(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非伝導性オイル１００重量部、熱伝導性無機粒子１〜３０重量部、及び無機沈殿防止剤１〜３０重量部を含み、
２０℃での粘度が８５０ｃＰ以上であり、３０℃での粘度が７５０ｃＰ以下である、放熱流体組成物。
【請求項２】
前記無機沈殿防止剤の密度は、前記非伝導性オイルの密度と同一または低い、請求項１に記載の放熱流体組成物。
【請求項３】
前記放熱流体組成物は、電池モジュールに充填される熱伝逹オイルであって、充放電時に発散される熱によって温度が高くなると、粘度が低くなって流動性が増加し、充放電が終了して冷却されると、再び粘度が高くなって前記熱伝導性無機粒子の沈殿が防止される、請求項１または２に記載の放熱流体組成物。
【請求項４】
前記熱伝導性無機粒子は、シリカ（ただし、ヒュームドシリカは除く）、アルミナ（ただし、ヒュームドアルミナは除く）、アルミノシリケート、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択された１つ以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項５】
前記熱伝導性無機粒子は、一次（ｐｒｉｍａｒｙ）平均粒径が５〜９００ｎｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項６】
前記熱伝導性無機粒子は、バルク密度が０．２ｇ／ｃｍ3〜５ｇ／ｃｍ3である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項７】
前記無機沈殿防止剤は、エアロゲル、ヒュームドシリカ、及びヒュームドアルミナからなる群から選択された１つ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項８】
前記無機沈殿防止剤は、一次（ｐｒｉｍａｒｙ）平均粒径が５〜９００ｎｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項９】
前記無機沈殿防止剤は、バルク密度が０．２ｇ／ｃｍ3以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項１０】
前記非伝導性オイルは、鉱油（ｍｉｎｅｒａｌ  ｏｉｌ）、シリコンオイル、及び植物性オイルからなる群から選択された１つ以上である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項１１】
前記植物性オイルは大豆油（ｓｏｙｂｅａｎ  ｏｉｌ）である、請求項１０に記載の放熱流体組成物。
【請求項１２】
前記放熱流体組成物は、メスシリンダー（ｍａｓｓ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に注ぎ、そのときの粒子層の高さを１００とし、３０日間滞留させた後、液面の最高高さから沈んだ粒子層の最高高さをパーセントで表した分散安定性が９０％以上である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の放熱流体組成物。
【請求項１３】
ａ）非伝導性オイル１００重量部、熱伝導性無機粒子５〜５０重量部、及び無機沈殿防止剤５〜５０重量部を含む混合物をボールミルで攪拌するステップと、ｂ）攪拌された混合物をフィルタリングするステップと、ｃ）フィルタリングした混合物から真空ポンプを用いて気泡を除去するステップとを含み、
前記気泡が除去された混合物は、２０℃での粘度が８５０ｃＰ以上であり、３０℃での粘度が７５０ｃＰ以下である、放熱流体組成物の製造方法。
【請求項１４】
モジュールケースと、
前記モジュールケースの内部に装着された電池セルと、
前記モジュールケースの内部に充填された請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放熱流体組成物とを含む、電池モジュール。
【請求項１５】
前記放熱流体組成物は、モジュールケースの内部の高さの９０％以下の高さまで充填された、請求項１４に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記モジュールケースは、プラスチック、アルミニウム、ステンレススチール、またはこれらのうち２つ以上の貼り合わせからなる、請求項１４または１５に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
