材料的相变温度为45-50℃；
步骤三：通过磨粉机将复合相变材料磨成粉末状，将粉末状的复合相变材料加入到苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液中，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与复合相变材料的质量比为2-5：5-8，以搅拌速度为300rad/s进行搅拌，搅拌均匀后，导入模具并在室温下进行干燥成型获得高导热柔性相变材料。
可以理解的是，由于相似相容原理，有机溶剂易挥发，同时，能够溶解共聚物，使得形成胶状的共聚物，而胶状的共聚物可以直接包覆在固体的石蜡粉末，免去了传统的熔融共混过程，从而避免了分离现象；
同时，复合相变材料由石蜡与导热增强剂组成，并磨成粉末状，而苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液与复合相变材料粉末进行混合搅拌，胶状的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物能够很好包覆复合相变材料粉末，在有机溶剂挥发后共聚物在粉末上形成了致密薄膜，整体的相变材料呈现柔性，能够承受较高的外力碰撞，有效提高复合相变材料的抗泄漏性能，同时，通过增加导热增强剂，提高了复合相变材料的潜热值。
进一步地，步骤三中进行干燥的具体过程包括自然静置或放置在40℃以下的烘箱中进行烘干，以使得所述有机溶剂挥发。
需要说明的是，烘箱的温度过高会出现气泡，破坏共聚物的致密度，因此，需要保持温度在40℃以下。
进一步地，有机溶剂采用四氯化碳或丙酮。
进一步地，导热增强剂采用膨胀石墨、碳纳米管或石墨烯。
实施例二
实施例二结合原料具体组分说明高导热柔性相变材料的制备过程，具体如下：
步骤一：将15g的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物置于20g的四氯化碳溶液中进行浸泡2-3小时，浸泡期间，进行搅拌直至形成苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液；
步骤二：将32g的石蜡在温度为60℃的油浴锅中进行溶解，当石蜡完全溶解后，加入3g的膨胀石墨，以1000rad/s的速度进行搅拌，经过搅拌均匀后，倒入模具中进行固化获得35g的复合相变材料；
需要说明的是，导热增强剂选用膨胀石墨，不仅能够有效提高相变材料的导热系数，还能对石蜡有一定的吸附作用，增加与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物之间的粘结，提高相变材料的稳定性，形成良好的导热网络。
步骤三：通过磨粉机将35g的复合相变材料磨成粉末状后形成复合相变材料粉末，并将35g的复合相变材料粉末加入到苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液中，以搅拌速度为300rad/s进行搅拌，搅拌均匀后导入模具中，并在室温下进行干燥，而在干燥过程中，四氯化碳会挥发掉，而在本实施例中，其挥发可以采用静置自然挥发，或者放置在40℃以下的烘箱中进行加速挥发，进而形成柔性相变材料，请参考图1，图1为在60℃加热台持续加热情况下，柔性相变材料的质量保持率随时间变化的分析拟合图，其质量保持率用于表征相变材料的泄露情况，由图中可以看出，即使不同比例的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与膨胀石墨，在60℃持续加热情况下，柔性相变材料质量保持率均在99％以上。其说明本实施例中的柔性相变材料不易泄漏与不易碎。
实施例三
实施例三提供了一种电池模组，参考图2-图4，本实施例应用了上述实施例中的高导热柔性相变材料制备方法所制备的高导热柔性相变材料，其包括箱体6与电池架4；箱体6内设有若干个电池3；电池架4由柔性相变材料制成，电池架4开有与电池3结构相适配的装载孔，电池3插接入装载孔中。
可以理解的是，本实施例通过设置电池架4，并电池架4上开通装载孔，以用来安插电池3，使得电池3可以与柔性相变材料相接触，而电池架4结构更加稳定，可以为电池3提供减震效果，当受到撞击时，能够有效保证电池3不受到伤害。
进一步地，电池架4两侧设有上下对应的两个电池保护板2，电池保护板2开有与所述装载孔对应的通孔，使得能够进一步保护电池3不受到伤害。
进一步地，箱体6内设有用于限定电池架4位置的固定支架5，固定支架5与箱体6内壁之间通过设置卡扣件实现卡扣连接。
可以理解的是，本实施例采用的是卡扣连接，有效避免了传统螺母在长时间震动会松脱的现象。
进一步地，电池架4外侧结构与所述箱体6内侧结构相适配，能够使得结构更加稳定。
进一步地，装载孔的轴向长度等于电池3长度，使得电池3与柔性相变材料完全接触，提高电池3传热效率，同时，能够很好地保护电池3。
进一步地，箱体6上设有箱盖1，箱盖1与箱体6配合对电池3进行密封。
进一步地，箱体6、电池保护板2、固定支架5均为绝缘材料，确保电池3的工作环境与外界绝缘，避免了电池3出现外短路的现象。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高导热柔性相变材料的制备方法，其特征在于，原料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、石蜡与导热增强剂，其制备步骤如下：
步骤一：将所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物置于有机溶剂中进行浸泡2-3小时，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与所述有机溶剂的质量比为5：5-7，浸泡期间，进行搅拌直至形成苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液；
步骤二：将所述石蜡在温度为60℃的油浴锅中进行溶解，当所述石蜡完全溶解后，加入所述导热增强剂，所述石蜡与所述导热增强剂的质量比为5-8：0.7-1.2，以1000rad/s的速度进行搅拌，经过搅拌均匀后，倒入模具中进行固化获得复合相变材料，所述复合相变材料的相变温度为45-50℃；
步骤三：通过磨粉机将所述复合相变材料磨成粉末状，将粉末状的所述复合相变材料加入到所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶状溶液中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与所述复合相变材料的质量比为2-5：5-8，以搅拌速度为300rad/s进行搅拌，搅拌均匀后，导入模具并在室温下进行干燥成型获得高导热柔性相变材料。
2.根据权利要求1所述的一种高导热柔性相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中进行干燥的具体过程包括自然静置或放置在40℃以下的烘箱中进行烘干，以使得所述有机溶剂挥发。
3.根据权利要求1所述的一种高导热柔性相变材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂采用四氯化碳或丙酮。
4.根据权利要求1所述的一种高导热柔性相变材料的制备方法，其特征在于，所述导热增强剂采用膨胀石墨、碳纳米管或石墨烯。
5.一种电池模组，应用权利要求1-4中任一项所述的高导热柔性相变材料的制备方法所制成的高导热柔性相变材料，其特征在于，包括箱体与电池架；
所述箱体内设有若干个电池；
所述电池架由所述高导热柔性相变材料制成，所述电池架开有与所述电池结构相适配的装载孔，所述电池插接入所述装载孔中。
6.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述电池架两侧设有上下对应的两个电池保护板，所述电池保护板开有与所述装载孔对应的通孔。
7.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，所述箱体内设有用于限定两个所述电池架位置的固定支架，所述固定支架与所述箱体内壁通过设置卡扣件卡扣连接。
8.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述电池架外侧结构与所述箱体内侧结构相适配。
9.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述装载孔的轴向长度等于所述电池长度。
10.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述箱体、所述电池保护板、所述固定支架均为绝缘材料。
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