CN107735882B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本申请可以提供一种电池模块及其制造方法以及应用于该制造方法的导热材料。本申请可以提供一种以简单的工艺和低成本制造的相对于体积和散热特性而言具有优异输出的电池模块及其制造方法以及应用于该制造方法的导热材料。

Description

电池模块
技术领域
本申请基于2015年6月12日提交的韩国专利申请第10-2015-0083425号要求优先权的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。
本申请涉及一种电池模块。
背景技术
二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池或锂二次电池，其代表性示例是锂二次电池。
锂二次电池主要使用氧化锂和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，其中分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板两者之间夹有隔板；以及外部材料，其中电极组件与电解质密封并保持在一起，并且根据外部材料的类型可以分为罐型二次电池和袋型二次电池。在本说明书中，单个二次电池可以被称为电池单元。
在诸如汽车、蓄电装置等大中型设备中使用时，为了提高容量和输出，可以将多个电池单元互相电连接而构成电池模块或电池组。
为了构成这种电池模块多重连接的电池模块或电池组，需要各种紧固部件或冷却设备等，其中这种紧固部件或冷却设备导致电池模块或电池组的制造成本增加，体积和重量的增加，并且相对于增加的体积和重量输出降低。
发明内容
技术问题
本申请可以提供一种电池模块。
技术方案
本申请的电池模块可以包括外壳(在下文中，外壳在此可以被称为模块壳体)和容纳在外壳中的电池单元。在本申请中，外壳中可以容纳至少两个或更多个电池单元。在本申请中，容纳在外壳中的两个或更多个电池单元的组件可以被称为电池单元组件。图1用于示例性电池模块并且说明性示出外壳200和电池单元组件100。
外壳可以包括至少一个底板。底板上可以形成用于引导电池单元的至少两个凸起部分。电池单元可以安装在底板的凸起部分之间。
图2是示例性电池模块的侧视图，其示出如上所述安装在底板210的凸起部分之间的电池单元400的形状。形成在底板上的凸起部分的形状、具体数量、尺寸等没有特别限制，并且可以考虑要安装的电池单元的数量或尺寸及其形状来适当地选择。
底板可以是导热底板。由于形成在底板上的凸起部分也是底板的一部分，所以它可以是导热的。术语“导热性底板”是指具有10W/mk或更高的导热率的底板，或者至少包括具有如上导热率的区域。例如，整个底板或者至少凸起部分可以具有上述导热率。在另一个示例中，底板和/或凸起部分中的至少一个可以包括具有导热率的区域。在另一个示例中，导热率可以是20W/mk或更高，30W/mk或更高，40W/mk或更高，50W/mk或更高，60W/mk或更高，70W/mk或更高，80W/mk或更高，90W/mk或更高，100W/mk或更高，110W/mk 或更高，120W/mk或更高，130W/mk或更高，140W/mk或更高，150W/mk 或更高，160W/mk或更高，170W/mk或更高，180W/mk或更高，190W/mk 或更高或者195W/mk或更高。导热率的值越高，就模块的散热性而言越有利，因此上限没有特别的限制。在一个示例中，导热率可以是大约1000W/mk或更低，900W/mk或更低，800W/mk或更低，700W/mk或更低，600W/mk或更低，500W/mk或更低，400W/mk或更低，300W/mk或更低，或250W/mk 或更低，但不限于此。如上所述表现出导热性的材料的种类没有特别限制，例如包括金属材料，如铝、金、银、钨、铜、镍或铂。底板可以完全由如上所述的导热材料制成，或者底板的至少一个区域可以由导热材料制成。因此，底板可以具有上述范围的导热率，或者可以至少包括具有上述导热率的区域。
在底板中，具有上述导热率范围的区域可以是与下面将要描述的树脂层接触的区域。另外，具有导热率的区域也可以是与冷却水等冷却介质接触的区域。根据这种结构，可以实现能够有效地排出电池单元外部产生的热量的结构。
在一个示例中，底板可以与冷却系统(例如水冷却系统)接触。此时，接触是下面将要描述的热接触。
此外，在本说明书中提及的物理性质中，除非另有说明，否则当测量的温度影响物理性质时，物理性质可以是在室温下测量的物理性质。在本说明书中，术语室温可以指约10℃至30℃范围内的任何一个温度，例如，约25℃、约23℃或约20℃左右的温度。
外壳可以进一步包括一个单独的结构，至少包括底板。例如，外壳可以进一步包括侧壁等，与底板一起形成内部空间，电池单元的组件可以容纳在内部空间中。外壳的结构不受特别限制，只要其至少包括底板即可。
电池模块还可以包括冷却翅片和/或冷却板。在这种情况下，冷却翅片可以定位在例如由凸起部分引导的电池单元之间。至少冷却翅片可以存在于凸起部分的顶部处。此时，冷却翅片可以在覆盖凸起部分的上表面的状态下定位在电池单元之间。