前記電池セルは、最高電圧が６５Ｖ未満である、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の電池モジュール２つ以上；及び前記電池モジュールを収容するパックケースを含む、バッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１７年１１月３０日付の韓国特許出願第１０−２０１７−０１６３５９５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本記載は、放熱流体組成物、その製造方法、それを含む電池モジュール及びバッテリーパックに関し、より詳細には、電気絶縁性及び熱伝導性に優れ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、電池モジュールにおいて長期間使用後にも放熱性能に優れる放熱流体組成物、その製造方法、それを含む電池モジュール及びバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００３】
二次電池は、様々な種類の電池セルを直並列に接続させて大容量の電気を貯蔵したり、充放電を行ったりすることができるスマートグリッドの核心技術といえる。電池の電気容量をより一層高めるための研究が各機関で盛んに行われており、これは、電気自動車の運行可能な走行距離を高め、家庭と産業において貯蔵された電気エネルギーを活用できるようにすることで、豊かな生活を提供する。
【０００４】
ところが、二次電池の電気容量を高めるために電池モジュールの内部の電力密度を高めることから、大容量のエネルギーの高速充放電によって発生する熱的な問題が台頭している。電池モジュールの内部の熱を制御できなければ、電池の寿命が急激に減少すると同時に、爆発及び火災発生の危険を有するようになる。
【０００５】
これを解決するために、電池モジュールの内部の熱を外部に迅速に排出させることができる高い放熱特性が要求される。その方法として、ファンを駆動して、大気からの空気を電池セルを横切って電池モジュールの外部に排出させることで熱を制御する空冷式方法があるが、ファンを使用するため、モジュールの体積が極大化され、騒音の問題及び原価上昇の問題、そして、ファンを駆動させるための電力損失の問題を有する。
【０００６】
そのため、空冷式方法を代替するために、電池セルが含まれたモジュールの内部にファンを設置せず、その代わりに電池セルを流体に含浸させることによって放熱特性を高める方法が試みられている。
【０００７】
前記流体として水やエチレングリコールなどのような物質は、電気伝導度が高いため、電池セルの爆発などの危険をもたらすことがある。流体が電池の内部に適用されるためには高い電気絶縁性が必須であり、したがって、オイル類の流体が冷媒として多く試みられている。これまで知られている熱伝逹オイルとしては、従来のエンジンオイル、ギアオイル及びウォームオイルにおいて電気伝導度が低い製品やシリコーンオイル、鉱油などが知られている。しかし、前記のような流体は、高速充放電による熱の発生を満足できるほど放熱させるには不十分であり、さらに高い放熱特性が要求される。
【０００８】
放熱性能に優れる流体を製造するために、熱伝導度の高いＣＮＴを活用する方案も開示されたが、これは、電気絶縁性の問題を引き起こすことがある。このような電気絶縁性の問題を解決するために、電気絶縁性無機粒子を放熱流体と混合する方法も試みられたが、無機粒子の重量によって、長期間経過すると沈殿してしまい、放熱特性が著しく低下するという問題がある。
【０００９】
前記のような沈殿の問題を解決するために、界面活性剤などの分散剤を導入する技術が開示されたが、放熱流体自体の電気絶縁性が低くなるという問題がある。界面活性剤の代わりにオレイン酸（ｏｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）でアルミナ、窒化アルミニウムなどの無機粒子の表面を処理する方法が知られているが（Ｃｈｏｉ  Ｃ，Ｙｏｏ  ＨＳ，Ｏｈ  ＪＭ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ−ｉｎ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｏｉｌ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ  ａｓ  ａｄｖａｎｃｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｃｏｏｌａｎｔｓ．Ｃｕｒｒ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ  ２００８；８：７１０−２）、オレイン酸の酸性による電池モジュールの腐食の問題に加えて、凝集している無機粒子に表面処理が均一になされず一部の粒子のみが安定するところ、これまで沈殿の問題は依然として解決されていない課題として残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１７−００５１０２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような従来技術の問題点を解決するために、本記載は、流体冷却方式において電気絶縁性及び熱伝導性に優れ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、電池モジュールにおいて長期間使用後にも放熱性能に優れる放熱流体組成物、その製造方法、それを含む電池モジュール及びバッテリーパックを提供することを目的とする。
