JP7063441B2 - バッテリーモジュール - Google Patents

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Description

本出願は２０１５年６月１２日付提出された大韓民国特許出願第１０－２０１５－００８３４２５号に基づいた優先権の利益を主張し、該当大韓民国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、バッテリーモジュールに関するものである。
二次電池には、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池またはリチウム二次電池などがあり、代表的なものはリチウム二次電池である。
リチウム二次電池は、主にリチウム酸化物と炭素素材をそれぞれ陽極活物質と陰極活物質として使う。リチウム二次電池は、陽極活物質と陰極活物質がそれぞれ塗布された陽極板と陰極板がセパレーターを挟んで配置された電極組立体および電極組立体を電解液と共に密封収納する外装材を含むが、外装材の形状によって缶型二次電池とパウチ型二次電池に分類され得る。本明細書では単一の二次電池をバッテリーセルと呼ぶこともある。
自動車や電力貯蔵装置のような中／大型装置に利用される場合、容量および出力を高めるために複数のバッテリーセルが互いに電気的に連結されてバッテリーモジュールまたはバッテリーパックが構成され得る。
バッテリーモジュールまたはそのようなバッテリーモジュールが複数連結されたバッテリーパックを構成するためには、多様な締結部品や冷却装備などが要求されるが、このような締結部品または冷却装備などはバッテリーモジュールまたはバッテリーパックの製造費用の上昇を誘発し、体積および重量を増加させ、増加した体積および重量対比出力も低下させる。
本出願は、バッテリーモジュールを提供することができる。
本出願のバッテリーモジュールは、ハウジング（以下、本明細書ではハウジングはモジュールケースと呼称され得る。）と前記ハウジング内に収納されているバッテリーセルを含むことができる。本出願において、ハウジング内には少なくとも２個以上のバッテリーセルが収納されていてもよい。本出願において、ハウジング内に収納されている前記２個以上のバッテリーセルの集合は、バッテリーセル集合体と呼称され得る。図１は、例示的なバッテリーモジュールに関するものであり、ハウジング２００とバッテリーセル集合体１００を例示的に示している。
ハウジングは、少なくとも下部板を含むことができる。下部板には、前記バッテリーセルをガイドする凸部が少なくとも２個形成されていてもよい。前記バッテリーセルは、前記下部板の凸部の間に装着されていてもよい。
図２は、例示的なバッテリーモジュールの側面図であり、前記言及した下部板２１０の凸部の間にバッテリーセル４００が装着されている形態を示している。前記下部板に形成される凸部の形態、具体的な数やサイズなどは特に制限されず、装着しようとするバッテリーセルの数やサイズおよびその形状を考慮して適宜選択することができる。
前記下部板は、熱伝導性下部板であり得る。下部板に形成される凸部も下部板の一部であるので、熱伝導性であり得る。用語、熱伝導性下部板は、前記下部板の熱伝導度が１０Ｗ／ｍｋ以上であるか、あるいは少なくとも前記のような熱伝導度を有する部位が含まれている下部板を意味する。例えば、前記下部板全体、あるいは少なくとも前記凸部は前述した熱伝導度を有することができる。他の例示において、前記下部板および／または凸部のうち少なくとも一つが前記熱伝導度を有する部位を含むことができる。前記において熱伝導度は、他の例示で、２０Ｗ／ｍｋ以上、３０Ｗ／ｍｋ以上、４０Ｗ／ｍｋ以上、５０Ｗ／ｍｋ以上、６０Ｗ／ｍｋ以上、７０Ｗ／ｍｋ以上、８０Ｗ／ｍｋ以上、９０Ｗ／ｍｋ以上、１００Ｗ／ｍｋ以上、１１０Ｗ／ｍｋ以上、１２０Ｗ／ｍｋ以上、１３０Ｗ／ｍｋ以上、１４０Ｗ／ｍｋ以上、１５０Ｗ／ｍｋ以上、１６０Ｗ／ｍｋ以上、１７０Ｗ／ｍｋ以上、１８０Ｗ／ｍｋ以上、１９０Ｗ／ｍｋ以上または１９５Ｗ／ｍｋ以上であり得る。前記熱伝導度はその数値が高いほどモジュールの放熱特性などの側面で有利であるため、その上限は特に制限されない。一例示において、前記熱伝導度は約１，０００Ｗ／ｍＫ以下、９００Ｗ／ｍｋ以下、８００Ｗ／ｍｋ以下、７００Ｗ／ｍｋ以下、６００Ｗ／ｍｋ以下、５００Ｗ／ｍｋ以下、４００Ｗ／ｍｋ以下、３００Ｗ／ｍｋまたは２５０Ｗ／ｍＫ以下であり得るが、これに制限されるものではない。前記のような熱伝導度を表わす材料の種類は特に制限されず、例えば、アルミニウム、金、純銀、タングステン、銅、ニッケルまたは白金などの金属素材などがある。下部板は、全体が前記のような熱伝導性材料からなるか、少なくとも一部の部位が前記熱伝導性材料からなる部位であり得る。これにより、前記下部板は前記言及された範囲の熱伝導度を有するか、あるいは前記言及された熱伝導度を有する部位を少なくとも含むことができる。
下部板で前記範囲の熱伝導度を有する部位は後述する樹脂層と接触する部位であり得る。また、前記熱伝導度を有する部位は、冷却水のような冷却媒体と接する部位であり得る。このような構造によれば、バッテリーセルから発生した熱を効果的に外部に放出できる構造を具現することができる。
一例示において前記下部板は、水冷システムのような冷却システムと接触していてもよい。この時、接触は後述する熱的接触である。
一方、本明細書で言及する物性のうち測定温度がその物性に影響を及ぼす場合、特に言及しない限り、その物性は常温で測定した物性であり得る。本明細書で用語、常温は約１０℃～３０℃の範囲内のいずれかの温度、例えば、約２５℃、約２３℃または約２０℃程度の温度を意味し得る。
ハウジングは、少なくとも前記下部板を含む限り、別途の構造物をさらに含むこともできる。例えば、ハウジングは前記下部板と共に前記バッテリーセルの集合体が収納され得る内部空間を形成する側壁などをさらに含むこともできる。ハウジングの構造は、少なくとも前記下部板を含む限り特に制限されない。
バッテリーモジュールは冷却ピンおよび／または冷却プレートをさらに含むことができる。前記において冷却ピンは、例えば、凸部によってガイドされているバッテリーセルの間に位置することができる。少なくとも前記冷却ピンは前記凸部の上部に存在することができる。この時、冷却ピンは前記凸部の上部表面を覆った状態で前記バッテリーセルの間に位置することができる。
図２では、バッテリーセル４００の間で下部板２１０の凸部の上部表面を覆った状態で位置する冷却ピン３０２を例示的に示している。
一方、前記において冷却プレートも、前記凸部の間に形成される下部板の表面と前記バッテリーセルの間に位置することができる。図２はこのような冷却プレート３０１を例示的に示している。
バッテリーモジュールは前記冷却ピンおよび冷却プレートのうちいずれか一つを含むか、あるいは前記両者をすべて含むことができる。
冷却ピンおよび／または冷却プレートは、前記下部板で言及したことと同じ範囲の熱伝導度を有することができ、したがって下部板のようにアルミニウム、金、純銀、タングステン、銅、ニッケルまたは白金などの金属素材であり得る。
