一种纤维素导热相变复合材料及其制备方法和应用

本发明属于导热相变复合材料，具体涉及一种纤维素导热相变复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、

2、有机相变材料如石蜡、脂肪酸和聚乙二醇因其热导率低（传统有机相变材料的导热系数普遍低于0.2w/(m·k)）、固-液相变时的泄露问题而使用受限。目前提高有机相变材料热导率常用的方法是在相变材料中添加导热填料，但单纯地混合导热填料，相变材料在固-液相变过程中导热填料与相变材料会发生宏观分离，导致导热性能不稳定失去防泄漏能力，增加导热填料质量固然可以提高热导率但往往会降低高分子定型相变材料的相变焓；目前减少泄露的方法是外加金属容器或支架的宏观封装，如公开号为cn115551304a，名称为一种用于电器元件的高效相变冷却热管理系统的专利，采用曲面薄壁结构的金属骨架+相变材料的高效相变冷却结构，将壳体内腔分成多个隔断，相变材料填充在金属骨架围成的隔断中，连续的pcm相会增加泡沫密度，长期形态不稳定导热性能不可持续失去防泄漏能力，机械制造的金属或支架表面粗糙接触界面的接触热阻高且重量增加、制备工艺复杂、成本高。

3、随着pcm在便携式容器和设备中的应用潜力不断增长，相变材料的研究集中在其高热导率、不泄露、轻量级和热性能可持续上。密度小、力学性能优异、热膨胀系数小的纤维素用于制备相变材料，公开号为cn110819311a，名称为一种反相乳液法制备水合盐/石蜡/纤维素海绵复合相变材料的方法的专利，以熔融水合盐为水相，熔融石蜡为油相，将纤维素与交联剂和疏水改性剂冷冻干燥、然后交联得到亲油型纤维素海绵，再浸渍到石蜡包覆水合盐的反相乳液中得到水合盐/石蜡/纤维素海绵复合相变材料，该相变材料热导率低、防泄漏能力及热持续性欠佳且反相乳液法制备工艺复杂。

技术实现思路

1、

2、本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种导热性能好、防泄露性能佳、热性能持续稳定的纤维素导热相变复合材料及其制备方法和应用。

3、为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种纤维素导热相变复合材料，包括具有三维网络结构的纤维素定向导热骨架、负载在纤维素定向导热骨架上的金刚石和填充在纤维素定向导热骨架间隙里的储能层。进一步地，所述纤维素为羟乙基纤维素、纳米纤维素的至少一种。

5、进一步地，所述储能层为切片石蜡。

6、进一步地，所述储能层的厚度为50~80μm。

7、一种纤维素导热相变复合材料的制备方法，包括以下步骤：

8、s1. 制备纤维素定向导热骨架：将纤维素溶液与表面活化的微米金刚石溶液混合后超声20min后倒入定向冷冻模具中，在-30~-60℃、<20p冷冻干燥40~48h得到纤维素定向导热骨架；

9、所述定向冷冻模具包括一表面由铜质材料制成，另一表面和周围由聚四氟乙烯材料制成的中间具有夹层的模具，所述纤维素溶液与表面活化的微米金刚石溶液注入其夹层中冷冻干燥。

10、s2、将s1所述纤维素定向导热骨架真空浸渍在熔化的石蜡中制得纤维素导热相变复合材料。

11、进一步地，步骤s1所述微米金刚石的表面活化方法为：将微米金刚石配成1.6-3.2g/l的金刚石分散液，放入低温等离子体发生器中，通入气体在电压为30~60v、电流为1~3a、室温下反应5-10min制得。

12、进一步地，步骤s2所述真空浸渍的真空度为-30~-20mpa下浸渍8h。进一步地，s2所述纤维素和表面活化金刚石的质量比为（18~20）:1。

13、一种电池热管理系统，包括电池和所述的纤维素导热相变复合材料，所述纤维素导热相变复合材料包覆所述电池。

14、本发明的有益效果：

15、本发明将微米金刚石在低温等离子体发生器中表面活化后与纤维素溶液混合，金刚石通过氢键物理交联的方式均匀负载在纤维素上，将混合液放入定向冷冻模具定向冷冻，通过低温冷冻冰晶会定向生长形成三维网络结构的纤维素定向导热骨架，使金刚石在定向导热骨架内部均匀且有序分布构成完整的热量传递通路、三维网络骨架结构构建了定向导热路径减小了传热热阻，提高了复合相变材料的导热性能同时改善抗泄露性能；真空浸渍在三维纤维素定向导热骨架空隙内的石蜡，增加了储能密度提高了热性能的可持续性；本发明采用定向冷冻干燥制备方法简单，制备的复合相变材料对充放电工作的电池降温可达20℃。

技术特征：

1.一种纤维素导热相变复合材料，其特征在于：包括具有三维网络结构的纤维素定向导热骨架、负载在纤维素定向导热骨架上的金刚石和填充在纤维素定向导热骨架间隙里的储能层。

2.根据权利要求1所述的一种纤维素导热相变复合材料，其特征在于：所述纤维素为羟乙基纤维素、纳米纤维素的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种纤维素导热相变复合材料，其特征在于：所述储能层为切片石蜡。

4.根据权利要求1所述的一种纤维素导热相变复合材料，其特征在于：所述储能层的厚度为50~80μm。

5.权利要求1~4任一项所述的一种纤维素导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种纤维素导热相变复合材料的制备方法，其特征在于：步骤s1所述微米金刚石的表面活化方法为：将微米金刚石配成1.6-3.2g/l的金刚石分散液，放入低温等离子体发生器中，通入气体在电压为30~60v、电流为1~3a、室温下反应5-10min制得。

7.根据权利要求5或6所述的一种纤维素导热相变复合材料的制备方法，其特征在于：步骤s2所述真空浸渍的真空度为-30~-20mpa下浸渍8h。

8.根据权利要求5或6所述的一种纤维素导热相变复合材料的制备方法，其特征在于：s2所述纤维素和表面活化金刚石的质量比为（18~20）:1。

9.一种电池热管理系统，其特征在于，包括电池和如权利要求 1~4中任一项所述的纤维素导热相变复合材料，所述纤维素导热相变复合材料包覆所述电池。

技术总结
本发明公开了一种纤维素导热相变复合材料包括：具有三维网络结构的纤维素定向导热骨架、负载在纤维素定向导热骨架上的金刚石和填充在纤维素定向导热骨架间隙里的储能层；其制备方法包括：将纤维素溶液与表面活化的微米金刚石溶液混合后放入定向冷冻模具中冷冻干燥，经真空浸渍在熔化的石蜡中制得，其包覆在电池上使工作的电池温度降低20℃左右；本发明的纤维素导热相变复合材料具有优异的热调节特性，实现了高效导热、加速储能，具有更高效的发热器件以及散热器件的热传导效果和热管理性能。

技术研发人员：李一凡,刘毅丞,赵成功,蒋晨,于伟
受保护的技术使用者：上海第二工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25