(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケーシングを有する電池セルと、
この金属ケーシング上のポリ尿素コーティングとを備える電池システムであって、
前記ポリ尿素コーティングは、セラミック粒子を含み、ある厚さと、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率と、少なくとも０．８ｋＶ／ｍｉｌ（３１．５ｋＶ／ｍｍ）（前記コーティング厚さ１ｍｉｌあたり）の絶縁耐力を有すること
を特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記コーティングの厚さが、０．０５〜１．５ｍｍである請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記セラミック粒子が、０．０１〜１００μｍの粒子篩サイズ、１〜５０の間のアスペクト比を有する球、ロッド、または板状粒子であることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項４】
前記セラミック粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化マグネシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
電池ケーシングに熱伝導性、誘電性ポリ尿素コーティングを塗布するための方法であって、
（ａ）
（ｉ）１００〜２０００センチポイズ（０．１〜２Ｐａ・ｓ）の粘度を有し、イソシアネートとセラミック粒子を含み、前記イソシアネートが、イソシアネート官能性プレポリマーを含む、第一成分；および
（ｉｉ）１００〜２０００センチポイズ（０．１〜２Ｐａ・ｓ）の粘度を有し、アミンとセラミック粒子を含む第二成分
を含む反応混合物を調製する工程；
（ｂ）前記電池ケース上に、第一のオリフィスを介して第一成分を噴霧する工程；および
（ｃ）工程（ｂ）と実質的に同時に、電池ケース上に第二のオリフィスを介して第二成分を噴霧し、前記第一および第二成分が反応して、ある厚さと、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率と、少なくとも０．８ｋＶ／ｍｉｌ（３１．５ｋＶ／ｍｍ）（前記コーティング厚さ１ｍｉｌあたり）の絶縁耐力を有するポリ尿素コーティングを形成するようにする工程
を有する方法。
【請求項６】
前記ポリ尿素コーティングの厚さが、０．０５〜１．５ｍｍである請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第一および第二成分のセラミック粒子が、０．０１〜１００μｍの粒子篩サイズ、１〜５０の間のアスペクト比を有する球、ロッド、または板状粒子であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第一および第二成分中に、前記セラミック粒子が、５〜４００ｐｈｒの濃度で存在することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第一および第二成分のセラミック粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化マグネシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）イソシアネートとセラミック粒子を含み、前記イソシアネートが、イソシアネート官能性プレポリマーを含み、前記セラミック粒子が、０．０１〜１００μｍの粒子篩サイズを有し且つ５〜４００ｐｈｒの濃度で存在する、第一成分；および
（ｂ）アミンとセラミック粒子を含み、前記セラミック粒子が、０．０１〜１００μｍの粒子篩サイズを有し且つ５〜４００ｐｈｒの濃度で存在する、第二成分
を含む反応混合物から形成されたポリ尿素を含むコーティング組成物であって、
前記第一および第二成分は、圧力下で噴霧可能であり、且つ互いに反応して、ある厚さと、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率と、少なくとも０．８ｋＶ／ｍｉｌ（３１．５ｋＶ／ｍｍ）（前記コーティング厚さ１ｍｉｌあたり）の絶縁耐力を有する前記ポリ尿素コーティングを形成すること特徴とする、コーティング組成物。
【請求項１１】
前記厚さが、０．０５〜１．５ｍｍである請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１２】
前記第一および第二成分のセラミック粒子フィラーが、１〜５０の間のアスペクト比を有する球、ロッド、または板状粒子であることを特徴とする、請求項１１に記載のコーティング組成物。
【請求項１３】
前記第一および第二成分のセラミック粒子が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化マグネシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１２に記載のコーティング組成物。
【請求項１４】
