KR102425374B1 - Silicone pad for preventing thermal runaway function having thermal diffusion sheet, and battery pack with the same - Google Patents

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KR102425374B1
KR102425374B1 KR1020210152223A KR20210152223A KR102425374B1 KR 102425374 B1 KR102425374 B1 KR 102425374B1 KR 1020210152223 A KR1020210152223 A KR 1020210152223A KR 20210152223 A KR20210152223 A KR 20210152223A KR 102425374 B1 KR102425374 B1 KR 102425374B1
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김예일
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Abstract

The present invention relates to a silicone pad for battery thermal runaway delay including a heat diffusion sheet and a battery pack comprising the same. The purpose of the present invention is to provide a silicone pad for battery thermal runaway delay including a heat diffusion sheet and a battery pack comprising the same, in which thermal runaway occurring in battery cells can be delayed and/or prevented by a silicone pad in which a silicone foam containing a flame retardant filler and a platinum-based flame retardant is integrally installed on one surface or both surfaces of a heat diffusion sheet. According to the present invention, the silicone foam is integrally provided on one surface or both surfaces of a heat diffusion sheet, wherein the silicone foam has a foam structure having a hardness (Shore OO) of 10 to 60 and a density of 0.20 to 0.45 (g/cm^3). In the heat diffusion sheet, a silicone pad for thermal runaway delay, which is composed of a heat-conductive metal-based sheet or a heat-conductive carbon-based sheet, is installed between battery cells as a buffer pad to delay or prevent the spread of heat generated in one battery cell to another battery cell.

Description

열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드와 이를 포함하는 배터리 팩{Silicone pad for preventing thermal runaway function having thermal diffusion sheet, and battery pack with the same}A silicone pad for delaying thermal runaway of a battery having a thermal diffusion sheet and a battery pack comprising the same

본 발명은 열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 실리콘 폼과 열확산 쉬트가 일체화된 다층구조의 실리콘 패드가 배터리 셀 사이에 설치되도록 하여, 배터리 셀의 면압에 따른 완충기능을 구비하면서, 배터리 셀의 온도 상승에 따른 열 확산을 차단하여 열폭주 현상을 방지할 수 있는 열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. The present invention relates to a silicon pad for delaying thermal runaway of a battery having a thermal diffusion sheet and a battery pack including the same, wherein a silicon pad having a multilayer structure in which a silicon foam and a thermal diffusion sheet are integrated is installed between the battery cells, It relates to a silicon pad for delaying thermal runaway of a battery having a thermal diffusion sheet capable of preventing thermal runaway phenomenon by blocking thermal diffusion due to a rise in temperature of a battery cell while having a cushioning function according to surface pressure, and a battery pack including the same .

친환경 차량이란, 배기가스 배출이 없는 전기자동차, 연료전지 자동차 등을 의미하며, 친환경 차량에는 주행을 위한 모터 및 이를 구동을 위하여 배터리가 탑재되어 있다.An eco-friendly vehicle means an electric vehicle, a fuel cell vehicle, etc. that do not emit exhaust gas, and the eco-friendly vehicle includes a motor for driving and a battery for driving the same.

이와 같이 친환경 차량에 적용되는 배터리 팩은, 케이스 내에 다수의 배터리 셀이 적층되고, 상기 배터리 셀사이에 압력(면압)에 따라 신축가능한 폼 부재로 이루어진 완충패드가 배치된다. As described above, in a battery pack applied to an eco-friendly vehicle, a plurality of battery cells are stacked in a case, and a buffer pad made of a stretchable foam member according to pressure (surface pressure) is disposed between the battery cells.

상기와 같이 이루어진 배터리 팩은, 제조 결함, 전지의 잘못된 취급이나 오용, 일부 배터리 셀의 단락 발생 등등으로 인해, 지속적으로 온도가 상승하게 되거나, 외부 출처로부터 고온에 노출되어 배터리 셀의 온도가 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주 현상이 발생되고 있다. The battery pack made as described above is continuously heated due to manufacturing defects, mishandling or misuse of batteries, short circuits in some battery cells, etc. If it exceeds , thermal runaway occurs.

또한, 상기 배터리 셀들은 복수개가 밀착적층되어 있으므로, 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상이 발생될 경우, 열 폭주 현상이 짧은 시간내에 인접한 배터리 셀들로 전파되어, 배터리 셀보다 더 큰 용량의 전지 단위인 배터리 모듈이나 배터리 팩의 발화 및 폭발 등의 재해로 이어질 수 있는 문제점이 있었다. In addition, since a plurality of the battery cells are closely stacked, when a thermal runaway phenomenon occurs in some battery cells, the thermal runaway phenomenon propagates to adjacent battery cells within a short period of time, so that the battery unit having a larger capacity than the battery cell. There is a problem that can lead to disasters such as ignition or explosion of the module or battery pack.

특히, 열 폭주 현상이 발생될 경우, 배터리 셀은 약 600℃∼800℃ 고온영역을 생성하게 되므로, 이와 같은 고온으로 인해 주변의 가연물들이 점화되어 발화의 위험성이 더욱 증가되고 있다. In particular, when a thermal runaway phenomenon occurs, the battery cell generates a high temperature region of about 600° C. to 800° C., so that the surrounding combustibles are ignited due to such a high temperature, thereby further increasing the risk of ignition.

종래에 사용되어지고 있는 전기 자동차용 배터리 팩은, 일측 배터리 셀과 이에 이웃하는 또다른 배터리 셀 사이에 우레탄폼(PU폼)으로 이루어진 설치되는 완충패드의 설치에 의해, 일측 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상이 또다른 배터리 셀로 전파되지 못하도록 즉, 열 폭주 전파현상이 지연/방지되도록 되어 있다. The conventionally used battery pack for an electric vehicle is the heat generated in one battery cell by the installation of a buffer pad made of urethane foam (PU foam) between one battery cell and another adjacent battery cell. In order to prevent the runaway phenomenon from propagating to another battery cell, that is, the thermal runaway propagation phenomenon is delayed/prevented.

그러나, 상기 우레탄폼(PU폼)은, 압력(면압)에 따라 신축가능한 완충기능을 구비하고 있으나, 내열성이 약하고 난연성이 떨어지는 물질특성을 구비하고 있어, 배터리의 온도가 상승하게 될 시, 열 폭주 현상이 발생되는 고온영역 보다 낮은 온도영역 (200℃도 부근)에서 폼이 분해되는 현상이 발생되어, 필요로 하는 열 폭주 지연 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다. However, the urethane foam (PU foam) has a cushioning function that can be stretched and contracted according to pressure (surface pressure), but has poor heat resistance and poor flame retardancy, so when the temperature of the battery rises, thermal runaway There was a problem that the foam was decomposed in a lower temperature region (near 200 ° C.) than the high temperature region in which the phenomenon occurred, and the required thermal runaway delay effect could not be expected.

공개특허공보 공개번호 10-2020-0106378호(2020.09.14)Laid-open Patent Publication No. 10-2020-0106378 (2020.09.14) 등록특허공보 등록번호 10-1518189호(2015.04.29)Registered Patent Publication No. 10-1518189 (2015.04.29) 공개특허공보 공개번호 10-2020-0141570호(2020.12.21)Laid-Open Patent Publication No. 10-2020-0141570 (2020.12.21) 등록특허공보 등록번호 10-2058194호(2019.12.16)Registered Patent Publication No. 10-2058194 (2019.12.16)

본 발명의 목적은 난연성 필러와 백금계 난연제를 포함하는 실리콘 폼이 열확산 쉬트의 일면 또는 양면에 일체로 구비된 실리콘 패드에 의해, 배터리 셀의 열 폭주가 지연/방지될 수 있는 열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드와 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a thermal diffusion sheet in which thermal runaway of a battery cell can be delayed/prevented by a silicone pad in which a silicone foam containing a flame retardant filler and a platinum-based flame retardant is integrally provided on one or both sides of the thermal diffusion sheet. To provide a silicone pad for battery thermal runaway delay and a battery pack including the same.

본 발명은 열확산 쉬트의 일면 또는 양면에 실리콘 폼이 일체로 구비되되, 상기 실리콘 폼은, 경도(Shore OO) 10∼60, 밀도 0.20∼0.45(g/㎤)의 폼 구조로 이루어지고, 상기 열확산 쉬트는, 열전도성 메탈계열 쉬트 또는 열전도성 카본(탄소)계열 쉬트로 이루어진, 열 폭주 지연용 실리콘 패드가, 배터리 셀 사이에 완충패드로 설치되어, 일측 배터리 셀에서 발생된 열이 또다른 배터리 셀로 전파되는 것을 지연 또는 방지되도록 되어 있다. The present invention is provided with a silicone foam integrally on one side or both sides of the thermal diffusion sheet, wherein the silicone foam is made of a foam structure having a hardness (Shore OO) of 10 to 60 and a density of 0.20 to 0.45 (g / ㎤), and the thermal diffusion The sheet is made of a thermally conductive metal-based sheet or thermally conductive carbon (carbon)-based sheet, and a silicon pad for thermal runaway delay is installed as a buffer pad between battery cells, so that heat generated from one battery cell is transferred to another battery cell. It is designed to delay or prevent propagation.

