【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰電池熱管理領域，尤其涉及一種相變溫控阻燃集流體及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著鋰電動力、儲能行業(yè)的快速發(fā)展，追求高比能量密度、高充放電倍率已經成為了一種迫切的需求。然而，電池工作過程中的產熱問題不容忽視，一旦電池的溫度超過其工作溫度閾值，會嚴重影響循環(huán)壽命，并加劇熱失控自燃的風險。因此，如何可靠地把鋰離子電池溫度控制在適宜范圍是一個重大的現實問題。
2、當前，電池熱管理系統(tǒng)依據電池表面的熱電偶讀數進行溫度管控，并通過冷卻介質(如空氣、冷卻液或相變材料)從表面帶走熱量。隨著電池內部測溫技術的開發(fā)，人們越來越意識到電池在高倍率運行下會產生很大的溫度梯度，這是由于快速的產熱和電池材料低的熱導率共同導致的。顯然，外部散熱的方式能夠一定程度地降低電池模組的平均溫度，但并不能直接解決電池單元內部的熱量積累和溫度分布不均勻問題。
3、將有機相變材料與電池內部組件結合，是一種新型的內部溫控方法。相變材料通過相轉換，對高溫自發(fā)響應并吸收熱量，該過程是無源且高效的。專利cn104201321a中提出，將相變微膠囊和聚乙烯熔融混合并擠壓成型制備了一種具有相變調溫功能的隔膜。此外，專利cn111430709a還將相變微膠囊與電極層結合，制備相變控溫式電極。然而，隔膜和電極層的孔隙率一般都在50％以上用于吸收電解液(高孔隙率是為了保證鋰離子的快速傳輸)，再加上隔膜和電極層固有材料(如聚合物基體、活性材料、導電劑和粘結劑)以及微膠囊外殼的空間占用，這導致此類技術方案都存在相變材料空間利用率低、負載量少的問題。
4、因此，亟需開發(fā)一種新的鋰電池內部溫控組件，以解決外部熱管理系統(tǒng)對電池內部高溫響應滯后的難題，使其在鋰電池過熱狀態(tài)下提供有效保護，防止熱失控和火災事故的發(fā)生。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提出了一種相變溫控阻燃集流體及其制備方法和應用。該集流體能夠通過封裝的相變材料迅速吸收電池工作過程中產生的內部熱量，同時，在電池發(fā)生熱失控時，能及時釋放封裝的阻燃劑，從而減輕熱失控帶來的危害。
2、第一方面，本專利技術提供一種相變溫控阻燃集流體，包括導電涂層和溫控阻燃層，所述導電涂層包括第一導電涂層和第二導電涂層，所述導電涂層用于負載活性材料并封裝溫控阻燃層，所述溫控阻燃層設置于所述第一導電涂層和所述第二導電涂層之間；所述溫控阻燃層以多孔銅薄膜為基體，所述多孔銅薄膜內部填充有相變材料和阻燃劑。
3、通過采用上述技術方案，本專利技術利用三維互聯的多孔銅薄膜作為溫控阻燃層的基體，將相變材料和阻燃劑填充在多孔銅薄膜中，能夠使得電池在運行過程中，當內部出現過熱情況時，溫控阻燃層內的相變材料能夠迅速吸收多余的熱量，確保電池維持在一個適宜的工作溫度范圍內。此外，若電池發(fā)生熱失控，導電涂層會在熱沖擊作用下產生裂紋，促使溫控阻燃層內的阻燃劑得以釋放，有效減少熱失控帶來的風險，同時避免因相變材料引發(fā)的二次危險。
4、進一步的，所述第一導電涂層和/或第二導電涂層的材料選自鋁、銅、銀、鎳或鉑中的一種；任一所述導電涂層的厚度為1～5μm。
5、進一步的，所述溫控阻燃層的厚度為10～50μm。
6、進一步的，所述多孔銅薄膜的孔隙率為40～80％，平均孔徑為0.5～2.0μm，厚度為10～50μm。
7、進一步的，所述有機相變材料為石蠟、正二十二烷、二十四烷、十四醇、十六醇、十八醇、月桂酸、十四酸、十六酸和硬脂酸中的一種或多種；所述阻燃劑為磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三苯酯中的一種或多種。
8、進一步的，所述相變材料與所述阻燃劑的質量比為80:20～97:3。
9、第二方面，本專利技術還涉及上述相變溫控阻燃集流體的制備方法，包括如下步驟：
10、s1：多孔銅薄膜的預制備：將銅合金箔材置于酸性水溶液中，加熱攪拌，待銅合金箔材表面無氣泡產生后取出，洗滌，干燥，得到預處理的多孔銅薄膜；
11、s2：多孔銅薄膜的孔道調整：將步驟s1中的多孔銅薄膜作為陽極，將磷銅片作為陰極，以硫酸和硫酸銅的混合水溶液作為電解液，接入恒流電源對多孔銅薄膜進行電化學腐蝕處理；處理完畢后，清洗，干燥，得到二次處理的多孔銅薄膜；
12、s3：溫控阻燃層的制備：將相變材料和阻燃劑加熱攪拌，形成液態(tài)混合物；將步驟s2中的多孔銅箔浸入液態(tài)混合物中，并置于恒溫真空環(huán)境下，得到吸附有相變材料和阻燃劑的多孔銅薄膜，將其置于聚乙烯濾膜之間，熱壓處理，室溫下冷卻后得到溫控阻燃層；
13、s4：相變溫控阻燃集流體的制備：在步驟s3中的溫控阻燃層的兩側沉積導電涂層，制得相變溫控阻燃集流體。
14、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，步驟s1和/或步驟s2中，所述清洗方式為：采用去離子水和無水乙醇分別清洗至少三次。
15、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，步驟s4中，所述沉積方式選自蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射、電鍍或化學鍍中的一種。
