CN118103457A - 导热性组合物及导热性部件 - Google Patents

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CN118103457A CN202280069913.1A CN202280069913A CN118103457A CN 118103457 A CN118103457 A CN 118103457A CN 202280069913 A CN202280069913 A CN 202280069913A CN 118103457 A CN118103457 A CN 118103457A
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Abstract

本发明的导热性组合物包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂,且利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的粘度η3的粘度比(η1/η3)超过10。根据本发明,可提供能够抑制贮存时导热性填料的沉降,并且使用时的操作性优异的导热性组合物。

Description

导热性组合物及导热性部件
技术领域
本发明涉及导热性组合物及导热性部件。
背景技术
通过将导热性组合物填充于发热体与散热体之间,然后通过固化而形成的固化物被用作将发热体发出的热传递至散热体的导热性部件。导热性组合物具有流动性,因此能够填埋发热体与散热体之间的任何间隙。因此,对于所形成的导热性部件,即使发热体与散热体的间隙不恒定也能够可靠地填埋该间隙,被用作导热性的间隙材料。
例如,如专利文献1所公开的那样,已知将导热性部件作为间隙材料用于电池模块。导热性部件配置于作为发热体的电池单元与作为散热体的模块壳体之间,起到将电池单元的热向外部释放的作用。另外,也用于配置在电池单元与电池单元之间并将它们固定而保持分离状态。
作为用于形成导热性部件的导热性组合物,大多使用包含有机聚硅氧烷和导热性填料的组合物。通常,为了提高散热性,需要增加导热性填料的含量,但是如果导热性填料的含量变的过多,则导热性组合物的粘度变高,因此操作性变差。例如,导热性组合物的粘度变高时,有时难以利用分配器等排出。或者,在对通过在发热体与散热体之间涂布导热性组合物而形成的涂布物进行压缩的作业中,有时出现载荷变大等操作性变差的情况。因此,对降低导热性组合物的粘度进行了各种研究。另一方面,若降低导热性组合物的粘度,则有时会产生长期贮存时导热性填料沉降的问题。
作为改善这种问题的方法,专利文献2中记载了在含有液态有机聚硅氧烷、由特定通式定义的有机聚硅氧烷和导热性填充剂的导热性硅脂组合物中配入二氧化硅类填充剂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2018/173860号
专利文献2:日本特开2012-7057号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,添加二氧化硅类填料时,并不能在确保优异操作性的基础上,具有对导热性填料沉降的充分抑制作用,需要进一步改善。
因此,本发明的课题在于提供一种含有液态高分子和导热性填料的导热性组合物,其能够抑制贮存时导热性填料的沉降,并且使用时的操作性优异。
解决问题的手段
本发明人进行了深入研究,结果发现通过包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂,并且在流变仪中测定的特定条件下的粘度比在一定水平以上的导热性组合物能够解决上述问题,从而完成了本发明。
即,本发明提供以下的[1]~[39]。
[1]一种导热性组合物,其包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂,且利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的粘度η3的粘度比(η1/η3)超过10。
[2]根据[1]所述的导热性组合物,所述液态高分子为有机聚硅氧烷。
[3]根据[1]或[2]所述的导热性组合物,所述液态高分子为加成反应固化型有机硅。
[4]根据[1]所述的导热性组合物,所述液态高分子为含有烯基的有机聚硅氧烷。
[5]根据[1]所述的导热性组合物,所述液态高分子为氢有机聚硅氧烷。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的导热性组合物,所述结构粘度赋予剂是在25℃下为固体的酯化合物。
[7]根据[1]~[6]中任一项所述的导热性组合物,所述结构粘度赋予剂是熔点超过25℃且在120℃以下的酯化合物。
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的导热性组合物,相对于所述液态高分子100质量份,所述结构粘度赋予剂的含量为0.5~20质量份。
[9]根据[1]~[7]中任一项所述的导热性组合物,其中还包含相容剂。
[10]根据[9]所述的导热性组合物,所述相容剂是在25℃下为液体的酯化合物。
[11]根据[10]所述的导热性组合物,所述在25℃下为液体的酯化合物是碳数为12~28的单酯。
[12]根据[9]~[11]中任一项所述的导热性组合物,相对于所述液态高分子100质量份,所述相容剂的含量为50质量份以下。
[13]根据[9]~[12]中任一项所述的导热性组合物,所述相容剂的含量为结构粘度赋予剂的含量的2倍以上且5倍以下。
[14]根据[9]~[13]中任一项所述的导热性组合物,相对于所述液态高分子100质量份,所述结构粘度赋予剂的含量为下述式(1)表示的X质量份以上,
X(质量份)=0.5+w×0.2…(式1)
式1中,w表示相对于液态高分子100质量份的相容剂的含量(质量份)。
[15]一种双液固化型导热性材料,其由第1剂和第2剂构成,所述第1剂由上述[4]所述的导热性组合物组成,所述第2剂由上述[5]所述的导热性组合物组成。
[16]一种导热性组合物的提供形态,其中将上述[1]~[14]中任一项所述的导热性组合物填充于容器中。
[17]一种双液固化型导热性材料的提供形态,其由第1容器和第2容器构成,所述第1容器中填充了由上述[4]所述的导热性组合物组成的第1剂,所述第2容器中填充了由上述[5]所述的导热性组合物组成的第2剂。
[18]一种导热性部件,其为上述[1]~[14]中任一项所述的导热性组合物或上述[15]所述的双液固化型导热性材料的固化物。
[19]一种电池模块,其具备由上述[18]所述的导热性部件组成的间隙材料、多个电池单元和收纳所述多个电池单元的模块壳体,所述间隙材料配置于模块壳体的内部。
[20]一种导热性组合物的制造方法,其特征在于,实施制备包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物的工序;对所述混合物进行加热的工序;和通过冷却所述混合物,从而将利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η3的粘度比(η1/η3)调节为超过10的工序。
