KR20220168661A - 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리에 저장되어 있는 에너지로 주행에 필요한 동력을 얻는 전기자동차에서 배터리 화재로 인한 차량 손상을 최소화하고 인명 피해를 예방하기 위해 배터리 모듈에 코팅하여 사용하는 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 전기자동차의 배터리 결함으로 인한 화재의 위험을 예방하기 위하여 배터리 모듈의 케이스, 배터리 팩 등에 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride) 등과 같은 내화코팅제를 코팅하여 각 부품의 내화성능을 높여줌으로써, 폭발이나 화재 발생의 원인이 되는 발화를 억제할 수 있는 등 배터리 화재를 예방할 수 있고 배터리 발화 시에도 화재가 확산되는 것을 막을 수 있는 등 배터리 화재로 인한 위험을 감소시키면서 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명은 전기자동차의 배터리 결함으로 인한 화재의 위험을 예방하기 위하여 배터리 모듈의 케이스, 배터리 팩 등에 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride) 등과 같은 내화코팅제를 코팅하여 각 부품의 내화성능을 높여줌으로써, 폭발이나 화재 발생의 원인이 되는 발화를 억제할 수 있는 등 배터리 화재를 예방할 수 있고 배터리 발화 시에도 화재가 확산되는 것을 막을 수 있는 등 배터리 화재로 인한 위험을 감소시키면서 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 배터리에 저장되어 있는 에너지로 주행에 필요한 동력을 얻는 전기자동차에서 배터리 화재로 인한 차량 손상을 최소화하고 인명 피해를 예방하기 위해 배터리 모듈에 코팅하여 사용하는 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차에는 차량 구동을 위한 전기에너지를 공급하기 위해 배터리가 사용된다.
이러한 배터리는 다수의 단위전지 또는 모듈을 연결하여 고전압을 만들 수 있는 배터리 팩이 구성되며, 이를 이용하여 높은 전력을 발생시킨다.
즉, 배터리 팩에 저장된 에너지를 인버터를 통해 모터에 전달하여 차량 시동, 가속, 엔진 고효율점 운행 등에 사용하고, 엔진에서 잉여에너지가 발생하면 모터를 발전기로 이용하여 그 잉여 에너지를 배터리에 저장한다.
이와 같은 배터리는 사용 전류량이 상당히 크고, 그로 인해 내부에서 열이 많이 발생되기 때문에 배터리를 사용하는 전기자동차에서는 과전류 및 쇼트 등으로 인해 배터리에서 발생될 수 있는 화재를 예방하는 것이 무엇보다도 중요하다.
최근 국내외 친환경차 보급률이 증가하면서 전기자동차 시대로 접어들었다.
하지만, 전기자동차 수요는 꾸준히 증가하고 있는 반면 아직도 해결해야 할 숙제는 산더미처럼 쌓여 있다.
그 중에서 가장 큰 문제로 제기되는 것이 배터리 결함으로 인한 화재의 위험이다.
보통 전기자동차에는 모터와 배터리 등 각종 전자장비들이 포함되어 있기 때문에 누전 등의 이유로 화재가 발생할 가능성을 배제할 수는 없으며, 이러한 전기자동차의 화재는 대형 화재로 이어질 개연성이 크다는데 있다.
일 예로서, 전기자동차를 움직이는데 쓰이는 배터리는 주로 리튬 전지가 사용되는데, 리튬이나 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘처럼 반응성이 큰 가연성 금속은 금속화재가 발생할 위험성이 있으며, 금속화재의 경우 일반적인 화재처럼 물로 소화할 경우 화학반응으로 수소가 생성되어 자칫 수소폭발이 발생할 수 있기 때문에 굉장히 위험한 화재이다.
