KR20230024241A - 열전달 억제 시트 및 조전지 - Google Patents

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Abstract

열전달 억제 효과가 우수함과 동시에, 무기입자의 유지성 및 고온시의 형상유지성이 우수한 열전달 억제 시트, 및 상기 열전달 억제 시트를 전지셀 사이에 개재시킨 조전지를 제공한다. 열전달 억제 시트(10)는 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)를 포함한다. 제1 무기섬유(30)의 평균 섬유직경은 제2 무기섬유(31)의 평균 섬유직경보다 크다. 또한, 제1 무기섬유(30)는 선형상 또는 바늘형상이고, 제2 무기섬유(31)는 수지형상 또는 권축형상이다.

Description

열전달 억제 시트 및 조전지 {Heat transfer suppression sheet and battery pack}
본 발명은 열전달 억제 시트 및 상기 열전달 억제 시트를 전지셀 사이에 개재시킨 조전지에 관한 것이다.
최근, 환경보호의 관점에서 전동모터로 구동하는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 전기자동차 또는 하이브리드 차량 등에는, 구동용 전동 모터의 전원이 되기 위해 복수의 전지셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 조전지가 탑재되어 있다.
또한, 이의 전지셀로는, 납 축전지나 니켈수소 전지 등에 비해, 고용량이면서 고출력이 가능한 리튬이온 이차전지가 주로 사용되고 있다. 그리고, 전지의 내부 단락이나 과충전 등이 원인이 되어, 한 전지셀의 온도가 급격히 올라가고, 그 후에도 발열을 계속하는 열폭주를 일으키는 경우, 열폭주를 일으킨 전지셀로부터의 열이 인접하는 다른 전지셀에 전파됨으로써, 다른 전지셀의 열폭주를 일으킬 우려가 있다.
상기와 같은 열폭주를 일으킨 전지셀로부터의 열의 전파를 억제하기 위한 기술로서, 전지셀 사이에 열전달 억제 시트를 개재(介在, intervention)시키는 것이 실시되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 광물계 분체 및 난연제 중 적어도 하나와, 열경화성 수지나 열가소성 엘라스토머, 고무로부터 선택되는 매트릭스 수지를 포함하는 열전달 억제 시트가 제안되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 제2018-206605호 공보
이러한 열전달 억제 시트에 있어서는, 열전달 억제 효과를 갖는 분체(粉體)를 양호하게 유지하는 것(즉, 분체의 떨어짐을 억제하는 것), 및 전지셀이 열폭주하여 고온이 된 경우에 있어서도, 형상을 유지하여 전지셀 사이에 계속 존재하는 것이 요구된다. 특허문헌 1에 기재된 열전달 억제 시트에서는, 광물계 분체 및 난연제를 유지하기 위해 매트릭스 수지를 사용하고 있으나, 이러한 매트릭스 수지는 고온이 되었을 때에 용융되어 버린다. 따라서, 특허문헌 1에 기재된 열전달 억제 시트로는 전지셀의 열폭주시에 형상을 유지할 수 없게 될 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 열전달 억제 효과를 갖는 분체 등의 탈락을 억제할 수 있으면서, 고온시의 형상유지성이 우수한 열전달 억제 시트 및 열전달 억제 시트를 전지셀 사이에 개재시킨 조전지의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적은, 본 발명에 관한 하기 (1)의 열전달 억제 시트에 의해 달성된다.
(1) 무기입자와, 제1 무기섬유와, 제2 무기섬유를 포함하고,
상기 제1 무기섬유의 평균 섬유직경이, 상기 제2 무기섬유의 평균 섬유직경보다 크고, 또한,
상기 제1 무기섬유가 선(線)형상 또는 바늘 형상이고, 상기 제2 무기섬유가 수지(樹枝)형상 또는 권축(捲縮)형상인 열전달 억제 시트.
또한, 본 발명에 관한 열전달 억제 시트는, 하기 (2) 내지 (15)인 것이 바람직하다.
(2) 상기 제1 무기섬유의 평균 섬유직경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하이고,
상기 제2 무기섬유의 평균 섬유직경이 1㎚ 이상 1㎛ 미만인, (1)에 기재된 열전달 억제 시트.
