CN111662550A - 导热硅胶组合物、导热硅胶材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热硅胶组合物、导热硅胶材料及制备方法，导热硅胶组合物用于包含电解液的电池，其包括液态硅油、导热填料及助剂，并且，导热硅胶组合物固化后得到的固化物在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率为5wt％以下，所述电解液蒸汽气氛的表压压力为8kPa～9kPa。基于本发明导热硅胶组合物的固化物具有良好的耐电解液性，保证其接触电解液时的长期结构稳定性及性能可靠性。

Description

导热硅胶组合物、导热硅胶材料及制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种导热硅胶组合物、导热硅胶材料及制备方法。
背景技术
导热硅胶是以有机硅为基材，加入导热材料，并辅以助剂，通过一定工艺制备得到的一种导热介质高分子材料。导热硅胶可以填充缝隙，起到密封、减震、绝缘等作用，同时在发热部件与散热部件之间进行热量传递。然而，现有的导热硅胶不耐电池的电解液，当接触电解液时，容易吸收电解液而导致解离或溶胀，从而失去导热、粘结、密封及减震等功能。
发明内容
本发明实施例提供一种导热硅胶组合物、导热硅胶材料及制备方法，旨在提高基于导热硅胶组合物的固化物的耐电解液性能。
本发明实施例第一方面提供一种导热硅胶组合物，组合物包括液态硅油、导热填料及助剂，并且，组合物固化后得到的固化物在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率为5wt％以下，电解液蒸汽气氛的表压压力为8kPa～9kPa。
本发明实施例第二方面提供一种导热硅胶组合物的制备方法，方法包括以下步骤：
第一导热填料的制备，将第一偶联剂加入第一溶剂中制备第一溶液，再将所述第一溶液与第一导热剂混合，经搅拌、固液分离、干燥后，得到第一导热填料；
第一组分的制备，将所述第一导热填料、液态硅油及抑制剂混合得到第一组分；
第二导热填料的制备，将第二偶联剂加入第二溶剂中制备第二溶液，再将所述第二溶液与第二导热剂混合，经搅拌、固液分离、干燥后，得到第二导热填料；
第二组分的制备将所述第二导热填料、交联剂、增强剂及催化剂混合，得到第二组分；
组合物的制备，将所述第一组分和所述第二组分混合，得到所述组合物。
本发明实施例第三方面提供一种导热硅胶材料，其是通过上述的组合物而获得的。
本发明实施例第四方面提供一种导热硅胶材料的制备方法，方法包括以下步骤：将上述的组合物在60℃～100℃下固化处理2min～10min，得到导热硅胶材料。
本发明实施例提供的导热硅胶组合物，其包括液态硅油、导热填料及助剂，并且，组合物固化后得到的固化物在60℃、于表压压力为8kPa～9kPa的电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率为5wt％以下，因此，基于本发明导热硅胶组合物的固化物具有良好的耐电解液性，保证其接触电解液时的长期结构稳定性及性能可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种导热硅胶组合物的制备流程图。
图2为本发明实施例提供的一种导热硅胶材料的制备流程图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个以上。
本发明的上述发明内容并不意欲描述本发明中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
首先说明根据本发明实施例第一方面的导热硅胶组合物。导热硅胶组合物用于包含电解液的电池，例如单体电池、由多个单体电池组成的电池模组或由多个电池模组组成的电池包，单体电池可以是锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池等。电池中包含电解液，电解液中采用碳酸酯类等强极性的有机物。为了满足导热硅胶的耐电解液性需求，本发明实施例的导热硅胶组合物包括液态硅油、导热填料及助剂，并且，组合物固化后得到的固化物在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率为5wt％以下，电解液蒸汽气氛的表压压力为8kPa～9kPa。
本发明实施例提供的导热硅胶组合物，其固化物具有良好的耐电解液性，保证固化物接触电解液时的长期结构稳定性及性能可靠性。
进一步地，固化物在60℃、于表压压力为8kPa～9kPa的电解液蒸汽气氛中放置60天后的导热系数降低率为20％以下。由于固化物具有良好的耐电解液性，长期接触电解液仍能保持较高的导热性能，有利于提高电池、电池模组及电池包的使用寿命。