ハウジング内のバッテリーセルの数は、バッテリーモジュールの用途などに応じて要求される出力などによって調節されるものであり、特に制限されない。前記バッテリーセルは互いに電気的に連結されていてもよい。
前記バッテリーセルの種類も特に制限されず、公知の多様なバッテリーセルをすべて適用することができる。一つの例示において、前記バッテリーセルはパウチ型電池であり得る。図３を参照すれば、パウチ型電池１００は通常電極組立体、電解質およびパウチ外装材を含むことができる。図３は、例示的なパウチ型電池の構成を概略的に示す分離斜視図であり、図４は図３の構成の結合斜視図である。
パウチ型電池１００に含まれる電極組立体１１０は、一つ以上の陽極板および一つ以上の陰極板がセパレーターを挟んで配置された形態であり得る。電極組立体１１０は、一つの陽極板と一つの陰極板がセパレーターとともに巻かれた巻き取り型であるか、複数の陽極板と複数の陰極板がセパレーターを挟んで交互に積層されたスタック型などに区分され得る。
パウチ外装材１２０は、例えば、外部絶縁層、金属層および内部接着層を具備する形態で構成され得る。このような外装材１２０は、電極組立体１１０と電解液などの内部要素を保護し、電極組立体１１０と電解液による電気化学的性質に対する補完および放熱性などを勘案してアルミニウムなどの金属薄膜を含むことができる。このような金属薄膜は、電極組立体１１０および電解液などの要素や電池１００外部の別の要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁物質で形成された絶縁層間に介在され得る。
一つの例示において外装材１２０は、上部パウチ１２１と下部パウチ１２２を含むことができ、上部パウチ１２１と下部パウチ１２２のうち少なくとも一つには窪んだ形態の内部空間Ｉが形成され得る。このようなパウチの内部空間Ｉには電極組立体１１０が収納され得る。上部パウチ１２１と下部パウチ１２２の外周面にはシーリング部Ｓが備えられ、このようなシーリング部Ｓが互いに接着して、電極組立体１１０が収容された内部空間が密閉され得る。
電極組立体１１０の各電極板には電極タブが備えられ、一つ以上の電極タブが電極リードと連結され得る。電極リードは、上部パウチ１２１と下部パウチ１２２のシーリング部Ｓの間に介在して外装材１２０の外部に露出することによって、二次電池１００の電極端子として機能することができる。
しかし、前記説明したパウチ型電池の形態は一つの例示てあり、本出願で適用されるバッテリーセルは前記のような種類に制限されるものではない。本出願では公知の多様な形態のパウチ型電池またはその他の形態の電池をすべてバッテリーセルとして適用することができる。
バッテリーモジュールは樹脂層（図２のＡ）、例えば、熱伝導度が２Ｗ／ｍＫ以上である樹脂層をさらに含むことができる。前記樹脂層は、前記冷却ピンと凸部の間、具体的には凸部の上部表面を覆っている冷却ピンの領域と前記凸部の間、前記冷却プレートと前記下部板の間、前記冷却ピンと前記バッテリーセルの間または前記冷却プレートと前記バッテリーセルの間のうち少なくともいずれか一つの領域に存在することができる。このような樹脂層は、前記冷却ピン、冷却プレート、凸部、下部板および／またはバッテリーセルと接触していることができる。前記において接触は熱的接触である。用語、熱的接触は、樹脂層と前記冷却ピン、冷却プレート、凸部、下部板および／またはバッテリーセルの間にある程度空間が存在してもいずれか一つの対象から他の対象に熱が伝達され得る場合を意味し得る。
このような樹脂層は、前記下部板の全体面積の約１０％以上、約１５％以上、約２０％以上、約２５％以上、約３０％以上、約３５％以上、約４０％以上、約４５％以上、約５０％以上または約５５％以上の面積を覆っていることができる。少なくとも前記樹脂層は、前述した下部板の凸部を覆っていることができる。前記樹脂層の面積の上限は特に制限されず、例えば、約１００％程度である。
本出願で用語樹脂層は、樹脂成分を含む層であり、一つの例示において前記樹脂層は接着剤層であってもよい。一つの例示において前記バッテリーモジュールは、前記下部板、バッテリーセル、冷却ピンおよび冷却プレートを含み、前記冷却ピンと下部板の間および／または前記下部板と冷却プレートの間で両者と接触している前記樹脂層を含む。一方、前記において接触は、前述した熱的接触を意味するもので、前記接触には前記樹脂層が前記下部板などと直接接触しているか、あるいは前記樹脂層と前記下部板などの間に別の要素、例えば、絶縁層などが存在するものの、その別の要素が前記樹脂層から前記下部板などへの熱の伝達を妨げていない状態を意味し得る。前記において熱の伝達を妨げないとは、前記樹脂層と前記下部板などの間に別の要素（ｅｘ．絶縁層）が存在する場合にも、その別の要素と前記樹脂層の全体の熱伝導度が約１．５Ｗ／ｍＫ以上、約２Ｗ／ｍＫ以上、２．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、３．５Ｗ／ｍＫ以上または４Ｗ／ｍＫ以上となるか、あるいは前記樹脂層およびそれと接触している下部板などの全体の熱伝導度が前記別の要素がある場合にも前記範囲内に含まれる場合を意味する。前記熱的接触の熱伝導度は、５０Ｗ／ｍＫ以下、４５Ｗ／ｍｋ以下、４０Ｗ／ｍｋ以下、３５Ｗ／ｍｋ以下、３０Ｗ／ｍｋ以下、２５Ｗ／ｍｋ以下、２０Ｗ／ｍｋ以下、１５Ｗ／ｍｋ以下、１０Ｗ／ｍＫ以下、５Ｗ／ｍＫ以下、４．５Ｗ／ｍＫ以下または約４．０Ｗ／ｍＫ以下であり得る。このような熱的接触は、前記別の要素が存在する場合に、その別の要素の熱伝導度および／または厚さを制御して達成することができる。
樹脂層は、必要であれば、前記冷却ピンおよび／または冷却プレートとバッテリーセルの間にも存在することができる。
本出願では、前記のような構造の採用を通じて一般のバッテリーモジュールまたはそのようなモジュールの集合体であるバッテリーパックの構成時に、既存に要求されていた多様な締結部品やモジュールの冷却装備などを大幅に減少させながらも、放熱特性を確保しつつ単位体積当たりより多くのバッテリーセルが収納されるモジュールを具現することができる。これによって、本出願ではより小型で、軽量でありながらも高出力のバッテリーモジュールを提供することができる。
前述した通り、前記熱伝導性部位または熱伝導性下部板などは冷却水のような冷却媒体と接する部位であり得る。
樹脂層は、薄い層の形態であるか、あるいは下部板と冷却ピンおよび／または冷却プレートなどの間の空間を充填していてもよい。樹脂層の厚さは例えば、約１００μｍ～５ｍｍの範囲内または約２００μｍ～５ｍｍの範囲内であり得る。本出願の構造では前記樹脂層が薄いと放熱特性で有利であり、厚いと絶縁特性で有利であるので、このような点を考慮して適正厚さを設定することができる。前記厚さは、樹脂層の最も薄い部位の厚さ、最も厚い部位の厚さまたは平均厚さであり得る。
前記樹脂層またはその樹脂層が適用されたバッテリーモジュールは、後述する物性のうち少なくとも一つ以上の物性を有することができる。後述する各物性は独立したものであり、いずれかの物性が他の物性に優先するものではなく、樹脂層は、後述する物性のうち少なくとも一つまたは２つ以上を満足することができる。
