导热介质及其在锂电池组中的应用和制造其的方法_2

文档序号:9391218阅读:来源:国知局
的质量比为1〇〇 : (30 - 80);该胶状粘稠物的粘度为 10000CPS- 1000000CPS,硅质量含量为10% - 30%,其导热系数不低于lw/mk(本发明优 选导热系数在lw/m.k- 8w/m.k),密度为 1. 5g/cm3 - 3. 5g/cm3。
[0042]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,其中硅质量含量应在20% - 40%。
[0043] 所述导热阻燃填料由导热填料和阻燃填料组成的混合物,制成的导热阻燃填料粒 径D50在0? 2ym- 40ym、导热系数不低于5w/m.k、密度为1. 5g/cm3 - 3. 5g/cm3。其中, 导热填料和阻燃填料质量比为100 : (20 - 100),导热填料为导热系数>l〇W/mk的导热粉 (本发明优选的导热粉为氧化铝、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. 1ym- 40ym,其可以是球形也可以是 无定型),阻燃填料为燃烧时能释放出不燃气体或水的氮或二氧化碳的阻燃粉(本发明优 选的阻燃粉为氢氧化铝、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)。
[0044] 本发明的导热介质的制备方法,包括以下步骤:
[0045]1、制备导热阻燃填料
[0046] 将所述的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,实现均匀分散,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>lOw/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;
[0047] 2、制备导热介质
[0048] 1)将所述硅脂和制备好的所述导热阻燃填料以质量比为100 : (30 - 80)的比例 盛放于反应釜中混合;
[0049] 2)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;
[0050] 3)降低至常温后,用三辊研磨机进行研磨构成本发明的导热介质。
[0051] 如图4、5所示,本发明的锂电电池组容量为10~lOOOAh,其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,填充所述的导热介质,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。所述电芯的壳体是 铝壳、钢壳或软包类型的锂电电芯,该锂电电芯充电限制电压为3. 5~5V。
[0052] 采用本发明导热介质作为导热和散热材料的锂电电池组,使用方式可以是电芯表 面涂覆,也可以是电池组整体灌注(填充)。其主要作用是通过导热介质将锂电充放电产生 的热量及时导出或分散,有效控制电池系统温度,提高和改善电池组使用寿命。另外;本发 明介质和电池组在电池组电芯出现燃烧状况时,可通过分解降温和释放不燃气体两种形式 阻止燃烧蔓延或降低蔓延速度,提高电池组安全等级。本发明电池组所用电芯为通过锂离 子迀移来获得能量的钢壳、铝壳和软包等类型,其中电芯充电限制电压为3. 5~5V。
[0053] 导热介质制备的锂电电池组:将导热介质罐封(填充)于电芯与电芯间、电芯与外 壳间的缝隙中,使电池组获得较空气介质、水介质更高的导热效果,同时在电池组出现燃烧 状况时相关材料能分解吸热同时释放不燃气体阻隔氧的助燃作用,降低燃烧风险。
[0054] 现有技术中对锂电电芯的燃烧安全控制采用的方法为预防控制。比如通过保护板 保护对过充、过放、高温进行工作控制;比如对电液进行改性,在电液中添加磷酸三脂等类 型阻燃剂来提高电液的分解电压来实现对燃烧的预防控制等。上述方法虽在一定程度能降 低电芯的燃烧性,但对于已燃烧的电芯或电池组则无保护阻燃灭火作用。虽然有在电芯和 电池组外壳涂敷阻燃涂层或加装膨胀材料提高阻燃性能,但因阻燃效果和增加工序成本使 得其实际应用有限。
[0055] 本发明的导热介质则在对电芯所产生热量进行导热和散热的同时还能在电芯燃 烧时通过吸热降温且释放不燃气体,从而起到缓燃和阻燃效果。
