KR20190080094A - 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈 - Google Patents

배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈 Download PDF

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Abstract

실시예는 열전도도 및 유연성이 높은 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 상기 방열 계면 플레이트는 가벼우면서도 방열 효과가 뛰어나며, 이로 인해, 이를 포함하는 배터리 셀 모듈은 배터리 셀의 안정성이 우수하다.

Description

배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈{RADIANT HEAT PLATE FOR BATTERY CELL MODULE AND BATTERY CELL MODULE COMPRISING THE SAME}
실시예는 열전도도 및 유연성이 높은 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 상기 방열 계면 플레이트는 가벼우면서도 방열 효과가 뛰어나며, 이로 인해, 이를 포함하는 배터리 셀 모듈은 배터리 효율이 우수하다.
전기자동차용 배터리는 고출력, 고속 및 반복 충전 등으로 인하여 발생하는 열로 인해 국부적인 온도 차이나 고열이 발생하게 되고, 이에 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열 방출 및 확산 능력이 부족하여 초래된다.
상기 문제를 해결하기 위해, 전기자동차용 배터리에 열을 방출해주는 히트 싱크와 같은 부품을 장착하고 있다. 방열 부품의 소재로서 종래에는 알루미늄이 많이 사용되어 왔으나, 최근 열확산 특성이 우수한 그라파이트를 이용하여 알루미늄을 대체하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 그라파이트의 경우 소재 특성상 성형이 용이하지 않은 단점이 있다.
한편, 리튬이온 배터리는 셀의 작동전압이 3.6V 이상으로, 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개의 셀을 직렬로 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차(HEV)나 순수 전기자동차(EV) 등과 같은 친환경 자동차의 동력원으로 주목받고 있다. 이러한 리튬이온 배터리는 다양한 형태로 제조하는 것이 가능하며, 최근 널리 사용되고 있는 파우치형(pouched type) 배터리 셀의 경우, 케이스 자체가 유연성을 가지므로 그 형상이 비교적 자유로운 특징을 갖는다.
이와 같은 파우치형 배터리 셀은 배터리 셀 내 전극판의 팽창으로 인한 세퍼레이터의 손상이 내부 저항의 발생과 함께 전압의 증가 및 최종 배터리 용량의 감소 등을 초래하므로, 배터리의 부피 팽창에 대응하기 위한 방열용 계면 플레이트(배터리의 셀과 셀 사이에 위치되는 부재)가 필요하다. 상기 방열용 계면 플레이트는 배터리 셀의 부피 변화에 대응할 수 있는 소재의 탄성 및 방열 성능 모두가 우수해야 한다.
종래 방열용 계면 플레이트는 알루미늄과 같은 금속 부재를 포함하여 우수한 방열 효율을 가졌다(대한민국 공개특허 제2013-0091506호 참조).
대한민국 공개특허 제2013-0091506호
그러나, 종래 방열용 계면 플레이트는 알루미늄과 같은 금속 부재를 포함하므로 단소박형화되는 최근 추세에 부합하지 않으며, 열전도 이방성과 낮은 열전도로 인해 파우치 타입의 배터리에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 실시예는 그라파이트 시트를 포함하여 금속 소재 대비 가볍고 열전도도 및 유연성이 우수한 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트, 및 이를 포함하는 배터리 셀 모듈을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 일실시예는,
열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고,
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,
상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트를 제공한다.
다른 실시예에 따르면,
복수 개의 배터리 셀; 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트; 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크를 포함하고,
상기 방열 계면 플레이트가 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고, 상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며, 상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는, 배터리 셀 모듈을 제공한다.
실시예에 따른 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트는 그라파이트 시트 및 고분자 수지를 포함하여 금속 소재보다 가볍고 열전도도 및 유연성이 우수하다. 또한, 상기 방열 계면 플레이트를 포함하는 배터리 셀 모듈은 방열 효율이 우수하여 배터리 효율이 향상되고 지속적인 온도 관리가 가능한 장점이 있다.
도 1은 일실시예의 그라파이트 시트의 표면의 개략도이다.
