KR20230124262A - 불연성 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents
불연성 시트 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230124262A KR20230124262A KR1020220021346A KR20220021346A KR20230124262A KR 20230124262 A KR20230124262 A KR 20230124262A KR 1020220021346 A KR1020220021346 A KR 1020220021346A KR 20220021346 A KR20220021346 A KR 20220021346A KR 20230124262 A KR20230124262 A KR 20230124262A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sheet
- weight
- inorganic
- heat
- parts
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims description 36
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 claims description 33
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 11
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 claims description 10
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 8
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 7
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- -1 silane compound Chemical class 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 229920003987 resole Polymers 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/45—Oxides or hydroxides of elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table; Aluminates
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/46—Oxides or hydroxides of elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table; Titanates; Zirconates; Stannates; Plumbates
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/77—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof
- D06M11/79—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof with silicon dioxide, silicic acids or their salts
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M13/10—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
- D06M13/144—Alcohols; Metal alcoholates
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/39—Aldehyde resins; Ketone resins; Polyacetals
- D06M15/41—Phenol-aldehyde or phenol-ketone resins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/40—Fibres of carbon
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2200/00—Functionality of the treatment composition and/or properties imparted to the textile material
- D06M2200/30—Flame or heat resistance, fire retardancy properties
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
본 발명은 불연성 시트 및 이의 제조방법, 이를 이용한 배터리 셀 및 배터리 모듈에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 시트 형상의 무기섬유 기재; 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에, 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합하여 형성된 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막;을 포함하는 불연성 시트로서, 내열 코팅막은, 발화 시 열에 의해 상기 유기계 바인더가 탄화되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지하는 것을 기술적 요지로 한다.
이러한 본 발명은, 시트 형상의 무기섬유 기재; 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에, 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합하여 형성된 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막;을 포함하는 불연성 시트로서, 내열 코팅막은, 발화 시 열에 의해 상기 유기계 바인더가 탄화되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지하는 것을 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 불연성 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업에서 환경 규제에 대한 해결책으로서, 전기를 동력원으로 삼아 운행하는 전기자동차로 재편될 조짐을 보이면서 세계적인 자동차 생산업체들이 새로운 모델을 앞다투어 출시하고 있다. 전기자동차는 자동차의 소음 및 배출가스 등의 공해 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 절약과 관련하여 잉여전력을 유효하게 이용하는 새로운 교통수단으로 적극 개발되고 있는 중이다.
하지만 전기자동차의 보급이 증가함에 따라 다양한 문제들이 이슈화되고 있으며, 그중 화재에 대한 문제가 가장 큰 이슈로 주목받고 있다. 전기자동차의 화재는 대부분, 전기에너지를 충방전하여 사용할 수 있는 리튬이온 배터리의 기본 단위로 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 알루미늄 케이스에 수용하여 형성된 배터리 셀에서 발생되는 것으로 확인되었고, 배터리 셀에서 발생된 화재는 배터리 셀을 수용하는 케이스 형태인 배터리 모듈에 전파되어 확산되고 나아가 전기자동차 전체에 번지게 된다.
이와 같이 배터리 셀이 과열될 경우 발화가 일어나면서 폭발할 수 있기 때문에 이를 예방하는 것이 중요하다. 배터리 셀 과열의 여러가지 원인 중 하나가 배터리 셀을 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우인데, 과전류가 흐르면 배터리 셀이 발열하여 배터리 모듈의 내부 온도가 급속하게 상승됨으로 인해 전해액이 기체로 변하고 이에 따라 배터리 셀 내부의 압력이 상승하여 배터리 모듈이 부풀어오르는 이른바 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 배터리 셀이 변형되면서 폭발이 발생하게 된다.
다시 말해 배터리 셀의 과충전 등에 의한 발화 시 배터리 셀로부터 발생한 화염이 배터리 모듈의 외부로 노출되면 더 큰 2차 피해로 이어질 수 있으며, 또한 발화 현상에 의해 발생되는 가스가 배터리 모듈의 외부로 빠져나가지 못하여 배터리 모듈 내부 압력 상승에 따라 배터리 셀의 폭발 등으로 이어질 수 있는 위험이 있다. 이 때문에 배터리 셀의 폭발은 전기자동차의 파손을 야기할 뿐만 아니라 운전자 또는 탑승자의 안전 위협과 화재로 연결될 수 있다는 점에서 안전성 확보가 중요한 것이다.
이를 위해 '배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차(등록번호: 10-2033101)'에서는 배터리 셀을 수용하는 배터리 모듈의 내부에, 배터리 셀의 발화 시 발생되는 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 노출 방지 유로가 마련된 구조를 제시한 바 있다. 그러나 구조적인 설계로 공정 단가가 상승하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 노출 방지 유로를 통해 화염이 배터리 모듈 외부로 노출되지 못하면 오히려 예상치 못한 폭발 등을 초래할 수 있어 안정성에 심각한 문제가 있다.
따라서 배터리 셀 사용상의 안전성을 충분히 확보하기 위하여 불연 성능을 부여할 수 있도록 하는 새로운 기술개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제를 해소하기 위하여 발명된 것으로, 발화 시 화염의 확산을 지연 또는 방지할 수 있는 불연성 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 시트 형상의 무기섬유 기재; 및 상기 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에, 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합하여 형성된 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막;을 포함하는 불연성 시트로서, 상기 내열 코팅막은, 발화 시 열에 의해 상기 유기계 바인더가 탄화되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트를 제공한다.