图2示意性地示出了在覆盖底板210中的凸起部分的上表面的状态下定位在电池单元400之间的冷却翅片302。
此外，冷却板也可以位于在凸起部分之间形成的底板的表面与电池单元之间。图2示例性地示出了这种冷却板301。
电池模块可以包括冷却翅片和冷却板中的一个或两个。
冷却翅片和/或冷却板可具有与底板中提到的相同范围内的导热率，并且因此可以由与底板相同的金属材料(例如铝、金、纯银、钨、铜、镍或铂) 制成。
外壳中的电池单元的数量通过取决于使用电池模块等的期望的输出来控制，而不受特别的限制。电池单元可以相互电连接。
电池单元的类型不受特别限制，并且可以应用各种已知的电池单元。在一个示例中，电池单元可以是袋型电池。参考图3，袋型电池100通常可以包括电极组件、电解质和袋外部材料。图3是示意性示出示例性袋型电池的构造的分解透视图，图4是图3的构造的组装透视图。
包括在袋型电池100中的电极组件110可以是这样的形状：至少一个正电极板和至少一个负电极板被布置为在它们之间夹着隔板。电极组件110可以被分类为其中一个正电极板和一个负电极板与隔板缠绕在一起的缠绕形式，或者其中将多个正极板和多个负极板交替地层叠并且在它们之间夹着隔板的层叠形式。
袋外部材料120可以被配置成例如外部绝缘层、金属层和内部粘合剂层的形式。这种外部材料120可以通过保护诸如电极组件110和电解质的内部元件、补偿电极组件110和电解质的电化学性质并考虑散热而包括诸如铝的金属薄膜。这样的金属薄膜可以插入在由绝缘材料形成的绝缘层之间，以便确保薄膜与诸如电极组件110和电解质的元件或电池100外部的其他元件的电绝缘。
在一个示例中，外部材料120可以包括上袋121和下袋122，并且在上袋 121和下袋122中的至少一个中，可以形成具有凹形的内部空间(I)。电极组件110可以容纳在这种袋的内部空间(I)中。密封部分(S)设置在上袋121 和下袋122的外周上，并且这些密封部分(S)彼此粘合，使得能够密封容纳电极组件110的内部空间。
电极组件110的每个电极板设置有电极极耳(electrode tab)，并且一个或多个电极极耳可以连接到电极引线。电极引线介于上袋121和下袋122的密封部分(S)之间，并暴露在外部材料120的外部，以便它可以用作二次电池 100的电极端子。
然而，上述袋型电池的形状是一个示例，应用于本申请的电池单元不限于上述类型。在本申请中，可以将各种已知的袋型电池或其他类型的电池全部用作电池单元。
电池模块还可以包括树脂层，例如具有2W/mk或更高的导热率的树脂层。树脂层可以存在于冷却翅片和凸起部分之间的至少一个区域中，具体地，在覆盖凸起部分的上表面的冷却翅片的区域和凸起部分之间、在冷却板和底板之间、在冷却翅片和电池单元之间或在冷却板和电池单元之间。树脂层可以与冷却翅片、冷却板、凸起部分、底板和/或电池单元接触。在这种情况下，接触是热接触。术语热接触可以意指即使在树脂层和冷却翅片、冷却板、凸起部分、底板和/或电池单元之间存在空间也能够在一定程度上将热从任何一个目标传递到其他目标的情况。
这样的树脂层可以覆盖底板的整个区域的至少约10％，至少约15％，至少约20％，至少约25％，至少约30％，至少约35％，至少约40％，至少约 45％，至少约50％或至少约55％。至少树脂层可以覆盖底板的上述凸起部分。树脂层的面积的上限没有特别限定，例如为100％左右。
在本申请中，术语树脂层是含有树脂组分的层，并且在一个示例中，树脂层也可以是粘合剂层。在一个示例中，电池模块包括底板、电池单元、冷却翅片和冷却板，并包括与冷却翅片和底板之间和/或底板和冷却板之间接触的树脂层。此外，接触是指上述热接触，其可以表示下述状态：树脂层与底板等直接接触，或其它元件(例如绝缘层等)存在于树脂层和底板等之间，但其他元件不干扰将热量从树脂层传递到底板等。不干扰上述传热的意思是即使在树脂层和底板等之间存在其它元件(例如，绝缘层)，其他元件和树脂层的总导热率约为1.5W/mk或更高，约2W/mk或更高，2.5W/mk或更高， 3W/mk或更高，3.5W/mk或更高，4W/mk或更高，或者即使存在其它元件，树脂层和与其接触的底板等的总导热率也包括在上述范围内。热接触的导热率可以是50W/mk或更低，45W/mk或更低，40W/mk或更低，35W/mk或更低，30W/mk或更低，25W/mk或更低，20W/mk或更低，15W/mk或更低， 10W/mk或更低，5W/mk或更低，4.5W/mk或更低，或者约4.0W/mk或更低。如果存在其他元件，则可以通过控制其他元件的导热率和/或厚度来实现这种热接触。
如果需要，树脂层也可以存在于冷却翅片和/或冷却板与电池单元之间。
本申请通过采用上述结构可以实施每单位体积容纳更多电池单元的模块，大大减少了在构造一般电池模块或电池组时通常需要的作为这种模块的组件的模块的各种紧固部件或冷却设备，并确保了散热性能。因此，本申请可以提供更小、更轻，并且具有更高输出的电池模块。
如上所述，导热区域或导热底板等可以是与诸如冷却水的冷却介质接触的区域。
树脂层可以是薄层的形式，或者可以填充底板与冷却翅片和/或冷却板等之间的空间。树脂层的厚度例如可以在约100μm至5mm的范围内或者在约 200μm至5mm的范围内。本申请的结构如果树脂层较薄具有有利的散热特性，并且如果较厚具有有利的绝缘特性，并因此考虑到这一点，可以设定适当的厚度。厚度可以是最薄区域的厚度，最厚区域的厚度或树脂层中的平均厚度。