본 발명은 폼 구조를 구비하는 실리콘 폼이 열확산 쉬트를 매개로 일체로 구성된 다층 구조로 이루어져 있어, 실리콘 폼에 의한 열전달 지연효과 및 열확산 쉬트에 의한 열확산 효과에 의해 우수한 열폭주 지연성능을 구비하는 효과가 있다. The present invention has a multilayer structure in which a silicone foam having a foam structure is integrally formed via a thermal diffusion sheet, and has excellent thermal runaway delay performance due to a heat transfer delay effect by the silicone foam and a thermal diffusion effect by the thermal diffusion sheet there is

본 발명의 실리콘 폼은, 난연성 필러와 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제의 혼합에 의해, 난연성 필러와 백금계 난연제에 의한 난연성의 증대 및, 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제로 인한 탄화층 형성을 통해, 열확산 지연효과가 더욱 향상되는 효과가 있다. The silicone foam of the present invention is a flame retardant filler and phosphate-by mixing a platinum-based flame retardant consisting of a platinum complex, increase of flame retardancy by a flame retardant filler and a platinum-based flame retardant, and phosphate-carbonized layer due to a platinum-based flame retardant consisting of a platinum complex Through the formation, there is an effect that the thermal diffusion delay effect is further improved.

본 발명은 일면 또는 양면에 그라스울이나 그라스 화이버, 아라미드 필름, 세라믹 필름 또는, mica필름으로 이루어진 불연필름이 구비되도록 하여, 800℃ 이상의 고온영역에서 열폭주를 지연성능이 더욱 향상되는 등 많은 효과가 있다. The present invention provides a non-flammable film made of glass wool, glass fiber, aramid film, ceramic film, or mica film on one or both sides, so that the thermal runaway delay performance is further improved in the high temperature range of 800 ° C. or more. There are many effects. .

도 1 은 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드의 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 실리콘 패드의 열확산 과정을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 실리콘 패드의 구성을 보인 또다른 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 백금계 난연제의 반응메카니즘의 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드(완충패드)를 포함하는 배터리 팩의 구성을 보인 예시도
1 is an exemplary view showing the configuration of a silicon pad for delaying thermal runaway of a battery according to the present invention;
2 is an exemplary view showing a thermal diffusion process of a silicon pad according to the present invention;
3 is another exemplary view showing the configuration of a silicon pad according to the present invention;
4 is an exemplary view of the reaction mechanism of the platinum-based flame retardant according to the present invention;
5 is an exemplary view showing the configuration of a battery pack including a silicon pad (buffer pad) for delaying thermal runaway of a battery according to the present invention;

도 1 은 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드의 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 실리콘 패드의 열확산 과정을 보인 예시도를 도시한 것으로, 1 is an exemplary view showing the configuration of a silicon pad for thermal runaway delay of a battery according to the present invention, Figure 2 is an exemplary view showing a thermal diffusion process of the silicon pad according to the present invention,

본 발명에 따른 실리콘 패드는, 열확산 쉬트의 일면 또는 양면에 실리콘 폼이 일체로 구비되되,The silicone pad according to the present invention is provided with a silicone foam integrally on one or both sides of the thermal diffusion sheet,

상기 실리콘 폼은, 경도(Shore OO) 10∼60, 밀도 0.20∼0.45(g/㎤)의 폼 구조로 이루어지고, 상기 열확산 쉬트는, 열전도성 메탈계열 쉬트 또는 열전도성 카본(탄소)계열 쉬트로 이루어질 수 있다.The silicone foam is made of a foam structure having a hardness (Shore OO) of 10 to 60 and a density of 0.20 to 0.45 (g / ㎤), and the thermal diffusion sheet is a thermally conductive metal-based sheet or thermally conductive carbon (carbon)-based sheet. can be done

즉, 본 발명에 따른 실리콘 패드(20)는, 도 1 의 (a)에 도시된 바와 같이, 실리콘 폼(21)의 일면에 열확산 쉬트(22)가 일체로 이루어지거나, 도 1 의 (b)에 도시된 바와 같이, 열확산 쉬트(22)를 매개로 2개의 실리콘 폼(21)이 일체로 이루어지도록 구성될 수 있다. That is, the silicon pad 20 according to the present invention, as shown in (a) of FIG. 1, the thermal diffusion sheet 22 is integrally formed on one surface of the silicone foam 21, As shown in, the thermal diffusion sheet 22 may be configured such that the two silicone foams 21 are integrally formed.

상기 실리콘 폼(21)은, 배터리 셀(110)사이에서 압력(면압)에 대한 완충기능을 구비하고, 배터리 셀의 온도 상승에 따른 열 확산을 차단하여 열폭주 현상을 방지하는 기능을 구비한다. The silicone foam 21 has a function of buffering the pressure (surface pressure) between the battery cells 110 and has a function of preventing thermal runaway by blocking heat diffusion according to the temperature rise of the battery cells.

상기 실리콘 폼(21)은, 폴리오르가노 실록산 100 중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘으로 이루어진 난연성 필러 20∼150 중량부, 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제 0.01∼1.0 중량부, 백금촉매 0.0001∼0.1중량부를 포함한다. The silicone foam 21 is, based on 100 parts by weight of polyorganosiloxane, 20 to 150 parts by weight of a flame retardant filler made of aluminum hydroxide or magnesium hydroxide, 0.01 to 1.0 parts by weight of a platinum-based flame retardant comprising a phosphate-platinum complex, a platinum catalyst 0.0001 to 0.1 parts by weight.

이와 같이 이루어진 실리콘 폼(21)은, 난연성 필러와 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제의 혼합에 의해, 난연성이 증대되고, 열 폭주 현상이 발생될 시, 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제로 인해 탄화층을 형성하여, 열 폭주를 지연시키는 기능을 구비한다. The silicone foam 21 made in this way is a flame retardant filler and a phosphate-platinum-based flame retardant composed of a platinum complex when the flame retardant is increased by mixing a platinum-based flame retardant consisting of a platinum complex, and thermal runaway occurs, phosphate-platinum-based flame retardant Due to the formation of a carbonized layer, it has a function of delaying thermal runaway.

상기 폴리오르가노 실록산은 적어도 불포화탄화수소기 2 개 이상을 보유하는 제1 폴리디오르가노 실록산 30∼60wt%, 수산기 1 개 또는 2개를 보유하는 제2 폴리디오르가노 실록산 30∼60wt%, 말단에 수소기를 보유하는 제3 폴리디하이드로겐 실록산 5∼38wt%, 적어도 수소기를 2 개 이상 보유하는 제4 폴리디하이드로겐 실록산 0.2∼20wt%를 포함한다. The polyorganosiloxane is at least 30-60 wt% of a first polydiorganosiloxane having two or more unsaturated hydrocarbon groups, 30-60 wt% of a second polydiorganosiloxane having one or two hydroxyl groups, hydrogen at the terminal 5 to 38 wt% of a third polydihydrogen siloxane having groups, and 0.2 to 20 wt% of a fourth polydihydrogen siloxane having at least two or more hydrogen groups.

상기 제1 폴리디오르가노 실록산은, 분자쇄의 양말단이 디메틸비닐실록산 그룹으로 차단된 디메틸 실록산, 분자쇄의 양말단이 디메틸비닐실록산 그룹으로 차단된 디메틸 실록산 메틸 페닐실록산 공중합체, 분자쇄의 양말단이 디메틸비닐실록산 그룹으로 차단된 디메틸 실록산과 메틸 트리플로르프로필 실록산 공중합체로 비닐기의 함량이 0.05∼0.3 밀리몰/그람(m㏖/gr)이며, 25℃에서의 점도가 1,000∼100,000 cp 인 것이 사용된다.The first polydiorganosiloxane includes dimethyl siloxane in which both ends of the molecular chain are blocked by dimethylvinylsiloxane groups, dimethyl siloxane methylphenylsiloxane copolymer in which both ends of the molecular chain are blocked by dimethylvinylsiloxane groups, and both ends of the molecular chain It is a copolymer of dimethyl siloxane and methyl trifluoropropyl siloxane blocked with a dimethylvinylsiloxane group with a vinyl group content of 0.05 to 0.3 mmol/gram (mmol/gr) and a viscosity of 1,000 to 100,000 cp at 25°C. that is used

[화학식1][Formula 1]

Figure 112021128421689-pat00001
Figure 112021128421689-pat00001

상기 [화학식1]에서, R1 은 지방족 불포화 결합을 함유하지 않는 비치환기거나 또는 치환된 탄소원자수가 1∼10 개 특히, 탄소원자수 1 내지 5개의 1가 탄화수소가 바람직하며, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 저급 알킬기, 페닐기,크실릴기, 벤젠기등의 아릴기, 시클로 헥실기등의 시클로알킬기 또는 이들기의 수소원자 일부 또는 전부가 할로겐 원자, 시아노기등으로 치환된 클로로메틸기, 시아노메틸기, 3,3,3,-트리플로오로프로필기 등 이고, n 은 0 또는 양의 정수이다.In the above [Formula 1], R1 is an unsubstituted or substituted group containing no aliphatic unsaturated bond, preferably a monovalent hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, particularly, 1 to 5 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group , a lower alkyl group such as a propyl group or a butyl group, an aryl group such as a phenyl group, a xylyl group, or a benzene group, a cycloalkyl group such as a cyclohexyl group, or a part or all of the hydrogen atoms of these groups are A chloromethyl group, a cyanomethyl group, a 3,3,3,- trifluoropropyl group, etc., and n is 0 or a positive integer.