바람직하게는 상기 불연성 시트는, 상기 불연성 시트의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 적층 형성되는 난연제 함유 접착 필름;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 불연성 시트는, 상기 난연제 함유 접착 필름의 표면에 적층 형성되는 차열 시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 유무기 하이브리드 혼합액은, 페놀계 수지로 이루어진 유기계 바인더 10 내지 50중량부; 알코올 50 내지 60중량부; 물(water) 5 내지 35중량부; 산 촉매 1 내지 15중량부; 실리카졸, 알루미나졸 및 이산화티타늄졸 중 하나 이상의 무기계 바인더 5 내지 10중량부; 및 실란커플링제 0.5 내지 3중량부;를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 시트 형상의 무기섬유 기재를 공급하는 제1단계; 및 상기 무기섬유 기재에 유기계 바인더 및 무기계 바인더가 혼합된 유무기 하이브리드 혼합액을 공급하여, 상기 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에 내열 코팅막이 함침 코팅된 불연성 시트를 제조하는 제2단계;를 포함하되, 상기 제2단계의 내열 코팅막은, 발화 시 열에 의해 상기 유기계 바인더가 탄화되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 제2단계의 다음에는, 상기 불연성 시트의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 난연제 함유 접착 필름을 적층 형성하는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 제3단계의 다음에는, 상기 난연제 함유 접착 필름의 표면에 차열 시트를 적층 형성하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 제2단계의 유무기 하이브리드 혼합액은, 페놀계 수지로 이루어진 유기계 바인더 10 내지 50중량부; 알코올 50 내지 60중량부; 물(water) 5 내지 35중량부; 산 촉매 1 내지 15중량부; 실리카졸, 알루미나졸 및 이산화티타늄졸 중 하나 이상의 무기계 바인더 5 내지 10중량부; 및 실란커플링제 0.5 내지 3중량부;를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 불연성 시트는 유기소재 및 무기소재의 복합화를 이용한 것으로, 무기섬유 기재에 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합한 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막을 구성함으로서, 발열 시 고온의 열에 의해 유기계 바인더의 유기입자가 탄화되면서 내열 코팅막을 탄화막 형태를 형성하여 화염의 확산을 지연 또는 방지하면서 단열 성능을 발휘하여 폭발을 예방하고 화재로 인한 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 불연성 시트에 난연제 함유 접착 필름 및 차열 시트가 차례대로 적층 형성됨으로서, 발화 시 난연제 함유 접착 필름에 접착된 차열 시트에서 1차적으로 고온의 열을 차단해주고, 이어서 내열 코팅막의 탄화가 이루어지면서 유기계 바인더의 유기입자들이 차(char)를 형성하여 2차적으로 고온의 열을 차단해주므로, 시트 형상으로 이루어진 구조물의 변형을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 불연성 시트가 적용된 전기자동차용 배터리 모듈은 배터리 셀 과열로 인한 화재 발생 시 배터리 모듈 내부에서 발생될 수 있는 화염이 확산되는 현상을 지연시켜줄 수 있으므로, 운전자 및 탑승자의 대피 시간을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 불연성 시트는 전기자동차용 배터리 모듈 분야 뿐만 아니라, 조선소 용접 작업장의 바닥면에 설치하여 용접 시 스파크가 발생되더라도 화염이 확산되지 않도록 할 수 있으며, 이외 전기시설이 집중된 벽체 등에도 설치할 수 있으므로, 다양한 장소에 용이하게 구비하여 안전사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 불연성 시트를 나타낸 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 불연성 시트의 제조방법을 나타낸 과정도.
도 3은 본 발명에 따른 불연성 시트가 활용된 상태를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 불연성 시트가 활용된 상태를 나타낸 다른 예시도.
도 5는 실시예 1에 따른 불연성 시트를 나타낸 사진.
도 6은 실시예 1에 따른 불연성 시트에 난연제 함유 접착 필름 및 차열 시트가 접착된 상태를 나타낸 사진.
도 7은 시험예 1에 따른 내열성 분석을 위해 나타낸 토치 장치.
도 8은 도 7을 나타낸 사진.
도 9는 시험예 1에 따른 결과를 나타낸 불연성 시트의 사진.
도 2는 본 발명에 따른 불연성 시트의 제조방법을 나타낸 과정도.
도 3은 본 발명에 따른 불연성 시트가 활용된 상태를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 불연성 시트가 활용된 상태를 나타낸 다른 예시도.
도 5는 실시예 1에 따른 불연성 시트를 나타낸 사진.
도 6은 실시예 1에 따른 불연성 시트에 난연제 함유 접착 필름 및 차열 시트가 접착된 상태를 나타낸 사진.
도 7은 시험예 1에 따른 내열성 분석을 위해 나타낸 토치 장치.
도 8은 도 7을 나타낸 사진.
도 9는 시험예 1에 따른 결과를 나타낸 불연성 시트의 사진.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 불연성 시트(1)에 관한 것이다. 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 불연성 시트(1)를 구조도로 나타낸 것으로, 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 불연성 시트(1)는 무기섬유 기재와, 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에, 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합하여 형성된 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막을 포함하여 구성될 수 있다.
무기섬유 기재는 다수 가닥의 무기섬유들을 뭉치거나 니들펀칭하여 시트(sheet) 형상으로 펠트화된 것으로, 무기섬유 기재 자체로 내열성을 가진다.
