KR101741289B1

KR101741289B1 - 열전도 부재 및 이를 이용한 조전지 장치

Info

Publication number: KR101741289B1
Application number: KR1020127012717A
Authority: KR
Inventors: 요시오 데라다; 아끼라 쇼우지; 고우끼 도미오까; 겐지 후루따; 미도리 도조; 가즈노리 하야시; 쇼우지로우 모리끼
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2017-05-29
Also published as: EP2492991A4; WO2011048916A1; EP2492991B1; EP2492991A1; JP2011108617A; TW201136004A; US8597812B2; US20130302659A1; CN102576836A; KR20120095923A; JP5740103B2; US20120219838A1; CN102576836B; US8865334B2

Abstract

본 발명은, 단전지 셀을 줄이어 설치한 조전지 장치에 있어서, 각 단전지 셀의 냉각 특성을 균일하게 하기 위해, 인접하는 단전지 셀에 전열할 우려를 저감시킬 수 있는 열전도 부재 및 이를 이용한 조전지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 열전도 부재는, 단전지 셀을 조합하여 조전지로 할 때에 단전지 셀 사이에 배치되는 열전도 부재이며, 열전도율이 0.5W/mK 미만인 기재층의 양측에 열전도율이 0.5W/mK 이상인 열전도성층을 설치한 구성인 것을 특징으로 한다. 특히 기재층을 구성하는 수지 부재의 굽힘 탄성률이 1GPa 이상인 것이 적합하다.

Description

열전도 부재 및 이를 이용한 조전지 장치{THERMALLY CONDUCTIVE MEMBER, AND BATTERY DEVICE USING SAME}

본 발명은 열전도 부재 및 이를 이용한 조전지 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단전지 셀을 조합해서 조전지로 할 때에 단전지 셀 사이에 배치되는 열전도 부재 및 이를 이용한 조전지 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 지구 온난화 대책, 에너지 절약이나 환경 오염 등의 관심이 높아져, 화석 연료를 소비하여 이산화탄소를 배출하는 종래의 자동차로부터, 가솔린 엔진과 전기 모터를 병용하는 하이브리드 차나 전기 모터만으로 주행하는 전기 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다. 이렇게 하이브리드 차나 전기 자동차를 효율적으로 주행시키기 위해서는, 고전압, 고에너지 용량, 고에너지 밀도의 전지의 개발이 요망되고 있다.

이들 전기 자동차 등에서 사용되는 니켈·수소 이차 전지, 리튬 이온 전지 등은 높은 에너지 밀도가 필요하게 되고, 또한 탑재 공간은 최대한 작게 하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에 고전압, 고용량의 전지의 경우, 복수의 단전지를 직렬 또는 병렬 접속하는 것이 행해지고, 수개부터 수십 내지 수백개나 되는 단전지를 접속하는 조전지 장치가 사용된다.

이러한 조전지를 구성하는 단전지 셀은 내부 반응에 의해 발열하는 경우가 있다. 조전지의 성능이나 수명은 온도 환경에 크게 의존하며, 고온이 되면 열화가 현저해질 우려를 갖기 때문에, 그의 냉각 방법에 대하여 제안이 이루어져 있다(특허문헌 1 내지 3 참조).

특허문헌 1 내지 3에 기재된 방법에 대해서는, 냉각 효율이나 장치의 대형화 등의 문제가 지적되고 있고, 이들을 대신하는 방법으로서 단전지 셀 사이에 열전도성과 전기 절연성을 갖는 연재질로부터 시트 형상(판상)으로 형성된 열전도 부재를 줄이어 설치하는 조전지 장치가 개시되어 있다(특허문헌 4).

일본 특허 공개 평07-045310호 공보 일본 특허 공개 2007-012486호 공보 일본 특허 공개 2006-048996호 공보 일본 특허 공개 2009-054403호 공보

그러나, 특허문헌 4에 기재된 조전지 장치에 있어서는, 열전도 부재에 대하여 특별히 규정하는 것은 아니고, 실리콘 고무나 고열전도재를 혼합한 고무나 열가소성 엘라스토머를 사용하는 것이 기재되어 있는 정도이다. 이 때문에 열전도 부재에 의해 방열 공간으로 방열하여, 간접적으로 단전지 셀을 냉각하는 것은 유효한 방법이지만, 열전도 부재는 단층이어서 단전지 셀의 열이 방열 공간으로 효율적으로 방열되지 않고, 열전도 부재를 통해 인접하는 단전지 셀로 전열되어 버리는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 단전지 셀을 줄이어 설치한 조전지 장치에 있어서, 인접하는 단전지 셀로의 전열을 억제하면서 각 단전지 셀의 냉각 특성을 균일화시킬 수 있는 열전도 부재 및 이를 이용한 조전지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 단전지 셀을 조합하여 조전지로 할 때에 단전지 셀 사이에 배치되는 열전도 부재에 있어서, 열전도성을 갖게 한 층의 사이에 단열성을 갖게 하는 구성으로 함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하여 본 발명의 완성에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 열전도 부재는 단전지 셀을 조합하여 조전지로 할 때에 단전지 셀 사이에 배치되는 열전도 부재이며, 0.5W/mK 미만의 열전도율을 갖는 기재층과, 상기 기재층의 양측에 설치된 0.5W/mK 이상의 열전도율을 갖는 열전도성층의 적어도 3층의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열전도 부재에 있어서는, 상기 기재층은 그의 두께가 0.1 내지 10mm이며, 상기 열전도성층의 두께와 상기 기재층의 두께의 비가 1/1 내지 1/10000인 것이 바람직하고, 이 기재층은 1GPa 이상의 굽힘 탄성률을 갖는 수지 부재로 형성하는 것이 적합하다.

또한, 본 발명의 열전도 부재는 상기 열전도성층이 최표면에 구비되어 있고, 상기 열전도성층의 표면의 점착력이 0.2N/20mm 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 조전지 장치는 단전지 셀과 상기 열전도 부재가 교대로 복수개 줄이어 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 조전지 장치에 있어서는, 상기 열전도 부재가 상기 열전도 부재의 양측에 배치되어 있는 단전지 셀보다도 외측으로 연장하도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 이 연장 부분을 풍냉하기 위한 기구를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 열전도 부재는 상기 구성으로 하고 있으므로, 열전도성을 갖는 층의 층 사이에 단열성을 갖는 층이 형성되어 있어, 본 발명의 열전도 부재를 조전지 장치에 사용하면, 단전지 셀의 열은 열전도 부재로부터 인접하는 단전지 셀로 전열하는 것이 억제되기 때문에 효율적으로 방열 공간으로 방열된다.

도 1은 본 발명의 열전도 부재의 일 실시 형태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 조전지 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 조전지 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4는 본 발명의 열전도 부재의 열전도성의 평가 방법을 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 열전도 부재의 시뮬레이션 계산의 조건을 나타내는 설명도이다.

본 실시 형태의 열전도 부재는, 수지 부재가 사용되어 이루어지는 기재층의 양면에 수지 조성물로 이루어지는 열전도성층(이하 「열전도성 유기 수지층」이라고도 함)이 적층된 3층의 적층 구조를 갖는 시트 형상을 갖고, 열전도율이 0.5W/mK 미만인 시트 형상의 수지 부재의 양면에 열전도율이 0.5W/mK 이상인 열전도성 유기 수지층을 설치한 구성이다.

즉, 본 실시 형태에 따른 열전도 부재는 열전도성 유기 수지층/수지 부재/열전도성 유기 수지층의 3층의 적층 구조를 그의 기본 구성으로서 갖고 있고, 열전도 부재의 중심이 되는 기재층이 시트 형상의 상기 수지 부재로 구성되며, 상기 열전도성 유기 수지층이 열전도 부재의 표면층을 구성하고 있다.

이하에, 각 층의 상세에 대해서 설명한다.

(열전도성 유기 수지층)

본 발명에 있어서, 열전도성 유기 수지층은 그의 열전도율이 0.5W/mK 이상인 것이 필요하다. 열전도율이 0.5W/mK 이상인 열전도성 유기 수지층을 사용하면, 열전도 부재를 구성했을 때에, 그의 표면층의 열전도율을 0.5W/mK 이상으로 할 수 있고, 열전도 부재를 조전지 장치에 사용함으로써 효율적으로 단전지 셀로부터 발생하는 열을 전열하여 냉각시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, 열전도성 유기 수지층의 열전도율은 1.0W/mK 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.0W/mK 이상이며, 특히 바람직하게는 3.0W/mK 이상이다(통상, 1000W/mK 이하).

또한, 본 발명에 있어서, 열전도성 유기 수지층은 SUS판에 대한 점착력(180° 박리, 인장 속도 300mm/분)이 0.2N/20mm 이상, 바람직하게는 0.3 내지 20N/20mm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 15N/20mm인 것이 바람직하다. 열전도성 유기 수지층의 점착력이 0.2N/20mm 이상이면, 단전지 셀과 충분히 밀착하고, 접촉 계면에서의 친화성이 좋아, 접촉 열저항이 억제되기 때문에 열전도성이 향상된다. 또한, 열전도 부재를 단전지 셀에 부착하여 가접착시킬 수 있다. 한편, 점착력이 20N/20mm보다 커지면, 접합 실수(위치 어긋남)했을 경우의 재부착(리워크성)이나 사용 완료 조전지를 폐기할 때에 단전지 셀로부터 열전도 부재를 박리하는 것(보수성)이 어려워지는 경우가 있다.

