CN116581427B - 一种长效新能源电池热管理液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长效新能源电池热管理液，属于电池工艺技术领域。其包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（10‑18）；其中所述的主料液，包括以下组分：超纯水、N‑(2,3‑二氯‑6‑氨基苄基)甘氨酸乙酯、碳酸亚丙酯、丙二醇、十二烷基苯磺酸钠、硅油、苯骈三氮唑、6‑氮杂脲嘧啶；其中所述的辅料液，包括以下组分：4‑乙酰氨基酚、纳米氧化锌颗粒、复配量子点、聚乙烯醇。制备的电池热管理液可有效应用到新能源汽车的电池散热中。
Description
技术领域
本发明属于电池工艺技术领域，具体地说，涉及一种长效新能源电池热管理液。
背景技术
锂离子电池是电动汽车的先进储能部件。由于电动汽车的电池布置空间有限，电池排列紧凑，电池在工作中放出的大量热量不易散出，容易造成电池组温度升高进而引发安全问题。锂离子电池的适宜工作温度为20～40℃，单体电池或电池组内部最大温差不应超过5℃。因此，对电动汽车电池组进行热管理研究，使其温度均匀分布并被控制在适宜区间内具有重要的意义。此时，合适的电池热管理液起到关键性作用，但现有的电池热管理液品种少，商品化的更少，多为柴油发动机或汽油发动机专用冷却液，鲜有针对锂电池的专用电池热管理液。
具体来说，电池热管理液，也称为电池热交换液，是一种用于电池热管理的液体。电池热管理液的主要功能是在电池充放电过程中吸收和释放热量，以防止电池过热或过冷，从而延长电池的使用寿命。电池热管理液的种类和成分因电池类型和应用而异。对于锂离子电池，常用的电池热管理液是水和乙二醇混合物，其中水占80%至90%，乙二醇占10%至20%。这种混合物可以通过冷却或加热来控制电池的温度。对于新能源汽车的锂电池，由于它们在工作过程中会产生大量的热，因此需要更高效的热管理。例如，国内统一润滑油为锂电池开发了专用的热管理液，名为至尊统一电池热管理液NE5。该产品采用优质原料，具有超低电导率（小于5），良好的绝缘特性可以降低使用中的安全隐患和非正常电力损失。此外，该产品还可以与金属材料和聚合材料兼容，有效延长去离子罐的使用寿命。国内专利中，CN106785222A公开了一种用于电池恒温控制的冷却液及其制备方法，采用高速分散的乳化技术结合相变技术优化冷却液的热容以及阻燃、抗电解化学反应，但其制备工艺复杂，对人员技术水平要求较高，并且电导率在80-100μs/cm。国外专家公开了一份文献，“Corrosion characteristics of an autoStive coolant formulation dispersed withnanomaterials”，提及掺杂纳米金属颗粒可以增强热管理液的综合性能，但提升的效果有限，仅仅适合于特定的主料液。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种长效新能源电池热管理液，制备的电池热管理液表现出较好的性能，比热容与导热系数均达到较好的有效值内。经推测，复配量子点可以有效提高电池热管理液与发热电池之间的热传递效率，进而达到有效的传热效果，同时与已有的电池热管理液（冷却液）可以实现复配，即为将本申请的辅料液与市面上的冷却液混合进行使用来达到较好的效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（10-18）；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 66份-75份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 5份-12份，
碳酸亚丙酯 5份-15份，
丙二醇 50份-60份，
十二烷基苯磺酸钠 10份-16份，
硅油 1份-6份，
苯骈三氮唑 0.2份-0.7份，
6-氮杂脲嘧啶 6份-10份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 10份-20份，
纳米氧化锌颗粒 8份-12份，
复配量子点 30份-60份，
聚乙烯醇 15份-20份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（12-16）；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 69份-73份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 5份-10份，
碳酸亚丙酯 5份-12份，
丙二醇 54份-60份，
十二烷基苯磺酸钠 10份-13份，
硅油 1份-5份，
苯骈三氮唑 0.2份-0.7份，
6-氮杂脲嘧啶 6份-10份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 10份-17份，
纳米氧化锌颗粒 8份-10份，
复配量子点 30份-50份，
聚乙烯醇 17份-20份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（12-16）；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 72份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 8份，
碳酸亚丙酯 9份，
丙二醇 57份，
十二烷基苯磺酸钠 11份，
硅油 3份，
苯骈三氮唑 0.5份，
6-氮杂脲嘧啶 8份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 15份，
纳米氧化锌颗粒 9份，
复配量子点 40份，
聚乙烯醇 18份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃-200℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃-70℃，不断搅拌下反应2h-4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为40℃-50℃，不断搅拌下反应6h-8h；
过滤除去未溶解物，室温下静置12h-16h，即可。
与现有技术先比，本发明的有益效果是：
制备的电池热管理液表现出较好的性能，比热容与导热系数均达到较好的有效值内。经推测，复配量子点可以有效提高电池热管理液与发热电池之间的热传递效率，进而达到有效的传热效果，同时与已有的电池热管理液（冷却液）可以实现复配，即为将本申请的辅料液与市面上的冷却液混合进行使用来达到较好的效果。
附图说明
图1为本发明中长效新能源电池热管理液的复配量子点的xps图；
图2为本发明中长效新能源电池热管理液的复配量子点的粒径图；
图3为本发明中长效新能源电池热管理液的样品图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细描述，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
