KR20230108798A - 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재 - Google Patents

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최철민
윤종환
곽하슬로미
허정주
김상덕
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Abstract

본 발명은 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재 및 유기물 보강섬유 및 무기물 보강섬유 중 적어도 하나를 포함하는, 보강섬유를 포함하는 직물을 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재{PLASTIC COMPOSITE FOR BATTERY PACK HOUSING}
본 발명은 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재에 관한 것이다.
산업사회의 발전에 따라 성형성이 뛰어난 플라스틱의 사용량이 증가하고 있다. 자동차 업계에서도 하이브리드 자동차, 전기자동차 및 자동차 부품 등에 다양한 플라스틱이 사용되고 있으며, 강도 및 강성이 우수한 플라스틱이 계속해서 연구되고 있다.
이에 따라 플라스틱 복합재 또는 플라스틱 복합 재료가 다양하게 연구되고 있다. 플라스틱 복합재란 복수의 플라스틱 소재 또는 플라스틱 수지 및 기타 물질을 결합하여 만든 고성능 재료를 의미할 수 있다. 또한, 플라스틱 복합재의 표면을 코팅하여 플라스틱 복합재만으로는 구현할 수 없는 기술적 효과를 더 부여할 수 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
배터리 및/또는 배터리 팩은 외부 충격에 의해 전기 화재 등의 다양한 위험을 초래할 수 있다. 배터리 및/또는 배터리 팩을 보호하기 위한 하우징이 필수적으로 요구되며, 하우징은 외부의 충격을 보호하면서도 화재에 대한 난연성 및/또는 내부 전자제어장치에서 발생하는 전자파에 대한 차폐능이 요구될 수 있다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재를 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 보강섬유를 포함하는 직물 및 플라스틱 기재를 포함하는 플라스틱 복합재를 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재, 및 유기물 보강섬유 및 무기물 보강섬유 중 적어도 하나를 포함하는, 보강섬유를 포함하는 직물을 포함하고, 플라스틱 기재는, 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 복합재를 포함하는 배터리 케이스를 제공할 수 있다.
본 발명은 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재는, 배터리 팩을 외부 충격으로부터 보호하고, 궁극적으로 배터리 팩을 탑재한 장치(예: 전기자동차)의 안전을 도모할 수 있다.
이하, 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 복합재는, 배터리 팩 하우징으로서 기능하는 것으로서, 구체적으로 플라스틱 기재 및 직물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 직물은 보강섬유를 포함하는 것으로서, 보강섬유는, 유기물 보강섬유 및 무기물 보강섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유기물 보강섬유는, 탄소 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 및 셀룰로오스계 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무기물 보강섬유는, 금속 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 바잘트 섬유, 세라믹 섬유 및 초고분자량 폴리에틸렌 섬유(UHMWPE) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 직물은 보강섬유의 집합체로서, 여과지, 직포, 편포, 부직포, 그물 또는 메쉬와 같은 막상 또는 시트상 형태로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는, 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 기재는, 열가소성 수지로서, 폴리프로필렌, 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리에테르에테르케톤, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌술폰, 폴리페닐렌에테르 및 폴리우레탄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 열가소성 수지는, 열변형 온도(HDT)(455 kPa 기준)가 60 ℃ 내지 210 ℃인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 열가소성 수지는, 455 kPa에서의 열변형 온도가 60 ℃ 이상이거나, 70 ℃ 이상이거나, 80 ℃ 이상이거나, 90 ℃ 이상이거나, 100 ℃ 이상이거나, 110 ℃ 이상이거나, 120 ℃ 이상이거나, 130 ℃ 이상이거나, 140 ℃ 이상이거나, 150 ℃ 이상이거나, 160 ℃ 이상이거나, 170 ℃ 이상이거나, 180 ℃ 이상이거나, 190 ℃ 이상이거나, 200 ℃ 이상일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 열가소성 수지는, 455 kPa에서의 열변형 온도가 210 ℃ 이하이거나, 200 ℃ 이하이거나, 190 ℃ 이하이거나, 180 ℃ 이하이거나, 170 ℃ 