KR102225637B1 - Composite material for battery pack case - Google Patents

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Abstract

배터리팩 케이스용 복합소재가 제공된다. 상기 배터리팩 케이스용 복합소재는 난연층과 상기 난연층 상에 배치된 금속층을 포함한다. 상기 금속층은 은(Ag)을 함유하며 두께가 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 이다.
상기 난연층은 면내(面內) 배향된 연속섬유들을 포함하는 섬유층들이 적층된 적층체와 상기 적층체에 함침된 난연성 수지기재를 포함한다. 상기 섬유층들은 상기 연속섬유들의 배향면들이 마주하도록 상기 난연층의 두께 방향으로 적층된다.
Composite materials for battery pack cases are provided. The composite material for the battery pack case includes a flame retardant layer and a metal layer disposed on the flame retardant layer. The metal layer contains silver (Ag) and has a thickness of 5 µm to 10 µm.
The flame-retardant layer includes a laminate in which fibrous layers including continuous fibers oriented in a plane are laminated and a flame-retardant resin substrate impregnated in the laminate. The fibrous layers are laminated in the thickness direction of the flame retardant layer so that the oriented surfaces of the continuous fibers face each other.

Description

배터리팩 케이스용 복합소재{COMPOSITE MATERIAL FOR BATTERY PACK CASE}Composite material for battery pack case{COMPOSITE MATERIAL FOR BATTERY PACK CASE}

본 발명은 배터리팩 케이스용 복합소재에 관한 것이다.The present invention relates to a composite material for a battery pack case.

리튬이온 이차전지는 휴대용 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 에너지 저장장치 등의 전원으로 사용되고 있다. 리튬이온 이차전지는 배터리셀, 보호회로, 보호소자 등이 케이스 내에 세트화된 형태의 배터리팩의 형태로 상품화 되어있다. Lithium-ion secondary batteries are used as power sources for portable electronic devices, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and energy storage devices. Lithium-ion secondary batteries are commercialized in the form of a battery pack in which a battery cell, a protection circuit, and a protection device are set in a case.

리튬이온 이차전지는 전해액의 분해반응에 의한 가연성 가스, 전해액과 전극의 반응에 따른 가연성 가스, 양극의 분해에 의한 산소의 발생 등에 의해 폭발하거나 화재가 발생하는 문제점이 있다.Lithium-ion secondary batteries have a problem in that they explode or generate fire due to generation of combustible gas due to a decomposition reaction of an electrolyte, combustible gas due to a reaction between an electrolyte and an electrode, and oxygen due to decomposition of a positive electrode.

전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 에너지 저장장치 등은 대용량의 전력 공급을 요하기 때문에, 2차 폭발에 대한 위험성이 매우 크다. Electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, energy storage devices, and the like, require a large amount of power to be supplied, so the risk of a secondary explosion is very high.

한편, 상기 배터리팩에는 전자 부품들이 내장되어 있어서, 이로부터 전자파가 발생된다. 상기 배터리팩에서 방사 또는 전도되는 전자파는 다른 기기의 기능에 장애를 줄 수 있으며, 사용자의 생식기관에 이상을 일으켜 불임 등을 초래하거나 또는 안구에 손상을 입혀 백내장 등을 유발할 수도 있으며, 두통을 초래하기도 한다. Meanwhile, since electronic components are embedded in the battery pack, electromagnetic waves are generated therefrom. Electromagnetic waves radiated or conducted from the battery pack may impair the function of other devices, cause infertility, etc. by causing abnormalities in the reproductive organs of the user, or damage to the eyeball, causing cataracts, etc., and may cause headaches. Sometimes it does.

본 발명은 배터리팩의 기계적 물성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리팩 케이스용 복합소재를 제공하고자 한다. The present invention is to provide a composite material for a battery pack case that can improve the mechanical properties and safety of the battery pack.

또한, 본 발명은 전자파 차폐성능을 가진 배터리팩 케이스용 복합소재를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a composite material for a battery pack case having electromagnetic wave shielding performance.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재는 난연층과 상기 난연층 상에 배치된 금속층을 포함한다. 상기 금속층은 은(Ag)을 함유하며 두께가 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 이다. The composite material for a battery pack case according to the present invention includes a flame retardant layer and a metal layer disposed on the flame retardant layer. The metal layer contains silver (Ag) and has a thickness of 0.5 µm to 10 µm.

상기 난연층은 면내(面內) 배향된 연속섬유들을 포함하는 섬유층들이 적층된 적층체와 상기 적층체에 함침된 난연성 수지기재를 포함한다. 상기 섬유층들은 상기 연속섬유들의 배향면들이 마주하도록 상기 난연층의 두께 방향으로 적층된다.The flame retardant layer includes a laminate in which fibrous layers including continuous fibers oriented in a plane are laminated and a flame-retardant resin substrate impregnated in the laminate. The fibrous layers are laminated in the thickness direction of the flame retardant layer so that the oriented surfaces of the continuous fibers face each other.

본 발명에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재는 30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서의 전자파 차폐성능이 85 dB 이상이다.The composite material for a battery pack case according to the present invention has an electromagnetic wave shielding performance of 85 dB or more in a frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz.

