1.本发明涉及隔热保温材料技术领域，特别涉及一种具备散热功能的气凝胶产品、制备方法及应用。
背景技术：
2.由于新能源汽车符合国家大力倡导的环保要求，其销售额逐年增加，应用范围越来越大，目前中国市场上在售的新能源汽车多是混合动力汽车和纯电动汽车,其动力电源主要包括锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池、超级电容器。由于汽车行驶需要的动力很大，采用电力提供动力的新能源汽车为了保证能够正常行驶，需要电池仓长时间提供较大电流，保证动力的提供。当车载电池长时间输出电能后，电池内长时间进行化学反应会使得电池体明显发热，存在燃烧、爆炸的等热失控风险，热失控是动力电池最严重的安全事故，直接威胁到用户的生命安全，针对电池的热失控传播问题主要通过热防护技术来解决。
3.目前动力电池系统热失控的研究，主要侧重于由单体电芯热失控触发继而传播到整个电池包的热失控安全问题方面，这是因为当某单体电芯触发热失控时，产热量骤增，散热量远小于产热量，导致热量向周围电芯传递，会迅速引发周边电池大规模热失控，从而引起一系列的连锁反应。或者说，单体电芯的热失控是整个电池包热失控的源头。因此，必须为电动汽车上的动力电池组配备一套具有针对性的电池隔热散热材料，良好的隔热和散热效果可以提高整个动力电池组的工作效率和使用寿命。
技术实现要素：
4.为解决上述问题，本发明提供一种具备散热功能的气凝胶产品、制备方法及应用，在无机纤维材料的外侧复合导热网，然后整体浸渍溶胶处理，使制备得到的气凝胶产品具备隔热功能的同时兼具一定的散热功能，将产品用于新能源电池组电芯之间，可以促使电芯之间的热量通过产品的导热网散失，避免因一侧温度过高使整个电池组处于热集中状态，对安全性能产生影响。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具备散热功能的气凝胶产品，包括增强基材以及填充在增强基材内部的气凝胶；所述增强基材由无机纤维材料和复合在无机纤维材料上下表面的导热网构成。
6.一种具备散热功能的气凝胶产品的制备方法，包括下述步骤：（1）在无机纤维材料的上下表面分别复合导热网，得到增强基材；（2）将增强基材浸渍溶胶处理，经凝胶、干燥后，得到具备散热功能的气凝胶产品。
7.其中，步骤（1）中，在无机纤维材料上下表面分别复合导热网的具体操作为：将导热网分别铺设于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材，其中，无机纤维材料的上下表面为无机纤维材料表面积最大的两个表面。
8.其中，所述导热网为金属纤维网或石墨烯网膜；所述金属纤维网包括铝纤维网或
铜纤维网；所述柔性纤维为玻璃纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、尼龙纤维和生物质纤维中的一种。
9.其中，所述无机纤维材料为无机纤维毡或无机纤维网胎；所述无机纤维为玻璃纤维、预氧丝纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维或碳纤维，为了满足厚度要求，无机纤维网胎可以进行多层叠加。
10.其中，步骤（1）中，所述无机纤维材料的厚度为0.2-5mm，导热网的厚度为0.2-2mm。
11.其中，步骤（2）中，在增强基材浸渍溶胶经凝胶之后、干燥之前或干燥之后进行疏水化处理，疏水化处理是将待疏水的材料置于疏水化试剂中浸泡处理或者向待疏水的材料中通入气相疏水化试剂；其中，步骤（2）中，浸渍处理可通过倾倒、喷淋、涂刷、浸泡或其任何组合来施加溶胶至所述增强基材上。
12.其中，步骤（2）中，所述溶胶包括可制备为气凝胶的二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或硅铝复合溶胶。
13.其中，步骤（2）中，所述二氧化硅溶胶的配置步骤包括：取硅源、乙醇和水混合均匀，然后加入催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；其中，以摩尔比计，按照硅源∶乙醇∶水=1∶（2~60）∶（0.05~30）混合得到；所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷中的一种或多种；所述烷基烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述催化剂包括碱性催化剂，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙醇胺、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种或两种的组合。
