JP6852160B2 - 放熱流体組成物、その製造方法、それを含む電池モジュール及びバッテリーパック - Google Patents
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Description
本出願は、2017年11月30日付の韓国特許出願第10−2017−0163595号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
前記気泡が除去された混合物は、20℃での粘度が850cP以上であり、30℃での粘度が750cP以下であることを特徴とする放熱流体組成物の製造方法を提供する。
本記載の放熱流体組成物は、非伝導性オイル100重量部、熱伝導性無機粒子1〜30重量部、及び無機沈殿防止剤1〜30重量部を含み、20℃での粘度が850cP以上であり、30℃での粘度が750cP以下であることを特徴とする。このような場合、電池モジュールから発生する熱を制御する放熱性能だけでなく、電気絶縁性及び価格競争力までも優れるので、市場で要求する放熱流体の全ての条件を満足させるようになる。さらに、従来は、熱伝導性無機粒子が媒質に分散された後、数ヶ月が経過すると、通常沈殿が起こるが、本記載の放熱流体組成物は、温度に応じて粘度が急激に変化するように設計されることで、常温では高粘度状態で数年が経過しても無機粒子の沈殿が発生せず、高温では低粘度状態になって速やかに熱を伝導するので、熱伝導性が長く持続される。すなわち、本記載の放熱流体組成物は、電池の充放電休止期には、粘度を高めて流体内の無機粒子の沈殿を防止し、電池の充放電が起こる間には、電池セルから発散される熱によって放熱流体の粘度が低下し、その結果として、流動性が高くなって高い熱伝導性を示すように製造された。
本記載の放熱流体組成物の製造方法は、a)非伝導性オイル100重量部、熱伝導性無機粒子5〜50重量部、及び無機沈殿防止剤5〜50重量部を含む混合物をボールミルで攪拌するステップ;b)攪拌された混合物をフィルタリングするステップ;及びc)フィルタリングした混合物から真空ポンプを用いて気泡を除去するステップを含み、前記気泡が除去された混合物は、20℃での粘度が850cP以上であり、30℃での粘度が750cP以下であることを特徴とし、この範囲内で、流体を用いた電池冷却方式において、電気絶縁性に優れ、爆発の原因となる熱を速やかに放出させ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、長期間使用にも優れた放熱性能を維持するという効果がある。
本記載の電池モジュールは、モジュールケース;前記モジュールケースの内部に装着された電池セル;及び前記モジュールケースの内部に充填された本記載の放熱流体組成物を含むことを特徴とする。以下に本記載と直接的に関連のない技術内容に対しては、要旨を曖昧にしないために説明を省略するが、通常の技術者が適宜適用できるということは自明な事項である。
本記載のバッテリーパックは、本記載の電池モジュール2つ以上;及び前記電池モジュールを収容するパックケースを含むことを特徴とし、このようなバッテリーパックは、内部電気絶縁性に優れ、爆発の原因となる熱を速やかに放出させ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、長期間の使用にも優れた放熱性能をそのまま維持する効果を有する。
実施例1
1mmの粒径のジルコニアボール1kgが入っている1L容量のシリンダー型反応器に、一次(primary)平均粒径30nmのヒュームドシリカを20g添加し、30nmのアルミナを20g追加投入した。その後、大豆(Soybean)油400gを添加してボールミルで2時間攪拌した。2時間攪拌した後、ジルコニアボールを除いた流体をフィルタリングし、真空ポンプを介して、2時間の間、流体内に存在する気泡を除去して、放熱流体組成物を製造した。このように製造した放熱流体組成物を、電池のハウジングの内部、すなわち、モジュールケースに高さ30%あるいは80%まで投入し、下記の測定方法において記述したように、充電と放電を交互に行って電池セルの発熱温度を測定した。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で910cP、30℃の条件で600cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのヒュームドシリカの代わりに、平均粒径200nmのヒュームドアルミナを使用した以外は、実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で880cP、30℃の条件で550cPであった。
前記実施例1において、ヒュームドシリカの代わりにエアロゲル(シリカエアロゲル、LG Chem)を使用した以外は、実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で1080cP、30℃の条件で720cPであった。
前記実施例1において、大豆油(Soybean oil)の代わりにシリコンオイルを使用した以外は、実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で860cP、30℃の条件で510cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのアルミナの代わりに平均粒径300nmのアルミナを使用し、ヒュームドシリカとアルミナの量を、それぞれ、非伝導性オイル100重量部を基準として15重量部使用した以外は、前記実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で900cP、30℃の条件で580cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのアルミナの代わりに平均粒径300nmのアルミナを使用し、平均粒径30nmのヒュームドシリカの代わりに平均粒径200nmのヒュームドアルミナを使用し、その量は、非伝導性オイル100重量部を基準として、平均粒径300nmのアルミナは20重量部、平均粒径200nmのヒュームドアルミナは10重量部を使用した以外は、実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で1050cP、30℃の条件で710cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのアルミナの代わりに平均粒径300nmのアルミナを使用し、平均粒径30nmのヒュームドシリカの代わりに平均粒径200nmのヒュームドアルミナを使用し、その量は、非伝導性オイル100重量部を基準として、平均粒径300nmのアルミナは10重量部、平均粒径200nmのヒュームドアルミナは20重量部を使用した以外は、実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で1100cP、30℃の条件で740cPであった。
