KR20240051051A - 복합 시스템을 구비한 방화 장치, 복합 시스템 및 방화 장치를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

복합 시스템을 구비한 방화 장치, 복합 시스템 및 방화 장치를 구비한 배터리 팩 Download PDF

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KR20240051051A
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aluminum
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플로리안 닥터. 윈터
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쿠일리츠 홀딩 게엠베하
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Abstract

적어도 하나의 캐리어층; 방화 플리스(fire protection fleece)로서 설계된 적어도 하나의 층; 및 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 복합 시스템(composite system)이 기재된다. 또한 그 제조방법 및 용도가 기재된다.

Description

복합 시스템을 구비한 소방 장치, 복합 시스템 및 소방 장치를 구비한 배터리 팩{FIRE PROTECTION DEVICE WITH COMPOSITE SYSTEM, COMPOSITE SYSTEM AND BATTERY PACK WITH FIRE PROTECTION DEVICE}
본 발명은 동시적인 방화(fire protection) 및 전자기파 차폐(EMI 차폐)에 사용될 수 있는 복합 시스템(composite system)에 관한 것이다. 본 발명의 추가 목적은 본 발명에 따른 이러한 복합 시스템을 제조하는 방법 및 특히 배터리 분야에서 동시적인 방화 및 EMI 차폐를 위한 본 발명에 따른 복합 시스템의 용도이다.
현재 자동차 산업에서는 내연 기관을 전기 모터 또는 전기 모터와 내연 기관의 조합으로 교체하여 차량 배출을 감소시키거나(하이브리드) 완전히 없앰으로써(전기 자동차) 자동차가 환경에 미치는 영향을 낮추는 추세이다. 그러나, 이러한 추진 기술의 변화는 기술적 장애가 없는 것은 아닌데, 전기 모터의 사용은 높은 에너지 밀도, 긴 수명 및 다양한 작동 조건을 갖춘 저렴한 충전식 배터리(축전지)에 대한 필요성을 수반하기 때문이다. 이에 더하여, 차량의 배터리는 차량 사용 동안 또는 보관 동안 건강에 부당한 위험을 초래하지 않는 것이 필수적이다.
리튬 이온 전지와 같은 충전식 배터리는 1차 전지보다 열폭주(thermal runaway)에 더 취약하다. 열폭주는 배터리로부터 제거될 수 있는 것보다 더 많은 열이 생성되는 지점까지 내부 반응 속도가 증가하여, 반응 속도와 발열이 둘 다 더 증가할 때 발생한다. 결국, 생성되는 열의 양은 배터리 셀(cell)의 파괴로 이어질 만큼 충분히 크다(예를 들어 과압(파열)에 의해 또는 가스 배출로 인해). 이에 더하여, 이로 인해 화재가 발생할 수 있다.
열폭주는 셀 내부 단락, 셀의 부적절한 사용, 제조 결함 또는 극심한 외부 온도에 의해 야기될 수 있다. 여러 개의 배터리 셀을 포함하는 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩의 경우, 교통사고로 인해 배터리 팩 내 여러 셀이 동시에 열폭주를 겪게 될 수 있다.
열폭주 동안, 다량의 열에너지가 빠르게 방출되어 전체 셀을 850℃ 이상의 온도까지 가열한다. 열폭주 셀의 온도가 증가하면 배터리 팩 내 인접한 셀의 온도도 상승한다. 이웃 셀의 온도가 아무런 방해 없이 증가하면, 이러한 셀도 열폭주 상태가 될 수 있다. 이러한 캐스케이드 효과는 단일 셀이 열폭주할 때 전체 배터리 팩의 모든 셀이 열폭주한다는 것을 의미할 수 있다.
배터리 팩은 배터리 셀을 보호하는 역할을 하고 배터리 셀의 공조(air-condition) 및 제어 역할을 하는 장치를 포함하는 인클로저(enclosure)를 갖는다. 특수 설계된 인클로저를 사용함으로써, 보관 및/또는 취급 동안 단락에 의해 야기되는 위험이 감소될 수 있다.
예를 들어 자동차 분야에서 배터리 팩의 방화를 향상시키기 위한 조치는 선행 기술에 알려져 있다.
유리 섬유 강화 플라스틱으로 만들어진 배터리 하우징은 US 2005/01700238 A1호에 알려져 있다.
US 2012/0225331 A1호에는 중합체로 코팅된 유리 섬유 재료로 만들어진 보호층이 안정적인 재료로 만들어진 하우징 내부에 배열된 배터리 팩이 알려져 있다. 배터리가 고장나면, 패브릭은 생성된 가스를 보유한다. 하우징은 생성된 힘을 흡수한다.
US 2011/0192564 A에는 배터리 보호에 사용되는 복합 시스템이 알려져 있다. 복합 시스템은 선행 기술의 도 1에 도시되어 있으며, 이에 따르면 상부층(108)은 복합 시스템이 배터리와 같은 전기 에너지 저장 장치에 연결된 접착층이다. 이 접착층에 뒤이어 발포층(102)이 존재하고, 이는 다시 외부층(110)에 연결된다. US 2011/0192564 A호에 따르면, 외부층은 유리 섬유 플리스(fleece)일 수 있다. 이러한 배열에서, 소위 융제-작용성(ablative-acting) 화합물은 선택적으로 발포층(102)에 존재한다. US 2016/0192564 A호로부터 알려진 이러한 구조의 단점은 열 효과의 경우, 융제-작용성 화합물이 복합 시스템 내에서만 작용할 수 있고 따라서 이의 기능성이 제한된다는 점이다. 배터리에 대한 융제 연결(ablative connection)의 직접적인 효과는 방화층과 배터리 사이에 제공된 접착층에 의해 제한된다.
US 2011/064997 A호에는 하우징에 제공되는 배터리가 알려져 있다. 한편, 하우징은 전기화학 셀과 직접 접촉하는 이오노머층으로 형성된다. 더 바깥쪽으로(즉, 전기화학 셀 반대편의 이오노머층 면에) 유리 섬유 플리스가 제공된다. US 2011/064997 A호의 교시와 관련하여, 이오노머층은 흑연과 같은 팽창성(intumescent) 구성요소를 포함할 수 있다. 따라서, US 2011/064997 A호의 교시에 사용된 유리 섬유 부직포는 지지층으로서 역할을 하며, 전기화학 셀(배터리)의 하우징에 직접 적용되지 않는다. 선행 기술로부터 알려진 이러한 복합 시스템은 캐리어 재료로 사용되는 유리 섬유 플리스가 충분한 강성을 갖지 않아 복합 시스템의 치수 안정성 엠보싱이 불가능하다는 단점을 갖는다. 더욱이, 팽창성 화합물이 제공된 이오노머층의 생산은 복잡하고 비용-집약적이다.
WO 2014/018107 A호는 단열 및 방음에 사용하기 위한 방화벽으로서의 라미네이트(laminate)에 관한 것이다. 구체적인 구현예에서, 폴리에테르에테르케톤 필름에는 한쪽 면에 스크림(scrim)과 열 밀봉(thermal seal)이 제공되고, 폴리에테르에테르케톤 필름의 다른 면에는 실리콘 접착층, 유리 섬유층 및 방화벽층이 제공된다. 6-원 라미네이트의 생산은 특히 유리 섬유 패브릭이 실리콘 접착제에 먼저 적용된 다음, 방화벽층이 별도의 공정 단계에 적용되기 때문에 비용이 많이 든다. 더욱이, 복합 재료는 앞서 언급된 층 중 어느 것도 충분한 강성을 갖지 않기 때문에 소성 변형(plastic deformation)에 적합하지 않다.
JP H07300912 A호는 도 2에 도시된 복합 시스템을 개시한다. 이에 따라, 접착층은 캐리어층(2)을 나타내고 유리 섬유 패브릭층에 의해 형성되는 하부층에 적용된다. 이 접착층은 참조번호 6으로 표시된다. 후속적으로, 열-감소층(10)이 접착층 상에 배열된다. 이러한 열-감소층(10)은 융제제(ablatvie agent)를 함유할 수 있다. 후속적으로, 불연성층(4)이 배열된다. 따라서, 생성된 복합물 본체(composite body)는 일반적으로 소성 변형성에 대해 충분한 강성을 갖지 않는 캐리어 재료로서 유리 섬유 패브릭을 포함한다. 더욱이, 생산은 복잡하고 비용-집약적이다.