무기섬유 기재는 무수히 많은 무기섬유들이 펠트화된 상태로 구성되어 유기계 바인더의 유기입자들이 타더라도 무기섬유들이 시트 형상을 유지함으로서, 내열 코팅막의 형성 및 상기 내열 코팅막이 열로 인해 형성되는 탄화막이 무기섬유 기재로부터 박리되지 않고 안정적으로 유지해줄 수 있게 된다.
무기섬유는 무기소재가 될 수 있는 유리섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 암석섬유, 실리카섬유, 세라믹섬유 및 바잘트섬유로 이루어진 군에서 1종 이상일 수 있다.
내열 코팅막은 온도 상승으로 인한 발화 시 발생되는 열에 의해 유기계 바인더에 함유된 유기입자가 탄화(carbonization)되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지할 수 있다.
즉 내열 코팅막은 무기섬유 기재의 무기섬유와 결합된 상태에서, 발화에 따른 열로 인하여 유기계 바인더에 의해 탄화가 이루어져 무기섬유 기재의 장벽을 형성한 것으로, 유기계 바인더를 구성하는 탄화수소의 유기입자들이 열에 의해 탄화막을 형성할 수 있도록 한다.
내열 코팅막을 구성하는 유무기 하이브리드 혼합액은 유기계 바인더 10 내지 60중량부, 알코올 50 내지 60중량부, 물(water) 5 내지 35중량부, 산 촉매 1 내지 15중량부, 무기계 바인더 5 내지 10중량부 및 실란커플링제 0.5 내지 3중량부를 혼합하여 형성될 수 있다.
유기계 바인더는 탄소와 수소만으로 이루어진 유기물로서, 유기물이 타는 현상을 역이용하여 시트에 불연성을 부여할 수 있도록 한다. 유기계 바인더는 무기섬유 기재의 내부 즉, 사이사이에 침투되고 표면에 코팅된 내열 코팅막이 발화될 때 무기섬유 기재의 표면에 탄화막으로 형성되게 한다. 이러한 유기계 바인더는 내열 코팅막을 통해 무기섬유 기재 표면이 단단하게 경화될 수 있도록 하여 발화 진행 억제 특성을 향상시킬 수 있도록 한다.
유기계 바인더는 페놀계 레졸 수지, 페놀계 노볼락 수지 중 하나 이상의 페놀계 수지로 이루어질 수 있다. 페놀계 수지는 열경화성 수지이기 때문에 발화에 의한 온도 변화에도 다시 녹지 않아 무기섬유 기재의 표면에서 탄화되어 내열 코팅막이 탄화막 형태로 유지할 수 있게 된다. 페놀계 수지는 결합제 역할을 하여 무기계 바인더에 함유된 무기나노입자 사이로 쉽게 침투되어 무기섬유 기재의 표면에 부착성능을 높일 수 있게 한다. 즉 발화 시 유기계 바인더의 유기입자가 탄화되면서 차(char)를 형성하고, 차(char)는 무기계 바인더의 무기나노입자를 무기섬유 기재의 표면에서의 부착 유지력을 높여주는 역할을 하게 됨으로서 불이 무기섬유 기재의 무기섬유로 접근하는 것을 막아 더이상 무기섬유 기재의 무기섬유가 타지 않게 된다.
유기계 바인더의 경우 10중량부 미만으로 혼합되면 무기섬유 기재의 표면에 내열 코팅막이 균일하게 도포되었다고 하더라도 발화에 따른 열로 인해 내열 코팅막이 탄화될 때 균일한 두께의 탄화막 형성이 어려워 무기섬유 기재를 보호하지 못하게 된다. 반면 유기계 바인더가 50중량부를 초과하면 너무 많은 양으로 인해 내열 코팅막이 열에 의해 탄화막으로 형성된 후 쉽게 부서질 수 있어 불연 성능을 만족시킬 수 없다.
알코올 및 물(water)은 유기계 바인더와 무기계 바인더의 분산을 용이하게 하는 용매 역할을 한다. 알코올은 50 내지 60중량부 범위로 첨가될 수 있으며, 물의 경우 5 내지 35중량부 범위로 혼합될 수 있다. 알코올이 50중량부 미만으로 첨가되거나 물이 5중량부 미만으로 첨가되면 용매 역할을 충분히 할 수 없게 되며, 특히 알코올이 50중량부 미만이면 페놀계 수지가 용해되는데 많은 시간이 소모되어 비효율적이다. 알코올이 60중량부를 초과하거나 물이 35중량부를 초과하면 무기섬유 기재에 내열 코팅막 도포 후 건조 시간이 많이 소요되어 공정상 비효율적일 수 밖에 없다.
산 촉매의 경우 무기섬유 기재에 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 및 코팅된 후 경화가 빠르고 용이하게 이루어질 수 있게 하는 역할을 한다. 산 촉매는 염산, 황산, 인산, 초산, 개미산 및 P-톨루엔 술폰산으로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
산 촉매는 1 내지 15중량부 범위로 혼합될 수 있다. 산 촉매가 1중량부 미만으로 혼합되면 유무기 하이브리드 혼합액이 건조 및 경화되는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, 15중량부를 초과하면 예상치 못한 과반응을 일으킬 수 있어 바람직하지 않다.
