一种绝缘散热片制备工艺及绝缘散热片

摘要

本申请涉及散热片技术领域，更具体地说，涉及一种绝缘散热片制备工艺及绝缘散热片，该制备工艺包括如下步骤：A、制备混合料：将石墨粉、绝缘填料、二氧化硅和溶剂进行混合，进行球磨，得到混合物，再将有机聚合物、助剂加入至所述混合物中，继续研磨均匀后得到混合料；B、制基片：将步骤A制得的混合料延压成膜，碳化，碳化温度为1500~1700℃，制得基片；C、制膜：将步骤B的基片加入反应釜中，抽真空，升温，降低反应釜内的压强，并通入氨气和二氯氢硅，反应5~6h，得到绝缘散热片。通过本申请工艺制得绝缘散热片的绝缘性能好、电阻率高、散热性能好、体积小、重量轻，用于电池散热，可进一步减少电池整体体积和重量。

权利要求

1.一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：该制备工艺包括如下步骤：A、制备混合料：将石墨粉、绝缘填料、二氧化硅和溶剂进行混合，进行球磨，得到混合物，再将有机聚合物、助剂加入至所述混合物中，继续研磨均匀后得到混合料；

B、制基片：将步骤A制得的混合料延压成膜，碳化，碳化温度为1500 1700℃，制得基片；

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C、制膜：将步骤B的基片加入反应釜中，抽真空，升温，降低反应釜内的压强，并通入氨气和二氯氢硅，反应5 10h，得到绝缘散热片。

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2.根据权利要求1所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：上述各步骤中所用到的物料用量如下：石墨粉40 60份

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绝缘填料20 30份

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有机聚合物15 20份

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二氧化硅15 30份

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助剂1 5份

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溶剂20 30份

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氨气3 5份

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二氯氢硅10 15份。

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3.根据权利要求2所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：步骤C中氨气与二氯氢硅的重量份比为5：（10 12）。

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4.根据权利要求1所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：所述步骤A中混合料中的颗粒的粒径为30 100mm。

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5.根据权利要求1所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：步骤C中反应釜内的压强为50 150Pa，温度为450 600℃。

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6.根据权利要求2所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：所述石墨粉为改性石墨粉，所述改性石墨粉由以下方法制备而得：S1、按重量份，取石墨粉30 40份、硅烷偶联剂2 6份、蒸馏水5 10份和物质的量浓度为1~ ~ ~

2mol/L的硝酸20 30份，回流加热，加热温度为50 70℃，加热1 2h，得到热浑浊液；

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S2、将步骤S1中得到的热浑浊液，滴加至冰水混合中，搅拌，加入质量分数为5 10%的碳~酸氢钠溶液，调节Ph至6 7，过滤，干燥，得到改性石墨粉。

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7.根据权利要求6所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：硅烷偶联剂为γ‑丙基三甲氧基硅烷、γ‑氯丙基三氯硅烷、3‑异氰酸丙基三乙氧基硅烷、γ‑巯丙基三乙氧基硅烷或丙基三乙氧基硅烷甲基丙烯酰氧丙基三氯硅烷中的一种。

8.根据权利要求2所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：所述有机聚合物为聚甲醛、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚氟乙烯或聚丙烯腈中的一种。

9.根据权利要求2所述的一种绝缘散热片制备工艺，其特征在于：所述绝缘填料为氮化铝、碳化硅或三氧化二铝中的至少一种。

10.一种绝缘散热片，其特征在于：所述绝缘散热片由权利要求1 9任一项所述的绝缘~散热片制备工艺制备得，所述绝缘散热片包括散热层和绝缘层，所述散热层与所述绝缘层连接，所述绝缘层的厚度为1 5mm。

