一种快速吸热的热失控防护材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种快速吸热的热失控防护材料，为叠层结构，从下到上依次为阻燃石墨导热膜、导热胶、高导热吸热材料、导热胶和阻燃石墨导热膜；该叠层结构的周边侧面均用封边胶封装。其制备方法如下：在高导热吸热材料上下面刷上导热胶，然后将阻燃石墨导热膜覆盖在两面的导热胶上，并使用模具压平，室温固化后剪裁成指定的尺寸，然后侧面刷上封边胶，干燥后，得到所述的热失控防护材料。该热失控防护材料的强度好，阻燃性佳，耐振动性好，导热系数＞1W.m.K，在60～400℃之间会有化学变化吸收大量的热量(内部高导热吸热材料的吸热焓＞1200J/g)，足量的热失控防护材料可以降低热失控最高温度，防止高温造成的起火和爆炸。防止高温造成的起火和爆炸。

【技术实现步骤摘要】
一种快速吸热的热失控防护材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于热失控防护材料
，具体涉及一种快速吸热的热失控防护材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车及自动驾驶技术快速发展，对汽车的电子控制的功能要求越来越多，需求的电子元器件也越来越多，但是汽车本身空间有局限性，降低电子元器件的体积、提高电池的体积和能量密度是现在的重点攻关方向。
[0003]但是，非常小的体积下实现大量电子元器件或高能量电池的封装也带来了热失控的风险。热失控指的由各种诱因引发的链式反应现象，导致设备(如芯片、线路板、电池)在短时间内散发出的大量热量和有害气体，严重时甚至会引起着火和爆炸。这些起火或爆炸过程会对其周围其他电芯的能量传导(包括热能、电能、机械能等)以及喷出物起火等，造成热失控扩散。所以如何有效的控制热失控是非常重要的研究方向。
[0004]热失控的三个特征温度点是自生热起始温度T1，热失控引发温度T2、热失控最高温度T3。所以，在自生热阶段如果可以使用吸热材料将电池或元器件内部的热量吸收，就可以防止温度升高到热失控引发温度T2，或降低热失控最高温度T3，阻止热失控的进一步发展。吸热材料是利用材料在相变、溶解、分解过程中的化学或物理变化过程需要吸热的特性制备的材料。通过将高导热的吸热材料对发热电子设备或电池贴合热控制、快速吸收电池或电子设备释放的热量，可以有效的缓解热失控。因此，它的核心是吸热材料的选项以及如何实现高导热及将吸热材料封装。
[0005]以电池为例，现有的应对热失控方案主要有以下几种：(1)是使用气凝胶将每个电池组部件隔开，单个电池组热失控后，在不严重的情况下可以将热量隔绝在有限的范围内，但是气凝胶并不能减缓热失控的进程，当热失控发生后依然会存在外溢到相邻电池组的可能，带来持续的热失控产生起火或爆炸。(2)使用相变材料对电池进行热管理，通常相变材料的相变焓值只有200～270J/g之间，经过封装后通常只有100～200J/g之间，由于焓值过低，相变材料通常是为了给电池维持一个恒定的工作温度(如55℃)，使电池发挥最大效能，并不能解决热失控的问题。(3)给电池装上液冷系统，使用压缩机进行制冷，对电池进行冷却，由于车载压缩机的功率限制，液冷系统的降温效率有限，无法应对瞬间的温度上升。以上应对热失控的方案在电池遇到挤压、碰撞、意外等情况下的快速升温的情况下，发挥作用有限。
[0006]在60～400℃之间会有化学变化吸收大量的热量的吸热材料主要是无机物，通常以的粉末形式存在，由于粉体内含大量空气，所以导热系数较低，吸热效率很低，无法直接用于热量的吸收，且长时间暴露在空气中会发生结晶水的挥发以及高湿度下吸收水分带来的体积和形状变化问题，无法直接使用。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种快速吸热的热失控防护材料。该热失控防护材料的强度好，耐振动性好，导热系数＞1W.m.K，吸热速度快，在60～400℃之间发生化学反应并主动吸收热量，在达到化学反应条件后反应吸热会自发进行，形成持续吸热的效果(内部高导热吸热材料的吸热焓＞1200J/g)，足量的热失控防护材料可以降低热失控最高温度，防止高温造成的起火和爆炸。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种快速吸热的热失控防护材料，其为叠层结构，从下到上依次为阻燃石墨导热膜、导热胶、高导热吸热材料、导热胶和阻燃石墨导热膜；所述叠层结构的周边侧面均用封边胶封装。
[0010]按上述方案，所述的导热胶的厚度为0.02mm～0.25mm之间；所述的阻燃石墨导热膜的厚度为0.02mm～0.5mm之间，所述的高导热吸热材料的厚度根据实际情况而定，优选为0.5
‑
100mm之间。
[0011]按上述方案，所述的高导热吸热材料按质量百分比计包括：吸热材料80～94％，导热材料1～10％，负载阻燃石墨的有机锡催化剂0～1％，粘合胶5～10％。其制备方法如下：
[0012]S1：将粘合胶、负载阻燃石墨的有机锡催化剂、导热材料加入混合釜中，升温至30
‑
60℃搅拌2
‑
4小时；
[0013]S2：将吸热材料缓慢加入上述混合釜，边加边搅拌，抽真空脱除气泡，得到混合胶；
[0014]S3：将混合胶倒入指定形状和厚度的聚四氟模具或表面有聚四氟涂层的模具中，室温固化0.5
‑
48小时；
[0015]S4：到达固化时间后脱模、将边缘打磨后得到所述的高导热吸热材料。
