KR102253511B1

KR102253511B1 - 간극 충전재

Info

Publication number: KR102253511B1
Application number: KR1020180008308A
Authority: KR
Inventors: 박형숙; 강양구; 김현석; 박상민; 박은숙; 양세우; 양영조; 조윤경
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2021-05-18
Also published as: KR20190089586A

Abstract

본 출원은 간극 충전재 및 그 용도를 제공한다. 본 출원에서는, 다양한 용도에 적용되고, 적절한 접착 특성, 방열 특성, 열전도성, 재작업성, 저장 안정성, 절연 특성, 저장 안정성 및 내구성을 가지는 충전재를 제공할 수 있다.

Description

간극 충전재{Gap Filler}

본 출원은, 간극 충전재에 대한 것이다.

간극을 충전할 수 있는 소재는 다양한 분야에서 요구되고 있으며, 경우에 따라서는 열전도성을 가지는 간극 충전용 소재가 필요하다.

예를 들어, 배터리 팩을 제조하는 과정에서 열전도성을 가지는 간극 충전재(Gap Filler)가 요구될 수 있다.

이차 전지에는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 또는 리튬 이차 전지 등이 있고, 대표적인 것은 리튬 이차 전지이다. 이러한 단일의 이차 전지(이하, 배터리셀이라고 호칭할 수 있다.)를 복수 전기적으로 연결한 후에 케이스에 수납한 구조체를 배터리 모듈이라고 호칭하며, 예를 들면, 특허문헌 1은 상기 배터리 모듈로서, 간단하고 저비용인 공정으로 제조되면서, 방열 특성과 부피 대비 에너지 효율이 우수한 배터리 모듈이 개시되어 있다.

보다 높은 출력이 요구되는 용도에서는 상기와 같은 배터리 모듈을 또한 복수개 전기적으로 서로 연결하여 케이스 등에 수납함으로써 소위 배터리 팩을 구성한다. 이와 같이 배터리 팩을 구현하는 과정에서 배터리 모듈과 배터리 모듈간의 사이 및/또는 배터리 모듈과 배터리 팩의 케이스 사이에 간극 충전재(Gap Filler)가 요구될 수 있다.

한국공개특허 제2016-0105354호

본 출원은, 간극 충전재 및 그 용도를 제공한다.

본 출원의 간극 충전재는, 적어도 오일 성분; 및 열전도성 필러를 포함할 수 있다. 본 출원의 간극 충전재는 다양한 용도에 사용될 수 있으며, 예시적으로 후술하는 바와 같이 상기 간극 충전재는, 복수의 배터리 모듈을 케이스 내에 수납하여 구성된 배터리 팩에서 상기 배터리 모듈과 모듈의 사이 및/또는 배터리 팩 케이스와 배터리 모듈의 사이에 위치될 수 있다.

상기와 같은 용도의 간극 충전재에 요구되는 물성은, 복수의 배터리 모듈을 효과적으로 유지하면서 일정한 간극(gap)을 유지할 수 있도록 하는 적절한 접착성과 동시에 배터리 팩의 조립 과정에서 모듈의 분리 및 재부착이 가능하도록 할 수 있는 재작업성(re-workability), 모듈에서 발생하는 열을 팩의 케이스로 효율적으로 전달할 수 있는 열전도성, 케이스나 모듈에 손상을 주지 않을 특성(내마모성 등), 절연 특성, 저장 안정성 및 상기와 같은 특성이 장기간 안정적으로 유지될 수 있는 내구성 등이며, 본 출원의 간극 충전재는 상기와 같은 특성을 안정적으로 만족시킬 수 있다.

본 출원의 간극 충전재는 미경화 타입일 수 있다. 미경화 타입이라는 것은, 충전재 내에 경화 반응을 유발할 수 있는 성분이 존재하지 않는 것을 의미한다. 충전재를 미경화 타입으로 하는 것은 상기 요구 물성 중에서 재작업성의 확보에 유리하다.

본 출원의 간극 충전재는 오일 성분을 포함한다. 오일 성분을 적용함으로써 충전재가 적합한 접착 성능과 절연 특성을 가질 수 있다.

본 출원에서 적용할 수 있는 오일 성분은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 광물성 오일(mineral oil), 식물성 오일(vegetable oil), 기타 합성 오일(Synthesized oil) 등이 사용될 수 있다.

상기에서 광물성 오일로는, 알케인(alkane) 및/또는 파라핀(paraffin), 미네랄 오일 등을 사용할 수 있고, 예를 들면 포화 에스테르 오일(saturated ester oil), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbon)을 사용할 수 있다. 상기에서 포화 탄화수소로는 예를 들면, 탄소수 1 내지 30, 탄소수 4 내지 30, 탄소수 8 내지 30, 탄소수 12 내지 30, 탄소수 18 내지 26의 포화 탄화수소를 사용할 수 있다.

식물성 오일로는, 식물 유래의 오일(plant-based oil)이라면 특별한 제한 없이 적용할 수 있으며, 예를 들면, 카놀라 오일, 모로칸 오일, 캐스터(caster) 오일, 콘트씨드 오일, 올리브 오일, 코코넛 오일(coconut oil), 해바라기 오일(sunflower oil), 대두유(soybean oil), 홍화씨 오일(safflower oil) 등이 사용될 수 있다.

또한, 합성 오일로는, 소위 PAO로 호칭되는 폴리알파올레핀 오일, 절연유 또는 예를 들면, 트리메틸로프로판 에스테르 등과 같은 에스테르계 오일 등이 사용될 수 있다.

본 출원에서는 상기와 같은 공지의 오일 중에서 적정한 오일을 선택할 수 있고, 요구 물성을 고려하여 액상 오일 또는 소위 그리스(grease)로 호칭되는 반고상(semi-solid) 오일을 사용할 수 있다.

충전재는 또한 필러로서, 열전도성 필러를 포함할 수 있다. 이러한 필러를 통해 충전재가 적절한 열전도성 및 절연 특성 등을 나타낼 수 있다.

