一種石墨烯基導熱片的製作方法

2023-10-04 15:40:09 3

一種石墨烯基導熱片的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種石墨烯基導熱片，包括絕緣層、石墨烯層、導熱基底和導熱膠層，在導熱膠層的兩側由內向外依次為導熱基底、石墨烯層和絕緣層，其中，所述導熱膠層中分布有碳纖維。本發明的導熱片導熱係數高，熱量可迅速分布均勻，附加石墨烯薄膜的導熱基底更加堅固，防腐蝕，耐氧化，延長電源及設備的使用壽命，其體積小，所佔空間有限，適用於高密度排列的電池組加熱和散熱的問題。
【專利說明】一種石墨烯基導熱片

【技術領域】
[0001]本發明屬於電源熱管理領域，具體涉及一種石墨烯基導熱片。

【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，電子器件、設備等都朝著體積小，質量輕，結構緊湊的方向發展。汽車的動力電池也不例外。而動力電池尤其是磷酸鐵鋰電池往往由多個電池塊串聯並聯組裝成電池組，電池塊與電池塊之間留有罅隙用以加熱或散熱，以便汽車不論在嚴寒環境還是酷熱環境中都能夠照常運轉。然而，電源發出的熱量以及加熱片的熱量如不及時轉移散出，將會出現局部過熱，引起電池性能穩定性下降，電源及設備壽命減少，甚至嚴重還會出現冒煙、燃燒、爆炸等危險情況。因此，電源的熱管理顯得至關重要。良好的電源熱管理是設備器件正常運行的必要條件，而散熱導熱迅速是優良的電源熱管理的基本條件之一。
[0003]石墨烯是一種由碳原子組成的以sp2雜化呈蜂窩狀六邊形結構的二維平面薄膜，是目前世界上最薄卻又最硬的納米薄膜材料，它具有極高的平面導熱係數(5300W/m.K)。而常用的金屬散熱介質為鋁和銅兩種金屬，它們的熱傳導係數分別為226 W/m*K和412 W/m.K0


【發明內容】

[0004]本發明的目的是克服現有金屬散熱介質的不足，提供一種石墨烯基導熱片。
[0005]本發明實現上述目的所採用的技術方案如下:
一種石墨烯基導熱片，包括絕緣層、石墨烯層、導熱基底和導熱膠層，在導熱膠層的兩側由內向外依次為導熱基底、石墨烯層和絕緣層，其中，所述導熱膠層中分布有碳纖維。
[0006]進一步，所述導熱膠層設有電極片，所述電極片與導熱膠層中的碳纖維接觸。
[0007]進一步，所述導熱膠層為環氧樹脂膠、有機矽導熱膠、聚氨酯膠或導熱矽膠。
[0008]進一步，所述導熱膠層的厚度為50-300微米。
[0009]進一步，所述導熱基底為Cu、Al、N1、鐵、六方氮化硼、氮化鈹或碳化娃。
[0010]上述石墨烯基導熱片的製備方法，包括如下步驟:
(1)在生長有石墨烯的導熱基底上塗覆導熱膠，得到石墨烯/導熱基底/導熱膠；
(2)在石墨烯/導熱基底/導熱膠的導熱膠上分布碳纖維，然後與另一片石墨烯/導熱基底/導熱膠貼合，得到石墨烯/導熱基底/導熱膠/導熱基底/石墨烯；
(3)再向石墨烯表面塗覆絕緣膠，得到石墨烯基導熱片。
[0011]進一步，步驟(2)先在導熱膠的邊緣設置與碳纖維接觸的電極片，然後再與另一片石墨烯/導熱基底/導熱膠貼合。
[0012]進一步，碳纖維的覆蓋率為30-60%。
[0013]本發明採用在金屬散熱介質上附加石墨烯，通過石墨烯快速高效導熱彌補介質導熱能力的不足來提高襯底的導熱性能，及時轉移並分散熱量，消除傳熱過程中的溫度梯度，快速達到熱平衡，防止電池局部過熱，具有以下優點: 1、本發明導熱片的導熱係數高，熱量可迅速分布均勻。
[0014]2、附加石墨烯薄膜的導熱基底更加堅固，防腐蝕，耐氧化，延長電源及設備的使用壽命O
[0015]3、本發明的導熱片體積小，所佔空間有限，適用於高密度排列的電池組加熱或散熱的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述石墨烯基導熱片的結構示意圖。其中:1、絕緣層；2、石墨烯層；3、導熱基底；4、導熱膠層；5、碳纖維；6、電極片。