본 발명에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재는 난연층을 통해 화염에 대한 저항성을 확보할 수 있다.The composite material for a battery pack case according to the present invention can secure flame resistance through a flame retardant layer.

불연속섬유 복합소재는, 연속섬유 복합소재에 비해, 단섬유 등의 불연속섬유의 사이에 수지기재가 더 많이 개재될 수 있기 때문에, 수지기재가 불에 탈 수 있는 공간과 계면이 더 많이 존재한다. In the discontinuous fiber composite material, compared to the continuous fiber composite material, since more resin substrates may be interposed between discontinuous fibers such as short fibers, there are more spaces and interfaces in which the resin substrate may be burned.

상기 난연층은 면내(面內) 배향된 연속섬유들을 포함하는 섬유층들이 적층된 적층체와 상기 적층체에 함침된 난연성 수지기재를 포함한다. 상기 섬유층들은 상기 연속섬유들의 배향면들이 마주하도록 상기 난연층의 두께 방향으로 적층되므로 상기 배터리팩 케이스용 복합소재의 두께 방향으로 화염이 가해지는 경우, 상기 난연층은 불연속섬유 복합소재에 비해 상기 배터리팩 케이스용 복합소재의 두께 방향에 대한 화염 전파 경로를 줄일 수 있어서, 상기 배터리팩 케이스용 복합소재에 향상된 난연 성능을 제공할 수 있다. The flame retardant layer includes a laminate in which fibrous layers including continuous fibers oriented in a plane are laminated and a flame-retardant resin substrate impregnated in the laminate. Since the fiber layers are stacked in the thickness direction of the flame-retardant layer so that the oriented surfaces of the continuous fibers face each other, when a flame is applied in the thickness direction of the composite material for the battery pack case, the flame-retardant layer is the battery pack compared to the discontinuous fiber composite material. Since the flame propagation path in the thickness direction of the case composite material can be reduced, improved flame retardant performance can be provided to the composite material for the battery pack case.

본 발명에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재는 은(Ag)을 함유하며 두께가 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 금속층을 통해, 30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서 85 dB 이상의 전자파 차폐성능을 발휘할 수 있다.The composite material for a battery pack case according to the present invention can exhibit an electromagnetic wave shielding performance of 85 dB or more in a frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz through a metal layer containing silver (Ag) and having a thickness of 0.5 µm to 10 µm.

또한, 본 발명에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재는 보강부위를 섬유층들의 설계를 통해 보강할 수 있으므로, 불연속섬유들이 부정방향(不定方向)으로 배열되어 있는 불연속섬유 복합소재에 비해 배터리셀 보호를 위한 기계적 물성의 향상에 있어서 유리한 장점을 가진다. In addition, since the composite material for a battery pack case according to the present invention can reinforce the reinforcing part through the design of the fiber layers, it is mechanical for protecting the battery cell compared to the discontinuous fiber composite material in which the discontinuous fibers are arranged in a negative direction. It has an advantageous advantage in improving physical properties.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 배터리팩 케이스용 복합소재의 일 례의 모식적인 단면도이며, 난연층 상에 금속층이 직접 접합된 것을 도시한다.
도 2는 도 1의 난연층의 일 례의 모식도이며, 연속섬유들의 배열체들의 적층체에 난연성 수지를 함침시킨 것을 도시한다.
도 3은 도 1의 난연층의 일 례의 모식도이며, 연속섬유들의 직조직물 원단들의 적층체에 난연성 수지를 함침시킨 것을 도시한다.
도 4는 도 1의 난연층의 일 례의 모식도이며, 연속섬유들의 비굴곡 강화섬유 직물(non-crimp fabric; NCF) 원단들의 적층체에 난연성 수지를 함침시킨 것을 도시한다.
도 5는 도 1의 난연층의 일 례의 모식도이며, UD 프리프레그들의 적층체를 도시한다.
도 6은 도 1의 난연층의 일 례의 모식도이며, 원단 프리프레그들의 적층체를 도시한다.
도 7은 배터리팩 케이스용 복합소재의 일 례의 모식적인 단면도이며, 난연층 과 금속층 상에 접합층이 개재된 것을 도시한다.
도 8은 배터리팩 케이스용 복합소재의 일 례의 모식적인 단면도이며, 섬유층들 사이에 난연 다공성층이 개재된 것을 도시한다.
1 is a schematic cross-sectional view of an example of a composite material for a battery pack case, and shows that a metal layer is directly bonded to a flame retardant layer.
FIG. 2 is a schematic diagram of an example of the flame-retardant layer of FIG. 1, and shows that a laminate of continuous fibers is impregnated with a flame-retardant resin.
3 is a schematic diagram of an example of the flame-retardant layer of FIG. 1, and shows a laminate of woven fabrics of continuous fibers impregnated with a flame-retardant resin.
FIG. 4 is a schematic diagram of an example of the flame retardant layer of FIG. 1, and shows a laminate of non-crimp reinforcing fiber (NCF) fabrics impregnated with a flame-retardant resin.
5 is a schematic diagram of an example of the flame retardant layer of FIG. 1, and shows a laminate of UD prepregs.
6 is a schematic diagram of an example of the flame retardant layer of FIG. 1, and shows a laminate of raw prepregs.
7 is a schematic cross-sectional view of an example of a composite material for a battery pack case, showing that a bonding layer is interposed on the flame retardant layer and the metal layer.
8 is a schematic cross-sectional view of an example of a composite material for a battery pack case, and shows that a flame-retardant porous layer is interposed between fiber layers.