14.氧化铝溶胶的配置步骤包括：将铝源、螯合剂、氧化铝溶胶用溶剂、水和氧化铝溶胶用催化剂配制得到氧化铝溶胶，所述铝源、螯合剂、氧化铝溶胶用溶剂、水和氧化铝溶胶用催化剂的摩尔比为1：（0.001~0.06）：（4~32）：（0.6~4）：（0.0001~1)；所述铝源为异丙醇铝、仲丁醇铝、硝酸铝中的一种或两种以上的组合；所述螯合剂为乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯中的一种；所述氧化铝溶胶用溶剂选自乙醇、异丙醇和正丁醇组成的组中的一种或两种以上的组合；所述氧化铝溶胶用催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵组成的组中的一种或两种以上的组合；硅铝复合溶胶的配置为将二氧化硅溶胶和氧化铝溶胶混合均匀制备得到或将硅铝复合溶胶所用前驱体溶液直接混合均匀制备得到。
15.步骤（2）中，所述干燥处理采用乙醇超临界干燥、co2超临界干燥、常压干燥和冷冻干燥中的一种。
16.一种具备散热功能的气凝胶产品在新能源领域的应用，将制备得到的具备散热功能的气凝胶产品裁切成相应的尺寸，放置在新能源电池组电芯之间，用于电池组电芯之间的隔热散热。
17.本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：（1）本发明中，在无机纤维材料的上下表面复合导热网得到增强基材，然后一块浸渍溶胶，浸渍过程中，由于所选用的导热网材质本身光滑，浸渍的溶胶不会和导热网结合，
所浸渍的溶胶会通过导热网材料的孔隙进入纤维毡的内部，所以溶胶经凝胶之后，外表面的导热网会起到一定的阻拦作用，使凝胶被固定在纤维毡的内部，进而使产品具有一定的防掉粉作用；此外，其导热网可采用金属纤维网和石墨烯网膜，其中金属纤维网自身具有拉伸模量高、拉伸强度大等优势，有利于提高气凝胶产品的拉伸方面的性能。
18.（2）本发明中，所选用导热网材质为金属纤维网或石墨烯网膜，均具有一定的导热散热功能，在无机纤维材料的外侧复合导热网，也是为了使制备得到的气凝胶材料具备隔热功能的同时兼具一定的散热功能，将此产品用于新能源电池组电芯之间，可以促使电芯之间的热量通过产品的导热网散失，避免因一侧温度过高使整个电池组处于热集中状态，对安全性能产生影响。
19.（3）目前新能源领域所使用的隔热散热材料，大多是在气凝胶毡外侧通过胶粘剂粘贴导热层或者散热层，而本发明通过在无机纤维材料上下表面复合一层导热网制备增强基材，然后将无机纤维材料和导热网一块浸渍溶胶，一是可以避免胶粘剂的使用，二是可以保证整体结构的稳定性，避免因气凝胶产品出现掉粉现象，造成导热层脱落。
具体实施方式
20.下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1本实施例提供一种具备散热功能的气凝胶产品，包括增强基材以及填充在增强基材内部的气凝胶；将导热网分别置于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
22.本实施例具备散热功能的气凝胶产品的制备方法，包括下述步骤：（1）将导热网分别铺设于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材；增基材料中无机纤维材料的厚度为5mm，导热网的厚度为0.5mm；（2）将增强基材浸渍二氧化硅溶胶处理，经凝胶、疏水处理和co2超临界干燥后，得到具备散热功能的气凝胶产品。
23.其中，步骤（1）中，导热网为金属铜纤维网，无机纤维材料为玻璃纤维毡，柔性纤维为玻璃纤维，在玻璃纤维毡的上下表面分别铺设金属铜纤维网，通过玻璃纤维进行z向针刺连接，z向玻璃纤维仅在玻璃纤维毡表面和金属铜纤维网进行针刺连接，并未完全贯穿玻璃纤维毡，也就是2.5d针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
24.步骤（2）中，浸渍处理可通过倾倒来施加二氧化硅溶胶至增强基材上。二氧化硅溶胶的配置步骤包括：以摩尔比计，按照硅源：乙醇：水=1:30:12混合均匀，然后加入碱催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶。硅源采用甲基三甲氧基硅烷，碱催化剂为氨水和氟化铵的混合溶液。
25.步骤（2）中，疏水处理为将增强基材浸渍二氧化硅溶胶处理经凝胶后得到的湿凝胶材料置于疏水化试剂中浸泡处理，所选用的疏水化试剂为甲基三甲氧基硅烷溶液。
26.实施例2本实施例提供一种具备散热功能的气凝胶产品，包括增强基材以及填充在增强基材内部的气凝胶；将导热网分别置于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
