CN103311596A

CN103311596A - 一种自散热器件及其制备方法

Info

Publication number: CN103311596A
Application number: CN2012100573112A
Authority: CN
Inventors: 青勇
Original assignee: Cmt Electronic Co ltd
Current assignee: Cmt Electronic Co ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN103311596B

Abstract

本发明提供了一种自散热器件，包括器件本体和位于器件本体上的散热件，所述散热件包括位于器件本体上的吸附性载体以及吸附于所述吸附性载体上的散热剂；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。同时，本发明还公开了上述自散热器件的制备方法。本发明提供的自散热器件散热效果好，能有效抑制器件本体的温度上升，提高了器件本体的寿命及使用的安全性。

Description

一种自散热器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种自散热器件及其制备方法。

背景技术

目前，人类对各种能源的利用程度越来越高，使人类活动变得越来越方便，但同时，在对各种能源的利用过程中，都不可避免的会产生大量热量，例如电子元器件发热、机械部件的摩擦生热等，其中以电子器件工作过程中的发热问题最为普遍。而这部分热量积蓄到一定程度对器件本身会产生较大负面影响，甚至产生安全问题。

以日常生活中普遍使用的电池为例，电池在工作过程中会不断发热，随着热量的积蓄，电池温度升高，而电池温度的升高会导致电池容量的下降，严重影响了电池的性能和寿命。而作为动力电池由于在使用过程中需要经常进行大电流的充放电，电池发热的问题更加显著。同时，电池的不当操作，例如过度充放电、短路等也会导致电池温度迅速升高。如果热量不能及时的散发掉，会使电池内部温度急剧上升，影响电解液、正、负极活性物质及粘结剂的稳定性，进而影响电池的电化学性能，严重时甚至会导致电池爆炸，存在安全隐患。

现有技术中，对电子器件进行降温的方式通常为风冷，但是风冷通常只能将器件冷却至环境温度，并且需要另外对器件结构进行设计，而且风冷的冷却速度慢，对于如电池过充等问题导致的温度急剧上升的冷却效果差，不能有效的防止电池温度过高导致的爆炸等安全问题。

发明内容

为克服现有技术中器件散热效果差的问题，本发明提供了一种自散热器件，其散热效果好，能有效抑制器件的温度上升，提高了器件的寿命及使用的安全性。

本发明公开的自散热器件包括器件本体和位于器件本体上的散热件，所述散热件包括位于器件本体上的吸附性载体以及吸附于所述吸附性载体上的散热剂；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。

同时，本发明还公开了上述自散热器件的制备方法，包括将散热剂附着于吸附性载体上，得到散热件；然后将散热件设置于器件本体上；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。

上述自散热器件的制备方法也可以为将吸附性载体设置于器件本体上；然后将散热剂附着于吸附性载体上；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。

本发明中，上述吸附有散热剂的吸附性载体形成于器件本体表面，当器件本体发热时，位于器件本体表面的散热件能迅速将热量吸收，有效的降低了器件本体的温度，保证了器件本体的使用性能及安全性。

附图说明

图1是本发明提供的散热器件的俯视图。

图2是本发明提供的散热器件的剖视图。

其中，1、器件本体；2、散热件；3、导热胶层。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开的散热剂中，所述烷氧基叔胺具有的碳原子数为12-18，优选情况下，本发明中采用的烷氧基叔胺为碳原子数为12-18的乙氧基叔胺，具体的，所述烷氧基叔胺优选自乙氧基牛脂胺、乙氧基椰子胺、乙氧基醚胺、乙氧基丙烯二胺中的一种或多种。进一步优选的，烷氧基叔胺中烷氧基含量为2-10mol/mol。当烷氧基叔胺中烷氧基的含量在上述范围内时，对提高散热效果更有利。

上述各种烷氧基叔胺均可为化学领域公知的物质，可通过商购得到，例如所述乙氧基椰子胺又称乙氧基化椰子脂肪胺或椰子胺聚氧乙烯醚。为透明液体，在矿物油、苯、三缩四乙二醇中可形成透明溶液；在水中形成浑浊液。阳离子表面活性剂。所述乙氧基椰子胺在化学工业中通常用作起始原料，如制造染料和纺织品助剂、矿物油添加剂、杀虫剂、农药、化妆品基质或胶黏剂等。具体可由椰子胺与环氧乙烷加成制得。

