CN105305645B - 用于无线充电的复合板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在此公开一种用于无线充电的复合板及其制造方法，通过使用具有高的热导率的材料涂覆复合板中使用的板型软磁金属粉末来获得所述用于无线充电的复合板，以增大复合板的沿水平方向的热导率。

Description

用于无线充电的复合板及其制造方法
本申请要求于2014年7月8日提交的题为“Composite Sheet for WirelessCharging and Manufacturing Method Thereof(用于无线充电的复合板及其制造方法)”的第10-2014-0085184号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种用于无线充电的复合板及其制造方法。
背景技术
近些年，随着通过智能电话和个人数字助理(PDA)观看视频和TV的迅速增长，已经需要具有较高容量的电池。为此，已经不断地研究并发展各种充电装置和相关方法。
为了对电池进行充电，通常使用电池与充电器彼此电接触的接触式充电方式。接触式充电方式是一种使电力接收装置(电子装置)的电极和电力供应装置的电极彼此直接地接触并进行充电的方式，接触式充电方式由于结构简单，已经用在宽范围的应用领域中。
然而，随着电子装置的小型化和轻量化，各种电子装置具有减小的重量，由于电力接收装置的电极与电力供应装置的电极之间接触压力的不足，而导致出现充电故障。因此，使用电磁耦合而非电接触来对电池进行充电的非接触式充电方式(无线充电方式)受到了关注。
非接触式充电方式是一种通过在电力接收装置和电力供应装置的两侧安装线圈使用电磁感应进行充电的方式，其中，一次线圈(发送器线圈)设置在充电器中，二次线圈(接收器线圈)设置在将被充电的目标中，一次线圈与二次线圈之间的感应耦合产生的电流被转换成能量，以对电池进行充电。
这里，复合板设置在接收器线圈与电池之间，复合板需要阻止从接收器线圈产生的磁场到达电池，并且当将要进行充电的目标与充电器之间的布置发生偏离时，沿水平方向有效地散发来自接收器线圈的热。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]第10-2014-0015606号韩国专利特许公开
发明内容
本公开的目的是提供一种复合板，所述复合板通过使用具有高的热导率的材料涂覆复合板中使用的板型软磁金属粉末，以增大位于接收器线圈与电池之间的复合板的沿水平方向的热导率，从而沿水平方向有效地散热，以防止热传导到电池。
具体地讲，本公开提供一种用于无线充电的复合板，所述用于无线充电的复合板通过使用具有高的热导率的材料涂覆分散在复合板中的板型软磁金属粉末，从而能够沿水平方向有效地散热，以防止热传导到电池。
根据本公开的示例性实施例，提供了一种用于无线充电的复合板，所述用于无线充电的复合板可包括：树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上。
所述板型金属填充剂可具有包括板型软磁金属核以及形成在软磁金属核的外周表面上的碳涂覆层的核壳结构。软磁金属核可呈板形。
所述软磁金属核可以是包括铁(Fe)、硅(Si)和铝(Al)的铁硅铝类合金，所述软磁金属核可完全地或部分地覆盖有碳涂层。
由软磁金属核和碳涂层构成的板形金属填充剂可沿横向方向设置在树脂填充剂复合层中，从接收器线圈传递到用于无线充电的复合板的热沿板型金属填充剂之间的接触点传导，以沿水平方向排放(被排放至外部)。
所述树脂可以是从由橡胶类材料、塑料类材料和聚乙烯醇缩丁醛类材料组成的组中选择的任意一种。所述导热阻止层可以由与树脂填充剂复合层的树脂相同的材料形成，板形金属填充剂未分散在树脂中。所述导热阻止层可通过向树脂中添加分散剂和添加剂来获得，所述导热阻止层可具有与以树脂填充剂复合层的厚度为基准的2％至10％对应的厚度。
根据本公开的另一示例性实施例，提供了一种用于无线充电的复合板的制造方法，所述制造方法可包括：制备导热阻止层和板型软磁金属粉末；在板型软磁金属粉末上形成碳涂层；通过将形成有碳涂层的板型软磁金属粉末分散在树脂中来制造树脂填充剂复合层；堆叠导热阻止层和树脂填充剂复合层并对导热阻止层和树脂填充剂复合层进行压制。
可通过辊涂法或刮刀法制造导热阻止层。所述板型软磁金属粉末可以是包括铁(Fe)、硅(Si)和铝(Al)的铁硅铝类合金，可通过使软磁金属粉末与尺寸比软磁金属粉末的尺寸大的球一起执行球磨工艺来制造板型软磁金属粉末。
所述碳涂层可具有与以板型软磁金属粉末的量为基准的5wt％至7wt％对应的碳涂覆量，所述板型软磁金属粉末可完全地或部分地覆盖有碳涂层。可将形成有碳涂层的板型软磁金属粉末沿横向方向设置在树脂填充剂复合层中。
附图说明
图1是常规的非接触式充电系统的外观透视图。
图2是图1的主要内部组件的分解截面图。