前記実施例1の放熱流体組成物の代わりに、絶縁油として、植物性オイル(vegetable oil)を主成分とするCargill社のFR−3絶縁油を使用した。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で250cP、30℃の条件で110cPであった。
前記実施例1において、無機粒子全体の含量が、非伝導性オイル100重量部を基準として2重量部(ヒュームドシリカ:アルミナの重量比=1:1)使用された以外は、前記実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で310cP、30℃の条件で120cPであった。
前記実施例1において、無機粒子全体の含量が、非伝導性オイル100重量部を基準として70重量部(ヒュームドシリカ:アルミナの重量比=30:40)使用された以外は、前記実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で2350cP、30℃の条件で1720cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのヒュームドシリカの代わりに一次粒子の平均粒径1μmのエアロゲル(シリカエアロゲル、LG Chem)を使用した以外は、前記実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で1200cP、30℃の条件で930cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのアルミナの代わりに一次粒子の平均粒径2μmのアルミナを使用し、平均粒径30nmのヒュームドシリカの代わりに平均粒径3nmのエアロゲル(シリカエアロゲル、LG Chem)を使用した以外は、前記実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で980cP、30℃の条件で890cPであった。
前記実施例1において、平均粒径30nmのアルミナの代わりに一次粒子の平均粒径3nmのアルミナを使用した以外は、前記実施例1と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、20℃の条件で1000cPであり、30℃の条件で870cPであった。
前記実施例1〜7及び比較例1〜6で準備された放熱流体組成物の特性を、下記の方法で測定し、その結果を下記の表1に示す。
Claims (18)
- 非伝導性オイル100重量部、熱伝導性無機粒子1〜30重量部、及び無機沈殿防止剤1〜30重量部を含み、
20℃での粘度が850cP以上であり、30℃での粘度が750cP以下である、放熱流体組成物。 - 前記無機沈殿防止剤の密度は、前記非伝導性オイルの密度と同一または低い、請求項1に記載の放熱流体組成物。
- 前記放熱流体組成物は、電池モジュールに充填される熱伝逹オイルであって、充放電時に発散される熱によって温度が高くなると、粘度が低くなって流動性が増加し、充放電が終了して冷却されると、再び粘度が高くなって前記熱伝導性無機粒子の沈殿が防止される、請求項1または2に記載の放熱流体組成物。
- 前記熱伝導性無機粒子は、シリカ(ただし、ヒュームドシリカは除く)、アルミナ(ただし、ヒュームドアルミナは除く)、アルミノシリケート、窒化アルミニウム(AlN)、窒化シリコン(Si3N4)及び窒化ホウ素(BN)からなる群から選択された1つ以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記熱伝導性無機粒子は、一次(primary)平均粒径が5〜900nmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記熱伝導性無機粒子は、バルク密度が0.2g/cm3〜5g/cm3である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記無機沈殿防止剤は、エアロゲル、ヒュームドシリカ、及びヒュームドアルミナからなる群から選択された1つ以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記無機沈殿防止剤は、一次(primary)平均粒径が5〜900nmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記無機沈殿防止剤は、バルク密度が0.2g/cm3以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記非伝導性オイルは、鉱油(mineral oil)、シリコンオイル、及び植物性オイルからなる群から選択された1つ以上である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- 前記植物性オイルは大豆油(soybean oil)である、請求項10に記載の放熱流体組成物。
- 前記放熱流体組成物は、メスシリンダー(mass cylinder)に注ぎ、そのときの粒子層の高さを100とし、30日間滞留させた後、液面の最高高さから沈んだ粒子層の最高高さをパーセントで表した分散安定性が90%以上である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
- a)非伝導性オイル100重量部、熱伝導性無機粒子5〜50重量部、及び無機沈殿防止剤5〜50重量部を含む混合物をボールミルで攪拌するステップと、b)攪拌された混合物をフィルタリングするステップと、c)フィルタリングした混合物から真空ポンプを用いて気泡を除去するステップとを含み、
前記気泡が除去された混合物は、20℃での粘度が850cP以上であり、30℃での粘度が750cP以下である、放熱流体組成物の製造方法。 - モジュールケースと、
前記モジュールケースの内部に装着された電池セルと、
前記モジュールケースの内部に充填された請求項1乃至11のいずれか1項に記載の放熱流体組成物とを含む、電池モジュール。 - 前記放熱流体組成物は、モジュールケースの内部の高さの90%以下の高さまで充填された、請求項14に記載の電池モジュール。
- 前記モジュールケースは、プラスチック、アルミニウム、ステンレススチール、またはこれらのうち2つ以上の貼り合わせからなる、請求項14または15に記載の電池モジュール。
- 前記電池セルは、最高電圧が65V未満である、請求項14〜16のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 請求項14〜17のいずれか一項に記載の電池モジュール2つ以上;及び前記電池モジュールを収容するパックケースを含む、バッテリーパック。
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