前記第一成分がずり流動化性であることを特徴とする請求項１０に記載のコーティング組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にコーティング組成物に関し、より詳細には熱伝導性コーティングを有する電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリ動作の基礎となる発電反応は、一般に、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池のような周知の電池の種類の範疇に入る。しかし、用途に応じて、グラム未満から数百キログラムまで、電池の規模は異なり得る。電池中にアルミニウムケーシングを有するリチウムイオン電池は、一般に、航空機や電気自動車のような単位重量あたり高電気出力用途で使用される電池の一例である。このような用途において、高い出力を与えるために、多くの場合、複数の電池セルが、連携した電池パックにおいて使用される。長期間、電池パックの効果的な機能を一貫して確保するためには、電池セルの腐食、摩耗、および振動だけでなく、電池セル表面に水の凝縮を最小限にすることが重要である。また、特に発電にかなりの熱を発生させる近接した複数の電池セルを用いた電池パックにおいて、電池セルからの放熱を提供することも非常に重要である。電池セルの腐食や摩耗を抑制するために、および、電池パック中において、電池セル同士を互いに電気的に絶縁するために、電池コーティングを採用することが一般的である。
【０００３】
電池の電気的絶縁は、従来、ポリイミドフィルムで個々のセルを包むことによって達成される。相当なクランプ力条件下の電池を保護するために、次いで、ポリプロピレンフィルムを、ポリイミドフィルムの外側に配置する。しかしながら、このようなフィルムは、低い熱伝導率を示し、ラッピング手順を完了するためにかなりの処理時間と費用を必要とする。電池セルの保護のために粉体塗料が試みられてきたが、一般的に、硬化のために相当な加熱が必要とされ、高温は、電解質が充填された電池セルでは許容されない。また、電池セルの完全なエッジ被覆は、粉体コーティング塗布では困難であり、そのため全体としての電気絶縁性が劣る結果となる。ディップコーティングは、典型的には乾燥および硬化のために長時間を必要とするので、電池セルの絶縁用途では制限がある。
【０００４】
従って、本発明の目的は、高温にする必要なくコーティングが迅速に形成され、電池コーティングが、熱伝導性、電気絶縁性、ならびに耐摩耗性および耐食性を提供する電池システムを提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本発明のバッテリシステムは、金属ケーシングと、金属ケーシング上のポリ尿素コーティングを有する電池セルを含む。ポリ尿素コーティングは、１００〜２０００センチポイズの粘度を有し、イソシアネートとセラミック粒子を含み、前記イソシアネートが、イソシアネート官能性プレポリマーを含む第一成分を有する反応混合物から形成することができる。反応混合物はさらに、１００〜２０００センチポイズの粘度を有し、アミンとセラミック粒子を含む第二成分を含む。第一および第二成分は、圧力下で噴霧可能であり、且つ反応して、ある厚さと、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率と、少なくとも０．８ｋＶ／ｍｉｌ（前記コーティング厚さ１ｍｉｌあたり）の絶縁耐力を有するポリ尿素コーティングを形成する。
【０００６】
別の実施形態では、電池ケースに熱伝導性、誘電性ポリ尿素コーティングを塗布する方法は、１００〜２０００センチポイズの粘度をそれぞれ有する第一および第二成分を有する反応混合物を調製することを含む。第一成分は、イソシアネートとセラミック粒子を含み、イソシアネートはイソシアネート官能性プレポリマーを含む。第二成分は、アミン及びセラミック粒子を含む。第一成分は、電池ケース上に第一のオリフィスを通して噴霧され、実質的にそれと同時に、第二成分が、電池ケース上に第二のオリフィスを通して噴霧され、それにより第一及び第二の成分が反応して、ポリ尿素コーティングを形成する。コーティングは、ある厚さを有し、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率、および少なくとも０．８ｋＶ／ｍｉｌ（コーティング厚さ１ｍｉｌあたり）の絶縁耐力を示す。
【０００７】
本発明のさらなるコーティング組成物は、第一および第二成分の反応混合物から形成されるポリ尿素を含み、第一成分はイソシアネートとセラミック粒子を含む。イソシアネートはイソシアネート官能性プレポリマーを含んでよく、セラミック粒子は、０．０１〜１００μｍの粒子篩サイズと、第一成分中、５〜４００ｐｈｒ（１００重量部当たり重量部；ｐｅｒ  ｈｕｎｄｒｅｄ  ｒｅｓｉｎ）の濃度を有する。第二成分は、アミン、及びセラミック粒子を含み、セラミック粒子は０．０１〜１００μｍの粒子篩サイズと、第二成分中、５〜４００ｐｈｒ（１００重量部当たり重量部；ｐｅｒ  ｈｕｎｄｒｅｄ  ｒｅｓｉｎ）の濃度を有する。第一および第二成分は、加圧下で噴霧可能であり、ポリ尿素コーティングを形成するために互いに反応する。コーティングはある厚さを有し、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率、および少なくとも０．８ｋＶ／ｍｉｌ（前記コーティング厚さ１ｍｉｌあたり）の絶縁耐力を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明のバッテリシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明で示される他の目的、特徴及び進歩と共に、上に列挙した目的および利点を、以下の詳細な実施形態により示す。本発明の他の実施形態および態様は、当業者の理解の範囲内であると認識される。
