一种高稳定性热致柔性相变材料的制备方法及缓震电池模组

技术领域

本申请属于相变材料技术领域，尤其涉及一种高稳定性热致柔性相变材料的制备方法及缓震电池模组。

背景技术

近年来，由于化石能源持续消耗引起的能源短缺危机、环境污染以及温室效应的问题，开发与利用可持续绿色能源成为可持续发展的重要关注点。使用绿色清洁能源的电动汽车，能够有效减少传统燃料汽车对于化石能源的消耗及温室气体的排放。其中，动力电池作为电动汽车的能源供给部件，其性能以及安全性能直接影响着电动汽车的性能与安全，甚至驾驶人员的安全。在实际使用过程中，动力电池系统往往需要经历不同的工作条件，例如高温、长时间使用、高倍率放电使用等，这些使用工况都伴随着大量的热量产生。当电池的热量不能及时被转移，会造成电池性能衰退甚至出现热失控。而电动汽车在频繁的震动或者碰撞时，电池得不到对应保护极容易引起爆炸。因此，动力电池系统需要一个有效的电池热管理系统，其不仅能够保证电池模组的正常工作温度，还要保护电池免受冲击、碰撞及震动等外力影响因素。

目前，主流的电池热管理方式有空气冷却、液体冷却及相变材料冷却。空气冷却和液体冷却作为主动冷却方式，在使用过程中不仅仅需要消耗额外的能量才能实现对电池的散热保护，另一方面，空气冷却和液体冷却并不能有效保护电池系统免受外力受冲击、碰撞及震动的损害。而相变材料面临着均匀度差、导热系数不佳、易泄露的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种高稳定性热致柔性相变材料的制备方法及缓震电池模组，用于解决相变材料均匀度差、导热系数不佳、易泄露的技术问题。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种高稳定性热致柔性相变材料的制备方法，包括如下步骤：

S1:将相变基材进行熔化，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物进行搅拌溶解，得到半透明胶状溶液；

S2：在所述半透明胶状溶液中加入三元乙丙橡胶进行搅拌熔化，得到粘稠胶状溶液；

S3：在所述粘稠胶状溶液中添加导热增强剂进行搅拌混合，倒入模具中进行固化，得到所述高稳定性热致柔性相变材料。

本申请中，通过添加三元乙丙橡胶(乙烯、丙烯和非共轭二烯烃共聚物)，能够有效增加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的交联，增加其对相变基材的吸附，有效避免苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与相变基材出现相分离的现象，进而改善相变材料的均匀度，使得相变材料在高温下长时间使用仍具有高的质量保持率，能够实现电池模组的轻量化和紧凑性，且提高相变材料的导热系数。

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物能够形成柔性的支撑骨架，并提供相变材料良好的柔性；加入导热增强剂能够有效提高相变材料的导热能力，从而更有效适应电池热管理。该制备方法制得的高稳定性热致柔性相变材料的相变温度范围为45-50℃，导热系数高，且有效避免泄露及震动时与电池脱离热接触的问题。

优选的，所述相变基材、所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以及所述三元乙丙橡胶的质量比为8：(1-1.7)：(0.3-0.7)。