발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시형태들과 실험예들을 참조하면 명확해질 것이다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.Advantages and features of the invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments and experimental examples to be described later in detail together with the accompanying drawings. It should be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the technology disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the spirit of the technology by the accompanying drawings.

또한, 발명은 이하에서 개시되는 내용에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하에서 개시되는 내용은 발명의 개시가 완전하도록 하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이고, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. In addition, the invention is not limited to the content disclosed below, but may be implemented in various forms, and the content disclosed below makes the disclosure of the invention complete, and the invention is for those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims.

관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.If it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the technology, the detailed description may be omitted. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification. In the drawings, the sizes and relative sizes of layers and regions may be exaggerated for clarity of description.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, and the like are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component, and unless otherwise stated, the first component may be the second component.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함하는(including)", "가진(having)" 이라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, unless otherwise specified, each component may be singular or plural. Throughout the specification, when a part refers to "including" or "having" a certain component, this does not exclude other components, but further includes other components, unless specifically stated to the contrary. It means something that can be included.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.Throughout the specification, when referred to as "A and/or B", it means A, B or A and B, unless otherwise specified, and when referred to as "C to D", it means that a special opposite description is Unless there is one, it means that it is C or more and D or less.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It may be used to easily describe the correlation between the device or components and other devices or components. Spatially relative terms should be understood as terms including different directions of the device during use or operation in addition to the directions shown in the drawings.

도 1은 배터리팩 케이스용 복합소재(100)의 일 례의 모식적인 단면도이며, 난연층(10) 상에 금속층(20)이 직접 접합된 것을 도시한다. 도 2 내지 도 6은 도 1의 난연층(10)의 모식도들이다. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a composite material 100 for a battery pack case, and shows that the metal layer 20 is directly bonded to the flame retardant layer 10. 2 to 6 are schematic views of the flame retardant layer 10 of FIG. 1.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 배터리팩 케이스용 복합소재(100)는 난연층(10)과 난연층(10) 상에 배치된 금속층(20)을 포함한다. 1 to 6, the composite material 100 for a battery pack case includes a flame retardant layer 10 and a metal layer 20 disposed on the flame retardant layer 10.

난연층(10)은 섬유층들이 적층된 적층체와 섬유층들의 적층체에 함침된 난연성 수지기재를 포함한다. 섬유층들은 각각 면내(面內) 배향된 연속섬유들을 포함하며, 연속섬유들의 배향면들이 마주하도록 난연층(10)의 두께 방향 또는 배터리팩 케이스용 복합소재(100)의 두께 방향으로 적층된다. 난연층(10) 내에서의 연속섬유들의 분율은 35 vol% 내지 60 vol% 이다.The flame-retardant layer 10 includes a laminate in which fibrous layers are laminated and a flame-retardant resin substrate impregnated in the laminate of fibrous layers. Each of the fibrous layers includes continuous fibers oriented in-plane, and is laminated in the thickness direction of the flame retardant layer 10 or the thickness direction of the composite material 100 for a battery pack case so that the oriented surfaces of the continuous fibers face each other. The fraction of continuous fibers in the flame retardant layer 10 is 35 vol% to 60 vol%.

섬유층들 간의 적층 구조는 배터리팩 케이스용 복합소재(100)에 요구되는 기계적 물성에 따라 설계될 수 있다. 섬유층들 간의 적층 구조는 강성 보강을 위해 이방성으로 설계되어도 무관하다. 다만, 의도하지 않은 후변형의 문제를 제한하기 위해 배터리팩 케이스용 복합소재(100)의 두께 방향으로 적층구조가 대칭구조인 것이 바람직하다.The laminated structure between the fibrous layers may be designed according to mechanical properties required for the composite material 100 for a battery pack case. The laminated structure between the fibrous layers may be designed to be anisotropic for reinforcing rigidity. However, in order to limit the problem of unintended post-deformation, it is preferable that the stacked structure in the thickness direction of the composite material 100 for the battery pack case is a symmetrical structure.

난연층(10)은 연속섬유들(1)이 일방향으로 배향된 연속섬유들의 배열체(도 2의 F1, F2, F3), 연속섬유들이 직조된 연속섬유들의 직조직물 원단(도 3의 WF1, WF2) 및 연속섬유들의 비굴곡 강화섬유 직물 원단(도 4의 NCF1, NCF2) 중 적어도 하나의 섬유층을 적층한 적층체에 난연성 수지를 함침시킨 뒤, 경화하는 HP-RTM(HIGH-PRESSURE RESIN TRANSFER MOLDING) 공법에 의해 얻어질 수 있다. The flame-retardant layer 10 is an array of continuous fibers in which continuous fibers 1 are oriented in one direction (F1, F2, F3 in FIG. 2), a woven fabric of continuous fibers in which continuous fibers are woven (WF1 in FIG. 3, HP-RTM (HIGH-PRESSURE RESIN TRANSFER MOLDING) is impregnated with flame-retardant resin in a laminate in which at least one fiber layer of WF2) and non-bending reinforcing fiber fabric fabrics (NCF1, NCF2 in Fig. 4) are laminated, and then cured. ) Can be obtained by the construction method.