树脂层或应用树脂层的电池模块可以具有下述物理性质的至少一种物理性质。下面将要描述的每个物理性质是独立的，并且任何一种物理性质都不优先于其他物理性质，并且树脂层可以满足下述的物理特性中的至少一种或两种以上。
例如，树脂层是导热树脂层，其可具有约2W/mk或更高，2.5W/mk或更高，3W/mk或更高，3.5W/mk或4W/mk或更高的导热率。导热率可以是50W/mk 或更低，45W/mk或更低，40W/mk或更低，35W/mk或更低，30W/mk或更低，25W/mk或更低，20W/mk或更低，15W/mk或更低，10W/mk或更低， 5W/mk或更低，4.5W/mk或更低，或者约4.0W/mk或更低。当树脂层是如上所述的导热树脂层时，树脂层所附着的底板等可以是具有10W/mk或更高的上述导热率的区域。此时，表示导热率的模块壳体的区域可以是与冷却介质 (例如冷却水等)接触的区域。树脂层的导热率例如是根据ASTM D5470标准或ISO 22007-2标准测量的值。将树脂层的导热率设定在上述范围内的方法没有特别的限制。例如，可以通过树脂层中使用的树脂的类型和/或填料的使用来控制树脂层的导热率。例如，在已知可用作粘合剂的树脂组分中，已知丙烯酸树脂、聚氨酯树脂和硅树脂具有彼此类似的导热性能，与其相比，环氧树脂具有优异的导热率，而烯烃树脂具有比环氧树脂高的导热率。因此，根据需要，可以从树脂中选择导热率优异的材料。但是，一般来说，仅通过树脂组分难以确保所期望的导热系数，也可以采用以下方法：在树脂层中以如下所述的适当比例包含具有优异导热率的填充成分。
树脂层或应用树脂层的电池模块可具有5K/W或更低，4.5K/W或更低， 4K/W或更低，3.5K/W或更低，3K/W或更低，或约2.8K/W的热阻。当调整树脂层或应用树脂层的电池模块以显示这样范围的热阻时，可以确保优异的冷却效率或散热效率。测量热阻的方法不受特别限制。例如，可以根据ASTM D5470标准或ISO 22007-2标准进行测量。
考虑到电池单元的有效固定以及在使用模块的过程中的抗冲击性和抗振动性，树脂层可以具有合适的粘合力。在一个示例中，树脂层可具有约 1,000gf/10mm或更低，约950gf/10mm或更低，约900gf/10mm或更低，约 850gf/10mm或更低，约800gf/10mm或更低，约750gf/10mm或更低，约 700gf/10mm或更低，约650gf/10mm或更低或者约600gf/10mm或更低的粘合力。在另一个示例中，树脂层的粘合力可以是约50gf/10mm或更高，约 70gf/10mm或更高，约80gf/10mm或更高，或者约90gf/10mm或更高。粘合力可以是以约300mm/min的剥离速率和180°的剥离角度测量的值。另外，粘合力可以是对与树脂层接触的模块壳体的粘合力。例如，如下所述，在组件外壳中的与树脂层接触的底板等与树脂层之间形成绝缘层时，对模块壳体的粘合力可以是对其上形成有绝缘层的模块壳体的粘合力。如果能够确保这样的粘合力，则能够对各种材料表现出优异的粘合力，例如包括在电池模块中的各种材料(例如外壳和电池单元等)。如果确保粘合力的范围，则可以防止在电池模块中的电池单元的充电和放电期间的体积变化、电池模块中的操作温度的变化或通过硬化和收缩树脂层导致的剥离，来确保优异的耐久性。可以通过例如构成作为粘合剂层的树脂层来确保这样的粘合力。即，公知的粘合材料所具有的粘合力是众所周知的，因此可以考虑这种粘合力来选择材料。
可能要求树脂层形成为使得其不能从电池模块的模块壳体或电池单元上脱落或剥离，或者在热冲击测试之后不会产生裂缝，例如重复100次循环的热冲击试验，其中一次循环包括在约-40℃的低温下保持30分钟，然后再升温至80℃再保持30分钟。例如，当将电池模块应用于需要长保修期(如果是汽车，则至少约15年)的诸如汽车的产品时，可能需要与上面相同水平的性能来确保耐久性。
树脂层可以是电绝缘树脂层。在上述结构中，树脂层可表现出电绝缘以维持电池模块的性能并确保稳定性。电绝缘树脂层可具有根据ASTM D149测量的约3kV/mm或更高，约5kV/mm或更高，约7kV/mm或更高，10kV/mm 或更高，15kV/mm或更高，或者20kV/mm或更高的击穿电压。击穿电压的值越高，树脂层的呈现越优异的绝缘性，并且没有特别限制，但是考虑到树脂层的组分等，击穿电压可以为50kV/mm或更小，45kV/mm或更小，40kV/mm 或更小，35kV/mm或更小，或者30kV/mm或更小。也可以通过控制树脂层中绝缘的树脂组分来控制击穿电压，并且例如可以通过在树脂层中应用绝缘填料来控制击穿电压。通常，在导热填料中，下面所述的陶瓷填料已知为能够确保绝缘的组分。
考虑到稳定性，可以应用阻燃树脂层作为树脂层。在本申请中，术语阻燃树脂层可以是指在UL 94V测试(垂直燃烧测试)中显示V-0级的树脂层。这可以确保稳定性，防止电池模块中可能发生的火灾和其他事故。
