KR102564907B1

KR102564907B1 - 리튬 배터리용 소화약제 및 이의 제조방법

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Publication number: KR102564907B1
Application number: KR1020230063184A
Authority: KR
Inventors: 염도영; 윤완중
Original assignee: 염도영; 윤완중
Priority date: 2023-05-16
Filing date: 2023-05-16
Publication date: 2023-08-14

Abstract

본 발명은 리튬 배터리용 소화약제에 관한 것으로서, 요소, 염화칼슘, 탄산칼슘, 젤라틴, VC, 흙, 규산마그네슘, 포타슘실리케이트, 염화나트륨, 및 물로 구성되고, 물; 및 흙;을 혼합한 후 침전하고, 침전된 혼합액의 상층액을 다른 용기로 덜어내어 제1용액을 제조하는 제1단계; 제1단계에서 제조된 제1용액에 젤라틴;을 용해하여 제2용액을 제조하는 제2단계; 제2단계에서 제조된 제2용액에 염화나트륨;을 용해하여 제3용액을 제조하는 제3단계; 제3단계에서 제조된 제3용액에 요소;를 용해하여 제4용액을 제조하는 제4단계; 제4단계에서 제조된 제4용액에 염화칼슘; 포타슘실리케이트; 및 규산마그네슘을 용해하여 제5용액을 제조하는 제5단계; 제5단계에서 제조된 제5용액에 VC[Vanadium Carbide];를 용해하여 제6용액을 제조하는 제6단계; 및, 제6단계에서 제조된 제6용액에 탄산칼슘;을 용해하여 제7용액을 제조하는 제7단계;를 포함하고, 제1단계의 흙은 백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것이 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

리튬 배터리용 소화약제 및 이의 제조방법{Extinguishing Agent for Lithium Battery and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 일반 분말소화약제로는 쉽게 진화되지 않는 리튬 계열 배터리의 화재 발생시 효과적으로 사용할 수 있는 새로운 개념의 소화약제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있으며, 이 가운데 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭다는 장점과 함께, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 이유로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용하는데, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되어 전극 조립체를 형성하고, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 외장재가 밀봉 수납하게 된다.

리튬 이차전지는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 널리 사용되고 있는데, 이러한 중대형 장치에 사용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결되어 배터리 모듈을 형성하게 된다.

자동차와 같은 중대형 장치에 사용되는 배터리 모듈은, 많은 수의 이차전지를 구비하고 있어 각각의 이차전지가 발화 내지 폭발할 경우, 인접한 이차전지로 열 또는 화염이 전달되어 2차 폭발 등이 유발되는 문제가 있어, 2차 발화 내지 폭발을 방지하기 위한 노력이 가중되고 있으며, 특히 화재를 조기에 진화할 수 있는 새로운 소화약제의 개발 노력도 지속적으로 이루어지고 있는 실정이다. 왜냐하면, 리튬과 같은 알칼리 금속이온을 사용하는 배터리의 경우 연소 에너지가 크고 열폭주의 특성을 가지고 있어 일반적인 분말소화기의 소화분말로는 쉽게 진압되지 않는 문제가 있기 때문이다.

[선행기술문헌]

등록특허 제10-2064416호

등록특허 제10-2149439호

등록특허 제10-2199513호

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 리튬 계열의 배터리 화재 발생시 이를 신속하고 효과적으로 진화할 수 있는 새로운 리튬 배터리용 소화약제 및 이의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.

