EV 배터리 팩은 스트레스 조건에서 5–20 kW의 열을 방산합니다. 셀과 냉각판 사이의 얇은 레이어가 병목입니다. SEMITECH는 배터리 TIM 배합자가 갭 필러, 열 패드, 디스펜스 컴파운드를 만드는 데 사용하는 실리콘 베이스 폴리머와 가교제를 공급합니다.
배터리 열 관리 과제
현대적인 100 kWh 팩에는 100–8,000개의 셀이 들어 있습니다. 급속 충전이나 공격적인 방전 중에 각 셀은 10–80 W의 열을 발생시킵니다. 열을 불균일하게 방출하면 용량 편차, 가속 노화, 극단적으로는 열폭주가 발생합니다. TIM 레이어는 열 경로가 성공하거나 막히는 곳입니다.
세 가지 TIM 형식이 현대 팩을 커버합니다: 갭 필러 (1 또는 2성분, 모듈 조립 시 디스펜스), 열 패드 (사전 성형 시트), 열 그리스 (고전도성, 저모듈). 실리콘 화학이 지배적인 이유는 온도 안정성, 낮은 압축 세트, 유연성을 잃지 않고 무거운 필러 로딩(최대 90 wt% 알루미나)을 수용할 수 있기 때문입니다.
부가 경화 실리콘 화학
배터리 TIM은 거의 모두 2성분 부가 경화 시스템입니다. Part A는 비닐 말단 PDMS와 열전도성 필러(알루미나, AlN, BN)를 포함합니다. Part B는 수소 기능성 실리콘(Si–H)과 필러를 포함합니다. 혼합 시 백금 촉매가 Si–H + Si–CH=CH₂ 하이드로실릴화 반응을 구동하여 가교된 실리콘 엘라스토머를 형성합니다. 부산물 없음, 수축 없음, 경화 프로파일은 5분(가열)에서 24시간(실온)까지 조정 가능합니다.
배터리에 부가 경화가 축합 경화를 이기는 이유: 부가 경화는 밀봉된 팩 내부에서 가스로 빠져나올 수 있는 물 또는 알코올 부산물을 생성하지 않습니다. 경화는 습도 의존성 없이 주변 또는 적당한 열에서 발생합니다. 125 °C에서 1000시간 동안 압축 세트는 < 5% — 10년 이상 서비스 수명에 걸쳐 열적으로 움직이는 셀에 중요합니다.
SEMITECH 빌딩 블록
비닐 실리콘 플루이드 (Part A 베이스)
비닐 말단 PDMS, 점도 100–100,000 cSt. 비닐 함량 0.05–0.5 mol%. 경화 후 엘라스토머 백본을 형성합니다. 다양한 체인 길이로 최종 경도와 인장 강도를 균형 조정합니다.
수소 실리콘 플루이드 (Part B 가교제)
Si–H 기능성 펜던트 또는 체인 말단 실리콘. H 함량 0.5–1.6 wt%. 다양한 구조(랜덤, 빗, 텔레켈릭)로 배합자가 가교 밀도와 최종 모듈러스를 조정할 수 있습니다.
MESIL OH 폴리머 (대안)
수분 노출 시 축합 경화되는 1성분 RTV 스타일 TIM용. 부가 경화보다 성능이 낮지만 디스펜스가 간단합니다. 덜 중요한 TIM 및 밀봉 응용에 사용.
퓸드 실리카 (레올로지 및 보강)
처짐 제어와 인열 강도를 위해 1–3 wt%에서 선택적으로 추가. 소수성 처리 등급은 백금 촉매와의 반응을 방지합니다.
점도 및 디스펜스 선택
| TIM 형식 | 혼합 점도 | 비닐 플루이드 등급 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 자동 디스펜스 갭 필러 | 50,000–150,000 cP | MESIL VTM-5000 | 대량 생산, 로봇 디스펜스 |
| 하이라이즈 갭 필러 | 200,000–500,000 cP | MESIL VTM-50000 | 수직면, 처짐 방지 |
| 열 패드 (캘린더드) | 30,000–100,000 cP | MESIL VTM-1000 | 사전 성형 시트, 후경화 |
| 열 그리스 (비경화) | 10,000–50,000 cP | MESIL VTM-100 | 1성분, 비경화 |
선택 가이드
필러가 중요합니다: 비닐 + 수소 실리콘만으로는 열전도도 ~0.2 W/m·K를 제공합니다. 70–85 wt% 구형 알루미나, AlN 또는 BN으로 로딩하면 전도도가 2–6 W/m·K로 높아집니다. SEMITECH는 실리콘 베이스를 공급합니다; 열 필러를 위해서는 별도의 검증된 공급업체를 권장합니다.
자주 묻는 질문
열경화 에폭시 TIM 대신 실리콘을 사용하는 이유는?
에폭시는 고모듈러스를 제공하지만 셀 팽창(SOC 스윙에 걸쳐 5–10%) 아래서 균열이 생깁니다. 실리콘의 엘라스토머 거동은 기계적 피로 없이 셀 호흡을 흡수합니다. 수천 번 열 사이클을 겪는 모듈에서 실리콘이 유일한 실용적 선택입니다.
백금 촉매가 생산 중에 중독되나요?
예 — 황, 아민, 주석 화합물에 의해. 배터리 생산 라인은 납땜 플럭스 잔류물, 가소제 함유 고무, 황 경화 EPDM을 미경화 TIM과의 접촉에서 멀리해야 합니다. SEMITECH 데이터시트에는 독소 목록 참조가 포함됩니다.
SEMITECH가 사전 혼합된 Part A / Part B 컴파운드를 공급할 수 있나요?
아니요 — SEMITECH는 실리콘 플루이드 빌딩 블록만 공급합니다. 최종 2성분 배합(열 필러, 색상 페이스트, 처짐 제어 포함)은 TIM 컴파운더가 수행합니다. 기술 서비스와 시험 샘플로 배합자를 지원합니다.
어떤 포트 라이프를 기대할 수 있나요?
포트 라이프는 백금 로딩과 온도에 따라 다릅니다. 표준 배합은 25 °C에서 30–60분, 100 °C에서 5분 경화를 목표로 합니다. 억제 등급은 느린 디스펜스 라인을 위해 포트 라이프를 4–8시간으로 늘립니다. 경화 프로파일을 지정하시면 적절한 등급을 추천해 드립니다.
SEMITECH 실리콘은 할로겐 및 가수분해성 Cl이 없나요?
예. 표준 등급은 RoHS 및 REACH 할로겐 한계를 충족합니다. 가수분해성 염화물은 < 5 ppm — 염화물이 알루미늄 버스바를 공격하는 배터리 응용에서 중요합니다.
리튬 배터리 소재 허브의 일부. 포뮬레이션 지원 및 시험 샘플 요청 시 제공.