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说明书

一种绝缘散热片制备工艺及绝缘散热片

技术领域

[0001] 本申请涉及散热片技术领域，更具体地说，涉及一种绝缘散热片制备工艺及绝缘散热片。

背景技术

[0002] 随着能源问题和环境问题不断加剧，发展新能源汽车成为一种必然的趋势，新能源汽车与传统的汽车相比较，最大的区别在于传统的汽车采用发动机燃油方式驱动汽车，而新能源汽车采用动力电池驱动汽车，故使用新能源汽车可以节约燃油能源，另外新能源汽车的废气排放量远远低于传统汽车，有益于减少环境污染。

[0003] 新能源汽车的动力来自于动力电池，同时新能源汽车产生的热量也来自于动力电池，动力电池工作电流大，产热量大，且动力电池包处于一个相对封闭的环境，就会导致电池的温度上升，温度上升会加速动力电池寿命的衰减，因此，需要对动力电池进行散热。

[0004] 目前，动力电池的散热方式有两种风冷和水冷，风冷的效果没有水冷的效果好，故大多数还是采用水冷的方式。水冷就是把电池电芯通过内部的冷却液在冷却管里面流动起来，电芯所产生的热量经过冷却液流动后全部带走，使整个电池包在安全温度内运作，因为需要冷却液循环流动，所以电池包的体积比较大且重量沉，使得动力电池应用受到限制。人们又再通过散热片的方式进行散热，但是散热片的主要成分是石墨，石墨的导电性能强，容易导致电池漏电，存在安全隐患，使用受到限制。

发明内容

[0005] 第一方面，本申请提供一种绝缘散热片制备工艺，采用如下的技术方案：

[0006] 一种绝缘散热片制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：

[0007] A、制备混合料：将石墨粉、绝缘填料、二氧化硅和溶剂进行混合，进行球磨，得到混合物，再将有机聚合物、助剂加入至所述混合物中，继续研磨均匀后得到混合料；

[0008] B、混合料：将步骤A制得的混合料延压成膜，碳化，碳化温度为1500～1700℃，制得基片；

[0009] C、制膜：将步骤B的基片加入反应釜中，抽真空，升温，降低反应釜内的压强，并通入氨气和二氯氢硅，反应5～10h，得到绝缘散热片。

[0010] 通过采用上述技术方案，制得散热好、电阻率高以及绝缘性能好的绝缘散热片，散热片体积小、重量轻，绝缘性能好，不易使电池漏电，增强电池的使用安全性，用于电池散热，可进一步减少电池的体积和重量。该工艺步骤简单，易于操作，便于企业生产。石墨是一种散热能力较佳且质量较轻的材料，用于制备绝缘散热片，可大幅度提高绝缘散热片的散热能力，减少绝缘散热片的重量，但是石墨导电性能好，容易引发电池漏电，故将绝缘导热材料、二氧化硅和有机聚合物制成基片，从而降低整体的导电性，氨气和二氯氢硅反应会产生氮化硅，氮化硅会附着于基片的表面形成膜，氮化硅是一种绝缘性能好的物质，可以有效地降低绝缘散热片的导电性。

[0011] 有机共聚物的耐热温度一般在100～300℃之间，使得基片的受热温度低，不易于加热高过300℃后，故在步骤B将混合料制得的膜通过碳化制成基片，可提高基片的受热温度，便于下一步操作，通过步骤C可制得高纯度的氮化硅，氮化硅能较好附着于基片表面形成一层薄膜，该薄膜均匀性好，纯度高，密度高，绝缘性好，可提高绝缘散热片的绝缘性，减少电池漏电现象发生，氮化硅薄膜具有较好的台阶覆盖能力、填充高的深宽比间隙的能力和高度的结构完整性和低的膜应力，对基片的粘附性好，不易与基片分离，可延长电池的使用寿命，可长时间地减少电池漏电的可能。

[0012] 二氧化硅起到补强和导热的作用，可进一步提高绝缘散热片的强度、韧度和导热性能，使得绝缘散热片不易变形和折断。

[0013] 有机聚合物的韧性好、绝缘性强，与其物料混合使用，可使绝缘散热片具有良好的曲扰性和韧性，可以进行弯折而不断裂，同时可提高绝缘散热片的绝缘性能，进一步减少电池漏电的可能。