본 발명은 요소, 염화칼슘, 탄산칼슘, 젤라틴, VC[Vanadium Carbide], 흙, 규산마그네슘, 포타슘실리케이트, 염화나트륨, 및 물로 구성되는 리튬 배터리용 소화약제의 제조방법에 관한 것으로서, 물; 및 흙;을 혼합한 후 침전하고, 침전된 혼합액의 상층액을 다른 용기로 덜어내어 제1용액을 제조하는 제1단계; 제1단계에서 제조된 제1용액에 젤라틴;을 용해하여 제2용액을 제조하는 제2단계; 제2단계에서 제조된 제2용액에 염화나트륨;을 용해하여 제3용액을 제조하는 제3단계; 제3단계에서 제조된 제3용액에 요소;를 용해하여 제4용액을 제조하는 제4단계; 제4단계에서 제조된 제4용액에 염화칼슘; 포타슘실리케이트; 및 규산마그네슘을 용해하여 제5용액을 제조하는 제5단계; 제5단계에서 제조된 제5용액에 VC;를 용해하여 제6용액을 제조하는 제6단계; 및, 제6단계에서 제조된 제6용액에 탄산칼슘;을 용해하여 제7용액을 제조하는 제7단계;를 포함하고, 제1단계의 흙은 백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것이 사용되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명은 소화약제에 관한 것으로서, 요소, 염화칼슘, 탄산칼슘, 젤라틴, VC, 흙(백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것), 규산마그네슘, 포타슘실리케이트, 염화나트륨, 및 물로 구성되며, 이러한 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면 종래의 분말 소화기의 소화분말과는 달리 리튬 계열 배터리의 화재 발생시 열폭주를 방지하고 신속하고 효과적인 진화가 가능하여, 전기차의 화재시에도 유해가스 발생을 최소화하고, 2차 발화 내지 폭발의 위험성을 최소화할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 요소, 염화칼슘, 탄산칼슘, 젤라틴, VC[Vanadium Carbide], 흙, 규산마그네슘, 포타슘실리케이트, 염화나트륨, 및 물로 구성되는 리튬 배터리용 소화약제의 제조방법에 관한 것으로서 다음과 같은 과정을 포함한다.

(1) 제1단계

물; 및 흙;을 혼합한 후 침전하고, 침전된 혼합액의 상층액(하층에 가라앉는 침전물을 제외한 용액)을 다른 용기로 덜어내어 제1용액을 제조하는 과정이다.

흙은 백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것이 사용되며, 물 100 중량부 : 흙 2 내지 25 중량부의 비율로 혼합되는데, 흙을 투입한 후 3분 동안 교반 후 10분 동안 방치하는 과정을 2회 반복한 후 추가적으로 3분 동안 교반 후 5분 동안 방치하여 침전이 이루어지게 한 상태에서 침전물이 없는 상층액만 다른 용기로 덜어내어 제1용액을 제조하며, 침전물이 있는 하층액은 사용하지 않고 폐기한다.

(2) 제2단계

제1단계에서 제조된 제1용액에 젤라틴을 용해하여 제2용액을 제조하는 과정이다.

제2단계에서는 제1용액 100 중량부 : 젤라틴 2 내지 10 중량부의 비율로 혼합되는데, 제1용액의 온도를 25 내지 35 ℃로 유지하면서, 분말 상태의 젤라틴을 나누어 시간 차이를 두고 투입하고, 500 내지 800 rpm으로 2 내지 3 시간 동안 교반하는 과정으로 이루어진다.

젤라틴이 투입됨에 따라 제2용액은 어느 정도 점성(점도)을 가지게 된다.

(3) 제3단계

제2단계에서 제조된 제2용액에 염화나트륨을 용해하여 제3용액을 제조하는 과정이다.

제3단계에서는 제2용액 100 중량부 : 염화나트륨 10 내지 15 중량부의 비율로 혼합되며, 제2용액에 염화나트륨을 충분히 용해시킨다.

(4) 제4단계

제3단계에서 제조된 제3용액에 요소;를 용해하여 제4용액을 제조하는 과정이다.

제4단계에서는 제3용액 100 중량부 : 요소 3 내지 15 중량부부의 비율로 혼합되며, 제3용액에 요소를 충분히 용해시킨다.

(4) 제5단계

제4단계에서 제조된 제4용액에 염화칼슘; 포타슘실리케이트; 및 규산마그네슘을 용해하여 제5용액을 제조하는 과정이다.

제5단계에서는 제3용액 100 중량부 : 염화칼슘 1 내지 10 중량부 : 포타슘실리케이트 2 내지 20 중량부 : 규산마그네슘 2 내지 15 중량부의 비율로 혼합되며, 제4용액에 염화칼슘, 포타슘실리케이트 및 규산마그네슘을 충분히 용해시킨다.