도 2는 일실시예에 따른 그라파이트 시트의 표면 사진이다.
도 3은 일실시예에 따른 그라파이트 시트의 표면을 원자간력 현미경(AFM)으로 관찰한 사진이다.
도 4 및 5는 일실시예에 따른 배터리 셀 모듈의 모식도이다.
도 6 및 7은 일실시예에 따른 배터리 셀 모듈의 단면도이다.
실시예의 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트는
열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고,
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,
상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다.
열전도층
상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함할 경우, 금속 소재를 포함하는 방열 계면 플레이트보다 가볍고 방열 효과가 우수하며, 유연성이 우수하여 가공성이 우수한 방열 계면 플레이트를 제공할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 흑연 외층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 내층 및 상기 내층의 단면 또는 양면을 덮는 흑연 외층을 포함할 수 있다.
상기 그라파이트 시트의 표면 구조는, 내층을 이루는 섬유의 표면과 동일할 수 있다. 상기 섬유는 직물 기재로서, 이를 이용해 제조된 상기 그라파이트 시트의 표면 구조가 전술한 구조를 갖게 하는 직조 구조의 기재일 수 있다.
상기 내층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 섬유 다발은 복수의 흑연 섬유 사이에 형성된 공극을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 내층은 흑연 섬유 또는 흑연 섬유 다발로 이루어진, 위사와 경사가 직조된 직물 형태를 포함할 수 있다.
상기 내층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 흑연화된 섬유를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 탄화 및 흑연화된 섬유일 수 있다.
상기 천연 섬유는 셀룰로오스 섬유, 단백질 섬유 및 광물성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유는, 예를 들어, (i) 면 또는 케이폭 등과 같은 종자섬유, (ii) 아마, 저마, 대마, 또는 황마 등과 같은 줄기섬유, (iii) 야자섬유와 같은 과실섬유, 및 (iv) 마닐라마, 아바카 또는 사이잘마와 같은 잎섬유를 들 수 있다. 또한, 상기 단백질 섬유는, 예를 들어, (i) 양모 섬유, (ii) 견 섬유 및 (iii) 헤어 섬유를 들 수 있다. 상기 광물성 섬유는, 예를 들어, (i) 글라스울 및 미네라울과 같은 인조광물섬유, 및 (ii) 유리, 암석, 기타 광물질이 고온에서 액화시켜 섬유화된 석면을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 천연 섬유는 면, 마, 모 및 견으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 인조 섬유는 유기질 섬유 및 무기질 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 유기질 섬유는, 예를 들어, (i) 레이온, 텐셀(라이오셀), 모달 등과 같은 셀룰로오스계 섬유, 또는 단백질계 섬유를 포함하는 재생 섬유, (ii) 아세테이트, 트리아세테이트 등과 같은 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 반합성 섬유, 또는 (iii) 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리플루오르에틸렌계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리프로필렌계 섬유와 같은 합성 섬유를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 인조 섬유는 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리플루오로에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 섬유; 또는 레이온, 아세테이트 및 트리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 셀룰로오스계 섬유를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 내층은 피치 20 내지 200 ㎛ 및 폭 60 내지 200 ㎛의 격자구조를 포함할 수 있다.
상기 흑연 외층은 상기 내층의 단면 또는 양면을 덮을 수 있다. 구체적으로, 상기 흑연 외층은 흑연 내층의 일면에 피복되는 제1 흑연 외층과 상기 흑연 내층의 다른 일면에 피복되는 제2 흑연 외층으로 이루어지며, 상기 제1 흑연 외층과 제2 흑연 외층의 일부가 서로 연결될 수 있다.