US 5,735,098호는 융제-작용화 화합물 및 유리 섬유를 함유하는 난연제 조성물을 기재한다. 그러나, 이러한 선행 기술의 방화 조성물은 유리 섬유 플리스를 포함하지 않으며, 가능한 생성된 복합물 본체를 소성 변형시키기에 충분한 강성을 갖는 캐리어 재료도 포함하지 않는다.
배터리 하우징이라고도 하는 배터리 박스는 DE 10 2010 043 899 A호에 기재되어 있다. 이 해결방안에서, 배터리 셀의 외부 윤곽과 하우징 베이스(base)에 따라 형성된 하우징 커버를 갖는 배터리 하우징은 후드 모양의 하우징 커버에 부착된다. 배터리 하우징은 발화하기 어려운 플라스틱으로 만들어진다. 이러한 해결방안은 연장된 발열을 견디지 못한다.
방화 문제에 더하여, 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선의 차폐 문제도 그 동안 역할을 한다. 이러한 이유로, 방화층이 전자기 상용성 층(electromagnetic compatibility layer)(EMC 또는 EMI 층)과 조합되는 해결방안도 알려져 있다. 이러한 부가적인 층은 전자기 상용성(EMC)을 향상시키는 역할을 하며, 따라서 바람직하게는 차량의 다른 구동 및 제어/조절 요소에 대해 차폐하는 역할을 한다.
WO 2021/156095 A호에는 이러한 전기 자동차 배터리용 커버 구조가 알려져 있으며, 이에 따라 커버 구조는 방화 코팅을 갖춘 SMC 베이스 본체(시트 성형 화합물)로 만들어지고 EMC 층이 제공된다. 방화 코팅, SMC 베이스 본체 및 EMC 층은 바람직하게는 접착 프레스에 의해 단일 작업으로 함께 결합된다. 방화 코팅 및 EMC 층은 SMC 베이스 본체의 반대쪽 면에 제공된다. 이 선행 기술에서, 방화 코팅은 운모 판 또는 운모 몰딩에 의해 형성된다. WO 2021/156095 A호의 핵심 아이디어는 분말 접착제를 사용하여 SMC 베이스 본체에 영구적인 점착층을 생성하는 것이다. 따라서, 이 공보에 따르면, 층은 SMC 베이스 본체의 위와 아래에만 접착식으로 배열될 수 있다.
US 2021/376405 A호는 전기 및 하이브리드 차량의 배터리 팩에 사용하기 위한 열 장벽으로서의 열 복합 재료를 개시하며, 복합 재료는 다공성 코어층, 다공성 코어층의 양면에 배치된 난연성층, 및 다공성 코어층과 난연성층 사이에 배치된 적어도 하나의 방사선 장벽층을 포함한다. US 2021/376405 A호의 도 6은 제1 화염 장벽층, 방사선 장벽층, 방사선 장벽층의 상부면, 상부면 및 하부면을 갖는 다공성 지지층, 및 제2 화염 장벽층의 조립체를 갖는 복합 재료를 기재한다. 다공성 지지층은 유리 매트, 세라믹 매트 또는 다른 가연성 매트의 열팽창성층, 또는 베르미쿨라이트(vermiculite) 또는 팽창성 흑연과 같은 팽창성 입자가 고무 매트릭스에 분산된 고무계 펠트로 형성될 수 있다. 방사선 장벽층은 금속 호일, 예컨대 알루미늄 호일, 구리 호일, 또는 금속 호일 테이프, 예컨대 3M(미국 미네소타주 세인트폴 소재)에 의해 제조된 3MTM 알루미늄 호일 차폐 테이프(Aluminium Foil Shielding Tape) 1170로 형성될 수 있다. 다른 예시적인 재료는 금속 심(shim) 재료 또는 금속 코팅된 중합체 복합물을 포함할 수 있다. 알루미늄-코팅 유리 또는 현무암 섬유의 사용은 US 2021/376405 A호에 개시되어 있지 않으며, 아래에 기재된 복합 시스템의 특정 구조도 개시되어 있지 않다.
US 2021/074960 A호는 배터리의 단열을 위한 다층 단열 요소를 개시하며, 단열 요소는 제1 커버층, 제2 커버층, 및 커버층 사이에 제공된 중간층을 포함하고, 이에 의해 중간층은 적어도 하나의 내열층을 포함하며, 이러한 층은 니들 매트(needle mat)로 형성되고/되거나 커버층은 약한 패브릭으로 이루어지며, 따라서 단열 요소는 전체적으로 압축 가능하고 유연하다. US 2021/074960 A호의 도 1a에는 지지층, 바람직하게는 니들 매트 및/또는 결합 부직포의 섬유층이 있는 중간층, 특히 알루미늄 호일로 형성될 수 있는 단열을 위한 중간층의 구조를 갖는 복합 재료가 기재되어 있다. 알루미늄으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유의 사용은 US 2021/074960 A호에 개시되어 있지 않으며, 아래에 기재된 복합 시스템의 특정 구조도 개시되어 있지 않다.
US 2022/069402 A호는 배킹층(backing layer), 접착층, 및 적어도 하나의 융제성(ablative) 화합물을 함유하는 방화층을 포함하는 복합 시스템을 개시한다. 복합 시스템은 또한, 상응하는 코팅된 유리 섬유 플리스 또는 코팅된 유리 섬유 패브릭(캐리어층으로서)에 대한 대안으로서 배터리로부터 금속 입자의 분리를 위한 장벽으로서 적어도 하나의 스테인리스강 호일을 가질 수 있다. 스테인리스강 호일의 상응하는 층 두께는 0.02 내지 0.40 mm, 바람직하게는 0.04 내지 0.30 mm, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.20 mm이다. 알루미늄으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유의 사용은 2022/069402 A호에 개시되어 있지 않으며, 아래에 기재된 복합 시스템의 특정 구조도 개시되어 있지 않다.
US 6,399,737호는 열가소성 수지 및 약 1 내지 약 30 중량%의 전자기파 차폐제를 포함하는 조성물에 관한 것이며, 전자기파 차폐제는 금속-코팅된 섬유 및 금속 섬유를 포함하고, 성형 후 조성물은 ASTM D4935에 따라 측정 시 적어도 약 10 데시벨의 차폐 효과성을 갖는다.
이러한 복합 시스템 및 재료는 불충분한 방화, 불충분한 전기 차폐 및 단지 제한된 소성 변형성이라는 단점을 갖는다. 특히, 선행 기술의 복합 시스템 및 재료는 충분한 방화 및/또는 전기 차폐를 동시에 제공하지 못하는 한편 이와 동시에 양호한 소성 변형성을 제공한다는 점에서 불리하다.
대조적으로, 본 발명은 한편으로는 방화 요건을 충족하고 다른 한편으로는 EMC 요건을 충족하며 적은 노력으로 제조될 수 있고 소정 공정 동안 층 균열 또는 박리를 야기하지 않으면서 소성 변형될 수 있는 복합 시스템을 생성하는 목적에 기초한다. 본 발명에 따른 복합 시스템의 3-차원 변형성은 복합 시스템이 배터리의 3-차원 형상에 적응될 수 있도록 필요하다.
나아가, 본 발명은 이러한 커버 구조를 제조하기 위한 방법을 생성하는 목적에 기초한다.
이들 목적은 청구항 제1항의 특징의 조합에 의해 복합 시스템에 관하여, 그리고 청구항 제14항의 특징의 조합에 의해 복합 시스템을 생산하는 방법에 관하여 해결된다.
본 발명의 유리한 추가 구현예는 종속항의 주제이다.
본 발명에 따르면,
(a) 적어도 하나의 캐리어층; 및
(b) 적어도 방화용 플리스로 설계된 층
의 층 시스템을 포함하는 복합 시스템이 예상된다.