본 발명에 있어서 열전도성 유기 수지층에 사용되는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 열전도성과 접착성을 양립할 수 있는 재료가 바람직하고, 예를 들어 열가소성 엘라스토머, 실리콘 고무, 아크릴 중합체 등의 중합체 성분에 열전도성 필러가 함유되어 있는 열전도성 유기 수지 조성물이 적절히 사용된다. 특히 아크릴 중합체를 중합체 성분으로 함으로써 점착력을 갖고, 완충성을 발현할 수 있어 바람직하다.

아크릴 중합체 성분으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 사용되고 있는 아크릴 중합체를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 열전도성 유기 수지 조성물에 사용되는 아크릴 중합체는, 단량체 단위로서 하기 화학식 1로 표시되는 (메트)아크릴계 단량체를 함유하고 있다.

상기 화학식 1에 있어서, R¹은 수소 또는 메틸기이다.

또한, 상기 화학식 1에 있어서, R²는 탄소수 2 내지 14의 알킬기이지만, 탄소수 3 내지 12가 바람직하고, 4 내지 9의 것이 보다 바람직하다. 또한, R²의 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄를 모두 사용할 수 있지만, 분지쇄 쪽이, 얻어지는 중합체의 유리 전이점을 낮게 할 수 있는 점에서 바람직하다.

화학식 1로 표시되는 (메트)아크릴계 단량체로서는, 구체적으로는, 예를 들어 에틸(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, s-부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, n-펜틸(메트)아크릴레이트, 이소펜틸(메트)아크릴레이트, 헥실(메트)아크릴레이트, 헵틸(메트)아크릴레이트, 이소아밀(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, n-옥틸(메트)아크릴레이트, 이소옥틸(메트)아크릴레이트, n-노닐(메트)아크릴레이트, 이소노닐(메트)아크릴레이트, n-데실(메트)아크릴레이트, 이소데실(메트)아크릴레이트, n-도데실(메트)아크릴레이트, 이소미리스틸(메트)아크릴레이트, n-트리데실(메트)아크릴레이트, n-테트라데실(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 이소스테아릴(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 상술한 화학식 1로 표시되는 (메트)아크릴계 단량체는 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 아크릴 중합체의 단량체 전체에 있어서 50 내지 98 중량％이며, 60 내지 98 중량％인 것이 바람직하고, 70 내지 90 중량％인 것이 보다 바람직하다. 상기 (메트)아크릴계 단량체가 50 중량％보다 적어지면 접착성이 부족해져 바람직하지 않다.

상기 아크릴 중합체는 단량체 단위로서 수산기 함유 단량체, 카르복실기 함유 단량체 등의 극성기 함유 단량체를 0.1 내지 20 중량％ 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10 중량％, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 7 중량％ 함유하는 것이다. 상기 극성기 함유 단량체의 함유량이 상기 범위 내이면 얻어지는 중합체 간에 높은 응집력이 발휘된다. 한편, 상기 극성기 함유 단량체의 함유량이 20 중량％를 초과하면 접착성이 저하되어 버리는 경우가 있다.

상기 수산기 함유 단량체란, 단량체 구조 중에 하나 이상의 수산기를 갖는 중합성 단량체를 말한다. 상기 수산기 함유 단량체로서는, 예를 들어 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 3-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메트)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸(메트)아크릴레이트, 10-히드록시데실(메트)아크릴레이트, 12-히드록시라우릴(메트)아크릴레이트, (4-히드록시메틸시클로헥실)메틸아크릴레이트, N-메틸올(메트)아크릴아미드, N-히드록시(메트)아크릴아미드, 비닐알코올, 알릴알코올, 2-히드록시에틸비닐에테르, 4-히드록시부틸비닐에테르, 디에틸렌글리콜모노비닐에테르 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 4-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메트)아크릴레이트 등을 바람직한 수산기 함유 단량체로서 들 수 있다.

상기 카르복실기 함유 단량체란, 단량체 구조 중에 하나 이상의 카르복실기를 갖는 중합성 단량체를 말한다. 상기 카르복실기 함유 단량체로서는, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 카르복시에틸(메트)아크릴레이트, 카르복시펜틸(메트)아크릴레이트, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 크로톤산 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 특히 아크릴산 및 메타크릴산이 바람직하게 사용된다.

본 발명에서의 아크릴 중합체에는, 상술한 단량체 이외의 단량체로서, 아크릴 중합체의 유리 전이점이나 박리성을 조정하기 위한 중합성 단량체 등을, 본 발명의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 범위에서 사용할 수 있다.

본 발명의 아크릴 중합체에서 사용되는 그 밖의 중합성 단량체로서는, 예를 들어 술폰산기 함유 단량체, 인산기 함유 단량체, 시아노기 함유 단량체, 비닐 에스테르 단량체, 방향족 비닐 단량체 등의 응집력·내열성 향상 성분이나, 아미드기 함유 단량체, 아미노기 함유 단량체, 이미드기 함유 단량체, 에폭시기 함유 단량체, 및 비닐 에테르 단량체 등의 접착력 향상이나 가교화 기점으로서 작용하는 관능기를 갖는 성분 등을 적절히 사용할 수 있다. 나아가, 상기 화학식 1에 있어서, R²가 탄소수 1 또는 탄소수 15 이상의 알킬기인 단량체 등도 적절히 사용할 수 있다. 이들 단량체 화합물은 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.

술폰산기 함유 단량체로서는, 예를 들어 스티렌술폰산, 알릴술폰산, 2-(메트)아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, (메트)아크릴아미드프로판술폰산, 술포프로필(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로일옥시나프탈렌술폰산 등을 들 수 있다.

인산기 함유 단량체로서는, 예를 들어 2-히드록시에틸아크릴로일포스페이트를 들 수 있다.

시아노기 함유 단량체로서는, 예를 들어 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴을 들 수 있다.

비닐 에스테르 단량체로서는, 예를 들어 아세트산비닐, 프로피온산비닐, 라우르산비닐, 비닐피롤리돈 등을 들 수 있다.

방향족 비닐 단량체로서는, 예를 들어 스티렌, 클로로스티렌, 클로로메틸스티렌, α-메틸스티렌 등을 들 수 있다.

아미드기 함유 단량체로서는, 예를 들어 (메트)아크릴아미드, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드, N,N-디에틸(메트)아크릴아미드, N-이소프로필(메트)아크릴아미드, N-메틸올(메트)아크릴아미드, N-메톡시메틸(메트)아크릴아미드, N-부톡시메틸(메트)아크릴아미드, (메트)아크릴산 디메틸아미노에틸, (메트)아크릴산 t-부틸아미노에틸, 디아세톤(메트)아크릴아미드, N-비닐아세트아미드, N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴아미드, N-비닐카프로락탐, N-비닐-2-피롤리돈 등을 들 수 있다.

아미노기 함유 단량체로서는, 예를 들어 아미노에틸(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트, N-(메트)아크릴로일모르폴린 등을 들 수 있다.

이미드기 함유 단량체로서는, 예를 들어 N-시클로헥실말레이미드, N-페닐말레이미드, N-메틸말레이미드, N-에틸말레이미드, N-프로필말레이미드, N-이소프로필말레이미드, N-부틸말레이미드, 이타콘이미드 등을 들 수 있다.

에폭시기 함유 단량체로서는, 예를 들어 글리시딜(메트)아크릴레이트, 알릴글리시딜에테르 등을 들 수 있다.

비닐 에테르 단량체로서는, 예를 들어 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, 이소부틸비닐에테르 등을 들 수 있다.

탄소수 1 또는 탄소수 15 이상의 알킬기를 갖는 (메트)아크릴계 단량체로서는, 예를 들어 메틸(메트)아크릴레이트, 펜타데실(메트)아크릴레이트, 헥사데실(메트)아크릴레이트, 옥타데실(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.

또한, 단량체에는, 얻어지는 중합체 분자의 응집력 등의 특성을 높이기 위해, 필요에 따라 그 밖의 공중합성 단량체가 포함되어 있어도 좋다. 이러한 공중합성 단량체로서는, 예를 들어 아세트산비닐, 스티렌, 비닐톨루엔 등의 비닐 화합물; 시클로펜틸 디(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트 등의 환식 알코올의 (메트)아크릴산 에스테르류; 네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄 트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트 등의 다가 알코올의 (메트)아크릴산 에스테르류 등을 들 수 있다.

