一種儲(chǔ)能復(fù)合材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱管理領(lǐng)域，特別涉及以復(fù)合相變材料為核心的動(dòng)力電池?zé)峁芾砗蚅ED散熱冷卻領(lǐng)域。屬于材料在熱管理領(lǐng)域的創(chuàng)新。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池以其高能量密度、良好的循環(huán)性能以及高功率密度等優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子單體電池是以串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式組裝成模塊，然后將模塊組合成電池包。作為動(dòng)力源的電池包在充放電過程中會(huì)因?yàn)殡姵貎?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和電池內(nèi)阻產(chǎn)生大量熱量，如果熱量不能及時(shí)散出就會(huì)導(dǎo)致電池局部過熱或者電池溫度分布不均。進(jìn)而導(dǎo)致電池使用壽命衰減，電池容量衰退。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人們對(duì)光源的要求日益提高，發(fā)光二級(jí)管(light emittingd1de, LED)成為電子設(shè)備、汽車車燈、建筑照明等眾多行業(yè)首選的光源。LED在使用過程中，需要將大量的LED芯片放置在一個(gè)模組件中，即組成高功率的LED，才能達(dá)到所要求的亮度。但是，這種高功率密度LED將會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。目前，LED燈的發(fā)光效率僅能達(dá)到10%?20%，剩余80%?90%的熱量被轉(zhuǎn)化成熱量分布在LED模組中。
[0004]相變材料是一種新型儲(chǔ)能材料。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)它將熱量以潛熱的形式儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)它再將能量釋放到環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)能量在時(shí)間、空間上的轉(zhuǎn)換。能實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換主要是因?yàn)橄嘧儾牧显诃h(huán)境溫度改變時(shí)發(fā)生固-液或固-固相變，它通過相轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。
[0005]復(fù)合相變材料由相變材料和骨架材料組成。由于相變材料的特殊性質(zhì),一般復(fù)合相變材料力學(xué)性能都很差。也就是說(shuō)，在一定的機(jī)械強(qiáng)度下復(fù)合相變材料可能發(fā)生較大變形，甚至是斷裂。這很大程度上限制了復(fù)合相變材料的應(yīng)用。所以，提高復(fù)合相變材料的機(jī)械性能是相關(guān)工作人員關(guān)注的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有熱管理方案在材料機(jī)械強(qiáng)度方面的不足，本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)能材料，它在材料的強(qiáng)度方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有熱管理材料。材料的機(jī)械強(qiáng)度得以提高后，降低了使用過程中的失效風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以進(jìn)一步提高材料的安全性。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明是一種儲(chǔ)能復(fù)合材料，包括101封裝材料、102儲(chǔ)能復(fù)合材料。本發(fā)明利用熱復(fù)合工藝將機(jī)械性能較差的儲(chǔ)能材料封裝到機(jī)械性能較好的封裝材料內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料機(jī)械性能的大幅度提升。同時(shí)，作為新能源材料，本材料具備了優(yōu)異的儲(chǔ)能性。當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度范圍時(shí)，復(fù)合材料將吸收環(huán)境中多余的熱量以潛熱的形式將其貯存；當(dāng)環(huán)境溫度低于相變溫度范圍時(shí)，復(fù)合材料將會(huì)把貯存的熱量重新釋放到環(huán)境中。這樣，不僅將環(huán)境溫度保證在最佳范圍，同時(shí)還可以降低溫度波動(dòng)，減少溫度變化對(duì)材料和設(shè)備的損害。