本发明中，散热剂中的烷氧基叔胺的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以体积份数计，烷氧基叔胺的含量为0.02-2%，进一步优选为0.2-2%。可以理解，当采用的烷氧基叔胺包括以上各种物质中的多种时，上述含量为各种烷氧基叔胺的总量。

所述碳原子数为6-12的脂肪酸为现有技术中公知的，优选情况下，所述脂肪酸为壬酸和/或辛酸。正如本领域技术人员所知晓的，辛酸可以为正辛酸和/或异辛酸，本发明中采用正辛酸或异辛酸均可。同样的，壬酸采用正壬酸和/或异壬酸均可。上述辛酸或壬酸均可通过商购得到。

上述脂肪酸在散热剂中的含量同样可以在较大范围内变动，优选情况下，以体积份数计，脂肪酸的含量为0.005-0.71%，进一步优选为0.05-0.71%。同样的，当采用的脂肪酸包括以上各种物质中的多种时，上述含量为各种脂肪酸的总量。

本发明公开的散热剂中，采用的脂肪醇为碳原子数为7-12的脂肪醇，本领域通常理解为高级脂肪醇，本发明中，优选情况下，所述脂肪醇为辛醇和/或癸醇，如本领域知晓的，辛醇可以为正辛醇和/或异辛醇，癸醇可以为正癸醇和/或异癸醇。

上述脂肪醇在散热剂中的含量同样可以在较大范围内变动，优选情况下，以体积份数计，脂肪醇的含量为0.005-0.29%，进一步优选为0.05-0.29%。更优选情况下，所述脂肪醇包括正辛醇和正癸醇，以脂肪醇的体积为100份计，所述脂肪醇中正辛醇的含量为40-60%，正癸醇的含量为60-40%。同样的，当采用的脂肪醇包括以上各种物质中的多种时，上述含量为各种脂肪醇的总量。

同时，上述散热剂中还含有水，优选情况下，以体积份数计，水的含量为97-99.7%。

本发明公开的散热剂中，具有特定数量碳原子数的烷氧基叔胺、脂肪酸和脂肪醇使其具有一定的链段长度。当烷氧基叔胺、脂肪酸和脂肪醇分散于的水中时，能够将水分散成大量的小水滴，小水滴外部包裹着烷氧基叔胺、脂肪酸和脂肪醇分子，其有机链段伸向远离小水滴的方向，当该部分有机链段接触到热量时，能迅速将热量吸收并传递给小水滴，使小水滴可以达到汽化的状态，从而将有机链段上的热量带走。而外部包裹有有机分子的小水滴又分散于水中，当小水滴达到汽化的状态时，热量又被其他部分的水吸收，使即将汽化的小水滴回复到稳定的液态，而热量被迅速的带走。散热剂内部的这种循环的蒸发/冷凝状态变化过程吸收了大量的能量导致了快速的散热，从而能对器件本体进行快速的散热降温。

进一步的，所述散热剂中还包括低级醇，所述低级醇选自乙醇、丙醇或丁醇中的一种或多种；以散热剂的体积份数计，所述散热剂中低级醇的含量小于0.5%。通过添加散热剂一方面有利于散热剂中各组分的均匀分散，同时对提高热传导，提高散热效果非常有利。

对于本发明中采用的散热剂，优选情况下，其比重为0.98-1g/cm³，pH为6.9-7.1。当散热剂满足上述条件时，对提高散热剂在吸附性载体上的附着以及扩大其使用范围有利。

根据本发明，吸附性载体上的散热剂的含量在较大范围内变化时，均能保证其散热效果。优选情况下，所述吸附性载体上散热剂的含量为1.5-5g/cm³。当吸附性载体中的散热剂的含量在上述范围内时可使其散热效果更好，同时散热剂能吸附性载体上更稳定。

本发明公开的吸附性载体可以为现有技术中的各种具有吸附性的材料，优选情况下，所述吸附性载体为吸附性纤维布，例如可以为吸水纸或吸水棉，上述吸水纸或吸水棉均为吸附性植物纤维，能很好的保证散热剂在其中的分散附着。上述吸附性载体可通过商购得到。可以理解的，为了达到本发明的目的，本领域技术人员可采用与上述吸附性纤维布类似的其他材料。