상기 그 밖의 중합성 단량체는 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 아크릴 중합체의 단량체 전체에 있어서 0 내지 50 중량％인 것이 바람직하고, 0 내지 35 중량％인 것이 보다 바람직하고, 0 내지 25 중량％인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 아크릴 중합체는 중량 평균 분자량이 60만 이상인 것이 바람직하고, 70만 내지 300만인 것이 보다 바람직하고, 80만 내지 250만인 것이 더욱 바람직하다. 중량 평균 분자량이 60만보다 작아지면, 내구성이 부족해지는 경우가 있다. 한편, 당해 아크릴 중합체를 사용해서 열전도 부재를 제작할 때 등에 있어서의 작업성의 관점에서, 상기 중량 평균 분자량은 300만 이하가 바람직하다. 또한, 중량 평균 분자량은 GPC(겔 투과 크로마토그래피)에 의해 측정하고, 폴리스티렌 환산에 의해 산출된 값을 말한다.

또한, 접착성(점착성)의 균형이 잡히기 쉬운 이유에서, 상기 아크릴 중합체의 유리 전이 온도(Tg)가 -5℃ 이하, 바람직하게는 -10℃ 이하인 것이 바람직하다. 유리 전이 온도가 -5℃보다 높은 경우, 중합체가 유동하기 어려워 피착체로의 젖음이 불충분해져, 접착력이 저하되는 경우가 있다. 또한, 아크릴 중합체의 유리 전이 온도(Tg)는, 사용하는 단량체 성분이나 조성비를 적절히 변경함으로써 상기 범위 내로 조정할 수 있다.

이러한 아크릴 중합체의 제조는 용액 중합, 괴상 중합, 유화 중합, 각종 라디칼 중합 등의 공지된 제조 방법을 적절히 선택할 수 있다. 또한, 얻어지는 아크릴 중합체는 단독 중합체이거나 공중합체여도 좋고, 공중합체인 경우에는, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 그래프트 공중합체 등 어느 것이어도 좋다.

또한, 용액 중합에 있어서는, 중합 용매로서, 예를 들어 아세트산에틸, 톨루엔 등이 사용된다. 구체적인 용액 중합예로서는, 반응은 질소 등의 불활성 가스 기류 하에서, 중합 개시제로서 예를 들어 단량체 전량 100 중량부에 대하여 아조비스이소부티로니트릴 0.01 내지 0.2 중량부를 첨가하고, 통상 50 내지 70℃ 정도에서 8 내지 30시간 정도 행해진다.

라디칼 중합에 사용되는 중합 개시제, 연쇄 이동제, 유화제 등은 특별히 한정되지 않고 적절히 선택해서 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 중합 개시제로서는, 예를 들어 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)디히드로클로라이드, 2,2'-아조비스[2-(5-메틸-2-이미다졸린-2-일)프로판]디히드로클로라이드, 2,2'-아조비스(2-메틸프로피온아미딘)이황산염, 2,2'-아조비스(N,N'-디메틸렌이소부틸아미딘), 2,2'-아조비스[N-(2-카르복시에틸)-2-메틸프로피온아미딘]하이드레이트(와꼬 쥰야꾸사제, VA-057) 등의 아조계 개시제, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염, 디(2-에틸헥실)퍼옥시디카르보네이트, 디(4-t-부틸시클로헥실)퍼옥시디카르보네이트, 디-s-부틸퍼옥시디카르보네이트, t-부틸퍼옥시네오데카노에이트, t-헥실퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, 디라우로일퍼옥사이드, 디-n-옥타노일퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 디(4-메틸벤조일)퍼옥사이드, 디벤조일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시이소부티레이트, 1,1-디(t-헥실퍼옥시)시클로헥산, t-부틸히드로퍼옥사이드, 과산화수소 등의 과산화물계 개시제, 과황산염과 아황산수소나트륨의 조합, 과산화물과 아스코르브산나트륨의 조합 등의 과산화물과 환원제를 조합한 산화 환원계 개시제 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

상기 중합 개시제는 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 단량체 100 중량부에 대하여 0.005 내지 1 중량부 정도인 것이 바람직하고, 0.02 내지 0.5 중량부 정도인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 중합에 있어서 연쇄 이동제를 사용해도 좋다. 연쇄 이동제를 사용함으로써, 아크릴 중합체의 분자량을 적절히 조정할 수 있다.

연쇄 이동제로서는, 예를 들어 라우릴 머캅탄, 글리시딜 머캅탄, 머캅토 아세트산, 2-머캅토에탄올, 티오글리콜산, 티오글리콜산 2-에틸헥실, 2,3-디머캅토-1-프로판올 등을 들 수 있다.

이들 연쇄 이동제는 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 통상 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.1 중량부 정도이다.

또한, 유화 중합하는 경우에 사용하는 유화제로서는, 예를 들어 라우릴황산나트륨, 라우릴황산암모늄, 도데실벤젠술폰산나트륨, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 황산암모늄, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르 황산나트륨 등의 음이온계 유화제, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 블록 중합체 등의 비이온계 유화제 등을 들 수 있다. 이들 유화제는 단독으로 사용해도 좋고 2종 이상을 병용해도 좋다.

또한, 반응성 유화제로서, 프로페닐기, 알릴에테르기 등의 라디칼 중합성 관능기가 도입된 유화제로서, 구체적으로는, 예를 들어 아쿠알론 HS-10, HS-20, KH-10, BC-05, BC-10, BC-20(이상, 모두 다이이찌 고교 세야꾸사제), 아데카리아소프 SE10N(아데카(ADEKA)사제) 등이 있다.

반응성 유화제는 중합 후에 중합체쇄에 도입되기 때문에 내수성이 좋아져 바람직하다. 유화제의 사용량은 단량체 100 중량부에 대하여 0.3 내지 5 중량부, 중합 안정성이나 기계적 안정성 면에서 0.5 내지 1 중량부가 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 접착력, 내구력을 보다 향상시킬 목적으로, 아크릴 중합체 성분에 가교제를 함유하는 것이 바람직하다. 가교제로서는, 이소시아네이트계 가교제, 에폭시계 가교제, 멜라민계 가교제, 옥사졸린계 가교제, 카르보디이미드계 가교제, 아지리딘계 가교제, 금속 킬레이트계 가교제 등, 종래 주지된 가교제를 사용할 수 있지만, 특히 이소시아네이트계 가교제를 함유하는 것이 바람직하다.

이소시아네이트계 가교제로서는, 톨릴렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트 등의 방향족 이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 등의 지환족 이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 지방족 이소시아네이트 등을 들 수 있다.

보다 구체적으로는, 예를 들어 부틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 저급 지방족 폴리이소시아네이트류, 시클로펜틸렌 디이소시아네이트, 시클로헥실렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 등의 지환족 이소시아네이트류, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 폴리메틸렌폴리페닐이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트류, 트리메틸올프로판/톨릴렌 디이소시아네이트 삼량체 부가물(닛본 폴리우레탄 고교사제, 상품명 코로네이트 L), 트리메틸올프로판/헥사메틸렌 디이소시아네이트 삼량체 부가물(닛본 폴리우레탄 고교사제, 상품명 코로네이트 HL), 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 이소시아누레이트체(닛본 폴리우레탄 고교사제, 상품명 코로네이트 HX) 등의 이소시아네이트 부가물, 폴리에테르 폴리이소시아네이트, 폴리에스테르 폴리이소시아네이트, 및 이들과 각종 폴리올과의 부가물, 이소시아누레이트 결합, 뷰렛트 결합, 알로파네이트 결합 등으로 다관능화한 폴리이소시아네이트 등을 들 수 있다.

상기 가교제는 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 상기 베이스 중합체 100 중량부에 대하여 상기 가교제 0.02 내지 5 중량부 함유하는 것이 바람직하고, 0.04 내지 3 중량부 함유하는 것이 보다 바람직하고, 0.05 내지 2 중량부 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 가교제를 상기 범위에서 사용함으로써, 보다 확실하게 중합체 간의 응집력을 향상시킬 수 있어 열전도성 유기 수지층에 우수한 내구성을 부여할 수 있지만, 한편, 2 중량부를 초과하면, 가교 형성이 과다해져, 접착성이 떨어지는 경우가 있다.

본 발명에 있어서는, 가교된 열전도성 유기 수지층의 겔 분율이 40 내지 90 중량％가 되도록 가교제의 첨가량을 조정하는 것이 바람직하고, 50 내지 85 중량％가 되도록 상기 가교제의 첨가량을 조정하는 것이 보다 바람직하고, 55 내지 80 중량％가 되도록 상기 가교제의 첨가량을 조정하는 것이 더욱 바람직하다. 겔 분율이 40 중량％ 보다 작아지면, 응집력이 저하되기 때문에 내구성이 떨어지는 경우가 있고, 90 중량％를 초과하면, 접착성이 떨어지는 경우가 있다.

