KR20220017896A - 팽창성 배터리 패드 - Google Patents

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웨이 왕
브렛 킬헤니
로버트 데이글
마크 세인트 진
크리스토퍼 처칠
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Abstract

한 양태에서, 리튬 이온 배터리용 팽창성 배터리 패드(intumescent battery pad)는 ASTM D3574-17에 따라 측정된 5 내지 1,035 킬로파스칼의, 25% 변형(deflection)일 때의 압축력 변형(compression force deflection)을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam); 및 산 공급원, 탄소 공급원, 및 발포제를 포함하는 팽창성 재료;를 포함하고, 상기 팽창성 배터리 패드는 1 밀리미터 두께일 때 UL-VO 등급을 가진다. 또 다른 양태에서, 배터리는 적어도 2개의 배터리 셀들을 포함할 수 있고; 팽창성 배터리 패드는 상기 2개의 배터리 셀들 사이에 위치된다.

Description

팽창성 배터리 패드
기술적으로 관련된 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 6월 10일 출원된 미국 가출원 번호 제62/859,230의 이익을 주장한다. 상기 관련 출원은 이의 전문이 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 출원은 팽창성 배터리 패드, 배터리 어셈블리에 관한 것이고, 특히 리튬 이온 배터리에 사용될 수 있는 팽창성 배터리 패드를 포함하는 배터리 어셈블리에 관한 것이다.
전기 자동차, 그리드 에너지 저장 시스템, 및 기타 다중-셀 배터리 응용분야, 예를 들면 전기 자전거, 무정전 전원 배터리 시스템(uninterrupted power battery system), 및 납산 교체 배터리(lead acid replacement batteries)의 성장으로 인해, 에너지 저장 장치, 예를 들면 리튬-이온 배터리의 요구가 증가하고 있다. 그리드 저장장치 및 전기 자동차와 같은, 큰 규모(large format)의 응용 분야에서, 다중 셀들은 일련으로 연결되어 있고 평행 어레이(array)가 흔히 사용된다. 이러한 셀들은 클 수 있다(예를 들면, 10 암페어 시(Ampere hours; Ah)를 가진다). 열 폭주로 들어가는 셀에서 방출되는 에너지는 셀 내부에 있고 열 폭주 동안 접근할 수 있는 전해질 및 활성 재료의 양에 비례하기 때문에, 큰 셀들의 계속되는 이슈는 안정성이다. 즉, 더 큰 셀들은 더 많은 양의 전해질 및 활성 재료를 함유하기 때문에, 열 폭주는 더 강력한 화재를 일으킬 수 있다. 또한, 큰 셀이 열 폭주 모드에 있는 경우, 셀에서 생성되는 열은 인접한 셀에서 열 폭주 전파 반응(thermal runaway propagation reaction)을 유도할 수 있고, 전체 팩을 점화시키는 연쇄 효과를 일으켜, 팩 및 주변 장치를 폭발시킬 수 있을 뿐만 아니라, 사용자에게 잠재적으로 불안전한 상황을 초래할 수 있다.
이러한 배터리들의 가연성(flammability)를 감소시키려는 시도들이 고려되었지만, 이들이 단점이 없는 것은 아니다. 예를 들면, 난연재 첨가제를 첨가하거나 본질적으로 불연성인 전해질을 사용하는 것에 의해 전해질을 변형하는 것이 고려되었지만, 이 시도들은 리튬 이온 배터리 셀의 전기화학적 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 연쇄적인 열 폭주를 방지하기 위한 다른 접근들은 열 이벤트(thermal event) 동안 열 전달의 양을 감소시키기 위해 셀과 셀 클러스터(clusters of cells) 사이에 증가된 단열재의 양을 포함시키는 것과 관련되었다. 이 접근법들은 달성될 수 있는 에너지 밀도의 상한을 제한할 수 있다.
고 에너지 밀도를 갖는 배터리의 요구가 증가됨에 따라, 화재 발생 및 전파 위험이 증가하고 있다. 따라서 현재의 화재 안정 표준을 충족하거나 초과할 수 있는 배터리가 당업계에 필요하다. 또한, 배터리가 바람직한 더 높은 에너지에서도 기능할 수 있다면 더욱 유리할 것이다.
본 명세서에서 리튬 이온 배터리용 팽창성 배터리 패드(intumescent battery pad)가 개시되는데, 상기 팽창성 배터리 패드는 ASTM D3574-17에 따라 측정된 5 내지 1,035 킬로파스칼의, 25% 변형(deflection)일 때의 압축력 변형(compression force deflection)을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam); 및 산 공급원, 탄소 공급원, 및 발포제를 포함하는 팽창성 재료;를 포함하고, 상기 팽창성 배터리 패드는 1 밀리미터 두께일 때 UL-VO 등급을 가진다.
또한, 본 명세서에서 팽창성 배터리 패드를 제조하는 방법이 개시되는데, 상기 방법은: 이형 라이너(release liner) 상에 반응성 혼합물을 포함하는 발포된 조성물(frothed composition)을 코팅하는 단계; 상기 폴리우레탄 폼을 형성하기 위해 상기 반응성 혼합물을 경화하는 단계;를 포함하고, 상기 발포된 조성물은 상기 팽창성 재료를 포함하고, 또는 상기 방법은 상기 팽창성 배터리 패드를 형성하기 위해 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 적층시키는 것을 더 포함한다.
추가로, 본 명세서에서 팽창성 재료를 폴리우레탄 폼 상에 적층시키는 것을 포함하는 팽창성 배터리 패드를 제조하는 방법이 개시된다.
또한, 본 명세서에서 배터리 어셈블리가 개시되는데, 상기 배터리 어셈블리는: 적어도 2개의 배터리 셀들 및 상기 적어도 2개의 배터리 셀들 사이 또는 상기 배터리 어셈블리에 인접한 표면에 따라 위치하는 팽창성 배터리 패드를 포함하고;
상기 팽창성 배터리 패드는 폴리우레탄 폼 및 상기 폴리우레탄 폼 상의 팽창성 재료 층(intumescent material layer)을 포함한다.
또한, 배터리 어셈블리 및 배터리를 포함하는 팽창성 배터리 패드가 개시된다.
앞서 기술된 특징들 및 기타 특징들은 하기 도면, 상세한 설명, 및 청구범위에 의해 예시된다.
하기 도면들은 예시적인 구현예이고, 본 개시를 예시하기 위해 제공된다. 실시예를 예시하는 도면들은 본 명세서에서 제시된 재료, 조건, 또는 공정 매개변수들로 본 개시에 따라 제조된 장치들을 제한하는 것을 의도하지 않는다.
도 1은 2개의 배터리 셀들 사이에 위치된 팽창성 배터리 패드를 포함하는 배터리 어셈블리의 한 양태를 도시하고;
도 2는 2개의 배터리 셀들 사이에 위치된 팽창성 배터리 셀들을 포함하는 배터리 어셈블리의 또 다른 양태를 도시하고;
도 3은 배터리 셀들의 어레이(array) 사이에 위치된 팽창성 배터리 패드를 포함하는 배터리 어셈블리의 한 양태를 도시하고;
도 4는 배터리 셀들의 어레이에서 배터리 셀들 사이에 위치된 팽창성 배터리 패드들을 포함하는 배터리 어셈블리의 한 양태를 도시하고;
도 5는 배터리 셀들의 어레이를 포함하는 배터리의 한 양태를 도시하고;
도 6은 팽창성 재료를 형성하는 한 양태를 도시하고;
도 7은 실시예 1의 팽창성 배터리 패드들의 사진이다.
열 폭주를 겪은 셀에 인접한 셀들은 그 이벤트로부터 충분한 에너지를 흡수하여 이들 또한 열 폭주에 진입하도록 할 수 있기 때문에 복수의 셀들을 포함하는 배터리에서 열 폭주 이슈는 매우 어려운 문제이다. 열 폭주 이벤트를 개시하는 이 전파는 연쇄 반응을 일으킬 수 있고, 셀들이 인접한 셀들을 점화할 때 저장 장치들은 일련의 연쇄적인 열 폭주에 진입한다.
이러한 연쇄적인 열 폭주 이벤트가 발생하는 것을 방지하기 위해, 적어도 2개의 배터리 셀들 및 팽창성 배터리 패드가 포함된 배터리 어셈블리가 개발되었다. 팽창성 배터리 패드는 폴리우레탄 폼 및 팽창성 재료를 포함한다. 팽창성 재료는 산 공급원, 탄소 공급원, 및 발포제를 포함한다. 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼에서 분산되거나 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 존재할 수 있다. 탄화 이벤트(char event) 동안 팽창성 재료의 본질적인 팽창이 배터리 백(battery back)에 사용하기에 너무 중요하다고 생각되었기 때문에, 팽창성 배터리 패드가 배터리 팩(battery pack)에 성공적으로 사용될 수 있다는 사실은 놀라웠다. 또한, 코팅을 첨가하는 것은 폴리우레탄 폼의 압축력 변형(compression force deflection) 또는 압축 영구 변형(compression set)과 같은 역효과를 가질 것으로 예측했기 때문에, 팽창성 재료가 팽창성 배터리 패드 상에 성공적으로 코팅되는 동시에, 폴리우레탄의 바람직한 폼 특성을 유지할 수 있는 것은 놀라웠다.
