KR102175916B1 - 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저경도절연방열층 및 고방열층으로 구비되어 베터리팩과의 접촉특성이 우수하고 방열성능이 우수하여 효율적이고 균일한 방열성능을 나타내고, 가벼워서 자동차에 사용되기에 용이하며, TPE계로 이뤄져 기존의 실리콘 시트 대비하여 제조가 용이한 열계면물질에 관한 것인다.
본 발명에 따른 열가소성탄성체 열계면물질은 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)으로 구비되고, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 열가소성탄성체 열계면물질 제조방법은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 저경도절연방열층(10) 과 고방열층(20) 혼합물을 각각 제조하는 제1단계; 상기 각각의 혼합물을 2층 시트형태로 시팅하는 제2단계; 및 상기 2층 시트를 필요한 치수로 재단하는 제3단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열가소성탄성체 열계면물질은 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)으로 구비되고, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 열가소성탄성체 열계면물질 제조방법은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 저경도절연방열층(10) 과 고방열층(20) 혼합물을 각각 제조하는 제1단계; 상기 각각의 혼합물을 2층 시트형태로 시팅하는 제2단계; 및 상기 2층 시트를 필요한 치수로 재단하는 제3단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 경량시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저경도절연방열층 및 고방열층으로 구비되어 베터리팩과의 접촉특성이 우수하고 방열성능이 우수하여 효율적이고 균일한 방열성능을 나타내고, 가벼워서 자동차에 사용되기에 용이하며, TPE계로 이뤄져 기존의 실리콘 시트 대비하여 제조가 용이한 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래의 자동차는 기존의 엔진형 자동차에서 전기자동차로 점차적으로 변화되어 가고 있다. 이에 2차전지의 사용량이 늘고 있으며, 주행거리의 향상을 위하여 고용량의 베터리 사용이 늘어나고 있다. 베터리의 용량이 늘어나면서 베터리의 안전성과 성능의 극대화를 위하여서는 방열문제의 해결이 매우 중요한 기술적 과제로 대두되고 있다. 자동차 베터리의 방열문제 해결을 위하여서는 냉각시스템의 도입이 필수적인데, 기존에는 주로 공랭식 방법을 채택하여 냉각을 하였으나 최근에는 좀더 효율적인 방열을 위하여 수냉식 방법을 채택하는 경우가 증가하고 있다. 수냉식 방법을 채택하기 위하여서는 열원인 베터리팩과 냉각유닛과의 계면에서 기존보다 좀더 효율적인 열전달 물질이 필요하게 되었다.
상기 방열문제를 해결하기 위한 종래의 열전달물질 제조기술로서 공개특허 제 10-2016-0084808에서는 열전도성 실리콘 조성물 및 경화물, 및 복합시트에 의하여 열전도성 충전재의 총 질량부 중 90％ 이상이 α화율이 90％ 이상인 α 알루미나이고, 250℃ 환경 하의 공기 중에 6시간 방치하였을 때의 중량 감소율이 1％ 미만인 열전도성 실리콘 조성물을 제안한다.
상기 선행기술은 열경화성 실리콘에 다량의 열전도성 충진재를 충진하여 경화시킨 기술로 경화실리콘 특성상 250℃의 높은 열적 안정성을 보이는 반면에 고비중의 충전재를 다량 첨가하여 조성물의 전체적인 비중이 매우 높이 올라가게 되며, 경화되는 과정중에 경도가 높이 올라가 열원과의 밀착성이 떨어질 수 밖에 없게 된다. 그리고 특히 열전도성 충전재로 알루미나를 사용하게 되어 전기절연특성은 우수하지만 열전도율이 0.5W/mK 이상 실질적으로도 1.0W/mK 내외로 배터리팩용 열전달물질로 사용하기에는 열전도성이 너무 낮은 문제가 있다.
상기 열전도성이 낮은 문제를 해결하기 위해 열전도성을 높인 제조기술로서 한국등록특허 제 10-1697764호에서는 고방열 고분자 복합재료 및 이의 제조방법에 의하여 팽창된 흑연에 저점도 모노머, 올리고머, 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 예비 복합재료를 경화시켜 형성한 복합재료를 제안한다.
상기 선행기술은 열전도성이 우수한 팽창성 흑연 내에 수지를 함침시켜 경화시켜 제조하는 기술로 밀도가 1.3g/㎤ 이하로 매우 낮고, 열전도도도 5 W/mK 내지 최고 21 W/mK 의 높은 값을 가지게 되지만, 공정이 매우 복잡하고, 난연성이 나오지 않고, 흑연의 특성상 전기전도도가 높아서 절연특성을 낼 수 없는 문제점이 있다.