본 발명에서의 열전도성 유기 수지층의 겔 분율(중량％)은, 열전도성 유기 수지층으로부터 건조 중량 W1(g)의 시료를 채취하고, 이것을 아세트산에틸에 침지한 후, 상기 시료의 불용분을 아세트산에틸 중으로부터 취출하여 건조 후의 중량 W2(g)을 측정하고, (W2/W1)×100을 계산해서 구할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 열전도성 필러는 특별히 한정되지 않지만, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 질화갈륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄화규소, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화아연, 산화주석, 산화구리, 산화니켈, 안티몬산 도프 산화주석, 탄산칼슘, 티타늄산바륨, 티타늄산칼륨, 구리, 은, 금, 니켈, 알루미늄, 백금, 카본 블랙, 카본 튜브(카본 나노튜브), 탄소 섬유, 다이아몬드 등의 입자를 사용할 수 있다. 이들 열전도성 필러 중에서도, 열전도성이 높고 전기 절연성을 갖는다는 이유로부터, 질화붕소, 수산화알루미늄, 산화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 열전도성 필러는 단독으로 사용해도 좋고 2종 이상을 병용해도 좋다.

본 발명에서 사용하는 열전도성 필러의 형상은 특별히 한정되지 않고, 벌크 형상, 침 형상, 섬유 형상, 판 형상, 층상이어도 좋다. 벌크 형상에는, 예를 들어 구 형상, 직육면체 형상, 파쇄 형상 또는 이들의 이형 형상이 포함된다.

특히 본 발명에 따른 열전도 부재에 있어서는, 면 방향으로의 열전도성이 구해지는 점에서, 판 형상, 섬유 형상, 혹은 층상의 무기물 입자를 상기 열전도성 필러로서 채용하는 것이 바람직하고, 이러한 열전도성 필러는, 상기 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 유기 수지 조성물로 열전도성 유기 수지층을 형성시킬 때에, 상기 열전도성 유기 수지층의 평면 방향으로 배향시키기 쉬워, 면 방향으로의 열전도성이 우수한 열전도 부재를 용이하게 형성시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 열전도성 필러의 크기는, 벌크 형상(구 형상)의 열전도성 필러의 경우에는, 일차 평균 입자 직경으로서 0.1 내지 1000μm, 바람직하게는 1 내지 100μm, 더욱 바람직하게는 2 내지 20μm이다. 일차 평균 입자 직경이 1000μm를 초과하면 열전도 필러가 열전도 수지층의 두께를 초과하여 두께 편차의 원인이 된다는 문제가 있다.

열전도성 필러가 침 형상 또는 판 형상의 열전도성 필러인 경우에는, 최대 길이가 0.1 내지 1000μm, 바람직하게는 1 내지 100μm, 더욱 바람직하게는 2 내지 20μm이다. 최대 길이가 1000μm를 초과하면 열전도 필러끼리가 응집하기 쉬워져, 취급이 어려워진다는 문제가 있다.

또한, 이들의 종횡비(침상 결정의 경우에는, 장축 길이/단축 길이 또는 장축 길이/두께로 표현되고, 또한, 판상 결정의 경우에는, 대각 길이/두께 또는 장변 길이/두께로 표현됨)가 1 내지 10000, 바람직하게는 10 내지 1000이다.

이러한 열전도성 필러는 일반적인 시판품을 사용할 수 있는 데, 예를 들어 질화붕소로서는 미즈시마 고킨테츠사제 「HP-40」, 모멘티브사제 「PT620」 등을, 수산화알루미늄으로서는 쇼와 덴꼬사제 「하이디라이트 H-32」「하이디라이트 H-42」 등을, 산화알루미늄으로서는 쇼와 덴꼬사제 「AS-50」 등을, 수산화마그네슘으로서는 교와 가가꾸 고교사제 「KISUMA 5A」 등을, 안티몬산 도프 주석으로서는 이시하라 산교사제의 「SN-100S」「SN-100P」「SN-100D(수분산품)」 등을, 산화티타늄으로서는 이시하라 산교사제의 「TTO 시리즈」 등을, 산화아연으로서는 스미또모 오사카 시멘트사제의 「ZnO-310」「ZnO-350」「ZnO-410」 등을 들 수 있다.

본 발명에서의 열전도성 필러의 사용량은 중합체 성분 100 중량부에 대하여 10 내지 1000 중량부, 바람직하게는 50 내지 500 중량부, 더욱 바람직하게는 100 내지 400 중량부이다. 열전도성 필러의 사용량이 1000 중량부를 초과하면 열전도성 유기 수지 조성물의 가요성이 낮아지고, 점착력이 저하된다는 문제가 있고, 10 중량부 미만이면 충분한 열전도성을 부여할 수 없는 경우가 있다.

또한, 본 발명의 열전도성 유기 수지 조성물에는 접착력, 내구력, 열전도 필러 입자와 아크릴 중합체와의 친화성을 보다 향상시킬 목적에서 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 실란 커플링제로서는, 공지된 것을 특별히 제한없이 적절히 사용할 수 있다.

구체적으로는, 예를 들어 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등의 에폭시기 함유 실란 커플링제, 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸부틸리덴)프로필아민 등의 아미노기 함유 실란 커플링제, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 등의 (메트)아크릴기 함유 실란 커플링제, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등의 이소시아네이트기 함유 실란 커플링제 등을 들 수 있다. 이러한 실란 커플링제를 사용하는 것은, 당해 열전도성 유기 수지 조성물에 의해 형성되는 열전도성층의 내구성의 향상을 도모하는 데 있어서 바람직하다.

상기 실란 커플링제는 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋지만, 전체적인 함유량은 상기 아크릴 중합체 100 중량부에 대하여 상기 실란 커플링제 0.01 내지 10 중량부 함유하는 것이 바람직하고, 0.02 내지 5 중량부 함유하는 것이 보다 바람직하고, 0.05 내지 2 중량부 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실란 커플링제를 상기 범위로 사용함으로써, 열전도성 유기 수지 조성물에서 높은 응집력을 발휘시킬 수 있어 당해 열전도성 유기 수지 조성물에 의해 형성되는 열전도성층의 내구성을 향상시킬 수 있지만, 한편, 0.01 중량부 미만이면 열전도성 유기 수지 조성물에 함유되는 열전도 필러 입자의 표면을 피복할 수 없어, 친화성이 향상되지 않는 경우가 있고, 한편, 10 중량부를 초과하면, 열전도성을 저하시키는 경우가 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 열전도성 유기 수지 조성물의 접착력을 보다 향상시켜 당해 열전도성 유기 수지 조성물에 의해 형성되는 열전도성층의 내구성을 향상시킬 목적에서 점착 부여 수지를 첨가할 수 있다.

점착 부여 수지로서는, 공지된 것을 특별히 제한없이 적절히 사용할 수 있다. 점착 부여 수지의 구체예로서는, 예를 들어 로진계 수지, 테르펜계 수지, 지방족계 석유 수지, 방향족계 석유 수지, 공중합계 석유 수지, 지환족계 석유 수지, 크실렌 수지 및 엘라스토머 등을 들 수 있다.

상기 점착 부여 수지는 중합체 성분 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부 중 어느 하나의 비율이 되는 양으로 열전도성 유기 수지 조성물에 함유시키는 것이 바람직하고, 20 내지 80 중량부 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 30 내지 50 중량부 함유시키는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 여기서는 상세하게 설명하지 않지만, 본 실시 형태의 열전도성 유기 수지 조성물에는, 상기와 같은 중합체 성분, 열전도성 필러 등 이외에, 분산제, 노화 방지제, 산화 방지제, 가공 보조제, 안정제, 소포제, 난연제, 증점제, 안료 등과 같은 고무, 플라스틱 배합 약품으로서 일반적으로 사용되는 것을 본 발명의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 범위에서 적절히 첨가할 수 있다.

이어서, 이러한 열전도성 유기 수지 조성물을 사용해서 열전도성 유기 수지층을 제작하는 방법에 대하여, 액상의 열전도성 유기 수지 조성물을 사용해서 코팅하는 방법을 예로 들어 설명한다.

우선, 중합체 성분에 열전도성 필러 및 그 밖의 성분을 함유시켜 교반하여, 코팅에 사용하는 코팅액(액상의 열전도성 유기 수지 조성물)을 제작한다.

상기와 같이 제작된 코팅액을 사용해서 열전도성 유기 수지층을 제작하는 방법으로서는, 종래 널리 사용되고 있는 코팅 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 박리 필름 상에 코팅액을 코팅하고, 건조한 후에 다른 박리 필름을 접합해서 열전도성 유기 수지층을 제작할 수 있다.

본 발명에서의 열전도성 유기 수지층의 형성 방법으로서는, 예를 들어 롤 코트, 키스 롤 코트, 그라비아 코트, 리버스 코트, 롤 브러시, 스프레이 코트, 딥 롤 코트, 바 코트, 나이프 코트, 에어나이프 코트, 커튼 코트, 립 코트, 다이 코터 등에 의한 압출 코트법 등의 방법을 들 수 있다.

박리 필름의 구성 재료로서는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 플라스틱 필름, 종이, 천, 부직포 등의 다공질 재료, 네트, 발포 시트, 금속박 및 이들의 라미네이트체 등의 적당한 박엽체 등을 들 수 있지만, 표면 평활성이 우수한 점에서 플라스틱 필름이 적절히 사용된다.

