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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0177219 , die am 10. Dezember 2014 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde, und die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0063713 , die am 7. Mai 2015 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde, und auf deren diesbezügliche Offenbarungen hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisch leitfähiges Material bzw. ein thermisches Interface-Material sowie ein Verfahren zum Herstellen des thermisch leitfähigen Materials. Das Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials kann den Kontakt an einer Grenzfläche maximieren, da ein elastomeres Material verwendet wird, und die in horizontaler Richtung wirkende Wärmeleitfähigkeit verbessern, da Kohlenstoffasern in ein wärmeleitenden Füllmaterial eingesetzt werden.
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Hintergrund
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Da aufgrund der globalen Erwärmung soziale Themenstellungen, wie beispielsweise die Senkung der Schadstoffemissionen, zunehmend Bedeutung erlangen, steigt das Interesse an umweltfreundlichen Fahrzeugen. Um mit den aktuellen Entwicklungen Schritt halten zu können, spielt die Optimierung der Leistungsfähigkeit von Batterien, die als Motor für umweltfreundliche Fahrzeuge in Betracht kommen, eine wichtige Rolle bei den Fahrzeugen der Zukunft. Um die Batterieleistung optimieren zu können, wird entsprechend das Konstanthalten der Umgebung der Batterie während ihres Betriebs von wesentlicher Bedeutung sein, um damit die Leistungsfähigkeit der umweltfreundlichen Fahrzeuge zu verbessern.
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Bei einem Elektrofahrzeug stellen die Zuverlässigkeit und Stabilität eines Batteriesystems die wichtigsten Faktoren in Bezug auf die Vermarktbarkeit eines Elektrofahrzeugs dar. Zum Beispiel muss eine Temperatur des Batteriesystems in einem Bereich von etwa 45°C bis etwa 50°C gehalten werden. Dieser Temperaturbereich kann eine Abnahme der Batterieleistung aufgrund einer Änderung bei verschiedenen Außentemperaturen zu verhindern. Aus diesem Grund besteht der Bedarf nach einer Einrichtung zur Regulierung der Wärme für ein Modul mit Pouch-Zellen, die eine geeignete Temperatur bei niedrigen Umgebungstemperaturen aufrecht erhalten kann und gleichzeitig – und unabhängig von den Witterungsbedingungen – in ausgezeichneter Weise Wärme abstrahlen kann.
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Die neuesten Entwicklungen eines Komposit- bzw. Verbundmaterials mit stark ausgeprägter Wärmeabstrahlung stellen ein kugelförmiges Füllmaterial und ein gewöhnliches Kohlenstoff-basiertes Füllmaterial dar, die dazu eingesetzt wurden, die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Damit die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften verbessert werden können, muss das Füllmaterial jedoch wenigstens in einem Anteil von 70% oder mehr enthalten sein. Dabei kann jedoch die Formbarkeit abnehmen und zudem lässt sich das Füllmaterial nicht zu einem Bauteil ausformen. Das Füllmaterial kann zudem nur eingeschränkt die in horizontaler Richtung wirkende Wärmeleitfähigkeit verbessern und es lässt sich nicht in Bauteilen verwenden, bei denen aus bestimmten Gründen eine in horizontaler Richtung wirkende Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist.
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Um ferner auszuschließen, dass die Wärmeübertragungseigenschaften bei einer Übertragung von Wärme zwischen unterschiedlichen Materialien wegen der an der Grenzfläche auftretenden Luft und Fremdstoffe abnehmen, wurde ein thermisch leitfähiges Material bzw. ein thermisches Interface-Material (TIM) eingesetzt. Bei einem TIM kann die in horizontaler Richtung wirkende Wärmeleitfähigkeit jedoch nur gleich oder kleiner etwa 3 W/mK sein und daher keine ausreichende Wärmeübertragung gewährleisten. Hier muss dann auch ein teures Füllmaterial verwendet werden.
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Die als Stand der Technik beschriebenen Inhalte dienen nur dazu, den Hintergrund der vorliegenden Erfindung verständlicher zu machen und sind nicht als der Stand der Technik, wie er einem Fachmann bekannt ist, anzusehen.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Offenbarung erfolgte mit dem Ziel, die im Stand der Technik auftretenden, vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, gleichzeitig jedoch dessen Vorteile beizubehalten.