본 출원에서 용어 열전도성 필러는, 열전도도가 약 1 W/mK 이상, 약 5 W/mK 이상, 약 10 W/mK 이상 또는 약 15 W/mK 이상인 소재를 의미한다. 상기 열전도성 필러의 열전도도는 약 400 W/mK 이하, 약 350 W/mK 이하 또는 약 300 W/mK 이하일 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도 및/또는 압력이 그 물성치에 영향을 미치는 경우에는 특별히 달리 언급하지 않는 한, 해당 물성은 상온 및/또는 상압에서 측정한 물성을 의미한다.

본 출원에서 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이며, 예를 들면, 약 10°C 내지 30°C의 범위 내의 어느 한 온도, 25°C 또는 23°C 정도의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 특별히 달리 언급하지 않는 한 온도의 단위는 ℃이다.

본 출원에서 용어 상압은, 특별히 줄이거나 높이지 않은 때의 압력으로서, 보통 대기압과 같은 1 기압 정도를 수 있다.

열전도성 필러의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 절연성 등을 고려하여 세라믹 필러를 적용할 수 있다. 예를 들면, 알루미나, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC 또는 BeO 등과 같은 입자나 알루미늄 히드록시드(Al(OH₃)), 알루미늄 히드록시드 옥시드(Aluminium hydroxide oxide, AlO(OH)), 마그네슘 히드록시드(Mg(OH₂)) 등의 금속 수산화물 등의 세라믹 필러가 사용될 수 있다. 또한, 절연 특성이 확보될 수 있다면, 그래파이트(graphite) 등의 탄소 필러의 적용도 고려할 수 있다. 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않으며, 충전재의 점도, 침강 가능성, 열저항 내지는 열전도도, 절연성, 충진 효과 또는 분산성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일반적으로 필러의 사이즈가 커질수록 충전재의 점도가 낮아지고, 비율이 높아지면 점도가 높아지며, 비구형보다는 구형이 점도가 낮다. 따라서 상기와 같은 점을 고려하여 적정 종류의 필러가 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 필러를 사용할 수도 있다. 또한, 충진되는 양을 고려하면 구형의 필러를 사용하는 것이 유리하지만, 네트워크의 형성이나 전도성 등을 고려하여 침상이나 판상 등과 같은 형태의 필러도 사용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 열전도성 필러의 평균 입경은 0.001 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 65㎛ 이하, 약 60㎛ 이하, 약 55㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 45㎛ 이하, 약 40㎛ 이하, 약 35㎛ 이하, 약 30㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 약 20㎛ 이하, 약 15㎛ 이하, 약 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.

일 예시에서 상기 필러로는 저경도의 필러를 사용할 수 있다. 이와 같은 저경도의 필러를 통해 케이스나 모듈의 손상을 방지하거나 최소화할 수 있다. 예를 들면, 상기 필러로는 모스 경도가 약 5 이하, 4.5 이하 또는 4 이하인 필러가 사용될 수 있다. 상기 모스 경도는 다른 예시에서 약 1 이상, 1.5 이상 또는 2 이상일 수 있다.

적절한 절연성, 열전도성 및 상기 경도 특성의 확보를 위해 필러로는, 전술한 금속 수산화물 입자나 AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride) 질화물 입자를 사용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

충전재에 포함되는 필러의 비율은, 전술한 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 필러는, 충전재의 오일 성분 100 중량부 대비 약 50 내지 4,000 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다. 상기 필러의 중량부는 다른 예시에서 약 100 중량부 이상, 약 150 중량부 이상, 약 200 중량부 이상, 약 250 중량부 이상, 약 300 중량부 이상, 약 350 중량부 이상, 약 400 중량부 이상, 약 500 중량부 이상, 약 550 중량부 이상, 약 600 중량부 이상, 약 650 중량부 이상, 약 700 중량부 이상, 약 750 중량부 이상, 약 800 중량부 이상, 약 850 중량부 이상, 약 900 중량부 이상 또는 약 950 중량부 이상이거나, 약 3500 중량부 이하, 3000 중량부 이하, 2500 중량부 이하, 2000 중량부 이하 또는 1800 중량부 이하 정도일 수 있다.

충전재는 또한 산화 방지제(antioxidant)를 포함할 수 있다. 충전재에 포함되는 상기 오일 성분은 전술한 것과 같이 적절한 접착 성능, 절연 성능 및 재작업성을 확보하는 것에 유리한데, 열분해되는 특성이 있어서 경시적으로 충전재의 점도를 상승시키고, 접착력이 떨어지며, 바스러지게 된다. 따라서 이러한 현상을 억제하기 위해 적절한 산화 방지제가 필요하다. 적용될 수 있는 산화 방지제의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 본 출원의 충전재 시스템에 있어서는 페놀계 산화 방지제(phenolic antioxidant), 아민계 산화 방지제(예를 들면, 힌더드 아민계 광안정제), 싸이오에스테르계 산화 방지제, 또는 포스파이트계 산화 방지제(phosphite antioxidant)가 유리하며, 상기 2종을 동시에 적용하는 것이 가장 적합하다.