이하이거나, 160 ℃ 이하이거나, 150 ℃ 이하이거나, 140 ℃ 이하이거나, 130 ℃ 이하이거나, 120 ℃ 이하이거나, 110 ℃ 이하이거나, 100 ℃ 이하이거나, 90 ℃ 이하이거나, 80 ℃ 이하이거나, 70 ℃ 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 열가소성 수지의 열변형 온도(455 kPa)는, 상기 수치들 중 선택되는 둘 사이의 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는, ISO 1183에 따른 비중이 0.9 내지 1.5인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 비중은, 0.90 이상이거나, 0.95 이상이거나, 1.00 이상이거나, 1.05 이상이거나, 1.10 이상이거나, 1.15 이상이거나, 1.20 이상이거나, 1.25 이상이거나, 1.30 이상이거나, 1.35 이상이거나, 1.40 이상이거나, 1.45 이상일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 비중은, 1.50 이하이거나, 1.45 이하이거나, 1.40 이하이거나, 1.35 이하이거나, 1.30 이하이거나, 1.25 이하이거나, 1.20 이하이거나, 1.15 이하이거나, 1.10 이하이거나, 1.05 이하이거나, 1.00 이하이거나, 0.95 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 비중은, 상기 수치들 중 선택되는 둘 사이의 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는, ISO 527에 따른 인장강도가 20.0 MPa 내지 90.0 MPa인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 인장강도는, 20.0 MPa 이상이거나, 30.0 MPa 이상이거나, 40.0 MPa 이상이거나, 50.0 MPa 이상이거나, 60.0 MPa 이상이거나, 70.0 MPa 이상이거나, 80.0 MPa 이상일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 인장강도는, 90.0 MPa 이하이거나, 80.0 MPa 이하이거나, 70.0 MPa 이하이거나, 60.0 MPa 이하이거나, 50.0 MPa 이하이거나, 40.0 MPa 이하이거나, 30.0 MPa 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 인장강도는, 상기 수치들 중 선택되는 둘 사이의 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는, ISO 178에 따른 굴곡강도가 30 MPa 내지 90 MPa인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 굴곡강도는, 30 MPa 이상이거나, 40 MPa 이상이거나, 50 MPa 이상이거나, 60 MPa 이상이거나, 70 MPa 이상이거나, 80 MPa 이상일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 굴곡강도는, 90 MPa 이하이거나, 80 MPa 이하이거나, 70 MPa 이하이거나, 60 MPa 이하이거나, 50 MPa 이하이거나, 40 MPa 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 굴곡강도는, 상기 수치들 중 선택되는 둘 사이의 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는, 굴곡탄성율이 800 MPa 내지 2500 MPa인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 굴곡탄성율은, 800 MPa 이상이거나, 900 MPa 이상이거나, 1000 MPa 이상이거나, 1100 MPa 이상이거나, 1200 MPa 이상이거나, 1300 MPa 이상이거나, 1400 MPa 이상이거나, 1500 MPa 이상이거나, 1600 MPa 이상이거나, 1700 MPa 이상이거나, 1800 MPa 이상이거나, 1900 MPa 이상이거나, 2000 MPa 이상이거나, 2100 MPa 이상이거나, 2200 MPa 이상이거나, 2300 MPa 이상이거나, 2400 MPa 이상일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 굴곡탄성율은, 2500 MPa 이하이거나, 2400 MPa 이하이거나, 2300 MPa 이하이거나, 2200 MPa 이하이거나, 2100 MPa 이하이거나, 2000 MPa 이하이거나, 1900 MPa 이하이거나, 1800 MPa 이하이거나, 1700 MPa 이하이거나, 1600 MPa 이하이거나, 1500 MPa 이하이거나, 1400 MPa 이하이거나, 1300 MPa 이하이거나, 1200 MPa 이하이거나, 1100 MPa 이하이거나, 1000 MPa 이하이거나, 900 MPa 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 굴곡탄성율은, 상기 수치들 중 선택되는 둘 사이의 범위에 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보강섬유는, 선밀도가 60 tex 내지 1200 tex인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보강섬유의 선밀도는, 바람직하게는, 133 tex 내지 1160 tex인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 직물은, 플라스틱 복합재 100 중량부를 기준으로 40 중량부 내지 80 중량부인 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 직물은, 플라스틱 복합재 100 중량부를 