KR102560446B1 - Composite pad capable delaying thermal runaway of battery cell - Google Patents

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KR102560446B1 KR1020230028353A KR20230028353A KR102560446B1 KR 102560446 B1 KR102560446 B1 KR 102560446B1 KR 1020230028353 A KR1020230028353 A KR 1020230028353A KR 20230028353 A KR20230028353 A KR 20230028353A KR 102560446 B1 KR102560446 B1 KR 102560446B1
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카본텍(주)
김동철
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Abstract

본 발명은 배터리셀에서 열폭주 발생 시 또는 이상 발생 시에 화염과 고온으로 인하여 인접한 셀의 열폭주 확산을 지연하기 위한 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드에 관한 것이다.
본 발명은 서로 인접한 복수개의 배터리셀(11)의 사이 또는 배터리셀을 감싸도록 구비되어 배터리셀의 열폭주 또는 이상발생된 셀로부터 인접한 다른 셀로의 열 확산을 막아주기 위한 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드에 있어서, 상기 배터리셀(11)의 열폭주시 화염 차단을 위해 각각 구비되는 내측방염패드(20); 상기 내측방염패드(20)의 일측면에 일면이 밀착 구비되어 기준온도 이상에서 팽창 및 탄화막을 형성하여 인접하는 셀의 온도상승을 방지하기 위한 열팽창시트(30); 상기 열팽창시트(30)의 타면에 일면이 밀착 구비되어 배터리셀의 수축 및 팽창 시 완충역할을 하는 완충패드(40); 상기 완충패드(40)의 타면에 밀착 구비되어 배터리셀의 열폭주시 화염 차단을 위한 외측방염패드(50);로 이루어지며, 상기 완충패드(40)와 외측방염패드(50)의 사이에는 또 하나의 열팽창시트(30)가 더 구비되고, 상기 열팽창시트(30)는, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성되며, 상기 내측방염패드(20)와 열팽창시트(30)와 완충패드(40)와 또 하나의 열팽창시트(30) 및 외측방염패드(50)가 순차적으로 서로 중첩된 상태로 일체가 되게 융착결합된 복합체로 이루어진다.The present invention relates to a composite pad capable of delaying the spread of thermal runaway in a battery cell for delaying the spread of thermal runaway in an adjacent cell due to flame and high temperature when thermal runaway or abnormality occurs in a battery cell.
The present invention is provided to cover the battery cells or between a plurality of battery cells 11 adjacent to each other to prevent thermal runaway of the battery cell or thermal diffusion from an abnormally generated cell to another adjacent battery cell. A thermal expansion sheet 30 having one surface closely attached to one side of the inner flame retardant pad 20 to form an expansion and carbonization film at a reference temperature or higher to prevent an increase in the temperature of an adjacent cell; a buffer pad 40 having one surface closely attached to the other surface of the thermally expandable sheet 30 to act as a buffer when the battery cell contracts and expands; An outer flame retardant pad 50 provided in close contact with the other surface of the buffer pad 40 to block flame during thermal runaway of the battery cell; another thermal expansion sheet 30 is further provided between the buffer pad 40 and the outer flame retardant pad 50, and the thermal expansion sheet 30 contains 20 to 30% by weight of epoxy, 10 to 25% by weight of phosphorus-based flame retardant, and 5 to 10% by weight of expanded graphite. Composed of 5 to 20% by weight of boron oxide, 5 to 15% by weight of foaming agent, 1 to 10% by weight of porous silica, and 15 to 20% by weight of amine as an expansion retaining agent, the inner flame retardant pad 20, the thermal expansion sheet 30, the buffer pad 40, another thermal expansion sheet 30, and the outer flame retardant pad 50 are sequentially overlapped with each other and fusion-bonded as one body. It is done.

Description

배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드{Composite pad capable delaying thermal runaway of battery cell}Composite pad capable of delaying thermal runaway of battery cell

본 발명은 배터리셀에서 열폭주 발생 시 또는 이상 발생 시에 화염과 고온으로 인하여 인접한 셀의 열폭주 확산을 지연하기 위한 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드에 관한 것이다.The present invention relates to a composite pad capable of delaying the spread of thermal runaway in a battery cell for delaying the spread of thermal runaway in an adjacent cell due to flame and high temperature when thermal runaway or abnormality occurs in a battery cell.