본 발명에 따른 복합 시스템은
(c) 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 적어도 하나의 구성요소
를 포함하는 것을 특징으로 하고, 적어도 하나의 구성요소 (c)는 층 (a) 및 (b) 외부에 배열된 알루미늄 호일에 의해 그리고/또는 하나 이상의 금속으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 복합 시스템은 동시적인 방화 및 EMC 차폐에 고도로 효과적인 것으로 입증되었다. 예를 들어 공보 WO 2021/156095 A호에 의해 형성된 선행 기술과는 근본적으로 대조적으로, 본 발명에 따라 제안된 복합 시스템은 방화 플리스를 갖는다.
본 발명의 의미에서 방화 플리스를 사용함으로써, 다양한 기술적 이점이 달성된다. 한편, 소성 변형성은 방화 플리스에 의해 달성된다. 생성된 성형체는 부서지기 쉽지 않고 가공이 더 쉽다. 본 발명에 따른 복합 시스템의 다른 층과 조합하면, 미광체(glimmer) 및 운모와 같은 일반적인 재료와 비교하여 잠재적으로 더 양호한 방화가 존재한다. 이에 더하여, 운모와 같은 재료는 출처가 불분명하여 공급망 법률이나 규정 준수 또는 지속 가능성 문제로 인해 문제가 발생할 수 있다는 점에서 특히 불리하다. 본 발명의 맥락에서, 부직포는 제한된 길이의 섬유, 연속 섬유(필라멘트) 또는 임의의 유형 및 기원의 잘린(chopped) 방적사의 조립물인 것으로 이해되며, 이들은 어떤 방식으로 함께 연결되어 부직포(섬유층, 섬유 파일(pile))를 형성하고 어떤 방식으로든 결합된다. 본 발명에 따른 부직포는 가요성의 텍스타일 패브릭이며, 즉 이는 상대적으로 구부리기 쉽고, 이의 주요 구조적 요소는 텍스타일 섬유이고, 이는 이의 길이 및 폭과 비교하여 상대적으로 얇은 두께를 갖는다. 방화 부직포에 대한 상세한 설명은 아래에 주어진다.
선행 기술 WO 2021/156095 A호에서, 부직포로 형성된 방화층 및 전자, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 구성요소는 SMC 베이스 본체에 의해 서로 분리된다. WO 2021/156095 A호에 따른 이러한 층상 구조는 아래에 추가로 설명된 바와 같이 본 발명의 맥락에서 회피된다. 더욱이, WO 2021/156095 A호의 복합 시스템은 일반적으로 방화 플리스를 제공하지 않는다.
본 발명의 맥락에서, 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 적어도 하나의 구성요소 (c)는 알루미늄 호일(본 발명의 제1 구현예) 및/또는 알루미늄으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유(본 발명의 제2 구현예)일 수 있다. 이러한 2개의 구현예는 아래에서 더 설명된다.
예를 들어 매트 또는 플레이트로 설계될 수 있는 방화 장치로서의 본 발명에 따른 복합 시스템은 예를 들어 한편으로는 외부 온도 및/또는 화재의 영향으로부터 배터리 셀을 보호하고 다른 한편으로는 열 및/또는 화재가 배터리 셀의 열폭주 시 차량의 다른 구성요소 및/또는 패신저(passenger) 셀로 확산되는 것을 방지하기 위해 차량에 사용하기 위한 배터리 팩의 하우징 커버 아래에 열 보호 및/또는 방화로 장착될 수 있다.
통상, 본 발명에 따른 복합 시스템은 배터리와 직접 접촉된다.
본 발명에 따른 복합 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 생산되며, 이때 참조 기호는 하기 의미를 갖는다:
1: 방화 플리스의 제1 층
2: VA 스테인리스강 호일
3: 실리케이트 섬유 니들 매트
4: 방화 플리스의 제2 층
5: 감압성 핫멜트 접착층
도 2는 본 발명에 따른 복합 시스템을 도시하며, 이때 도 1에 따른 복합 시스템은 상부면 및 하부면에 제공되고,
6: 제1 알루미늄층 및
7: 제2 알루미늄층
이 함께 제공된다.
8: 알루미늄층의 가장자리
는 2개의 알루미늄층이 플랜지에 의해 함께 연결되도록 층 1 내지 5의 폭을 가로질러 확장된다(도 2에는 개략적으로만 도시됨).
도 3은 본 발명에 따른 복합 시스템을 도시하며, 이때 도 1에 따른 복합 시스템은 상부면 및 하부면에 제공되고,
9: 제1 플라스틱층 및
10: 제2 플라스틱층
이 함께 제공된다.
11: 플라스틱층의 가장자리
는 예를 들어 사출 성형을 통해 2개의 플라스틱층이 함께 연결되도록 층 1 내지 5의 폭을 가로질러 확장된다(도 3에는 개략적으로만 도시됨).
제1 플라스틱층 및 제2 플라스틱층에는
12: 알루미늄으로 코팅된 유리 섬유가 제공된다.
이하, 본 발명에 따른 복합 시스템의 개별 층이 아래에서 설명된다.
캐리어층
단열층으로도 설계할 수 있는 복합 시스템의 지지층은 단단하거나 가요성일 수 있다.
캐리어층은 예를 들어 AES 유리, E 유리, ECR 유리, 실리카 유리, S 유리, R 유리, M 유리, C 유리, D 유리, AR 유리, T 유리 및/또는 Q 유리로 만들어진 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭을 포함한다. 여기서는 실리카 유리가 바람직하다. 실리케이트 섬유 니들 매트가 특히 바람직하다.
바람직하게는, 캐리어층은 실리케이트 섬유 니들 매트를 함유하며, 실리케이트 섬유는 5 내지 20 μm, 바람직하게는 6 내지 12 μm 범위의 섬유 두께를 갖는다.
더욱이, 밀도가 120 내지 180 kg/m3, 더 바람직하게는 130 내지 170 kg/m3, 더욱 더 바람직하게는 140 내지 160 kg/m3, 더욱 더 바람직하게는 150 kg/m3 범위인 실리케이트 섬유 니들 매트가 바람직하게 사용된다.
본 발명에 따라 사용되는 실리케이트 섬유 니들 매트는 바람직하게는 200 내지 2000 g/m2, 더 바람직하게는 250 내지 1500 g/m2, 더 바람직하게는 300 내지 1000 g/m2, 더욱 더 바람직하게는 350 내지 500 g/m2의 공칭 평량을 갖는다.
본 발명에 따라 사용되는 실리케이트 섬유 니들 매트는 바람직하게는 2 내지 15 mm, 더 바람직하게는 3 내지 12 mm, 더욱 더 바람직하게는 4 내지 8 mm의 공칭 두께를 갖는다.
본 발명에 따라 사용되는 실리케이트 섬유 니들 매트는 바람직하게는 0.038 내지 0.046 W/mk(100℃), 0.048 내지 0.056 W/mk(200℃), 0.061 내지 0.69 W/mk(300℃), 0.78 내지 0.86 W/mk(400℃), 0.094 내지 0.102 W/mk(500℃), 0.115 내지 0.123 W/mk(600℃), 0.144 내지 0.152 W/mk(700℃), 0.171 내지 0.179 W/mk(800℃) 및 0.186 내지 0.194 W/mk(900℃)로 이루어진 군으로부터 선택되는 열전도도를 갖는다.
실리케이트 섬유 니들 매트는 원칙적으로 상업적으로 입수 가능하며, 통상 니들 기술을 사용하여 바람직하게는 결합제의 첨가 없이 생산된다. 실리케이트 섬유 니들 매트는 바람직하게는 실리카 유리 섬유로만 형성되며, 이러한 실리카 유리 섬유는 적어도 94 중량%의 SiO2, 더 바람직하게는 적어도 96 중량%의 SiO2로 만들어지고, 따라서 생성된 실리케이트 섬유 니들 매트는 충분한 온도 저항을 갖는다. 본 발명에 따라 제안된 실리케이트 섬유 니들 매트는 우수한 단열성뿐만 아니라 양호한 내진동성을 특징으로 한다. 이는 매우 양호한 내화학성, 높은 물리적 특성 및 높은 기계적 하중-지지 용량을 가지며, 이는 기판 재료로서의 사용을 특히 바람직하게 하며, 그 이유는 본 발명에 따른 복합 시스템은 바람직하게는 배터리 또는 배터리 하우징의 3-차원 모양에 적응하기 위해 소성 변형 가능해야 하기 때문이다.