상기 흑연 외층은 고분자 수지가 흑연화된 것일 수 있다. 또한, 상기 흑연 외층은 천연 흑연 또는 팽창 흑연을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리이미드, 폴리아믹산, 폴리염화비닐, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 수지는 중량평균분자량 200,000 ~ 300,000 g/mol인 폴리이미드, 폴리아믹산 및 폴리염화비닐로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 섬유 기재 및 상기 섬유 기재의 일면 또는 양면에 고분자 코팅층을 포함하는 적층체를 제조한 후, 상기 적층체를 일체로 탄화 및 흑연화시켜 제조될 수 있다. 소정의 온도에서 탄화 및 흑연화시키는 공정을 진행함으로써, 상기 적층체를 이루는 섬유 기재 및 고분자 코팅층은 모두 흑연화되며, 이로써 그라파이트 시트가 제조될 수 있다.
상기 그라파이트 시트를 상술한 바와 같은 적층체를 흑연화시켜 제조할 경우, 비교적 두꺼운 두께 및 우수한 열전도도를 갖는 그라파이트 시트를 저렴하게 제조하는 장점이 있다.
이때, 상기 고분자 코팅층 하나의 두께는 30㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 코팅층을 상기 섬유 기재의 양면에 형성하는 경우, 이층의 고분자 코팅층의 총 두께는 60㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 상기 고분자 코팅층의 두께가 상기 두께 범위로 형성될 때, 상기 적층체는 탄화 및 흑연화된 이후 상기 그라파이트 시트의 표면 상에 상기 섬유 기재로부터 유래된 직조 구조가 드러날 수 있다.
상기 섬유 기재는 천연 섬유 및 인조 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 천연 섬유 및 인조 섬유는 상기 내층에서 설명한 바와 같다.
상기 고분자 코팅층은 상기 흑연 외층의 고분자 수지에서 설명한 바와 같다.
또한, 상기 그라파이트 시트는 피치 20 내지 200 ㎛ 및 폭 60 내지 200 ㎛의 격자구조를 포함할 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 상기 그라파이트 시트는 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 폭(d1, d2)이 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는, 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다. 또한, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 피치(P1, P2)가 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) × 경사(B)가 80 내지 130 × 100 내지 150 count/inch를 만족할 수 있다. 예를 들어, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) × 경사(B)가 130 × 150 count/inch, 100 × 120 count/inch, 또는 80 × 100 count/inch를 만족할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 전술한 표면 구조를 가짐으로써 표면에 소정의 조도를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조할 때, 상기 그라파이트 시트의 표면은 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)가 중첩되는 부분(C)과 중첩되지 않는 부분(D) 사이의 단차가 발생하게 된다.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다(도 3 참조). 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 1㎛ 내지 8㎛, 또는 2㎛ 내지 6㎛일 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 평균 두께가 10 내지 500 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 평균 두께가 50㎛ 내지 500㎛, 70㎛ 내지 500㎛, 70㎛ 내지 300㎛, 10㎛ 내지 300㎛, 10㎛ 내지 250㎛, 또는 70 내지 250㎛일 수 있다. 그라파이트 시트의 두께가 상기 범위 내일 때, 열용량 측면에서 유리할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 20 W/m·K이고, 수평 열전도도가 800 내지 2,000 W/m·K일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 15 W/m·K, 1 내지 10 W/m·K, 또는 5 내지 10 W/m·K이고, 수평 열전도도가 900 내지 2,000 W/m·K, 1,000 내지 1,800 W/m·K, 또는 1,200 내지 1,800 W/m·K일 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 5 mm의 곡률 반경(R), 180도의 절곡 각도, 0.98 N의 하중 및 90 회/분의 절곡 속도 조건에서 수행한 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000회 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 상기 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000 내지 20,000 회, 10,000 내지 18,000 회, 또는 10,000 내지 15,000 회일 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 50 ℃에서의 비열이 0.5 내지 1.0 J/g·K, 0.5 내지 0.9 J/g·K, 0.6 내지 0.9 J/g·K, 또는 0.7 내지 0.9 J/g·K일 수 있다. 또한, 상기 그라파이트 시트는 밀도가 0.5 내지 2.5 g/㎤, 0.5 내지 2.0 g/㎤, 또는 0.8 내지 2.0 g/㎤일 수 있다.
