本技術(shù)涉及相變材料，具體涉及一種本征阻燃固固相變材料及其制備方法和采用此相變材料的電池模組。

背景技術(shù)：

1、近些年，由于傳統(tǒng)汽車需要大量地燃燒化石能源，加劇了環(huán)境的污染以及溫室效應(yīng)，人類面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。而由于電動(dòng)汽車(evs)具有無(wú)污染、高能量密度等特點(diǎn)，采用電動(dòng)車代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車是解決環(huán)境污染問(wèn)題的方式之一。然而作為電動(dòng)汽車的一種主流電源，鋰離子電池(libs)對(duì)于溫度極其敏感：當(dāng)溫度過(guò)高并發(fā)生熱累積現(xiàn)象時(shí)，易導(dǎo)致libs發(fā)生電化學(xué)副反應(yīng)，電池內(nèi)部溫度急劇升高從而發(fā)生熱失控現(xiàn)象。有鑒于此，對(duì)電池進(jìn)行熱管理是預(yù)防電池?zé)崾Э氐谋匾侄?。目前，主流的熱管理方法有三種：空氣冷卻、液體冷卻和相變材料冷卻：空氣冷卻和液體冷卻需要額外的輔助設(shè)備，與電動(dòng)汽車的高能量密度、高集成度特點(diǎn)不相符，相變材料冷卻與其它兩種冷卻方式對(duì)比，不僅具有高集成度、高儲(chǔ)能密度低成本等優(yōu)勢(shì)，而且是一種無(wú)源熱管理技術(shù)，更適合在實(shí)際使用中應(yīng)用。

2、相變材料冷卻的原理是通過(guò)物質(zhì)的相變過(guò)程吸收熱量，從而使得電池模塊的溫度維持在一定水平，同時(shí)使得電池模組中電池的溫度基本一致。石蠟、聚乙二醇等由于其高潛熱的特性，得到了人們的廣泛關(guān)注。但是由于石蠟/聚乙二醇易燃以及易泄露等缺陷，極大地限制了其應(yīng)用。針對(duì)該問(wèn)題，傳統(tǒng)方法通常會(huì)通過(guò)物理混合的方式，添加阻燃劑/支持材料等來(lái)避免材料的易燃/易泄露等缺點(diǎn)。然而這種方法在本質(zhì)上并未改變相變材料的固液相變特性，通過(guò)支撐材料僅延緩了泄露，在長(zhǎng)時(shí)間的多循環(huán)使用后，仍不可避免地會(huì)導(dǎo)致潛熱流失問(wèn)題，甚至?xí)霈F(xiàn)腐蝕電池模組的問(wèn)題，而阻燃劑在使用過(guò)程中同樣會(huì)出現(xiàn)由于長(zhǎng)時(shí)間的磨損而導(dǎo)致阻燃效果降低甚至失效的問(wèn)題。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種能夠持久性不易燃且不易泄漏的相變材料來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的熱管理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種本征阻燃固固相變材料及其制備方法和采用此相變材料的電池模組，以用于解決電源材料中相變材料易泄露、易燃燒的技術(shù)問(wèn)題。

2、本技術(shù)第一方面提供了一種本征阻燃固固相變材料的制備方法，原料包括帶有羥基的相變物質(zhì)，硼酸，五氧化二磷，膨脹石墨，磷酸阻燃劑與三聚氰胺，所述制備方法包括如下步驟：

3、步驟一：將所述帶有羥基的相變物質(zhì)進(jìn)行加熱融化，完全融化后加入硼酸并將溫度設(shè)置為140-170℃，持續(xù)攪拌5-8小時(shí)，待反應(yīng)完全后，在持續(xù)攪拌下加入五氧化二磷，并持續(xù)反應(yīng)2-3小時(shí)，最后得到帶有硼酸磷酸酯結(jié)構(gòu)的相變物質(zhì)1；

4、步驟二：將上述合成的物質(zhì)加熱融化，然后加入膨脹石墨和磷酸阻燃劑并持續(xù)攪拌1-2h，待混合物攪拌均勻后加入三聚氰胺并持續(xù)攪拌至反應(yīng)完全生成接枝三聚氰胺的相變物質(zhì)2；

5、步驟三：將上述接枝三聚氰胺的相變物質(zhì)2倒入磨具，在室溫下固化成型，獲得本征阻燃固固相變材料。

6、其中，步驟一中加熱融化的溫度可選地為60-80℃，如60、70、80℃，攪拌轉(zhuǎn)速可選地為400-800r/min，如400、500、600、700、800r/min；步驟二中加熱融化的溫度可選地為60-80℃，如60、70、80℃，攪拌轉(zhuǎn)速可選地為700-900r/min，如700、800、900r/min。

7、通過(guò)將熔融態(tài)帶有羥基的相變物質(zhì)與硼酸、五氧化二磷充分反應(yīng)生成帶有硼酸磷酸酯相變物質(zhì)1，使得相變物質(zhì)1能夠穩(wěn)定枝接三聚氰胺，硼酸和五氧化二磷的先后加入能夠確保后續(xù)三聚氰胺能夠接入相變物質(zhì)1中，此外提供一定的阻燃能力，與三聚氰胺與磷酸阻燃劑配合達(dá)到材料本征阻燃的效果；在相變物質(zhì)1中加入膨脹石墨及磷酸阻燃劑粉末并攪拌均勻，在熔融態(tài)的混合物中添加三聚氰胺并快速攪拌，能使相變物質(zhì)1與三聚氰胺混合均勻并反應(yīng)生成接枝三聚氰胺的相變物質(zhì)2，形成的材料中帶有羥基的相變物質(zhì)鏈段提供了潛熱特性，硼酸、磷酸基團(tuán)和三聚氰胺的接入賦予相變材料阻燃特性，傳統(tǒng)方法通過(guò)物理混合添加阻燃劑，會(huì)使得材料由于多次發(fā)生相變等情況導(dǎo)致阻燃劑沉降聚集或阻燃性能分布不均等問(wèn)題，本技術(shù)通過(guò)磷酸阻燃劑的物理混合加上三聚氰胺的接入，共同實(shí)現(xiàn)相變材料的本征阻燃性能，使得材料不會(huì)隨著磨損等導(dǎo)致阻燃效果的降低；通過(guò)三聚氰胺還能夠有效地提高相變材料的導(dǎo)熱性能，實(shí)現(xiàn)快速散熱。

