1.本发明涉及一种具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔性片材和一种具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔韧片材。
背景技术：2.本公开涉及由聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和热活化粘合剂的层制成的柔性片材，以及使用这样的柔性片材的热冷却结构。
3.在高压电池组应用中（例如在电动和混合动力汽车车辆中），某些组件可发热（即，产生它们自身的热量，例如高压电池组），而其它组件可以是耐热的（即，不产生它们自身的热量，而是从附近的其它组件吸收热量，例如电池组托盘和外壳）。背胶pet膜可用于这样的环境中，以在耐热或发热组件与其它组件（例如散热器）之间具有物理界面，以便将热量从这样的耐热或发热组件传递到其它组件。除了提供足够的热导率外，背胶pet膜还应在电气组件（如高压电池组）和其它组件之间提供足够的电绝缘。此外，由于可在环境如汽车车辆中产生的g-力（g-force），背胶pet膜还应提供足够的粘合强度。然而，要找到具有热导率、电绝缘和粘合强度的所需组合的背胶pet膜是一项挑战。
技术实现要素：4.根据一个实施方案，具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔性片材包括第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0 kv dc下至少500欧姆的电绝缘，以及第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面，其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度，并且其中所述第一层和所述第二层一起具有至少0.7w/mk的热导率。
5.第二面可具有ra≥0.5μm和rz≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度，并且所述第一层和所述第二层一起的热导率可为至少1.0w/mk。柔性片材还可包括附接到并覆盖第二面的第三层热界面材料。所述热界面材料可以是以下中的至少一种：（i）相变材料；和（ii）粘合剂、硅酮、尿烷或丙烯酸类（acrylic），含有热解石墨、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼、金刚石粉末和银中的至少一种。所述柔性片材还可包括附接到第二层热活化粘合剂的金属冷却板。所述金属冷却板可在其中包括一个或多个冷却通道，其中所述一个或多个冷却通道中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂流。
6.关于柔性片材，以下中的一项或多项可以是正确的：（i）第一层可以是有色的；（ii）热活化粘合剂可能够通过暴露于激光来活化；（iii）热活化粘合剂可以是热固性热活化粘合剂；（iv）热活化粘合剂可以是热塑性热活化粘合剂；（v）聚对苯二甲酸乙二醇酯可以是结晶的；（vi）聚对苯二甲酸乙二醇酯可以是无定形的；（vii）聚对苯二甲酸乙二醇酯可以是结晶和无定形的组合；以及（viii）聚对苯二甲酸乙二醇酯可以是双向取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
7.根据另一个实施方案，具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔韧片材包括：第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0 kv dc下至少500欧姆的电绝缘；以及第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面，其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度；其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是无定形的，所述热活化粘合剂是热固性热活化粘合剂，并且所述第一层和所述第二层一起具有至少1.0w/mk的热导率。所述第二面可具有ra≥0.5μm和rz≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度。
8.根据又另一个实施方案，用于高压电池组应用的热冷却结构包括：（i）第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0kv dc下至少500欧姆的电绝缘；（ii）第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面，其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度并且所述第一层和所述第二层一起具有至少0.7w/mk的热导率；（iii）第三层热界面材料，其附接到并覆盖所述第二面；以及（iv）金属冷却板，所述金属冷却板附接到第二层热活化粘合剂。
9.热界面材料可以是以下中的至少一种：（i）相变材料；和（ii）粘合剂、硅酮、尿烷或丙烯酸类，含有热解石墨、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼、金刚石粉末和银中的至少一种。金属冷却板可在其中包括一个或多个冷却通道，其中所述一个或多个冷却通道中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂流。聚对苯二甲酸乙二醇酯可以是无定形的，并且所述热活化粘合剂可以是热固性热活化粘合剂。
10.本发明公开了以下实施方案：1. 一种具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔性片材，包括：第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0 kv dc下至少500欧姆的电绝缘；和第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面；其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度，并且其中所述第一层和所述第二层一起具有至少0.7w/mk的热导率。