상기 제2 폴리디오르가노 실록산은, 분자쇄의 양말단이 디메틸하이드록시 실록산그룹으로 차단된 디메틸 실록산, 분자쇄의 양말단이 디메틸하이드록시 실록산그룹으로 차단된 디메틸 실록산 메틸 페닐실록산 공중합체, 분자쇄의 양말단이 디메틸하이드록시 실록산그룹으로 차단된 디메틸 실록산과 메틸 트리플로르프로필 실록산 공중합체로, 불포화탄화수소기를 함유하지 않으며 25℃에서의 점도가 100∼200,000 cp 인 것이 사용된다.The second polydiorganosiloxane includes dimethyl siloxane in which both ends of the molecular chain are blocked by dimethylhydroxysiloxane groups, dimethyl siloxane methylphenylsiloxane copolymer in which both ends of the molecular chain are blocked by dimethylhydroxysiloxane groups, and molecular chain A copolymer of dimethyl siloxane and methyl trifluoropropyl siloxane whose both ends are blocked with dimethyl hydroxy siloxane groups, which do not contain unsaturated hydrocarbon groups and have a viscosity of 100 to 200,000 cp at 25°C is used.

[화학식2][Formula 2]

Figure 112021128421689-pat00002
Figure 112021128421689-pat00002

상기 [화학식2]에서, R1은 지방족 불포화 결합을 함유하지 않는 비치환기거나 또는 치환된 탄소원자수가 1∼10개 특히, 탄소원자수 1 내지 5개의 1가 탄화수소가 바람직하며, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 저급 알킬기, 페닐기,크실릴기, 벤젠기등의 아릴기, 시클로 헥실기등의 시클로알킬기 또는 이들기의 수소원자 일부 또는 전부가 할로겐 원자, 시아노기등으로 치환된 클로로메틸기, 시아노메틸기, 3,3,3,-트리플로오로프로필기 등이며, 또한 n은 0 또는 양의 정수이다.In the above [Formula 2], R1 is an unsubstituted or substituted group containing no aliphatic unsaturated bond or preferably a monovalent hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, particularly, 1 to 5 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group , a lower alkyl group such as a propyl group or a butyl group, an aryl group such as a phenyl group, a xylyl group, or a benzene group, a cycloalkyl group such as a cyclohexyl group, or a part or all of the hydrogen atoms of these groups are A chloromethyl group, a cyanomethyl group, a 3,3,3,- trifluoropropyl group, etc., and n is 0 or a positive integer.

상기 제3 폴리디하이드로겐 실록산은 분자쇄의 양말단이 디메틸하이드로겐실록산 그룹으로 차단된 디메틸 실록산, 분자쇄의 양말단이 디메틸하이드로겐실록산 그룹으로 차단된 디메틸 실록산 메틸 페닐실록산 공중합체, 분자쇄의 양말단이 디메틸하이드로겐실록산 그룹으로 차단된 디메틸 실록산과 메틸 트리플로르프로필 실록산 공중합체로 지방족 불포화 탄화수소기를 함유하지 않고 25℃에서의 점도가 10∼10,000 cp 인 것이 사용된다.The third polydihydrogen siloxane includes dimethyl siloxane in which both ends of the molecular chain are blocked by dimethylhydrogensiloxane groups, dimethyl siloxane methyl phenylsiloxane copolymer in which both ends of the molecular chain are blocked by dimethylhydrogensiloxane groups, and molecular chain A copolymer of dimethyl siloxane and methyl trifluoropropyl siloxane, both ends of which is blocked with dimethylhydrogensiloxane groups, which does not contain an aliphatic unsaturated hydrocarbon group and has a viscosity of 10 to 10,000 cp at 25°C is used.

[화학식3][Formula 3]

Figure 112021128421689-pat00003
Figure 112021128421689-pat00003

상기 [화학식3]에서 R1은 지방족 불포화 결합을 함유하지 않는 비치환기거나 또는 치환된 탄소원자수가 1∼10개 특히, 탄소원자수 1 내지 5개의 1가 탄화수소가 바람직하며, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 저급 알킬기, 페닐기,크실릴기, 벤젠기등의 아릴기, 시클로 헥실기등의 시클로알킬기 또는 이들기의 수소원자 일부 또는 전부가 할로겐 원자, 시아노기등으로 치환된 클로로메틸기, 시아노메틸기, 3,3,3,-트리플로오로프로필기 등이며 또한 n은 0 또는 양의 정수이다.In the above [Formula 3], R1 is an unsubstituted or substituted group containing no aliphatic unsaturated bond or preferably a monovalent hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, particularly, 1 to 5 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group, A lower alkyl group such as a propyl group or a butyl group; A methyl group, a cyanomethyl group, a 3,3,3,- trifluoropropyl group, etc., and n is 0 or a positive integer.

상기 제4 폴리디하이드로겐 실록산은 분자쇄의 양말단이 트리메틸기실록산 그룹으로 차단된 디메틸실록산과 메틸하이드로겐실록산 공중합체로 1분자중에 규소원자와 결합하는 수소원자를 적어도 2개 이상 보유하고 유기기 전체의 1∼15㏖%의 수소기를 함유하며 25℃에서의 점도가 100∼20,000 cp인 것이 사용된다.The fourth polydihydrogen siloxane is a copolymer of dimethylsiloxane and methylhydrogensiloxane in which both ends of the molecular chain are blocked with trimethylsiloxane groups, and has at least two hydrogen atoms bonded to silicon atoms in one molecule. Those containing 1 to 15 mol% of hydrogen groups of the entire device and having a viscosity of 100 to 20,000 cp at 25°C are used.

[화학식4][Formula 4]

Figure 112021128421689-pat00004
Figure 112021128421689-pat00004

상기 [화학식4]에서 R1 및 R4는 지방족 불포화 결합을 함유하지 않는 비치환기거나 또는 치환된 탄소원자수가 1∼10 개 특히, 탄소원자수 1 내지 5개의 1가 탄화수소가 바람직하며, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 저급 알킬기, 페닐기, 크실릴기, 벤젠기등의 아릴기, 시클로 헥실기등의 시클로알킬기 또는 이들기의 수소원자 일부 또는 전부가 할로겐 원자, 시아노기등으로 치환된 클로로메틸기, 시아노메틸기, 3,3,3,-트리플로오로프로필기 등이며 또한 n과 m은 0또는 양의 정수이다.In [Formula 4], R1 and R4 are unsubstituted or substituted groups that do not contain an aliphatic unsaturated bond or are preferably monovalent hydrocarbons having 1 to 10 carbon atoms, particularly, 1 to 5 carbon atoms, for example, a methyl group, A lower alkyl group such as an ethyl group, a propyl group, or a butyl group, an aryl group such as a phenyl group, a xylyl group, or a benzene group, a cycloalkyl group such as a cyclohexyl group, or some or all of the hydrogen atoms of these groups are substituted with a halogen atom or a cyano group chloromethyl group, cyanomethyl group, 3,3,3,-trifluoropropyl group, etc., and n and m are 0 or positive integers.

상기 난연성 필러는, 수산화 알루미늄(ATH) 또는, 수산화 마그네슘(

Figure 112021128421689-pat00005
)으로 이루어지고, 폴리오르가노 실록산 100 중량부에 대하여 20∼150 중량부, 바람직하게는 약 30∼100중량부가 사용된다. The flame-retardant filler is aluminum hydroxide (ATP) or magnesium hydroxide (
Figure 112021128421689-pat00005
), and 20 to 150 parts by weight, preferably about 30 to 100 parts by weight, are used based on 100 parts by weight of the polyorganosiloxane.

상기 난연성 필러는, 수산화 알루미늄(ATH)이 바람직하며, 상기 수산화 알루미늄(ATH)은, 입자경 5∼60um, 바람직하게는 5∼30um의 입자크기를 갖는 것이 사용된다.The flame-retardant filler is preferably aluminum hydroxide (ATP), and the aluminum hydroxide (ATP) has a particle size of 5 to 60 μm, preferably 5 to 30 μm.