[0056] 虽然行业有采用不同介质进行电池组导热和散热的技术报道,但未见锂电电池组 采用硅基导热介质进行导热和散热的文字报道与专利,另外本发明除具有导热散热功能 外,还具有阻燃缓燃的作用,因此具有新颖性和实用性。
[0057] 本发明则有别于上述技术路线,采用导热介质,所解决的技术问题是:通过导热材 料将电池组工作过程产生的热量快速导出或均匀分散,另外;在电池组出现燃烧状况时进 行分解吸热反应降低环境温度并释放不燃气体阻止或降低燃烧的蔓延。与现有采用液体、 空气和相变材料作介质的导热方式不同,本发明采用的导热阻燃填料不具流动性,对电池 组无密闭要求,无需增加应用成本,导热系数高,约为水的5~10倍,空气的100倍,另外; 本发明介质除导热散热外还具备阻燃作用。虽然行业有多种锂电导热和散热的技术报道, 但将硅基导热介质用于锂电的导热和散热则未见报道,而采用能阻燃的导热介质更未见发 明和报道。因此本发明具有创新性、新颖性和实用性。
[0058] 制备本发明的导热介质所用的主要原料和设备如下表:
[0059]
[0060]

[0061] 3、实施例
[0062] 1)导热阻燃填料制备
[0063] 填料实施例1 :
[0064] 分别300g水和50g丙酮加入1000ml分散罐,开启均质机,加入1. 5g纳米分散剂, 循环5min。然后分别加入已称重的球形氧化铝微粉150g、纳米碳管50g、氢氧化铝40g,均质 循环60min,后取出真空过滤,滤饼在150°C真空干燥后研磨粉碎,完成导热阻燃填料制备。
[0065] 填料实施例2 :
[0066] 分别350g水和50g丙酮加入1000ml分散罐,开启均质机,加入15g纳米分散剂, 胶体稳定剂l〇g,循环5min。然后分别加入已称重的球形氧化错微粉150g、石墨稀5g、三氧 化二锑80g,均质循环60min,后取出真空过滤,滤饼在100°C真空干燥后研磨粉碎,完成导 热阻燃填料制备。
[0067] 填料实施例3 :
[0068] 分别150g水和150g丙酮加入1000ml分散罐,开启均质机,加入15g纳米分散剂, 胶体稳定剂l〇g,循环5min。然后分别加入已称重的球形氧化铝微粉150g、磷酸三苯基酯 150g,均质循环60min,后取出真空过滤,滤饼在40°C真空干燥后研磨粉碎,完成导热阻燃 填料制备。
[0069] 填料对比例(对比例为未加入阻燃成分的填料,实施例为加入阻燃成分填料,下 同):取已称重的球形氧化铝1500g、纳米碳管500g进行干粉混合,制得导热填料。如图2 所示组成填料无阻燃粉仅由导热粉组成。
[0070] 2)导热介质制备
[0071] 导热介质实施例1 :
[0072] 将甲基硅油(粘度20000cps)与填料实施例1所制备之导热阻燃粉,按70 :30的 质量比加入均质反应釜,搅拌下30分钟-60分钟升温至50°C,搅拌15分钟,然后出料,降温 至室温,用三辊研磨机碾压5次,然后进行检测(见以下表一),包装制得导热介质。
[0073] 导热介质实施例2 :
[0074] 将甲基硅油(粘度4000cps)与填料实施例1所制备之导热阻燃粉,按20 :80的质 量比加入均质反应釜,搅拌下30分钟-60分钟升温至100°C,搅拌10分钟,然后出料,降温 至室温,用三辊研磨机碾压10次,然后进行粘度,然后进行检测(见以下表一),包装制得导 热介质。
[0075] 导热介质实施例3 :
[0076] 将甲基三氟丙基硅油(粘度15000CpS)与填料实施例1所制备之导热阻燃粉,按 50 :50的质量比加入均质反应釜,搅拌下30分钟-60分钟升温至200°C,搅拌60分钟,然后 出料,降温至室温,用三辊研磨机碾压10次,然后进行粘度,然后进行检测(见以下表一), 包装制得导热介质。
[0077] 导热介质实施例4 :
[0078] 将甲基硅油(粘度4000cps)甲基三氟丙基硅油(粘度15000cps)与填料实施例 2所制备之导热阻燃粉,按20 :30 :50的质量比加入均质反应爸,搅拌下30分钟-60分钟升 温至100°C,搅拌60分钟,然后出料,降温至室温,用三辊研磨机碾压10次,然后进行检测 (见以下表一),包装制得导
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