적용될 수 있는 페놀계 산화 방지제로는, 부틸화 톨루엔(butylated hydroxytoluene)과 같은 알킬화 히드록시톨루엔(alkylated hydroxytoluene), t-부틸 히드록퀴논(tert-butyl hydroquinone)과 같은 알킬 히드로퀴논, 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(tetrakis[methylene-3(3',5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl) propionate]methane)(CAS No.: 6683-19-8); 옥타데실-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트(octadecyl-3(3',5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionate)(CAS No.: 2082-79-3); 2',3'-비스[3-(3',5'-디-t-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오닐]프로피오노히드라자이드(2',3'-bis[3-(3',5'-Di-t-butyl-4'-hydroxy-phenyl)propionyl] propionohydrazide)(CAS No.: 32687-78-8); N,N'-헥산-1,6-디일비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐프로피온아미드(N,N'-Hexane-1,6-diylbis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenylpropionamide)])(CAS No. 23128-74-7); 트리에틸렌글리콜-비스-3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트(Triethyleneglycol-bis-3(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionate)(CAS No.: 36443-68-2); 2,2'-티오디에틸렌비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(2,2'-thiodiethylenebis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate])(CAS No.: 41484-35-9), 트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)이소시아누레이트(tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)isocyanurate)(CAS No.: 27676-62-6), 벤젠프로파노산, 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-히드록시-C7-9-브렌치드 알킬 에스테르(benzenepropanoic acid, 3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-C7-9-branched alkyl esters)(CAS No.: 125643-61-0), 2,2'-에틸리덴비스(4,6-디-tert-부틸페놀)(2,2'-ethylidenebis(4,6-di-tert-butylphenol))(CAS No.: 35958-30-6), N,N'-헥사메틸렌-비스(3,5-디-tert-부틸)-4-히드록시 히드로신남아미드(N,N'-hexamethylene-bis(3,5-di-tert-butyl)-4-hydorxy hydrocinnamamide))(CAS No.: 23128-74-7), 4,4'-부틸리덴비스(6-tert-부틸-3-메틸페놀)(4,4'-butylidenebis(6-tert-butyl-3-methylphenol)(CAS No.: 85-60-9), 1,3,5-트리스(2,6-디메틸-3-히드록시-4-tert-부틸벤질)이소시아누레이트(1,3,5-tris(2,6-dimethyl-3-hydroxy-4-tert-butylbenzyl)isocyanurate)), 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol)(CAS No.: 110553-27-0), 1,2-비스(3,5-디-tert-부틸-4히드로신나모일)하이드라진(1,2-bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydrocinnamoyl)hydrazine)(CAS No. 32687-78-8), 폴리(디시클로펜타디엔-co-p-크레졸)(poly(dicyclopentadiene-co-p-cresol)(CAS No.: 68610-51-5) 또는 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠(1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene)(CAS No.: 1709-70-2) 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 아민계 산화 방지제로는, 1,6-헥산디아민, N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐-, 2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진과의 중합체, N-부타나민과 N-부틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디나민의 반응 생성물(1,6-hexanediamine, N,N'-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)- polymer with 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine, reaction products with, N-butyl-1-butanamine and N-butyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinamine)(CAS No.: 192268-64-7); 폴리(4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리딘 에탄올-알트-1,4-부탄디오산)(Poly(4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol-alt-1,4-butanedioic acid))(CAS No.: 65447-77-0); 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트(Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate)(CAS No.: 41556-26-7); 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate)(CAS No.: 52829-07-9); 폴리[N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-1,6-헥산디아민-코-2,4-디클로로-6-모르포리노-1,3,5-트리아진])(Poly[N,N'-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)-1,6-hexanediamine-co-2,4-dichloro-6-morpholino-1,3,5-triazine]))(CAS No.: 82451-48-7); 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐 스테아레이트(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl stearate)(CAS No.: 167078-06-0); 1,6-헥산디아민, N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-, 2,4,6-트리클로로-1,3,5-트리아진과의 중합체, 2,4,4-트리메틸-2-펜타나민과의 반응 생성물(1,6-hexanediamine, N,N'-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)-, polymer with 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine, reaction products with 2,4,4-trimethyl-2-pentanamine)(CAS No.: 72245-38-6); 또는 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민, N2,N2'-1,2-에탄디일비스[N-[3-[[4,6-비스[부틸(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)아미노]-1,3,5-트리아진-2-일]아미노]프로필-N'N"-디부틸-N'N"-비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)(1,3,5-triazine-2,4,6-triamine, N2,N2'-1,2-ethanediylbis[N-[3-[[4,6-bis[butyl(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)amino]-1,3,5-triazin-2-yl]amino]propyl]-N'N"-dibutyl-N'N"-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)](CAS No. 106990-43-6) 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 포스파이트계 산화 방지제로는, 포스파이트계 산화 방지제는, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트(tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite)(CAS No.: 31570-04-4), 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1'-비스페닐]-4,4'-디일비스(포스포나이트)(tetrakis(2,4-di-tert-butylphenyl)[1,1'-biphenyl]-4,4'-diylbis(phosphonite))(CAS No.: 38613-77-3), 트리페닐포스핀(tripheylphosphine) (CAS No.: 603-35-0), 폴리(디프로필렌 글리콜)페닐 포스파이트(poly(dipropylene glycol)phenyl phosphite)(CAS No.: 116265-68-0) 또는 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리쓰리톨 디포스파이트(bis(2,4-di-tert-butylphenyl) pentaerythritol diphosphate)(CAS No.: 97994-11-1) 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 싸이오에스테르계 산화 방지제로는, 디스테아릴 티오디프로피오네이트(Distearyl thiodipropionate)(CAS No.: 693-36-7), 디라우릴 티오디프로피오네이트(Dilauryl thiodipropionate)(CAS No.: 123-28-4), 디테트라데실 3,3'-티오디프로피오네이트(Ditetradecyl 3,3'-thiodipropionate)(CAS No.: 693-36-7), 트리데실 3-(3-옥소-3-트리데콕시프로필)술파닐프로파노에이트(Tridecyl 3-(3-oxo-3-tridecoxypropyl)sulfanylpropanoate)(CAS No.: 10595-72-9) 또는 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트)(Pentaerythritol tetrakis(3-laurylthiopropionate)(CAS No.: 29598-76-3) 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

전술한 것처럼 산화 방지제로는 상기 산화 방지제 중에서 어느 것을 사용하여도 무방하지만, 점도 상승, 색변화 등을 억제하는 관점에서 상기 산화 방지제 중에서 2종 이상의 혼합물 적용하는 것이 적절할 수 있다.

일 예시에서는 상기 산화 방지제 중에서 페놀계 산화 방지제 및/또는 아민계 산화 방지제를 1차 산화 방지제로 적용하고, 포스파이트계 산화 방지제 및/또는 싸이오에스테르계 산화 방지제를 2차 산화 방지제로서 적용하는 것이 유리할 수 있다.