图3是根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板的放大、剖视图。
图4示出了根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板中的热流。
图5是根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板的制造方法的工艺流程图。
具体实施方式
通过下面参照附图进行的示例性实施例的描述，本公开的各种优点和特征以及实现本公开的方法将变得明显。然而，本公开可按照许多不同的形式实施，并且其不应局限于在此阐述的示例性实施例。可提供这些示例性实施例，以使本公开将是彻底的和完整的，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。在整个描述中相同的标号指示相同的元件。
在本说明书中使用的术语用于解释实施例，而非限制本公开。除非明确地描述为与之相反，否则在本说明书中单数形式也包括复数形式。在本说明书中使用的术语“包含”和/或“包括”将被理解为意指包括所述组件、步骤、操作和元件，但不排除任何其它组件、步骤、操作和元件。
用于无线充电的复合板的结构
根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板包括：树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，其中，板型金属填充剂具有包括板型软磁金属核和碳涂层壳的核壳结构。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的构造和功能效果。
图1是常规的非接触式充电系统的外观透视图，图2是图1的主要内部组件的分解截面图。另外，附图中的元件不必按比例绘制，例如，为了理解本公开，与其它元件相比，可夸大附图中一些元件的尺寸。
参照图1和图2，常规的非接触式充电系统100可包括无线电力发送装置110和无线电力接收装置120。
无线电力发送装置110是在周围产生磁场的系统，无线电力接收装置120是按照电磁感应方式进行充电的系统，并可以是诸如移动电话、膝上型电脑、平板个人计算机(PC)等的各种电子装置。
在无线电力发送装置110中，发送器线圈111形成在基板112上，当将交流电压施加到无线电力发送装置110时，磁场在发送器线圈111周围形成。因此，从嵌在无线电力接收装置120中的接收器线圈121产生由发送器线圈111感应的电动势，从而可对电池122进行充电。
电池122可以是能够进行充电或放电的镍氢电池或者可以是锂离子电池。然而，本公开不具体局限于此。另外，电池122可构造为与无线电力接收装置120分离，并可按照电池122可附着到无线电力接收装置120或者可从无线电力接收装置120拆卸的移动式来实现，或者可按照电池122与无线电力接收装置120一体的一体式来实现。
彼此电磁耦合的发送器线圈111和接收器线圈121可通过缠绕金属线(诸如铜等)来形成，绕线的形状可以是圆形、椭圆形、正方形、菱形等，可根据所需要的特性通过正确地控制来设置绕线的总尺寸和数量。
复合板123可设置在接收器线圈121与电池122之间。
图3是根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板的放大、剖视图，图4示出了根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板中的热流。
参照图2至图4，复合板123位于接收器线圈121与电池122之间，并阻止由接收器线圈121产生的磁场到达电池122。另外，复合板123吸收从接收器线圈121产生的热，并使热沿水平方向迅速地散开，从而防止热传导到电池122。
复合板123可包括树脂填充剂复合层123a和导热阻止层123b。导热阻止层123b形成在树脂填充剂复合层123a上，并可具有与以树脂填充剂复合层123a的厚度为基准的2％至10％对应的厚度。
导热阻止层123b可以由聚合树脂150形成，根据用途，可选择性地使用橡胶类材料(例如，丁腈橡胶(NBR))、塑料类材料(例如，聚乙烯(PE))和聚乙烯醇缩丁醛类材料(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB))。另外，导热阻止层123b由与金属相比具有相对低的热导率的树脂150形成，以防止热传导到电池122。
形成导热阻止层123b的树脂150可以是与树脂填充剂复合层123a的树脂140相同的材料，板型金属填充剂130未分散在树脂150中。
树脂填充剂复合层123a可由板型金属填充剂130以及用作粘结剂的树脂140构成，板型金属填充剂130具有包括板型软磁金属核131和碳涂层132的核壳结构。可通过在板型软磁金属核131上形成热导率比板型软磁金属核131的热导率高的碳涂层132来制备板型金属填充剂130。