본 발명에 따라 바람직한 실리케이트 섬유 니들 매트의 전술된 특성은 고온에서 본 발명에 따른 복합 시스템의 원하는 양호한 절연 특성을 가져온다. 이러한 특성을 갖는 실리케이트 섬유 니들 매트가 본 발명에 따른 복합 시스템의 제조에 사용되는 경우, 밀도의 증가(예를 들어 본 발명에 따른 제조 공정에서 압축에 의해)는 열 복사의 단열의 추가 향상을 가져온다. Si 섬유 함량이 적어도 94 또는 96 중량% SiO2인 실리케이트 섬유 니들 매트는 매우 높은 온도를 견딜 수 있으므로 다른 섬유보다 번스루(burn-through)에 더 잘 저항한다.
본 발명의 맥락에서, 캐리어층이 실리케이트 섬유 니들 매트 단독으로 형성되지 않고 2개의 별개의 층, 즉 위에서 기재된 실리케이트 섬유 니들 매트와 부가적으로 스테인리스강 호일을 포함하는 경우가 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 이러한 구현예에서, 스테인리스강 호일은 바람직하게는 VA 강으로 만들어진 스테인리스강 호일이다.
스테인리스강 호일은 바람직하게는 0.02 내지 0.40 mm, 더 바람직하게는 0.08 내지 0.22 mm, 더 바람직하게는 0.10 내지 0.20 mm, 더욱 더 바람직하게는 0.12 내지 0.18 mm의 층 두께를 갖는다. 스테인리스강 호일은 금속 입자 연소를 위한 천공 장벽으로서 본 발명에 따른 복합 시스템에서 특히 유리하다.
특히, 스테인리스강 호일의 층 두께의 선택은 본 발명과 관련이 있을 수 있다. 한편으로는 충분한 화염 보호 및 천공 장벽이 주어지도록 충분한 층 두께 및 스테인리스강 호일의 중량의 고려 사이의 균형이 발견되어야 한다. 이러한 균형은 특히 위의 층 두께로 이루어진다.
이에 더하여, 제안된 발명에 따라 구체적으로 제안된 VA 강으로 만들어진 스테인리스강 호일은 놀라운 이점을 제공한다. VA 강으로 만들어진 스테인리스강 호일은 생성된 복합물 본체에서 기계적 안정성을 생성하며, 따라서 3-차원 엠보싱 가능성이 남아 있다. 본 발명에 따른 복합 시스템에 사용된 텍스타일 구성요소와 비교하여, VA 강으로 만들어진 스테인리스강 호일은 본질적으로 회복 거동을 나타내지 않는다.
실리케이트 섬유 니들 매트 및 스테인리스강 호일로부터의 캐리어 재료의 제안된 선택은 치수적으로 안정한 복합 시스템을 초래하는 것으로 나타났다. 본 발명에 따른 바람직한 실리케이트 섬유 니들 매트는 생성된 복합 시스템이 소성 변형될 수 있다는 이점을 갖는다.
추가 구현예에서, 알루미늄으로 코팅된 섬유로 이루어진 랜덤 섬유 부직포도 사용될 수 있다. 랜덤층 부직포 또는 랜덤 부직포로도 지칭되는 랜덤 섬유 부직포는 스테이플 섬유 또는 필라멘트가 임의의 방향을 취할 수 있는, 즉, 이것이 부직포의 모든 방향에서 상대적으로 동일하게 분포되는 부직포이다.
방화 플리스로 설계된 층(= 방화층)
방화층은 바람직하게는 적어도 하나의 융제 화합물을 포함하는 방화 조성물로 코팅된 부직포 또는 직조 유리 섬유 패브릭을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 방화 플리스는 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭과 동의어로 사용된다.
바람직하게는, 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭은 AES 유리, E 유리, ECR 유리, 실리카 유리, S 유리, R 유리, M 유리, C 유리, D 유리, AR 유리, T 유리 및/또는 또는 Q 유리로 만들어진 유리 섬유를 함유한다. 여기서는 E-유리가 바람직하다.
본 발명에 따르면, 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭은 생성된 복합 시스템이 소성 변형될 수 있는 방식으로 선택된다. 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭에 상응하는 재료는 당업자에게 그 자체로 알려져 있다.
바람직하게는, 방화층은 유리 섬유 플리스를 함유한다. 유리 섬유 플리스는 다양한 디자인 및 다양한 적용으로 알려져 있다. 또한, 유리 섬유 및 결합제뿐만 아니라 가능하게는 추가 첨가제로부터 유리 섬유 플리스를 생산하는 방법도 알려져 있다. 첨가제는 완성된 유리 섬유 플리스의 온수 저항성과 같은 특정 특성을 향상시킬 수 있다.
유리 섬유 플리스의 평량은 40 g/m2 내지 60 g/m2인 것이 바람직하다.
유리 섬유 웹의 유리 섬유는 바람직하게는 2 mm 내지 10 mm 범위, 더 바람직하게는 3 내지 8 mm 범위, 더욱 더 바람직하게는 4 내지 7 mm 범위의 길이를 갖는다.
유리 섬유 플리스의 결합제에 관한 한 여기에는 상당한 범위가 있다. 특히 유리한 결합제는 우레아 수지, 변형된 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산, 물(water) 유리, PU 결합제 및 전술한 결합제의 혼합물이다. 변형된 폴리비닐 알코올이 결합제로서 특히 바람직하다.
유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭은 방화 조성물로 코팅된다. 방화 조성물은 필수적으로 적어도 하나의 융제 화합물을 함유한다. 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭이 2개 이상의 융제 화합물을 함유하는 것이 특히 바람직하다.
유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭의 다공성으로 인해, 방화 조성물은 플리스 또는 패브릭에 침투할 수 있다. 플리스 또는 패브릭의 코팅 유형 또는 함침에 따라, 결과는 유리 섬유 플리스/유리 섬유 패브릭과 코팅 조성물의 단층 구조 또는 플리스/패브릭과 방화 조성물이 여전히 별도로 존재하는 2-층 구조이다.
본 발명의 맥락에서, 난연성 조성물의 일부 침투는 이러한 침투가 부직포 내 난연성 조성물의 향상된 포집을 초래하여 전체적으로 더 안정하고 덜 박리되게 하기 때문에 바람직하다.
융제 화합물은 열에 노출될 때 냉각 효과를 갖는 화합물이다. 공정에서, 결합수(bound water)는 흡열 과정에 의해 방출되고 냉각 효과가 발휘된다. 이러한 융제 냉각을 달성하기 위해, 사용되는 융제 화합물은 바람직하게는 세라믹화, 탄화, 승화 또는 팽창성인 것일 수 있다.
바람직한 구현예에서, 세라믹화되는 적어도 하나의 융제 화합물이 사용된다. 세라믹화는 예를 들어 화염이 뚫고 들어가는 것을 방지한다.