(3) 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유는, 동일한 종류의 섬유 또는 서로 다른 종류의 섬유이고,
상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유의 각각은, 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 실리케이트 섬유, 지르코니아 섬유, 유리 섬유 및 광물계 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (1) 또는 (2)에 기재된 열전달 억제 시트.
(4) 상기 제1 무기섬유가 유리 섬유이고,
상기 제2 무기섬유가 광물계 섬유인, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(5) 상기 무기입자의 평균 2차입자 직경이 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(6) 상기 무기입자가 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(7) 상기 무기입자가 산화물 입자를 포함하는, (6)에 기재된 열전달 억제 시트.
(8) 상기 산화물 입자의 평균 1차입자 직경이 0.001㎛ 이상 50㎛ 이하인, (6) 또는 (7)에 기재된 열전달 억제 시트.
(9) 상기 산화물 입자가, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르콘, 티탄산바륨, 산화아연 및 알루미나로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (6) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(10) 상기 무기입자가, 나노입자, 중공입자 및 다공질입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (6) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(11) 상기 무기입자가 나노입자를 포함하는, (9)에 기재된 열전달 억제 시트.
(12) 상기 무기입자가 실리카나노입자를 포함하는, (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(13) 상기 무기입자가 티타니아를 포함하는, (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(14) 상기 나노입자의 평균 1차입자 직경이 1㎚ 이상 100㎚ 이하인, (10) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(15) 열전달 억제 시트 전체 중량에 대하여,
상기 무기입자의 함유량이 30중량% 이상 94중량% 이하, 상기 제1 무기섬유의 함유량이 3중량% 이상 30중량% 이하, 및 상기 제2 무기섬유의 함유량이 3중량% 이상 30중량% 이하인, (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
또한, 본 발명의 상기 목적은, 조전지에 관한 하기 (16)의 구성에 의해 달성된다.
(16) 복수의 전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 조전지에 있어서,
(1) ~ (15) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트를 상기 전지셀 사이에 개재시킨 조전지.
본 발명의 열전달 억제 시트는, 열전달 억제 효과가 우수한 무기입자 및 무기섬유를 포함하므로, 열전달 억제 효과가 우수하다.
또한, 본 발명의 열전달 억제 시트에 있어서, 세직경 및 수지형상 또는 권축 형상의 제2 무기섬유가, 무기입자 및 대직경의 제1 무기섬유와 서로 얽혀있기 때문에, 무기입자가 양호하게 유지된다.
또한, 제1 무기섬유 및 제2 무기섬유는 매트릭스 수지와 달리, 전지셀이 열폭주시의 온도에서 용융되지 않으므로, 본 발명의 열전달 억제 시트는, 전지셀의 열폭주시에 있어서도 형상을 유지하고, 전지셀 사이에 계속하여 존재할 수 있다.
또한, 열전달 억제 시트는 전지셀의 열폭주에 수반되는 팽창에 의해 가압력을 받거나, 전지셀의 발화에 수반되는 풍압을 받거나 하는 경우가 있지만, 본 발명의 열전달 억제 시트에 있어서는, 제2의 무기섬유와 서로 얽혀있는 대직경의 제1 무기섬유에 의해, 이들 외력에 저항할 수 있다.
본 발명의 조전지에서는, 상기 열전달 억제 시트가 전지셀 사이에 개재되어있다. 따라서, 본 발명의 조전지는 전지셀의 열폭주 피해를 최소한으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 열전달 억제 시트의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 건식 압출성형법에 의해 제조된 본 발명의 실시형태에 따른 열전달 억제 시트의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 조전지의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
응력이 가해진 경우라도, 실리카 나노입자끼리의 접점의 크기(면적)나 수가 현저하게 커지지 않고, 단열성을 유지할 수 있다. 따라서, 나노입자로서 실리카 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다. 실리카 나노입자로서는, 습식 실리카, 건식 실리카, 에어로겔 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 무기입자로서 선택되는 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자 중 적어도 1종은 나노입자인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 티타니아는 복사열을 차단하는 효과가 높고, 실리카 나노입자는 열전도가 극히 적으면서, 단열시트에 압축응력이 가해진 경우라도, 우수한 단열성을 유지할 수 있기 때문에, 무기입자로서 티타니아 및 실리카 나노입자를 모두 사용하는 것이 가장 바람직하다.