【００１０】
本明細書の目的のため、用語「ポリマー」は、プレポリマー、オリゴマー、ホモポリマー、およびコポリマーを意味する。
【００１１】
本発明の電池セルのコーティング組成物は、イソシアネート（「イソシアネート成分」）を有する第一成分、およびアミン（「アミン成分」）を有する第二成分の反応混合物から形成されるポリ尿素を含む。イソシアネート成分は、イソシアネート官能性プレポリマーを含み、そしてまた、イソシアネート官能性プレポリマーを形成するために使用されていないイソシアネートを含むことができる。非プレポリマーイソシアネートは、イソシアネート官能性プレポリマーを形成するために使用されるイソシアネートと同じでも異なっていてもよく、およびイソシアネート官能性プレポリマーは、非プレポリマーイソシアネートと実質的に相溶性があり得る。用語「実質的に相溶性」は、長時間にわたって実質的に均一なままで他の材料とのブレンドを形成する材料の能力を意味することが意図される。アミン成分は、それがイソシアネートと反応しまたはそれを硬化させ、ポリ尿素を形成するので、「硬化剤」と呼ばれることもある。
【００１２】
本明細書で使用する場合、用語「イソシアネート」は、ヒドロキシル、チオールまたはアミン官能基などの反応性基と共有結合を形成することができる非ブロック化化合物を含む。従って、イソシアネートは当業者に理解される「遊離イソシアネート」と呼ばれることができる。いくつかの実施形態において、本発明のイソシアネートは、単官能であってもよく（１つのイソシアネート官能基（ＮＣＯ）を含む）、又は本発明に使用されるイソシアネートは、多官能（２個以上のイソシアネート官能基（複数のＮＣＯ）を含む）であってもよい。
【００１３】
本発明での使用に適したイソシアネートは多数あり、広く変えることができ、当技術分野で知られているものを挙げることができる。適当なイソシアネートの非限定的な例としては、モノマーおよび／またはポリマーのイソシアネートを含むことができる。  イソシアネートは、モノマー、プレポリマー、オリゴマー、またはこれらのブレンドから選択することができる。いくつかの実施形態において、イソシアネートは、Ｃ２−Ｃ２０の直鎖状、分岐状、環状、芳香族、またはこれらの混合物であることができる。
【００１４】
本発明での使用に適したイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）（即ち、３，３，５−トリメチル−５−イソシアナト−メチル−シクロヘキシルイソシアネート）；シクロヘキシレンジイソシアネート、４，４’−メチレンジシクロヘキシルジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）などの水素化された材料；テトラメチルキシリルジイソシアネート、ＯＣＮ−Ｃ（ＣＨ３）２−Ｃ６Ｈ４Ｃ（ＣＨ３）２−ＮＣＯなどの混合アラルキルジイソシアネート；１，４−テトラメチレンジイソシアネート、１，５−ペンタメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、１，７−ヘプタメチレンジイソシアネート、２，２，４−および２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，１０−デカメチレンジイソシアネートおよび２−メチル−１，５−ペンタメチレンジイソシアネートなどのポリメチレンイソシアネート；およびこれらの混合物を挙げることができる。
【００１５】
本発明において使用するための芳香族イソシアネートの例としては、フェニレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、キシレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、クロロフェニレン−２，４−ジイソシアネート、ビトルエンジイソシアネート、ジアニシジンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、アルキル化ベンゼンジイソシアネート；例えば、メチレンジフェニルジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートなどのアルキル化同類物を含む４，４’−異性体（ＭＤＩ）、メチレンジフェニルジイソシアネート重合体等のメチレン中断芳香族ジイソシアネート類；及びこれらの混合物が挙げられる。
【００１６】
特定の実施形態では、イソシアネートモノマーを使用することができる。イソシアネートモノマーを使用すること（すなわち、プレポリマーの調製からの残留遊離モノマー）は、ポリ尿素組成物の粘度を低下させ、それによってその流動性を向上させることができ、そして、先に塗布されたコーティングおよび／またはコーティングされていない基材に対して、ポリ尿素コーティングの接着性を改良すると考えられる。
【００１７】