도 2 내지 도 4에는 HP-RTM(HIGH-PRESSURE RESIN TRANSFER MOLDING) 공법을 이용하여 얻어진 난연층(10)이 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4에는 2개의 층들이 적층된 구조가 예시적으로 도시되어 있지만, 난연층(10)을 구성하는 섬유층들의 수가 도시된 것으로만 제한되지 않는다. 2 to 4 show the flame retardant layer 10 obtained by using the HP-RTM (HIGH-PRESSURE RESIN TRANSFER MOLDING) method. Although a structure in which two layers are stacked is illustrated in FIGS. 2 to 4 by way of example, the number of fibrous layers constituting the flame retardant layer 10 is not limited to that shown.

도 2는 도 1의 난연층의 일 례의 모식도이며, 일방향으로 배향된 연속섬유들(1)의 배열체들(F1, F2, F3)의 적층체에 난연성 수지기재(P)를 함침시킨 것을 도시한다. 도 2에서와 같이, 섬유층들은 각각 연속섬유들(1)이 일방향으로 배향된 연속섬유들(1)의 배열체(F1, F2, F3)일 수 있다. 도 2에서와 같이, 각 섬유층들(F1, F2, F3)의 연속섬유들(1)의 일방향 배향방향은 동일할 수 있다. 2 is a schematic diagram of an example of the flame-retardant layer of FIG. 1, in which a flame-retardant resin substrate (P) is impregnated into a laminate of arrays (F1, F2, F3) of continuous fibers (1) oriented in one direction. Shows. As shown in FIG. 2, the fibrous layers may be arrays (F1, F2, F3) of continuous fibers 1 in which the continuous fibers 1 are oriented in one direction, respectively. As shown in FIG. 2, the one-way orientation direction of the continuous fibers 1 of each of the fibrous layers F1, F2, and F3 may be the same.

도 3은 도 1의 난연층(10)의 일 례의 모식도이며, 연속섬유로 이루어진 씨실(1)과 날실(2)의 직조직물 원단들(WF1, WF2)의 적층체(WF)에 난연성 수지기재(P)를 함침시킨 것을 도시한다. 도 3 에서와 같이, 난연층(10)은 씨실(1)과 날실(2)이 위아래로 교차하여 짜여진 직조직물 원단들(WF1, WF2)이 적층된 적층체(WF)에 난연성 수지기재(P)를 함침시키는 것에 얻어질 수도 있다. 3 is a schematic diagram of an example of the flame-retardant layer 10 of FIG. 1, and a flame-retardant resin in a laminate (WF) of woven fabrics (WF1, WF2) of the weft (1) and warp (2) made of continuous fibers The substrate P is impregnated. 3, the flame-retardant layer 10 is a flame-retardant resin base material (P) on a laminate (WF) in which woven fabrics (WF1, WF2) are woven by crossing the weft (1) and the warp (2) upward and downward. ) Can also be obtained by impregnating.

도 4는 도 1의 난연층(10)의 일 례의 모식도이며, 연속섬유들(1, 2)의 비굴곡 강화섬유 직물(non-crimp fabric; NCF) 원단들(NCF1, NCF2)의 적층체(NCF)에 난연성 수지기재(P)를 함침시킨 것을 도시한다. 도 4에서와 같이, NCF 원단(NCF1, NCF2)은 직조직물 원단과 달리 구성 섬유들이 거의 직선적으로 배열되어 있어 굴곡이 발생되지 않는다. 도시되지는 않았지만, NCF 원단(NCF1 NCF2)은 구성 섬유들이 스티칭(stitching) 또는 접합되어 있다. 4 is a schematic diagram of an example of the flame retardant layer 10 of FIG. 1, and a laminate of non-crimp fabric (NCF) fabrics (NCF1, NCF2) of continuous fibers (1, 2) It shows that (NCF) is impregnated with a flame-retardant resin base material (P). As shown in FIG. 4, the NCF fabrics (NCF1, NCF2), unlike the woven fabric fabrics, are arranged almost in a straight line, so that bending does not occur. Although not shown, in the NCF fabric (NCF1 NCF2), constituent fibers are stitched or bonded.

NCF 원단들(NCF1, NCF2)의 적층체(NCF)는 각 층의 연속섬유들(1, 2)의 배향방향이 서로 상이할 수 있으며, 예를 들어, 각 층의 연속섬유들(1, 2)의 배향방향이 0°/+45°/90°/-45 °또는 0°/90°/0°/90 °가 되도록 NCF 원단들(NCF1, NCF2)이 적층되어 있을 수 있다. 도 4는 각 층의 연속섬유들(1, 2)의 배향방향이 0°/90°/0°/90 °인 경우를 도시하지만, 이것 만으로 제한되지 않는다.In the laminate (NCF) of the NCF fabrics (NCF1, NCF2), the orientation directions of the continuous fibers (1, 2) of each layer may be different from each other, for example, the continuous fibers (1, 2) of each layer. NCF fabrics (NCF1, NCF2) may be stacked so that the orientation direction of) is 0°/+45°/90°/-45° or 0°/90°/0°/90°. 4 shows a case where the orientation direction of the continuous fibers 1 and 2 of each layer is 0°/90°/0°/90°, but is not limited thereto.

