CN103081582A - 散热筐体、使用它的锂电池组及半导电性散热用胶带 - Google Patents

散热筐体、使用它的锂电池组及半导电性散热用胶带 Download PDF

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Abstract

本发明的散热筐体(1)具有：金属制的筐体主体(11)；和第1半导电性散热用胶带(12)，粘贴在筐体主体(11)的内壁的至少一部分上，第1半导电性散热用胶带(12)包括：含有炭黑的氟树脂基材(13)；和形成在氟树脂基材(13)上的粘合剂层(14)。

Description

散热筐体、使用它的锂电池组及半导电性散热用胶带
技术领域
本发明涉及一种适于收容发热体的散热筐体、使用了该散热筐体的锂电池组、以及半导电性散热用胶带。
背景技术
对烧制堇青石或沸石而成的板实施了镀铜的散热膜，具有较高的辐射率及导热率。因此，一直以来，该散热膜粘合到搭载了电子配件的基板及包围该基板的筐体等上，而起到将电子配件产生的热散到外部的作用。
并且，作为利用了基于热辐射的散热机构的其他例子，专利文献1公开了以下技术：在电池等电化学元件上，形成以无机氧化物及/或硅酸盐化合物的粒子为主要成分的被覆层，通过该被覆层的热辐射功能，使电化学元件产生的热散到外部。
但是，因筐体内收容的锂电池等的大型化，筐体内的温度上升变得更加剧烈。因此，对于现有的散热膜及专利文献1中提案的散热机构，要求更强的散热/冷却效果。因此，为了抑制筐体内的温度上升，提出了各种散热/冷却结构及方法的方案。例如，在专利文献2中提出了如下电池组：将有冷却介质流通的中空体设置在筐体内，通过该冷却介质使筐体内冷却。在专利文献3中提出了如下结构：在筐体内所收容的电池上形成导热性的薄片(tab)，通过该薄片使筐体内的热散到外部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-87875号公报
专利文献2：日本特开2009-54297号公报
专利文献3：日本特开2010-108932号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献2及3所提出的散热/冷却结构中，需要在筐体内部设置中空体、或在电极上设置薄片，较为大型。因此，为进一步提高散热/冷却效率而加强系统时，在筐体内部需要更大的空间，所以存在当空间受到制约时无法对应的问题。
本发明的目的在于，不采用专利文献2及3所提出的大型结构，而更为简便地提供可实现更高的散热/冷却效果的筐体。进一步，本发明的目的在于提供利用了这种筐体的锂电池组。进一步，本发明的目的在于提供易于实现这种筐体的散热用胶带。
用于解决问题的手段
本发明提供一种散热筐体，具有：金属制的筐体主体；和第1半导电性散热用胶带，粘贴在上述筐体主体的内壁的至少一部分上，上述第1半导电性散热用胶带包括：含有炭黑的氟树脂基材；和形成在上述氟树脂基材上的粘合剂层。
进一步，本发明提供一种锂电池组，具有：锂单电池或将多个锂单电池彼此连接而成的组电池；和上述本发明的散热筐体，在内部收容上述锂单电池或上述组电池。
进一步，本发明提供一种半导电性散热用胶带，包括：含有炭黑的氟树脂基材；和形成在上述氟树脂基材上的粘合剂层，上述氟树脂基材的波长2μm～14μm下的总辐射率为0.9以上，上述氟树脂基材的表面电阻率在1×102～1×106Ω/□的范围内。
发明效果
本发明的散热筐体上设置的第1半导电性散热用胶带包括含有炭黑的氟树脂基材，具有较高的热辐射性。因此，在筐体内收容了电池等发热体时，粘贴在筐体主体的内壁的第1半导电性散热用胶带可高效吸收从高温的发热体辐射的热。被第1半导电性散热用胶带吸收的热传导到整个金属制的筐体主体，从整个筐体主体有效地散发到外部。因此，根据本发明的散热筐体，虽然是仅将第1半导电性散热用胶带粘贴到筐体主体的内壁的简单结构，仍可实现很强的散热/冷却效果。
本发明的锂电池组具有本发明的散热筐体。本发明的散热筐体如上所述，可实现很强的散热/冷却效果。因此，本发明的锂电池组在收容的锂单电池或组电池的发热量增大的情况下，也可高效向外部散热，因此可抑制因筐体内的温度上升造成的电池破坏等问题。
根据本发明的半导电性散热用胶带，通过将该胶带粘贴到想要提高散热性的筐体等配件上这一简单的方法，即可提高该配件的散热性，并可赋予半导电性。进一步，本发明的半导电性散热用胶带对具有复杂形状的配件也可适应该配件的形状来粘贴，因此无需赋形加工等，处理性极佳。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的散热筐体的一个构成例的剖视图。
图2是表示本发明实施方式1的散热筐体的其他构成例的剖视图。
