專利名稱：二次電池與超級電容的熱管理多層膜、薄片及中空物件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用在單顆二次電池與超級電容以及多顆二次電池與超級電容 串并聯(lián)組成的電池包的外殼、套管的具有熱傳導(dǎo)、隔絕與吸收的熱處理功能的多層膜、薄片 及中空物件。上述的多層膜、薄片及中空物件分散有微粒包覆相變化材料(MCPCM)粒子及 熱傳導(dǎo)粒子，以吸收及分散二次電池及超級電容在充電與放電間所產(chǎn)生的熱。上述的多層 膜、薄片及中空物件可作為相變化形式的散熱體和/或隔絕體，以保護(hù)二次電池及超級電 容不受高溫環(huán)境的熱影響。在多層膜、薄片及中空物件中，塑料層可用黏著層置換，或是對 塑料層進(jìn)行化學(xué)改質(zhì)，以提供各層間足夠的黏著強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
一種已知的微粒包覆相變化熱吸收材料記載在美國專利第5224356號公告案，其 中揭露了使用包含熱能吸收材料的基材，以冷卻如集成電路及電阻的電子組件，可有效地 減少約65-80 %的表面溫度。烷烴與共熔金屬可被選為相變化材料，以獲得不同操作溫度下 的最佳熱性質(zhì)。參照美國專利第7270910號公告案則揭露了另一種已知用于具有復(fù)數(shù)個(gè)二次電 池的熱管理系統(tǒng)，其中一種用于冷卻無線動(dòng)力工具的二次電池的熱管理系統(tǒng)，包含了具有 微粒包覆相變化材料(MCPCM)的膠體包覆層，參照美國專利第7270910號的

圖12A，12B，上 述的熱管理系統(tǒng)使用膠體包覆層所包覆的相變化材料的融熔潛熱，來吸收二次電池所散出 的熱。膠體包覆層包含了塑料載體與MCPCM。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，無需移動(dòng)的機(jī)械零件來進(jìn) 行冷卻，且分散相完全地包覆于二次電池包，因此不需任何額外的空氣流或散熱體將熱量 傳遞到二次電池的外面，可被循環(huán)地使用數(shù)千次以上。但該系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，不具有可將熱 分散至環(huán)境中的充分熱傳導(dǎo)性，且由于膠體包覆層的生產(chǎn)，必須采用塑料射出成形的方式， 因此無法有效地達(dá)到高效率的生產(chǎn)，造成成本昂貴及人力浪費(fèi)。為了改善上述二次電池膠 體包覆層的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種具有熱傳導(dǎo)顆粒的金屬層和/或塑料層的多層膜、薄 片及中空物件，其中熱傳導(dǎo)顆?？沙浞值馗纳茻岱稚⒅镰h(huán)境的熱傳導(dǎo)性，并且可將熱吸收 于分散其中的MCPCM物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明所制造的多層膜、薄片及中空物件，是使用共擠出及 擠出涂布制程，具有可連續(xù)生產(chǎn)的特性，可以提高生產(chǎn)的效率，同時(shí)降低人力的成本。熱管 理多層膜及MCPCM物質(zhì)的應(yīng)用雖然已在上述的現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)容中有所揭示，但現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi) 容中均沒有任何對其利用共擠出及擠出涂布制程以改善及應(yīng)用在二次電池與超級電容的 教誨。在Journal of Power Sources 99 (2001) 70-77 的內(nèi)容中，揭露了鋰離子二次電池 與鎳氫二次電池在充電與放電過程中熱的產(chǎn)生。充電與放電的效率就如同二次電池的壽 命，是受到二次電池溫度的影響。因此，對于二次電池而言溫度控制是很重要的，提供二次 電池及超級電容的具有熱管理功能的外殼或套管因而具有實(shí)際意義。本發(fā)明提供一種新穎 的具有熱管理功能的多層膜、薄片及中空物件，其具有如下性質(zhì)有效且高效率地在充電與 放電時(shí)將熱從二次電池或超級電容吸收或移除，多層膜、薄片及中空物件的不同材質(zhì)間的良好的黏著性，以及可連續(xù)生產(chǎn)的制程。二次電池包與超級電容包是由復(fù)數(shù)的二次電池與超級電容所串并聯(lián)構(gòu)成，其中由具有熱管理功能的多層膜、薄片及中空物件制成外殼和/或套管，其可有效地延長二次電 池與超級電容的壽命，提供較佳的充電與放電效率與穩(wěn)定性，并且有效且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)二次 電池、超級電容與二次電池包、超級電容包。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供二次電池與超級電容一種改良的熱管理多層膜、薄片及中空物 件，可以有效地克服現(xiàn)有技術(shù)中使用膠體包覆層方法的缺點(diǎn)，并且具有較佳的散熱性，同時(shí) 簡化了二次電池包與超級電容包的制程。本發(fā)明尤其涉及一種用于二次電池與超級電容的熱管理外殼與套管，通過提供具 有金屬層、塑料層與黏著層的多層膜、薄片及中空物件，可達(dá)成上述的效果。本發(fā)明所述的熱管理多層膜、薄片及中空物件的結(jié)構(gòu)包含了復(fù)數(shù)層可選擇的金屬 層、塑料層與黏著層的層狀體。且多層膜、薄片及中空物件的制造方法可為共擠出、鑄造共 擠出以及將塑料/黏著層擠出涂布至另一金屬層。因此金屬層可包含鎳、銅、鎢、鉬、鋁、鋼、 銀、金或其它可能的金屬與金屬合金。塑料層與黏著層由母相樹脂、熱傳導(dǎo)粒子及微粒包覆相變化材料(MCPCM)粒子所 構(gòu)成。MCPCM粒子與熱傳導(dǎo)粒子通過復(fù)合材料制程分散在塑料層與黏著層的母相樹脂之中， 且塑料層與黏著層的母相樹脂可為擠出級的丙烯腈-丁二烯-苯二烯共聚物(ABS)、玻璃紙 (CEL)、硝酸纖維素(CN)、醋酸纖維素(CA)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、定 向聚丙烯(OPP)、離子聚合物(10)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PS)、聚醚(PESU)、聚酰亞胺(PI)、聚醚酰亞胺 (Polyetherimides)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(尼龍4、尼龍6、尼龍7、尼龍11、尼 龍12、尼龍(4，6)、尼龍(6，6)、尼龍(6，8)、尼龍(6，10)、尼龍(6，12)、四氟化聚乙烯(PTFE) 和其它含氟聚合物、EVOH共聚物、EVA共聚物。黏著層的典型的母相樹脂為常見的黏著層， 其商品名稱為PLEXAR、BYNEL, ADMER、NOVATEC、CXA。黏著層母相樹脂的特征在于在金屬層 與塑料層之間有絕佳的黏著性。本發(fā)明使用擠出級的黏著層母相樹脂，利用共擠出與擠出涂布的制程，以結(jié)合兩 個(gè)彼此黏著性不佳的不同材質(zhì)。因此使得本發(fā)明的熱管理多層膜、薄片及中空物件可對每 一種的材料具有獨(dú)特的黏著特性。例如，高密度聚乙烯對于乙烯-乙烯醇共聚物的黏著性很差。通過使用Plexar (例
如Plexar 1000)作為上述的黏著層材料，可創(chuàng)造結(jié)合EVOH的低透氧性與高密度聚乙烯的