앞서 언급한 것과 같이, 배터리 어셈블리는 적어도 2개의 배터리 셀들 및 팽창성 배터리 패드를 포함하는데, 상기 팽창성 배터리 패드는 적어도 2개의 배터리 셀들에 위치되거나 배터리 어셈블리에 인접한 표면에 따라 위치될 수 있다. 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 셀들일 수 있다. 비록, 열 차폐(thermal shielding)의 유효성이 제1 고려 사항일 수 있지만, 셀들의 바람직한 크기 또는 형태, 케이스(case)의 크기 또는 구성 또는 셀들을 케이싱(casing)하는 기타 구조, 제조 비용, 다양한 형태의 제조 용이성 등과 같은 고려 사항들에 따라 셀들 및 팽창성 배터리 패드의 특정 형태들은 매우 다양할 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀들은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴, 또는 기타 형태의 둘레를 가질 수 있고, 팽창성 배터리 패드는 대응하는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴, 등 기타 형태의 둘레를 가질 수 있다. 또한, 배터리 셀들 중 적어도 하나의 둘레의 형태는 패드의 둘레와 상이한 둘레일 수 있다. 예를 들면, 원형 둘레를 갖는 셀들은 직사각형 둘레를 갖는 팽창성 배터리 패드에 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 배터리 어셈블리의 예시적인 구현예들을 도시한다. 도 1은 배터리 어셈블리(10)를 보여주는데, 여기서 팽창성 배터리 패드(4)는 제1 배터리 셀(2) 및 제2 배터리 셀(6) 사이에 위치된다. 도 1에서 삽입도(inset)는 팽창성 배터리 패드(4)가 팽창성 층들(intumescent layers, 104)와 직접적으로 물리적인 접촉을 하는 폴리우레탄 층(204)를 포함할 수 있는 것을 도시한다. 도 1은, 팽창성 배터리 패드(4)가 배터리 셀들과 거의 동일한 크기, 특히, 배터리 셀들의 폭 및 높이의 범위와 관련해 동일한 크기일 수 있음을 추가로 도시한다. 예를 들면, 도 1에서 보여지는 것과 같이, x-방향에서의 폭 및 y-방향에서의 높이는 동일할 수 있다. 다른 양태들에서, 팽창성 배터리 패드(4)의 폭 및 높이는 배터리 셀들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 모두의 폭 및 높이의 플러스 또는 마이너스(±) 0.2%, 또는 ± 0.5%, 또는 ± 1%, 또는 ± 2%, 또는 ± 3%, 또는 ±5%, 또는 ±10% 내일 수 있다. 상이한 크기의 배터리 셀들이 사용되는 경우, 팽창성 배터리 패드의 폭 및 높이는 배터리 셀들 중 하나와 동일하거나, 배터리 셀들 중 하나의 폭 및 높이의 ± 0.2%, ± 0.5%, 또는 ± 1%, 또는 ± 2%, 또는 ± 3%, 또는 ±5% 또는 ±10% 내일 수 있다. 한 양태에서, 특히 원형 또는 기타 정사각형이 아닌 형태를 갖는 어셈블리들에 대해, 둘레(길이로 측정됨)는 배터리 셀들의 적어도 하나, 바람직하게는 둘 모두의 둘레의 ± 0.2%, ± 0.5%, 또는 ± 1%, 또는 ± 2%, 또는 ± 3%, 또는 ±5% 또는 ±10%내일 수 있다.
팽창성 배터리의 크기 변화는 이 양들에 제한되지 않는다. 하지만, x-방향에서의 폭 및 y-방향에서의 높이 중 적어도 하나에 있어 변화가 생길 수 있다. 도 2는, 배터리 패드(4)가 적어도 하나의 방향에 있어 각각의 배터리 셀들보다 더 작아질 수 있는 배터리 어셈블리(20)을 도시한다. 도 2에서 보여지는 것과 같이, 팽창성 배터리 패드(4)의 x-방향에서의 폭은 배터리 셀들(2, 6)의 폭과 동일하지만, 팽창성 배터리 패드(4)의 y-방향에서의 높이는 배터리 셀들(2, 6)의 높이보다 유의하게 작다. 다른 양태에서, 폭 및 높이 모두 배터리 셀들(2, 6)과 상이할 수 있다.
팽창성 배터리 패드가 하나 이상의 배터리 셀의 둘레의 일부만을 따라 변하는 것 또한 가능하다. 이 양태에서, 배터리 패드의 둘레는 적어도 하나의 배터리 셀의 모든 모서리와 평평하지 않을 수 있다(동일한 끝을 갖지 않을 수 있다((coterminal with). 예를 들면, 도 3에서 보여지는 것과 같이, 배터리 어셈블리(40)는 동일한 크기의 둘레를 갖는 배터리 셀들(2, 6)을 포함한다. 팽창성 배터리(4)는 배터리 셀들(2, 6) 사이에 배치된다. 셀(2, 6)의 모서리들(2b, 6b)에서, 배터리 배터리 패드(4)는 모서리들(2b, 6b)과 평평하다(동일한 끝을 가진다). 하지만 팽창성 배터리 패드(4)의 일부(8)는 절단되어 패드에 노치를 남긴다. 노치는 배터리의 또 다른 구성성분을 용이하게 삽입하기 위해 사용될 수 있는데, 예를 들면, 셀(2, 6)의 모서리들(2a, 6a)에서, 배터리 패드(4)의 모서리(10)는 모서리(2a, 6a)를 넘어 연장되어, 탭(tab) 또는 플랩(flap)을 형성한다. 이 추가 재료(extra material)는, 예를 들면, 배터리 셀의 추가 커버리지(additional coverage)용으로 또는 배터리에서 배터리 셀과 또 다른 구조 사이의 공간을 채우는 용으로 사용될 수 있다. 앞서-기술된 특징들 중 하나 또는 이들의 조합이 배터리 어셈블리에 존재할 수 있다.
도 4는 스택에 배열된 배터리 셀들의 어레이를 포함하는 배터리 어셈블리(40)를 도시한다. 배터리 어셈블리(40)는, 각각의 배터리 셀들 사이에 위치된 다수의 팽창성 배터리 패드들(4)과 함께, 다수의 배터리 셀들(2, 6)을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리는 2 내지 100, 또는 10 내지 50 배터리 셀들의 스택을 포함할 수 있는데, 이때 팽창성 배터리 패드(4)는 배터리 셀들 중 적어도 2개 사이에 위치된다. 바람직하게는 팽창성 배터리 패드(4)는 스택에서 각각의 배터리 셀들 사이에 위치된다.
도 5는 배터리 어셈블리(40)을 포함하는 배터리를 도시한다. 배터리는 상부 케이싱(100) 및 하부 케이싱(150)을 포함할 수 있다. 상부 케이싱(100) 및 하부 케이싱(150)은 배터리 어셈블리를 둘러싸는 하우징(housing)을 형성할 수 있다. 상부 케이싱(100) 및 하부 케이싱(150)은 개스킷(110)의 존재로 인해 향상될 수 있는 타이트한 밀봉(tight seal)을 형성할 수 있다. 하우징은 도면에 국한되지 않고 다양한 다른 구성이 고려되는 것을 유의한다. 폼 층(120)은 배터리 어셈블리(40)의 하나 이상의 측면에 위치될 수 있다. 폼 층(120)은 본 명세서에서 개시된 팽창성 배터리 패드일 수 있다. 폼 층(120)은 배터리 어셈블리(40)에 인접한 표면에 따라 위치될 수 있다. 폼 층(120)의 주축은 배터리 셀들(2 및 6)의 주축과 수직일 수 있다. 예를 들면, 폼 층(120)의 평판면(planar surface)은 x-z 평면일 수 있고 배터리 셀들(2, 6)은 x-y 평면일 수 있다. 배터리는 열 관리 어셈블리(thermal management assembly)를 포함할 수 있는데, 예를 들면, 열 인터페이스 층((thermal interface layer, 130) 및 냉각 플레이트(cooling plate, 140)를 포함하는 열 관리 어셈블리를 포함할 수 있다.
