KR102149439B1 - 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 - Google Patents

소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 원통형 이차전지 배열 시 형성된 극소한 공간에 간편하게 설치할 수 있으면서도 전지 성능이나 배열에 어떠한 영향도 미치지 않으며 전지의 비정상적 발열이나 화재 발생 시 초기에 능동적으로 진압할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 양전극(11)이 일측면으로부터 돌출되고 음전극(12)이 타측면에 평편하게 형성된 원통형 이차전지(10)와; 복수 개의 상기 원통형 이차전지(10)를 가로 및 세로방향으로 수용하면서 일정 공간이 형성되도록 하기 위한 케이스(20)와; 소화용 마이크로캡슐을 함유하고, 플렉시블한 필름 형태로 케이스(20) 내 일정공간에 배치되는 소화필름(30);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩{BATTERY PACK EQUIPPED WITH FIRE EXTIGUISHING FILM CONTAINING FIRE EXTIGUISHING MICRO―CAPSULE}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 원통형 이차전지 배열 시 형성된 극소한 공간에 간편하게 설치할 수 있으면서도 전지 성능이나 배열에 어떠한 영향도 미치지 않으며 전지의 비정상적 발열이나 화재 발생 시 초기에 능동적으로 진압할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩에 관한 것이다.
근래에 들어 고에너지 밀도의 비수 전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 상용화되면서 휴대용 기기뿐만 아니라 대전력을 필요로 하는 전기 자동차 등과 같은 중대형 기기에 사용될 수 있도록 관련 분야의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경적이면서도 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 전력원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있으며, 전기 자동차와 같이 높은 출력 전압을 요구하는 기기에 적용하기 위해서 복수 개의 이차전지를 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다.
상술된 배터리 팩에는 주로 원통형 이차전지가 셀 단위로 사용되고 있는데, 이와 같은 배터리 팩 내 원통형 이차전지에서 전극 부분의 단락이나 과방전 등으로 인해 전압이 급속하게 상승하게 되면 전지가 발화될 수 있고, 과충전되면 충전상태에 따라 양극 및 음극이 열적으로 불안정해 지면서 급격한 발열반응으로 인해 화재를 발생시키기도 한다.
그러나, 배터리 팩 자체에 별도의 보호회로나 소화수단을 설치하는 것은 이차전지가 밀집되어 활용공간이 거의 없는 팩 구조를 고려할 때 매우 어려울 뿐더러 배터리 팩의 소형화나 제작비용을 절감하려고 하는 현재 트렌드에도 부합하지 않는 이유로, 배터리 팩 내 극소한 공간에 간편하게 설치하여 이차전지의 비정상적인 발열이나 화재 발생 시 초기에 능동적으로 대응할 수 있는 효과적인 방안 마련이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0026648호 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0003779호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수 개의 원통형 이차전지 배열 시 형성된 극소한 공간에 간편하게 설치할 수 있으면서도 전지 성능이나 배열에 어떠한 영향도 미치지 않으며 전지의 비정상적 발열이나 화재 발생 시 초기에 능동적으로 진압할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 양전극이 일측면으로부터 돌출되고 음전극이 타측면에 평편하게 형성된 원통형 이차전지와; 복수 개의 상기 원통형 이차전지를 가로 및 세로방향으로 수용하면서 일정 공간이 형성되도록 하기 위한 케이스와; 소화용 마이크로캡슐을 함유하고, 플렉시블한 필름 형태로 케이스 내 일정공간에 배치되는 소화필름;을 포함하되, 상기 소화필름은, 상온에서 액상으로 존재하면서 30~300℃의 온도에서 기상으로 상변화하는 소화약제인 코어와, 고분자 수지, 침전제 및 응고제를 함유하고 50~2000nm 두께로 코어를 둘러싸는 쉘로 이루어진 소화용 마이크로 캡슐과; 상기 소화용 마이크로 캡슐이 분산되고 필름 형태로 성형 가능한 고분자 조성물;로 구성되며, 상기 소화약제는 소화용 마이크로 캡슐의 80~97 중량%를 차지하도록 함유되고, 상기 침전제는 아세트산 칼륨, 시트르산 나트륨, 염화나트륨, 염화 암모늄, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 황산구리, 