イソシアネートはオリゴマーのイソシアネートを含んでいてもよく、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオンなどの二量体に限定されるものではなく、例えば、ビウレットおよび１，６−ヘキサンジイソシアネートのイソシアヌレート、およびイソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート等の三量体、アロフォネート（ａｌｌｏｐｈｏｎａｔｅｓ）およびポリマー性のオリゴマーが挙げられる。使用することができる変性イソシアネートとしては、カルボジイミドおよびウレトン−イミン（ｕｒｅｔｏｎｅ−ｉｍｉｎｅ）、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「プレポリマー」とは、ポリアミンまたはポリオールのような他のイソシアネート反応性基と予め反応させたイソシアネートを意味する。本明細書で使用される場合、「イソシアネート官能性プレポリマー」は、プレポリマーは、少なくとも一つのイソシアネート官能基（ＮＣＯ）を有することを意味する。
【００１９】
本発明のアミン成分に使用するのに好適なアミンとしては、例えば、一級および二級アミン類のような当該技術分野で知られているもの、及びそれらの混合物を挙げることができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、アミンは、モノアミン、または例えばジ−、トリ−、またはより高い官能性アミンのような少なくとも２つの官能基を有するポリアミン及びこれらの混合物が挙げられる。さらなる実施形態では、アミンは、芳香族または脂環式のような脂肪族、またはこれらの混合物であってもよい。
【００２１】
適切なモノアミンの例としては、エチルアミン、異性体プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン類、ヘキシルアミン類、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン等の脂肪族ポリアミンが含まれる。
【００２２】
適切な一級ポリアミンとしては、これらに限定されないが、エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、１，３−ジアミノペンタン（ＤＹＴＥＫ  ＥＰ、Ｉｎｖｉｓｔａ社）、１，６−ジアミノヘキサン、２−メチル−１，５ペンタンジアミン（ＤＹＴＥＫ  Ａ、Ｉｎｖｉｓｔａ社）、２，５−ジアミノ−２，５−ジメチルヘキサン、２，２，４−および／または２，４，４−トリメチル−１，６−ジアミノヘキサン、１，１１−ジアミノウンデカン、１，１２−ジアミノドデカン、１，３−および／または１，４−シクロヘキサンジアミン、１−アミノ−３，３，５−トリメチル−５−アミノメチル−シクロヘキサン、２，４−および／または２，６−ヘキサヒドロトルオイレンジアミン（ｈｅｘａｈｙｄｒｏｔｏｌｕｏｙｌｅｎｅ  ｄｉａｍｉｎｅ）、２，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン（ＰＡＣＭ−２０、エアープロダクツ）および３，３’−ジアルキル−４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン類（例えば、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン（ＤＩＭＥＴＨＹＬ  ＤＩＣＹＫＡＮまたはＬＡＲＯＭＩＮ  Ｃ２６０、ＢＡＳＦ；  ＡＮＣＡＭＩＮＥ  ２０４９、エアプロダクツ）および３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン）、２，４−および／または２，６−ジアミノトルエン、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン、２，４’−および／または４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ジプロピレントリアミン、ビスヘキサメチレントリアミン、またはそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００２３】
ポリオキシアルキレンアミンも好適である。ポリオキシアルキレンは、主鎖に結合した一級または二級アミノ基のうちの２つを含み、例えばプロピレンオキシド、エチレンオキシド、ブチレンオキシドまたはそれらの混合物から誘導される。このようなアミンとしては、限定されないが、例えば、ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ  Ｄ−２３０、Ｄ−４００、Ｄ−２０００、ＨＫ−５１１、ＥＤ−６００、ＥＤ−９００、ＥＤ−２００３、Ｔ−４０３、Ｔ−３０００、Ｔ−５０００、ＳＤ−２３１、ＳＤ−４０１、ＳＤ−２００１、およびＳＴ−４０４（ハンツマン社）を挙げることができる。このようなアミン類は、約２００〜７５００の範囲の分子量を有する。
【００２４】
二級脂環式ジアミンも、本発明において使用することができる。適した脂環式ジアミンは、限定されるものではないが、ＪＥＦＦＬＩＮＫ  ７５４（ハンツマン社）、ＣＬＥＡＲＬＩＮＫ  １０００（ドルフケタールケミカルズ、ＬＬＣ）、およびＤＥＳＭＯＰＨＥＮ  ＮＨ１２２０、ＤＥＳＭＯＰＨＥＮ  ＮＨ  １４２０およびＤＥＳＭＯＰＨＥＮ  ＮＨ  １５２０（バイエルマテリアルサイエンスＬＬＣ）等のＤＥＳＭＯＰＨＥＮの名称で入手可能なアスパラギン酸エステル官能性アミンが挙げられる。本発明において使用することができる他の適切な二級アミンは、本明細書に記載のものなどの一級アミン官能基を含む材料とアクリロニトリルとの反応生成物が挙げられる。例えば、二級アミンは、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとアクリロニトリルとの反応生成物であることができる。あるいは、二級アミンは、イソホロンジアミンとアクリロニトリルとの反応生成物、例えばＰＯＬＹＣＬＥＡＲ  １３６（ハンセングループＬＬＣから入手可能）などのとすることができる。