图3A是表示本发明实施方式2的锂电池组的构成的示意立体图。
图3B是图3A的I-I剖视图。
图4A是实施例1的评估装置的示意图。
图4B是实施例2的评估装置的示意图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。此外，以下的记载不用于限定本发明。
(实施方式1)
如图1所示，本实施方式的散热筐体1具有：筐体主体11；和半导电性散热用胶带(第1半导电性散热用胶带)12，粘贴在筐体主体11的内壁的至少一部分上。散热筐体1在内部收容电池等发热体15。
筐体主体11是金属制的，例如优选使用由铝构成的筐体。
半导电性散热用胶带12包括：含有炭黑的氟树脂基材13；和形成在氟树脂基材13上的粘合剂层14。该半导电性散热用胶带12通过粘合剂层14粘贴在筐体主体11的内壁上。
氟树脂基材13含有炭黑，因此具有较高热辐射性。因此，氟树脂基材13可通过辐射传热而高效地接收并吸收从高温的发热体15散出的热。被氟树脂基材13吸收的热传导到整个金属制的筐体主体11，从整个筐体11散发到外部。为了更加高效地接收从发热体15辐射的热，氟树脂基材13优选在波长2μm～14μm下具有0.9以上的总辐射率。
氟树脂基材13通过将炭黑与氟树脂粒子混合并分散、并进行压延而制造。可使用各种氟树脂，但作为氟树脂粒子优选使用聚四氟乙烯(PTFE)。这是因为，基材表面的摩擦系数会变得非常低，因此在处于相对其他部件滑动的情况下时，也可充分抑制基材的磨损。并且，PTFE在耐药性及耐候性等方面也较为优异，因此在确保产品的长期可靠性方面非常优选。
氟树脂基材13中含有的炭黑只要是具有半导电性、导热率大、分散性强的材料即可，无特别限定。因含有炭黑，可对氟树脂基材13赋予半导电性。由于该半导电性，可将适用散热筐体1的产品的制造工艺中的配件之间的摩擦造成的带电电荷，经由散热筐体1除去。因此，例如在将散热筐体1适用于精密配件时，可缓解因该精密配件制造时的带电所引起的短路及噪声的产生，还会获得能够降低易着火的配件存在于周围时的火灾发生风险的效果。尤其是，当内部收容的发热体15是锂电池时，由于赋予氟树脂基材13的半导电性，不会出现组装时的充电，难以产生锂电池的破坏。并且，在将散热筐体1用于精密配件时，因半导电性所形成的防静电干扰效果，可防止灰尘、尘埃等的混入。为充分获得该效果，氟树脂基材13优选具有1×102～1×106Ω/□的表面电阻率。
氟树脂基材13中的炭黑的填充量，相对于100重量份氟树脂优选为1重量份以上50重量份以下。更优选为1重量份以上30重量份以下。当小于1重量份时，会产生氟树脂基材13的半导电性及导热率过低的情况。当超过50重量份时，会产生氟树脂基材13的机械强度过低的情况。
作为本实施方式中的氟树脂基材13，例如优选使用ニトフロン(注册商标)NO.903SC(日東電工制造)。
粘合剂层14可使用公知的丙烯酸类粘合剂或有机硅类粘合剂。丙烯酸类粘合剂适于较低温的用途。有机硅类粘合剂具有良好的耐寒性及耐热性，适于在比丙烯酸类粘合剂低温的区域及高温的区域中使用。
半导电性散热用胶带12的粘贴位置没有特别限定，为易于受热优选是和发热体15相对的位置。并且，半导电性散热用胶带12的面积也无特别限定，考虑到受热效果，优选较大的面积。
在图1所示的散热筐体1中，仅在筐体主体11的内壁粘贴半导电性散热用胶带12，但也可以如图2所示的散热筐体2那样，在筐体主体11的外壁的至少一部分上进一步粘贴半导电性散热用胶带(第2半导电性散热用胶带)21。半导电性散热用胶带21优选配置在夹着筐体主体11而与半导电性散热用胶带12相对的位置上，以使热易于从半导电性散热用胶带12传导。与半导电性散热用胶带12同样地，半导电性散热用胶带21包括：含有炭黑的氟树脂基材22；和形成在氟树脂基材22上的粘合剂层23。氟树脂基材22及粘合剂层23分别和氟树脂基材13及粘合剂层14相同，因此省略详细说明。
通过在筐体主体11的外壁进一步粘贴半导电性散热用胶带21，会进一步增加半导电性散热用胶带21的热辐射所形成的散热效果，因此可获得更好的散热/冷却效果。
(实施方式2)
图3A表示本实施方式的锂电池组3的示意图，图3B表示图3A的I-I剖视图。本实施方式的锂电池组3具有：多个锂单电池31彼此连接而成的组电池32；和在内部收容组电池32的散热筐体1。
这里的锂单电池31可以是锂一次电池，也可是锂离子二次电池。此外在本实施方式中，单电池31的形状是扁平方形，但不限于此，也可是具有其他形状的锂单电池。进一步，多个单电池31的排列方法也不限于图3A及图3B所示的排列方法。多个锂单电池31可根据用途从串联及并联中适当选择并彼此连接即可。此外，在本实施方式中，对在散热筐体内部收容有组电池的电池组加以说明，但也可替代组电池，而单独收容锂单电池。