【００１２】
本記載の上記目的及びその他の目的は、以下で説明する本記載によって全て達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本記載は、非伝導性オイル１００重量部、熱伝導性無機粒子１〜３０重量部、及び無機沈殿防止剤１〜３０重量部を含み、２０℃での粘度が８５０ｃＰ以上であり、３０℃での粘度が７５０ｃＰ以下である放熱流体組成物を提供する。
【００１４】
また、本記載は、ａ）非伝導性オイル１００重量部、熱伝導性無機粒子５〜５０重量部、及び無機沈殿防止剤５〜５０重量部を含む混合物をボールミルで攪拌するステップ；ｂ）攪拌された混合物をフィルタリング（ろ過）するステップ；及びｃ）フィルタリングした混合物から真空ポンプを用いて気泡を除去するステップを含み、
前記気泡が除去された混合物は、２０℃での粘度が８５０ｃＰ以上であり、３０℃での粘度が７５０ｃＰ以下であることを特徴とする放熱流体組成物の製造方法を提供する。
【００１５】
また、本記載は、モジュールケース；前記モジュールケースの内部に装着された電池セル；及び前記モジュールケースの内部に充填される前記放熱流体組成物を含む電池モジュールを提供する。
【００１６】
また、本記載は、前記電池モジュール２つ以上；及び前記電池モジュールを内部に収容するパックケースを含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本記載によれば、流体を用いた電池冷却方式において、従来に沈殿の防止のために使用していた有機物を使用しないながらも、電気絶縁性に優れ、爆発の原因となる熱を速やかに放出させ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、長期間の使用にも優れた放熱性能をそのまま維持する放熱流体組成物、その製造方法、それを含む電池モジュール及びバッテリーパックを提供する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る、モジュールケース及び電池セルで構成された電池モジュールの分解斜視図であって、充放電時の温度変化を測定するために一定の位置に温度感知線が付着している。
【図２】実施例に係る電池モジュールの側面に関する断面図である。
【図３】実施例に係る充放電時の電池セルの温度変化を概略的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、流体を用いた電池冷却方式において、長期間使用時に無機粒子が沈殿する問題を最小化するために絶え間なく研究した結果、充放電時に発熱が生じる場合には、粘度が急激に低下して液体のように挙動し、充放電が起こらない休止期には、粘度が急上昇して固体のように挙動する放熱流体に、熱伝導性の良い無機粒子を分散させる場合、無機粒子の沈殿が起こらないので、優れた放熱特性を維持することを確認し、これに基づいてさらに研究に邁進して、本発明を完成した。
【００２０】
以下、本記載の放熱流体組成物、その製造方法、それを含む電池モジュール及びバッテリーパックをそれぞれ分けて詳細に説明する。
【００２１】
放熱流体組成物
本記載の放熱流体組成物は、非伝導性オイル１００重量部、熱伝導性無機粒子１〜３０重量部、及び無機沈殿防止剤１〜３０重量部を含み、２０℃での粘度が８５０ｃＰ以上であり、３０℃での粘度が７５０ｃＰ以下であることを特徴とする。このような場合、電池モジュールから発生する熱を制御する放熱性能だけでなく、電気絶縁性及び価格競争力までも優れるので、市場で要求する放熱流体の全ての条件を満足させるようになる。さらに、従来は、熱伝導性無機粒子が媒質に分散された後、数ヶ月が経過すると、通常沈殿が起こるが、本記載の放熱流体組成物は、温度に応じて粘度が急激に変化するように設計されることで、常温では高粘度状態で数年が経過しても無機粒子の沈殿が発生せず、高温では低粘度状態になって速やかに熱を伝導するので、熱伝導性が長く持続される。すなわち、本記載の放熱流体組成物は、電池の充放電休止期には、粘度を高めて流体内の無機粒子の沈殿を防止し、電池の充放電が起こる間には、電池セルから発散される熱によって放熱流体の粘度が低下し、その結果として、流動性が高くなって高い熱伝導性を示すように製造された。
【００２２】
このような目的に適した放熱流体の製造のために、流体の密度と類似または低い無機粒子を媒質に投入して放熱流体の粘度を調節した。これに、熱伝導性の良い無機粒子をさらに投入することで、放熱流体の熱伝導率をさらに高めた。このように製造した放熱流体は常温で高粘度であるため、放熱流体内の無機粒子は長時間が経過しても沈殿が起こらない。
【００２３】
前記２０℃での粘度は、一例として、８５０〜２，０００ｃＰ、または８５０〜１，５００ｃＰ、好ましくは８５０〜１，２００ｃＰ、または８６０〜１，１００ｃＰであり、この範囲内で、流動性が低いので、熱伝導性無機粒子の沈殿を抑制する効果に優れる。