티오시 안산 나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 응고제는 수산화 아연 및 수산화철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 소화필름은 원통형 이차전지의 양전극을 관통하여 일측면상에 안착되면서 그 양전극 및 일측면 사이의 공간에 배치되도록 오링(O-Ring) 형상을 갖거나, 케이스 내 위치된 복수 개의 원통형 이차전지 양전극을 동시에 통과시키기 위한 제1 관통홀이 형성되고 복수 개의 양전극 및 일측면 사이의 공간과 원통형 이차전지 사이의 공간을 커버하거나, 케이스 내 위치된 복수 개의 원통형 이차전지 음전극을 동시에 외부로 노출시키기 위한 제2 관통홀이 형성되고 원통형 이차전지 사이의 공간을 커버하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 소화필름은 복수 개의 원통형 이차전지 사이의 길이방향에 따른 공간에 격벽 형태로 배치되거나, 가로 및 세로 방향으로 격벽 형태로 배치되어 격자 형상을 형성하거나, 개별적으로 원통형 이차전지의 길이방향에 따른 외주연을 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
한편으로, 상기 고분자 조성물은 폴리 프로필렌, (메타) 아크릴 폴리머, (메타) 아크릴계 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2eha), 부틸 아크릴레이트, 이소 옥틸 아크릴레이트, 셀룰로오즈, 폴리 비스페놀 A탄산, (메타) 에폭시 폴리머, 에폭시 모노머, Poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene), 4,4'-아이소프로필리덴디페놀, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10알킬), 비닐 C1~C10 알킬에터, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸, 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, C1~C10알킬 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드, C1~C10 알킬 메타크릴레이트 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
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추가적으로, 상기 고분자 조성물은 분말 형태의 단열재 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩은 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
1. 소화 기능을 갖는 소화필름을 배터리 팩 내 배치되는 극소한 공간, 예로써 여러 원통형 이차전지 사이 공간, 케이스 및 이차전지 사이 공간 등에 간편하게 설치할 수 있음
2. 소화필름 설치를 위해 원통형 이차전지 배열이나 기존 케이스 구조를 변경할 필요가 없기 때문에 기성품에 대해서도 즉시 적용 가능함
3. 배터리 팩 내 원통형 이차전지의 비정상적 발열이나 화재 발생 시 초기에 즉각 반응하여 발열 온도를 낮추거나 화재를 진압할 수 있음
4. 비교적 저가의 소화필름을 별도의 공간을 마련하지 않고도 배터리 팩에 적용하는 것만으로 발열이나 화재 문제를 해결할 수 있음에 따라 경제적/안정적이면서도 소형화 및 경량화가 가능한 배터리 팩 제작을 가능하게 함
도 1은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 중 오링 구조 소화필름이 적용된 상태를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 중 양전극 커버 시트 구조 소화필름이 적용된 상태를 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 중 음전극 커버 시트 구조 소화필름이 적용된 상태를 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 중 격벽 구조 소화필름이 적용된 상태를 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩 중 전지 랩핑 구조 소화필름이 적용된 상태를 도시한 도면
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 기본적으로 원통형 이차전지(10), 케이스(20) 및 소화필름(30)을 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 본 발명은 양전극(11)이 일측면으로부터 돌출되고 음전극(12)이 타측면에 평편하게 형성된 원통형 이차전지(10)와, 복수 개의 원통형 이차전지(10)를 가로 및 세로방향으로 수용하면서 일정 공간이 형성되도록 하기 위한 케이스(20)와, 소화용 마이크로캡슐을 함유하고 플렉시블한 필름 형태로 케이스(20) 내 일정공간에 배치되는 소화필름(30)을 포함하여 이루어진다.