또한, 리튬 전지를 사용하는 배터리는 충방전 시 열이 발생하는 바, 이러한 열이 효과적으로 제거되지 못하고 축적되는 경우, 전지의 열화가 초래되고 안전성도 크게 훼손될 수 있으며, 특히, 전기자동차 등의 전원과 같이 고속 충방전 특성이 요구되는 전지에서는 순간적으로 고출력을 제공하는 과정에서 많은 발열과 부피 팽창이 수반되면서 화재의 위험에 노출되는 사례가 증가하고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전기자동차의 배터리 결함으로 인한 화재의 위험을 예방하기 위하여 배터리 모듈의 케이스, 배터리 팩 등에 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride) 등과 같은 내화코팅제를 코팅하여 각 부품의 내화성능을 높여줌으로써, 폭발이나 화재 발생의 원인이 되는 발화를 억제할 수 있는 등 배터리 화재를 예방할 수 있고 배터리 발화 시에도 화재가 확산되는 것을 막을 수 있는 등 배터리 화재로 인한 위험을 감소시키면서 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 친환경 내화코팅제 조성물은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 친환경 내화코팅제 조성물은 전기자동차 부품 등에 코팅되는 내화코팅제 조성물로서, 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride) 등과 같은 내화재를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
여기서, 상기 내화재는 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 5∼54중량부를 포함할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol), 산화철(Fe2O3; iron oxide), 내화재, 커플링제, 물 및 첨가제를 포함할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물에 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 추가하여 구성되며 그 사용량은 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 2∼9중량부를 포함하도록 첨가할 수 있고, 상기 무기필러 또는 탄소재료는 분말 입경이 5∼40㎛인 것을 사용할 수 있고, 상기 무기필러는 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 탄소재료는 탄소나노튜브(CNT), 천연/인조그라파이트(Graphene), 그래핀(Graphene), 카본(Carbon) 등을 사용할 수 있고, 상기 커플링제는 실란계 커플링제 또는 티탄산염계 커플링제 등을 사용할 수 있고, 상기 첨가제는 부착증진제, 분산제 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol) 3∼9중량부, 산화철(Fe2O3; iron oxide) 0.1∼0.9중량부, 내화재 5∼54중량부, 커플링제 0.1∼1중량부, 물 10∼30중량부 및 첨가제 2∼3중량부를 포함할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물은 고형분의 함량이 30∼40중량부 또는 55∼70중량부이고, 그 고형분은 입자크기는 5∼60㎛인 것을 사용할 수 있는 것이 특징이다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 친환경 내화코팅제 스프레이 코팅방법은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 친환경 내화코팅제 스프레이 코팅방법은 위에서 설명한 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하는 단계와, 상기 내화코팅제 조성물을 혼합용기에 투입하여 교반기로 300∼1,000rpm의 교반속도로 60분 이상 교반하여 코팅액을 준비하는 단계와, 상기 코팅액을 스프레이 도포하기 위한 피도물의 표면 이물질을 제거하는 단계와, 상기 피도물의 표면에 코팅액을 코팅 도막 두께는 15∼ 25um 범위로 스프레이도포하고, 열풍건조로 180∼200℃에서 10∼30분 건조하여 1도 코팅도막을 형성하는 단계와, 상기 1도 도막형성 후, 상기 코팅액을 상기 1도 코팅도막의 상면에 코팅 도막 두께 15∼25um 범위가 되도록 2차 스프레잉도포한 다음, 열풍 건조로 180∼200℃의 온도에서 10∼30분 건조하여 2도 코팅도막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈은 친환경 내화코팅제 조성물을 내면 및/또는 외면에 코팅하여 제품 표면의 내화성을 높일 수 있도록 된 것이 특징이다.