剛度的多層結(jié)構(gòu)。且塑料層的母相樹脂也具有足夠的抗穿透性，以抵擋外部水分、氧氣和內(nèi) 部電解質(zhì)。對于分布在上述塑料層與黏著層母相樹脂中的熱傳導(dǎo)粒子，其材質(zhì)主要由金屬元 素或陶瓷所構(gòu)成。熱傳導(dǎo)粒子均勻地分布在上述的塑料層中，其主要的功效為有效地將熱 由二次電池或超級電容的內(nèi)部傳導(dǎo)至外部的環(huán)境。換言之，熱傳導(dǎo)粒子增加塑料層與黏著 層的熱傳導(dǎo)性。為了有效地增進(jìn)熱傳導(dǎo)的有效性與效率，在選擇熱傳導(dǎo)粒子時(shí)必須考慮熱 傳導(dǎo)粒子的大小、形態(tài)以及使用多種熱傳導(dǎo)粒子的互相影響的功效。
理想的熱傳導(dǎo)粒子的材料可選自金屬或是含碳材料，例如包覆有銀的銅粉、銀、 鎳、鋁、銅、錫粉、合金金屬粉末、氫化物-脫氫鈦粉、不銹鋼粉、石墨粉末、碳黑粉、納米碳管 (CNTs)、鉆石粉末、納米金屬粉末、球形氧化鋁粉末、超細(xì)致球形氧化鋁粉末，或是非氧化物 粉體，如氮化鋁粉末、六面體氮化硼粉末、碳化硼(B4C)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、硼化鑭 (LaB6)、二硫化鉬(MoS2)、氮化硅(Si3N4)、氮化鉭(TaN)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)、碳化 鎢(WC)、碳化鎢/鈷(WC/Co)、氟化鐿(YbF3)及上述粒子任意混合物的燒結(jié)體也可選擇氧化物粉末例如氧化鋁(A1A)、氫氧化鋁(Al (OH)3)、三氧化二硼 (B2O3)、碳酸鋇(BaCO3)、硫酸鋇(BaSO4)，鈦酸鋇(BaTiO3)、氧化鈰(CeO2)、鐵酸鈷(CoFe2O4)、 鐵酸鈷鋅(CoQ. Jna5Fe2O4，)、氧化鈷(CoO)、四氧化三鈷(Co304)、三氧化鉻(Cr03)、磷酸銫 (CsH2PO4)、氧化銅(CuO)、氧化鏑((Dy2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化銪(Eu2O3)、氧化鐵(Fe2O3)、 四氧化三鐵(Fe3O4)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化銦(In2O3)、氫氧化銦(In(OH)3)、氧 化錫(SnO2)、氧化鑭(La2O3，)、氧化鋰鈦(Li4Ti5O12)、氧化鎂鋁(MgAl2O4)、氧化鎂(MgO)、氫 氧化鎂(Mg(OH)2)、氫氧化錳(Mn2O3)、氧化鉬(MoO3)、氧化銣(Nd2O3)、氧化鎳鐵(NiFe2O4)、 氧化鎳鋅鐵(Nia5Zna5Fe2O4K氧化鎳(NiO)、三氧化二鎳(Ni2O3)、氧化鐠(Pr6O11)、三氧化二 銻(Sb2O3)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二釤(Sm2O3)、二氧化錫(SnO2)、氧化鍶鋁(SrAl12O19)、 碳酸鍶(SrCO3)、氧化鍶鋁(SrFe12O19)、氧化錫(Tb4O7)、二氧化鈦(TiO2)、氧化釩(VO)、三 氧化二釩(V2O3)、五氧化二釩(V2O5)、三氧化鎢(WO3)、釔鋁石榴石(YAG)、釔鋁石榴石/鈽 (YAG/Ce)、釔鋁石榴石/鈰(YAG/Ce)、釔鋁石榴石/釹(YAG/Nd)、氧化釔(Y2O3)、氧化鐵 鋅(ZnFe2O4)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋯(&02)、氧化鋯/氧化釔(&02/Υ203)、氧化鋯/氧化鈣 (&02/Ca0)、氧化鋯/氧化鈰(&02/Ca0)及其它納米級的金屬粉末，如納米級氧化鋅、納米 級銀、納米級金、納米級磁性粉末及上述顆粒任意混合的燒結(jié)體。上述導(dǎo)熱性粒子的平均粒子直徑為500微米至1微米，且又以250微米至5微米 為優(yōu)選。關(guān)于散布于母相樹脂中的MCPCM粒子，MCPCM粒子利用其中相變化材料的融熔的 潛熱來儲(chǔ)存二次電池與超級電容所產(chǎn)生的熱，并于之后加以散出。例如自放電的二次電 池與高電容所產(chǎn)生的熱由MCPCM粒子內(nèi)的相變化材料所吸收并轉(zhuǎn)化為融熔的潛熱，且使 MCPCM在融熔狀態(tài)中保持在融熔溫度的定溫，并由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。且根據(jù)使用本發(fā)明的熱 管理多層膜、薄片及中空物件的放電中的二次電池與超級電容，其溫度相較于未使用本發(fā) 明熱管理多層膜、薄片及中空物件的二次電池與超級電容可保持在較低的穩(wěn)定溫度。MCPCM 粒子的熱儲(chǔ)存主要是靠核心的相變化材料，例如烴類碳?xì)浠衔?。?dāng)相變化發(fā)生于MCPCM 粒子中時(shí)，需要相當(dāng)高的能量。在本發(fā)明中，在特定運(yùn)作條件下MCPCM粒子的選擇，是根據(jù)二次電池及超級電容 的加熱或冷卻循環(huán)的溫度而決定。但MCPCM粒子的相變化溫度有其限制。例如，某些純烯 烴的相變化溫度發(fā)生自低于室溫溫度至高于60°C。相變化溫度的變動(dòng)是根據(jù)烷烴碳鏈的長 度與其純度而決定。若鏈中的碳的數(shù)量為奇數(shù)和/或鏈長大于20個(gè)碳，部分的潛熱與固態(tài) 中所產(chǎn)生的第二過渡有關(guān)。本發(fā)明所使用的MCPCM粒子采用微包覆，如此可將相變化材料 與其周邊分離。微包覆防止所選擇的相變化材料熔化時(shí)與周圍產(chǎn)生混合。MCPCM粒子的直徑在 0. 5微米至1000微米的范圍，優(yōu)選為1微米至500微米。
適合的相變化材料(PCM)是由熱傳導(dǎo)包覆壁所進(jìn)行包覆，可為有機(jī)或無機(jī)的相變 化材料。如烴烷的有機(jī)PCM通常具有很寬范圍的熔點(diǎn)。無機(jī)PCM通常為含水鹽類的物質(zhì)， 具有含水及無水的形式。根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式，具有穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)的PCM包含了許多的有機(jī)物質(zhì)。例如， 碳?xì)浠衔锏腜CM包含如直鏈烷烴、烷烴碳?xì)浠衔?、支鏈烷烴、不飽和烴、商化烷烴、脂環(huán) 烷烴、蠟、油、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酸酯、1-鹵化物、一級醇、芳香族化合物，以及 無水物，如碳酸伸乙酯、多元醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、二羥甲基-2-甲基-1，3-丙二 醇、乙二醇、聚乙二醇、季戊四醇、二異戊四醇、五丙三醇、四羥甲基乙烷、新戊二醇、四羥甲 基丙烷、胺基新戊四醇、二胺基新戊四醇、三羥甲基乙酸，以及聚合物如聚乙烯、聚乙二醇、 聚丙烯、聚丙二醇，聚四亞甲基二醇，及共聚物。適合作為PCM的烷烴碳?xì)浠衔镏校渲?烷烴碳?xì)浠衔锟蔀檎送?、正二十七烷、正二十六烷、正二十五烷、正二十四烷、?二十三烷、正二十二烷、正二 i^一烷、正二十烷、正十九烷、正十八烷、正十七烷、正十六烷、 正十五烷、正十四烷、正十三烷及其混合物。無機(jī)PCM通常為含水鹽類的物質(zhì)，其中包含選 自Te、Se、Ge、Sb、Bi、Pb、Sn、As、S、Si、P、0的一種或一種以上的元素及其混合物或合金。
