KR102619037B1 - 갭 필러 조성물 및 배터리 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따른 갭 필러 조성물은 실록산계 수지, 충전재 및 촉매를 포함한다. 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 도포 후, 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도 및 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도는 각각 40 내지 70이다. 갭 필러 조성물을 사용하여 열 안정성 및 공정 특성이 향상된 갭 필러를 포함하는 차량용 배터리 팩을 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 갭 필러 조성물 및 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실록산계 수지를 포함하는 갭 필러 조성물 및 이를 사용하여 형성된 갭 필러를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 휴대폰, 노트북 PC 등과 같은 휴대용 전자 기기의 동력원으로 널리 적용되고 있다. 예를 들면, 리튬 이차 전지는 높은 작동 전압, 에너지 밀도, 율 특성을 가지며, 최근에는 전기 자동자의 동력원으로 활용되고 있다.
예를 들면, 리튬 이차 전지에 의해 배터리 셀이 정의되며, 복수의 베터리 셀들이 집합되어 배터리 모듈이 형성된다. 상기 배터리 모듈들이 집합되어 전기 자동차에 적용가능한 고용량/고출력의 배터리 팩이 형성될 수 있다.
배터리 팩을 전기 자동차와 같은 차량 내에 적용하기 위해 배터리 지지판에 배터리 팩을 안착시키고, 갭 필러 조성물을 사용하여 배터리 팩을 고정시킬 수 있다.
상기 갭 필러 조성물 적용 공정은 전기 자동차 전체 생산 플랫폼에 포함될 수 있다. 따라서, 자동차 공정 효율/신뢰성 유지를 위해 소정의 시간 내 경화되어 원하는 물성을 제공하는 갭 필러 조성물이 필요할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩의 반복적인 충전/방전에 따른 열에 향상된 강도를 가지며, 외부 충격에 대한 적절한 흡수성/탄성을 갖는 갭 필러를 형성할 수 있는 조성물의 설계가 필요하다.
예를 들면, 한국등록특허공보 제10-2402503호는 배터리 모듈 및 갭 필러를 포함하는 배터리 팩 구조를 개시하고 있다. 그러나, 갭 필러의 구체적인 물성 및 조성물에 대해서는 개시하고 있지 않다.
본 발명의 일 과제는 향상된 경화 특성 및 기계적 안정성을 제공하는 갭 필러 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 갭 필러 조성물로 형성된 갭 필러를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
1. 실록산계 수지, 충전재 및 촉매를 포함하며,
23oC 및 상대습도 50% 조건에서 도포 후, 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도 및 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도는 각각 40 내지 70인, 갭 필러 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 실록산계 수지는 비닐 말단기를 갖는 실록산계 수지인 제1 실록산계 수지 및 수소 말단기를 갖는 실록산계 수지인 제2 실록산계 수지를 포함하는, 갭 필러 조성물.
3. 위 2에 있어서, 상기 갭 필러 조성물은 주제 조성물 및 가교 조성물로 분리된 2액형 조성물로 제조되며, 상기 제1 실록산계 수지는 상기 주제 조성물에 포함되며, 상기 제2 실록산계 수지는 상기 가교 조성물에 포함되는, 갭 필러 조성물.
4. 위 3에 있어서, 상기 촉매는 상기 주제 조성물에 포함되며, 상기 충전재는 상기 주제 조성물 및 상기 가교 조성물에 분할되어 포함되는, 갭 필러 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 촉매는 백금(Pt) 및 Si2O 기를 포함하는 유기-무기 하이브리드 화합물을 포함하는, 갭 필러 조성물.
6. 위 5에 있어서, 상기 촉매 중 규소 및 산소의 중량 대비 백금의 중량비는 1.2 내지 2.0인, 갭 필러 조성물.
7. 위 5에 있어서, 상기 촉매 중 규소 및 산소의 중량 대비 백금의 중량비는 1.2 내지 1.5인, 갭 필러 조성물.
8. 위 5에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 촉매의 함량은 0.02중량% 내지 0.05중량%인, 갭 필러 조성물.
9. 위 1에 있어서, 상기 충전재는 실란제로 표면 처리된 알루미나를 포함하는, 갭 필러 조성물,
10. 위 9에 있어서, 상기 실란제는 규소 원자에 직접 결합된 3개의 알콕시기 및 하나의 알킬기를 포함하며, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 8 이상인, 갭 필러 조성물.