종래에는 열전달물질을 현재 시장에서 대부분 사용중인 경화성 실리콘에 알루미나와 같은 절연특성을 지닌 알루미나와 같은 방열필러를 고함량으로 충진시켜 시트형태로 제작하여 사용하고 있다. 하지만 고함량의 알루미나로 인하여 비중이 올라가게 되고 무게가 무거워지는 단점이 있으며, 알루미나의 방열특성의 한계로 인하여 열전도도가 높지 않은 단점이 있다.
상기와 같이 일정수준 이상의 방열성능이 요구되면서 열원과의 밀착성이 좋으며 전기절연성능을 지닌 난연성을 가지면서도 자동차에 사용이 용이하게 가볍고 제조가 용이한 열계면물질이 요구되고 있으나, 현재까지 적절한 방안이 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 2차전지 배터리팩의 효율적인 열방출을 위하여 가벼우면서도, 열원과의 밀착성, 방열성능, 절연성, 난연성이 모두 구비된 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 열가소성탄성체(TPE)를 주요 원료로 사용하여 일반적인 열가소성 합성수지의 가공방법을 활용하여 간편하게 제작할 수 있고 제조 공정을 간소화한 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트는, 저경도절연방열층 및 고방열층으로 구비되고, 상기 저경도절연방열층 및 고방열층은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 포함하여 제조하며, 상기 저경도절연방열층에는 열전도성 필러로 탄소세라믹복합체가 포함되고, 상기 고방열층에는 열전도성 필러로 초저비중 열전도필러가 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 저경도절연방열층은 비중 1.6이하, 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.5 내지 3 W/mK, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm이고, 상기 고방열층은 비중 1.6이하, 경도 Shore A 90 이하, 열전도도 1.5 내지 10 W/mK, 난연성 UL94 V-0인 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성탄성체(TPE)는 스티렌-에틸렌-프로필렌 공중합체 (Styrene-Ethylene-Propylene, SEP), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체 (Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS), 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체 (Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 중 적어도 어느 하나이고, 상기 난연첨가제는 질소계 난연제, 금속수산화물, 인계 난연제 및 무기계 난연보조제 중 적어도 하나이며, 상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 활제, 커플링제, 안료 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 저경도절연방열층은, 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 1 내지 350 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부이며, 상기 열전도성 필러 중 탄소세라믹복합체를 1 내지 200중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 고방열층은, 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 10 내지 600 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부이며, 상기 열전도성필러 중 초저비중 열전도필러는 10 내지 500중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 저경도절연방열층 및 고방열층은, 보강재를 추가로 포함하여 제조할 수 있으며, 상기 보강재는 이소프렌고무(Isoprene Rubber, IR), 부타디엔고무(Butadiene Rubber, BR), 스티렌-부타디엔고무(Styrene-Butadiene Rubber, SBR), 폴리클로로프렌고무(polyChloroprene Rubber, CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(Acrylonitrile-Butadiene Rubber, NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(Isoprene-Isobutadiene Rubber, IIR), 에틸렌-프로필렌고무(Ethylene-Propylene Rubber, EPR), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록코폴리머(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록코폴리머(Styrene-Isoprene-Styrene, SIS), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무, 폴리에틸렌(PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 폴리이소부틸렌(PolyIsoButylene), 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나이며, 상기 보강재는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아뉴레이트 또는 구아니딘 화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며, 상기 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 중 선택된 어느 하나 이상이며, 상기 인계 난연제는 포스페이트를 함유한 유기 인계화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며, 상기 무기계 난연보조제는 삼산화안티몬, 오산화안티몬, 유리비드, 유리섬유, 중공유리비드, 실리카 중 선택된 어느하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 저경도절연방열층과 고방열층의 열전도성 필러는, 카본블랙, 카본나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 판상흑연, 구상흑연, 팽창흑연, 팽창성흑연, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 실리콘카바이드, 세라믹-탄소 복합체 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예인 경량시트의 제조방법은, 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계와, 상기 혼합물을 2층 시트형태로 시팅하는 제2단계와, 상기 2층 시트를 필요한 치수로 재단하는 제3단계를 포함하여 구성되고, 상기 2층 시트는 저경도절연방열층 및 고방열층으로 구성되며, 상기 저경도절연방열층에는 열전도성 필러로 탄소세라믹복합체가 포함되고, 상기 고방열층에는 열전도성 필러로 초저비중 열전도필러가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 및 그 제조방법에서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 가벼우면서도 열원인 2차전지 배터리팩과의 밀착성, 방열성, 절연성 및 난연성이 모두 구현된 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열가소성탄성체(TPE)를 주요 원료로 사용하여 일반적인 열가소성 합성수지의 가공방법을 활용하여 간편하게 제작할 수 있고 제조 공정을 간소화한 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트의 구조를 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 일실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
하기에서는 상기 제시된 본 발명은 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트의 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명은 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트의 구성도이다.
