一种阻燃柔性复合相变材料及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及复合相变材料技术领域，具体涉及一种阻燃柔性复合相变材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着工业化的不断发展，能源与环境危机愈发严重。为应对能源与环境危机，锂电池作为优秀的储能载体，在包括新能源利用、日常设备及交通运输等方面发挥了重要作用。但锂电池本身的热敏感性是制约其进一步商业化的重要因素，所以开发具有良好控温能力及低消耗的锂电池热管理系统是推动新能源发展的重要课题。

相变材料(PCM)是一种已经在无源热管理系统中得到广泛应用的储热载体，近年来在锂电池热管理方面的应用得到的广泛研究。在针对锂电池热管理进行材料设计时，锂电池本身的热失控危险性及装配难度应当得到充分考虑，而当前传统复合材料中的刚性大、易燃的缺点，无法在锂电池进行实际应用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种阻燃柔性复合相变材料及其制备方法、应用，将相变储热、导热增强、柔性及阻燃性集于一体，同时兼顾柔性、相变和阻燃性能，安全性高，保护性好，能够循环利用，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阻燃柔性复合相变材料，所述阻燃柔性复合相变材料包括相变储能物质、弹性基体和多功能添加剂；所述相变储能物质负载在所述弹性基体上；所述多功能添加剂均匀分布在柔性复合相变材料内部；所述阻燃柔性复合相变材料同时兼顾柔性、相变和阻燃性能，能在室温下进行弯曲和扭转，在53℃开始相变，相变潜热为127.2J/g；在锥形量热测试中最高热释放率为200.7kW/m

优选的，所述相变储能物质的质量负载量为30-60％，所述多功能添加剂的质量负载量为1-20％。

优选的，所述弹性基体为橡胶；所述相变储能物质为无机水合盐或水合盐混合物；所述多功能添加剂为高导热无机添加剂。

优选的，所述橡胶为硅橡胶；所述无机水合盐为十水合硫酸钠、七水合磷酸氢二钠或者三水合醋酸钠；所述水合盐混合物为质量比为2:8的十水合硫酸钠和七水合硫酸镁混合物或质量比为1:9的三水合醋酸钠和甲酰胺混合物或质量比为3:7的十水合硫酸钠和十二水合硫酸铝钾混合物；所述高导热无机添加剂为氧化铝纳米粉、氮化铝纳米粉、氮化硼纳米粉、膨胀石墨中的一种或几种。

另外，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种阻燃柔性复合相变材料的制备方法，包括步骤如下：将弹性基体预聚体与多功能添加剂及相变储能物质进行研磨后均匀混合，加入固化剂，然后进行固化得到阻燃柔性复合相变材料。

优选的，所述固化的温度低于相变储能物质相变点的温度，固化时间为24小时。

优选的，所述固化的温度为室温。

另外，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种阻燃柔性复合相变材料在锂电池热管理中的应用。

本发明的有益效果是：本发明提供的阻燃柔性复合相变材料通过弹性基体、多功能添加剂及相变储能物质的相互作用，提供了良好的热管理性质、较低的装配难度以及低廉的成本，并且具有良好的阻燃性能和缓冲性能，可以为电池提供良好的保护作用，本发明提供的制备方法，工艺简单，条件温和，周期短，成本低廉，具有良好的规模化生产潜力。

附图说明

图1为实施例1中柔性性能示意图；

图2为实施例2中差示扫描量热测试结果示意图；

图3为实施例3中锥形量热测试结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种阻燃柔性复合相变材料，其包括相变储能物质、弹性基体和多功能添加剂；所述相变储能物质负载在所述弹性基体上；所述多功能添加剂均匀分布在柔性复合相变材料内部。

进一步地，所述阻燃柔性相变材料中，所述相变储能物质的负载量为30-60％，所述相变储能物质与弹性基体的质量比为3:4-6，优选为3:5。所述多功能添加剂的质量负载量为1-20％。通过改变多功能添加剂负载量，可以调整材料相变潜热及阻燃性。

进一步地，弹性基体为橡胶，优选为室温固化硅橡胶；

进一步地，相变储能物质为无机水合盐或水合盐混合物，采用无机水合盐或水合盐混合物作为相变材料，不仅可以提供足够的相变储热性能，还可以提供一定的阻燃能力；

进一步的，所述无机水合盐为十水合硫酸钠、七水合磷酸氢二钠或者三水合醋酸钠；

进一步的，所述水合盐混合物为质量比为2:8的十水合硫酸钠和七水合硫酸镁混合物、质量比为1:9的三水合醋酸钠和甲酰胺混合物或者质量比为2:8的十水合硫酸钠和十二水合硫酸铝钾混合物；