충전재에 포함되는 산화 방지제의 비율은, 전술한 특성을 고려하여 선택될 수 있으며, 예를 들면, 상기 오일 성분 100 중량부 대비 약 100 중량부 이하의 범위 내에서 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 0.5 중량부 이상, 약 1 중량부 이상, 약 1.5 중량부 이상, 약 2 중량부 이상, 약 2.5 중량부 이상 또는 약 3 중량부 이상이거나, 약 90 중량부 이하, 약 80 중량부 이하, 약 70 중량부 이하, 약 60 중량부 이하, 약 50 중량부 이하, 약 40 중량부 이하, 약 30 중량부 이하, 약 20 중량부 이하, 약 10 중량부 이하 또는 약 5 중량부 이하 정도일 수 있다.

또한, 전술한 것과 같이 1차 및 2차 산화 방지제가 동시에 적용되는 경우에는 상기 2차 산화 방지제는 상기 1차 산화 방지제 100 중량부 대비 400 중량부 이하의 비율로 적용될 수 있다. 상기 2차 산화 방지제의 비율은 다른 예시에서 약 5중량부 이상, 10중량부 이상, 15중량부 이상, 20중량부 이상, 30중량부 이상, 40중량부 이상, 50중량부 이상, 60중량부 이상, 70중량부 이상, 80중량부 이상, 90중량부 이상, 100중량부 이상, 110중량부 이상, 120중량부 이상, 130중량부 이상, 140중량부 이상, 150중량부 이상, 160중량부 이상, 170중량부 이상, 180중량부 이상 또는 190 중량부 이상이거나, 약 350 중량부 이하, 300 중량부 이하 또는 250 중량부 이하 정도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

충전재는, 또한 분산제가 적용될 수 있다. 이러한 분산제는 전술한 열전도성 필러의 분산성을 고려하여 적용될 수 있다. 즉, 전술한 열전도성, 절연 특성 및 저마모성 등을 고려하여 열전도성 필러 중에서 금속 수산화물 등이 선택될 수 있는데, 이러한 필러들은 주로 친수성인 경우가 많다. 반면, 충전재에 포함되는 오일 성분은, 주로 소수성이기 때문에 적절한 분산성의 확보를 위해서 분산제가 적용될 수 있다.

분산제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 스테아린산 나트륨(sodium stearate), 스테아르산(stearic acid), 올레산(oleic acid), 올레일아민(oleylamine), 파르미트산(palmitic acid), 도데칸노일산(dodecanoil acid) 및/또는 이소스테아르산(isostearic acid) 등이 사용될 수 있다.

분산제로는 상기 중에서 적절한 종류가 선택될 수 있지만, 본 출원의 충전재 시스템에서는 특히 올레산, 옥탄산(octanoic acid), 파르미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid) 또는 리놀레산(linoleic acid) 등의 지방산 또는 올레일 아민, N,N-디메틸-1-테트라데칸아민, 라우릴아민, 코코넛 아민, n-트리데실아민, 미리스틸아민, n-펜타데실아민, 팔미틸아민, n-헵타데실아민, 스테아릴아민, n-노나데실아민, n-에이코실아민, n-헨에이코실아민, n-도코실아민, n-트리코실아민 또는 n-펜타코실아민 등과 같은 지방산 아민을 적용할 수 있고, 가장 적절하게는 상기 양자를 모두 적용할 수 있다.

충전재에 포함되는 분산제의 비율은 목적 특성을 고려하여 선택할 수 있으며, 예를 들면, 상기 오일 성분 100 중량부 대비 약 0.001 내지 30 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 0.01 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 1 중량부 이상, 2 중량부 이상, 3 중량부 이상, 4 중량부 이상, 5 중량부 이상, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상 또는 9.5 중량부 이상이거나, 약 28 중량부 이하, 26 중량부 이하, 24 중량부 이하, 22 중량부 이하, 20 중량부 이하, 18 중량부 이하, 16 중량부 이하, 14 중량부 이하, 12 중량부 이하 또는 11 중량부 이하 정도일 수 있다. 또한, 지방산과 지방산 아민이 동시에 사용되는 경우에는, 지방산 100 중량부 대비 약 20 내지 50 중량부의 지방산 아민이 적용될 수 있다. 지방산 아민의 비율은 다른 예시에서 약 25 중량부 이상이거나, 30 중량부 이상일 수 있고, 다른 예시에서 약 45 중량부 이하, 40 중량부 이하 또는 약 35 중량부 이하 정도일 수 있다.

충전재는 상기 성분에 추가로 필요한 첨가제를 포함할 수도 있다.

예를 들면, 충전재는, 목적에 따라서 열전도성이 아닌 필러를 포함할 수 있고, 예를 들면, 요변성의 확보를 위해 필러가 포함될 수 있다. 이 경우에 상기 필러는 열전도성일 필요가 없으며, 그 비율도 적절한 요변성이 확보되는 한, 특별히 많을 것이 요구되지는 않는다.

충전재에 포함되는 필러의 종류는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 퓸드 실리카, 클레이 또는 탄산칼슘 등일 수 있다. 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않으며, 점도, 충전재 내에서의 침강 가능성, 요변성, 절연성, 충진 효과 또는 분산성 등을 고려하여 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 필러를 사용할 수도 있다. 하나의 예시에서 상기 필러의 평균 입경은 0.001 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 65㎛ 이하, 약 60㎛ 이하, 약 55㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 45㎛ 이하, 약 40㎛ 이하, 약 35㎛ 이하, 약 30㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 약 20㎛ 이하, 약 15㎛ 이하, 약 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.

상기 충전재에 포함되는 필러의 비율은, 목적하는 요변성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 필러는, 오일 성분 100 중량부 대비 약 100 내지 300 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다.

충전재는, 필요하다면 점도의 조절, 예를 들면 점도를 높이거나 혹은 낮추기 위해 또는 전단력에 따른 점도의 조절을 위하여 점도 조절제, 예를 들면, 요변성 부여제, 희석제, 분산제, 표면 처리제 또는 커플링제 등을 추가로 포함하고 있을 수 있다.

요변성 부여제는 전단력에 따른 점도를 조절할 수 있다. 사용할 수 있는 요변성 부여제로는, 퓸드 실리카 등이 예시될 수 있다.

