JP6592290B2 - 熱界面素材及びその製作方法 - Google Patents
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Description
エコカーのエンジンとともにバッテリー性能の最適化は、未来の自動車の重要な課題である。このようなバッテリー性能の最適化をなすために、バッテリー駆動において最適の環境を維持することがエコカーの性能を向上させる重要な要素である。
電気自動車の場合、バッテリーシステムの信頼性と安定性が電気自動車の商品価値を決定づける最も重要な要素である。多様な外部温度の変化の環境のもとでもバッテリー性能の低下防止を防止する必要があり、そのためにバッテリーシステムの適正温度範囲である攝氏45度から攝氏50度以下の温度を維持する必要があり、一般的な気候条件でも優れた放熱性能を有するとともに、低温環境でも適正温度を維持し得るパウチセルモジュール用熱制御システムが必要である。
異種材質間の熱伝逹において、界面での空気及び異物による熱伝逹特性が低下する現象を克服するため、熱界面素材(TIM;THERMAL INTERFACE MATERIAL)を適用しているが、このような熱界面素材の場合は水平方向の熱伝導度特性が3W/mK以下であるため、効果的な熱伝逹に限界があり、高価格のフィラーを用いる必要がある問題点があった。
また、適用される部品の形状によって熱界面素材を自在に製作すること及びロールタイプの生産ができるため、大量生産が可能である。
さらに、弾性力を有するエラストマー素材をマトリックスとして用いるため、面接着特性が最大化されるとともに、ロールタイプで生産する場合、適用部品の形状に合わせて裁断及び打ち抜きが可能であるため形状の自由度が高く、素材の角部分にスプレーなどの方法を用いて絶縁特性を付与することができる。この場合、電気ショートの危険性を免れることができ、製造原価面においても従来に対比して30から50%のコスト節減が可能と予想される。
よって、本発明は、炭素系フィラーを用いた絶縁特性の高放熱界面素材を提供し、面接着及び絶縁効果を最大化するために同一のマトリックス(エラストマー;KRATON、VISTAMAXXなど)を活用して表面絶縁コーティングをする。また、スプレーなどを活用して側面絶縁及び前面絶縁コーティングを行うことにより、耐電圧特性及び応用時の安全性を確保することができる。
図1に示すように、本発明の熱界面素材300の製作方法は、熱伝導性フィラー100と、弾性力を有し、フィラー100に塗布された高分子マトリックス200と、フィラー100とマトリックス200の側面に塗布された絶縁コーティング層とを含む熱界面素材300の製作方法において、フィラー100を構成する物質が溶解された状態で板状に押出される段階、及び板状のフィラー100にマトリックス200がコーティングされる段階を含む。また、マトリックス200及びフィラー100の側面にマトリックス200と同一の成分の液体が散布され、絶縁コーティング層を形成する段階をさらに含む。
また、フィラー100は、カーボンブラック、グラファイト、EGG、グラフェン及びグラフェンオキシドのうちいずれか一つと、CNT(炭素ナノチューブ;CABON NANOTUBE)及びCF(カーボンファイバー;CARBON FIBER)のうち少なくともいずれか一つとの混合物であってもよく、CNT及びCFのうちいずれか一つは、方向性を有するようにフィラー100に内蔵されてよい。CNT及びCFはフィラーの熱伝導度を向上させる。
フィラー100は、カーボンブラック、グラファイト、EGG、グラフェン及びグラフェンオキシドのうちいずれか一つを、全体重量に対し20〜65wt%で含むことができる。フィラー100は、CNT及びCFのうちいずれか一つを全体重量に対し0〜20wt%で含むことができる。
フィラー100の構成物質及び構成の割合は、熱伝導度と成形性などを考慮して適宜変更してもよい。
下記表1は、CFの重量比に対する垂直方向及び水平方向の熱伝導度である。
部品への適用時には形状によって打ち抜き及び裁断を行い、角の部分は同一素材及び絶縁素材のスプレーコーティングなどの方法を用いて絶縁性を確保するが、絶縁方法としては、機能性素材上にコーティングすることも可能であり、絶縁フィルムの製作後にラミネーション方式で素材の製作が可能である。