[0014] 溶剂可以使得石墨粉、绝缘导热材料和二氧化硅能充分地研磨，使得三者能混合均匀，便于制得均匀度较好的基片，利于先一步操作，若石墨粉、绝缘导热材料和二氧化硅混合不均，则碳化得到的基片表面凹凸不平，不易于氮化硅能较好附着于基片表面。

[0015] 助剂可以提高有机聚合物与混合物的混合均匀度，使制得的基片有更好的电阻率、强度、韧度和导热性能。

[0016] 优选的，步骤C中氨气与二氯氢硅的重量份比为5：(10～12)。

[0017] 通过采用上述技术方案，使得氨气的量较多，氨气与二氯氢硅反应会产生氯化氢气体，直接排除对环境有害，氯化氢气体可以与多余的氨气发生反应生成氯化铵，减少氯化氢气体的排出，同时可以提高氨气与二氯氢硅反应的反应速率，便于氮化硅的生成。

[0018] 优选的，步骤C中反应釜内的压强为50～150Pa，温度为450～600℃。

[0019] 通过采用上述技术方案，使得氨气的自由程度大和气体扩散系数增大，易于与二氯氢硅接触反应，加快反应速率，便于氮化硅能沉淀于基片表面，形成一层膜。

[0020] 优选的，各步骤中所用到的物料用量如下：

[0021] 石墨粉40～60份

[0022] 绝缘填料20～30份

[0023] 有机聚合物15～20份

[0024] 二氧化硅15～30份

[0025] 助剂1～5份

[0026] 溶剂20～30份

[0027] 氨气3～5份

[0028] 二氯氢硅10～15份。

[0029] 通过采用上述技术方案，优化上述物料的配比，使得绝缘散热片具有良好的好热性能和电阻率，石墨粉的占比较多可增强绝缘散热片的散热能力，绝缘填料和有机聚合物增加绝缘散热片的电阻率，二氧化硅增强绝缘散热片的强度，使其不易损坏，助剂和溶剂使得上述物料能够充分混合，氨气和二氯氢硅反应生成氮化硅附着于基片表面，增加绝缘散热片的绝缘性能。

[0030] 优选的，所述石墨粉为改性石墨粉，所述改性石墨粉由以下方法制备而得：

[0031] S1、按重量份，取石墨粉30～40份、硅烷偶联剂2～6份、蒸馏水5～10份和物质的量浓度为1～2mol/L的硝酸20～30份，回流加热，加热温度为50～70℃，加热1～2h，得到热浑浊液；

[0032] S2、将步骤S1中得到的热浑浊液，滴加至冰水混合液中，搅拌，加入质量分数为5～10％的碳酸氢钠溶液，调节Ph至6～7，过滤，干燥，得到改性石墨粉。

[0033] 通过采用上述技术方案，使得改性石墨粉的导电性降低，进而使得绝缘散热片的导电性能下降，硝酸可以将石墨粉表面进行氧化，从而使得石墨粉能与硅烷偶联剂结合，与硅烷偶联剂结合后的石墨粉电阻率增加，导电性减弱，另外，改性石墨粉与有机共聚物更容易连接，从而提高绝热散热片的绝缘性能，S1步骤完成后，加至冰水中，使得硅烷偶联剂与石墨的结合增加稳定。

[0034] 优选的，所述步骤A)中混合料中的颗粒的粒径为30～100nm。

[0035] 当混合料中的颗粒粒径小于30nm时，则颗粒容易聚集成团，不易分散，难以混合均匀；当混合料中的颗粒粒径大于100nm时，则混合均匀的时间比较长，耗费时间。

[0036] 优选的，硅烷偶联剂为γ‑丙基三甲氧基硅烷、γ‑氯丙基三氯硅烷、3‑异氰酸丙基三乙氧基硅烷、γ‑巯丙基三乙氧基硅烷或丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三氯硅烷中的一种。