本实施方式的锂电池组3使用实施方式1中说明的散热筐体1，因此可将来自锂单电池31的热高效地散到外部。因此，可抑制因筐体内的温度上升造成的电池破坏等问题。并且，如在实施方式1中所说明的，由于对氟树脂基材13赋予的半导电性，不再有组装时的充电，也可获得难以产生锂电池的破坏的效果。进一步，将锂电池组3用于精密配件时，因半导电性所形成的防静电干扰效果，还可获得可防止灰尘及尘埃等混入的效果。
实施例
接着使用实施例对本发明的散热筐体进行具体说明。此外，本发明不受下述实施例的任何限定。
(实施例1)
准备如图4A所示的、具有宽100mm、进深100mm、高42mm的外形的、底面开口的铝筐体41(导热率140W/mK、波长2μm～14μm下的总辐射率为0.03)。铝筐体41的内部尺寸是，宽80mm、进深80mm、高40mm。在铝筐体41的顶部内壁，作为第1半导电性散热用胶带，粘贴80mm×80mm的ニトフロン(注册商标)NO.903SC(日東電工制造)42。即，在本实施例中，在筐体主体的顶部内壁整个面上粘贴半导电性散热用胶带。此外，ニトフロン(注册商标)NO.903SC(日東電工制造)的导热率为1.28W/mK(测定装置：“LFA447NanoFlash(注册商标)”，NETZSCH公司制造)，厚0.11mm，表面电阻率为1.98×104Ω/□(试验方法：基于JIS K7194)，波长2μm～14μm下的总辐射率为0.952。在隔热材料43上设置加热器44作为发热体，用铝筐体41包围加热器44，制造出图4A所示的测定装置。使加热器44的输出为20W，通过设置在距隔热材料43的表面高20mm的位置上的热电对45，测定筐体内部的空间温度。筐体内部的空间温度是157.25℃。
并且，仅将第1半导电性散热用胶带的尺寸变更为40mm×40mm、60mm×60mm时，也进行了同样的测定，分别是164.55℃、161.95℃。根据实施例1中的这些结果可知，半导电性散热用胶带的面积越大，散热效果越强。
(实施例2)
如图4B所示，在铝筐体41的顶部外壁上，作为第2半导电性散热用胶带，粘贴80mm×80mm的ニトフロン(注册商标)NO.903SC(日東電工制造)46。除了粘贴第2半导电性散热用胶带这一点以外，通过和在实施例1中使第1半导电性散热用胶带的尺寸为80mm×80mm时同样的方法，进行空间温度的测定。实施例2中的筐体内部的空间温度是152.41℃，和仅在内壁粘贴半导电性散热用胶带的实施例1相比，获得更强的散热效果。
并且，对第1半导电性散热用胶带的尺寸为40mm×40mm的实施例1的测定装置进一步设置尺寸40mm×40mm的第2半导电性散热用胶带的结构，及对第1半导电性散热用胶带的尺寸为60mm×60mm的实施例1的测定装置进一步设置尺寸60mm×60mm的第2半导电性散热用胶带的结构，进行同样的测定，其空间温度分别是161.32℃、159.49℃。根据这些结果可知，和实施例1一样，半导电性散热用胶带的面积越大，散热效果越强。
(比较例1)
除了不粘贴半导电性散热用胶带这一点以外，其构成和实施例1的测定装置相同，以同样的方法进行空间温度的测定。空间温度是173.20℃。
(比较例2)
将半导电性散热用胶带不粘贴到铝筐体41的顶部内壁，仅粘贴到顶部外壁。除这一点以外，其构成和实施例2的测定装置相同，以同样的方法进行空间温度的测定。空间温度是171.94℃。
实施例1及2的散热筐体和比较例1的未设置半导电性散热用胶带的筐体相比，空间温度大幅下降，可获得更强的散热效果。进一步，通过实施例1和比较例2的比较可知，在筐体主体的内壁粘贴半导电性散热用胶带时，和粘贴到筐体主体的外壁相比，可获得更强的散热效果。可以认为这是因为，通过将半导电性散热用胶带粘贴到筐体主体的内壁，从高温的发热体辐射的热通过辐射传热而有效地被半导电性散热用胶带吸收，进一步传导到整个铝筐体而放散到外部，可实现高效的散热系统。
并且，仅在筐体主体的内壁粘贴半导电性散热用胶带的实施例1的空间温度、与在筐体主体的内壁及外壁粘贴半导电性散热用胶带的实施例2的空间温度的差((实施例1的空间温度)-(实施例2的空间温度))约为5℃。另一方面，未粘贴半导电性散热用胶带的比较例1的空间温度、与仅在筐体主体的外壁粘贴半导电性散热用胶带的比较例2的空间温度的差((比较例1的空间温度)-(比较例2的空间温度))约为1℃。由该结果可知，通过在筐体主体的外壁粘贴半导电性散热用胶带而获得的散热效果，和在筐体主体的内壁粘贴半导电性散热用胶带的结构组合的情况下，与仅在外壁单独设置半导电性散热用胶带时相比，大幅度增强。
产业利用性
本发明的散热筐体虽然结构简单，但可获得很强的冷却/散热效果，因此优选用作在内部收容电池等发热体的筐体。