对于吸附性载体，其厚度可以在较大范围内变动，优选情况下，所述吸附性载体的厚度为0.4-2mm。

进一步优选情况下，所述吸附性载体的面密度为77-87g/m²。发明人发现，当采用的吸附性载体的面密度在上述范围内并且吸附性载体上散热剂的含量为1.5-5g/cm³时，可更稳定的吸附散热剂，保证散热效果，同时，可有效的防止散热剂散热降温过程中的汽化，大大提高了散热件的使用寿命。

作为对本发明的进一步改进，本发明公开的自散热器件的吸附性载体和器件本体之间具有导热胶层。通过该导热胶层将散热件和器件本体牢固衔接，同时，该导热胶层的加入并不会导致散热性能的下降。

为了更好的保证散热效果，优选情况下，所述导热胶为玻璃纤维，其导热系数为1.2-1.4W/m-k。上述导热胶层只需将散热件器件本体粘结即可，对其厚度没有太大要求，优选情况下，所述导热胶层的厚度为0.05-0.4mm。上述导热胶可通过商购得到。

本发明公开的自散热器件覆盖范围非常广，其中器件本体可以为各种需要散热的器件，例如电池、线路板、LED灯等均可。

同时，本发明还公开了上述自散热器件的制备方法，包括将散热剂附着于吸附性载体上，得到散热件；然后将散热件设置于器件本体上；所述散热剂为前述的散热剂。

具体的，先根据吸附性载体的面积，获得一定的散热剂，然后将散热剂通过滴或浸的方法附着于吸附性载体上，形成散热件。其中，选用的吸附性载体和散热剂以及各种物质的用量如前所述，在此不再赘述。

然后将获得的散热件设置于器件本体上即可得到所述自散热器件。

进一步的，为了提高自散热器件的稳定性，还可在散热件和器件本体之间设置导热胶层，具体可以为：在器件本体上形成导热胶层，然后将散热件附着于导热胶层上。在器件本体上形成导热胶层的方法是公知的，如可以讲导热胶涂覆于器件本体上，或采用导热胶布，将导热胶布黏贴于器件本体上。

可以理解的，本领域技术人员还可以采用与上述类似的制备方法，例如：吸附性载体设置于器件本体上；然后将散热剂附着于吸附性载体上。所述将吸附性载体设置于器件本体上的方法和将散热剂附着于吸附性载体上的方法与前述方法相同。

同样，还可以在吸附性载体和器件本体之间设置导热胶层，具体方法如前所述。在器件本体上设置导热胶层后，将吸附性载体覆盖于导热胶层上，然后将散热剂吸附于吸附性载体上即可。

通过以上方法即可制备得到本发明公开的子散热器件，其具体结构如图1和图2所示。其中，作为器件本体的1表面附着有导热胶层3，导热胶层表面粘附有散热件2。器件本体1发热产生的热量经过导热胶层3传导至散热件2，由散热件2进行冷却散热。

可以理解的，上述结构的自散热器件为优选方式，根据本发明，导热胶层3也可以去除，即所述自散热器件只包括器件本体1以及位于其表面的散热件2。

对于上述自散热器件，优选情况下，散热件2面积小于器件本体1的表面积。进一步的，当含有导热胶层3时，导热胶层3的面积不小于散热件2的面积，且小于器件本体1的表面积。更优选为导热胶层3和散热件2的面积相等。

以下以锂离子二次电池作为器件本体，通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

将12g比重为0.9g/cm³，pH为7.2的散热剂（0.4体积份的乙氧基含量为2mol/mol的乙氧基牛脂胺、0.01体积份的正壬酸、0.29体积份的正辛醇以及99.3体积份的水）滴到尺寸为40×30×2mm的吸附性纤维布（面密度为77g/m²）上，得到散热件A1。