【００２５】
本発明において使用することができる他のアミンは、一級ポリアミン類とモノまたはポリエポキシとの付加物、例えばイソホロンジアミンとＣａｒｄｕｒａ  Ｅ−１０Ｐとの反応生成物などが挙げられる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、アミン成分は、一級および二級アミンの混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、アミン成分は、一級アミン官能性（未反応の一級アミノ基）を実質的に含まなくてもよい。「一級アミン官能性を実質的に含まない」とは、理論的に一級アミン官能性が無いが、純粋に偶発的であれば一級アミン官能性が存在してもよい、即ち、二級アミン官能性でないアミン不純物および／または反応しなかった微量の一級アミン官能性が存在してもよいことを意味する。
【００２７】
別の実施形態において、アミン成分は、脂肪族アミンを含むことができる。脂肪族アミンの存在は、耐久性を増強すると考えられる。本実施形態では、アミンは、典型的には、比較的低粘度、例えば２５℃で約１００ｍＰａｓ未満の液体として提供される。
【００２８】
特定の実施形態では、本発明に従って使用されるコーティング組成物は、ポリ尿素およびポリウレタンの混合物を含むことができる。本明細書で使用される「ポリ尿素」は、ポリ尿素およびポリ尿素とポリウレタンの混合物の両方を含む。また、ポリウレタンが、本発明に係る反応において副生成物として形成されてもよいことは、当業者によって理解されるであろう。別の実施形態では、ポリウレタンは、その場で形成することができ、および／または、ポリウレタンを反応混合物に添加することができる。
【００２９】
本発明のポリ尿素コーティング組成物は、必要に応じて、限定されないが、接着促進剤、触媒、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、希釈剤、可塑剤、レオロジー調整剤、流動添加剤、帯電防止剤、および表面コーティングの技術分野で知られている性能または特性改質剤、およびこれらの混合物等の、当該分野で標準的な材料を任意に含むことができる。このような材料は、イソシアネート成分、アミン成分、または両方と組み合わせることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態において、本発明のコーティング組成物は、基材にコーティング組成物の接着性を高めることができる接着促進剤を含むことができる。本発明のコーティング組成物が第一のコーティングの上に適用される場合、接着促進剤は、第一のコーティング組成物中に存在してもよく、または、第二のコーティング組成物のイソシアネート成分および／またはアミン成分に添加されてもよく、または第二のコーティングが塗布される前に、基材または第一のコーティングに直接別個の層として塗布してもよい。別個の層として適用される場合、接着促進剤は、限定されないが、ワイピング、浸漬、ロールコーティング、カーテンコーティング、スプレーなどの従来の種々の技術を使用して塗布することができる。
【００３１】
本発明での使用に適した接着促進剤の非限定的な例としては、１，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−２Ｈ−ピリミド（１，２−Ａ）−ピリミジン、ヒドロキシエチルピペラジン、Ｎ−アミノエチルピペリジン、ジメチルアミンエチルエーテル、テトラメチルイミノプロピルアミン（エアープロダクツ  ケミカルズ社からＰＯＬＹＣＡＴ１５として市販さている）のようなアミン官能性材料；エポキシ系材料（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルからＳｉｌａｎｅＡ−１８７として入手可能）；ＩＰＤＩとジメチルアミンの付加物のようなブロックアミン類（ｂｌｏｃｋｅｄ  ａｍｉｎｅｓ）；１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノナ−５−エン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デカ−５−エン、および７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デカ−５−エンのような三級アミン；γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアル社からＳｉｌｑｕｅｓｔ  Ａ１１００として市販されている）のようなアミノシラン類；メラミンまたはアミノメラミン樹脂（例えば、サイテックインダストリーズ社から入手可能なＣｙｍｅｌ  ２２０またはＣｙｍｅｌ  ３０３．）