바람직한 융제-작용성 화합물은 LiNO3·3H2O, Na2CO3H2O(데르모나트라이트(thermonatrite)), Na2CO3·7H2O, Na2CO3·10H2O(소다), Na2Ca(CO3)2·2H2O(피어소나이트(pirssonite)), Na2Ca(CO3)2·5H2O(게이뤼사이트(gaylussite)), Na(HCO3)Na2CO3·2H2O(트로나(trona)), Na2S2O3·5H2O, Na2O3Si·5H2O, KF·2H2O, CaBr2·2H2O, CaBr2·6H2O, CaSO4·2H2O(석고), Ca(SO4)·½H2O(바사나이트(bassanite)), Ba(OH)2·8H2O, Ni(NO3)2·6H2O, Ni(NO3)2·4H2O, Ni(NO3)2·2H2O, Zn(NO3)2·4H2O, Zn(NO3)2·6H2O, (ZnO)2(B2O3)2·3H2O, Mg(NO3)2·6H2O(US 5,985,013 A), MgSO4·7H2O(EP 1 069 172 A), Mg(OH)2, Al(OH)3, Al(OH)3·3H2O, AIOOH(보헤마이트(boehmite)), Al2[SO4]3·nH2O, 여기서 n = 14 내지 18임, KAl(SO4)2·12H2O(EP 1 069 172 A2), CaO·Al2O3·10H2O(네스퀘호나이트(nesquehonite)), MgCO3·3H2O(웜란다이트(wermlandite)), Ca2Mg14(Al,Fe)4CO3(OH)42·29H2O(도오마사이트(thaumasite)), Ca3Si(OH)6(SO4)(CO3)·12H2O(아티나이트(artinite)), Ca6Al2[(OH)12|(SO4)3]·26H2O(에트린자이트(ettringite)), 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(하이드로마그네사이트(hydromagnesite)), Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O(하이드로칼루마이트(hydrocalumite)), Ca4Al2(OH)14·6H2O(하이드로탈사이트(hydrotalcite)), Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O 알루모하이드로칼사이트(alumohydrocalcite), CaAl2(OH)4(CO3)2·3H2O(스카브로이트(scarbroite)), Al14(CO3)3(OH)36(하이드로가넷(hydrogarnet)), 3CaO·Al2O3·6H2O(도오소나이트(dawsonite)), NaAl(OH)CO3, Al(OH)3(하이드라길라이트(hydrargillite)), ATH, 함수(hydrous) 제올라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 코레마나이트(colemanite), 펄라이트(perlite), 운모, 알칼리 실리케이트, 붕사(borax), 변형 탄소, 흑연, 실리카 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 융제 화합물은 운모, 버미큘라이트 및/또는 에트린자이트, 특히 운모, 버미큘라이트 및/또는 합성 에트린자이트를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 융제 화합물은 에트린자이트를 포함한다.
본 발명의 매우 바람직한 구현예에서, 융제 화합물은 합성 에트린자이트를 포함한다.
에트린자이트(Ca6Al2 [(OH)12 |(SO)43 ]-26H2O)는 외래 음이온이 있는 광물 부류의 함수 설페이트로부터 드물게 발생하는 광물이다. 합성 에트린자이트는 예를 들어 수성 현탁액 형태로 이용 가능하다. 수성 현탁액은 아크릴레이트와 같은 유기 중합체계 결합제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 융제 화합물은 Al(OH)3(하이드라길라이트, ATH)를 포함한다.
Al(OH)3는 200℃ 초과의 온도에서 알루미늄 옥사이드 및 물로 분할된다. 물은 화재 발생원을 냉각시키고, 생산된 가스를 희석시킨다. 생성된 알루미늄 옥사이드는 보호 세라믹층을 형성한다.
바람직한 구현예에서, 방화 조성물은 2개 이상의 융제 화합물을 포함한다. 난연성 조성물이 2개의 융제-작용성 화합물을 포함하는 것이 추가로 바람직하다. 이 경우, 융제 화합물이 합성 에트린자이트 및 Al(OH)3를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
난연성 조성물 중 융제 화합물의 양은 각각의 경우 난연성 조성물의 총 중량을 기준으로 한 경우 바람직하게는 적어도 50 중량%, 더 바람직하게는 적어도 60 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 70 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 75 중량%이다.
방화 조성물의 적용 특성 및/또는 방화층의 방화 효과를 향상시키기 위해, 방화 조성물은 추가 성분을 함유할 수 있다.
이러한 추가 성분은 특히 소포제, 용매, 결합제, 증점제 및/또는 팽창 유리를 포함할 수 있다.
방화 조성물을 제조하기 위해, 성분은 실온(25℃)에서 용해기에서 균질화된다.
방화 조성물은 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭의 한쪽 표면에 적용된다. 이는 예를 들어 스퀴지(squeegee) 또는 롤러에 의해 수행될 수 있다. 코팅된 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭은 예를 들어 약 190℃의 온도에서 건조 터널의 도움으로 건조된다.
방화층의 평량은 400 g/m2 내지 600 g/m2인 것이 바람직하다. 이러한 단위 면적당 중량은 40 g/m2 내지 60 g/m2의 단위 면적당 중량으로 사용되는 유리 섬유 플리스에 공정상 안전한 적용을 가능하게 하기 때문에 본 발명의 맥락에서 유리하다. 유리 섬유 플리스 및 방화 조성물의 단위 면적당 중량은 바람직하게는 서로 일치해야 하며, 동시에 복합 시스템의 생성된 두께 및 재료 특성을 고려해야 한다(어떠한 다공성 구조도 형성되어서는 안 됨).
추가 구현예에서, 본 발명에 따른 복합 시스템의 캐리어층은 또한 전술된 방화층 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 캐리어층이 전술된 여러 방화층으로 이루어지는 경우, 이는 바람직하게는 아래 설명되는 접착층을 통해 서로 결합된다.
접착층
전술된 층뿐만 아니라 본 발명에 따른 복합 시스템의 모든 다른 층은 바람직하게는 하나 이상의 접착층을 통해 함께 결합된다.
본 발명의 맥락에서 접착층은 바람직하게는 핫멜트(hot melt) 접착제에 기초하며; 따라서 개별 층은 핫멜트 적층을 통해 서로 결합된다.
이 경우, 핫멜트 접착제는 물리적으로 경화되는 열가소성 접착제 또는 화학적으로 경화되는 열경화성 접착제일 수 있다.
핫멜트 접착제는 바람직하게는 고무계 핫멜트, 폴리아미드계 핫멜트, 폴리올레핀계 핫멜트, 에틸렌 비닐 아세테이트계 핫멜트 및 폴리우레탄계 핫멜트로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 적용 목적을 위해, 핫멜트 접착제는 이것이 복합 시스템의 각 층에 분무될 수 있는 방식으로 설계되는 것이 일반적으로 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 핫멜트 접착제가 짧은 개방 시간을 갖고 압력에 민감한 것이 추가로 바람직하다.
핫멜트가 영구적으로 접착성인 경우 또한 바람직하다. 본 발명에 따른 복합 시스템의 가능한 필요한 3-차원 변형으로 인해, 인접층의 영역의 접촉 손실이 변형 동안 발생할 수 있으며, 이는 영구적으로 형성된 접착 효과로 인해 나중에 보상될 수 있다.
각각의 접착층은 또한 예를 들어 열가소성 중합체 필름, 합성 고무, 물 유리, 폴리우레탄 또는 아크릴레이트를 함유할 수 있다. 성분 및 충전제 재료에 따라 열가소성 접착층, 스프레이 접착층(합성 고무), 아크릴레이트 접착층 또는 방화 접착층(물 유리)이 구분된다. 적합한 열가소성 중합체는 예를 들어 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리아미드(PA), 폴리락테이트(PLA), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카르보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리비닐 클로라이드(PVC)를 포함한다. 특히 바람직하게는, 접착층은 열가소성 폴리에틸렌 필름을 함유한다.
이러한 접착층은 본 발명에 따른 복합 시스템의 개별 층 사이에 사용되거나 본 발명에 따른 복합 시스템의 일부 층 사이에서만 사용된다.
전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하는 구성요소
본 발명의 맥락에서, 본 발명에 따른 복합 시스템은 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 적어도 하나의 구성요소를 포함한다.
본 발명은 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선의 이러한 차폐를 위한 2개 구현예를 제공하며, 이는 이제 이하에서 설명될 것이다.
제1 구현예
전기, 자기 및/또는 전자기 차폐를 위해 본 발명에 따라 제공되는 구성요소는 먼저 전자기 방사선으로부터 효과적인 차폐를 가능하게 하는 금속 호일에 의해 형성될 수 있다. 금속 호일은 바람직하게는 구리 호일, 알루미늄 호일, 니켈 호일, 은 호일, 금 호일 또는 철계 재료(예를 들어, 스테인리스강 합금)로 만들어진 호일일 수 있다.
