[发明专利]电动汽车动力电池的热系统管理方法、复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电动汽车动力电池的热系统管理方法，其包括如下步骤：(1)制备常温导热高温隔热防火硅橡胶复合材料，并将其设置在电动汽车动力电池各单元之间；(2)自动散热：当温度低于100℃时，使该材料具有较高的导热系数；(3)自动隔热：当温度在150～200℃时，使该材料的导热系数逐渐下降到低导热系数；(4)自动阻燃：当温度进一步升高到400～800℃时，逐渐由柔软的橡胶态变为多孔陶瓷态。本发明还提供了该常温导热高温隔热防火硅橡胶复合材料及其制备方法。本发明针对新能源汽车电池散热和防火安全的双重需求，通过填充型导热复合材料技术、发泡橡胶技术和可瓷化硅橡胶技术三种功能硅橡胶技术的融合，有效解决散热和隔热防火的技术矛盾。

技术领域

本发明涉及热系统管理方法及功能材料技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池的热系统管理方法、复合材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源技术不断取得突破，新能源汽车成为汽车行业所面临的重大变革。新能源汽车接二连三发生起火重大安全事故，使得新能源汽车动力电池防火安全成为行业关注的焦点。动力电池原因复杂，目前来说很难从源头避免。电动汽车等动力用锂离子电池往往需要成千上万只单体电池成组使用，若因机械损伤、热冲击、内短路、过充等因素，导致某些单体进入热失控状态，就会使周围单体温度也升高，继而将热失控传播到整个电池组，最终造成整体燃烧、爆炸的灾难性后果。

目前应对电池组热失控的手段主要有两个：一个是热管理系统，包含监控系统和散热系统，导热绝缘热界面材料就是热管理系统中常用的一种散热材料；另一个就是隔热防火系统，分为主动防火和被动防火两种，泡棉、隔热涂层等就是最常用的隔热防火材料。为了解决电池正常工作时的散热问题，电池组需要高导热界面材料将电池热量散出；另一方面，为了解决防火安全性问题，又需要利用隔热材料将各个电芯隔离，延缓单一电芯热失控后造成的快速热失控蔓延，两者的目的和技术手段刚好相反，技术上往往难以实现。

现有应对汽车动力电池防火安全问题的方法，一方面，只是单一的对导热垫片材料散热效果进行改善(一种电动汽车电池导热硅胶垫CN209472079 U)或仅仅涉及隔热防火领域的泡棉、气凝胶(一种新能源汽车动力电池用隔热防火材料CN107914428A)。另一方面，设计组装元件：导热块-阻隔块-组装扣环三者联用设计在电池间的空隙中(参见一种用于电池系统散热及阻止热失控传播的组装元件CN106532177A)。这样的方法还是在导热、隔热两种材料、两种独立的技术方案上对动力电池安全问题进行改善，存在导热、隔热相互矛盾，系统占据空间大、降低电池组能量密度严重、防火安全性能低等缺点。

现有技术中，中国发明专利申请号201711498849.6公开一种双温热安全硅胶，其制造材料按重量份包括：硅橡胶100份；白炭黑15-40份；隔热填料30-70份；导热填料15-40份；阻燃剂10-35份；偶联剂0.5-3份；结构化控制剂5-10份；高温催化剂0.2-10份；其他助剂0-5份；硫化剂0.4-2份。该发明具有常温散热、高温或火灾下隔热的功效，其应用于耐火电线电缆、母线槽、发动机及动力电池中组件正常运行时，可将电阻、摩擦生热、充放电产生的热量及时扩散。同时，一旦组件过热引发高温或火灾时，此双温材料可迅速分解，在催化剂作用下发生相变，成为具有多孔结构的，硬质陶瓷状材料。

但是，上述双温热安全硅胶技术方案还存在着如下的不足：1.该材料通过导热填料和隔热填料的填充来进行双温的控制，但是导热填料导热系数高，有助于导热；隔热填料导热系数低，有助于隔热，两者填料作用相反，在材料中相互影响，从而影响其常温散热或高温的隔热效果的实现。2.该材料不能根据温度的大幅度变化而自动产生结构变化，因此在温度突然升高时(特别是温度尚未升高到其材料的分解温度时)该材料的导热性能不会呈梯度性下降，不能快速的从导热转变为隔热状态。从具体实施例中每一个填料的作用来判断，该方案在实施过程中材料在常温和高温时的导热系数相差较小，不能实现集导热、隔热、阻燃防火三种功能于一身，因此无法满足电动汽车动力电池等复杂系统的热管理需求。