本发明专利技术公开了用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料及其制备方法与应用。该复合相变材料由混合溶液倒入金属模具中，再将金属模具底部置于液氮中，在液氮的驱动下冷量沿着金属模具从下往上传递，实现从下往上的定向冷冻，待冷冻10h以后解冻所得；所述的混合溶液由水合盐相变微胶囊与六方氮化硼纳米片加入溶于去离子水中的聚乙烯醇和交联剂中搅拌均匀所得。本发明专利技术复合相变材料具有非常高的储热能力、优异的各向异性导热性能以及黏附性，能够有效提高动力电池的散热速率，从而延长动力电池的使用寿命，本发明专利技术材料的制备方法工艺简单，成本低，产率高，便于大量生产。便于大量生产。便于大量生产。
【技术实现步骤摘要】
用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及电池热管理领域，尤其涉及一种用于电池热管理的具有各向异性导热性能的复合相变材料及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]由于化石能源短缺和环境生态污染问题日益严重，新能源汽车正逐渐取代燃油汽车作为主要的交通工具。动力电池作为新能源汽车最重要的部件之一，其性能和寿命与汽车的安全性和耐久性息息相关。然而，动力电池在充放电过程中受温度影响很大，其最佳的工作温度范围为20～50℃，当温度高于50℃时，动力电池的能量密度和容量就会明显降低。在实际运行的过程中，动力电池由于长时间充放电并且散热不及时，会导致其温度达到100℃以上，这样容易造成动力电池出现热失控，进而引发电池燃烧、爆炸。因此，对动力电池进行高效、稳定地热管理是非常有必要的。
[0003]电池热管理技术主要分为空气冷却、液体冷却和相变材料冷却技术。相变材料冷却技术是利用相变材料在相变过程中吸收大量热量而温度基本保持不变的特性对动力电池进行温度管控。相变材料电池热管理系统相比传统空气冷却、液体冷却电池热管理系统，具有成本便宜、装置简易并且不需要额外动力器件的优点，在电池热管理中受到广泛关注。
[0004]申请公布号为CN103265933A的中国专利技术专利申请公开了一种用于电池热管理的相变石蜡微胶囊及其制备方法。申请公布号为CN107325792A的中国专利申请公开了一种用于动力电池包热管理的复合相变材料及其制备方法。这些现有技术都采用了相变材料对动力电池的温度进行管理并控制，但是由于相变材料本身黏附性能差，导致在实际应用过程中相变材料和动力电池之间存在缝隙，这不可避免的增加了界面热阻，从而降低了动力电池的散热。此外，目前大部分相变微胶囊的研究都是以有机相变材料(如石蜡、聚乙二醇等)作为相变芯材，而以无机水合盐相变材料作为相变芯材的相变微胶囊很少见，并且有机相变材料价格昂贵且易燃，在应用过程中存在着成本高以及可燃的问题。
[0005]中国专利技术专利申请CN109370536A公开了一种复合相变储热材料、制备方法及保温材料，由于该方法制备出的复合相变材料热导率较低，且三水醋酸钠在发生相变后会产生游离的离子，从而造成导电，因此不适合用于电池热管理领域。
技术实现思路
[0006]针对现有电池热管理相变材料的不足，本专利技术提供了一种同时兼具纵向导热性能、电绝缘性好和黏附性，环保，可有效提高动力电池热管理效率的具有各向异性导热性能的复合相变材料及其制备方法。
[0007]本专利技术另一目的在于提供所述的具有各向异性导热的复合相变材料在电池热管理系统中的应用。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，由混合溶液倒入金属模具中，再将金属模具底部置于液氮中，在液氮的驱动下冷量沿着金属模具从下往上传递，实现从下往上的定向冷冻，待冷冻10h以后解冻所得；所述的混合溶液由水合盐相变微胶囊与六方氮化硼纳米片加入溶于去离子水中的聚乙烯醇和交联剂中搅拌均匀所得。
[0010]为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的定向冷冻还包括在解冻后再定向冷冻，重复1
‑
5次。
[0011]优选地，所述的解冻是将定向冷冻后的金属模具底部置于80℃水浴中，实现从下往上定向解冻；解冻的时间为1h以上，所述的金属模具为铜模具。
[0012]优选地，所述的水合盐相变微胶囊、聚乙烯醇和六方氮化硼纳米片的质量比为70～80：15～25：5。
[0013]优选地，所述的交联剂为海藻酸钠、明胶、壳聚糖透明质酸、柠檬酸和羧甲基纤维素中的一种或多种；所述的交联剂、去离子水和聚乙烯醇的质量比为：1.5～2：30：15～25。
[0014]优选地，所述的水合盐相变微胶囊通过如下方法制备：将三水醋酸钠熔化形成熔融状态，然后加入乳化剂和硅烷偶联剂，在75～80℃下恒温搅拌，再滴加去离子水，得到芯材乳液A；混合苯乙烯、共聚物单体和引发剂，超声分散，得到均匀的壳材乳液B；向所得芯材乳液A中滴加壳材乳液B，在40～50℃的水浴以及氮气保护下搅拌乳化0.5～1h，待有白色沉淀出现后升温至70～80℃，并恒温搅拌4～5h，将所得产物抽滤、洗涤、干燥，得到水合盐相变微胶囊。
[0015]优选地，所述的三水醋酸钠、乳化剂和硅烷偶联剂的质量比为100：1～2：1～2；所述的苯乙烯、共聚物单体和引发剂的质量比为70：30：2～4；芯材乳液A与壳材乳液B的质量比为3～5：1。