본 발명의 제1 구현예의 바람직한 양태에서, 구성요소는 알루미늄 호일 또는 알루미늄 스트립에 의해 형성된다. EN 485-2 표준에 따르면, 알루미늄 호일은 층 두께(최대 0.20 mm 층 두께(알루미늄 호일) 대비 0.20 mm 초과의 층 두께(알루미늄 스트립))에 의해 알루미늄 스트립과 상이하다.
하기에서는 두 용어가 함께 알루미늄 호일로 지칭된다.
본 발명에 따른 복합물 본체의 이러한 제1 구현예에서, 따라서 복합물 본체는 적어도 하나의 알루미늄 호일을 포함한다. 그러나 이에 더하여, 본 발명에 따른 복합 시스템이 2개 이상의 알루미늄 호일을 포함하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 복합물 본체의 충분한 차폐를 위해, 층 두께가 0.1 내지 0.5 mm, 더 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mm, 더욱 더 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mm인 알루미늄 호일을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 복합 시스템의 구조
후술하는 본 발명에 따른 복합 시스템에서, 바람직하게는 알루미늄 호일이 적어도 하나의 방화층(본 발명의 의미에서; 전술된 내용 참조)에 바로 인접하여 이로써 접착층이 방화층과 알루미늄 호일 사이에 제공될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "바로 인접한"은 일반적으로, 기재된 층이 인접하지만 접착층에 의해 함께 결합될 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 알루미늄 호일 및 방화층의 특정 디자인에만 적용되는 것이 아니라 층의 임의의 다른 순서에도 적용된다.
본 발명에 따른 복합 시스템은 또한 적어도 2개의 방화층(본 발명의 의미에서; 전술된 내용 참조) 및 차폐를 위한 적어도 2개의 알루미늄 호일을 포함할 수 있으며, 여기서 하나의 알루미늄 호일은 각각의 방화층에 바로 인접하여 배열된다.
이 구조에서도, 알루미늄 호일은 각각 접착층을 통해 방화층에 결합될 수 있다.
제1 구현예의 제1 양태
본 발명에 따른 복합 시스템의 가능한 구조는 알루미늄 호일(들)이 캐리어층(이는 방화층 사이에서 예상됨)의 방화층(들)의 반대편(들)에 제공되는 방식을 초래하며, 여기서 캐리어층은 예를 들어 전술된 실리케이트 섬유 니들 매트 및 전술된 스테인리스강 호일로 구성될 수 있고, 캐리어층은 2개의 방화 플리스 사이에 배열될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 예를 들어 전술된 실리케이트 섬유 니들 매트 및 전술된 스테인리스강 호일로 구성된 캐리어층 및 2개의 방화 플리스를 포함하는 복합 시스템이 있다고 가정하면, 복합 시스템은 방화 플리스 및 캐리어층으로 구성된 층 구조를 둘러싸는 2개의 알루미늄 호일을 포함할 수 있다.
이러한 양태에서, 알루미늄 호일은 캐리어층에 인접하게 제공되는 제1 방화 층으로 구성된 층상 구조를 감싸는 것이 제공될 수 있으며, 캐리어층에는 제1 방화층의 반대쪽 면에 추가의 방화 플리스가 제공된다.
따라서 이러한 구현예에서, 알루미늄 호일은 캐리어층에 인접하게 제공되는 제1 방화층으로 구성된 층상 구조를 둘러싸는 것이 추가로 제공될 수 있으며, 여기서 캐리어층은 전술된 실리케이트 섬유 니들 매트 및 전술된 스테인리스강 호일을 포함하고, 캐리어층에는 제1 방화 플리스의 반대쪽 면에 추가의 방화층이 제공된다.
이 구현예에서, 알루미늄층은 특히 외부를 향하고, 적어도 알루미늄층의 한쪽 면에 지지층 및 방화층을 갖는다.
이에, 하기 층 구조가 실현되는 전술된 복합 시스템이 청구되며:
a1) 하기 방화층에 인접한 알루미늄 호일,
b1) 하기 지지층에 인접한 방화층,
c1) 하기 방화층에 인접한 지지층,
d1) 하기 알루미늄 호일에 인접한 방화층,
e1) 알루미늄 호일;
여기서 개별 층 a1) 내지 a1)은 각각 전술된 바와 같은 접착층을 통해 서로 결합될 수 있고, 알루미늄 호일은 특히 임의의 추가 접착층(들) 없이 층 b1) 내지 d1)을 둘러싼다.
이에, 하기 층 구조가 실현되는 전술된 복합 시스템이 청구되며:
a2) 하기 방화층에 인접한 알루미늄 호일,
b2) 하기 실리케이트 섬유 니들 매트에 인접한 방화층,
c2.1) 하기 스테인리스강 호일에 인접한 실리케이트 섬유 니들 매트,
c2.2) 하기 방화층에 인접한 스테인리스강 호일,
d2) 하기 알루미늄 호일에 인접한 방화층,
e2) 알루미늄 호일,
여기서, 개별 층 b2) 내지 d2)(c2.1 및 c2.2 포함)는 각각 전술된 바와 같이 접착층을 통해 서로 결합될 수 있고, 알루미늄 호일은 층 b2) 내지 d2)(c2.1 및 c2.2 포함)를 특히 임의의 추가 접착층(들) 없이 둘러싼다.
층 b1/b2) 내지 d1/d2)(c1) 또는 c2.1) 및 c2.2)와 함께)를 감싸는 2개의 알루미늄 호일이 본 발명의 맥락에서 사용되는 경우, 2개의 알루미늄 호일은 바람직하게는 가장자리가 함께 구겨져 있다.
이러한 양태에서, 전술된 층 a1/a2) 내지 e1/e2)(c1) 또는 c2.1) 및 c2.2)와 함께)를 갖는 생성된 복합물 본체는 통합 배터리 하우징으로 사용될 수 있으며; 예를 들어 플라스틱으로 만들어진 배터리 하우징의 부가적인 사용은 필수는 아니지만 가능하다. 본 발명에 따른 층상 구조 a1/a2) 내지 e1/e2)(c1) 또는 c2.1) 및 c2.2)와 함께)가 배터리 하우징으로 사용되는 경우, 배터리는 2개의 알루미늄 호일 중 하나에 인접하게 배열되는데, 본 발명에 따른 복합 시스템의 층상 구조가 대칭이기 때문이다.
이 구현예에서, 전술된 층 a1/a2) 내지 e1/e2)(c1) 또는 c2.1) 및 c2.2)와 함께)를 갖는 생성된 복합물 본체는 또한 배터리 하우징의 마개(lid)로서만 사용될 수 있으며, 배터리 하우징의 나머지 파트는 통상 배터리 부문에 사용되는 플라스틱으로 형성된다.
제1 구현예의 제2 양태
제1 구현예의 제2 양태에서, 본 발명에 따른 복합 시스템은 하기 층상 구조를 가질 수 있으며, 여기서 개별 층은 바람직하게는 전술된 바와 같이 형성된다:
a3) 스테인리스강 호일,
b3) 방화층,
c3) 지지층, 바람직하게는 전술된 바와 같은 실리케이트 섬유 니들 매트,
d3) 방화층,
e3) 알루미늄 호일.
알루미늄 호일 및/또는 스테인리스강 호일이 전자기 차폐를 위해 사용되는 경우, 이는 복합 재료의 방화층(들) 및 캐리어층(들)의 배열 외부에 위치하고, 즉 바깥쪽으로 향하여 위치하고, 전자기 차폐는 상응하는 알루미늄층 및/또는 스테인리스강 층이 내부에 위치하고 방화층(들) 및/또는 캐리어층(들)에 의해 둘러싸이는 경우보다 더 양호하다.
이러한 이점은 또한 알루미늄 호일이 복합 재료의 방화층(들) 및 캐리어층(들)의 배열 외부에 위치하는, 즉 바깥쪽으로 향하여 위치하는 전술된 제1 양태에도 적용된다.
