CN115873565A - 一种锂离子电池浸没式冷却液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池浸没式冷却液，其是由丙二醇、全氟己酮、二丙二醇甲醚、消泡剂、缓蚀剂和2,6‑二叔丁基对甲酚组成。本发明的锂离子电池浸没式冷却液具有优异的防冻、传热、绝缘、低温流动性等性能，适用于新能源汽车和储能电站浸没式液冷系统。

Description

一种锂离子电池浸没式冷却液

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种锂离子电池浸没式冷却液，特别地涉及高绝缘性、低粘度、相变的浸没式冷却液，适用于新能源汽车或储能电站用锂离子电池的温控系统。

背景技术

锂离子电池作为储能装置广泛应用于新能源汽车和储能电站领域。锂离子电池有最佳的工作温度，高温和低温都会直接影响到锂离子电池的使用寿命、使用性能及安全性能。因此带有温控系统的热管理是锂离子电池的关键所在。

锂离子电池热管理有风冷、液冷及相变等3种方式，液冷是锂离子电池有效的冷却方法。液冷一般又分为直接液冷和间接液冷两种方式。在间接液冷方面，因为性价比通常使用水、水和乙二醇混合物作为冷却液，但由于其具有导电性因此需要使用液冷板。与间接液冷相比，浸没式液冷能有效降低电池的热量，具有温度更为均匀化、冷却速度更快等优点。已经采用的3M氟化液Novec 7100有着诸多优异性能如绝缘性能、不燃烧、相变导热快等，已经在数据中心等领域进行应用，但是因价格高而使其难以在新能源汽车和储能电站等领域进行推广应用。

中国专利CN112708398A公开一种用于集成芯片电路板冷却用的冷却液，由以下份数的原料组分组成：丙三醇、三乙醇胺20-25份、全氟己酮、四氟乙烷、二氟一氯甲烷、三氯叔丁醇、苯并咪唑；石蜡、二甲基硅油、二氧化硅、羟基硅油、磷酸三丁酯。该专利提供的浸没式相变冷却介质具有高电绝缘性能、低粘度、较低沸点、高热传导率、高气化潜热、良好的兼容性和稳定性、不可燃且可抑制燃烧等优点，能有效保护计算机主板内的电路，防止污垢的产生，保证计算机系统的安全运行。该专利仅指出可应用于集成芯片电路板，且其中四氟乙烷在常温下为气体，此外该专利不能提供0℃以下的低温流动性，因此难以应用在动力电池等新能源汽车或储能电站上，

中国专利CN112457822A提出一种以乙二醇与去离子水为主体加入一定量导热粉末、表面活性剂及消泡剂的冷却液，导热粉体为TiO₂、Al₂O₃、ZnO中的一种或者多种的混合以实现更好的导热性能。但是其它粉体的加入会导致电导率不符合燃料电池冷却液的要求，同时粉体的加入对于冷却系统金属防腐、管路清洁及冷却液使用寿命提出了新的挑战。该专利虽然同时解决了低电导率和高传热系数的技术难题，其存在的主要问题是其电导率和电导率的保持性决定了不能作为直接接触动力电池液冷介质，必须配合液冷板使用。同样美国专利US8187763B公开了燃料电池单元的冷却剂组合物，也存在电导率及电导率保持性问题，不能直接作为浸没冷却液在动力电池上使用。

因此，根据动力电池在新能源汽车及储能电站上的安全运行、长寿命使用、高效储存释放电能等多种要求，需要开发高效传热、防冻、绝缘的冷却液，应用于新能源汽车和储能电站浸没式液冷系统中。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种防冻、传热、绝缘、低温流动性等性能优异的锂离子电池浸没式冷却液。

为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池浸没式冷却液，其特点在于，由丙二醇、全氟己酮、二丙二醇甲醚、消泡剂、缓蚀剂和2,6-二叔丁基对甲酚组成，各组分的质量百分比为：丙二醇45％-90％，全氟己酮5％-50％，二丙二醇甲醚2％-15％，消泡剂0.0050％-0.02％，缓蚀剂0.5％-5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.1％-0.4％。

优选地，各组分的质量百分比为：丙二醇50％-80％，全氟己酮10％-40％，二丙二醇甲醚6％-12％，消泡剂0.0050％-0.02％，缓蚀剂1.0％-3.5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.1％-0.3％。

进一步优选地，各组分的质量百分比为：丙二醇55％-76％，全氟己酮12％-35％，二丙二醇甲醚6％-10％，消泡剂0.0050％-0.02％，缓蚀剂1.5％-2.5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.1％-0.2％。