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials bereit. Das thermisch leitfähige Material kann an einer Batteriezelle angebracht werden und so die Wärmeileitfähigkeitseigenschaften des thermisch leitfähigen Materials, welches die Wärme der Batteriezelle abgibt, sowie die isolierenden und die Klebe- bzw. Hafteigenschaften der Oberfläche maximieren.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein thermisch leitfähiges Material ein wärmeleitendes Füllmaterial, eine Polymermatrix mit einer elastischen Kraft, welche auf das wärmeleitende Füllmaterial aufgebracht ist, sowie eine isolierende Beschichtungsschicht, die auf die Seiten des wärmeleitenden Füllmaterials und der Polymermatrix aufgebracht ist, auf; und ein Verfahren zum Herstellen des thermisch leitfähigen Materials kann umfassen: das Bereitstellen, wie beispielsweise durch Extrudieren, des wärmeleitenden Füllmaterials in Form einer flachen Folie bzw. eines flachen Films; und das Beschichten des wärmeleitenden Füllmaterials in Form einer flachen Folie mit der Polymermatrix. Das Bereitstellen des wärmeleitenden Füllmaterials kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das wärmeleitende Füllmaterial durch Lösen eines Füllmaterials in einem Lösungsmittel gebildet wird. Das Lösemittel zum Lösen kann zum Beispiel einem Bestandteil der Polymermatrix entsprechen.
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In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein thermisch leitfähiges Material bereit. Das thermisch leitfähige Material kann umfassen: ein wärmeleitendes Füllmaterial; eine Polymermatrix, die so ausgestaltet ist, dass sie eine elastische Kraft besitzt, und die auf das wärmeleitende Füllmaterial aufgebracht ist; und eine isolierende Beschichtungsschicht, die auf die Seiten des wärmeleitenden Füllmaterials und der Polymermatrix aufgebracht ist. Das wärmeleitende Füllmaterial kann insbesondere in Form einer Folie ausgebildet sein und die Polymermatrix ist auf das wärmeleitende Füllmaterial aufgebracht. Die isolierende Beschichtungsschicht kann aus dem gleichen Bestandteil wie die Polymermatrix bestehen.
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Des Weiteren wird eine in hohem Maße Wärme abstrahlende Verbundfolie bereitgestellt, welche ein thermisch leitfähiges Material, wie es hierin beschrieben ist, enthält, wobei das thermisch leitfähige Material ein wärmeleitendes Füllmaterial und eine Polymermatrix, die auf das wärmeleitende Material aufgebracht ist, umfasst.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden erläutert.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die vorstehend angegebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren näher ersichtlich:
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1 zeigt schematisch den Ablauf eines beispielhaft angegebenen Verfahrens zum Herstellen eines beispielhaft angegebenen, thermisch leitfähigen Materials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt schematisch einen Zustand während der Herstellung eines beispielhaft angegebenen, wärmeleitenden Füllmaterials gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1;
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines beispielhaft angegebenen, wärmeleitenden Füllmaterials, das gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1 hergestellt ist;
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4 zeigt eine Aufnahme einer beispielhaft gezeigten Vorrichtung zum Herstellen des wärmeleitenden Füllmaterials gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1;
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5 zeigt schematisch einen Zustand, in dem ein beispielhaft angegebenes, wärmeleitendes Füllmaterial mit einer Polymermatrix beschichtet wird, gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1;
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6 zeigt eine vergrößerte Ansicht beispielhaft gezeigter Hauptbestandteile des mit der Polymermatrix beschichteten, wärmeleitenden Füllmaterials gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1;
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7 zeigt eine beispielhaft angegebene Vorrichtung zum Beschichten des wärmeleitenden Füllmaterials mit der Polymermatrix gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1;
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8 zeigt eine Aufnahme einer beispielhaft gezeigten Vorrichtung zum Beschichten des wärmeleitenden Füllmaterials mit der Polymermatrix gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1;
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9 zeigt schematisch ein beispielhaft angegebenes, thermisch leitfähiges Material, das gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1 hergestellt ist;
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10 zeigt schematisch die beispielhaft veranschaulichten Hafteigenschaften an der Oberfläche zwischen dem thermisch leitfähigen Material, das gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1 hergestellt ist, und dem thermisch leitfähigen Material, das gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist; und
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11 zeigt perspektivisch einen Zustand, in dem ein beispielhaft angegebenes, thermisch leitfähiges Material, das gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials aus 1 hergestellt ist, in einer Batteriezelle befestigt wird, und eine perspektivische Ansicht der Hauptbestandteile desselben.