例えば、前記樹脂層は熱伝導性樹脂層であって、熱伝導度が約２Ｗ／ｍＫ以上、２．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、３．５Ｗ／ｍＫ以上または４Ｗ／ｍＫ以上であり得る。前記熱伝導度は５０Ｗ／ｍＫ以下、４５Ｗ／ｍｋ以下、４０Ｗ／ｍｋ以下、３５Ｗ／ｍｋ以下、３０Ｗ／ｍｋ以下、２５Ｗ／ｍｋ以下、２０Ｗ／ｍｋ以下、１５Ｗ／ｍｋ以下、１０Ｗ／ｍＫ以下、５Ｗ／ｍＫ以下、４．５Ｗ／ｍＫ以下または約４．０Ｗ／ｍＫ以下であり得る。前記のように、樹脂層が熱伝導性樹脂層である場合に、前記樹脂層が付着している下部板などは前述した熱伝導度が１０Ｗ／ｍＫ以上の部位であり得る。この時、前記熱伝導度を表わすモジュールケースの部位は、冷却媒体、例えば、冷却水などと接する部位であり得る。樹脂層の熱伝導度は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０規格またはＩＳＯ ２２００７－２規格に沿って測定された数値である。樹脂層の熱伝導度を前記のような範囲にする方式は特に制限されない。例えば、樹脂層の熱伝導度は、樹脂層に使われる樹脂の種類および／またはフィラーの使用を通じて調節することができる。例えば、接着剤として一般に使われ得るものとして知られている樹脂成分のうちアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂およびシリコン系樹脂は互いに類似の熱伝導特性を有し、エポキシ系樹脂がそれに比べて熱伝導性が優秀であり、オレフィン系樹脂はエポキシ系樹脂に比べて高い熱伝導性を有すると知られている。したがって、必要に応じて樹脂のうち優秀な熱伝導度を有するものを選択することができる。ただし、一般的には、樹脂成分だけでは目的とする熱伝導度の確保が難しく、後述するように熱伝導性の優秀なフィラー成分を適正比率で樹脂層に含ませる方式も適用することができる。
バッテリーモジュールにおいて、前記樹脂層またはその樹脂層が適用されたバッテリーモジュールの熱抵抗は５Ｋ／Ｗ以下、４．５Ｋ／Ｗ以下、４Ｋ／Ｗ以下、３．５Ｋ／Ｗ以下、３Ｋ／Ｗ以下または約２．８Ｋ／Ｗ以下であり得る。このような範囲の熱抵抗が表われるように樹脂層またはその樹脂層が適用されたバッテリーモジュールを調節する場合に優秀な冷却効率乃至は放熱効率を確保することができる。前記熱抵抗を測定する方式は特に制限されない。例えば、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０規格またはＩＳＯ ２２００７－２規格に沿って測定することができる。
樹脂層は、バッテリーセルの効果的な固定、モジュールの使用過程での耐衝撃性および耐振動性を考慮して適切な接着力を有することができる。一つの例示において前記樹脂層は、接着力が約１，０００ｇｆ／１０ｍｍ以下、約９５０ｇｆ／１０ｍｍ以下、約９００ｇｆ／１０ｍｍ以下、約８５０ｇｆ／１０ｍｍ以下、約８００ｇｆ／１０ｍｍ以下、約７５０ｇｆ／１０ｍｍ以下、約７００ｇｆ／１０ｍｍ以下、約６５０ｇｆ／１０ｍｍ以下または約６００ｇｆ／１０ｍｍ以下であり得る。前記樹脂層の接着力は、他の例示で約５０以上、約７０ｇｆ／１０ｍｍ以上、約８０ｇｆ／１０ｍｍ以上または約９０ｇｆ／１０ｍｍ以上であり得る。前記接着力は、約３００ｍｍ／ｍｉｎの剥離速度および１８０度の剥離角度で測定した数値であり得る。また、前記接着力は樹脂層が接触しているモジュールケースに対する接着力であり得る。例えば、後述するように、モジュールケースで樹脂層と接触している下部板などと前記樹脂層との間に絶縁層が形成される場合には、前記モジュールケースに対する接着力は前記絶縁層が形成されているモジュールケースに対する接着力であり得る。前記のような接着力を確保できるのであれば、多様な素材、例えば、バッテリーモジュールに含まれるケース乃至はバッテリーセルなどの多様な素材に対して優秀な接着力が表わされ得る。このような範囲の接着力が確保できると、バッテリーモジュールでバッテリーセルの充放電時の体積変化、バッテリーモジュールの使用温度の変化または樹脂層の硬化収縮などによる剥離などが防止されて、優秀な耐久性が確保され得る。このような接着力は、例えば、前記樹脂層を接着剤層で構成することによって確保することができる。すなわち、公知の接着素材が表わし得る接着力は広く知られており、そのような接着力を考慮して素材を選択すればよい。
樹脂層はまた熱衝撃試験、例えば、約－４０℃の低温で３０分維持した後、再び温度を８０℃に上げて３０分維持することを一つのサイクルとして、前記サイクルを１００回繰り返す熱衝撃試験後にバッテリーモジュールのモジュールケースまたはバッテリーセルから脱落または剥離、あるいはクラックが発生しないように形成されることが要求され得る。例えば、バッテリーモジュールが、自動車などのように長期の保証期間（自動車の場合、約１５年以上）が要求される製品に適用される場合に、耐久性を確保するためには前記のような水準の性能が要求され得る。
樹脂層は、電気絶縁性樹脂層であり得る。前述した構造で樹脂層が電気絶縁性を表わすことによってバッテリーモジュールの性能を維持し、安定性を確保することができる。電気絶縁性樹脂層は、ＡＳＴＭ Ｄ１４９に準拠して測定した絶縁破壊電圧が約３ｋＶ／ｍｍ以上、約５ｋＶ／ｍｍ以上、約７ｋＶ／ｍｍ以上、１０ｋＶ／ｍｍ以上、１５ｋＶ／ｍｍ以上または２０ｋＶ／ｍｍ以上であり得る。前記絶縁破壊電圧はその数値が高いほど樹脂層の優秀な絶縁性を表わすものであって、特に制限はされないが、樹脂層の組成などを考慮すれば、約５０ｋＶ／ｍｍ以下、４５ｋＶ／ｍｍ以下、４０ｋＶ／ｍｍ以下、３５ｋＶ／ｍｍ以下、３０ｋＶ／ｍｍ以下であり得る。前記のような絶縁破壊電圧も樹脂層の樹脂成分の絶縁性を調節して制御することができ、例えば、樹脂層内に絶縁性フィラーを適用することによって前記絶縁破壊電圧を調節することができる。一般に、熱伝導性フィラーのうち後述するようなセラミックフィラーは絶縁性が確保できる成分として知られている。
樹脂層としては、安定性を考慮して難燃性樹脂層が適用され得る。本出願で用語難燃性樹脂層は、ＵＬ ９４ Ｖ Ｔｅｓｔ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｕｒｎｉｎｇ Ｔｅｓｔ）でＶ－０等級を見せる樹脂層を意味し得る。これを通じてバッテリーモジュールで発生し得る火災およびその他の事故に対する安定性を確保することができる。
樹脂層は比重が５以下であり得る。前記比重は他の例示で、４．５以下、４以下、３．５以下または３以下であり得る。このような範囲の比重を表わす樹脂層は、より軽量化されたバッテリーモジュールの製造に有利である。前記比重はその数値が低いほどモジュールの軽量化に有利であるため、その下限は特に制限されない。例えば、前記比重は、約１．５以上または２以上であり得る。樹脂層が前記のような範囲の比重を表わすために樹脂層に添加される成分が調節され得る。例えば、熱伝導性フィラーの添加時にできるだけ低い比重においても目的とする熱伝導性が確保され得るフィラー、すなわちそれ自体の比重が低いフィラーを適用するか、表面処理がなされたフィラーを適用する方式などが使われ得る。