상기 원통형 이차전지(10)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 것으로, 여러 번 충전할 수 있고, 현재 널리 사용되고 있는 이차전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-금속 수소 전지(Ni-MH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer) 등을 예로 들 수 있는데, 종래 공지된 바와 같이 몸체를 원통형으로 하여 일측면 중앙부에 돌출된 양전극이 구비되고 타측면에 평탄한 형상의 음전극이 구비되는 구조를 가지며, 크기에 따라 18650(산업 표준), 21700 등으로 구분될 수 있다.
상기 케이스(20)는 복수개의 원통형 이차전지(10)를 수용하여 배터리 팩을 구성하게 되고, 도면에는 도시되지 않았으나 원통형 이차전지(10)의 양전극(11) 및 음전극(12)과 각각 전기적으로 접속되는 부스바(Bus Bar), 부스바를 통해 전달되는 전원을 외부로 출력하기 위한 단자를 포함할 수 있고, 단순히 외부에 있는 부스바나 단자와 원통형 이차전지(10)가 접속되도록 하기 위한 구멍이 형성된 구조를 가질 수도 있고, 하부에 원통형 이차전지(10)를 배치한 다음으로 상부와 결합시키는 분리된 구조를 가질 수도 있으며, 기타 복수개의 원통형 이차전지(10)를 통해 공급되는 전원을 외부로 출력하도록 다양한 형상 변형이 가능한 것으로 해석되는 것이 바람직할 것이다.
상기 소화필름(30)은 상온에서 액상으로 존재하면서 30~300℃의 온도에서 기상으로 상변화하는 소화약제인 코어와, 고분자 수지/침전제/응고제를 함유하고 50~2000nm 두께로 코어를 둘러싸는 쉘로 이루어지진 소화용 마이크로 캡슐을 고분자 조성물에 분산시킨 다음 필름 형태로 성형한 이후로 원통형 이차전지(10) 및 케이스(20)에 의해 형성된 공간에 배치된다.
여기서, 상기 소화용 마이크로 캡슐은 내부의 코어를 외부의 쉘이 감싸고 있는 형태인 코어-쉘 형태로, 코어는 소화 약제이고 쉘은 고분자 수지로 이루어지는데, 소화 약제는 소화용 마이크로 캡슐의 80 내지 97 중량%를 차지하도록 함유된다.
이러한 소화약제로는 1,1,1,2,2-Pentafluoroethane (CF3CF2H, HFC-125), 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF3CHFCF3), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF3), 불소화합물계 케톤 화합물, dodecafluoro-2-methylpentan-3-one(FK-5-1-12, CF3CF2C(O)CF(CF3)2)), 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C2HClF4), 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane(CHClFCF3, HCFC-124), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF3CF2C(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF3CF2CF2CF2CF2CF2C(O)CF3), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF3C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF3CF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF3)2CFC(O)CF2CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF3CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF3C(O)CH2C(O)CF3), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF3)2CFC(O)C(O)C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF3CF2CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF3C(O)CF2CF3), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF3OCF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF3CF2CF2CF2C(O)CF(CF3)2) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 소화약제는 퍼플루오로부탄(FC-3-1-10), 하이드로클로로플루오로카본 혼화제(HCFC-123, HCFC-22, HCFC-124), 클로로테트라플루오르에탄(HCFC-124), 펜타플루오로에탄(HFC-125), 헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 트리플루오로메탄(HFC-23), 헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 트리플루오로이오다이드(FIC-13I1), 불연성/불활성기체 혼합가스(예: N2, Ar, CO2) 및 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-원(FK-5-1-12) 등이 사용될 수 있다.
상술된 바와 같은 소화약제는 간접적으로 주변의 열 에너지를 감소시켜 화재가 발생되지 않도록 억제하거나 직접적으로 불을 끄도록 기능하게 된다.