팽창성 재료는 산 공급원, 발포제, 및 탄소 공급원을 포함한다. 이들 성분 각각은 별개의 층 또는 혼합물(admixture), 바람직하게는 긴밀한 혼합물(intimate admixture)로 존재할 수 있다. 예를 들면, 팽창성 재료는 폴리포스페이트 산 공급원, 발포제, 및 펜타에리트리톨 탄소 공급원을 포함할 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 팽창성 재료가, 차르(char)를 형성하고 이어서 차르를 팽창시키는 것(swelling)을 포함하는 2개의 에너지 흡수 메커니즘을 사용하여 화염의 확산을 감소시킬 수 있다고 믿어진다. 예를 들면, 온도가, 예를 들어 200 내지 280℃의 값에 도달하면, 산성 종(acidic species)(예를 들면, 폴리포스페이트 산)은 탄소 공급원(예를 들면, 펜타에리트리톨)과 반응하여 차르를 형성할 수 있다. 온도가, 예를 들면 280 내지 350℃까지 증가하면, 이후 발포제가 분해시켜 차르를 팽창시키게 하는 기체 생성물을 생성할 수 있다.
산 공급원은 유기 또는 무기 인 화합물 또는 유기 또는 무기 설페이트(예를 들면, 암모늄 설페이트) 또는 기타 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유기 또는 무기 인 화합물은 유기포스페이트 또는 유기포스포네이트(예를 들면, 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리스(2,3-디클로로프로필)포스페이트, 트리스(l-클로로-3-브로모이소프로필) 포스페이트, 비스(1-클로로-3-브로모이소프로필)-1-클로로-3-브로모이소프로필 포스포네이트, 폴리아미노트리아진 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 또는 구아닐우레아 포스페이트); 유기포스파이트 에스터(예를 들면, 트리메틸 포스파이트 또는 트리페닐 포스파이트); 포스파젠 (예를 들면 헥사페녹시사이클로트리포스파젠), 인-함유 무기 화합물 (예를 들면, 인산, 아인산, 포스파이트, 우레아 포스페이트, 또는 암모늄 포스페이트 (예를 들면, 암모늄 1수소 포스페이트(ammonium monohydrogen phosphate), 암모늄 2수소 포스페이트(ammonium dihydrogen phosphate), 또는 암모늄 폴리포스페이트) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발포제는 120℃ 이상, 예를 들면 120 내지 200℃, 또는 130 내지 200℃의 온도에서 분해시키는 제제(예를 들면, 암모니아 또는 이산화탄소와 같은 더 작은 화합물로 분해시킴)를 포함할 수 있다. 발포제는 디시안디아미드 아조디카본아미드, 멜라민, 구아니딘, 글리신, 우레아(예를 들면, 우레아-포름알데히드 수지 또는 메틸올레이트화된 구아닐우레아 포스페이트), 또는 할로겐화된 유기 재료(예를 들면, 클로린화된 파라핀) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
팽창성 재료는 탄소 공급원을 포함할 수 있는데, 여기서 폴리우레탄 폼 그 자체는 탄소 공급원으로 기능할 수 있는 것을 유의한다. 탄소 공급원은 덱스트린, 페톨-포름알데히드 수지, 펜타에리트리톨 (예를 들면, 이의 이량체 또는 삼량체), 점토(clay), 또는 폴리머(예를 들면, 폴리아미드 6, 아미노-폴리(이미다졸린-아미드), 또는 폴리우레탄) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 아미노-폴리(이미다졸린-아미드)는 반복하는 아미드 결합 및 이미다졸린 기들을 포함할 수 있다.
팽창성 재료는 임의적으로, 팽창성 재료의 난연성을 더 개선하기 위해 상승화제 화합물(synergistic compound)을 포함할 수 있다. 상승화제 화합물은 임의적으로 붕소 화합물(예를 들면, 아연 보레이트, 붕소 포스페이트, 또는 붕소 옥사이드), 규소 화합물, 알루미노실리케이트, 금속 옥사이드(예를 들면, 마그네슘 옥사이드, 산화 제2철(ferric oxide), 또는 알루미늄 옥사이드 수화물(베마이트(boehmite)), 또는 금속 염(예를 들면, 유기설폰산의 알칼리 금속 염 또는 알칼리 토금속 염 또는 알칼리 토금속 카보네이트) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직한 상승화제의 조합은 전술한 화합물 중 적어도 하나를 갖는 인-함유 화합물을 포함한다.
팽창성 재료는 임의적으로, 바인더(binder)를 더 포함할 수 있다. 바인더는 에폭시, 폴리설파이드, 폴리실록산, 폴리실라릴렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바인더는 팽창성 재료의 총 중량을 기준으로, 50 wt% 이하, 또는 5 내지 50 wt%, 또는 35 내지 45 wt%로 팽창성 재료에 존재할 수 있다. 바인더는 팽창성 재료의 총 중량을 기준으로 5 내지 95 wt%, 또는 40 내지 60 wt%의 양으로 팽창성 재료에 존재할 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 폴리우레탄 폼을 포함한다. 일반적으로, 폴리우레탄 폼은 유기 이소시아네이트 성분을 포함하는 반응성 조성물로부터 형성되는데, 상기 반응성 조성물은 수소-함유 성분(들), 계면활성제, 및 촉매와 반응성이 있다. 폴리우레탄 폼의 제조에 사용되는 유기 이소시아네이트 성분들은 다음의 일반식을 갖는 폴리이소시아네이트를 포함한다: Q(NCO)i, 이때 i는 2 이상의 평균값을 갖는 정수이고, Q는 i의 원자가를 갖는 유기 라디칼이다. Q는 치환되거나 치환되지 않은 기일 수 있다(예를 들면, 적절한 원자가의 알칸 또는 방향족 기). Q는 화학식 Q1-Z-Q1을 갖는 기일 수 있으며, 이때 Q1은 알킬렌 또는 아릴렌기이고 Z는 ―O―, ―O-Q1-S―, ―CO―, ―S―, ―S-Q1-S―, ―SO―, 또는 ―SO2―이다. Q는 i의 원자가를 갖는 폴리우레탄 라디칼을 나타낼 수 있다.
적절한 이소시아네이트의 예시들을 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,8-디이소시아네이토-p-메탄, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌 디이소사이네이트, 및 조 톨릴렌 디이소시아네이트(crude tolylene diisocyanate)를 포함하는 자일릴 디이소시아네이트, 비스(4-이소시아네이토페닐)메탄, 클로로페닐렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트, 또는 MDI로도 알려짐) 및 이의 부가물(adducts), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 트리페닐메탄-4,4',4''-트리이소시아네이트, 이소프로필벤젠-알파-4-디이소시아네이트, 또는 폴리메틸렌 폴리페닐이소시아네이트와 같은 폴리머 이소시아네이트를 포함한다.
활성 수소-함유 성분은 폴리올(예를 들면, 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스터 폴리올 중 적어도 하나)를 포함할 수 있다. 적절한 폴리에스터 폴리올들은, 폴리올과 디카복실산 또는 이의 에스터 형성 유도체(예를 들면 무수화물, 에스터 및 할라이드)와의 축합 중합 생성물, 폴리올의 존재 하에서 락톤의 고리-열림 중합에 의해 수득될 수 있는 폴리락톤 폴리올, 카보네이트 디에스터와 폴리올, 또는 피마자유 폴리올과의 반응에 의해 수득될 수 있는 폴리카보네이트 폴리올을 포함한다. 축합 중합 폴리에스터 폴리올을 생성하는 적절한 디카복실산 및 디카복실산의 유도체는, 글루타르산, 아디프산, 세바스산, 푸마르산 또는 말레산과 같은 지방족 또는 지환식(cycloaliphatic) 디카복실산; 다이머산(dimeric acids); 프탈산, 이소프탈산 또는 테레프탈산과 같은 방향족 디카복실산; 피로멜리트산과 같은 삼염기성 또는 그 이상의 다가염기성의 작용성 폴리카복실산(tribasic or higher functional polycarboxylic acids); 및 말레산 무수화물, 프탈산 무수화물 또는 디메틸 테레프탈레이트와 같은, 무수화물 또는 2차 알킬 에스터이다.
폴리올은 넓은 범위에 걸쳐 다양한 하이드록실가(hydroxyl number)를 가질 수 있다. 일반적으로, 다른 가교 결합 첨가제를 포함하는 폴리올의 하이드록실가는, 사용되는 경우, 28 내지 1,000, 또는 100 내지 800일 수 있다. 하이드록실가는 1g의 폴리올 또는 다른 가교 첨가제를 갖거나 갖지 않는 폴리올의 혼합물로부터 제조된 완전히 아세틸화된 유도체의 가수분해 생성물을 완전한 중화시키는데 필요한 수산화칼륨의 밀리그램 수로 정의된다.