기준으로 40 중량부 내지 70 중량부일 수 있고, 40 중량부 내지 60 중량부일 수 있고, 40 중량부 내지 50 중량부일 수 있고, 50 중량부 내지 80 중량부일 수 있고, 50 중량부 내지 70 중량부일 수 있고, 50 중량부 내지 60 중량부일 수 있고, 60 중량부 내지 80 중량부일 수 있고, 60 중량부 내지 70 중량부일 수 있고, 70 중량부 내지 80 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 직물은, 평직 또는 능직으로 제조되는 것으로서, 예를 들어, 보강섬유를 평직 또는 능직으로 직조하여 제조되는 것일 수 있다. '평직'이란 경사와 위사가 한 올씩 교대로 배열되어 직조되는 직물을 의미하고, '능직'이란 경사 또는 위사가 한 올, 두 올 또는 그 이상의 올이 교대로 배열되어 교차하여 직조되는 직물을 의미할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 직물은, 보강섬유를 경사 방향과 위사 방향으로 배열하여 형성되는 것이고, 보강섬유의 경사 방향의 직물 밀도 및 위사 방향의 직물 밀도는, 각각, 10개/inch 내지 20개/inch 인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 직물은, 플라스틱 기재 내에 함침되는 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 직물이 배열된 뒤 열가소성 수지에 의해 함침되어 플라스틱 기재 내에 직물이 함침된 형태의 플라스틱 복합재가 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재의 표면 중 적어도 일부에 형성되는 난연성 코팅층을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는 복수 개의 면을 포함할 수 있고, 난연성 코팅층은, 플라스틱 기재의 복수 개의 면 및/또는 복수 개의 면의 경계를 형성하는 모서리 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재의 표면 상에 코팅이 수행되어 난연성 코팅층이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은 열뿐만 아니라 충격에 대해서도 플라스틱 기재를 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재는 단단하지만 가벼우면서도 외부 충격에 강할 수 있다. 특히, 플라스틱 기재 상에 난연성 코팅층을 포함함으로써 충격 및 열 등으로부터 플라스틱 기재를 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재 상에 전자파 차폐층이 더 형성될 수 있다. 이 때, 전자파 차폐층은, 난연성 코팅층 상에 형성될 수 있고, 또는 난연성 코팅층과 플라스틱 기재 사이에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자파 차폐층은, 난연성 코팅층의 표면 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 할로겐계 난연제, 인계 난연제 및 무기계 난연제 중 적어도 하나의 난연제를 포함하는 것이고, 난연제는, 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 할로겐계 난연제는, 브롬계 난연제, 염소계 난연제 또는 이 둘을 포함할 수 있고, 브롬계 난연제는, 트리브로모페녹시에탄(tribromophenoxyethane), 테트라브로모비스페놀 A(tetrabromobisphenol A) 또는 이 둘을 포함할 수 있고, 염소계 난연제는, 염소화 파라핀, 염소화 폴리에틸렌 및 지방족 염소계 난연제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인계 난연제는, 포스페이트, 포스포네이트, 포스피네이트, 포스핀 옥사이드 및 포스파젠 중 적어도 하나의 작용기를 포함할 수 있고, 인/할로겐 난연제, 인/질소 난연제 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무기계 난연제는, 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 산화안티몬(Sb2O3) 및 수산화 마그네슘(Mg(OH)2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 발포제 및 탄화제를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 발포제 및 탄화제를 포함하고, 발포제는, 멜라민, 디시아디아마이드, 우레아, 구아니딘 및 글리신 중 적어도 하나의 질소 화합물을 포함하는 것이고, 탄화제는, 모노펜타에리트리톨(monopentaerythritol), 디펜타에리트리톨(dipentaerythritol), 트리펜타에리트리톨(tripentaerythritol), 전분(starch), 페놀포름알데히드 수지(phenol formaldehyde resin), 설탕 및 폴리우레탄(polyurethane) 중 적어도 하나를 포함하는 것이고, 발포제는, 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 20 중량부인 것이고, 탄화제는, 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발포제는 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있는데, 함유량이 10 중량부 미만이면 생성되는 가스량이 적기 때문에 탄화층을 발포시키기에 미흡하여 바람직하지 않고, 사용량이 20 중량부를 초과하면 가스의 발생량이 많아져 탄화층의 발포 이전에 가스의 과량 분출로 인하여 균일한 탄화층의 형성이 어렵게 되어 난연 성능을 기대할 수 없다.
