本發(fā)明屬于相變材料，具體涉及一種阻燃復(fù)合相變材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，低碳經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展等理念也愈來愈受到人們的重視，其中，使用綠色環(huán)保的新能源電動(dòng)汽車來替代傳統(tǒng)燃油汽車是應(yīng)對能源枯竭和環(huán)境污染的重要策略之一。雖然新能源電動(dòng)汽車發(fā)展勢頭迅猛，但是仍然有很大的市場空間，而影響新能源電動(dòng)汽車進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素之一在于消費(fèi)者對新能源電動(dòng)汽車不安全性的擔(dān)憂。鋰離子電池由于其能量密度大、循環(huán)壽命長、同時(shí)具有快速充放電能力等優(yōu)勢，是目前新能源電動(dòng)汽車的主要能量載體。新能源電動(dòng)汽車的不安全性主要源自于鋰離子電池模組的熱安全問題，在常規(guī)的充放電過程中，由于電化學(xué)反應(yīng)的不斷進(jìn)行，鋰離子電池會(huì)產(chǎn)生大量熱量，當(dāng)積聚的熱量得不到有效釋放時(shí)，會(huì)反作用于鋰離子電池本身，從而嚴(yán)重影響鋰離子電池性能，極端情況下會(huì)使鋰離子電池發(fā)生爆炸，造成人員安全和財(cái)產(chǎn)損失。
2、傳統(tǒng)的電池?zé)峁芾矸绞街饕袕?qiáng)制風(fēng)冷和液體冷卻兩種方式，強(qiáng)制風(fēng)冷由于冷卻效率低，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口溫度相差較大，并不適用新能源電動(dòng)汽車中的大規(guī)模鋰離子電池模組。而采用液體冷卻的方式對鋰離子電池模組進(jìn)行散熱，液體冷卻的方式散熱效率高，但其組裝系統(tǒng)復(fù)雜，冷卻液存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)且整體不易維修；此外，由于液冷管的布局一般位于電池模組的底部，散熱面積過于集中會(huì)使得中池內(nèi)部的溫差進(jìn)一步提高。
3、有機(jī)相變材料作為近幾年來新型的電池?zé)峁芾矸绞?，具有制備成本低廉，均溫性能好以及組裝方式簡單等優(yōu)點(diǎn)。目前對于有機(jī)相變材料的抗泄露性能差、導(dǎo)熱系數(shù)低、機(jī)械性能差等問題已被大量研究，但有機(jī)相變材料的易燃問題卻容易被人忽略。三聚氰胺、聚磷酸銨、二氧化硅等磷系、氮系或硅系阻燃劑是目前在相變材料阻燃性能提升中用得較多的阻燃劑種類，雖然摒棄了傳統(tǒng)鹵素阻燃劑有毒的問題，但是無論是哪種系列的阻燃劑，均存在著共同的問題，即只能作用于電池?zé)崾Э刂蠡鹧孀韪?，而無法實(shí)現(xiàn)電池?zé)崾Э厍暗囊种苹蜓娱L進(jìn)入電池?zé)崾Э氐臅r(shí)間。因此，如何設(shè)計(jì)制備一種新型阻燃相變材料，能夠?qū)﹄姵卦诔Ｒ?guī)工況下進(jìn)行熱管理，在電池即將發(fā)生熱失控前能夠有效抑制溫度上升，在電池發(fā)生熱失控后能夠有效阻隔火焰的蔓延，是相變材料電池?zé)峁芾砑夹g(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃復(fù)合相變材料及其制備方法和應(yīng)用。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供了一種阻燃復(fù)合相變材料，包括相變材料、高分子聚合物、導(dǎo)熱劑和阻燃劑；
4、所述阻燃劑包括水合無機(jī)鹽。
5、優(yōu)選的，以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述阻燃復(fù)合相變材料包括：相變材料40~44%、高分子聚合物11~15%、導(dǎo)熱劑1~2%和阻燃劑44~47%。
6、優(yōu)選的，所述水合無機(jī)鹽包括六水合氯化鎂、十水合四硼酸鈉、十八水合硫酸鋁鉀、七水合硫酸鋅和五水合硫酸銅中的至少一種。
7、優(yōu)選的，所述相變材料包括石蠟、聚乙二醇、脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺中的至少一種。
8、優(yōu)選的，所述高分子聚合物包括單組分高分子聚合物和雙組分高分子聚合物中的至少一種；
9、所述單組分高分子聚合物包括單組分環(huán)氧樹脂和單組分聚氨酯中的至少一種；
10、所述雙組分高分子聚合物包括雙組分環(huán)氧樹脂和雙組分聚氨酯中的至少一種。
11、優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱劑包括碳類導(dǎo)熱劑，所述碳類導(dǎo)熱劑包括膨脹石墨、生物炭、炭黑、碳纖維、碳納米管和石墨烯中的至少一種。
12、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述阻燃復(fù)合相變材料的制備方法，包括以下步驟：
13、將所述阻燃復(fù)合相變材料包括的組分進(jìn)行混合，得到所述阻燃復(fù)合相變材料。
14、優(yōu)選的，當(dāng)所述高分子聚合物為單組分高分子聚合物時(shí)，所述混合包括：
15、步驟1：將熔融后的相變材料和單組分高分子聚合物混合，得到第一混合物；
16、步驟2：將所述第一混合物和導(dǎo)熱劑混合，得到第二混合物；
17、步驟3：將所述第二混合物和阻燃劑混合后進(jìn)行固化；
18、當(dāng)所述高分子聚合物為雙組分高分子聚合物時(shí)，所述混合包括：
19、步驟a：將熔融后的相變材料和高分子聚合物a混合，得到混合物a；
20、步驟b：將所述混合物a和導(dǎo)熱劑混合，得到混合物b；
21、步驟c：將所述混合物b和阻燃劑混合，得到混合物c；
22、步驟d：將所述混合物c和高分子聚合物b混合，進(jìn)行固化。