그 플라스틱 필름으로서는, 상기 열전도성 유기 수지층을 보호할 수 있는 필름이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리메틸펜텐 필름, 폴리염화비닐 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리부틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리우레탄 필름, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 필름 등을 들 수 있다.

상기 박리 필름에는, 필요에 따라, 실리콘계, 불소계, 장쇄 알킬계 혹은 지방산 아미드계의 이형제, 실리카 분말 등에 의한 이형 및 오염 방지 처리나, 도포형, 반죽형, 증착형 등의 대전 방지 처리를 할 수도 있다.

특히, 상기 박리 필름의 표면에 실리콘 처리, 장쇄 알킬 처리, 불소 처리 등의 박리 처리를 적절히 행함으로써, 상기 점착제층으로부터의 박리성을 보다 높일 수 있다. 상기 박리 필름의 두께는 통상 5 내지 200μm, 바람직하게는 5 내지 100μm 정도이다.

또한, 본 발명의 열전도성 유기 수지층에 있어서는, 두께가 1μm 내지 500μm인 것이 바람직하고, 5μm 내지 200μm인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10μm 내지 100μm이다.

(수지 부재)

본 발명에 있어서 기재층을 구성하는 수지 부재로서는, 열전도율이 0.5W/mK 미만인 것이 필요하다. 열전도율이 0.5W/mK 미만인 수지 부재를 사용하면, 열전도 부재를 구성했을 때에 층간의 열전도율을 0.5W/mK 미만으로 할 수 있어, 인접하는 단전지 셀로의 열전도를 방지할 수 있고, 방열 공간으로 효율적으로 방열할 수 있다. 열전도율이 0.5W/mK 이상이면 인접하는 단전지 셀로 열 전도되어, 효율적인 방열이 어려워진다. 본 발명에 있어서, 수지 부재의 열전도율은 0.4W/mK 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3W/mK 이하이다.

또한, 본 발명에 있어서 수지 부재로서는, 굽힘 탄성률(ASTM D-790)이 1GPa 이상, 바람직하게는 2GPa 이상, 보다 바람직하게는 5GPa 이상인 것이 바람직하다. 굽힘 탄성률이 1GPa 이상임으로써, 열전도 부재의 강성이 커져, 조전지 장치를 구성했을 때에 보강판으로서 기능시킬 수 있다. 이러한 굽힘 탄성률을 갖는 열전도 부재를 얻기 위해서는, 이를 구성하는 열전도성 유기 수지층의 굽힘 탄성률을 높게 함으로써도 달성할 수 있지만, 일반적으로 굽힘 탄성률을 높게 하기 위해서는 수지를 단단하게 할 필요가 있어, 점착성과의 양립이 곤란해지는 경우가 많다. 그로 인해, 본 발명에 있어서는, 굽힘 탄성률이 높은 수지 부재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 열전도 부재는 전기 절연성이 있는 것이 바람직하다. 리튬 이온 전지에 있어서는, 그의 기전력의 메커니즘으로 인해 수분을 꺼리기 때문에, 전지를 구성하는 하우징은 금속제가 사용된다. 즉, 리튬 이온 전지의 전지 구성 상의 면에서, 금속 하우징의 전위는 그 리튬 이온 전지의 양전극 전위와 음전극 전위의 중간 전위가 되기 때문에, 복수의 리튬 이온 전지를 조전지화할 때에 각 리튬 이온 전지의 금속 하우징끼리가 직접 접촉하는 경우가 발생하면, 거기에서 전위가 동전위가 되기 때문에 조전지로서의 충분한 개방단 전압이 얻어지지 않는다. 따라서, 전지 셀 사이에서 충분히 전기 절연해 두는 것이 필요하다. 이러한 전기 절연성을 열전도 부재에 부여하기 위해서는, 기재층의 형성에 전기 절연성이 높은 수지 부재를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 수지 부재로서는, 전기 절연성은 체적 저항률(ASTM D-257)이 1×10¹⁰Ωcm 이상, 바람직하게는 5×10¹⁰Ωcm 이상, 더욱 바람직하게는 1×10¹¹Ωcm 이상(통상 1×10²⁰Ωcm 이하)인 것이 바람직하다. 전기 절연성이 1×10¹⁰Ωcm 이상이면, 충분한 전기 절연성을 갖는 열전도 부재를 구성할 수 있어, 상기 열전도 부재를 조전지 장치에 사용한 경우, 충분히 높은 개방단 전압을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서 수지 부재로서는, 그의 형성 재료로서 열경화 수지가 적절히 사용된다. 열경화 수지는 전기 절연성이 우수하고, 또한 3차원 가교 구조를 갖고 있어 열전도 부재로서 강도가 있고, 또한 내열성도 우수하여 본 용도에 있어서는 적절히 사용된다.

이러한 수지 부재로서는, 예를 들어 폴리카르보네이트 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지, 부분 방향족 폴리아미드 등의 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지, 열경화성 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

본 발명에 있어서는, 상기 수지를 그대로 경화시켜서 사용할 수 있지만, 그 밖의 부재에 함침시키거나 혹은 도포해서 사용해도 좋다. 그러한 부재로서는, 유리 섬유나 탄소 섬유, 아라미드 등의 섬유 형상물과의 복합체나, 종이, 부직포 등과의 복합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 플라스틱 기재와의 적층물, 에폭시 페놀 수지와 같은 혼합물이어도 좋다.

본 발명에서의 수지 부재로서는, 에폭시 수지 및 경화제를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 유리 클로스에 함침시켜 가열 경화시킨 수지 부재가, 치수 안정성이 높고, 또한 내수성·내약품성이 있으면서 전기 절연성을 갖는 등의 이유에 의해 적절히 사용된다.

에폭시 수지로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 방향족계 에폭시 수지, 지방족·지환족계 에폭시 수지, 질소 함유 환계 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

방향족계 에폭시 수지는, 벤젠환이 구성 단위로서 분자쇄 중에 포함되어 있는 에폭시 수지이며, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 다이머산 변성 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 예를 들어 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지, 예를 들어 나프탈렌형 에폭시 수지, 예를 들어 비페닐형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

지방족·지환족계 에폭시 수지로서는, 예를 들어 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 디시클로형 에폭시 수지, 지환족계 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

질소 함유 환계 에폭시 수지로서는, 예를 들어 트리글리시딜이소시아누레이트에폭시 수지, 히단토인에폭시 수지 등을 들 수 있다.

이들 에폭시 수지는 단독으로 사용해도 좋고, 혹은 병용할 수도 있다. 이들에폭시 수지 중에서는 방향족계 에폭시 수지나 지방족·지환족계 에폭시 수지가 바람직하게 사용되고, 보강성을 고려하면, 비스페놀형 에폭시 수지나 지환족계 에폭시 수지가 더욱 바람직하게 사용된다.

경화제로서는, 예를 들어 아민계 화합물류, 산 무수물계 화합물류, 아미드계 화합물류, 히드라지드계 화합물류, 이미다졸계 화합물류, 이미다졸린계 화합물류 등을 들 수 있다. 또한, 그 밖에 페놀계 화합물류, 우레아계 화합물류, 폴리술피드계 화합물류 등을 들 수 있다.

아민계 화합물류로서는, 예를 들어 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 이들의 아민 어덕트, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰 등을 들 수 있다.

산 무수물계 화합물류로서는, 예를 들어 무수 프탈산, 무수 말레산, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸나드산 무수물, 피로멜리트산 무수물, 도데세닐숙신산 무수물, 디클로로숙신산 무수물, 벤조페논테트라카르복실산 무수물, 클로렌드산 무수물 등을 들 수 있다.

아미드계 화합물류로서는, 예를 들어 디시안디아미드, 폴리아미드 등을 들 수 있다.

히드라지드계 화합물류로서는, 예를 들어 아디프산 디히드라지드 등의 디히드라지드 등을 들 수 있다.

이미다졸계 화합물류로서는, 예를 들어 메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 에틸이미다졸, 이소프로필 이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 페닐이미다졸, 운데실이미다졸, 헵타데실이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸 등을 들 수 있다.

이미다졸린계 화합물류로서는, 예를 들어 메틸이미다졸린, 2-에틸-4-메틸이미다졸린, 에틸이미다졸린, 이소프로필이미다졸린, 2,4-디메틸이미다졸린, 페닐이미다졸린, 운데실이미다졸린, 헵타데실이미다졸린, 2-페닐-4-메틸이미다졸린 등을 들 수 있다.

이들 경화제는 단독으로 사용해도 좋고, 혹은 병용할 수도 있다. 이들 경화제 중, 접착성을 고려하면, 디시안디아미드가 바람직하게 사용된다.

또한, 경화제의 배합 비율은 경화제와 수지 성분의 당량비에 따라서도 달라지지만, 예를 들어 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.5 내지 50 중량부, 바람직하게는 1 내지 40 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 중량부이다.