樹脂層はできるだけ揮発性物質を含まないことが好ましい。例えば、前記樹脂層は非揮発性分の比率が９０重量％以上、９５重量％以上または９８重量％以上であり得る。前記において非揮発性分とその比率は次の方式で規定され得る。すなわち、前記非揮発成分は樹脂層を１００℃で１時間程度維持した後に残存する部分を非揮発成分と定義することができ、したがって前記比率は前記樹脂層の初期重量と前記１００℃で１時間程度維持した後の比率を基準に測定することができる。
また、樹脂層には必要に応じて劣化に対して優秀な抵抗性を有することや、モジュールケースまたはバッテリーセルの表面ができるだけ化学的に反応しない安定性が要求され得る。
樹脂層はまた、硬化過程または硬化した後に低い収縮率を有することが有利であり得る。これを通じてモジュールの製造乃至は使用過程で発生し得る剥離や空隙の発生などを防止することができる。前記収縮率は前述した効果を表わすことができる範囲で適宜調節することができ、例えば、５％未満、３％未満または約１％未満であり得る。前記収縮率はその数値が低いほど有利であるため、その下限は特に制限されない。
樹脂層はまた、低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することが有利であり得る。これを通じてモジュールの製造乃至は使用過程で発生し得る剥離や空隙の発生などを防止することができる。前記熱膨張係数は前述した効果を表わすことができる範囲で適宜調節することができ、例えば、３００ｐｐｍ／Ｋ未満、２５０ｐｐｍ／Ｋ未満、２００ｐｐｍ／Ｋ未満、１５０ｐｐｍ／Ｋ未満または約１００ｐｐｍ／Ｋ未満であり得る。前記熱膨張係数はその数値が低いほど有利であるため、その下限は特に制限されない。
樹脂層は引張り強度が適切に調節され得、これを通じて優秀な耐衝撃性などが確保されて適切な耐久性を見せるモジュールの提供が可能となり得る。引張り強度（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）は、例えば、約１．０ＭＰａ以上の範囲で調節され得る。
樹脂層は延伸率（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）が適切に調節され得、これを通じて優秀な耐衝撃性などが確保されて適切な耐久性を見せるモジュールの提供が可能となり得る。延伸率は、例えば、約１０％以上または約１５％以上の範囲で調節され得る。
樹脂層はまた、適切な硬度を表わすことが有利であり得る。例えば、樹脂層の硬度が過度に高いと、樹脂層が過度に脆く（ｂｒｉｔｔｌｅ）なって信頼性に悪影響を及ぼしかねない。また、樹脂層の硬度の調節を通じて耐衝撃性、耐振動性を確保して、製品の耐久性を確保することができる。樹脂層は、例えば、ショアー（ｓｈｏｒｅ）Ａタイプでの硬度が１００未満、９９以下、９８以下、９５以下または９３以下であるか、ショアーＤタイプでの硬度が約８０未満、約７０以下または約６５以下または約６０以下であり得る。前記硬度の下限は特に制限されない。例えば、硬度はショアー（ｓｈｏｒｅ）Ａタイプで硬度が６０以上であるか、ショアー（ｓｈｏｒｅ）ＯＯタイプでの硬度が５以上または約１０以上程度であり得る。樹脂層の硬度は通常、その樹脂層に含まれるフィラーの種類乃至比率によって左右され、過量のフィラーを含むと、通常硬度が高くなる。ただし、通常シリコン系樹脂がエポキシまたはウレタンなどの他の樹脂に比べて低い硬度を表わすように、樹脂層に含まれる樹脂成分もその硬度に影響を与える。
樹脂層はさらに、熱重量分析（ＴＧＡ）での５％重量損失（５％ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｓ）温度が４００℃以上であるか、８００℃残量が７０重量％以上であり得る。このような特性によってバッテリーモジュールの高温での安定性がより改善され得る。前記８００℃残量は他の例示で約７５重量％以上、約８０重量％以上、約８５重量％以上または約９０重量％以上であり得る。前記８００℃残量は他の例示で約９９重量％以下であり得る。前記熱重量分析（ＴＧＡ）は、６０ｃｍ３／分の窒素（Ｎ２）雰囲気下で２０℃／分の昇温速度で２５℃～８００℃の範囲内で測定することができる。前記熱重量分析（ＴＧＡ）結果も樹脂層の組成の調節を通じて達成することができる。例えば、８００℃残量は、通常その樹脂層に含まれるフィラーの種類乃至比率によって左右され、過量のフィラーを含むと、前記残量は増加する。ただし、一般にはシリコン系樹脂がエポキシまたはウレタンなどの他の樹脂と比べて耐熱性が高いため前記残量はさらに高く、このように樹脂層に含まれる樹脂成分もその硬度に影響を与える。
樹脂層の種類は、バッテリーセルの効果的な固定が可能であり、必要に応じて前記言及された物性を付与できるものであれば特に制限されず、公知の硬化性樹脂素材をすべて使うことができる。使用できる素材としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系樹脂またはシリコン系樹脂などが挙げられ、したがって前記樹脂層は前記樹脂を含むことができる。前記樹脂層は、前記樹脂を樹脂成分のうち主成分として含むことができる。すなわち、前記樹脂層に含まれる全体樹脂成分のうち前記アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系樹脂またはシリコン系樹脂などは、重量を基準として約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上または約９０％以上含まれ得る。前記比率は約９９％以下または約９５％以下であり得る。
樹脂層を形成する材料、すなわち樹脂組成物は、前述したように、接着材料であり得、また、溶剤型、水系または無溶剤型であり得るが、後述する製造工程の便宜などを考慮して無溶剤型樹脂層であることが適切であり得る。
樹脂層の材料は、活性エネルギー線硬化型、湿気硬化型、熱硬化型または常温硬化型などであり得、同様に後述する製造工程の便宜性などを考慮して常温硬化型であることが適切であり得る。
樹脂層は前述した、熱伝導性、絶縁性、耐熱性（ＴＧＡ分析）または比重などを考慮してフィラーを含むことができる。適切なフィラーの使用を通じて前述した範囲の熱伝導度などを確保することができる。一つの例示において、前記フィラーは熱伝導性フィラーであり得る。本出願で用語熱伝導性フィラーは、熱伝導度が約１Ｗ／ｍＫ以上、約５Ｗ／ｍＫ以上、約１０Ｗ／ｍＫ以上または約１５Ｗ／ｍＫ以上の素材を意味する。前記熱伝導性フィラーの熱伝導度は、約４００Ｗ／ｍＫ以下、約３５０Ｗ／ｍＫ以下または約３００Ｗ／ｍＫ以下であり得る。使用できる熱伝導性フィラーの種類は特に制限されないが、絶縁性などを考慮してセラミックフィラーを適用することができる。例えば、アルミナ、ＡｌＮ（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＢＮ（ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＳｉＣまたはＢｅＯなどのようなセラミック粒子が使われ得る。