一种动力电池散热材料及其制备方法与流程

本技术涉及散热材料，尤其是涉及一种动力电池散热材料及其制备方法。

背景技术：

1、动力电池是为工具提供动力来源的电源，工具一般包括电动汽车、电动列车、电动自行车等，动力电池是新能源汽车的核心部件，也是未来能源转型的重要方向。目前，大多数的电动汽车采用锂电池作为动力电池的主要原料，锂电池的工作电流与产热量大，同时工作时处于一个相对封闭的环境，易导致电池与周围的温度上升，而热量过高便会导致电池产生安全隐患，为了避免上述问题，在电池内部安装散热片及时散热，降低电池所处环境的工作温度，进而保障电池的安全性和工作稳定性。

2、石墨烯作为一种新型碳材料具有极高的热导率和热辐射系数，可很好的应用于散热材料体系中，通常将石墨烯材料与其他材料复合制成多层结构的散热片，以达到散热性、阻燃性和力学性等多种效果，但是石墨烯在散热材料制备过程中容易团聚，影响石墨烯在散热材料中的分散性，进而影响散热材料的导热功率。

技术实现思路

1、为了改善石墨烯在散热材料制备过程中容易团聚的问题，本技术提供了一种动力电池散热材料及其制备方法。

2、本技术提供了一种动力电池散热材料，采用如下的技术方案：

3、一种动力电池散热材料，包括以下重量份的原料：改性石墨烯1-2份、有机硅树脂6-12份、聚碳酸酯15-25份、聚乙二醇1-3份、相容剂1-3份；

4、所述改性石墨烯的制备方法，包括如下步骤：将石墨烯分散于质量浓度为6-8％的氨水中浸泡15-20min，水洗，再分散于无水乙醇中，加入改性蒙脱土，超声30-50min，过滤，干燥，再分散于去离子水中，加入纳米镍，在温度80-85℃下搅拌1-2h，过滤，得到混合物；

5、将羟乙基纤维素溶解于去离子水中得到羟乙基纤维素水溶液，将羟乙基纤维素水溶液喷洒在混合物表面，干燥，得到改性石墨烯。

6、通过采用上述技术方案，石墨烯具有较高的导热率、高导电性和较好的弹性，作为散热材料具有较优的散热性，在动力电池内部进行热量的传导，避免动力电池内部过热而发生危险；有机硅树脂具有优异的热氧化稳定性、耐候性、抗老化、耐紫外光、抗污性等优良性能，能够改善体系的相应性能，而且有机硅树脂成膜性好，耐水解、耐高低温、拉伸强度和柔韧性优异，各个原料组分混合，制备的散热材料具有较好的成膜性。

7、聚碳酸酯具有良好的力学性能、绝缘性能、阻燃性和耐热性能，与石墨烯混合，进一步改善体系的力学性能、阻燃性，聚乙二醇具有较好的分散性和相容性，使得各组分混合均匀，石墨烯、有机硅树脂、聚碳酸酯和聚乙二醇混合，进而改善了散热材料的散热性和力学性能。

8、改性石墨烯的制备方法中，石墨烯与氨水混合，氨水中的氢氧根离子可以与石墨烯表面的碳原子发生化学反应，而铵离子和氢氧根离子与石墨烯表面的碳原子发生化学反应，进而导致石墨烯表面被剥蚀，增大了石墨烯表面的粗糙度，有助于后续组分的负载。

9、改性蒙脱土具有纳米级别的孔隙、高的比表面积、很强的吸附能力和良好的分散性能，改性蒙脱土与石墨烯混合，石墨烯上的羧基与改性蒙脱土中的羟基之间形成氢键，能够有效阻止石墨烯的团聚，而且提高了体系的强度、抗老化性、抗冲击性、抗疲劳性和化学稳定性等。

