(57)【要約】  放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールが開示される。本発明の一実施例による放熱材は、緩衝可能に設けられるフォームパッド部材と、熱伝導のために前記フォームパッド部材を囲むグラファイト部材と、を含み、前記グラファイト部材は、複数の前記フォームパッド部材を各々囲むように設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩衝可能に設けられるフォームパッド部材と、
熱伝導のために前記フォームパッド部材を囲むグラファイト部材と、を含み、
前記グラファイト部材が、複数の前記フォームパッド部材を各々囲むように設けられることを特徴とする放熱材。
【請求項２】
前記グラファイト部材が、一対のフォームパッド部材を各々囲むように設けられ、
前記グラファイト部材の両端部のうち一端部が前記一対のフォームパッド部材のいずれか一つを囲み、前記グラファイト部材の両端部のうち他端部が前記一対のフォームパッド部材の残りの一つを囲むことを特徴とする請求項１に記載の放熱材。
【請求項３】
前記一対のフォームパッド部材が、相互離隔することを特徴とする請求項２に記載の放熱材。
【請求項４】
前記グラファイト部材の両端部の各々が、仮想の水平線を基準にして同一方向へ前記フォームパッド部材を囲むか、または、仮想の水平線を基準にして反対方向へ前記フォームパッド部材を囲むことを特徴とする請求項２に記載の放熱材。
【請求項５】
緩衝可能な複数のフォームパッド部材が備えられる段階と、
熱伝導のためにグラファイト部材で前記複数のフォームパッド部材を各々囲む段階と、
前記グラファイト部材で前記複数のフォームパッド部材を囲んだ後、前記グラファイト部材のある一部分を加圧して熱圧着する段階と、を含むことを特徴とする放熱材の製造方法。
【請求項６】
（ａ）緩衝可能な一対のフォームパッド部材が備えられる段階と、
（ｂ）熱伝導のためにグラファイト部材の両端部の各々が前記一対のフォームパッド部材の各々を囲む段階と、を含むことを特徴とする放熱材の製造方法。
【請求項７】
前記（ｂ）段階は、
前記グラファイト部材の両端部の各々が、仮想の水平線を基準にして同一方向へ前記フォームパッド部材を囲む段階、または、仮想の水平線を基準にして反対方向へ前記フォームパッド部材を囲む段階、を含むことを特徴とする請求項６に記載の放熱材の製造方法。
【請求項８】
バッテリーセルと、
前記バッテリーセルの放熱のための放熱プレートと、
前記バッテリーセルと前記放熱プレートとの間に介される請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の放熱材と、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、熱伝達効率が向上できる放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールに関する。
【０００２】
本出願は、２０１６年８月２６日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１０９２７３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
【０００５】
リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。
【０００６】
そして、二次電池は、一つのバッテリーセルを単独で用いることもできるが、複数のバッテリーセルを相互直列及び／または並列接続して用いることもできる。複数のバッテリーセルが直列及び／または並列接続すれば、熱が発生し、このような熱を外部へ放出させる必要がある。
【０００７】
従来の場合、バッテリーセルに接触して熱を伝達する熱伝達物質（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，ＴＩＭ）が使用されており、通常の熱伝達物質は、熱伝導度が高くないという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、相対的に熱伝達効率が向上できる放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、接触時に緊密性が維持できる放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
【００１０】
さらに、単純かつ簡単に作業可能な放熱材、これの製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一面によれば、緩衝可能に設けられるフォームパッド部材と、熱伝導のために前記フォームパッド部材を囲むグラファイト部材と、を含み、前記グラファイト部材は、複数の前記フォームパッド部材を各々囲むように設けられることを特徴とする放熱材を提供することができる。
【００１２】
また、前記グラファイト部材は、一対のフォームパッド部材を各々囲むように設けられ、前記グラファイト部材の両端部のうち一端部が前記一対のフォームパッド部材のいずれか一つを囲み、前記グラファイト部材の両端部のうち他端部が前記一対のフォームパッド部材の残りの一つを囲むように設けられ得る。
【００１３】
また、前記一対のフォームパッド部材は、相互離隔し得る。
【００１４】
また、前記グラファイト部材の両端部の各々は、仮想の水平線を基準にして同一方向へ前記フォームパッド部材を囲むか、または、仮想の水平線を基準にして反対方向へ前記フォームパッド部材を囲むように設けられ得る。
【００１５】
なお、本発明の一面によれば、緩衝可能な複数のフォームパッド部材が備えられる段階と、熱伝導のためにグラファイト部材で前記複数のフォームパッド部材を各々囲む段階と、前記グラファイト部材で前記複数のフォームパッド部材を囲んだ後、前記グラファイト部材のある一部分を加圧して熱圧着する段階と、を含む放熱材の製造方法を提供することができる。
【００１６】