희석제는 점도를 낮추가 위해 사용되는 것으로 상기와 같은 작용을 나타낼 수 있는 것이라면 업계에서 공지된 다양한 종류의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.

표면 처리제는 충전재에 도입되어 있는 필러의 표면 처리를 위한 것이고, 상기와 같은 작용을 나타낼 수 있는 것이라면 업계에서 공지된 다양한 종류의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.

충전재는 난연제 또는 난연 보조제 등을 추가로 포함할 수 있다. 난연제로는 특별한 제한 없이 공지의 다양한 난연제가 적용될 수 있으며, 예를 들면, 고상의 필러 형태의 난연제나 액상 난연제 등이 적용될 수 있다. 난연제로는, 예를 들면, 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate) 등과 같은 유기계 난연제나 수산화 마그네슘 등과 같은 무기계 난연제 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

충전재에 충전되는 필러의 양이 많은 경우 액상 타입의 난연 재료(TEP, Triethyl phosphate 또는 TCPP, tris(1,3-chloro-2-propyl)phosphate 등)를 사용할 수도 있다. 또한, 난연상승제의 작용을 할 수 있는 실란 커플링제가 추가될 수도 있다.

본 출원은 또한 상기 언급된 충전재가 적용된 배터리 팩에 대한 것이다. 상기 배터리 팩은 팩 케이스; 상기 팩 케이스 내에 수납되어 있는 복수의 배터리 모듈; 및 상기 복수의 배터리 모듈의 사이 또는 상기 케이스와 배터리 모듈의 사이에 존재하는 상기 충전재를 포함할 수 있다.

상기 구조에서 배터리 모듈은 서로 전기적으로 연결되어 있는 구조일 수 있다.

일 예시에서 상기 배터리 모듈은 전술한 특허 문헌 1에 공지된 배터리 모듈로서, 열전도성 부위를 포함하는 모듈 케이스 및 복수의 배터리셀을 포함하고, 상기 배터리셀은 상기 모듈 케이스 내에 수납되어 있는 구조를 가질 수 있다. 상기에서 배터리셀과 모듈 케이스의 열전도성 부위는 열전도성 수지층 또는 열전도성 패드(이하, 양자를 통칭하여 열전도성 수지층으로 호칭한다.)를 매개로 접촉되어 있을 수 있다.

또한, 상기 구조에서 배터리 팩 케이스와 상기 모듈 케이스의 열전도성 부위의 사이에 상기 충전재가 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 충전재를 매개로 모듈 케이스의 열전도성 부위에 접하는 팩의 케이스도 열전도성 부위일 수 있다.

상기에서 접한다는 것은 특허문헌 1에 개시된 것과 같은 열적 접촉을 의미한다.

상기와 같은 배터리 모듈의 구조와 관련해서는 특허 문헌 1에 구체적으로 개시되어 있고, 이러한 내용은 본 명세서에서도 동일하게 적용될 수 있다.

즉, 상기에서 모듈 케이스는, 배터리셀이 수납될 수 있는 내부 공간을 형성하는 측벽과 하부판을 적어도 포함할 수 있다. 모듈 케이스는, 상기 내부 공간을 밀폐하는 상부판을 추가로 포함할 수 있다. 상기 측벽, 하부판 그리고 상부판은 서로 일체형으로 형성되어 있거나, 혹은 각각 분리된 측벽, 하부판 및/또는 상부판이 조립되어 상기 모듈 케이스가 형성되어 있을 수 있다. 이러한 모듈 케이스의 형태 및 크기는 특별히 제한되지 않으며, 용도, 상기 내부 공간에 수납되는 배터리셀의 형태 및 개수 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

도 1은, 예시적인 모듈 케이스(10)를 보여주는 도면이고, 하나의 하부판(10a)과 4개의 측벽(10b)을 포함하는 상자 형태의 케이스(10)의 예시이다. 도 1처럼 상기 모듈 케이스(10)는 내부 공간을 밀폐하는 상부판(10c)을 추가로 포함할 수 있다.

도 2 및 3은, 배터리셀(20)이 수납되어 있는 도 1의 모듈 케이스(10, 10b, 10c)를 각각 상부 및 측면에서 관찰한 모식도이다. 도 3에는 열전도성 수지층(30)도 표시되어 있으며, 배터리셀의 장착을 가이딩하는 가이딩부(10d)도 표시되어 있다. 도 3에 나타난 바와 같은 구조에서 모듈 케이스의 하부판(10c)이 전술한 열전도성 부위인 경우에 배터리셀(20)에서 발생한 열이 상기 수지층(30)을 통해 하부판(10c)으로 전달되어 방출될 수 있다.

따라서, 이러한 경우에 도 4에 나타난 것과 같이 도 2 및 3에서 나타난 것과 같은 배터리 모듈(100)을 복수개 배터리 팩의 케이스(200)에 수납하여 배터리 팩을 형성하고, 상기 충전재(300)를 배치하며, 이와 접하는 배터리 팩의 케이스 부분을 열전도성으로 할 경우에, 도 4에 나타난 것과 같이 배터리 팩의 하부(CW)로 냉각수(CW) 등을 통과시킴으로써 전체적으로 우수한 방열 특성을 확보할 수 있다.

따라서, 상기 모듈 케이스 또는 배터리 팩 케이스는 열전도성 케이스일 수 있다. 용어 열전도성 케이스는, 케이스 전체의 열전도도가 10 W/mk 이상이거나, 혹은 적어도 상기와 같은 열전도도를 가지는 부위가 포함되어 있는 케이스를 의미한다. 예를 들면, 전술한 측벽, 하부판 및 상부판 중 적어도 하나 및 배터리 팩 케이스는 상기 기술한 열전도도를 가질 수 있다. 다른 예시에서 상기 측벽, 하부판 및 상부판 중 적어도 하나와 배터리 팩 케이스가 상기 열전도도를 가지는 부위를 포함할 수 있다.