전기자동차는 충방전 가능한 배터리를 내장하는데, 이러한 배터리는 액상 배터리로 이루어져 있어 과부하, 과충전 또는 충격에 의해 화재를 발생시켜 차량을 전소시키는 문제를 안고 있다.An electric vehicle has a built-in rechargeable battery, and since this battery is made of a liquid battery, it has a problem of burning the vehicle by causing a fire due to overload, overcharging, or impact.

도 1은 전기자동차에 적용된 배터리모듈을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing a battery module applied to an electric vehicle.

도 1에 도시된 바와 같이 전기자동차에 적용된 배터리모듈(10)은 복수개의 배터리셀(11)과, 배터리셀들을 내부에 수납시켜 주는 배터리케이스(12)로 구성되어 있고, 배터리케이스(12)의 내부공간은 복수개의 배터리셀들을 서로 이격되게 수납시켜 주도록 구획되어 복수의 공간으로 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, the battery module 10 applied to an electric vehicle is composed of a plurality of battery cells 11 and a battery case 12 for accommodating the battery cells therein, and the inner space of the battery case 12 is divided into a plurality of spaces to accommodate a plurality of battery cells spaced apart from each other.

그런데, 배터리셀들 중에서 어느 하나의 배터리셀에 화재가 발생될 경우, 해당 배터리셀이 부풀어 오르면서 화염 및 화열을 이웃하는 인접 배터리셀에 전이시키게 되고, 결국 배터리모듈 전체로 화재를 확산시킴과 동시에 차량까지 전소시키는 문제를 야기시키게 된다.However, when a fire occurs in one of the battery cells, the battery cell swells and transfers flame and heat to the adjacent battery cell, eventually spreading the fire to the entire battery module and burning down the vehicle at the same time.

즉, 배터리모듈의 장시간 사용이나 여러가지 원인에 의해 일부 배터리셀의 이상 발열증상을 보이는 경우에 지속적으로 온도가 상승하여 임계 온도 이상으로 상승하면 열폭주 현상이 발생하게 되며, 일부 배터리셀에서 발생된 열폭주 현상이 짧은 시간 내에 인접한 배터리셀들로 전파되면 배터리모듈 전체의 화염확산과 온도 상승으로 이어지게 되어 인명과 재산에 큰 피해를 줄 수 있다.That is, when the battery module is used for a long time or some battery cells show abnormal heating symptoms due to various reasons, the temperature continuously rises and rises above the critical temperature, a thermal runaway phenomenon occurs. If the thermal runaway phenomenon generated in some battery cells spreads to adjacent battery cells within a short time, it leads to flame spread and temperature rise throughout the battery module, which can cause great damage to life and property.

배터리모듈의 화재발생시 확산방지를 위해 배터리케이스의 내표면이나 구획판 표면에 방염물질이 코팅되거나 배터리케이스 자체를 방염재료로 제조하고 있다.In order to prevent the spread of fire in the battery module, a flame retardant material is coated on the inner surface of the battery case or the surface of the partition plate, or the battery case itself is made of a flame retardant material.

그러나 단순히 방염물질로 제조되거나 코팅되는 것임에 따라 배터리셀에서 열폭주 발생시 인접되는 배터리셀의 온도상승을 억제하는데 한계가 있었으며, 기대할만큼의 성과를 발휘하지는 못하였다.However, since it is simply manufactured or coated with a flame retardant material, there is a limit to suppressing the temperature rise of the adjacent battery cell when thermal runaway occurs in the battery cell, and it does not show the expected performance.

따라서, 이러한 연쇄적인 열폭주 현상의 급격한 전이를 방지하기 위해, 인접되는 배터리셀로 더 이상 확산되지 않도록 방염시키거나 열폭주를 지연시킬 수 있는 대안이 요구되고 있으며, 일 예로 배터리셀들의 사이에 화염과 온도상승에 따른 인접되는 배터리셀의 온도상승을 억제할 수 있는 복합패드를 적용할 필요성이 있다.Therefore, in order to prevent the rapid transition of such a chain thermal runaway phenomenon, there is a need for an alternative to flame retardation or to delay thermal runaway so that it no longer spreads to adjacent battery cells. As an example, there is a need to apply a composite pad capable of suppressing the temperature rise of adjacent battery cells due to flame and temperature rise between battery cells.