11. 위 10에 있어서, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 8 내지 16인, 갭 필러 조성물.
12. 위 9에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 충전재의 함량은 70중량% 내지 85중량%인, 갭 필러 조성물.
13. 위 1에 있어서, 하기의 식 1로 표시되는 경도 증가율은 20% 이하인, 갭 필러 조성물:
[식 1]
경도 증가율(%) = {(A-B)/B}*100
(식 1 중, A는 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도이고, B는 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도임).
14. 복수의 배터리 모듈들; 지지판; 및 상기 배터리 모듈들 및 상기 지지판 사이에 상술한 실시예들의 갭 필러 조성물을 사용하여 형성된 갭 필러를 포함하는, 배터리 팩.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르는 갭 필러 조성물은 소정의 시간 범위에서 타겟 경도를 유지할 수 있으며, 신속하고 안정적인 경화 특성을 제공할 수 있다.
따라서, 차량용 배터리 팩에 적용되어 자동차 공정 경제성, 효율성을 증진시킬 수 있다. 또한, 배터리 팩의 충/방전 반복에 따른 온도 증가에도 안정적인 경도/탄성 특성을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 갭 필러 조성물은 소정의 촉매/충전제 조합을 포함하여, 상술한 경화 특성을 보다 효과적으로 구현할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 나타내는 개략적인 사시도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 실록산계 수지, 촉매 및 충전제를 포함하며, 향상된 경화 특성을 갖는 갭 필러 조성물이 제동된다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 갭 필러 조성물이 사용된 배터리 팩이 제공된다.
<갭 필러 조성물>
예시적인 실시예들에 따르는 갭 필러 조성물은 실록산계 수지, 촉매 및 충전재를 포함할 수 있다.
상기 실록산계 수지는 상기 갭 필러 조성물의 경화성을 제공하는 베이스 성분으로 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실록산계 수지는 제1 실록산계 수지 및 제2 실록산계 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1 실록산계 수지는 가교성 말단기를 함유한 실록산계 수지일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 실록산계 수지는 분자의 양 말단에 비닐기를 함유한 실록산계 수지일 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 실록산계 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 실록산계 수지의 중량 평균 분자량은 10,000 내지 50,000, 바람직하게는 10,000 내지 30,000, 보다 바람직하게는 10,000 내지 25,000일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 실록산계 수지의 25oC에서 점도는 500 cps 내지 1,500 cps, 바람직하게는 700 cps 내지 1,500 cps, 보다 바람직하게는 800 cps 내지 1,200 cps일 수 있다.
상기 분자량 및 점도 범위 내에서 후술하는 경화 특성 및 경화 속도를 보다 용이하게 확보할 수 있으며, 갭 필러 조성물의 적절한 도포 특성 및 흐름성을 확보할 수 있다.
화학식 1 중, n은 상기 분자량 및 점도 범위를 고려하여 조절될 수 있다. 예를 들면, n은 80 내지 800 범위, 100 내지 800 범위, 130 내지 700 범위, 또는 150 내지 700 범위의 자연수일 수 있다.
갭 필러 조성물 총 중량 중(예를 들면, 고형분) 상기 제1 실록산계 수지의 함량은 5중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 10중량% 내지 20중량%일 수 있다. 상기 함량 범위에서, 적절한 경도 및 탄성을 갖는 갭 필러가 효과적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 실록산계 수지는 상기 제1 실록산계 수지와 다른 구조의 실록산계 수지일 수 있다.
상기 제2 실록산계 수지는 상기 갭 필러 조성물의 체인 연장제 혹은 체인 조절제로 포함되어, 조성물의 전체적인 점도, 흐름성, 가교성 등을 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제2 실록산계 수지는 말단에 가교성기를 포함하지 않는 실록산계 수지일 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 실록산계 수지의 양 말단은 수소(H) 캡핑될 수 있다.
예를 들면, 상기 제2 실록산계 수지는 하기의 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 실록산계 수지의 중량 평균 분자량은 10,000 내지 50,000, 바람직하게는 10,000 내지 30,000, 보다 바람직하게는 10,000 내지 25,000일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 실록산계 수지의 25oC에서 점도는 100 cps 내지 1,500 cps, 바람직하게는 200 cps 내지 1,500 cps, 보다 바람직하게는 300 cps 내지 1,200 cps일 수 있다.