16、在以上技術方案的基礎上，步驟s3中，熱壓處理的目的在于去除多孔銅薄膜表面的殘余液體。
17、在本專利技術步驟s1中，包括：
18、進一步的，所述銅合金為銅-鋅合金(黃銅)、銅-鎳合金(白銅)、銅-鋅-鎳合金(洋白銅)、銅-錫合金(青銅)和銅-錳合金(錳銅)中的一種；在所述銅合金中，銅的質量分數為30～80％。
19、進一步的，所述箔材的厚度為10～50μm。
20、進一步的，所述加熱攪拌的溫度為50～90℃，攪拌速度為200～600rpm。
21、進一步的，所述酸性水溶液中使用的酸為硫酸、鹽酸、磷酸和醋酸中的一種或幾種，濃度為0.1～1.0mol/l。
22、在本專利技術步驟s2中，包括：
23、進一步的，所述化學腐蝕處理的反應溫度為50～90℃，攪拌速度為200～600rpm。
24、進一步的，所述電化學腐蝕處理中使用的電解液，其中硫酸的濃度為0.1～2.0mol/l，硫酸銅濃度為0.1～0.6mol/l。
25、進一步的，所述電化學腐蝕處理的條件為：電流密度為0.5～2.0ma/cm2，持續(xù)時間為0.5～6h。
26、在本專利技術步驟s3中，包括：
27、進一步的，所述加熱攪拌的溫度為40～90℃，攪拌速度為200～600rpm，持續(xù)時間為0.5～4h。
28、進一步的，所述恒溫真空條件為：真空度-0.6～-0.8mpa，溫度50～80℃，持續(xù)時間3～20min。
29、進一步的，所述熱壓條件為：壓力0.02～0.5mpa，溫度50～90℃，持續(xù)時間為1～5min。<本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種相變溫控阻燃集流體，包括導電涂層(1)和溫控阻燃層(2)，所述導電涂層包括第一導電涂層(11)和第二導電涂層(12)，其特征在于，所述導電涂層(1)用于負載活性材料并封裝溫控阻燃層(2)，所述溫控阻燃層(2)設置于所述第一導電涂層(11)和所述第二導電涂層(12)之間；
2.根據權利要求1所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述第一導電涂層(11)和/或第二導電涂層(12)的材料選自鋁、銅、銀、鎳或鉑中的一種；任一所述導電涂層的厚度為1～5μm。
3.根據權利要求1所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述溫控阻燃層(2)的厚度為10～50μm。
4.根據權利要求3所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述多孔銅薄膜的孔隙率為40～80％，平均孔徑為0.5～2.0μm，厚度為10～50μm；
5.根據權利要求4所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述相變材料與所述阻燃劑的質量比為80:20～97:3。
6.一種制備如權利要求1～5任一項所述的相變溫控阻燃集流體的方法，其特征在于，所述方法，包括如下步驟：>
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S1中，所述銅合金選自銅-鋅合金、銅-鎳合金、銅-鋅-鎳合金、銅-錫合金或銅-錳合金中的一種；在所述銅合金中，銅的質量分數為30～80％；
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S2中，在所述電解液中，硫酸的濃度為0.1～2.0mol/L，硫酸銅濃度為0.1～0.6mol/L；
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S3中，所述加熱攪拌的溫度為40～90℃，攪拌速度為200～600rpm，持續(xù)時間為0.5～4h；
10.如權利要求1～5任一項所述的相變溫控阻燃集流體在鋰電池中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種相變溫控阻燃集流體，包括導電涂層(1)和溫控阻燃層(2)，所述導電涂層包括第一導電涂層(11)和第二導電涂層(12)，其特征在于，所述導電涂層(1)用于負載活性材料并封裝溫控阻燃層(2)，所述溫控阻燃層(2)設置于所述第一導電涂層(11)和所述第二導電涂層(12)之間；
2.根據權利要求1所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述第一導電涂層(11)和/或第二導電涂層(12)的材料選自鋁、銅、銀、鎳或鉑中的一種；任一所述導電涂層的厚度為1～5μm。
3.根據權利要求1所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述溫控阻燃層(2)的厚度為10～50μm。
4.根據權利要求3所述的相變溫控阻燃集流體，其特征在于，所述多孔銅薄膜的孔隙率為40～80％，平均孔徑為0.5～2.0μm，厚度為10～50μm；
5.根據權利要求4所述的相變溫控阻...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：胡先羅，彭毅桐，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。