；アルミニウムキレート錯体（例えばキング・インダストリーズから入手可能なＫ−ＫＡＴ  ５２１８）などの金属キレート錯体、またはスズオクトエート  のようなスズ含有組成物およびジブチル錫ジラウレートおよびジブチル錫ジアセテートのような有機スズ化合物等の金属錯体類；ウレタンアクリレート組成物；塩化物、リン酸塩等の塩類；エポキシ化ヒドロキル末端ポリブタジエン樹脂（例えば、アトフィナ・ケミカルズ社から入手可能なＰＯＬＹ  ＢＤ  ６０５Ｅ）のようなブタジエン樹脂；ポリエステルポリオール類（例えば、ソルベイ・アメリカ社から入手可能なポリエステルトリオールＣＡＰＡ３０９１）；および芳香族ウレタンアクリレートオリゴマー（例えば、サートマー社から入手可能なＣＮ９９９）のようなウレタンアクリレート組成物類；およびこれらの混合物を挙げることができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、コーティングは、例えば、キシレンなどの溶媒を含んでもよい。しかしながら、他の実施形態において、コーティングは、実質的に無溶媒であってもよい。「実質的に溶媒を含まない」とは、コーティングが、５％、２％、１％およびそれ未満のように、少量の溶剤を含有してもよいことを意味する。
【００３３】
いくつかの実施形態において、本発明のコーティング組成物は、着色剤を含むことができる。本明細書で使用する用語「着色剤」は、組成物に色および／または他の不透明性および／または他の視覚効果を付与する任意の物質を意味する。着色剤は、任意の適切な形でコーティングに添加することができ、例えば離散粒子、分散液、溶液および／またはフレークなどの形態である。単一の着色剤を、または２種以上の着色剤の混合物を、本発明のコーティングに使用することができる。
【００３４】
着色剤としては、顔料、染料および着色料（ｔｉｎｔｓ）、例えば塗料業界において使用されるもの、及び／又はドライカラー工業会（ＤＣＭＡ）に列挙されたもの、ならびに特殊効果組成物などが挙げられる。着色剤は、例えば、不溶性であるが使用条件下で湿潤可能である微細に分割された固体粉末を含むことができる。着色剤は、有機または無機であることができ、凝集または非凝集でありうる。着色剤は、すり砕きまたは単純な混合によってコーティング中に組み込むことができる。着色剤の使用は当業者によく知られているような、アクリルグラインドビヒクルのようなグラインドビヒクルの使用によって、コーティング中にすり砕いて組み込むことができる。
【００３５】
顔料および／または顔料組成物としては、これらに限定されないが、カルバゾールジオキサジン粗顔料、アゾ、モノアゾ、ジスアゾ、ナフトールＡＳ、塩型（レーキ）、ベンゾイミダゾロン、縮合物、金属錯体、イソインドリノン、イソインドリンおよび多環式フタロシアニン、キナクリドン、ペリレン、ペリノン、ジケトピロロピロール、チオインジゴ、アントラキノン、インダントロン、アントラピリミジン、フラバントロン、ピラントロン、アンタントロン、ジオキサジン、トリアリールカルボニウム、キノフタロン顔料、ジケトピロロピロールレッド（「ＤＰＰＢＯレッド」）、二酸化チタン、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト他の導電性顔料および／または充填剤、およびそれらの混合物である。  用語「顔料」および「着色充填剤」は、互換的に使用することができる。
【００３６】
染料としては、限定されないが、溶媒系および／または水系であり、例えば酸性染料、アゾ染料、塩基性染料、直接染料、分散染料、反応性染料、溶剤染料、硫化染料、媒染染料であり、例えばバナジン酸ビスマス、アントラキノン、ペリレン、アルミニウム、キナクリドン、チアゾール、チアジン、アゾ、インジゴイド、ニトロ、ニトロソ、オキサジン、フタロシアニン、キノリン、スチルベン、およびトリフェニルメタンなどを挙げることができる。
【００３７】
着色料（ｔｉｎｔｓ）としては、限定されないが、Ｐｌａｓｔｉｃｃｏｌｏｒｓからフタロブルーのようなキャリアー中に分散された顔料などが挙げられる。
【００３８】
本発明のコーティング組成物は、さらに、イソシアネート成分とアミン成分の両方に加えられた熱伝導性セラミック粒子を含み、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率をコーティングに与える。イソシアネート成分およびアミン成分における典型的なセラミック粒子の添加量は、所望の最小の熱伝導性を得るために、それぞれの成分の５〜４００ｐｈｒ（１００重量部当たり重量部；ｐｅｒ  ｈｕｎｄｒｅｄ  ｒｅｓｉｎ）の範囲、より典型的には２５〜２００ｐｈｒの間である。熱伝導性セラミック粒子のこのような添加濃度は、従来は可能とは考えられていなかった。そのような添加濃度は、不測の濃度上昇のため、一般的に少なくともイソシアネート成分を非噴霧性とすると考えられていた。従って、従来のポリ尿素コーティングは、本発明のポリ尿素コーティングの所望の熱伝導特性を実現するのに十分な熱伝導性微粒子が添加されていなかった。
【００３９】
反応物粘度調整を助けるために、熱伝導性セラミック粒子は、特定の粒度分布と制御されたアスペクト比の範囲内にある。粒子篩サイズは、従って０．０１〜１００μｍの間であることができる。別の実施形態では、熱伝導性セラミック粒子は、０．０１〜１００μｍ、または１〜２５μｍの間の平均粒径を有してよい。球、ロッド、または板状粒子についての粒子アスペクト比は、好ましくは１〜５０の間、あるいは１〜１０の間であってよい。
【００４０】