(나노입자의 평균 1차입자 직경: 1nm 이상 100nm 이하)
나노입자의 평균 1차입자 직경을 소정의 범위로 한정하면, 한층 더 높은 단열성을 얻을 수 있다.
즉, 나노입자의 평균 1차입자 직경을 1nm 이상 100nm 이하로 하면, 특히 500℃미만의 온도 영역에 있어서, 열전달 억제 시트 내에서의 열의 대류전달 및 열전도를 억제할 수 있어, 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 압축응력이 인가된 경우라도, 나노입자 사이에 남은 공극과, 많은 입자간의 접점이 전도열을 억제하여, 열전달 억제 시트의 단열성을 유지할 수 있다.
또한, 나노입자의 평균 1차입자 직경은 2nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 3nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 나노입자의 평균 1차입자 직경은 50nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 10nm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(1-1-3. 무기 수화물 입자)
무기 수화물 입자는, 발열체로부터의 열을 받아 열분해 개시 온도 이상이 되면 열분해하고, 자신이 가지는 결정수를 방출하여 발열체 및 그 주위의 온도를 낮추는, 소위 「흡열작용」 을 나타낸다. 또한, 결정수를 방출한 후에는 다공질체가 되어, 무수한 공기구멍에 의해 단열작용을 나타낸다.
무기 수화물의 구체예로서, 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화아연(Zn(OH))2), 수산화철(Fe(OH)2), 수산화망간(Mn(OH)2), 수산화지르코늄(Zr(OH)2), 수산화갈륨(Ga(OH)3) 등을 들 수 있다.
예를 들면, 수산화알루미늄은 약 35%의 결정수를 갖고 있고, 하기 식에 나타내는 바와 같이, 열분해하고 결정수를 방출하여 흡열작용을 나타낸다. 그리고, 결정수를 방출한 후는 다공질체인 알루미나(Al2O3)가 되어, 단열재로서 기능한다.
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
또한, 후술하는 바와 같이 본 발명의 조전지에서는, 열전달 억제 시트(10)가 전지셀 사이에 개재되지만, 열폭주를 일으킨 전지셀에서는, 200℃를 초과하는 온도로 급상승하여, 700℃ 부근까지 온도 상승을 계속한다. 따라서, 무기입자는 열분해 개시 온도가 200℃ 이상인 무기 수화물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열거한 무기 수화물의 열분해 개시 온도는, 수산화알루미늄이 약 200℃, 수산화마그네슘은 약 330℃, 수산화칼슘은 약 580℃, 수산화아연은 약 200℃, 수산화철은 약 350℃, 수산화망간은 약 300℃, 수산화지르코늄은 약 300℃, 수산화갈륨은 약 300℃이며, 모두 열폭주를 일으킨 전지셀의 급격한 승온의 온도 범위와 거의 겹치고, 온도 상승을 효율적으로 억제할 수 있기 때문에, 바람직한 무기 수화물이라고 할 수 있다.
또한, 무기입자(20)로서 무기 수화물 입자를 사용한 경우, 평균 입자 직경이 지나치게 크면, 열전달 억제 시트(10)의 중심 부근에 있는 무기입자(20)(무기 수화물)가, 열분해 온도에 도달하기까지 어느 정도의 시간이 필요하므로, 시트 중심 부근의 무기입자(20)가 모두 열분해되지 않을 수 있다. 이 때문에, 무기 수화물 입자의 평균 2차입자 직경은 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.05㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
<1-2. 제1 무기섬유>
제1 무기섬유(30)는, 평균 섬유직경이 제2 무기섬유(31)의 평균 섬유직경보다 굵게 설정되어 있다. 제1 무기섬유(30)로서, 선형상 또는 바늘 형상인 대직경의 섬유를 사용함으로써, 열전달 억제 시트(10)가 전지셀로부터의 가압이나 풍압에 저항하는 기계적 강도나 보형성을 향상시킬 수 있다. 열전달 억제 시트(10)에는, 외부로부터의 충격이 작용할 수 있어, 대직경의 제1 무기섬유(30)를 포함시켜 내충격성을 높일 수 있다. 외부로부터의 충격은, 예를 들면 전지셀의 팽창에 의한 가압력이나, 전지셀의 발화에 의한 풍압 등이 있다. 또한, 선형상 또는 바늘 형상의 섬유란, 후술하는 권축도가 예를 들면 10% 미만, 바람직하게는 5% 이하인 섬유를 말한다.