[0037] 上述硅烷偶联剂能稳定连接于氧化的石墨表面，从而降低石墨的导电性质，同时也提高石墨与有机共聚物的结合能力，提高绝缘散热片的机械性能。

[0038] 优选的，所述有机聚合物为聚甲醛、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚氟乙烯或聚丙烯腈中的一种。

[0039] 上述有机共聚物的电阻率高，绝缘性能好，用于制备绝缘散热片，可降低绝缘散热片的导电率，同时上述有机聚合物有较好韧性与石墨粉共用，可提高绝缘散热片的柔韧度和耐撕裂强度，减少绝缘散热片掉粉的可能。

[0040] 优选的，所述绝缘填料为氮化铝、碳化硅和三氧化二铝中的至少一种。

[0041] 通过采用上述绝缘填料，增加绝缘散热片的电阻率，降低绝缘散热片的导电性，且上述绝缘填料都是质地比较坚硬的物质且可散热，可增加绝缘散热片的强度，使其不易折断或损坏，从而延长绝缘散热片的使用寿命。

[0042] 第二方面，本申请提供一种绝缘散热片，所述绝热散热片由上述绝缘散热片制备工艺制备得，所述绝缘散热片包括散热层和绝缘层，所述散热层与所述绝缘层连接，所述绝缘层的厚度为1～5mm。

[0043] 上述绝缘散热片具有良好的导热性能和电阻率，体积小，重量轻，用于电池散热，可提高电池散热的效率，减少电池漏电的可能，减轻电池整体的重量和体积。散热层与电池接触，便于散热，绝缘层可有效地防止电池漏电，提高使用电池的安全性。绝缘层的厚度小于1mm，则容易被破坏，不利于长时间使用；绝缘层的厚度大于5mm,则生产成本增加，还会影响散热效果；绝缘层的厚度为1～5mm的范围内，既可以使绝缘层有较好的强度不易损坏，又可以节约生产成本。

[0044] 综上所述，本申请具有以下有益效果：

[0045] 1、本申请先通过将石墨粉、绝缘填料、二氧化硅和溶剂混合制得混合物，再将混合物与有机物和助剂混合制得混合料，再将混合料延压成膜，碳化，制得基片；将基片加入反应釜中，抽真空，升温，向反应釜中通入氨气和二氯氢硅反应，制得绝缘散热片，该绝缘散热片的导热性好，电阻率高，体积小、重量轻，用于电池散热，可进一步减少电池的体积和重量。

[0046] 2、本申请通过硝酸使得石墨粉的表面被氧化，硅烷偶联剂与氧化的石墨粉结合，使得石墨粉的电阻率增加，导电性减弱，且改性的石墨粉与有机共聚物更容易连接，从而提高绝热散热片的电阻率和绝缘性能。

具体实施方式

[0047] 以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。本申请中所用到的物料均可以从市售获得，部分物料的来源和型号，如表1所示：

[0048] 表1部分物料的来源和型号

[0049]

[0050]

[0051] 改性石墨粉的制备例

[0052] 制备例1

[0053] 一种改性石墨粉，由以下方法制得：

[0054] S1、取石墨粉0.3千克、γ‑巯丙基三乙氧基硅烷0.002千克、蒸馏水0.005千克和物质的量浓度为1mol/L的硝酸0.2千克，回流加热，加热温度为50℃，加热1h，得到热浑浊液；

[0055] S2、将步骤S1中得到的热浑浊液，滴加至冰水混合中，搅拌，加入质量分数为5～10％的碳酸氢钠溶液，调节Ph至6～7，过滤，干燥，得到改性石墨粉。

[0056] 制备例2～3与制备例1中的不同之处在于上述物料的用量不同，如表2所示：

[0057] 表2制备例1～3中物料的用量与种类

[0058]

[0059] 实施例

[0060] 实施例中用到的溶剂为乙醇，助剂为吐温。

[0061] 实施例1

[0062] 一种绝缘散热片，由以下方法制得:

[0063] A、制备混合料：将石墨粉0.4千克、氮化铝0.2千克、二氧化硅0.15千克和乙醇0.2千克进行混合，进行球磨，得到混合物；再将有机聚合物0.15千克、助剂0.001千克加入至所述混合物中，继续研磨均匀后得到混合料；