また、樹脂層の絶縁特性を確保することができるのであれば、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）などの炭素フィラーの適用も考慮することができる。樹脂層内に含まれる前記フィラーの形態や比率は特に制限されず、樹脂組成物の粘度、樹脂層内での沈降可能性、目的とする熱抵抗乃至は熱伝導度、絶縁性、充填効果または分散性などを考慮して選択され得る。一般に、フィラーのサイズが大きくなるほど樹脂組成物の粘度が高くなり、樹脂層内でフィラーが沈降する可能性が高くなる。また、サイズが小さくなるほど熱抵抗が高くなる傾向がある。したがって、前記のような点を考慮して適正種類のフィラーを選択することができ、必要であれば、２種以上のフィラーを使うこともできる。また、充填される量を考慮すると、球型のフィラーを使うことが有利であるが、ネットワークの形成や伝導性などを考慮して針状や板状などのような形態のフィラーも使われ得る。一つの例示において前記樹脂層は、平均粒径が０．００１μｍ～８０μｍの範囲内にある熱伝導性フィラーを含むことができる。前記フィラーの平均粒径は他の例示で０．０１μｍ以上、０．１以上、０．５μｍ以上、１μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上または約６μｍ以上であり得る。前記フィラーの平均粒径は、他の例示で約７５μｍ以下、約７０μｍ以下、約６５μｍ以下、約６０μｍ以下、約５５μｍ以下、約５０μｍ以下、約４５μｍ以下、約４０μｍ以下、約３５μｍ以下、約３０μｍ以下、約２５μｍ以下、約２０μｍ以下、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下または約５μｍ以下であり得る。
樹脂層に含まれるフィラーの比率は、前述した特性、例えば、熱伝導度、絶縁性などが確保されるように、樹脂層の特性を考慮して選択され得る。例えば、前記フィラーは、樹脂層の樹脂成分１００重量部対比約５０～２，０００重量部の範囲内で含まれ得る。前記フィラーの重量部は、他の例示で約１００重量部以上、約１５０重量部以上、約２００重量部以上、約２５０重量部以上、約３００重量部以上、約３５０重量部以上、約４００重量部以上、約５００重量部以上、約５５０重量部以上、約６００重量部以上または約６５０重量部以上であり得る。
樹脂層は、必要とされる粘度の調節、例えば粘度を上げるあるいは下げるためにまたはせん断力による粘度の調節のために粘度調節剤、例えば、揺変性付与剤、希釈剤、分散剤、表面処理剤またはカップリング剤などをさらに含んでもよい。
揺変性付与剤は樹脂組成物のせん断力による粘度を調節してバッテリーモジュールの製造工程が効果的になされるようにすることができる。使用できる揺変性付与剤としては、ヒュームドシリカなどが例示され得る。
希釈剤または分散剤は通常樹脂組成物の粘度を下げるために使われるものであり、前記のような作用を表わすことができるものであれば当業界に公知の多様な種類のものを制限なく使うことができる。
表面処理剤は樹脂層に導入されているフィラーの表面処理のためのものであり、前記のような作用を表わすことができるものであれば当業界に公知の多様な種類のものを制限なく使うことができる。
カップリング剤の場合は、例えば、アルミナのような熱伝導性フィラーの分散性を改善するために使うことができ、前記のような作用を表わすことができるものであれば当業界に公知の多様な種類のものを制限なく使うことができる。
樹脂層は難燃剤または難燃補助剤などをさらに含むことができる。このような樹脂層は難燃性樹脂層を形成することができる。難燃剤は特に制限なく公知の多様な難燃剤を適用することができ、例えば、固相のフィラー形態の難燃剤や液相難燃剤などが適用され得る。難燃剤としては、例えば、メラミンシアヌレート（ｍｅｌａｍｉｎｅ ｃｙａｎｕｒａｔｅ）などのような有機系難燃剤や水酸化マグネシウムなどのような無機系難燃剤などがあるが、これに制限されるものではない。
樹脂層に充填されるフィラーの量が多い場合、液相タイプの難燃材料（ＴＥＰ、Ｔｒｉｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅまたはＴＣＰＰ、ｔｒｉｓ（１，３－ｃｈｌｏｒｏ－２－ｐｒｏｐｙｌ）ｐｈｏｓｐｈａｔｅなど）を使うこともできる。また、難燃相乗剤の作用ができるシランカップリング剤が追加されてもよい。
樹脂層は前記成分のうちいずれか一つまたは２種以上を含むことができる。
一つの例示において前記バッテリーモジュールは，前記下部板と前記バッテリーセルの間または前記樹脂層と前記下部板、冷却ピンおよび／または冷却プレートの間に絶縁層をさらに含むことができる。絶縁層を追加することによって使用過程で発生し得る衝撃によるセルとケースの接触による電気的短絡現象や火災発生などの問題を防止することができる。前記絶縁層は高い絶縁性と熱伝導性を有する絶縁シートを使って形成するか、あるいは絶縁性を表わす物質の塗布乃至は注入によって形成することができる。例えば、後述するバッテリーモジュールの製造方法で樹脂組成物の注入前に絶縁層を形成する過程が遂行され得る。絶縁層の形成には、いわゆるＴＩＭ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）などが適用されてもよい。他の方式で絶縁層は接着性物質で形成することができ、例えば、熱伝導性フィラーなどのフィラーの含量が少ないかない樹脂層を使って絶縁層を形成することもできる。絶縁層の形成に使われ得る樹脂成分としては、アクリル樹脂、ＰＶＣ（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ））、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）などのオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、シリコンや、ＥＰＤＭラバー（（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｏｎｏｍｅｒ ｒｕｂｂｅｒ）などのラバー成分などが例示され得るが、これに制限されるものではない。前記絶縁層は、ＡＳＴＭ Ｄ１４９に準拠して測定した絶縁破壊電圧が約５ｋＶ／ｍｍ以上、約１０ｋＶ／ｍｍ以上、約１５ｋＶ／ｍｍ以上、２０ｋＶ／ｍｍ以上、２５ｋＶ／ｍｍ以上または３０ｋＶ／ｍｍ以上であり得る。前記絶縁破壊電圧はその数値が高いほど優秀な絶縁性を見せるものであり、特に制限されるものではない。例えば、前記絶縁層の絶縁破壊電圧は約１００ｋＶ／ｍｍ以下、９０ｋＶ／ｍｍ以下、８０ｋＶ／ｍｍ以下、７０ｋＶ／ｍｍ以下または６０ｋＶ／ｍｍ以下であり得る。前記絶縁層の厚さはその絶縁層の絶縁性や熱伝導性などを考慮して適正範囲に設定することができ、例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、６０μｍ以上、７０μｍ以上、８０μｍ以上または９０μｍ以上の程度であり得る。また、厚さの上限も特に制限されず、例えば、約１ｍｍ以下、約２００μｍ以下、１９０μｍ以下、１８０μｍ以下、１７０μｍ以下、１６０μｍ以下または１５０μｍ以下であり得る。