이러한 효과를 발현하기 위해서, 제1 무기섬유(30)는 평균 섬유직경으로 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 3㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 다만, 제1 무기섬유(30)가 지나치게 굵으면, 열전달 억제 시트(10)로의 성형성, 가공성이 저하될 우려가 있기 때문에, 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 무기섬유(30)는 지나치게 길어도 성형성이나 가공성이 저하될 우려가 있기 때문에, 섬유 길이를 100㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 무기섬유(30)는 너무 짧아도 형상유지성이나 기계적 강도가 저하되기 때문에, 섬유 길이를 0.1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
<1-3. 제2 무기섬유>
제2 무기섬유(31)는 제1 무기섬유(30)보다 직경이 작다. 또한, 그 형상은 수지형상 또는 권축형상이다. 제2 무기섬유(31)의 형상을 수지형상 또는 권축형상으로 함으로써 변형이 용이하고 유연성을 갖기 때문에, 제2 무기섬유(31)는 제1 무기섬유(30) 및 무기입자(20)과 복잡하게 서로 얽혀 무기입자(20)의 유지 성능을 높인다.
또한, 제1 무기섬유(30)는 제2 무기섬유(31)와 서로 얽혀있기 때문에, 열전달 억제 시트가 가압력이나 풍압을 받았을 때에 미끄러져 이동하거나 각도가 변하는 것이 억제된다. 이로 의해, 특히 외부로부터의 가압력이나 충격에 저항하는 효과가 발휘된다.
또한, 수지형상이란, 2차원적 또는 3차원적으로 가지가 나뉜 구조이며, 예를 들면 깃털 형상, 테트라포드 형상, 방사선 형상, 입체망 형상이 있다.
또한, 「권축형상」이란 섬유가 다양한 방향으로 굴곡된 구조이다. 권축 형태를 정량화하는 방법의 하나로서, 전자현미경 사진으로부터 그 권축도를 산출하는 것이 알려져 있고, 예를 들면 하기 식으로부터 산출할 수 있다.
권축도(%) = (섬유 길이 - 섬유말단간 거리) / (섬유 길이) × 100
여기서, 섬유길이, 섬유말단간 거리는 모두 전자현미경 사진상에서의 측정값이다. 즉, 2차원 평면 상에 투영된 섬유길이, 섬유말단간 거리이며, 현실의 값보다 짧아지게 된다. 이 식에 기초하여, 제2 무기섬유(31)의 권축도는 10% 이상이 바람직하고, 30% 이상이 보다 바람직하다. 권축도가 작으면, 무기입자(20)의 유지능력이나, 제2 무기섬유(31)끼리 또는 제1 무기섬유(30)와의 서로 얽힘(네트워크)이 형성되기 어려워진다.
이러한 효과를 발현하기 위해, 제2 무기섬유(31)의 평균 섬유직경은 1㎛ 미만인 것이 바람직하고, 0.1㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 단, 제2 무기섬유(31)가 지나치게 얇으면 파단되기 쉽고, 무기입자(20)의 유지능력이 저하된다. 또한, 무기입자(20)를 유지하지 않고 섬유가 서로 얽힌 채로 시트 중에 존재하는 비율이 많아져, 무기입자(20)의 유지능력 저하와 더불어, 성형성이나 보형성도 뒤떨어지게 된다. 따라서, 제2 무기섬유(31)의 평균 섬유직경은 1nm 이상이 바람직하고, 10nm 이상이 보다 바람직하다. 제2 무기섬유(31)가 수지형상인 경우, 평균 섬유직경은 SEM에 의해 줄기부 및 가지부의 직경을 다수개 측정하고, 이들의 평균값을 산출함으로써 얻을 수 있다.