将电池以850mA恒电流充电至电压达到4.2V，然后以4.2V恒压充电，电流降为34mA时常规充电结束。搁置10min。

将散热件A1固定于上述电池的侧面，得到自散热器件S1。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

将8g比重为0.99g/cm³，pH为6.5的散热剂（0.04体积份的乙氧基含量为10mol/mol的乙氧基牛脂胺、0.66体积份的异辛酸、0.05体积份的异癸醇以及99.25体积份的水）滴到尺寸为75×70×1mm的吸附性纤维布（面密度为87g/m²）上，得到散热件A2。

将散热件A2固定于上述电池的侧面，得到自散热器件S2。

实施例3

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

将1.8g比重为1g/cm³，pH为7的散热剂（1体积份的乙氧基含量为4mol/mol的乙氧基椰子胺、0.6体积份的正壬酸、0.2体积份的正辛醇、0.2体积份的异丁醇以及98体积份的水）滴到尺寸为40×30×0.5mm的吸附性纤维布（面密度为80g/m²）上，得到散热件A3。

将散热件A3固定于上述电池的侧面，得到自散热器件S3。

实施例4

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

在电池表面粘附尺寸为40×30×0.4mm的导热胶层（导热系数为1.3W/m-k的玻璃纤维），然后将尺寸为40×30×0.5mm的吸附性纤维布（面密度为80g/m²）粘附到导热胶层上。

再将2.4g比重为1g/cm³，pH为7的散热剂（2体积份的乙氧基含量为6mol/mol的乙氧基椰子胺、0.6体积份的正壬酸、0.1体积份的正辛醇、0.1体积份的正癸醇、0.2体积份的乙醇以及97体积份的水）滴到吸附性纤维布上，得到自散热器件S4。

实施例5

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

在电池表面粘附尺寸为40×30×0.2mm的导热胶层（导热系数为1.3W/m-k的玻璃纤维），然后将尺寸为40×30×0.5mm的吸附性纤维布（面密度为80g/m²）粘附到导热胶层上。

再将3g比重为1g/cm³，pH为7的散热剂（2体积份的乙氧基含量为6mol/mol的乙氧基牛脂胺、0.6体积份的正壬酸、0.2体积份的正辛醇、0.2体积份的异丙醇以及97体积份的水）滴到吸附性纤维布上，得到自散热器件S5。

实施例6

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

采用与实施例5相同的方法制备自散热器件，不同的是，采用的吸附性纤维布的面密度为50g/m²，得到自散热器件S6。

实施例7

本实施例用于说明本发明公开的自散热器件及其制备方法。

采用与实施例5相同的方法制备自散热器件，不同的是，吸附性纤维布上散热剂的含量为5g，得到自散热器件S7。

对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的自散热器件。

分别将3个电池以850mA恒电流充电至电压达到4.2V，然后以4.2V恒压充电，电流降为34mA时常规充电结束。搁置10min。作为器件D1、D2和D3。

散热性能测试

对上述制备得到的自散热器件S1-S7以及D1-D3进行过充测试，测试方法如下：

在温度为15-35℃、相对湿度为45-85%、大气压力为86-106kPa的环境条件下，对上述自散热器件进行过充安全性测试。测试方法如下：

将恒流恒压源的输出电流调至过充测试的电流值3.4A、输出电压调至5V。

用高温胶布将温度计的热电偶探头固定在器件本体（电池）未附着散热件一侧的中间处，将自散热器件表面均匀包裹一层疏松的厚约12毫米的石棉并在包裹时将石棉压紧至6-7毫米厚，然后关闭恒流恒压源的电源，用导线连接好被测试器件本体（电池）、万用表以及恒流恒压源，放至安全柜中。

打开恒流恒压源的电源，同时计时，对电池进行过充电；记录器件本体（电池）的温度和时间（每10-30S记录一次温度），同时观察电池是否发生裂口、漏液、冒烟、爆炸、起火现象。

当充电电流降至接近34mA，或当温度降至比峰值低10℃，或发生爆炸起火等现象结束时，测试结束，以上述三种情况中最先发生的为准。

得到的测试结果填入表1。

表1

样品	温度峰值时间/min	峰值温度/℃	停止温度/℃	停止时间/min	是否爆炸
						S1	39	35.3	30.3	65	否
S2	38	35.7	29	62	否
						S3	30	26.9	26.5	60	否
S4	76	26.4	25.9	140	否
						S5	71	25.1	20.4	182	否
S6	79	32.4	27	130	否
						S7	77	30.9	25	132	否
D1	69	118.9	/	69	是
						D2	75	127.2	/	75	是
D3	67	120.5	/	67	是