11.2. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述第二面具有ra≥0.5μm和rz≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度。
12.3. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述第一层和所述第二层一起的热导率为至少1.0w/mk。
13.4. 根据实施方案1所述的柔性片材，还包括：第三层热界面材料，其附接到并覆盖所述第二面，其中所述热界面材料是以下中的至少一种：相变材料，和粘合剂、硅酮、尿烷或丙烯酸类，含有热解石墨、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼、金刚石粉末和银中的至少一种。
14.5. 根据实施方案1所述的柔性片材，还包括：金属冷却板，其附接到所述第二层热活化粘合剂。
15.6. 根据实施方案5所述的柔性片材，其中所述金属冷却板在其中包括一个或多个冷却通道，其中所述一个或多个冷却通道中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂流。
16.7. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述第一层是有色的。
17.8. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述热活化粘合剂能够通过暴露于激光来活化。
18.9. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述热活化粘合剂是热固性热活化粘合剂。
19.10. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述热活化粘合剂是热塑性热活化粘合剂。
20.11. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是结晶的。
21.12. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是无定形的。
22.13. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是结晶和无定形的组合。
23.14. 根据实施方案1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是双向取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
24.15. 一种具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔韧片材，包括：第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0 kv dc下至少500欧姆的电绝缘；和第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面，其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度；其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是无定形的，所述热活化粘合剂是热固性热活化粘合剂，并且所述第一层和所述第二层一起具有至少1.0w/mk的热导率。
25.16. 根据实施方案15所述的柔韧片材，其中所述第二面具有ra≥0.5μm和rz≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度。
26.17. 一种用于高压电池组应用的热冷却结构，包括：第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0kv dc下至少500欧姆的电绝缘；第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面，其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度并且所述第一层和所述第二层一起具有至少0.7w/mk的热导率；第三层热界面材料，其附接到并覆盖所述第二面；和金属冷却板，其附接到所述第二层热活化粘合剂。
27.18. 根据实施方案17所述的热冷却结构，其中所述热界面材料是以下中的至少一种：相变材料，和粘合剂、硅酮、尿烷或丙烯酸类，含有热解石墨、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼、金刚石粉末和银中的至少一种。
28.19. 根据实施方案17所述的热冷却结构，其中所述金属冷却板在其中包括一个或多个冷却通道，其中所述一个或多个冷却通道中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂流。
29.20. 根据实施方案17所述的热冷却结构，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯为无定
形的，并且所述热活化粘合剂为热固性热活化粘合剂。
30.当结合附图时，从以下如在所附权利要求中限定的对执行本教导的一些最佳模式和其它实施方案的详细描述中，本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点容易显而易见。
附图说明
31.图1是柔性片材和热冷却结构的示意性分解侧视图。
32.图2是图1的柔性片材和热冷却结构的示意性组装侧视图。
33.图3是图2的柔性片材和热冷却结构的冷却曲线。
34.图4是图示说明用于图1-2的柔性片材和热冷却结构的热界面材料的各种性质的框图。
35.图5是图示说明用于图1-2的柔性片材和热冷却结构的pet材料的各种性质的框图。
36.图6-7是图示说明用于图1-2的柔性片材和热冷却结构的热活化粘合剂材料的各种性质的框图。
具体实施方式
37.现在参考附图，其中相同的附图标记在几个视图中表示相同的部件，具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔性或柔韧片材70，以及用于高压电池组应用的热冷却结构80，在本文示出和描述。注意，如本文所用，描述语“柔性”和“柔韧”可互换使用。