优选的，所述导热增强剂的添加量为总质量的3-5wt％。

优选的，S1中所述熔化的温度为140-150℃，所述搅拌溶解的转速为300-500rad/min。

优选的，S2和S3中所述搅拌混合的转速为800-1000rad/min。

优选的，所述相变基材选自石蜡和/或聚乙二醇，所述导热增强剂选自膨胀石墨、石墨烯和/或碳纳米管。

本申请还提供一种缓震电池模组，包括箱体和电池支架；

所述电池支架放置于所述箱体内，且用于装载电池；

所述电池支架由所述制备方法制得的高稳定性热致柔性相变材料制成。

优选的，所述电池支架包括装载筒以及将所述装载筒间隔串联的连接件；

所述装载筒设有供电池伸入的装载孔，所述装载孔与电池过盈配合。

优选的，所述装载筒、所述连接件以及所述电池的高度相同。

优选的，所述连接件为直线形，且沿所述箱体的长度方向间隔排布，使相邻所述连接件上的所述装载筒相间隔。

优选的，所述连接件的长度与所述箱体相适配。

优选的，所述连接件的厚度为3-5mm，所述装载筒的厚度为3-5mm，所述装载筒的间隔距离为7-11mm，相邻所述连接件上的所述装载筒的间隔距离为3-5mm。

优选的，所述连接件上的所述装载筒的串联个数为3～5个。

优选的，所述电池支架与所述箱体通过卡扣连接。

综上所述，本申请提供了一种高稳定性热致柔性相变材料的制备方法及缓震电池模组。高稳定性热致柔性相变材料由相变基材、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶以及导热增强剂在搅拌下熔化混合制得。通过添加三元乙丙橡胶(乙烯、丙烯和非共轭二烯烃共聚物)，能够有效增加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的交联，增加其对相变基材的吸附，有效避免苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与相变基材出现相分离的现象，进而改善相变材料的均匀度，使得相变材料在高温下长时间使用仍具有高的质量保持率，能够实现电池模组的轻量化和紧凑性，提高相变材料的导热系数，且有效避免泄露及震动时与电池脱离热接触的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例制得产物持续加热后的质量保持率性能结果图；

图2为本申请实施例制得产物的导热系数结果图；

图3为本申请实施例提供的电池模组的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电池模组的俯视图；

图示说明：1、箱体；2、装载筒；3、装载孔；4、连接件；5、电池。

具体实施方式

为使得本申请的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

(1)将石蜡在150℃下进行熔化，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以500rad/min进行搅拌溶解，得到半透明胶状溶液；

(2)在半透明胶状溶液中加入三元乙丙橡胶(乙烯、丙烯和非共轭二烯烃三元共聚物，分子量分布：2～5)以1000rad/min进行搅拌熔化，其中，石蜡、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以及三元乙丙橡胶的质量比为8：1：0.5，得到粘稠胶状溶液；

(3)在粘稠胶状溶液中添加膨胀石墨以1000rad/min进行搅拌混合，其中，导热增强剂的添加量分别为总质量的1wt％、3wt％和5wt％，倒入模具中进行固化，分别制得产物E-SPEG1、E-SPEG3和E-SPEG5。

对比例1

将石蜡在150℃下进行熔化，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以500rad/min进行搅拌溶解，其中，石蜡和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的质量比为8：1.5，倒入模具中进行固化，制得产物SP。

对比例2

(1)将石蜡在150℃下进行熔化，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以500rad/min进行搅拌溶解，得到半透明胶状溶液；

(2)在半透明胶状溶液中加入三元乙丙橡胶以1000rad/min进行搅拌熔化，其中，石蜡、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物以及三元乙丙橡胶的质量比为8：1：0.5(三元乙丙橡胶的添加量为总质量的3wt％)，得到粘稠胶状溶液，倒入模具中进行固化，制得产物E-SP3。以相同的制备方法，调整三元乙丙橡胶的添加量为总质量的1wt％和5wt％，制得产物E-SP1和E-SP5。

对比例3

(1)将石蜡在70℃下进行熔化，加入环氧树脂(环氧氯丙烷与双酚A的缩聚物)以500rad/min进行搅拌，使得环氧树脂与液态石蜡均匀混合；

(2)在石蜡/环氧树脂中加入膨胀石墨(膨胀率：500)，并保持在70℃下，以1000rad/min进行搅拌，其中，石蜡、环氧树脂以及膨胀石墨的质量比为8：0.75：0.5，得到均匀混合溶液；

(3)在均匀混合溶液中添加固化剂(聚氨酯胶黏剂)以1000rad/min进行搅拌混合，其中，固化剂的质量与环氧树脂相同，占总质量比的7.5wt％，搅拌10min后，倒入模具中进行固化，制得产物Er-PCM。