공개특허공보 제10-2022-0021143호(2022.02.22. 배터리 모듈)Publication No. 10-2022-0021143 (2022.02.22. Battery module)

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 외측을 내측방염패드로 구성하면서 내측에 열팽창시트를 구비하도록 복합패드를 구성함으로써 어느 하나의 배터리셀에서 열폭주 현상이 발생될 경우에 인접되는 배터리셀로 열 확산 방지 및 열전도를 지연 또는 방지시켜 인접되는 배터리셀의 온도상승을 억제하도록 한 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드를 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and by configuring the composite pad to have an inner flame retardant pad on the outer side and a thermal expansion sheet on the inner side, when a thermal runaway phenomenon occurs in any one battery cell, it is possible to delay or prevent thermal diffusion and thermal conduction to an adjacent battery cell to suppress the temperature rise of the adjacent battery cell.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 서로 인접한 복수개의 배터리셀(11)의 사이 또는 배터리셀을 감싸도록 구비되어 배터리셀의 열폭주 또는 이상발생된 셀로부터 인접한 다른 셀로의 열 확산을 막아주기 위한 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드에 있어서, 상기 배터리셀(11)의 열폭주시 화염 차단을 위해 각각 구비되는 내측방염패드(20); 상기 내측방염패드(20)의 일측면에 일면이 밀착 구비되어 기준온도 이상에서 팽창 및 탄화막을 형성하여 인접하는 셀의 온도상승을 방지하기 위한 열팽창시트(30); 상기 열팽창시트(30)의 타면에 일면이 밀착 구비되어 배터리셀의 수축 및 팽창 시 완충역할을 하는 완충패드(40); 상기 완충패드(40)의 타면에 밀착 구비되어 배터리셀의 열폭주시 화염 차단을 위한 외측방염패드(50);로 이루어지며, 상기 완충패드(40)와 외측방염패드(50)의 사이에는 또 하나의 열팽창시트(30)가 더 구비되고, 상기 열팽창시트(30)는, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성되며, 상기 내측방염패드(20)와 열팽창시트(30)와 완충패드(40)와 또 하나의 열팽창시트(30) 및 외측방염패드(50)가 순차적으로 서로 중첩된 상태로 일체가 되게 융착결합된 복합체로 이루어진다.The solution of the present invention for solving the above problems is provided to cover the battery cells or between a plurality of battery cells 11 adjacent to each other to prevent thermal runaway of the battery cells or thermal diffusion from an abnormally generated cell to another adjacent cell. In a composite pad capable of delaying thermal runaway diffusion of battery cells, inner flame retardant pads 20 are provided respectively to block flames during thermal runaway of the battery cells 11; A thermal expansion sheet 30 having one surface closely attached to one side of the inner flame retardant pad 20 to form an expansion and carbonization film at a reference temperature or higher to prevent an increase in the temperature of an adjacent cell; a buffer pad 40 having one surface closely attached to the other surface of the thermally expandable sheet 30 to act as a buffer when the battery cell contracts and expands; An outer flame retardant pad 50 provided in close contact with the other surface of the buffer pad 40 to block flame during thermal runaway of the battery cell; another thermal expansion sheet 30 is further provided between the buffer pad 40 and the outer flame retardant pad 50, and the thermal expansion sheet 30 contains 20 to 30% by weight of epoxy, 10 to 25% by weight of phosphorus-based flame retardant, and 5 to 10% by weight of expanded graphite. Composed of 5 to 20% by weight of boron oxide, 5 to 15% by weight of foaming agent, 1 to 10% by weight of porous silica, and 15 to 20% by weight of amine as an expansion retaining agent, the inner flame retardant pad 20, the thermal expansion sheet 30, the buffer pad 40, another thermal expansion sheet 30, and the outer flame retardant pad 50 are sequentially overlapped with each other and fusion-bonded as one body. It is done.

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여기서, 상기 발포제는 요소(urea)와 티오요소(thiourea) 중 선택된 하나 이상이 첨가된다.Here, at least one selected from urea and thiourea is added to the blowing agent.