폼을 제조하기 위한 방법은 일반적으로 공지되어 있다. 폼은 기계적으로 거품을 내거나, 물리적 또는 화학적으로 발포하거나(blown), 또는 둘 모두에 의해 생성될 수 있다. 폴리우레탄 폼은 기계적으로 거품이 생성된 조성물을 주조하여 만들어질 수 있다. 특히, 폴리우레탄의 반응성 전구체는 혼합되고 기계적으로 거품을 낸 다음, 주조하여 층을 형성하고, 경화될 수 있다.
물리적 발포제는 단독으로 또는 다른 물리적 발포제와의 혼합물 또는 하나 이상의 화학적 발포제와의 혼합물로서 사용될 수 있다. 물리적 발포제는 넓은 범위의 재료들로부터 선택될 수 있는데, 상기 넓은 범위의 재료들은 탄화수소, 에테르, 에스터 및 부분적으로 할로겐화된 탄화수소, 에테르, 및 에스터 등을 포함한다. 통상적인 물리적 발포제는 -50 내지 100℃, 또는 -50 내지 50℃의 끓는점을 가진다. 예시적인 물리적 발포제는 CFC (클로로플루오로카본) (예를 들면, 1,1-디클로로-1-플루오로에탄, 1,1-디클로로-2,2,2-트리플루오로-에탄, 모노클로로디플루오로메탄, 또는 1-클로로-1,1-디플루오로에탄); FC (플루오로카본) (예를 들면, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판, 2,2,4,4-테트라플루오로부탄, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메틸프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로판, 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판, 1,1,2,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,2,2,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,3,3,4-헥사플루오로부탄, 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부탄, 1,1,1,4,4-펜타플루오로부탄, 1,1,2,2,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1-디플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 펜타플루오로에탄); FE (플루오로에테르) (예를 들면, 메틸-1,1,1-트리플루오로에틸에테르 또는 디플루오로메틸-1,1,1-트리플루오로에틸에테르); 또는 탄화수소 (예를 들면, n-펜탄, 이소펜탄, 또는 사이클로펜탄)를 포함한다. 물리적 발포제는 이산화탄소, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, 펜탄, 헥산, 부타디엔, 아세톤, 메틸렌 클로라이드, 클로로플루오로카본, 하이드로클로로플루오로카본, 또는 하이드로플루오로카본 중 어느 하나 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 화학적 발포제와 같이, 물리적 발포제는 생성되는 폼에 바람직한 부피밀도를 제공하기에 충분한 양으로 사용될 수 있다. 통상적으로, 물리적 발포제는 반응성 조성물의 총 중량을 기준으로 5 내지 50 wt%, 또는 10 내지 30 wt%의 양으로 사용된다.
화학적 발포제가 사용되는 경우, 화학적 발포제는 물, 아조 화합물 (예를 들면, 아조이소부티로니트릴, 아조디카본아미드 (즉 아조-비스-포름아미드), 또는 바륨 아조디카복실레이트); 치환된 하이드라진 (예를 들면, 디페닐설폰-3,3′-디설포하이드라자이드, 4,4′-하이드록시-비스-(벤젠설포하이드라자이드), 트리하이드라지노트리아진, 또는 아릴-비스-(설포하이드라자이드)); 세미카바자이드 (예를 들면, p-톨릴렌 설포닐 세미카바자이드, 또는 4,4′-하이드록시-비스-(벤젠설포닐 세미카바자이드)); 트리아졸 (예를 들면, 5-모르폴릴-1,2,3,4-티아트리아졸); N-니트로소 화합물 (예를 들면, N,N′-디니트로소펜타메틸렌 테트라민 또는 N,N-디메틸-N,N′-디니트로소프탈이미드); 벤족사진 (예를 들면, 아이사토산 무수화물); 또는 혼합물 (예를 들면, 나트륨 카보네이트 /시트르산 혼합물) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 화학적 발포제는 물을 포함할 수 있다. 발포제는 암모늄 염, 포스페이트, 폴리포스페이트, 보레이트, 폴리포레이트, 설페이트, 우레아, 우레아-포름알데히드 수지, 이시안디아미드, 또는 멜라민 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전술한 화학적 발포제의 양은 제제 및 바람직한 폼 농도에 따라 달라질 것이고, 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 이 화학적 발포제는 반응성 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 wt%의 양으로 사용된다. 분해 공정 동안 형성되는 분해 생성물는 생리학적으로 안전할 수 있고, 열 안정성 또는 발포된 폴리우레탄 시트들(sheets)의 기계적 특성에 유의하게 큰 역효과를 미치지 않을 것이다.
활성 수소-함유 성분과 이소시아네이트 성분의 반응을 촉매하기 위해 다수의 촉매가 사용될 수 있다. 이러한 촉매들은 비스무트, 납, 주석, 철, 안티모니, 우라늄, 카드뮴, 코발트, 토륨, 알루미늄, 수은, 아연, 니켈, 세륨, 몰리브덴, 바나듐, 구리, 망간, 또는 지르코늄의 유기 및 무기산 염, 또는 유기금속 유도체, 및 포스핀 또는 3차 유기아민을 포함한다. 이러한 촉매들의 예시들은 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 디아세테이트, 제1주석 옥토에이트(stannous octoate), 납 옥토에이트, 코발트 나프테네이트, 트리에틸아민, 트리에틸렌디아민, N,N,N′,N′-테트라메틸에틸렌디아민, 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘, N,N,N′N′-테트라메틸-1,3-부탄디아민, N,N-디메틸에타놀아민, N,N-디에틸에타놀아민, 1,3,5-트리스 (N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사하이드로트리아진, o- 및 p-(디메틸아미노메틸) 페놀, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸) 페놀, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,4-디아조바이사이클로 [2.2.2] 옥탄, N-하이드록실-알킬 4차 암모늄 카복실레이트 및 테트라메틸암모늄 포메이트, 테트라메틸암모늄 아세테이트, 또는 테트라메틸암모늄 2-에틸헥사노에이트이다.
촉매는, 알루미늄, 바륨, 카드뮴, 칼슘, 세륨 (III), 크로뮴 (III), 코발트(II), 코발트(III), 구리(II), 인듐, 철(II), 란타넘, 주석(II), 망간(II), 망간(III), 네오디뮴, 니켈(II), 팔라듐(II), 칼륨, 사마륨, 나트륨, 터븀, 티타늄, 바나듐, 이트륨, 아연, 또는 지로코늄과 같은 금속을 기반으로 하는, 금속 아세틸 아세토네이트를 포함할 수 있다. 촉매는 비스(2,4-펜탄디오네이트) 니켈(II)(니켈 아세틸아세토네이트 또는 디아세틸아세토네이트 니켈로도 알려짐) 또는 이의 유도체들을 포함할 수 있는데, 이의 유도체는 예를 들면 디아세토니트릴디아세틸아세토네이토 니켈, 디페닐니트릴디아세틸아세토네이토 니켈, 또는 비스(트리페닐포스핀)디아세틸 아세틸아세토네이토 니켈이 있다. 촉매는 제2철 아세틸아세토네이트(FeAA)를 포함할 수 있다.
반응성 조성물에 존재하는 촉매의 양은 활성 수소-함유 성분의 총 중량을 기준으로, 0.03 내지 3 wt%일 수 있다. 반응성 조성물은, 열 잠재성(heat latency)을 제공하여, 요구되는 혼합, 주조 및 다른 절차를 위한 시간을 허용하고, 저온 처리 동안 유해한 조기 경화(premature curing)를 방지하는데 도움을 줄 수 있는, 아세틸 아세톤 (2,4-펜탄디온)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 촉매 대 아세틸 아세톤의 중량비는 3:1 내지 1:1일 수 있다.
반응성 조성물은 반응성 조성물이 경화되기 이전에 반응성 조성물을 안정화할 수 있는 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제는 유기실리콘 계면활성제를 포함할 수 있다. 유기실리콘은 SiO2 (실리케이트) 단위 및 (CH3)3SiO0.5 (트리메틸실록시) 단위를 포함하거나 이들로 필수적으로 이루어지는 공중합체를 포함할 수 있는데, 이때 실리케이트 단위 대 트리메틸실록시 단위의 몰 비율은 0.8:1 내지 2.2:1, 또는 1:1 내지 2.0:1이다. 유기실리콘은 부분적으로 가교-결합된 실록산-폴리옥시알킬렌 블록 공중합체를 포함할 수 있는데, 이때 실록산 블록과 폴리옥시알킬렌 블록은 규소-탄소의 결합에 의해 결합되거나, 규소-산소-탄소의 결합에 의해 결합된다. 계면활성제는 활성 수소 성분의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 10wt%, 또는 1 내지 6wt%의 양으로 존재할 수 있다.