일 실시예에 따르면, 탄화제는, 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있는데, 탄화제의 함유량이 5 중량부 미만이면 발포제와 화학 반응이 미약하여 탄화층의 형성이 미흡하게 되며, 20 중량부를 초과하면 발포 효과를 현저히 저하시켜 난연 성능을 기대할 수 없다.
일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 스티렌계 수지 및 페놀계 수지 중 적어도 하나의 난연 수지를 포함하는 것이고, 난연 수지는, 상기 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 80 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연 수지는, 방향족 비닐계 중합체 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지 등이 사용될 수 있다. 다만, 난연 수지의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 난연 수지는 아크릴레이트계 수지로서, 부틸아크릴레이트(butylacrylate), 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-hydroxyethylacrylate), 2-하이드록시메틸메타크릴레이트(2-hydroxymethylmethacrylate), 디메틸아미노에틸메타크릴레이트(dimethylaminoethylmethacrylate), 글리시딜메타크릴레이트(glycidylmethacrylate), 아크릴산(acrylic acid) 및 메타크릴산(methacrylic acid) 중 적어도 하나를 적절한 개시제의 존재 하에서 중합시킨 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연 수지는, 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 25 중량부인 것일 수 있는데, 1 중량부 미만이면 발포시 수축 및 크랙 발생 현상이 심해지며, 25 중량부 초과이면 발포율이 떨어져 정상적인 난연 성능을 발휘할 수 없다는 단점이 있다.
일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 500 ℃ 이상의 온도에서 10분 이하의 시간 동안 형태 변형률이 10% 미만일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 이의 표면 중 적어도 일부에 단열층이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단열층은, 실리카 에어로젤, 다공성 유리, 중공형 유리, 유리섬유 및 미네랄 중 적어도 하나의 중공형 무기물 입자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단열층은, 난연제를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단열층은, 발포제 및 탄화제를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단열층은, 난연 수지를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연제, 발포제 및 탄화제 중 적어도 하나는, 전술한 난연성 코팅층의 난연제, 발포제 또는 탄화제와 동일 또는 유사한 구성, 목적 및 효과를 가지는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연 수지는, 방향족 비닐계 중합체 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지 등이 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 난연 수지는 에폭시계 수지, 스티렌계 수지 및 페놀 수지 등이 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연 수지는 아크릴레이트계 수지인 것으로서, 부틸아크릴레이트(butylacrylate), 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-hydroxyethylacrylate), 2-하이드록시메틸메타크릴레이트(2-hydroxymethylmethacrylate), 디메틸아미노에틸메타크릴레이트(dimethylaminoethylmethacrylate), 글리시딜메타크릴레이트(glycidylmethacrylate), 아크릴산(acrylic acid) 및 메타크릴산(methacrylic acid) 중 적어도 하나를 적절한 개시제의 존재 하에서 중합시킨 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 난연제는, 단열층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 20 중량부인 것이고, 발포제는 단열층 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 20 중량부인 것이고, 탄화제는, 단열층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 20 중량부인 것이고, 난연 수지는 단열층 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 25 중량부일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발포제는 단열층 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있는데, 함유량이 10 중량부 미만이면 생성되는 가스량이 적기 때문에 탄화층을 발포시키기에 미흡하여 바람직하지 않고, 사용량이 20 중량부를 초과하면 가스의 발생량이 많아져 탄화층의 발포 이전에 가스의 과량 분출로 인하여 균일한 탄화층의 형성이 어렵게 되어 난연 성능을 기대할 수 없다.