삭제delete

한편, 상기 복합패드는 배터리셀 내부의 정전기 방지 및 전기적 발화로부터 배터리셀을 보호하도록 비전도성 물질로 조성된 것이 바람직하다.On the other hand, the composite pad is preferably composed of a non-conductive material to prevent static electricity inside the battery cell and to protect the battery cell from electrical ignition.

상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드에 따르면, 복수개의 배터리셀을 갖는 배터리팩이나 배터리 모듈에서 이상 발생시 인접한 셀들의 열폭주 확산 지연은 물론 열전달을 지연시시키거나 방지시켜 줌으로써 재산피해 및 인명피해를 예방할 수 있는 효과가 있다.According to the composite pad capable of delaying thermal runaway diffusion of battery cells of the present invention having the above configuration, when an abnormality occurs in a battery pack or battery module having a plurality of battery cells, property damage and personal injury can be prevented by delaying or preventing heat transfer as well as thermal runaway diffusion delay of adjacent cells.

도 1은 일반적인 전기자동차의 배터리모듈을 보인 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드의 구조도,
도 3은 본 발명에 따른 완충패드와 내측방염패드의 사이에 열팽창시트가 더 구비되어 융착결합된 상태의 복합패드 구조도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리모듈의 배터리셀 사이에 설치되는 복합패드의 설치상태도.1 is an exemplary view showing a battery module of a general electric vehicle;
2 is a structure diagram of a composite pad capable of delaying thermal runaway diffusion of a battery cell according to the present invention;
Figure 3 is a composite pad structure in a state where a thermal expansion sheet is further provided between the buffer pad and the inner flame retardant pad according to the present invention to be fusion bonded;
Figure 4 is an installation state diagram of the composite pad installed between the battery cells of the battery module according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a composite pad capable of delaying thermal runaway diffusion of a battery cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드는 서로 인접한 복수개의 배터리셀의 사이에 구비되거나 또는 배터리셀을 외부에서 감싸도록 구비되어 배터리셀의 열폭주 또는 이상발생된 셀로부터 인접한 다른 배터리셀의 온도상승을 억제하여 열폭주 발생을 지연시키기 위한 것이다.As shown in FIGS. 2 to 4, the composite pad capable of delaying thermal runaway diffusion of battery cells according to the present invention is provided between a plurality of battery cells adjacent to each other or is provided to surround the battery cells from the outside, thereby delaying the occurrence of thermal runaway by suppressing thermal runaway of the battery cell or temperature rise of other adjacent battery cells from abnormally occurring cells.

구체적으로, 본 발명의 복합패드는 내측방염패드(20) 및 외측방염패드(50)와, 내측방염패드(20)과 외측방염패드(50)의 사이에 설치되는 열팽창시트(30)와, 열팽창시트(30)와 외측방염패드(50)의 사이에 설치되는 완충패드(40)로 이루어져 있으며, 내측방염패드와 열팽창시트와 완충패드 및 외측방염패드가 서로 분리되어 구비되는 것이 아니라 내측방염패드와 열팽창시트와 완충패드 및 외측방염패드가 중첩된 상태로 일체가 되게 형성한 복합체로 이루어진다.Specifically, the composite pad of the present invention consists of an inner flame retardant pad 20 and an outer flame retardant pad 50, a thermal expansion sheet 30 installed between the inner flame retardant pad 20 and the outer flame retardant pad 50, and a buffer pad 40 installed between the thermal expansion sheet 30 and the outer flame retardant pad 50, and the inner flame retardant pad, the thermal expansion sheet, the buffer pad, and the outer flame retardant pad are provided separately from each other Rather, it is composed of a composite in which the inner flame-resistant pad, the thermal expansion sheet, the buffer pad, and the outer flame-resistant pad are integrally formed in an overlapping state.

열폭주나 화염이 발생된 경우, 상기 내측방염패드가 쉽게 화염에 의해 연소되지 않으면서 상기 열팽창시트가 화염의 열에 의해 팽창되어 탄화막을 형성하게 되면서 화염의 확산이 차단되는 것이며, 이로 인해 인접하는 배터리셀의 온도상승을 방지할 수 있는 것이다.When thermal runaway or flame occurs, the inner flame retardant pad is not easily burned by the flame, and the thermal expansion sheet is expanded by the heat of the flame to form a carbonized film, thereby blocking the spread of the flame, thereby preventing the temperature rise of the adjacent battery cell.