난연층(10)은 또한, UD 프리프레그들(UD1, UD2) 및/또는 원단 프리프레그들(FP1, FP2)의 적층체(UD, FP)를 경화 또는 합지하는 것에 의해 얻어질 수도 있다. The flame-retardant layer 10 may also be obtained by curing or laminating the laminates (UD, FP) of the UD prepregs (UD1, UD2) and/or the original prepregs (FP1, FP2).

도 5는 도 1의 난연층(10)의 일 례의 모식도이며, UD 프리프레그들(UD1, UD2)의 적층체(UD)를 도시한다. 도 5를 참조하면, UD 프리프레그들(UD1, UD2)은 일 방향으로 배향된 연속섬유들(1, 2)로 이루어진 섬유층에 난연성 수지기재(P)가 기함침된 구조이며, 난연층(10)은 UD 프리프레그들(UD1, UD2)을 적층하여 얻어질 수 있다.FIG. 5 is a schematic diagram of an example of the flame retardant layer 10 of FIG. 1, and shows a stacked body UD of UD prepregs UD1 and UD2. Referring to FIG. 5, UD prepregs UD1 and UD2 have a structure in which a flame-retardant resin base material P is impregnated in a fibrous layer made of continuous fibers 1 and 2 oriented in one direction, and a flame retardant layer 10 ) May be obtained by stacking UD prepregs UD1 and UD2.

도 6은 도 1의 난연층(10)의 일 례의 모식도이며, 원단 프리프레그들(FP1, FP2)의 적층체(FP)를 도시한다. 도 6을 참조하면, 원단 프리프레그들(FP1, FP2)은 각각 연속섬유들(1, 2)로 이루어진 직조직물 원단 섬유층 또는 NCF 원단 섬유층에 난연성 수지기재가 기 함침된 구조이다. 난연층(10)은 직조된 직조직물 원단 프리프레그들(FP1, FP2) 또는 비굴곡 강화섬유 직물(non-crimp fabric; NCF) 원단 프리프레그들(FP1, FP2)을 적층하여 얻어질 수도 있다.6 is a schematic diagram of an example of the flame retardant layer 10 of FIG. 1, and shows a laminate FP of the original prepregs FP1 and FP2. Referring to FIG. 6, the fabric prepregs FP1 and FP2 have a structure in which a flame-retardant resin base material is pre-impregnated into a woven fabric fabric layer or an NCF fabric fiber layer made of continuous fibers 1 and 2, respectively. The flame retardant layer 10 may be obtained by laminating woven fabric prepregs (FP1, FP2) or non-crimp reinforcing fiber fabric (non-crimp fabric; NCF) fabric prepregs (FP1, FP2).

도 4 및 도 5 에서와 같이, 각 층의 연속섬유들(1, 2)의 일방향 배향방향은 서로 엇갈릴 수 있다. 예를 들면, 난연층(10)은 각 층의 연속섬유들(1, 2)의 일방향 배향방향이 제1 방향인 제1 층과 연속섬유들의 일방향 배향방향이 제2 방향인 제2 층을 포함할 수 있으며, 제1 방향과 제2 방향은 서로 엇갈릴 수 있다. 예를 들어, 제2 층은 제1 층 상에 배치된 것일 수 있다. As shown in FIGS. 4 and 5, the one-way orientation directions of the continuous fibers 1 and 2 of each layer may be alternated with each other. For example, the flame retardant layer 10 includes a first layer in which one direction of the continuous fibers 1 and 2 of each layer is a first direction and a second layer in which one direction of the continuous fibers is a second direction. The first direction and the second direction may be alternated with each other. For example, the second layer may be disposed on the first layer.

제1 방향은 보강요구방향(Reinforcement required direction)에 대해 +θ°의 각도를 가질 수 있으며, 제2 방향은 보강요구방향에 대해 -θ°의 각도를 가질 수 있다. 이 때, θ° 는 1° 내지 44° 일 수 있다. 예를 들어, 제1 방향과 제2 방향의 교차각은 30° 내지 90° 일 수 있다. The first direction may have an angle of +θ° with respect to the reinforcement required direction, and the second direction may have an angle of -θ° with respect to the reinforcement required direction. In this case, θ° may be 1° to 44°. For example, an angle of intersection between the first and second directions may be 30° to 90°.

'보강요구방향'이란 배터리팩 케이스가 차량 등에 장착될 때, 혹은 장착 이후 차량 등이 가동 및 운동할 때, 외부에서 가해지는 외력 또는 하중을 고려하여 강도 및 강성이 보완될 필요가 있는 소정의 방향을 의미한다. 보강요구방향은 배터리팩이 차량 등의 부품으로 이에 장착될 때의 구속 위치, 설치 조건 등에 의해 결정될 수 있으며, 가장 주요하게 강도 및 강성이 보완될 필요가 있는 일 방향을 의미한다.'Reinforcement request direction' is a predetermined direction in which strength and rigidity need to be supplemented in consideration of external force or load applied from the outside when the battery pack case is mounted on a vehicle, or when the vehicle is operated and moved after installation. Means. The direction required for reinforcement may be determined by a restraint position and an installation condition when the battery pack is mounted to a component such as a vehicle, and most principally refers to one direction in which strength and rigidity need to be supplemented.

