熱界面材料以及制備熱界面材料的方法
【專利說明】熱界面材料從及制備熱界面材料的方法
[oow] 相關(guān)申請(qǐng)的引用
[0002] 本申請(qǐng)要求在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2014年12月10日提交的韓國專利申請(qǐng)第 10-2014-0177219號(hào)和2015年5月7日提交的韓國專利申請(qǐng)第10-2015-0063713號(hào)的優(yōu)先 權(quán)的權(quán)益，通過引用將其全部公開內(nèi)容結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及熱界面材料（thermal interhce material) W及制備熱界面材料的 方法。制備熱界面材料的方法使用彈性體材料可W最大化界面接觸，并且通過在導(dǎo)熱填料 中包含碳纖維改善橫向熱導(dǎo)率。
【背景技術(shù)】
[0004] 由于全球變暖引起隨著已經(jīng)提出了諸如抑制有害材料的排放的社會(huì)問題，對(duì)于綠 色交通工具（vehicle)的興趣日益增加。為了與情況保持同步，最佳化被認(rèn)為是綠色交通 工具的發(fā)動(dòng)機(jī)的電池性能在未來交通工具中可能是重要的因素。因此，為了達(dá)到電池性能 的最佳化，最佳地維持驅(qū)動(dòng)電池的環(huán)境對(duì)于改善綠色交通工具的性能是重要的因素。 陽0化]在電動(dòng)交通工具的情況下，電池系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性是確定電動(dòng)交通工具的可 銷售性的最重要的因素。例如，需要將電池系統(tǒng)的溫度維持在約45°C至約5(TC的范圍內(nèi)， 運(yùn)是防止由于不同外部溫度改變而引起電池性能降低的適當(dāng)?shù)臏囟确秶?duì)于該目的，需 要用于能夠在低溫環(huán)境下維持適當(dāng)?shù)臏囟韧瑫r(shí)在通常的氣候條件下具有優(yōu)異的熱福射性 能的袋裝電池模塊（pouch cell mo化Ie)的熱控制系統(tǒng)。
[0006] 作為目前正在開發(fā)的高熱福射復(fù)合材料，已經(jīng)將球形填料和一般的碳基填料用于 改善熱導(dǎo)率。然而，利用運(yùn)種填料，在至少70%或更大的填料的含量下才出現(xiàn)熱導(dǎo)率特性的 改善。在運(yùn)種情況下，模塑性會(huì)降低，并且進(jìn)一步地，填料可能不能形成為部件。另外，填料 對(duì)橫向熱導(dǎo)率改善有限制，并且可能不能施加至針對(duì)特定目的需要橫向熱導(dǎo)率的部件。
[0007] 此外，為了克服當(dāng)在異質(zhì)材料之間傳熱時(shí)，由于界面處的空氣和雜質(zhì)引起熱傳遞 特性降低的現(xiàn)象，已經(jīng)應(yīng)用了熱界面材料（TIM)。然而，利用TIM，橫向熱導(dǎo)率特性可能等于 或小于約3W/mK，因而，可能不能發(fā)生足夠的熱傳遞，并且可能使用昂貴的填料。
[0008] 提供作為相關(guān)技術(shù)描述的內(nèi)容僅用于幫助理解本發(fā)明的背景，而不應(yīng)將其認(rèn)為與 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)相對(duì)應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 已經(jīng)做出本公開W解決相關(guān)技術(shù)中存在的上述問題，同時(shí)保持其優(yōu)點(diǎn)。
[0010] 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了制備熱界面材料的方法?？蒞將熱界面材料附著至電 池，從而，可W最大化電池單元化attery cell)的散熱的熱界面材料的熱導(dǎo)率特性W及絕 緣特性和表面粘性特性。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方式，熱界面材料包含：導(dǎo)熱填料、具有彈力并且施 加至導(dǎo)熱填料的聚合物基質(zhì)、W及施加至導(dǎo)熱填料和聚合物基質(zhì)的側(cè)面的絕緣涂層，制備 熱界面材料的方法可W包括：W片膜（plate film)形式提供如擠出導(dǎo)熱填料；W及用聚合 物基質(zhì)涂覆片膜形式的導(dǎo)熱填料。特別地，當(dāng)提供了導(dǎo)熱填料時(shí)，可W通過將填料材料溶解 (分散）在溶劑中來形成導(dǎo)熱填料。例如，用于溶解的溶劑可W是與聚合物基質(zhì)相同的組 分。
