KR101649613B1 - 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물 및 이를 이용한 배터리 모듈 하우징 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매트릭스 수지 및 상기 매트릭스 수지에 분산되는 열전도성 무기 충진재를 포함하며, 상기 무기 충진재는 상기 매트릭스 수지 대비 1:1.4 내지 1:2의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 하이브리드 방열복합 소재 조성물 및 이를 이용한 배터리 모듈 하우징에 대한 것으로, 우수한 열전도 특성을 가지며, 배터리의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물 및 이를 이용한 배터리 모듈 하우징{Cabon and Nano Hybrid Heat Insulating compotion and battery module housing using the same}
본 발명은 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물 및 이를 이용한 배터리 모듈 하우징에 대한 발명이다.
하이브리드 자동차 또는 전기자동차의 배터리 시스템은 일반적으로 배터리 출력시 발생되는 발열을 분산시키는 기술에 관심이 있었으나, 최근에는 저온에서의 배터리 작동성을 향상시키기 위한 기술에 관심이 모아지고 있다.
배터리 환경 온도는 저온에서의 시동성 뿐아니라 배터리의 성능도 저하시키는 문제점이 야기되고 있다. 따라서 자동차가 운행되지 않는 시간에도 배터리를 보호해 줄 환경이 조성되어야 할 필요가 있으며, 이러한 환경 조성에 대한 기술이 요구되고 있다.
일반적으로 배터리 방전 중에는 70℃를 넘으면 재료의 열화로 성능이 저하되고, 0℃이하에서는 액상인 전해질의 상태변화에 따라 출력성능이 저하되거나, 차량 시동성이 현저히 떨어지게 되는 문제점이 있다. 따라서 배터리 시스템을 저전력으로 사용하여 지속적으로 온도를 유지시켜 0℃이하가 되지 않도록 배터리 환경을 제어해주는 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하면서, 배터리의 성능 및 수명 저하를 방지할 수 있는 탄소 나노 하이브리드 방열소재 조성물 및 이를 이용한 배터리 모듈 하우징을 제공하는데 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명의 탄소 나노 하이브리드 방열복합 소재 조성물은 매트릭스 수지 및 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 열전도성 무기 충진재를 포함하며, 상기 무기 충진재는 상기 매트릭스 수지 대비 1:1.4 내지 1:2의 중량비로 포함한다.
일실시예로, 상기 매트릭스 수지는 폴리아마이드 6 엔지니어 플라스틱일 수 있다.
다른 일실시예로, 상기 열전도성 무기 충진재는 질화붕소 구조체 및 금속 표면처리된 탄소섬유 의 혼합되어 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로, 상기 질화붕소 구조체는 판상형 그레인이 적층되어 형성될 수 있다.
또 다른 일실시예로, 상기 판상형 그레인은 가로 및 세로의 비율이 2:1 내지 20:1의 범위일 수 있다.
또 다른 일실시예로, 상기 금속 표면처리된 탄소섬유는, 탄소섬유 표면에 구리 및 니켈 중 1종 이상이 도금되어 형성될 수 있다.
상기와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 본 발명은 하이브리드 무기 충진재를 매트릭스 수지에 일정 중량비로 사용함으로써 성능 저하를 방지하고, 시동성이 우수한 배터리 모듈 하우징을 제공할 수 있다.
도 1은 질화 붕소 입자의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 이미지이다.
도 2는 질화 붕소 입자의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 질화 붕소 입자의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 열전도 방열소재를 이용한 배터리 모듈 하우징 내부의 히팅라인 디자인 및 히팅라인 단면의 주사전자현미경(SEM)이미지 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "특징으로 한다", "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 방열소재 조성물은 매트릭스 수지 및 무기충진재를 포함한다.