[21]一种导热性组合物的提供形态的制造方法,其特征在于,实施制备含有液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物的工序;将所述混合物填充到容器中的工序;对所述混合物进行加热的工序;和通过冷却所述混合物,从而将利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η3的粘度比(η1/η3)调节为超过10的工序。
[22]根据上述[21]所述的导热性组合物的提供形态的制造方法,其中,在将所述混合物填充到容器中之后,执行加热所述混合物的工序和通过冷却所述混合物而进行调整的工序,使得通过流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η3的粘度比(η1/η3)超过10。
[23]根据上述[21]所述的导热性组合物的提供形态的制造方法,其中,在将所述混合物填充到容器中之后,对所述混合物进行加热。
[24]一种导热性组合物的提供形态,其中在容器中填充有导热性组合物,所述导热性组合物包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂,且利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的粘度η3的粘度比(η1/η3)超过10。
[25]根据上述[24]所述的导热性组合物的提供形态,所述液态高分子为有机聚硅氧烷。
[26]根据上述[24]或[25]所述的导热性组合物的提供形态,所述液态高分子为加成反应固化型有机硅。
[27]根据上述[24]所述的导热性组合物的提供形态,所述液态高分子为含有烯基的有机聚硅氧烷。
[28]根据上述[24]所述的导热性组合物的提供形态,所述液态高分子为氢有机聚硅氧烷。
[29]根据上述[24]~[28]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,所述结构粘度赋予剂为在25℃下为固体的酯化合物。
[30]根据上述[24]~[29]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,所述结构粘度赋予剂是熔点超过25℃且在120℃以下的酯化合物。
[31]根据上述[24]~[30]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,其中,相对于所述液态高分子100质量份,所述结构粘度赋予剂的含量为0.5~20质量份。
[32]根据上述[24]~[31]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,其中还含有相容剂。
[33]根据上述[32]所述的导热性组合物的提供形态,所述相容剂为在25℃下为液体的酯化合物。
[34]根据上述[33]所述的导热性组合物的提供形态,所述在25℃下为液体的酯化合物是碳数为12~28的单酯。
[35]根据上述[32]~[34]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,相对于所述液态高分子100质量份,所述相容剂的含量为50质量份以下。
[36]根据上述[32]~[35]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,所述相容剂的含量为结构粘度赋予剂的含量的2倍以上且5倍以下。
[37]根据上述[32]~[36]中任一项所述的导热性组合物的提供形态,相对于所述液态高分子100质量份,所述结构粘度赋予剂的含量为下述式(1)表示的X质量份以上,
X(质量份)=0.5+w×0.2…(式1)
式1中,w表示相对于液态高分子100质量份的相容剂的含量(质量份)。
[38]一种导热性部件,其为从上述[24]~[37]中任一项所述的导热性组合物的提供形态排出的导热性组合物的固化物。
[39]一种电池模块,其具备由上述[38]所述的导热性部件构成的间隙材料、多个电池单元和收纳所述多个电池单元的模块壳体,所述间隙材料配置于模块壳体的内部。
发明效果
根据本发明,可以提供一种导热性组合物,其能够抑制贮存时导热性填料的沉降,且使用时的操作性优异。
附图说明
图1是显示电池模块的代表性结构的立体图。
图2是显示电池模块所具有的电池单元的代表性结构的立体图。
具体实施方式
[导热性组合物]
以下,对本发明的导热性组合物进行详细说明。
本发明的导热性组合物含有液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂,且利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的粘度η3的粘度比(η1/η3)超过10。
<粘度比>
本发明的导热性组合物,利用流变仪测定的粘度比(η1/η3)超过10。粘度比(η1/η3)为10以下时,贮存导热性组合物时,导热性填料容易沉降,使用时操作性容易变差。
从抑制贮存时导热性填料的沉降、且提高使用时的操作性方面考虑,导热性组合物的通过流变仪测定的粘度比(η1/η3)优选为15以上,更优选为20以上。粘度比(η1/η3)的上限值没有特别限制,例如为100。
另外,上述粘度比(η1/η3)优选为超过10且在100以下,更优选为15~100。进一步优选为20~100。
粘度比(η1/η3)的调整详情如后所述,导热性组合物包含结构粘度赋予剂,并且通过经受加热冷却处理而形成后述的基于内聚力的松散键合(内部结构),由此利用流变仪测定的上述粘度比(η1/η3)超过10。
需要说明的是,在本说明书中,“~”表示的范围是指“~”的前后所记载的规定的数值以上至规定的数值以下的范围。
通过如上所述调整粘度比(η1/η3),可以抑制导热性组合物贮存时导热性填料的沉降,并且提高使用时的操作性,其理由尚不确定,但推测如下。
粘度η1和粘度η3均表示低剪切速度区域的粘度。导热性组合物的粘度比(η1/η3)超过10时,粘度的变化相对于低剪切速度区域的剪切速度的变化变大。换言之,表示剪切速度(横轴)与粘度(纵轴)的关系的图的斜率变大。这意味着在贮存时,即在剪切速度极小的状态下,导热性组合物的粘度变大,因此可以认为导热性填料的沉降得到抑制。而且,在贮存后使用时,例如利用分配器进行导热性组合物的涂布、涂布物的压缩等,因此变成剪切速度相对较高的状态。此时,随着剪切速度的增加,导热性组合物的粘度有效减少,因此认为操作性优异。
在本发明中,如上所述调整粘度比(η1/η3)是重要的,因此对于粘度η1和粘度η3的各自值没有特别限制,从抑制导热性填料沉降方面考虑,粘度η1例如为3000(Pa·s)以上,优选为5000(Pa·s)以上,更优选为10000(Pa·s)以上,进一步优选为20000(Pa·s)以上。粘度η1的上限没有特别限制,例如为100000(Pa·s)。
另外,上述粘度η1例如优选为3000~100000(Pa·s),更优选为5000~100000(Pa·s),进一步优选为10000~100000(Pa·s),特别优选为20000~100000(Pa·s)。