38.图1-2分别示出了柔性片材70和热冷却结构80、它们的组件以及其中可使用柔性片材70和/或热冷却结构80的示例性环境或应用的示意性分解和组装侧视图。根据一个实施方案，柔性片材70和热冷却结构80包括第一层10聚对苯二甲酸乙二醇酯或pet材料11（下文有时称为pet膜10），其具有相对的第一面12和第二面14，以及第二层20热活化粘合剂21，其具有相对的第三面22和第四面24，其中第一层10和第二层20夹在一起，具有第三面22附接到并覆盖第一面12。第一层10聚对苯二甲酸乙二醇酯或pet材料11被选择、配制和/或配置为具有在2.0 kv dc下至少500欧姆的电绝缘，并且热活化粘合剂21被选择、配制和/或配置为具有大于50psi的粘合强度。（即，第二层20热活化粘合剂21可被选择、配制和/或配置为具有大于50psi的粘合强度。）此外，第一层10和第二层20被选择、配制和/或配置为使得它们一起具有至少0.7w/mk的热导率。换言之，第一层10聚对苯二甲酸乙二醇酯或pet材料11和第二层20热活化粘合剂21附接在一起，具有至少0.7w/mk的热导率。
39.可将第一层10的第二面14粗糙化（在形成时进行或通过后处理步骤），以增强其与其它材料或组件的粘合程度。例如，第二面14可具有ra≥0.5μm和rz≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度。（例如，第二面14可具有（i）0.5μm或更大的平均表面粗糙度ra，例如2-3μm或更大，和/或（ii）表面的最高点和最低点之间的表面粗糙度rz的范围为3.0μm或更大，例如5-6μm或更大。）任选地，可改变第一层10和第二层20一起的热导率规格；例如，第一层10和第二层20一起的热导率可至少为1.0w/mk。
40.柔性片材70和热冷却结构80还可包括第三层30热界面材料31，其具有相对的第五面32和第六面34，其中第五面32附接到并覆盖第一层10的第二面14。如由图4的框图所示，
热界面材料31可以是相变材料36，例如基于石蜡的蜡材料或基于丙烯酸类的材料；附加地或替代地，热界面材料31可以是“载体”，例如粘合剂38、硅酮40、尿烷42或丙烯酸类44，含有至少一种“填料”，例如热解石墨46，氧化铝48、氧化镁50、氮化铝52、氮化硼54、金刚石粉末56和银58中的一种或多种。
41.图5图示说明第一层10的聚对苯二甲酸乙二醇酯或pet材料11的各种性质。pet材料11可以是结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯11c、无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯11a、含有结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯11c和无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯11a的组合的“混合”聚对苯二甲酸乙二醇酯11m，和/或双向取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯11
bo
（有时称为“bopet”）。任选地，pet材料11可以是黑色、白色或有色的，也可以是半透明的或不透明的。另外，如图1中所示，第一层10的pet材料11可仅包括纯聚对苯二甲酸乙二醇酯16，或者任选地其还可包括添加到纯聚对苯二甲酸乙二醇酯16中的一种或多种填料或添加剂18。（附图标记18在图1中以括号示出以表示填料或添加剂18是任选的。）可包括这些一种或多种填料或添加剂18以增强整个pet材料11的一种或多种性质，例如其热、电和/或光学性质。
42.图6-7图示说明第二层20的热活化粘合剂21的各种性质。热活化粘合剂21可为热塑性热活化粘合剂21
tp
或热固性热活化粘合剂21
ts
。如果热活化粘合剂21为热塑性热活化粘合剂21
tp
，则对热塑性热活化粘合剂21
tp
的配制进行选择，从而使得其熔点高于将在其中使用热塑性热活化粘合剂21
tp
的环境。热活化粘合剂21可能够通过一种或多种方法被加热和/或活化。（如本文所用，“活化”或被“活化”对于热塑性热活化粘合剂21
tp
意味着被加热到其熔点或更高，并且对于热固性热活化粘合剂21
ts
意味着被加热从而引发交联、化学键合等。）例如，热活化粘合剂21可通过来自对流热源26s的对流热26、通过来自传导热源27s的传导热27、通过来自辐射热源28s的辐射热28和/或通过暴露于来自激光光源29s的一种或多种特定频率的激光29来加热或活化。
43.柔性片材70和热冷却结构80还可包括金属冷却板60，该金属冷却板60具有附接到第二层20的第四面24的第七面68。金属冷却板60具有由铝、铜、钢等制成的主体部分62，其中主体部分62在其中具有一个或多个冷却通道64。一个或多个冷却通道64中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂66流，例如液体冷却剂。冷却剂66可通过泵或其它系统（未示出）通过一个或多个通道64被循环。
44.在如上文各种所述所布置的柔性片材70和热冷却结构80的情况下，柔性片材70或热冷却结构80可设置成与如图2中所示的耐热或发热工件90接触，以便帮助冷却工件90。例如，工件90可以是高压电池组、电池组托盘、电池组外壳、电气/电子组件、电气/电子组件的壳体，或可受益于冷却和/或散热的其它装置或物体。
45.图3示出了图2的柔性片材70和热冷却结构80的冷却曲线。垂直轴代表温度t，并且水平轴代表距冷却剂通道64中心的距离d。从点1到点2的水平线代表工件90的温度，从点2到点3的斜线代表第三层30热界面材料31内的温度，从点3到点4的斜线代表柔性或柔韧片材70内的温度，从点4到点5的斜线代表金属冷却板60的主体部分62内的温度，以及从点5到点6的水平线代表金属冷却板60内冷却剂66的温度。应该注意的是，各个点1-6的距离d和温度t不一定是按比例的；然而，由点1-6定义的温度或冷却曲线说明柔性片材70和热冷却结构80的各个层或部分有效地从工件90吸走热量。
46.用于柔性片材70和热冷却结构80的材料和组件可具有各种性质，例如下表1如下
中所示的示例性性质。向所选性质提供了行业或工程标准为了参考。注意，这些仅仅是示例性或示例的性质和标准，并不旨在限制或定义所选材料或组件。例如，电绝缘（也称为介电电阻）可为2.0kv直流电（即kv dc）下的500欧姆或更大，或者一些更高的dc电压电水平如2.1kv、2.8kv、3.5kv等下的500欧姆或更大。类似地，粘合强度可大于50psi（因此不包括常规的压敏粘合剂），或者粘合强度可要求剪切强度大于300psi和/或抗张强度大于270psi。