또한, 제2 무기섬유(31) 가 지나치게 길어지면 성형성이나 보형성이 저하되기 때문에, 섬유 길이를 0.1 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
<1-4. 무기섬유의 종류>
제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)는 모두 내열성이 우수한 것이 바람직하고, 예를 들면 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 실리케이트 섬유 및 지르코니아 섬유 등의 세라믹스계 섬유, 유리 섬유 등을 들 수 있다. 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)는, 각각, 상기 무기섬유를 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 제1 무기섬유(30)와 제2 무기섬유(31)는 동일한 종류의 섬유이거나 서로 다른 종류의 섬유일 수 있다. 특히, 제1 무기섬유(30)로서는 유리 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 제2 무기섬유(31)로서는 유리 섬유, 실리카 섬유 및 광물계 섬유 중 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하며, 광물계 섬유를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31) 중 어느 한쪽은 비정질 섬유이고, 다른 쪽은 상기 한쪽의 섬유보다 유리전이점이 높은 비정질 섬유 및 결정질의 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열전달 억제 시트가 고온에 노출되었을 때에 한쪽의 무기섬유의 표면이 비교적 조기에 연화되어, 다른 쪽의 무기섬유 및 무기입자(20)와 결착되기 때문에, 기계적 강도가 향상된다.
단, 평균 섬유직경이 큰 제1 무기섬유(30)가 비정질의 섬유이고, 제1 무기섬유(30)보다 평균 섬유직경이 작은 제2 무기섬유(31)가, 제1 무기섬유(30)보다 유리전이점이 높은 비정질의 섬유, 및 결정질의 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 섬유인 것이 보다 바람직하다.
<1-5. 무기입자, 제1 무기섬유 및 제2 무기섬유의 각 함유량>
상기 무기입자(20)의 함유량은 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여 30중량% 이상 94중량% 이하인 것이 바람직하고, 제1 무기섬유(30)의 함유량은 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여 3중량% 이상 30중량% 이하인 것이 바람직하며, 제2 무기섬유(31)의 함유량은, 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여 3중량% 이상 30중량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 더욱 바람직하게는, 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여, 무기입자(20)의 함유량이 60중량% 이상 90중량% 이하이고, 제1 무기섬유(30)의 함유량이 5중량% 이상 15중량% 이하이며, 제2 무기섬유(31)의 함유량이 5중량% 이상 15중량% 이하이다. 이러한 함유량을 가짐으로써, 무기입자(20)에 의한 흡열·단열 효과, 제1 무기섬유(30)에 의한 보형성이나 가압력 내성, 항풍압성, 및 제2 무기섬유(31)에 의한 무기입자(20)의 유지능력이 균형있게 발현된다.
<1-6. 기타 배합 재료>
열전달 억제 시트(10)에는, 필요에 따라, 유기섬유나 유기바인더 등을 배합할 수 있다. 이들은 모두 열전달 억제 시트(10)의 보강이나 성형성의 향상을 목적으로 하는 데에 유용하고, 열전달 억제 시트 전체 중량에 대한 합계량으로, 10중량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 사용하는 유기섬유 및 유기바인더 등의 종류가 특별히 제한되지 않지만, 유기섬유로서는, 펄프 및 폴리에스테르 섬유 등을 들 수 있다. 또한, 유기바인더로서는 제조방법에 따라 바람직한 바인더를 선택할 수 있다. 본 발명에서 선택할 수 있는 유기바인더에 대해서는 후술한다.
<1-7. 열전달 억제 시트의 두께>
열전달 억제 시트(10)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.05㎜ 이상 5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.05mm 미만이면 충분한 기계적 강도를 열전달 억제 시트(10)에 부여할 수 없다. 반면, 두께가 5㎜를 초과하면, 열전달 억제 시트(10)의 성형 자체가 곤란해질 우려가 있다.