제1 구현예의 제2 양태의 추가 변형은 하기 층 구조를 포함하는 본 발명에 따른 복합 시스템에 관한 것이며, 여기서 개별 층은 바람직하게는 전술된 바와 같이 형성된다:
a4) 스테인리스강 호일,
b4) 방화층,
c4) 알루미늄 호일,
d4) 지지층, 바람직하게는 전술된 바와 같은 실리케이트 섬유 니들 매트,
e4) 방화층,
f4) 스테인리스강 호일.
본 발명에 따른 복합 시스템의 전술된 (a1) 내지 e1); a2) 내지 e2); a3) 내지 e3) 및 a4) 내지 f4)의 두가지 측면의 층상 구조는 배터리 용기의 마개에 설치하기에 적합하다.
특히, 본 발명에 따른 복합 시스템의 제2 구현예의 층상 구조는 배터리 하우징의 커버에 설치하기에 적합하다. 전기차에서 배터리 하우징은 고성능 배터리를 수용하고 보호하는 데 책임이 있는 중요한 구성요소이다. 이러한 하우징은 전기 자동차의 안전성, 효율성 및 내구성에 중요한 역할을 한다.
배터리 케이스 또는 배터리 팩 케이스로도 알려진 배터리 리셉터클(receptacle)은 통상 전기 자동차의 고성능 배터리를 둘러싸는 알루미늄 또는 플라스틱과 같이 다른 가볍고 내구성 있는 재료로 만들어진 견고한 인클로저이다. 이는 여러 중요한 기능을 갖는다:
하우징은 습기, 충격, 진동, 온도 변동 및 기계적 손상과 같은 외부 영향으로부터 민감한 배터리 셀을 보호한다. 하우징은 또한 배터리가 과열되는 것으로부터 보호하는 방열판(heat sink) 역할도 한다. 종종, 배터리를 최적의 작동 온도에서 유지시키기 위해 냉각 채널 및 열교환기가 인클로저에 통합된다. 배터리 용기는 또한 사고 또는 충돌 시 배터리 셀을 보호하고 배터리 액이 누출되는 것을 방지하도록 설계된다. 이러한 방식으로, 배터리 리셉터클은 하중-지지 요소로서 작용하고 자동차의 비틀림 강성을 증가시킴으로써 차량의 구조적 무결성에 기여한다.
이미 언급한 바와 같이 배터리 용기는 통상 가볍고 강도가 높기 때문에 특히 적합한 알루미늄 또는 플라스틱으로 만들어진다. 알루미늄의 경우, 구조체(construction)는 대부분 안정적인 하우징을 형성하기 위해 연결되는 용접 또는 주조(cast) 패널을 포함한다. 하우징의 모양은 차량의 구조를 지지하는 한편 배터리 팩을 위한 공간을 제공하도록 세심하게 설계된다.
이러한 배터리 용기는 통상 개방형 마개를 가지며, 이 마개를 통해 고용량 배터리가 용기에 삽입된다.
본 발명의 맥락에서, 이러한 마개는 전술된 본 발명의 복합 시스템을 통합할 수 있고 이를 갖는 하우징에 소성적으로 적응될 수 있다.
제2 구현예
제2 구현예에서, 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선의 차폐는 알루미늄-코팅 유리 또는 현무암 섬유에 의해 제공될 수 있다.
이러한 알루미늄-코팅 섬유는 알루미늄 코팅을 갖는 유리 또는 현무암 섬유로 구성된 복합 재료이다. 이 코팅은 섬유에 부가적인 특성 및 적용 가능성을 제공한다.
코팅은 통상 열 기상 증착 또는 알루미늄 분사를 통해 섬유 표면에 적용된다. 알루미늄 코팅은 여러 방법으로 섬유의 기계적 특성을 향상시킨다:
코팅은 섬유의 인장 강도를 증가시켜, 기계적 부하가 높은 적용에 적합하게 만든다. 코팅된 섬유는 향상된 굴곡 강도를 가지며, 이는 구조적 적용에 사용되는 것을 선호한다. 알루미늄 코팅은 섬유의 증가된 충격 강도에 기여하여, 기계적 응력에 대한 저항을 갖게 한다.
알루미늄 코팅은 또한 열 및 고온을 견디는 섬유의 능력을 향상시킨다. 이는 방화와 같이 열 보호가 필요한 적용에 적합하게 만든다. 이에 더하여, 알루미늄 코팅은 전기 차폐 효과를 갖는다.
알루미늄 코팅은 부가적으로 어느 정도의 내부식성을 제공하여, 코팅된 섬유를 부식성 환경에서 적용하기에 적합하게 만든다.
유리 섬유 또는 현무암 섬유에 사용되는 필라멘트의 직경은 바람직하게는 5 내지 24 μm이다.
알루미늄 코팅은 바람직하게는 0.1 내지 3 μm의 두께를 가지며, 이는 한편으로는 양호한 차폐를 달성하지만 동시에 가공성을 보장한다.
필라멘트 섬유 길이는 바람직하게는 1 내지 20 mm이다.
또한 이러한 제2 구현예에서, 전자기 차폐를 제공하는 재료는 외부를 향하고, 바람직하게는 복합 재료의 방화층(들) 및 캐리어층(들)의 배열 외부에 위치하는 것이 바람직하다.
제2 구현예에서, 예를 들어 전술된 층(a1) 내지 e1), a2) 내지 e2), a3) 내지 e3) 또는 a4) 내지 f4))으로부터 제작된 본 발명에 따른 복합 시스템은 플라스틱으로 형성된 하우징 파트에 의해 적어도 한쪽 면이 덮일 수 있으며, 여기서 알루미늄으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유는 플라스틱으로 형성된 하우징 파트에 통합된다.
제2 구현예에서, 예를 들어 전술된 층(a1) 내지 e1), a2) 내지 e2), a3) 내지 e3) 또는 a4) 내지 f4))으로부터 제작된 본 발명에 따른 복합 시스템은 플라스틱으로 형성된 하우징 파트에 의해 완전히 둘러싸일 수 있으며, 여기서 알루미늄으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유는 플라스틱으로 형성된 하우징 파트에 통합된다.
하우징 파트, 특히 하우징 커버에서 본 발명에 따른 복합 시스템의 이러한 통합은 본 발명에 따라 유리한데, 방화 또는 전자기 차폐가 제작 동안 직접 제공될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 복합 시스템이 알루미늄으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유를 포함하는 배터리 하우징 파트에 통합된다면, 전술된 층 순서에서 알루미늄층의 사용 또한 생략될 수 있다.
플라스틱으로 형성된 이러한 하우징 파트는 통상 사출 성형에 의해 생산될 수 있으며, 이로써 알루미늄으로 코팅된 상응하는 유리 또는 현무암 섬유는 이미 플라스틱 과립에 첨가된다.
제2 구현예의 변형에서, 알루미늄-코팅된 유리 또는 현무암 섬유는 알루미늄 코팅으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유와 동일하다.
제2 구현예의 추가 변형에서, 알루미늄-코팅된 유리 또는 현무암 섬유는 알루미늄 코팅으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유와 동일하며, 여기서 섬유 코어는 알루미늄으로 코팅된 융합되고 얇은 인발된(drawn) 현무암 또는 유리로 형성된다.
따라서 이러한 제2 구현예에서, 본 발명에 따른 복합 시스템은 하기 층을 포함하며:
a) 하기 방화 플리스에 인접한 알루미늄 코팅된 유리 또는 현무암 섬유로 된 플라스틱층,
b) 하기 지지층에 인접한 방화 플리스,
c) 하기 방화 플리스에 인접한 지지층,
d) 방화 플리스.
