本發(fā)明涉及散熱導熱結構技術領域，特別是涉及一種用于動力電池散熱的導熱結構及其制備方法。

背景技術：

隨著當前能源危機和環(huán)境問題日益突出, 新能源汽車發(fā)展迅速。然而，近年來新能源汽車安全問題頻出，動力電池作為新能源汽車的必備動力單元，其動力電池組的散熱效率與新能源汽車的安全息息相關。

目前來講，動力電池散熱措施主要包括空氣冷卻、液體冷卻和相變冷卻等。由于空氣冷卻的比熱容和導熱系數較小，而風機的功率又與電池能量要求相矛盾，致使空氣對電池組的冷卻效果有限；使用液體作為傳熱介質，對密封性的要求高，質量相對較大，需要水套、換熱器等部件，結構相對復雜，同時還需考慮極低溫度下液體的凍結等問題；相變材料具有高蓄熱能力，但本身無法進行熱傳遞，應用時需與其他散熱系統(tǒng)共同使用。

相變材料是指隨溫度變化而改變物質狀態(tài)并能提供潛熱的物質，相變過程即為相變材料轉變物理性質的過程，在相變過程中，相變材料吸收或釋放大量的潛熱。相變材料主要包括無機、有機以及復合相變材料三類，石蠟作為有機相變材料中應用最廣泛的一種，具有性能穩(wěn)定、無相分離和過冷現象、價格低廉等優(yōu)點，但其導熱性能較差，一般都需通過復合其他高導熱材料來提高相變材料的導熱性能。

中國專利“一種新型相變材料組合物”（CN201310714156.1）公布了一種新型組合物，物通過添加石墨烯增加材料導熱性，且組合物還添加了碳納米管，由于石墨烯、碳納米管的價格較高，不利于該相變材料組合物的大規(guī)模應用。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種結構簡單、成本低、導熱性能良好、散熱效果好、不易泄露、使用安全便捷的用于動力電池散熱的導熱結構及其制備方法。

解決的技術問題是：

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構，包括導熱層、封閉層和絕緣層，所述導熱層包括表面均勻分布有通孔的載體石墨膜和附著在載體石墨膜表面的石蠟層，導熱層兩側分別設置一封閉層，封閉層為石墨膜，兩封閉層外側分別設置絕緣層。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構，進一步的，所述通孔的直徑為0.5-1mm，通孔以矩陣形式分布。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構，進一步的，所述載體石墨膜的厚度為18-25μm，平面導熱系數為1500-1700W/(mK)；封閉層的石墨膜的厚度為25-30μm，平面導熱系數為1300-1500W/(mK)。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構，進一步的，所述通孔內表面的石蠟層厚度為0.05-0.1mm，載體石墨膜上表面和下表面的石蠟層厚度不超過0.1mm。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構，進一步的，所述絕緣層采用R-4絕緣板、聚酰亞胺膜、PET膜或PP絕緣片制成。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、準備工作：在載體石墨膜表面開設通孔，并將石蠟加熱熔融；

步驟二、浸泡石蠟：將熔融的石蠟加熱到80-100℃，然后將步驟一加工得到的載體石墨膜浸泡到石蠟中，使得載體石墨膜表面的石蠟層的厚度為0.05-0.1mm；

步驟三、涂覆石蠟：在步驟二制得的載體石墨膜表面涂覆熔融石蠟，涂覆后載體石墨膜表面的石蠟層厚度不超過0.1mm；

步驟四、貼合封閉層：在石蠟層表面覆貼石墨膜，對齊，壓緊；

步驟五、封裝絕緣層：使用絕緣材料板對步驟四制得的復合層進行封裝。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構的制備方法，進一步的，步驟二中載體石墨膜在石蠟中浸泡的時間不超過30min。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構的制備方法，進一步的，步驟三中利用刮刀涂覆石蠟，所涂覆的石蠟的溫度為70-80℃。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構的制備方法，進一步的，步驟四中封閉層的貼合選用以下方式進行：

方式一、步驟三在載體石墨膜表面涂覆石蠟層后立即在石蠟層表面覆貼封閉層石墨膜，壓緊后冷卻；

方式二、步驟三在載體石墨膜表面涂覆石蠟層后，冷卻，然后在石蠟層表面均勻涂覆導熱膠，在導熱膠表面粘覆封閉層石墨膜，壓緊后冷卻。

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構與現有技術相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構以石墨膜作為相變材料石蠟的載體，結合了石蠟優(yōu)異的儲熱性能和石墨膜良好的導熱性能，在動力電池中形成了一個傳熱通道，將動力電池散發(fā)出的熱量有效的吸收到石蠟中并通過石墨膜及時的將熱量傳導出去，提高了石墨膜的熱容，使得導熱結構的散熱性能遠大于兩者材料的簡單加和。