본 발명에 의한 본 발명은 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트는 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)을 포함하여 구성된다. 상기 저경도절연방열층(10)과 상기 고방열층(20)이 순서대로 적층되는 것이 바람직하다. 상기 2차전지 배터리팩의 상면에 저경도절연방열층이 접하고, 상기 고방열층은 상기 저경도절연방열층 상면에 적층되도록 할 수 있다.
먼저, 상기 저경도절연방열층은, 비중은 1.6 이하, 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.5 내지 3 W/mK, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 저경도절연방열층(10)의 비중이 1.6 이상이 되면 시트의 무게가 무거워져 자동차의 연비에 좋지 않으며, 경도가 Shore A 30이 넘어가면 열원과의 접촉이 양호하지 않아서 효과적으로 열을 제거하기 어려우며, 열전도도가 0.5W/mK 이하일 경우에는 열전도도가 너무 낮아 열원의 열이 잘 방출되지 않게 된다. 그리고 2차전지 배터리팩에 사용되기 때문에 난연 특성이 필요하게 되며, 열전파괴전압이 5kV/mm 이하일 경우에는 전류가 누설될 수 있어서 효율적인 배터리의 동작을 저해하거나 배터리의 파손을 가져올 수 있는 문제가 있다.
그리고, 상기 고방열층은 경도 비중 1.6 이하, Shore A 90 이하, 열전도도 1.5 내지 10 W/mK, 난연성 UL94 V-0으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 고방열절연층(20)의 비중이 1.6 이상이 되면 시트의 무게가 무거워져 자동차의 연비에 좋지 않으며, 경도가 Shore A 90이 넘어가면 저경도절연방열층(10)이 열원과 접촉 시에 영향을 주게 되어 열원과의 접촉이 양호하지 않아서 효과적으로 열을 제거하기 어려우며, 열전도도가 1.5 W/mK 이하일 경우에는 열전도도가 너무 낮아 열원의 열이 잘 방출되지 않게 된다. 그리고 2차전지 배터리팩에 사용되기 때문에 난연 특성이 필요하게 된다.
그리고, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)은 기본적으로 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 저경도절연방열층 및 고방열층에는 물성을 보강하기 위하여 보강재를 추가로 포함하여 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 저경도절연방열층(10)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 1 내지 350 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
그리고, 상기 고방열층(20)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 10 내지 600 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 저경도절연방열층 및 상기 고방열층에는 필요에 따라 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 보강재 5 내지 200 중량부를 포함하여 제조할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 열가소성탄성체(TPE)는 열경화성 탄성체와 같이 탄성을 가지면서도 열을 가하여 녹였다가 다시 일정한 형태로 가공할 수 있는 탄성체로 고무의 탄성을 가지면서도 일반적인 합성수지의 가공방법을 활용할 수 있도록 한다.
상기 열가소성탄성체(TPE)는 어떤 것이든 적용 가능하나, 본 발명의 효과를 극대화시키기 위해서는, 스티렌-에틸렌-프로필렌 공중합체 (Styrene-Ethylene-Propylene, SEP), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체 (Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS), 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체 (Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌(SEBS) 블록 공중합체가 가장 효과적이다.
다음으로, 저경도절연방열층 및 상기 고방열층에는 열전도성 필러가 포함된다. 상기 열전도성 필러는 열전달물질로 구성되며, 상기 열전도성 필로는 부착되는 방열대상체에서 발생될 열을 외부로 쉽게 전달될 수 있도록 한다.
상기 열전도성 필러는 예를 들면, 카본블랙, 카본나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 판상흑연, 구상흑연, 팽창흑연, 팽창성흑연, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 실리콘카바이드, 세라믹-탄소 복합체 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본블랙, 카본나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 판상흑연, 구상흑연, 팽창흑연, 팽창성흑연은 탄소계 필러로서, 가벼우며 열전도도가 우수한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 실리콘카바이드는 무기계 필러로서, 전기절연성이 우수한 것을 특징으로 한다.
또한, 세라믹-탄소 복합체는 탄소계와 무기계의 장점을 결함한 필러로 열전도도와 전기절연성이 모두 우수한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저경도절연방열층(10)에는 상기 열전도성 필러가 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 1 내지 350 중량부인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 상기 열전도성 필러로 세라믹-탄소복합체를 1내지 200중량부를 포함하고 추가적으로 5내지 200중량부의 탄소계 혹은 무기계 열전도필러를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저경도절연발열층(10)에서 상기 열전도성 필러의 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 열전도성이 현저히 저하되어, 사실상 열전달이 발현되기 어려운 문제가 있으며, 350 중량부를 초과하는 경우에는 비중이 높아지며, 경도가 높아져 열원과의 밀착성이 현저히 떨어지거나 기계적 물성이 현저히 떨어질 우려가 있다.