무기계 바인더에 있어서, 내열 코팅막이 탄화되어 탄화막으로 형성되면 탄화막 자체에 기공이 형성되어버려 무기섬유 기재를 보호하기 어려울 수 있어, 무기계 바인더에 함유된 무기나노입자를 통하여 탄화막에 기공이 형성되지 않도록 함으로서 탄화막의 고밀도화를 달성하고, 불연 성능을 향상시킬 수 있다.
무기계 바인더는 실리카졸, 알루미나졸 및 이산화티타늄졸 중 하나 이상이 될 수 있다. 예컨대 실리카졸의 경우 고형의 무정질 실리카 입자와 같은 무기나노입자가 물 또는 유기용매 등의 액체에 침전되거나 응집되지 않고 분산된 콜로이드 상태를 이룬 것으로, 액체가 물인 경우 수분산 콜로이달 실리카라 할 수 있으며, 유기용매인 경우 유기졸이라 할 수 있다.
무기나노입자는 무기섬유 기재를 구성하는 무기섬유 가닥의 사이사이에 침투되고, 유기계 바인더가 다수 개 무기섬유 가닥의 사이사이에 침투된 무기나노입자의 분리 방지를 위해 무기섬유 표면에 고정시켜줌으로서, 무기섬유 기재에 무기나노입자의 부착능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 무기나노입자를 함유하는 무기계 바인더는 5 내지 10중량부로 혼합될 수 있다. 무기계 바인더가 5중량부 미만이면 탄화막 형성시 생성될 수 있는 기공을 보완해주지 못하고, 10중량부를 초과하면 탄화막을 견고하게 해줄 수는 있으나, 무기나노입자의 중량으로 불연성 시트(1)가 무거워져 제품성이 저하된다.
실란커플링제는 유기계 바인더와 무기계 바인더 간의 결합력을 향상시켜 내열 코팅막의 기계적 강도를 제공할 수 있도록 하며, 실란화합물일 수 있다. 실란커플링제가 0.5중량부 미만으로 혼합되면 유기계 바인더 및 무기계 바인더 간의 결합을 유도하지 못해 유기계 바인더와 무기계 바인더의 결합강도를 강화시켜 줄 수 없기 때문에 유기소재 및 무기소재 간의 결합이 풀려버리는 단점이 있다. 실란커플링제가 3중량부를 초과하면 유기계 바인더와 무기계 바인더의 사이에서 미반응된 실란커플링제가 가소화 작용을 할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 불연성 시트(1)는 불연성 시트(1)의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 적층 형성되는 난연제 함유 접착 필름(2)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 난연제 함유 접착 필름(2)은 난연제를 포함하면서 접착 성능을 갖는 필름으로서, 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아미드(PA), 실리콘, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리올레핀(PO) 중 하나 이상의 비할로겐계 난연성 기재 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 중 하나 이상의 절연성 기재에, 수산화알루미늄 난연제 또는 멜라민 난연계가 포함된 것일 수 있다.
또한 불연성 시트(1)는 난연제 함유 접착 필름(2)의 표면에 적층 형성되는 차열 시트(3)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이러한 차열 시트(3)는 난연제 함유 접착 필름(2)에 의해 불연성 시트(1) 상에 부착될 수 있게 된다.
차열 시트(3)는 난연제 함유 접착 필름(2)의 표면에 도막 형태로 부착되어 발화에 의한 외부의 열이 불연성 시트(1)까지 전달되는 것을 1차적으로 차단해줄 수 있으며, 이를 위해 0.05 내지 0.5mm 두께 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 차열 시트(3)의 두께가 0.05mm 미만이면 발화에 의한 열이 불연성 시트(1)로 빠른 시간 안에 전달되어 화염이 확산됨에 따른 시간을 충분히 확보할 수 없으며, 0.5mm를 초과하는 두께일 경우 그 이하의 두께로 형성된 경우와 비교하여 화염 확산 지연 또는 방지 효율이 더 향상되지 않고, 불연성 시트(1)의 중량을 증가시킬 수 있어 다양한 장소에 설치되기 어렵다.
이러한 차열 시트(3)로는 알루미늄은박(Aluminium Foil), 운모시트, 알루미늄은박에 유리섬유가 합지된 복합시트 중 하나 이상을 사용하거나, 상기 종류를 적층하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 불연성 시트(1)를 제조하는 방법은 도 2를 통해 확인할 수 있다. 관련하여, 도 2는 본 발명에 따른 불연성 시트(1)의 제조방법을 과정도로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 불연성 시트(1)를 제조하는 방법은, 시트 형상의 무기섬유 기재(1a)를 공급하는 제1단계(S10)와, 무기섬유 기재(1a)에 유기계 바인더 및 무기계 바인더가 혼합된 유무기 하이브리드 혼합액을 공급하여, 무기섬유 기재(1a)의 내부 및 외부 표면에 내열 코팅막(1b)이 함침 코팅된 불연성 시트(1)를 제조하는 제2단계(S20)와, 불연성 시트(1)의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 난연제 함유 접착 필름(2)을 적층 형성하는 제3단계(S30)와, 난연제 함유 접착 필름(2)의 표면에 차열 시트(3)를 적층 형성하는 제4단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
상술한 제조방법에 따르면 먼저, 제1단계는 시트 형상의 무기섬유 기재(1a)를 공급하는 단계이다(S10).
