一種基于官能團石墨烯還原的柔性導熱膜及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于官能團石墨烯還原的柔性導熱膜的制備方法，其特征在于按重量百分比由2%~10%的石墨烯微片和90%~98%的微孔濾膜組成；其中石墨烯微片是氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯微片，厚度為5 nm~80 nm，片徑為1μm~5μm；其通過反復真空過濾填充的方法，使石墨烯微片嵌入微孔濾膜的孔隙中，方法簡單，利于導熱膜的大面積制備。該導熱膜可根據(jù)鋰電池的外形進行一定程度的彎曲，進而使其與鋰電池外表面緊密地貼合，以達到更好地散熱效果。
【專利說明】
一種基于官能團石墨烯還原的柔性導熱膜及制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于官能團石墨烯還原的柔性導熱膜及制備方法，是一種石墨烯 導熱膜，特別涉及一種具有導熱功能的柔性石墨烯膜制備方法。該導熱膜可以貼敷于電池 單體內外側，或者纏繞在電池外部，以提高電池的散熱效率，降低電池內部溫度。
【背景技術】
[0002] 近些年來，隨著移動通訊、便攜式電子設備的高速發(fā)展，極大地促進了化學電源中 二次電池的發(fā)展。在二次電池中，由于鋰離子電池具有電壓高、體積小、質量輕、比能量高、 無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為了二次電池發(fā)展的重點。然而，鋰 電池對于溫度是極其敏感的，如果長期處于過熱的環(huán)境下，則會大幅縮減電池的壽命，嚴重 的過熱，電解液分解，內壓增大引發(fā)爆炸，即使沒有爆炸，電池也會在高熱中迅速報廢。因 此，將電池產(chǎn)生的熱量快速均勻的傳導出去將有助于電池安全性能與使用壽命的提高。
[0003] 石墨材料屬于非金屬晶體材料，其導熱主要通過晶格的振動，即晶格波（聲子)通 過晶體結構單元的相互制約和相互協(xié)調的振動來實現(xiàn)熱的傳導。石墨烯是具有碳碳SP 2雜 化而成的六邊形晶格結構的碳單質，形成大共輒鍵，石墨烯的聲子的平均自由程遠遠大于 通常意義上的高導熱石墨材料及其它材料的聲子自由程，其聲子自由程大約775 nm，經(jīng)計 算可得石墨烯的導熱率高達5300 W/m · K。另外，常溫下石墨烯內部發(fā)生擠撞，其中電子受 到的干擾性非常小，從而電子移動自由，其中電子的運動速率達光速的1/300,大大超過了 電子在一般導體內的運動速率，室溫下電子迀移率可達15000 cm2/(V· s)，超過了任何金 屬的電子迀移率。此外電子在電子軌道中運動，不會因晶格缺陷或雜質原子而發(fā)生散射。從 這方面講，石墨烯的導熱是由電子的波動性來實現(xiàn)。因此，在聲子和電子兩個方面共同作用 下，使石墨烯具有優(yōu)秀的導熱性能。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種柔性石墨烯導熱膜，該導熱膜可根據(jù)鋰電池的外形進 行一定程度的彎曲，進而使其與鋰電池外表面緊密地貼合，以達到更好地散熱效果。
[0005] 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于官能團石墨烯還原的柔性導熱膜的制備 方法，其通過反復真空過濾填充的方法，使石墨烯微片嵌入微孔濾膜的孔隙中，方法簡單， 利于導熱膜的大面積制備。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的： 一種柔性石墨烯導熱膜，其特征在于按重量百分比由2%~10%的石墨烯微片和90%~98% 的微孔濾膜組成；其中石墨烯微片是氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯微片，厚度為5 nm~80 nm，片徑為Ιμπι ~5 μπι; 微孔濾膜為醋酸纖維混合纖維微孔濾膜、PP聚丙烯濾膜、尼龍66濾膜、PVDF聚偏氟乙烯 濾膜、PTFE聚四氟乙烯親水膜、PTFE聚四氟乙烯疏水膜、BT玻璃纖維濾膜、PES聚醚砜濾膜中 的一種;孔徑為8 μπι~18 μπι，直徑為25 mm~400 mm。