상기 수산화 알루미늄(ATH)은, 화재발생시 흡열반응을 일으키므로 온도 상승을 감소시키고 연소의 이동을 억제하여 실리콘 폼의 내열성을 향상시키는 기능을 구비한다. The aluminum hydroxide (ATP) has a function of improving the heat resistance of the silicone foam by reducing the temperature rise and suppressing the movement of combustion because it causes an endothermic reaction when a fire occurs.

즉, 상기 수산화알루미늄은 물 분자가 실리카 사이에 혼합되어 있다가, 가열되면 물 분자가 실리카의 틈새로부터 터져 나오는 구조로서, 연소 반응에 의한 산물로서 불연제인 수분 및 금속 산화물을 생성함으로써, 연소의 원인인 산소의 접촉을 차단하여 실리콘 폼(스폰지)의 열차단성을 더 향상시키게 된다. That is, the aluminum hydroxide has a structure in which water molecules are mixed between silicas, and when heated, water molecules burst out of the gaps in the silica, and as a product of the combustion reaction, moisture and metal oxides, which are nonflammable agents, are generated, thereby causing combustion. By blocking the contact of phosphorus and oxygen, the thermal barrier properties of the silicone foam (sponge) are further improved.

상기 수산화알루미늄은, 20 중량부 미만으로 첨가될 경우, 내열성 향상이 제대로 구현되지 않을 수 있으며, 150 중량부를 초과하여 첨가될 경우, 실리콘 폼의 물성(인열강도, 신율(stretch), 인장 등등의 물성)이 급격히 저하될 수 있으므로, 적정범윈내에서 첨가된다. When the aluminum hydroxide is added in less than 20 parts by weight, heat resistance improvement may not be properly implemented, and when it is added in excess of 150 parts by weight, the physical properties of the silicone foam (tear strength, elongation, tension, etc.) physical properties) may decrease rapidly, so it is added within the appropriate range.

상기 백금계 난연제는 실리콘고무의 기계적 강도 및 내열성을 개선하면서 난연성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로, 포스페이트에 백금이 컴플렉스된 백금계 난연제로 이루어져 있다. The platinum-based flame retardant is added to impart flame retardancy while improving the mechanical strength and heat resistance of silicone rubber, and consists of a platinum-based flame retardant in which platinum is complexed with phosphate.

상기 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제는, 실리콘 고무의 물성을 저하되는 것을 보강하고, 난연효과를 증대시켜 열확산을 지연시키는 기능을 구비한다. The platinum-based flame retardant comprising the phosphate-platinum complex has a function of reinforcing the deterioration of the physical properties of silicone rubber and delaying thermal diffusion by increasing the flame retardant effect.

특히, 상기 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제는, 열 폭주 현상 발생 시, 실리콘(폴리 실록산)과의 반응에 의해 탄화층(탄소피막)을 형성하여 배터리 셀 간의 열확산을 더욱 지연시키게 된다. In particular, the platinum-based flame retardant composed of the phosphate-platinum complex forms a carbonized layer (carbon film) by reaction with silicon (polysiloxane) when thermal runaway occurs, thereby further delaying thermal diffusion between battery cells.

또한, 상기 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제는, 일 예로, 아래 [화학식5]에 따른 백금계 난연제가 사용될 수 있다. In addition, the platinum-based flame retardant composed of the phosphate-platinum complex, for example, a platinum-based flame retardant according to the following [Formula 5] may be used.

[화학식5][Formula 5]

Figure 112021128421689-pat00006
Figure 112021128421689-pat00006

도 4 는 본 발명에 따른 백금계 난연제의 반응메카니즘의 예시도를 도시한 것으로, PDMS(폴리디메틸 실록산)의 말단에 TPP(trypheny phosphite)가 라디칼 부가반응되는 메카니즘이 도시되어 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 백금계 난연제는, 배터리 셀의 온도가 상승하게 될 경우, 열 분해에 의해 첨가반응되어 실리콘 측면에 탄화층을 형성하게 되며, 이를 통해 산소의 공급/접촉이 차단되어 열확산이 지연되도록 하는 기능을 구비하게 된다. 4 shows an exemplary view of the reaction mechanism of the platinum-based flame retardant according to the present invention, the mechanism of the radical addition reaction of TPP (trypheny phosphite) at the end of PDMS (polydimethyl siloxane) is shown. As such, when the temperature of the battery cell increases, the platinum-based flame retardant according to the present invention is added reacted by thermal decomposition to form a carbonized layer on the silicon side, through which the supply/contact of oxygen is blocked and thermal diffusion A function to delay this is provided.

또한, 본 발명에 따른 백금계 난연제는, 실리콘 폼(스폰지)의 표면에 딱딱한 탄화층을 형성하게 되므로, 탄화층에 의해 실리콘 폼(스폰지)의 구조 즉, 폼 구조가 유지되어 열폭주 전파현상이 더욱 지연되도록 하는 효과를 구비한다.In addition, since the platinum-based flame retardant according to the present invention forms a hard carbonized layer on the surface of the silicone foam (sponge), the structure of the silicone foam (sponge), that is, the foam structure, is maintained by the carbonized layer to prevent thermal runaway propagation. It has the effect of further delaying.

또한, 상기와 같은 백금계 난연제의 탄화층 형성은, 난연성 필러의 첨가로 인해 실리콘 고무의 물리적 특성이 저하되는 것을 방지하는 기능을 구비하게 된다. 즉, 수산화 알루미늄(ATH) 또는 수산화 마그네슘(

Figure 112021128421689-pat00007
)은 우수한 난연성을 구비하고 있으나, 고온 발생 시, 실리콘 고무의 물리적 특성 및 내열성을 저하시키는 현상이 발생될 수 있다. In addition, the formation of the carbonized layer of the platinum-based flame retardant as described above has a function of preventing deterioration of the physical properties of the silicone rubber due to the addition of the flame retardant filler. That is, aluminum hydroxide (ATT) or magnesium hydroxide (
Figure 112021128421689-pat00007
) has excellent flame retardancy, but when high temperature occurs, a phenomenon may occur that deteriorates the physical properties and heat resistance of silicone rubber.

그러나, 본 발명은 수산화 알루미늄(ATH) 또는 수산화 마그네슘(

Figure 112021128421689-pat00008
)로 이루어진 난연성 필러와 함께 백금계 난연제가 혼합 첨가되므로, 실리콘 측면의 표면에 딱딱하게 생성되는 탄화층에 의해 열 확산 및 폼의 분해가 방지되어, 고온 발생 시, 난연성 필러의 첨가로 인한 실리콘 고무의 물성 및 내열성 저하현상이 방지되는 효과가 있다. However, in the present invention, aluminum hydroxide (ATT) or magnesium hydroxide (
Figure 112021128421689-pat00008
), as a platinum-based flame retardant is mixed and added together with a flame retardant filler, heat diffusion and decomposition of the foam are prevented by the carbonized layer that is formed hard on the surface of the silicone side. It has the effect of preventing deterioration of physical properties and heat resistance.

상기 백금계 난연제는 폴리오르가노 실록산 100 중량부에 대하여 0.01∼1.0 중량부가 사용되며, 바람직하기로는 0.01∼0.5 중량부가 사용된다. The platinum-based flame retardant is used in an amount of 0.01 to 1.0 parts by weight, preferably 0.01 to 0.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyorganosiloxane.

상기 백금계 난연제는, 0.01 중량부 미만으로 사용하면 난연성의 향상을 기대할 수 없으며, 1.0 중량부를 초과하여 첨가되면 오히려 난연성이 떨어지는 현상이 발생되므로, 적정범위내에서 첨가된다. When the platinum-based flame retardant is used in less than 0.01 parts by weight, improvement of the flame retardancy cannot be expected, and when it is added in excess of 1.0 parts by weight, a phenomenon that the flame retardance is rather deteriorated occurs, so it is added within an appropriate range.

또한, 상기 백금계 난연제는, 알코올, 이소프로필 알코올, 벤젠, 자일렌 등의 유기용제에 분산시켜서 사용할 수 있다. In addition, the platinum-based flame retardant may be used by dispersing it in an organic solvent such as alcohol, isopropyl alcohol, benzene, or xylene.