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Ausführliche Beschreibung
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Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein weiterer ähnlicher Begriff, wie er hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, umsteckbare Hybrid-Elektro-Fahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und weitere Fahrzeuge, die mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden (z. B. Kraftstoffen, die aus einer anderen Quelle als Erdöl stammen), einschließt. Wie es hierin bezeichnet wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, zum Beispiel ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben wird.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte beispielhaft Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung daher in keiner Weise einschränken. Wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein, eine, eines” und „der, die das” auch die Pluralformen umfassen, solange aus dem Kontext nicht klar etwas anderes ersichtlich ist. Weiter soll verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten/Bestandteile angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten/Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie er hierin verwendet wird, schließt der Begriff „und/oder” jegliche und alle Kombinationen eines oder mehrerer der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein.
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Soweit nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist, soll der Begriff „etwa”, wie er hierin verwendet wird, als innerhalb eines Bereichs mit in der Wissenschaft normalen Toleranzgrenzen liegend verstanden werden, zum Beispiel als innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert liegend. „Etwa” kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% vom angegebenen Wert liegend. Soweit es aus dem Kontext nicht anderweitig klar hervorgeht, gelten alle hierin angegebenen Zahlenwerte als um den Begriff „etwa” erweitert.
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Ein thermischer Widerstand bzw. Wärmewiderstand (eine dünne Luftschicht) kann an einer rauen Oberfläche, wenn unterschiedliche bzw. heterogene Materialien miteinander in Kontakt kommen, oder auch an einer haftenden Oberfläche gebildet werden, und es wurde daher üblicherweise ein thermisch leitfähiges Material eingesetzt, um einen effektiven Wärmetransfer bzw. eine effektive Wärmeübertragung zu erreichen. Da teures Silber (Ag) und BN (Bornitrid) als Füllmaterialien verwendet wurden, ist ein herkömmliches thermisch leitfähiges Material jedoch teuer und zeigt andererseits kaum wirklich gut wirksame Wärmeleitfähigkeitseigenschaften.
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Die vorliegende Erfindung stellt daher ein in hohem Maße strahlungsfähiges, thermisch leitfähiges Material bereit, das aufgrund der Verwendung eines auf Kohlenstoff-basierenden Füllmaterials isolierende Eigenschaften aufweisen kann. Bei dem in hohem Maße strahlungsfähigen, thermisch leitfähigen Material kann eine Matrix, wie beispielsweise aus einem Elastomer, zum Beispiel KRATON, VISTAMAXX und dergleichen, dazu eingesetzt werden, eine isolierende Beschichtung an einer Oberfläche zu erreichen und so eine Haftwirkung und eine isolierende Wirkung an einer Oberfläche zu maximieren. Daneben kann mit Hilfe von Aufsprühen und dergleichen erreicht werden, dass das in hohem Maße strahlungsfähige, thermisch leitfähige Material eine isolierende Beschichtung an den Seiten oder vorne erhält und somit Prüfspannungseigenschaften und Arbeitssicherheit gewährleistet sind.
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, kann ein Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials 300, welches ein wärmeleitendes Füllmaterial 100, eine Polymermatrix 200, die eine elastische Kraft besitzt und auf ein Füllmaterial 100 aufgebracht ist, und eine isolierende Beschichtungsschicht, die auf die Seiten des Füllmaterials 100 und der Matrix 200 aufgebracht ist, enthält, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen: das Bereitstellen, wie Pressen oder Extrudieren, des wärmeleitenden Füllmaterials 100 in Form einer flachen Folie als Füllmaterial, welches das wärmeleitende Füllmaterial 100 bildet und in einem Lösemittel gelöst wird, und das Beschichten des wärmeleitenden Füllmaterials 100 in der Form einer flachen Folie mit der Polymermatrix 200. Das Lösemittel für das wärmeleitende Füllmaterial kann einem Bestandteil der Polymermatrix entsprechen. Des Weiteren kann das Verfahren zum Herstellen des thermisch leitfähigen Materials 300 auch das Bilden der isolierenden Beschichtungsschicht durch Aufsprühen einer Flüssigkeit, die den gleichen Bestandteil wie die Polymermatrix 200 enthält, auf die Seiten der Polymermatrix 200 und des wärmeleitenden Füllmaterials 100 einschließen.