[0012] 在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了熱界面材料。熱界面材料可W包含：導(dǎo)熱填料、配置 成具有彈力并且施加至導(dǎo)熱填料的聚合物基質(zhì)、W及施加至導(dǎo)熱填料和聚合物基質(zhì)的側(cè)面 的絕緣涂層。特別地，導(dǎo)熱填料可W形成為膜形狀，并且聚合物基質(zhì)涂覆在導(dǎo)熱填料上。絕 緣涂層可W由與聚合物基質(zhì)相同的組分制成。
[0013] 另外提供了包含如在本文中描述的熱界面材料的高熱福射復(fù)合板，所述熱界面材 料包含導(dǎo)熱填料和涂覆在導(dǎo)熱填料上的聚合物基質(zhì)。
[0014] W下公開了本發(fā)明的其他方面。
【附圖說明】
[0015] 由W下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本公開的W上目的和其他目的、特征W及優(yōu)點(diǎn) 將更加顯而易見：
[0016] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方式，用于制備示例性熱界面 材料的示例性方法的過程；
[0017] 圖2示意性地示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法的示例性導(dǎo)熱填料的 制備情況；
[001引圖3示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法制備的示例性導(dǎo)熱填料的放大 圖；
[0019] 圖4示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法用于制備導(dǎo)熱填料的示例性裝 置的示圖；
[0020] 圖5示意性地示出了其中根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法，用聚合物基質(zhì) 涂覆示例性導(dǎo)熱填料的情況（條件：1〇 ym，lOm/min);
[0021] 圖6是根據(jù)圖I的用于制備熱界面材料的方法的涂覆有聚合物基質(zhì)的導(dǎo)熱填料的 示例性主要部分的放大圖；
[0022] 圖7示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法，用聚合物基質(zhì)涂覆導(dǎo)熱填料 的示例性裝置；
[0023] 圖8示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法用聚合物基質(zhì)涂覆導(dǎo)熱填料的 示例性裝置的示圖；
[0024] 圖9示意性地示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法制備的示例性熱界面 材料；
[00巧]圖10示意性地示出了根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法制備的熱界面材料 與根據(jù)相關(guān)技術(shù)制備的熱界面材料之間的示例性表面粘性特性：(A)間隙空氣；度）熱界面 材料；化及
[0026] 圖11示出了其中根據(jù)圖1的用于制備熱界面材料的方法制備的示例性熱界面材 料安裝在電池單元中的透視情況W及其主要部件的透視圖。 陽〇八]圖中各個(gè)元素的符號(hào)
[0028] 100 :填料
[0029] 200 :基質(zhì)
[0030] 300 :熱界面材料 W31] 400:電池模塊
[0032] 500 :電池單元
[0033] 602 :攬拌桿
[0034] 702 :粉末給料機(jī)
[0035] 704 :顆粒給料機(jī)
[0036] 706:真空口
[0037] 708 :側(cè)給料機(jī)（Side Feeder)
[0038] 710 :液體給料機(jī)
[0039] 802 :迫號(hào)涂布機(jī)（Comma coater) W40] 804 :涂覆的粘合劑 陽OW 806:載體膜
【具體實(shí)施方式】
[0042] 應(yīng)理解的是，如在本文中使用的，術(shù)語"交通工具（vehicle)"或"交通工具的 (vehicular)"或其他類似術(shù)語包括廣義的機(jī)動(dòng)交通工具，如：載客機(jī)動(dòng)車（passenger automobiles),包括運(yùn)動(dòng)型多用途車輛（SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛；水運(yùn)工具， 包括各種艇和船；航空器等；并且包括混合動(dòng)力交通工具化ybrid vehicle)、電動(dòng)交通工 具、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)交通工具（plug-in hybrid electric vehicle)、氨動(dòng)力交通工具 和其他可替代燃料交通工具（例如，源自除了石油之外的資源的燃料）。如在本文中提及 的，混合動(dòng)力交通工具是具有兩種或更多種動(dòng)力源的交通工具，例如，汽油動(dòng)力和電動(dòng)力交 通工具。