[2. 열전달 억제 시트의 제조 방법]
열전달 억제 시트(10)는 적어도 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)를 포함하는 재료를 건식성형법 또는 습식성형법에 의해 틀성형하여 제조된다. 건식 성형법으로는, 예를 들면 프레스 성형법(건식 프레스 성형법) 및 압출 성형법(건식 압출 성형법)을 사용할 수 있다.
<2-1. 건식 프레스 성형법을 이용한 제조 방법>
건식 프레스 성형법으로는, 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31), 및 필요에 따라 유기섬유 및 유기바인더 등을 소정의 비율로 V형 혼합기 등의 혼합기에 투입한다. 그리고, 혼합기에 투입된 재료를 충분히 혼합한 후, 혼합물을 소정의 틀 내에 투입하고, 프레스 성형함으로써, 열전달 억제 시트(10)를 얻을 수 있다. 프레스 성형시, 필요에 따라 가열할 수도 있다.
또한, 프레스 성형시의 프레스압은, 0.98MPa 이상 9.80MPa 이하의 범위인 것이 바람직하다. 프레스압이 0.98MPa 미만이면, 얻어지는 열전달 억제 시트(10)가 강도를 유지할 수 없어 부서질 우려가 있다. 한편, 프레스압이 9.80MPa를 초과하면, 과도한 압축에 의해 가공성이 저하되거나 부피밀도가 높아지기 때문에 고체 전도열이 증가하여 단열성이 저하될 우려가 있다.
또한, 건식 프레스 성형법을 사용하는 경우, 유기바인더로서 폴리비닐알코올(PVA : PolyVinyl Alcohol)을 사용하는 것이 바람직하지만, 건식 프레스 성형법을 사용하는 경우에 일반적으로 사용되는 유기바인더라면, 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
<2-2. 건식 압출 성형법을 이용한 제조 방법>
건식 압출 성형법에서는, 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31), 및 필요에 따라 결합재인 유기섬유 및 유기바인더 등에 물을 첨가하고, 혼련기로 혼련함으로써 페이스트를 제조한다. 그 후, 얻어진 페이스트를 압출 성형기를 사용하여 슬릿 형상의 노즐로부터 압출하고, 다시 건조시킴으로써 열전달 억제 시트(10)를 얻을 수 있다. 건식 압출 성형법을 사용하는 경우에는, 유기바인더로서 메틸셀룰로오스 및 수용성 셀룰로오스 에테르 등을 사용하는 것이 바람직하지만, 건식 압출 성형법을 사용하는 경우에 일반적으로 사용되는 유기바인더라면, 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
도 2는 건식 압출 성형법에 의해 제조된 본 발명의 실시형태와 관련한 열전달 억제 시트의 단면을 나타내는 SEM 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열전달 억제 시트는 무기입자(20), 대직경의 제1 무기섬유(30) 및 세직경의 제2 무기섬유(31)를 포함한다. 무기입자(20)의 입자간, 무기입자(20)와 무기섬유(30, 31) 사이, 및 무기섬유(30, 31) 사이에는, 미세하게 작은 공간이 무수하게 형성되어 있어, 공기에 의한 단열효과도 발휘되기 때문에, 열전달 억제 성능이 우수하다.
<2-3. 습식성형법을 이용한 제조 방법>
습식성형법에서는, 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31), 및 필요에 따라 결합재인 유기바인더를 수중에서 혼합하고, 교반기로 교반함으로써, 혼합액을 제조한다. 그 후, 얻어진 혼합액을 바닥면에 여과용 메쉬가 형성된 성형기에 흘려 넣고, 메쉬를 통해 혼합액을 탈수함으로써, 습윤 시트를 제작한다. 그 후, 얻어진 습윤 시트를 가열함과 동시에 가압함으로써, 열전달 억제 시트(10)를 얻을 수 있다.
또한, 가열 및 가압 공정 전에, 습윤시트에 열풍을 통기시켜, 시트를 건조하는 통기건조 처리를 실시해도 되지만, 통기건조 처리를 실시하지 않고, 습윤한 상태에서 가열 및 가압해도 된다.