또한, 경화제와 함께, 필요에 따라 경화 촉진제를 병용할 수 있다. 경화 촉진제로서는, 예를 들어 이미다졸류, 요소류, 3급 아민류, 인 화합물류, 4급 암모늄염류, 유기 금속염류 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 좋고, 혹은 병용할 수도 있다. 경화 촉진제의 배합 비율은, 예를 들어 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 바람직하게는 0.2 내지 10 중량부이다.

본 발명에 있어서는, 상기한 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제 이외에도, 예를 들어 유기 실란 화합물, 유화제, 소포제, pH 조정제 등의 공지된 첨가제, 나아가 에폭시 수지 이외의 수지 및 용제를 적절히 배합해도 좋다.

본 발명에 사용되는 상기와 같은 수지 부재를 얻기 위해서는, 우선 유리 클로스에 에폭시 수지 조성물을 함침시킨다. 함침은 침지, 스프레이, 키스 롤에 의한 도포 등, 공지된 침지 방법을 사용할 수 있다. 또한, 함침 후에는 만글, 코팅 나이프 등을 사용하여 에폭시 수지 조성물을 교액(絞液)하는 것이 바람직하다.

이어서, 이것을 건조함으로써, 유리 클로스가 에폭시 수지 조성물에 의해 피복되고, 이에 의해 본 발명에 사용되는 수지 부재를 얻을 수 있다. 건조는, 통상 100 내지 250℃에서 가열 건조시키고, 용매를 휘발시키면서 경화 반응을 진행시킨다.

본 발명의 수지 부재는 그의 두께가 통상 0.1 내지 10mm, 바람직하게는 0.5 내지 5mm, 보다 바람직하게는 1 내지 3mm 정도이다.

(열전도 부재)

이어서, 본 발명의 열전도 부재에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 열전도 부재의 형상으로서는, 통상적으로 시트 형상으로 할 수 있고, 예를 들어 두꺼운 시트(판 형상)이나 얇은 시트(필름 형상)의 형태로 할 수 있다.

또한, 그의 평면 형상도 직사각형, 원형 등, 단전지 셀에 맞춰 채용이 가능하고, 가늘고 긴 테이프 형상의 시트로 하는 것도 가능하다.

나아가, 균일 두께의 시트일 필요는 없고, 예를 들어 둥근 모양을 가진 단전지 셀 사이에 개재 장착되는 경우라면, 단전지 셀의 표면 형상에 맞춰 중앙 부분을 양단부 부분보다도 얇게 한 시트 형상으로 하는 것도 가능하다.

이하에 있어서는, 그의 일례로서, 편평한 사각판 형상의 단전지 셀을 복수 사용한 조전지 장치에 이용되는 직사각형 시트 형상의 열전도 부재에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 열전도 부재의 일 실시 형태를 나타내는 개략 사시도이다. 도 1에 있어서, 열전도 부재(1)는 기재층을 구성하고 있는 수지 부재(12)의 양면에 열전도성 유기 수지층(11)을 설치한 구성이다.

수지 부재(12)의 양면에 설치하는 열전도성 유기 수지층(11)은 동일한 열전도성 유기 수지 조성물로 형성시켜도 좋고, 상이한 재료로 형성된 열전도성 유기 수지층이어도 좋다. 상이한 열전도성 유기 수지층을 설치한 경우, 열전도 부재(1)의 양면에 열전도성이 상이한 열전도 부재를 제공할 수 있고, 이것은 인접하는 단전지 셀의 발열 온도가 상이한 경우에 열전도성을 조정할 수 있다는 이점을 갖는다.

본 발명의 열전도 부재(1)의 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상기한 액상의 열전도성 유기 수지 조성물을 사용해서 코팅하는 방법에 의해 형성한 열전도성 유기 수지 시트를, 상기 수지 부재(12)에 접합해서 열전도성 유기 수지층(11)을 형성시켜 열전도 부재(1)를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 액상의 열전도성 유기 수지 조성물을 직접 수지 부재(12)에 코팅하고, 건조시켜서, 수지 부재(12) 위에 열전도성 유기 수지층(11)을 형성시켜 열전도 부재(1)로 해도 좋다.

본 발명의 열전도 부재(1)는 그의 두께가 0.10 내지 11mm인 것이 바람직하고, 0.51 내지 5.4mm인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3.2mm이다.

또한, 본 발명의 열전도 부재(1)에 있어서는, 열전도성 유기 수지층(11)의 두께와 수지 부재(12)의 두께의 비(열전도성 유기 수지층/수지 부재)가 1/1 내지 1/10000인 것이 바람직하고, 1/10 내지 1/1000인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 열전도 부재는 상기 예시와 같이 「열전도성층(열전도성 유기 수지층)/기재층(수지 부재)/열전도성층(열전도성 유기 수지층)」의 3층 구성의 것으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 한쪽 또는 양쪽의 열전도성층을 2층 이상의 구성으로 하거나, 기재층을 2층 이상의 구성으로 하거나, 열전도성층의 외측에0.5W/mK 미만의 열전도율을 갖는 재료로 이루어지는 극히 얇은 층을 형성시키거나 하여 4층 이상의 구성으로 하는 것도 가능한 것이다.

또한, 본 발명의 열전도 부재는 열전도성층을 상기 예시와 같은 열전도성 유기 수지층으로 한정하는 것도 아니고, 예를 들어 금속박, 무기 섬유 시트 등에 의해 열전도성층을 형성시키는 것도 가능하다.

(조전지 장치)

이어서, 본 발명의 조전지 장치에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 조전지 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략 사시도이다. 도 2에 있어서, 조전지 장치(2)는 단전지 셀(21)과 열전도 부재(1)가 서로 밀착해서 교대로 복수개 줄이어 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 본 발명의 조전지 장치에 있어서 중요한 단전지 셀(21)과 열전도 부재(1)의 위치 관계를 나타내는 것이며, 조전지 장치를 구성하는 다른 부품, 예를 들어 케이싱이나 방열을 위한 히트 싱크 등은 기재하고 있지 않다.

또한, 도 2에 있어서는, 4개의 단전지 셀(21)과 3개의 열전도 부재(1)로 구성되는 조전지 장치(2)를 나타내고 있지만, 줄이어 설치되는 단전지 셀(21) 및 열전도 부재(1)는 여기에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 수를 조정할 수 있다(통상, 단전지 셀(21)은 수개 내지 수십개 줄이어 설치됨).

본 발명에 있어서, 단전지 셀(21)로서는 일반적인 소위 각형 전지 셀을 사용할 수 있다. 이 각형 전지 셀에서는, 통상적으로 극판, 세퍼레이터, 전해액 등의 전지 요소가 하우징 내에 수납되어 있다. 하우징은 수지제의 것, 혹은 표면에 절연 피막이 코팅된 것을 사용해도 좋지만, 열전도성이 높은 철이나 알루미늄 등의 금속제의 하우징이 표출하는 단전지 셀을 사용하는 것이 바람직하다.

단전지 셀(21)의 상부에는 한 쌍의 전극(22)이 돌출 형성되어 있는 것이 일반적이다. 통상적으로는, 전극(22)을 갖는 측이 모두 동일한 측이 되도록 복수의 단전지 셀(21)이 줄이어 설치된다.

단전지 셀(21)의 가장 넓은 측면은 각각 열전도 부재(1)의 표면에 대향하고 있다. 따라서, 단전지 셀(21)의 내부 반응에서 발생한 열은 열전도 부재(1)의 표면층을 통과하여 양단부에 전달된다. 또한, 본 발명의 열전도 부재(1)는 그의 층간에서의 열전도율이 0.5W/mK 미만으로 낮기 때문에 단전지 셀 사이에서의 전열이 일어나기 어려워, 효율적으로 단전지 셀(21)로부터 제열할 수 있다.

또한, 열전도 부재(1)에 의해 전달된 열은, 열전도 부재(1)의 공간에 노출되는 방열 표면에 의해 대기 중에 방열할 수 있다. 또한, 열전도 부재(1)로부터 연장하는 탭부를 형성하고, 그 탭부를 대기 중에 돌출시켜도 좋다.

이와 같은 다른 형태에 대하여, 도 2의 조전지 장치에 있어서의 열전도 부재에 탭부를 설치한 모습을 도시한 도 3을 참조하면서 상세하게 설명한다.

이 도 3에 도시한 조전지 장치(2)는 탭부(1a)가 형성되어 있는 점을 제외하고는, 도 2에 도시한 조전지 장치와 동일하게 구성되어 있다.

즉, 도 3에 도시하는 조전지 장치에는, 편평한 사각판 형상을 갖고 그 4개의 측면 중 1 측면에 있어서 전극(22)을 돌출시킨 단전지 셀(21)이 복수 구비되어 있고, 대략 동일한 형상을 갖는 복수의 단전지 셀(21)이 상기 전극(22)의 돌출 방향이 상방이 되도록 수직 배치되어 구비되어 있다.