【００２４】
前記３０℃での粘度は、一例として、７５０ｃＰ以下、または１５０〜７５０ｃＰ、好ましくは３００〜７５０ｃＰ、または５１０〜７４０ｃＰであり、この範囲内で、流動性に優れるので、熱伝導性に優れるという効果がある。
【００２５】
前記無機沈殿防止剤の密度は、一例として、前記非伝導性オイルの密度と同一または低く、好ましくは、前記非伝導性オイルの密度よりも低く、この場合に、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも熱伝導性無機粒子の沈殿が発生しないので、優れた放熱性能が持続するという効果がある。
【００２６】
前記放熱流体組成物は、一例として、電池モジュールに充填される熱伝逹オイルであって、充放電時に発散される熱によって温度が高くなると、粘度が低くなって流動性が増加し、充放電が終了して冷却されると、再び粘度が高くなって前記熱伝導性無機粒子の沈殿が防止される挙動を有し、この場合に、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも熱伝導性無機粒子の沈殿が発生しないので、優れた放熱性能が持続するという効果がある。
【００２７】
前記熱伝導性無機粒子は、一例として、２〜２５重量部、好ましくは３〜２２重量部、最も好ましくは５〜２０重量部であってもよく、この範囲内で、分散安定性及び放熱性能に優れるという効果がある。
【００２８】
前記熱伝導性無機粒子は、一例として、シリカ（ただし、ヒュームドシリカは除く）、アルミナ（ただし、ヒュームドアルミナは除く）、アルミノシリケート、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択された１種以上であってもよく、この場合に、放熱性能に優れるという効果がある。
【００２９】
前記熱伝導性無機粒子は、一例として、一次（ｐｒｉｍａｒｙ）平均粒径が５〜９００ｎｍ、または１０〜５００ｎｍであり、好ましくは２０〜３５０ｎｍであり、より好ましくは３０〜３００ｎｍであってもよく、この範囲内で、放熱特性に優れる。
【００３０】
本記載において、一次平均粒径は、凝集していない一つ一つの粒子（ｐｒｉｍａｒｙ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ、一次粒子）の平均粒径を意味し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定することができ、具体的には、走査電子顕微鏡を用いて粒子２０個を選出し、直径を測定できるアイコンバー（ｂａｒ）を用いて粒径を測定した後、算術平均を用いて平均粒径を求める。
【００３１】
前記熱伝導性無機粒子は、前記無機沈殿防止剤より重く、具体例として、バルク密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１０ｇ／ｃｍ３、または０．２ｇ／ｃｍ３〜７ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．２ｇ／ｃｍ３〜５ｇ／ｃｍ３であり、この範囲内で、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも熱伝導性無機粒子の沈殿が発生しないので、優れた放熱性能が持続するという効果がある。
【００３２】
本記載において、バルク密度は定容量法により測定することができる。
【００３３】
前記無機沈殿防止剤は、一例として、２〜２５重量部、好ましくは３〜２２重量部、最も好ましくは５〜２０重量部であってもよく、この範囲内で、分散安定性及び放熱性能に優れるという効果がある。
【００３４】
前記無機沈殿防止剤は、一例として、エアロゲル（ａｅｒｏｇｅｌ）、ヒュームド（ｆｕｍｅｄ）シリカ及びヒュームドアルミナからなる群から選択された１種以上であってもよく、この場合に、熱伝導性無機粒子の沈殿を効果的に抑制して優れた放熱性能を持続させるという効果がある。
【００３５】
前記エアロゲルは、一般的に製造、使用または入手可能なエアロゲルであれば、特に制限されず、一例として、ケイ素エアロゲル、シリカエアロゲル、またはこれらの混合であってもよく、この場合に、熱伝導性無機粒子の沈殿を効果的に抑制して優れた放熱性能を持続させる効果および電気絶縁性に優れるという効果がある。
【００３６】
前記ヒュームドシリカは、一例として、ケイ素の塩化物を火炎（ｆｌａｍｅ）中で燃焼させることによって製造され得、一般的に製造、使用または商業的に入手可能なヒュームドシリカであれば、特に制限されず、具体例としてＣＡＳ  Ｎｕｍｂｅｒ  １１２９４５−５２−５に該当する物質であり得る。
【００３７】
前記ヒュームドアルミナは、一般的に製造、使用または商業的に入手可能なヒュームドアルミナであれば、特に制限されず、具体例として、ＡＥＲＯＸＩＤＥ(R)  ｆｕｍｅｄ  ａｌｕｍｉｎａシリーズ、ＳｐｅｃｔｒＡｌ(R)  ｆｕｍｅｄ  ａｌｕｍｉｎａシリーズ、またはこれらと同等であると認められる物質であってもよい。
【００３８】