10、纳米镍具有优良的磁性、化学稳定性、力学强度和热传导性能，能够增加了体系的力学性能，同时改善了体系的热传导性能；石墨烯具有非常好的热传导性能，石墨烯、改性蒙脱土混合改善了蒙脱土的热传导性，而纳米镍的进一步混合，明显又增加了改性蒙脱土的热传导性能，进而提高了整个体系的散热性能。

11、羟乙基纤维素溶于去离子水中具有一定的粘结性、成膜性，能够使得纳米镍粘附在石墨烯和改性蒙脱土的表面，进一步增加了石墨烯、纳米镍和改性蒙脱土之间的粘结性，使得体系结构稳定，进而保证了力学性能和散热性能的稳定性，有助于作用效果的长久性。

12、优选的，所述石墨烯、改性蒙脱土、纳米镍和羟乙基纤维素的质量比为1mg:0.03-0.06g:0.01-0.02g:0.007-0.009g。

13、通过采用上述技术方案，进一步限定石墨烯、改性蒙脱土、纳米镍和羟乙基纤维素的质量比在一定范围内，得到力学性能较优、散热性能较好的改性石墨烯，石墨烯上的羧基与改性蒙脱土中的羟基之间形成氢键，能够有效阻止石墨烯的团聚，纳米镍通过羟乙基纤维素粘附在石墨烯和改性蒙脱土的表面，增加了石墨烯、改性蒙脱土和纳米镍之间的粘结性，石墨烯、改性蒙脱土、纳米镍具有较好的力学性能，石墨烯、纳米镍具有较好的热传导性，进一步改善了体系的力学强度和散热性能，进而增加了体系的结构稳定性，有助于保证体系的作用效果的稳定。

14、优选的，所述改性蒙脱土的制备方法，包括如下步骤：

15、(1)将蒙脱土分散于柠檬酸中，浸泡1-2h，过滤、水洗，干燥，在温度200-210℃下处理2-3h，得到预处理蒙脱土；

16、(2)将步骤(1)中预处理蒙脱土分散于无水乙醇中，加入纳米二氧化硅，在温度60-65℃下搅拌1-2h，然后加入改性碳纤维继续搅拌2-3h，过滤、干燥，得到改性蒙脱土。

17、通过采用上述技术方案，柠檬酸对蒙脱土表面进行一定程度的剥蚀，使得蒙脱土表面变得粗糙，增大了蒙脱土的比表面积，有助于后续负载其他组分；然后再进一步对蒙脱土进行加热，去除蒙脱土中的有机杂质，进而增加了蒙脱土的比表面积，使蒙脱土更易与后续其它组分混合。

18、纳米二氧化硅具有粒径很小、比表面积大、表面吸附能力强、分散性能好等优越性能，纳米二氧化硅通过化学键的连接方式均匀的负载在蒙脱土的表面，能够显著改善蒙脱土的力学强度、耐磨性和抗老化性能；改性碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、优异的电性能和较小的体积质量等特性，改性碳纤维通过氢键的连接方式能够负载在蒙脱土的表面，同样的，纳米二氧化硅也能够通过化学键的连接方式负载在改性碳纤维的表面，纳米二氧化硅、改性碳纤维和蒙脱土之间交联形成网络结构，进而改善了蒙脱土的力学性能。

19、另外，由于改性碳纤维的晶体结构紧密有序，分子间距离短，能量传递迅速，使改性碳纤维具有良好的热传导性能，通过纳米二氧化硅、改性碳纤维和蒙脱土之间形成的网络结构，进而改善了蒙脱土的热传导性，进而提高了蒙脱土的散热性能。

20、优选的，所述蒙脱土、纳米二氧化硅和改性碳纤维的质量比为1:0.6-0.9:0.1-0.3。

21、通过采用上述技术方案，进一步限定蒙脱土、纳米二氧化硅和碳纤维质量比在一定范围内，得到力学性能较优、散热性较好的改性蒙脱土，纳米二氧化硅通过化学键的连接方式负载在蒙脱土的表面，改性碳纤维通过氢键的连接方式负载在蒙脱土的表面，同时，纳米二氧化硅也通过化学键的连接方式能够负载在改性碳纤维的表面，蒙脱土、纳米二氧化硅和碳纤维之间形成网络结构，进而提高了蒙脱土的力学性能和散热性能。