进而,将导热性组合物的利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度2.52(1/s)的条件下测定的粘度指定为粘度η2时,从操作性提高方面考虑,粘度比(η1/η2)优选为50以上,更优选为80以上,进一步优选为100以上。
从操作性提高方面考虑,粘度η2优选为350(Pa·s)以下,更优选为250(Pa·s)以下,进一步优选为150(Pa·s)以下。粘度η2的下限没有特别限制,例如为50。
导热性组合物的粘度η1、粘度η2和粘度η3是在25℃下利用流变仪测定的值。用流变仪进行测定时,从消除将试样设置于测定夹具时的剪切影响而进行评价方面考虑,将导热性组合物加热后,冷却至室温(25℃)进行测定。此时,加热温度可以设定为结构粘度赋予剂的熔点以上的温度,优选设定为熔点+50℃以下。加热温度例如在35~170℃的范围内适当设定即可。需要说明的是,流变仪的测定条件的详细情况在实施例中进行说明。
导热性组合物的粘度η1、粘度η2和粘度η3、粘度比(η1/η3)、粘度比(η1/η2)等可以通过后述的结构粘度赋予剂和导热性填料的种类和量等进行调整。
<液态高分子>
本发明的导热性组合物含有液态高分子。液态高分子是在室温(25℃)下为液体的高分子,例如可以列举硅橡胶、聚氨酯树脂等用于得到高分子基质的原料。
作为液态高分子,可以是不具有反应性基团的非反应型化合物,也可以是具有反应性基团的反应型化合物。作为反应基团,例如可以列举烯基、氢化甲硅烷基、羟基、异氰酸酯基等。
作为液态高分子,例如可以列举有机聚硅氧烷、多元醇、多异氰酸酯等。液态高分子可以是单一的成分,也可以是2种以上成分的混合物。其中,作为液态高分子,优选有机聚硅氧烷。作为液态高分子,使用有机聚硅氧烷时,容易提高导热性填料的填充率,容易提高由导热性组合物形成的导热性部件的导热性。
作为有机聚硅氧烷,例如可以为具有反应性基团的有机聚硅氧烷,也可以为不具有反应性基团的有机聚硅氧烷,优选为具有反应性基团的有机聚硅氧烷。
具有反应性基团的有机聚硅氧烷是具有能够形成交联结构的反应性基团的有机聚硅氧烷,例如可以列举加成反应固化型有机硅、自由基反应固化型有机硅、缩合反应固化型有机硅、紫外线或电子束固化型有机硅、及湿气固化型有机硅等。其中,具有反应性基团的有机聚硅氧烷优选为加成反应固化型有机硅。即,本发明的液态高分子优选为加成反应固化型有机硅。
作为加成反应固化型有机硅,更优选包含含有烯基的有机聚硅氧烷(主剂)和氢有机聚硅氧烷(固化剂)。
另外,作为本发明中的液态高分子,可以包含构成加成反应固化型的主剂和固化剂中的任意之一。更详细而言,导热性组合物中所含的液态高分子可以为含有烯基的有机聚硅氧烷,也可以为氢有机聚硅氧烷,还可以包含含有烯基的有机聚硅氧烷和氢有机聚硅氧烷这两者。
还优选使用本发明的导热性组合物制成双液固化型导热性材料。
例如,可以制成由第1剂和第2剂构成的双液固化型导热性材料,所述第1剂由包含含有烯基的有机聚硅氧烷、导热性填料和结构粘度赋予剂且粘度比(η1/η3)超过10的导热性组合物构成,所述第2剂由包含氢有机聚硅氧烷、导热性填料和结构粘度赋予剂且粘度比(η1/η3)超过10的导热性组合物构成。第1剂和第2剂在使用时混合并反应,成为具有由硅橡胶构成的高分子基体的导热性部件。
该双液固化型导热性材料,对于第1剂和第2剂,各自在贮存时导热性填料均不易沉降,且在使用时第1剂和第2剂的操作性良好。
需要说明的是,上述双液固化型导热性材料中使用的液态高分子可以是加成反应固化型有机聚硅氧烷以外的液态高分子,也可以分别包含通过混合第1剂和第2剂而相互反应的液态高分子。例如,可以使用多元醇代替上述第1剂中所含的含有烯基的有机聚硅氧烷,且使用多异氰酸酯代替上述第2剂中所含的氢有机聚硅氧烷。在该情况下,通过将第1剂和第2剂混合并使其反应,成为具有由聚氨酯树脂构成的高分子基质的导热性部件。
<结构粘度赋予剂>
本发明的导热性组合物含有结构粘度赋予剂。结构粘度赋予剂是在室温(25℃)下为固体的化合物,通过将其配合在液态高分子中并放置在特定条件下,可以提高粘度。详细而言,结构粘度赋予剂具有如下功能:通过对在液态高分子中配入后的混合物进行加热和冷却,与加热前的状态相比,可以提高低剪切区域的粘度。需要说明的是,结构粘度赋予剂的熔点优选超过25℃,更优选为30℃以上,进一步优选为40℃以上。另外,结构粘度赋予剂的熔点优选为120℃以下,更优选为80℃以下,进一步优选为75℃以下。另外,结构粘度赋予剂的熔点优选超过25℃且在120℃以下,更优选为30℃以上且在80℃以下,进一步优选为40℃以上且在75℃以下。
将液态高分子和结构粘度赋予剂在室温下混合,加热至结构粘度赋予剂的熔点以上,冷却至室温,由此在液态高分子和结构粘度赋予剂的混合物中形成松散键合(内部结构)。松散键合是由结构粘度赋予剂的内聚力形成的,并且不会被重力破坏。因此,认为能够抑制贮存时导热性填料的沉降。而且,在使用时,由于对混合物施加一定以上的剪切,因此上述松散键合被破坏,粘度降低,涂布性、压缩性等作业性提高。
换言之,上述内部结构是结构粘度赋予剂通过内聚力而形成的结构,由此提高了低剪切区域的粘度。需要说明的是,此处,内聚力是指同种结构的化合物相互粘在一起而相互吸引的作用。另外,该松散键合是在从加热至熔点以上的状态冷却的过程中形成的。此外,松散键合因剪切应力而断裂。因此,所述松散键合在冷却后产生剪切应力时被破坏,另外,可以通过加热冷却处理再次形成。
另外,为了表现出上述功能,优选在将结构粘度赋予剂加热而制成液态时,在一定的时间内不与液态高分子分离。具体而言,优选为具备在后述的相容性试验中不发生两相分离的程度的亲和性的化合物。
本发明的导热性组合物,通过含有结构粘度赋予剂,容易调整为上述粘度或粘度比。
作为结构粘度赋予剂,可以没有特别限制地使用具有上述功能的结构粘度赋予剂。作为结构粘度赋予剂的具体例子,液态高分子为有机聚硅氧烷时,结构粘度赋予剂优选为在25℃下为固体的酯化合物(以下,也称为酯化合物X)、或在25℃下为固体的醇化合物。
酯化合物X的熔点优选超过25℃,更优选为30℃以上,进一步优选为40℃以上。另外,酯化合物X的熔点优选为120℃以下,更优选为80℃以下,进一步优选为75℃以下。
另外,酯化合物X的熔点优选超过25℃且在120℃以下,更优选为30℃以上且在80℃以下,进一步优选为40℃以上且在75℃以下。
结构化粘性赋予剂是具有这样的熔点的酯化合物X时,容易将粘度比(η1/η3)调整为上述所期望的范围,容易得到能够抑制贮存时导热性填料的沉降,且使用时的操作性优异的导热性组合物。
酯化合物X为具有酯基的化合物,可以为具有1个酯基的单酯,也可以为二酯等具有2个以上酯基的化合物,优选为单酯或二酯。
酯化合物X的碳数没有特别限制,只要酯化合物X在25℃下为固体即可,例如为20以上,优选为25以上,更优选为30以上,并且优选为150以下,更优选为100以下,进一步优选为50以下。
另外,酯化合物X的碳数例如优选为20~150,更优选为25~100,进一步优选为30~50。
酯化合物X优选为脂肪酸与醇的酯。
脂肪酸的碳数优选为2~30,更优选为10~24。需要说明的是,脂肪酸的碳数是指包含羧基的羰基碳的总碳数。
醇可以是具有1个羟基的醇,也可以是具有2个以上羟基的醇。醇的碳数优选为2~30,更优选为4~24。
