用于电池壳体的复合材料及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102825881 A(43)申请公布日 2012.12.19CN102825881A*CN102825881A*(21)申请号 201110326401.2(22)申请日 2011.09.2210-2011-0056704 2011.06.13 KRB32B 27/20(2006.01)H01M 2/02(2006.01)H01M 10/50(2006.01)(71)申请人现代自动车株式会社地址韩国首尔(72)发明人郭真佑 宋京花 崔致勋(74)专利代理机构北京尚诚知识产权代理有限公司 11322代理人龙淳 彭益群(54) 发明名称用于电池壳体的复合材料及其制备方法。

2、(57) 摘要本发明涉及一种用于电池壳体的复合材料及其制备方法，其中填充有散热填料的散热层被插入层之间以通过散热层将电池产生的热有效地消散。结果使得电池的寿命延长并确保了电池包的稳定性。进一步，根据本发明，未填充散热填料的纯净层被插入散热层之间，由此可以防止机械性能的恶化。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 7 页1/1页21.一种用于电池壳体的复合材料，其包括这样的结构，即填充有散热填料的聚合物基散热层，和未填充散热填料的聚合物基纯净层以交替方式排列并集成。

3、为一体，使得在热源中产生的热量通过所述散热层消散。2.如权利要求1所述的复合材料，其中，所述散热填料在关于所述散热填料的厚度的方向上取向，以便在贯穿平面的方向上传递热量。3.如权利要求1所述的复合材料，其中，所述散热层和所述纯净层被用来形成固定袋形电池的电池壳体或紧固所述电池壳体的外壳。4.如权利要求1所述的复合材料，其中，所述散热层具有填充有散热填料的填料填充部分和未填充散热填料的树脂填充部分在纵向方向上以交替方式排列的结构。5.如权利要求4所述的复合材料，其中，所述填料填充部分与插入其间的纯净层以交替方式排列。6.一种方法，包括：通过挤压填充有散热填料的聚合物树脂制备散热层，并且通过挤压未。

4、填充散热填料的另外的聚合物树脂制备纯净层；以交替方式堆叠所述散热层和所述纯净层；通过压缩使所堆叠的散热层和纯净层集成为一体；以及用机械切割设备或喷水切割设备将已压缩的散热层和纯净层在宽度方向上切割成预定的厚度，从而制成复合材料，其中，包括所述散热层和所述纯净层的所述复合材料被附着在固定袋形电池的电池壳体上或紧固所述电池壳体的外壳上，使得热源产生的热量通过所述散热层消散。7.如权利要求6所述的方法，其中所述散热填料在聚合物基平板上在平面方向上取向。8.如权利要求6所述的方法，其中在与挤出所述散热层和所述纯净层的方向垂直的方向切割所述散热层和所述纯净层。9.如权利要求6所述的方法，其中在制备所述散。

5、热层和所述纯净层的步骤中，填充有散热填料的填料填充部分在纵向方向上以规则的间隔排列，并且聚合物树脂插入所述填料填充部分之间。权 利 要 求 书CN 102825881 A1/6页3用于电池壳体的复合材料及其制备方法技术领域0001 本发明涉及一种用于电池壳体的复合材料及其制造方法，其可以提高电池的寿命并确保电池的稳定性。背景技术0002 锂二次电池根据将其密封的外部壳体的类型可以被分为：(i)罐形二次电池，其中金属罐用作容器，并通过焊接工艺密封，以及(ii)袋形二次电池，其中，电极组件(包括两个电极、隔板、和电解质)被容纳在由薄膜形成的袋中。0003 由于它们的柔性特征，袋形锂二次电池越来越多。