또한 상기 열전도성 필러로 탄소계 열전도성 필러를 단독으로 사용할 경우에는 절연파괴전압이 낮아져서 사용이 어려우며, 무기계 열전도성 필러를 단독으로 사용할 경우 비중이 높아지는 문제점이 있다.
그리고, 상기 고방열층(20)에는 상기 열전도성 필러가 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 10 내지 600 중량부인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 상기 열전도성 필러는 그래핀, 카본나노튜브, 팽창성 흑연, 팽창흑연와 같은 초 저비중 열전도필러 10 내지 500 중량부를 포함하여 단독 혹은 1종 이상의 열전도 필러를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 고방열층(20)에서 상기 열전도성 필러의 함량이 10 중량부 미만인 경우에는 열전도성이 현저히 저하되어, 사실상 열전달이 발현되기 어려운 문제가 있으며, 600 중량부를 초과하는 경우에는 비중이 현저히 높아지며, 기계적 물성이 현저히 떨어질 우려가 있어, 상기 조건으로 혼합하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 저경도절연방열층 및 고방열층의 조성물에는 난연첨가제가 포함된다. 상기 난연첨가제는 조성물의 물성을 저하시키지 않으면서도 최고수준의 난연성을 확보하기 위해 사용된다. 여기서, 난연제는 질소계 난연제, 금속수산화물, 인계 난연제, 할로겐계 난연제 및 무기계 난연제로 이루어진 것이 바람직하며, 이들 중 1개 혹은 2개 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
수차례의 실험결과, 여기서, 상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아누레이트 또는 구아니딘화합물 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 금속수산화물은 수산화알루미늄과 수산화마그네슘을 포함하여 이루어지며, 상기 인계 난연제는 멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 할로겐계 난연제는 데카브로모디페닐옥사이드(DBDPO), 데카브로모디페닐에텐(DBDPE), 브로미네이티드폴리스타이렌(BPS), 헥사브로모사이클로도데칸(HBCD), 테트라브로모비스페놀에이(TBBA), 트리스트리브로모페녹시트라이아진 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 무기계 난연보조제는 삼산화안티몬, 오산화안티몬, 유리비드, 유리섬유, 중공유리비드, 실리카 중 적어도 하나로 이뤄어지는 것이 본 발명의 효과를 극대화하는데 가장 바람직하다.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여, 50 내지 800 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 내지 600 중량부인 것이 가장 효과적이다.
상기 난연제의 함량이 50 중량부 미만인 경우에는 난연성이 현저히 저하되어, 사실상 난연성이 발현되기 어려운 문제가 있으며, 800 중량부를 초과하는 경우에는 비중이 높아지고, 조성물의 기계적 물성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
다음으로, 상기 저경도절연방열층 및 고방열층의 조성물에는 프로세스오일이 포함된다. 상기 프로세스오일은 조성물에 유동성을 부여하는 역할을 한다.
상기 프로세스오일은 파라핀계 또는 나프텐계 오일 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 파라핀계 오일을 사용하는 것이 본 발명에서 유동성을 향상시키면서도 난연성의 저하를 막는데 가장 효과적이다.
상기 프로세스오일은 40℃에서의 동점도가 95cSt 내지 120cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 40℃에서의 동점도가 110cSt 내지 120cSt이고, 인화점은 250℃ 내지 270℃인 것이 효과적이다. 이 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 유동성을 부여하기 어렵거나 물성 및 난연성이 저하되는 문제가 있다.
상기 프로세스오일의 함량은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여, 80 내지 250 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 내지 200 중량부인 것이 효과적이다. 80 중량부 미만인 경우에는 조성물의 경도가 상승하고 유동성이 저하되어 가공상 문제가 발생하며, 250 중량부를 초과하는 경우에는 경도가 지나치게 낮아지고 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있으며, 난연성을 부여하기 어려운 문제가 있다.
다음으로, 상기 저경도절연방열층 및 고방열층의 조성물에는 첨가제가 더 포함된다. 상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 활제, 커플링제, 안료 중 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명인 경량시트는 상기 열가소성탄성체(TPE)에 첨가제를 더 포함하여 난연성 향상에 도움을 주고 전체적으로 내구성을 향상시키게 된다.
보다 구체적으로, 상기 열안정제와 UV안정제는 난연성 향상에 도움을 줄 뿐만 아니라, 전반적인 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 산화방지제 또한 산화억제효과를 통해 내구성을 향상시키고, 안료는 조성물이 사용되는 용도에 따라 적절한 색상을 구현하는 역할을 한다.