상기 백금계 촉매는, 백금 또는 백금 화합물로, 실리콘 제조시 사용되어지는 공지의 백금계 촉매가 사용된다. 상기 백금계 촉매는 단일 백금 또는 백금 화합물이 사용된다. 상기 백금계 촉매는 일 예로, 단일의 백금(Pt), H2PtCl6·nH2O, NaHPtCl6·nH2O, KHPtCl6·nH2O, NaPtCl6·nH2O, K2PtCl6·nH2O, PtCl4·nH2O, PtCl2, NaPtCl4·nH2O 및 H2PtCl4·nH2O 등을 포함한다. The platinum-based catalyst is platinum or a platinum compound, and a known platinum-based catalyst used in the manufacture of silicon is used. A single platinum or platinum compound is used as the platinum-based catalyst. The platinum-based catalyst is, for example, a single platinum (Pt), H 2 PtCl 6 ·nH 2 O, NaHPtCl 6 ·nH 2 O, KHPtCl 6 ·nH 2 O, NaPtCl 6 ·nH 2 O, K 2 PtCl 6 · nH 2 O, PtCl 4 .nH 2 O, PtCl 2 , NaPtCl 4 .nH 2 O, and H 2 PtCl 4 .nH 2 O, and the like.

또한, 본 발명은 내구성 및 난연성의 보강을 위하여 실리카 0.01∼10 중량부를 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include 0.01 to 10 parts by weight of silica for reinforcement of durability and flame retardancy.

상기와 같이 구성된 실리콘 폼(21)은, 실온 경화성으로, 경도(ShoreOO) 20∼60, 밀도 0.20∼0.45(g/㎤)를 구비하는 폼 구조를 구비하며, 고무 탄성을 구비하고 있어, 배터리 셀사이에 압력(면압)에 따라 신축되어 완충기능을 구비하게 된다. The silicone foam 21 configured as described above is room temperature curable, has a foam structure having a hardness (ShoreOO) of 20 to 60, a density of 0.20 to 0.45 (g/cm 3 ), has rubber elasticity, and is a battery cell It expands and contracts according to the pressure (surface pressure) between them and has a buffer function.

또한, 상기 실리콘 폼(21)은, 난연성 필러와 백금계 난연제를 포함하는 폼 구조로 구성되어 있어, 열 폭주 현상이 발생되는 600℃ 이상의 고온영역에서 약 240sec 이상 열 폭주를 지연시키는 효과(600℃의 열원이 3.5㎜ 두께의 실리콘 폼 반대면에 도달하는 온도가 150℃ 까지 올라가는데 걸리는 시간이 240초 이상 지연시키는 효과)가 있다.In addition, the silicone foam 21 is composed of a foam structure containing a flame retardant filler and a platinum-based flame retardant, and has the effect of delaying thermal runaway for about 240 sec or more in a high temperature region of 600 ° C or higher where thermal runaway occurs (600 ° C.) It has the effect of delaying the time it takes for the heat source to reach the opposite side of the 3.5mm-thick silicone foam to 150°C for more than 240 seconds).

상기 열확산 쉬트(22)는, 열 폭주 현상 발생 시, 고온의 열을 확산시켜 실리콘 폼 또는 또다른 배터리 셀로의 열전달을 최소화하여 열 폭주 지연효과가 이루어지도록 하는 기능을 구비한다. The thermal diffusion sheet 22 has a function of diffusing high-temperature heat when a thermal runaway phenomenon occurs to minimize heat transfer to the silicon foam or another battery cell to achieve a thermal runaway delay effect.

즉, 배터리 셀의 열 폭주 현상은 배터리 셀의 면적 전체에서 동시에 발생되는 것이 아니라, 일부분에서 부분적으로 발생되므로, 상기 열확산 쉬트(22)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 부분적으로 발생되는 열을 열확산 쉬트(22) 전체로 신속하게 열 확산(A)시켜 실리콘 폼(21) 또는 이웃하는 또다른 배터리 셀로의 열 전달(B)이 최소화되도록 하는 기능을 구비한다. That is, since the thermal runaway phenomenon of the battery cell does not occur simultaneously over the entire area of the battery cell, but partially occurs, the thermal diffusion sheet 22 thermally diffuses the partially generated heat as shown in FIG. It has a function of rapidly diffusing heat A throughout the sheet 22 so that heat transfer B to the silicon foam 21 or another neighboring battery cell is minimized.

상기 열확산 쉬트(22)는, 열전도성을 구비한 메탈계열 쉬트 또는 카본(탄소)계열 쉬트가 사용된다. As the thermal diffusion sheet 22, a metal-based sheet or carbon (carbon)-based sheet having thermal conductivity is used.

상기 메탈계열 쉬트는, 알루미늄 박 쉬트, 동박 쉬트, 니켈 쉬트 등등 열전도성을 구비한 쉬트 중 하나가 선택되고, 상기 카본(탄소)계열 쉬트는, 그라파이트 쉬트, 카본화이버 쉬트, 그라핀 쉬트 등등 열확산성(열전도성)을 구비한 쉬트 중 하나가 선택될 수 있으며, 상기 열확산 쉬트(22)는, 알루미늄 박 쉬트 또는 동박 쉬트로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. The metal-based sheet is selected from one of the sheets having thermal conductivity such as an aluminum foil sheet, a copper foil sheet, a nickel sheet, and the like, and the carbon (carbon)-based sheet is a graphite sheet, a carbon fiber sheet, a graphene sheet, etc. Thermal diffusivity One of the sheets having (thermal conductivity) may be selected, and the thermal diffusion sheet 22 is most preferably made of an aluminum foil sheet or a copper foil sheet.

또한, 상기 열확산 쉬트(22)는, 열전도성을 구비한 메탈계열 쉬트 또는 카본(탄소)계열 쉬트 이외에 열전도성 및 열확산성을 구비한 다양한 재질의 쉬트가 사용되어질 수 있다. In addition, as the thermal diffusion sheet 22, a sheet of various materials having thermal conductivity and thermal diffusivity in addition to a metal-based sheet or carbon (carbon)-based sheet having thermal conductivity may be used.

상기와 같이 이루어진 열확산 쉬트(22)는, 두께 0.03㎜∼2.0㎜를 구비하며, 바람직하게는 약 0.03㎜∼1.0㎜의 두께를 구비한다. 즉, 두께 0.03㎜ 미만으로 이루어질 경우, 열확산 효과가 미미하고, 두께 2.0㎜를 초과할 경우, 실리콘 패드(20)의 전체두께가 두꺼워지고, 실리콘 패드(20)의 신축성이 저하되어 배터리 셀사이에서 면압에 의한 완충기능이 저하된다. 또한, 열확산 쉬트(22)의 두께가 2.0㎜를 초과할 경우, 열확산 효과에 큰 차이가 발생되지 않으므로, 적정범위내의 두께를 구비하는 것이 바람직하다. The thermal diffusion sheet 22 made as described above has a thickness of 0.03 mm to 2.0 mm, and preferably has a thickness of about 0.03 mm to 1.0 mm. That is, when the thickness is less than 0.03 mm, the thermal diffusion effect is insignificant, and when the thickness exceeds 2.0 mm, the overall thickness of the silicon pad 20 is thickened, and the elasticity of the silicon pad 20 is lowered between the battery cells. The buffer function is reduced by the surface pressure. In addition, when the thickness of the thermal diffusion sheet 22 exceeds 2.0 mm, there is no significant difference in the thermal diffusion effect, so it is preferable to have a thickness within an appropriate range.

또한, 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드(20)는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 양면에 불연필름(23)이 일체로 구비되도록 하여, 고온에서의 열폭주 현상이 더욱 지연되도록 구성될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 3 , the silicon pad 20 for delaying thermal runaway of a battery according to the present invention is provided with a non-combustible film 23 on both sides integrally, so that the thermal runaway phenomenon at high temperature is further delayed. can be configured.

상기 불연필름(23)은, 글라스 울, 아라미드 필름, MICA 필름, 세라믹 필름, 석면 등등이 사용될 수 있으며, 두께는 50um∼2,000um, 바람직하게는 약 100∼500um의 두께를 구비한 것이 사용된다. The non-flammable film 23, glass wool, aramid film, MICA film, ceramic film, asbestos, etc. may be used, and a thickness of 50 μm to 2,000 μm, preferably, a thickness of about 100 to 500 μm is used.

또한, 상기 불연필름(23)은 실리콘 패드(20)의 양면에 일체로 구비되는 것이 바람직하나, 실리콘 패드(20)의 일면에 일체로 구비되도록 구성될 수 있다.In addition, the incombustible film 23 is preferably provided integrally on both surfaces of the silicon pad 20 , but may be configured to be integrally provided on one surface of the silicon pad 20 .

상기와 같이, 실리콘 폼(21)과 열확산 쉬트(22)가 일체로 형성된 본 발명에 따른 실리콘 패드(20)는, 두께 약 1.5㎜∼15㎜, 바람직하게는 약 2.5㎜∼10㎜, 더욱 바람직하게는 약 2.5㎜∼5㎜를 구비하도록 형성될 수 있다.As described above, the silicon pad 20 according to the present invention in which the silicone foam 21 and the thermal diffusion sheet 22 are integrally formed has a thickness of about 1.5 mm to 15 mm, preferably about 2.5 mm to 10 mm, more preferably It may be formed to have a thickness of about 2.5 mm to 5 mm.

