一种具有电绝缘性、热柔性的高导热复合相变材料、制备方法及应用

本发明的主题主要涉及相变材料，具体涉及一种使用氮化硼代替部分膨胀石墨使复合相变材料同时具有电绝缘性、热柔性和高导热性，制备及其应用。

背景技术：

1、内燃机汽车消耗大量化石燃料，加剧全球变暖、空气污染及化石能源枯竭问题。电动汽车可实现能源的多元化高效利用。作为新能源汽车的核心储能部件，锂离子电池因其高能量密度、高功率密度以及环境友好等特性，成为储能及新能源领域的理想选择。

2、锂离子电池需在20–40℃温度区间工作，且最大温差不得超过5℃。为满足这一工况要求，必须配备完备的电池热管理系统，以确保安全高效运行。传统风冷和液冷系统需依赖庞大辅助设备，导致车辆成本与重量增加、电池寿命缩短；热管虽具备更优散热性能，但成本显著提升。相变材料通过相变过程吸收大量热量，可维持电池温度分布均匀且波动极小，因此相变热管理系统兼具结构简洁、维护需求低、功耗极低等优势。

3、传统固-液相变材料长期面临泄漏风险、热导率低及机械性能差等问题。通过功能材料改性构筑复合相变材料可以应对上述挑战。随着电池模组集成度提升，传统刚性相变材料易出现结构断裂、热膨胀失配及接触热阻升高等问题，无法满足现代电池包的柔性匹配需求。添加了聚合物基体烯烃嵌段共聚物的柔性相变材料，展现出优异的形状记忆效应、曲面贴合能力及宽域弹性变形特性，可实现与电池的紧密接触，在提升散热效率的同时降低接触热阻。

4、添加膨胀石墨可提升导热性能，但其低电阻率特性易导致与电池接触时发生短路，阻碍其在电池热管理系统中的应用。因此，需严格控制柔性复合相变材料中膨胀石墨的添加量，并引入高导热绝缘材料氮化硼，以确保材料具备优异的体积电阻率。仅凭添加绝缘材料或高导热材料无法实现电阻率与导热系数的协同优化。本发明通过膨胀石墨构建三维层状热网络强化导热性能，同步利用六方氮化硼网络建立辅助热传导路径，并基于其本征电中性特性确保复合相变材料的电绝缘性。制备得到的复合相变材料在高温工况下展现出卓越的热管理能力，同时具备易加工性、经济性与环境可持续性，有望成为未来大规模电池热管理应用的理想解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有电绝缘性、热柔性的高导热复合相变储能材料及其制备方法。本发明以生物基环保型月桂酸为相变材料基体，针对传统固液相变材料的机械性能差、易泄露和热导率低等问题，添加烯烃嵌段共聚物作为柔性支撑基体提升复合相变材料的机械性能，同时能防止月桂酸的泄露。添加膨胀石墨作为热导增强填料，膨胀石墨独特的三维网络结构可以显著提升复合相变材料的导热性，但同时会降低电阻率，添加六方氮化硼代替部分膨胀石墨，能在六方氮化硼独特的六方结构增强导热的同时，凭借其电中性使材料保持绝缘。在相变材料中添加以上填料，能够协同提高储能材料的机械性能和导热性，可以解决一般相变材料的低导热、易泄露、机械性能差等问题。

2、本发明通过以下技术实现：

3、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明提供如下技术方案：

4、一种月桂酸-烯烃嵌段共聚物-膨胀石墨-氮化硼复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1：膨胀石墨的制备

6、a、将鳞片石墨放置在电热鼓风干燥箱中干燥。

7、b、将鳞片石墨进行微波加热得到膨胀石墨。

8、s2：水浴加热预混合处理

9、a、将月桂酸在70℃的水浴中进行融化，缓慢加入氮化硼进行预混合，充分搅拌以确保两种材料的初步融合，搅拌时间为20-30分钟。

10、b、加入得到的膨胀石墨，充分搅拌混匀后继续加热，搅拌时间为20分钟，得到中间体。

11、s3：油浴加热混合

12、a、将烯烃嵌段共聚物在130℃油浴中融化，融化时间为60-80分钟

13、b、将融化的烯烃嵌段共聚物共聚物倒入上述得到的中间体中，充分搅拌直至所有材料混合均匀，搅拌时间为40-50分钟。

14、s4：冷却干燥处理

15、将得到的复合相变材料在室温下冷却，放置24小时干燥，得到复合相变材料，用金属模具将复合材料压制成型，压力为10mpa。

16、优选的，一种复合相变材料的制备方法中，步骤一中电热鼓风干燥箱温度为室温，干燥时间为24小时。

17、优选的，一种复合相变材料的制备方法中，步骤一中微博加热时间为2~4分钟。

18、优选的，一种复合相变材料的制备方法中，步骤二与步骤三中在加入其他填料时，烧杯中融化的中间体保持一直搅拌状态。

19、优选的，一种复合相变材料的制备方法中，步骤二中月桂酸、氮化硼、膨胀石墨的投料比为55-70g，5-20g，5g。

20、优选的，一种复合相变材料的制备方法中，步骤三中中间体与烯烃嵌段共聚物的投料比为80g，20g。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、1、本发明方法步骤设计合理，操作简便，整个制备过程安全无毒，通过水浴加热与油浴加热，保障相变材料能够有效混合加热时进行对应搅拌处理，确保材料均匀混合和充分反应，保障材料制备效果；

23、2、本发明解决了固液相变材料固有的低热导率、易泄露、机械性能差等问题。平衡了氮化硼与膨胀石墨的添加量，解决了膨胀石墨的添加带来的导电问题，平衡了复合相变材料潜热、机械性能、热导率、电导率之间的关系，使复合相变材料兼具热柔性、电绝缘性和高导热性。

24、3、本发明中复合相变材料能够应用于相变材料电池热管理系统中，推广使用前景广阔，兼具了传热效率高，成本低廉，空间占有率低机械性能优良和结构简单等优点，同时还可以和其他热管理方式结合，进一步提升热管理性能。

1.一种热柔性高导热电绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以月桂酸、氮化硼、膨胀石墨、烯烃嵌段共聚物为原料，先加热制备膨胀石墨，再将月桂酸、氮化硼和膨胀石墨按顺序利用熔融共混法进行混合得到中间体，最后将中间体倒入熔融的烯烃嵌段共聚物中混合均匀，得到复合相变材料。

2.根据权利要求1所述的一种热柔性高导热电绝缘复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种热柔性电绝缘高导热复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述干燥温度为室温，干燥的时间为24小时。

4.根据权利要求2所述的一种热柔性电绝缘高导热复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述加热温度为800℃，加热时间为30秒。

5.根据权利要求2所述的一种热柔性电绝缘高导热复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述加热温度为70℃，加热时间为20-30分钟。

6.根据权利要求2所述的一种热柔性电绝缘高导热复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述加热温度为70℃，加热时间为20分钟。

7.根据权利要求2所述的一种热柔性电绝缘高导热复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤d中，所述加热温度为130℃，加热时间为100-130分钟。