1.本公开涉及热界面材料及其在电池动力车辆中的用途。
背景技术：2.与传统出行方式相比，电池动力车辆提供了显著优势，诸如重量轻、二氧化碳排放减少等。然而，为了确保该技术的最佳使用，仍需要克服许多技术问题。例如，业界当前的一项努力是通过开发具有更高能量密度的电池来增加电池动力车辆的行驶里程。这导致需要针对高能量密度电池开发更好的热管理系统。
3.在电池动力车辆中，电池单元或模块通过热界面材料(tim)热连接到冷却单元。这种tim通常由填充有导热填料的聚合物材料形成。为了实现2w/m
·
k或更高的热导率，可以使用具有100w/m
·
k或更高的热导率的填料，诸如氮化硼或氧化铝。然而，这种填料价格昂贵或对粘合剂泵送系统具有磨蚀性。一种更便宜且非磨蚀性替代品是氢氧化铝(ath)。然而，由于其较低的热导率，需要高负载的ath(即80重量％或更高)。另一方面，如此高的ath负载通常会导致高粘度并因此导致高热阻抗。此外，由于ath表面上残留水量较高，其不适合基于聚氨酯的tim。因此，仍然需要开发具有高热导率和低粘度的tim。
技术实现要素：4.本文提供了热界面材料(tim)组合物，其包含：a)聚合物粘合剂组分，和b)约50-90重量％的粒度分布d
50
为约20-100μm的球形氢氧化镁颗粒，其中组合物的总重量总计为100重量％。
5.在热界面材料的一个实施方案中，球形氢氧化镁颗粒的吸油值为约1-30ml/100g。
6.在热界面材料的另一个实施方案中，基于组合物的总重量，聚合物粘合剂组分的存在量为约10-50重量％。
7.在热界面材料的又一个实施方案中，聚合物粘合剂组分由基于聚氨酯的材料形成。
8.在热界面材料的又一个实施方案中，球形氢氧化镁颗粒的粒度分布d
50
为约25-60μm。
9.在热界面材料的又一个实施方案中，球形氢氧化镁颗粒的粒度分布d
50
为约30-50μm。
10.在热界面材料的又一个实施方案中，热界面材料还包含约2-50重量％的球形氧化铝颗粒。
11.在热界面材料的又一个实施方案中，球形氧化铝颗粒的粒度分布d
50
为约5-100μm。
12.本文还提供了包含上文提供的热界面材料组合物的制品。
13.在所述制品的一个实施方案中，所述制品还包括由一个或多个电池单元形成的电池模块和冷却单元，其中，所述电池模块经由热界面材料组合物连接至冷却单元。
具体实施方式
14.本文公开了热界面材料(tim)，其包含：a)聚合物粘合剂组分和b)约50-90重量％的球形氢氧化镁颗粒，其中组合物的总重量总计为100重量％。
15.聚合物粘合剂组分可以由任何合适的聚合物材料形成，这些聚合物材料包括但不限于基于聚氨酯、环氧树脂、有机硅、改性有机硅、丙烯酸酯等的粘合剂材料。在一个实施方案中，聚合物粘合剂组分由基于双组分聚氨酯的粘合剂材料形成。
16.根据本公开，基于tim组合物的总重量，聚合物粘合剂组分可以约5-50重量％、或约10-40重量％、或约10-30重量％的量存在于tim中。
17.此处使用的氢氧化镁颗粒为球形的。术语“球型”或“球形”在本文中用于指等距(isometric)形状，即，一般而言在任何方向上的延伸(粒度)大致相同的形状。特别地，对于等距颗粒，横穿颗粒凸包几何中心的弦的最大长度与最小长度之比不应超过最小等距正多面体即四面体之比。颗粒形状通常是由长径比定义的尺寸(times)，长径比由颗粒大直径/颗粒厚度表示。根据本公开，球型的或球形的氢氧化镁颗粒的长径比为约1-2。
18.粒度分布d
50
，也称为中位直径(median diameter)或粒度分布的中值(medium value)，是累积分布中50％处的粒径值。例如，如果d
50
＝10μm，则样品中50体积％的颗粒具有大于10μm的平均直径，并且50体积％的颗粒具有小于10μm的平均直径。粒度分布d
50
可以例如按照astm b822-10使用光散射法确定。根据本公开，本文使用的球形氢氧化镁颗粒具有约20-100μm、或约25-60μm、或约30-50μm的粒度分布d
50
。此外，本文使用的球形氢氧化镁颗粒可具有约1-30ml/100g、或约3-20ml/100g、或约3-8ml/100g的吸油值。此外，这里使用的球形氢氧化镁颗粒也可以例如用脂肪酸、硅烷、锆基偶联剂、钛酸酯偶联剂、羧酸盐或羧酸酯等进行表面处理。
19.根据本公开，基于tim组合物的总重量，球形氢氧化镁颗粒可以约50-95重量％、或约55-90重量％、或约60-85重量％的量存在于组合物中。
20.除了球形氢氧化镁颗粒之外，球形氧化铝颗粒也可以添加到tim组合物中。本文使用的球形氧化铝颗粒可具有约5-100μm、或约10-80μm、或约20-60μm的粒度分布d
50
。并且，基于tim组合物的总重量，球形氧化铝颗粒可以约2-50重量％、或约2-40重量％、或约2-30重量％的量存在于tim组合物中。
21.此外，本文公开的tim组合物可任选地还包含其他导热颗粒，诸如氢氧化铝、氧化镁、氮化硼等。本文公开的tim组合物还可包含其他合适的添加剂，诸如催化剂、增塑剂、稳定剂、增粘剂、填料、着色剂等。基于tim的总重量，这些任选存在的添加剂可以至多约10重量％、或至多约8重量％、或至多约5重量％的量存在。