상기 소화용 마이크로캡슐의 쉘은 소화 약제의 외부를 감싸 캡슐화된 내부공간에 소화 약제가 보관되도록 기능하고, 상온에서 외부 환경에 의해 소화 약제가 대기 중으로 누출되는 것을 방지하도록 내후성과 기밀성을 보장하게 된다.
이러한 쉘은 화재로 인지되는 100~300℃에서 연화됨과 동시에 소화 약제의 상 변화와 함께 팽창되어 파열됨으로써 그 소화 약제를 외부로 분사시키게 되며, 기술된 화재 온도 범위에서 반응하기 위해 바람직하게는 50~2000nm 두께를 갖는다.
또한, 쉘을 형성하는 고분자 수지로는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 아미노알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌-아크릴레이트 공중 합체 수지, 스티렌-메타크릴레이트 공중합체 수지, 젤라틴 또는 그 유도체, 폴리비닐알코올, 페놀포름알데이드수지, 레소시놀 포름알데히드 수지 등이 사용될 수 있다.
그리고, 고분자 수지에 아세트산 칼륨, 시트르산 나트륨, 염화나트륨, 염화 암모늄, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 황산구리, 티오시 안산 나트륨 등과 같은 침전제나 황산 알루미늄, 수산화 아연, 수산화철, 염화철 등과 같은 응고제를 포함시켜 제조 시 마이크로캡슐 선별율이나 경화속도를 조절할 수 있게 된다.
위에서 언급된 바와 같은 구성을 통해 다량의 소화용 마이크로캡슐이 쉘의 내구성 및 기밀성에 의해 반응(파열, 누출)하지 않고 있다가 특정온도(예: 100℃ 이상)에서 동시 다발적으로 반응하여 폭발하면서 기체화된 소화 약제를 분출함으로 소화 약제가 화재 발화점에 직접 작용하여 연소의 4대 조건인 연료(가연물), 산소(공기), 열(발화원) 및 연쇄반응 중 열(발화원)과의 연쇄반응을 차단하여 고에너지의 화재를 진압하게 된다.
상기 고분자 조성물은 폴리 프로필렌, (메타) 아크릴 폴리머, (메타) 아크릴계 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2eha), 부틸 아크릴레이트, 이소 옥틸 아크릴레이트, 셀룰로오즈, 폴리 비스페놀 A탄산, (메타) 에폭시 폴리머, 에폭시 모노머, Poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene), 4,4'-아이소프로필리덴디페놀, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10알킬), 비닐 C1~C10 알킬에터, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸, 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, C1~C10알킬 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드, C1~C10 알킬 메타크릴레이트 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
여기서, 고분자 조성물은 저표면 에너지의 표면에 부착되는 물성을 가지는 1가 알콜의 단관능 아크릴산 에스테르를 더 포함할 수 있는데, 이러한 종류의 아크릴산 에스테르로는 이소 옥틸 아크릴레이트, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 이소 노닐 아크릴레이트, 이소 데실 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 및 옥타 데실 아크릴레이트, 2-프로필헵틸아크릴레이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상술된 바와 같은 소화용 마이크로 캡슐과 고분자 조성물을 혼합하여 적용된 소화필름(30)은 두께 조절이 용이함과 아울러, 조성물 선택에 따라 끈적임이 없는 타입이나 약간의 점성을 갖는 타입으로 제작될 수 있고, 원통형 이차전지(10)나 케이스(20)에 소화필름(30)을 견고히 고정시키기 위해 소화필름(30) 일면에 양면 테이프를 합지하거나 점착제를 코팅할 수도 있을 것이다.