本發(fā)明在載體石墨膜表面開設了多個通孔，通孔內表面通過浸泡也覆蓋有石蠟層，形成了一個完整連續(xù)的導熱體系，不僅提高了石蠟在載體石墨膜表面的吸附量，提高了石墨膜的熱容，大大提高了導熱結構的散熱效率。

本發(fā)明在石蠟層的表面貼覆有封閉層石墨膜，一方面對載體石墨膜表面涂覆的石蠟層起到一個封閉的作用，有效避免了因動力電池表面過熱時造成的石蠟熔融外泄的情況，使用安全便捷；另一方面封閉層石墨膜本身起到一個傳熱通道的作用，石墨膜可快速、高效的將動力電池表面產生的熱量傳導出去，大大提高了導熱結構的傳熱效率。

本發(fā)明可根據動力電池的類型選用不同材質的絕緣材料，以實現導熱結構與動力電池的良好接觸，整個導熱結構為薄膜狀，輕薄，能很好的貼覆在不同類型、不同形狀、不同使用條件的動力電池的表面，配合風冷散熱，確保導熱結構的散熱效率，擴大了本發(fā)明導熱結構的適用范圍，使用安全便捷。

本發(fā)明在載體石墨膜表面涂覆石蠟層時，采用了兩次涂覆的工藝，先浸泡，將開有通孔的載體石墨膜浸泡在熔融石蠟中，使得通孔內表面也均勻粘覆有石蠟層，通過控制浸泡時間和浸泡溫度，控制第一次涂覆的石蠟層的厚度，避免通孔內的石蠟層厚度過厚，堵塞通孔，然后冷卻后再進行第二次表面涂覆，在載體石墨膜的上表面和下表面分別均勻涂覆熔融石蠟層，既提高了載體石墨膜上的石蠟吸附量，又避免了一次涂覆過多堵塞通孔的情況，提高了導熱結構的傳熱效率。

本發(fā)明在貼合封閉層石墨膜時，可在剛涂覆石蠟層時，立即在尚未凝固的石蠟表面貼覆石墨膜，也可在石蠟層冷卻后，通過導熱耐熱膠將石墨膜粘覆在石蠟層表面，施工工藝靈活，可操作性強，同時可根據導熱結構不同的使用情況，選擇合適的施工工藝，操作更方便。

下面結合附圖對本發(fā)明的用于動力電池散熱的導熱結構作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構的結構示意圖；

圖2為載體石墨膜的結構示意圖；

圖3本發(fā)明制備實施例1制得產品的升溫速率示意圖；

圖4石墨膜樣品的升溫速率示意圖。

附圖標記：

1-導熱層；11-載體石墨膜；12-石蠟層；13-通孔；2-封閉層；3-絕緣層。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明用于動力電池散熱的導熱結構包括導熱層、封閉層和絕緣層，導熱層包括表面均勻分布有通孔的載體石墨膜和附著在載體石墨膜表面的石蠟層，如圖2所示，通孔直徑為0.5-1mm，通孔以矩陣形式分布，載體石墨膜的厚度為18-25μm，平面導熱系數為1500-1700W/(mK)，通孔內表面的石蠟層厚度為0.05-0.1mm，載體石墨膜上表面和下表面的石蠟層厚度不超過0.1mm，導熱層兩側分別設置一封閉層，封閉層為石墨膜，封閉層的石墨膜的厚度為25-30μm，平面導熱系數為1300-1500W/(mK)；兩封閉層外側分別設置絕緣層，絕緣層采用R-4絕緣板、聚酰亞胺膜、PET膜或PP絕緣片制成。

制備實施例1

按照以下方法制備用于動力電池散熱的導熱結構：

在厚度為18μm，平面導熱系數為1500W/(mK) 的載體石墨膜表面均勻開設通孔，開設通孔的直徑為1.0mm，然后將其浸泡在80℃下熔融的液體石蠟中，10min后，取出載體石墨膜，冷卻至室溫，然后在其表面再次均勻涂覆70℃下熔融的液體石蠟，涂覆后，載體石墨膜表面的石蠟層厚度不超過10μm；涂覆石蠟層后立即在石蠟層表面貼合封閉層石墨膜，封閉層石墨膜的厚度為25μm，平面導熱系數為1300W/(mK)，壓緊后冷卻至；然后將貼合后的復合層結構用R-4絕緣板封裝。