열전도성인 모듈 케이스의 상부판, 하부판 또는 측벽, 배티러 팩 케이스 또는 열전도성 부위의 열전도도는, 다른 예시에서 20 W/mk 이상, 30 W/mk 이상, 40 W/mk 이상, 50 W/mk 이상, 60 W/mk 이상, 70 W/mk 이상, 80 W/mk 이상, 90 W/mk 이상, 100 W/mk 이상, 110 W/mk 이상, 120 W/mk 이상, 130 W/mk 이상, 140 W/mk 이상, 150 W/mk 이상, 160 W/mk 이상, 170 W/mk 이상, 180 W/mk 이상, 190 W/mk 이상 또는 195 W/mk 이상일 수 있다. 상기 열전도도는 그 수치가 높을수록 모듈의 방열 특성 등의 측면에서 유리하므로, 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 열전도도는 약 1,000 W/mK 이하, 900 W/mk 이하, 800 W/mk 이하, 700 W/mk 이하, 600 W/mk 이하, 500 W/mk 이하, 400 W/mk 이하, 300 W/mk 또는 250 W/mK 이하일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 열전도도를 나타내는 재료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 알루미늄, 금, 순은, 텅스텐, 구리, 니켈 또는 백금 등의 금속 소재 등이 있다. 모듈 케이스는 전체가 상기와 같은 열전도성 재료로 이루어지거나, 적어도 일부의 부위가 상기 열전도성 재료로 이루어진 부위일 수 있다. 이에 따라 상기 모듈 케이스는 상기 언급된 범위의 열전도도를 가지거나, 혹은 상기 언급된 열전도도를 가지는 부위를 적어도 포함할 수 있다.

상기 구조에서 모듈 케이스 내에 수납되는 배터리셀의 종류도 특별히 제한되지 않으며, 공지의 다양한 배터리셀이 모두 적용될 수 있다. 일 예시에서는 특허 문헌 1에 기재된 것과 같이 파우치형의 배터리셀이 사용될 수 있다.

상기 구조에서 배터리 모듈에 포함되는 열전도성의 수지층의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 특허 문헌 1에서 기술된 접착제층일 수 있는 수지층이 사용될 수 있다.

즉, 상기 수지층은, 접착제층일 수 있고, 이러한 수지층의 접착력이 약 150 gf/10mm 이상, 200 gf/10mm 이상, 250 gf/10mm 이상, 300 gf/10mm 이상, 350 gf/10mm 이상 또는 400 gf/10mm 이상일 수 있다. 상기 접착력은, 특허문헌 1에 개시된 방식에 따라 알루미늄 파우치에 대해서 측정한다. 상기 수지층의 접착력의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 2,000gf/10mm 이하, 1,500 gf/10mm 이하, 1,000 gf/10mm 이하, 900 gf/10mm 이하, 800 gf/10mm 이하, 700 gf/10mm 이하, 600 gf/10mm 이하 또는 500 gf/10mm 이하 정도일 수 있다.

또한, 상기 수지층은, 열전도성 수지층으로서, 열전도도는 약 1.5 W/mK 이상, 약 2 W/mK 이상, 2.5 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 3.5 W/mK 이상 또는 4 W/mK 이상일 수 있다. 상기 열전도도는 50 W/mK 이하, 45 W/mk 이하, 40 W/mk 이하, 35 W/mk 이하, 30 W/mk 이하, 25 W/mk 이하, 20 W/mk 이하, 15 W/mk 이하, 10W/mK 이하, 5 W/mK 이하, 4.5 W/mK 이하 또는 약 4.0 W/mK 이하일 수 있다. 상기와 같이 수지층이 열전도성 수지층인 경우에 상기 수지층이 부착되어 있는 하부판, 상부판 및/또는 측벽 등은 전술한 열전도도가 10 W/mK 이상 부위일 수 있다. 수지층의 열전도도는, 예를 들면, ASTM D5470 규격 또는 ISO 22007-2 규격에 따라 측정된 수치이거나, ISO 22007-2 규격에 따라 핫디스크(Hot disk) 방식으로 측정된 결과이다. 수지층의 열전도도를 상기와 같은 범위로 하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 수지층의 열전도도는 수지층에 포함되는 필러로서, 열전도성을 가지는 필러를 사용하여 조절할 수 있다.

배터리 모듈에서 상기 수지층 또는 그 수지층이 적용된 배터리 모듈의 열저항이 5 K/W 이하, 4.5 K/W 이하, 4 K/W 이하, 3.5 K/W 이하, 3 K/W 이하 또는 약 2.8 K/W 이하일 수 있다. 이러한 범위의 열저항이 나타나도록 수지층 또는 그 수지층이 적용된 배터리 모듈을 조절할 경우에 우수한 냉각 효율 내지는 방열 효율이 확보될 수 있다. 상기 열저항은 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, ASTM D5470 규격 또는 ISO 22007-2 규격에 따라 측정할 수 있다.

수지층은 또한 열충격 시험, 예를 들면, 약 -40°C의 저온에서 30분 유지한 후 다시 온도를 80°C로 올려서 30분 유지하는 것을 하나의 사이클로 하여 상기 사이클을 100회 반복하는 열충격 시험 후에 배터리 모듈의 모듈 케이스 또는 배터리셀로부터 떨어지거나 박리되거나 혹은 크렉이 발생하지 않을 수 있도록 형성되는 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈이 자동차 등과 같이 오랜 보증 기간(자동차의 경우, 약 15년 이상)이 요구되는 제품에 적용되는 경우에 내구성이 확보되기 위해서는 상기와 같은 수준의 성능이 요구될 수 있다.

수지층은, 전기 절연성 수지층일 수 있다. 전술한 구조에서 수지층이 전기 절연성을 나타내는 것에 의해 배터리 모듈의 성능을 유지하고, 안정성을 확보할 수 있다. 전기절연성 수지층은, ASTM D149에 준거하여 측정한 절연파괴전압이 약 3 kV/mm 이상, 약 5 kV/mm 이상, 약 7 kV/mm 이상, 10 kV/mm 이상, 15 kV/mm 이상 또는 20 kV/mm 이상일 수 있다. 상기 절연파괴전압은 그 수치가 높을수록 수지층이 우수한 절연성을 보이는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 수지층의 조성 등을 고려하면 약 50 kV/mm 이하, 45 kV/mm 이하, 40 kV/mm 이하, 35 kV/mm 이하, 30 kV/mm 이하일 수 있다. 상기와 같은 절연 파괴 전압도 수지층의 수지 성분의 절연성을 조절하여 제어할 수 있으며, 예를 들면, 수지층 내에 절연성 필러를 적용함으로써 상기 절연 파괴 전압을 조절할 수 있다. 일반적으로 열전도성 필러 중에서 후술하는 바와 같은 세라믹 필러는 절연성을 확보할 수 있는 성분으로 알려져 있다.