PCM可為兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物，通過選擇兩種或更多的物質(zhì)并形成其混 合物，溫度穩(wěn)定范圍可調(diào)整至任何所需應(yīng)用的廣泛范圍。根據(jù)本發(fā)明的部分實(shí)施方式，PCM 可包含上述的兩種或兩種以上的物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的具有熱管理功能的多層膜、薄片及中空物件，包含一到二十層的可 替換的金屬層、塑料層或黏著層的任意組合。且在需要黏著層的情況下，可將黏著層置于金 屬層_塑料層或塑料層_塑料層之間。典型的多層膜、薄片及中空物件包含了五層的結(jié)構(gòu)，其中包含了第一塑料層、第一 黏著層、中央金屬層、第二黏著層以及第二塑料層，其中黏著層置于上述金屬層與塑料層之 間。另一典型的結(jié)構(gòu)為九層的結(jié)構(gòu)，其中包含另一層的金屬層與塑料層，以及分別黏著于上 述五層結(jié)構(gòu)外側(cè)兩端的黏著層。任何不同的金屬層、塑料層以及黏著層的層數(shù)變化以及厚度變化都可以依使用者 的設(shè)計(jì)而加以達(dá)成。雖然多層膜對象結(jié)構(gòu)的每一層都可以由不同的厚度所構(gòu)成，多層膜對象結(jié)構(gòu)的每 一層的厚度較佳的情況下則是控制在5微米至1000微米之間。較佳的情況下，整體多層膜 則是控制在小于20000微米的范圍內(nèi)。黏著層的厚度可以變化，通常的厚度則在1微米至 50微米之間，較佳的情況下可將黏著層的厚度控制在5微米至20微米之間。將熱傳導(dǎo)粒子與MCPCM粒子加入塑料層與黏著層的母相樹脂的制程可通過復(fù)合 材料制程來完成。復(fù)合材料的制程使用一擠出機(jī)、兩組以上的重力進(jìn)料、一水浴槽以及一造 粒機(jī)來進(jìn)行。典型的情況下，擠出機(jī)具有五至十五區(qū)的共同旋轉(zhuǎn)的雙螺桿融熔區(qū)。經(jīng)烘箱 干燥的塑料層或黏著層的母相樹脂/聚合物被導(dǎo)入擠出機(jī)的前段區(qū)域，并且通過共同旋轉(zhuǎn) 的雙螺桿加以融熔。位于擠出機(jī)中間區(qū)域的兩側(cè)面進(jìn)料機(jī)則用來將熱傳導(dǎo)粒子與MCPCM粒 子導(dǎo)入至母相樹脂/聚合物的融熔流中。重力進(jìn)料用來準(zhǔn)確地控制加入到擠出機(jī)的熱傳導(dǎo)粒子及MCPCM粒子的數(shù)量。在樹 脂/聚合物的融熔后，其中分散有熱傳導(dǎo)粒子及MCPCM粒子，融熔流將穿過擠出機(jī)的后段區(qū) 域后，樹脂/聚合物條進(jìn)入水浴中且固化。固化的樹脂/聚合物條接著穿過造粒機(jī)并產(chǎn)生約2至4mm的顆粒。在復(fù)合材料制程后，復(fù)合物樹脂(塑料層或黏著層的母相樹脂散布有 熱傳導(dǎo)粒子及MCPCM粒子)被干燥并儲(chǔ)存于防潮袋中，以待后續(xù)的共擠出或擠出涂布制程。根據(jù)本發(fā)明的具有熱管理功能的多層膜、薄片及中空物件根據(jù)其制造方法可分為 四類1. PPP(塑料層-塑料層-塑料層)及PAP(塑料層-黏著層-塑料層)的多層膜、薄 片。2. PPP (塑料層-塑料層-塑料層)及PAP (塑料層-黏著層-塑料層)的多層膜中空物 件。3. PMP (塑料層-金屬層-塑料層)及PAMAP (塑料層-黏著層-金屬層-黏著層-塑 料層)的多層膜、薄片。4. PMP(塑料層-金屬層-塑料層)及PAMAP(塑料層-黏著層-金 屬層_黏著層_塑料層)的多層膜中空物件。制造PPP (塑料層-塑料層-塑料層)及PAP (塑料層_黏著層_塑料層)的多層 膜、薄片的方法采用現(xiàn)有技術(shù)中所常見的裝置與制程。ppp(塑料層-塑料層-塑料層)及 PAP(塑料層-黏著層-塑料層)的多層膜、薄片的制造采用如同現(xiàn)有技術(shù)所揭示的共擠出 制程。擠出機(jī)包含主擠出機(jī)及共擠出機(jī)，用來提供復(fù)合材料制程的聚合物融熔流，通過如 齒輪泵的進(jìn)料裝置來控制融熔流流量，以加入復(fù)合材料制程的聚合物融熔流到進(jìn)料區(qū)塊。 在通過輸入口自熱塑擠出機(jī)接受融熔流后，進(jìn)料區(qū)塊將融熔流傳送至其中的機(jī)械性操作區(qū) 段，其中將原來的融熔流結(jié)合至依所需數(shù)量與排列而形成的多層流結(jié)構(gòu)。該多層流經(jīng)由一 多層歧管擠出模具而形成，其中選擇性地從外加的擠出機(jī)結(jié)合來自進(jìn)料區(qū)塊的多層流。而 最后模具結(jié)合了所有 的融熔流而形成最終的多層流。最終多層流的延長與形變由環(huán)狀截面 所形成，其來自于進(jìn)料區(qū)塊，同時(shí)模具內(nèi)亦可以產(chǎn)生均一厚度的平坦截面。因此，最終的多 層流可被擠出模具狹縫。每一層所需的厚度可由每一相對應(yīng)融熔流的流量與模具內(nèi)軸心與 套管之間流道的間隙來加以控制而得。離開模具狹縫的多層流可通過冷卻滾筒進(jìn)一步冷卻 至固態(tài)，并形成PPP或PAP的多層膜與多層薄片。根據(jù)模具狹縫區(qū)域及截面形狀的變化設(shè) 計(jì)，任何所需的多層膜與多層薄片結(jié)構(gòu)可依照寬度、厚度加以形成，或形成平坦表面及延伸 表面，如鰭片的構(gòu)造。同時(shí)熱傳導(dǎo)粒子與MCPCM粒子可均勻地散布于每一層中。制造PPP (塑料層-塑料層-塑料層)及PAP (塑料層_黏著層_塑料層)的多層環(huán) 狀管的方法采用現(xiàn)有技術(shù)中所常見的共擠出裝置與制程。共擠出制程包含了主擠出機(jī)及共 擠出機(jī)，用來加熱并塑化復(fù)合材料制程塑料顆粒至融熔流中，通過如齒輪泵的進(jìn)料裝置將 加入復(fù)合材料制程的聚合物融熔流至模具，并用以控制流入模具本體內(nèi)的融熔流流量。模 具本身包含了一中空的模具體，其中具有內(nèi)膛、置于內(nèi)膛的軸心、形成環(huán)狀進(jìn)料艙的流道、 流量限制裝置則用來重新結(jié)合由蛛網(wǎng)裝置分開的融熔流，并平衡流道與環(huán)徑孔中提供形成 內(nèi)側(cè)層的額外融熔流的流量，且壓力平衡儲(chǔ)槽用來平衡融熔流的流動(dòng)。在模具的內(nèi)部，來自 主擠出機(jī)及共擠出機(jī)的融熔流穿過流量限制裝置及流道裝置以形成環(huán)狀多層融熔流。該環(huán) 狀多層流接著流入環(huán)狀排放套管中。排放套管的外形可根據(jù)所要制成的多層膜中空物件的 外形而加以決定，若排放套管為環(huán)狀，則最終所制成的多層膜中空物件的外形即為管狀。若 排放套管的外型為長方形，則最終所制成的多層膜中空物件的外形即為長方形柱狀。在通 過排放套管后，多層融熔流進(jìn)入一尺寸模具，其連接于一真空尺寸調(diào)整器，以調(diào)整所擠出的 多層膜管或中空物件至所要的尺寸。在真空尺寸調(diào)整器的內(nèi)部具有一冷卻室，該冷卻室用 來固化多層融熔流。固化的多層膜管或中空物件進(jìn)一步通過一拉伸裝置。該拉伸裝置將多 層膜管或中空物件自排放套管通過真空尺寸調(diào)整器拉伸出來。PPP或PAP形態(tài)的多層膜中 空物件可指定其截面形狀、尺寸、層數(shù)、個(gè)別層的厚度以及總厚度，黏著強(qiáng)度不夠時(shí)，必要的話加入中介的黏著層，且每一層包含有熱傳導(dǎo)粒子與MCPCM粒子。 