상기 첨가제는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 30 중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 0.1 중량부 미만인 경우에는 첨가로 인한 상승효과가 미미한 문제가 있으며, 50 중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 물성이 저하되는 문제가 있다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명에서 상기 저경도절연방열층(10)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 1 내지 350 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조한다.
상기 고방열층(20)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 10 내지 600 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조한다.
상기 저경도절연방열층 및 고방열층의 조성물에는 보강재가 더 포함될 수 있다. 상기 보강재는 이소프렌고무(Isoprene Rubber, IR), 부타디엔고무(Butadiene Rubber, BR), 스티렌-부타디엔고무(Styrene-Butadiene Rubber, SBR), 폴리클로로프렌고무(polyChloroprene Rubber, CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(Acrylonitrile-Butadiene Rubber, NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(Isoprene-Isobutadiene Rubber, IIR), 에틸렌-프로필렌고무(Ethylene-Propylene Rubber, EPR), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록코폴리머(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록코폴리머(Styrene-Isoprene-Styrene, SIS), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무, 폴리에틸렌(PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 폴리이소부틸렌(PolyIsoButylene), 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 보강재는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30 내지 150 중량부인 것이 가장 효과적이다.
상기 보강재는 상기 저경도절연방열층 및 고방열층 각각에서 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 혼합될 경우 혼합 농도가 낮아 불성보강 효과가 미미할 수 있고, 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 200 중량부를 초과하여 혼합할 경우 방열 효과가 떨어질 우려가 있으므로 상기 조건으로 혼합되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
먼저 제1단계(S10)는 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조한다.
구체적으로, 상기 제 1단계(S10)에서 상기 저경도절연방열층(10)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 1 내지 350 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조한다.
또한, 추가적으로 필요에 따라 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 보강재 5 내지 200 중량부를 포함하여 제조할 수 있다.
상기 저경도절연방열층은, 비중 1.6 이하, 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.5 W/mK 내지 3 W/mK, 난연성 UL94 V-0 이상, 절연파괴전압 5kV/mm 내지 30 kV/mm으로 구비되도록 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 고방열층(20)은 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 10 내지 600 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조한다.
또한, 추가적으로 필요에 따라 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 보강재 5 내지 200 중량부를 포함하여 제조할 수 있다.
상기 고방열층은, 비중 1.6이하, 경도 Shore A 90 이하, 열전도도 1.5 W/mK 내지 10 W/mK, 난연성 UL94 V-0 이상으로 구비되는 것이 바람직하다.
다음으로, 제2단계(S20)는 상기 혼합물을 용융하여 시트형태로 시팅한다.
상기 제 2단계(S20)는 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)을 독립적으로 시팅하며, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20) 시트를 합지하여 한 장의 시트로 만들거나, 공압출설비를 사용하여 한 번에 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20) 2층으로 된 시트를 만드는 공정으로 할 수 있다.
여기서, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)을 독립적으로 시팅하여 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20) 시트를 제조한 뒤 합지하여 한 장의 시트로 제조될 경우 별도의 고가의 공압출 설비가 필요 없는 이점이 있다.
또한, 상기 저경도절연방열층(10) 및 고방열층(20)을 공압출설비를 사용하여 한번에 저경도절연방열층(10) 및 고방열절연층(20) 2층시트를 만들 경우 공정단계를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 제3단계(S30)은 상기 2층시트를 필요한 치수로 재단한다.
상기 제 3단계에는 상기 2층 시트를 2차전지 배터리에 밀착시키기 위하여서는 설계에 맞는 크기로 잘라야 하며, 체결을 위한 구멍 등이 필요할 수 있으므로 시팅을 완료하여 제작한 뒤 설계에 맞는 공정을 통하여 원하는 치수로 제작하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명인 2차전지 배터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트에 대한 특성을 실험한 실시예 및 비교예를 통해 살펴보기로 한다.
하기는 본 발명에 의해 제조된 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트의 경도, 난연성, 열전도도, 절연파괴전압을 측정하였고, 본 실험에서 시편의 물성평가 방법으로 하기와 같다.