由于碳涂层132的热导率比板型软磁金属核131的热导率高，因此当在板型软磁金属核131的表面上形成碳涂层132时，可沿水平方向更有效地散热。
另外，如图3所示，碳涂层132不必完全涂覆在板型软磁金属核131的表面上，因此，板型软磁金属核131可部分地覆盖有碳涂层132。
可使用铁硅铝类合金(铁(Fe)、硅(Si)和铝(Al)的合金)作为板型软磁金属核131。铁硅铝类合金是具有81％至92％的铁、5％至11％的硅和3％至8％的铝的合金，铁硅铝类合金具有相对高的磁导率和低的涡流损耗，从而其适合作为板型软磁金属核131的材料。
同时，碳具有良好的导热性和相对低的导电性，并且比银(Ag)、铜(Cu)等便宜，使得可更少地产生涡电流，从而碳适合作为板型软磁金属核131的涂覆材料。
碳涂覆的板型金属填充剂130沿横向方向设置在树脂填充剂复合层123a中，板型金属填充剂130之间的接触点沿横向方向形成，从而可沿水平方向有效地散发从接收器线圈121产生的热(如图4所示)。
用于无线充电的复合板的制造方法
图5是根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板的制造方法的工艺流程图。
参照图2至图5，根据本公开的示例性实施例的用于无线充电的复合板的制造方法可被构成如下。用于无线充电的复合板的制造方法可包括：制备导热阻止层S510；制备板型软磁金属粉末S520，该步骤是与制备导热阻止层的步骤S510独立的步骤；在板型软磁金属粉末上形成碳涂层S530；通过将形成有碳涂层的板型软磁金属粉末分散在树脂中，来制造树脂填充剂复合层S540；堆叠导热阻止层和树脂填充剂复合层并对其进行压制S550。
在制备导热阻止层123b的步骤中，将聚合树脂150用作导热阻止层123b的主要成分，根据用途，可从由橡胶类材料(例如，丁腈橡胶(NBR))、塑料类材料(例如，聚乙烯(PE))和聚乙烯醇缩丁醛类材料(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB))组成的组中选择聚合树脂150。
可通过辊涂法或刮刀法形成导热阻止层123b，不向导热阻止层123b中添加导热材料(诸如板型软磁金属粉末131)。
因此，导热阻止层123b具有相对低的热导率以阻止从接收器线圈121传递至复合板123的热传导到电池122。
在制备好导热阻止层123b之后，执行制备用于树脂填充剂复合层123a的板型软磁金属粉末131的步骤，该步骤是与制备导热阻止层123b的步骤独立的步骤。可使用铁硅铝类合金(铁(Fe)、硅(Si)和铝(Al)的合金)作为板型软磁金属粉末131。铁硅铝类合金是具有81％至92％的铁、5％至11％的硅和3％至8％的铝的合金，铁硅铝类合金具有相对高的磁导率和相对低的涡流损耗，从而其适合作为板型软磁金属核131的材料。
为了将板型软磁金属粉末制备成板形，可使软磁金属粉末与尺寸比软磁金属粉末的尺寸大的球(氧化锆、氮化硅(SiN)等)一起执行球磨工艺。在球磨工艺过程中，可通过按照一致的旋转使球与软磁金属粉末彼此不断地接触来形成呈板形的软磁金属粉末131。
在制备好板型软磁金属粉末131之后，执行在板型软磁金属粉末131的表面上形成碳涂层132的步骤。
碳具有良好的导热性和相对低的导电性，并且比银(Ag)、铜(Cu)等便宜，使得可更少地产生涡电流，从而碳适合作为板型软磁金属粉末131的涂覆材料。
在板型软磁金属粉末131的表面上形成碳涂层132的方法如下所述。将能够与板型软磁金属粉末131良好地结合的碳氢化合物类树脂(诸如具有官能团(-S、-OH、-COOH、-NH等)的炭黑)添加到具有相同的量或更多的量的板型软磁金属粉末131，以使板型软磁金属粉末131的表面完全覆盖有树脂，根据碳氢化合物类树脂的种类，在300℃或更高的温度下执行热处理。
这里，碳氢化合物是仅由碳和氢组成的有机化合物，氢在氧化时转变成空气中的水而被消除，仅留下碳。因此，当使碳氢化合物类树脂溶解在溶剂中、使其彼此混合并使其干燥后，可在板型软磁金属粉末131的表面上形成碳涂层132。
然后，当研磨(pulverized)经热处理的板型软磁金属粉末131时，研磨掉过量的碳，使其从板型软磁金属粉末131分离，这里，通过去除未与板型软磁金属粉末131结合的碳，可制造其中形成有碳涂层132的板型金属填充剂130。
在这种情况下，碳涂层132不必完全涂覆在板型软磁金属粉末131的表面上，因此，板型软磁金属粉末131可部分地覆盖有碳涂层132。
在制备好其中形成有碳涂层132的板型金属填充剂130之后，通过在树脂140中分散板型金属填充剂130来执行树脂填充剂复合层123a的制备。
树脂填充剂复合层123a吸收从接收器线圈121产生的热，并使热沿水平方向迅速地散发，从而防止热向电池122传导。这是因为板型金属填充剂130沿横向方向设置在树脂填充剂复合层123a中，板型金属填充剂130之间的接触点沿横向方向形成。