수지층으로는, 안정성을 고려하여 난연성 수지층이 적용될 수 있다. 본 출원에서 용어 난연성 수지층은 UL 94 V Test (Vertical Burning Test)에서 V-0 등급을 보이는 수지층을 의미할 수 있다. 이를 통해 배터리 모듈에서 발생할 수 있는 화재 및 기타 사고에 대한 안정성을 확보할 수 있다.

수지층은 비중이 5 이하일 수 있다. 상기 비중은 다른 예시에서 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하 또는 3 이하일 수 있다. 이러한 범위의 비중을 나타내는 수지층은 보다 경량화된 배터리 모듈의 제조에 유리하다. 상기 비중은 그 수치가 낮을수록 모듈의 경량화에 유리하므로, 그 하한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 비중은 약 1.5 이상 또는 2 이상일 수 있다. 수지층이 상기와 같은 범위의 비중을 나타내기 위하여 수지층에 첨가되는 성분이 조절될 수 있다. 예를 들어, 필러의 첨가 시에 가급적 낮은 비중에서도 목적하는 열전도성이 확보될 수 있는 필러, 즉 자체적으로 비중이 낮은 필러를 적용하거나, 표면 처리가 이루어진 필러를 적용하는 방식 등이 사용될 수 있다.

상기 수지층은 비휘발성분의 비율이 90 중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 98 중량% 이상일 수 있다. 상기에서 비휘발성분과 그 비율은 다음의 방식으로 규정될 수 있다. 즉, 상기 비휘발부은 수지층을 100°C에서 1 시간 정도 유지한 후에 잔존하는 부분을 비휘발분으로 정의할 수 있고, 따라서 상기 비율은 상기 수지층의 초기 중량과 상기 100°C에서 1 시간 정도 유지한 후의 비율을 기준으로 측정할 수 있다.

상기와 같은 수지층은, 특허 문헌 1에 개시된 것과 같이 수지 성분에 열전도성 필러를 배합하여 형성할 수 있다. 이 때 적용될 수 있는 수지 성분으로는, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 올레핀계 수지, 우레탄계 수지, EVA(Ethylene vinyl acetate)계 수지 또는 실리콘계 수지 등이나 상기 수지의 전구체 등이 예시될 수 있고, 열전도성 필러는 특허문헌 1에 개시된 것이나, 상기 충전재에 포함되는 것 등을 사용할 수 있다.

본 출원은 간극 충전재를 제공한다. 본 출원에서는, 다양한 용도에 적용되고, 적절한 접착 특성, 방열 특성, 열전도성, 재작업성, 저장 안정성, 절연 특성, 저장 안정성 및 내구성을 가지는 충전재를 제공할 수 있다.

도 1은, 예시적인 모듈 케이스를 나타내는 도면이다.
도 2 및 3은, 모듈 케이스 내에 배터리셀이 수납되어 있는 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는, 배터리 팩의 구조를 모시적으로 표시한 도면이다.

이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 출원의 배터리 모듈을 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 범위에 의해 제한되는 것은 아니다.

1. 열전도도 평가 방법

간극 충전재의 열전도도는 ISO22007-2 규격에 따른 Hot Disk 방식으로 측정하였다. 구체적으로 샘플(간극 충전재)를 약 5 mm 정도의 두께의 몰드에 위치시키고, Hot Disk 장비를 사용하여 through plane 방향으로 열전도도를 측정할 수 있다. 상기 규격(ISO 22007-2)에 규정된 것과 같이 Hot Disk 장비는 니켈선이 이중 스파이럴 구조로 되어 있는 센서가 가열되면서 온도 변화(전기 저항 변화)를 측정하여 열전도도를 확인할 수 있는 장비이고, 이러한 규격에 따라서 열전도도를 측정하였다..

열전도도는 상기 방식 외에도 ASTM D5470 규격에 따라 측정할 수도 있다. 즉, ASTM D 5470의 규격에 따라 2개의 구리 막대(copper bar) 사이에 충전재를 위치시킨 후에 상기 2개의 구리 막대 중 하나는 히터와 접촉시키고, 다른 하나는 쿨러(cooler)와 접촉시킨 후에 상기 히터가 일정 온도를 유지하도록 하고, 쿨러의 용량을 조절하여 열평형 상태(5분에 약 0.1°C 이하의 온도 변화를 보이는 상태)를 만든다. 열평형 상태에서 각 구리 막대의 온도를 측정하고, 하기 수식에 따라서 열전도도(K, 단위: W/mK)를 평가할 수 있다. 이 방식에서는 열전도도 평가 시에 충전재에 걸리는 압력은 약 11 Kg/25 cm² 정도가 되도록 조절하며, 측정 과정에서 충전재의 두께가 변화된 경우에 최종 두께를 기준으로 열전도도를 계산한다.

<열전도도 수식>

K = (Q×dx)/(A×dT)

상기 수식에서 K는 열전도도(W/mK)이고, Q는 단위 시간당 이동한 열(단위: W)이며, dx는 충전재의 두께(단위: m)이고, A는 충전재의 단면적(단위: m²)이며, dT는 구리 막대의 온도차(단위: K)이다.

2. 혼합 여부 평가 방법

혼합 여부는 간극 충전재의 각 성분들이 균일하게 혼합되었는지는 육안으로 관찰하여 하기 기준에 따라서 평가하였다.