23、優(yōu)選的，所述步驟1和步驟a中，所述熔融的溫度為60~80℃；
24、所述步驟1中的混合和步驟a中的混合獨(dú)立的在攪拌的條件下進(jìn)行，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為300~500rpm；
25、所述步驟2中的混合和步驟b中的混合獨(dú)立的在攪拌的條件下進(jìn)行，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為600~900rpm，所述攪拌的時(shí)間為60~120min；
26、所述步驟3中的混合和步驟c中的混合獨(dú)立的在攪拌的條件下進(jìn)行，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為900~1200rpm，所述攪拌的時(shí)間為30~60min；
27、所述步驟d中的混合在攪拌的條件下進(jìn)行，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為900~1200rpm，時(shí)間為2~3min；
28、所述步驟3中的固化和步驟d中的固化的溫度獨(dú)立的為25~40℃，時(shí)間獨(dú)立的為12~24h。
29、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的阻燃復(fù)合相變材料或上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的阻燃復(fù)合相變材料在電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用。
30、本發(fā)明提供了一種阻燃復(fù)合相變材料，包括相變材料、高分子聚合物、導(dǎo)熱劑和阻燃劑；所述阻燃劑包括水合無機(jī)鹽。
31、相較于現(xiàn)有可應(yīng)用于電池?zé)峁芾砗碗姵責(zé)崾Э氐膹?fù)合相變材料，本發(fā)明提供的阻燃復(fù)合相變材料的優(yōu)勢在于：
32、（1）本發(fā)明提供的阻燃復(fù)合相變材料可以在40~55℃進(jìn)行可逆循環(huán)吸熱（即對電池進(jìn)行常規(guī)工況下的熱管理控溫），其次，還可以在電池發(fā)生熱失控之前吸收電池產(chǎn)生的大量熱量，即可以在70~200℃的溫度區(qū)間進(jìn)行大量吸熱，延長電池處在熱失控第二階段的時(shí)間（別的阻燃劑如三聚氰胺、聚磷酸銨、紅磷以及其他磷系、氮系阻燃劑均不具有上述效果）；再者，在電池發(fā)生熱失控之后，本產(chǎn)品由于具備高阻燃性，還能夠防止火焰蔓延，從而降低電池發(fā)生熱失控后的安全風(fēng)險(xiǎn)。
33、（2）本發(fā)明采用水合無機(jī)鹽作為阻燃劑，在70~200℃的溫度范圍內(nèi)，阻燃劑會(huì)受熱逐漸失去水分子，在這個(gè)過程中會(huì)吸收大量熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)延緩電池發(fā)生熱失控。同時(shí)隨著溫度升高，阻燃劑會(huì)受熱分解成對應(yīng)的氧化物，生成的氧化物與導(dǎo)熱劑協(xié)同形成致密屏障，阻斷熱輻射和氧氣擴(kuò)散，進(jìn)而達(dá)到協(xié)同阻燃的目的。本發(fā)明提供的阻燃劑綠色環(huán)保，并且原材料來源廣泛，成本低，制備方法簡單，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模制備。
1.一種阻燃復(fù)合相變材料，其特征在于，包括相變材料、高分子聚合物、導(dǎo)熱劑和阻燃劑；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃復(fù)合相變材料，其特征在于，以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述阻燃復(fù)合相變材料包括：相變材料40~44%、高分子聚合物11~15%、導(dǎo)熱劑1~2%和阻燃劑44~47%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻燃復(fù)合相變材料，其特征在于，所述水合無機(jī)鹽包括六水合氯化鎂、十水合四硼酸鈉、十八水合硫酸鋁鉀、七水合硫酸鋅和五水合硫酸銅中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻燃復(fù)合相變材料，其特征在于，所述相變材料包括石蠟、聚乙二醇、脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻燃復(fù)合相變材料，其特征在于，所述高分子聚合物包括單組分高分子聚合物和雙組分高分子聚合物中的至少一種；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃復(fù)合相變材料，其特征在于，所述導(dǎo)熱劑包括碳類導(dǎo)熱劑，所述碳類導(dǎo)熱劑包括膨脹石墨、生物炭、炭黑、碳纖維、碳納米管和石墨烯中的至少一種。
7.權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述阻燃復(fù)合相變材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述高分子聚合物為單組分高分子聚合物時(shí)，所述混合包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1和步驟a中，所述熔融的溫度為60~80℃；
10.權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的阻燃復(fù)合相變材料或權(quán)利要求7~9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的阻燃復(fù)合相變材料在電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用。