作为酯化合物X,优选肉豆蔻酸鲸蜡酯、季戊四醇二硬脂酸酯、肉豆蔻酸肉豆蔻酯、硬脂酸肉豆蔻酯、山嵛酸山嵛酯、甘油单硬脂酯、乙二醇二硬脂酯等。酯化合物X可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
使用在25℃下为固体的醇化合物作为结构粘度赋予剂时,醇化合物的熔点优选超过25℃,更优选为30℃以上,进一步优选为40℃以上。另外,醇化合物的熔点优选为120℃以下,更优选为80℃以下,进一步优选为75℃以下。
另外,醇化合物的熔点优选超过25℃且在120℃以下,更优选为30℃以上且在80℃以下,进一步优选为40℃以上且在75℃以下。
结构化粘性赋予剂是具有这样的熔点的醇化合物时,容易将粘度比(η1/η3)调整为上述所期望的范围,容易得到可以抑制贮存时导热性填料的沉降,且使用时操作性优异的导热性组合物。
醇化合物为具有羟基的化合物,可以为具有1个羟基的一元醇,也可以为二醇等具有2个以上羟基的醇,优选为一元醇。
醇化合物的碳数,只要醇化合物在25℃下为固体就没有特别限制,例如为14以上,优选为16以上,更优选为18以上,并且优选为40以下,更优选为36以下,进一步优选为30以下。
另外,醇化合物的碳数例如优选为14~40,更优选为16~36,进一步优选为18~30。
作为醇化合物,优选肉豆蔻醇、鲸蜡醇、硬脂醇、十九烷醇、花生醇、二十一烷醇、山嵛醇、二十四烷醇、蜡醇、褐煤醇、肉豆蔻醇、1-三十二烷醇、薄荷醇等。醇化合物可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
关于结构粘度赋予剂,从贮存稳定性优异方面考虑,在上述酯化合物X和上述醇化合物中,优选酯化合物X。
导热性组合物中结构粘度赋予剂的含量,相对于液态高分子100质量份优选为0.5质量份以上,更优选为3质量份以上,进一步优选为6质量份以上,而且优选为25质量份以下,更优选为20质量份以下。
另外,导热性组合物中的结构粘度赋予剂的含量,相对于液态高分子100质量份优选为0.5~20质量份,更优选为3~20质量份,进一步优选为6~20质量份。
导热性组合物中结构粘度赋予剂的含量优选根据后述的相容剂的含量进行调整。具体而言,结构粘度赋予剂相对于液态高分子100质量份的含量优选为下述式(1)所示的X质量份以上。
X(质量份)=0.5+w×0.2…(式1)
式1中,w表示相对于液态高分子100质量份的相容剂的含量(质量份)。
通过如上所述调整结构粘度赋予剂的含量,容易将导热性组合物的粘度比(η1/η3)调整为上述所期望的范围,容易得到可以抑制贮存时导热性填料的沉降,且使用时操作性优异的导热性组合物。
<相容剂>
本发明的导热性组合物优选包含相容剂。通过包含相容剂,导热性组合物的粘度(特别是高剪切速度下的粘度η2)降低,涂布性/压缩性等提高,操作性变得良好。
作为相容剂,只要是在室温(25℃)下与液态高分子相容的化合物,就没有特别限制,优选为在25℃下为液体的酯化合物(以下也称为酯化合物Y)。
使用酯化合物Y使导热性组合物粘度降低的方法与大量使用二甲基硅油等增塑剂来降低粘度的方法不同,可以抑制因加热而产生的低分子硅氧烷的量。若产生低分子硅氧烷,则有时产生电气不良情况。另一方面,通常导热性组合物中含有酯化合物Y时,贮存时导热性填料更容易沉降,但通过如本发明那样调整粘度比(η1/η3),即使在含有酯化合物Y的情况下,也能够抑制导热性填料的沉降。
作为酯化合物Y,可以是具有1个酯基的单酯,也可以是二酯等具有2个以上酯基的化合物,从降低导热性组合物的粘度方面和保持耐热性方面考虑,优选为单酯。
酯化合物Y的碳数优选为12~28,特别优选碳数为12~28的单酯。酯化合物的碳数为12以上时,可以确保导热性组合物一定的耐热性。另外,酯化合物的碳数为28以下时,与有机聚硅氧烷等液态高分子的相容性提高,导热性组合物的粘度容易降低。从提高导热性组合物的耐热性方面、以及提高与液态高分子的相容性而降低导热性组合物的粘度方面考虑,酯化合物的碳数优选为13以上,更优选为17以上,并且优选为26以下,更优选为24以下,进一步优选为22以下。
另外,酯化合物的碳数优选为13~26,更优选为17~24,并且优选为17~22。
从降低导热性组合物的粘度方面和提高耐热性方面考虑,酯化合物优选为脂肪酸与醇的酯,优选为下述式(1)表示的化合物。
式(1)中,R1和R2为烷基,R1和R2中的至少之一为碳数为10以上的烷基。
式(1)中,R1和R2为烷基,R1和R2中的至少之一为碳数为10以上的烷基。本发明的酯化合物的碳数为12~28,因此,式(1)中的R1和R2的合计碳数为11~27。
式(1)中R1和R2分别为烷基,可以为直链状的烷基,也可以为支链状的烷基。
R1和R2中的至少之一为碳数为10以上的烷基,优选R1和R2中仅有一方为碳数为10以上的烷基。由此,酯基的极性的影响变小,容易与有机聚硅氧烷等液态高分子相容。另外,从提高酯化合物与液态高分子的相容性方面考虑,优选R1和R2均优选为碳数为18以下的烷基。
R1优选为碳数为10以上的烷基,更优选为碳数为11以上的烷基,并且优选为碳数为15以下的烷基。
R2优选为碳数为2以上的烷基,更优选为碳数为3以上的烷基,并且优选为碳数为16以下的烷基,更优选为碳数为12以下的烷基,进一步优选为碳数为8以下的烷基。
另外,R1优选为碳数为10~15的烷基,更优选为碳数为11~15以上的烷基。R2优选为碳数为2~16的烷基,更优选为碳数为3~12的烷基,进一步优选为碳数为3~8的烷基。
R1和R2为这样的碳数的烷基时,容易降低导热性组合物的粘度,并且提高耐热性。
作为酯化合物Y,优选月桂酸辛酯、月桂酸1-甲基庚酯、肉豆蔻酸异丙酯、肉豆蔻酸1-甲基庚酯、棕榈酸异丙酯等,更优选月桂酸1-甲基庚酯。
在导热性组合物中含有相容剂的情况下,从抑制贮存时的导热性填料的沉降方面考虑,相容剂相对于液态高分子100质量份的含量优选为80质量份以下,优选为50质量份以下,更优选为40质量份以下,并且从提高操作性方面考虑,优选为5质量份以上,更优选为10质量份以上。
另外,相容剂相对于液态高分子100质量份的含量优选为5~80质量份,更优选为10~50质量份,进一步优选为10~40质量份。
另外,相容剂的含量优选为结构粘度赋予剂的含量的1.5倍以上,更优选为1.8倍以上,进一步优选为2倍以上,另外,相容剂的含量优选为结构粘度赋予剂的含量的20倍以下,更优选为12倍以下,进一步优选为5倍以下。
而且,从将粘度比(η1/η3)如上所述调整为一定范围方面、以及使粘度η2降低方面等考虑,相容剂的含量优选为结构粘度赋予剂的含量的1.5倍以上且20倍以下,更优选为1.8倍以上且12倍以下,进一步优选为2倍以上且5倍以下。
<导热性填料>
本发明的导热性组合物含有导热性填料。通过含有导热性填料,导热性组合物和由该导热性组合物得到的导热性部件的导热性提高。
作为导热性填料,例如可以列举金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氢氧化物、碳材料、金属以外的氧化物、氮化物、碳化物等。另外,对于导热性填料的形状,可以列举球形、不规则形状的粉末等。