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Die Polymermatrix 200 kann aus einem beliebigen Styrol-basierten, thermoplastischen Elastomer (TPE), Olefin-basierten, thermoplastischen Elastomer, Polyester-basierten, thermoplastischen Elastomer und Polyamid-basierten, thermoplastischen Elastomer bestehen. Ist die Polymermatrix 200 ein Styrol-basiertes TPE, kann sie ein beliebiges Styrol-Butadien-Styrol-(SBS-)Block-Copolymer, ein Styrol-Butadien-Ethylen-Styrol-(SBES-)Block-Copolymer und ein Styrol-Isopren-Styrol-(SIS-)Block-Copolymer sein.
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Das wärmeleitende Füllmaterial 100 kann wenigstens eines sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ruß (Carbon Black), Graphit, expandiertem Graphitgranulat (EGG, expanded graphite granule), Graphen und Graphenoxid. Das wärmeleitende Füllmaterial 100 kann in einem Anteil von etwa 20–65 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermisch leitfähigen Materials, enthalten sein.
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Das wärmeleitende Füllmaterial 100 enthält alternativ dazu oder zusätzlich ferner ein beliebiges Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT, carbon nanotubes) und Kohlenstofffasern (CF, carbon fibers). Die CNT oder CF können in dem wärmeleitenden Füllmaterial 100 eingebettet sein, um eine Richtwirkung bereitzustellen. Die CNT oder die CF können in einem Anteil von etwa 0–20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermisch leitfähigen Materials, enthalten sein.
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Bei dem thermisch leitfähigen Material 300, das mit dem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es vorstehend beschrieben ist, hergestellt ist, kann das auf Kohlenstoff basierende Füllmaterial 100 (EGG, CF und dergleichen) verwendet werden, um die stark ausgeprägten Wärme abstrahlenden Eigenschaften zu erreichen und die Hafteigenschaften an der Oberfläche zu verbessern. Daneben kann ein Co-Block-Polymer des elastomeren Materials (KRATON, VISTAMAXX, usw.) als Polymermatrix 200 verwendet werden.
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Um die in horizontaler Richtung wirkende Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, kann das wärmeleitende Füllmaterial 100 hergestellt werden, indem CF mit flachen EGG vermischt werden. Um die Wirkung zu maximieren, können dabei etwa 10 Gew.-% der CF mit etwa 50 Gew.-% der EGG vermischt werden. Die Wärmeleiteigenschaften können in Abhängigkeit von der Kombination der Bestandteile variiert werden.
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Die folgende Tabelle 1 gibt die Werte der in vertikaler und in horizontaler Richtung wirkenden Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem Gewichtsanteil der CF an. [Tabelle 1]
| | CF 0% | CF 1% | CF 5% | CF 10% |
| Horizontale Richtung | 2,83 | 2,90 | 4,96 | 8,81 |
| Vertikale Richtung | 1,25 | 0,89 | 1,25 | 1,54 |
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Um ein thermisch leitfähiges Material 300 in Form einer dünnen Folie auszugestalten, kann die horizontale Ausrichtung des wärmeleitenden Füllmaterials 100 und insbesondere der CF mit Hilfe eines Comma-Coating-(Rakel-)Verfahrens, eines Mikrobeschichtungsverfahrens und dergleichen verbessert werden und die in horizontaler Richtung wirkenden Wärmeleitfähigkeitseigenschaften können entsprechend gefestigt werden (siehe 9).
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Um die isolierenden Eigenschaften zu erhalten, kann ein funktionelles Material in Form einer beschichtenden Folie bzw. eines beschichtenden Films verdämmt werden, indem das gleiche Material wie bei der Polymermatrix 200 in einem Lösemittel gelöst wird und das thermisch leitfähige Material kann daher in einer Rolle massengefertigt werden.