制造PMP (塑料層_金屬層_塑料層)及PAMAP (塑料層-黏著層_金屬層_黏著 層-塑料層)的多層膜、薄片的方法采用現(xiàn)有技術(shù)中所常見的裝置與制程。該制程首先對 金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，以確保金屬表面與涂布的塑料層之間有充分的黏著性。一些選擇性 的預(yù)處理也在現(xiàn)有技術(shù)中有所揭露。在現(xiàn)有技術(shù)所揭示的預(yù)處理包含了清潔、浸酸、噴砂及 研磨，伴隨著清洗與干燥。在預(yù)處理的程序之后，金屬層被卷成卷狀使得塑料層得以進(jìn)行連 續(xù)的擠出涂布。卷曲的金屬層隨后被釋放并由懸吊滾輪移動(dòng)以進(jìn)行在線制程的連續(xù)供應(yīng)。 在進(jìn)行塑料層的擠出之前，移動(dòng)的金屬層可選擇性地進(jìn)行開放式?jīng)_擊或電暈放電，以達(dá)到 所要的表面活化程度，并產(chǎn)生塑料層與金屬層之間的較佳黏著性。PPP或PAP型的多層融熔 流接著通過模具狹縫被涂布至移動(dòng)中金屬薄片的表面。先前所敘述的PPP或PAP型的共擠 出融熔流可特定其所要的寬度、厚度、層數(shù)、平面形狀或延伸表面形狀。在擠出涂布的程序 后，所涂 布的金屬層穿過夾擠滾輪以使塑料層穩(wěn)固地與金屬薄片進(jìn)行接合。接著，所涂布的 塑料融熔流通過一冷卻槽或冷卻水浴進(jìn)行固化。如PPP或PAP型的多層膜或薄片，其模具 的截面形狀或面積決定所要的涂布多層塑料層的寬度、厚度、層數(shù)、平面形狀或延伸表面形 狀。不同塑料層及黏著層的排列由模具與共擠出的進(jìn)料區(qū)塊所決定。在金屬層與塑料層或 塑料層與塑料層之間的接合性不佳時(shí)則添加黏著層。塑料層與黏著層母相樹脂中所需熱傳 導(dǎo)粒子與MCPCM粒子數(shù)量的復(fù)合材料可由主擠出機(jī)及共擠出機(jī)所制成。
制造PMP (塑料層-金屬層-塑料層)及PAMAP (塑料層-黏著層-金屬層-黏著 層-塑料層)的多層復(fù)合管的方法采用現(xiàn)有技術(shù)中所常見的裝置與制程。該制程首先對金 屬表面進(jìn)行去污與預(yù)處理，就如同上述在PMP與PAMAP多層膜或多層薄片中所描述的預(yù)處 理程序。接著，PPP或PAP型的內(nèi)層被擠出或共擠出出，其方法如同上述關(guān)于PPP與PAP多 層膜管的擠出制程。表面預(yù)處理金屬帶隨后通過一系列的成形滾輪，如同現(xiàn)有技術(shù)所教示 的成形方式。金屬帶連續(xù)地在PPP或PAP多層膜管的周圍成形。接著，金屬帶的密封可通 過任何的焊接運(yùn)作而加以完成，例如雷射焊接、電弧焊接或電阻焊接，由此形成封閉的金屬 管。封閉金屬管的直徑可通過一道抽降的程序減小，使得封閉金屬管的內(nèi)表面與PPP或PAP 多層膜管的外表面進(jìn)行接合。接著，再通過加熱至PPP或PAP多層膜管的熔點(diǎn)使表面之間 產(chǎn)生接合。在此階段，可以得到具有外部金屬層及內(nèi)部塑料層或塑料層-黏著層的MP(金 屬層-塑料層)或MAP(金屬層-黏著層-塑料層)形態(tài)的多層膜管。接著，如同現(xiàn)有技術(shù) 所使用的擠出涂布制程將欲涂布塑料層或塑料層_黏著層涂布至上述MP或MAP形態(tài)的多 層膜管的表面。MP或MAP型態(tài)的多層膜管通過一系列的模具以連續(xù)地涂布黏著層及塑料 層，并利用液壓裝置來移動(dòng)MP或MAP型態(tài)的多層膜管。最后的冷卻步驟用來固化塑料層或 黏著層。若有需要，額外的金屬層、塑料層及黏著層可以用相同的方式加以添加。最后，可 得到PMP或PAMAP的多層膜管。PMP或PAMAP形態(tài)多層膜中空物件的制造方法同于PMP或 PAMAP形態(tài)多層膜管的制造方法，差別僅在于采用不同的金屬管成形滾輪，以形成所需要的 截面形狀，如長方形或三角形。且用于擠出或共擠出以形成塑料層或黏著層的模具也可根 據(jù)所需的截面形狀而調(diào)整模具。PMP或PAMAP形態(tài)多層膜中空物件可以特定其截面形狀、 尺寸與各金屬層、塑料層與黏著層的數(shù)量，同時(shí)也可特定個(gè)別層的厚度、整體厚度以及平面 或延伸表面的形狀，同時(shí)可特定個(gè)別塑料層與黏著層的熱傳導(dǎo)粒子與MCPCM粒子種類與數(shù) 量。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中所使用的圓柱形鋰二次電池/超級電容的示意圖。圖2A及圖2B為現(xiàn)有技術(shù)中所使用的方形鋰二次電池/超級電容的示意圖。圖3為微粒包覆相變化材料粒子的放大截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明一種具有五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片的放大剖面示意圖。圖5為本發(fā)明另一種具有多層膜結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片的放大剖面示意圖。圖6A、圖6B以及圖6C為根據(jù)本發(fā)明具有雙層、三層及五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/ 薄片的優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖。圖7A、圖7B以及圖7C為熱傳導(dǎo)粒子、MCPCM粒子及其混合物在多層膜結(jié)構(gòu)中塑料 層與黏著層部分的分布狀態(tài)示意圖。圖8A及圖8B為PPP、PAP、PMP及PAMAP形態(tài)多層膜結(jié)構(gòu)的五層結(jié)構(gòu)示意圖。圖9A及圖9B為PPP、PAP、PMP及PAMAP菱柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)的五層結(jié)構(gòu)示意 圖。圖IOA及圖IOB為PPP、PAP、PMP及PAMAP圓柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)的五層結(jié)構(gòu)示意圖。圖IlA及圖IlB為PPP、PAP、PMP及PAMAP任意形狀多層膜中空管狀結(jié)構(gòu)的五層結(jié)
構(gòu)示意圖。圖12A及圖12B為單一的二次電池/高電容具有或不具有本發(fā)明的多層膜結(jié)構(gòu)外 殼或套管的溫度圖形。圖13A、圖13B以及圖13C為PPP及PAP多層膜結(jié)構(gòu)制造程序的方塊流程圖。圖14A、圖14B、圖14C以及圖14D為PMP及PAMAP多層膜結(jié)構(gòu)制造程序的方塊流 程圖。主要組件符號說明101 陰極層102 陽極層103 隔離層104 陰極導(dǎo)線105 陽極導(dǎo)線106 安全閥107 正溫度系數(shù)電阻器108 頂蓋109 氣封墊片110 絕緣層111 夕卜殼201 陰極層202 陽極層203 隔離層204 陰極導(dǎo)線
205陽極導(dǎo)線206安全閥
207陰極蓋208氣封墊片209絕緣層210夕卜殼301熱傳導(dǎo)層302相變化材料401金屬層402塑料層403黏著層501塑料層502黏著層503外側(cè)塑料層601黏著層602 金屬層或塑料層701 熱傳導(dǎo)粒子702MCPCM 粒子703 熱傳導(dǎo)粒子與MCPCM粒子混合物801 表面802 鰭片901 表面902 鰭片1001 表面1002 鰭片1101 表面1102 鰭片1103 套管1104 所需物件