本発明の製作方法によって製作された熱界面素材300は、図6に示すように、熱伝導性フィラー100と、弾性力を有し、フィラー100に塗布された高分子マトリックス200と、フィラー100とマトリックス200の側面に塗布された絶縁コーティング層とを含む。
一方、本発明の熱界面素材300を高放熱複合シートに適用することが可能である。本発明の熱界面素材300が高放熱複合シートに含まれれば、フィラー100の熱伝導度によってCPUまたは半導体などの発熱素子で発生した熱を放熱ヒーターに伝導させることが可能である。
また、マトリックス200の弾性力を介して必要とする防塵性能及び衝撃吸収性能を確保することができる。このとき、高放熱複合シートには電磁波を遮蔽できる電磁波遮蔽層が備えられるのが好ましい。
200:マトリックス
300:熱界面素材
400:バッテリーモジュール
500:バッテリーセル
Claims (5)
- バッテリーセルにコーティングしてバッテリーセルの熱を放出する熱界面素材の製作方法であって、
熱伝導性フィラーと、弾性力を有し、前記フィラーに塗布された高分子マトリックスと、前記フィラーと前記マトリックスの側面に塗布された絶縁コーティング層とを含む熱界面素材の製作方法において、
前記フィラーを構成する物質が溶解された状態で板状に押出される段階、及び
前記板状のフィラーに前記マトリックスがコーティングされる段階、を含み、
前記マトリックス及び前記フィラーの側面に、前記マトリックスと同一成分の液体が分散塗布されて前記絶縁コーティング層を形成する段階をさらに含み、
前記フィラーは、カーボンブラック、グラファイト、膨張黒鉛(EGG)、グラフェン及びグラフェンオキシドのうち少なくともいずれか一つを含み、
炭素ナノチューブ(CNT)及びカーボンファイバー(CF)のうち少なくともいずれか一つをさらに含み、
前記CNT及びCFのうち少なくともいずれか一つは、全体重量に対し0wt%超20wt%未満でなり、
方向性を有するように前記フィラーに内蔵されたことを特徴とする熱界面素材の製作方法。 - 前記マトリックスは、
スチレン系、オレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系の熱可塑性エラストマー(THERMOPLASTIC ELASTOMER:TPE)のうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱界面素材の製作方法。 - 前記マトリックスは、
スチレンーブタジエン−スチレン ブロック コポリマー(SBS:STYRENE−BUTADIENE−STYRENE BLOCK COPOLYMER)、スチレンーブタジエン−エチレン−スチレン ブロック コポリマー(SBES:STYRENE−BUTADIENE−ETHYLENE−STYRENE BLOCK COPOLYMER)、スチレンーイソプレン−スチレン ブロック コポリマー(SIS:STYRENE−ISOPRENE−STYRENE BLOCK COPOLYMER)のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱界面素材の製作方法。 - 前記フィラーは、全体重量に対し20〜65wt%であることを特徴とするなる請求項1に記載の熱界面素材の製作方法。
- バッテリーセルにコーティングしてバッテリーセルの熱を放出する熱界面素材であって、
熱伝導性フィラーと、
弾性力を有し、前記フィラーに塗布された高分子マトリックスと、
前記フィラーと前記マトリックスの側面に塗布された絶縁コーティング層とを含み、
前記フィラーは膜形状に形成された状態であり、
前記マトリックスは前記フィラーにコーティングされた状態であり、
前記絶縁コーティング層は、前記マトリックスと同一の成分であり、
前記フィラーは、カーボンブラック、グラファイト、膨張黒鉛(EGG)、グラフェン及びグラフェンオキシドのうち少なくともいずれか一つを含み。全体重量に対し20〜65wt%でなり、炭素ナノチューブ(CNT)及びカーボンファイバー(CF)のうち少なくともいずれか一つをさらに含み、
前記CNT及びCFのうち少なくともいずれか一つは、全体重量に対し0wt%超20wt%未満でなり、方向性を有するように前記フィラーに内蔵されることを特徴とする熱界面素材。
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