(5) 제6단계

제5단계에서 제조된 제5용액에 VC[Vanadium Carbide];를 용해하여 제6용액을 제조하는 과정이다.

제6단계에서는 제5용액 100 중량부 : VC 1 내지 10 중량부의 비율로 혼합되며, 제5용액에 VC를 충분히 용해시킨다.

(7) 제7단계

제6단계에서 제조된 제6용액에 탄산칼슘;을 용해하여 제7용액을 제조하는 과정이다.

제7단계에서는 제6용액 100 중량부 : 탄산칼슘 1.3 중량부의 비율로 혼합되며, 제6용액에 탄산칼슘을 충분히 용해시킨다.

이와 같은 방법으로 제조되는 리튬 배터리용 소화약제는 요소; 염화칼슘; 탄산칼슘; 젤라틴; VC; 흙(백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것); 규산마그네슘; 포타슘실리케이트; 염화나트륨; 및, 물;로 구성되며, 그 각각의 구성성분의 기능은 다음과 같다.

요소[(NH₂)₂CO]는 할로겐 유형의 유해 가스 제거에 보조적인 기능을 할 수 있다.

요소[(NH₂)₂CO]는 고체 요소에서 산소 중심은 두 개의 N-H-O 수소 결합에 관여한다. 결과적으로 조밀하고 에너지적으로 유리한 수소 결합 네트워크는 아마도 효율적인 피막 형성 역할을 한다

염화칼슘[CaCl₂]은 방제 작업 중 표면 코팅막 형성의 촉매 역할을 한다.

염화칼슘[CaCl₂]은 물의 어는점을 낮추어 얼음 형성을 방지하고 제빙하는 데 사용된다. 염화칼슘은 식물과 토양에 비교적 무해하다. 제빙제로 염화나트륨보다 낮은 온도에서 훨씬 더 효과적이다. 염화칼슘 용액은 -52°C(-62°F)의 낮은 온도에서 결빙을 방지할 수 있다.

탄산칼슘[CaCO₃]은 방제 작업 중 반응 촉매 역할을 한다.

산과 반응하여 이산화탄소와 물(수증기)를 방출한다.

젤라틴은 점도를 형성한다. 고온의 방제 작업 중 유해 가스로 생성되는 할로겐을 포획한다. 젤라틴은 가축, 닭, 돼지, 어류와 같은 동물의 피부, 뼈, 결합 조직에서 추출한 콜라겐을 부분적으로 가수분해하여 생성되는 펩타이드와 단백질의 집합체이다.

VC[Vanadium Carbide]는 고온의 방제 작업 중 연소 물질의 표면에 피막을 형성하여 1차로 산소를 차단하고, 2차로 가연성 물질의 연소를 방지한다.

VC는 초경합금의 첨가제로 사용되어 카바이드 결정을 정제하여 경도를 높인다.

흙[백토 또는 황토 가운데 하나이거나 이들을 혼합한 것]은 고온의 방제 활동 중 황토 또는 백토의 다양한 성분이 가연성 소재에 피막을 형성하여 산소 차단 및 가연성 소재의 추가 발화를 방지한다.

규산마그네슘[Magnesium Silicate]은 방제 작업 중 원자와 분자들 간의 반응을 촉매하고, 고온 상태에서 가연성 소재 물질에 피막을 형성하여 산소를 차단하고, 발화된 가연성 물질을 연소함.

규산마그네슘[Magnesium Silicate]은 방제 작업 중 고온 상태에서 가연성 소재에 피막을 형성하여, 산소를 차단하고, 화재가 발생한 소재를 연소한다.

포타슘실리케이트[K₂SiO₃]는 고온 상태에서 화재 물질에 피막을 형성하여 산소를 차단하고 화재를 연소한다.

포타슘실리케이트는 고온 상태에서 화재 물질에 피막을 형성하여, 산소를 차단하고 발화 물질을 연소한다.

염화나트륨[NaCl]은 염화나트륨은 마그네슘, 칼륨, 나트륨 및 NaK 합금과 같은 가연성 금속 화재에 사용되는 소화기의 주요 소재이다. 불에 붙일 때 소금은 산소를 차단하는 껍질을 형성하여 불을 끈다.