具體實(shí)施例方式為了解本發(fā)明的目的、特征及功效，現(xiàn)通過下述具體的實(shí)施方式，并配合所附的圖 式，對本發(fā)明作一詳細(xì)說明，說明如后參照圖1，顯示了現(xiàn)有技術(shù)中所使用的圓柱形鋰二次電池/超級電容。已知技術(shù)中 的圓柱形鋰二次電池/超級電容包含了陰極層101、陽極層102以及陰極層101與陽極層 102之間的隔離層103等復(fù)數(shù)層。陰極層101與陽極層102的末端連接至陰極導(dǎo)線104與 陽極導(dǎo)線105，且二次電池的其它部分包含已知圓柱形鋰二次電池/超級電容組件，如使氣 體溢出的安全閥106、正溫度系數(shù)電阻器107 (PTC)、頂蓋108、氣封墊片109、絕緣層110及 防止電解液流出與外部異物突入的外殼111。如同圖1所示，在二次電池/超級電容模充電與放電的過程中，產(chǎn)生自整體二次電池/超級電容模的熱能被傳導(dǎo)至絕緣層110及外殼111的表面。參照圖2A及圖2B，顯示了現(xiàn)有技術(shù)中所使用的方形鋰二次電池/超級電容。方 形鋰二次電池/超級電容通常包含復(fù)數(shù)層，其中包含了陰極層201、陽極層202以及陰極層 201與陽極層202之間的隔離層203等復(fù)數(shù)層。當(dāng)電極層與隔離層203依照陰極層201、隔 離層203、陽極層202、隔離層203的順序重疊至所需的二次電池/超級電容數(shù)量時(shí)，陰極層 201及陽極層202的末端連接至陰極導(dǎo)線204與陽極導(dǎo)線205，且二次電池的其它部分包含 已知方形鋰二次電池/超級電容組件，如使氣體溢出的安全閥206、陰極蓋207、氣封墊片 208、絕緣層209及防止電解液流出與外部異物突入的外殼210。如同圖2A、2B所示，在二次 電池/超級電容模充電與放電的過程中，產(chǎn)生自整體二次電池/超級電容模的熱能被傳導(dǎo) 至絕緣層209及外殼210的表面。圖3顯示微粒包覆相變化材料(MCPCM)粒子中相變化材料302 (PCM)由熱傳導(dǎo)層 301所包覆顯示的截面結(jié)構(gòu)。相變化材料302可使熱被儲(chǔ)存并于之后進(jìn)行散熱。由放電的 二次電池/超級電容所釋放的熱會(huì)由MCPCM粒子所吸收，并使得PCM 302產(chǎn)生由固態(tài)至液 態(tài)的相變化結(jié)果。儲(chǔ)存在PCM 302中的熱在散熱的期間可以適當(dāng)?shù)厣⒁葜林車h(huán)境中。PCM 302的熱儲(chǔ)存主要是來自于熔融的潛熱。本發(fā)明的PCM 302采用微包覆利用外殼的熱傳導(dǎo) 層301作為將所選擇材料與外部環(huán)境分離的材質(zhì)。做為外殼包覆層應(yīng)用的熱傳導(dǎo)層301通 過對PCM 302進(jìn)行包覆可以有效地延長其使用壽命。熱傳導(dǎo)粒子的尺寸可為0. 5至1000 微米。且外殼的熱傳導(dǎo)層301是由金屬、陶瓷或聚合物所構(gòu)成。參照本發(fā)明圖4及圖5的內(nèi)容，顯示了本發(fā)明的兩種優(yōu)選實(shí)施方式。圖4為根據(jù) 本發(fā)明一種具有五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片的優(yōu)選實(shí)施方式，其中包含了一層金屬層 401、兩層塑料層403及兩層黏著層402。且黏著層置于金屬層401與塑料層403之間。本 發(fā)明的多層膜/薄片通過塑料層之間黏著層的接合，可具有各種不同的結(jié)構(gòu)。典型的多層 膜/薄片結(jié)構(gòu)就如同圖4的較佳實(shí)施方式所示。中間金屬層401提供必要的強(qiáng)度及熱傳導(dǎo) 性于熱管理多層膜/薄片。且金屬層可包含鎳、銅、鎢、鉬、鋁、鋼、銀、金及其它可用的金屬 箔。根據(jù)本發(fā)明黏著層402的成份可為烷基酯共聚物及混合物、改質(zhì)的聚烯烴及其任意的 混合物。如同MCPCM粒子的熱傳導(dǎo)粒子也均勻地分散于黏著層402中，以吸收產(chǎn)生自二次 電池/超級電容中的熱。多層膜結(jié)構(gòu)雙面外側(cè)的塑料層403的材料可為聚乙烯、聚乙烯共 聚物、聚酰胺、乙烯和乙烯醇共聚物(EVOH)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丙烯、高密度 聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯或其它可應(yīng)用的材料。多層膜/薄片結(jié)構(gòu)的每一 層的厚度優(yōu)選為0. 05微米至250微米的范圍內(nèi)。且更佳的情況為多層膜結(jié)構(gòu)的任一層的 厚度小于50微米。黏著層402的厚度可以變化，但通常在0. 05微米至12微米的范圍內(nèi)。 較佳的情況該黏著層的厚度介于0. 05至1. 0微米之間。且最佳的情況為介于0. 25至0. 8 微米之間。圖5為本發(fā)明另一種具有五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片的較佳實(shí)施方式，其 中包含了一層中間塑料層501、兩層外側(cè)塑料層503及兩層黏著層502。且黏著層置于中間 塑料層501與外側(cè)塑料層503之間。本發(fā)明的五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片的每一層可 具有各種不同的結(jié)構(gòu)。且黏著層502的成份可為烷基酯共聚物及混合物、改質(zhì)的聚烯烴及 其任意的混合物。如同MCPCM粒子的熱傳導(dǎo)粒子亦均勻地分散于兩層黏著層502、一層中 間塑料層501以及兩層外側(cè)塑料層503中，以吸收產(chǎn)生自二次電池/超級電容中的熱。多層膜結(jié)構(gòu)雙面外側(cè)的塑料層503的材料可為聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚酰胺、乙烯和乙烯醇 共聚物(EVOH)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性 低密度聚乙烯或其它可應(yīng)用的材料。多層膜/薄片結(jié)構(gòu)的每一層可為不同的厚度，其厚度 優(yōu)選為0. 05微米至250微米的范圍內(nèi)。且更佳的情況為多層膜結(jié)構(gòu)的任一層的厚度小于 50微米。黏著層502的厚度可以變化，但通常在0.05微米至12微米的范圍內(nèi)。較佳的情 況該黏著層的厚度是介于0. 05至1. 0微米之間。且最佳的情況為介于0. 25至0. 8微米之 間圖6A，6B，6C顯示根據(jù)本發(fā)明具有雙層、三層及五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片 的較佳實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的熱管理多層膜/薄片，至少包含一層金屬層或塑料層602 以及最少包含一層黏著層601。且黏著層601置于中間金屬層或塑料層602之間。如同圖 6A，6B, 6C所示，多層膜/薄片結(jié)構(gòu)可具有與金屬層或塑料層602結(jié)合的黏著層601，或具有 結(jié)合至黏著層601兩面的兩金屬層或塑料層602。