一种电池浸没式冷却液及其制备方法和应用

本发明涉及电池安全，尤其涉及一种电池浸没式冷却液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、冷却液作为浸没式电池热管理系统的核心，其热物理性质在很大程度上决定了电池系统的运行性能。目前国内外浸没式热管理系统所使用的冷却液，主要为五大类：电子氟化液、碳氢化合物、酯类、硅油类、水基类。

2、冷却液的选取原则如下：①冷却液应不导电，即低介电常数；②冷却液应具有优良的导热性能，即高比热容和高导热系数；③冷却液应在使用温度范围内不发生凝固或者燃烧现象，即低凝固点、不易燃或高闪点；④冷却液对锂电池系统的材料兼容性友好，即与直接接触的材料无腐蚀作用；⑤冷却液大规模使用的前提是应具有环保性，包括零臭氧消耗潜能值(odp)和低全球变暖潜能值(gwp)。

3、电子氟化液包括氢氟醚(hfe)和氢氟烯烃(hfo)，具有低介电常数、材料兼容性和不易燃安全性，在电池热管理领域关注较高，然而，电子氟化液成本昂贵，且密度较高，极大提升浸没式储能电池的成本，难以大规模推广应用。而碳氢化合物、酯类、硅油类虽具有良好的绝缘性能，但散热性能和安全性能较差，难以有效控制和降低电池的热失控危害。水基型冷却液是去离子水与水乙二醇溶液、纳米流体等水基流体，具有较高的冷却能力和低廉的成本，但绝缘性较差，难以应用于电池浸没式冷却液领域。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种电池浸没式冷却液及其制备方法和应用。

2、第一方面，本发明提供一种电池浸没式冷却液，包括以下重量份的组分：绝缘冷却油40～70份、阻燃剂30～60份和稳定剂0.2～2份；

3、所述绝缘冷却油选自矿物油、大分子烃类油、硅油、合成酯、植物油中的一种或多种；

4、所述阻燃剂为碳原子数为2-4的卤代烃。

5、如前所述，绝缘冷却油具有良好的绝缘性，但是散热性和安全性差，本领域的常规思路是向其中添加阻燃剂，但是传统的阻燃剂几乎都不溶于上述绝缘冷却油，即使溶于上述绝缘冷却油，对油的性能损害也很大。针对该问题，本领域技术人员尝试的改进路线是额外添加增溶剂，使绝缘冷却油与阻燃剂相容。本发明中，发明人意外发现，使用碳原子数为2-4的卤代烃即小分子量卤代烃，可以赋予绝缘冷却油良好的阻燃性，且几乎不影响绝缘冷却油本身的性能，甚至还能有所改善。本发明使用的小分子量卤代烃并不是常规阻燃剂的一种，因此本发明的方案是不容易想到的。在本发明中，小分子量卤代烃之所以能发挥作用，可能是因为小分子物质沸点相对较低，且分子间作用力较小，高温易挥发或分解，释放大量卤素阻燃元素，猝灭燃烧因子，达到高效阻燃的作用。

6、本发明的电池浸没式冷却液具有高阻燃性、高绝缘性、良好的低温流动性、传热性能好，能有效抑制电池热失控发生，降低电池热失控带来的危害，提高安全性。

7、其中，矿物油包括10号变压器绝缘冷却油、25号变压器绝缘冷却油、45号变压器绝缘冷却油等。

8、大分子烃类油包括α油、β油、α聚烯烃等。

9、植物油包括常见的植物油，如大豆油、玉米油、花生油等。

10、硅油为甲基硅油、乙基硅油及其功能化硅油，如二甲基硅油、二乙基硅油、苯甲基硅油、氨基化甲基硅油等。

11、合成酯为单酯、双酯、多元醇酯、磷酸酯等，如油酸甲酯、碳酸二乙基己酯、甘油三(乙基己酸)酯、磷酸三辛酯等。

12、本发明所述卤代烃中的卤素可以为氟、氯、溴、碘中的一种或多种。

13、在本发明的一些实施例中，所述阻燃剂选自四氯乙烯、四氯乙烷、四溴乙烷、四溴乙烯、六氯乙烷、二溴四氟乙烷、二溴四氯乙烷、三溴三氟乙烷、1,2-二溴-1-氯-1,2,2-三氟乙烷、二溴六氟丙烷、三氯五氟丙烷、六氯丙烯、六氯丁二烯、二溴八氟丁烷、二溴六氟环丁烷、二氯八氟丁烷、二氯六氟环丁烷、二碘全氟丁烷中的一种或多种。