기타 임의적인 첨가제들이 반응성 조성물에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 상기 임의적인 첨가제는 충전제(예를 들면, 알루미나 트리하이드레이트, 실리카, 탈크, 칼슘 카보네이트, 또는 점토), 염료(dyes), 색소(pigments)(예를 들면, 티타늄 디옥사이드 또는 산화철(iron oxide)), 항산화제, 오존방지제, UV 안정제, 전도성 충전제, 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리우레탄 폼은 기계적으로 반응성 조성물(예를 들면, 이소시아네이트 성분, 활성 수소-함유 성분, 거품-안정화 계면활성제(froth-stabilizing surfactant), 촉매, 및 기타 임의적인 첨가제를 포함하는 반응성 조성물)을 거품-형성 기체와 혼합시켜 생성될 수 있다. 도 6에서 보여지는 것과 같이, 발포된 조성물(10)은, 도관(14)를 통해, 연속적으로 유닛(12)에서 이형 라이너(16) 상으로 공급될 수 있다. 이형 라이너는 공급 롤(supply roll, 18)에서 작동(played out)될 수 있고 롤(20 및 22)에 의해 오른쪽으로 당겨져 시스템의 다양한 스테이션(station)을 통과할 수 있다. 이형 라이너(16)이 이 위에 적층된 발포된 조성물(10)과 함께 오른쪽으로 이동됨에 따라, 발포된 조성물(10)은 닥터링 블레이드(doctoring blade, 26) 또는 기타 적합한 도포 장치(spreading device)에 의해 바람직한 두께의 층으로 도포된다. 닥터링 블레이드(26)는 발포된 조성물(10)을 바람직한 두께로 도포하는데, 예를 들면, 게이지층(gauged layer)을 형성하기 위한 0.1 내지 15 밀리미터의 두께로 도포한다.
이어서, 발포된 조성물의 게이지층은 하나 이상의 가열 존(heating zones)에 전달될 수 있는데, 예를 들면, 제1 가열 존은 적외선 히터(46)를 포함하거나 제2 가열 존은 가열 플래튼들(heating platens, 28 및 30)을 포함한다. 플래튼들(28 및 30)은 평행하거나, 이들 길이를 따라 이들 사이에 동일한 간격을 가지거나, 입구(32)에서 출구(34)로 분기될 수 있다. 가열 플래튼(30)과 바로 맞은편에 있는 폼의 상부층은 이형 라이너의 또 다른 층으로 덮이지 않은 경우, 플래튼(28) 및 플래튼(30) 사이의 간격은 폼 재료 및 이형 지지체(release support ,16)의 층의 닥터링된 두께(doctored thickness)보다 클 수 있고, 그 결과 폼의 노출되지 않은 상부층이 가열 플래튼(30)과 접촉하지 않는다. 가열 존들 각각의 온도는 각각 독립적으로 90 내지 250℃일 수 있다. 가열 존 이후, 형성된 폴리우레탄 층은, 팬(38)과 같은 임의의 적절한 냉각 장치에 의해 냉각될 수 있는 냉각 존(cooling zone)을 통과할 수 있다. 이어서, 형성된 폴리우레탄 층은, 임의적으로, 이형 라이너(16)의 제거 이후, 롤(40)에 감길 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 폴리우레탄 폼 및 팽창성 재료를 포함한다. 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼에 분산되거나 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 존재할 수 있다. 팽창성 재료가 폴리우레탄 폼에 존재할 때, 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼이 형성되기 이전에 폴리우레탄 전구체 조성물을 포함하는 반응성 조성물에 존재하거나, 팽창성 재료는 폼에 후-처리(post-processing)로 첨가될 수 있는데, 예를 들면, 폴리우레탄 폼을 팽창성 재료를 포함하는 액체 조성물로 포화시킴으로써 폼에 후-처리로 첨가될 수 있다. 이 양태에서, 팽창성 재료는 폴리우레탄 재료 그 자체를 관통할 수 있다.
대안적으로, 또는 이에 더하여, 팽창성 재료를 포함하는 액체 조성물은 폴리우레탄 재료의 세공들을 관통하고 세공들의 표면(편의를 위해 본 명세서에서 “내부 표면(interial surface)”으로 지칭함)의 적어도 일부분을 코팅하거나 충전할 수 있다. 이 양태에서, 코팅 또는 충전은 폼의 바람직한 특성, 예를 들면, 폼의 압축력 변형 또는 압축 영구 변형에 실질적으로 역효과를 미치지 않기 위해 실행된다.
팽창성 재료가 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 존재하는 또 다른 양태에서, 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 외부 표면 상에 존재한다. 이 양태에서, 팽창성 재료는 폼의 적어도 하나의 외부 표면상에 존재하는 코팅층으로 첨가될 수 있고, 내부 표면을 코팅하기 위해 폼의 세공을 관통하거나 관통하지 않을 수 있다. 코팅은, 예를 들면, 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 플로우 코팅(flow coating), 롤 코팅(roll coating) 등에 의해 실행될 수 있다. 폼의 적어도 하나의 외부 표면상의 코팅층은 5 마이크로미터 내지 3 밀리미터, 또는 25 내지 250 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 앞서 언급한 것과 같이, 놀랍게도, 코팅층이 폼의 바람직한 특성들, 예를 들면 폼의 압축력 변형 또는 압축 영구 변형에 실질적으로 역효과를 미치지 않는 것을 발견했다.
팽창성 재료는, 폴리우레탄 폼이 형성되기 이전에 폴리우레탄 전구체를 포함하는 반응성 조성물, 예를 들면 발포된 혼합물(10)에 존재할 수 있다. 반대로, 팽창성 재료는 형성된 폴레우레탄 폼 상에 층으로서 첨가될 수 있다. 예를 들면, 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼 상에 팽창성 조성물(54)를 연속적으로 공급함으로써 가열 존 이후에 첨가될 수 있다. 팽창성 조성물(54)은 닥터링 블레이드(56) 또는 기타 적합한 도포 장치에 의해 바람직한 두께의 층에 도포될 수 있다. 반대로, (도시되지 않음) 상기 방법은, 롤(40)에 감기기 전에 팽창성 조성물(54)을 포함하는 배쓰(bath)를 통해 이형 라이너(들)이 제거된 이후 폴리우레탄 폼을 통과하는 것을 포함할 수 있다.
팽창성 재료는, 폴리우레탄 폼이 배터리 패드의 바람직한 형태로 형성된 이후 폴리우레탄에 첨가될 수 있다. 이 방법에서, 팽창성 재료는, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 페인팅(painting), 플로우 코팅 등 중 적어도 하나에 의해 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 적층시킬 수 있다. 팽창성 조성물이 딥 코팅과 같은 담금 방법(immersion method)에 의해 적층되는 경우, 증가된 양의 팽창성 조성물이 표면 상에뿐만 아니라, 폼 내에도 존재할 수 있는 것을 유의한다.
팽창성 배터리 패드는 0.1 내지 26 mm, 또는 0.1 내지 15 mm 또는 0.3 내지 10 mm, 또는 1 내지 5 mm, 또는 5 내지 6 mm의 두께를 가질 수 있다. 폴리우레탄 폼은 0.1 내지 26 mm, 또는 0.1 내지 15 mm 또는 0.3 내지 10 mm, 또는 1 내지 5 mm, 또는 5 내지 6 mm의 두께를 가질 수 있다. 이 두께는 도 1에서 도시된 z-방향에서의 두께일 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 미터 세제곱당 100 내지 1,040 킬로그램(kg/m3), 또는 100 내지 500, 또는 300 내지 400 kg/m3의 밀도를 가질 수 있다. 밀도는 ASTM D3574-95, 테스트 A에 따라 측정될 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 5 내지 1,035 킬로파스칼(kPa), 또는 5 내지 500 kPa, 또는 100 내지 250 kPa, 또는 25 내지 80 kPa의 25% 변형일 때의 압축력 변형을 가질 수 있다. 25% 변형일 때의 압축력 변형은 폴리우레탄 폼을 25%로 물리적으로 압축하기 위해 필요한 로드를 지칭하는 것을 주목한다. 팽창성 배터리 패드는 50 내지 1,050 kPa, 또는 100 내지 500 kPa, 또는 200 내지 300 kPa의 75% 변형일 때의 압축력 변형을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 압축력 변형은 ASTM D3574-17에 따라 측정될 수 있다. 이 팽창성 배터리 패드는 65% 변형일 때의 압축력 변형을 25% 변형일 때의 압축력 변형으로 나누는 것으로 정의된, 3 이하의 SAG 인자를 가질 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 23℃ 또는 70℃에서 ASTM D3574-95, 테스트 D에 따라 측정된 0 내지 15%, 또는 0 내지 5%의, 50% 변형일 때의 압축 영구 변형을 가질 수 있다.