<평가 기준>

◎: Paste Mixer로 간극 충전재의 성분들을 혼합할 때에 필러 부스러기가 관찰되지 않고, 간극 충전재가 말랑 말랑한 상태로 존재하는 경우

○: Paste Mixer로 간극 충전재의 성분들을 혼합할 때에 소량의 필러가 용기의 벽면에 붙어서 관찰되며, Spatula로 벽면을 문지르는 경우에 소량의 필러가 떨어지는 경우

△: Paste Mixer로 간극 충전재의 성분들을 혼합할 때에 필러가 용기의 벽면에 붙어서 관찰되며, Spatula로 벽면을 문지르는 경우에 다량의 필러가 떨어지는 경우

×: Paste Mixer로 간극 충전재의 성분들을 혼합할 때에 필러가 적절하게 혼합되지 않아서 필러들이 뭉쳐서 형성되는 구슬 형상의 알갱이들이 확연히 관찰되는 경우,

실시예 1.

오일 성분으로서 미네랄 오일(Sigma Aldrich社, CAS No.: 8042-47-5), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1400:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 올레산(Oleic acid)과 올레일아민(Oleyl amine)을 약 75:25의 중량 비율(올레산:올레일 아민)로 혼합한 것을 사용하였다.

실시예 2.

오일 성분으로서 PAO(poly-alpha-olefin) 오일(INEOS社, Durasyn 168), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1200:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 올레산(Oleic acid)과 올레일아민(Oleyl amine)을 약 75:25의 중량 비율(올레산:올레일 아민)로 혼합한 것을 사용하였다.

비교예 1.

오일 성분으로서 미네랄 오일(Sigma Aldrich社, CAS No.: 8042-47-5), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1000:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 올레일 아민을 단독으로 적용하였다.

비교예 2.

오일 성분으로서 미네랄 오일(Sigma Aldrich社, CAS No.: 8042-47-5), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1000:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 옥틸 아민(octyl amine)을 단독으로 적용하였다.

비교예 3.

오일 성분으로서 미네랄 오일(Sigma Aldrich社, CAS No.: 8042-47-5), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1000:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 N,N-디메틸테트라데실아민을 단독으로 적용하였다.

비교예 4.

오일 성분으로서 미네랄 오일(Sigma Aldrich社, CAS No.: 8042-47-5), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1000:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 올레산 을 단독으로 적용하였다.

비교예 5.

오일 성분으로서 PAO(poly-alpha-olefin) 오일(INEOS社, Durasyn 168), 열전도성 필러로서 모스 경도가 약 2.5 내지 3.5 정도의 수준인 알루미늄 히드록시드(Al(OH)₃) 및 분산제를 100:1200:10의 중량 비율(오일:열전도성 필러:분산제)로 배합하여 간극 충전재를 제조하였다. 상기에서 분산제로는 올레산(Oleic acid)을 단독으로 적용하였다.

상기 간극 충전재에 대한 평가 결과를 하기 표 1에 정리하여 기재하였다.

	혼합 여부	열전도도(단위: W/mk)
실시예1	◎	3.06
실시예2	◎	3.17
비교예1	×	-
비교예2	×	-
비교예3	×	-
비교예4	△	2.89
비교예5	○	3.13

10, 10a, 10b, 10c: 모듈 케이스
10d: 가이딩부
20: 배터리셀
30: 수지층
100: 배터리 모듈
200: 배터리 팩 케이스
300: 간극 충전재

Claims

오일 성분; 열전도성 필러 및 분산제를 포함하고,
상기 분산제는 지방산 및 지방산 아민을 포함하는 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 미경화 타입인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 오일 성분은 합성 오일, 광물성 오일 또는 식물성 오일인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 오일 성분은, 에스테르 오일, 포화 탄화수소, 파라핀, 코코넛 오일, 해바라기 오일, 대두유, 홍화씨 오일, 폴리알파올레핀 오일, 미네랄 오일, 파라핀 오일, 절연유, 카놀라 오일, 모로칸 오일, 캐스터 오일, 코튼씨 오일 또는 올리브 오일인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 열전도성 필러는 1 W/mK 이상인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 열전도성 필러는 모스 경도가 5 이하인 간극 충전재
제 1 항에 있어서, 열전도성 필러는 금속 수산화물 또는 질화물 입자인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 열전도성 필러는 오일 성분 100 중량부 대비 50 내지 2,000 중량부의 범위 내의 비율로 포함되는 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 지방산은 올레산, 옥탄산(octanoic acid), 팔미트산, 스테아르산 또는 리놀레산인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 지방산 아민은 올레일 아민, N,N-디메틸-1-테트라데칸아민, 라우릴아민, 코코넛 아민, n-트리데실아민, 미리스틸아민, n-펜타데실아민, 팔미틸아민, n-헵타데실아민, 스테아릴아민, n-노나데실아민, n-에이코실아민, n-헨에이코실아민, n-도코실아민, n-트리코실아민 또는 n-펜타코실아민인 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 오일 성분 100 중량부 대비 0.001 내지 30 중량부의 분산제를 포함하는 간극 충전재.
제 1 항에 있어서, 분산제는 지방산 100 중량부 대비 20 내지 50 중량부의 지방산 아민을 포함하는 간극 충전재.
팩 케이스; 상기 팩 케이스 내에 수납되어 있는 복수의 배터리 모듈; 및 상기 복수의 배터리 모듈의 사이 또는 상기 케이스와 배터리 모듈의 사이에 존재하는 제 1 항의 충전재를 포함하는 배터리 팩.
제 13 항에 있어서, 배터리 모듈은, 열전도도가 10 W/mk 이상인 열전도성 부위를 포함하는 모듈 케이스 및 복수의 배터리셀을 포함하고, 상기 배터리셀은 상기 모듈 케이스 내에 수납되어 있으며, 상기 배터리셀과 모듈 케이스의 열전도성 부위는 열전도도가 1.5 W/mK 이상인 열전도성 수지층 또는 열전도성 패드를 매개로 열적 접촉되어 있는 배터리 팩.
제 14 항에 있어서, 배터리 팩은 열전도도가 10 W/mk 이상인 열전도성 부위를 포함하고, 배터리 모듈의 열전도성 부위 및 상기 배터리 팩의 열전도성 부위가 간극 충전재를 매개로 열적 접촉하고 있는 배터리 팩.