优选地，组合物固化后的固化物的导热系数为1.5W/(m·K)以上。本发明实施例的导热硅胶组合物固化后得到的固化物，其导热系数较高，表现出较高的导热性能，将其应用于电池、电池模组及电池包中，能够有效地将电芯内部的热量传递出去，降低因高温对电芯电化学性能及安全性能的影响。
进一步地，厚度为8mm的固化物在60℃、于表压压力为8kPa～9kPa的电解液蒸汽气氛中放置60天后的压缩比为60％～80％。
本发明实施例的导热硅胶组合物固化后得到的固化物，其具有良好的压缩性能。电池模组中包括多个电池，将导热硅胶组合物灌入相邻电池之间的间隙中，经固化形成固化物。电芯在循环过程中不可避免的会产生膨胀，由于固化物具有良好的压缩性能，从而能够满足电芯在循环过程中的膨胀需求，有效缓解电芯在循环过程中的膨胀力，并起到缓冲作用，降低膨胀速率，防止电芯过度膨胀，保证电芯中电解液的充分浸润，使得电池模组具有良好的循环性能。
本发明实施例的导热硅胶组合物，作为优选地，导热填料包括导热剂及包覆于导热剂表面的偶联剂。通过在导热剂的表面包覆有偶联剂，即采用经偶联剂进行表面预处理的导热剂，使得导热填料在组合物中的分散更加均匀，并且组合物固化后，导热剂颗粒与有机硅基体之间具有较强的作用力，降低了导热剂颗粒与有机硅分子链之间的缝隙，能够阻止电解液侵入，从而使固化物具有较高的耐电解液性。
由于组合物固化后导热剂颗粒与有机硅分子链之间紧密连接，减小了导热剂颗粒与有机硅基体之间的界面热阻，同时导热填料在固化物中分散均匀，从而大幅度增大固化物的导热系数，使其具有较高的导热能力。
由于固化物中导热填料分散均匀，且导热剂颗粒与有机硅分子链之间紧密连接，从而使得固化物具有较高的强度，使其表现出良好的力学性能。
进一步地，导热填料的粒径为10μm～200μm，优选为40μm～80μm。导热填料的粒径在上述范围内，有利于导热填料在组合物及固化物中的均匀分散，防止颗粒与颗粒之间的团聚，从而有利于提高固化物的导热性能。另外，导热填料的粒径在上述范围内，通常也具有较大的比表面积，表现出较高的导热性能。
进一步地，导热填料包括第一导热填料及第二导热填料，第一导热填料包括第一导热剂及包覆于所述第一导热剂表面的第一偶联剂，第二导热填料包括第二导热剂及包覆于所述第二导热剂表面的第二偶联剂，其中第一导热剂为无机金属化合物颗粒，第二导热剂为硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物、硼氧化物、硼碳化物及硼氮化物中的一种或多种。
上述导热填料包括第一导热剂和第二导热剂，第一导热剂采用无机金属化合物，第二导热剂采用无机非金属化合物。采用该种导热填料能够提升固化物的强度，提高固化物的耐电解液性，并提升固化物的柔韧性，有效抑制固化物在长期使用过程中变脆，同时提高固化物的导热性能。
上述导热填料包括第一导热剂和第二导热剂，且第一导热剂采用无机金属化合物，第二导热剂采用无机非金属化合物，还增加了导热的传输路径，加速热量传递，从而进一步增大固化物的导热系数，提高导热性能。
因此，采用包括第一导热剂和第二导热剂的导热填料，能够使固化物具有更好的综合性能。
第一导热剂优选地为三氧化二铝、氮化铝、氢氧化铝、氧化镁、氧化铍及氧化锌中的一种或多种。第二导热剂优选地为二氧化硅、碳化硅、氮化硅及氮化硼中的一种或多种。
进一步地，上述第一偶联剂含有氢键供体及氢键受体中的一者，上述第二偶联剂含有氢键供体及氢键受体中的另一者，以使第一偶联剂与第二偶联剂之间能够进行氢键交联。通过使第一偶联剂与第二偶联剂之间的氢键交联作用，能够提高固化物的结构稳定性及力学性能，并提高固化物的耐电解液性。另外，由于第一偶联剂与第二偶联剂之间为氢键交联，还有利于使组合物具有良好的稳定性。
作为上述第一偶联剂，例如为硅烷偶联剂。优选地，用作第一偶联剂的硅烷偶联剂，其分子式为R1-(CH2)m-Si(OR2)3，R1选自氨基、缩水甘油醚氧基、甲基丙烯酰氧基及氨乙基氨基，R2选自C1～C3烷基，m为1～5。可选地，第一偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
作为上述第二偶联剂，例如为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂及羟基硅油中的一种或多种，其中用作第二偶联剂的硅烷偶联剂优选为γ-(乙二胺基)丙基甲基二甲氧基硅烷。