여기서, 상기 친환경 내화코팅제 조성물은 배터리 케이스, 배터리 팩, 패드, 자동차 부품 등의 표면에 코팅될 수 있고, 상기 친환경 내화코팅제 조성물은 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내화재를 포함할 수 있고, 상기 내화재는 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 5∼54중량부를 포함할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol), 산화철(Fe2O3; iron oxide), 내화재, 커플링제, 물 및 첨가제를 포함할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물에 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 추가하여 구성되며, 그 사용량은 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 2∼9중량부를 포함하도록 첨가할 수 있고, 상기 무기필러 또는 탄소재료는 분말 입경이 5∼40㎛인 것을 사용할 수 있고, 상기 무기필러는 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 탄소재료는 탄소나노튜브(CNT), 천연/인조그라파이트(Graphene), 그래핀(Graphene), 카본(Carbon) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 상기 커플링제는 실란계 커플링제 또는 티탄산염계 커플링제 등을 사용할 수 있고, 상기 첨가제는 부착증진제, 분산제 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol) 3∼9중량부, 산화철(Fe2O3; iron oxide) 0.1∼0.9중량부, 내화재 5∼54중량부, 커플링제 0.1∼1중량부, 물 10∼30중량부 및 첨가제 2∼3중량부를 포함할 수 있고, 상기 내화코팅제 조성물은 고형분의 함량이 30∼40중량부 또는 55∼70중량부이고, 그 고형분은 입자크기는 5∼~60㎛인 것을 사용할 수 있는 것이 특징이다.
본 발명에서 제공하는 친환경 내화코팅제 조성물과 스프레이 코팅방법, 그리고 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 배터리 모듈, 자동차 부품 등의 표면에 친환경 내화코팅제를 코팅하여 화재 발생의 원인이 되는 발화를 억제할 수 있으므로, 전기자동차의 화재, 특히 배터리의 화재를 예방할 수 있고 패터리 발화 시에도 화재가 확산되는 것을 막을 수 있는 등 배터리 화재로 인한 위험을 감소시키면서 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명의 열전도성 내화코팅제의 조성물은 그 구성요소들의 혼합량 임계치 범위내에서 그 혼합률을 다르게 설계하여 혼합할 수 있어 1,600℃이상의 고온 환경에 내화 및 표면에너지를 분산하는(열에너지 방사) 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명의 내화코팅제 조성물은 친환경 무기물을 주원료로 사용하여 인체에 대한 유해성을 감소시킬 수 있으며, 약 1,500∼2,000℃의 온도범위에서 우수한 내열성을 가지고 있으며, 고온의 환경에서도 내구성, 내산화성, 내식성 등을 확보할 수 있고 우수한 내화 성능을 가질 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명의 내화코팅제 조성물에 사용되는 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 등은 1,700℃ 이상의 고온 환경에서도 안정할 수 있으며, 열 전도성과 열 방사율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명의 내화코팅제 조성물은 특히 별도의 충진제나 기구물 없이 배터리 모듈의 내부 및 외부에 스프레이 타입으로 분사하여 사용되어지므로 화재로 인한 배터리 모듈의 연쇄 폭발등의 2차 피해를 막을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 전기자동차 배터리 모듈을 나타내는 사시도
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 1,500℃ 이상의 내화성 및 열에너지 방사성능이 우수한 코팅제를 별도의 충진제나 기구물 없이 배터리 모듈의 내부 및/또는 외부, 예를 들면 배터리 모듈 케이스의 내면 및/또는 외면에 스프레이 타입으로 분사하여, 화재 예방과 더불어 화재로 인한 배터리 모듈의 연쇄 폭발등의 2차 피해를 막을 수 있는 친환경 내화코팅제 조성물을 제공한다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 친환경 내화코팅제 조성물은 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내화재를 포함하여 구성되는 것이다.
이때, 바람직하게 상기 내화재는 내화코팅제 조성물 총량에 대하여, 5∼54중량부를 포함하는 것이 좋다.
만일, 그 함량이 5중량부 미만일 경우에는 열전도성 및 내화성이 떨어져 화재시 2차 예방효과를 얻지 못하는 문제가 있고, 54중량부를 초과할 경우에는 열전도성 및 내화성은 우수할 수 있으나, 코팅제를 피도막에 도포시 도포막 형성이 불균일하게 형성되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 바람직하게 코팅제의 열전도성, 내화성 향상을 기대하기 위하여 상기 내화코팅제 조성물은 고형분의 함량이 30∼40중량부 또는 55∼70중량부 이내 함유되어 있는 것이 좋다.