[0043] 本文中使用的術(shù)語僅是為了描述特定的示例性實(shí)施方式的目的，而不旨在限制本 發(fā)明。如在本文中使用的，除非上下文另外清楚地指明，否則單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"和 "該"旨在也包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，當(dāng)用于本說明書中時(shí)，術(shù)語"包括"和/或"包 含"說明存在所述特征、實(shí)體、步驟、操作、元素（要素）和/或組分（組件），但不排除存在 或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、實(shí)體、步驟、操作、元素（要素）、組分（組件）和/或其組。如 在本文中使用的，術(shù)語"和/或"包括相關(guān)列出項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任何和所有組合。
[0044] 除非明確陳述或根據(jù)上下文顯而易見，否則，如在本文中使用的，術(shù)語"約"理解為 在本領(lǐng)域中正常公差的范圍內(nèi)，例如，在平均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)?？蒞將"約"理解為在所 述值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0. 5%、0. 1%、0. 05%或 0. 01% 內(nèi)。 除非從上下文另外清楚，否則本文中提供的所有數(shù)值由術(shù)語"約"修飾。
[0045] 通常，由于取決于異質(zhì)材料之間的接觸的表面粗糖特性，或可替換地，由于表面粘 性特性，可W形成熱阻（細(xì)空氣層），因而已經(jīng)采用了有效地傳遞熱的熱界面材料。另一方 面，由于已經(jīng)使用昂貴的銀（Ag)和BN(氮化棚）作為填料，因此傳統(tǒng)的熱界面材料昂貴，并 且?guī)缀醪荒鼙憩F(xiàn)出高效的熱導(dǎo)率特性。
[0046] 因此，本發(fā)明提供了使用碳基填料可W具有絕緣特性的高福射熱界面材料。高 福射熱界面材料可W使用基質(zhì)如彈性體（例如，KRATON、VISTAMAXX等）W進(jìn)行表面絕緣 涂覆，W最大化表面粘性效果和絕緣效果。另外，高福射熱界面材料可W使用噴射等W進(jìn) 行側(cè)面絕緣和前面絕緣涂覆（化ont insulating coating)，W便在應(yīng)用時(shí)確保耐壓特性 (withstand voltage characteristics)和安全性。
[0047] 將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。 W48] 如在圖1中示出的，根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方式，用于制備包含導(dǎo)熱填料 100、具有彈力并且施加至填料100的聚合物基質(zhì)200、W及施加至填料100和基質(zhì)200的側(cè) 面的絕緣涂層的熱界面材料300的方法可W包括：當(dāng)將形成導(dǎo)熱填料100的填料材料溶解 (dissolve)在溶劑中時(shí)，W片膜形式提供（如擠壓或擠出）導(dǎo)熱填料100 (SlOO) ; W及用聚 合物基質(zhì)200涂覆片膜形式的導(dǎo)熱填料100 (S200)。用于導(dǎo)熱填料的溶劑可W是聚合物基 質(zhì)的相同組分。進(jìn)一步地，用于制備熱界面材料300的方法可W進(jìn)一步包括：通過在聚合物 基質(zhì)200和導(dǎo)熱填料100的側(cè)面上噴射具有與聚合物基質(zhì)200相同的組分的液體，形成絕 緣涂層（S300)。
[0049] 聚合物基質(zhì)200可W由W下中的任何一種制成：苯乙締類熱塑性彈性體（TPE)、 締控類熱塑性彈性體、聚醋類熱塑性彈性體、W及聚酷胺類熱塑性彈性體。在苯乙締類TPE 中，聚合物基質(zhì)200也可W由W下中的任何一種制成：苯乙締-下二締-苯乙締（SB巧嵌段 共聚物、苯乙締-下二締-乙締-苯乙締（SBE巧嵌段共聚物、W及苯乙締-異戊二締-苯 乙締嵌段共聚物（SIS)。
[0050] 導(dǎo)熱填料100可W是選自由炭黑、石