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Wenn das thermisch leitfähige Material auf Bauteile aufgebracht wird, kann es je nach der gewünschten Form durchlöchert und zugeschnitten werden und die Eckstücke der Bauteile können mit Hilfe eines Sprühbeschichtungsverfahrens und dergleichen, bei denen das gleiche Material und das isolierende Material verwendet werden, mit isolierenden Eigenschaften versehen werden. Bei dem isolierenden Verfahren kann das thermisch leitfähige Material direkt auf das funktionelle Material aufgebracht werden oder nach dem Herstellen der isolierenden Folie mittels eines Laminierungsverfahrens erzeugt werden.
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Wie in den 2 bis 8 gezeigt ist, kann das funktionelle Kohlenstofffüllmaterial 100 – gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung – zum Erhalten des thermisch leitfähigen Materials 300 in Form einer dünnen Folie in einem Lösemittel gelöst werden und so verdichtet werden, dass es etwa mehrere μm bis etwa einige zehn μm dick ist, sodass hierbei eine dünne Folie aus dem wärmeleitenden Füllmaterial 100 hergestellt wird. Als Lösemittel kann hierfür das gleiche Material wie bei der Polymermatrix 200 verwendet werden. Die dünne Folie aus dem wärmeleitenden Füllmaterial 100 kann so mit der Polymermatrix 200 beschichtet werden, dass das Material etwa mehrere μm bis etwa einige zehn μm dick ist. Dementsprechend kann das wärmeleitende Füllmaterial 100, welches wärmeleitfähig ist, als funktionelle Schicht ausgebildet werden und die Polymermatrix 200 kann als isolierende Schicht ausgebildet werden, um einen Kurzschluss zwischen elektronischen Bauteilen, in denen das thermisch leitfähige Material 300 vorgesehen ist, zu verhindern. Die Hafteigenschaften an der Oberfläche und die Wärmeleitfähigkeit am Befestigungspunkt können ebenso optimiert werden, indem die Dicke der funktionellen Schicht und der isolierenden Schicht kontrolliert werden und das thermisch leitfähige Material kann mit einer für die Bauteile, bei denen es verwendet wird, optimalen Dicke hergestellt werden.
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Da teure Füllmaterialien 100, wie beispielsweise Silber (Ag) und BN (Bornitrid) verwendet werden, besitzt das herkömmliche, thermisch leitfähige Material 300 einen großen Kostennachteil. Zudem kann das herkömmliche thermisch leitfähige Material 300 je nach Material der Polymermatrix 200 in einen weichen und einen harten Typ eingeteilt werden und muss in Abhängigkeit von diesem Typ unterschiedlich ausgestaltet werden. Das thermisch leitfähige Material 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedoch je nach der Dicke der Polymermatrix 200 als isolierende Schicht und des wärmeleitenden Füllmaterials 100 als funktionelle Schicht als weicher Typ und harter Typ ausgestaltet werden und – im Vergleich zu dem herkömmlichen, thermisch leitfähigen Material – zu etwa 30% bis etwa 50% günstigeren Kosten hergestellt werden.
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Wie in 6 gezeigt ist, kann das thermisch leitfähige Material 300, das mittels des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, das wärmeleitende Füllmaterial 100, die Polymermatrix 200, die eine elastische Kraft besitzt und auf das wärmeleitende Füllmaterial 100 aufgebracht ist, und die isolierende Beschichtungsschicht, die auf die Seiten des wärmeleitenden Füllmaterials 100 und der Polymermatrix 200 aufgebracht ist, enthalten.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann das wärmeleitende Füllmaterial 100 die Form einer Folie haben und die Polymermatrix 200 kann auf das wärmeleitende Füllmaterial 100 aufgebracht sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die isolierende Beschichtungsschicht aus dem gleichen Bestandteil wie die Polymermatrix 200 bestehen.
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Das thermisch leitfähige Material 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann indessen auf die in hohem Maße Wärme abstrahlende Verbundfolie aufgebracht werden. Wenn das thermisch leitfähige Material 300 in der in hohem Maße Wärme abstrahlenden Verbundfolie enthalten ist, kann Wärme, die von wärmeerzeugenden Bauteilen, wie beispielsweise einer CPU oder einem Halbleiter, erzeugt wird, wegen des wärmeleitenden Füllmaterials 100 zu einem Wärmestrahler geleitet werden.
