[发明专利]导热相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种导热相变材料及其制备方法和应用。本发明提供的导热相变材料为核壳结构，包括作为核芯的陶瓷材料，和包覆于所述核芯表面的壳层，所述壳层包含热敏剂和导热剂，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1‑50)：1，所述核芯和所述壳层的质量比为(8‑500)：1。本发明提供的导热相变材料，导热率高、受热能够迅速发生熔融相变，切断离子体系电池中的离子传输过程，有效避免和阻止电池热失控，提升电池的安全性。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种导热相变材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源的消耗与需求的日益增长带来了环境污染和能源危机等问题，严重的威胁着人类的生存与发展。大力开发和利用太阳能、风能和水能等可再生清洁能源能够有效的降低对化石能源的依赖和环境污染。但是，可再生能源固有的波动性和即时性的非稳定特点制约了其广泛应用。而发展高效的储能技术能够推进可再生能源技术市场发展和确保国家资源的能源安全。

磷酸铁锂电池具有寿命长、启动快、安全高效和成本低廉等众多优势，可广泛应用于电化学储能电站、电动汽车和无人机等领域，成为发展最快和技术最为成熟的锂离子电池。然而，磷酸铁锂电池最大的难点之一是其聚烯烃隔膜热稳定性差，在机械滥用、电滥用以及热滥用条件下，隔膜容易破裂、收缩、变软甚至熔解，导致电池内短路，触发热失控。

目前常在隔膜表面涂覆上包覆热敏剂刚性微球的方案以实现该隔膜的热稳定性和热敏自封闭性。然而刚性微球表面的热敏剂多为聚合物如聚乙烯，导热率低(聚乙烯的热导率为0.39Wm^-1K^-1)，相变潜热高(聚乙烯的相变潜热为210Jg^-1)，热响应时间长，难以快速的熔融封闭离子传输通道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中用于电池隔膜的涂覆材料热稳定性差、热导率低、热响应时间长的问题，从而提供一种能够有效预防和阻止电池热失控的导热相变材料。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种导热相变材料，所述导热相变材料为核壳结构，包括作为核芯的陶瓷材料，和包覆于所述核芯表面的壳层，所述壳层包含热敏剂和导热剂，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1-50)：1，所述核芯和所述壳层的质量比为(8-500)：1。

优选地，所述陶瓷材料为勃姆石、氧化铝陶瓷中的至少一种；

优选地，所述热敏剂为聚乙烯、热塑性聚氨酯橡胶和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。

优选地，所述导热剂为金刚石、石墨、碳粉、石墨烯、碳纳米管、氮化铝、氧化铝、氮化硼和氧化锌中的至少一种。

优选地，所述导热剂为质量比为1：(0.3-0.8)：(0.1-0.5)的碳粉、氧化铝和氮化硼的组合物。

优选地，所述导热相变材料为导热相变微球，所述导热相变微球的平均粒径为1000nm-5000nm，所述壳层的平均厚度为100nm-1000nm。

本发明第二方面提供一种第一方面提供的导热相变材料的制备方法，包括如下步骤：

采用溶液包覆法或熔融相变包覆法将包含热敏剂和导热剂的壳层包覆于作为核芯的陶瓷材料表面，得到所述导热相变材料；

其中，在所述壳层中，所述热敏剂和所述导热剂的质量比为(1-50)：1；在所述导热相变材料中，所述核芯和所述壳层的质量比为(8-500)：1。

优选地，所述溶液包覆法包括以下步骤：在有机溶剂中，将所述热敏剂和所述导热剂进行混合处理，得到混合液；在所述混合液中加入所述陶瓷材料后，进行分散处理，得到悬浊液；将所述悬浊液进行溶剂去除处理，得到所述导热相变材料。