在导热性填料中,作为金属,可以例示铝、铜、镍等,作为金属氧化物,可以例示以氧化铝为代表的氧化铝、氧化镁、氧化锌等,作为金属氮化物,可以例示氮化铝等。作为金属氢氧化物,可举出氢氧化铝。而且,作为碳材料,可以列举球状石墨、金刚石等。作为金属以外的氧化物、氮化物、碳化物,可以列举石英、氮化硼、碳化硅等。其中,作为导热性填料,优选氧化铝、氢氧化铝,优选同时使用氧化铝和氢氧化铝。
导热性填料的平均粒径优选为0.1~200μm,更优选为0.3~100μm,进一步优选为0.5~70μm。
导热性填料优选同时使用平均粒径为0.1μm以上且5μm以下的小粒径导热性填料和平均粒径超过5μm且在200μm以下的大粒径导热性填料。通过使用平均粒径不同的导热性填料,可以提高填充率。
需要说明的是,导热性填料的平均粒径可以通过电子显微镜等进行观察来测定。更具体而言,例如可以使用电子显微镜或光学显微镜,测定任意50个导热性填料的粒径,将其平均值(算术平均值)作为平均粒径。
相对于液态高分子100质量份,导热性填料的含量优选为150~3000质量份,更优选为300~2000质量份,进一步优选为600~1600质量份。
通过将导热性填料的含量设定为上述下限值以上,可以对导热性组合物及导热性部件赋予一定的导热性。通过将导热性填料的含量设定为上述上限值以下,可以适当地分散导热性填料。并且,还能够防止导热性组合物的粘度超过所需水平。
<硅化合物>
本发明的导热性组合物可以包含选自烷氧基硅烷化合物和烷氧基硅氧烷化合物中的至少一种硅化合物。通过含有这样的硅化合物,导热性组合物的粘度容易降低。
作为烷氧基硅烷化合物,可以列举例如甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、二正丙基二甲氧基硅烷、二正丙基二乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、甲基环己基二甲氧基硅烷、甲基环己基二乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧硅烷等。其中,从降低导热性组合物的粘度方面考虑,优选正癸基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷,更优选正癸基三甲氧基硅烷。
作为烷氧基硅氧烷化合物,可以列举例如甲基甲氧基硅氧烷低聚物、甲基苯基甲氧基硅氧烷低聚物、甲基环氧基甲氧基硅氧烷低聚物、甲基巯基甲氧基硅氧烷低聚物及甲基丙烯酰基甲氧基硅氧烷低聚物等。
硅化合物可以使用一种或两种以上。
在导热性组合物中使用硅化合物的情况下,相对于液态高分子100质量份,硅化合物的含量优选为0.1质量份以上,更优选为0.5质量份以上,而且优选为5质量份以下,更优选为3质量份以下,进一步优选为2质量份以下。另外,在导热性组合物中使用硅化合物的情况下,硅化合物的含量相对于液态高分子100质量份优选为0.1~5质量份,更优选为0.5~3质量份,并且进一步优选为0.5~2质量份。若硅化合物的含量为这些下限值以上,则导热性组合物的粘度容易降低。另一方面,若硅化合物的含量为这些上限值以下,则能够抑制导热性组合物的耐热性的降低。
<硅油>
从降低粘度方面考虑,本发明的导热性组合物可以含有硅油。作为硅油,可以列举二甲基硅油、苯基甲基硅油等普通硅油。
需要说明的是,如果大量配合低粘度的硅油,则容易产生低分子硅氧烷,因此硅油的配合量相对于液态高分子100质量份优选为5质量份以下,更优选为2质量份以下,进一步优选为0质量份。此处,低粘度的硅油是指例如25℃下的粘度为50cs以下的硅油、25℃下的粘度为30cs以下的硅油、或25℃下的粘度为20cs以下的硅油。
特别优选不含有25℃下的粘度为20cs以下的硅油。由此,容易抑制低分子硅氧烷的产生。需要说明的是,硅油的粘度是使用アントンパール公司制造的流变仪MCR-302e,利用珀耳帖板将样品的温度调整为25℃,使用及1°角度的锥板,在剪切速度10(1/sec)的条件下进行测定。
在本发明的导热性组合物中可以含有各种添加剂。作为添加剂,例如可以列举催化剂、阻燃剂、抗氧化剂、着色剂等。
(导热性组合物的制造方法)
本发明的导热性组合物的制造方法具备制备含有液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物的工序、加热上述混合物的工序、以及冷却上述混合物的工序。冷却所述混合物的工序是通过将混合物冷却,从而将利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的上述混合物的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的上述混合物的粘度η3的粘度比(η1/η3)调整为超过10的工序。即,本发明的导热性组合物的制造方法依次具备将液态高分子、导热性填料、结构粘度赋予剂和根据需要配合的添加剂进行混合而制备混合物的工序、对上述混合物进行加热的工序和对上述混合物进行冷却的工序。通过经历这样的工序,可得到如上述那样调整了粘度比(η1/η3)的本发明的导热性组合物。
另外,对于后述的导热性组合物的提供形态的制造方法,可以在上述导热性组合物的制造方法中,在制备含有液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物的工序之后,设置将混合物填充到容器中的工序。上述加热混合物的工序和冷却混合物的工序优选在将混合物填充到容器中之后进行。
制备混合物的工序可以适当采用公知的混合方法,例如可以使用公知的捏合机、混炼辊、混合机等进行混合。
对于加热混合物的工序中的加热温度,只要为结构粘度赋予剂熔解的温度以上即可,例如为结构粘度赋予剂的熔点以上的温度,为熔点+10℃~熔点+50℃。另外,上述加热温度的上限没有特别限制,从抑制结构粘度赋予剂的热劣化方面考虑,例如优选为200℃以下,另外,在含有挥发成分的情况下,优选在可能的范围内设定为较低的温度,例如优选为100℃以下,特别优选为80℃以下。加热时间没有特别限制,根据混合物的容量设定为整体被加热的时间。例如为5~1000分钟,优选为10~500分钟。加热时间为这些下限值以上时,容易充分加热至混合物的内部。加热时间为这些上限值以下时,在混合物包含挥发性物质的情况下,能够抑制该挥发性物质的一部分挥发。
在冷却混合物的工序中,将上述加热后的混合物冷却至室温(25℃)。冷却方法没有特别限制,可以是使用冷却器进行冷却的方法,也可以是自然冷却的方法。
需要说明的是,通过混合相容剂可以降低结构粘度赋予剂熔解的温度。因此,在想要降低加热温度的情况下,优选混合相容剂。
(双液固化型导热性材料)
在本发明中,从贮存稳定性等方面考虑,优选使用导热性组合物制成双液固化型导热性材料。
具体而言,如上所述,优选由第1剂和第2剂构成的双液固化型导热性材料,所述第1剂由包含含有烯基的有机聚硅氧烷、导热性填料和结构粘度赋予剂且粘度比(η1/η3)超过10的导热性组合物构成,所述第2剂由包含氢有机聚硅氧烷、导热性填料和结构粘度赋予剂且粘度比(η1/η3)超过10的导热性组合物构成。
第1剂与第2剂的质量比(第2剂/第1剂)优选为1或接近1的值,具体而言,优选为0.9~1.1,更优选为0.95~1.05。这样,通过使第1剂与第2剂的质量比为1或接近1的值,第1剂与第2剂的混合物的制备变得容易。