상기 고분자 조성물은 분말 형태의 단열재 성분을 함유할 수 있는데, 이는 소화필름에 단열 기능을 부여함으로써 원통형 이차전지(10)에서 발생된 열이나 화재가 다른 전지에 전이되는 상황을 최대한 방지하기 위한 것이며, 단열재 성분으로는 유리면, 질석, 석면, 암면, 펄라이트, 규산질, 알루미나질, 마그네시아질, 탄소질 등을 들 수 있다.
아래에서는 상기 케이스(20) 및 원통형 이차전지(10)를 통해 형성되는 일정공간에 소화필름(30) 구조를 적용하여 도 1의 A에 해당하는 부분을 확대한 도 2 내지 도 6을 참조로 하여 상세히 살펴보기로 한다.
1. 오링(O-Ring) 구조(도 2 참조)
- 원통형 이차전지(10)의 양전극(11)을 관통하여 일측면상에 안착되면서 그 양전극(11) 및 일측면 사이의 공간에 배치되는 형상을 가짐
- 중앙에 형성된 통공으로 양전극(11)이 관통하게 되고 링 형상 필름 부위가 이차전지(10) 일측면마다 개별적으로 위치됨
- 원통형 이차전지(10)의 양전극(11) 상면에 부스바 등 이차전지(10)로부터 공급되는 전원을 외부로 출력하는데 사용되는 전도성 부재와 이차전지(10) 일측면 사이 공간에 소화필름이 위치될 수 있음에 따라 별도의 공간을 확보할 필요없이 최소한의 소화필름을 사용하여 이차전지(10) 일측면 및 전도성 부재간 절연성을 부여함과 동시에 특정 온도 이상으로 이차전지(10)가 발열되거나 화재 발생 시 즉각적인 진압이 가능하도록 함
2. 양전극 커버 시트 구조(도 3 참조)
- 케이스(20) 내 위치된 복수 개의 원통형 이차전지(10) 양전극(11)을 동시에 통과시키기 위한 제1 관통홀(31)이 형성되고, 복수 개의 양전극(11) 및 일측면 사이의 공간과 원통형 이차전지(10) 사이의 공간을 커버함
- 이차전지에 일대일로 설치되는 오링 구조와는 달리 시공상의 편의성을 위해 시트 형태로 여러 원통형 이차전지(10)를 일괄적으로 커버할 수 있음
- 오링 구조와 마찬가지로 이차전지(10) 일측면 및 전도성 부재간 절연성을 부여하기 위해 양전극(11) 및 일측면 사이의 공간에 위치됨
3. 음전극 커버 시트 구조(도 4 참조)
- 케이스(20) 내 위치된 복수 개의 원통형 이차전지(10) 음전극(12)을 동시에 외부로 노출시키기 위한 제2 관통홀(32)이 형성되고, 원통형 이차전지(10) 사이의 공간을 커버함
- 보통 음전극(12)이 전지의 원통 지름과 거의 동일한 직경을 갖는 점을 고려하여 시트 형상의 필름에 형성되는 제2 관통홀(32) 또한 전지가 전체적으로 통과되는 정도의 크기를 갖게 되는 것이 일반적이며, 이차전지(10)로부터 공급되는 전원을 외부로 출력하기 위해 음전극(12)이 전도성 부재에 접속되도록 하면서 필름이 전체적으로 케이스 바닥면에 위치되도록 하여 이차전지(10)의 발열 또는 화재 발생 시 소화기능을 제공하게 됨
4. 격벽 구조(도 5 참조)
- 복수 개의 원통형 이차전지(10) 사이의 길이방향에 따른 공간에 격벽 형태로 배치됨
- 소화필름(30) 두께를 얇게 형성할 수 있는 점을 감안하여 이차전지(10) 사이사이에 끼우는 방식으로 필름 설치가 가능함
- 이때 복수개의 소화필름(30)을 가로 및 세로 방향으로 격벽 형태로 배치시켜 격자 형상을 갖도록 함으로써 많은 공간상에 필름이 위치되도록 함에 따라 소화 성능을 최대화할 수 있음
5. 전지 랩핑 구조(도 6 참조)
- 개별적으로 원통형 이차전지(10)의 길이방향에 따른 외주연을 감싸도록 배치됨
- 전지마다 소화필름을 둘러싸도록 하며, 소화필름 자체에 접착성이 있기 때문에 별도로 필름에 접착제를 바르지 않고도 이를 용이하게 부착시킬 수 있음
상술된 소화필름의 오링, 양전극 커버 시트, 음전극 커버 시트, 격벽, 전지 랩핑 구조는 케이스(20) 내 배열되는 이차전지(10)의 공간에 따라 선택적 또는 종합적으로 상황에 맞게 다양하게 적용될 수 있을 것이다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 양전극(11)이 일측면으로부터 돌출되고 음전극(12)이 타측면에 평편하게 형성된 원통형 이차전지(10)와; 복수 개의 상기 원통형 이차전지(10)를 가로 및 세로방향으로 수용하면서 일정 공간이 형성되도록 하기 위한 케이스(20)와; 소화용 마이크로캡슐을 함유하고, 플렉시블한 필름 형태로 케이스(20) 내 일정공간에 배치되는 소화필름(30);을 포함하되,
