[发明专利]一种基于相变材料的热管理材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于相变材料的热管理材料及其制备方法和应用，所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：相变材料，55～90％；导热填料，4～20％；阻燃剂，4～20％；短切纤维，2～10％。本发明通过添加适量短切纤维，可以有效防止相变材料因体积膨胀或收缩导致的形变，因此可以较大程度地提高热管理材料中相变材料的含量，进而提高热管理材料的储热能力，使其对温度的调节控制更稳定。

技术领域

本发明涉及电池热管理技术领域，尤其涉及一种基于相变材料的热管理材料及其制备方法和应用。

背景技术

电池例如二次电池已经被广泛地用作用于无线移动装置的能量源，例如可以作为用于电动车辆、混合电动车辆和插电式混合电动车辆的电源等，从而解决由使用石油燃料的车辆引起的诸如空气污染等问题。小型的无线移动装置可能会使用一个或者多个电池单元，而中型或者大型无线装置例如车辆可能会使用包括相互电连接的多个电池单元的中型或者大型电池模块，这样的中型或者大型电池模块通常被制造成具有尽可能小的尺寸和重量，因而这些电池模块中堆叠的电池单元集成度非常高。

在电池的充电和放电期间，电池会产生大量的热。特别是电池模块常在其表面上涂覆的低导热率的聚合物材料，结果难以有效地降低电池单元的总体温度。如果电池模块在充电和放电期间产生的热量未被有效地移除，那么热量会在电池模块中积聚，导致电池模块加速劣化，降低使用寿命。有时候电池模块甚至可能着火或者爆炸。因此这样的电池常需要冷却系统，以冷却被安装在电池组中的电池单元。

通常情况下，电池单元以预定间隔堆叠，以方便移除在电池单元的充电和放电期间产生的热量。为了有效地移除在所堆叠的电池单元之间或者在所堆叠的电池模块之间积聚的热量，现有技术建议在所堆叠的电池单元之间或者在所堆叠的电池模块之间限定冷却剂通道，然而如此会导致电池模块的总体尺寸增加。

另外，电池单元一般都有适合使用的温度范围，如果温度过低，同样不适合电池高效率地使用，特别是在高纬度地区使用的情况中。因此，非常需要将电池单元的工作环境温度保持在一定的温度以上。

申请号为201110191570.X的中国专利申请中公开了一种相变复合材料，包含：A)30-65％的相变材料，其为熔点为25-45℃的低熔点石蜡和/或十二烷醇；B)25-45％的载体材料，其为高密度聚乙烯和/或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；C)5-15％的无机填料，其为多孔物质并选自膨胀珍珠岩和膨胀石墨中的一种或几种；D)1-10％的导热增强剂；以及E)1-10％的阻燃剂，其中所述相变材料、无机填料、导热增强剂和阻燃剂分散于载体材料所形成的空间网状结构中。但是该专利的相变复合材料由于含有多孔无机填料，所占体积较大，导热性差，只适合作为建筑材料例如墙体保温材料使用。

目前，尽管有相变材料用作电池热管理的报道，但是这些电池热管理材料热导率低，导热性差，容易造成以下问题：

1)当某个单体电池过热时，热量无法有效移除，容易造成电池组内各单体电池之间的温度不均匀；

2)当电池组温度持续升高时，还将导致整个电池组温度超过耐受温度，使电池模块加速劣化，进而降低了使用寿命，有的电池组甚至着火或者爆炸，带来较大的安全隐患；

3)如果电池组长期工作在高温情况下，电池组的输出功率随温度的升高而大幅下降，致使电池组件不能充分发挥最大性能。

此外，这些热管理材料还存在阻燃性能差、容易燃烧，制成的组件形状稳定性和循环稳定差，组件表面容易渗出等问题。

发明内容

为了解决一个或多个上述问题，本发明提供了一种基于相变材料的热管理材料及其制备方法和应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1、一种基于相变材料的热管理材料，所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：