또한, 습식성형법을 사용하는 경우에는, 유기바인더로서 양이온화 전분이나 아크릴 수지를 선택할 수 있다.
[3. 조전지]
본 발명에 따른 조전지는, 전지셀 사이에 상기 열전달 억제 시트(10)를 개재시킨 것이다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 조전지(100)는, 복수개의 전지셀(101)을 병설하고, 직렬 또는 병렬로 연결하여 전지 케이스(110)에 수용한 것으로, 전지셀(101) 사이 열전달 억제 시트(10)가 개재되어 있다.
이러한 조전지(100)에서는, 하나의 전지셀(101)이 열폭주하여 고온이 되고, 팽창하거나 발화한 경우에서도, 열전달 억제 효과, 고온시의 보형성, 항압력성 및 항풍압성이 우수한 상기 열전달 억제 시트(10)에 의해, 인접하는 다른 전지셀(101)에 대한 영향이 억제된다. 따라서, 본 발명의 조전지에서는 전지셀의 열폭주의 연쇄가 억제되고, 하나의 전지셀(101)이 열폭주하더라도 피해가 최소한으로 억제된다.
이상, 도면을 참조하면서 각종 실시형태를 설명했으나, 본 발명이 이러한 예에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있음이 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또한, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시형태의 각 구성 요소를 임의로 조합할 수도 있다.
또한, 본 출원은, 2020년 7월 10일 출원의 일본 특허출원(특원 2020-119429)에 근거하는 것이며, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.
10 : 열전달 억제 시트
20 : 무기입자
30 : 제1 무기섬유
31 : 제2 무기섬유
100: 조전지
110 : 전지케이스

Claims (16)

  1. 무기입자와, 제1 무기섬유와, 제2 무기섬유를 포함하고,
    상기 제1 무기섬유의 평균 섬유직경이 상기 제2 무기섬유의 평균 섬유직경보다 크고,
    상기 제1 무기섬유가 선형상 또는 바늘형상이며, 상기 제2 무기섬유가 수지형상 또는 권축형상인,
    열전달 억제 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유의 평균 섬유직경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하이고,
    상기 제2 무기섬유의 평균 섬유직경이 1㎚ 이상 1㎛ 미만인,
    열전달 억제 시트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유는, 동일한 종류의 섬유 또는 서로 다른 종류의 섬유이며,
    상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유는 각각, 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 실리케이트 섬유, 지르코니아 섬유, 유리 섬유 및 광물계 섬유로부터 선택된 적어도 1 종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유가 유리 섬유이고,
    상기 제2 무기섬유가 광물계 섬유인 것을 특징으로 하는,
    열전달 억제 시트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기입자의 평균 2차입자 직경이 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인,
    열전달 억제 시트.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기입자가 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자로부터 선택된 적어도 1 종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무기입자가 산화물 입자를 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산화물 입자의 평균 1차입자 직경이 0.001㎛ 이상 50㎛ 이하인, 열전달 억제 시트.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 산화물 입자가 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르콘, 티탄산바륨, 산화아연 및 알루미나로부터 선택된 적어도 1 종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 무기입자가 나노입자, 중공 입자 및 다공질 입자로부터 선택된 적어도 1 종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무기입자가 나노입자를 포함하는, 열전달 억제 시트.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 나노입자가 실리카 나노입자인, 열전달 억제 시트.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 나노입자의 평균 1차입자 직경이 1nm 이상 100nm 이하인,
    열전달 억제 시트.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 산화물 입자가 티타니아를 포함하는, 열전달 억제 시트.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    열전달 억제 시트 전체 중량에 대하여,
    상기 무기입자의 함유량이 30중량% 이상 94중량% 이하,
    상기 제1 무기섬유의 함유량이 3중량% 이상 30중량% 이하, 및
    상기 제2 무기섬유의 함유량이 3중량% 이상 30중량% 이하인,
    열전달 억제 시트.
  16. 복수의 전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 조전지에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 열전달 억제 시트를 상기 전지셀 사이에 개재시킨, 조전지.
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