工研院材化所獲證專利快訊─磁性導熱材料與導熱介電層、隔離膜與鋰二次電池的電極模組

 

刊登日期:2017/9/5
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■ 磁性導熱材料與導熱介電層
主要技術特徵
本發明提供之磁性導熱材料,包括:導熱化合物粉體;以及含鐵氧化物,位於導熱化合物粉體的表面,其中含鐵氧化物為鐵與其他金屬之氧化物,且其他金屬係鎳、鋅、銅、鈷、鎂、錳、釔、鋰、鋁或上述金屬之組合。本發明亦提供導熱介電層,包括:磁性導熱材料;以及樹脂,其中磁性導熱材料包括:導熱化合物粉體;以及含鐵氧化物,位於導熱化合物粉體的表面,其中含鐵氧化物為鐵與其他金屬之氧化物,且其他金屬係鎳、鋅、銅、鈷、鎂、錳、釔、鋰、鋁或上述金屬之組合。

功效特點與產業效益
本發明係關於提升介電層之導熱性的組成,更特別關於介電層中添加的磁性導熱材料。雲端、互聯及物聯網的興起、4G、5G通訊技術與顯示技術提升,光電與半導體等產業所需之電路板與IC載板走向高速化、高密度化、密集化與積層化,因此未來其特性需求除低介電、高絕緣性外,需兼具低介電損失與高導熱性,並因應不同應用所要求之散熱設計,需要可控制高導熱性的方向與分布。以電路板為例,其結構中之銅箔基板的簡易結構為銅箔/介電層/銅箔,中間介電層之組成物多為導熱性差之樹脂、玻纖布或絕緣紙,導致銅箔基板厚度方向的導熱性差。因此提升中間介電層之導熱性,將大幅改善厚度方向導熱性。現行方法之一為添加導熱材料於介電層中,所添加之導熱材料多為隨機排列,因此需加入大量導熱材料來增加其導熱性,但過多的導熱填料會導致介電層特性不佳與成本大幅增加,另外一方法為,以磁場配向高導熱材料於特定方向(如厚度方向)排列,進而達到特定方向(厚度方向)高導熱性,但此方法之導熱材料本身需具磁性,如未具磁性之導熱材料則需要高強度磁場或長時間的磁場配向時間,才能排列導熱材料。

綜上所述,目前亟需兼具磁性、絕緣性、低介電損失之導熱材料,進而達到介電層具有高導熱性、絕緣性與低介電損失特性。

本發明提供之磁性導熱材料,包括:導熱化合物粉體;以及含鐵氧化物,位於導熱化合物粉體的表面,其中含鐵氧化物為鐵與其他金屬之氧化物,且其他金屬係鎳、鋅、銅、鈷、鎂、錳、釔、鋰、鋁或上述金屬之組合。

另外,本發明提供之導熱介電層,包括:磁性導熱材料;以及樹脂,其中磁性導熱材料,包括:導熱化合物粉體;以及含鐵氧化物,位於導熱化合物粉體的表面,其中含鐵氧化物為鐵與其他金屬之氧化物,且其他金屬係鎳、鋅、銅、鈷、鎂、錳、釔、鋰、鋁或上述金屬之組合。

申請專利範圍
1. 一種磁性導熱材料,包括:一導熱化合物粉體;以及一含鐵氧化物,位於該導熱化合物粉體的表面,其中該含鐵氧化物為鐵與其他金屬之氧化物,且其他金屬係鎳、鋅、銅、鈷、鎂、錳、釔、鋰、鋁或上述金屬之組合,其中該含鐵氧化物占該磁性導熱材料之重量百分比介於0.05 wt%至50 wt%之間。

2. 一種導熱介電層,包括:磁性導熱材料以及樹脂,其中該磁性導熱材料,包括:一導熱化合物粉體;以及一含鐵氧化物,位於該導熱化合物粉體的表面,其中該含鐵氧化物為鐵與其他金屬之氧化物,且其他金屬係鎳、鋅、銅、鈷、鎂、錳、釔、鋰、鋁或上述金屬之組合,其中該含鐵氧化物占該磁性導熱材料之重量百分比介於0.05 wt %至50 wt %之間。

■ 隔離膜與鋰二次電池的電極模組
主要技術特徵
本發明提供之隔離膜,包括:多孔聚烯烴層;以及奈米纖維網,位於多孔聚烯烴層上,其中奈米纖維網係由多個奈米纖維交織而成。上述奈米纖維包括聚亞醯胺,其係由二胺與二酸酐共聚而成,其中二胺與二酸酐中至少一者係脂肪族或脂環族。

功效特點與產業效益
本發明係關於二次鋰電池的電極模組,更特別關於其隔離膜結構與組成。傳統鋰電池發生內短路時,因為短時間釋放大量熱量,會使得結構中聚烯烴材質的隔離膜無法耐受高溫而熔融變形。若無法阻隔局部熱累積或中止內短路,則鋰電池的活性物質將分解形成高壓氣體,甚至產生爆炸等危害。有鑑於此,國際各鋰電池製造大廠無不投入大量資源,研究如何有效改善鋰電池內短路的安全問題。日本電芯廠Panasonic開發之熱阻隔材料Heat Resistant Layer(HRL)可導入鋰電池內部,藉由強化隔離膜的機械性質,避免電池因受熱導致正負極直接接觸產生內短路現象,進而提升電池安全性。然而熱阻隔材料主要是由高含量之無機粒子(如Al2O3)及低含量之有機高分子黏著劑組成,易造成電池內電阻上升。此外,無機粒子在使用過程中易剝落而失去其保護功能。

綜上所述,目前仍需新的隔離膜來改善目前市售含熱阻隔層之電池阻抗,並維持其安全性。

申請專利範圍
1. 一種隔離膜,包括:一多孔聚烯烴層;以及一奈米纖維網,位於該多孔聚烯烴層上,其中該奈米纖維網係由多個奈米纖維交織而成,且該些奈米纖維包括無機材料。
2. 一種鋰二次電池的電極模組,包括:一陽極板;一陰極板;以及如申請專利範圍第1項所述之隔離膜,用以傳導一電解質中的鋰離子並隔離該陽極板與該陰極板。


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