熱伝導性セラミック粒子は、上述の添加量濃度で熱伝導特性を与える種々の材料から選択することができる。熱伝導性セラミック粒子の材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリウム酸化物、酸化亜鉛、二酸化チタン、二酸化マグネシウム、およびこれらの組み合わせが挙げられる。このような粒子は、本発明のポリ尿素コーティングの実質的な熱伝導性と絶縁耐力を付与する。
【００４１】
熱伝導性セラミック粒子の添加量濃度、粒子サイズ、アスペクト比は、イソシアネート成分とアミン成分の両方において、完全な噴霧可能な混合物を維持するのに機能する。特に、イソシアネート成分とアミン成分の両方は、好ましくは、ブルックフィールド粘度計を用いて、クロス型Ｂスピンドルを用いて５０ｒｐｍで測定したとき、１００〜２０００センチポイズの動粘度を示す。特定の実施形態では、イソシアネート成分とアミン成分の動粘度は、上記のように測定されたとき、１００〜４００センチポイズの間である。
【００４２】
本発明は、さらに、図１に示すような電池システム１０、および電池セルに熱伝導性、誘電性ポリ尿素コーティングを付与するための方法に関する。図示の電池システム１０は、金属製のケーシング１４と第一および第二の端子１６，１８を有する電池セル１２を含む。電池セル１２は、熱伝導性、誘電性ポリ尿素コーティング２０の必要性が特定される、様々な電池タイプのいずれであってもよい。電池システム１０の特定の実施形態は、リチウムイオンタイプの電池セル１２を採用してよく、複数の電池セル１２を備える電池パック２２の中で用いることができる。電池パック２２は、電池パック２２内の電池セル１２のグループの周りに配置することができる外部クランプ２４内に一緒に固定することができる。
【００４３】
本発明のポリ尿素コーティング２０は、電池１２の一部分または全体に塗布されてよい。コーティング２０は、電池ケーシング１４に後述するように塗布されてよく、そして、ある実施形態では、ケース１４を完全に覆ってよく、または電池セル１２を完全に覆ってもよい。そうすることで、ポリ尿素コーティング２０は、電池パック２２の電池セル１２に典型的に適用される従来の電気絶縁の必要性を排除することができる。いくつかの実施形態において、ポリ尿素コーティング２０は、電池パック２２のクランプ２４の一部分または全体に塗布されてもよい。
【００４４】
本発明のポリ尿素コーティングは、電池パック２２のセル１２とクランプ２４の間だけではなく、電池パック２２中の隣接するセル１２の間の絶縁バリアを提供する。コーティングは、コーティング厚さで少なくとも８００Ｖ／ｍｉｌ（０．８ｋＶ／ｍｉｌ）の最小閾値電圧破壊強度を確立するように設けられる。コーティングの体積抵抗率は、１０８Ω＊ｍの範囲であってもよい。コーティング２０の電気絶縁性に加えて、隣接するセル１２及び／又はセル１２とヒートシンクとの間の熱インピーダンスの低減も提供される。少なくとも０．４０Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは少なくとも０．５０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率の値が、または電池セル１２へのおよび電池セル１２からの熱の導入または放散のための効率的な熱経路を形成する。さらに、本発明のポリ尿素コーティングは、セル１２に摩耗からの保護を付与する。本発明のポリ尿素コーティングは、長時間の使用サイクルにわたって実質的な耐摩耗性と耐久性を示す。
【００４５】
本発明はさらに、電池セル等の基材をコーティングするための方法であって、基材の少なくとも一部に、本明細書に記載のいずれかのコーティング組成物を塗布することを含む方法に関する。ある実施形態において、従来のスプレー技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、イソシアネート成分およびアミン成分は、アミン基の当量に対するイソシアネート基の当量比は１より大きく、イソシアネートとアミンが１：１の体積混合比で基材に塗布することができるように組み合わせることができる。そして、反応混合物は、コーティングされていない基材または被覆された基材上に、コーティングされていない基材上に最初のコーティングを形成するために、または被覆された基材に次のコーティングを形成するために、塗布することができる。反応性アミン基の当量に対するイソシアネート基の当量の比率を決定する場合、全アミン基が考慮され、それは、コーティングに使用される任意のアミンまたはアミン類からのアミン基である。
【００４６】
本発明の組成物は、イソシアネート成分およびアミン成分が塗布の直前まで別々に維持される２成分または「２Ｋ」組成物であることが理解されよう。加熱された強制空気または熱硬化を、最終硬化を促進するため、または接着性のようなコーティング膜特性を向上させるために適用することができるが、そのような組成物は、周囲条件下で硬化するものと理解されるであろう。一実施形態では、スプレー可能なコーティング組成物は、２成分混合装置を用いて調製することができる。この実施形態において、イソシアネートおよびアミンは、高圧衝突混合装置に加えられる。イソシアネート成分は、「Ａサイド」に加えられ、アミン成分は「Ｂサイド」に加えられる。Ａ及びＢサイドの流れが互いに衝突し、直ちに未被覆のまたは被覆された基材の少なくとも一部の上に噴霧される。イソシアネート成分およびアミン成分が反応し、コーティング組成物を生成し、コーティングされていないまたは被覆された基材へ塗布され硬化される。Ａ−および／またはＢサイドは、例えば１４０°Ｆの温度に、塗布前に加熱してもよい。加熱は、２つの成分間のより良好な粘度の一致を、従ってより良好な混合を促進するが、硬化反応を生じさせる必要はない。