특히 리튬 이온 배터리에 사용하기 위한 팽창성 배터리 패드는, ASTM D3574-17에 따라 측정된 5 내지 1,035 kPa의, 25% 변형일 때의 압축력 변형을 갖는 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있고; 팽창성 재료는 산 공급원, 탄소 공급원, 및 발포제를 포함하고; 이때 팽창성 배터리 패드는 1 mm일 때 UL-V0 등급을 가진다. 배터리 패드는 1 내지 5 mm의 두께를 가질 수 있다. 압축력 변형은 25% 변형일 때 5 내지 500 kPa, 또는 5 내지 80 kPa일 수 있다. 폴리우레탄은 ASTM D3574-17에 따라 측정된 100 내지 500 kPa, 또는 200 내지 300 kPa의, 75% 변형일 때의 압축력 변형을 가질 수 있다. 폴리우레탄은 23℃ 내지 70℃에서 ASTM D3574-95, 테스트 D에 따라 측정된 0 내지 15% 또는 0 내지 5%의, 50% 변형일 때의 압축 영구 변형을 가질 수 있다. 폴리우레탄은 65% 변형일 때의 압축력 변형을 25% 변형일 때의 압축력 변형으로 나눈 것으로 정의된, 3 이하의 SAG 인자를 가질 수 있다. 산 공급원은 유기 또는 무기 인 또는 유기 또는 무기 설페이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유기 또는 무기 인 화합물은 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리스(2,3-디클로로프로필)포스페이트, 트리스(1-클로로-3-브로모이소 프로필 포스포네이트, 폴리아미노 트리아진 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 또는 구아닐우레아 포스페이트; 유기포스파이트 에스터; 또는 인-함유 무기 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 타소 공급원은 덱스트린, 페놀-포름알데히드 수지, 펜타에리트리톨, 점토, 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 공급원은 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있다. 발포제는 디시안디아미드, 아조디카본아미드, 멜라민, 구아니딘, 글리신, 우레아, 또는 할로겐화된 유기 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발포제가 120℃ 이상, 또는 130 내지 200℃의 온도에서 분해시킬 수 있다. 팽창성 재료는 상승화제 또는 바인더 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 존재할 수 있다. 팽창성 재료는 폴리우레탄 폼에서 분산될 수 있다. 팽창성 재료는 팽창성 배터리 패드의 모든 표면 상에 위치될 수 있다. 배터리 어셈블리는 적어도 2개의 배터리 셀들을 포함할 수 있고; 팽창성 배터리 패드는 상기 적어도 2개의 배터리 셀들 사이에 위치된다. 배터리는 리튬 이온 배터리일 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 이형 라이너 상에 반응성 혼합물을 포함하는 발포된 조성물을 코팅함으로써 형성될 수 있다. 발포된 조성물은 팽창성 재료를 포함하고/하거나 상기 방법은 팽창성 배터리 패드를 형성하기 위해 팽창성 재료를 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 적층시키는 것을 더 포함할 수 있다. 발포된 조성물을 코팅하는 것은 적층 위치(deposition location)에서 발포된 조성물을 이형 라이너 상에 적층시키는 것을 포함할 수 있고; 반응성 혼합물을 경화하는 것은 발포된 조성물 및 이형 라이너를 가열 존을 통해 이동시켜 반응성 혼합물을 경화시키고 이로 인해 폴리우레탄 폼을 형성시키는 것을 포함한다. 팽창성 재료를 적층시키는 것은 폴리우레탄 폼을 가열 존에서 팽창성 재료 적층 존(intumescent material deposition zone)으로 이동시키는 것 및 팽창성 재료를 폴리우레탄 폼 상에 적층시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 팽창성 재료를 적층시키는 것은 폴리우레탄 폼을 가열 존에서 팽창성 재료 침지 존(intumescent material dipping zone)으로 이동시켜 팽창성 재료를 폴리우레탄 폼 상에 제공하는 것을 포함한다. 상기 발포된 조성물은 팽창성 재료를 포함할 수 있다.
팽창성 배터리 패드는 팽창성 재료를 적층시켜 폴리우레탄 폼 상에 코팅됨으로써 형성될 수 있다. 상기 적층시키는 것은 딥 코팅, 플로우 코팅, 또는 스프레이 코팅을 포함할 수 있다.
하기 실시예들은 본 개시를 예시하기 위해 제공된다. 이 실시예들은 단지 예시적이고 여기에 제시된 재료, 조건, 또는 공정 매개변수로 본 개시에 따라 제조된 장치를 제한하려는 의도가 아니다.
실시예
실시예 1
7개의 PORON 브랜드 폴리우레탄 폼들을 3 mm의 두께를 갖는 스트립으로 절단하였다. 3개의 폴리우레탄 폼들의 넓은 표면 상에 팽창성 페인트를 도포하였고 3개의 폴리우레탄 폼들을 팽창성 페인트에 딥 코팅하였다. 7번째 폴리우레탄 폼은 팽창성 페인트를 포함하지 않았다.
이어서, 샘플들을 1 밀리미터의 두께일 때 Underwriter's Laboratory (UL)-94 가연성 테스트에 따라 테스트하였다. 도 7은 가연성 테스트 이후의 샘플들을 보여주는데, 이때 왼쪽의 3개의 폴리우레탄 폼들은 페인팅되었고 오른쪽의 3개의 폴리우레탄 폼들은 딥 코팅되었다. 딥 코팅된 폴리우레탄 폼들은 UL-94 VO 등급을 달성했고 폼의 상단에서 상대적으로 적은 양의 차르를 보여준다. 페인팅된 폴리우레탄 폼들은 UL-94 V1 등급을 달성했는데, 이때 도 7은 약간의 탄화를 보여주고, 특히 폼의 상단을 향하여 약간의 탄화를 보여준다. 딥 코팅된 폼들에 비해 탄화가 증가된 것은 폼의 모서리가 페인트로 코팅되지 않은 사실 때문이다. 팽창성 페인트로 코팅되지 않은 7번째 폴리우레탄 폼은 완전히 타버렸다.
본 개시의 다양한 비-제한적인 양태들이 하기에 제시된다.
양태 1: 리튬 이온 배터리용 팽창성 배터리 패드(intumescent battery pad)로서, 상기 팽창성 배터리 패드는, ASTM D3574-17에 따라 측정된 5 내지 1,035 킬로파스칼의, 25% 변형(deflection)일 때의 압축력 변형을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam); 산 공급원, 탄소 공급원, 및 발포제를 포함하는 팽창성 재료;를 포함하고, 상기 팽창성 배터리 패드는 1 밀리미터의 두께일 때 UL-V0 등급을 갖는, 팽창성 배터리 패드.
양태 2: 제1 양태에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드는 1 내지 5 밀리미터의 두께를 갖는, 팽창성 배터리 패드.
양태 3: 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은, ASTM D3574-17에 따라 측정된 25% 변형일 때의 압축력 변형(compression force deflection)이 각각 5 내지 500 kPa, 또는 5 내지 80 kPa인 것; ASTM D3574-17에 따라 측정된 75% 변형일 때의 압축력 변형이 각각 100 내지 500 kPa, 또는 200 내지 300 kPa인 것; 23℃ 또는 70℃에서 ASTM D3574-95, 테스트 D에 따라 측정된 50% 변형일 때의 압축 영구 변형이 0 내지 15%, 또는 0 내지 5%인 것; 또는 65% 변형일 때의 압축력 변형을 25% 변형일 때의 압축력 변형으로 나눈 것으로 정의된 SAG 인자가 3 이하인 것; 중 적어도 하나를 갖는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 4: 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 산 공급원은 유기 또는 무기 인 또는 유기 또는 무기 설페이트(예를 들면, 암모늄 설페이트) 중 적어도 하나를 포함하고; 상기 유기 또는 무기 인 화합물은 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리스(2,3-디클로로프로필)포스페이트, 트리스(l-클로로-3-브로모이소프로필)포스페이트, 비스(1-클로로-3-브로모이소프로필)-1-클로로-3-브로모이소프로필 포스포네이트, 폴리아미노트리아진 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 또는 구아닐우레아 포스페이트; 유기포스파이트 에스터(organophosphite ester); 또는 인-함유 무기 화합물; 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 5: 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 탄소 공급원은 덱스트린, 페놀-포름알데히드 수지, 펜타에리트리톨(pentaerythritol) (예를 들면, 펜타에리트리올의 이량체 또는 삼량체), 점토(clay), 또는 폴리머 (예를 들면, 폴리아미드 6 또는 폴리우레탄 폼) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 6: 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 발포제는 디시안디아미드, 아조디카본아미드, 멜라민, 구아니딘, 글리신, 우레아 (예를 들면, 우레아-포름알데히드 수지 또는 메틸올레이트화된 구아닐우레아 포스페이트), 또는 할로겐화된 유기 재료 (예를 들면, 클로린화된 파라핀) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 7: 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 발포제가 120℃ 이상, 또는 130 내지 200℃의 온도에서 분해시키는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 8: 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상승화제(synergist) 또는 바인더(binder) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 9: 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 존재하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 10: 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상기 폴리우레탄 폼에서 분산되는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 11: 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상기 팽창성 배터리 패드의 모든 표면 상에 위치되는 것인, 팽창성 배터리 패드.