加成反应催化剂优选在第1剂中含有,而在第2剂中不含。由此,第1剂和第2剂在混合前贮存稳定性优异,在混合后促进反应,可以迅速固化,能够使通过固化而得到的导热性部件的各种物性良好。其主要原因尚不确定,但推测是因为铂催化剂等加成反应催化剂形成与作为含有烯基的有机聚硅氧烷的加成反应部位的烯基配位的状态,容易进行固化。
另外,第2剂优选包含含有烯基的有机聚硅氧烷。通过使第2剂除了作为固化剂的氢有机聚硅氧烷以外包含含有烯基的有机聚硅氧烷,容易将制作两者的混合物时第2剂相对于第1剂的质量比和粘度比调整为1或接近1的值。另一方面,第1剂中可以不含作为固化剂的氢有机聚硅氧烷。
上述第1剂和第2剂优选分开贮存在注射器、管、桶、圆桶等容器中。具体而言,优选以导入有第1剂的第1注射器和导入有第2剂的第2注射器的形式贮存。在这种情况下,可以使第1注射器和第2注射器并列,制成双液并列型的注射器。需要说明的是,在使用管的情况下,第1剂及第2剂优选以导入有第1剂的第1管、及导入有第2剂的第2管的形式贮存。在该情况下,也可以使第1管以及第2管并列而设为双液并列型的管。进而,在使用桶、圆桶的情况下,第1剂和第2剂优选以导入有第1剂的第1桶或圆桶、以及导入有第2剂的第2桶或圆桶的形式贮存。
如上所述,本发明的导热性组合物经过制备混合物的工序、加热混合物的工序和冷却上述混合物的工序而制备。因此,例如,制备包含含有烯基的有机聚硅氧烷、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物,将该混合物导入第1注射器,经过加热工序和冷却工序,得到导入了第1剂的第1注射器。同样地,制备含有氢有机聚硅氧烷、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物,将该混合物导入第2注射器,经过加热工序和冷却工序,得到导入了第2剂的第2注射器。
导入第1注射器和第2注射器的第1剂和第2剂分别抑制了导热性填料的沉降,贮存状态优异。使用时,分别从第1注射器和第2注射器排出第1剂和第2剂,利用静态混合器等进行混合,使其固化,由此可以形成导热性部件。在排出第1剂以及第2剂时,由于产生一定的剪切力,因此第1剂以及第2剂的粘度降低,可以容易地排出。进而,通过排出而形成的涂布物容易压缩,作业性也优异。例如,向发热体与散热体之间排出第1剂及第2剂的混合物,形成一定厚度的涂布物后,以较小的载荷将该涂布物拉伸得较薄的作业等变得容易。
[提供形态]
在本发明中,还能够提供将上述导热性组合物填充于容器中的导热性组合物的提供形态。另外,在本发明中,还可以提供由填充有上述第1剂的第1容器和填充有上述第2剂的第2容器构成的双液固化型导热性材料的提供形态。作为容器,例如,如上所述,可举出注射器、管、桶、圆桶等。根据该提供形态,在容器内贮存导热性组合物时,可以抑制导热性组合物中所含的导热性填料的沉降,且通过排出等从该提供形态取出导热性组合物时的作业性也优异。
[导热性部件]
本发明还可以提供一种导热性部件,其包含高分子基体、导热性填料和熔点大于25℃的结构粘度赋予剂。导热性部件为上述导热性组合物的固化物或上述双液固化型导热性材料的固化物。
作为高分子基体,可以列举硅橡胶、聚氨酯树脂等,其中优选硅橡胶。
导热性填料的种类如上所述。
优选结构粘度赋予剂为熔点超过25℃且在120℃以下的酯化合物X,关于酯化合物X,如上所述。导热性填料相对于高分子基质的量与上述导热性填料相对于液态高分子的量相同,结构粘度赋予剂相对于高分子基质的量与上述结构粘度赋予剂相对于液态高分子的量相同。
导热性部件由上述的导热性组合物或双液固化型导热性材料得到。若导热性组合物中所含的液态高分子是具有反应性基团的反应型化合物,则通过使导热性组合物固化而得到导热性部件。在双液固化型导热性材料的情况下,如上所述,通过将第1剂和第2剂混合并使其固化而得到导热性部件。
对于本发明的导热性部件,通过使用结构粘度赋予剂,作为原料的导热性组合物的操作性优异,因此形成导热性部件时操作性变得良好。另外,对于作为原料的导热性组合物而言,贮存时导热性填料的沉降得到抑制,组成变得均匀。因此,所形成的导热性部件的组成也就均匀,物性的偏差变少。
导热性部件的导热率优选为1.0W/m·K以上,更优选为1.5W/m·K以上,进一步优选为2.0W/m·K以上。通过设定为在这些下限值以上,导热性变得良好。因此,例如在用作电池单元模块的间隙材料的情况下,能够将由电池单元产生的热经由间隙材料有效地传递至模块壳体,可以抑制电池单元的温度过度上升。导热性部件的导热率越高越好,但在实用上例如为15W/m·K以下。需要说明的是,导热率按照ASTM D5470进行测定。
[电池模块]
本发明的导热性部件的用途没有特别限制,可以如下所述用作电池模块中的间隙材料。
本发明的电池模块具备由导热性部件构成的间隙材料、多个电池单元、以及收纳所述多个电池单元的模块壳体,所述间隙材料配置于模块壳体的内部。
由导热性部件构成的间隙材料填充于电池单元相互之间、及电池单元与模块壳体之间,所填充的间隙材料与电池单元及模块壳体密合。由此,电池单元之间的间隙材料具有保持电池单元相互间的分离状态的功能。另外,电池单元与模块壳体之间的间隙材料与电池单元和模块壳体这两者密合,具有将电池单元中产生的热传递至模块壳体的功能。
图1显示了电池模块的具体结构。图2显示了各电池单元的具体结构。如图1所示,在电池模块10的内部配置有多个电池单元11。各电池单元11是通过层压并封入挠性的外装膜内而形成的,整体的形状是与高度、宽度相比厚度薄的扁平体。如图2所示,这样的电池单元11的正极11a和负极11b呈现在外部,所形成的扁平表面的中央部位11c比压接的端部11d厚。
如图1所示,各电池单元11以其扁平表面彼此相对的方式配置。在图1的结构中,间隙材料13没有以覆盖收纳于模块壳体12内部的多个电池单元11的整体的方式填充。间隙材料13以填满存在于模块壳体12的内部的一部分(底侧部分)的间隙的方式填充。间隙材料13填充于电池单元11相互之间以及电池单元11与模块壳体12之间,与该部分的电池单元11的表面以及模块壳体12的内表面密合。
填充于电池单元11彼此之间的间隙材料13粘接于两电池单元11的表面,间隙材料13本身具有适度的弹性和柔软性,即使施加使电池单元11之间的间隔发生位移的外力,也能够缓和外力引起的应变变形。因此,间隙材料13具有保持电池单元11相互间的间隔状态的功能。
填充于电池单元11与模块壳体12的内表面之间的间隙的间隙材料13也紧密地粘接于电池单元11的表面和模块壳体12的内表面。其结果是电池单元11的内部所产生的热经由粘接于电池单元11的表面的间隙材料13,传递至与该间隙材料13的另一面密合的模块壳体12的内表面。
对于在电池模块10内的间隙材料13形成,可以通过使用一般的分配器涂布液态的导热性组合物或双液固化型导热性材料后,使涂布物固化来进行。在双液固化型导热性材料的情况下,例如,可以将上述第1注射器和第2注射器(或第1管和第2管)设置在分配器中,利用分配器进行涂布。
双液固化型导热性材料容易贮存,并且如果在即将使用前进行混合,则利用分配器进行涂布操作时不易固化,涂布后能够迅速固化。另外,从能够填充至电池模块10的壳体12内更深处的方面考虑,也优选利用分配器进行涂布。