롤 형태의 기재 공급 유닛(10)에 권선되어 있던 시트 형상의 무기섬유 기재(1a)가 권출되면서 전처리 유닛(20)으로 공급된다. 기재 공급 유닛(10)의 일측에 인접하게 설치된 전처리 유닛(20)에서는 기재 공급 유닛(10)에서 공급된 무기섬유 기재(1a)를 표면처리하거나 예열할 수 있다.
표면처리의 경우 무기섬유 기재(1a)의 표면을 이온화시켜 유무기 하이브리드 혼합액의 침투력을 높이기 위함이며, 특히 유기소재인 유기계 바인더와 무기소재인 무기계 바인더의 결합도를 상승시켜 결국 무기섬유 기재(1a)와 내열 코팅막(1b)의 결합도를 높일 수 있도록 하기 위함이다.
표면처리는 기상산화, 액상산화 및 양극산화 플라즈마 중 하나 이상의 방식으로 실시될 수 있다. 표면처리 시 상온상압 조건 하에서 가능하며, 표면처리에 필요한 열원은 유도가열 등 다양한 열원이 적용될 수 있다.
다음으로, 제2단계는 무기섬유 기재(1a)에 유기계 바인더 및 무기계 바인더가 혼합된 유무기 하이브리드 혼합액을 공급하여, 무기섬유 기재(1a)의 내부 및 외부 표면에 내열 코팅막(1b)이 함침 코팅된 불연성 시트(1)를 제조하는 단계이다(S20).
전처리 유닛(20) 일측의 인접한 위치에 설치된 유무기 하이브리드 공급 유닛(30)에 수용되어 있던 유무기 하이브리드 혼합액이 무기섬유 기재(1a)의 상부 및 하부 중 하나 이상의 방향에서 분사와 같은 방식으로 공급되고, 이때 분사되는 유무기 하이브리드 혼합액은 유기계 바인더 10 내지 60중량부, 알코올 50 내지 60중량부, 물(water) 5 내지 35중량부, 산 촉매 1 내지 15중량부, 무기계 바인더 5 내지 10중량부 및 실란커플링제 0.5 내지 3중량부를 혼합하여 형성될 수 있으며, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로 설명은 생략한다.
유무기 하이브리드 공급 유닛(30) 일측의 인접한 위치에는 건조 유닛(40)이 설치되는데, 건조 유닛(40)은 유무기 하이브리드 공급 유닛(30)으로부터 무기섬유 기재(1a)에 함침 및 코팅된 유무기 하이브리드 혼합액을 건조시켜 경화할 수 있다.
이때 건조 유닛(40)에서 완전 경화가 아닌 일부 경화시키는 것이 바람직하며, 이는 무기섬유 기재(1a)에 내열 코팅막(1b)이 구비된 불연성 시트(1)에 유동성을 부여하여 추후 불연성 시트(1)에 난연제 함유 접착 필름(2) 및 차열 시트(3)가 적층 형성되는 완전한 성형이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
다음으로, 제3단계는 불연성 시트(1)의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 난연제 함유 접착 필름(2)을 적층 형성하는 단계이다(S30).
유무기 하이브리드 혼합액이 건조 및 경화되어 무기섬유 기재(1a) 상에 내열 코팅막(1b)을 이루게 되고, 이렇게 무기섬유 기재(1a) 상에 내열 코팅막(1b)이 구비된 불연성 시트(1)의 상부 및 하부 표면에는 롤 형태의 접착 필름 공급 유닛(50)으로부터 공급되는 난연제 함유 접착 필름(2)이 적층 형성될 수 있다.
마지막으로, 제4단계는 난연제 함유 접착 필름(2)의 표면에 차열 시트(3)를 적층 형성하는 단계이다(S40).
차열 시트(3)의 경우 불연성 시트(1)에 난연제 함유 접착 필름(2)이 공급된 다음 제공될 수도 있으나, 접착 필름 공급 유닛(50)에서 불연성 시트(1)에 난연제 함유 접착 필름(2)이 공급될 때 차열 시트 공급 유닛(60)에서 동시에 공급될 수 있다. 즉 난연제 함유 접착 필름(2)의 표면에 차열 시트(3)가 접착되면서 불연성 시트(1)에 제공됨으로서 시간적으로 효율적인 공정이 가능해진다.
이후, 접착 필름 공급 유닛(50) 및 차열 시트 공급 유닛(60)의 일측에 인접하게 설치된 냉각 유닛(70)을 통해 냉각된 다음 커팅 유닛(80)을 통과하면서 필요로 하는 일정 크기 또는 길이로 절단하여 포장하는 과정을 거쳐 마무리한다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 불연성 시트(1)는 배터리 셀(130)의 일측에 구비되거나, 배터리 모듈(100) 내부에 설치될 수도 있으며, 필요에 따라 조선소 용접 작업장의 바닥면, 전기시설이 집중된 장소나 벽체 등 다양한 사용처에 설치될 수 있다.
예컨대 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 불연성 시트(1)가 배터리 모듈(100)에 활용된 상태를 예시도로 나타낸 것이다. 도 3은 다수 개의 배터리 셀(130)이 수용되는 케이스 형태로서, 이러한 배터리 모듈(100)은 다수 개의 배터리 셀(130)이 수납되거나 수용되는 캐비티(111)를 포함하는 하우징(110)과, 하우징(110)의 상부를 차폐 가능하게 커버하는 덮개(120)로 구성됨이 확인되며, 경우에 따라 상기 캐비티(111)의 사이를 구획하는 다수 개의 격벽(미도시)이 구비될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 내면에 본 발명에 따른 불연성 시트(1)가 장착 또는 부착될 수 있으며, 경우에 따라 덮개(120)의 내면에도 본 발명에 따른 불연성 시트(1)가 장착 또는 부착될 수 있다.