另外，由于碳涂层132形成在板型软磁金属粉末131上使得热导率增大，从而可沿横向方向更有效地散热。
当如上所述制造树脂填充剂复合层123a时，执行堆叠树脂填充剂复合层123a和先前制备的导热阻止层123b并对其进行压制的步骤。由于导热阻止层123b形成在树脂填充剂复合层123a上，因此可有效地防止从接收器线圈121产生的热传导到电池122。
对比示例：包含未形成有碳涂层的板型软磁金属粉末的复合板的制备
1)制备由23wt％的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂、作为增塑剂7wt％的聚乙二醇(PEG)-400以及70wt％的甲苯/乙醇混合溶剂(8:2)组成的导热阻止层，单独地制备板型铁硅铝类金属粉末。
2)将板型铁硅铝类金属粉末添加到与导热阻止层相同的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂[7wt％的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂、作为增塑剂2wt％的聚乙二醇(PEG)-400、21wt％的甲苯/乙醇混合的溶剂(8:2)以及70wt％的板型铁硅铝类金属粉末]，将其放进反应器中，并在室温下以低速搅拌12小时。
3)通过20rpm的球磨工艺去除内部气泡来制造树脂填充剂复合层。
4)堆叠导热阻止层和树脂填充剂复合层并对其进行压制。
5)通过激光闪光分析(LFA)测量树脂填充剂复合层沿水平方向的热导率(W/m·K)，通过Tx/Rx充电效率系统测量电池的充电效率(％)。
示例1：包含形成有碳涂覆量为3wt％的碳涂层的板型软磁金属粉末的复合板的制 备
1)制备由23wt％的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂、作为增塑剂的7wt％的聚乙二醇(PEG)-400以及70wt％的甲苯/乙醇混合的溶剂(8:2)组成的导热阻止层，单独地制备形成有碳涂覆量为3wt％的碳涂层的板型铁硅铝类金属粉末。
2)将形成有碳涂覆量为3wt％的碳涂层的板型铁硅铝类金属粉末添加到与导热阻止层相同的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂[7wt％的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)类树脂、作为增塑剂2wt％的聚乙二醇(PEG)-400、21wt％的甲苯/乙醇混合溶剂(8:2)以及70wt％的形成有碳涂覆量为3wt％的碳涂层的板型铁硅铝类金属粉末]，将其放进反应器中，并在室温下以低的速度搅拌12小时。
3)通过20rpm的球磨工艺去除内部气泡来制造树脂填充剂复合层。
4)堆叠导热阻止层和树脂填充剂复合层并对其进行压制。
5)通过激光闪光分析(LFA)测量树脂填充剂复合层沿水平方向的热导率(W/m·K)，通过Tx/Rx充电效率系统测量电池的充电效率(％)。
除了形成碳涂覆量为5％的碳涂层之外，与示例1一样地执行示例2，除了形成碳涂覆量为7％的碳涂层之外，与示例1一样地执行示例3，除了形成碳涂覆量为9％的碳涂层之外，与示例1一样地执行示例4。
经过上述步骤后，下面的表1示出了根据碳涂覆量测量的树脂填充剂复合层的沿水平方向的热导率(W/m·K)以及电池的充电效率(％)。
[表1]
通过表1，可以确定，当在板型软磁金属粉末131的表面上形成碳涂层132时，增大了树脂填充剂复合层123a的沿水平方向的热导率(W/m·K)，随着碳涂层132的碳涂覆量增加，沿水平方向的热导率也增大。
然而，由于电池的充电效率(％)随着碳涂层132的碳涂覆量增加而减小，因此，重要的是获得使树脂填充剂复合层123a的沿水平方向的热导率(W/m·K)和电池122的充电效率满足一定程度的合适的值。
通常，优选的是：树脂填充剂复合层123a的沿水平方向的热导率(W/m·K)为4W/m·K或更高，电池122的充电效率(％)为64％或更高。因此，认为当碳涂覆量为5wt％至7wt％时，树脂填充剂复合层123a的沿水平方向的热导率和电池122的充电效率均得到满足。
使用根据本公开的用于无线充电的复合板，通过使用具有高的热导率的材料涂覆分散在复合板中的板型软磁金属粉末，可沿水平方向有效地散热，因此，可防止热传导到电池。
结合目前被视为实际的示例性实施例描述了本公开。虽然已描述了本公开的示例性实施例，但是本公开也可应用于各种其他组合、修改和环境中。换句话说，本公开可在本说明书中公开的本公开的构思的范围、与本公开等同的范围和/或本公开所属领域的技术或知识的范围内进行改变或修改。提供上述的示例性实施例，以对实施本公开的最佳情形进行解释。因此，在使用其他公开(诸如本公开)中，本公开可在本公开所属领域公知的其他情形实施并也按照本公开的具体应用领域和用途所要求的各种形式进行修改。因此，应理解的是，本公开不限于公开的示例性实施例。应理解的是，其他示例性实施例也可包括在权利要求的精神和范围内。