また、本発明の他面によれば、（ａ）緩衝可能な一対のフォームパッド部材が備えられる段階と、（ｂ）熱伝導のためにグラファイト部材の両端部の各々が前記一対のフォームパッド部材の各々を囲む段階と、を含むことを特徴とする放熱材の製造方法を提供することができる。
【００１７】
そして、前記（ｂ）段階は、前記グラファイト部材の両端部の各々が、仮想の水平線を基準にして同一方向へ前記フォームパッド部材を囲む段階、または、仮想の水平線を基準にして反対方向へ前記フォームパッド部材を囲む段階、を含み得る。
【００１８】
なお、本発明一面によれば、バッテリーセルと、前記バッテリーセルの放熱のための放熱プレートと、前記バッテリーセルと前記放熱プレートとの間に介される前記放熱材と、を含むバッテリーモジュールを提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実施例は、グラファイト部材が複数のフォームパッド部材を囲むように設けられることで熱伝導経路が増加するため、相対的に熱伝導度が向上する効果を奏する。
【００２０】
また、緩衝可能なフォームパッド部材が用いられることから、接触時において緊密性が維持される効果を奏する。
【００２１】
また、放熱材が付着の形態で結合することから、単純かつ簡単に作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】通常の熱伝達物質を概略的に示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による放熱材を概略的に示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による放熱材が発熱部と放熱部との間に介されている様子を示した概略図である。
【図４】本発明の一実施例による放熱部の時間による温度変化を示した実験グラフである。
【図５】本発明の第１実施例による放熱材の製造過程を示した図である。
【図６】本発明の第２実施例による放熱材の製造過程を示した図である。
【図７】本発明の第３実施例による放熱材の製造過程を示した図である。
【図８】本発明の一実施例による放熱材を含むバッテリーモジュールの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例による放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールについて詳しく説明する。
【００２４】
本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００２５】
図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。
【００２６】
本明細書において使用される「結合」または「連結」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、または直接連結される場合のみならず、一つの部材が接続部材を介して他の部材に間接的に結合するか、または間接的に連結される場合も含む。
【００２７】
本明細書における放熱材は、電子部品、電子回路が用いられた製品などの多様な対象物から発生する熱を放出するために用いられ得る。但し、説明の便宜のために以下では、本実施例の放熱材が、特にバッテリーモジュールに用いられる場合について重点的に説明するが、このような説明によって放熱材の使用範囲がバッテリーモジュールに限定されることではない。
【００２８】
図１は、通常の熱伝達物質を概略的に示した斜視図であり、図２は、本発明の一実施例による放熱材を概略的に示した斜視図であり、図３は、本発明の一実施例による放熱材が発熱部と放熱部との間に介されている様子を示した概略図であり、図４は、本発明の一実施例による放熱部の時間による温度変化を示した実験グラフだ。
【００２９】
図１を参照すれば、通常の熱伝達物質は、中芯物質１に熱伝導物質２を結合した形態で構成される。しかし、図１の熱伝達物質は、熱伝達が可能な経路が二つ（Ａ、Ｂ）にすぎず、相対的に熱伝達効率の劣るという問題点がある。しかし、本発明の一実施例による放熱材１０は、熱伝達が可能な経路が二つよりも多く構成されるため、通常の熱伝達物質に比べて熱伝達効率が向上するという効果を奏する。以下、これについて詳しく説明する。
【００３０】
図２を参照すれば、本発明の一実施例による放熱材１０は、フォームパッド部材１００と、グラファイト部材２００と、を含む。
【００３１】
フォームパッド部材１００は、緩衝可能に設けられるものであって、弾性の性質を有し得、例えば、グラファイト部材２００がフォームパッド部材１００を囲めば、外力からグラファイト部材２００を緩衝することができる。また、フォームパッド部材１００は、接触緊密性を向上または維持させることができる。即ち、例えば、本実施例の放熱材１０がバッテリーモジュールに用いられる場合、バッテリーセル６００と放熱プレート７００との間に介され得、この場合、フォームパッド部材１００によってグラファイト部材２００がバッテリーセル６００と放熱プレート７００にともに密着接触できるようにする。このために、フォームパッド部材１００はポリウレタンから製作することができるが、これに限定されず、前述のようにグラファイト部材２００の緩衝と接触緊密性の向上が可能であれば、多様な材料、特に、多様な複合素材を用いることができる。
【００３２】