本出願はさらに、バッテリーモジュール、例えば、前記言及されたバッテリーモジュールの製造方法に関するものである。
前記のようなモジュールを製造する方法は特に制限されず、前記下部板の表面、少なくとも前記凸部上に前述した樹脂組成物を使って樹脂組成物層を形成した後、冷却ピンおよび／または冷却プレートとバッテリーセルを収納する段階を含むことができる。前記過程中の適切な時期に前記樹脂組成物を硬化させる段階がさらに遂行され得る。
本出願で用語樹脂組成物は硬化前の樹脂層の状態を意味し、用語樹脂層は硬化後の樹脂層の状態を意味し得る。
下部板に樹脂組成物の層を形成する方式は特に制限されず、公知の方式で遂行できる。
前記において樹脂組成物の種類は特に制限されず、目的とする物性を表わすことができる種類の適切な樹脂組成物を選択することができる。
例えば、前記において注入される樹脂組成物は、前述した熱伝導性などの物性を満足するか、そのための成分を含む樹脂層を形成できる樹脂組成物であり得る。
このような樹脂組成物は、前述した溶剤型、水系または無溶剤型樹脂組成物であり得、好ましくは無溶剤型樹脂組成物であり得る。
また、樹脂組成物は活性エネルギー線硬化型、湿気硬化型、熱硬化型または常温硬化型樹脂組成物などであり得、好ましくは常温硬化型樹脂組成物であり得る。
前記樹脂組成物は、前述した熱伝導性フィラーなどの多様な添加剤を一つ以上含む樹脂組成物であり得る。
このような樹脂組成物は一液型、２液型または３液型などで組成され得る。
このような樹脂組成物は必要な場合に硬化できるが、このとき樹脂組成物を硬化させる方式は特に制限されない。
例えば、樹脂組成物が活性エネルギー線硬化型である場合には樹脂組成物に紫外線などの活性エネルギー線を照射する方式、湿気硬化型である場合には適切な湿気下に維持する方式、熱硬化型である場合には適切な熱を印加する方式または常温硬化型である場合には常温で樹脂組成物を維持する方式などによって前記段階を遂行できる。
また、硬化前または硬化過程やバッテリーセルの収納前または収納過程などでタクトタイムおよび工程性の側面でバッテリーセルの安定性に影響を及ぼさない条件で、例えば約４０℃～５０℃程度となるように短時間の間熱を加えることもできる。
本出願はさらに、前記製造方法または前記言及した構造のバッテリーモジュールを形成することに使われ得る樹脂組成物に関するものである。
前述したように前記樹脂組成物では、バッテリーセルの効果的な固定が可能であり、必要に応じて前記言及された物性が付与できるものであれば特に制限されず、公知の樹脂組成物をすべて使うことができる。
このような樹脂組成物は、アクリル系樹脂組成物、エポキシ系樹脂組成物、ウレタン系樹脂組成物、オレフィン系樹脂組成物、ウレタン系樹脂組成物、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系樹脂組成物またはシリコン系樹脂組成物などが挙げられるが、これに制限されない。
前記樹脂組成物は、溶剤型樹脂組成物、水系樹脂組成物または無溶剤型樹脂組成物であり得、好ましくは無溶剤型樹脂組成物であり得る。
前記樹脂組成物は、活性エネルギー線硬化型樹脂組成物、湿気硬化型樹脂組成物、熱硬化型樹脂組成物または常温硬化型樹脂組成物などであり得、好ましくは常温硬化型樹脂組成物であり得る。
例えば、公知のアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、オレフィン系接着剤、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系接着剤またはシリコン系接着剤を形成できる樹脂組成物に前述したフィラーなどの添加剤を目的とする物性を考慮して適正量添加して製造された樹脂組成物を前述した方法に適用することができる。
前記のような樹脂組成物は、常温硬化性などを考慮して、ラジカル開始剤およびそれに対する触媒を含むことができる。例えば、樹脂組成物は、ベンゾイルパーオキシドなどのようなアシルパーオキシド開始剤およびトルイジン（ｔｏｌｕｉｄｉｎｅ）化合物のような前記開始剤に対する触媒を含むことができ、これによって適切な硬化システムが具現され得る。
樹脂組成物は前記成分に必要に応じてさらに多様な成分を含むことができる。
本出願はまた、バッテリーパック、例えば、前述したバッテリーモジュールを２個以上含むバッテリーパックに関するものである。バッテリーパックで前記バッテリーモジュールは互いに電気的に連結されていてもよい。２個以上のバッテリーモジュールを電気的に連結してバッテリーパックを構成する方式は特に制限されず、公知の方式をすべて適用することができる。
本出願はまた、前記バッテリーモジュールまたは前記バッテリーパックを含む装置に関するものである。前記装置の例としては電気自動車のような自動車が挙げられるが、これに制限されず、二次電池を出力として要求するすべての用途が含まれ得る。例えば、前記バッテリーモジュールまたはバッテリーパックを使って前記自動車を構成する方式は特に制限されず、一般の方式を適用することができる。
本出願では簡単な工程と低費用で製造されながらも体積対比出力が優秀であり、放熱特性などが優秀なバッテリーモジュール、その製造方法および前記製造方法に適用される樹脂組成物を提供することができる。
例示的なバッテリーモジュールの構造を示している図面。 例示的なバッテリーモジュールの構造を示している図面。 例示的なパウチ型電池を示している図面。 例示的なパウチ型電池を示している図面。
以下、実施例および比較例を通じて本出願のバッテリーモジュールを説明するが、本出願の範囲は下記に提示された範囲によって制限されるものではない。
１．樹脂層の熱伝導度評価方法
樹脂層の熱伝導度はＡＳＴＭ Ｄ５４７０規格に沿って測定した。すなわち、ＡＳＴＭ Ｄ ５４７０の規格に沿って２個の銅バー（ｃｏｐｐｅｒ ｂａｒ）の間に樹脂層を位置させた後、前記２個の銅バーのうち一つはヒーターと接触させ、他の一つはクーラー（ｃｏｏｌｅｒ）と接触させた後に前記ヒーターが一定温度を維持するようにし、クーラーの容量を調節して熱平衡状態（５分に約０．１℃以下の温度変化を見せる状態）を作った。熱平衡状態で各銅バーの温度を測定し、下記の数式によって熱伝導度（Ｋ、単位：Ｗ／ｍＫ）を評価した。熱伝導度評価時に、樹脂層にかかる圧力を約１１Ｋｇ／２５ｃｍ２程度となるように調節し、測定過程で樹脂層の厚さが変化した場合に最終厚さを基準として熱伝導度を計算した。
＜熱伝導度数式＞
Ｋ＝（Ｑ×ｄｘ）／（Ａ×ｄＴ）
前記数式において、Ｋは熱伝導度（Ｗ／ｍＫ）であり、Ｑは単位時間当り移動した熱（単位：Ｗ）であり、ｄｘは樹脂層の厚さ（単位：ｍ）であり、Ａは樹脂層の断面積（単位：ｍ２）であり、ｄＴは銅バーの温度差（単位：Ｋ）である。
２．比重評価方法
樹脂層の比重はＡＳＴＭ Ｄ７９２規格に沿って測定した。例えば、前記規格に沿って樹脂層の重さを測った後に水中にて再度重さを測った後、前記測定された重さの差を通じて密度と比重を計算するか、粉末やペレット（ｐｅｌｌｅｔ）の所定量（ｅｘ．約５ｇ）を高温計の中のすでに測定された容積に入れて、７３．４Ｆ°で重さと容積の差を通じて比重を計算することができる。
３．熱重量分析（ＴＧＡ、Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ）方法
ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社のＴＡ４００機器を使って熱重量分析を遂行した。樹脂層約１０ｍｇを使って分析を遂行し、分析は２５℃～８００℃の温度範囲、加熱速度２０℃／分および６０ｃｍ３／分の窒素（Ｎ２）雰囲気下で分析を遂行した。
４．絶縁破壊電圧測定
樹脂層の絶縁破壊電圧はＡＳＴＭ Ｄ１４９規格に沿って評価した。絶縁破壊電圧は物質が絶縁性を失う瞬間まで印加される電圧を意味し、一定水準以上の高電圧で導電性が急速に増加して絶縁性を失うことになる。絶縁破壊を起こすのに必要な最小電圧を破壊電圧といい、絶縁性は試片を通してアークが完全に通じることによって発生する。電圧の変化率（ｖｏｌｔａｇｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ）は破壊される瞬間の電圧を絶縁厚さで割ることによって得られる。Ｂａｃｋｍａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＰＡ７０－１００５／２０２機器を利用して絶縁破壊電圧を測定し、このときの試片（樹脂層）の厚さは約２ｍｍ程度にし、直径は約１００ｍｍ程度となるようにした。
５．接着力測定
絶縁膜（エポキシおよび／またはポリエーテル系絶縁層）が形成されているアルミニウム製のモジュールケースの下部板とＰＥＴ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ））フィルムを樹脂層を使って付着し、このとき、付着する幅は約１０ｍｍ程度となるようにした。この時、樹脂層の厚さは約１ｍｍ程度にした。前記付着は未硬化した樹脂組成物を前記絶縁膜とＰＥＴフィルムの間にローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）した後にこれを硬化させて遂行する。その後、約３００ｍｍ／ｍｉｎの速度および１８０度の剥離角度で前記ＰＥＴフィルムを絶縁側から剥離しながら接着力を測定する。
６．硬度の測定
樹脂層の硬度は、ＡＳＴＭ Ｄ ２２４０、ＪＩＳ Ｋ ６２５３規格に沿って測定した。Ｓｈｏｒｅ Ａ、ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ機器を使って遂行し、扁平状態のサンプル（樹脂層）の表面に１Ｋｇ以上の荷重（約１．５Ｋｇ）を加えて初期硬度を測定し、１５秒後に安定化した測定値で確認して硬度を評価した。
７．バッテリーモジュールの信頼性評価
バッテリーモジュールの信頼性は、モジュールの熱抵抗および温度を測定して評価した。バッテリーモジュールの熱抵抗は、測定機器の上部および下部ブロックの間にモジュールを位置させ、コンピュータ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）のＤｙｎＴＩＭ Ｔｅｓｔｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅを実行し、Ｓｏｆｔｗａｒｅ上でヒーティング（ｈｅａｔｉｎｇ）電流および測定時間などを決めて入力し、測定圧力、熱抵抗測定条件などのパラメーターのｓｅｔｔｉｎｇを完了し、ｓｏｆｔｗａｒｅで制御されるＴ３ＳｔｅｒとＤｙｎＴＩＭ ｔｅｓｔｅｒが測定条件別に熱抵抗値を測定するようにして熱抵抗を評価した。モジュール温度はモジュールの位置別接触式温度測定機を付着して実測した。前記熱抵抗とモジュール温度はバッテリーモジュールの下部板が水冷システムと接触している状態で測定した。各評価結果による信頼性は下記基準で分類した。
＜熱抵抗評価による信頼性評価基準＞
上：熱抵抗が２．５Ｋ／Ｗ以下
中：熱抵抗が２．５Ｋ／Ｗ超過～３Ｋ／Ｗ以下
下：熱抵抗が３Ｋ／Ｗ超過
＜モジュール温度による信頼性評価基準＞
上：温度が５０℃以下
下：温度が５０℃超過
実施例１．
樹脂組成物の製造
２液型ウレタン系接着剤組成物（主剤：ＨＰ－３７５３（ＫＰＸケミカル）、硬化剤：ＴＬＡ－１００（旭化成製））にアルミナ（粒度分布：１μｍ～６０μｍ）を前記２液型ウレタン系接着剤組成物が硬化後に約３Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約６００～９００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約２５０，０００ｃＰ程度の樹脂組成物を製造し、これを下記のバッテリーモジュールの製造に適用した。
バッテリーモジュールの製造
製造された樹脂組成物を使って図２のような形状のバッテリーモジュールを製造した。図２の形態において、下部板１０１、冷却ピン２０１および冷却プレート２０２はすべてアルミニウムで製造された。前記下部板の表面に前記製造された樹脂組成物を下部板全体を覆うように塗布した後、その上部に冷却ピンと冷却プレートをそれぞれ装着し、凸部の表面を覆うように装着された冷却ピンの間にバッテリーセルを装着し、樹脂組成物を硬化させてバッテリーモジュールを製造した。
実施例２．
樹脂組成物の製造
２液型シリコン系接着剤組成物（主剤：ＳＬ５１００Ａ（ＫＣＣ製）、硬化剤：ＳＬ５１００Ｂ（ＫＣＣ製））にアルミナ（粒度分布：１μｍ～６０μｍ）を前記２液型シリコン系接着剤組成物が硬化後に約３Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約８００～１２００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約１３０，０００ｃＰ程度の樹脂組成物を製造し、これを下記のバッテリーモジュールの製造に適用した。
バッテリーモジュールの製造
前記製造された樹脂組成物を使ったことを除いては、実施例１と同じようにしてバッテリーモジュールを製造した。
実施例３．
２液型ウレタン系接着剤組成物（主剤：ＰＰ－２０００（ＫＰＸケミカル）、硬化剤：ＴＬＡ－１００（旭化成製））にアルミナ（粒度分布：１μｍ～６０μｍ）を前記２液型ウレタン系接着剤組成物が硬化後に約３．５Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約６００～９００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約３５０，０００ｃＰ程度となるように製造した樹脂組成物を使ったことを除いては、実施例１と同じようにしてバッテリーモジュールを製造した。
実施例４．
ククド化学から入手した常温硬化型のエポキシ系接着剤組成物にアルミナ（粒度分布：１μｍ～６０μｍ）を前記接着剤組成物が硬化後に約３Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約６００～９００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約５００，０００ｃＰ程度となるように製造した樹脂組成物を使ったことを除いては、実施例１と同じようにしてバッテリーモジュールを製造した。
実施例５．