연속섬유들(1, 2)은 내열성이 좋은 재질로 구성되며, 예를 들어, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 및 탄소섬유의 배합, 유리섬유 및 아라미드 섬유의 배합, 탄소섬유 및 아라미드 섬유의 배합 또는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유의 배합일 수 있다. The continuous fibers (1, 2) are made of a material with good heat resistance, for example, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, glass fiber and carbon fiber blend, glass fiber and aramid fiber blend, carbon fiber and aramid It may be a blend of fibers or a blend of glass fibers, carbon fibers and aramid fibers.

난연성 수지기재(P)는 난연 열경화성 플라스틱 또는 난연 열가소성 플라스틱으로 구성될 수 있다. 난연 열경화성 플라스틱의 예로는, 난연 에폭시 수지, 난연 우레탄 수지, 난연 페놀 수지, 난연 요소 수지, 난연 멜라민 수지 중 적어도 하나를 들 수 있다.The flame-retardant resin base material P may be composed of a flame-retardant thermosetting plastic or a flame-retardant thermoplastic. Examples of the flame-retardant thermosetting plastic include at least one of a flame-retardant epoxy resin, a flame-retardant urethane resin, a flame-retardant phenol resin, a flame-retardant urea resin, and a flame-retardant melamine resin.

난연 열가소성 플라스틱의 예로는, 폴리페닐린 설파이트 (polyphenylene sulfide, PPS), 난연처방 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC), 난연 폴리아마이드 (polyamide, PA) 중 적어도 하나를 들 수 있다.Examples of flame-retardant thermoplastic plastics include at least one of polyphenylene sulfide (PPS), flame-retardant prescription polycarbonate (PC), and flame-retardant polyamide (PA).

난연 열경화성 플라스틱 또는 난연 열가소성 플라스틱은 공지의 난연제를 열경화성 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱에 첨가하여 제조될 수 있으며, 공지의 난연제의 예로는 할로겐계 난연제 및/또는 비할로겐계 난연제를 들 수 있다. 유해성과 환경 친화성의 측면에서, 난연제로 비할로겐계 난연제가 사용될 수 있으며, 비할로겐계 난연제의 예로는, 인계 난연제를 들 수 있다.The flame-retardant thermosetting plastic or flame-retardant thermoplastic plastic may be prepared by adding a known flame retardant to the thermosetting plastic or thermoplastic plastic, and examples of the known flame retardant include a halogen-based flame retardant and/or a non-halogen-based flame retardant. In terms of toxicity and environmental friendliness, a non-halogen-based flame retardant may be used as a flame retardant, and examples of the non-halogen-based flame retardant include a phosphorus-based flame retardant.

금속층(20)은 은(Ag) 또는 이의 합금을 포함하며, 두께는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 이다. 금속층(20)은 30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서 85 dB 이상의 전자파 차폐성능을 배터리팩 케이스용 복합소재(100)에 제공할 수 있다. The metal layer 20 includes silver (Ag) or an alloy thereof, and has a thickness of 0.5 µm to 10 µm. The metal layer 20 may provide an electromagnetic wave shielding performance of 85 dB or more in a frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz to the composite material 100 for a battery pack case.

금속층(20)은 스프레이 증착법을 이용하여 난연성 적층체(10) 상에 도금될 수 있다. 금속층(20)은 난연성 적층체(10)상에 은(Ag) 입자를 반복적으로 스프레이 증착함으로써 얻어질 수 있다.The metal layer 20 may be plated on the flame-retardant laminate 10 using a spray deposition method. The metal layer 20 can be obtained by repeatedly spray-depositing silver (Ag) particles on the flame-retardant laminate 10.

은(Ag)은 30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서의 전자파 차폐성능이 우수한 재료이다. 하지만, 후술하는 비교실험예서 확인할 수 있는 바와 같이, 금속층(20)의 두께가 0.5 ㎛ 미만인 경우, 30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서의 전자파 차폐성능이 85 dB 미만으로 배터리팩 케이스에 요구되는 전자파 차폐성능을 구현하기 어렵다. Silver (Ag) is a material excellent in electromagnetic wave shielding performance in the frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz. However, as can be seen in the comparative experiment to be described later, when the thickness of the metal layer 20 is less than 0.5 μm, the electromagnetic wave shielding performance in the frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz is less than 85 dB, which is required for the battery pack case. It is difficult to implement shielding performance.

한편, 금속층(20)의 두께가 10 ㎛ 초과인 경우, 배터리팩 케이스용 복합소재(100)는 금속층(20)의 두께가 10 ㎛ 이하인 경우처럼 30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서 85 dB 이상의 전자파 차폐성능을 발휘할 수 있다. On the other hand, when the thickness of the metal layer 20 is more than 10 μm, the composite material for the battery pack case 100 shields electromagnetic waves of 85 dB or more in the frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz, as in the case where the thickness of the metal layer 20 is 10 μm or less. Performance can be demonstrated.