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Zudem können auch Antivibrationseigenschaften und stoßabsorbierende Eigenschaften, die sich aus der elastischen Kraft der Polymermatrix 200 ergeben, erhalten werden. Eine elektromagnetische Wellen abschirmende Schicht, die elektromagnetische Wellen abschirmen kann, kann dabei in der in hohem Maße Wärme abstrahlenden Verbundfolie enthalten sein.
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Die 10 zeigt – mit einem Pfeil – die Bewegung der Wärme in einem Zustand, in dem das thermisch leitfähige Material 300, das mit Hilfe eines gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft angegebenen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde, in einer Batteriezelle 500 vorgesehen ist, im Vergleich zu einem Zustand, in dem das thermisch leitfähige Material nicht in der Batteriezelle 500 vorgesehen ist. Laut dem Stand der Technik wird aufgrund eines Zurückweichens der angrenzenden Oberfläche ein Zwischenraum bzw. eine Lücke erzeugt, da die Polymermatrix 200 als isolierende Schicht jedoch eine elastische Kraft besitzen kann, kann das thermisch leitfähige Material 300, das mit Hilfe eines gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft angegebenen Verfahrens hergestellt wurde, zusammengedrückt werden und somit kann die Form der Polymermatrix 200 je nach der Form der Oberfläche, an welche das thermisch leitfähige Material 300 angrenzt, verformt werden und so das Auftreten eines Zwischenraums verhindert werden. Das Auftreten eines solchen Zwischenraums zwischen dem thermisch leitfähigen Material 300 und der benachbarten Oberfläche kann daher verhindert werden.
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Die 11 zeigt einen Zustand, in dem das thermisch leitfähige Material 300, das mit Hilfe eines gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft angegebenen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde, zwischen den Batteriezellen 500 eingesetzt wird, wobei ein Batteriemodul 400 gebildet wird. Das thermisch leitfähige Material 300, das mit Hilfe eines gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft angegebenen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde, kann so hergestellt werden, dass es in Abhängigkeit von der erforderlichen Wärmeleitfähigkeit maximal möglich dünn gemacht wird. In Abhängigkeit von den Eigenschaften können ein Abstand zwischen den Batteriezellen 500 und das Volumen des Batteriemoduls 400 minimiert werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann das in hohem Maße Wärme abstrahlende, thermisch leitfähige Material (mit einer maximalen Wärmeleitfähigkeit von 20 W/mK) gemäß verschiedenen, beispielhaft angegebenen Verfahren zum Herstellen eines thermisch leitfähigen Materials gemäß beispielhaft angegebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in mehr unterschiedlichen Dicken als das herkömmliche thermisch leitfähige Material (mit einer maximalen Wärmeleitfähigkeit von 5 W/mK) hergestellt werden. Zudem kann das thermisch leitfähige Material je nach der gewünschten Form des Bauteils hergestellt werden, in Rollen erzeugt und massengefertigt werden.
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Da ein elastomeres Material mit einer elastischen Kraft als Polymermatrix verwendet wird, können zudem die Hafteigenschaften an der Oberfläche maximiert werden, und, wenn das elastomere Material in Rollenform erzeugt wird, kann es so zugeschnitten und durchlöchert werden, dass jede Änderung der Bauteile, auf die es aufgebracht werden soll, aufgenommen werden kann, so dass die Form völlig frei wählbar ist, und zusätzlich können an den Eckstücken des Materials isolierende Eigenschaften bereitgestellt werden, indem ein Sprühverfahren und dergleichen verwendet wird. Hierdurch kann die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen ausgeschlossen werden und die Kosten können im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren zum Beispiel um etwa 30% bis 50% reduziert werden.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen und die beigefügten Figuren beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann von Fachleuten, an welche sich die vorliegende Erfindung richtet, auf verschiedene Weise modifiziert und verändert werden, ohne von dem eigentlichen Sinn und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung, wie er in den folgenden Ansprüchen beansprucht wird, abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Füllmaterial
- 200
- Matrix
- 300
- thermisch leitfähiges Material
- 400
- Batteriemodul
- 500
- Batteriezelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0177219 [0001]
- KR 10-2015-0063713 [0001]