且多層膜/薄片結(jié)構(gòu)可延伸至五層的結(jié) 構(gòu)，其中包含了兩層黏著層601黏接至三層金屬層或塑料層602，且黏著層601至于金屬層 或塑料層602之間。上述雙層、三層及五層結(jié)構(gòu)的熱管理多層膜/薄片也可以附加置于其 它的中間層的雙面或任意面，如圖5所示的中間塑料層501，由此形成本發(fā)明中不同多層結(jié) 構(gòu)的熱管理多層膜/薄片。參照本發(fā)明圖7A、圖7B以及圖7C，顯示了熱傳導(dǎo)粒子701、MCPCM粒子702及其混 合物703在多層膜結(jié)構(gòu)中塑料層與黏著層部分的分布狀態(tài)。在圖7A與圖7B，熱傳導(dǎo)粒子 701及MCPCM粒子702由前述的物質(zhì)所成，且均勻地分散于多層膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。圖7C顯示 熱傳導(dǎo)粒子701及MCPCM粒子702的均勻混合物。如同圖7C所示，混合物703顯示隨機(jī)的 分布，使得熱可以由所有的方向被均勻地吸收及傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)粒子701及MCPCM粒子702 的均勻混合物以及塑料層與黏著層的母相樹脂可以通過本發(fā)明所揭示的復(fù)合材料制程來 充分地達(dá)成。參照本發(fā)明圖8A及圖8B，顯示了 PPP、PAP、PMP及PAMAP形態(tài)多層膜結(jié)構(gòu)的五層 結(jié)構(gòu)。五層結(jié)構(gòu)的表面801顯示了包含有熱傳導(dǎo)粒子以及MCPCM粒子的塑料層。且第二至 第四層可分別為金屬層、塑料層或黏著層，其全部由上述的制造程序所制造而成，其中底層 可與表層或其它中間層為相同的材質(zhì)。圖8A及圖8B顯示膜和薄片結(jié)構(gòu)，其為本發(fā)明兩種 可能的實(shí)施方式。圖8B顯示了在五層結(jié)構(gòu)的表面額外添加的復(fù)數(shù)延伸鰭片802。鰭片802 的形狀可具有不同外型與尺寸的設(shè)計(jì)，且該外形亦可施加于復(fù)數(shù)多層膜及薄片結(jié)構(gòu)的內(nèi)部 各層。參照本發(fā)明圖9A及圖9B，顯示了 PPP、PAP、PMP及PAMAP菱柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu) 901的五層結(jié)構(gòu)。如上所述，菱柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)901的每一層可用不同的材料加以置 換，且可加入延伸鰭片902以適應(yīng)不同的需求，特別是可達(dá)成增加延伸表面的熱傳流傳輸 的目的。在菱柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)901的中央，具有一個(gè)中空孔，使得如圖1或圖2A，2B所 示具有適當(dāng)尺寸及外形的圓柱形或方形二次電池或超級電容可以直接被置入其中。菱柱形 多層膜管狀結(jié)構(gòu)901的底部可為開口狀或是封口狀。當(dāng)二次電池或高電容被置入菱柱形多 層膜管狀結(jié)構(gòu)901時(shí)，二次電池或高電容的溫度上升可被良好地控制。圖IOA及圖IOB顯示了本發(fā)明另一種圓柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。圖IOA及 圖IOB顯示了 PPP、PAP、PMP及PAMAP圓柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)1001的五層結(jié)構(gòu)。如上所述，圓柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)1001的每一層可用不同的材料加以替代，且延伸鰭片1002可被加 入，以適應(yīng)不同需求，特別是可達(dá)成增加延伸表面的熱傳流傳輸?shù)哪康?。使得如圖1或圖 2A、2B所示具有適當(dāng)尺寸及外形的圓柱形或方形二次電池或超級電容可以直接被置入其 中，且圓柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)1001的內(nèi)部孔洞也可以采取與外部不同的形狀。而延伸鰭片 1002的外形可根據(jù)不同的需求而加以修改，圓柱形多層膜管狀結(jié)構(gòu)1001中間的內(nèi)部孔可 被設(shè)計(jì)為方型或其它所需的形狀。同時(shí)通過本發(fā)明所采用的共擠出制造程序可以任意地調(diào) 整延伸鰭片1002的尺寸以及外形。圖IlA及圖IlB為任意形狀的多層膜中空物件結(jié)構(gòu)。在圖IlA中，中間的中空孔 部分1101可被置入與其尺寸符合的二次電池/高電容而不需任何復(fù)雜的程序。圖IlA也 顯示多層膜結(jié)構(gòu)可具有不同的外形及由內(nèi)層至外層的延伸鰭片1102。在圖IlB中，如二次 電池或超級電容的所需物件1104可被置入中空孔1101中。該多層膜中空物件所形成的套 管在中空孔的數(shù)量、外型、尺寸以及多層膜的成份具有很充分的彈性。根據(jù)圖11B，其中顯 示了多層膜套管結(jié)構(gòu)的一種較佳的實(shí)施方式，其中可置入三個(gè)二次電池或超級電容。如同 圖IlB所示，該結(jié)構(gòu)包含了三個(gè)中空孔，使得所需對象1104可被置入中空孔1101中，多層 膜套管完全地包覆各個(gè)二次電池或超級電容，且由放電/充電中的二次電池或超級電容所 產(chǎn)生的熱能可有效地被儲(chǔ)存或者是被散出。因此，運(yùn)作中的二次電池或高電容可被保持在 穩(wěn)定且適當(dāng)?shù)牡蜏?。參照圖12A及圖12B，圖12A顯示單一的二次電池/高電容而不具有本發(fā)明的多層 膜結(jié)構(gòu)外 殼或套管的溫度圖形，很明顯地在圖12A中，在時(shí)間/總放電時(shí)間=1的最大溫度 時(shí)高于圖12B中在時(shí)間/總放電時(shí)間=1時(shí)的最大溫度。結(jié)果可知，本發(fā)明中伴有外部多 層結(jié)構(gòu)外殼或套管的單一二次電池/超級電容或復(fù)數(shù)二次電池/超級電容可以保持在一個(gè) 較低的最大運(yùn)作溫度。參照圖13A、圖13B以及圖13C，揭露了整體的PPP及PAP多層膜結(jié)構(gòu)制造程序。圖 13A顯示了復(fù)合材料制程，其用來制造母相樹脂中具有顆粒的塑料層或黏著層、熱傳導(dǎo)粒 子、以及MCPCM粒子。在此使用了雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行多層膜結(jié)構(gòu)制造程序，且本領(lǐng)域技術(shù)人 員可輕易的獲得這樣的制造方式，因此在此省略細(xì)部的敘述。母相樹脂的聚合物熔融流、熱 傳導(dǎo)粒子以及MCPCM粒子被擠出至一冷卻裝置，且接著通過造粒機(jī)形成塑料粒子。參照圖 13B，混合物粒子被加入主擠出機(jī)中及復(fù)數(shù)的共擠出機(jī)中。主擠出機(jī)及復(fù)數(shù)共擠出機(jī)的排列 是根據(jù)所需的PPP及PAP結(jié)構(gòu)的層數(shù)。