一种复合相变材料及其制备方法和应用

本发明涉及动力电池，具体涉及一种复合相变材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球气候环境恶化和能源危机加剧，人们对环保和节能意识不断增强。混合动力汽车和电动汽车已成为汽车领域的重要革命，而锂离子电池因其高能量密度、无记忆效应、长寿命和设计灵活性等固有优点，被广泛应用于电动汽车的主要电源。

2、然而，随着能量密度的提升，电池系统变得不稳定，锂离子电池更容易发生热失控和热失控传播，甚至可能导致大规模火灾事故。这些潜在的热安全问题成为阻碍电池实际应用的关键问题。为了提高电池的安全性，迫切需要解决如何降低或避免电池着火的风险。

3、因此，设计一种有效的电池热管理系统至关重要，以确保电池温度在安全范围内，并尽可能减小电池组内的温度差，防止热量积聚，从而保证电池的安全和高效使用。

4、相变材料冷却技术是一种新型的电池热管理技术，利用相变材料在熔化/凝固的过程中吸收/释放大量潜热的特性，控制电池温度在合理范围内，确保电池在使用过程中的安全性。然而，大多数相变材料易燃，为了提高阻燃性能，通常需要添加大量阻燃剂。虽然阻燃剂的添加提高了相变材料的阻燃性能，但同时也降低了其潜热值和导热性能，极大限制了相变材料在电池热管理中的应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种复合相变材料及其制备方法和应用，兼顾了热管理、结构稳定性、导热性能和阻燃性能等多个方面。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种复合相变材料，以质量份数计，包括以下组分：相变材料60～70份、支撑骨架材料10～20份、导热增强剂1～5份、阻燃剂10～20份。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、相变材料63～65份、支撑骨架材料10～15份、导热增强剂3～4份、阻燃剂15～20份。

6、所述阻燃剂包括磷酸三苯酯和六苯氧基环三磷腈，所述磷酸三苯酯和六苯氧基环三磷腈的质量比为1：3～3：1。

7、所述磷酸三苯酯和六苯氧基环三磷腈的质量比为1：2～2：1。

8、所述相变材料包括石蜡、聚乙二醇中的一种或两种，所述支撑骨架材料包括金属有机骨架材料和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或两种，所述导热增强剂包括碳化硅、膨胀石墨和碳纳米管中的一种或多种。

9、所述复合相变材料的导热系数为1.50～1.86w/m·k，所述复合相变材料的相变潜热值为120～136.64j/g。

10、一种复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：将以下组分按质量份数计依次混合：相变材料60～70份、支撑骨架材料10～20份、导热增强剂1～5份、阻燃剂10～20份，得到复合相变材料，所述混合的温度为60～90℃。

11、作为上述技术方案的进一步改进：

12、包括以下步骤：将63～65份的相变材料和10～15份的支撑骨架材料混合，得到一级混合物；再将15～20份的阻燃剂和一级混合物混合，得到二级混合物；然后将3～4份的导热增强剂和二级混合物混合，得到复合相变材料。

13、所述混合的温度为70～80℃。

14、一种复合相变材料的应用，所述复合相变材料为上述所述的复合相变材料、或上述所述的复合相变材料的制备方法制备的复合相变材料，所述复合相变材料应用于动力电池的电池模块。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：

16、本发明的相变材料部分占了较大比例，可以在吸热或释热的过程中稳定电池温度，有效地控制电池工作温度在安全范围内。这有助于降低热失控和火灾风险，提高电池的安全性。支撑骨架材料的添加可以增强相变材料的结构稳定性和机械强度，使其更容易集成到电池系统中并保持良好的性能，同时有助于延长相变材料的使用寿命。导热增强剂的加入可以提高复合相变材料的导热性能，促进热量的快速传递和分布，从而更有效地控制电池温度，防止热量积聚。阻燃剂的添加可以显著提高复合相变材料的阻燃性能，降低火灾风险。这对于电池系统的安全性至关重要，特别是在高温或异常工作条件下。总之，这种复合相变材料兼顾了热管理、结构稳定性、导热性能和阻燃性能等多个方面，为电池系统的安全和高效运行提供了可靠的保障。

技术特征：

1.一种复合相变材料，其特征在于，以质量份数计，包括以下组分：相变材料60～70份、支撑骨架材料10～20份、导热增强剂1～5份、阻燃剂10～20份。

2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，相变材料63～65份、支撑骨架材料10～15份、导热增强剂3～4份、阻燃剂15～20份。

3.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述阻燃剂包括磷酸三苯酯和六苯氧基环三磷腈，所述磷酸三苯酯和六苯氧基环三磷腈的质量比为1:3～3:1。

4.根据权利要求3所述的复合相变材料，其特征在于，所述磷酸三苯酯和六苯氧基环三磷腈的质量比为1:2～2:1。

5.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述相变材料包括石蜡、聚乙二醇中的一种或两种，所述支撑骨架材料包括金属有机骨架材料和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或两种，所述导热增强剂包括碳化硅、膨胀石墨和碳纳米管中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述复合相变材料的导热系数为1.50～1.86w/m·k，所述复合相变材料的相变潜热值为120～136.64j/g。

7.一种复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将以下组分按质量份数计依次混合：相变材料60～70份、支撑骨架材料10～20份、导热增强剂1～5份、阻燃剂10～20份，得到复合相变材料，所述混合的温度为60～90℃。

8.根据权利要求7所述的复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将63～65份的相变材料和10～15份的支撑骨架材料混合，得到一级混合物；再将15～20份的阻燃剂和一级混合物混合，得到二级混合物；然后将3～4份的导热增强剂和二级混合物混合，得到复合相变材料。

9.根据权利要求7所述的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为70～80℃。

10.一种复合相变材料的应用，其特征在于，所述复合相变材料为权利要求1～6中任一项所述的复合相变材料、或权利要求7～9中任一项所述的复合相变材料的制备方法制备的复合相变材料，所述复合相变材料应用于动力电池的电池模块。

技术总结本发明公开了一种复合相变材料，以质量份数计，包括以下组分：相变材料60～70份、支撑骨架材料10～20份、导热增强剂1～5份、阻燃剂10～20份。本发明还公开了其制备方法和应用。本发明的相变材料能在吸热或释热的过程中稳定电池温度，有助于降低热失控和火灾风险，提高电池的安全性；其支撑骨架材料能增强相变材料的结构稳定性和机械强度；其导热增强剂的加入能提高复合相变材料的导热性能，促进热量的快速传递和分布；其阻燃剂的添加可以显著提高复合相变材料的阻燃性能，降低火灾风险；总之，这种复合相变材料兼顾了热管理、结构稳定性、导热性能和阻燃性能等多个方面，为电池系统的安全和高效运行提供了可靠的保障。技术研发人员：李新喜,黎灿兵,田举雄,朱思伟,施敏捷,楚光辉,张颜瑞,王智伟受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9