需要说明的是，硅油采购自济南旭创化工科技有限公司，其纯度为99%，其CAS号为63148-62-9，其闪点>235.4℉/>113℃，符合Q/CYDZ 2616-2008；聚乙烯醇采购自河北谊达纤维素有限公司，其牌号为60，其CAS号为9002-89-5，其熔点160-240℃，密度ρ(20)0.4-0.6g/mL，符合Q31/0106000055C186-2018。
实施例1
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：10；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 66份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 12份，
碳酸亚丙酯 5份，
丙二醇 60份，
十二烷基苯磺酸钠 10份，
硅油 6份，
苯骈三氮唑 0.2份，
6-氮杂脲嘧啶 10份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 10份，
纳米氧化锌颗粒 12份，
复配量子点 30份，
聚乙烯醇 20份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃，不断搅拌下反应4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为40℃，不断搅拌下反应8h；
过滤除去未溶解物，室温下静置16h，即可。
实施例2
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：18；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 75份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 5份，
碳酸亚丙酯 15份，
丙二醇 50份，
十二烷基苯磺酸钠 16份，
硅油 1份，
苯骈三氮唑 0.7份，
6-氮杂脲嘧啶 6份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 20份，
纳米氧化锌颗粒 8份，
复配量子点 60份，
聚乙烯醇 15份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃，不断搅拌下反应2h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为50℃，不断搅拌下反应6h；
过滤除去未溶解物，室温下静置16h，即可。
实施例3
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：12；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 69份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 10份，
碳酸亚丙酯 5份，
丙二醇 60份，
十二烷基苯磺酸钠 10份，
硅油 5份，
苯骈三氮唑 0.2份，
6-氮杂脲嘧啶 10份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 10份，
纳米氧化锌颗粒 10份，
复配量子点 30份，
聚乙烯醇 20份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为70℃，不断搅拌下反应2h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为50℃，不断搅拌下反应6h；
过滤除去未溶解物，室温下静置16h，即可。
实施例4
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：16；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 73份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 5份，
碳酸亚丙酯 12份，
丙二醇 54份，
十二烷基苯磺酸钠 13份，
硅油 1份，
苯骈三氮唑 0.7份，
6-氮杂脲嘧啶 6份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 17份，
纳米氧化锌颗粒 8份，
复配量子点 50份，
聚乙烯醇 17份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃，不断搅拌下反应4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为50℃，不断搅拌下反应6h；
过滤除去未溶解物，室温下静置16h，即可。
实施例5
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：14；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 72份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 8份，
碳酸亚丙酯 9份，
丙二醇 57份，
十二烷基苯磺酸钠 11份，
硅油 3份，
苯骈三氮唑 0.5份，
6-氮杂脲嘧啶 8份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 15份，
纳米氧化锌颗粒 9份，
复配量子点 40份，
聚乙烯醇 18份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，200℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃，不断搅拌下反应4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为50℃，不断搅拌下反应6h；
过滤除去未溶解物，室温下静置12h，即可。
对比例1
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：14；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 72份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 8份，
碳酸亚丙酯 9份，
丙二醇 57份，
十二烷基苯磺酸钠 11份，
硅油 3份，
苯骈三氮唑 0.5份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 15份，
纳米氧化锌颗粒 9份，
复配量子点 40份，
聚乙烯醇 18份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，200℃下反应12h，冷却后，即可。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃，不断搅拌下反应4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为50℃，不断搅拌下反应6h；
过滤除去未溶解物，室温下静置12h，即可。
对比例2
