导热介质及其在锂电池组中的应用和制造其的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种导热介质，特别涉及一种用于锂电电池组中的具有阻燃性的导热 介质及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着新能源的发展，锂电广泛应用于通讯、移动载体、储能等领域，但锂电电芯和 电池组在使用过程中存在一定的等效内阻，加上电池工作过程中电液分解、正极分解、负极 与电液反应、SEI膜反应等均会产生热量。低温时锂电主要以电阻产生的焦耳热为主，随着 热量聚集，温度升高会随其它化学热快速增加，如果不及时该部分热量散发出去，这些热反 应不仅使电池寿命下降，同时会加剧电解液分解，严重时引起燃烧爆炸造成安全事故，因此 温度控制和燃烧爆炸隐患的降低是锂电行业一个重要研究领域和需解决的问题。由于各 电芯或电池模组在锂电池组中所处的位置差异，因而每个电芯或电池模组的散热情况就不 同，由此导致该锂电池组中的温度不均。温度的不均又反过来导致电芯或电池模组的性能 不一致。
[0003] 以电动汽车为例：电池组作为电动汽车（xEV)的关键部件，直接影响电动车的里 程、寿命和安全等性能，温度变化对上述性能起重要作用。如果电池组热量不能及时导出和 分散，长期处于高温运行将严重影响电池寿命，同时高温易导致电液分解，给电池带来严重 的安全隐患。因此对电动汽车电池组产生热量进行有效导出或分散对提高电动汽车（xEV) 的使用寿命，改善安全性有重要经济效益和社会意义。对此，行业将温度控制作为锂电电池 组的一个重要技术问题进行研究。
[0004] 目前，行业内通过以下方式解决锂电电池组温度升高的问题：
[0005] 1)采用空气作散热介质
[0006] 主要优点：结构简单，能及时排除有害气体，成本低；
[0007] 缺点：空气对流换热系数较低，因此电池与外壳散热效率较低，另外，外加风机/ 冷却管等设备会增加整体重量，投入和运行成本也相应增加。
[0008] 2)液体（水）作散热介质
[0009] 主要优点：电池与外壳的散热效率高。
[0010] 缺点：密闭性要求高，电池质量增高、结构和维护复杂以及投资成本高。
[0011] 3)相变材料（石蜡）作散热介质
[0012] 主要优点：传热、散热能力强，温度变化小，能使电池温度自平衡，与外壳的散热效 率高。
[0013] 缺点：成本高，电池密封性要求高导致结构复杂、材料成本高；另外，石蜡等相变 材料属易燃材料，安全隐患增大，实用性变差。
[0014] 总之，采用空气介质成本低但导热系数低；采用液体介质导热系数较空气高但对 电池外壳由密闭要求，应用成本高；采用相变材料做介质导热散热性好，但相变过程也对外 壳提出密闭性要求，同时石蜡等相变材料属于易燃物给电池组带来新的安全隐患，成本也 较高。
【发明内容】
[0015] 本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、使用方便、导热性好且阻燃性高的 导热介质及其在锂电电池组中的应用和制造其的方法。
[0016] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0017] 本发明的导热介质，其特征在于：其由硅脂和导热阻燃填料组成的胶状粘稠物，其 中，硅脂与导热阻燃填料的质量比为100 : (30 - 80);该胶状粘稠物的粘度为10000CPS- 10000000?3，硅质量含量为10%-30%，其导热系数不低于1?/11^，密度为1.58/〇11 3- 3. 5g/cm3〇
[0018] 所述硅脂是粘度为lOOOCPs-lOOOOOCPs的甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基 含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯 基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油或功能团改性硅油中的一种或多种混 合物，其中硅含量应在20% - 40%。
[0019] 所述导热阻燃填料为粒径D50是0. 2ym- 40ym、导热系数是不低于5w/m.k和密 度是1. 5g/cm3 - 3. 5g/cm3的由导热填料和阻燃填料以100 : (20 - 100)的质量比组成的混 合物，所述导热填料为导热系数>l〇W/mk的导热粉，所述阻燃填料为燃烧时能释放出不燃 气体氮或二氧化碳或水的阻燃粉。