양태 12: 배터리로서, 상기 배터리는: 적어도 2개의 배터리 셀들; 및 상기 적어도 2개의 배터리 셀들 사이에 위치된 제 1 양태 내지 제11 양태 중 어느 한 양태의 팽창성 배터리 패드;를 포함하는, 배터리.
양태 13: 제12 양태에 있어서, 상기 배터리는 리튬 이온 배터리인, 배터리.
양태 14: 팽창성 배터리 패드(예를 들면, 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 한 양태의 팽창성 배터리 패드)를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은: 이형 라이너(release liner) 상에 반응성 혼합물을 포함하는 발포된 조성물(frothed composition)을 코팅하는 단계; 상기 폴리우레탄 폼을 형성하기 위해 상기 반응성 혼합물을 경화하는 단계;를 포함하고, 상기 발포된 조성물은 상기 팽창성 재료를 포함하고, 또는 상기 방법은 상기 팽창성 배터리 패드를 형성하기 위해 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 적층시키는 것을 더 포함하는, 방법.
양태 15: 제14 양태에 있어서, 상기 발포된 조성물을 코팅하는 단계는 적층 위치(deposition location)에서 상기 발포된 조성물을 상기 이형 라이너 상에 적층시키는 것을 포함하고; 상기 반응성 혼합물을 경화하는 단계는 발포된 조성물 및 상기 이형 라이너를 가열 존(heating zone)을 통해 이동(translating)시켜 상기 반응성 혼합물을 경화하고 상기 폴리우레탄 폼을 형성하는 것을 포함하는 것인, 방법.
양태 16: 제15 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료를 적층시키는 것은 상기 폴리우레탄 폼을 상기 가열 존에서 팽창성 재료 적층 존(intumescent material deposition zone)으로 이동시키는 것 및 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼 상에 적층시키는 것을 포함하는 것인, 방법.
양태 17: 제15 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료를 적층시키는 것은 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼에 제공하기 위해 상기 폴리우레탄 폼을 상기 가열 존에서 팽창성 재료 침지 존(intumescent material dipping zone)으로 이동시키는 것을 포함하는 것인, 방법.
양태 18: 제14 양태 내지 제17 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 발포된 조성물은 상기 팽창성 재료를 포함하는 것인, 방법.
양태 19: 팽창성 배터리 패드(예를 들면, 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 한 양태의 팽창성 배터리 패드)를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼 상에 적층시키는 것을 포함하는, 방법.
양태 20: 제19 양태에 있어서, 상기 적층시키는 것은 딥 코팅(dip coating), 플로우 코팅(flow coating), 또는 스프레이 코팅(spray coating)을 포함하는 것인, 방법.
양태 21: 배터리 어셈블리로서, 상기 배터리 어셈블리는: 적어도 2개의 배터리 셀들 및 상기 적어도 2개의 배터리 셀들 사이 또는 상기 배터리 어셈블리에 인접한 표면에 따라 위치하는 팽창성 배터리 패드(예를 들면, 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 한 양태의 팽창성 배터리 패드)를 포함하고; 상기 팽창성 배터리 패드는 폴리우레탄 폼 및 상기 폴리우레탄 폼 상의 팽창성 재료 층(intumescent material layer)을 포함하는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 22: 제21 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료 층은 상기 폴리우레탄 폼의 모든 외부 표면 상에 위치되는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 23: 양태 21 또는 양태 22에 있어서, 상기 팽창성 재료 층은 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 외부 표면 상에 존재하는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 24: 제21 양태 내지 제23 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은 1 내지 5 밀리미터의 두께를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 25: 제21 양태 내지 제24 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은 1 내지 5 밀리미터의 두께를 갖고; 상기 팽창성 재료 층은 25 내지 250 마이크로미터의 두께를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 26: 제21 양태 내지 제24 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 재료 층의 두께는 상기 폴리우레탄 층의 두께보다 작고; 상기 팽창성 재료 층은 5 마이크로미터 내지 3 밀리미터의 두께를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 27: 제21 양태 내지 제26 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀은 각각 동일한 둘레 형태를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 28: 제21 양태 내지 제27 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드 및 상기 적어도 2개의 배터리 셀들은 각각 동일한 둘레 형태 및 둘레 크기를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 29: 제21 양태 내지 제28 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀들은 상기 팽창성 배터리 패드의 둘레의 적어도 일부분을 따라 상이한 둘레 형태를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 30: 제21 양태 내지 제29 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 배터리 어셈블리는 2 내지 100, 또는 10 내지 50 배터리 셀들의 스택을 포함하고, 상기 팽창성 배터리 패드는 상기 스택에서 각각의 배터리 셀들 사이에 위치되는 것인, 배터리 어셈블리.
양태 31: 제21 양태 내지 제30 양태 중 어느 한 양태의 배터리 어셈블리를 포함하는, 배터리.
양태 32: 제31 양태에 있어서, 상기 배터리 어셈블리는 하우징(housing)에 위치되고; 상기 폼 층(foam layer)은 상기 하우징에서 상기 배터리 어셈블리의 제1 측면에 위치되고 열 관리 어셈블리(thermal management assembly)는 상기 배터리 어셈블리의 제2 측면에 위치되고; 상기 열 관리 어셈블리는 열 인터페이스 층(thermal interface layer) 및 냉각 플레이트(cooling plate)를 포함하는 것인, 배터리.
양태 33: 제31 양태 또는 제32 양태에 있어서, 상기 배터리는 리튬 이온 배터리인 것인, 배터리.
상기 조성물, 방법, 및 물품들(articles)은 대안적으로, 본 명세서에서 개시된 임의의 적절한 재료, 단계, 또는 성분을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 필수적으로 이루어질 수 있다. 상기 조성물, 방법, 및 물품들은 추가적으로, 또는 대안적으로, 상기 조성물, 방법, 및 물품들의 기능 또는 목적을 달성하는데 필요하지 않은, 임의의 재료(또는 종), 단계, 또는 성분이 없거나 실질적으로 없도록 만들어질 수 있다.
용어 “하나(a)” 및 “하나(an)”는 수량의 제한을 나타내는 것이 아니라, 인용된 항목 중 하나 이상의 존재를 나타낸다. 용어 “또는(or)”은 문맥상 달리 명시되지 않는 한 “및/또는(and/or)”을 의미한다. 명세서 전체에 걸쳐 “한 양태(an aspect)”, “한 구현예(an embodiment)”, “또 다른 구현예(another embodiment)”, “일부 구현예(some embodiments)” 등에 대한 언급은 양태와 관련하여 기술된 특정한 요소(예를 들면, 특성, 구조, 단계, 또는 특징)가 본 명세서에서 기술된 하나 이상의 양태에 포함되는 것을 의미하고, 다른 양태들에 존재하거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 기술된 요소들은 다양한 구현예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있는 것을 이해해야 한다.
층, 필름, 영역, 또는 기재와 같은 요소들이 다른 요소 "상에(on)" 있는 것으로 언급될 때, 이는 다른 요소 바로 위일 수 있거나 개재되는 요소가 존재할 수도 있다. 반대로, 요소가 다른 요소 "바로 위에(directly on)" 있는 것으로 언급될 때, 개재되는 요소가 존재하지 않는다.
본 명세서에서 반하는 경우를 제외하고는, 모든 시험 표준은 본 출원의 출원일 또는 효력이 주장되는 경우 시험 표준이 나타나는 최우선일의 출원일로부터 가장 최근의 표준이다.
동일한 성분 또는 특성에 대한 모든 범위의 종점들은 종점을 포함하고, 독립적으로 합해질 수 있고, 모든 중간 지점 및 범위들을 포함한다. 예를 들면, “최대 25 wt%, 또는 5 내지 20 wt%”의 범위는 모든 종점들 및 “5 내지 25 wt%” 범위의 모든 중간 값들, 예를 들면 10 내지 23 wt% 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 “제1(first),” “제2(second),” 등, “1차(primary),” “2차(secondary),”는 임의의 순서, 품질, 또는 중요도를 나타낸 것이 아니라, 한 요소를 또 다른 요소와 구별하기 위해 사용된 것이다. 용어 ”전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합(combinations comprising at least one of the foregoing)” 또는 용어 “적어도 하나의(at least one of)”는 목록이 요소 각각을 개별적으로 포함하고, 목록 중 둘 이상의 요소들의 조합, 목록 중 적어도 하나의 요소와 명시되지 않은 유사한 요소와의 조합 또한 포함하는 것을 의미한다. 또한, 용어 “조합”은 블렌드(blend), 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 및 과학적 용어들은 본 개시 내용이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
화합물은 표준 명명법을 사용하여 기재된다. 예를 들면, 임의의 지시된 기로 치환되지 않은 임의의 위치는 이의 원자가가 지시된 결합, 또는 수소 원자로 채워진 것으로 이해된다. 두 글자 또는 기호 사이에 있지 않은 대시(“-“)는 치환기의 부착 지점을 지칭하기 위해 사용된다. 예를 들면, -CHO는 카보닐기의 탄소를 통해 부착된다.