(1) 경도 : ASTM D 2240 방법으로 시편두께는 3mm로 측정
(2) 난연성 : UL94 VB 방법으로 시편두께 2mm로 측정
(3) 열전도도 : ISO standard 22007-2 방법으로 8T짜리 시편 2종류를 준비하여 측정
(4) 절연파괴전압 : ASTM D 149 방법으로 시편두께 2mm로 측정
(5) 비중 : ASTM D 792 방법으로 측정
ㄱ. 저경도절연방열층(10)
아래 표 1 및 표 3은 본 발명에 의해 제조된 저경도절연방열층(10) 조성물 시편(실시예 1 내지 실시예 5) 그리고 표 2 및 표 4는 본 발명의 범위를 벗어난 저경도절연방열층(10) 조성물(비교예 1 내지 비교예 9)의 각 구성물질의 함량에 따른 비중, 경도, 난연 성능, 열전도도 및 절연파괴전압의 측정결과를 나타낸 것이다.
| 분류 | 실시예 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 열가소성탄성체 | SEBS | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 보강재 | SBR | 30 | 30 | |||
| 열전도성 필러 | Graphite | 10 | 10 | |||
| 세라믹-탄소복합체 | 50 | 70 | 50 | 70 | 50 | |
| 알루미나 | 50 | |||||
| 난연제 | 수산화알루미늄 | 300 | 300 | 400 | 300 | 400 |
| 유기인화합물 | 20 | 20 | 30 | |||
| 할로겐계난연제 | 20 | 15 | ||||
| 무기계난연보조제 | 5 | |||||
| 프로세스오일 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 첨가제 | 산화방지제 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.2 |
| 활제 | 8 | 8 | 10 | 8 | 10 | |
[ 실시예 1 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 세라믹탄소복합체 50중량부, 알루미나 50중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 실시예 2 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 그라파이트 10중량부와 세라믹탄소복합체 70중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 실시예 3 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와, 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 30중량부에, 열전도성 필러로 세라믹탄소복합체 50중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 400중량부와 유기인화합물 30중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.2중량부와 활제 10중량부를 사용하였다.
[ 실시예 4 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 그라파이트 10중량부와, 세라믹탄소복합체 70중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 할로겐계난연제 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 실시예 5 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 30중량부에, 열전도성 필러로 세라믹탄소복합체 50중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 400중량부와 할로겐계난연제 15중량부와 무기계난연보조제 5중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.2중량부와 활제 10중량부를 사용하였다.
| 결과 | 실시예 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 경도 (Shore A) |
28 | 29 | 24 | 29 | 30 |
| 난연등급 (UL94, 2mm) |
V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 |
| 열전도도 (W/m.K) |
0.6 | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 0.7 |
| 절연파괴 (kV/mm) |
10 | 6 | 13 | 6 | 13 |
| 비 중 | 1.6 | 1.5 | 1.5 | 1.6 | 1.4 |
표 2에 나타난 바와 같이, 경도는 30이하이고, 난연성이 나타나며, 열전도도는 0.5 이상이고, 절연파괴는 5 이상이며, 비중은 1.6이하로 나타남을 알 수 있다.
| 분류 | 비교예 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| 열가소성탄성체 | SEBS | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 보강재 | SBR | 30 | 30 | 30 | ||||||
| 열전도성 필러 | Graphite | 100 | 10 | 10 | ||||||
| 세라믹-탄소복합체 | 50 | 70 | 70 | |||||||
| 알루미나 | 100 | 700 | ||||||||
| 난연제 | 수산화알루미늄 | 300 | 400 | 400 | 300 | 80 | 300 | 300 | ||
| 유기인화합물 | 20 | 30 | 30 | 20 | 20 | 20 | ||||
| 할로겐계난연제 | ||||||||||
| 프로세스오일 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 50 | 300 | |
| 첨가제 | 산화방지제 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 활제 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 2 | 8 | 2 | |
[ 비교예 1 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 알루미나 100중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 2 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 난연제로 수산화알루미늄 400중량부와 유기인화합물 30중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 3 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 30중량부에, 난연제로 수산화알루미늄 400중량부와 유기인화합물 30중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 4 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 알루미나 700중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고,첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 5 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 그라파이트 100중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 6 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 30중량부에, 열전도성 필러로 탄소세라믹복합체 50중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 7 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 30중량부에, 난연제로 수산화알루미늄 80중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 2중량부를 사용하였다.
[ 비교예 8 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전조성 필러로 그라파이트 10중량부와 탄소세라믹복합체 70중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 50중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 9 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전조성 필러로 그라파이트 10중량부와 탄소세라믹복합체 70중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 300중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 2중량부를 사용하였다.