6、地用作车辆电池，因为袋形二次电池(在后面称为“袋电池” )具有能自由改变的形状，并且质量轻，其能被用做电动车电池，在电动车中大量的电池单元被堆叠在一起。0004 然而，电动车电池在高速充电、高功率输出、以及反复充电和放电过程中产生热量，因此，局部温度差或热逸出现象在电池中发生，这种现象降低了电池的效率和稳定性。因此，当用在电动车上时，袋电池的电池壳体要求具有散热性能，能够有效地将电池产生的热量消散开。0005 此外，因为传统的袋电池的电池壳由具有铝壳或用矿物填料，例如阻燃填料填充的塑料基体例如PC+ABS、PA、PP等的复合材料形成，因此，它具有优良的性能，例如阻燃性、耐化学性和耐久性，但不具。

7、备散热性能。0006 另外，传统电池壳体的热传导能力可以通过用现有的聚合物基的散热复合材料来填充电池壳体以提供热传导路径来提高。然而，当用这种方案时，机械性能例如强度将会降低。0007 上面背景部分披露的信息仅仅是为了加强本发明背景的理解，因此它可能包括不构成在此国家的本领域普通技术人员所知道的现有技术的信息。发明内容0008 本发明提供一种用于电池壳体的复合材料及其制造方法，其中在层之间插入填充有散热填料的散热层，以便电池产生的热量有效地和有效率地散去，因此提高电池包的寿命并确保电池包的稳定性。0009 进一步，本发明提供一种电池壳体及其制造方法，其中在一个或多个层之间插入无散热填料填充的纯。

8、净层(neat layer)，以防止由填充有散热填料的现有的散热复合材料引起的机械性能的降低。0010 一方面，本发明提供一种用于电池壳体的复合材料，这种复合材料包括这样的结构，即填充有散热填料的聚合物基散热层，和无散热填料填充的聚合物基纯净层以交替形式排列并集成为一体，使得热源中产生的热量通过散热层散去。0011 在一个示例性的实施方式中，散热填料在厚度方向取向，以使热量沿贯穿平面的方向进行传递。说 明 书CN 102825881 A2/6页40012 在另一个示例性的实施方式中，散热层和纯净层能用作固定袋形电池的电池壳体或紧固电池壳体的外壳。0013 在另一个示例性的实施方式中，散热层具有。

9、这样的结构，即填充有散热填料的填料填充部分和未填充散热填料的树脂填充部分，在纵向方向上以交替方式排列。0014 在另一个示例性的实施方式中，填料填充部分与插入其间的纯净层以交替形式排列。0015 另一方面，本发明提供一种用于电池壳体的复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：通过挤压填充有散热填料的聚合物树脂制备散热层，通过挤压未填充散热填料的另外的聚合物树脂制备纯净层；以交替形式堆叠散热层和纯净层；通过压缩使堆叠的散热层和纯净层集成为一体；和用机械切割设备或喷水切割设备将压缩的散热层和纯净层在宽度方向上切割成预定的厚度，由此制成复合材料。更具体地，将该复合材料附着在用于固定袋形电池的电池壳体上。

10、或用于紧固电池壳体的外壳上，以便热源产生的热量通过散热层散去。0016 在一个示例性的实施方式中，散热填料在聚合物基平板上以平面方向取向(orient)。0017 在另一个示例性的实施方式中，在垂直于其挤出方向的方向上切割散热层和纯净层。0018 在另一个示例性的实施方式中，在制备散热层和纯净层的步骤中，填充有散热填料的填料填充部分在纵向方向上以规则的间隔排列，而聚合物树脂插入填料填充部分之间。0019 在下面进行说明本发明的其他方面和示例性的实施例。附图说明0020 现在将参考本发明的在所附附图中说明的一些示例性实施例来详细地描述本发明的上述和其它特征，下文给出的这些实施例仅用于说明，因此不。

11、限制本发明，其中：0021 图1是显示根据本发明第一实施方式的用于电池壳体的复合材料的透视图；0022 图2至5是显示图1中复合材料的制备方法的工艺图；0023 图6至8是显示根据本发明第二实施方式的复合材料制备方法的工艺图；0024 图9至10是从图8中的A和B观察的平面图和侧面图。0025 附图中列出的附图标记包括下面将进一步讨论的下列元件：0026 10：散热层0027 11：纯净层0028 12：散热填料0029 13：挤压机0030 14：进料器0031 15：平模0032 16：填料填充部分0033 17：树脂填充部分0034 18：挤出方向说 明 书CN 102825881 A3。