本发明实施例的导热硅胶组合物，其为双组分组合物，具体地，组合物包括第一组分和第二组分，第一组分和所述第二组分的质量比为1:0.6～1:1.5；第一组分包括液态硅油、第一导热填料及抑制剂，第一组分中液态硅油的质量百分含量为10wt％～68wt％，第一导热剂的质量百分含量为30wt％～89.48wt％，第一偶联剂的质量百分含量为0.5wt％～5wt％，抑制剂的质量百分含量为0.02wt％～2wt％；第二组分包括交联剂、第二导热填料、增强剂及催化剂，第二组分中交联剂的质量百分含量为20wt％～77.45wt％，第二导热剂的质量百分含量为20wt％～77.45wt％，第二偶联剂的质量百分含量为0.5wt％～3wt％，增强剂的质量百分含量为2wt％～6wt％，催化剂的质量百分含量为0.05wt％～1.5wt％。
通过调控双组分的比例、以及各组分中各物质的含量在上述范围内，能够使导热硅胶组合物在较大的导热填料比例下具有良好的流动性，使组合物固化后的固化物具有较高的耐电解液性、导热性能、力学性能及压缩性能。
其中，液态硅油中含有大量重复单元-Si-O-，硅氧键的键能很强，因而使得固化物表现出良好的力学性能和化学稳定性。进一步地，通过交联剂与液态硅油之间的化学反应，能够形成三维网络结构，更加提高固化物的力学性能及耐电解液性，有效抑制固化物对电解液的吸收、以及因吸收电解液带来的溶胀。
通过使增强剂分散于组合物中，液态硅油在增强剂表面形成硅胶生胶的吸附层，吸附层中硅胶生胶的结晶化效果使得吸附层内的分子间作用力增大，从而阻碍了对电解液的吸收，提高固化物的耐电解液性。
另外，通过调控双组分的比例、以及各组分中各物质的含量在上述范围内，能够使导热硅胶组合物实现在较低温度下的快速固化，例如在60℃～100℃下保温2min～10min即可固化完成，得到固化物，大大提高了工业生产效率。
进一步地，液态硅油优选为含有不饱和键的有机聚硅氧烷，更进一步地为含有不饱和键的直链型有机聚硅氧烷。进行交联反应时，不饱和键的位置形成交联点，能够使组合物具有较好的流动性，并使得该组合物的固化产物具有较好的综合性能。
优选地，液态硅油为端乙烯基有机聚硅氧烷、侧链乙烯基有机聚硅氧烷及含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷中的一种或多种。
端乙烯基有机聚硅氧烷可以是分子链主链仅有一端为乙烯基，也可以是分子链主链的两端乙烯基。在进行交联反应时，在端部乙烯基位置形成交联点，有利于获得较高的力学性能及压缩性能。
优选地，端乙烯基有机聚硅氧烷的分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]n(CH3)2Si-CH＝CH2，60≤n≤220。
侧链乙烯基有机聚硅氧烷是在分子链主链的侧链上具有乙烯基。在进行交联反应时，在侧链乙烯基位置形成交联点，有利于获得较高的力学性能及粘结力。
优选地，侧链乙烯基有机聚硅氧烷的分子式为(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]x[(CH2＝CH)(CH3)SiO]ySi(CH3)3，y>0，60≤x+y≤240。
含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷是在分子链主链端部及侧链上均具有乙烯基。在进行交联反应时，在端部乙烯基位置及侧链乙烯基位置均形成交联点，通过调控端部乙烯基及侧链乙烯基的比例，有利于获得较高的力学性能、压缩性能及粘结力。
优选地，含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷的分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，u>0，60≤u+v≤240。
优选地，液态硅油中乙烯基的质量百分含量为2wt％～15wt％。使得固化物具有较高的力学性能、压缩性能及粘结力。
进一步地，抑制剂优选为含有不饱和碳键的醇类化合物，不饱和碳键例如是碳碳双键及碳碳三键中的一种或两种。优选地，抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、2-乙烯基异丙醇、4-戊炔-1-醇及乙酸-4-炔醇中的一种或多种。通过上述抑制剂使得固化反应更加可控，提高可操作性。
进一步地，交联剂优选为氢基硅油，氢基硅油通过氢键作用，能够提升分子间作用力，增强与主体的交联，使固化物获得良好的稳定性及耐电解液性。作为优选地，氢基硅油中含氢量为0.1wt％～1wt％。氢基硅油中含氢量在此范围内，能够达到较好的交联效果，增强固化物的强度及耐电解液性，并防止组合物的粘度增大，使组合物具有良好的流动性。
进一步地，增强剂优选为白炭黑、石英粉、高岭土、硅酸钙、氧化铁、硅酸锆、氧化铁、碳酸钙及硅藻土中的一种或多种。