对于覆盖电池单元11的间隙材料13,优选在电池单元11的一侧覆盖各电池单元11的20~100%,更优选覆盖20~40%。通过设定为20%以上,可以稳定地保持电池单元11。另外,通过充分覆盖发热量大的电池单元,散热效率变得良好。另一方面,通过设定为100%以下,可以高效地散发从电池单元11产生的热。另外,通过设定为40%以下,还能够防止重量增大、作业性恶化等。另外,为了使散热效率良好,优选用间隙材料13覆盖电池单元11上电极11a、11b所在的一侧,更优选用间隙材料13覆盖整个电极11a、11b。
如上所述,电池模块10能够将电池单元11产生的热经由间隙材料13释放到模块壳体12。
间隙材料13也优选用于内部具备多个电池模块10的电池组。电池组通常包括多个电池模块10和容纳多个电池模块10的电池组壳体。在该电池组中,可以在电池模块10与电池组壳体之间设置间隙材料13。由此,可以将如上所述释放到模块壳体12的热进一步释放到电池组的壳体,可以进行有效的散热。
另外,由于间隙材料13是使用本发明的导热性部件,因此形成间隙材料13时的操作性优异。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更详细的说明,但本发明不受这些例子的任何限制。
[粘度]
对于实施例1~33和比较例1~4,如下测定作为导热性组合物的第1剂和第2剂的粘度。
将第1剂和第2剂分别作为样品,利用流变仪测定各种剪切速度下的粘度。使用アントンパール公司制造的流变仪MCR-302e,用珀耳帖板将样品的温度调整至各结构粘度赋予剂的熔点以上即85℃,经过5分钟后,冷却至25℃,放置10分钟。然后,使用的平行板,一边连续地改变剪切速度一边进行粘度测定。然后,求出剪切速度0.00252(1/s)、0.0054(1/s)、0.0117(1/s)、0.0252(1/s)、0.05432(1/s)、0.117(1/s)、0.252(1/s)、0.543(1/s)、1.17(1/s)、2.52(1/s)、5.43(1/s)、11.7(1/s)的条件下的各粘度、粘度比(η1/η3)及粘度比(η1/η2)。
[粘度2]
对于比较例5~9,如下测定作为导热性组合物的第1剂和第2剂的粘度。将第1剂和第2剂分别作为样品,利用流变仪测定各种剪切速度下的粘度。使用アントンパール公司制造的流变仪MCR-302e,用珀耳帖板将样品的温度设定为25℃,放置10分钟。然后,使用的平行板,一边连续地改变剪切速度一边进行粘度测定。然后,求出剪切速度0.00252(1/s)、0.0054(1/s)、0.0117(1/s)、0.0252(1/s)、0.05432(1/s)、0.117(1/s)、0.252(1/s)、0.543(1/s)、1.17(1/s)、2.52(1/s)、5.43(1/s)、11.7(1/s)的条件下的各粘度、粘度比(η1/η3)及粘度比(η1/η2)。
[沉降抑制评价]
对实施例1~33、比较例1~4的沉降抑制评价如下进行。
对于第1剂和第2剂,分别如下进行沉降抑制评价。
在15cc的透明容器(直径24mm的圆柱形状)中放入各试样10cc,分别在结构粘度赋予剂的熔点+10℃下加热30分钟。接着,确认在25℃气氛下自然冷却至试样的温度变成25℃后再放置30天后的试样的状态。
(评价标准)
5外观没有变化。
4液态成分稍微渗出至表面的边缘。
3液态成分稍微渗出至表面,但即使倾斜,液态成分也不流动。
2液态成分稍微渗出至表面,若倾斜则液态成分流动。
1从侧面观察,液态成分分离。
[沉降抑制评价2]
对比较例5~9的沉降抑制评价如下进行。
对于第1剂和第2剂,分别如下进行沉降抑制评价。
在15cc的透明容器(直径24mm的圆柱形状)中放入各试样10cc。接着,确认在25℃气氛下放置30天后的试样的状态。
(评价标准)
5外观没有变化。
4液态成分稍微渗出至表面的边缘。
3液态成分稍微渗出至表面,但即使倾斜,液态成分也不流动。
2液态成分稍微渗出至表面,若倾斜则液态成分流动。
1从侧面观察,液态成分分离。
[压缩性评价(压缩性)]
对实施例1~33、比较例1~4的压缩性评价如下进行。
将表中记载的第1剂的原料和第2剂的原料分别各16.4cc导入作为双液并列型的25cc注射器的第1注射器和第2注射器中。接着,将第1剂和第2剂加热至各结构粘度赋予剂的熔点+10℃并经过15分钟后,冷却至25℃并放置10分钟。
然后,使用静态混合器向铝板上排出2.5cc的样品(第1剂与第2剂的混合物(质量比1:1))。接着,利用40mmΦ的压头(压缩试验用夹具)以压缩速度60mm/min对排出物进行压缩,读取夹具间的间隙被压缩至0.665mm时的载荷值,将其作为压缩载荷。进行压缩试验时的温度设定为25℃。基于压缩载荷的值,按照以下的标准评价压缩性。
(评价标准)
5小于100N
4 100N以上且小于175N
3 175N以上且小于250N
2 250N以上且小于350N
1 350N或更高
[压缩性评价2(压缩性2)]
对比较例5~9的压缩性评价如下进行。
将表中记载的第1剂的原料和第2剂的原料分别各16.4cc导入作为双液并列型的25cc注射器的第1注射器和第2注射器中,在25℃下放置10分钟。
然后,使用静态混合器向铝板上排出2.5cc的样品(第1剂与第2剂的混合物(质量比1:1))。接着,利用40mmΦ的压头(压缩试验用夹具)以压缩速度60mm/min对排出物进行压缩,读取夹具间的间隙被压缩至0.665mm时的载荷值,将其作为压缩载荷。进行压缩试验时的温度设定为25℃。基于压缩载荷的值,按照以下的标准评价压缩性。
(评价标准)
5小于100N
4 100N以上且小于175N
3 175N以上且小于250N
2 250N以上且小于350N
1 350N或更高
[综合评价]
对于各实施例和比较例,将沉降抑制评价和压缩性的评价的平均值作为综合评价。
具体而言,基于下式算出综合评价的值。
综合评价=(第1剂的沉降抑制评价+第2剂的沉降抑制评价+压缩性评价×2)/4
[相容性试验]
对于各结构粘度赋予剂,进行与作为液态高分子的有机聚硅氧烷的相容性评价。具体而言,作为试验1,将实施例中使用的有机硅A剂10g和结构粘度赋予剂2g放入聚丙烯制容器中,在80℃的恒温槽内放置15分钟。然后,在刚从恒温槽内取出后(10秒以内)搅拌混合物,一边在25℃的环境下自然冷却,一边观察从上述恒温槽取出1分钟后的状态。
接着,对于实施例中使用的有机硅A剂5g、相容剂4g和结构粘度赋予剂1g,进行同样的试验2。
A:在试验1和试验2中混合物为透明的状态。
B:试验1中混合物发生白浊,但试验2中为透明。
C:在试验1和试验2中混合物发生了白浊。
D:在试验1和试验2中发生了两相分离。
在各实施例和比较例中,使用以下各成分。
<液态高分子>
有机硅A剂··包含含有烯基的有机聚硅氧烷和微量的加成反应催化剂(铂催化剂)。25℃下的粘度为400cs。
有机硅B剂··包含含有烯基的有机聚硅氧烷和氢有机聚硅氧烷。25℃下的粘度300cs。
<结构粘度赋予剂(在25℃下为固体的酯化合物X)>
酯化合物X的熔点测定如下进行:在铝池中称量20mg后,使用岛津制作所的DSC-60,在氮气流通下以10℃/min的升温速度从25℃升温至90℃。