前記無機沈殿防止剤は、一例として、一次（ｐｒｉｍａｒｙ）平均粒径が５〜９００ｎｍ、または１０〜５００ｎｍであり、好ましくは２０〜２５０ｎｍであり、より好ましくは３０〜２００ｎｍであってもよく、この範囲内で、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも熱伝導性無機粒子の沈殿を抑制して優れた放熱性能を持続させるという効果がある。
【００３９】
前記無機沈殿防止剤は、一例として、バルク密度が０．２ｇ／ｃｍ３以下、または０．０００５ｇ／ｃｍ３〜０．２ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．００１〜０．２ｇ／ｃｍ３であり、この範囲内で、熱伝導性無機粒子の沈殿を効果的に抑制して優れた放熱性能を持続させるという効果がある。
【００４０】
前記熱伝導性無機粒子と前記無機沈殿防止剤の重量の合計は、一例として、５〜５０重量部、５〜４０重量部、好ましくは１０〜３０重量部であり、この範囲内で、分散安定性及び放熱性能に優れるという効果がある。
【００４１】
前記熱伝導性無機粒子と前記無機沈殿防止剤との重量比は、一例として、５：１〜１：５、または３：１〜１：３であり、好ましくは２：１〜１：２であり、この範囲内で、分散安定性及び放熱性能に優れるという効果がある。
【００４２】
前記非伝導性オイルは、一例として、鉱油（ｍｉｎｅｒａｌ  ｏｉｌ）、シリコンオイル及び植物性オイルからなる群から選択された１種以上であり、好ましくは、シリコンオイルまたは植物性オイルであり、この場合に、絶縁性に優れ、本記載の伝導性無機粒子及び無機沈殿防止剤と結合されることで、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも熱伝導性無機粒子の沈殿を抑制して優れた放熱性能を持続させるという効果がある。電気伝導性が低い物質としてシリコンオイル、鉱油または植物性オイルのみを使用する場合には、熱伝導特性が低いため、電池モジュールから発生する熱を制御するのに限界があるが、これに、本記載による熱伝導性無機粒子などが加わると、熱伝導性は高くなり、電池モジュールに適用時に電池モジュールの放熱特性を大幅に向上させることができる。
【００４３】
前記植物性オイルは、一例として、大豆油（ｓｏｙｂｅａｎ  ｏｉｌ）であり、この場合に、絶縁性に優れ、本記載の伝導性無機粒子及び無機沈殿防止剤と結合されることで、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも熱伝導性無機粒子の沈殿を抑制して優れた放熱性能を持続させるという効果がある。
【００４４】
前記非伝導性オイルは、一例として、粘度が１５０〜６００ｃＰ、または２００〜５５０ｃＰ（２０℃）であってもよく、この場合に、絶縁性に優れ、本記載の伝導性無機粒子及び無機沈殿防止剤と結合されることで、熱伝導性無機粒子の沈殿を抑制して優れた放熱性能を有する。
【００４５】
前記非伝導性オイルは、一例として、密度が０．８〜１．２ｇ／ｃｍ３、または０．９〜１ｇ／ｃｍ３であってもよく、この場合に、絶縁性に優れ、本記載の伝導性無機粒子及び無機沈殿防止剤と結合されることで、電池モジュール内の放熱流体として長期間使用時にも優れた放熱性能が持続するという効果がある。
【００４６】
前記放熱流体組成物は、一例として、放熱流体をメスシリンダー（ｍａｓｓ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に注ぎ、そのときの粒子層の高さを１００とし、３０日間滞留させた後、液面の最高高さから沈んだ粒子層の最高高さをパーセントで表した分散安定性が９０％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９９％以上、最も好ましくは１００％であり、この範囲内で、長期間の充放電時にも優れた放熱特性が維持されるという効果がある。
【００４７】
前記放熱流体組成物は、一例として、放熱流体４２ｍｌ及び２５℃の条件下で電気絶縁性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）が３．２以上、３．２〜４．５、または３．２３〜４．１３であってもよく、この範囲内で、放熱特性、電気絶縁性及び経済性がいずれも優れるという効果がある。
【００４８】
放熱流体組成物の製造方法
本記載の放熱流体組成物の製造方法は、ａ）非伝導性オイル１００重量部、熱伝導性無機粒子５〜５０重量部、及び無機沈殿防止剤５〜５０重量部を含む混合物をボールミルで攪拌するステップ；ｂ）攪拌された混合物をフィルタリングするステップ；及びｃ）フィルタリングした混合物から真空ポンプを用いて気泡を除去するステップを含み、前記気泡が除去された混合物は、２０℃での粘度が８５０ｃＰ以上であり、３０℃での粘度が７５０ｃＰ以下であることを特徴とし、この範囲内で、流体を用いた電池冷却方式において、電気絶縁性に優れ、爆発の原因となる熱を速やかに放出させ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、長期間使用にも優れた放熱性能を維持するという効果がある。