14、优选地，所述阻燃剂选自四氯乙烯、四氯乙烷、六氯丙烯、六氯丁二烯中的一种或多种。

15、在本发明的一些实施例中，所述绝缘冷却油选自10号变压器绝缘冷却油、25号变压器绝缘冷却油、45号变压器绝缘冷却油中的一种或多种。

16、在本发明的一些实施例中，所述稳定剂为酚类稳定剂。

17、进一步优选地，所述稳定剂选自邻甲基苯酚、对苯二酚、麝香草酚、2,6-二叔丁基对甲酚中的一种或多种。

18、在本发明的优选实施例中，所述电池浸没式冷却液包括以下重量份的组分：绝缘冷却油40～65份、阻燃剂35～60份和稳定剂0.5～2份；更优选地，绝缘冷却油40～60份、阻燃剂40～60份和稳定剂0.5～2份。

19、其中，所述绝缘冷却油选自10号变压器绝缘冷却油、25号变压器绝缘冷却油、45号变压器绝缘冷却油中的一种或多种；所述阻燃剂选自四氯乙烯、四氯乙烷、六氯丙烯、六氯丁二烯中的一种或多种；所述稳定剂选自邻甲基苯酚、对苯二酚、麝香草酚、2,6-二叔丁基对甲酚中的一种或多种。

20、在本发明的一些实施例中，所述电池浸没式冷却液作为锂电池的浸没式冷却液。

21、第二方面，本发明提供上述电池浸没式冷却液的制备方法。

22、本发明提供的制备方法包括将各组分共混在加热搅拌条件下得到均一液体的步骤。

23、优选地，加热温度为50～80℃，搅拌速度为600～1200r/min，搅拌时间为2～6h。

24、第三方面，本发明提供一种电池热管理系统，包括上述电池浸没式冷却液。采用本发明的电池浸没式冷却液，可以保证电池热管理系统稳定运行。

25、本发明提供了一种电池浸没式冷却液及其制备方法和应用，通过选用碳原子数为2-4的卤代烃，不仅赋予绝缘冷却油良好的阻燃性，且与绝缘冷却油具有良好的相容性，在提高绝缘冷却油阻燃性能的同时，进一步优化改善了绝缘冷却油的理化性能。本发明的电池浸没式冷却液具有良好的阻燃性、高绝缘性、低温流动性、传热性能等优点，能有效抑制电池热失控发生和降低电池热失控带来的危害。而且本发明制备工艺简单，成本低廉，便于规模化生产，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种电池浸没式冷却液，其特征在于，包括以下重量份的组分：绝缘冷却油40～70份、阻燃剂30～60份和稳定剂0.2～2份；

2.根据权利要求1所述的电池浸没式冷却液，其特征在于，所述阻燃剂选自四氯乙烯、四氯乙烷、四溴乙烷、四溴乙烯、六氯乙烷、二溴四氟乙烷、二溴四氯乙烷、三溴三氟乙烷、1,2-二溴-1-氯-1,2,2-三氟乙烷、二溴六氟丙烷、三氯五氟丙烷、六氯丙烯、六氯丁二烯、二溴八氟丁烷、二溴六氟环丁烷、二氯八氟丁烷、二氯六氟环丁烷、二碘全氟丁烷中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的电池浸没式冷却液，其特征在于，所述阻燃剂选自四氯乙烯、四氯乙烷、六氯丙烯、六氯丁二烯中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电池浸没式冷却液，其特征在于，所述绝缘冷却油选自10号变压器绝缘冷却油、25号变压器绝缘冷却油、45号变压器绝缘冷却油中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电池浸没式冷却液，其特征在于，所述稳定剂为酚类稳定剂。

6.根据权利要求5所述的电池浸没式冷却液，其特征在于，所述稳定剂选自邻甲基苯酚、对苯二酚、麝香草酚、2,6-二叔丁基对甲酚中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的电池浸没式冷却液，其特征在于，所述电池浸没式冷却液包括以下重量份的组分：绝缘冷却油40～65份、阻燃剂35～60份和稳定剂0.5～2份。

8.权利要求1-7任一项所述的电池浸没式冷却液的制备方法，其特征在于，包括将各组分共混在加热搅拌条件下得到均一液体的步骤。

9.根据权利要求8所述的电池浸没式冷却液的制备方法，其特征在于，加热温度为50～80℃，搅拌速度为600～1200r/min，搅拌时间为2～6h。

10.一种电池热管理系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的电池浸没式冷却液。

技术总结本发明提供一种电池浸没式冷却液及其制备方法和应用，所述电池浸没式冷却液包括以下重量份的组分：绝缘冷却油40～70份、阻燃剂30～60份和稳定剂0.2～2份；所述绝缘冷却油选自矿物油、大分子烃类油、硅油、合成酯、植物油中的一种或多种；所述阻燃剂为碳原子数为2～4的卤代烃。本发明通过选用碳原子数为2～4的卤代烃与绝缘冷却油配伍，得到的电池浸没式冷却液具有良好的阻燃性、高绝缘性、低温流动性、传热性能等优点，能有效抑制电池热失控发生和降低电池热失控带来的危害。而且本发明制备工艺简单，成本低廉，便于规模化生产，具有良好的应用前景。技术研发人员：刘凯受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27