[0016]上述技术方案中，所述的吸热材料包括但不限于三水合醋酸钠、三水合草酸铁铵、一水合柠檬酸、柠檬酸、二水合草酸、无水草酸、丙二酸、七水合硫酸镁、七水合硫酸锌、丁二酸、马来酸、富马酸、十水合碳酸钠、六水合氯化钙、九水合硝酸铝、八水合五硼酸铵、十二水合硫酸铁铵、氯化亚铁四水合物、一水草酸铵、十水四硼酸钠、五水四硼酸钠、十八水合硫酸铝、五硼酸铵、硼酸氢铵四水合物、五水和硅酸钠、水合铝硅酸钠、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠、七水硫酸铜、七水硫酸亚铁、六水氯化钴、二水合硫酸钙等中的一种或多种按任意比例的混合物。优选地，所述的吸热材料包括但不限于二水合草酸、无水草酸、一水草酸铵、八水氢氧化钡、三水合醋酸钠、硼酸、八水合五硼酸铵、十水四硼酸钠、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠、二水合硫酸钙等中的一种或多种按任意比例的混合物，其混合物优选目数为100
‑
500目之间。
[0017]上述技术方案中，所述的导热材料是碳纳米管、阻燃石墨、膨胀石墨和石墨烯等碳基导热材料中的一种或多种按任意比例的混合物。
[0018]上述技术方案中，所述的负载阻燃石墨的有机锡催化剂，其制备方法如下：将阻燃石墨和二醋酸二丁基锡按质量比1:1～2:1加入反应器中，加入阻燃石墨和二醋酸二丁基锡总质量30～100％的环己烷，维持50℃搅拌2～3小时，放入80～90℃恒温干燥箱中干燥24小时，得到负载阻燃石墨的有机锡催化剂。其中，阻燃石墨优选采用鳞片石墨。阻燃石墨本身也有非常好的导热效果，添加了负载阻燃石墨的有机锡催化剂也可以提升材料的导热能力。
[0019]上述技术方案中，所述粘合胶为低粘度粘合胶，粘度范围为5～200mPa.s(25℃)，优选武汉长盈通光电技术股份有限公司生产的LPA型低粘度灌注胶。该粘合胶粘度小、密度小、渗透能力强，内含特殊的润湿分散剂，对吸热材料表面浸润性极佳，粘合胶只需要总质量的5～10％即可实现吸热材料高固含量填充，且操作时间长，可以根据阻燃石墨负载有机锡催化剂的添加量调节固化时间，满足不同的应用需求。
[0020]上述技术方案中，所述的高导热吸热材料其吸热原理是在高温下吸热材料发生化学反应，例如吸热材料分解生成水分、二氧化碳等物质，这个化学反应过程中主动吸收大量的热量。生成的二氧化碳可隔绝可燃物与空气接触，有防止起火的作用。
[0021]上述技术方案中，所述的导热胶优选陶氏化学生产的SE4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速吸热的热失控防护材料，其特征在于，其为叠层结构，从下到上依次为阻燃石墨导热膜、导热胶、高导热吸热材料、导热胶和阻燃石墨导热膜；其中，所述的高导热吸热材料按质量百分比计包括：吸热材料80～94％，导热材料1～10％，负载阻燃石墨的有机锡催化剂0～1％和粘合胶5～10％；所述吸热材料的吸热焓＞1200J/g，其为在60～400℃之间发生化学反应并主动吸收热量的材料，在达到化学反应条件后反应吸热会自发进行，形成持续吸热的效果；所述的导热材料是碳基导热材料。2.根据权利要求1所述的一种快速吸热的热失控防护材料，其特征在于，所述的导热胶的厚度为0.02mm～0.25mm之间；所述的阻燃石墨导热膜的厚度为0.02mm～0.5mm之间。3.根据权利要求1或2所述的一种快速吸热的热失控防护材料，其特征在于所述叠层结构的周边侧面均用封边胶封装；所述热失控防护材料为块体或片体。4.根据权利要求1所述的一种快速吸热的热失控防护材料，其特征在于所述的高导热吸热材料的厚度为0.5～100mm之间。5.根据权利要求1所述的一种快速吸热的热失控防护材料，其特征在于，所述高导热吸热材料的制备方法包括如下步骤：S1：将粘合胶、负载阻燃石墨的有机锡催化剂、碳基导热材料加入混合釜中，升温至30～60℃搅拌2～4小时；S2：将吸热材料缓慢加入上述混合釜，边加边搅拌，抽真空脱除气泡，得到混合胶；S3：将混合胶倒入指定形状和厚度的模具中，室温固化0.5～48小时，脱模得到所述的高导热吸热材料；上述步骤中，高导热吸热材料的原料按质量百分比计为：吸热材料80～94％，导热材料1～10％，负载阻燃石墨的有机锡催化剂0～1％，粘合胶5～10％。6.根据权利要求1或5所述一种快速吸热的热失控防护材料，其特征在于，所述的吸热材料包括但不限于三水合醋酸钠、三水合草酸铁铵、一水合柠檬酸、柠檬酸、二水合草酸、无水草酸、八水氢氧化钡、丙二酸、七水合硫酸镁、七水合硫酸锌、丁二酸、马来酸、富马酸、十水合碳酸钠、六水合氯化钙、九水合硝酸铝、硼酸、八水合五硼酸铵、十二水合硫酸铁铵、氯化亚铁四水合物、一水草酸铵、十水四硼酸钠、五水四硼酸钠、十八水合硫酸铝、五硼酸铵、硼酸氢铵四水合物、五水和硅酸钠、水合铝硅酸钠、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠、七水硫酸铜、七水硫酸亚铁、六水氯化钴、九水合硝酸铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄星，张正国，余晓梦，柳俊万，崔丽云，凌子夜，章璐娴，万欢，皮亚斌，
申请(专利权)人：武汉长盈通热控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：