상기 분자량 및 점도 범위 내에서 후술하는 경화 특성 및 경화 속도를 보다 용이하게 확보할 수 있으며, 갭 필러 조성물의 적절한 도포 특성 및 흐름성을 확보할 수 있다.
화학식 2 중, m은 상기 분자량 및 점도 범위를 고려하여 조절될 수 있다. 예를 들면, m은 20 내지 700 범위, 30 내지 700 범위, 50 내지 700 범위, 100 내지 700 범위, 또는 130 내지 700 범위의 자연수일 수 있다.
갭 필러 조성물 총 중량 중(예를 들면, 고형분) 상기 제2 실록산계 수지의 함량은 5중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 10중량% 내지 20중량%일 수 있다. 상기 함량 범위에서, 적절한 경도 및 탄성을 갖는 갭 필러가 효과적으로 형성될 수 있다.
상기 촉매는 갭 필러 조성물의 제1 실록산계 수지 및/또는 제2 실록산계 수지의 가교작용 및/또는 상호작용을 촉진하여 후술하는 경화 특성 및 경화 속도 획득을 위한 조절제로서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 촉매는 백금 및 규소를 함유하는 유-무기 하이브리드 촉매를 포함할 수 있다.
상기 촉매는 분자 내 Pt 원자 및 Si2O 그룹(-Si-O-Si-)을 함유할 수 있다. 예를 들면, 상기 Si2O 그룹의 규소(Si) 원자들은 비닐기와 결합되며, 상기 비닐기들에 의해 Pt 원자가 배위 혹은 캡쳐될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 촉매 중 규소(Si) 원자 및 산소 원자(O)의 중량 대비 백금(Pt)의 중량비는 1.2 내지 2.0, 바람직하게는 1.2 내지 1.5, 보다 바람직하게는 1.25 내지 1.45일 수 있다.
상기 중량비 범위의 촉매가 사용되어, Pt 원자를 통한 촉매의 적절한 활성이 유지될 수 있다. 따라서, 후술하는 갭 필러 조성물의 경화 특성 및 경화 속도를 상기 촉매를 사용하여 용이하게 구현할 수 있다.
예를 들면, 상기 촉매는 분자내 하기의 화학식 3으로 표시되는 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Ptㆍ[(CH2=CH(CH3)2Si)O]
일부 실시예들에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 촉매의 함량은 0.02중량% 내지 0.05중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 갭 필러의 지나친 경도/탄성 증가를 방지하면서 적절한 경화 속도를 구현할 수 있다.
상기 충전재는 갭 필러의 열전도성을 증가시켜, 배터리 팩의 방열 특성을 향상시키는 성분으로 포함될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 충전재는 알루미나(Al2O3), AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC, ZnO, 수산화알루미늄(Al(OH)3), 보헤마이트, BeO 등과 같은 세라믹 입자를 포함할 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 충전재는 알루미나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 충전재는 실란제로 표면처리된 알루미나를 포함할 수 있다. 상기 실란제는 알루미나 입자 표면에 화학결합 또는 부탁되어 상술한 실록산계 수지와 상호작용을 통해 충전재를 안정화시킬 수 있다.
따라서, 상기 충전재가 갭 필러 조성물 내에 균일하게 분산되어, 배터리 팩 내에서의 균일한 열 전도 특성을 구현할 수 있다.
상기 실란제는 규소 원자에 직접 결합된 3개의 알콕시기 및 하나의 알킬기를 포함할 수 있다. 상기 알콕시기는 메톡시기일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 8 이상일 수 있다. 이 경우, 상기 실록산계 수지와의 상호 작용을 효과적으로 촉진할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 8 내지 16, 바람직하게는 8 내지 12일 수 있다. 이 경우, 탄소수의 지나친 증가에 따른 분산성 저하를 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 충전재는 서로 다른 평균 입경을 갖는 복수 종의 알루미나 입자들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 알루미나 입자의 조성물 내 패킹 특성 및 분포 특성을 향상시킬 수 있으며, 열전도 특성을 증진시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 충전재는 평균 입경(D50)이 50㎛ 이상인 알루미나 입자들 및 평균 입경(D50)이 30㎛이하인 알루미나 입자들을 함께 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 평균 입경(D50)이 30㎛이하인 알루미나 입자들은 평균 입경(D50)이 10㎛ 내지 30㎛ 범위의 알루미나 입자들 및 평균 입경(D50)이 10㎛ 미만인 알루미나 입자들을 포함할 수 있다.