进一步地，催化剂优选为铂系催化剂。更进一步地，催化剂优选为铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧络合物及含氯铂酸的异丙醇溶液中的一种或多种。前述含氯铂酸的异丙醇溶液中，氯铂酸的质量百分含量优选为10％～20％。
接下来说明本发明实施例提供的一种导热硅胶组合物的制备方法，通过该制备方法能够制备得到上述的导热硅胶组合物。如图1所示，制备方法包括以下步骤：
S10，第一导热填料的制备步骤，将第一偶联剂加入第一溶剂中制备第一溶液，再将第一溶液与第一导热剂混合，经搅拌、固液分离、干燥后，得到第一导热填料。
S20，第一组分的制备步骤，将第一导热填料、液态硅油及抑制剂混合得到第一组分。
S30，第二导热填料的制备步骤，将第二偶联剂加入第二溶剂中制备第二溶液，再将第二溶液与第二导热剂混合，经搅拌、固液分离、干燥后，得到第二导热填料。
S40，第二组分的制备步骤，将第二导热填料、交联剂、增强剂及催化剂混合，得到第二组分。
S50，组合物的制备步骤，将第一组分和第二组分混合，得到组合物。
在第一导热填料的制备步骤S10，第一溶剂可以是水及乙醇中的一种或多种，将第一偶联剂加入第一溶剂中，经搅拌，例如搅拌10min～30min，使第一偶联剂均匀地分散于第一溶剂中，即得第一溶液。第一溶液中第一偶联剂的质量百分含量例如为1wt％～5wt％，再例如为2wt％～4wt％，又例如为3wt％。
将第一导热剂加入第一溶液中，经搅拌处理，搅拌处理的温度例如为60℃～80℃，搅拌时间例如为50min～80min，使第一偶联剂与第一导热剂的表面进行反应，从而使第一偶联剂包覆于第一导热剂的表面，实现对第一导热剂的表面改性预处理；之后经固液分离，可以是通过离心或过滤处理，去除液相，得到初始第一导热填料；再经干燥，干燥优选地在真空条件下进行，干燥温度例如为90℃～120℃，干燥时间例如为6h～24h，即得到第一导热填料。
在一些实施例中，对初始第一导热填料进行干燥后，还可以经进一步地破碎处理，例如使用研磨机进行研磨处理，以使第一导热填料具有合适的粒径。
在第一组分的制备步骤S20，对第一导热填料、液态硅油及抑制剂的加料顺序不做具体限制，可以根据实际情况进行选择。作为一个示例，在步骤S20，在混合搅拌机内加入液态硅油和第一导热填料，开启公转进行搅拌，速度为10rpm～30rpm，搅拌30min～60min后加入抑制剂，开启自转、并调控混合搅拌机内为-0.05MPa～-0.1MPa的真空度进行继续搅拌，搅拌速度为500rpm～1200rpm，继续搅拌80min～120min，得到第一组分。
在第二导热填料的制备步骤S30，第二溶剂可以是水及乙醇中的一种或多种，将第二偶联剂加入第二溶剂中，经搅拌，例如搅拌10min～30min，使第二偶联剂均匀地分散于第二溶剂中，即得第二溶液。第二溶液中第二偶联剂的质量百分含量例如为1wt％～5wt％，再例如为2wt％～4wt％，又例如为3wt％。
将第二导热剂加入第二溶液中，经搅拌处理，搅拌处理的温度例如为60℃～80℃，搅拌时间例如为50min～80min，使第二偶联剂与第二导热剂的表面进行反应，从而使第二偶联剂包覆于第二导热剂的表面，实现对第二导热剂的表面改性预处理；之后经固液分离，可以是通过离心或过滤处理，去除液相，得到初始第二导热填料；再经干燥，干燥优选地在真空条件下进行，干燥温度例如为90℃～120℃，干燥时间例如为6h～24h，即得到第二导热填料。
在一些实施例中，对初始第二导热填料进行干燥后，还可以经进一步地破碎处理，例如使用研磨机进行研磨处理，以使第二导热填料具有合适的粒径。
在第二组分的制备步骤S40，对第二导热填料、液态硅油及抑制剂的加料顺序不做具体限制，可以根据实际情况进行选择。作为一个示例，在步骤S40，在混合搅拌机内加入交联剂和第二导热填料，开启公转进行搅拌，速度为15rpm～25rpm，搅拌30min～60min，如35min～60min，之后加入增强剂和催化剂，开启自转、并调控混合搅拌机内为-0.05MPa～-0.1MPa的真空度进行继续搅拌，搅拌速度为450rpm～1100rpm，继续搅拌60min～110min，得到第二组分。
在组合物的制备步骤S50，将第一组分和第二组分混合，并搅拌均匀，即得到导热硅胶组合物。
本发明实施例还提供一种导热硅胶材料，其是通过上述任一种导热硅胶组合物而获得的。例如是通过上述任一种导热硅胶组合物经固化而获得的。因此，本发明实施例提供的导热硅胶材料具有较高的耐电解液性、力学性能、压缩性能及导热性能。
本发明实施例还提供一种导热硅胶材料的制备方法，方法包括以下步骤：固化处理步骤S60，将上述任一种导热硅胶组合物在60℃～100℃下固化处理2min～10min，得到导热硅胶材料。采用本发明实施例的导热硅胶组合物，可以实现在较低温度下的快速固化，大大提高了工业生产效率。