[0007] -種石墨烯柔性導熱膜的制備方法，其特征在于具體的制備步驟如下： 采用超聲法，將氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯分散于溶劑中，該溶劑為超純水水、N~ 甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氫呋喃(THF)、乙二醇中的一種或兩種及以上 的混合物，分散液的濃度為I mg/ml~10mg/ml。
[0008] (?利用離心機，將氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯分散液進行離心處理I h~5h，轉速 為1000 r/min~3000r/min，去除沉淀物。
[0009] ?利用真空抽濾裝置，通過濾膜將離心處理過的氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯分散 液進行多次過濾，每次過濾后更換濾膜正/反面繼續(xù)過濾，使氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯滲 入到濾膜的內部孔隙中，直至分散液的變得澄清，過濾次數(shù)為10次~40次。
[0010] :?將擔載有氧化石墨烯或氮摻雜石墨烯的濾膜置于60Τ>120Γ真空條件下干燥 4h~8h〇
[0011] 戀將干燥后的濾膜在氣氛保護下進行高溫處理。其中，保護氣氛為氮氣、氬氣、氦 氣中的一種，高溫處理溫度為200°0600°C，處理時長為4h~8h。
[0012] 本發(fā)明的積極效果是具有濾膜支撐的柔性石墨烯導熱膜，擁有優(yōu)異的導熱性、機 械強度和柔韌性?？筛鶕?jù)鋰電池的外形進行彎曲變形，與鋰電池外表面緊密地貼合，如圖2-4所示。
【附圖說明】
[0013] 圖1為柔性石墨烯導熱膜實物照片。
[0014] 圖2為柔性石墨烯導熱膜實際應用示意圖1。
[0015] 圖3為柔性石墨烯導熱膜實際應用示意圖2。
[0016] 圖4為柔性石墨烯導熱膜實際應用示意圖3。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述： 實施例1 利用超聲波細胞粉碎機，將氧化石墨烯按照2mg/ml的濃度分散于超純水中，超聲分散 時長為3h。將分散液離心處理lh，離心機轉速為1000r/min，去除底部沉淀，取上清液。采用 孔徑為12μπι的醋酸纖維濾膜對離心處理過的分散液進行正/反面交替過濾，過濾次數(shù)為20 次。然后，將擔載有氧化石墨烯的濾膜置于80 °C真空條件下干燥處理5h。最后，將干燥后的 濾膜在氬氣氛圍保護下400°C處理5h，得到石墨烯柔性導熱膜1，如圖1所示。石墨烯柔性導 熱膜1可用于由18650型電池組成的電池組中電池單體2的散熱，如圖2所示，石墨烯柔性導 熱膜1可根據(jù)電池組中的電池單體2的布局形式，以蛇形的型式貼合在電池單體表面。