일 실시예에 따르면, 탄화제는 단열층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있는데, 탄화제의 함유량이 5 중량부 미만이면 발포제와 화학 반응이 미약하여 탄화층의 형성이 미흡하게 되며, 20 중량부를 초과하면 발포 효과를 현저히 저하시켜 난연 성능을 기대할 수 없다.
일 실시예에 따르면, 난연 수지는, 단열층 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 25 중량부인 것일 수 있는데, 1 중량부 미만이면 발포시 수축 및 크랙 발생 현상이 심해지며, 25 중량부 초과이면 발포율이 떨어져 정상적인 난연 성능을 발휘할 수 없다는 단점이 있다.
일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 쉘 및 중공을 포함하는 중공형 입자를 포함하고, 쉘은, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아미노알데히드, 멜라민, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 스티렌-메타크릴레이트 공중합체, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 페놀 포름알데히드 및 레소시놀 포름알데히드 중 적어도 하나의 고분자 수지를 포함하는 것이고, 중공은, 트리브로모페녹시에탄(tribromophenoxyethane), 테트라브로모비스페놀 A(tetrabromobisphenol A), 염소화 파라핀, 염소화 폴리에틸렌, 3-히드록시페닐 프로판 카르본산(3-hydroxyphenyl propane carbonic acid), (2'-히드록시에틸)-3-히드록시페닐포스피닐 프로판 에스테르((2'-hydroxyethyl)-3-hydroxyphenylphospinyl propane ester), 수산화 알루미늄, 플루오르화 케톤, 규사, 산화 안티몬 및 수산화 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 트리브로모페녹시에탄, 테트라브로모비스페놀A, 염소화파라핀, 염소화폴리에틸렌, 3-히드록시페닐프로판카르본산, (2'-히드록시에틸)-3-히드록시페닐포스피닐프로판에스테르, 수산화알루미늄, 플루오르화 케톤, 규사, 산화안티몬 및 수산화마그네슘 중 적어도 하나는, 일 실시예에 따른 플라스틱 복합재가 상당한 온도에 이르렀을 때 상기 중공형 입자에서 배출되어 불꽃 또는 화염을 직접적으로 소화시킬 수 있고, 간접적으로 주변의 열 에너지를 감소시켜 화재가 발생하지 않도록 억제하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 중공형 입자의 고분자 수지를 포함하는 쉘은, 상당한 온도에 이르렀을 때 연화됨과 동시에 내부의 물질이 팽창되어 분사시키는 것일 수 있고, 특정 온도 범위에서 잘 반응하기 위한 두께를 가지는 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 중공형 입자의 중공에 포함되는 물질은, 상당한 온도에 이르렀을 때 외부로 팽창되는 것일 수 있으며, 이 때 상 변화를 동시에 수반하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재의 표면 중 적어도 일부에 형성되는 전자파 차폐층을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자파 차폐층은, 알루미늄을 포함하고, Ag, Cu, Al, Pt, Au, ITO, Cr, Zn, Sn, In, Mo, Ti, Pb, Nb, 그래파이트, 카본 블랙, 그래핀, 하드 카본 및 소프트 카본 중 적어도 하나의 금속을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재 상에 난연성 코팅층이 더 형성될 수 있다. 