본 출원에 사용된 용어 "평균 입경(D50)"은 해당 입자들을 크기 순서로 나열시킨 누적 분포(개수 기준 본포)에서 50%에 해당하는 중간 입경을 지칭할 수 있다.
상기 충전재는 상기 갭 필러 조성물 중 가장 많은 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 충전재는 상기 갭 필러 조성물 중 상술한 상기 실록산계 수지 및 상기 촉매를 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
본 출원에 사용된 용어 "잔량"은 상기 갭 필러 조성물이 상기 실록산계 수지, 상기 촉매 및 상기 충전재 외에 다른 첨가제를 포함하는 경우, 상기 첨가제의 양에 따라 변화하는 가변적인 양으로 사용된다. 예를 들면, 상기 잔량은 조성물 총 중량 중 상기 실록산계 수지, 상기 촉매 및 상기 첨가제를 제외한 양일 수 있다.
예를 들면, 상기 조성물 총 중량 중 상기 충전재의 함량은 70중량% 내지 85중량%, 바람직하게는 75중량% 내지 85중량%일 수 있다. 상기 충전재의 양은 표면처리된 실란제의 양까지 포함하는 양으로 계산된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 갭 필러 조성물은 상술한 실록산계 수지, 상기 촉매 및 상기 충전재의 작용을 저해하지 않는 범위 내에서 조성물의 전도성, 경화성을 증진하기 위한 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 난연제, 분산제, 착색제, 산화 방지제, 가소제 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 난연제의 예로서 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate) 등과 같은 유기계 난연제, 수산화 마그네슘 등과 같은 무기계 난연제 등을 들 수 있다. 일 실시예에 있어서, 액상 타입의 난연 재료(triethyl phosphate(TEP) 또는 tris(1,3-chloro-2-propyl)phosphate(TCPP) 등)가 사용될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 갭 필러 조성물은 2액형 조성물로 준비될 수 있다. 예를 들면, 상기 갭 필러 조성물은 주제 조성물 및 가교 조성물을 별도로 준비한 후, 상기 주제 조성물 및 상기 가교 조성물을 혼합하여 제조될 수 있다.
상기 주제 조성물은 상기 제1 실록산계 수지, 상기 촉매 및 상기 충전재를 포함할 수 있다. 상기 가교 조성물은 상기 제2 실록산계 수지 및 상기 충전재를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 주제 조성물에 상기 촉매가 상기 제1 실록산계 수지가 분포한 상태에서 상기 제2 실록산계 수지가 혼합될 수 있다. 따라서, 주제 조성물 내 가교점이 분포한 상태에서 상기 제2 실록산계 수지가 도입되므로, 경화 효율성을 증진할 수 있다.
상기 충전재는 상기 주제 조성물 및 상기 가교 조성물에 분할되어 포함될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 가교 조성물에 포함된 상기 충전재의 양 대비 상기 주제 조성물에 포함된 충전재의 양의 비율은 0.4 내지 0.6, 바람직하게는 0.45 내지 0.55일 수 있다. 상기 비율 범위에서 충전재의 균일한 분포를 통한 열 전도 효율성을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도 및 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도는 각각 40 내지 70일 수 있다.
상기 60분 방치 후 및 120분 방치 후 경도가 각각 40 미만인 경우, 배터리 팩을 전기 자동차에 적용하는 공정 시간에 증가하여 전체적인 생산 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 갭 필러의 경화성이 지나치게 낮아 배터리 팩의 기계적인 안정성이 저하될 수 있다.
상기 60분 방치 후 및 120분 방치 후 경도가 각각 70을 초과하는 경우, 경화 속도의 지나친 증가에 따라 배터리 팩에 대한 충분한 충격 흡수 특성이 갭 필러로부터 구현되지 않을 수 있다. 또한, 충전재를 통한 열 전도 특성이 지나친 가교도에 의해 저해될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 60분 방치 후 및 120분 방치 후 경도는 각각 50 내지 70, 보다 바람직하게는 50 내지 65일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 하기의 식 1로 표시되는 경도 증가율은 20% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 10% 내지 20%일 수 있다.
[식 1]
경도 증가율(%) = {(A-B)/B}*100
식 1 중, A는 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도이고, B는 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도이다.