在一些实施例中，如图2所示，导热硅胶材料的制备方法包括以下步骤：第一导热填料的制备步骤S10、第一组分的制备步骤S20、第二导热填料的制备步骤S30、第二组分的制备步骤S40、组合物的制备步骤S50、固化处理步骤S60，其中各步骤的操作可以如前文所述，在此不再赘述。
实施例
下述实施例更具体地描述了本发明公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本发明公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
第一导热填料的制备，将5g第一偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和490g第一溶剂无水乙醇混合，搅拌30min，配成第一溶液，其中第一偶联剂的质量百分含量为1.01wt％；然后在第一溶液中加入245g第一导热剂三氧化二铝粉末，加热到60℃，继续搅拌60min，之后经过滤去除液相，将固相在100℃、真空条件下烘烤12h，然后用研磨机研磨后，用筛网筛分，得到第一导热填料。
第一组分的制备，在混合搅拌机内加入300g粘度为1000cP的液态硅油和245g第一导热填料，开启公转进行搅拌，速度为20rpm，搅拌50min后加入2g 1-乙炔基-1-环己醇，开启自转，速度为1000rpm，在-0.08MPa真空度下继续搅拌120min，即得到第一组分。其中，液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中10<u<20，80<v<100，液态硅油的乙烯基含量为5wt％。
第二导热填料的制备，将5g第二偶联剂单烷氧基型钛酸酯偶联剂(分子式为C3H7OTi(OCOR)3)和490g第二溶剂无水乙醇混合，搅拌30min，配成第二溶液，其中第二偶联剂的质量百分含量为1.01wt％；然后在第二溶液中加入245g第二导热剂二氧化硅粉体，加热到60℃，继续搅拌60min，之后经过滤去除液相，将固相在100℃、真空条件下烘烤12h，然后用研磨机研磨后，用筛网筛分，得到第二导热填料。
第二组分的制备，在混合搅拌机内加入240g含氢量为0.3％的氢基硅油和200g第二导热填料，开启公转进行搅拌，速度为25rpm，搅拌60min后加入20g增强剂白炭黑和3g催化剂铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧络合物，开启自转，速度为1100rpm，在-0.1MPa真空度下继续搅拌100min，即得到第二组分。
固化处理，将第一组分和第二组分以1:1的质量比混合均匀，在70℃下保温5min即可固化，得到导热硅胶材料。
实施例2
与实施例1不同的是，第一偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，第二偶联剂为γ-(乙二胺基)丙基甲基二甲氧基硅烷；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中10<u<20，120<v<160，液态硅油的乙烯基含量为3wt％。
实施例3
与实施例1不同的是，第一导热剂为氮化铝，第二导热剂为碳化硅；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中20<u<40，80<v<100，液态硅油的乙烯基含量为9wt％。
实施例4
与实施例1不同的是，第一组分中液态硅油的加入量为200g，第二组分中氢基硅油的加入量为160g；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中20<u<40，120<v<160，液态硅油的乙烯基含量为6wt％。
实施例5
与实施例1不同的是，第一组分中液态硅油的加入量为400g，第二组分中氢基硅油的加入量为320g；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中40<u<60，80<v<100，液态硅油的乙烯基含量为12wt％。
实施例6
与实施例1不同的是，增强剂为硅酸钙；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中40<u<60，120<v<160，液态硅油的乙烯基含量为9wt％。
实施例7
与实施例1不同的是，第二导热剂为三氧化二铝粉末；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中60<u<80，80<v<100，液态硅油的乙烯基含量为15wt％。