배터리 모듈(100)의 내부에서 배터리 셀(130)의 과충전 등으로 이상반응에 의해 발화가 일어날 때 순간적으로 1,200℃ 이상의 열이 발생하는데, 이러한 열에 의해 배터리 모듈(100)의 내부에서 화염이 일어나더라도, 불연성 시트(1)에 의해 배터리 모듈(100)의 외부 온도가 1,200℃ 보다 훨씬 낮은 550℃ 이하가 되어 배터리 모듈(100) 외부로 화염 확산이 지연될 수 있어, 폭발 또는 화재가 발생하기 전 조취를 취할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 불연성 시트(1)가 활용된 상태를 다른 예시도로 나타낸 것이다. 도 4에서는 불연성 시트(1)가 배터리 셀(130)의 일측에 구비된 상태로 배터리 모듈(100)의 수납 공간에 해당되는 캐비티(111)에 다수 개 배열되어 수용됨으로서, 외부충격과 열, 진동 등으로부터 보호될 수 있다. 이를 위해 불연성 시트(1)의 일면에 접착층이 더 부가되어 배터리 셀(130)에 접착될 수 있으며, 이때 불연성 시트(1)는 배터리 셀(130)의 일면과 대응되는 크기로 재단되어 부착될 수 있다. 또한 불연성 시트(1)는 가장 외각에 구비된 배터리 셀(130)의 다른 일측에서 하우징(110)과 배터리 셀(130) 사이에 더 구비될 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 모듈(100)은 각각의 배터리 셀(130)이 불연성 시트(1)에 의해 기밀이 유지되고, 외부충격이나 배터리 셀(130)의 팽창 및 수축 시 완충될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
페놀수지 30중량부와 에탄올 55중량부, 물 20중량부, 염산 촉매 3중량부, 실리카졸 10중량부, 실란커플링제 1중량부를 혼합한 유무기 하이브리드 혼합액을, 플라즈마 표면처리된 시트 형상의 무기섬유 기재에 코팅하고, 10분 동안 건조하여 경화반응 시켜 불연성 시트를 제조하였다. 관련하여, 도 5는 실시예 1에 따른 불연성 시트를 사진으로 나타낸 것으로, 무기섬유 기재에 내열 코팅막이 형성된 상태의 불연성 시트임이 확인된다.
이후, 불연성 시트의 상하부 표면에 난연제 함유 접착 필름과 알루미늄은박에 유리섬유가 합지된 차열 시트를 차례대로 부착하고, 냉각시켜 접착을 완료하고, 일정한 길이로 절단하였다. 도 6은 실시예 1에 따른 불연성 시트에 난연제 함유 접착 필름 및 차열 시트가 접착된 상태를 사진으로 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 무기섬유 기재에 내열 코팅막이 형성된 상태의 불연성 시트 상에 난연제 함유 접착 필름 및 차열 시트가 적층 형성되어, 최상층에 해당되는 차열 시트가 보이는 불연성 시트임이 확인된다.
<시험예 1>
본 시험예에서는 실시예 1에 따라 제조된 불연성 시트에 대한 내열성을 분석해 보았다. 설명에 앞서 소재의 난연 등급은 난연 1급(불연성), 난연 2급(준불연성), 난연 3급(난연성)으로 구분된다. 난연 1급은 불에 타지 않는 성질을 가진 소재로 정의되고, 난연 2급은 불연소재에 준하는 성질을 갖는 소재로 정의되며, 난연 3급은 불에 잘 타지 않는 성질을 갖는 소재로 정의된다.
시험예 1에 따른 내열성 분석을 위해 사용된 토치 장치를 도시한 도 7과, 도 7을 사진으로 나타낸 도 8에 도시한 바와 같이 토치 장치의 상부에 불연성 시트를 안착시킨 상태에서, 불연성 시트의 하부에서 전기불꽃(F)이 나와 1,200℃로 10분간 불연성 시트를 노출시켜 열처리되고 있는 와중에, 안착되어 있던 불연성 시트의 상부에 설치된 온도 센서(S)로부터 불연성 시트의 상부 온도가 550℃ 이하가 됨을 확인할 수 있었다.
즉 실시예 1에 따른 불연성 시트의 하부에서 1,200℃에 달하는 열처리가 10분 동안 이루어질 때, 불연성 시트 하부의 반대편(배면)인 상부에서의 온도를 측정해보면 1,200℃ 보다 낮은 550℃ 이하로 측정됨을 알 수 있었다. 상술한 바에 따른 불연성 시트의 물성을 정리하면 하기 표 1과 같다.