상기 매트릭스 수지는 매트릭스 망을 형성할 수 있는 고분자 수지는 종류에 제한 없이 사용 가능하다. 바람직하게는 엔지니어링 플라스틱을 사용 할 수 있다. 다양한 엔지니어링 플라스틱 사용이 가능하나, 바람직하게는 폴리아마이드 6(Polyamide 6)를 사용할 수 있다. 폴리아마이드 6는 공정의 용이성, 비용 등의 생산성을 향상 시킬 수 있다.
상기 매트릭스 수지는 상기 무기충진재가 충분히 분산될 수 있도록 계면활성제 계통의 분산제, 흐름성 개선을 위한 용매등을 함께 사용할 수 있다. 또한 상기 매트릭스 수지는 220 내지 260℃에서 성형할 수 있으며, 무기충진재는 8*10-5 m/m ℃의 그레이드를 사용할 수 있다.
상기 무기 충진재는 열전도 특성을 가지는 질화붕소, 탄소섬유등의 열전도 특성을 가지는 재료를 선택하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 질화붕소와 탄소섬유를 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 질화붕소와 금속이 도금되어 표면 처리된 탄소섬유를 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 질화붕소와 금속이 도금되어 표면 처리된 탄소섬유의 혼합 무기 충진재는 상기 매트릭스 수지에 비해 높은 체적비와 높은 중량비로 사용될 수 있다. 무기 충진재의 높은 체적비는 무기 충진재들간의 네트워킹 형성을 가능하게 하여 열전도 특성을 발현하게 하며, 열전도 특성이 향상된 배터리 모듈 하우징의 제조를 가능하게 한다.
상기 방열소재 조성물은 압출, 사출등의 융용 공정에 의해 배터리 모듈 하우징과 같은 성형품이 제조되게 되는데, 이때, 매트릭스 수지가 무기 충진재의 체적비에 비해 많은 양으로 사용될 경우에는 무기 충진재의 외부를 감싸 무기 충진재의 네트워킹 형성을 어렵게 하여 열전도 특성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 매트릭스 수지의 체적비가 너무 적게 되면 무기 충진재들의 결합력을 약화 시킬 수 있게 된다. 따라서, 무기 충진재는 매트릭스 수지 대비 1:1.4 내지 1:2의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 열전도 특성이 우수한 방열소재는 열전도 특성이 요구되는 다양한 기기 및 장치에의 적용이 가능하다. 특히, 열전도의 특성이 지속적으로 유지될 수 있는 배터리 모듈 하우징에의 적용이 바람직하다. 이때, 도 4와 같이 배터리 모듈 하우징의 내부 표면에 방열소재 조성물의 히팅 라인패턴의 형성이 가능하다. 또한, 이렇게 형성된 방열소재 조성물의 히팅 라인패턴에 구리나 은 등을 사용하여 표면 코팅할 수 있다.
상기와 같이 배터리 모듈 하우징의 히팅 라인패턴의 선폭이나 두께, 프린팅 금속입자의 크기등은 하우징의 크기, 발열온도 등의 사용 조건에 따라 변형 사용이 가능하다.

Claims (7)

  1. 매트릭스 수지 및
    상기 매트릭스 수지에 분산되는 열전도성 무기 충진재를 포함하며,
    상기 무기 충진재는 상기 매트릭스 수지 대비 1:1.4 내지 1:2의 중량비로 포함되고,
    상기 열전도성 무기 충진재는 질화붕소 구조체 및 금속 표면처리된 탄소섬유와 혼합되어 형성되고,
    상기 질화붕소 구조체는 판상형 그레인이 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 매트릭스 수지는 폴리아마이드 6 엔지니어 플라스틱인 것을 특징으로 하는 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 판상형 그레인은 가로 및 세로의 비율이 2:1 내지 20:1의 범위인 것을 특징으로 하는 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 표면처리된 탄소섬유는,
    탄소섬유 표면에 구리 및 니켈 중 1종 이상이 도금되어 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 탄소 나노 하이브리드 방열 소재 조성물로 형성된 히팅 라인을 포함하는 배터리 모듈 하우징.
  6. 삭제
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