| 결과 | 비교예 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 경도 (Shore A) |
25 | 30 | 23 | 33 | 30 | 21 | 15 | 35 | 10 |
| 난연등급 (UL94, 2mm) |
V-1 | V-0 | V-0 | NG | V-0 | NG | NG | V-0 | NG |
| 열전도도 (W/m.K) |
0.6 | 0.4 | 0.4 | 0.7 | 0.8 | 0.5 | 0.2 | 0.7 | 0.5 |
| 절연파괴 (kV/mm) |
18 | 19 | 20 | 15 | 0.1 | 5 | 25 | 5 | 12 |
| 비 중 | 1.7 | 1.6 | 1.6 | 2.5 | 1.5 | 1.3 | 1.1 | 1.6 | 1.3 |
표 4에 나타난 바와 같이, 비교예 8의 경우 경도가 높아 사용할 수 없고, 비교예 4, 6, 7 및 비교예 9의 경우 난연성이 나타나지 않아 사용할 수 없다. 그리고, 비교예 2, 3 및 비교예 7의 경우 열전도도가 0.5미만이라 사용할 수 없으며, 비교예 5의 경우 절연파괴도가 낮아 사용할 수 없다. 비교예 1 및 비교예 4의 경우 비중이 높아 사용할 수 없다.
ㄴ. 고방열층(20)
아래 표 5 및 표 6은 본 발명에 의해 제조된 고방열절연층(20) 조성물 시편(실시예 6 내지 실시예 8)과 본 발명의 범위를 벗어난 고방열절연층(20) 조성물(비교예 10 내지 비교예 15)의 각 구성물질의 함량에 따른 비중, 경도, 난연 성능 및 열전도도의 측정결과를 나타낸 것이다.
| 분류 | 실시예 | 비교예 | ||||||||
| 6 | 7 | 8 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | ||
| 열가소성탄성체 | SEBS | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 보강재 | SBR | 100 | 150 | 200 | ||||||
| 열전도성 필러 | 흑연 | 200 | 100 | 100 | 250 | 300 | 100 | |||
| 저비중흑연 | 100 | 200 | 200 | 200 | ||||||
| 알루미나 | 10 | 700 | ||||||||
| 난연첨가제 | 수산화알루미늄 | 200 | 180 | 180 | 300 | 200 | 10 | 250 | 200 | 850 |
| 유기인화합물 | 20 | 20 | 10 | 10 | 20 | 30 | ||||
| 할로겐계난연제 | 30 | 30 | ||||||||
| 무기계난연보조제 | 10 | 10 | ||||||||
| 프로세스오일 | 100 | 50 | 50 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 첨가제 | 산화방지제 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 활제 | 8 | 4 | 4 | 8 | 8 | 8 | 0.1 | 8 | 8 | |
[ 실시예 6 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 흑연 200중량부와 저비중흑연 100중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 200중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 실시예 7 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 흑연 100중량부와 저비중흑연 200중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 180중량부와 할로겐계난연제 30중량부와 무기계난연보조제 10중량부를 사용하고, 프로세스 오일 50중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.2중량부와 활제 4중량부를 사용하였다.
[ 실시예 8 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 100중량부에, 열전도성 필러로 흑연 100중량부와 저비중흑연 200중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 180중량부와 할로겐계난연제 30중량부와 무기계난연보조제 10중량부를 사용하고, 프로세스 오일 50중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.2중량부와 활제 4중량부를 사용하였다.
[ 비교예 10 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 알루미나 10중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 300중량부와 할로겐계난연제 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 11 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 150중량부에, 열전도성 필러로 알루미나 700중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 200중량부와 할로겐계난연제 10중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 12 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부와 스티렌-부타디엔-러버(SBR) 블록 공중합체 200중량부에, 난연제로 수산화알루미늄 10중량부와 유기인화합물 10중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 13 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 그라파이트 250중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 250중량부와 유기인화합물 20중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 0.1중량부를 사용하였다.
[ 비교예 14 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 그라파이트 300중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 200중량부와 유기인화합물 30중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
[ 비교예 15 ]
열가소성탄성체로 스티렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체를 100중량부에, 열전도성 필러로 그라파이트 100중량부와 저비중흑연 200중량부를 사용하고, 난연제로 수산화알루미늄 850중량부를 사용하고, 프로세스 오일 100중량부를 사용하고, 첨가제로 산화방지제 0.1중량부와 활제 8중량부를 사용하였다.
| 결과 | 실시예 | 비교예 | |||||||
| 6 | 7 | 8 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| 경도 (Shore A) |
45 | 60 | 50 | 25 | 60 | 50 | 45 | 57 | 75 |
| 난연등급 (UL94, 2mm) |
V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | NG | V-0 | V-0 | V-0 |
| 열전도도 (W/m.K) |
1.6 | 2.8 | 2.1 | 0.3 | 2 | 1.8 | 1.5 | 1.6 | 1.8 |
| 비중 | 1.5 | 1.6 | 1.5 | 1.4 | 2.7 | 1.2 | 1.7 | 1.7 | 2.5 |
표 6에 나타난 바와 같이, 실시예 6 내지 8의 경우 경도가 90이하이고, 난연성을 나타내며, 열전도도가 1.5 이상이며, 비중은 1.6이하로 적용가능하다. 하지만, 비교예 12의 경우 난연성을 나타내지 않아 적용할 수 없고, 비교예 10의 경우 열전도도가 낮아 사용할 수 없으며, 비교예 11, 비교예 13, 14 및 비교예 15의 경우 비중이 높아 사용할 수 없다.