상기 내측방염패드(20)와 외측방염패드(50)는 배터리셀의 열폭주시 화염을 차단하기 위해 구비되는 패드이며, 복합패드의 양쪽 최외측에 각각 구비된다.The inner flame retardant pad 20 and the outer flame retardant pad 50 are pads provided to block flames during thermal runaway of the battery cell, and are provided on both outermost sides of the composite pad, respectively.

내측방염패드(20)와 외측방염패드(50)는 난연재료, 불연재료, 내화 단열재료로 형성될 수 있으며, 1300°이상의 화염에 견딜 수 있도록 제조된다. 내측방염패드의 재료로서 CFRP(carbon fiber reinforced plastics), GFRP(glass fiber reinforced plastics), 압축 섬유(Non-woven compressible fiber) 등의 재질 중 어느 하나가 이용될 수 있다.The inner flame retardant pad 20 and the outer flame retardant pad 50 may be formed of a flame retardant material, a non-combustible material, or a fireproof insulating material, and are manufactured to withstand a flame of 1300° or more. As a material for the inner flame retardant pad, any one of materials such as carbon fiber reinforced plastics (CFRP), glass fiber reinforced plastics (GFRP), and non-woven compressible fiber may be used.

상기 내측방염패드(20)와 외측방염패드(50)는 한 장의 박판으로 구성되거나 복수개의 박판이 중첩되어 구성될 수 있다.The inner flame retardant pad 20 and the outer flame retardant pad 50 may be composed of a single thin plate or a plurality of thin plates overlapping each other.

열팽창시트(30)는 상기 내측방염패드(20)의 일측면에 일면이 밀착되게 구비되는 것이며, 기준온도 이상에서 팽창하면서 탄화막을 형성하게 된다. 따라서, 배터리셀 간에 설치된 상태에서 어느 하나의 배터리셀이 기준온도 이상으로 발열할 경우에 팽창 및 탄화막을 형성하여 인접하는 셀로의 열확산은 물론 열전도를 지연 및 방지하여 인접되는 배터리셀의 온도상승을 방지하게 된다.The thermal expansion sheet 30 is provided with one side in close contact with one side of the inner flame retardant pad 20, and forms a carbonized film while expanding at a reference temperature or higher. Therefore, when any one battery cell generates heat above the reference temperature in a state installed between battery cells, expansion and formation of a carbonized film delay and prevent heat diffusion as well as heat conduction to adjacent cells, thereby preventing the temperature rise of adjacent battery cells.

상기 열팽창시트(30)의 예로서, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성될 수 있다.As an example of the thermally expandable sheet 30, 20 to 30% by weight of epoxy, 10 to 25% by weight of phosphorus-based flame retardant, 5 to 10% by weight of expanded graphite, 5 to 20% by weight of boron oxide as an expansion retaining agent, 5 to 15% by weight of a foaming agent, 1 to 10% by weight of porous silica, and 15 to 20% by weight of amines.

바인더로서 첨가되는 에폭시는 압축 및 굴곡강도 등 기계적 물성 뿐만 아니라 내수성 측면 및 연소시 탄화막 유지에서 가장 우수하다.Epoxy added as a binder is the best in mechanical properties such as compression and flexural strength, as well as water resistance and maintaining a carbonized film during combustion.

주제는 비스페놀 F형의 에폭시를 사용할 수 있으며, 이는 비스페놀 A 타입의 분자 가운데 있는 CH3 대신에 H가 있는 수지로써, 다른 Type에 비해 저점도이며, 고반응성의 특징을 보인다.As the main material, bisphenol F-type epoxy can be used, which is a resin with H instead of CH3 in the middle of the bisphenol A-type molecule, and has low viscosity and high reactivity compared to other types.

에폭시는 함량이 20중량% 미만이면 부착성 및 내구성이 떨어질 우려가 있고, 에폭시 함량이 30중량%를 초과하면 정상적인 내화성능을 발휘하지 못할 우려가 있다.If the content of epoxy is less than 20% by weight, adhesion and durability may be deteriorated, and if the content of epoxy exceeds 30% by weight, normal fire resistance may not be exhibited.