Claims (10)

1.一种散热筐体，
具有：金属制的筐体主体；和
第1半导电性散热用胶带，粘贴在上述筐体主体的内壁的至少一部分上，
上述第1半导电性散热用胶带包括：含有炭黑的氟树脂基材；和形成在上述氟树脂基材上的粘合剂层。
2.根据权利要求1所述的散热筐体，其中，
在上述第1半导电性散热用胶带中，上述氟树脂基材的波长2μm～14μm下的总辐射率为0.9以上，上述氟树脂基材的表面电阻率在1×102～1×106Ω/□的范围内。
3.根据权利要求1所述的散热筐体，其中，
还具有第2半导电性散热用胶带，其粘贴在上述筐体主体的外壁的至少一部分上，
上述第2半导电性散热用胶带包括：含有炭黑的氟树脂基材；和形成在上述氟树脂基材上的粘合剂层。
4.根据权利要求3所述的散热筐体，其中，
上述第2半导电性散热用胶带配置在夹着上述筐体主体而与上述第1半导电性散热用胶带相对的位置上。
5.根据权利要求3所述的散热筐体，其中，
在上述第2半导电性散热用胶带中，上述氟树脂基材的波长2μm～14μm下的总辐射率为0.9以上，上述氟树脂基材的表面电阻率在1×102～1×106Ω/□的范围内。
6.根据权利要求1所述的散热筐体，其中，
上述第1半导电性散热用胶带中的上述粘合剂层由丙烯酸类粘合剂或有机硅类粘合剂构成。
7.根据权利要求3所述的散热筐体，其中，
上述第2半导电性散热用胶带中的上述粘合剂层由丙烯酸类粘合剂或有机硅类粘合剂构成。
8.一种锂电池组，具有：
锂单电池或将多个锂单电池彼此连接而成的组电池；和
权利要求1所述的散热筐体，在内部收容上述锂单电池或上述组电池。
9.一种半导电性散热用胶带，
包括：含有炭黑的氟树脂基材；和形成在上述氟树脂基材上的粘合剂层，
上述氟树脂基材的波长2μm～14μm下的总辐射率为0.9以上，上述氟树脂基材的表面电阻率在1×102～1×106Ω/□的范围内。
10.根据权利要求9所述的半导电性散热用胶带，其中，
上述粘合剂层由丙烯酸类粘合剂或有机硅类粘合剂构成。
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