당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10. 저경도절연방열층
20. 고방열절연층
S10. 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계
S20. 상기혼합물을 2층 시트형태로 시팅하는 제2단계
S30. 상기 2층 시트를 필요한 치수로 재단하는 제3단계
20. 고방열절연층
S10. 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계
S20. 상기혼합물을 2층 시트형태로 시팅하는 제2단계
S30. 상기 2층 시트를 필요한 치수로 재단하는 제3단계
Claims (9)
- 저경도절연방열층 및 고방열층으로 구비되고,
상기 저경도절연방열층 및 고방열층은 열가소성탄성체(TPE), 열전도성 필러, 난연첨가제, 프로세스오일 및 첨가제를 포함하여 제조하며,
상기 저경도절연방열층에는 열전도성 필러로 탄소세라믹복합체가 포함되고,
상기 고방열층에는 열전도성 필러로 초저비중 열전도필러가 포함되고,
상기 저경도절연방열층은 비중 1.6이하, 경도 Shore A 30 이하, 열전도도 0.5 내지 3 W/mK, 난연성 UL94 V-0, 절연파괴전압 5 내지 30kV/mm이고,
상기 고방열층은 비중 1.6이하, 경도 Shore A 90 이하, 열전도도 1.5 내지 10 W/mK, 난연성 UL94 V-0이며,
상기 열가소성탄성체(TPE)는 스티렌-에틸렌-프로필렌 공중합체 (Styrene-Ethylene-Propylene, SEP), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene, SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체 (Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene, SEPS), 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체 (Stylene-Ethylene-Ethylene-Propylene-Stylene, SEEPS) 중 적어도 어느 하나이고,
상기 난연첨가제는 질소계 난연제, 금속수산화물, 인계 난연제 및 무기계 난연보조제 중 적어도 하나이며,
상기 첨가제는 열안정제, 산화방지제, UV안정제, 활제, 커플링제, 안료 중 선택된 어느 하나 이상이고,
상기 저경도절연방열층은,
상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 1 내지 350 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부이며,
상기 열전도성 필러 중 탄소세라믹복합체를 1 내지 200중량부 포함되며,
상기 고방열층은
상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 열전도성 필러 10 내지 600 중량부, 난연첨가제 50 내지 800 중량부, 프로세스오일 80 내지 250 중량부 및 첨가제 0.1 내지 50 중량부이며,
상기 열전도성필러 중 초저비중 열전도필러 10 내지 500중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 저경도절연방열층 및 고방열층은,
보강재를 추가로 포함하여 제조할 수 있으며,
상기 보강재는 이소프렌고무(Isoprene Rubber, IR), 부타디엔고무(Butadiene Rubber, BR), 스티렌-부타디엔고무(Styrene-Butadiene Rubber, SBR), 폴리클로로프렌고무(polyChloroprene Rubber, CR), 아크릴로니트릴-부타디엔고무(Acrylonitrile-Butadiene Rubber, NBR), 이소프렌-이소부틸렌고무(Isoprene-Isobutadiene Rubber, IIR), 에틸렌-프로필렌고무(Ethylene-Propylene Rubber, EPR), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록코폴리머(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록코폴리머(Styrene-Isoprene-Styrene, SIS), 실리콘고무, 플루오로고무, 우레탄고무, 아크릴고무, 폴리에틸렌(PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 폴리이소부틸렌(PolyIsoButylene), 알파올레핀수지 중 적어도 어느 하나이며,
상기 보강재는 상기 열가소성탄성체(TPE) 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트. - 제 1항에 있어서,
상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아뉴레이트 또는 구아니딘 화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며,
상기 금속수산화물은 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 중 선택된 어느 하나 이상이며,
상기 인계 난연제는 포스페이트를 함유한 유기 인계화합물 중 선택된 어느 하나 이상이며,
상기 무기계 난연보조제는 삼산화안티몬, 오산화안티몬, 유리비드, 유리섬유, 중공유리비드, 실리카 중 선택된 어느하나 이상인 것을 특징으로 하는 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트. - 제 1항에 있어서,
상기 저경도절연방열층과 고방열층의 열전도성 필러는,
카본블랙, 카본나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 판상흑연, 구상흑연, 팽창흑연, 팽창성흑연, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 실리콘카바이드, 세라믹-탄소 복합체 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2차전지 베터리팩용 방열성과 절연성의 경량시트. - 삭제
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