보다 상세하게는, 조전지 장치(2)에는, 사각판 형상을 갖는 복수의 단전지 셀(21)이, 그의 판면을 대향시키면서 그 사이에 열전도 부재(1)을 끼움 지지한 상태로 병렬되어 있고, 게다가 상기 열전도 부재(1)의 상단부를 그의 양측에 배치된 단전지 셀(21) 사이로부터 상방으로 연장시켜서 상기 탭부(1a)가 설치되어 있다.

또한, 대기 중에 노출시키고 있는 탭부(1a) 이외의 영역이, 그의 외측 테두리를 상기 단전지 셀(21)의 외측 테두리에 일치시킨 형태로 대략 전체면을 단전지 셀(21)에 면 접촉시키고 있는 점에 있어서는, 도 2에 도시한 사례와 도 3에 도시한 사례에 있어서 차이는 나지 않는다.

따라서, 이 단전지 셀(21)과 열전도 부재(1)를 교대로 배열한 적층체를 케이싱에 수용시킴에 있어서, 상기 열전도 부재(1)의 단부면이 노출되어 있는 상기 적층체의 측면이나 저면을 상기 케이싱의 내면에 접촉시켜서 수용시키거나, 혹은 이 적층체의 예를 들어 하면측에 히트 싱크를 접촉시키거나 했을 때에는, 도 2에 도시한 사례와 마찬가지로, 일부의 단전지 셀(21)에 발열이 발생했다고 해도 열전도 부재(1)를 통해 그 열을 케이싱이나 히트 싱크에 전달시킬 수 있음과 함께, 이 도 3에 도시한 사례에 있어서는 추가로 상기 탭부(1a)를 통해 대기 방열시킬 수 있다.

그리고, 이때 주로 발열이 발생한 단전지 셀에 접해 있는 측의 열전도성 유기 수지층을 통해 방열이 행해지고, 인접하는 단전지 셀로의 열전도가 기재층에 의해 방지되는 점에서, 이 발열이 발생한 단전지 셀에 인접해 있는 다른 단전지 셀이 고온에 노출되어 버릴 우려를 억제시킬 수 있다.

이러한 효과를 보다 현저하게 발휘시킬 수 있는 점에 있어서는, 상기 탭부(1a)의 표면 근방에 있어서 기류를 발생시켜, 탭부(1a)의 표면 열전달률을 증대시키는 것이 바람직하다.

즉, 연장되어 있는 열전도 부재의 탭부(1a)를 풍냉하기 위한 에어컨 등의 기구를 더 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 열전도성층으로부터 효율적으로 열을 외부에 방열시키기 위해서는, 탭부(1a)에 있어서 열전도성층의 표면적을 크게 하는 것이 유효하게 된다.

이와 같이 열전도성층의 표면적을 크게 하는 구체적인 수단으로서는, 추 형상, 기둥 형상, 판 형상 등의 돌기를 열전도성층의 표면에 형성시켜 요철 형상으로 하는 방법, 탭부(1a) 전체를 물결치게 해서 파형 형상으로 하는 방법, 열전도성층을 섬유 형상으로 하는 방법 등을 들 수 있다.

나아가, 탭부(1a)에 있어서의 열전도성층의 열방사율을 크게 하는 것도, 효율적으로 열을 외부에 방열시키기 위한 수단으로서 유효하다.

구체적으로는, 탭부(1a)에 있어서의 열전도성층의 열방사율을 0.1 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.5 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 나아가, 0.8 이상(통상, 1.0 이하)으로 하는 것이 특히 바람직하다.

이러한 방사율을 탭부(1a)에 부여하기 위해서는, 열방사율이 높은 부재를 부착하는 방법이나, 탭부(1a)의 색조를 흑색화시키는 방법, 탭부(1a)의 표면에 미세한 요철 구조, 그물코 구조, 섬유 구조를 부여하여 표면 광택을 없애어 광의 반사를 억제시키는 방법 등을 들 수 있다.

상기의 경우에는, 단전지 셀과 열전도 부재를 교대로 줄이어 설치하여 가압구속한 것을 케이싱 중에 수납하고, 방열 표면 또는 탭부가 돌출된 측의 표면과 케이싱의 내표면 사이에 터널 형상의 공기 유로를 형성하여, 그 공기 유로를 방열 공간으로 할 수 있다. 이 경우, 공기 유로에 에어컨 바람을 유통시키는 등 하면, 각 단전지 셀의 열을 방열 표면 또는 탭부를 통해 균일하게 방열할 수 있다.

또한, 복수의 방열판이 줄이어 설치되어 이루어지는 히트 싱크를 방열 공간에 배치하고, 히트 싱크에 열전도 부재(1)의 방열 표면을 접촉시킨다. 그리고, 히트 싱크에 에어컨의 바람을 접촉시키도록 하면, 히트 싱크 및 열전도 부재를 통해 각 단전지 셀의 열을 균일하게 방열할 수 있다.

또한, 히트 싱크를 사용하는 경우에는, 단전지 셀과 열전도 부재를 교대로 줄이어 설치하여 가압 구속한 것의 하방에 히트 싱크를 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 만일 히트 싱크에 결로가 발생한 경우라도 물방울이 단전지 셀과 접촉하는 것을 방지할 수 있어, 누전을 확실하게 방지할 수 있다.

<실시예>

이하에, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 아무런 한정도 되지 않는다.

(실시예 1)

(아크릴 중합체 용액의 조제)

냉각관, 질소 도입관, 온도계 및 교반기를 구비한 반응 용기를 사용하여, 아크릴산부틸 70 중량부, 2-에틸헥실아크릴레이트 30 중량부, 아크릴산 3 중량부, 4-히드록시부틸아크릴레이트 0.05 중량부, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(개시제) 0.1부, 톨루엔(용매) 155 중량부를 첨가하고, 계 내를 충분히 질소 가스로 치환한 후, 80℃에서 3시간 가열하여 고형분이 40.0 중량％인 아크릴 중합체 용액을 얻었다.

(열전도성 유기 수지 조성물의 조제)

상기 아크릴 중합체 용액 100 중량부(고형분)에, 점착 부여 수지로서 로진계 수지인 아라까와 가가꾸사제의 상품명 「펜셀 D-125」 30 중량부, 열전도성 수산화 알루미늄 분말인 쇼와 덴꼬사제의 상품명 「하이디라이트 H-32」(형상: 파쇄 형상, 입경: 8μm) 100 중량부, 분산제로서 다이이찌 고교 세야꾸사제의 상품명 「플라이 서프 A212E」 1 중량부와, 가교제로서 다관능 이소시아네이트 화합물인 닛본 폴리우레탄 고교사제의 상품명 「코로네이트 L」 2 중량부를 배합하고, 디스퍼로 15분간 교반하여 열전도성 유기 수지 조성물을 조제하였다.

(열전도성 유기 수지층의 제작)

얻어진 열전도성 유기 수지 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트의 편면을 실리콘 박리제로 처리한 박리 필름의 박리 처리면에 건조 후의 두께가 50μm가 되도록 도포하고, 70℃에서 15분간 건조하여 열전도성 유기 수지층을 제작하였다.

(열전도 부재의 제작)

두께 1mm, 열전도율 0.3W/mK, 굽힘 탄성률 20GPa, 체적 저항률 1×10¹¹Ωcm의 유리 에폭시 적층판(닛토 신코사제 「SL-EC」)에 양면에 상기에서 제작한 열전도성 유기 수지층을 접합하여 열전도 부재를 제작하였다.

(실시예 2)

열전도성 유기 수지 조성물의 조제에 있어서, 상기 아크릴 중합체 용액 100 중량부에 질화붕소 입자(미즈시마 고킨테츠사제, 상품명 「HP-40」(형상: 응집괴 형상, 입경: 20μm) 100 중량부와, 가교제로서 다관능 이소시아네이트 화합물인 닛본 폴리우레탄 고교사제의 상품명 「코로네이트 L 」 2 중량부를 프라이믹스사제 「하이비스믹서」에 넣고, 감압 하에서 30분간 교반하여 열전도성 유기 수지 조성물을 조제한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 열전도 부재를 제작하였다.

(실시예 3)

열전도성 유기 수지 조성물의 조제에 있어서, 상기 아크릴 중합체 용액 100 중량부에 질화붕소 입자(미즈시마 고킨테츠사제, 상품명 「HP-40」(형상: 응집 괴상, 입경: 20μm) 150 중량부와, 가교제로서 다관능 이소시아네이트 화합물인 닛본 폴리우레탄 고교사제의 상품명 「코로네이트 L」 2 중량부를 프라이믹스사제 「하이비스믹서」에 넣고, 감압 하에서 30분간 교반하여 열전도성 유기 수지 조성물을 조제한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 열전도 부재를 제작하였다.

(비교예 1)

유리 에폭시 적층판 대신에, 두께 1mm, 열전도율 237W/mK, 굽힘 탄성률 70GPa, 체적 저항률 2.7×10^-6Ωcm의 알루미늄판을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 열전도 부재를 제작하였다.