图1为本申请实施例制得产物持续加热后的质量保持率性能结果图，图中显示，对比例1制得产物(SP)在60℃持续加热时，3小时后就会出现明显的相变组分泄露情况，经过10小时的持续加热，质量保持率仅为95％左右。在对比例1的基础上添加了三元乙丙橡胶(EPDM)的对比例2制得产物(E-SP3)的质量保持率经过10小时加热依然能保持在99％以上，同时，并没有出现明显的相变组分泄露的情况。然而，本申请实施例1制得产物(E-SPEG5)通过添加膨胀石墨(EG)，质量保持率有所提高，经过10小时加热的保持率约达到了100％。另外，对比例3产物(Er-PCM)在加热10小时后的质量保持率(96.8％)明显低于本申请实施例1产物。

图2为本申请实施例制得产物的导热系数结果图，图中显示，对比例1制得的产物(SP)以及三元乙丙橡胶的添加量分别为总质量的1wt％、3wt％和5wt％的对比例2产物E-SP1、E-SP3和E-SP5的导热系数均低于0.3W/(m·K)。而实施例1制得产物E-SPEG1、E-SPEG3和E-SPEG5的导热系数分布于0.4～1.2W/(m·K)，导热系数有明显改善，尤其是产物E-SPEG5与对比例3产物Er-PCM的导热性能相当。

实施例2

请参照图3～4，本申请实施例提供一种缓震电池5模组，包括箱体1和电池支架；电池支架放置于箱体1内，且用于装载电池5；电池支架由实施例1制得产物制成。

本申请实施例中，该相变材料具有良好的柔性，在高温下长时间使用仍具有高的质量保持率，能够实现电池5模组的轻量化和紧凑性，且提高相变材料的导热系数，更有效适应电池5热管理，避免泄露及震动时与电池5脱离热接触的问题。需要说明的是，箱体1由绝缘材料制成。

进一步的，电池支架包括装载筒2以及将装载筒2间隔串联的连接件4；装载筒2设有供电池5伸入的装载孔3，装载孔3与电池5过盈配合。

本申请实施例中，电池支架上的装载筒2通过连接件4串联并间隔分布，能够有效提高支撑电池5的稳定性，缓冲震动对电池5的影响；同时，这样的结构设计便于与空冷或者液冷进行二次散热耦合，实现电池5模组的散热优化，提高吸/放热效率。

进一步的，装载筒2、连接件4以及电池5的高度相同。

本申请实施例中，装载筒2能稳定固定电池5，连接件4可以有效分散热量，提高传热效率。

进一步的，连接件4为直线形，且沿箱体1的长度方向间隔排布，使相邻连接件4上的装载筒2相间隔。

本申请实施例中，在连接件4的固定作用下，相邻连接件4上的装载筒2间隔设置，既能保证电池5装载的稳定性，也能改善电池5模组的散热效果。

进一步的，连接件4的长度与箱体1相适配。

本申请实施例中，连接件4的两端正好与箱体1的内壁相抵，增加电池5装载的稳固性，避免震动时与电池5脱离热接触。

进一步的，连接件4的厚度为3mm，装载筒2的厚度为5mm，装载筒2的间隔距离为5mm，相邻连接件4上的装载筒2的间隔距离为11mm。

本申请实施例中，该结构设计能够满足电池5模组的散热需求和导热性能，还可充分利用空间，实现稳固、防泄漏的作用。

进一步的，连接件4上的装载筒2的串联个数为3个。

本申请实施例中，连接件4上装载筒2的串联个数不宜过多，会导致组装结构不稳定，易使装载筒2错位、脱离热接触。

进一步的，电池支架与箱体1通过卡扣连接。

本申请实施例中，电池支架的底部可设卡扣，与箱体1底部的限位槽卡合连接，提升电池5的固定作用。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。