그러나, 금속층(20)의 두께가 10 ㎛ 초과인 배터리팩 케이스용 복합소재(100)는 무게의 증가로 인해 경량의 배터리팩 케이스를 제공하기 어렵고, 금속층(20)의 형성을 위한 증착 공정의 횟수가 증가되고 재료비 등의 생산 단가가 상승하여 배터리팩 케이스의 가격 경쟁력을 약화시키는 문제가 있다.However, the composite material 100 for a battery pack case in which the thickness of the metal layer 20 is greater than 10 μm is difficult to provide a lightweight battery pack case due to an increase in weight, and the number of deposition processes for forming the metal layer 20 is reduced. There is a problem that the price competitiveness of the battery pack case is weakened due to the increase and the production cost such as material cost increases.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

열간 프레스 접합법으로 두께 3.2 mm의 8 개의 UD 프리프레그들의 난연성 적층체를 제작한 뒤, 난연성 적층체 상에 은(Ag) 입자를 스프레이 방식으로 반복하여 증착함으로써, 하기 표 1에서와 같은 두께를 가진 금속층이 도금된 배터리팩 케이스용 복합소재를 얻었다. After producing a flame-retardant laminate of 8 UD prepregs having a thickness of 3.2 mm by hot press bonding, silver (Ag) particles were repeatedly deposited on the flame-retardant laminate by spraying to have the same thickness as in Table 1 below. A composite material for a battery pack case with a metal layer plated was obtained.

8 개의 UD 프리프레그들은 연속유리섬유 50 vol%와 이에 함침된 50 vol%의 난연 에폭시 수지로 구성되었고, 각 층들 간의 연속유리섬유의 일방향 배향방향의 교차각은 90°이었다. The eight UD prepregs were composed of 50 vol% of continuous glass fibers and 50 vol% of flame-retardant epoxy resin impregnated therewith, and the cross angle of the continuous glass fibers between each layer in one direction of orientation was 90°.

실험예Experimental example

실시예들에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재와 비교예들에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재의 차폐성능과 경량화율 등을 측정하였다. 하기 표 1에는 측정결과가 정리되어 있다.The shielding performance and weight reduction rate of the composite material for the battery pack case according to the examples and the composite material for the battery pack case according to the comparative examples were measured. Table 1 below summarizes the measurement results.

(차폐 성능 평가)(Shielding performance evaluation)

신호 발생기(Signal generator)에서 발생된 전자파가 시료 홀더(Holder)에 있는 시료를 투과되어 나오는 전자파를 리시버(Receiver)에서 측정하는 방식으로 시료의 차폐성능을 평가하였다. 규격은 ASTM D4935 를 따랐으며 측정 주파수는 30MHz~1.5GHz 이었다. The shielding performance of the sample was evaluated by measuring the electromagnetic wave generated by the signal generator through the sample in the sample holder by the receiver. The standard was in accordance with ASTM D4935 and the measurement frequency was 30MHz~1.5GHz.

(경량화율 계산 방법)(How to calculate weight reduction rate)

배터리팩의 양산품에 적용되고 있는 알루미늄 소재로 배터리팩 케이스의 크기와 유사한 평판(두께 : 3.2 mm)을 제작하여 무게를 측정하였다. 알루미늄 소재로 제작된 평판의 무게를 무게(a)로 하였다.The weight was measured by making a flat plate (thickness: 3.2 mm) similar to the size of the battery pack case made of aluminum that is applied to mass-produced battery packs. The weight of the flat plate made of aluminum was taken as the weight (a).

하기 표 1에서와 같이 금속층의 두께가 변화됨에 따른 배터리팩 케이스용 복합소재의 무게(b)를 구하고, (a-b)/a (%)로 경량화율을 구하였다. As shown in Table 1 below, the weight (b) of the composite material for the battery pack case was calculated according to the change in the thickness of the metal layer, and the weight reduction rate was calculated as (a-b)/a (%).

  난연성 적층체의 두께
(mm)
Thickness of flame retardant laminate
(mm)
금속층의 두께
(μm)
Metal layer thickness
(μm)
차폐 성능(dB)Shielding performance (dB) 경량화율(%)Light weight reduction rate (%)
비교예1Comparative Example 1 3.23.2 00 00 30.74130.741 비교예2Comparative Example 2 3.23.2 0.30.3 6060 30.73730.737 비교예3Comparative Example 3 3.23.2 1515 85이상85 or more 30.56730.567 비교예4Comparative Example 4 3.23.2 7070 85이상85 or more 29.93129.931 실시예1Example 1 3.23.2 0.50.5 85이상85 or more 30.73530.735 실시예2Example 2 3.23.2 55 85이상85 or more 30.68330.683 실시예3Example 3 3.23.2 1010 85이상85 or more 30.62530.625

실시예 1 내지 3에 따른 배터리 케이스용 복합소재는 차폐 성능이 85dB 이상이었고, 30% 이상의 경량화율을 가졌다. The composite material for a battery case according to Examples 1 to 3 had a shielding performance of 85 dB or more, and a weight reduction rate of 30% or more.