·肉豆蔻酸鲸蜡酯熔点56℃、碳数30、相容性试验结果B
·季戊四醇二硬脂酸酯熔点55℃、碳数41、相容性试验结果C
·肉豆蔻酸肉豆蔻酯熔点46℃、碳数28、相容性试验结果A
·硬脂酸肉豆蔻酯熔点57℃、碳数32、相容性试验结果B
·山嵛酸山嵛酯熔点75℃、碳数44、相容性试验结果C
·甘油单硬脂酸酯熔点50℃、碳数21、相容性试验结果C
·乙二醇二硬脂酸酯熔点60℃、碳数38、相容性试验结果B
<结构粘度赋予剂(在25℃下为固体的醇化合物,其他)>
关于化合物的熔点测定,利用与酯化合物X相同的方法进行。
·山嵛醇熔点67℃、碳数22、相容性试验结果B
·聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇共聚物(PEG-PPG-PEG共聚物)熔点56℃、相容性试验结果D
<导热性填料>
·氧化铝球状、平均粒径12μm
·氧化铝球状、平均粒径45μm
·氢氧化铝不规则形状、平均粒径1μm
·氢氧化铝不规则形状、平均粒径10μm
·氢氧化铝不规则形状、平均粒径90μm
<相容剂(在25℃下为液体的酯化合物Y)>
酯化合物Y··月桂酸1-甲基庚酯熔点-10℃以下
<硅化合物>
正癸基三甲氧基硅烷
<触变剂>
气相二氧化硅……平均粒径10nm
[实施例1~33、比较例1~9]
按照表1~9所示的配方制备第1剂和第2剂,进行上述粘度、沉降抑制评价和压缩性评价。将结果示于表1~9中。另外,如上所述,关于比较例5~9,作为粘度的评价实施了“粘度2”,作为沉降抑制评价实施了“沉降抑制评价2”,作为压缩性评价实施了“压缩性评价2”。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
由各实施例的结果可知,满足粘度比(η1/η3)超过10的本发明的导热性组合物(第1剂和第2剂)容易抑制贮存时导热性填料的沉降,且压缩性良好,因此操作性也优异。
另外,作为相容剂使用的化合物为酯化合物,因此与使用硅油等降低粘度的方法相比,可以抑制低分子硅氧烷的产生。
另一方面,比较例1是不使用结构化粘性赋予剂而使用气相二氧化硅的例子,粘度比(η1/η3)较小,为3.8~3.9,基于沉降抑制评价和压缩性评价的综合评价的结果比任一实施例都差。
比较例2~4是使用PEG-PPG-PEG共聚物作为结构粘度赋予剂的例子,PEG-PPG-PEG共聚物与有机聚硅氧烷的相容性差,粘度比(η1/η3)小至7.3~9.9,沉降抑制评价和综合评价的结果为差。
比较例5~9是不经过加热工序和冷却工序而制备的包含实施例中使用的结构粘度赋予剂的导热性组合物(第1剂和第2剂)的例子,粘度比(η1/η3)小至3.4~8.8,综合评价的结果为差。
符号说明
10 电池模块
11 电池单元
12电池模块的壳体(模块壳体)
13间隙材料

Claims (21)

1.一种导热性组合物,其包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂,且利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的粘度η3的粘度比(η1/η3)超过10。
2.根据权利要求1所述的导热性组合物,所述液态高分子为有机聚硅氧烷。
3.根据权利要求1或2所述的导热性组合物,所述液态高分子为加成反应固化型有机硅。
4.根据权利要求1所述的导热性组合物,所述液态高分子为含有烯基的有机聚硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的导热性组合物,所述液态高分子为氢有机聚硅氧烷。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的导热性组合物,所述结构粘度赋予剂是在25℃下为固体的酯化合物。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的导热性组合物,所述结构粘度赋予剂是熔点超过25℃且在120℃以下的酯化合物。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的导热性组合物,相对于所述液态高分子100质量份,所述结构粘度赋予剂的含量为0.5~20质量份。
9.根据权利要求1~7中任一项所述的导热性组合物,其中还包含相容剂。
10.根据权利要求9所述的导热性组合物,所述相容剂是在25℃下为液体的酯化合物。
11.根据权利要求10所述的导热性组合物,所述在25℃下为液体的酯化合物是碳原子数为12~28的单酯。
12.根据权利要求9~11中任一项所述的导热性组合物,相对于所述液态高分子100质量份,所述相容剂的含量为50质量份以下。
13.根据权利要求9~12中任一项所述的导热性组合物,所述相容剂的含量为结构粘度赋予剂的含量的2倍以上且5倍以下。
14.根据权利要求9~13中任一项所述的导热性组合物,相对于所述液态高分子100质量份,所述结构粘度赋予剂的含量为下述式(1)表示的X质量份以上,
X(质量份)=0.5+w×0.2…(式1)
式1中,w表示相对于液态高分子100质量份的相容剂的含量(质量份)。
15.一种双液固化型导热性材料,其由第1剂和第2剂构成,所述第1剂由权利要求4所述的导热性组合物组成,所述第2剂由权利要求5所述的导热性组合物组成。
16.一种导热性组合物的提供形态,其中将权利要求1~14中任一项所述的导热性组合物填充于容器中。
17.一种双液固化型导热性材料的提供形态,其由第1容器和第2容器构成,所述第1容器中填充了由权利要求4所述的导热性组合物组成的第1剂,所述第2容器中填充了由权利要求5所述的导热性组合物组成的第2剂。
18.一种导热性部件,其为权利要求1~14中任一项所述的导热性组合物的固化物或权利要求15所述的双液固化型导热性材料的固化物。
19.一种电池模块,其具备由权利要求18所述的导热性部件组成的间隙材料、多个电池单元和收纳所述多个电池单元的模块壳体,所述间隙材料配置于模块壳体的内部。
20.一种导热性组合物的制造方法,其特征在于,实施
制备包含液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物的工序;
对所述混合物进行加热的工序;
通过冷却所述混合物,从而将利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η3的粘度比(η1/η3)调节为超过10的工序。
21.一种导热性组合物的提供形态的制造方法,其特征在于,实施
制备含有液态高分子、导热性填料和结构粘度赋予剂的混合物的工序;
将所述混合物填充到容器中的工序;
对所述混合物进行加热的工序;
通过冷却所述混合物,从而将利用流变仪在测定温度25℃、剪切速度0.00252(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η1与在测定温度25℃、剪切速度0.05432(1/s)的条件下测定的所述混合物的粘度η3的粘度比(η1/η3)调节为超过10的工序。
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