树脂层可以具有5或更低的比重。在另一个示例中，比重可以是4.5或更低，4或更低，3.5或更低，或者3或更低。表现出这样范围比重的树脂层有利于制造更轻的电池模块。比重越低，对模块的轻量化越有利，并因此下限没有特别限制。例如，比重可以为约1.5以上，或者2以上。为了使树脂层显示与上述相同的范围内的比重，可以调整添加到树脂层中的组分。例如，当加入导热填料时，如果可能，可以使用即使在低比重下也能够确保所需导热率的填料，即，可以使用应用自身比重低的填料的方法或应用经表面处理的填料的方法。
如果可能的话，树脂层不含挥发性物质是合适的。例如，树脂层的非挥发性组分的比例可以为90重量％或更多，95重量％或更多或98重量％或更多。在上文中，可以以下列方式指定非挥发性组分及其比例。也就是说，可以将非挥发成分定义为树脂层在100℃保持约1小时后的剩余部分，并因此可以基于树脂层的初始重量和在100℃下保持约1小时后的比例来测量比例。
另外，如果需要，树脂层将具有优异的耐劣化性，但是尽可能需要模块壳体或电池单元的表面的不产生化学反应的稳定性。
树脂层在固化期间或固化后具有低收缩比也是有利的。这可以防止在制造和使用模块的过程中可能出现的剥离或空隙的产生。可以在能够表现出上述效果的范围内适当调节收缩比，例如收缩比可以小于5％，小于3％或小于 1％。收缩比的值越低越有利，因此下限没有特别的限制。
树脂层具有低的热膨胀系数(CTE)也是有利的。这可以防止在制造和使用模块的过程中可能出现的剥离或空隙的产生。可以在能够表现出上述效果的范围内适当调节热膨胀系数，例如，热膨胀系数可小于300ppm/K，小于 250ppm/K，小于200ppm/K，小于150ppm/K或小于约100ppm/K。热膨胀系数的值越低越有利，因此下限没有特别的限制。
可以适当地调整树脂层的拉伸强度(tensile strength)，由此可以通过确保优异的耐冲击性等，而提供显示出适当的耐久性的模块。例如，可以在约 1.0Mpa或更高的范围内调整拉伸强度。
可以适当调整树脂层的伸长率，由此可以通过确保优异的耐冲击性等，而提供显示出适当的耐久性的模块。例如，可以在约10％或更高或约15％或更高的范围内调整伸长率。
树脂层显示适当的硬度可能是有利的。例如，如果树脂层的硬度过高，则树脂层可能变得过度地脆，从而不利地影响可靠性。另外，通过控制树脂层的硬度，可以确保耐冲击性和抗振性，并且可以确保产品的耐久性。树脂层可以具有例如小于100、99或更低、98或更低、95或更低或者93或更低的肖氏A型硬度，或树脂层可以具有小于约80、约70或更低、约65或更低或者约60或更低的肖氏D型硬度。硬度的下限没有特别限制。例如，肖氏A 型硬度可以是60或更高，或者肖氏OO型硬度可以是5或更高，或者约10 或更高。树脂层的硬度通常取决于包含在树脂层中的填料的类型和比例，并且如果包含过量的填料，则硬度通常会增加。然而，树脂层中包含的树脂组分也影响硬度，因为硅树脂通常显示出比其它树脂(例如环氧树脂或聚氨酯) 更低的硬度。
树脂层也可以在400℃或更高温度的热重分析(TGA)中具有5％重量损失温度，或者具有70重量％或更高的800℃剩余量。该特性可以进一步提高电池模块在高温下的稳定性。在另一个示例中，800℃的剩余量可以是至少约 75重量％，至少约80重量％，至少约85重量％或至少约90重量％。在另一个示例中，800℃的剩余量可以是约99重量％或更低。热重分析(TGA)可以在60cm3/min的氮气(N2)气氛下以20℃/min的升温速率在25℃至800℃的范围内进行。热重分析(TGA)结果也可以通过控制树脂层的组分来实现。例如，800℃的剩余量取决于树脂层中含有的填料的种类和比例，如果含有过量的填料，剩余量增加。然而，由于硅树脂通常比诸如环氧树脂或聚氨酯的其他树脂具有更高的耐热性，所以剩余量更高，并且树脂层中包含的树脂组分也影响其硬度。
如果能够有效地固定电池单元，并且如果需要，可以给出上述物理性能，则电池单元不受特别限制，并且可以使用所有已知的可固化树脂材料。可以使用的材料可以包括丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、烯烃树脂、聚氨酯树脂、EVA(乙烯醋酸乙烯酯)树脂或硅树脂等，因此树脂层可以包含树脂。树脂层可以包含树脂作为树脂组分的主要组分。即，基于重量，丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、烯烃树脂、聚氨酯树脂、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)树脂、硅树脂等的含量可以为约70重量％或更高，约75重量％或更高，约 80重量％或更高，约85％或更高或约90％或更高。该比例可以是约99％或更低或者约95％或更低。
用于形成树脂层的材料，即树脂组合物可以是如上所述的粘合剂材料，并且可以是溶剂型、水溶液型(aqueous type)或无溶剂型，但考虑到下面将要描述的制造工艺的便利性，树脂组合物是无溶剂型可能是合适的。
树脂层材料可以是活性能量射线固化型、湿气固化型、热固化型或环境温度固化型，考虑到下面将要描述的制造工艺的便利性，它可以是合适的环境温度固化型。