【００４７】
イソシアネートとアミンとの体積混合比については、得られるイソシアネート成分とアミン成分の反応混合物が、１：１の体積混合比で基材に塗布することができるようにすることができる。本明細書で使用される場合、「体積混合比１：１」とは、体積混合比が、各成分について２０％まで、または１０％まで、または５％まで変化してもよいことを意味する。
【００４８】
いくつかの実施形態では、Ｆｕｓｉｏｎ  ＭＰスプレーガンを取り付けた、Ｇｒａｃｏ  Ｅ−ＸＰ  ２反応器の名称で入手可能な一般的に利用可能な混合装置を使用することができる。この装置では、Ａ−およびＢサイド成分の加圧されたストリームを、２つの別々の容器から移送し、高速でお互いを衝突させ、２成分を混合してコーティング組成物を形成し、コーティング組成物は、スプレーガンを用いてコーティングされていないまたは被覆された基材に塗布される。成分ストリームが受ける混合の力は、混合チャンバーに入る単位時間当たりの各ストリームの体積および成分ストリームが移送される圧力に依存しうる。単位時間当たりのイソシアネート成分とアミン成分の１：１体積比は、これらの力を等しくすることができる。
【００４９】
業界で公知の他の適当な塗布装置としては、「静的混合チューブ」アプリケータが挙げられる。この装置では、イソシアネートとアミンは、それぞれ別々のチャンバー内に格納される。圧力が印加されたとき、それぞれの成分は、体積比１：１で混合管に導入される。成分の混合は、チューブ内の蛇行やコルクスクリュー経路によって実現される。管の出口端は、反応混合物のスプレー塗布に有用な噴霧機能を有していてもよい。あるいは、液体反応混合物は、ビーズとして基材に塗布することができる。静的混合管アプリケーターは、Ｃａｍｍｄａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎまたはＰｌａｓ−Ｐａｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から市販されている。
【００５０】
本発明のコーティング組成物は、多種多様な基材に塗布することができる。電池セルの金属ケースは、本発明の特定の目的の用途であるが、適切な基質の他の例として、金属、天然および／または合成石、セラミック、ガラス、などが挙げられる。金属としては、特に限定されないが、アルミニウム、冷間圧延鋼、電気亜鉛めっき鋼、ホット亜鉛メッキ鋼、チタン及び合金が挙げられる。さらに、本発明のコーティング組成物は、熱伝導性、電気抵抗、耐食性、耐摩耗性などの特性の広範囲の一つ以上を付与するために前記基材は、に塗布することができる。いくつかの実施形態において、ポリ尿素コーティングは０．０５〜１．５ｍｍ（２〜６０ｍｉｌ）の総コーティング厚さを確立するために、一つ以上の層に形成されることができる。
【実施例】
【００５１】
２−Ｋのコーティング配合物を、下記の配合を有するパートＡプレミックス（イソシアネート成分）およびパートＢプレミックス（アミン成分）から調製した。
【００５２】
【表１】
0006554465.tif 000002
【００５３】
次の表２は、表１の組成の材料の説明および商業的供給源について記載する。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
手順
パートＡプレミックスを、表１に従って、第一の容器中で、パートＡのプレミックス材料を、高剪断遊星攪拌下で、典型的には粘度約３７０センチポイズまで混合して、調製した。パートＢプレミックスを、表１に従って、第二の容器中で、パートＢプレミックス材料を高剪断遊星攪拌下で、混合物が典型的には約２８０センチポイズの粘度に完全に均質化されるまで、混合することにより調製した。
【００５６】
パートＡとパートＢプレミックス容器を、必要に応じて撹拌し、個別にＧｒａｃｏＥ−ＸＰ  ２反応器にホースで連結される。ホースを通ってプレミックス材料を充填し、循環させながらパートＡとパートＢのプレミックス材料の両方について１５０°Ｆ（６５．６℃）のコーティング温度を設定した。０．５ｇａｌ／分の先端設定をしたＦｕｓｉｏｎＭＰメカニカルパージガンを、最大３５００ｐｓｉまでの（約３０００のｐｓｉのトリガー圧力を発生させる）の衝突エア圧力に設定されたＧｒａｃｏ反応器に接続した。次いで、オペレータは、固定具によって設定されたアルミニウム基材上にパスあたり４−８ｍｉｌのスプレーコーティングを塗布した。塗布されたコーティングは、基材を完全に覆い、周囲温度で２分以内でタックフリーとなった。
【００５７】
以下の表３は、上記のとおり塗布されたコーティングの試験結果を記載する。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
本発明は、特許法に準拠するため、および当業者に、新規な原理を適用するために、必要に応じて本発明の実施例を構築し使用するために必要な情報を当業者に提供するために、かなり詳細に本明細書に記載されている。しかし、様々な変更が本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることが理解される。
【図１】
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