| 항목 | 단위 | 기준 | 물성값 | 비고 | |
| 단위중량 (MASS PER UNIT) |
g/m2 | 1,400±10% | 1,405 | - | |
| 내열코팅 함량 (Heat-resistant coating content) |
% | 42±10% | 43 | - | |
| 길이 (Length) |
mm | 표준값±2.0 | - | - | |
| 폭 (Width) |
mm | 표준값±2.0 | - | - | |
| 두께 (Thickness) |
mm | - | 2.1 | - | |
| 축방향 강도 (MD, 25mm width) |
N | - | 226 | - | |
| 횡방향 강도 (CD, 25mm width) |
N | - | 169 | - | |
| 내화성 (Fire resistance) |
- | 조직 붕괴, 용융, 구멍 발생 |
없음 | Gas torch test 1,200℃±10%, 토치와의 거리 10cm 이하 * 10분 가열 |
|
| 최대 배면 온도 (Max. Backside temp.) |
℃ | ≤650 | 550℃ 이하 |
||
1,200℃로 10분 동안 열처리함에 따른 불연성 시트 상부면의 온도 변화를 하기 표 2에 상세히 나타내었다.
| 경과 시간(분) | 온도(℃) |
| 1분 | 452 |
| 2분 | 460 |
| 3분 | 472 |
| 4분 | 469 |
| 5분 | 455 |
| 6분 | 437 |
| 7분 | 431 |
| 8분 | 447 |
| 9분 | 433 |
| 10분 | 433 |
또한 시험예 1에 따른 불연성 시트의 내열성 결과를 도 9에서 사진으로 나타내었다. 도 9(a)는 1,200℃에서 10분 동안 열처리된 후의 불연성 시트(1)의 하부를 사진으로 나타낸 것으로, 특히 도 9(a)의 A 부분을 참조하면 탄화막 형성에 의해 검은색이 나타남이 확인되며, 조직 붕괴, 용융 또는 구멍이 발생되지 않았다. 도 9(b)는 도 9(a)에 나타낸 불연성 시트(1)의 상부를 사진으로 나타낸 것으로, 이 역시 불에 타지 않은 상태가 확인됨으로서(도 9(a)의 A 부분과 대응되는 배면) 불연성 시트가 열의 차단 기능을 함이 확인된다.
표 1 및 도 9를 참조하면, 1,200℃에서 10분 동안 불열성 시트를 가열함에 따라, 불연성 시트의 조직이 붕괴되거나, 용융되거나, 구멍이 발생하지 않음이 확인된다.
특히 표 2를 참조하면, 불연성 시트의 하부에서 10cm로 이격된 위치에서 토치를 이용해 1,200℃ 온도로 가열되기 시작한 시점으로부터 1분 경과한 후의 불열성 시트의 상부 표면 온도는 452℃이고, 2분 경과 후 460℃, 3분 경과 후 472℃, 4분 경과 후 469℃, 5분 경과 후 455℃, 6분 경과 후 437℃, 7분 경과 후 431℃, 8분 경과 후 447℃, 9분 경과 후 433℃, 이어서 10분 경과한 시점에서 433℃가 된다. 이를 통해 불연성 시트의 하부에 열이 노출된 시점으로부터, 중간에 다소 온도가 상승한 구간이 있긴 하지만, 결국 10분 경과 후 불연성 시트의 상부 온도가 433℃가 됨으로서, 시간이 경과함에 따라 온도가 줄어드는 현상이 나타남을 알 수 있었다.
따라서 불연성 시트의 하부에 노출된 열의 온도가 불연성 시트의 상부까지 전달되지 않아 불연성 시트의 하부 온도(1,200℃)보다 상부 온도(최대 550℃ 이하)가 상대적으로 훨씬 낮은 것으로 보아(표 1 및 표 2 참조), 실시예 1에 따른 불연성 시트가 열의 차단 기능을 하여 화염이 발생되지 않음으로서 불연성을 띄는 것을 알 수 있다.
정리하면, 본 발명은 시트 형상의 무기섬유 기재와, 상기 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합하여 형성된 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막을 포함하는 불연성 시트를 제공함으로서, 발화 시 열에 의해 내열 코팅막의 유기계 바인더에 함유된 유기입자들이 탄화되면서 탄화막 형태로 전환되어 화염의 확산을 지연 또는 방지할 수 있는 특징이 있다.
이러한 특징에 따르면, 본 발명의 불연성 시트가 전기자동차용 배터리 모듈(100)에 적용될 수 있으므로, 배터리 셀(130) 과열로 인한 화재 발생 시 화염 확산을 지연시켜 운전자 및 탑승자의 대피 시간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 조선소 용접 작업장의 바닥면에 설치하여 용접 시 스파크가 발생되더라도 화염이 확산되지 않도록 할 수 있으며, 그외 전기시설이 집중된 벽체 등에 설치할 수 있어 다양한 장소에 활용될 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 불연성 시트
1a: 무기섬유 기재
1b: 내열 코팅막
2: 난연제 함유 접착 필름
3: 차열 시트
10: 기재 공급 유닛
20: 전처리 유닛
30: 유무기 하이브리드 공급 유닛
40: 건조 유닛
50: 접착 필름 공급 유닛
60: 차열 시트 공급 유닛
70: 냉각 유닛
80: 커팅 유닛
100: 배터리 모듈
110: 하우징
111: 캐비티
120: 덮개
130: 배터리 셀
1a: 무기섬유 기재
1b: 내열 코팅막
2: 난연제 함유 접착 필름
3: 차열 시트
10: 기재 공급 유닛
20: 전처리 유닛
30: 유무기 하이브리드 공급 유닛
40: 건조 유닛
50: 접착 필름 공급 유닛
60: 차열 시트 공급 유닛
70: 냉각 유닛
80: 커팅 유닛
100: 배터리 모듈
110: 하우징
111: 캐비티
120: 덮개
130: 배터리 셀
Claims (8)
- 시트 형상의 무기섬유 기재; 및
상기 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에, 유기계 바인더 및 무기계 바인더를 혼합하여 형성된 유무기 하이브리드 혼합액이 함침 코팅되는 내열 코팅막;을 포함하는 불연성 시트로서,
상기 내열 코팅막은,
발화 시 열에 의해 상기 유기계 바인더가 탄화되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트. - 제1항에 있어서,
상기 불연성 시트는,
상기 불연성 시트의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 적층 형성되는 난연제 함유 접착 필름;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트. - 제2항에 있어서,
상기 불연성 시트는,
상기 난연제 함유 접착 필름의 표면에 적층 형성되는 차열 시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트. - 제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 혼합액은,