实施例8
与实施例1不同的是，第二组分中不添加增强剂；
液态硅油为含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷，分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，式中60<u<80，120<v<160，液态硅油的乙烯基含量为11wt％。
对比例1
与实施例1不同的是：
省去第一导热填料的制备步骤及第二导热填料的制备步骤；
在第一组分的制备步骤中，在混合搅拌机内加入300g粘度为1000cP的液态硅油、4.9g第一偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和240.1g第一导热剂三氧化二铝粉末，开启公转进行搅拌，速度为20rpm，搅拌50min后加入2g 1-乙炔基-1-环己醇，开启自转继续搅拌，速度为1000rpm，在-0.08MPa真空度下继续搅拌120min，即得到第一组分。
在第二组分的制备步骤中，在混合搅拌机内加入240g含氢量为0.3％的氢基硅油、4g第二偶联剂钛酸酯和196g第二导热剂二氧化硅粉体，开启公转进行搅拌，速度为25rpm，搅拌60min后加入20g白炭黑和3g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧络合物，开启自转继续搅拌，速度为1100rpm，在-0.1MPa真空度下继续搅拌100min，即得到第二组分。
对比例2
与实施例1不同的是：
省去第二导热填料的制备步骤；
在第二组分的制备步骤中，在混合搅拌机内加入240g含氢量为0.3％的氢基硅油、4g第二偶联剂钛酸酯和196g第二导热剂三氧化二铝粉体，开启公转进行搅拌，速度为25rpm，搅拌60min后加入20g白炭黑和3g铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧络合物，开启自转继续搅拌，速度为1100rpm，在-0.1MPa真空度下继续搅拌100min，即得到第二组分。
测试部分
将导热硅胶材料裁成30mm×30mm×8mm的样块，并准确测量每个样块的质量为W1；取一定量的锂离子电池电解液于聚丙烯(PP)材质的袋中，其中电解液为由等体积的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)及碳酸甲乙酯(EMC)组成，热压封装进行密封；将样块和装有电解液的PP袋一起放入铝壳中，并密封；将铝壳放置到60℃的烘箱中，电解液蒸汽由PP袋扩散至铝壳中，使铝壳内电解液蒸汽的压力保持在9kPa(表压)，隔一段时间取出来对导热硅胶材料进行性能测试。
(1)导热硅胶材料的吸液率测量
从烘箱中取出铝壳，拆开后立马测量导热硅胶材料的质量为W2，根据吸液率η(wt％)＝(W2-W1)/W1，计算导热硅胶材料的吸液率。每组测三个平行样取平均值。
评判标准：若导热硅胶材料在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率η60≤5wt％，则导热硅胶材料的耐电解液性较好；若导热硅胶材料在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率η60>5wt％，则导热硅胶材料的耐电解液性较差。
(2)导热硅胶材料的导热系数测量
采用型号为Hot Disk TPS 2500S的导热仪，依据国标ASTM-D5470-2012的方法对导热硅胶材料进行导热系数测量，每组测三个平行样取平均值。
评判标准：若导热硅胶材料在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的导热系数降低率为20％以下，则导热硅胶材料的导热性能满足需求，否则，则不能满足需求。
(3)导热硅胶材料的压缩比测量
对导热硅胶材料按照《GB/T 2941材料物理试验方法试样的制备和调节通用程序》进行制样，按照国标压缩性能测定对材料的压缩性能进行测试，压缩前厚度H1，压缩后厚度H2，压缩比δ(％)＝(H1-H2)/H1×100％。
评判标准：若导热硅胶材料在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的压缩比为60％～80％，则导热硅胶材料的压缩性能好，否则，则压缩性能差。
实施例1至8和对比例1的测试结果示于表1至表3。
表1导热硅胶材料的耐电解液性
Figure BDA0001988762240000151