【００４９】
前記ａ）ステップの非伝導性オイル、熱伝導性無機粒子、及び無機沈殿防止剤などは、先に放熱流体組成物において詳述した内容と同一であるので省略する。
【００５０】
前記ａ）ステップのボールミルは、一例として、金属ボール（ｂａｌｌ）が入っている回転可能なシリンダー型容器であってもよく、他の例として、金属ボールが入っているシリンダー型反応器であってもよく、この場合に、放熱流体組成物内の無機粒子の分散性が向上するという効果がある。
【００５１】
前記金属ボールは、一例として、粒径が０．５〜２ｍｍ、または０．５〜１．５ｍｍであってもよく、この範囲内で、凝集体である二次無機粒子が一次無機粒子に効果的に分解されることで、放熱流体組成物内の無機粒子の分散性が改善されるという効果がある。
【００５２】
前記金属ボールは、一例として、この技術分野で使用される金属ボールであれば、特に制限されないが、好ましくはジルコニアボールであってもよく、この場合に、放熱流体組成物内の無機粒子の分散性が向上するという効果がある。
【００５３】
前記ｂ）ステップのフィルタリングや前記ｃ）ステップの気泡の除去は、通常の技術者が自明に処理できるもので、この技術分野で通常用いられる方法であれば、特に制限されない。
【００５４】
電池モジュール
本記載の電池モジュールは、モジュールケース；前記モジュールケースの内部に装着された電池セル；及び前記モジュールケースの内部に充填された本記載の放熱流体組成物を含むことを特徴とする。以下に本記載と直接的に関連のない技術内容に対しては、要旨を曖昧にしないために説明を省略するが、通常の技術者が適宜適用できるということは自明な事項である。
【００５５】
前記放熱流体組成物は、一例として、モジュールケースの内部の高さに対し９０％以下、８０％、または３０〜８０％の高さまで充填されてもよく、この範囲内で、放熱性能に優れる。
【００５６】
本記載において、モジュールケースの内部の高さは、モジュールケースを密封した際、内部の底から上部までの最も短い空間内の距離を意味する。
【００５７】
前記モジュールケースは、一例として、プラスチック、アルミニウム、ステンレススチール、またはこれらのうち２種以上の貼り合わせからなることができ、この場合に、放熱性能に優れる。
【００５８】
前記プラスチックは、一例として、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）であってもよく、この場合に、放熱性能に優れる。
【００５９】
前記電池セルは、一例として、最高電圧が６５Ｖ未満、または２０Ｖ〜５５Ｖであってもよく、この範囲内で、電気絶縁性及び放熱性能に優れる。
【００６０】
以下、図面を参照して、本記載の電池モジュールを例示的にさらに詳細に説明するが、本発明の範囲がこれによって限定されるものではないことを明らかにしておく。
【００６１】
下記の図１は、実施例に係る、モジュールケース及び電池セルで構成された電池モジュールの分解斜視図であり、下記の図２は、実施例に係る電池モジュールの側面に関する断面図であり、下記の図３は、実施例に係る充放電時の電池セルの温度変化を概略的に示したグラフである。
【００６２】
下記の図１を参照すると、モジュールケースの内部に電池セルが装着され、次に、放熱流体組成物がモジュールケースの内部の高さに対し９０％以下の範囲内で、必要に応じて一定の高さまで充填される。実施例では、モジュールケースの内部の高さに対し３０％又は８０％の高さまで放熱流体組成物を充填させた。充放電時の電池モジュールの内部の温度を測定して放熱流体組成物の放熱特性を調べるために、モジュールケースと電池セルのいくつかの位置に別途に温度感知線を付着し、電池セルの両側面には外部端子（ｐｌａｔｅ）が結合されている。前記外部端子は、外部機器（図示せず）と電池セルとを電気的に接続する役割を果たす。
【００６３】
下記の図２を参照すると、電池セル（Ｃｅｌｌ）がモジュールケース内に装着されており、残りの空間に放熱流体組成物が充填されている。前記モジュールケースの外箱はアルミニウムであり、矢印方向は、モジュールケース、電池（ｂａｔｔｒｙ）及び外部端子（ｐｌａｔｅ）を意味する。
【００６４】
下記の図３を参照すると、充電時に電池セルが加熱されて充電最高温度に到達するようになり、その後、充放電が起こらない休止期に電池セルが冷却され、放電時には再び電池セルが加熱されて所定時間後に放電最高温度に到達する。充電最高温度と放電最高温度を調べると、放熱流体組成物の放熱特性の程度を測定することができ、充電最高温度と放電最高温度が低い場合、放熱流体組成物が充放電時に電池セルから発生する熱を速やかに伝導したことがわかる。本記載の放熱流体組成物を電池モジュールに適用したとき、充電最高温度と放電最高温度が大幅に低下することが確認できた。
【００６５】
バッテリーパック