【具體實施方式】
[0017]為了詳細敘述本發明的上述特點，以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0018]可通過現有CVD法在導熱基底上製得的大面積高質量的單層及多層石墨烯。所述的CVD法包括高壓化學氣相沉積法(HPCVD)、中壓化學氣相沉積法(MPCVD)和低壓化學氣相沉積法(LPCVD)。
[0019]實施例1
以厚度為15微米的Cu箔為生長襯底，分別經過去離子水、乙醇、丙酮、去離子水超聲清洗後，於60°C下烘乾後置於CVD爐體加熱中心處。以甲烷為碳源，氫氣為輔助氣體，甲烷和氫氣的比例為5: 1，生長溫度為1000 °C，生長時間為30min，以5min/°C的降溫速度進行降溫，生長氣壓為5000Pa，所得石墨烯為一層。
[0020]將生長完石墨烯的銅箔經壓模機壓平整後，再向銅箔(作為導熱基底)表面塗覆環氧樹脂AB膠，塗覆速度為30m/min，導熱膠的厚度為100微米，同時製作兩片。將碳纖維均勻地灑落在其中一片的導熱膠表面，膠表面上碳纖維的覆蓋率為50%，然後將8X20mm的小長方形厚度為15微米銅片(作為電極片，通過電極引線可與外接電源相接，從而可以實現加熱的功能)放置於導熱膠兩側，並與碳纖維絲連接良好，接著再將另一片的導熱膠與上述分布有碳纖維的導熱膠進行貼合，貼合溫度為180°C，貼合後，再向處在外側的石墨烯表面經塗覆機塗覆絕緣膠，80°C下烘烤lOmin，即得到石墨烯基導熱片，結構如圖1所示，其導熱係數為603W/m.Ko
[0021]實施例2
將25微米的銅箔分別經過去離子水、乙醇、丙酮、去離子水超聲清洗後，於60°C下烘乾。以純度為99.99%的鎳為靶材，通過磁控濺射的方法在處理好的銅箔上濺射一層鎳，濺射電流為3A，濺射時間為30min，濺射鎳的厚度為500nm左右。將濺射了鎳層的銅箔放入CVD管式爐加熱中心處，以甲烷為碳源，氫氣為輔助氣體，甲烷和氫氣的比例為1:1，生長溫度為1020°C，生長時間為30min，以5min/°C的降溫速度進行降溫，生長氣壓為lOOOOPa，得到的石墨稀為5層。
[0022]將生長完石墨烯的銅箔經壓模機壓平整後，再向銅箔表面經塗覆機塗覆環氧樹脂AB膠，塗覆速度為30m/min，膠的厚度為100微米，同時製作兩片。將碳纖維均勾地灑落在其中一片的導熱膠表面，碳纖維的覆蓋率為50%，然後將8 X 20mm的小長方形厚度為15微米銅片放置於導熱膠兩側，並與碳纖維保持連接良好，接著再將另一片的導熱膠與上述分布有碳纖維的導熱膠進行貼合，貼合溫度為180°C，貼合後，再向處在外側的石墨烯表面經塗覆機塗覆絕緣膠，80°C下烘烤lOmin，即得到石墨烯基導熱片，其導熱係數為894W/m.K。
[0023]最後需要說明的是，以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種石墨烯基導熱片，包括絕緣層、石墨烯層、導熱基底和導熱膠層，在導熱膠層的兩側由內向外依次為導熱基底、石墨烯層和絕緣層，其中，所述導熱膠層中分布有碳纖維。
2.根據權利要求1所述的石墨烯基導熱片，其特徵在於，所述導熱膠層設有電極片，所述電極片與導熱膠層中的碳纖維接觸。
3.根據權利要求1所述的石墨烯基導熱片，其特徵在於，所述導熱膠層為環氧樹脂膠、有機矽導熱膠、聚氨酯膠或導熱矽膠。
4.根據權利要求1所述的石墨烯基導熱片，其特徵在於，所述導熱膠層的厚度為50-300 微米。
5.根據權利要求1所述的石墨烯基導熱片，其特徵在於，所述導熱基底為Cu、Al、N1、鐵、六方氮化硼、氮化鈹或碳化矽。
6.權利要求1所述石墨烯基導熱片的製備方法，包括如下步驟: (1)在生長有石墨烯的導熱基底上塗覆導熱膠，得到石墨烯/導熱基底/導熱膠； (2)在石墨烯/導熱基底/導熱膠的導熱膠上分布碳纖維，然後與另一片石墨烯/導熱基底/導熱膠貼合，得到石墨烯/導熱基底/導熱膠/導熱基底/石墨烯； (3)再向石墨烯表面塗覆絕緣膠，得到石墨烯基導熱片。
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，步驟(2)先在導熱膠的邊緣設置與碳纖維接觸的電極片，然後再與另一片石墨烯/導熱基底/導熱膠貼合。
8.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，碳纖維的覆蓋率為30-60%。
【文檔編號】H05K7/20GK104519723SQ201410811771
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月24日 優先權日:2014年12月24日
【發明者】金玲, 譚化兵, 劉海濱, 廖威 申請人:無錫格菲電子薄膜科技有限公司