47.。
48.根据另一个实施方案，具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔韧片材70包括：第一层10聚对苯二甲酸乙二醇酯11，其具有相对的第一面12和第二面14以及2.0kv dc下至少500欧姆的电绝缘；以及第二层20热活化粘合剂21，其附接到并覆盖第一面12，其中热活化粘合剂21具有大于50psi的粘合强度；其中聚对苯二甲酸乙二醇酯11是无定形的（即，无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯11a），热活化粘合剂21是热固性热活化粘合剂21
ts
，并且第一层10和第二层20一起具有至少1.0w/mk的热导率。第二面14可具有ra≥0.5μm和rz≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度。
49.根据又另一个实施方案，用于高压电池组应用（和其它应用）的热冷却结构80包括：（i）第一层10聚对苯二甲酸乙二醇酯11，其具有相对的第一面12和第二面14以及2.0kv dc下至少500欧姆的电绝缘；（ii）第二层20热活化粘合剂21，其附接到并覆盖第一面12，其中热活化粘合剂21具有大于50psi的粘合强度，并且第一层10和第二层20一起具有至少0.7w/mk的热导率；（iii）第三层30热界面材料31，其附接到并覆盖第二面14；以及（iv）金属冷却板60，其附接到第二层20热活化粘合剂21。
50.热界面材料31可以是以下中的至少一种：（i）相变材料36；和（ii）粘合剂38、硅酮40、尿烷42或丙烯酸类44，含有热解石墨46、氧化铝48、氧化镁50、氮化铝52、氮化硼54、金刚石粉末56和银58中的至少一种。金属冷却板60可在其中包括一个或多个冷却通道64，其中
一个或多个冷却通道64中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂66流。聚对苯二甲酸乙二醇酯11可以是无定形的（即，无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯11a），并且热活化粘合剂21可以是热固性热活化粘合剂21
ts
。
51.以上描述旨在说明性而非限制性的。尽管本文描述的材料的尺寸和类型旨在是说明性的，但它们绝不是限制性的并且是示例性实施方案。在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等的使用仅用作称谓，并不旨在对其对象施加数字或位置要求。如本文所用，以单数形式记载并在词语“一个/种”或“一个/种”之后的元件或步骤应理解为不排除此类元件或步骤的复数，除非明确说明此类排除。此外，短语“a和b中的至少一个”和短语“a和/或b”应分别理解为意指“仅a、仅b或a和b两者”。此外，除非明确说明是相反的，“包括”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该性质的额外的此类元件。
52.根据本公开，本书面说明书使用实例，包括最佳模式，以使本领域技术人员能够制造和使用设备、系统和物质组合物，并执行方法。包括等同物在内的以下权利要求限定了本公开的范围。
技术特征：1.一种具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔性片材，包括：第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及在2.0 kv dc下至少500欧姆的电绝缘；和第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖所述第一面；其中所述热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度，并且其中所述第一层和所述第二层一起具有至少0.7w/mk的热导率。2.根据权利要求1所述的柔性片材，其中所述第二面具有r
a
≥0.5μm和r
z
≥3.0μm中的至少一个的表面粗糙度。3.根据权利要求1所述的柔性片材，其中所述第一层和所述第二层一起的热导率为至少1.0w/mk。4.根据权利要求1所述的柔性片材，还包括：第三层热界面材料，其附接到并覆盖所述第二面，其中所述热界面材料是以下中的至少一种：相变材料，和粘合剂、硅酮、尿烷或丙烯酸类，含有热解石墨、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼、金刚石粉末和银中的至少一种。5.根据权利要求1所述的柔性片材，还包括：金属冷却板，其附接到所述第二层热活化粘合剂。6.根据权利要求5所述的柔性片材，其中所述金属冷却板在其中包括一个或多个冷却通道，其中所述一个或多个冷却通道中的每一个被配置用于容纳通过其中的冷却剂流。7.根据权利要求1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是结晶的。8.根据权利要求1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是无定形的。9.根据权利要求1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是结晶和无定形的组合。10.根据权利要求1所述的柔性片材，其中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是双向取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
技术总结本发明公开了聚对苯二甲酸乙二醇酯和热活化粘合剂的柔性片材及使用其的热冷却结构。一种具有增强的热导率、电绝缘和粘合强度的柔性片材，包括第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有相对的第一面和第二面以及2.0kV DC下至少500欧姆的电绝缘，以及第二层热活化粘合剂，其附接到并覆盖第一面。热活化粘合剂具有大于50psi的粘合强度，并且第一层和第二层一起具有至少0.7W/mK的热导率。一种用于高压电池组应用的热冷却结构，包括第一层聚对苯二甲酸乙二醇酯、第二层热活化粘合剂、第三层热界面材料，该第三层热界面材料附接到并覆盖第一层的第二面，以及附接到第二层的金属冷却板。以及附接到第二层的金属冷却板。
技术研发人员：T
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