27.本实施例具备散热功能的气凝胶产品的制备方法，包括下述步骤：（1）将导热网分别铺设于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材；增基材料中无机纤维材料的厚度为0.5mm，导热网的厚度为0.5mm；（2）将增强基材浸渍氧化铝溶胶处理，经凝胶、疏水处理和常压干燥后，得到具备散热功能的气凝胶产品。
28.其中，步骤（1）中，导热网为金属铝纤维网，无机纤维材料为预氧丝纤维毡，柔性纤维为芳纶纤维，在预氧丝纤维毡的上下表面分别铺设金属铝纤维网，通过芳纶纤维对增强基材进行z向针刺连接，在进行z向芳纶纤维针刺时，z向芳纶纤维直接贯穿预氧丝纤维毡，也就是3d针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
29.步骤（2）中，浸渍处理可通过喷淋来施加氧化铝溶胶至增强基材上，氧化铝溶胶的配置步骤包括：将铝源、螯合剂、氧化铝溶胶用溶剂、水和氧化铝溶胶用催化剂配制得到氧化铝溶胶，铝源、螯合剂、氧化铝溶胶用溶剂、水和氧化铝溶胶用催化剂的摩尔比为1:0.001：4：0.6：0.0001；其具体制备步骤为：先将铝源仲丁醇铝与螯合剂乙酰乙酸乙酯混合均匀，再加入氧化铝溶胶用溶剂乙醇并混合均匀，然后加入水和氧化铝溶胶用催化剂醋酸并混合均匀，得到氧化铝溶胶。
30.步骤（2）中，疏水处理为将增强基材浸渍氧化铝溶胶处理经凝胶后得到的湿凝胶材料置于疏水化试剂中浸泡处理，所选用的疏水化试剂为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和三甲基甲氧基硅烷三种疏水化试剂的混合溶液。
31.实施例3本实施例提供一种具备散热功能的气凝胶产品，包括增强基材以及填充在增强基材内部的气凝胶；将导热网分别置于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
32.本实施例具备散热功能的气凝胶产品的制备方法，包括下述步骤：（1）将导热网分别铺设于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材；增基材料中无机纤维材料的厚度为2mm，导热网的厚度为1mm；（2）将增强基材浸渍二氧化硅溶胶处理，经凝胶、co2超临界干燥和疏水处理后，得到具备散热功能的气凝胶产品。
33.其中，步骤（1）中，导热网为金属铜纤维网，无机纤维材料为玻璃纤维网胎，柔性纤维为尼龙纤维；依次将金属铜纤维网、多层玻璃纤维网胎和金属铜纤维网进行叠加铺设，通过尼龙纤维对增强基材进行z向针刺连接，在进行z向尼龙纤维针刺时，z向尼龙纤维直接贯穿整个增强基材，也就是3d针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
34.步骤（2）中，浸渍处理可通过涂刷来施加二氧化硅溶胶至增强基材上；二氧化硅溶
胶的配置步骤包括：以摩尔比计，按照硅源：乙醇：水=1:60:30混合均匀，然后加入碱催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，硅源采用正硅酸乙酯和正硅酸甲酯的混合溶液，碱催化剂为氨水和氟化铵的混合溶液。
35.步骤（2）中，疏水处理为向增强基材浸渍二氧化硅溶胶处理经凝胶、干燥后得到的气凝胶材料中通入气相疏水化试剂，所用气相疏水化试剂由液态疏水化试剂经加热气化后得到。
36.实施例4本实施例提供一种具备散热功能的气凝胶产品，包括增强基材以及填充在增强基材内部的气凝胶；将导热网分别置于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
37.本实施例具备散热功能的气凝胶产品的制备方法，包括下述步骤：（1）将导热网分别置于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材；增基材料中无机纤维材料的厚度为0.2mm，导热网的厚度为0.2mm；（2）将增强基材浸渍硅铝复合溶胶处理，经凝胶、疏水处理和乙醇超临界干燥后，得到具备散热功能的气凝胶产品。
38.其中，步骤（1）中，所述导热网为石墨烯网膜，无机纤维材料为硅酸铝纤维毡，柔性纤维为聚酯纤维；依次将石墨烯网膜、多层硅酸铝纤维毡和石墨烯网膜进行叠加铺设，通过聚酯纤维对增强基材进行z向针刺连接，z向聚酯纤维仅在硅酸铝纤维毡表面和石墨烯网膜进行针刺连接，并未完全贯穿硅酸铝纤维毡，也就是2.5d针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
