一种基于类水凝胶的复合相变材料

本申请涉及相变材料，尤其涉及一种具有较高导热系数和良好形状稳定性的基于类水凝胶的复合相变材料的制作方法以及其在电池模组上的应用。

背景技术：

1、近年来，由于温室效应和能源短缺的问题，交通运输部门正着力于转向电气化，大力发展纯电动汽车(ev)和混合动力汽车(hev)，以此来取代传统的燃油汽车，从而减轻温室效应以及环境恶化的现象加剧。作为电动汽车的动力核心——动力电池，也逐渐引起了人们的广泛的关注。锂离子电池由于具有较高的能量密度、较低维护成本低等优势，而成为电动汽车最为理想的储能选择。但锂离子电池对温度极为敏感，在实际应用中，如果锂离子电池的产生的大量热量无法及时排出，将会造成对电池性能造成损害，严重时还有可能会发生热失控，而引发电动汽车的着火甚至是爆炸。因此，十分有必要给锂离子电池提供一个高效可靠的电池热管理系统，将电池模组的温度控制安全的范围内。

2、目前，根据功耗可将热管理系统分为主动和被动两大类。其中，主动冷却包括了强制空气冷却、液体冷却和热电冷却；被动冷却包括了相变材料冷却和热管冷却。其中，主动冷却由于需要消耗额外的功率，而且体积一般较为庞大。作为被动冷却的热管冷却虽然不需要消耗额外的功率，但其系统较为复杂且成本较高。相比之下，相变材料冷却既不需要消耗额外的功率，而且成本较低，也可很好的控制电池模组内部的温度均匀性。石蜡(pa)由于具有较高的相变潜热和适宜的温度，已被广泛应用在电池热管理系统中。但石蜡(pa)的导热系数较低而且容易泄漏，所以通常在其中加入导热添加剂和支撑材料以提高其导热系数和抗泄漏率，因此制备一种导热系数高和形状稳定性好的复合相变材料对于电池热管理来说是非常有必要的。

技术实现思路

1、本申请提供了一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法及其在电池模组上的应用，用于解决相变材料导热系数低和容易泄漏的问题。

2、有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，原料包括二水合乙酸锌、一水合柠檬酸、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物、相变材料、导热添加剂，其制备步骤如下：

3、步骤一：将所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物浸泡在四氯化碳溶液中，使苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物得到充分的溶解；

4、步骤二：将二水合乙酸锌和一水合柠檬酸加入到含有三乙胺的水溶液中，进行螯合，得到类似于水凝胶的三维金属有机网络；

5、步骤三：将所述的类水凝胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物、膨胀石墨和相变基材混合，然后，将所得到的相变基材混合物固化并干燥以去除多余的水分，得到基于类水凝胶的复合相变材料；

6、优选地，所述的金属离子和一水合柠檬酸的螯合时间为1h。

7、优选地，所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物的浸泡时间为24h。

8、优选地，所述复合相变材料在制备过程中的融化温度为150℃。

9、优选地，所述复合相变材料的干燥温度为40℃。

10、本发明实施例提供了一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，本发明通过利用二水合乙酸锌在碱性条件下可与一水合柠檬酸的羧基发生螯合，从而可形成三维金属有机网络，可有效封装相变基材，并且由于金属离子的存在，还可提高复合相变材料的导热系数。

11、本发明的主要添加剂为膨胀石墨，利用膨胀石墨优异的传热通道大幅提高复合相变材料的导热系数。

12、本发明将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物作为一种辅助的支撑材料加入复合相变材料中，可改善复合相变材料内部的传热通道，进一步提高复合相变材料的导热系数；并且也可提高对相变材料的封装率，即可提高复合相变材料的相变潜热。

13、从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

14、本申请实施例提供了一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，该复合相变材料具有较高的导热系数——1.64w/mk，同时具备较高的相变潜热——185.4j/g。

技术特征：

1.一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，其特征在于，原料包括金属离子——二水合乙酸锌、螯合剂——一水合柠檬酸、相变材料——石蜡、导热添加剂——膨胀石墨和辅助支撑材料——苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物，其制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述的金属离子和一水合柠檬酸的摩尔比为3∶2，螯合时间为0.5-1h。

3.根据权利要求1所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物的浸泡时间为12-24h。

4.根据权利要求1所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述的相变基材包括石蜡、聚乙二醇；所述的相变基材、导热添加剂和支撑材料(类水凝胶和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物)的质量比为71∶4∶25。

5.根据权利要求1所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述相变基材为融化的相变基材，所述熔化温度为150-170℃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的，其特征在于，包括类水凝胶三维金属有机网络和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物骨架为所述复合相变材料中的支撑材料，石蜡为所述复合相变材料中的相变组分，膨胀石墨为所述复合相变材料中的导热组分。

7.根据权利要求1所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述复合相变材料的干燥温度为40-45℃，干燥时间为48h。

8.根据权利要求7所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料在电池模组中的应用。

9.根据权利要求8所述的动力电池模组，其特征在于，所述的电池模组包括动力电池和复合相变材料的形状；动力电池可为圆柱形或方形，复合相变材料的形状可为箱体或块体。

10.根据权利要求9所述的一种基于类水凝胶的复合相变材料的电池热管理系统，其特征在于，动力电池模组可根据应用场景需要所设计，主要包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于类水凝胶的复合相变材料的制备方法以及其在电池模组上的应用。复合相变材料中支撑材料——类水凝胶的制备方法是使金属离子(如Zn2+、Mn2+、Cu2+、Fe2+等)与柠檬酸在碱性环境下可以快速发生螯合现象，形成与水凝胶类似的三维金属有机网络；复合相变材料的另一种支撑材料是苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯聚合物。然后，再通过简单的高温熔融共混法将相变材料、支撑材料和导热添加剂混合搅拌，制备具有较高导热系数和良好形状稳定性的复合相变材料，并将其应用在电池热管理中，证明了该复合相变材料可有效冷却电池模组的温度和均匀电池间的温差，防止电池模组内部由于传热性能差而引起热失控的现象发生。

技术研发人员：李新喜,邓晴,张国庆,刘效洲
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15