例如，在五層PAPAP結(jié)構(gòu)的制造程序中，所設(shè)計(jì)的塑 料層顆粒被加入主擠出機(jī)、第三及第五共擠出機(jī)中，所設(shè)計(jì)的塑料層顆粒被加入主擠出機(jī)、 第三及第五共擠出機(jī)中，所設(shè)計(jì)的黏著層顆粒被加入第二及第四共擠出機(jī)中。通過主擠出 機(jī)及四臺(tái)共擠出機(jī)的共擠出，五層膜/薄片的結(jié)構(gòu)可以依照現(xiàn)有技術(shù)中的高分子共擠出程 序而加以完成，細(xì)部的操作程序在此不再贅述。參照圖13C，多層膜中空物件可由復(fù)數(shù)的擠 出機(jī)所制造，關(guān)于排放套管、模具尺寸以及拉伸裝置，所有的共擠出制程的細(xì)部操作與裝置 均為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易的進(jìn)行和獲得的，因此細(xì)部的操作程序?qū)⒉辉儋樖?。參照圖14A、圖14B、圖14C，揭露了制造PMP及PAMAP多層膜結(jié)構(gòu)的整體程序。參 照圖14A及圖14C，顯示了在PMP及PAMAP中金屬層的制造程序的方塊流程圖。金屬箔/薄 片/帶通過表面處理、研磨、噴砂、潔凈及干燥制程。在表面預(yù)處理步驟后，經(jīng)處理的金屬箔 /薄片/帶將被卷曲以形成卷曲的金屬箔/薄片/帶。在后續(xù)的單元運(yùn)作中，如同圖14B以及圖14D所示，所卷曲的金屬箔/薄片/帶將通過共擠出和/或擠出涂布與塑料層和黏著 層結(jié)合或形成層狀物。例如，如同圖14B所示，卷曲的金屬箔/薄片/帶通過懸吊滾輪、電 暈放電以及加熱器以接收后續(xù)的擠出涂布。所設(shè)計(jì)的塑料層與黏著層被分別涂布在金屬箔 /薄片的兩側(cè)，并形成所需的PMP及PAMAP多層膜/薄片。上述的制程為通常的高分子制造 程序，且為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易地進(jìn)行，細(xì)部的操作程序?qū)⒉辉儋樖?。?shí)施例1 參照圖11A，該圖揭示了一種較佳的多層膜套管的實(shí)施例。用于18650鋰離子二次 電池/超級電容的MAP環(huán)狀管套管包含了三種不同的層。內(nèi)層包含了鋁-鎂(Al-Mg)金屬 合金且其層的厚度為0.3mm。延伸鰭片長度為2. 5mm且寬度為1.0mm。且延伸鰭片邊緣的 距離為2. 0mm。金屬合金層的熱傳導(dǎo)系數(shù)為200W · πΓ1 · Γ1，且金屬層的內(nèi)部直徑(中空孔 直徑)為21mm。中間的黏著層是由ADMER QF551E(40% )、氮化鋁(59.9%)以及納米碳管 (0.1%)所構(gòu)成。中間黏著層的厚度為50微米，熱傳導(dǎo)系數(shù)為lOW·!^1·!^。外部塑料層 是由聚乙烯(PE) (40% )、氮化鋁(10% )以及MCPCM 43D所構(gòu)成。其中膜厚為3mm，且延伸 鰭片的長度為2. 0mm，且寬度為1.0mm。在每一鰭片之間的距離為2. 0mm。外部塑料層的熱 傳導(dǎo)系數(shù)為IOW · πΓ1 · ΚΛ (ASTM F433所采用的熱流量測方法)，且在43°C熔融的潛熱為 70KJ -Kg"1 (由微分掃描卡計(jì)Perkin-Elmer DSC-7 (USA)所測定，安裝DSC-7動(dòng)態(tài)軟件)。所 刷上的導(dǎo)電膠層則是由DX 2000樹脂(40% )、氮化鋁(59. 9% )以及納米碳管(0. )構(gòu) 成。PAMAP多層膜管是由共擠出涂布制程所制作。且套管制作制程為下列步驟第一步是 切割所制造的多層膜管至所要的尺寸(在此例中為圓柱形18650鋰離子二次電池/超級電 容，所需的長度為65mm)。第二步為涂布導(dǎo)電膠層至圓柱形18650鋰離子二次電池/超級電 容的表面，第三步為將圓柱形18650鋰離子二次電池/超級電容置入套管的中空孔中。在 上述的制程后，二次電池/超級電容可通過本發(fā)明的多層膜套管控制在較佳的溫度范圍。實(shí)施例2參照圖9B，實(shí)施例2為一種較佳的PPP多層膜方形套管的實(shí)施例，其用于作為具有 后述層狀構(gòu)造且成形為方形鋰離子二次電池/超級電容的熱管理套管。母相樹脂是EVA共 聚合物(DuPontTMElvax CM555)，占全部重量的35%。分散相包含10%的氮化鋁(氮化 鋁平均粒徑為10至20微米)以及55%的MPCM 43D (平均粒徑為10 20微米且相變化溫 度為43°C )。內(nèi)部中空孔的尺寸的寬度為10mm，長度為100mm。層的厚度為8mm。外表面包 含了數(shù)個(gè)延長鰭片的矩陣，其中鰭片延伸表面的長度為2. 5mm，鰭片寬度為1. 0mm，且在相 鄰鰭片邊緣間的距離為2.0mm。所測量到的熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.4W ^nT1 · K—1。(ASTM F433所 采用的熱流量測方法)，且在43°C熔融的潛熱為90KJ .Kg—1 (由微分掃描卡計(jì)Perkin-Elmer DSC-7 (USA)所測定，安裝DSC-7動(dòng)態(tài)軟件)。實(shí)施例3參照圖8A，實(shí)施例3為一種較佳的PPP多層膜平面薄片的實(shí)施例，其用于作為具 有后述層狀構(gòu)造且成形為方形鋰離子二次電池/超級電容的熱管理套管。內(nèi)層(或第一 層)為一塑料層，由聚乙烯(PE) (35% )、六面體氮化硼(h-BN) (64. 9 % )(由Momentive Performance Materials Inc.所取得)以及CNT(0. 1% )所構(gòu)成。且其層的平均厚度為50 微米。夾層(中間層)為黏著層，是由BYNEL 21E533(40%)、六面體氮化硼(h_BN) (64.9%) (由MomentivePerformance Materials Inc.所取得)以及納米碳管(0. 1% )所構(gòu)成。其中外層膜厚為30微米。外層(或第三層)是由塑料層所構(gòu)成，具有35%的聚對苯二甲酸二 丁酯(PBT)、15%的六面體氮化硼(h-BN)以及40%的MPCM 43D。其平均膜厚為2. 5mm。三 層薄片的平均熱傳導(dǎo)度為1. Off · πΓ1 · K—1。在43°C的熔融潛熱為85KJ · Kg—1。實(shí)施例4參照圖10A，實(shí)施例4為一種較佳的PAMAP五層膜的中空管的實(shí)施例，其用于作為 具有后述層狀構(gòu)造且成形為18650圓柱形鋰離子二次電池/超級電容的熱管理套管。內(nèi)層 (或第一層)為一塑料層，由聚對苯二甲酸二丁酯(PBT) (40% )、氮化鋁(60% )所構(gòu)成，且 其層的平均厚度為50微米。夾層(中間層)為黏著層，是由BYNEL 21E533(40%)、氮化鋁 (59.9% )以及納米碳管(0. 1%)所構(gòu)成。其中外層膜厚為30微米。第三層是由鋼層所 構(gòu)成，且其層的平均厚度為100微米。第四層為黏著層，具有40%的ADMER NF408E,59.9% 的氮化鋁以及0. 1 %的納米碳管，且其厚度為30微米。第五層為一塑料層，其中由聚乙烯 (PE) (40% )、氮化鋁(10% )以及MCPCM43D(50% )所構(gòu)成，其層的平均厚度為3mm。中空 管的內(nèi)部直徑為18mm。且五層膜的中空管的平均熱傳導(dǎo)度為^評·!^1·!^。在43°C的熔 融潛熱為85KJ · Kg—1。實(shí)施例5實(shí)施例5為一種較佳的MAP三層膜的方型中空管的實(shí)施例，其用于作為具有后 述層狀構(gòu)造且成形為18650方形鋰離子二次電池/超級電容的熱管理套管。