탄화막 형성을 위해, 인계 난연제와 팽창흑연, 발포제, 붕소산화물, 다공성 실리카가 첨가된다.To form a carbonized film, a phosphorus-based flame retardant, expanded graphite, a foaming agent, boron oxide, and porous silica are added.

인계 난연제는 탄화막을 형성하여 열을 차단하기 위한 것이며, 10 ~ 25중량% 첨가된다.The phosphorus-based flame retardant is to block heat by forming a carbonized film, and is added in an amount of 10 to 25% by weight.

인계 난연제의 함량이 10중량% 미만이면 발포율이 떨어져 내화성능이 저하될 우려가 있고, 25중량%를 초과하면 발포율이 지나치게 높아져 발포층이 흘러내릴 우려가 있다.If the content of the phosphorus-based flame retardant is less than 10% by weight, the foaming rate may decrease and fire resistance may deteriorate, and if it exceeds 25% by weight, the foaming rate may increase excessively and the foam layer may flow down.

팽창흑연(expandible graphite)은 화재 시 화염에 의해 고배율로 발포되어 단열효과를 부여함으로써 연소 가능한 재료를 보호하는 내화성이 우수한 물질이다. 팽창흑연의 발포율은 제조조건에 따라 통상 50 내지 300배까지 다양하게 조절된다.Expandable graphite is a material with excellent fire resistance that protects combustible materials by being foamed at high magnification by flame in case of fire and providing an insulating effect. The foaming rate of the expanded graphite is usually varied from 50 to 300 times depending on manufacturing conditions.

팽창흑연 외에 첨가되는 상기 발포제는 고온에서 분해되어 팽창흑연과 함께 복합적으로 발포층을 형성하여 단단한 탄화막 형성에 기여하게 되며, 상당한 두께의 발포 탄화막을 형성하게 된다.The foaming agent added in addition to the expanded graphite decomposes at high temperature to form a complex foam layer together with the expanded graphite, thereby contributing to the formation of a hard carbonized film and forming an expanded carbonized film with a considerable thickness.

상기 발포제는 함량이 5중량% 미만이면 발포율이 낮아 발포층의 단열성이 부족해질 우려가 있고, 15중량%를 초과하면 형성된 발포층의 내구성이 떨어질 우려가 있다.If the content of the foaming agent is less than 5% by weight, the foaming rate is low and there is a concern that the heat insulating property of the foam layer may be insufficient, and if the content exceeds 15% by weight, durability of the formed foam layer may be deteriorated.

상기 발포제는 요소(urea), 티오요소(thiourea), 멜라민(melamine), 글리신(glycine) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 요소 및/또는 티오요소를 사용할 수 있다.The foaming agent may be used alone or in combination of two or more of urea, thiourea, melamine, glycine, and the like, and preferably urea and/or thiourea.

상기 팽창 유지제로서 첨가되는 붕소산화물은 흑연이 팽창되는 고온 영역에서 용융되어 팽창할 경우에 팽창되는 흑연의 비산을 방지하여 팽창 구조를 유지시켜 주고 탄화막을 강화시키는 역할을 한다.When the boron oxide added as the expansion retaining agent melts and expands in a high-temperature region where graphite expands, it serves to prevent the expanded graphite from scattering, maintains the expanded structure, and strengthens the carbonized film.

중공형 다공성 실리카는 적은 함량으로 제품의 비중을 크게 낮추어 무게를 줄이는 역할을 하며, 열에 의해 붕소산화물과 같이 용융되어 단단한 탄화막 형성에 기여하게 된다.The hollow porous silica serves to reduce the weight by greatly lowering the specific gravity of the product with a small content, and contributes to the formation of a hard carbonized film by being melted like boron oxide by heat.