이 때, 난연성 코팅층은, 전자파 차폐층 상에 형성될 수 있고, 또는 전자파 차폐층과 플라스틱 기재 사이에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 난연성 코팅층은, 전자파 차폐층의 표면 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자파 차폐층은, Fe2O3, 페라이트(ferrite), 퍼멀로이(permalloy), Ni, Fe, Co, SUS, Nb, Ni-Co계 물질, Fe-Ni계 물질, Fe-Cr계 물질, Fe-Al계 물질, Fe-Si계 물질, Fe-S-B계 물질, Fe-Si-B-Cu-Nb 계 물질, Mn-Zn계 물질, Ni-Zn계 물질, Ni-Co계 물질, Mg-Zn계 물질 및 Cu-Zn계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 물질은 전기전도성이 우수하고 자성을 갖춘 물질로서, 우수한 전자파 차폐능을 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자파 차폐층은, 이의 표면 중 적어도 일부에 고분자 코팅층이 형성되는 것이고, 고분자 코팅층은, 500 ℃ 이상의 온도에서 10분 이하의 시간 동안 형태 변형률이 10% 미만인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스는, 플라스틱 복합재를 포함하는 것으로서, 상기 플라스틱 복합재는, 플라스틱 기재, 및 유기물 보강섬유 및 무기물 보강섬유 중 적어도 하나를 포함하는, 보강섬유를 포함하는 직물을 포함하고, 플라스틱 기재는, 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 케이스에 포함되는 플라스틱 복합재는 전술한 플라스틱 복합재에 해당하는 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 플라스틱 기재, 직물 및 보강섬유는, 각각, 전술한 플라스틱 기재, 직물 및 보강섬유에 해당하는 것일 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 플라스틱 기재; 및
    유기물 보강섬유 및 무기물 보강섬유 중 적어도 하나를 포함하는, 보강섬유를 포함하는 직물;을 포함하고,
    상기 플라스틱 기재는, 열가소성 수지를 포함하고,
    상기 플라스틱 기재는,
    ISO 1183에 따른 비중이 0.9 내지 1.5이고,
    ISO 527에 따른 인장강도가 20.0 MPa 내지 90.0 MPa이고,
    ISO 178에 따른 굴곡강도가 30 MPa 내지 90 MPa이고,
    굴곡탄성율이 800 MPa 내지 2500 MPa인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강섬유는, 선밀도가 60 tex 내지 1200 tex인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직물은, 상기 플라스틱 복합재 100 중량부를 기준으로 40 중량부 내지 80 중량부인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직물은, 평직 또는 능직으로 제조되는 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 직물은, 상기 보강섬유를 경사 방향과 위사 방향으로 배열하여 형성되는 것이고,
    상기 보강섬유의 경사 방향의 직물 밀도 및 위사 방향의 직물 밀도는, 각각, 10개/inch 내지 20개/inch 인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직물은, 상기 플라스틱 기재 내에 함침되는 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 기재의 표면 중 적어도 일부에 형성되는 난연성 코팅층;을 더 포함하고,
    상기 난연성 코팅층은, 할로겐계 난연제, 인계 난연제 및 무기계 난연제 중 적어도 하나의 난연제를 포함하는 것이고,
    상기 난연제는, 상기 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 60 중량부인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 코팅층은,
    멜라민, 디시안디아마이드, 우레아, 구아니딘 및 글리신 중 적어도 하나의 질소 화합물을 포함하는 발포제, 및
    모노펜타에리트리톨(monopentaerythritol), 디펜타에리트리톨(dipentaerythritol), 트리펜타에리트리톨(tripentaerythritol), 전분(starch), 페놀포름알데히드 수지(phenol formaldehyde resin), 설탕 및 폴리우레탄 중 적어도 하나의 탄화제를 포함하는 것이고,
    상기 발포제는, 상기 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 20 중량부인 것이고,