[0009]本發(fā)明中相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的制造方法與2013.06.26日申請(qǐng)公布的待決定的且為本發(fā)明申請(qǐng)人所有的專利中指出的相變復(fù)合材料制造方法一致，其發(fā)明名稱是:具有高效均衡散熱功能和電加熱功能的電池?zé)峁芾碓O(shè)備。
[0010]本發(fā)明的一種儲(chǔ)能復(fù)合材料的制備方法如下:
方法一:按照專利《具有高效均衡散熱功能和電加熱功能的電池?zé)峁芾碓O(shè)備》的方法制備相變儲(chǔ)能復(fù)合材料，采用熱復(fù)合工藝將儲(chǔ)能材料封裝材料壓和成型；
方法二:按照專利《具有高效均衡散熱功能和電加熱功能的電池?zé)峁芾碓O(shè)備》的方法制備相變儲(chǔ)能復(fù)合材料，然后將儲(chǔ)能材料與封裝材料采用熱復(fù)合工藝壓合，封裝材料與儲(chǔ)能材料之間采用聚合物膠膜、粘蠟連接；
方法三:按照專利《具有高效均衡散熱功能和電加熱功能的電池?zé)峁芾碓O(shè)備》的方法制備相變儲(chǔ)能復(fù)合材料，采用熱復(fù)合工藝將蜂窩材料與一側(cè)封裝材料復(fù)合，然后將制備完成的復(fù)合相變材料裝入蜂窩芯孔內(nèi)，之后采用粘結(jié)石蠟、膠膜粘結(jié)、焊接或多種方式的組合將另一側(cè)封裝材料與蜂窩材料壓合成型。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
(1)采用機(jī)械強(qiáng)度更高的封裝材料將儲(chǔ)能材料包覆起來(lái)，可以有效提高材料的機(jī)械強(qiáng)度，使得材料的抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能得到較大提高，保證材料在一定強(qiáng)度下的穩(wěn)定性和安全性；
(2)復(fù)合儲(chǔ)能材料采用高導(dǎo)熱的石墨作為相變材料的骨架材料，可以及時(shí)且高效感應(yīng)環(huán)境中的溫度變化，然后將其傳導(dǎo)到相變材料內(nèi)部并貯存，高效及時(shí)的熱響應(yīng)最大程度的降級(jí)了過高(過低)溫度對(duì)材料、設(shè)備的影響；
(3)本發(fā)明在提高設(shè)備的散熱冷卻效果的同時(shí)，大幅度提高了材料的機(jī)械性能，從而實(shí)現(xiàn)材料的功能和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，另外，本發(fā)明采用了熱壓成型這一簡(jiǎn)單高效的生產(chǎn)方法，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)精巧、性能優(yōu)良的儲(chǔ)能熱管理材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的俯視圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的局部剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式絕不僅限于此。
[0015]實(shí)施例:
[0016]如圖1所示，本材料包括101封裝材料和102儲(chǔ)能復(fù)合材料。
[0017]所述201封裝材料和202復(fù)合材料在溫度高于相變溫度、壓力大于等于5MPa的條件下，依靠機(jī)械力壓合成型，如圖2(a);或者依靠機(jī)械力和203膠膜或粘蠟壓合成型，如圖2 (b);再者將復(fù)合儲(chǔ)能材料在204蜂窩材料中壓實(shí)，然后將204蜂窩材料與封裝材料壓合成型，如圖2(c)。
[0018]所述復(fù)合儲(chǔ)能材料采用專利具有高效均衡散熱功能和電加熱功能的電池?zé)峁芾碓O(shè)備的方法制備。
[0019]所述復(fù)合儲(chǔ)能材料中的相變材料，根據(jù)工作條件選定相變溫度范圍，同時(shí)可以選用脂肪酸、石蠟、熔融鹽、無(wú)機(jī)鹽、復(fù)合相變材料等作為儲(chǔ)能主體。
[0020]所述封裝材料，選用以下至少一種材料或多種材料的組合:銅、銅合金、鋁、鋁合金、導(dǎo)熱高分子材料、金屬-高分子復(fù)合材料等。
[0021]本發(fā)明的工作過程如下:
[0022]使用在動(dòng)力電池?zé)峁芾淼臅r(shí)候，將儲(chǔ)能復(fù)合材料作為電池箱的箱體材料和箱體內(nèi)部的填充材料，當(dāng)電池產(chǎn)熱過量使環(huán)境溫度超過電池最佳工作溫度時(shí)，蓄熱儲(chǔ)能復(fù)合材料將吸收環(huán)境中多余的熱量以保證工作溫度最佳；反之，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)蓄熱儲(chǔ)能復(fù)合材料將釋放貯存的熱量以保證環(huán)境溫度適宜。
[0023]使用在LED散熱冷卻時(shí)，將儲(chǔ)能復(fù)合材料與LED芯片節(jié)相連，將LED燈的產(chǎn)熱吸收并且存儲(chǔ)，保證LED燈的工作環(huán)境適宜，同時(shí)降低高溫對(duì)器件的損傷，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。