由表1中实施例1至8与对比例1至2的对比分析可知，通过在导热剂的表面包覆偶联剂，即采用经偶联剂进行表面预处理的导热剂，能够提高导热硅胶材料的耐电解液性，使得导热硅胶材料具有较好的耐电解液性。进一步地，由实施例1至7与实施例8的对比分析可知，在导热硅胶组合物中添加增强剂，能够更好地提高导热硅胶材料的耐电解液性。
表2导热硅胶材料的导热性能
Figure BDA0001988762240000161
由表2中实施例1至8与对比例1至2的对比分析可知，通过在导热剂的表面包覆有偶联剂，即采用经偶联剂进行表面预处理的导热剂，能够提高导热硅胶材料的导热系数，使得导热硅胶材料具有较高的导热能力。并且，实施例1至8中的导热硅胶材料在60℃于所述电解液蒸汽气氛中放置60天后的导热系数降低率均为7.10％以下，而对比例1中的导热硅胶材料在60℃于所述电解液蒸汽气氛中放置60天后的导热系数降低率为27.14％，对比例2中的导热硅胶材料在60℃于所述电解液蒸汽气氛中放置60天后的导热系数降低率为29.08％，进一步证明本发明实施例的导热硅胶材料具有较好的耐电解液性。
表3导热硅胶材料的压缩性能
Figure BDA0001988762240000162
Figure BDA0001988762240000171
由表3中实施例1至8与对比例1至2的对比分析可知，通过在导热剂的表面包覆有偶联剂，即采用经偶联剂进行表面预处理的导热剂，能够使得导热硅胶材料具有较好的压缩性能。对比例1至2中由于导热剂存在分散不均匀的问题，导致材料的压缩性能较差。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种导热硅胶组合物，用于包含电解液的电池，其特征在于，所述组合物包括液态硅油、导热填料及助剂，并且，所述组合物固化后得到的固化物在60℃于电解液蒸汽气氛中放置60天后的吸液率为5wt％以下，所述电解液蒸汽气氛的表压压力为8kPa～9kPa。
2.根据权利要求1所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述固化物在60℃于所述电解液蒸汽气氛中放置60天后的导热系数降低率为20％以下；
和/或，所述固化物的导热系数为1.5W/(m·K)以上；
和/或，厚度为8mm的所述固化物在60℃于所述电解液蒸汽气氛中放置60天后的压缩比为60％～80％。
3.根据权利要求1或2所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述导热填料包括导热剂及包覆于所述导热剂表面的偶联剂。
4.根据权利要求1至3任一项所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述导热填料包括第一导热填料及第二导热填料；
所述第一导热填料包括第一导热剂及包覆于所述第一导热剂表面的第一偶联剂，所述第一导热剂为无机金属化合物颗粒，优选为三氧化二铝、氮化铝、氢氧化铝、氧化镁、氧化铍及氧化锌中的一种或多种；
所述第二导热填料包括第二导热剂及包覆于所述第二导热剂表面的第二偶联剂，所述第二导热剂为硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物、硼氧化物、硼碳化物及硼氮化物中的一种或多种，优选为二氧化硅、碳化硅、氮化硅及氮化硼中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述第一偶联剂含有氢键供体及氢键受体中的一者，所述第二偶联剂含有氢键供体及氢键受体中的另一者，以使所述第一偶联剂与所述第二偶联剂之间能够进行氢键交联。
6.根据权利要求5所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述第一偶联剂为硅烷偶联剂，分子式为R1-(CH2)m-Si(OR2)3，R1选自氨基、缩水甘油醚氧基、甲基丙烯酰氧基及氨乙基氨基，R2选自C1～C3烷基，1≤m≤5，所述第一偶联剂优选地为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；
所述第二偶联剂为钛酸酯偶联剂、γ-(乙二胺基)丙基甲基二甲氧基硅烷及羟基硅油中的一种或多种。
7.根据权利要求4至6任一项所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述组合物包括第一组分和第二组分，所述第一组分和所述第二组分的质量比为1:0.6～1:1.5；
所述第一组分包括液态硅油、第一导热填料及抑制剂，所述第一组分中所述液态硅油的质量百分含量为10wt％～68wt％，所述第一导热剂的质量百分含量为30wt％～89.48wt％，所述第一偶联剂的质量百分含量为0.5wt％～5wt％，所述抑制剂的质量百分含量为0.02wt％～2wt％；