    상기 탄화제는, 상기 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 5 중량부 내지 20 중량부인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 코팅층은, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 스티렌계 수지 및 페놀계 수지 중 적어도 하나의 난연 수지를 포함하는 것이고,
    상기 난연 수지는, 상기 난연성 코팅층 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 80 중량부인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 코팅층은, 500 ℃ 이상의 온도에서 10분 이하의 시간 동안 형태 변형률이 10% 미만인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 코팅층은, 이의 표면 중 적어도 일부에 단열층이 형성되는 것이고,
    상기 단열층은, 실리카 에어로젤, 다공성 유리, 중공형 유리, 유리섬유 및 미네랄 중 적어도 하나의 중공형 무기물 입자를 포함하는 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 코팅층은, 쉘 및 중공을 포함하는 중공형 입자를 포함하고,
    상기 쉘은, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아미노알데히드, 멜라민, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 스티렌-메타크릴레이트 공중합체, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 페놀 포름알데히드 및 레소시놀 포름알데히드 중 적어도 하나의 고분자 수지를 포함하는 것이고,
    상기 중공은, 트리브로모페녹시에탄(tribromophenoxyethane), 테트라브로모비스페놀 A(tetrabromobisphenol A), 염소화 파라핀, 염소화 폴리에틸렌, 3-히드록시페닐 프로판 카르본산(3-hydroxyphenyl propane carbonic acid), (2'-히드록시에틸)-3-히드록시페닐포스피닐 프로판 에스테르((2'-hydroxyethyl)-3-hydroxyphenylphospinyl propane ester), 수산화 알루미늄, 플루오르화 케톤, 규사, 산화 안티몬 및 수산화 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 기재의 표면 중 적어도 일부에 형성되는 전자파 차폐층;을 더 포함하고,
    상기 전자파 차폐층은, 알루미늄을 포함하고, Ag, Cu, Al, Pt, Au, ITO, Cr, Zn, Sn, In, Mo, Ti, Pb, Nb, 그래파이트, 카본 블랙, 그래핀, 하드 카본 및 소프트 카본 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자파 차폐층은, Fe2O3, 페라이트(ferrite), 퍼멀로이(permalloy), Ni, Fe, Co, SUS, Nb, Ni-Co계 물질, Fe-Ni계 물질, Fe-Cr계 물질, Fe-Al계 물질, Fe-Si계 물질, Fe-S-B계 물질, Fe-Si-B-Cu-Nb 계 물질, Mn-Zn계 물질, Ni-Zn계 물질, Ni-Co계 물질, Mg-Zn계 물질 및 Cu-Zn계 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전자파 차폐층은, 이의 표면 중 적어도 일부에 고분자 코팅층이 형성되는 것이고,
    상기 고분자 코팅층은, 500 ℃ 이상의 온도에서 10분 이하의 시간 동안 형태 변형률이 10% 미만인 것인,
    배터리 팩 하우징 플라스틱 복합재.
  16. 플라스틱 복합재를 포함하는, 배터리 케이스로서,
    상기 플라스틱 복합재는,
    플라스틱 기재; 및
    유기물 보강섬유 및 무기물 보강섬유 중 적어도 하나를 포함하는, 보강섬유를 포함하는 직물;을 포함하고,
    상기 플라스틱 기재는, 열가소성 수지를 포함하고,
    상기 플라스틱 기재는,
    ISO 1183에 따른 비중이 0.9 내지 1.5이고,
    ISO 527에 따른 인장강도가 20.0 MPa 내지 90.0 MPa이고,
    ISO 178에 따른 굴곡강도가 30 MPa 내지 90 MPa이고,
    굴곡탄성율이 800 MPa 내지 2500 MPa인 것인,
    자동차용 배터리 케이스.
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