[0024]通過參考本發(fā)明的具體實(shí)例已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)修改和變化都是可能且允許發(fā)生的。更具體地說(shuō)，盡管本發(fā)明的一些方面在本文被確認(rèn)為優(yōu)選或有特殊的優(yōu)勢(shì)，但是可以預(yù)計(jì)本發(fā)明不必局限于本發(fā)明的這些優(yōu)選方面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種儲(chǔ)能復(fù)合材料及其制造方法，其主要特征是:儲(chǔ)能復(fù)合材料主要包括外層的封裝材料和內(nèi)層填充的復(fù)合相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝材料，其特征在于封裝材料可以采用鋁、鋁合金、銅、銅合金、不銹鋼、導(dǎo)熱高分子材料、絕緣高分子材料等材料中的一種或幾種組合而成，封裝材料一側(cè)緊貼熱源(動(dòng)力電池模塊、LED燈底座等高溫?zé)嵩?進(jìn)行熱交換；另一側(cè)與散熱流體介質(zhì)(水、水-乙二醇混合物、空氣等)接觸，將熱量通過傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射等方式帶出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝材料，其特征在于要求滿足電絕緣性或?qū)嵯禂?shù)大于等于200W / (m.K)兩種特性中的任意一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能復(fù)合材料，其中的復(fù)合相變材料是以石墨、無(wú)機(jī)材料、泡沫金屬等多孔介質(zhì)為骨架材料，相變材料為儲(chǔ)能主體的復(fù)合相變材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合相變材料，其中的相變材料可以包括無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料、有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合相變材料任意一種材料或其組合。根據(jù)具體工況選擇不同相變溫度的相變材料，例如:用作動(dòng)力電池?zé)峁芾頃r(shí)相變溫度范圍在20-80°C，用在LED燈散熱冷卻時(shí)相變溫度范圍在50-100°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能復(fù)合材料，其特征在于用以下任意一種方法或其組合均能將復(fù)合相變材料封裝起來(lái): 方法一:在溫度高于相變溫度、壓力大于等于5MPa的條件下，將封裝材料和復(fù)合相變材料壓合成型； 方法二:在溫度高于相變溫度、壓力大于等于5MPa的條件下，使用粘結(jié)石蠟或聚合物膠膜作為連接介質(zhì)，將封裝材料和復(fù)合相變材料壓合成型； 方法三:在溫度高于相變溫度、壓力大于等于5MPa的條件下，將復(fù)合儲(chǔ)能材料進(jìn)行造粒，使用蜂窩材料作為定型材料，把封裝材料、復(fù)合相變材料、蜂窩材料一同壓合成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定型材料，其特征在于具有固定形狀的蜂窩材料，可以是三角形、四角形、五角形、六角形、圓形的開孔蜂窩。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蜂窩材料和封裝材料，其特征在于包括但不限于以下兩種方式進(jìn)行連接:用高分子膠膜在一定溫度和壓力下復(fù)合、用焊料將兩者焊接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種儲(chǔ)能復(fù)合材料及其制造方法。本發(fā)明公開的儲(chǔ)能復(fù)合材料主要包括外層封裝材料和內(nèi)層的復(fù)合相變材料，它是一種具有一定機(jī)械強(qiáng)度的儲(chǔ)能材料。本材料與熱源器件緊密接觸，當(dāng)熱源器件材料的溫度高于儲(chǔ)能復(fù)合材料的溫度時(shí)，儲(chǔ)能材料會(huì)吸收熱源器件的熱量，特別是熱源器件瞬間釋放的高熱量，反之，當(dāng)熱源器件材料的溫度低于儲(chǔ)能復(fù)合材料的溫度時(shí)，儲(chǔ)能復(fù)合材料會(huì)釋放熱量給熱源器件，保證的熱源器件合適的工作溫度，減少低溫對(duì)材料、器件、設(shè)備的損害。本發(fā)明同時(shí)還公開了一種簡(jiǎn)單高效的生產(chǎn)方法，可以有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明將材料的結(jié)構(gòu)性和功能性優(yōu)化組合，為熱管理領(lǐng)域提出了一種新型高效的散熱冷卻方案。
【IPC分類】C09K5-06
【公開號(hào)】CN104789194
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410027025
【發(fā)明人】楊懿政, 張國(guó)慶, 劉臣臻, 王少輝, 謝建潤(rùn)
【申請(qǐng)人】廣州貝特繆斯能源科技有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2014年1月20日