상기 경도 증가율 범위에서, 갭 필러 조성물은 안정적인 경화 속도를 유지하면서 갭 필러의 고온 안정성을 효과적으로 구현할 수 있다.
상기 Shore 00 경도는 ASTM D 2240 규격에 따라 측정될 수 있다. 예를 들면, 상기 Shore 00 경도는 상기 갭 필러 조성물을 6mm의 두께로 도포후 경화시킨 경화필름에 대해 측정될 수 있다.
<배터리 팩>
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110) 및 지지판(130)을 포함하며, 배터리 모듈(110) 및 지지판(130)에 형성된 갭 필러(120)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(110)은 복수의 배터리 셀들(112)을 포함할 수 있다. 배터리 셀들(112) 각각 교대로 반복 적층된 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 상기 양극 및 음극은 분리막을 사이에 두고 교대로 반복 적층될 수 있다. 상기 양극은 리튬 금속 산화물을 양극 활물질로서 포함하며, 배터리 셀(112)은 리튬 이차 전지로서 제공될 수 있다.
복수의 배터리 셀들(112)은 각각 양극 리드 및 음극 리드를 포함하며, 상기 양극 리드들 및 상기 음극 리드들이 버스 바를 통해 서로 병합되어 배터리 모듈(110)을 정의할 수 있다.
배터리 모듈(110)은 지지판(130) 상에 고정될 수 있다. 배터리 모듈(110) 및 지지판(130) 사이에는 상술한 실시예들에 따른 갭 필러 조성물이 도포 및 경화되어 갭 필러(120)가 형성될 수 있다.
갭 필러(120)에 의해 배터리 모듈(110)이 지지판(130) 상에 안정적으로 고정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 갭 필러(120)는 안정적인 경화 특성을 가지며, 향상된 열 전도 특성을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 갭 필러 조성물은 소정의 시간 범위에서 타겟 경도 범위를 유지할 수 있다. 따라서, 전체 전기 자동차 공정 효율성을 저해하지 않으면서 안정적인 경도 특성을 유지할 수 있다.
따라서, 고온 조건에서도 배터리 모듈(110) 보호를 위한 내충격성, 내열성을 가지며, 충분한 방열 특성을 제공할 수 있다.
갭 필러(120)는 열전도층으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 갭 필러(120)의 열 전도도는 약 2 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 4 W/mK 이상, 또는 5 W/mK 이상일 수 있다. 예를 들면, 갭 필러(120)의 열 전도도는 50 W/mK 이하, 40 W/mk 이하, 30 W/mk 이하, 20 W/mk 이하, 10 W/mk 이하일 수 있다. 예를 들면, 상기 열 전도도는 ASTM D5470 규격에 따라 측정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 모듈(110)이 안착되는 갭 필러(120)의 높이는 5.4mm 내지 5.8mm, 바람직하게는 5.4mm 내지 5.7mm일 수 있다. 상기 범위에서 배터리 모듈(110)에 대한 충분한 지지 안정성이 제공되며, 충분한 열전도 특성을 구현할 수 있다. 또한, 지나친 경화로 인한 배터리 모듈(110) 및 갭 필러(120) 사이의 공극 발생을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예들 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예들
하기 표 1 및 표 2에 기재된 성분 및 함량(중량부)을 갖는 주제 조성물 및 가교 조성물을 각각 제조하였다. 충전재로서 실란제로 표면처리된 알루미나가 사용되었으며, 상기 충전재는 주제 조성물 및 가교 조성물에 동일하게 각각 52.93g이 포함되었다.
비교예 4에서는 충전재로서 실란제로 표면 처리된 알루미나 및 수산화알루미늄의 혼합물이 사용되었다(중량비 6:4 혼합물)
구체적으로, 주제 조성물 및 가교 조성물 각각 표 1의 성분들을 페이스트 믹서에 투입하고 공전 600rpm/자전 500rpm으로 3분간 혼합 및 교반한 후, 진공상태에서 공전 1000rpm/자전 100rpm으로 10분 탈포하여 제조되었다.