內(nèi)層(或第 一層)為一鋼層，該層的平均厚度為100微米。第二層(中間層)為黏著層，是由ADMER NF408E(40%)、氮化鋁(59.9%)以及納米碳管(0.1%)所構(gòu)成。其中膜厚為50微米。第 三層為一塑料層，其中由聚乙烯(PE) (40%)、氮化鋁(10%)以及MCPCM43D(50%)所構(gòu)成， 其層的平均厚度為3mm，且在第三層的外表面形成延伸的鰭片。實(shí)施例6實(shí)施例6為一種較佳的PAMAP環(huán)狀中空管的實(shí)施例，其用于作為具有后述層狀構(gòu) 造且成形為18650圓柱形鋰離子二次電池/超級電容的熱管理套管。內(nèi)層(第一層)包 含了鋁-鎂(Al-Mg)金屬合金且其層的厚度為0.3mm。第二層(中間層)為黏著層，是由 ADMER NF408E(40% )、氮化鋁(59. 9% )以及納米碳管(0. 1%)所構(gòu)成。其中膜厚為50微 米。第三層為一塑料層，其中由聚乙烯(PE) (40% )、氮化鋁(10% )以及MCPCM43D(50% ) 所構(gòu)成，其層的平均厚度為3mm，且在內(nèi)部第一層形成延伸的鰭片。當(dāng)某些實(shí)施例以如同上述方法描述時(shí)，應(yīng)可理解的是該些實(shí)施例僅作為說明本發(fā) 明的示例。因此，在此所描述的裝置與方法并非僅受限于上述的實(shí)施例所揭示的內(nèi)容。另 夕卜，在此所描述的裝置與方法應(yīng)僅可參照上述發(fā)明說明及說明書附圖內(nèi)容來加以對申請專 利范圍予以界定。
權(quán)利要求
一種用于二次電池與超級電容的熱管理多層膜/薄片，包含復(fù)數(shù)的熱傳導(dǎo)粒子；復(fù)數(shù)的微粒包覆相變化材料粒子；以及至少一層的塑料層，其中上述的復(fù)數(shù)熱傳導(dǎo)粒子及復(fù)數(shù)微粒包覆相變化材料粒子均勻地分散于該塑料層中；其中該塑料層形成層狀體多層膜/薄片結(jié)構(gòu)，且在該塑料層超過一層的情況時(shí)，該塑料層彼此依序重疊。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管理多層膜/薄片，其中塑料層包含聚乙烯、聚乙烯共聚物、 聚酰胺、乙烯和乙烯醇共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙 烯、線性低密度聚乙烯或上述聚合物的任意混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的熱管理多層膜/薄片，其中至少一金屬層選擇性地積層于該塑 料層的任一面，并形成層狀體多層膜/薄片結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的熱管理多層膜/薄片，其中該金屬層包含鎳、銅、鎢、鉬、鋁、鋼、 銀、金或其它上述金屬的合金。
5.如權(quán)利要求2所述的熱管理多層膜/薄片，其中至少一黏著層選擇性地積層于該塑 料層的任一面，并形成層狀體多層膜/薄片結(jié)構(gòu)，且上述的復(fù)數(shù)熱傳導(dǎo)粒子及復(fù)數(shù)微粒包 覆相變化材料粒子均勻地分散于該黏著層中。
6.如權(quán)利要求4所述的熱管理多層膜/薄片，其中至少一黏著層選擇性地積層于該塑 料層或金屬層的任一面，并形成層狀體多層膜/薄片結(jié)構(gòu)，且上述的復(fù)數(shù)熱傳導(dǎo)粒子及復(fù) 數(shù)微粒包覆相變化材料粒子均勻地分散于該黏著層中。
7.如權(quán)利要求5或6所述的熱管理多層膜/薄片，其中該黏著層包含烷基酯共聚物、烷 基酯或聚烯烴及其任意混合物。
8.如權(quán)利要求6所述的熱管理多層膜/薄片，其中熱傳導(dǎo)粒子包含包覆有銀的銅粉、 銀、鎳、鋁、銅、錫粉、合金金屬粉末、氫化物-脫氫鈦粉、不銹鋼粉、石墨粉末、碳黑粉、納米 碳管、鉆石粉末、納米金屬粉末、球形氧化鋁粉末、超細(xì)致球形氧化鋁粉末或是如六面體氮 化硼粉末的非氧化物粉體，以及上述粒子的任意混合物的燒結(jié)體。
9.如權(quán)利要求8所述的熱管理多層膜/薄片，其中相變化材料為含水鹽類、石蠟或烯烴。
10.如權(quán)利要求9所述的熱管理多層膜/薄片，其中該熱傳導(dǎo)粒子及微粒包覆相變化材 料粒子的直徑為500微米至1微米。
11.如權(quán)利要求5或6所述的熱管理多層膜/薄片，其中任一層的厚度為250微米至 0. 05微米之間。
12.如權(quán)利要求1所述的熱管理多層膜/薄片，其中多層膜/薄片結(jié)構(gòu)是使用共擠出或 涂布共擠出的方法形成。
13.如權(quán)利要求5或6所述的熱管理多層膜/薄片，其中該層狀體多層膜/薄片結(jié)構(gòu)的 表面進(jìn)一步包含復(fù)數(shù)與外表面塑料層材質(zhì)相同的延伸鰭片。
14.一種用于二次電池與超級電容的熱管理多層中空物件，包含復(fù)數(shù)的熱傳導(dǎo)粒子；復(fù)數(shù)的微粒包覆相變化材料粒子；以及至少一層的塑料層，其中上述的復(fù)數(shù)熱傳導(dǎo)粒子及復(fù)數(shù)微粒包覆相變化材料粒子均勻 地分散于該塑料層中；其中該塑料層形成至少一層的圓柱形、方形或其它形狀的立體結(jié)構(gòu)，其中至少一中空 孔穿過該立體結(jié)構(gòu)的中央部位的兩端，且該圓柱形、方形或其它形狀的立體結(jié)構(gòu)的主體由 至少一層的塑料層所成。
15.如權(quán)利要求14所述的熱管理多層中空物件，其中至少一金屬層選擇性地積層于該 塑料層的任一面，并形成層狀體多層中空物件。
16.如權(quán)利要求14所述的熱管理多層中空物件，其中至少一黏著層選擇性地積層于該 塑料層的任一面，并形成層狀體多層中空物件，且上述的復(fù)數(shù)熱傳導(dǎo)粒子及復(fù)數(shù)微粒包覆 相變化材料粒子均勻地分散于該黏著層中。
17.如權(quán)利要求15所述的熱管理多層中空物件，其中至少一黏著層選擇性地涂布于該 塑料層的任一面，并形成層狀體多層中空物件，且上述的復(fù)數(shù)熱傳導(dǎo)粒子及復(fù)數(shù)微粒包覆 相變化材料粒子均勻地分散于該黏著層中。
18.如權(quán)利要求17所述的熱管理多層中空物件，其中該層狀體多層中空物件的任一層 進(jìn)一步包含復(fù)數(shù)延伸鰭片。
19.如權(quán)利要求17所述的熱管理多層中空物件，其中該中空孔用來插入圓柱形鋰離子 二次電池、方形鋰離子二次電池或超級電容。
20.如權(quán)利要求14所述的熱管理多層中空物件，其中該層狀體多層中空物件是使用共 擠出或涂布共擠出的方法形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于二次電池與超級電容外殼、套管的熱管理多層膜、薄片及中空物件，通過上述的多層膜、薄片及中空物件，可以達(dá)到有效地控制運(yùn)作中二次電池與超級電容的溫度。本發(fā)明的熱管理多層膜、薄片及中空物件包含了復(fù)數(shù)可替換的金屬層、塑料層及黏著層的層狀體，且塑料層及黏著層包含了母相樹脂、熱傳導(dǎo)粒子以及微粒包覆相變化材料(MCPCM)粒子。熱傳導(dǎo)粒子促進(jìn)了熱傳導(dǎo)性，而MCPCM粒子則在二次電池與超級電容放電時(shí)吸收了所產(chǎn)生的熱能。
文檔編號H01M10/50GK101958438SQ20091015018
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者張建龍, 魏建隆 申請人:旭正隆股份有限公司