완충층
상기 완충층은 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 완충층은 비닐계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 비닐계 고분자는 폴리비닐 부티랄 및 에틸렌-비닐 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 비닐계 고분자는 폴리비닐 부티랄 또는 에틸렌-비닐 아세테이트일 수 있다.
상기 고분자 수지는 중량평균분자량이 100,000 내지 500,000 g/mol, 100,000 내지 300,000 g/mol, 또는 100,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다.
상기 완충층의 두께는 10 내지 100 ㎛, 10 내지 70 ㎛, 또는 10 내지 30 ㎛일 수 있다. 완충층의 두께가 상기 범위 내일 때, 배터리 셀의 충·방전시 발생하는 수축 및 팽창을 완충하여 배터리의 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 완충층은 0 내지 50 ℃에서의 열팽창계수가 0.1 내지 0.5 ppm/℃이고, 온도 20 ℃ 및 주파수 50 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1×106 내지 3×107 Pa일 수 있다. 구체적으로, 상기 완충층은 0 내지 50 ℃에서의 열팽창계수가 0.1 내지 0.3 ppm/℃, 또는 0.15 내지 0.3 ppm/℃이고, 온도 20 ℃ 및 주파수 50 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1×106 내지 2×107 Pa, 또는 1×106 내지 5×106 Pa일 수 있다.
상기 완충층은 인장 강도(tensile strength)가 10 내지 50 ㎫, 10 내지 40 ㎫, 또는 10 내지 30 ㎫이고, 상기 파단 신도가 150 내지 400 %, 150 내지 350 %, 또는 200 내지 300 %일 수 있다. 또한, 상기 완충층은 열전도도가 0.01 내지 0.8 W/m·K, 0.1 내지 0.8 W/m·K, 0.1 내지 0.6 W/m·K, 또는 0.1 내지 0.5 W/m·K일 수 있다.
상기 인장 강도 및 파단 신도는 JIS K 6771에 기재된 방법으로 측정된 것일 수 있다. 또한, 상기 열전도도는 ASTM F 433에 기재된 방법으로 측정된 것일 수 있다.
상기 열전도층과 완충층이 가열 및 가압에 의해 접착되어 층 간에 물리적 경계가 없을 수 있다. 상기 가열 및 가압은 100 내지 150 ℃로 가열 및 0.1 내지 0.5 ㎫로 가압할 수 있다.
상기 방열 계면 플레이트는 평균 두께가 20 내지 200 ㎛이고, 하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 5 %일 수 있다. 구체적으로, 상기 방열 계면 플레이트는 평균 두께가 50 내지 100 ㎛이고, 하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 3 %일 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서,
초기 플레이트의 두께는 25 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이고,
팽창된 플레이트의 두께는 80 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이다.
배터리 셀 모듈
다른 실시예의 배터리 셀 모듈은
복수 개의 배터리 셀; 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트; 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크를 포함하고,
상기 방열 계면 플레이트가 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고, 상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며, 상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다.
도 4를 참조하면, 실시예의 배터리 셀 모듈(A)은 복수 개의 배터리 셀(100); 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트(200); 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크(300)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 히트 싱크는 냉각수(400) 또는 냉각 공기(400)의 유로로 사용될 수 있다.
상기 방열 계면 플레이트, 열전도층 및 완충층은 상기 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트에서 설명한 바와 같다.
상기 방열 계면 플레이트는 ㄱ자 형태로 절곡되고, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면이 상기 히트 싱크와 결합될 수 있다.
구체적으로, 상기 결합은 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면 및 이와 맞닿는 상기 히트 싱크의 일면에 관통홀을 형성한 후 결합 부재를 통한 결합일 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀 모듈은 추가 금속층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 셀 모듈은 추가 금속층을 포함하며, 상기 히트 싱크, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면 및 상기 추가 금속층이 차례대로 적층되도록 관통홀을 형성한 후, 결합 부재를 통해 결합될 수 있다.