长效新能源电池热管理液，包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：14；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 72份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 8份，
碳酸亚丙酯 9份，
丙二醇 57份，
十二烷基苯磺酸钠 11份，
硅油 3份，
苯骈三氮唑 0.5份，
6-氮杂脲嘧啶 8份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 15份，
纳米氧化锌颗粒 9份，
聚乙烯醇 18份。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
上述所述的长效新能源电池热管理液，所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃，不断搅拌下反应4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为50℃，不断搅拌下反应6h；
过滤除去未溶解物，室温下静置12h，即可。
对比例3
本对比例基本上同实施例5，不同之处在于：
其中主料液替换为：深圳车仆汽车用品发展有限公司，车仆牌防冻大师-电动车专用电池冷却液，净含量2kg，-15°防冻液单瓶。
对比例4
本对比例基本上同实施例5，不同之处在于：
其中主料液替换为：比亚迪股份有限公司，BYD牌电池热管理系统冷却液-刀片电池专用冷却液，净含量3.5L，-40℃防冻液单瓶。
对比例5
本对比例基本上同实施例5，不同之处在于：
其中主料液替换为：广州市标榜汽车用品实业有限公司，标榜牌新能源汽车专用冷冻液，净含量2kg，-25℃防冻液单瓶。
测试方案：
（1）实施例5制备的产品
本申请中主料液组分与常规的已有的防冻液组分类似，区别在于6-氮杂脲嘧啶与辅料液组分的加入，尤其是复配量子点起到关键性作用。
对于组分复配量子点，如图1所示，其展示了C、N、O及S等元素，表明了量子点的合成成功，其中S元素来自半胱氨酸。同时，如图2所示，其粒径尺寸为1.4nm-2.4nm。
如图3所示，主料液与辅料液混合后制备的产品（实施例5制备的产品），形成灰褐色的防冻液。
（2）实施例1-5及对比例1-5制备的产品的综合性能测试
进行比热容、热导率的测试，参考（樊秀菊.瞬态热线法测定冷却液的导热系数[J].合成润滑材料,2018,45(03):35-38.）
结果如下：实施例1-5的比热容为24.3 J/（g k）、24.5 J/（g k）、24.2 J/（g k）、24.7 J/（g k）、25.0 J/（g k）；
实施例1-5的热导率为0.61 W/（m K）、0.60 W/（m K）、0.60 W/（m K）、0.61 W/（mK）、0.63 W/（m K）；
对比例1-5的比热容为20.3 J/（g k）、19.1 J/（g k）、23.4 J/（g k）（未添加辅料液时下降10.7%）、24.0 J/（g k）（未添加辅料液时下降16.5%）、24.1 J/（g k）（未添加辅料液时下降27.4%）；
对比例1-5的热导率为0.57 W/（m K）、0.51 W/（m K）、0.54 W/（m K）（未添加辅料液时下降13.2%）、0.57 W/（m K）（未添加辅料液时下降16.7%）、0.58 W/（m K）（未添加辅料液时下降20.5%）。
此外，对于实施了实施例5制备的电池热管理液，与对比例2制备的电池热管理液，进行的升温模拟测试（使用20Ω的热电阻沉浸在室温的电池热管理液），等待1h后，等容量的水的温度达到96℃，对比例2制备的电池热管理液的温度已经达到82℃，而实施例5制备的电池热管理液体还停留在47℃并有效维持长达6h。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种长效新能源电池热管理液，其特征在于，
包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（10-18）；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 66份-75份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 5份-12份，
碳酸亚丙酯 5份-15份，
丙二醇 50份-60份，
十二烷基苯磺酸钠 10份-16份，
硅油 1份-6份，
苯骈三氮唑 0.2份-0.7份，
6-氮杂脲嘧啶 6份-10份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 10份-20份，
纳米氧化锌颗粒 8份-12份，
复配量子点 30份-60份，
聚乙烯醇 15份-20份；
所述的复配量子点的制备方法如下：
将Na2SO4、半胱氨酸、Fe（NO3）3、壳聚糖、乙酸及乙醇以质量比1：2：2：1：10：14进行混匀，超声处理1h至完全溶解，并搅拌4h，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃-200℃下反应12h，冷却后，即可。
2.根据权利要求1所述的长效新能源电池热管理液，其特征在于，
包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（12-16）；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 69份-73份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 5份-10份，
碳酸亚丙酯 5份-12份，
丙二醇 54份-60份，
十二烷基苯磺酸钠 10份-13份，
硅油 1份-5份，
苯骈三氮唑 0.2份-0.7份，
6-氮杂脲嘧啶 6份-10份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 10份-17份，
纳米氧化锌颗粒 8份-10份，
复配量子点 30份-50份，
聚乙烯醇 17份-20份。
3.根据权利要求2所述的长效新能源电池热管理液，其特征在于，
包括主料液与辅料液，其中主料与辅料之间质量比为100：（12-16）；
其中所述的主料液，以重量份计，包括以下组分：
超纯水 72份，
N-(2,3-二氯-6-氨基苄基)甘氨酸乙酯 8份，
碳酸亚丙酯 9份，
丙二醇 57份，
十二烷基苯磺酸钠 11份，
硅油 3份，
苯骈三氮唑 0.5份，
6-氮杂脲嘧啶 8份；
其中所述的辅料液，以重量份计，包括以下组分：
4-乙酰氨基酚 15份，
纳米氧化锌颗粒 9份，
复配量子点 40份，
聚乙烯醇 18份。
4.根据权利要求3所述的长效新能源电池热管理液，其特征在于，
所述的纳米氧化锌颗粒的粒径范围为20nm-60nm。
5.根据权利要求4所述的长效新能源电池热管理液，其特征在于，
所述的长效新能源电池热管理液的制备方法如下：
将主料转移至反应釜中，控制反应温度为60℃-70℃，不断搅拌下反应2h-4h；
接着将辅料转移至反应釜中，控制反应温度为40℃-50℃，不断搅拌下反应6h-8h；
过滤除去未溶解物，室温下静置12h-16h，即可。
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