12、/6页50035 19：冷却辊0036 应该理解的是附图没有必要去衡量其比例，其仅代表用于阐述本发明基本原理的不同例证性特征的一些简单表示。在本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由特体的预期应用和使用环境决定。0037 在这些图中，整个附图的多个图中，附图标记指代本发明的相同或等价部件。具体实施方式0038 下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例图示在附图中，并在下文加以说明。尽管本发明将结合示例性实施方式进行描述，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖各种替换方式、变化。

13、方式、等同方式和其它实施方式，其均可以包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内。0039 本文所用的术语“车辆”、“车车辆的”或其它类似术语理解成包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航空器和类似物，并包括混合动力车辆、电动车辆、插入式(plug-in)混合电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所述，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动动力。0040 除非特别指出或者通过上下文明显得出，否则这里使用的术语“约”应理解为在本领域通常误差范。

14、围内，例如，平均数的两个标准偏差之内。大约能理解为设定值的10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0.5，0.1，0.05，或0.01以内。除非从上下文明显看出，否则这里提供的所有数值都通过该术语修正。0041 图1是显示根据本发明第一实施方式的用于电池壳体的复合材料的透视图；图2至5是显示图1中复合材料的制备方法的工艺图。0042 本发明提供了一种用于电池壳体的复合材料及其制备方法，其中未被填料填充的纯净层11通过叠层的方式被设置于散热层之间以防止机械性能的恶化，并同时提高热传导性。根据本发明第一实施方式用于电池壳体的复合材料具有扁平的、类似板状的结构和形状，其中基于聚合物的散热层10和纯。

15、净层11以如图1所示的交替方式相互排列在一起。0043 散热层10和纯净层11都由聚合物基材料形成，并具有厚度较小，例如，几个微米，的扁平结构，且长度大于宽度。具有长度大于宽度的扁平结构的散热层10和纯净层11交替堆叠并连接在一起。另外，连接的散热层10和纯净层11沿与图2中箭头所示的挤出(extraction)方向18垂直的方向被切割，由此提供一种用于电池壳体的扁平结构的复合材料。0044 此处，散热层10是通过用散热填料12填充聚合物基平板而形成的聚合物层，而纯净层11是未用散热填料12填充的聚合物基平板而构成的聚合物层。例如，散热层10和纯净层11可以分别由作为聚合物基平板的聚碳酸酯(P。

16、C)平板形成，且厚度大约10-30m。0045 进一步，散热层10可以通过利用散热填料12，例如80wt的陶瓷填料，且使散热填料12在塑料基板上沿平面方向(in-plane direction)取向，填充塑料基板，如聚碳酸酯平板而形成。说 明 书CN 102825881 A4/6页60046 根据本发明第一实施方式的具有上述结构的用于电池壳体的复合材料的制备方法将在下面进行描述。0047 如图2所示，将聚合物基材料，例如聚碳酸酯粉末和散热陶瓷填料通过进料器14送入挤压机13，并熔融，通过挤压机13沿图2所示的挤出方向18挤出，这样，形成厚度例如约为10-30m的平板形式的散热层10。同时，由挤。

17、压机13挤出的聚碳酸酯树脂通过平模15被模塑为具有预定厚度的平板形式，并且通过冷却辊19以层压而冷却，由此形成最终的散热层10。0048 通过挤压工艺形成散热层10和过程中，陶瓷填料以例如，约80wt的量填充，且如图3，通过剪切力使其在聚碳酸酯平板上沿平面方向取向。进一步，如图2所示，通过进料器14将聚碳酸酯粉末供给挤压机13，熔融，通过挤压机13挤出，由此注塑成平板形式的厚度例如，约10-30m的纯净层11。0049 随后，形成的散热成10和纯净成11以交替方式彼此堆叠，如图4所示，然后通过，如约200预热的烤箱。堆叠的散热层10和纯净层11通过压缩机以约10吨的压力压缩成整个厚度约100m。