| 구분 | 실시예 1 |
실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | ||
| 주제 조성물 |
제1 실록산계 수지(A) |
14.05 | 14.07 | 14.03 | 14.05 | 14.05 | 14.05 | |
| 촉매 | B-1 | 0.05 | 0.03 | 0.07 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | |
| 가교 조성물 |
제2 실록산계 수지 |
C-1 | 13.93 | 13.93 | 13.93 | 13.93 | 13.93 | 13.93 |
| C-2 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | ||
| 충전재 | 실란제 1 | 52.93 | 52.93 | 52.93 | - | - | - | |
| 실란제 2 | - | - | - | 52.93 | - | - | ||
| 실란제 3 | - | - | - | - | 52.93 | - | ||
| 실란제 4 | - | - | - | - | - | 52.93 | ||
| 구분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | ||
| 주제 조성물 |
제1 실록산계 수지(A) |
14.09 | 14.01 | 14.05 | 14.05 | 14.08 | |
| 촉매 | B-1 | 0.01 | 0.09 | 0.05 | 0.05 | - | |
| B-2 | - | - | - | - | 0.02 | ||
| 가교 조성물 |
제2 실록산계 수지 |
C-1 | 13.93 | 13.93 | 13.93 | 13.93 | 13.93 |
| C-2 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | 0.1407 | ||
| 충전재 | 실란제 1 | 52.93 | 52.93 | - | - | 52.93 | |
| 실란제 2 | - | - | - | - | - | ||
| 실란제 3 | - | - | - | - | - | ||
| 실란제 4 | - | - | - | - | - | ||
| 실란제 5 | 52.93 | 52.93 | - | ||||
표 1 및 표 2에 기재된 구체적인 성분들은 하기와 같다.
1) 제1 실록산계 수지(A): 양 말단 비닐기 처리된 폴리디메틸실록산 수지(중량평균 분자량: 25,000, 점도 중간 값: 1,000 cpm)(Sigma-Aldrich 제품)
2-1) 촉매(B-1): 아래 화학식 3-1의 화합물(Pt/(Si+O) 중량비: 1.35)
[화학식 3-1]
2-2) 촉매(B-2): Pt/(Si+O) 중량비 약 1.1의 아래 화학식 3-1의 화합물
[화학식 3-2]
3-1) 제2 실록산계 수지(C-1): 양 말단 수소처리된 폴리디메틸실록산 수지(제품명: RF-HD0050, 바이오젠)
3-2) 제2 실록산계 수지(C-2): 양 말단 수소처리된 폴리디메틸실록산 수지(제품명: XL-02, 바이오젠)
4-1) 실란제 1: 아래 화학식 4-1의 화합물(규소원자에 결합된 알킬기 탄소수 8)
[화학식 4-1]
4-2) 실란제 2: 아래 화학식 4-2의 화합물(규소원자에 결합된 알킬기 탄소수 10)
[화학식 4-2]
4-3) 실란제 3: 아래 화학식 4-3의 화합물(규소원자에 결합된 알킬기 탄소수 12)
[화학식 4-3]
4-4) 실란제 4: 아래 화학식 4-4의 화합물(규소원자에 결합된 알킬기 탄소수 16)
[화학식 4-4]
4-5) 실란제 5: 아래 화학식 4-5의 화합물(규소원자에 결합된 알킬기 탄소수 6)
[화학식 4-5]
실험예
(1) 경도 측정
실시예 및 비교예의 주제 조성물 및 가교 조성물을 2액형 카트리지를 이용하여 1:1의 질량 비율로 혼합하여 충전하고, 6 mm 두께를 가지는 JIG에 6mm 두께로 도포한 후, 23oC 상대습도 50% 조건에서 경화물 표면의 경도를 ASTM D 2240 규격에 따라 측정하였다. 경도 측정 시에는 ASKER Durometer 기기를 사용하였다. 상기 경화는 0.5kg 정도의 하중을 가한 상태로 수행하였으며, 매 10분마다 하중 제거 후 15초 후에 안정화된 측정값으로 확인하여 Shore00/A경도를 평가하였다.
상기 조건에서 경화 시작 후 60분 후 및 120분 후 경도를 각각 측정하였다.
(2) 배터리 팩 안착 테스트
90mm*70mm*6mm(가로X세로X높이)의 JIG에 (1)에서와 같이 제조된 갭 필러 조성물을 도포하고, 1시간 후 JIG를 제거하였다.
형성된 갭필러 상에 0.22g/mm2의 무게로 제작된 배터리 팩을 안착시키고 갭 필러 조성물 최초 도포 이후 120분 이후 높이를 측정하였다.