상기 열팽창시트는 배터리셀에서 열폭주가 발생된 경우에 고온의 열에 의해 팽창흑연과 발포제가 급격하게 팽창하여 발포됨과 아울러 경화제 등의 물질에 의해 경화되어 상당한 두께의 탄화막을 형성하게 되는 것이며, 이러한 발포 탄화막이 화염풍을 견뎌내면서 인접하는 배터리셀로의 열전달을 차단하거나 지연시켜 주게 되는 것이고, 그와 함께 온도상승을 효과적으로 방지 및 지연시킬 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기 열팽창시트(30)는 내측방염패드(20)과 완충패드(40)의 사이에 설치되는 것 외에도 상기 완충패드(40)와 외측방염패드(50)의 사이에 또 하나의 열팽창시트(30)가 더 설치될 수 있다.
즉, 내측방염패드(20)와 열팽창시트(30)와 완충패드(40)와 또 하나의 열팽창시트(30) 및 외측방염패드(50)가 순차적으로 서로 중첩된 상태로 융착되어 일체가 되도록 형성될 수 있다.When thermal runaway occurs in a battery cell, the expanded graphite and the foaming agent are rapidly expanded and foamed by high-temperature heat, and the thermally expandable sheet is cured by a material such as a curing agent to form a carbonized film having a considerable thickness. This foamed carbonized film withstands a flame wind while blocking or delaying heat transfer to an adjacent battery cell, and at the same time, it is possible to effectively prevent and delay a temperature rise.
Here, in addition to the thermal expansion sheet 30 being installed between the inner flame retardant pad 20 and the buffer pad 40, another thermal expansion sheet 30 may be further installed between the buffer pad 40 and the outer flame retardant pad 50.
That is, the inner flame retardant pad 20, the thermal expansion sheet 30, the buffer pad 40, another thermal expansion sheet 30, and the outer flame retardant pad 50 are sequentially overlapped with each other and fused together to form one body.

완충패드(40)는 상기 열팽창시트(30)의 타면에 일면이 밀착되게 구비되는 것이며, 상기 외측방염패드(50)와의 사이에 위치되게 구비되어 배터리셀의 수축 및 팽창 시 완충역할을 하는 구성이다.The buffer pad 40 is provided so that one surface is in close contact with the other surface of the thermally expandable sheet 30, and is positioned between the outer flame retardant pad 50 to act as a buffer during contraction and expansion of the battery cell.

완충패드(40)는 배터리셀이 팽창하는 경우 압축되면서 탄성 변형되면서 충격을 흡수하는 것이며, 완충패드가 구비됨에 따라 배터리모듈의 전체 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다.The buffer pad 40 is compressed and elastically deformed when the battery cell expands and absorbs shock, and as the buffer pad is provided, it can suppress expansion of the entire volume of the battery module.

완충패드(40)는 폴리우레탄 폼과 카본펠트로 구성될 수 있으며, 물론 이에 한정되는 것은 아니다.The buffer pad 40 may be composed of polyurethane foam and carbon felt, of course, but is not limited thereto.

한편, 본 발명의 복합패드는 배터리셀의 사이에 설치되는 것임에 따라 비전도성 물질로 조성된 것이 바람직하다. 이는 배터리셀 내부의 정전기 방지 및 전기적 발화로부터 배터리셀을 보호할 수 있도록 하기 위함이다.On the other hand, the composite pad of the present invention is preferably composed of a non-conductive material as it is installed between the battery cells. This is to prevent static electricity inside the battery cell and to protect the battery cell from electrical ignition.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 복합패드에 완충패드가 구비되어 있음에 따라 배터리셀의 팽창시에 탄성변형되면서 충격을 흡수하여 효과적으로 완충시켜 줄 수 있게 되며, 배터리셀의 화재발생 등 열폭주 시에는 화염에 의해 쉽게 연소되지 않으면서도 상당한 두께의 탄화막을 형성시켜 주어 인접되는 배터리셀로의 열 전달을 차단하거나 지연시킴으로써 인접하는 배터리셀의 온도상승을 방지할 수 있게 되며, 이에 따라 재산피해 및 인명피해를 에방할 수 있게 된다.According to the present invention configured as described above, since the buffer pad is provided in the composite pad, it is possible to absorb and effectively buffer the shock while elastically deforming when the battery cell expands, and in the event of a thermal runaway such as a fire in the battery cell, it is not easily burned by flame. By forming a carbonized film of considerable thickness to block or delay heat transfer to the adjacent battery cell, it is possible to prevent the temperature rise of the adjacent battery cell, thereby preventing property damage and human injury.