22.如通过以下实施例所证明，通过掺入球形氢氧化镁颗粒，获得了具有高热导率的tim材料。此外，进一步添加球形氧化铝颗粒进一步降低了tim材料的粘度，这对于tim材料是非常期望的特征。
23.本文还公开了电池组系统，其中经由上文所述的tim将冷却单元或板联接至(由一个或多个电池单元形成的)电池模块，使得热量可以在其间传导。在一个实施方案中，电池组系统是用于电池动力车辆的那些。
24.实施例
25.材料
26.预聚物-通过聚氧丙烯二醇、聚氧丙烯三醇与二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯的反应制备的预聚物；
27.ptsi-从vandemark chemicals获得的对甲苯磺酰基异氰酸酯；
28.hdi-以商品名n3400从covestro获得的六亚甲基二异氰酸酯(hdi)；
29.增塑剂-以商品名plasthall
tm 190从hallstar获得的聚酯增塑剂；
30.硅烷-以商品名dynasylan
tm 4148从evonik获得的聚乙二醇官能的烷氧基硅烷；
31.mg(oh)
2-s-以牌号hlg-05从潍坊昊隆化工有限公司获得的球形氢氧化镁颗粒，其粒度分布d
50
为46μm且吸油值为约5ml/100g；
32.mg(oh)
2-p-以牌号hm-15从辽宁海晨化工有限公司获得的片状氢氧化镁颗粒，其粒度分布d
50
为3-4μm且吸油值为约37ml/100g；
33.催化剂-33％三亚乙基二胺溶解在67％二丙二醇中，以商品名dabco
tm
33-lv得自evonik；
34.al2o
3-以牌号sla45从安徽壹石通公司获得的球形氧化铝颗粒，其粒度分布d
50
为49μm；
35.polyol-1-从东大化工获得的聚醚多元醇；
36.polyol-2-以商品名voranol
tm 4701从dow chemicals获得的聚醚多元醇。
37.表1
[0038][0039]
*n/a：未获得均质分散体。
[0040]
实施例e1-e2和对比例ce1
[0041]
在e1-e2和ce1的每个中的tim组合物的各组分列于表1。首先，如下制备每个样品的a部分和b部分：使用双不对称离心机混合所有组分(首先混合液体组分，然后加入固体组分)；在真空下将混合物混合约30分钟；并将混合物储存在双组分柱筒(cartridge)中。然后，使用来自ta instruments的ar1500ex流变仪在10s-1
的剪切速率下测量e1-e2的每个中的a部分和b部分的粘度，结果列于表1。对于ce1，a部分和b部分均未获得均质分散体。
[0042]
为了在e1和e2中获得最终的tim糊膏，使用双组分机枪(2-component battery gun)和静态混合器以1:1的重量比将a部分和b部分混合。根据astm d5470，在1、2和3mm的样品厚度下测定tim糊膏的热导率，根据en1465在1mm的样品厚度下测定tim糊膏的搭接剪切强度。结果列于表1。
[0043]
如通过样品所证明，通过掺入球形氢氧化镁颗粒，获得了具有高热导率的均质tim糊膏。此外，进一步添加球形氧化铝颗粒进一步降低了tim糊膏的粘度。
技术特征：1.热界面材料(tim)组合物，其包含：a)聚合物粘合剂组分，和b)约50-90重量％的粒度分布d
50
为约20-100μm的球形氢氧化镁颗粒，其中所述组合物的总重量总计为100重量％。2.根据权利要求1所述的热界面材料组合物，其中所述球形氢氧化镁颗粒的吸油值为约1-30ml/100g。3.根据权利要求1所述的热界面材料组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述聚合物粘合剂组分的存在量为约10-50重量％。4.根据权利要求1所述的热界面材料组合物，其中所述聚合物粘合剂组分由基于聚氨酯的材料形成。5.根据权利要求1所述的热界面材料组合物，其中所述球形氢氧化镁颗粒的粒度分布d
50
为约25-60μm。6.根据权利要求1所述的热界面材料组合物，其中所述球形氢氧化镁颗粒的粒度分布d
50
为约30-50μm。7.根据权利要求1所述的热界面材料组合物，其还包含约2-50重量％的球形氧化铝颗粒。8.根据权利要求7所述的热界面材料组合物，其中所述球形氧化铝颗粒的粒度分布d
50
为约5-100μm。9.制品，其包含根据权利要求1-8中任一项所述的热界面材料组合物。10.根据权利要求10所述的制品，其还包括由一个或多个电池单元形成的电池模块和冷却单元，其中，所述电池模块经由所述热界面材料组合物连接至所述冷却单元。
技术总结本发明公开了一种热界面材料(TIM)组合物，其包含：聚合物粘合剂组分，和约50-90重量％的粒度分布D50为约20-100μm的球形氢氧化镁颗粒，其中组合物的总重量总计为100重量％。量％。
技术研发人员：胡毅勍
受保护的技术使用者：美国特种电子材料有限责任公司
技术研发日：2020.03.13
技术公布日：2022/11/1