(비교예 2)

열전도성 유기 수지 조성물의 조제에 있어서, 상기 아크릴계 중합체 용액 100 중량부에, 점착 부여 수지로서 로진계 수지인 아라까와 가가꾸사제의 상품명 「펜셀 D-125」 30 중량부, 가교제로서 다관능 이소시아네이트 화합물인 닛본 폴리우레탄 고교사제의 상품명 「코로네이트 L」 2 중량부를 배합한 점착제 조성물을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 열전도 부재를 제작하였다.

(평가)

실시예 및 비교예에 대하여 점착력, 열전도율 및 열전도성을 각각 측정 또는 평가하였다.

(점착력의 측정)

각 실시예, 비교예에서 제작한 열전도성 유기 수지층에 두께 25μm의 PET 필름을 접합하고, 이것을 폭 20mm, 길이 150mm로 절단하여 평가용 샘플로 하였다. 평가용 샘플로부터 박리 필름을 박리하고, 23℃, 50％ RH 분위기 하에 SUS304 강판에 중첩하고, 이 SUS304 강판 위에 중첩한 평가용 샘플 위에 무게 2kg의 롤러를 1 왕복시켜서 상기 평가용 샘플과 SUS304 강판을 부착하였다. 23℃에서 30분간 양생한 후, 미네베아 가부시끼가이샤제 만능 인장 시험기 『TCM-1kNB』를 사용하여, 박리 각도 180°, 인장 속도 300mm/분으로 박리 시험을 행하여, 접착력을 측정하였다.

(열전도율의 측정)

각 실시예, 비교예에서 제작한 열전도성 유기 수지층의 열전도율은 아이 페이즈사제의 상품명 「ai-phase mobile」에 의해 열확산률을 구하고, 추가로 시차 주사 열량계(DSC)를 사용한 측정에 의해 열전도성 점착 시트의 단위 체적당의 열용량을 측정하여, 상기 열용량과 앞의 열확산률을 곱함으로써 산출하였다.

(열전도성 평가)

각 실시예, 비교예에서 제작한 열전도 부재에 대하여 도 4에 나타낸 방법으로 열전도성 평가를 행하였다.

각 실시예, 비교예에서 제작한 열전도 부재(1)를 폭 20mm, 길이 75mm로 절단하여 평가용 샘플로 하였다. 평가용 샘플로부터 박리 필름을 박리하고, 그의 편면 중앙부에 정격 2W(저항 100Ω)의 세라믹스계 발열체(31)(세로 8mm×가로 12mm×높이 20mm)를 부착하고, 이면 및 동일면의 타단부에 두께 35μm의 동박(33, 34)을 접합하였다. 세라믹스계 발열체(31)에 전극(32)으로부터 1.7V의 전압(17mA)을 걸고, 정상 상태(20분 후)가 된 후, 세라믹 발열체(31)와 동일면측의 동박(33) 및 이면측의 동박(34)의 온도를 측정하였다. 또한, 가열 전의 동박 및 세라믹 발열체의 온도는 25℃이고, 가열 후의 발열체의 온도는 90℃였다.

실시예와 같이 열전도율이 5W/mK 이상인 열전도성 유기 수지층과 0.5W/mK 미만인 수지 부재를 적층한 열전도성 부재는 동일면으로의 열전도성이 양호한 반면, 이면으로의 단열성이 높은 것을 알 수 있다. 그에 반해, 수지 부재로서 열전도성이 높은 알루미늄판을 사용한 비교예 1에서는 이면으로 열이 전달되어 버리고, 또한 열전도성 유기 수지층의 열전도율이 낮은 비교예 2에서는 동일면으로의 열의 전달이 나쁜 것을 알 수 있다.

(탭부의 효과: 시뮬레이션)

유한 체적법을 베이스로 한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 소프트웨어 「ANSYS Fluent」를 이용하여 시뮬레이션(열 계산)을 실시하였다.

조건 설정을 도 5에 나타낸다.

즉, 알루미늄판과 그의 외측에 배치한 히터를 1조로 하여 단전지 셀을 모의하고, 「열전도성층/기재층/열전도성층」의 3층 구성을 갖는 열전도성 부재를 2개의 단전지 셀(알루미늄판) 사이에 끼우고, 상기 히터의 외측에 단열재를 배치하여 공시체를 조립하고, 상기 히터에 각 10W(합계 20W)의 출력을 시켜서, 상기 출력과, 공시체로부터의 방열이 평형 상태가 된 시점에서의 상기 알루미늄판의 체적 평균 온도를 산출하였다.

또한, 시뮬레이션은 하기 표 2에 나타내는 4종류의 시료(150mm×150mm의 시트)에 대하여, 알루미늄판 사이에 완전히 시료를 끼워 넣은 경우(도 5 「조건 1」)와, 시료의 아래 절반(150mm×75mm)을 알루미늄판 아래로부터 밀려나오게 해서, 탭부에 상당하는 부분을 공시체의 하방에 형성시킨 경우(도 5 「조건 2」)에서 실시하였다.

상기 시뮬레이션 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

상기 표 3으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 열전도 부재에 상당하는 시료 1 내지 3에 있어서는, 단전지 셀로부터 연장시킴으로써 단전지 셀에 대하여 우수한 냉각 효과가 발휘되는 것을 알 수 있다.

이러한 결과가 표 3에 나타난 것은, 단전지 셀로부터의 발열을 모의한 히터에 의한 열이 탭부에 전달됨으로써 외부에 방열시키기 쉬워졌기 때문이다.

또한, 열전도성층의 열전도율이 높아질수록 탭부에 열이 전달되기 쉬워져서 알루미늄판의 체적 평균 온도가 저하되고 있다. 즉, 열전도성층의 열전도율을 향상시키는 것이 단전지 셀의 방열에 유리함을 알 수 있다.

또한, 히트 싱크 등 방열 면적을 증대시키는 효과를 갖는 부재를 탭부에 설치한 경우에는 방열량이 증대되고, 시료 1 내지 3에서는 상기 표 3의 좌측란에 보이는 것 이상의 우위성을 발휘하는 것을 기대할 수 있다.

1: 열전도 부재
2: 조전지 장치
3: 열전도성 평가 장치
11: 열전도성 유기 수지층(열전도성층)
12: 수지 부재(기재층)
21: 단전지 셀
22: 전극
31: 세라믹 발열체
33, 34: 동박

Claims

단전지 셀을 조합하여 조전지로 할 때에 단전지 셀 사이에 배치되는 열전도 부재이며,
0.5W/mK 미만의 열전도율을 갖는 기재층과, 상기 기재층의 양측에 설치된 0.5W/mK 이상의 열전도율을 갖는 열전도성층의 적어도 3층의 적층 구조를 갖고, 상기 기재층이 1GPa 이상의 굽힘 탄성률을 갖는 수지 부재로 형성되고, 상기 수지 부재가 폴리카르보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지, 및 열경화성 폴리이미드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하고, 또한, 상기 열전도성층이 아크릴 중합체와 열전도성 필러를 함유하는 열전도성 유기 수지 조성물에 의해 형성되며, 상기 열전도성층이 최표면에 구비되어 있고, 상기 열전도성층의 SUS판에 대한 점착력(180° 박리, 인장 속도 300mm/분)이 0.2N/20mm 이상 20N/20mm 이하인 것을 특징으로 하는 열전도 부재.
제1항에 있어서, 상기 기재층은 그의 두께가 0.1 내지 10mm이며, 상기 열전도성층의 두께와 상기 기재층의 두께의 비가 1/1 내지 1/10000인 열전도 부재.
단전지 셀과 열전도 부재가 교대로 복수개 줄이어 설치되어 이루어지는 조전지 장치이며,
상기 열전도 부재가, 0.5W/mK 미만의 열전도율을 갖는 기재층과, 상기 기재층의 양측에 설치된 0.5W/mK 이상의 열전도율을 갖는 열전도성층의 적어도 3층의 적층 구조를 갖고, 상기 기재층이 1GPa 이상의 굽힘 탄성률을 갖는 수지 부재로 형성되고, 상기 수지 부재가 폴리카르보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지, 및 열경화성 폴리이미드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하고, 또한, 상기 열전도성층이 아크릴 중합체와 열전도성 필러를 함유하는 열전도성 유기 수지 조성물에 의해 형성되며, 상기 열전도 부재는 상기 열전도성층이 최표면에 구비되어 있고, 상기 열전도성층의 SUS판에 대한 점착력(180° 박리, 인장 속도 300mm/분)이 0.2N/20mm 이상 20N/20mm 이하인 것을 특징으로 하는 조전지 장치.
제3항에 있어서, 상기 열전도 부재가 상기 열전도 부재의 양측에 배치되어 있는 단전지 셀보다도 외측으로 연장하도록 배치되어 있는 조전지 장치.
제4항에 있어서, 상기 연장되어 있는 열전도 부재의 연장 부분을 풍냉하기 위한 기구가 더 구비되어 있는 조전지 장치.
제3항에 있어서, 상기 열전도 부재의 기재층은 그의 두께가 0.1 내지 10mm이며, 상기 열전도성층의 두께와 상기 기재층의 두께의 비가 1/1 내지 1/10000인 조전지 장치.
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