8、單純帶有羥基的相變物質(zhì)與三聚氰胺不反應(yīng)，因此需要在其中先加入硼酸與五氧化二磷進(jìn)行反應(yīng)形成帶有硼酸磷酸酯結(jié)構(gòu)的相變物質(zhì)(本征阻燃固固相變材料的前驅(qū)體)，為其與三聚氰胺實(shí)現(xiàn)接枝提供可能性，然后再通過(guò)物理混合的方法加入膨脹石墨和磷酸阻燃劑，最后加入三聚氰胺反應(yīng)生成本征阻燃固固相變材料，其中，三聚氰胺必須最后加入，若提前加入會(huì)導(dǎo)致膨脹石墨和磷酸阻燃劑無(wú)法均勻嵌入其中。

9、通過(guò)三聚氰胺中的氨基與相變物質(zhì)1中的羥基反應(yīng)，將相變組分枝接成為高分子聚合物，使得相變組分的相變形態(tài)由固-液相變轉(zhuǎn)變?yōu)楣?固相變，轉(zhuǎn)變了相變物質(zhì)1的相變特性，實(shí)現(xiàn)本征抗泄漏，解決了應(yīng)用于電池?zé)峁芾砟K中的相變材料在相變過(guò)程中易產(chǎn)生泄漏進(jìn)而導(dǎo)致熱管理性能劣化的問(wèn)題。

10、進(jìn)一步地，所述帶有羥基的相變物質(zhì)為聚乙二醇、十六醇、十四醇、十八醇中的任意一種。

11、進(jìn)一步地，所述聚乙二醇為聚乙二醇1500、聚乙二醇2000，聚乙二醇4000中的一種或幾種，以便制備得到的相變材料在獲得高焓值的同時(shí)，能夠?qū)⑷埸c(diǎn)維持在電池安全運(yùn)行溫度以下。

12、進(jìn)一步地，所述磷酸阻燃劑為聚磷酸銨、次磷酸鋁、單烷基次膦酸鹽或二乙基次膦酸鋁中的任意一種。

13、進(jìn)一步地，所述三聚氰胺與相變物質(zhì)1的質(zhì)量比為(0.2-0.45)：1，如0.2：1、0.25：1、0.3：1、0.35：1、0.4：1、0.45：1，三聚氰胺與相變物質(zhì)1的質(zhì)量比若過(guò)低會(huì)影響接枝量，進(jìn)而使得材料的物理形態(tài)無(wú)法達(dá)到要求，例如相變后材料過(guò)軟以及阻燃性能不夠，質(zhì)量比過(guò)高就會(huì)使得材料過(guò)硬，在該質(zhì)量比范圍下，材料能夠通過(guò)外力重塑，并且不會(huì)坍塌(相變焓值過(guò)低)，優(yōu)選三聚氰胺與相變物質(zhì)1的質(zhì)量比為(0.25-0.4)：1，更優(yōu)選為0.28：1。

14、進(jìn)一步地，所述硼酸與所述帶有羥基的相變物質(zhì)的摩爾比為1：(2.8-3.2)，所述五氧化二磷與所述帶有羥基的相變物質(zhì)的摩爾比為1：(1.8-2.2)；硼酸和五氧化二磷的加入量保持在適宜范圍能夠避免固固相變材料焓值過(guò)低，同時(shí)協(xié)助三聚氰胺接枝后的固固相變材料達(dá)到應(yīng)用狀態(tài)要求。

15、進(jìn)一步地，所述步驟二中三聚氰胺保持均勻加入，避免局部反應(yīng)過(guò)量，三聚氰胺和相變物質(zhì)1混合物在進(jìn)行混合時(shí)，通過(guò)控制三聚氰胺的添加速度能夠避免三聚氰胺與相變物質(zhì)1的反應(yīng)過(guò)快，導(dǎo)致混合不均勻，破壞相變材料的連續(xù)性。

16、本發(fā)明還提供所述相變材料的制備方法制得的固固相變材料。

17、本發(fā)明第二方面提供了一種電池模組，所述電池模組包括電池模塊和基于所述固固相變材料制得的相變材料骨架。

18、進(jìn)一步地，所述相變材料骨架與電池模塊尺寸在高度上相同。

19、本發(fā)明還提供所述的電池模組在儲(chǔ)能設(shè)備、電動(dòng)汽車中的應(yīng)用。

20、綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：

21、(1)本發(fā)明提供的固固相變材料具有高抗泄露性能；

22、(2)本發(fā)明提供的固固相變材料具有高阻燃性能；

23、(3)本發(fā)明提供的固固相變材料具有可重塑性；

24、(4)本發(fā)明提供的固固相變材料制得的相變材料骨架能夠裝載電池并形成一體化的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，大幅提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，抗外力沖擊性，同時(shí)提升導(dǎo)熱性能；

25、(5)本發(fā)明提供的電池模組實(shí)現(xiàn)了電池的溫度一致性。