18、m的复合材料。0050 如图5所示，由此形成的复合材料包括堆叠在一起的数千层散热层10和纯净层11。接下来，利用机械切割装置或水喷射切割装置，将堆叠的复合材料沿与散热层10和纯净层11的挤出方向18垂直的方向切割，从而制成最终的，例如，厚度约2-3mm的平板形式的复合材料。0051 通过上述方法制备的复合材料具有这样的结构：散热层10和纯净层11以交替方式排列，从而在复合材料的宽度方向上相互连续接触。因此，在将本发明的复合材料附着到作为热源的平板上时，热源所产生的热量能够沿如图1所示的平面方向(例如，沿挤出方向18)传递，并且能够有效地且均匀地相对于散热层10的平面沿厚度方向通过散热填料12消。

19、散，如图1中放大图所示的。0052 而且，未被散热填料12填充的纯净层11重复布置在散热层10之间，使得所使用的散热填料的数量可减少至少50或更多。由此，相比于全部填充散热填料12的平板，可以提高切割效率。另外，本发明由于在复合材料中使用高密度填料，因此能够进一步最大化热传递特性。0053 尽管在第一实施方式中，散热层10和纯净层11可以具有相同的厚度比(11)，但本发明对此不进行限制，并且能够通过控制纯净层11的厚度来控制用于复合材料的散热填料的量。0054 图6至8是显示根据本发明第二实施方式的复合材料制备方法的工艺图；以及图9至10是从图8中的A和B观察的平面图和侧面图。0055 根据本。

20、发明第二实施方式的用于电池壳的复合材料具有这样的结构：散热层10和纯净层11在上下方向上以交替方式相互排列，且散热层10具有填料填充部分16和树脂填充部分17以交替方式排列以在复合材料的长度方向上彼此连续接触的结构，这样可最大化重量降低的效果。0056 如图9A所示，填料填充部分16与插入其间的纯净层11相互以交替方式排列。由此，相比于现有的通过整个填充散热填料12而没有考虑填料的方向性的现有的散热复合材料，能够增加重量降低的效果并同时保持现有的散热性能。因此，本发明能够进一步获得说 明 书CN 102825881 A5/6页7在特定的方向上的有效的热传递特性。0057 进一步，填料填充部分1。

21、6具有长度大于宽度的带状形状，且由聚合物基树脂填充有例如80wt的散热填料12而形成。因此，当本发明的复合材料附着到作为热源的平板时，热源产生的热量能够通过相对于散热层10的平面在厚度方向上排列的填料而被有效地且均匀地消散到外部，如图9所示。特别地，树脂填充部分17被设置于填料填充部分16之间以防止散热层10的剥离。0058 根据本发明第二实施方式的具有上述结构的用于电池壳体的复合材料的制备方法将在下面进行描述。0059 如图6所示，每个具有带状形状且填充有散热填料12的填料填充部分16(以长度大于宽度且具有小的厚度的平板状形式)，在未填充散热填料12的纯净层11上，以规则的间隔在纵向方向上彼。

22、此平行排列，并且(包括聚合物树脂的)树脂填充部分17被设置在填料填充部分16之间。这样，防止了散热层10的剥离，并获得重量减少效果。0060 然后，具有填料填充部分16的纯净层11在上下方向上以这样的方式被堆叠在每个散热层10的顶部，即在上下方向上邻近的填料填充部分16以交替方式排列。0061 然后，堆叠的复合材料通过在约200预热的烘箱，堆叠的散热层10和纯净层11通过压缩机在约10吨压力下压制形成整体厚度，例如，约100mm的复合材料。0062 如图7所示，这样形成的复合材料可以包括堆叠在一起的数千层散热层10和纯净层11。接着，如图8所示，堆叠的复合材料沿着与散热层10和纯净层11的挤出。