[0064] B、制基片：将步骤A制得的混合料延压成膜，碳化，碳化温度为1500℃，制得基片；

[0065] C、制膜：将步骤B的基片加入反应釜中，抽真空至50Pa，升温500℃，并通入氨气0.025千克和二氯氢硅0.18千克，反应5h，得到绝缘散热片，绝缘层的厚度为2mm。

[0066] 实施例2

[0067] 一种绝缘散热片，由以下方法制得:

[0068] A、制备混合料：将市售改性石墨粉0.4千克、碳化硅0.2千克、二氧化硅0.15千克和乙醇0.2千克进行混合，进行球磨，得到混合物；再将有机聚合物0.15千克、助剂0.001千克加入至所述混合物中，继续研磨均匀后得到混合料；

[0069] B、制基片：将步骤A制得的混合料延压成膜，碳化，碳化温度为1600℃，制得基片；

[0070] C、制膜：将步骤B的基片加入反应釜中，抽真空至50Pa，升温600℃，并通入氨气0.025千克和二氯氢硅0.18千克，反应5h，得到绝缘散热片,绝缘层的厚度为2mm。

[0071] 实施例3～7与实施例1不同之处在于：部分原料和用量不同。

[0072] 实施例8

[0073] 本实施例与实施例3的不同之处在于：步骤C中反应10h，绝缘层的厚度为5mm，其余步骤和用量均与实施例3相同。

[0074] 实施例1～8中各种物料的用量与种类，如表3所示：

[0075] 表3实施例1～8中各种物料的用量与种类

[0076]

[0077] 对比例

[0078] 对比例1

[0079] 本对比例与实施例3的不同之处在于：制得基片后，将基片置于反应釜中，抽真空至50Pa，升温600℃，放置5h，其余步骤和用量均与实施例3相同。

[0080] 对比例2

[0081] 本对比例与实施例3的不同之处在于：将氮化硅膜粘接于基片表面，置于反应釜中，抽真空至50Pa，升温600℃，放置5h，其余步骤和用量均与实施例3相同。

[0082] 对比例3

[0083] 本对比例与实施例3的不同之处在于：将氮化硅通过喷涂的方式涂布于基片表面，置于反应釜中，抽真空至50Pa，升温600℃，放置5h，其余步骤和用量均与实施例3相同。

[0084] 对比例4

[0085] 本对比例与实施例3的不同之处在于：等量的二氧化硅代替聚碳酸酯，其余步骤和用量均与实施例3相同。

[0086] 性能检测试验

[0087] 对本申请实施例和对比例制得的绝缘散热片导热性能、体积电阻率、拉伸性能和抗冲击强度进行检测。

[0088] 检测方法/试验方法

[0089] 导热性能测试：本申请实施例制得的低介电高导热界面膜的导热性能采用DR‑600热流计法导热系数测定仪(品牌为DR600，型号为DR‑600)进行测定，根据国家标准GBT 10295‑2008进行测定。

[0090] 体积电阻率测试：根据国家标准GB/T10064进行测定。

[0091] 拉伸强度的检测：本申请实施例制得的低介电高导热界面膜，根据国家标准GB/T1040‑1992进行测定。

[0092] 抗冲击性能的检测：本申请实施例制得的低介电高导热界面膜，根据国家标准GB/T8809‑1988进行测定，结果如表4所示：

[0093] 表4性能检测实验数据

[0094]

[0095]

[0096] 结合实施例1～7和对比例1～4并结合表4可以看出，实施例1～7中热导率和电阻率的数值均高于对比例1～4中的数值，说明通过本申请中物料配比以及制备工艺，制得的绝缘导热片导热效果好，电阻率高，绝缘性能好。

[0097] 实施例1中使用的是普通石墨粉，其热导率和电阻率的数值均低于实施例3的数值，说明使用本申请改性石墨粉，可提高绝缘导热片的导热性能和绝缘性能。

[0098] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。