이때, 상기 고형분은 입자크기는 5∼60㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol), 산화철(Fe2O3; iron oxide), 내화재, 커플링제, 물 및 첨가제를 포함하여 구성되는 것에 그 특징이 있으며, 바람직하게 이소프로판올(C3H8O; isopropanol) 3∼9중량부, 산화철(Fe2O3; iron oxide) 0.1∼0.9중량부, 내화재 5∼54중량부, 커플링제 0.1∼1중량부, 물 10∼30중량부 및 첨가제 2∼3중량부를 포함하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 내화코팅제 조성물에 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 추가하여 구성될 수 있다.
바람직하게 상기 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물의 사용량은 내화코팅제 조성물 총량에 대하여, 2∼9중량부를 포함하도록 첨가하는 것이 좋다.
이때, 상기 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물을 더 첨가하는 것은 보다 우수한 열전도성을 얻기 위한 것으로, 만일 그 첨가량이 2중량부 미만일 경우에는 성능 향상 효과를 내지 못하는 단점이 있고, 9중량부를 초과하여 첨가될 경우에는 코팅 표면 크랙이 발생되거나 물성 변화가 발생할 수 있는 단점이 있을 수 있다.
이때, 바람직하게 상기 무기필러 또는 탄소재료는 분말 입경이 5∼40㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.
만일, 5㎛ 미만일 경우에는 코팅제를 제조시 잘 혼합되지 않고, 뭉침현상이 일어날 수 있고, 40㎛를 초과할 경우에는 코팅제를 도포시 노즐막힘 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 무기필러는 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용하며, 상기 탄소재료는 탄소나노튜브(CNT), 천연/인조그라파이트(Graphene), 그래핀(Graphene), 카본(Carbon)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용한다.
본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 커플링제는 실란계 커플링제 또는 티탄산염계 커플링제를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 상기 첨가제는 부착증진제, 분산제 중 어느 하나 이상을 사용한다.
본 발명에서는 또한 이상의 본 발명에 따른 내화코팅제 조성물을 사용하여 피도물의 내·외부 표면에 도포하는 도포방법을 제공한다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 친환경 내화코팅제 코팅방법은 위에서 설명된 본 발명의 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내화재를 포함하여 구성되는 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하는 단계(가)와, 상기 내화코팅제 조성물을 혼합용기에 투입하여 교반기로 300∼1,000rpm의 교반속도로 60분 이상 교반하여 코팅액을 준비하는 단계(나)와, 상기 코팅액을 스프레이 도포하기 위한 피도물의 표면 이물질을 제거하는 단계(다)와, 상기 피도물의 표면에 코팅액을 코팅 도막 두께는 15∼25㎛ 범위로 스프레이 도포하고, 열풍건조로 180∼200℃에서 10∼30분 건조하여 1도 코팅도막을 형성하는 단계(라)와, 상기 1도 도막형성 후, 상기 코팅액을 상기 1도 코팅도막의 상면에 코팅 도막 두께 15∼25um 범위가 되도록 2차 스프레잉도포한 다음, 열풍 건조로 180∼200℃의 온도에서 10∼30분 건조하여 2도 코팅도막을 형성하는 단계(마)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 (나)단계의 교반기에서 코팅액의 교반시간은 60분 이상, 바람직하게는 60분 내지 120분 동안 교반하여 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 교반기에서 교반시 임펠라외경은 150∼300mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 친환경 내화코팅제를 도포시 피도물의 표면 온도는 상온 20∼30℃가 적당하며, 코팅시 적합한 습도는 40∼80%가 적당하다.
바람직하게 코팅전 피도물은 샌딩등을 통하여 표면 이물질을 제거하고 코팅액을 도포하는 것이 코팅액의 밀착력을 높여준다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시로, 하기 실시예로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 통상의 기술자라면 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 내에서 얼마든지 변형 가능한 것이다.
[실시예 1]
물 10∼30중량부, 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide) 10∼30중량부, 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide) 5∼12중량부, 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide) 15∼20중량부, 질화붕소(BN; Boron nitride) 5∼12중량부, 이소프로판올(C3H8O; isopropanol) 3∼9중량부, 산화철(Fe2O3; iron oxide) 0.1∼0.9중량부, 첨가제 3중량부를 포함하도록 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하였다.