制備實施例2

按照以下方法制備用于動力電池散熱的導熱結構：

在厚度為25μm，平面導熱系數為1700W/(mK) 的載體石墨膜表面均勻開設通孔，開設通孔的直徑為0.7mm，然后將其浸泡在100℃下熔融的液體石蠟中，20min后，取出載體石墨膜，冷卻至室溫，然后在其表面再次均勻涂覆75℃下熔融的液體石蠟，涂覆后，載體石墨膜表面的石蠟層厚度不超過10μm；涂覆石蠟層后立即在石蠟層表面貼合封閉層石墨膜，封閉層石墨膜的厚度為25μm，平面導熱系數為1500W/(mK)，壓緊后冷卻至；然后將貼合后的復合層結構用聚酰亞胺膜封裝。

制備實施例3

按照以下方法制備用于動力電池散熱的導熱結構：

在厚度為23μm，平面導熱系數為1600W/(mK) 的載體石墨膜表面均勻開設通孔，開設通孔的直徑為0.5mm，然后將其浸泡在90℃下熔融的液體石蠟中，30min后，取出載體石墨膜，冷卻至室溫，然后在其表面再次均勻涂覆80℃下熔融的液體石蠟，涂覆后，載體石墨膜表面的石蠟層厚度不超過10μm；涂覆石蠟層后冷卻至室溫，在石蠟層表面涂覆導熱耐熱膠，在膠層表面粘合封閉層石墨膜，封閉層石墨膜的厚度為30μm，平面導熱系數為1400W/(mK)，壓緊后冷卻至；然后將貼合后的復合層結構用PET膜封裝，在PET膜外側使用雙面膠黏貼，可用在圓柱體的動力電池表面。

制備實施例4

按照以下方法制備用于動力電池散熱的導熱結構：

在厚度為20μm，平面導熱系數為1500W/(mK) 的載體石墨膜表面均勻開設通孔，開設通孔的直徑為0.8mm，然后將其浸泡在85℃下熔融的液體石蠟中，15min后，取出載體石墨膜，冷卻至室溫，然后在其表面再次均勻涂覆72℃下熔融的液體石蠟，涂覆后，載體石墨膜表面的石蠟層厚度不超過10μm；涂覆石蠟層后冷卻至室溫，在石蠟層表面涂覆導熱耐熱膠，在膠層表面粘合封閉層石墨膜，封閉層石墨膜的厚度為27μm，平面導熱系數為1300W/(mK)，壓緊后冷卻至；然后將貼合后的復合層結構用PP絕緣片封裝。

檢測實施例

上述制備實施例制得的導熱結構，進行導熱性能的檢測，具體的檢測結果如表1所示。

表1 制備實施例制得的導熱結構的導熱性能檢測結果

由表1可知，按照本發(fā)明所述方法制備得到的導熱結構的綜合導熱系數為10-15W/mK， 而石蠟作為應用最為廣泛的相變材料，性能穩(wěn)定，易得經濟，但是導熱性能較差，石蠟的導熱系數一般為0.23W/mK，而本發(fā)明制得的導熱結構在載體石墨膜表面開設通孔，在載體石墨膜表面涂覆石蠟層，不僅提高了石蠟在石墨膜表面的吸附量，而且綜合了石蠟的儲熱和石墨膜的傳熱性能，使得本發(fā)明所述導熱結構的綜合散熱性能得到了有效的提高。

對比實施例

在相同功率8.8V*0.55A條件下進行加熱點溫度的對比實驗測試，采用的設備為直流電源和紅外熱成像儀。以本發(fā)明上述制備實施例1制得的產品為實驗組，以石墨膜為對照組，檢測其加熱點的溫度，具體的試驗檢測結果如表2所示。

表2 加熱點溫度的檢測結果

由表2可知，在不同的測試時間下，實驗組的產品表面加熱點的溫度均比對照組低5-7℃，說明本發(fā)明導熱結構的實際散熱效果要優(yōu)于石墨膜。實驗組與對照組產品的升溫速率圖如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，

在50-70℃范圍內，實驗樣品相比單純石墨膜樣品而言，其材料表面的溫度提升更為平穩(wěn)，散熱更為穩(wěn)定，此溫度范圍為石蠟的相變溫度范圍，在此范圍內石蠟相變吸熱，吸收的熱量通過石墨膜快速的散掉，使得材料表面的溫度不會驟升或驟降，石墨膜在結構中除了起到載體的作用外，還在散熱方面發(fā)揮較大的作用。避免了材料表面溫度驟升或驟降引起的安全隱患，延長了材料的使用壽命，使用更加安全方便。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內。