평가결과는 하기 표 3에 나타낸다.
| 실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
|
| 60분후 경도 |
54 | 58 | 57 | 52 | 50 | 57 |
| 120분후경도 | 63 | 60 | 66 | 60 | 57 | 52 |
| 배터리안착 테스트 |
5.60 | 5.65 | 5.65 | 5.55 | 5.5 | 5.65 |
| 비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
비교예 5 |
|
| 60분후경도 | 31 | 74 | 68 | 68 | 38 |
| 120분후경도 | 38 | 81 | 75 | 75 | 61 |
| 배터리안착 테스트 |
5.30 | 5.85 | 5.75 | 5.75 | 5.35 |
표 3 및 표 4를 참조하면, 60분 후 및 120분 후 경도가 40 내지 70 범위인 실시예들에서 배터리 모듈 안착 이후 안정적인 갭 필러 높이가 확보되었다.
비교예 1에서는 촉매의 함량이 지나치게 감소하여 경도 특성이 열화되었고, 갭 필러의 높이도 감소하였다. 비교예 2에서는 촉매의 함량이 과다하여 경화 속도가 지나치게 증가하였다.
비교예 5에서는 촉매의 Pt/(Si+O) 중량비가 감소되어 경화특성이 지나치게 저하되었다.
100: 배터리 팩 110: 배터리 모듈
112: 배터리 셀 120: 갭 필러
130: 지지판
112: 배터리 셀 120: 갭 필러
130: 지지판
Claims (14)
- 비닐 말단기를 갖는 실록산계 수지인 제1 실록산계 수지 및 수소 말단기를 갖는 실록산계 수지인 제2 실록산계 수지를 포함하는 실록산계 수지, 충전재 및 촉매를 포함하며,
조성물 총 중량 중 상기 제2 실록산계 수지의 함량은 5 중량% 내지 20 중량%이고,
23oC 및 상대습도 50% 조건에서 도포 후, 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도 및 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도는 각각 40 내지 70인, 갭 필러 조성물.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 갭 필러 조성물은 주제 조성물 및 가교 조성물로 분리된 2액형 조성물로 제조되며,
상기 제1 실록산계 수지는 상기 주제 조성물에 포함되며, 상기 제2 실록산계 수지는 상기 가교 조성물에 포함되는, 갭 필러 조성물.
- 청구항 3에 있어서, 상기 촉매는 상기 주제 조성물에 포함되며, 상기 충전재는 상기 주제 조성물 및 상기 가교 조성물에 분할되어 포함되는, 갭 필러 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 촉매는 백금(Pt) 및 Si2O 기를 포함하는 유기-무기 하이브리드 화합물을 포함하는, 갭 필러 조성물.
- 청구항 5에 있어서, 상기 촉매 중 규소 및 산소의 중량 대비 백금의 중량비는 1.2 내지 2.0인, 갭 필러 조성물.
- 청구항 5에 있어서, 상기 촉매 중 규소 및 산소의 중량 대비 백금의 중량비는 1.2 내지 1.5인, 갭 필러 조성물.
- 청구항 5에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 촉매의 함량은 0.02중량% 내지 0.05중량%인, 갭 필러 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 충전재는 실란제로 표면 처리된 알루미나를 포함하는, 갭 필러 조성물,
- 청구항 9에 있어서, 상기 실란제는 규소 원자에 직접 결합된 3개의 알콕시기 및 하나의 알킬기를 포함하는, 갭 필러 조성물.
- 청구항 10에 있어서, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 8 내지 16인, 갭 필러 조성물.
- 청구항 9에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 충전재의 함량은 70중량% 내지 85중량%인, 갭 필러 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 하기의 식 1로 표시되는 경도 증가율은 20% 이하인, 갭 필러 조성물:
[식 1]
경도 증가율(%) = {(A-B)/B}*100
(식 1 중, A는 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 120분 방치 후 측정된 Shore 00 경도이고, B는 상기 갭 필러 조성물 도포 후 23oC 및 상대습도 50% 조건에서 60분 방치 후 측정된 Shore 00 경도임).
- 복수의 배터리 모듈들;
지지판; 및
상기 배터리 모듈들 및 상기 지지판 사이에 청구항 1의 갭 필러 조성물을 사용하여 형성된 갭 필러를 포함하는, 배터리 팩.
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