페놀계 수지로 이루어진 유기계 바인더 10 내지 50중량부;
알코올 50 내지 60중량부;
물(water) 5 내지 35중량부;
산 촉매 1 내지 15중량부;
실리카졸, 알루미나졸 및 이산화티타늄졸 중 하나 이상의 무기계 바인더 5 내지 10중량부; 및
실란커플링제 0.5 내지 3중량부;를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 하는 불연성 시트. - 시트 형상의 무기섬유 기재를 공급하는 제1단계; 및
상기 무기섬유 기재에 유기계 바인더 및 무기계 바인더가 혼합된 유무기 하이브리드 혼합액을 공급하여, 상기 무기섬유 기재의 내부 및 외부 표면에 내열 코팅막이 함침 코팅된 불연성 시트를 제조하는 제2단계;를 포함하되,
상기 제2단계의 내열 코팅막은,
발화 시 열에 의해 상기 유기계 바인더가 탄화되면서 탄화막 형태로 형성되어, 화염의 확산을 지연 또는 방지하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2단계의 다음에는,
상기 불연성 시트의 상면 및 하면 중 적어도 한 면 이상에 난연제 함유 접착 필름을 적층 형성하는 제3단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제3단계의 다음에는,
상기 난연제 함유 접착 필름의 표면에 차열 시트를 적층 형성하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 시트의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2단계의 유무기 하이브리드 혼합액은,
페놀계 수지로 이루어진 유기계 바인더 10 내지 50중량부;
알코올 50 내지 60중량부;
물(water) 5 내지 35중량부;
산 촉매 1 내지 15중량부;
실리카졸, 알루미나졸 및 이산화티타늄졸 중 하나 이상의 무기계 바인더 5 내지 10중량부; 및
실란커플링제 0.5 내지 3중량부;를 혼합하여 형성된 것을 특징으로 하는 불연성 시트의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220021346A KR20230124262A (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 불연성 시트 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220021346A KR20230124262A (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 불연성 시트 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230124262A true KR20230124262A (ko) | 2023-08-25 |
Family
ID=87847164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220021346A KR20230124262A (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 불연성 시트 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230124262A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033101B1 (ko) | 2017-09-27 | 2019-10-16 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 |
-
2022
- 2022-02-18 KR KR1020220021346A patent/KR20230124262A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033101B1 (ko) | 2017-09-27 | 2019-10-16 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20170301968A1 (en) | Thermal isolation material and methods of making and using the same | |
| JP2022536556A (ja) | 再充電可能な電気エネルギー貯蔵システム用の熱バリア材料 | |
| JP5379238B2 (ja) | 電池パック | |
| CN110740863B (zh) | 用于防火的材料 | |
| CN211307744U (zh) | 一种防火结构 | |
| CN205488282U (zh) | 一种复合材料电池箱体 | |
| CN113500830A (zh) | 电池箱和用于电池箱的复合材料 | |
| CN112151918B (zh) | 一种隔热膜及其制备方法与应用 | |
| CN212076863U (zh) | 具有二氧化硅气凝胶玻纤毡复合材料薄板的隔热垫制品 | |
| CN114747071A (zh) | 电池组用热膨胀性耐火材料、电池组用耐火片及车载用电池组 | |
| WO2014013216A1 (en) | Fire guards and materials therefor | |
| CN114374036A (zh) | 电池包及电芯组件的热失控防护装置 | |
| KR20230124262A (ko) | 불연성 시트 및 이의 제조방법 | |
| KR20210096723A (ko) | 난연성 복합 패드, 그 제조 방법, 이러한 복합 패드를 포함하는 이차전지 모듈과 이차전지 팩 | |
| CN114891416A (zh) | 一种用于锂离子电池包外壳的隔热阻燃防火涂层材料 | |
| CN114801400A (zh) | 一种锂离子电池阻燃的复合防火组件及其制备方法和应用 | |
| CN210092154U (zh) | 一种延缓电池包内部热扩散的电池箱 | |
| CN210467919U (zh) | 电池芯模组 | |
| Nambisan et al. | Characterization of commercial thermal barrier materials to prevent thermal runaway propagation in large format lithium-ion cells | |
| CN111423757A (zh) | 一种防火涂料及其制备方法和应用以及防火涂层 | |
| CN217622566U (zh) | 一种隔热绝缘复合板及隔热绝缘罩 | |
| CN115814302B (zh) | 箱体组件的加工方法及箱体组件 | |
| JP7364722B2 (ja) | 熱伝達抑制シートの製造方法、熱伝達抑制シート及び組電池 | |
| CN214477620U (zh) | 一种阻燃结构及含有其的电池模组 | |
| CN220314380U (zh) | 一种复合防火保温片材、复合板、电池包壳体和电池包 |