[0020] 所述导热粉为氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、纳米碳管、石墨烯或石墨 粉中的一种或多种，该导热粉的粉体粒径为D50 = 0. 1iim- 40iim;所述阻燃粉为氢氧化 铝、氢氧化镁、三氧化锑、硼酸锌、磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸三苯基酯、磷酸酯三聚氰胺盐、 硼酸中的两种或两种以上混合物，该阻燃粉的粉体粒径范围为D50 = 0. 1ym- 20ym。
[0021] 本发明的导热介质的制备方法，包括以下步骤：
[0022] 1)将导热填料与阻燃填料按100 : (20 - 100)的质量比通过湿法均质15 - 60分 钟，然后进行溶剂脱负，于40°C- 150°C真空干燥，制成导热阻燃填料，所述导热填料为导 热系数>l〇W/mk的导热粉，所述阻燃填料为燃烧时能释放出不燃气体氮或二氧化碳或水 的阻燃粉；
[0023] 2)将质量比为100 : (30 - 80)的硅脂和所述导热阻燃填料盛放于反应釜中；
[0024] 3)对上述混合物加热至50°C- 200°C条件下搅拌，反应时间10分钟一 60分钟；
[0025] 4)降低至常温后，用三辊研磨机进行研磨构成粘度为10000CPS- 1000000CPS、导 热系数不低于1?/1^、硅质量含量为10%-30%、密度为1.58/(^ 3-3.58/(^3的呈胶状粘 稠物的导热介质。
[0026] 所述硅脂是粘度为lOOOCPs- 100000CPS的甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基 含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯 基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油或功能团改性硅油中的一种或多种混 合物。
[0027] 所述导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、纳米碳管、石墨烯或石 墨粉中的一种或多种；所述阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化锑、硼酸锌、磷酸一铵、 磷酸二铵、磷酸三苯酚、磷酸酯三聚氰胺盐、硼酸中的两种或两种以上混合物。
[0028] 本发明的锂电电池组，包括电池组外壳和置于外壳内的采用串联和/或并联方式 组装在一起的若干个锂电电芯，在相邻的两片所述电芯之间以及电芯与外壳内壁之间，填 充有一种导热介质，该导热介质为由硅脂和导热阻燃填料组成的胶状粘稠物，其中，硅脂与 导热阻燃填料的质量比为100:(30-80)，该导热介质的粘度为10000-1000000CPS，其导热 系数不低于lw/mk，娃含量10% -30%，密度为1. 5g/cm3 - 3. 5g/cm3。
[0029]填充于所述外壳内的导热介质为其中电芯总重量的0. 5% - 10%，该外壳材质由 铝壳、钢壳或塑料所制。
[0030] 所述电芯是其外壳为铝壳、钢壳或铝塑复合类型外壳的锂电电芯，所述锂电电芯 充电限制电压为3. 5~5V。
[0031] 与现有技术相比，本发明采用将硅脂和导热阻燃填料混合制成粘度为 10000CPS- 1000000CPS，硅质量含量为10 % - 30 %，导热系数不低于lw/mk和密度为1. 5/ cm3 - 3. 5g/cm3的胶状粘稠物，将其填充于锂电电池组中，可大大提高锂电电池组的散热 效果且可有效防止该锂电电池组因过热产生的燃烧。本发明具有以下优点：导热性、电绝 缘性、稳定性好，无维护成本、无流动性、电池组无需密闭，另外本发明导热介质具有阻燃作 用，可有效提高电池组安全系数且所制成的电池组的生产工艺简单、维护成本低、安全性 好。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明导热阻燃填料SEM图。
[0033] 图2为对比例导热填料（不具阻燃效果）SEM图。
[0034] 图3为导热介质涂片SEM图（其中，左图与右图属于不同放大比例的同一张图）。
[0035] 图4为填装导电介质的电池组（软包一铝塑复合电池组）示意图。
[0036] 图5为填装导电介质的电池组（圆柱一钢壳电池组）示意图。
[0037] 图6为电池组实施例1针刺测评过程图。
[0038] 图7为电池组对比例2针刺测评过程图。
[0039] 图8为电池组对比例3针刺测评过程图。
【具体实施方式】
[0040] 本发明的重点为硅基导热阻燃介质（以下简称导热介质）、制造其的工艺方法以 及其在锂电电池组中的应用。所述导热介质适于填充在二次锂电电池组中，其可大大提高 该锂电电池组的散热效率且在其发生意外燃烧时具有较好的阻燃效果。
[0041] 如图1、3所示，本发明的导热介质，其由硅脂和导热阻燃填料组成的胶状粘 稠物，其中，硅脂与导热阻燃填料