즉, 본 발명에 따른 실리콘 패드(20)는, 두께 약 1.5㎜∼15㎜의 범위내에서 실리콘 폼(21)과 열확산 쉬트(22)가 일체로 구비되도록 구성될 수 있으며, 실리콘 폼과 열확산 쉬트의 두께비율이 한정되는 것은 아니나, 열확산 쉬트의 두께가 최소화되고 나머지가 실리콘 폼으로 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.That is, the silicon pad 20 according to the present invention may be configured such that the silicon foam 21 and the thermal diffusion sheet 22 are integrally provided within a thickness of about 1.5 mm to 15 mm, and the silicone foam and the thermal diffusion sheet Although the thickness ratio of the is not limited, it is preferable that the thickness of the thermal diffusion sheet is minimized and the remainder is made of silicon foam.

일 예로, 실리콘 패드(20)가 약 2.5㎜ 의 두께로 이루어질 경우, 열확산 쉬트(22)는 0.03㎜의 두께를 구비하고, 나머지가 실리콘 폼(21)으로 이루어지도록 구성될 수 있으며, For example, when the silicon pad 20 is made of a thickness of about 2.5 mm, the thermal diffusion sheet 22 has a thickness of 0.03 mm, and the rest may be configured to be made of a silicon foam 21,

실리콘 패드(20)가 약 2.5㎜ 의 두께로 이루어질 경우, 열확산 쉬트(22)는 0.1㎜의 두께를 구비하고, 나머지가 실리콘 폼(21)으로 이루어지도록 구성될 수 있으며, When the silicon pad 20 is made of a thickness of about 2.5 mm, the thermal diffusion sheet 22 has a thickness of 0.1 mm, and the rest may be configured to be made of a silicon foam 21,

실리콘 패드(20)가 약 2.5㎜ 의 두께로 이루어질 경우, 열확산 쉬트(22)는 1.0㎜의 두께를 구비하고, 나머지가 실리콘 폼(21)으로 이루어지도록 구성될 수 있으며, When the silicon pad 20 is made of a thickness of about 2.5 mm, the thermal diffusion sheet 22 has a thickness of 1.0 mm, and the rest may be configured to be made of a silicon foam 21,

실리콘 패드(20)가 약 2.5㎜ 의 두께로 이루어질 경우, 열확산 쉬트(22)는 2.0㎜의 두께를 구비하고, 나머지가 실리콘 폼(21)으로 이루어지도록 구성될 수 있다. When the silicon pad 20 has a thickness of about 2.5 mm, the thermal diffusion sheet 22 may have a thickness of 2.0 mm, and the rest may be configured with the silicon foam 21 .

상기와 같이, 실리콘 폼(21)과 열확산 쉬트(22)가 일체로 형성된 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드(20)는, 열확산 쉬트 없이 실리콘 폼만으로 이루어진 실리콘 패드(일 예로, 본 발명의 출원인이 출원한 특허출원 제 10-2021-0042760 호)와 대비할 경우, 현저한 열 폭주 지연효과를 구비한다.As described above, the silicon pad 20 for battery thermal runaway delay according to the present invention in which the silicon foam 21 and the thermal diffusion sheet 22 are integrally formed is a silicon pad made of only silicon foam without a thermal diffusion sheet (for example, the present invention). When compared with Patent Application No. 10-2021-0042760) filed by the applicant of , it has a significant thermal runaway delay effect.

즉, 실리콘 패드가 실리콘 폼만으로 이루어질 경우, 약 3.5㎜ 의 두께를 구비하는 실리콘 패드는, 열 폭주 현상이 발생되는 600℃ 이상의 고온영역에서 약 240sec 이상 열 폭주를 지연시키는 효과(600℃의 열원이 3.5㎜ 두께의 실리콘 폼 반대면에 도달하는 온도가 150℃ 까지 올라가는데 걸리는 시간이 240초 이상 지연시키는 효과)를 구비하고 있으나, That is, when the silicon pad is made of only silicon foam, a silicon pad having a thickness of about 3.5 mm has an effect of delaying thermal runaway for about 240 sec or more in a high temperature region of 600 ° C or higher where thermal runaway occurs (a heat source of 600 ° C. It has the effect of delaying the time it takes for the temperature to reach the opposite side of the 3.5mm thick silicone foam to rise to 150°C for more than 240 seconds),

본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드(20)는, 약 2.5㎜ 의 얇은 두께(실리콘 폼 2.45㎜ - 알루미늄 박 열확산 쉬트 0.05㎜ 또는, 실리콘 폼 1.225㎜ - 알루미늄 박 열확산 쉬트 0.05㎜ - 실리콘 폼 1.225㎜)를 구비하더라도, 900℃ 의 열폭주 발생 시, 약 10 분 이상 열 폭주를 지연시키는 효과(900℃의 열원이 2.5㎜ 두께의 실리콘 패드 반대면에 도달하는 온도가 150℃ 까지 올라가는데 걸리는 시간이 10분 이상 지연시키는 효과)를 구비하고 있어,The silicone pad 20 for battery thermal runaway retardation according to the present invention has a thin thickness of about 2.5 mm (silicone foam 2.45 mm - aluminum foil thermal diffusion sheet 0.05 mm or silicon foam 1.225 mm - aluminum foil thermal diffusion sheet 0.05 mm - silicone foam 1.225mm), the effect of delaying thermal runaway for about 10 minutes or more when 900℃ thermal runaway occurs It has the effect of delaying the time by more than 10 minutes),

본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드(20)는, 실리콘 폼만으로 이루어진 실리콘 패드와 대비할 경우, 열 폭주 지연효과가 더욱 우수함을 알 수 있다. It can be seen that the silicon pad 20 for delaying thermal runaway of a battery according to the present invention has a more excellent thermal runaway delay effect when compared with a silicon pad made of only silicon foam.

또한, 실리콘 폼(21)과 열확산 쉬트(22)의 일체화는 공지의 제조방법에 의해 이루어지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 일 예로 실리콘 폼의 경화전에 열확산 쉬트가 올려져 일체화될 수 있으며, 열확산 쉬트 상에 실리콘 폼이 도포/경화되어 일체화될 수 있다. In addition, since the integration of the silicone foam 21 and the thermal diffusion sheet 22 is made by a known manufacturing method, a detailed description thereof will be omitted. For example, before curing of the silicone foam, the thermal diffusion sheet may be mounted and integrated, and the silicone foam may be coated/cured on the thermal diffusion sheet to be integrated.

도 5 는 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드(완충패드)를 포함하는 배터리 팩의 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 5 is an exemplary view showing the configuration of a battery pack including a silicon pad (buffer pad) for delaying thermal runaway of the battery according to the present invention;

다수의 적층된 배터리 셀(10) 사이에 실리콘 패드(20)가 배치된 배터리 모듈(30)이 케이스(40)내에 구비된 배터리 팩(100)에 있어서;A battery pack (100) having a battery module (30) in which a silicon pad (20) is disposed between a plurality of stacked battery cells (10) in a case (40);

상기 실리콘 패드(20)는, 열확산 쉬트(22)의 일면 또는 양면에 실리콘 폼(21)이 일체로 구비되되,The silicon pad 20 is provided with a silicone foam 21 integrally on one or both sides of the thermal diffusion sheet 22,

상기 실리콘 폼(21)은, 경도(Shore OO) 10∼60, 밀도 0.20∼0.45(g/㎤)의 폼 구조로 이루어지고, 상기 열확산 쉬트(22)는, 열전도성 메탈계열 쉬트 또는 열전도성 카본(탄소)계열 쉬트로 이루어질 수 있다.The silicone foam 21 is made of a foam structure having a hardness (Shore OO) of 10 to 60 and a density of 0.20 to 0.45 (g/cm 3 ), and the thermal diffusion sheet 22 is a thermally conductive metal-based sheet or thermally conductive carbon. It may consist of a (carbon) series sheet.

이때, 상기 실리콘 폼(21)은, 폴리오르가노 실록산 100 중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘으로 이루어진 난연성 필러 20∼150 중량부, 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제 0.01∼1.0 중량부, 백금촉매 0.0001∼0.1중량부를 포함하고,At this time, the silicone foam 21, based on 100 parts by weight of polyorganosiloxane, 20 to 150 parts by weight of a flame retardant filler made of aluminum hydroxide or magnesium hydroxide, 0.01 to 1.0 parts by weight of a platinum-based flame retardant consisting of a phosphate-platinum complex, containing 0.0001 to 0.1 parts by weight of a platinum catalyst,

상기 메탈계열 쉬트는, 알루미늄 박 쉬트, 동박 쉬트, 니켈 쉬트 등등 열전도성을 구비한 쉬트 중 하나가 선택되며, 상기 카본(탄소)계열 쉬트는, 그라파이트 쉬트, 카본화이버 쉬트, 그라핀 쉬트 등등 열확산성(열전도성)을 구비한 쉬트 중 하나가 선택될 수 있다. The metal-based sheet is selected from one of sheets having thermal conductivity such as an aluminum foil sheet, a copper foil sheet, a nickel sheet, and the like, and the carbon (carbon)-based sheet is a graphite sheet, a carbon fiber sheet, a graphene sheet, etc. Thermal diffusivity One of the sheets with (thermal conductivity) may be selected.