２液型ウレタン系接着剤組成物（主剤：ＰＰ－２０００（ＫＰＸケミカル）、硬化剤：ＴＬＡ－１００（旭化成製））にアルミナ（粒度分布：１μｍ～６０μｍ）を前記２液型ウレタン系接着剤組成物が硬化後に約２Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約４００～９００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約１５０，０００ｃＰ程度となるように製造した樹脂組成物を使ったことを除いては、実施例１と同じようにしてバッテリーモジュールを製造した。
実施例６．
実施例５と同一にバッテリーモジュールを製造するものの、樹脂組成物が下部板面積の約５０％を覆うようにしてモジュールを製造した。
比較例１．
２液型シリコン系接着剤組成物（主剤：ＳＬ５１００Ａ（ＫＣＣ製）、硬化剤：ＳＬ５１００Ｂ（ＫＣＣ製））にグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）を前記２液型シリコン系接着剤組成物が硬化後に約１．５Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約１００～３００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約２，０００，０００ｃＰ程度となるように製造した樹脂組成物を使ったことを除いては、実施例２と同一にバッテリーモジュールを製造した。
比較例２．
２液型シリコン系接着剤組成物（主剤：ＳＬ５１００Ａ（ＫＣＣ製）、硬化剤：ＳＬ５１００Ｂ（ＫＣＣ製））にアルミナ（粒度分布：１μｍ～６０μｍ）を前記接着剤組成物が硬化後に約１．５Ｗ／ｍＫの熱伝導度を表わすことができる量（２液合計固形分１００重量部対比約３００～５００重量部の範囲内）で混合し、常温粘度が約１００，０００ｃＰ程度となるように製造した樹脂組成物を使ったことを除いては、実施例２と同一にバッテリーモジュールを製造した。
比較例３．
樹脂組成物を使わず、すなわち樹脂層を形成していないことを除いては、実施例１と同じようにしてバッテリーモジュールを製造した。
前記実施例および比較例に対して測定した樹脂層の物性とバッテリーモジュールの信頼性を纏めて下記の表１および表２に記載した。
Figure 0007063441000001
Figure 0007063441000002
表１および表２の結果から、樹脂層に使われる樹脂の種類とフィラーの種類、比率によって樹脂層の物性が変化し、それにしたがってモジュールの信頼性も影響を受けることを確認することができる。
例えば、実施例１、２および４の結果を比較してみると、同じ水準の熱伝導度の確保のためにアルミナを添加した時に、接着力はエポキシ系、ウレタン系およびシリコン系の順に高く、硬度はエポキシ、ウレタンおよびシリコン系の順に高いことがわかり、比重および耐熱性（ＴＧＡ分析結果）は類似する水準に調整されることを確認することができる。
また、実施例１、３および５の結果を比較すると、同じ系列の樹脂が使われた時に、フィラーの種類、含量によって、熱伝導度、比重、耐熱性（ＴＧＡ分析結果）、硬度などが変化することを確認することができる。例えば、実施例５は、実施例１および３に比べて少ない量のフィラーが適用されることによって、熱伝導度および比重が多少低い数値を見せ、耐熱性（ＴＧＡ分析）が低く、接着力は類似の水準であるものの、硬度が低く、絶縁性の確保に影響を与えるフィラーの比率の低下によって絶縁破壊電圧が低かった。
１００ バッテリーセル集合体
２００ ハウジング
２１０ 下部板
３０１ 冷却プレート
３０２ 冷却ピン
４００ バッテリーセル
１００ パウチ型電池
１１０ 電極組立体
１２０ 外装材
１２１ 上部パブチ
１２２ 下部パウチ
Ｓ シーリング部

Claims (14)

  1. バッテリーセルをガイドする２個以上の凸部が形成されている下部板を有するモジュールケース；前記凸部の間に装着されている複数のバッテリーセル；前記凸部の間の下部板の表面と前記バッテリーセルの間に存在する冷却プレート；及び樹脂層を含み、
    前記冷却プレートは、前記複数のバッテリーセルの間には存在せず、
    前記樹脂層は、前記冷却プレートと前記下部板の間で前記冷却プレートおよび前記下部板と接触しており、
    前記樹脂層は、前記バッテリーセルと接触しており、
    前記樹脂層は、接着剤層であり、
    前記樹脂層は、熱伝導度が２Ｗ／ｍＫ以上であり、接着力が９０ｇｆ／１０ｍｍ以上であり、熱重量分析での８００℃残量が７０重量％以上であり、絶縁破壊電圧が５ｋＶ／ｍｍ以上である、バッテリーモジュール。
  2. 下部板は熱伝導度が１０Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 下部板は水冷システムと熱的に接触している、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 冷却プレートは熱伝導度が１０Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 樹脂層は、下部板の全体面積の１０％以上の面積を覆っている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 樹脂層は熱伝導度が３Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  7. 樹脂層は絶縁破壊電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上である、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  8. 樹脂層は、比重が５以下である、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  9. 樹脂層は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂、ＥＶＡ樹脂またはシリコン樹脂を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  10. 樹脂層はフィラーを含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  11. フィラーは、セラミック粒子または炭素系フィラーである、請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
  12. 樹脂層は、揺変性付与剤、希釈剤、分散剤、表面処理剤、難燃剤またはカップリング剤を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  13. 請求項１に記載されたバッテリーモジュールを２個以上含み、前記２個以上のバッテリーモジュールは互いに電気的に連結されている、バッテリーパック。
  14. 請求項１に記載されたバッテリーモジュールまたは請求項１３に記載されたバッテリーパックを含む、自動車。
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