    상기 소화필름(30)은,
    상온에서 액상으로 존재하면서 30~300℃의 온도에서 기상으로 상변화하는 소화약제인 코어와, 고분자 수지, 침전제 및 응고제를 함유하고 50~2000nm 두께로 코어를 둘러싸는 쉘로 이루어진 소화용 마이크로 캡슐과;
    상기 소화용 마이크로 캡슐이 분산되고 필름 형태로 성형 가능한 고분자 조성물;로 구성되며,
    상기 소화약제는 소화용 마이크로 캡슐의 80~97 중량%를 차지하도록 함유되고,
    상기 침전제는 아세트산 칼륨, 시트르산 나트륨, 염화나트륨, 염화 암모늄, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 황산구리, 티오시 안산 나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 응고제는 수산화 아연 및 수산화철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화필름(30)은 원통형 이차전지(10)의 양전극(11)을 관통하여 일측면상에 안착되면서 그 양전극(11) 및 일측면 사이의 공간에 배치되도록 오링(O-Ring) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화필름(30)은 케이스(20) 내 위치된 복수 개의 원통형 이차전지(10) 양전극(11)을 동시에 통과시키기 위한 제1 관통홀(31)이 형성되고, 복수 개의 양전극(11) 및 일측면 사이의 공간과 원통형 이차전지(10) 사이의 공간을 커버하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화필름(30)은 케이스(20) 내 위치된 복수 개의 원통형 이차전지(10) 음전극(12)을 동시에 외부로 노출시키기 위한 제2 관통홀(32)이 형성되고, 원통형 이차전지(10) 사이의 공간을 커버하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화필름(30)은 복수 개의 원통형 이차전지(10) 사이의 길이방향에 따른 공간에 격벽 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    복수개의 상기 소화필름(30)은 가로 및 세로 방향으로 격벽 형태로 배치되어 격자 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화필름(30)은 개별적으로 원통형 이차전지(10)의 길이방향에 따른 외주연을 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 조성물은 폴리 프로필렌, (메타) 아크릴 폴리머, (메타) 아크릴계 모노머, 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2eha), 부틸 아크릴레이트, 이소 옥틸 아크릴레이트, 셀룰로오즈, 폴리 비스페놀 A탄산, (메타) 에폭시 폴리머, 에폭시 모노머, Poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene), 4,4'-아이소프로필리덴디페놀, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10알킬), 비닐 C1~C10 알킬에터, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸, 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, C1~C10알킬 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드, C1~C10 알킬 메타크릴레이트 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 조성물은 분말 형태의 단열재 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화필름(30) 일면에는 양면 테이프가 합지되거나 점착제가 코팅되는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩.
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