39.步骤（2）中，浸渍处理可通过浸泡来施加硅铝复合溶胶至增强基材上，硅铝复合溶胶的配置步骤包括：（1）以摩尔比计，按照硅源：乙醇：水=1:40:15混合均匀，然后加入氟化铵水溶液搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，硅源采用甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷的混合硅源，碱催化剂为氟化铵水溶液；（2）将铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂配制得到铝溶胶，所述铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂的摩尔比为1: 0.06：32：4：1；（3）将步骤（1）所得二氧化硅溶胶和步骤（2）所得铝溶胶混合均匀制备得到硅铝复合溶胶。
40.步骤（2）中，疏水处理为向增强基材浸渍硅铝溶胶处理经凝胶后得到的湿凝胶材料中通入气相疏水化试剂，所用气相疏水化试剂由液态疏水化试剂经加热气化后得到。
41.实施例5本实施例与上述实施例1的区别仅在于：步骤（1）中，增基材料中无机纤维材料的厚度为2mm，导热网的厚度为2mm，无机纤维材料为碳纤维毡，导热网为金属铝纤维网，柔性纤维为生物质竹纤维，在碳纤维毡的上下表面铺设金属铝纤维网，通过生物质竹纤维对增强基材进行z向针刺连接，在进行z向生物质竹纤维针刺时，z向生物质竹纤维直接贯穿碳纤维毡，也就是3d针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
42.步骤（2）中，步骤（2）中，浸渍处理可通过喷淋来施加二氧化硅溶胶至增强基材上。二氧化硅溶胶的配置步骤包括：以摩尔比计，按照硅源：乙醇：水=1:2:0.05混合均匀，然后
加入碱催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶。硅源采用甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和三甲基甲氧基硅烷三种硅源按照摩尔比1：1：1的量混合，碱催化剂为甲胺和二甲胺的混合溶液。
43.实施例6本实施例与上述实施例1的区别仅在于：（1）将导热网分别铺设于无机纤维材料的上下表面，然后通过柔性纤维进行z向针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材；（2）将增强基材浸渍二氧化硅溶胶处理，经凝胶、co2超临界干燥和疏水处理后，得到具备散热功能的气凝胶产品。
44.步骤（1）中，增基材料中无机纤维材料的厚度为3mm，导热网的厚度为1.5mm，导热网为金属铜纤维网，所述无机纤维材料为玄武岩纤维网胎，柔性纤维为聚乙烯纤维，依次将金属铜纤维网、多层玄武岩网胎和金属铜纤维网进行叠加铺设，通过聚丙烯纤维对增强基材进行z向针刺连接，在进行z向聚丙烯纤维针刺时，z向聚丙烯纤维直接贯穿整个增强基材，也就是3d针刺，使导热网-无机纤维材料-导热网之间得到复合，得到增强基材。
45.步骤（2）中，疏水处理为将增强基材浸渍二氧化硅溶胶处理经凝胶、干燥后得到的气凝胶材料置于疏水化试剂中浸泡处理，所选用的疏水化试剂为甲基三甲氧基硅烷溶液，疏水处理后再次进行干燥处理，得到气凝胶产品。
46.实施例7本实施例与上述实施例1的区别仅在于：步骤（1）中，无机纤维材料的厚度为1mm，导热网的厚度为1mm；柔性纤维为聚丙烯纤维。
47.步骤（2）中，浸渍处理可通过浸泡来施加氧化铝溶胶至增强基材上。氧化铝溶胶的配置步骤包括：将铝源、螯合剂、氧化铝溶胶用溶剂、水和氧化铝溶胶用催化剂配制得到氧化铝溶胶，铝源、螯合剂、氧化铝溶胶用溶剂、水和氧化铝溶胶用催化剂的摩尔比为1:0.006：32：4：1；其具体制备步骤为：先将铝源异丙醇铝与螯合剂乙酰丙酮混合均匀，再加入氧化铝溶胶用溶剂正丁醇并混合均匀，然后加入水和氧化铝溶胶用催化剂氟化铵并混合均匀，得到氧化铝溶胶。
48.应用实施例1、新能源电池组电芯之间不放置任何隔热材料时，在放电初期电芯表面温度急剧上升，并且在750s时达到250℃的最高温度，容易造成电池热失控。
49.2、在新能源电池组电芯之间放置气凝胶隔热层时，由于电芯释放的热量受到隔热材料限制，热传导速率降低，30分钟后，设置了气凝胶隔热层一侧的电芯温度范围为125-180℃。
50.3、将上述实施例制备得到的具备散热功能的气凝胶产品裁切成相应的尺寸，放置在新能源电池组电芯之间，30分钟后，由于产品中气凝胶隔热材料降低热量传导速率，表面的导热网提高电池表面热散失速率，隔热效果进一步得到提升。
51.其中，设置了实施例1产品一侧的电芯温度降至90℃；设置了实施例2产品一侧的电芯温度降至100℃；设置了实施例3产品一侧的电芯温度降至95℃；设置了实施例4产品一侧的电芯温度降至105℃；
设置了实施例5产品一侧的电芯温度降至98℃；设置了实施例6产品一侧的电芯温度降至93℃；设置了实施例7产品一侧的电芯温度降至96℃。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。