[실시예 2]
실시예 1의 조성물 총량에 대하여, 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 또는 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나의 무기필러를 2∼9중량부를 더 첨가하여 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하였다.
[실시예 3]
실시예 1의 조성물 총량에 대하여, 탄소나노튜브(CNT), 천연/인조그라파이트(Graphene), 그래핀(Graphene), 카본(Carbon)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 2∼9중량부를 더 첨가하여 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하였다.
상기 실시예들로부터 준비된 내화코팅제 조성물을 사용하여 하기의 단계들을 포함하는 방법으로 피도물의 내·외 표면, 예를 들면 배터리 모듈 케이스의 내면 및/또는 외면에 도포하였다.
실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하는 단계와, 상기 내화코팅제 조성물을 혼합용기에 투입하여 교반기로 300∼1,000rpm의 교반속도로 60분 이상 교반하여 코팅액을 준비하는 단계와, 상기 코팅액을 스프레이 도포하기 위한 피도물의 표면 이물질을 제거하는 단계와, 상기 피도물의 표면에 코팅액을 코팅 도막 두께는 15∼25um 범위로 스프레이 도포하고 열풍건조로 180∼200℃에서 10∼30분 건조하여 1도 코팅도막을 형성하는 단계와, 상기 1도 도막형성 후에 상기 코팅액을 상기 1도 코팅도막의 상면에 코팅 도막 두께 15∼25um 범위가 되도록 2차 스프레이 도포한 다음, 열풍 건조로 180∼200℃의 온도에서 10∼30분 건조하여 2도 코팅도막을 형성하는 단계로 이루어진 코팅방법에 의해 내화코팅제가 도포되어 코팅된 내화코팅층이 형성된 피도물을 열전도성 및 내화성을 실험하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 전기자동차 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 모듈(10)은 다수의 배터리 팩(12)과, 각각의 패터리 팩(12)의 사이사이에 장착되는 다수의 패드(13)와, 상기 배터리 팩(12)과 패드(13)를 수용하는 배터리 케이스(11)를 포함한다.
이러한 배터리 케이스(11)의 내면 또는 외면, 내면 및 외면에는 위에서 설명한 본 발명의 친환경 내화코팅제 및 친환경 코팅제 코팅방법에 의해 친환경 내화코팅제가 코팅되며, 이에 따라 배터리 케이스(11)의 표면의 내화성을 높일 수 있으므로 발열 등으로 인한 배터리 모듈(10)의 화재 발생을 사전에 예방할 수 있다.
여기서, 상기 친환경 내화코팅제가 코팅되는 대상으로는 배터리 케이스(11) 이외에도 배터리 팩(12)과 패드(13)는 물론 전기자동차 및 일반자동차의 자동차 부품이 될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 친환경 내화코팅제는 자동차 부품 이외에도 전동퀵보드 부품, 드론 부품, 전동 자동차 부품은 물론 이것들의 배터리에서 적용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열전도성 내화코팅제 조성물은 그 구성요소들의 혼합량 임계치 범위내에서 그 혼합률을 다르게 설계하여 혼합할 수 있어 1,600℃이상의 고온 환경에 내화 및 표면에너지를 분산하는(열에너지 방사) 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 배터리 모듈의 케이스, 배터리 팩 등에 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride) 등과 같은 내화코팅제를 코팅하여 각 부품의 내화성능을 높여줌으로써, 폭발이나 화재 발생의 원인이 되는 발화를 억제할 수 있는 등 배터리 화재를 예방할 수 있고 배터리 발화 시에도 화재가 확산되는 것을 막을 수 있는 등 배터리 화재로 인한 위험을 감소시키면서 탑승자의 안전을 확보할 수 있다.