다르게는, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면과 상기 히트 싱크는 열전도성 접착제를 통해 결합될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 방열 계면 플레이트(200)는 ㄱ자 형태로 절곡되고, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면이 상기 히트 싱크(300)와 결합될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 셀 모듈은 상기 히트 싱크(300), 상기 방열 계면 플레이트(200)의 절곡된 면 및 추가 금속층(500)이 차례대로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀 모듈은 상기 방열 계면 플레이트(200)의 절곡된 면과 상기 히트 싱크(300)가 결합 부재(600)를 통해 결합된 형태를 포함할 수 있다.
상기 결합 부재는 열전도성 접착제 또는 볼트일 수 있다. 구체적으로, 상기 히트 싱크, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면 및 추가 금속층이 차례대로 적층되도록 관통홀을 형성한 후 결합 부재를 통해 결합될 경우, 상기 결합 부재는 볼트일 수 있다. 또한, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면과 히트 싱크가 결합 부재를 통해 결합될 경우, 상기 결합 부재는 열전도성 접착제일 수 있다.
상기 열전도성 접착제는 열전도성 부품에 사용되는 통상적으로 접착제라면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 열전도성 접착제는 실리콘계, 에폭시계 및 폴리우레탄계 열전도성 접착제 등을 들 수 있다.
A: 배터리 셀 모듈 100: 배터리 셀
200: 방열 계면 플레이트 300: 히트 싱크
400: 냉각수 또는 냉각 공기 500: 추가 금속층
600: 결합 부재

Claims (16)

  1. 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고,
    상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며,
    상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
    상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 흑연 외층을 포함하는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트는 평균 두께가 50㎛ 내지 500㎛인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 0.5㎛ 내지 10㎛인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 20 W/m·K이고, 수평 열전도도가 800 내지 2,000 W/m·K인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 완충층은 인장강도가 10 내지 30 ㎫이고, 파단 신도가 200 내지 300 %이며, 열전도도가 0.1 내지 0.5 W/m·K인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 완충층은 0 내지 50 ℃에서의 열팽창계수가 0.1 내지 0.3 ppm/℃이고, 온도 20 ℃ 및 주파수 50 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1×106 내지 3×107 Pa인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 완충층이 비닐계 고분자를 포함하는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열전도층과 완충층이 가열 및 가압에 의해 접착되어 층 간에 물리적 경계가 없는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방열 계면 플레이트는 평균 두께가 50 내지 100 ㎛이고, 하기 수학식 1로 계산된 두께 팽창률이 1 내지 3 %인, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트:
    [수학식 1]
    Figure pat00002

    상기 수학식 1에서,
    초기 플레이트의 두께는 25 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이고,
    팽창된 플레이트의 두께는 80 ℃에서 측정한 플레이트의 두께이다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트는 표면 구조가 피치 20 내지 200 ㎛ 및 폭 60 내지 200 ㎛의 격자구조를 포함하는, 배터리 셀 모듈용 방열 계면 플레이트.
  12. 복수 개의 배터리 셀; 배터리 셀들 사이에 삽입된 방열 계면 플레이트; 및 상기 방열 계면 플레이트와 결합된 히트 싱크를 포함하고,
    상기 방열 계면 플레이트가 열전도층 및 상기 열전도층의 일면에 형성된 완충층을 포함하고, 상기 열전도층이 그라파이트 시트를 포함하며, 상기 완충층이 고분자 수지를 포함하고,
    상기 그라파이트 시트가 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는, 배터리 셀 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 방열 계면 플레이트가 ㄱ자 형태로 절곡되고,
    상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면이 상기 히트 싱크와 결합된, 배터리 셀 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 결합이 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면 및 이와 맞닿는 상기 히트 싱크의 일면에 관통홀을 형성한 후 결합 부재를 통해 결합된, 배터리 셀 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 셀 모듈이 추가 금속층을 포함하며,
    상기 히트 싱크, 상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 면 및 상기 추가 금속층이 차례대로 적층되도록 관통홀을 형성한 후, 결합 부재를 통해 결합된, 배터리 셀 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 방열 계면 플레이트의 절곡된 일면과 상기 히트 싱트가 열전도성 접착제를 통해 결합된, 배터리 셀 모듈.
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