从表1的测试结果可以看出， D1-D3在上述5V电压过充条件下，会持续升温，并在温度分别到达118.9℃、127.2℃和120.5℃时，发生爆炸。而如S1-S7的测试结果可以看出，本发明公开的自散热器件中，作为器件本体的电池在过充条件下，电池温度并未发生明显变化，其中以S2的温度最高，为35.7℃，但该温度对于锂离子二次电池而言，属于比较安全的范围。

对比S1、S2和S3的测试结果可知，当散热剂中含有碳原子数不大于4的低级醇时，对提高散热效果十分有利。

同时，对比S5、S6和S7的测试结果可以看出，当采用的吸附性载体的面密度在77-87g/m²内并且吸附性载体上散热剂的含量为1.5-5g/cm³时，可更稳定的吸附散热剂，使散热效果更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自散热器件，其特征在于，包括器件本体和位于器件本体上的散热件，所述散热件包括位于器件本体上的吸附性载体以及吸附于所述吸附性载体上的散热剂；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。

2.根据权利要求1所述的自散热器件，其特征在于，所述散热剂中，以体积份数计，烷氧基叔胺的含量为0.2-2%，脂肪酸的含量为0.05-0.71%，脂肪醇的含量为0.05-0.29%，水的含量为97-99.7%。

3.根据权利要求1或2所述的自散热器件，其特征在于，所述烷氧基叔胺选自乙氧基牛脂胺、乙氧基椰子胺、乙氧基醚胺、乙氧基丙烯二胺中的一种或多种，所述脂肪酸为壬酸和/或辛酸，所述脂肪醇为辛醇和/或癸醇。

4.根据权利要求3所述的自散热器件，其特征在于，烷氧基叔胺中烷氧基含量为2-10mol/mol。

5.根据权利要求3所述的自散热器件，其特征在于，以脂肪醇的体积份数计，所述正辛醇的含量为40-60%，正癸醇的含量为60-40%。

6.根据权利要求1或2所述的自散热器件，其特征在于，所述散热剂中还包括低级醇，所述低级醇选自乙醇、丙醇或丁醇中的一种或多种；以体积份数计，所述散热剂中低级醇的含量小于0.5%。

7.根据权利要求1或2所述的自散热器件，其特征在于，所述散热剂的比重为0.98-1g/cm³，pH为6.9-7.1。

8.根据权利要求1所述的自散热器件，其特征在于，所述吸附性载体上散热剂的含量为1.5-5g/cm³。

9.根据权利要求1、2或8中任意一项所述的自散热器件，其特征在于，吸附性载体为吸附性纤维布，其面密度为77-87g/m²。

10.根据权利要求9所述的自散热器件，其特征在于，所述吸附性载体的厚度为0.4-2mm。

11.根据权利要求1所述的自散热器件，其特征在于，所述吸附性载体和器件本体之间具有导热胶层。

12.根据权利要求11所述的自散热器件，其特征在于，所述导热胶为玻璃纤维，其导热系数为1.2-1.4W/m-k。

13.根据权利要求11或12所述的自散热器件，其特征在于，所述导热胶层的厚度为0.05-0.4mm。

14.根据权利要求1所述的自散热器件，其特征在于，所述器件本体为电池、线路板、LED灯中的一种。

15.如权利要求1-14中任意一项所述的自散热器件的制备方法，包括将散热剂附着于吸附性载体上，得到散热件；然后将散热件设置于器件本体上；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，在器件本体上形成导热胶层，然后将散热件附着于导热胶层上。

17.如权利要求1-14中任意一项所述的自散热器件的制备方法，包括将吸附性载体设置于器件本体上；然后将散热剂附着于吸附性载体上；所述散热剂包括碳原子数为12-18的烷氧基叔胺、碳原子数为6-12的脂肪酸、碳原子数为7-12的脂肪醇和水。

18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在器件本体上形成导热胶层，然后将吸附性载体附着于导热胶层上。