所述多功能阻燃添加剂为高导热无机添加剂；

进一步的，所述高导热无机添加剂为氧化铝纳米粉、氮化铝纳米粉、氮化硼纳米粉、膨胀石墨中的一种或几种。

本发明还提供一种阻燃柔性复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

将弹性基体预聚体与研磨为粉末状的相变储热材料和多功能添加剂进行混合，然后快速搅拌至均匀。然后加入固化剂，将材料倒入模具，在对应温度下进行固化。

本发明还提供一种阻燃柔性复合相变材料在锂电池热管理中的应用，相变材料包括上述的阻燃柔性复合相变材料或上述的制备方法制备的阻燃柔性复合相变材料。

实施例1

本实施例提供一种阻燃柔性复合相变材料，其包括硅橡胶作为弹性基体、质量比为3:7的十水合硫酸钠和十二水合硫酸铝钾混合物作为相变储能材料，及膨胀石墨作为多功能添加剂。相变储能材料和膨胀石墨均匀分布在硅橡胶弹性基体内部。膨胀石墨负载量为7wt.％，相变储能材料与硅橡胶质量比为3:5。

阻燃柔性复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：将46.5g硅橡胶预聚体与30g粉末状相变储热材料、5.6g膨胀石墨进行混合，然后快速搅拌至均匀。然后加入正硅酸乙酯作为固化剂、二月桂酸二丁基锡作为催化剂，进行快速搅拌。将材料倒入模具，在室温下进行固化，固化24h。固化后的材料进行脱模，即可制得阻燃柔性复合相变材料。

对实施例1的阻燃柔性复合相变材料进行柔性测试，检测结果参见图1。如图1可知，实施例1的阻燃柔性复合相变材料可以在室温下进行弯曲和扭转，具有良好的柔性性能。

实施例2

本实施例提供一种阻燃柔性复合相变材料，其包括硅橡胶作为弹性基体、质量比为3:7的十水合硫酸钠和十二水合硫酸铝钾混合物作为相变储能材料，及纳米氧化铝作为多功能阻燃添加剂。相变储能材料和膨胀石墨均匀分布在硅橡胶弹性基体内部。纳米氧化铝负载量为20wt.％，相变储能材料与硅橡胶质量比为3:5。

阻燃柔性复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：将46.5g硅橡胶预聚体与30g粉末状相变储热材料、16g纳米氧化铝进行混合，然后快速搅拌至均匀。然后加入正硅酸乙酯作为固化剂、二月桂酸二丁基锡作为催化剂，进行快速搅拌。将材料倒入模具，在室温下进行固化，固化24h。固化后的材料进行脱模，即可制得阻燃柔性复合相变材料。

对实施例2的阻燃柔性复合相变材料进行差式扫描量热测试，检测结果参见图2。由图2可知，实施例2的阻燃柔性复合相变材料于约53℃开始相变，相变潜热为127.2J/g，具有良好的相变效果。

实施例3

本实施例提供一种阻燃柔性复合相变材料，其包括硅橡胶作为弹性基体、硫酸钠作为相变储能材料，及纳米氧化铝和膨胀石墨混合物作为多功能阻燃添加剂。相变储能材料、膨胀石墨和纳米氧化铝均匀分布在硅橡胶弹性基体内部。纳米氧化铝负载量为10wt.％，膨胀石墨负载量为5wt.％，相变储能材料与硅橡胶质量比为3:5。

阻燃柔性复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：将46.5g硅橡胶预聚体与30g粉末状相变储热材料、8g纳米氧化铝、4g膨胀石墨进行混合，然后快速搅拌至均匀。然后加入正硅酸乙酯作为固化剂、二月桂酸二丁基锡作为催化剂，进行快速搅拌。将材料倒入模具，在室温下进行固化，固化24h。固化后的材料进行脱模，即可制得阻燃柔性复合相变材料。

对实施例3的阻燃柔性复合相变材料进行锥形量热测试，检测结果如图3。由图3可知，实施例3中的锥形量热测试中最高热释放率为200.7kW/m

本发明提供的阻燃柔性复合相变材料通过添加多功能添加剂、弹性基体与相变储能材料相互作用，使材料同时具备了柔性、储能和阻燃效果，该材料具有制备简单、价格低廉的效果，并且反应条件温和、制备周期短等优点，具有良好的应用潜力。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。