所述第二组分包括交联剂、第二导热填料、增强剂及催化剂，所述第二组分中所述交联剂的质量百分含量为20wt％～77.45wt％，所述第二导热剂的质量百分含量为20wt％～77.45wt％，所述第二偶联剂的质量百分含量为0.5wt％～3wt％，所述增强剂的质量百分含量为2wt％～6wt％，所述催化剂的质量百分含量为0.05wt％～1.5wt％。
8.根据权利要求3至7任一项所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述液态硅油为含有不饱和键的有机聚硅氧烷。
9.根据权利要求8所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述液态硅油为端乙烯基有机聚硅氧烷、侧链乙烯基有机聚硅氧烷及含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷中的一种或多种；优选地，
所述端乙烯基有机聚硅氧烷的分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]n(CH3)2Si-CH＝CH2，60≤n≤220；或者，
所述侧链乙烯基有机聚硅氧烷的分子式为(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]x[(CH2＝CH)(CH3)SiO]ySi(CH3)3，y>0，60≤x+y≤240；或者，
所述含有端乙烯基和侧链乙烯基的有机聚硅氧烷的分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH2＝CH)(CH3)SiO]u[(CH3)2SiO]v(CH3)2Si-CH＝CH2，u>0，60≤u+v≤240。
10.根据权利要求9所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述液态硅油中乙烯基的质量百分含量为2wt％～15wt％。
11.根据权利要求7所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述抑制剂为含有不饱和碳键的醇类化合物，优选为1-乙炔基-1-环己醇、2-乙烯基异丙醇、4-戊炔-1-醇及乙酸-4-炔醇中的一种或多种。
12.根据权利要求7所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述交联剂为氢基硅油，所述氢基硅油中含氢量为0.1wt％～1wt％。
13.根据权利要求7所述的导热硅胶组合物，其特征在于，所述增强剂为白炭黑、石英粉、高岭土、硅酸钙、氧化铁、硅酸锆、氧化铁、碳酸钙及硅藻土中的一种或多种；和/或，
所述催化剂为铂系催化剂，优选为铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3-四甲基二硅氧络合物及含氯铂酸的异丙醇溶液中的一种或多种。
14.权利要求1至13任一项所述的导热硅胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一导热填料的制备，将第一偶联剂加入第一溶剂中制备第一溶液，再将所述第一溶液与第一导热剂混合，经搅拌、固液分离、干燥后，得到第一导热填料；
第一组分的制备，将所述第一导热填料、液态硅油及抑制剂混合得到第一组分；
第二导热填料的制备，将第二偶联剂加入第二溶剂中制备第二溶液，再将所述第二溶液与第二导热剂混合，经搅拌、固液分离、干燥后，得到第二导热填料；
第二组分的制备，将所述第二导热填料、交联剂、增强剂及催化剂混合，得到第二组分；
组合物的制备，将所述第一组分和所述第二组分混合，得到所述组合物。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述第一导热填料的制备步骤中，所述搅拌的温度为60℃～80℃、时间为50min～80min，所述干燥的温度为90℃～120℃、时间为6h～24h；
所述第二导热填料的制备步骤中，所述搅拌的温度为60℃～80℃、时间为50min～80min，所述干燥的温度为90℃～120℃、时间为6h～24h。
16.一种导热硅胶材料，其特征在于，其是通过权利要求1至13任一项所述的组合物而获得的。
17.一种导热硅胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1至13任一项所述的组合物在60℃～100℃下固化处理2min～10min，得到所述导热硅胶材料。
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