CN114686177A - 一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，将黏土矿物、石墨、六方氮化硼等层状固体粉末按比例混合，配成水/乙醇悬浮液，经超声‑砂磨剥离成纳米层片，加入适量结合剂促进纳米层片进行自组装，并冷冻干燥或喷雾干燥，形成由多种组分构成的微纳米多级多孔复合材料。该多孔复合材料经表面处理后经机械化学、熔融等工艺复合石蜡、烷烃等相变材料组分，制备相变材料。本发明的有益效果体现在：（1）有效相变组分的负载量更大；（2）导热系数可调，且可以大幅提高；（3）可大幅提高相变材料在使用过程中的稳定性与寿命。
Description
技术领域
本发明涉及非金属多孔复合材料领域技术，尤其是指一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法。
背景技术
随着电动汽车及3C电子产品的快速发展，锂电池的使用日益广泛。锂电池的充放电特性能受温度影响很大，尤其是快充锂电池器件。局部温度过高会带来安全隐患，温度过低则影响充放电容量，并且对电池的使用寿命带来负面影响。采用冷却、加热等热管理技术是解决上述问题的一般思路。常规的风冷、水冷、电加热等技术存在结构复杂、耗能、恒温效果差等问题，利用相变材料的相变潜热来调控锂电池等器件的在充放电过程中的温度变化是最近发展的一种很有潜力的热管理新技术。相变材料有有机物、无机盐等多种选择。由于无机盐存在腐蚀性、相变温度不匹配等问题，石蜡等有机相变材料是锂电池热管理技术中合适的选择。石蜡等有机物吸热熔化后容易泄漏，负载材料是制约有机相变材料走向产业应用的关键因素之一。纳米黏土、石墨碳材料、氮化硼粉末、泡沫金属等是常用的相变材料的负载与封装材料，但是存在负载量较低、导热系数不可调、或者绝缘性不高、易泄露等问题，影响相变材料在锂电池系统热管理中的实际应用，亟需发展一种导热系数可调、绝缘性可控的多级多孔材料，用作相变材料的负载材料。
发明内容
针对现有相变材料用载体结构单一、有效组分负载量低、导热系数低、不稳定易泄露等问题，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，其具有高导热系数、高负载量、高稳定性的相变材料的载体，并发展一种高效、简易的制备方法，从而克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，将黏土矿物、石墨、六方氮化硼之层状固体粉末按比例混合，配成水/乙醇悬浮液，经超声-砂磨剥离成纳米层片，加入适量结合剂促进纳米层片进行自组装，并冷冻干燥或喷雾干燥，形成由多种组分构成的微纳米多级多孔复合材料。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，本发明的有益效果体现在：（1）有效相变组分的负载量更大；（2）导热系数可调，且可以大幅提高；（3）可大幅提高相变材料在使用过程中的稳定性与寿命。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明。
具体实施方式
本发明是一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，将黏土矿物、石墨、六方氮化硼之层状固体粉末按比例混合，配成水/乙醇悬浮液，经超声-砂磨剥离成纳米层片，加入适量结合剂促进纳米层片进行自组装，并冷冻干燥或喷雾干燥，形成由多种组分构成的微纳米多级多孔复合材料，该微纳米多级多孔复合材料经表面处理后经机械化学、熔融的工艺复合石蜡、烷烃等相变材料组分，制备相变材料。
其中，六方氮化硼有着白石墨之称，结构与性能均有相似之处。石墨外观呈为灰黑色，六方氮化硼是一种不透明固体，白石墨顾名思义外观呈白色，结构与石墨相似。石墨是层状结构，层与层之间结合力很弱，层与层之间可以滑动。所以石墨很软，有滑腻感。六方氮化硼、石墨与粘土矿物混合作为本案之原料，利用粘土矿物将六方氮化硼和石墨使得后续与水或乙醇调配后，混合得更为均匀。
溶剂为水或乙醇均可，水优选为去离子水。乙醇优选为无水乙醇，本实施例中，选用无水乙醇，实现六方氮化硼、石墨与粘土矿物三者的湿混。并且由于六方氮化硼耐强酸腐蚀，具有很高的电绝缘性能、导热性、耐化学腐蚀性和润滑性，在有机溶剂与腐蚀性物质中都比较稳定，因此在常温下，六方氮化硼、石墨、粘土矿物混入乙醇均不会改变这些材料自身的特性，却可以达到很好的混合效果。再有，粘土矿物的加入使得六方氮化硼和石墨在乙醇中混合均匀，从而获得一定程度的可塑性。
所述黏土矿物、石墨、六方氮化硼的重量配比为0.2~1:1~2:1~2，基于六方氮化硼具有良好的导热性和典型的电绝缘体，而石墨具有良好的导电、导热性，再通过控制各材料的配比，以达到导热系数可调、绝缘性可控。当需要导热性更好时，则可以多加入石墨和六方氮化硼，少加黏土矿物；当需要绝缘性更高时，则可以多加入黏土矿物和六方氮化硼，少加石墨。
采用石蜡、烷烃等相变材料组分实现变相，再基于上述配比所形成的微纳米多级多孔复合材料有多种组份，且导热系数可调、绝缘性可控，因此再用石蜡、烷烃等有机材料，可以使电池保持在低温，避免石蜡等有机物吸热熔化后容易泄漏的问题。
实施例1
将黏土矿物、石墨、六方氮化硼之层状固体粉末按0.2：1：1的配方混合，配成水/乙醇悬浮液，经超声-砂磨剥离成纳米层片，加入适量结合剂促进纳米层片进行自组装，并冷冻干燥或喷雾干燥，形成由多种组分构成的微纳米多级多孔复合材料，该微纳米多级多孔复合材料经表面处理后经机械化学、熔融的工艺复合石蜡、烷烃等相变材料组分，制备相变材料。
实施例2
制作方法与实施例1相同，不同之处在于黏土矿物、石墨、六方氮化硼之层状固体粉的重量配比为0.2：2：1。
实施例3
制作方法与实施例1相同，不同之处在于黏土矿物、石墨、六方氮化硼之层状固体粉的重量配比为1：1：2。
以上三个实施例中，实施例1所制成的微纳米多级多孔复合材料E有三种，分别用A1,A2,A3表示，导热系数排列为：A2> A1> A3；绝缘系数排列为：A3> A1> A2。本发明的有益效果体现在：（1）有效相变组分的负载量更大；（2）导热系数可调，且可以大幅提高；（3）可大幅提高相变材料在使用过程中的稳定性与寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，其特征在于：将黏土矿物、石墨、六方氮化硼之层状固体粉末按比例混合，配成水/乙醇悬浮液，经超声-砂磨剥离成纳米层片，加入适量结合剂促进纳米层片进行自组装，并冷冻干燥或喷雾干燥，形成由多种组分构成的微纳米多级多孔复合材料。
2.依据权利要求1所述的一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，其特征在于：所述黏土矿物、石墨、六方氮化硼按重量比例混合：0.2~1:1~2:1~2。
3.依据权利要求2所述的一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，其特征在于：所述黏土矿物、石墨、六方氮化硼的混合重量比例为：0.2：1：1。
4.依据权利要求2所述的一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，其特征在于：所述黏土矿物、石墨、六方氮化硼的混合重量比例为：0.2：2：1。
5.依据权利要求2所述的一种相变材料负载用高导热多孔复合材料的制备方法，其特征在于：所述黏土矿物、石墨、六方氮化硼的混合重量比例为：1：1：2。
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