Claims (18)

1.一种用于无线充电的复合板，包括：
树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；
导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，
其中，所述板型金属填充剂具有包括软磁金属核以及形成在软磁金属核的外周表面上的碳涂层的核壳结构。
2.根据权利要求1所述的用于无线充电的复合板，其中，所述软磁金属核呈板形。
3.根据权利要求1所述的用于无线充电的复合板，其中，所述软磁金属核是包括铁、硅和铝的铁硅铝类合金。
4.根据权利要求1所述的用于无线充电的复合板，其中，所述软磁金属核完全地覆盖有碳涂层。
5.根据权利要求1所述的用于无线充电的复合板，其中，所述软磁金属核部分地覆盖有碳涂层。
6.一种用于无线充电的复合板，包括：
树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；
导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，
其中，所述板型金属填充剂沿横向方向设置在树脂填充剂复合层中。
7.一种用于无线充电的复合板，包括：
树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；
导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，
其中，所述树脂是从由橡胶类材料、塑料类材料和聚乙烯醇缩丁醛类材料组成的组中选择的任意一种。
8.一种用于无线充电的复合板，包括：
树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；
导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，
其中，所述导热阻止层具有与以树脂填充剂复合层的厚度为基准的2％至10％对应的厚度。
9.一种用于无线充电的复合板，包括：
树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；
导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，
其中，所述导热阻止层由与树脂填充剂复合层的树脂相同的材料形成。
10.一种用于无线充电的复合板，包括：
树脂填充剂复合层，板型金属填充剂分散在树脂中；
导热阻止层，形成在树脂填充剂复合层上，
其中，所述导热阻止层由树脂形成，在树脂中未分散板型金属填充剂。
11.一种用于无线充电的复合板的制造方法，所述制造方法包括：
制备导热阻止层；
制备板型软磁金属粉末；
在板型软磁金属粉末上形成碳涂层；
通过将形成有碳涂层的板型软磁金属粉末分散在树脂中制造树脂填充剂复合层；
堆叠导热阻止层和树脂填充剂复合层并对导热阻止层和树脂填充剂复合层进行压制。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
在制备导热阻止层时，
通过辊涂法或刮刀法制造导热阻止层。
13.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
在制备板型软磁金属粉末时，
所述板型软磁金属粉末是包括铁、硅和铝的铁硅铝类合金。
14.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
所述制备板型软磁金属粉末的步骤还包括：
使软磁金属粉末与尺寸比软磁金属粉末的尺寸大的球一起执行球磨工艺。
15.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
在板型软磁金属粉末上形成碳涂层时，
所述碳涂层具有与以板型软磁金属粉末的量为基准的5wt％至7wt％对应的碳涂覆量。
16.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
在板型软磁金属粉末上形成碳涂层时，
所述板型软磁金属粉末完全地覆盖有碳涂层。
17.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
在板型软磁金属粉末上形成碳涂层时，
所述板型软磁金属粉末部分地覆盖有碳涂层。
18.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
在通过将形成有碳涂层的板型软磁金属粉末分散在树脂中来制造树脂填充剂复合层时，
将形成有碳涂层的板型软磁金属粉末沿横向方向设置在树脂填充剂复合层中。
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