考虑到如上所述的导热率、绝缘性、耐热性(TGA分析)或比重等，树脂层可以包括填料。使用合适的填料可以确保上述范围的导热率等。在一个示例中，填料可以是导热填料。在本申请中，术语“导热填料”是指具有至少约 1W/mk，至少约5W/mk，至少约10W/mk或至少约15W/mk的导热率的材料。导热填料的导热率可以为约400W/mk或更低，约350W/mk或更低，或约 300W/mk或更低。可用的导热填料的种类没有特别的限制，但考虑到绝缘性等可以应用陶瓷填料。例如，可以使用陶瓷颗粒，如氧化铝、AlN(氮化铝)、 BN(氮化硼)、氮化硅、SiC或BeO。另外，如果能够确保树脂层的绝缘性，则也可以考虑应用石墨等碳填料。包含在树脂层中的填料的形状和比例不受特别限制，并且可以考虑树脂组合物的粘度、树脂层中沉降(settling)的可能性、期望的耐热性和导热性、绝缘性、填充效果或分散性等来进行选择。通常，填料的尺寸越大，树脂组合物的粘度增加，填料在树脂层中沉降的可能性也增大。另外，尺寸越小，热阻趋于增加。因此，考虑到上述要点，可以选择合适类型的填料，并且如果需要，可以使用两种或更多种填料。另外，考虑到填充量，有利的是使用球形填料，但考虑到网络形成和导电性，也可以使用针状或片状的填料。在一个示例中，树脂层可以包含平均粒径在 0.001μm至80μm范围内的导热填料。在另一个示例中，填料的平均粒径可以是0.01μm或更大，0.1μm或更大，0.5μm或更大，1μm或更大，2μm或更大， 3μm或更大，4μm或更大，5μm或更大或者约6μm或更大。在另一个示例中，填料的平均粒径可以为约75μm或更小，约70μm或更小，约65μm或或更小，约60μm或更小，约55μm或更小，约50μm或更小，约45μm或更小，约40μm 或更小，约35μm或更小，约30μm或更小，约25μm或更小，约20μm或更小，约15μm或更小，约10μm或更小，或者约5μm或更小。
考虑到树脂层的特性，可以选择包含在树脂层中的填料的比例，使得可以确保上述特性，例如导热性、绝缘性等。例如，基于树脂层中100重量份的树脂组分，填料的含量可以为50至2000重量份左右。在另一个示例中，填料的重量份可以为至少约100重量份，至少约150重量份，至少约200重量份，至少约250重量份，至少约300重量份，至少约350重量份，至少约 400重量份，至少约500重量份，至少约550重量份，至少约600重量份或至少约650重量份。
如果需要，树脂层可以进一步包含粘度调节剂(例如触变剂、稀释剂、分散剂、表面处理剂或偶联剂)用于调节粘度，例如用于升高或降低粘度，或者用于根据剪切力控制粘度。
触变剂可以根据树脂组合物的剪切力来控制粘度，以有效地执行电池模块的制造过程。可以将气相二氧化硅等作为可使用的触变剂的例子。
稀释剂或分散剂通常用于降低树脂组合物的粘度，并且可以使用本领域已知的各种试剂而没有限制，只要它们能够发挥上述作用即可。
表面处理剂用于引入到树脂层中的填料的表面处理，并且可以使用本领域已知的各种试剂而没有限制，只要它们能够发挥上述作用即可。
例如，可以使用偶联剂，来改善诸如氧化铝的导热填料的分散性，并且可以使用本领域已知的各种试剂而没有限制，只要它们能够发挥上述作用即可。
树脂层可以进一步包含阻燃剂或阻燃助剂。这样的树脂层可以形成阻燃树脂层。可以应用本领域已知的各种阻燃剂作为阻燃剂而没有任何特别限制，例如可以应用固体填料型阻燃剂或液体阻燃剂。阻燃剂的示例包括有机阻燃剂(例如三聚氰胺氰尿酸酯)和无机阻燃剂(例如氢氧化镁)，但不限于此。
如果填充在树脂层中的填料的量多，则也可以使用液体阻燃剂(TEP、磷酸三乙酯或TCPP、三(1,3-氯-2-丙基)磷酸酯等)。另外，还可以加入能起阻燃增效剂作用的硅烷偶联剂。
树脂层可以包含上述成分中的任意一种或两种以上。
在一个示例中，电池模块可以进一步包括在底板和电池单元之间或在树脂层和底板、冷却翅片和/或冷却板之间的绝缘层。通过增加绝缘层，可以防止由于在使用过程中可能发生的冲击而造成的电池与外壳之间的接触，进而引起的例如电短路现象或火灾发生的问题。绝缘层可以通过使用具有高绝缘性和导热性的绝缘片或通过涂敷或注入显示出绝缘性的材料来形成。例如，在下面描述的用于制造电池模块的方法中，可以在注入树脂组合物之前执行形成绝缘层的工艺。可以应用所谓的TIM(热界面材料)等来形成绝缘层。可选地，绝缘层可以由粘合剂材料形成，并且例如，绝缘层也可以使用具有很少或者不具有诸如导热填料的填料含量的树脂层来形成。可以使用丙烯酸树脂、PVC(聚氯乙烯)、诸如PE(聚乙烯)等烯烃树脂、环氧树脂、硅氧烷或诸如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)橡胶的橡胶组分等作为可用于形成绝缘层的树脂组分的例子，但不限于此。绝缘层可具有根据ASTM D149测量的至少约5kV/mm，至少约10kV/mm，至少约15kV/mm，至少20kV/mm，至少 25kV/mm或至少30kV/mm的击穿电压。在没有特别限定的情况下，击穿电压的值越高，绝缘性越优异。例如，绝缘层的击穿电压可以是大约100kV/mm 或更低，90kV/mm或更低，80kV/mm或更低，70kV/mm或更低或者60kV/mm 或更低。考虑到绝缘层的绝缘性或导热性，可以适当设定绝缘层的厚度，例如绝缘层的厚度为约5μm或更大，约10μm或更大，20μm或更大，30μm或更大，40μm或更大，50μm或更大，60μm或更大，70μm或更大，80μm或更大或者90μm或更大。厚度的上限没有特别的限制，例如可以为约1mm或更小，约200μm或更小，190μm或更小，180μm或更小，170μm或更小，160μm或更小或150μm或更小。