グラファイト部材２００は、熱伝導のためにフォームパッド部材１００を囲むように構成される。ここで、グラファイト部材２００は、複数のフォームパッド部材１００を各々囲むように構成され得、グラファイト部材２００が複数のフォームパッド部材１００を囲む方式は、多様である。そして、図２には、グラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲むように構成されるが、フォームパッド部材１００の個数はより多様であり得る。即ち、フォームパッド部材１００は、三つであっても、四つであってもよく、それ以上であってもよい。但し、説明の便宜のためにフォームパッド部材１００が一対である場合について説明する。フォームパッド部材１００が一対として設けられた場合、グラファイト部材２００は、一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂ各々を囲むように設けられ、グラファイト部材２００の両端部のうち一端部が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂのいずれか一つを囲み、グラファイト部材２００の両端部のうち他端部が一対のフォームパッド部材１００の残りの一つを囲むように構成され得る。ここで、グラファイト部材２００の両端部は、相互接続または分離していてもよい。後述するが、一つのグラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲んだ後に中心部を熱圧着する形態においては、グラファイト部材２００の両端部は相互接続していることがある。そして、一つのグラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを各々囲む場合、一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂは相互離隔され得る。このような方式によって図２を参照すれば、本発明の一実施例による放熱材１０の場合、熱伝達が可能な四つの経路ａ、ｂ、ｃ、ｄを有し得、熱伝達が可能な経路が二つである図１の通常の熱伝達物質に比べて同一時間で二倍の熱伝達が可能であるという効果がある。もし、一つのグラファイト部材２００が、三つのフォームパッド部材１００を各々囲む場合を考慮すれば、熱伝達が可能な経路は六つとなるので、図１の通常の熱伝達物質に比べて同一時間で三倍の熱伝達効果を奏する。これに係わり、図３を参照すれば、発熱部と放熱部との間に本発明の一実施例による放熱材１０が介されている。ここで、発熱部は、バッテリーモジュールを含めて熱を発生させる多様なユニットまたは装置であり得る。図４を参照すれば、図３と同一の条件下で単位時間当りの放熱部の温度変化についての実験結果グラフが示されており、放熱部の温度が高いというのは、放熱材１０によって高い熱伝達が行われていることを意味する。そして、図４において、１ロールは図１の通常の熱伝達物質であり、２ロールは本発明の一実施例による放熱材１０であり、デュアルは図１の通常の熱伝達物質が二つ備えられた場合を示す。図４を参照すれば、本発明の一実施例による放熱材１０は、図１の通常の熱伝達物質に比べて同一時間で放熱部の温度がさらに高いことから、熱伝達がよく行われており、高い放熱効果を奏することが分かる。また、本発明の一実施例による放熱材１０は、図１の通常の熱伝達物質が二つ備えられた場合と比較すれば、類似な放熱効果または僅かに高い放熱効果を有することが分かる。即ち、本発明の一実施例による放熱材１０は、図１の通常の熱伝達物質に比べて遥かに向上した放熱効果を奏し、また、図１の通常の熱伝達物質が二つ備えられた場合に比べて、小さい面積、少ない費用で類似または僅かに向上した放熱効果を奏することが分かる。
【００３３】
グラファイト部材２００の両端部の各々は、仮想の水平線を基準にして同一方向へまたは反対方向へフォームパッド部材１００を囲むように設けられ得る。後述するが、図６の（ｂ）を参照すれば、グラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々は、一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂの各々を時計回り及び反時計回りに囲むように設けられ得る。または、図７の（ｂ）を参照すれば、グラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々は、一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂの各々を全て反時計回りに囲むように設けられ得る。勿論、グラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂの各々を全て時計回りに囲むように設けられてもよい。
【００３４】
以下、本発明の一実施例による放熱材１０の作用及び効果について説明する。
【００３５】
本発明の一実施例による放熱材１０は、図２を参照すれば、グラファイト部材２００が、複数、例えば、一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲むように設けられ、熱伝達経路が通常の熱伝達物質に比べて増加するため、図４を参照すれば、熱伝達効果が向上することを確認することができる。ここで、本実施例による放熱材１０は、多様な方法によってグラファイト部材２００が複数のフォームパッド部材１００を囲むように構成され得、以下では、その方法について説明する。
【００３６】
図５は、本発明の第１実施例による放熱材を製造する過程を示した図である。以下、本発明の第１実施例による放熱材の製造方法について説明する。
【００３７】
まず、図５の（ａ）を参照すれば、熱伝導が可能なグラファイト部材２００が、緩衝可能な一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲む。そして、グラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲めば、図５の（ｂ）のように、熱圧着ユニット３００がグラファイト部材２００のある一部分、例えば、中心部を熱圧着する。ここで、熱圧着ユニット３００は、多様に設けられ得、例えば、熱圧着プレスであり得る。但し、これに限定されることではない。
【００３８】
そして、図５の（ｃ）のように、熱圧着した部分を熱溶着テープ４００を用いて付着すれば、グラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂの各々を囲むように構成することができる。ここで、一つのグラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲む放熱材１０を製造することができる。ここで、一つのグラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲んだ後、一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂの断面形状は、四角形、三角形、円形、楕円形などの多様に形状にお形成され得る。