물[H₂O]은 소화약제의 기본적인 용매 역할을 하는데, 수돗물이나 정제수를 사용하게 된다.

본 발명인 소화약제의 기술적 효과를 확인하기 위하여 인위적으로 리튬 배터리에 충격을 가하여 발화시킨 후 단순히 물에 잠기게 담근 경우와 본 발명인 소화약제에 잠기게 담근 경우를 대비하면, 소화약제에 넣은 경우 1초 이내에 곧바로 진화되었으나 물에 넣은 경우는 20초가 경과하여도 진화가 이루어지지 않음을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지 기술의 부가나 삭제, 단순한 수치 한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

Claims

요소, 염화칼슘, 탄산칼슘, 젤라틴, VC[Vanadium Carbide], 흙, 규산마그네슘, 포타슘실리케이트, 염화나트륨, 및 물로 구성되는 리튬 배터리용 소화약제의 제조방법에 관한 것으로서,
물; 및 흙;을 혼합한 후 침전하고, 침전된 혼합액의 상층액을 다른 용기로 덜어내어 제1용액을 제조하는 제1단계;
제1단계에서 제조된 제1용액에 젤라틴;을 용해하여 제2용액을 제조하는 제2단계;
제2단계에서 제조된 제2용액에 염화나트륨;을 용해하여 제3용액을 제조하는 제3단계;
제3단계에서 제조된 제3용액에 요소;를 용해하여 제4용액을 제조하는 제4단계;
제4단계에서 제조된 제4용액에 염화칼슘; 포타슘실리케이트; 및 규산마그네슘을 용해하여 제5용액을 제조하는 제5단계;
제5단계에서 제조된 제5용액에 VC[Vanadium Carbide];를 용해하여 제6용액을 제조하는 제6단계; 및,
제6단계에서 제조된 제6용액에 탄산칼슘;을 용해하여 제7용액을 제조하는 제7단계;
를 포함하고, 제1단계의 흙은 백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리용 소화약제 제조방법.
제1항에서,
제1단계는,
3분 동안 교반 후 10분 동안 방치하는 과정을 2회 반복한 후 추가적으로 3분 동안 교반 후 5분 동안 방치하여 침전이 이루어지게 한 상태에서 침전물이 없는 상층액만 다른 용기로 덜어내는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리용 소화약제 제조방법.
제1항에서,
제2단계는,
제1용액의 온도를 25 내지 35 ℃로 유지하면서, 분말 상태의 젤라틴을 나누어 시간 차이를 두고 투입하고, 500 내지 800 rpm으로 2 내지 3 시간 동안 교반하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리용 소화약제 제조방법.
제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서,
제1단계는,
물 100 중량부 : 흙 2 내지 25 중량부의 비율로 혼합되고,
제2단계는,
제1용액 100 중량부 : 젤라틴 2 내지 10 중량부의 비율로 혼합되고,
제3단계는,
제2용액 100 중량부 : 염화나트륨 10 내지 15 중량부의 비율로 혼합되고,
제4단계는,
제3용액 100 중량부 : 요소 3 내지 15 중량부의 비율로 혼합되고,
제5단계는,
제4용액 100 중량부 : 염화칼슘 1 내지 10 중량부 : 포타슘실리케이트 2 내지 20 중량부 : 규산마그네슘 2 내지 15 중량부의 비율로 혼합되고,
제6단계는,
제5용액 100 중량부 : VC[Vanadium Carbide] 1 내지 10 중량부의 비율로 혼합되고,
제7단계는,
제6용액 100 중량부 : 탄산칼슘 0.5 내지 1.3 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리용 소화약제 제조방법.
요소;
염화칼슘;
탄산칼슘;
젤라틴;
VC[Vanadium Carbide];
흙;
규산마그네슘;
포타슘실리케이트;
염화나트륨; 및,
물;로 구성되고,
상기 흙은 백토 또는 황토 가운데 어느 하나이거나 이들을 혼합한 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리용 소화약제.
제5항에서,
리튬 배터리용 소화약제는 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리용 소화약제.