本申请还涉及用于制造电池模块(例如，上述电池模块)的方法。
用于制造上述模块的方法没有特别限制，并且可以包括下述步骤：在底板的表面上，至少在具有上述树脂组合物的凸起部分上形成树脂组合物层之后，容纳冷却翅片和/或冷却板以及电池单元。在上述过程中，可以在适当的时间进一步进行固化树脂组合物的步骤。
在本申请中，术语树脂组合物可以表示固化前的树脂层的状态，术语树脂层可以表示固化后的树脂层的状态。
在底板上形成树脂组合物层的方法没有特别的限制，可以以已知的方式进行。
在上文中，树脂组合物的种类没有特别限制，可以选择能够表现出所需物理性质的合适的树脂组合物。
例如，上述注入的树脂组合物可以是能够满足诸如上述导热率的物理性能的树脂组合物，或者可以是能够形成包含用于所述性能的组分的树脂层的树脂组合物。
这种树脂组合物可以是如上所述的溶剂型、水溶液型或无溶剂型的树脂组合物，并且可以合适地为无溶剂型树脂组合物。
另外，树脂组合物可以是活性能量射线固化型、湿气固化型、热固化型或环境温度固化型等的树脂组合物，并且可以合适地为环境温度固化型树脂组合物。
树脂组合物可以是包含诸如上述导热填料的各种添加剂中的至少一种的树脂组合物。
这样的树脂组合物可以由单组分型、双组分型或三组分型等构成。
如果需要，可以固化树脂组合物，其中用于固化树脂组合物的方法没有特别的限制。
例如，在树脂组合物是活性能量射线固化型时，上述步骤可以通过用诸如紫外线的活性能量射线照射树脂组合物的方法来进行，在湿气固化型的情况下，上述步骤通过将树脂组合物维持在适当的湿度下的方法来进行，在可热固化型的情况下，上述步骤通过向树脂组合物施加适当的热量的方法来进行，或者在环境温度可固化型等的情况下，上述步骤通过将树脂组合物维持在环境温度下的方法来进行。
另外，就粘性时间和可加工性而言，也可以在固化之前或期间或者在容纳电池单元之前或期间在不会影响电池单元的稳定性的情况下，施加短时间的热量，以便达到例如约40℃至50℃。
本申请还涉及可用于制造方法或用于形成上述结构的电池模块的树脂组合物。
如上所述，树脂组合物不受特别限制，只要能够有效地固定电池单元，并且如果需要，只要可以给出上述物理性质，并且可以使用所有已知的树脂组合物。
这样的树脂组合物可以包括但不限于丙烯酸树脂组合物、环氧树脂组合物、聚氨酯树脂组合物、烯烃树脂组合物、聚氨酯树脂组合物、EVA(乙烯乙酸乙烯酯)树脂组合物或硅树脂组合物。
树脂组合物可以是溶剂型树脂组合物、水溶液树脂组合物或溶剂型树脂组合物，并且可以合适地为无溶剂树脂组合物。
树脂组合物可以是活性能量射线固化型树脂组合物、湿气固化型树脂组合物、热固化型树脂组合物或环境温度固化型树脂组合物，并且可以合适地为环境温度固化型树脂组合物。
例如，以下树脂组合物可以应用于上述方法：考虑到期望的物理性质，通过向能够形成丙烯酸粘合剂、环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、烯烃粘合剂、 EVA(乙烯乙酸乙烯酯)粘合剂或硅粘合剂的树脂组合物添加适量的诸如上述填料的添加剂，而制备树脂组合物。
考虑到室温下的固化性等，上述树脂组合物可包含自由基引发剂及其催化剂。例如，树脂组合物可以包含过氧化苯甲酰等过氧化物酰基引发剂以及甲苯胺化合物等引发剂用催化剂等，由此能够实现适当的固化体系。
除了上述组分之外，如果需要，树脂组合物可以包含各种组分。
本申请还涉及一种电池组，例如包括两个或更多个上述电池模块的电池组。在电池组中，电池模块可以彼此电连接。用于电连接两个或更多个电池模块以形成电池组的方法不受特别限制，并且可以应用所有已知的方法。
本申请还涉及包括电池模块或电池组的装置。这样的装置的示例可以包括诸如电动车的汽车，但是不限于此，并且可以包括需要二次电池作为输出的所有应用。例如，使用电池模块或电池组构造汽车的方法不受特别限制，并且可以应用一般的方法。
技术效果
本申请可以提供一种以简单的工艺和低成本制造的相对于体积和散热特性具有优异输出的电池模块及其制造方法，以及应用于该制造方法的树脂组合物。
附图说明
图1和图2是示出示例性电池模块的结构的视图。
图3和图4是示出示例性袋型电池的视图。
<附图标记说明>
100:电池单元组件
200:外壳
210:底板
301:冷却板
302:冷却翅片
400:电池单元
100:袋型电池
110:电极组件
120:外部材料
121:上袋
122:下袋
S:密封部分
具体实施方式
在下文中，将参考实施例和比较例描述根据本申请的电池模块，但是本申请的范围不限于以下列出的范围。
1.树脂层导热率评估方法
根据ASTM D5470标准测量树脂层的导热率。也就是说，根据ASTM D5470的标准，将树脂层定位在两根铜条之间，然后在将两根铜之一与加热器接触并使另一根铜与冷却器接触之后，将加热器保持在一定的温度，调节冷却器的容量以形成热平衡状态(5分钟的温度变化显示为约0.1℃或更低的状态)。在热平衡状态下测定每个铜条的温度，按照下式评价导热率(K，单位：W/mk)。在评价导热率时，施加到树脂层的压力被调整为约11Kg/25cm2，并且在测量期间改变树脂层的厚度时，基于最终厚度来计算导热率。