23、方向18垂直的方向，利用机械切割装置或水喷射切割装置被切割，从而制成最终的，例如，厚度约2-3mm的平板形式的复合材料。0063 以上面描述的方式叠层制备的聚合物基复合材料可以被用作固定袋型电池的电池壳体和作为有效地紧固电池壳体并确保耐久性的上盖和下盖(或外壳)。因此，根据本发明，带有散热填料12的散热层10和没有散热填料12的纯净层11以交替形式排列，这样电池内产生的热量能够有效消散，从而确保用于例如电动车的高容量电池包的寿命和稳定性。0064 此外，堆叠成数千层的散热层10和纯净层11通过烘箱，然后由压缩机在上下方向压缩，将由此得到的散热层10和纯净层11沿着与散热层10和纯净层11的挤出。

24、方向18垂直的方向切割。结果，能够提高贯穿平面方向的热传递特性和热传导性。0065 此外，未填充有散热填料12的纯净层11被插入散热层10之间以减少使用的填料的量。因此，能够防止现有的通过散热填料整体填充复合材料而制备的散热复合材料所导致的机械性能的恶化，从而提高切割效率。另外，当本发明的复合材料附着到作为热源的平板时，例如电动车的电池壳体，热源产生的热量能够被有效地且均匀地消散到外部。0066 在以上的描述中，根据本发明的聚合物树脂示例为聚碳酸酯，但是聚合物树脂可以包括热塑性树脂、热固性树脂、和热塑性弹性体树脂。0067 因为通过在垂直于挤出方向18的方向切割层叠的散热层10和纯净层11而形。

25、成扁平板形式的复合材料，因此，可以减小渗透抑制(percolation inhibiting)现象，该现象在挤出方向上填充的填料成网络状时可能发生。0068 对于填充了40wt的填料的复合材料，填料的方向性能够根据复合材料的实际应用环境被有效控制，由于散热填料12被重复堆叠在层之间，因此通过在复合材料层中的高说 明 书CN 102825881 A6/6页8的填料集中(high integration of the filler)能够实现热量的有效传递。0069 此外，通过最小化两种类型的平板的厚度来制造包括大量层的复合材料，当这样制得的复合材料被附着到热源，例如电池壳体时，由热源所产生的热量能。

26、与复合材料均匀接触并在贯穿平面的方向(in the through-plane direction)上消散。结果，相对于常规的利用散热填料整体填充复合材料而不考虑方向性所得到的散热复合材料，可提高重量减少效果并获得有效的热传递性能。0070 同样地，使用根据本发明的复合材料时，能够获得重量减少效果和在特定方向上有效的热传递性能，因此能够实现具有改进的散热性能的紧凑轻便型电池系统。0071 根据上面的描述，本发明的用于电池壳体的复合材料及其制造方法具有以下优点：0072 1.具有散热填料的散热层和无散热填料的纯净层以交替形式堆叠，因此能有效地散去电池内产生的热，因而保证了用于电动车的高容量电池包。

27、的寿命和稳定性。0073 2.被堆叠成多层的散热层和纯净层通过烘箱，并通过压缩机在向上和向下方向上进行压缩。下一步，在与它们的挤压方向垂直的方向上切割压缩后的散热层和纯净层。因此，能提高在贯穿平面的方向上的热传递性能和热传导性能。0074 3.由于无散热填料填充的纯净层被插入层之间，因此能够防止现有的由散热填料填充整个复合材料所制成的散热复合材料中引起的机械性能的降低，因而提高了切割效率。而且，当本发明的复合材料被附着在作为热源的平板，例如用于电动车的电池壳体上时，从热源产生的热能有效地、效率高地、均匀地扩散到外面。0075 参考示例性的实施方式对本发明进行民详细的描述。然而，本领域技术人员应当知道，只要不偏离本发明的原则和精神以及附加的权利要求和它们的等价方案的范围，可以对本发明中的实施方式进行修改。说 明 书CN 102825881 A1/7页9图1图2说 明 书 附 图CN 102825881 A2/7页10图3说 明 书 附 图CN 102825881 A10。