【００３９】
図６は、本発明の第２実施例による放熱材を製造する過程を示した図である。以下、本発明の第２実施例による放熱材の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図６の（ａ）を参照すれば、熱伝導の可能なグラファイト部材２００が広げられた状態で、緩衝可能な一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂがグラファイト部材２００の、例えば、上側に置かれる。そして、図６の（ｂ）を参照すれば、グラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々が仮想の水平線を基準にして相互反対方向、即ち、両端部２１０、２２０の各々が時計回りと反時計回りに一対のフォームパッド部材１００の各々を囲む。そして、図６の（ｃ）のように、通常使用される多様なテープ５００を用いてグラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々を付着する。これによって、一つのグラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲む放熱材１０を製造することができる。
【００４１】
図７は、本発明の第３実施例による放熱材を製造する過程を示した図である。以下、本発明の第３実施例による放熱材の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、図７の（ａ）を参照すれば、熱伝導の可能なグラファイト部材２００が広げられた状態で、緩衝可能な一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂのうち一つ１００ｂはグラファイト部材２００の、例えば、上側に置かれ、他の一つ１００ａは、グラファイト部材２００の、例えば、下側に置かれる。そして、図７の（ｂ）を参照すれば、グラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々が仮想の水平線を基準にして相互同一方向、即ち、両端部２１０、２２０の各々が全て時計回りまたは全て半時回りに一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂの各々を囲む。そして、図７の（ｃ）のように、通常使用される多様なテープ５００を用いてグラファイト部材２００の両端部２１０、２２０の各々を付着する。これによって、一つのグラファイト部材２００が一対のフォームパッド部材１００ａ、１００ｂを囲む放熱材１０を製造することができる。
【００４３】
図８は、本発明の一実施例による放熱材を含むバッテリーモジュールの部分断面図である。以下、本発明の一実施例による放熱材を含むバッテリーモジュール８００について説明するが、前述の放熱材１０についての内容との共通部分については説明を省略する。
【００４４】
バッテリーセル６００は、正極電極、セパレータ、負極電極、活物質及び電解液などを含み得、構成要素間の電気化学反応によって充放電が行われる構造を有し得る。バッテリーセル６００は、カートリッジ（図示せず）に収納でき、複数のバッテリーセル６００が複数のカートリッジ（図示せず）に各々収納された場合、複数のカートリッジ（図示せず）が相互積層されるカートリッジ組立体（図示せず）が備えられ得る。そして、バッテリーセル６００は、熱が発生し得るため、このような熱を放出する必要がある。このために、放熱プレート７００を設けてもよく、本発明の一実施例による放熱材１０は、バッテリーセル６００と放熱プレート７００との間に介され、バッテリーセル６００から発生した熱を放熱プレート７００へ伝達できる。ここで、フォームパッド部材１００によって本実施例の放熱材１０は、バッテリーセル６００と放熱プレート７００との間で接触緊密性を維持したままでバッテリーセル６００と放熱プレート７００にともに接触できるため、熱伝導効率が向上する。そして、放熱材１０がバッテリーセル６００と放熱プレート７００との間に付着の形態で結合できるため、単純かつ簡単に作業が可能であり、作業工程上における問題や損傷の発生時、簡単に除去して作業に戻ることができるという長所がある。一方、本実施例の放熱材１０は、前述のように、通常の熱伝達物質に比べて熱伝達効率が高いので、バッテリーモジュール８００の熱を速い時間内に放出することができ、バッテリーモジュール８００の熱損傷を防止することができるという効果を奏する。
【００４５】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の放熱材、この製造方法及びこれを含むバッテリーモジュールに関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  中芯物質
２  熱伝導物質
１０  放熱材
１００、１００ａ、１００ｂ  フォームパッド部材
２００  グラファイト部材
２１０、２２０  両端部
３００  熱圧着ユニット
４００  熱溶着テープ
５００  テープ
６００  バッテリーセル
７００  放熱プレート
８００  バッテリーモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019508881.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019508881.tif 000007
【図６】
2019508881.tif 000008
【図７】
2019508881.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2019508881.tif 000011
2019508881.tif 000012
2019508881.tif 000013
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