비교예 1에 따른 배터리 케이스용 복합소재는 금속층이 없는 경우이며, 비교예 2에 따른 배터리 케이스용 복합소재는 금속층 두께가 0.5 ㎛ 미만인 경우이다. 비교예 1 및 2에 따른 배터리 케이스용 복합소재는 차폐 성능이 85dB 미만이었다. The composite material for a battery case according to Comparative Example 1 does not have a metal layer, and the composite material for a battery case according to Comparative Example 2 has a thickness of less than 0.5 μm. The composite material for a battery case according to Comparative Examples 1 and 2 had a shielding performance of less than 85dB.

비교예 3 및 4에 따른 배터리 케이스용 복합소재는 금속층의 두께가 10 ㎛ 초과인 경우이며, 실시예 1 내지 3에 따른 배터리 케이스용 복합소재에 비해 단가가 상승하였거나, 또는 단가의 상승과 함께 경량화율이 떨어졌다. The composite material for a battery case according to Comparative Examples 3 and 4 is a case in which the thickness of the metal layer is more than 10 μm, and the unit price is increased compared to the composite material for a battery case according to Examples 1 to 3, or the weight reduction rate is increased with the increase in the unit price. fell.

이상 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나, 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 각 실시예에 개시된 내용들을 조합하여 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, the invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various different forms by combining the contents disclosed in each embodiment. Those skilled in the art will understand that the invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects.

1,2 : 연속섬유
P: 난연성 수지기재
10: 난연층 20: 금속층
100: 배터리팩 케이스용 복합소재
1,2: continuous fiber
P: flame retardant resin substrate
10: flame retardant layer 20: metal layer
100: composite material for battery pack case

Claims (11)

면내(面內) 배향된 연속섬유들을 포함하는 섬유층들이 적층된 적층체와 상기 적층체에 함침된 난연성 수지기재를 포함하는 난연층; 및
은(Ag)을 함유하며 두께가 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 난연층 상에 배치된 금속층;을 포함하며,
상기 섬유층들은 상기 연속섬유들의 배향면들이 마주하도록 상기 난연층의 두께 방향으로 적층되고,
상기 금속층은 상기 난연층 상에 직접 접합되고,
30 MHz 내지 1.5 GHz 의 주파수 대역에서의 전자파 차폐성능이 85 dB 이상인
배터리팩 케이스용 복합소재.
A flame-retardant layer including a laminate in which fibrous layers including continuous fibers are oriented in a plane are laminated and a flame-retardant resin substrate impregnated in the laminate; And
Contains silver (Ag) and has a thickness of 0.5 µm to 10 µm, and a metal layer disposed on the flame-retardant layer; includes,
The fiber layers are laminated in the thickness direction of the flame retardant layer so that the oriented surfaces of the continuous fibers face each other,
The metal layer is directly bonded on the flame retardant layer,
The electromagnetic wave shielding performance in the frequency band of 30 MHz to 1.5 GHz is 85 dB or more.
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 섬유층들은 각각 상기 연속섬유들이 일방향으로 배향된
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
The fiber layers are each of the continuous fibers oriented in one direction
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 섬유층들은 제1 층과 상기 제1 층 상에 배치된 제2 층을 포함하며,
상기 제1 층은 상기 연속섬유들이 제1 방향으로 일방향 배향되며,
상기 제2 층은 상기 연속섬유들이 제2 방향으로 일방향 배향되고,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 서로 엇갈린
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
The fibrous layers include a first layer and a second layer disposed on the first layer,
In the first layer, the continuous fibers are oriented in one direction in a first direction,
In the second layer, the continuous fibers are oriented in one direction in a second direction,
The first direction and the second direction are crossed
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 섬유층들은 각각 상기 연속섬유들이 직조된 직조직물 원단 섬유층인
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
Each of the fiber layers is a woven fabric fabric layer in which the continuous fibers are woven
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 섬유층들은 각각 상기 연속섬유들의 연속섬유들의 비굴곡 강화섬유 직물(non-crimp fabric; NCF) 원단 섬유층인
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
Each of the fiber layers is a non-crimp reinforcing fiber (NCF) fabric layer of continuous fibers of the continuous fibers.
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 난연층은 상기 섬유층들의 사이에 개재된 난연 다공성층;을 더 포함하는
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
The flame-retardant layer further comprises a flame-retardant porous layer interposed between the fibrous layers.
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 금속층은 스프레이 증착법에 의해 형성된
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
The metal layer is formed by spray deposition
Composite material for battery pack case.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 연속섬유들이 유리섬유, 탄소섬유, 또는, 유리섬유 및 탄소섬유의 조합으로 구성된
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
The continuous fibers are composed of glass fiber, carbon fiber, or a combination of glass fiber and carbon fiber
Composite material for battery pack case.
제1 항에 있어서,
상기 난연층은 상기 연속섬유들의 분율이 35 vol% 내지 60 vol%인
배터리팩 케이스용 복합소재.
The method of claim 1,
The flame retardant layer has a fraction of the continuous fibers of 35 vol% to 60 vol%
Composite material for battery pack case.
KR1020180108129A 2018-09-11 2018-09-11 Composite material for battery pack case KR102225637B1 (en)

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