更进一步优选地，丙二醇、全氟己酮、二丙二醇甲醚的质量比为60：30：8。

进一步地，所述消泡剂为嵌段聚醚和有机硅消泡剂中的一种，可选用BASF PE6100和盟庆信FOAM BAN 130B。

进一步地，所述缓蚀剂为硅酸钠、癸二酸、异辛酸、甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑、磷酸钠和石油磺酸钠等常规无机盐和有机羧酸缓蚀剂。

本发明所得锂离子电池浸没式冷却液的电导率≤1μS/cm、相变潜热为6kJ/kg-50kJ/kg、传热系数≥0.2177W/(m·K)。

本发明的锂离子电池浸没式冷却液是由丙二醇等防冻载体、全氟己酮等相变材料、缓蚀剂、2,6-二叔丁基对甲酚、消泡剂等复配而成。防冻载体提供防冻性能，并为相变材料提供流动通道，同时带动相变材料在规定的部位吸热和放热。防冻载体与相变材料共同提供传热，因相变材料可以高效换热，提供了优异的冷却效果，相变材料与发热元件接触，所选用材料均为低电导率的材料，因此可以直接与带电部件直接接触，带来更高效的传热性能。所选消泡剂降低冷却液基液的起泡能力，提升了其抑制泡沫的能力，为冷却液正常循环提供基础。2,6-二叔丁基对甲酚阻断醇类物质自由基发生反应，阻断醇类物质的氧化。缓蚀剂的加入可以与热管理系统的金属部件形成吸附膜或者沉淀膜，有效防止金属部件的腐蚀。本发明的配方体系通过各组分的协同，最终获得具有优异防冻、传热、绝缘的锂电池浸没式冷却液，尤其适用于锂离子电池的浸没式冷却方式，可以应用在新能源汽车和锂离子储能电站的温控系统。

相比已有技术，本发明的锂离子电池浸没式冷却液防冻、传热、绝缘、低温流动性等性能优异。本发明的有益效果具体体现在：

1、优异的防冻性能，解决新能源汽车和锂离子储能电站运行停止期间的防冻问题，且低温流动性优异。

2、优异的传热性能，通过相变材料相变传递热量，并且可以与发热的锂离子电池直接接触，进一步增加了锂离子电池组的温控均匀性和安全性。

3、优异的绝缘性能，能够直接与锂离子电池正负极接触，满足浸没式液冷的技术要求。

4、优异的性价比，极大地降低了浸没式液冷介质的成本，相对于氟流体来说适合大规模的推广应用。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例所用消泡剂为有机硅类消泡剂，具体选用盟庆信FOAM BAN 130B。

实施例1

本实施例提供一种锂离子电池浸没式冷却液，其各组分的质量百分比为：丙二醇45％，全氟己酮50％，二丙二醇甲醚为4.04％，消泡剂0.01％，癸二酸0.05％、硅酸钠0.2％，甲基苯并三氮唑0.5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。将各组分常规搅拌均匀，采用去离子树脂过滤，即得到锂离子电池浸没式冷却液。

实施例2

本实施例提供一种锂离子电池浸没式冷却液，其各组分的质量百分比为：丙二醇90％，全氟己酮5％，二丙二醇甲醚为4.04％，消泡剂0.01％，癸二酸0.05％、硅酸钠0.2％，甲基苯并三氮唑0.5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。将各组分常规搅拌均匀，采用去离子树脂过滤，即得到锂离子电池浸没式冷却液。

实施例3

本实施例提供一种锂离子电池浸没式冷却液，其各组分的质量百分比为：丙二醇65％，全氟己酮30％，二丙二醇甲醚为3％，消泡剂0.01％，癸二酸0.3％、硅酸钠0.24％，甲基苯并三氮唑1.25％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。将各组分常规搅拌均匀，采用去离子树脂过滤，即得到锂离子电池浸没式冷却液。

实施例4

本实施例提供一种锂离子电池浸没式冷却液，其各组分的质量百分比为：丙二醇50％，全氟己酮45％，二丙二醇甲醚为3％，消泡剂0.01％，癸二酸0.3％、硅酸钠0.24％，甲基苯并三氮唑1.25％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。将各组分常规搅拌均匀，采用去离子树脂过滤，即得到锂离子电池浸没式冷却液。

实施例5

本实施例提供一种锂离子电池浸没式冷却液，其各组分的质量百分比为：丙二醇60％，全氟己酮28％，二丙二醇甲醚为10％，消泡剂为0.01％，癸二酸0.3％、硅酸钠0.24％，甲基苯并三氮唑1.25％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。将各组分常规搅拌均匀，采用去离子树脂过滤，即得到锂离子电池浸没式冷却液。

实施例6

本实施例提供一种锂离子电池浸没式冷却液，其各组分的质量百分比为：丙二醇60％，全氟己酮30％，二丙二醇甲醚为8％，消泡剂为0.01％，癸二酸0.3％、硅酸钠0.24％，甲基苯并三氮唑1.25％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。将各组分常规搅拌均匀，采用去离子树脂过滤，即得到锂离子电池浸没式冷却液。