[0016]优选地，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述的硅烷偶联剂为KH550、KH570和KH590中的一种或多种；所述的75～80℃下恒温搅拌的时间为0.5～1h；
[0017]所述的共聚物单体为二乙烯基苯、丙烯腈、马来酸酐、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯中的任意一种或多种；所述引发剂为偶氮二异丁腈；
[0018]所述的超声分散的时间为0.5～1h；
[0019]所述的熔化形成熔融状态的温度为75～80℃；
[0020]所述的恒温搅拌用的装置为恒温水浴锅，搅拌的转速为500～600r/min。
[0021]洗涤是分别用去离子水和无水乙醇各洗涤2～3次。
[0022]所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料的制备方法包括如下步骤：
[0023](1)将三水醋酸钠熔化形成熔融状态，加入乳化剂和硅烷偶联剂，在75～80℃下恒温搅拌，再滴加去离子水，得到芯材乳液A；
[0024](2)混合苯乙烯、共聚物单体和引发剂，超声分散，得到均匀的壳材乳液B；
[0025](3)向所得芯材乳液A中滴加所得壳材乳液B，在40～50℃的水浴以及氮气保护下搅拌乳化0.5～1h，待有白色沉淀出现后升温至70～80℃，并恒温搅拌4～5h，将所得产物抽滤、洗涤、干燥，得到水合盐相变微胶囊；
[0026](4)将聚乙烯醇和交联剂溶于去离子水中，待完全溶解后加入所得水合盐相变微
胶囊与六方氮化硼纳米片，充分搅拌后，得混合溶液；
[0027](5)将所得混合溶液倒入金属模具中，再将金属模具底部置于液氮中，在液氮的驱动下冷量沿着铜模具从下往上传递，实现从下往上的定向冷冻，待冷冻10h以后解冻，得到具有各向异性导热性能的复合相变材料。
[0028]所述的具有各向异性导热的复合相变材料在电池热管理系统中的应用。
[0029]本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：
[0030]1)本专利技术用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料同时具有绝缘性，定向导热性，黏附性以及无机盐相变性能，并可克服三水醋酸钠的过冷度以及防止相变时出现液漏；该材料综合性能非常优异。
[0031]2)本专利技术将水合盐相变微胶囊、六方氮化硼纳米片与聚乙烯醇溶液混合制备成混合溶液，然后再采用定向冻融的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，由混合溶液倒入金属模具中，再将金属模具底部置于液氮中，在液氮的驱动下冷量沿着金属模具从下往上传递，实现从下往上的定向冷冻，待冷冻10h以后解冻所得；所述的混合溶液由水合盐相变微胶囊与六方氮化硼纳米片加入溶于去离子水中的聚乙烯醇和交联剂中搅拌均匀所得。2.根据权利要求1所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，所述的定向冷冻还包括在解冻后再定向冷冻，重复1
‑
5次。3.根据权利要求1所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，所述的解冻是将定向冷冻后的金属模具底部置于80℃水浴中，实现从下往上定向解冻；解冻的时间为1h以上，所述的金属模具为铜模具。4.根据权利要求1所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，所述的水合盐相变微胶囊、聚乙烯醇和六方氮化硼纳米片的质量比为70～80：15～25：5。5.根据权利要求1所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，所述的交联剂为海藻酸钠、明胶、壳聚糖透明质酸、柠檬酸和羧甲基纤维素中的一种或多种；所述的交联剂、去离子水和聚乙烯醇的质量比为1.5～2：30：15～25。6.根据权利要求1所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，所述的水合盐相变微胶囊通过如下方法制备：将三水醋酸钠熔化形成熔融状态，然后加入乳化剂和硅烷偶联剂，在75～80℃下恒温搅拌，再滴加去离子水，得到芯材乳液A；混合苯乙烯、共聚物单体和引发剂，超声分散，得到均匀的壳材乳液B；向所得芯材乳液A中滴加壳材乳液B，在40～50℃的水浴以及氮气保护下搅拌乳化0.5～1h，待有白色沉淀出现后升温至70～80℃，并恒温搅拌4～5h，将所得产物抽滤、洗涤、干燥，得到水合盐相变微胶囊。7.根据权利要求6所述的用于电池热管理具有各向异性导热的复合相变材料，其特征在于，所述的三水醋酸钠、乳化剂和硅烷偶联剂的质量比为100：1...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁文辉，胡涛，张正国，高学农，李莉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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