本記載のバッテリーパックは、本記載の電池モジュール２つ以上；及び前記電池モジュールを収容するパックケースを含むことを特徴とし、このようなバッテリーパックは、内部電気絶縁性に優れ、爆発の原因となる熱を速やかに放出させ、特に、放熱流体内の熱伝導性無機粒子が永久的に沈殿しないので、長期間の使用にも優れた放熱性能をそのまま維持する効果を有する。
【００６６】
以下に本記載と直接的に関連のない技術に対しては、要旨を曖昧にしないために説明を省略するが、通常の技術者が必要に応じて付加できるということは自明な事項である。
【００６７】
本記載のバッテリーパックは、一例として、本記載の電池モジュールを２〜３０個、または５〜２０個含むことができ、この範囲内で、電気的特性及び発熱性能がいずれも優れるという効果がある。
【００６８】
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示するが、以下の実施例は、本記載を例示するものに過ぎず、本記載の範疇及び技術思想の範囲内で様々な変更及び修正が可能であることは当業者にとって明らかであり、このような変更及び修正が添付の特許請求の範囲に属することも当然である。
【００６９】
［実施例］
実施例１
１ｍｍの粒径のジルコニアボール１ｋｇが入っている１Ｌ容量のシリンダー型反応器に、一次（ｐｒｉｍａｒｙ）平均粒径３０ｎｍのヒュームドシリカを２０ｇ添加し、３０ｎｍのアルミナを２０ｇ追加投入した。その後、大豆（Ｓｏｙｂｅａｎ）油４００ｇを添加してボールミルで２時間攪拌した。２時間攪拌した後、ジルコニアボールを除いた流体をフィルタリングし、真空ポンプを介して、２時間の間、流体内に存在する気泡を除去して、放熱流体組成物を製造した。このように製造した放熱流体組成物を、電池のハウジングの内部、すなわち、モジュールケースに高さ３０％あるいは８０％まで投入し、下記の測定方法において記述したように、充電と放電を交互に行って電池セルの発熱温度を測定した。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で９１０ｃＰ、３０℃の条件で６００ｃＰであった。
【００７０】
実施例２
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのヒュームドシリカの代わりに、平均粒径２００ｎｍのヒュームドアルミナを使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で８８０ｃＰ、３０℃の条件で５５０ｃＰであった。
【００７１】
実施例３
前記実施例１において、ヒュームドシリカの代わりにエアロゲル（シリカエアロゲル、ＬＧ  Ｃｈｅｍ）を使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で１０８０ｃＰ、３０℃の条件で７２０ｃＰであった。
【００７２】
実施例４
前記実施例１において、大豆油（Ｓｏｙｂｅａｎ  ｏｉｌ）の代わりにシリコンオイルを使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で８６０ｃＰ、３０℃の条件で５１０ｃＰであった。
【００７３】
実施例５
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのアルミナの代わりに平均粒径３００ｎｍのアルミナを使用し、ヒュームドシリカとアルミナの量を、それぞれ、非伝導性オイル１００重量部を基準として１５重量部使用した以外は、前記実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で９００ｃＰ、３０℃の条件で５８０ｃＰであった。
【００７４】
実施例６
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのアルミナの代わりに平均粒径３００ｎｍのアルミナを使用し、平均粒径３０ｎｍのヒュームドシリカの代わりに平均粒径２００ｎｍのヒュームドアルミナを使用し、その量は、非伝導性オイル１００重量部を基準として、平均粒径３００ｎｍのアルミナは２０重量部、平均粒径２００ｎｍのヒュームドアルミナは１０重量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で１０５０ｃＰ、３０℃の条件で７１０ｃＰであった。
【００７５】
実施例７
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのアルミナの代わりに平均粒径３００ｎｍのアルミナを使用し、平均粒径３０ｎｍのヒュームドシリカの代わりに平均粒径２００ｎｍのヒュームドアルミナを使用し、その量は、非伝導性オイル１００重量部を基準として、平均粒径３００ｎｍのアルミナは１０重量部、平均粒径２００ｎｍのヒュームドアルミナは２０重量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で１１００ｃＰ、３０℃の条件で７４０ｃＰであった。
【００７６】
比較例１