모든 인용된 특허, 특허 출원, 및 기타 참조문헌들은 이들의 전문이 본 명세서에 포함된다. 하지만, 본 출원의 용어와 포함된 참조문헌의 용어와 모순되거나 상충되는 경우, 본 출원의 용어는 포함된 참조문헌의 상충되는 용어보다 우선된다.
특정 구현예들이 기술되지만, 현재 예상하지 못하거나 예상되지 않을 수 있는 대안, 수정, 변형, 개선, 및 실질적 균등물들이 출원인 또는 당업자에게 떠오를 수 있다. 따라서, 출원되고 보정될 수 있는 청구범위들은 이러한 모든 대안, 수정, 변형, 개선, 및 실질적 균등물들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (33)

  1. 리튬 이온 배터리용 팽창성 배터리 패드(intumescent battery pad)로서, 상기 팽창성 배터리 패드는,
    ASTM D3574-17에 따라 측정된 5 내지 1,035 킬로파스칼의, 25% 변형(deflection)일 때의 압축력 변형(compression force deflection)을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam); 및
    산 공급원, 탄소 공급원, 및 발포제를 포함하는 팽창성 재료;를 포함하고,
    상기 팽창성 배터리 패드는 1 밀리미터 두께일 때 UL-VO 등급을 갖는, 팽창성 배터리 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드는 1 내지 5 밀리미터의 두께를 갖는, 팽창성 배터리 패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은,
    ASTM D3574-17에 따라 측정된 25% 변형일 때의 압축력 변형이 각각 5 내지 500 kPa, 또는 5 내지 80 kPa인 것;
    ASTM D3574-17에 따라 측정된 75% 변형일 때의 압축력 변형이 각각 100 내지 500 kPa, 또는 200 내지 300 kPa인 것;
    23℃ 또는 70℃에서 ASTM D3574-95, 테스트 D에 따라 측정된 50% 변형일 때의 압축 영구 변형(compression set)이 0 내지 15%, 또는 0 내지 5%인 것; 또는
    65% 변형일 때의 압축력 변형을 25% 변형일 때의 압축력 변형으로 나눈 것으로 정의된 SAG 인자가 3 이하인 것; 중 적어도 하나를 갖는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산 공급원은 유기 또는 무기 인 또는 유기 또는 무기 설페이트(예를 들면, 암모늄 설페이트) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 유기 또는 무기 인 화합물은 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리스(2,3-디클로로프로필)포스페이트, 트리스(l-클로로-3-브로모이소프로필)포스페이트, 비스(1-클로로-3-브로모이소프로필)-1-클로로-3-브로모이소프로필 포스포네이트, 폴리아미노트리아진 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 또는 구아닐우레아 포스페이트; 유기포스파이트 에스터(organophosphite ester); 또는 인-함유 무기 화합물; 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 공급원은 덱스트린, 페놀-포름알데히드 수지, 펜타에리트리톨(pentaerythritol) (예를 들면, 펜타에리트리올의 이량체 또는 삼량체), 점토(clay), 또는 폴리머 (예를 들면, 폴리아미드 6 또는 폴리우레탄 폼) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 디시안디아미드, 아조디카본아미드, 멜라민, 구아니딘, 글리신, 우레아 (예를 들면, 우레아-포름알데히드 수지 또는 메틸올레이트화된 구아닐우레아 포스페이트), 또는 할로겐화된 유기 재료 (예를 들면, 클로린화된 파라핀) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제가 120℃ 이상, 또는 130 내지 200℃의 온도에서 분해시키는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상승화제(synergist) 또는 바인더(binder) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인,팽창성 배터리 패드.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 존재하는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상기 폴리우레탄 폼에서 분산되는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 재료는 상기 팽창성 배터리 패드의 모든 표면 상에 위치되는 것인, 팽창성 배터리 패드.
  12. 배터리로서, 상기 배터리는:
    적어도 2개의 배터리 셀들; 및
    상기 적어도 2개의 배터리 셀들 사이에 위치된 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 팽창성 배터리 패드;를 포함하는, 배터리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 배터리는 리튬 이온 배터리인, 배터리.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 팽창성 배터리 패드를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    이형 라이너(release liner) 상에 반응성 혼합물을 포함하는 발포된 조성물(frothed composition)을 코팅하는 단계;
    상기 폴리우레탄 폼을 형성하기 위해 상기 반응성 혼합물을 경화하는 단계;를 포함하고,
    상기 발포된 조성물은 상기 팽창성 재료를 포함하고, 또는 상기 방법은 상기 팽창성 배터리 패드를 형성하기 위해 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 표면 상에 적층시키는 것을 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 발포된 조성물을 코팅하는 단계는 적층 위치(deposition location)에서 상기 발포된 조성물을 상기 이형 라이너 상에 적층시키는 것을 포함하고; 상기 반응성 혼합물을 경화하는 단계는 발포된 조성물 및 상기 이형 라이너를 가열 존(heating zone)을 통해 이동(translating)시켜 상기 반응성 혼합물을 경화하고 상기 폴리우레탄 폼을 형성하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 팽창성 재료를 적층시키는 것은 상기 폴리우레탄 폼을 상기 가열 존에서 팽창성 재료 적층 존(intumescent material deposition zone)으로 이동시키는 것 및 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼 상에 적층시키는 것을 포함하는 것인, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 팽창성 재료를 적층시키는 것은 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼에 제공하기 위해 상기 폴리우레탄 폼을 상기 가열 존에서 팽창성 재료 침지 존(an intumescent material dipping zone)으로 이동시키는 것을 포함하는 것인, 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포된 조성물은 상기 팽창성 재료를 포함하는 것인, 방법.
  19. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 팽창성 배터리 패드를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 팽창성 재료를 상기 폴리우레탄 폼 상에 적층시키는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 적층시키는 것은 딥 코팅(dip coating), 플로우 코팅(flow coating), 또는 스프레이 코팅(spray coating)을 포함하는 것인, 방법.
  21. 배터리 어셈블리로서, 상기 배터리 어셈블리는:
    적어도 2개의 배터리 셀들 및
    상기 적어도 2개의 배터리 셀들 사이 또는 상기 배터리 어셈블리에 인접한 표면에 따라 위치하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 팽창성 배터리 패드를 포함하고;
    상기 팽창성 배터리 패드는 폴리우레탄 폼 및 상기 폴리우레탄 폼 상의 팽창성 재료 층(intumescent material layer)을 포함하는 것인, 배터리 어셈블리.
  22. 제21항에 있어서, 상기 팽창성 재료 층은 상기 폴리우레탄 폼의 모든 외부 표면 상에 위치되는 것인, 배터리 어셈블리.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 팽창성 재료 층은 상기 폴리우레탄 폼의 적어도 하나의 외부 표면 상에 존재하는 것인, 배터리 어셈블리.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은 1 내지 5 밀리미터의 두께를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은 1 내지 5 밀리미터의 두께를 갖고; 상기 팽창성 재료 층은 25 내지 250 마이크로미터의 두께를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 재료 층의 두께는 상기 폴리우레탄 층의 두께보다 작고; 상기 팽창성 재료 층은 5 마이크로미터 내지 3 밀리미터의 두께를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀은 각각 동일한 둘레 형태를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드 및 상기 적어도 2개의 배터리 셀들은 동일한 둘레 형태 및 둘레 크기를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
  29. 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창성 배터리 패드 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀은 상기 팽창성 배터리 패드의 둘레의 적어도 일부분 따라 상이한 둘레 형태를 갖는 것인, 배터리 어셈블리.
  30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리는 2 내지 100, 또는 10 내지 50 배터리 셀들의 스택을 포함하고, 상기 팽창성 배터리 패드는 상기 스택에서 각각의 배터리 셀들 사이에 위치되는 것인, 배터리 어셈블리.
  31. 제21항 내지 제30항 중 어느 한 항의 배터리 어셈블리를 포함하는, 배터리.
  32. 제31항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리는 하우징(housing)에 위치되고; 상기 폼 층(foam layer)은 상기 하우징에서 상기 배터리 어셈블리의 제1 측면에 위치되고 열 관리 어셈블리(thermal management assembly)는 상기 배터리 어셈블리의 제2 측면에 위치되고;
    상기 열 관리 어셈블리는 열 인터페이스 층(thermal interface layer) 및 냉각 플레이트(cooling plate)를 포함하는 것인, 배터리.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 배터리는 리튬 이온 배터리인, 배터리.


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