또한, 상기 실리콘 패드(20)는, 양면에 불연필름(23)이 더 구비될 수 있으며, 상기 불연필름(23)은, 글라스 울, 아라미드 필름, MICA 필름, 세라믹 필름, 석면 등등이 사용될 수 있다. 이때, 불연필름(23)의 두께는 50um∼2,000um, 바람직하게는 약 100∼500um의 두께를 구비한 것이 사용된다. In addition, the silicon pad 20, a non-combustible film 23 may be further provided on both sides, and the non-combustible film 23, glass wool, aramid film, MICA film, ceramic film, asbestos, etc. may be used. . At this time, the thickness of the non-flammable film 23 is 50 um to 2,000 um, preferably one having a thickness of about 100 to 500 um is used.

상기와 같이 구성된 본 발명의 배터리 팩은, 배터리 셀 사이에 완충패드로, 두께 1.5∼15㎜, 바람직하게는 두께 약 2.5∼5.0㎜ 를 구비하는 다층 폼구조의 실리콘 패드(20)가 설치되도록 되어 있어, In the battery pack of the present invention configured as described above, a silicon pad 20 of a multilayer foam structure having a thickness of 1.5 to 15 mm, preferably about 2.5 to 5.0 mm, is installed as a buffer pad between the battery cells. I have,

셀의 수축팽창에 대한 흡수력 즉, 압력(면압)에 따라 실리콘 패드(20)가 신축되어 완충기능을 구비하게 되고, 화재 발생 시, 실리콘 폼(21)내 난연성 필러에 의해 난연성이 증대되면서, 연쇄적으로 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제에 의해 실리콘 폼(21)의 표면에 딱딱한 탄화층이 형성되어, 일측 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상이 또다른 배터리 셀로 전파되지 못하도록 지연시키는 기능을 구비할 뿐 아니라, 열확산 쉬트(22)에 의해 열 확산(A)의해, 실리콘 폼(21) 또는 이웃하는 또다른 배터리 셀로의 열 전달(B)이 최소화되도록 되도록 되어 있어, 열 폭주 현상이 더욱 지연되게 된다. The silicone pad 20 expands and contracts according to the absorption power of the cell, that is, according to the pressure (surface pressure), and when a fire occurs, the flame retardancy is increased by the flame retardant filler in the silicone foam 21, and the chain As a result, a hard carbonized layer is formed on the surface of the silicon foam 21 by a platinum-based flame retardant composed of a phosphate-platinum complex, and has a function of delaying the thermal runaway phenomenon generated in one battery cell from propagating to another battery cell. In addition, by thermal diffusion (A) by the thermal diffusion sheet 22, heat transfer (B) to the silicon foam 21 or another neighboring battery cell is minimized, so that the thermal runaway phenomenon is further delayed. do.

도 5 의 미설명부호 50 은 냉각 플레이트, 60 은 열 차단폼, 70 은 실(seal) 이며, 도 1 에 도시된 배터리 팩은 일 예시로써, 본 발명에 따른 배터리 팩의 구성이 도 5 에 한정되는 것은 아니다. In FIG. 5 , reference numeral 50 denotes a cooling plate, 60 denotes a thermal barrier foam, and 70 denotes a seal. The battery pack shown in FIG. 1 is an example, and the configuration of the battery pack according to the present invention is limited to FIG. 5 . it's not going to be

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples.

실시예 1Example 1

실리콘 폴리머와 무기난연제(난연성필러)를 아래 [표1]에 따른 배합비로 혼합하여 시편을 제작한 후, 상기 시편에 대한 열확산 지연효과를 측정하였으며, 그 결과는 [표1]에 나타내었다. [표1]에서 실리콘 폴리머는, 적어도 불포화탄화수소기 2 개 이상을 보유하는 제1 폴리디오르가노 실록산 42wt%, 수산기 1 개 또는 2개를 보유하는 제2 폴리디오르가노 실록산 42wt%, 말단에 수소기를 보유하는 제3 폴리디하이드로겐 실록산 10wt%, 적어도 수소기를 2 개 이상 보유하는 제4 폴리디하이드로겐 실록산 6wt%를 포함하는 폴리오르가노 실록산 100 중량부에 대하여, 백금촉매가 0.01 중량부의 비율로 첨가된 것을 의미한다.After preparing a specimen by mixing a silicone polymer and an inorganic flame retardant (flame retardant filler) in a mixing ratio according to [Table 1] below, the thermal diffusion delay effect on the specimen was measured, and the results are shown in [Table 1]. In [Table 1], the silicone polymer is at least 42 wt% of a first polydiorganosiloxane having two or more unsaturated hydrocarbon groups, 42 wt% of a second polydiorganosiloxane having one or two hydroxyl groups, a hydrogen group at the terminal With respect to 100 parts by weight of the polyorganosiloxane containing 10 wt% of the third polydihydrogen siloxane and 6 wt% of the fourth polydihydrogen siloxane having at least two hydrogen groups, the platinum catalyst is added in a proportion of 0.01 parts by weight. means added.

[표1][Table 1]

Figure 112021128421689-pat00009
Figure 112021128421689-pat00009

위의 [표1]에서와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 패드는, 무기난연제로 널리 사용되어지고 있는 탄산칼슘의 첨가보다는, 수산화알루미늄과 수산화 마그네슘이 무기난연제(난연성필러)로 첨가되는 것이 더욱 효과적임을 알 수 있다. 특히, 본 발명은 무기난연제(난연성필러)로 수산화알루미늄이 가장 효과적임을 알 수 있다. As shown in Table 1 above, in the silicone pad according to the present invention, it is more effective to add aluminum hydroxide and magnesium hydroxide as an inorganic flame retardant (flame retardant filler), rather than the addition of calcium carbonate, which is widely used as an inorganic flame retardant. it can be seen that In particular, in the present invention, it can be seen that aluminum hydroxide is the most effective as an inorganic flame retardant (flame retardant filler).

실시예 2Example 2

무기난연제(수산화알루미늄)의 첨가량에 따른 열확산 지연효과를 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표2]에 나타내었다. 이때, 실리콘 폴리머는 실시예 1 과 동일한 것이 사용되었다. The thermal diffusion delay effect according to the amount of the inorganic flame retardant (aluminum hydroxide) added was measured, and the results are shown in [Table 2] below. At this time, the same silicone polymer as in Example 1 was used.

[표2][Table 2]

Figure 112021128421689-pat00010
Figure 112021128421689-pat00010

위의 [표2]에서와 같이, 본 발명은 수산화알루미늄의 첨가량에 따라 열전도도에 일부 차이는 있으나, 600℃ 인가시, 반대편에 도달되는 온도가 240℃ 미만으로 유지되고 있음을 알 수 있다. As shown in [Table 2] above, in the present invention, although there is some difference in thermal conductivity depending on the amount of aluminum hydroxide added, it can be seen that when 600 ° C is applied, the temperature reached to the opposite side is maintained below 240 ° C.

실시예 3Example 3

실시예 2 에 따른 시편 7 을 기준으로, 백금계 난연제의 첨가에 따른 열확산 지연효과를 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표3]에 나타내었다. 이때, 실리콘 폴리머는 실시예 1 과 동일한 것이 사용되었다. Based on the specimen 7 according to Example 2, the thermal diffusion delay effect according to the addition of the platinum-based flame retardant was measured, and the results are shown in [Table 3] below. At this time, the same silicone polymer as in Example 1 was used.

[표3][Table 3]

Figure 112021128421689-pat00011
Figure 112021128421689-pat00011

위의 [표3]에서와 같이, 백금계 난연제가 첨가 될 경우, 600℃ 인가시, 반대편에 도달되는 온도가 220℃ 미만으로 유지되고 있음을 알 수 있으며, 이를 통해, 수산화 알루미늄만이 첨가된 시편에 비해, 열확산 지연효과가 더욱 향상되어짐을 알 수 있다. 이는 수산화알루미늄의 분해에 의해 알루미나가 형성되어 난연성이 증대되면서, 연쇄적으로 백금계 난연제에 의해 표면에 딱딱한 탄화층이 형성되어, 전체적으로 열확산 지연효과가 향상된 것임을 알 수 있다. As shown in [Table 3] above, when platinum-based flame retardants are added, it can be seen that the temperature reached to the opposite side is maintained below 220 °C when 600 °C is applied, and through this, only aluminum hydroxide is added It can be seen that the thermal diffusion delay effect is further improved compared to the specimen. It can be seen that the alumina is formed by decomposition of aluminum hydroxide and the flame retardancy is increased, and a hard carbonized layer is formed on the surface by the platinum-based flame retardant in a chain, and it can be seen that the thermal diffusion delay effect is improved as a whole.