前記実施例１の放熱流体組成物の代わりに、絶縁油として、植物性オイル（ｖｅｇｅｔａｂｌｅ  ｏｉｌ）を主成分とするＣａｒｇｉｌｌ社のＦＲ−３絶縁油を使用した。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で２５０ｃＰ、３０℃の条件で１１０ｃＰであった。
【００７７】
比較例２
前記実施例１において、無機粒子全体の含量が、非伝導性オイル１００重量部を基準として２重量部（ヒュームドシリカ：アルミナの重量比＝１：１）使用された以外は、前記実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で３１０ｃＰ、３０℃の条件で１２０ｃＰであった。
【００７８】
比較例３
前記実施例１において、無機粒子全体の含量が、非伝導性オイル１００重量部を基準として７０重量部（ヒュームドシリカ：アルミナの重量比＝３０：４０）使用された以外は、前記実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で２３５０ｃＰ、３０℃の条件で１７２０ｃＰであった。
【００７９】
比較例４
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのヒュームドシリカの代わりに一次粒子の平均粒径１μｍのエアロゲル（シリカエアロゲル、ＬＧ  Ｃｈｅｍ）を使用した以外は、前記実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で１２００ｃＰ、３０℃の条件で９３０ｃＰであった。
【００８０】
比較例５
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのアルミナの代わりに一次粒子の平均粒径２μｍのアルミナを使用し、平均粒径３０ｎｍのヒュームドシリカの代わりに平均粒径３ｎｍのエアロゲル（シリカエアロゲル、ＬＧ  Ｃｈｅｍ）を使用した以外は、前記実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で９８０ｃＰ、３０℃の条件で８９０ｃＰであった。
【００８１】
比較例６
前記実施例１において、平均粒径３０ｎｍのアルミナの代わりに一次粒子の平均粒径３ｎｍのアルミナを使用した以外は、前記実施例１と同様の方法で行った。このとき、ブルックフィールド粘度計を用いて下記のような条件で測定した放熱流体組成物の粘度は、２０℃の条件で１０００ｃＰであり、３０℃の条件で８７０ｃＰであった。
【００８２】
［試験例］
前記実施例１〜７及び比較例１〜６で準備された放熱流体組成物の特性を、下記の方法で測定し、その結果を下記の表１に示す。
【００８３】
＊電池放熱試験方法：電池セルを含んでいる電池モジュールのハウジングと電池セルなどの各部分に温度感知線を付着し、前記非伝導性流体を内部に投入するが、内部の高さに対し３０％、あるいは８０％のレベル（Ｌｅｖｅｌ）で投入し、０．５時間充電した後、２時間の休止期を経て、再び０．５時間放電して、ハウジング内部の温度を記録した。特に、電池セルの最高の温度を表１に比較した。
【００８４】
＊（分散）安定性：製造した放熱流体をメスシリンダー（ｍａｓｓ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に注ぎ、そのときの粒子層の高さを１００とし、３０日間滞留させた後、液面の最高高さから沈んだ粒子層の最高高さをパーセントで比較した。
【００８５】
＊粘度：粘度は、ブルックフィールド粘度計（モデル名：ＤＶ−II＋Ｐｒｏ、ＲＶ）を用いて、ｒｐｍ＝５０、温度＝２０℃及び３０℃、スピンドル＝ＳＣ４  ２７の条件で、サンプルの量を１５．５ｇに固定して測定した。
【００８６】
＊電気絶縁性（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）：誘電率測定器（サンレイテク、モデル８７１）を用いて、液体の体積４２ｍｌ及び温度２５℃の条件で測定した。
【００８７】
【表１】
0006852160.tif 000002
【００８８】
前記表１に示したように、本記載の放熱流体組成物が適用された電池モジュール（実施例１〜７）は、従来の放熱流体（比較例１）や本記載の放熱流体組成物の範囲を外れる場合（比較例２〜６）と比較して、充放電時の電池セルの最高温度が大幅に低下することで、熱伝導性に優れるだけでなく、沈殿安定性及び電気絶縁性も優れていることが確認できた。
【００８９】
なお、３０℃での粘度が本記載と同様に７５０ｃＰ以下であるが、２０℃での粘度が本記載とは異なって８５０ｃＰ未満である放熱流体組成物の場合（比較例１及び２）、熱伝導性及び安定性が大幅に低下し、逆に、２０℃での粘度が本記載と同様に８５０ｃＰ以上であるが、３０℃での粘度が本記載とは異なって７５０ｃＰを超える放熱流体組成物の場合（比較例３及び６）もまた、電気絶縁性にはあまり問題がないが、熱伝導性及び安定性が大幅に低下することが確認できた。
【図１】
0006852160.tif 000003
【図２】
0006852160.tif 000004
【図３】
0006852160.tif 000005