<导热率等式>
K＝(Q×dx)/(A×dT)
在上式中，K是导热率(W/mK)，Q是每单位时间的热移动(单位：W)，dx是树脂层的厚度(单位：m)，A是树脂层的横截面积(单位：m2)，dT是铜条的温度差(单位：K)。
2.比重的评估方法
根据ASTM D792标准测量树脂层的比重。例如，根据上述标准，在测量树脂层的重量并再次测量水中的重量之后，可以通过测量重量的差异来计算密度和比重，或者在将预定量的粉末或丸粒(例如，约5g)放入高温计内的已经测量的体积中之后，通过重量和体积的差异可以计算73.4F°下的比重。
3.热重分析(TGA)方法
热重分析使用来自TA Instrument的TA400仪器进行。使用约10mg的树脂层进行分析，在25℃至800℃的温度范围内，升温速度20℃/min，60cm3/min 的氮气(N2)气氛的条件下进行分析。
4.测量击穿电压
根据ASTM D149标准评估树脂层的击穿电压。击穿电压是指直到材料失去绝缘性的瞬间施加的电压，通过在等于或高于一定水平的高电压下快速地提高导电性而使绝缘性丧失。引起绝缘击穿所需的最小电压被称为击穿电压，绝缘是使电弧完全传导通过试样而产生的。电压梯度可以通过将击穿时的电压除以绝缘厚度来获得。使用BackmanIndustrial PA70-1005/202仪器测量击穿电压，其中样品(树脂层)的厚度约为2mm，直径约为100mm。
5.粘合力测量
使用树脂层粘附其上形成有绝缘膜(环氧树脂和/或聚酯绝缘层)的铝模块壳体的底板和PET(聚(对苯二甲酸乙二醇酯))膜，其中待附着的宽度为约10mm。此时，树脂层的厚度约为1mm。通过将未固化的树脂组合物装载在绝缘膜和PET膜之间并固化来进行附着。此后，在以约300mm/min的速度和180°的剥离角从绝缘侧剥离PET膜时，测量粘合力。
6.硬度测量
根据ASTM D 2240和JIS K 6253标准测量树脂层的硬度。使用肖氏A硬度计硬度设备进行硬度测量，其中通过向扁平试样(树脂层)的表面施加1Kg 或更重(约1.5Kg)的负载来测量初始硬度，通过识别在15秒后稳定的测量值来评估硬度。
7.电池模块的可靠性评估
通过测量模块的热阻和温度来评估电池模块的可靠性。通过以下方式来评估电池模块的热阻：将模块放置在测量仪器的上、下块之间，执行控制计算机的DynTIM测试器软件，确定软件中的加热电流和测量时间以输入它们，完成诸如测量压力和热阻测量条件等参数的设置，并使软件控制的T3Ster和 DynTIM测试器根据测量条件测量热阻值。通过基于模块的位置附接接触式温度计来测量模块温度。在电池模块的底板与水冷系统接触的状态下测量热阻和模块温度。每个评估结果的可靠性被分类为以下标准。
<根据热阻评估的可靠性评估标准>
良好：2.5K/W或更小的热阻
一般：超过2.5K/W至3K/W的热阻
差：大于3K/W的热阻
<根据模块温度的可靠性评估标准>
良好：50℃或更低的温度
差：超过50℃的温度
示例1.
树脂组合物的制备
以下述量将氧化铝(粒度分布：1μm至60μm)与双组分型聚氨酯粘合剂组合物(主要组分：HP-3753(KPX Chemical)，硬化剂：TLA-100(由Asahi Kasei生产))混合：双组分型聚氨酯粘合剂组合物在固化后可表现出约3W/mK 的导热率(相对于100重量份的双组分总固体含量，氧化铝含量在约600至 900重量份的范围内)，以制造在室温下粘度为约250,000cP的树脂组合物，其被应用于制造以下电池模块。
电池模块的制造
使用制备的树脂组合物，制造具有如图2所示形状的电池模块。在图2 的形式中，底板(101)、冷却翅片(201)和冷却板(202)均由铝制成。将树脂组合物涂布在底板的表面以覆盖整个底板之后，冷却翅片和冷却板分别安装在底板的顶部，将电池单元安装在以覆盖凸起部分的表面的方式安装的冷却翅片之间，使树脂组合物固化以制备电池模块。
示例2.
树脂组合物的制备
以下述量将氧化铝(粒度分布：1μm至60μm)与双组分型硅粘合剂组合物(主要成分：SL5100A(由KCC制造)，硬化剂：SL5100B(由KCC制造))混合：双组分型硅粘合剂组合物固化后可表现出约3W/mK的导热率(相对于 100重量份双组分总固体含量，氧化铝含量在约800至1200重量份的范围内)，以制造在室温下粘度为约130,000cP的树脂组合物，其被应用于制造以下电池模块。
电池模块的制造
除了使用所制备的树脂组合物之外，以与实施例1相同的方式制造电池模块。
示例3.
按照与示例1相同的方式生产电池模块，不同之处在于使用通过以下方式制备以在室温下具有约350,000cP的粘度的树脂组合物：以下述量将氧化铝 (粒度分布：1μm至60μm)与双组分型聚氨酯粘合剂组合物(主要组分： PP-2000(KPX Chemical)，硬化剂：TLA-100(由Asahi Kasei制造))混合，所述量为双组分型聚氨酯粘合剂组合物在固化后可表现出约3.5W/mK的导热率(相对于100重量份的双组分总固体含量，氧化铝含量在约600至900重量份的范围内)。
示例4.