P: 복합패드
10: 배터리셀 11: 배터리셀
12: 배터리케이스 20: 내측방염패드
30: 열팽창시트 40: 완충패드
50: 외측방염패드P: composite pad
10: battery cell 11: battery cell
12: battery case 20: inner flame retardant pad
30: thermal expansion sheet 40: buffer pad
50: outer flame retardant pad

Claims (5)

서로 인접한 복수개의 배터리셀(11)의 사이 또는 배터리셀을 감싸도록 구비되어 배터리셀의 열폭주 또는 이상발생된 셀로부터 인접한 다른 셀로의 열 확산을 막아주기 위한 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드에 있어서,
상기 배터리셀(11)의 열폭주시 화염 차단을 위해 각각 구비되는 내측방염패드(20);
상기 내측방염패드(20)의 일측면에 일면이 밀착 구비되어 기준온도 이상에서 팽창 및 탄화막을 형성하여 인접하는 셀의 온도상승을 방지하기 위한 열팽창시트(30);
상기 열팽창시트(30)의 타면에 일면이 밀착 구비되어 배터리셀의 수축 및 팽창 시 완충역할을 하는 완충패드(40);
상기 완충패드(40)의 타면에 밀착 구비되어 배터리셀의 열폭주시 화염 차단을 위한 외측방염패드(50);로 이루어지며,
상기 완충패드(40)와 외측방염패드(50)의 사이에는 또 하나의 열팽창시트(30)가 더 구비되고,
상기 열팽창시트(30)는, 에폭시 20 ~ 30중량%, 인계 난연제 10 ~ 25중량%, 팽창흑연 5 ~ 10중량%, 팽창 유지제로서 붕소산화물 5 ~ 20중량%, 발포제 5 ~ 15중량%, 다공성 실리카 1 ~ 10중량%, 아민 15 ~ 20중량%로 조성되며,
상기 내측방염패드(20)와 열팽창시트(30)와 완충패드(40)와 또 하나의 열팽창시트(30) 및 외측방염패드(50)가 순차적으로 서로 중첩된 상태로 일체가 되게 융착결합된 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드.
In a composite pad capable of delaying thermal runaway diffusion of battery cells to prevent thermal runaway of a battery cell or thermal diffusion from an abnormally generated cell to another adjacent cell,
Internal flame retardant pads 20 provided respectively to block flames when the battery cells 11 thermally run away;
A thermal expansion sheet 30 having one surface closely attached to one side of the inner flame retardant pad 20 to form an expansion and carbonization film at a reference temperature or higher to prevent an increase in the temperature of an adjacent cell;
a buffer pad 40 having one surface closely attached to the other surface of the thermally expandable sheet 30 to act as a buffer when the battery cell contracts and expands;
An outer flame retardant pad 50 provided in close contact with the other surface of the buffer pad 40 to block flame during thermal runaway of the battery cell;
Another thermal expansion sheet 30 is further provided between the buffer pad 40 and the outer flame retardant pad 50,
The thermally expandable sheet 30 is composed of 20 to 30% by weight of epoxy, 10 to 25% by weight of phosphorus-based flame retardant, 5 to 10% by weight of expanded graphite, 5 to 20% by weight of boron oxide as an expansion retaining agent, 5 to 15% by weight of a foaming agent, 1 to 10% by weight of porous silica, and 15 to 20% by weight of amines,
The inner flame retardant pad 20, the thermal expansion sheet 30, the buffer pad 40, another thermal expansion sheet 30, and the outer flame retardant pad 50 are sequentially overlapped with each other and integrally fusion bonded. Composite pad capable of delaying battery cell thermal runaway diffusion, characterized in that it is made of a composite.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 발포제는 요소(urea)와 티오요소(thiourea) 중 선택된 하나 이상이 첨가되는 것을 특징으로 하는 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드.
According to claim 1,
The foaming agent is a composite pad capable of delaying battery cell thermal runaway diffusion, characterized in that at least one selected from urea and thiourea is added.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복합패드는 배터리셀 내부의 정전기 방지 및 전기적 발화로부터 배터리셀을 보호하도록 비전도성 물질로 조성된 것을 특징으로 하는 배터리셀 열폭주 확산 지연이 가능한 복합패드.According to claim 1,
The composite pad is a composite pad capable of delaying battery cell thermal runaway diffusion, characterized in that composed of a non-conductive material to protect the battery cell from static electricity inside the battery cell and electrical ignition.
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