22、优选的，所述改性碳纤维的制备方法，包括如下步骤：将碳纤维分散于醋酸溶液中，加入陶瓷粉末，在温度85-90℃下搅拌1-2h，过滤，得到混合物；

23、将松香树脂溶解于无水乙醇中，得到松香树脂溶液，再将松香树脂溶液喷洒于混合物表面，干燥，得到改性碳纤维。

24、通过采用上述技术方案，碳纤维是一种高强度、高模量、力学性能优异的材料，醋酸能够对碳纤维表面进行处理，使得碳纤维表面变得粗糙，进而提高的后续碳纤维与其它组分的粘和强度。

25、陶瓷粉末具有较好的散热性，陶瓷粉末与碳纤维混合，松香树脂能够增加陶瓷粉末与碳纤维之间的连接性，使得陶瓷粉末稳定的粘结在碳纤维表面，进而提高了碳纤维的散热性，在后续应用于改性蒙脱土的制备过程中，有助于改善蒙脱土的力学性能和散热性能。

26、优选的，所述碳纤维、陶瓷粉末和松香树脂的质量比为1:0.3-0.6:0.07-0.09。

27、通过采用上述技术方案，进一步限定碳纤维、陶瓷粉末和松香树脂的质量比在一定范围内，得到力学性能较优、散热性能较好的碳纤维，松香树脂增加陶瓷粉末和碳纤维之间的粘性，使得陶瓷粉末稳定的粘结在碳纤维的表面进而改进了碳纤维的散热性能，同时碳纤维具有较高的热传导性，使得碳纤维具有较好的散热性。

28、第二方面，本技术还提供了一种动力电池散热材料的制备方法，包括以下步骤：将改性石墨烯、有机硅树脂、聚碳酸酯、相容剂和聚乙二醇混合，搅拌均匀，熔融挤出，流延冷却成膜，得到动力电池散热材料。

29、通过采用上述技术方案，采用上述操作步骤，操作简单，工艺流程操作容易，方便后续工业化生产。

30、优选的，所述熔融挤出的温度为220-230℃。

31、通过采用上述技术方案，设定熔融挤出温度，使得各组分混合均匀，具有较好的互溶性。

32、优选的，所述流延冷却成膜中，冷却的温度为5-10℃。

33、通过采用上述技术方案，设定冷却温度，使得制备的动力电池散热材料具有较好的成膜性。

34、综上所述，本技术具有如下有益效果：

35、1、本技术中改性蒙脱土与石墨烯混合，改性蒙脱土中的钠离子在改性蒙脱土和石墨烯之间起到连接作用，石墨烯上的羧基与改性蒙脱土中的羟基之间形成氢键，能够有效阻止石墨烯的团聚，制备的散热材料保持较高的导热率和力学性能。

36、2、本技术中改性石墨烯具有较高的导热率、高导电性和较好的弹性，作为散热材料具有较优的散热性，在动力电池内部进行热量的传导，避免动力电池内部过热而发生危险；有机硅树脂具有优异的热氧化稳定性、耐候性、抗老化、耐紫外光、抗污性等优良性能，能够改善体系的相应性能，而且有机硅树脂成膜性好，耐水解、耐高低温、拉伸强度和柔韧性优异，各个原料组分混合，制备的散热材料具有较好的成膜性。

37、3、本技术中聚碳酸酯具有良好的力学性能、绝缘性能、阻燃性和耐热性能，与石墨烯混合，进一步改善体系的力学性能、阻燃性，聚乙二醇具有较好的分散性和相容性，使得各组分混合均匀，石墨烯、有机硅树脂、聚碳酸酯和聚乙二醇混合，进而改善了散热材料的散热性和力学性能。