10 : 배터리 모듈
11 : 배터리 케이스
12 : 배터리 팩
13 : 패드
11 : 배터리 케이스
12 : 배터리 팩
13 : 패드
Claims (25)
- 내화코팅제 조성물에 있어서,
실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내화재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내화재는 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 5∼54중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol), 산화철(Fe2O3; iron oxide), 내화재, 커플링제, 물 및 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물에 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 추가하여 구성되며, 그 사용량은 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 2∼9중량부를 포함하도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 4에 있어서,
상기 무기필러 또는 탄소재료는 분말 입경이 5∼40㎛인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 4에 있어서,
상기 무기필러는 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 4에 있어서,
상기 탄소재료는 탄소나노튜브(CNT), 천연/인조그라파이트(Graphene), 그래핀(Graphene), 카본(Carbon)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 커플링제는 실란계 커플링제 또는 티탄산염계 커플링제를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 첨가제는 부착증진제, 분산제 중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol) 3∼9중량부, 산화철(Fe2O3; iron oxide) 0.1∼0.9중량부, 내화재 5∼54중량부, 커플링제 0.1∼1중량부, 물 10∼30중량부 및 첨가제 2∼3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물은 고형분의 함량이 30∼40중량부 또는 55∼70중량부이고, 그 고형분은 입자크기는 5∼60㎛인 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물.
- 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항 기재의 친환경 내화코팅제 조성물을 준비하는 단계;
상기 내화코팅제 조성물을 혼합용기에 투입하여 교반기로 300∼1,000rpm의 교반속도로 60분 이상 교반하여 코팅액을 준비하는 단계;
상기 코팅액을 스프레이 도포하기 위한 피도물의 표면 이물질을 제거하는 단계;
상기 피도물의 표면에 코팅액을 코팅 도막 두께는 15∼ 25um 범위로 스프레이도포하고, 열풍건조로 180∼200℃에서 10∼30분 건조하여 1도 코팅도막을 형성하는 단계;
상기 1도 도막형성 후, 상기 코팅액을 상기 1도 코팅도막의 상면에 코팅 도막 두께 15∼25um 범위가 되도록 2차 스프레잉도포한 다음, 열풍 건조로 180∼200℃의 온도에서 10∼30분 건조하여 2도 코팅도막을 형성하는 단계를 포함하는 친환경 내화코팅제 코팅방법.
- 친환경 내화코팅제 조성물을 내면 및/또는 외면에 코팅하여 제품 표면의 내화성을 높일 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되는 대상은 배터리 케이스 또는 배터리 팩 또는 패드 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 친환경 내화코팅제 조성물은 실리콘 디옥사이드(SiO2; Silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2; Titanum dioxide), 실리콘카바이드(SiC; Silicon carbide), 질화붕소(BN; Boron nitride)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 내화재를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 15에 있어서,
상기 내화재는 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 5∼54중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol), 산화철(Fe2O3; iron oxide), 내화재, 커플링제, 물 및 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 15에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물에 무기필러, 탄소재료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 추가하여 구성되며, 그 사용량은 내화코팅제 조성물 총량에 대하여 2∼9중량부를 포함하도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 18에 있어서,
상기 무기필러 또는 탄소재료는 분말 입경이 5∼40㎛인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 18에 있어서,
상기 무기필러는 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 18에 있어서,
상기 탄소재료는 탄소나노튜브(CNT), 천연/인조그라파이트(Graphene), 그래핀(Graphene), 카본(Carbon)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 17에 있어서,
상기 커플링제는 실란계 커플링제 또는 티탄산염계 커플링제를 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 17에 있어서,
상기 첨가제는 부착증진제, 분산제 중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물은 이소프로판올(C3H8O; isopropanol) 3∼9중량부, 산화철(Fe2O3; iron oxide) 0.1∼0.9중량부, 내화재 5∼54중량부, 커플링제 0.1∼1중량부, 물 10∼30중량부 및 첨가제 2∼3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
- 청구항 13에 있어서,
상기 내화코팅제 조성물은 고형분의 함량이 30∼40중량부 또는 55∼70중량부이고, 그 고형분은 입자크기는 5∼~60㎛인 것을 특징으로 하는 친환경 내화코팅제 조성물이 코팅되어 있는 배터리 모듈.
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