对比例1

本对比例的冷却液不含全氟己酮和二丙二醇甲醚，各组分的质量百分比为：丙二醇95％，癸二酸2％、硅酸钠2％，甲基苯并三氮唑1％。

对比例2

本对比例的冷却液不含二丙二醇甲醚，各组分的质量百分比为：丙二醇为66％，全氟己酮32％，消泡剂0.01％，癸二酸0.3％、硅酸钠0.24％，甲基苯并三氮唑1.25％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。

对比例3

本对比例的冷却液不含全氟己酮，各组分的质量百分比为：丙二醇为90％，二丙二醇甲醚8％，消泡剂为0.01％，癸二酸0.3％、硅酸钠0.24％，甲基苯并三氮唑1.25％，2,6-二叔丁基对甲酚0.2％。

对比例4

本对比例为中国专利CN112708398A中的实施例3。

针对实施例1～6制得的锂离子电池浸没式冷却液和对比例1～4制得的冷却液进行性能测试。对实施例和对比例的溶液按照SH/T 0090《发动机冷却液冰点测定法》进行冰点测试，体现防冻性能；按照ASTM D7896《采用瞬态热线液体热导方法测定发动机冷却剂和相关流体热导率、热扩散率和体积热容量的标准试验方法》进行导热系数测试，体现传热性能；按照差示扫描量热仪(DSC)测量相变潜热，体现传热性能；按照GB/T 6682《分析实验室用水规格和试验方法》进行电导率，体现绝缘性能；按照GB/T 265《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》进行动力黏度(0℃)，体现低温流动性，具体测试结果如表1所示。

表1实施例1～6和对比例1～4的冷却液性能测试结果

检验项目	电导率，μs/cm	冰点，℃	导热系数，W/(m·K)	相变潜热，kJ/kg	动力黏度(0℃),mPa·s
						实施例1	0.5	＜-50	0.3256	50	90.51
实施例2	0.1	＜-50	0.2381	5.6	180.4
						实施例3	0.2	＜-50	0.3612	33.6	154.6
实施例4	0.3	＜-50	0.5123	49.6	90.56
						实施例5	0.1	＜-50	0.4243	31.6	50.61
实施例6	0.8	＜-50	0.4387	33.8	60.30
						对比例1	0.6	＜-50	0.2068	无	244.6
对比例2	0.3	＜-50	0.3257	35.8	240.6
						对比例3	0.4	＜-50	0.2002	无	106.9
对比例4	0.8	＞0	0.3835	36.5	260.1

实施例1-6均具有很好的防冻性能、导热性能及低温流动性能，且综合考虑实施例6无论防冻性能、导热性能和低温流动性能的综合性能最为优异。对比例1和3其流动过程中无相变潜热，导致传热性能下降，其中对比例1的动力黏度(0℃)为244.6mPa·s，低温流动性差。对比例4导热性能优异，但是其冰点为0℃，无防冻性能，且其动力黏度(0℃)达到260.1mPa·s，低温流动性能差。对比例2防冻性能、导热性能优异，但是其低温流动性差。

经检测，本发明的锂离子电池浸没式冷却液有着优异的高效传热、防冻、绝缘、低温流动性等性能，适用于新能源汽车和储能电站浸没式液冷系统，且成本低，能够普遍应用。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于，由丙二醇、全氟己酮、二丙二醇甲醚、消泡剂、缓蚀剂和2,6-二叔丁基对甲酚组成，各组分的质量百分比为：丙二醇45％-90％，全氟己酮5％-50％，二丙二醇甲醚2％-15％，消泡剂0.0050％-0.02％，缓蚀剂0.5％-5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.1％-0.4％。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于，各组分的质量百分比为：丙二醇50％-80％，全氟己酮10％-40％，二丙二醇甲醚6％-12％，消泡剂0.0050％-0.02％，缓蚀剂1.0％-3.5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.1％-0.3％。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于，各组分的质量百分比为：丙二醇55％-76％，全氟己酮12％-35％，二丙二醇甲醚6％-10％，消泡剂0.0050％-0.02％，缓蚀剂1.5％-2.5％，2,6-二叔丁基对甲酚0.1％-0.2％。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于：所述消泡剂为嵌段聚醚和有机硅消泡剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于：所述缓蚀剂为硅酸钠、癸二酸、异辛酸、甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑、磷酸钠和石油磺酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于：丙二醇、全氟己酮、二丙二醇甲醚的质量比为60：30：8。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于：所述冷却液的电导率≤1μS/cm。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于：所述冷却液的相变潜热为6kJ/kg-50kJ/kg。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的锂离子电池浸没式冷却液，其特征在于：所述冷却液的传热系数≥0.2177W/(m·K)。