[0018] 實施例2 利用超聲波細胞粉碎機，將氮摻雜石墨稀按照5mg/ml的濃度分散于DMF中，超聲分散時 長為4h。將分散液離心處理3h，離心機轉速為2000r/min，去除底部沉淀，取上清液。采用孔 徑為14μπι的聚丙烯濾膜對離心處理過的分散液進行正/反面交替過濾，過濾次數(shù)為30次。然 后，將擔載有氮摻雜石墨烯的濾膜置于90 °C真空條件下干燥處理6h。最后，將干燥后的濾膜 在氮氣氛圍保護下200°C處理6h，得到石墨烯柔性導熱膜1，如圖1所示。石墨烯柔性導熱膜1 可用于由18650型電池組成的電池組中電池單體2的散熱，如圖3所示，石墨烯柔性導熱膜1 可根據(jù)電池組中的電池單體2的布局形式，以S形的型式貼合在電池單體表面。
[0019] 實施例3 利用超聲波細胞粉碎機，將氧化石墨烯按照8mg/ml的濃度分散于THF中，超聲分散時長 為3h。將分散液離心處理4h，離心機轉速為3000r/min，去除底部沉淀，取上清液。采用孔徑 為16μπι的PVDF聚偏氟乙烯濾膜對離心處理過的分散液進行正/反面交替過濾，過濾次數(shù)為 35次。然后，將擔載有氧化石墨烯的濾膜置于80 °C真空條件下干燥處理8h。最后，將干燥后 的濾膜在氬氣氛圍保護下400°C處理7h，得到石墨烯柔性導熱膜1，如圖1所示。石墨烯柔性 導熱膜1可用于方形的電池單體2的散熱，如圖4所示，石墨烯柔性導熱膜1可根據(jù)方形電池 的外型緊密貼合在電池單體表面。
[0020] 實施例4 利用超聲波細胞粉碎機，將氮摻雜石墨烯按照l〇mg/ml的濃度分散于乙二醇中，超聲分 散時長為5h。將分散液離心處理2h，離心機轉速為2500r/min，去除底部沉淀，取上清液。采 用孔徑為18μπι的BT玻璃纖維濾膜對離心處理過的分散液進行正/反面交替過濾，過濾次數(shù) 為40次。然后，將擔載有氮摻雜石墨烯的濾膜置于60°C真空條件下干燥處理4h。最后，將干 燥后的濾膜在氦氣氛圍保護下200°C處理8h，得到石墨烯柔性導熱膜1，如圖1所示。
【主權項】
1. 一種柔性石墨締導熱膜，其特征在于按重量百分比由2%~10%的石墨締微片和90%~ 98%的微孔濾膜組成;其中石墨締微片是氧化石墨締或氮滲雜石墨締微片，厚度為5 nm~80 nm，片徑為1皿~5皿;微孔濾膜為醋酸纖維混合纖維微孔濾膜、PP聚丙締濾膜、尼龍66濾 膜、PVDF聚偏氣乙締濾膜、P WE聚四氣乙締親水膜、PWE聚四氣乙締疏水膜、BT玻璃纖維濾 膜、PES聚酸諷濾膜中的一種;孔徑為8皿~18皿，直徑為25 mm~400 mm。2. -種石墨締柔性導熱膜的制備方法，其特征在于具體的制備步驟如下： (D采用超聲法，將氧化石墨締或氮滲雜石墨締分散于溶劑中，該溶劑為超純水水、N~甲 基化咯燒酬(醒P)、二甲基甲酯胺(DMF)、四氨巧喃(THF)、乙二醇中的一種或兩種及W上的 混合物，分散液的濃度為1 mg/ml~lOmg/ml; 受；利用離屯、機，將氧化石墨締或氮滲雜石墨締分散液進行離屯、處理1 h~加，轉速為 1000 r/min ~3000;r/min，去除沉淀物； (靈利用真空抽濾裝置，通過濾膜將離屯、處理過的氧化石墨締或氮滲雜石墨締分散液進 行多次過濾，每次過濾后更換濾膜正/反面繼續(xù)過濾，使氧化石墨締或氮滲雜石墨締滲入到 濾膜的內部孔隙中，直至分散液的變得澄清，過濾次數(shù)為10次~40次； (至將擔載有氧化石墨締或氮滲雜石墨締的濾膜置于60°C~120°C真空條件下干燥4h~ 她； 夏:將干燥后的濾膜在氣氛保護下進行高溫處理;其中，保護氣氛為氮氣、氣氣、氮氣中 的一種，高溫處理溫度為200°C~600°C，處理時長為4h~她。
【文檔編號】H01M10/653GK105914429SQ201610251132
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】王丹, 韓建, 趙中令, 陳書禮, 榮常如, 韓金磊, 張克金
【申請人】中國第汽車股份有限公司, 中國第一汽車股份有限公司