按照与示例1相同的方式生产电池模块，不同之处在于使用通过以下方式制备以在室温下具有约500,000cP的粘度的树脂组合物：以下述量将氧化铝 (粒度分布：1μm至60μm)与得自Kukdo Chemical的环境温度固化型环氧树脂粘合剂组合物混合，所述量为粘合剂组合物在固化后可表现出约3W/mK 的导热率(相对于100重量份的双组分总固体含量，氧化铝含量在约600至 900重量份的范围内)。
示例5.
按照与示例1相同的方式生产电池模块，不同之处在于使用通过以下方式制备以在室温下具有约150,000cP的粘度的树脂组合物：以下述量将氧化铝 (粒度分布：1μm至60μm)与双组分型聚氨酯粘合剂组合物(主要组分： PP-2000(KPX Chemical)，硬化剂：TLA-100(由Asahi Kasei生产))混合，所述量为双组分型聚氨酯粘合剂组合物在固化后可表现出约2W/mK的导热率(相对于100重量份的双组分总固体含量，氧化铝含量在约400至900重量份的范围内)。
示例6.
按照与示例5相同的方式生产电池模块，假定通过用树脂组合物覆盖约 50％的底板面积来生产模块。
比较例1
按照与示例2相同的方式生产电池模块，不同之处在于使用通过以下方式制备以在室温下具有约2,000,000cP的粘度的树脂组合物：以下述量将石墨与双组分型硅粘合剂组合物(主要组分：SL5100A(由KCC生产)，硬化剂： SL5100B(由KCC生产))混合，所述量为双组分型硅粘合剂组合物在固化后可表现出约1.5W/mK的导热率(相对于100重量份的双组分总固体含量，氧化铝含量在约100至300重量份的范围内)。
比较例2
按照与示例2相同的方式生产电池模块，不同之处在于使用通过以下方式制备以在室温下具有约100,000cP的粘度的树脂组合物：以下述量将氧化铝 (粒度分布：1μm至60μm)与双组分型硅粘合剂组合物(主要组分：SL5100A (由KCC生产)，硬化剂：SL5100B(由KCC生产))混合，所述量为双组分型硅粘合剂组合物在固化后可表现出约1.5W/mK的导热率(相对于100重量份的双组分总固体含量，氧化铝含量在约300至500重量份的范围内)。
比较例3
按照与示例1相同的方式生产电池模块，不同之处在于不使用树脂组合物，即，不形成树脂层。
在下面的表1和2中总结对于上述示例和比较例测量的树脂层的物理性质和电池模块的可靠性。
表1
Figure BDA0001504629410000201
表2
Figure BDA0001504629410000202
从表1和表2的结果可以看出，树脂层中使用的树脂的种类以及填料的种类和比例改变树脂层的物理性质，因此模块的可靠性受到影响。
例如，当比较示例1、2和4的结果时，可以看出添加氧化铝以确保相同水平的导热率的粘合力按照环氧树脂、聚氨酯和硅粘合剂的顺序增加，并且硬度按照环氧树脂、聚氨酯和硅粘合剂的顺序增加，并且可以确认比重和耐热性(TGA分析结果)被调整到相似的水平。
另外，当比较示例1、3和5的结果时，可以确定，当使用相同系列的树脂时，导热率、比重、耐热性(TGA分析结果)、硬度等根据填料的种类和含量而改变。例如，与示例1和3相比，在应用少量填料的示例5中，导热率和比重显示出稍低的值，耐热性(TGA分析)降低，粘合力处于相同水平，但是硬度降低，并且击穿电压随着影响确保绝缘性的填料的比例的降低而降低。

Claims (15)

1.一种电池模块，包括：
模块壳体，所述模块壳体具有底板；
多个电池单元；
冷却板；以及
树脂层，
其中，用于引导所述电池单元的至少两个凸起部分形成在所述底板上，
其中，所述底板包括具有10W/m·k或更高的导热率并且与冷却介质和所述树脂层接触的区域，
其中，所述多个电池单元中的每一个设置在所述至少两个凸起部分中的相邻的凸起部分之间的位置中，
其中，所述冷却板设置在所述至少两个凸起部分中的相邻的凸起部分之间以及所述电池单元与所述底板的表面之间的位置中，所述表面位于所述至少两个凸起部分中的相邻的凸起部分之间，
其中，所述树脂层填充所述底板与设置在所述至少两个凸起部分中的相邻的凸起部分之间的位置中的所述冷却板之间的空间，并且
其中，所述树脂层具有2W/m·k或更高的导热率。
2.根据权利要求1所述的电池模块，还包括冷却翅片，所述冷却翅片位于两个电池单元之间且所述凸起部分上以覆盖所述凸起部分的上表面，其中，所述树脂层也位于所述凸起部分与所述冷却翅片的覆盖所述凸起部分的所述上表面的区域之间，同时与所述冷却翅片和所述凸起部分接触。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却介质是水。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述冷却翅片和所述冷却板具有10W/m·k或更高的导热率。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层覆盖所述底板的整个面积的10％或更大的面积。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层具有3W/m·k或更高的导热率。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层具有10kV/mm或更高的击穿电压。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层的比重为5或更小。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层在热重分析(TGA)中具有至少70重量％的800℃剩余量。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层包含丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、烯烃树脂、EVA树脂或硅树脂。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层包含填料。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，所述填料是陶瓷颗粒或碳基填料。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述树脂层包含触变剂、稀释剂、分散剂、表面处理剂、阻燃剂或偶联剂。
14.一种电池组，包括彼此电连接的至少两个根据权利要求1所述的电池模块。
15.一种汽车，包括根据权利要求1所述的电池模块或根据权利要求14所述的电池组。
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