실시예 4Example 4

불연필름이 일체화된 시편(실시예 3 에 따른 시편 15 기준)에 대하여 열확산 지연효과를 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표4]에 나타내었다. 이때, 실리콘 폴리머는 실시예 1 과 동일한 것이 사용되었다. The thermal diffusion delay effect was measured for the specimen in which the non-combustible film was integrated (based on specimen 15 according to Example 3), and the results are shown in [Table 4] below. At this time, the same silicone polymer as in Example 1 was used.

[표4][Table 4]

Figure 112021128421689-pat00012
Figure 112021128421689-pat00012

위의 [표4]에서와 같이, 불연필름이 더 포함될 경우, 600℃ 인가시, 반대편에 도달되는 온도가 300sec 에서, 160℃ 미만으로 유지되고 있음을 알 수 있으며, 이를 통해, 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드의 일면 또는 양면에, 그라스울이나 그라스 화이버, 아라미드 필름, 세라믹 필름 또는 mica필름을 복합화할 경우, 열 폭주 지연효과가 매우 향상되어짐을 알 수 있다. As shown in [Table 4] above, when a non-combustible film is further included, it can be seen that the temperature reached to the opposite side is maintained at less than 160 °C at 300 sec when 600 ° C is applied, and through this, according to the present invention It can be seen that when glass wool, glass fiber, aramid film, ceramic film or mica film is compounded on one or both sides of the silicone pad for battery thermal runaway retardation, the thermal runaway retardation effect is greatly improved.

실시예 5Example 5

실시예 3 의 시편 15 를 기준으로, 불연필름, 불연필름과 열확산필름을 일체화하여 열확산 지연효과를 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표5]에 나타내었다. 이때, 실리콘 폴리머는 실시예 1 과 동일한 것이 사용되었다. Based on Specimen 15 of Example 3, the thermal diffusion delay effect was measured by integrating the non-combustible film, the non-flammable film and the thermal diffusion film, and the results are shown in [Table 5] below. At this time, the same silicone polymer as in Example 1 was used.

[표5][Table 5]

Figure 112021128421689-pat00013
Figure 112021128421689-pat00013

위의 [표5]에서와 같이, 불연필름(양면) 및 열확산 필름이 더 포함될 경우, 900℃ 인가시, 반대편에 도달되는 온도가 400sec 에서, 200℃ 미만으로 유지되고 있음을 알 수 있으며, 이를 통해, 열확산 필름을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드의 양면에, 불연필름이 일체화할 경우, 열 폭주 지연효과가 매우 향상되어짐을 알 수 있다. As shown in [Table 5] above, when a non-flammable film (both sides) and a thermal diffusion film are further included, it can be seen that when 900 ° C is applied, the temperature reached to the opposite side is maintained below 200 ° C at 400 sec, and this Through this, it can be seen that when a non-combustible film is integrated on both sides of the silicone pad for delaying thermal runaway of a battery according to the present invention including a thermal diffusion film, the thermal runaway delay effect is greatly improved.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다. The present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and various modifications can be made by anyone with ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Of course, such modifications are intended to be within the scope of the claims.

또한, 본 발명에 기재된 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하고 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이므로, 본 발명의 구성요소들이 기재된 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. In addition, the terms described in the present invention are for distinguishing one element from other elements and helping the understanding of the present invention, so the elements of the present invention should not be limited by the described terms.

(10) : 배터리 셀 (20) : 실리콘 패드
(21) : 실리콘 폼 (22) : 열확산 쉬트
(23) : 불연필름 (30) : 배터리 모듈
(40) : 케이스 (50) : 냉각 플레이트
(60) : 열 차단폼 (70) : 실(Seal)
(10): battery cell (20): silicone pad
(21): silicone foam (22): thermal diffusion sheet
(23): Non-combustible film (30): Battery module
(40): case (50): cooling plate
(60): Thermal insulation foam (70): Seal

Claims (6)

열전도성을 구비한 메탈계열 쉬트 또는 카본(탄소)계열 쉬트로 이루어지고, 두께 0.03㎜∼2.0㎜를 구비하는 열확산 쉬트(22)의 일면 또는 양면에 실리콘 폼(21)이 일체로 구비되어 두께 1.5㎜∼15㎜의 범위내에서 실리콘 폼(21)과 열확산 쉬트(22)가 일체로 구비된 실리콘 패드(20)로 이루어지되,
상기 실리콘 폼(21)은, 폴리오르가노 실록산 100 중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 또는 수산화 마그네슘으로 이루어진 난연성 필러 20∼150 중량부, 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어진 백금계 난연제 0.01∼1.0 중량부, 백금촉매 0.0001∼0.1중량부를 포함하고,
상기 폴리오르가노 실록산은, 적어도 불포화탄화수소기 2 개 이상을 보유하는 제1 폴리디오르가노 실록산 30∼60wt%, 수산기 1 개 또는 2개를 보유하는 제2 폴리디오르가노 실록산 30∼60wt%, 말단에 수소기를 보유하는 제3 폴리디하이드로겐 실록산 5∼38wt%, 적어도 수소기를 2 개 이상 보유하는 제4 폴리디하이드로겐 실록산 0.2∼20wt%를 포함하며,
상기 백금계 난연제는 아래 [화학식5]에 따른 포스페이트-백금 컴플렉스로 이루어져, 경도(Shore OO) 10∼60, 밀도 0.20∼0.45(g/㎤)의 폼 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드.
[화학식5]
Figure 112022049773121-pat00020

A silicon foam 21 is integrally provided on one or both sides of the thermal diffusion sheet 22 having a thickness of 0.03 mm to 2.0 mm, which is made of a metal-based sheet or carbon (carbon)-based sheet having thermal conductivity, and a thickness of 1.5 It consists of a silicon pad 20 integrally provided with a silicone foam 21 and a thermal diffusion sheet 22 within the range of mm to 15 mm,
The silicone foam 21 is, based on 100 parts by weight of polyorganosiloxane, 20 to 150 parts by weight of a flame retardant filler made of aluminum hydroxide or magnesium hydroxide, 0.01 to 1.0 parts by weight of a platinum-based flame retardant comprising a phosphate-platinum complex, a platinum catalyst 0.0001 to 0.1 parts by weight,
The polyorganosiloxane is at least 30-60 wt% of a first polydiorganosiloxane having two or more unsaturated hydrocarbon groups, 30-60 wt% of a second polydiorganosiloxane having one or two hydroxyl groups, at the terminal 5 to 38 wt% of a third polydihydrogen siloxane having a hydrogen group, and 0.2 to 20 wt% of a fourth polydihydrogen siloxane having at least two hydrogen groups,
The platinum-based flame retardant is composed of a phosphate-platinum complex according to the following [Formula 5], with a thermal diffusion sheet, characterized in that it has a foam structure of 10 to 60 hardness (Shore OO) and 0.20 to 0.45 (g / ㎤) density. Silicone pad for one battery thermal runaway delay.
[Formula 5]
Figure 112022049773121-pat00020

청구항 1 에 있어서;
메탈계열 쉬트는, 알루미늄 박 쉬트, 동박 쉬트, 니켈 쉬트 중 선택된 하나로 이루어지고,
카본(탄소)계열 쉬트는, 그라파이트 쉬트, 카본화이버 쉬트, 그라핀 쉬트 중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드.
The method of claim 1 ;
The metal-based sheet consists of one selected from an aluminum foil sheet, a copper foil sheet, and a nickel sheet,
The carbon (carbon)-based sheet is a silicon pad for battery thermal runaway delay having a thermal diffusion sheet, characterized in that it is made of one selected from a graphite sheet, a carbon fiber sheet, and a graphene sheet.
삭제delete 삭제delete 청구항 1 에 있어서;
실리콘 패드(20)의 양면에 불연필름(23)이 더 구비되 되,
상기 불연필름(23)은, 글라스 울, 아라미드 필름, MICA 필름, 세라믹 필름, 석면 중 선택된 하나 인 것을 특징으로 하는 열확산 쉬트를 구비한 배터리 열 폭주 지연용 실리콘 패드.
The method of claim 1 ;
A non-combustible film 23 is further provided on both sides of the silicon pad 20,
The non-combustible film 23 is a silicone pad for battery thermal runaway delay having a thermal diffusion sheet, characterized in that one selected from glass wool, aramid film, MICA film, ceramic film, and asbestos.
케이스 내에 다수의 배터리 셀이 적층되고, 상기 배터리 셀사이에 완충패드가 배치된 배터리 팩에 있어서;
상기 완충패드는, 청구항 1 또는 청구항 5 에 따른 실리콘 패드로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
A battery pack in which a plurality of battery cells are stacked in a case, and a buffer pad is disposed between the battery cells;
The buffer pad is a battery pack, characterized in that made of the silicon pad according to claim 1 or 5.
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