또는
a) 하기 방화 플리스에 인접한 알루미늄 코팅된 유리 또는 현무암 섬유로 된 플라스틱층,
b) 하기 지지층에 인접한 방화 플리스,
c) 하기 방화 플리스에 인접한 지지층,
d) 하기 플라스틱층에 인접한 방화 플리스,
e) 알루미늄 코팅된 유리 또는 현무암 섬유로 된 플라스틱층,
여기서 배킹층은 하기를 포함하거나 이로 구성된다:
c1) 하기 스테인리스강 호일에 인접한 실리케이트 섬유 니들 매트
c2) 스테인리스강 호일
또는
a) 스테인리스강 호일,
b) 방화층,
c) 바람직하게는 전술된 바와 같은 실리케이트 섬유 니들 매트로 이루어진 캐리어층,
d) 방화층,
e) 알루미늄 호일.
또는
a) 스테인리스강 호일,
b) 방화층,
c) 알루미늄 호일,
d) 바람직하게는 전술된 바와 같은 실리케이트 섬유 니들 매트로 이루어진 캐리어층,
e) 방화층,
f) 스테인리스강 호일.
이러한 복합 시스템의 틀 내에서, 플라스틱층은 a) 내지 e) 또는 a) 내지 f)에 따라 전술된 층을 포함하여 가장자리에서 서로 결합될 수 있다.
플라스틱층은 바람직하게는 사출 성형 재료에 의해 생산될 수 있다.
본 발명에 따른 복합 시스템의 총 두께는 1 내지 15 mm, 더 바람직하게는 2 내지 12 mm, 더욱 더 바람직하게는 3 내지 10 mm일 수 있다.
본 발명에 따른 복합 시스템의 배열
특히, 적어도 하나의 융제 화합물을 함유하는 방화층을 갖는 복합 시스템이 배터리와 직접 접촉하여 배열되는 것이 고려된다.
본 발명의 맥락에서, "배터리와 직접 접촉하는" 특징은 본 발명에 따른 복합 시스템의 어떠한 추가 층도 배터리(배터리 외부)와 복합 시스템 사이에 제공되지 않음을 의미하는 것으로 이해되며; 배터리 하우징과 방화층 사이의 접촉은 필수적이지 않으므로, 본 발명에 따른 복합 시스템과 배터리 사이에 접착층이 또한 제공될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 배터리 하우징 상의 방화층의 직접적인 배열이 제공된다면, 이러한 방화층에 함유된 융제-작용성 화합물의 기능화가 화재 시 사용되는 복합 시스템의 폭발에 의해 동반되는 것이 피해진다. 따라서, 융제 화합물을 함유하는 층, 즉 방화층이 배터리 하우징의 재료와 직접 접촉하는 것은 본 발명에 유리하다.
차폐물을 생성하기 위해 알루미늄층을 사용하는 경우, 알루미늄층이 방화 층(들) 및 캐리어층(들) 주위에 쉘을 형성하는 경우, 복합 시스템은 자연스럽게 배터리와 더불어 알루미늄층을 통해 존재한다.
대안적으로, 방화 장치는 운송 컨테이너로 설계될 수 있으며, 예를 들어 리튬-이온 배터리용 운송 가방으로서 역할을 할 수 있다. 이 구현예에서, 방화 장치는 바람직하게는 배터리 팩이 삽입되고 제거될 수 있는 개구부(opening), 예를 들어 지퍼 또는 벨크로 패스너(Velcro fastener)와 같은 포지티브 폐쇄 장치를 갖는다.
본 발명에 따른 방화 장치가 운송 컨테이너로 설계되는 경우, 방화 장치는 소성 변형성을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해 전술된 바와 같이 특수 캐리어 재료가 권고된다.
방화 장치는 복합 시스템 및 적용 가능하다면 이러한 복합 시스템이 내부에 배열되는 쉘을 포함한다.
특히, 연소 장치는 매트 또는 플레이트 형태일 수 있으며, 휴대용 장치(예를 들어 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터) 또는 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩의 파트일 수 있다. 특히, 연소 장치는 휴대용 장치 또는 전기 자동차에 사용하기 위한 적어도 하나의 충전식 리튬-이온 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 파트일 수 있다.
이에, 본 발명의 추가 주제는 하기를 포함하는 배터리 팩이다:
(i) 하우징,
(ii) 적어도 하나의 충전식 리튬-이온 배터리 셀 및
(iii) 하우징 내에서 적어도 하나의 충전식 리튬-이온 배터리 셀에 인접한 전술된 바와 같은 복합 시스템 중 하나.
본 발명의 이러한 배터리 팩에서, 본 발명에 따른 복합 시스템은 바람직하게는 충전식 리튬-이온 배터리 셀 방향으로 배열된다.
배터리 팩의 바람직한 구현예에 관해서는, 전술된 본 발명에 따른 구성요소 시스템과 동일한 내용이 준용된다.
충전식 리튬 배터리 셀은 특히 충전식 리튬 코발트 디옥사이드 배터리 셀, 충전식 리튬 티타네이트 배터리 셀, 충전식 리튬 망간 배터리 셀, 충전식 리튬 철 포스페이트 배터리 셀, 충전식 리튬 공기 배터리 셀, 충전식 이중 탄소 배터리 셀 및/또는 리튬 중합체 배터리 셀을 포함한다. 전형적으로, 배터리 팩은 일련으로 연결된 다수의 충전식 리튬 배터리 셀을 갖는다. 배터리 팩은 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 특히 배터리 관리 시스템(BMS)이 추가 구성요소로서 포함된다. 배터리 관리 시스템은 바람직하게는 충전식 리튬-이온 배터리 셀(들)을 모니터링하고, 제어하고 보호하는 역할을 하는 전자 회로이다. 배터리 팩은 통상 교체 가능하도록 설계되며 탈착 가능한 전기 접점을 갖는다.
본 발명의 추가 주제는 본 발명에 따른 복합물 본체의 생산 방법이다. 본 발명에 따른 방법에서,
(1) 위에서 정의된 바와 같은 개별 층은 각각 연속적으로 제공되고,
(2) 각각의 개별 층은 위의 사양에 따른 접착층을 통해 서로 결합된다.
방법의 제3 단계에서, 적층된 층은
(3) 압력 적용 하에 서로 연결된다.
EMC 차폐용 알루미늄 호일의 위의 제1 구현예가 본 발명의 맥락에서 적용된다면, 본 발명에 따른 방법은 하기 방법 단계를 부가적으로 포함한다:
(4) 적절한 경우, 방법 단계 (3)으로부터 생성된 층의 조립체를 형상화하는 단계로서, 조립체의 2개의 외부층을 형성하는 알루미늄 호일층은 다른 내부층보다 더 큰 표면적을 갖는, 단계; 및
(5) 나머지 내부층을 완전히 포함하여 2개의 외부 알루미늄 호일을 플랜징(flange)하는 단계.
본 발명의 추가 주제는 적어도 하나의 충전식 리튬 이온 배터리 셀을 포함하는 장치에서 본 발명에 따른 방화 장치의 용도이다.
바람직한 사용 구현예와 관련하여, 방화 장치 및 배터리 팩에 대해 언급된 내용은 준용하여 적용된다.
본 발명은 하기 구현예를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다:
실시예
본 발명에 따른 복합 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 생산되며, 이때 참조 기호는 하기 의미를 갖는다:
1: 방화 플리스의 제1 층
2: VA 스테인리스강 호일
3: 실리케이트 섬유 니들 매트
4: 방화 플리스의 제2 층
5: 감압성 핫멜트 접착층
개별 층을 순서대로 제공하고, Follmann 합성 중합체계 감압성 접착제(FOLCO® MELT PSA H4402)를 사용하여 인접한 층에 결합한다. 핫멜트 접착층은 각각 도 1에 별개의 층으로 표시되어 있지만, 특히 방화 플리스에 침투할 때 이 층과 함께 진행될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 시스템을 도시하며, 이때 도 1에 따른 복합 시스템은 상부면 및 하부면에 제공되고,
6: 제1 알루미늄층 및
7: 제2 알루미늄층
이 함께 제공된다.
8: 알루미늄층의 가장자리
는 2개의 알루미늄층이 플랜지에 의해 함께 연결되도록 층 1 내지 5의 폭을 가로질러 확장된다(도 2에는 개략적으로만 도시됨).
도 3은 본 발명에 따른 복합 시스템을 도시하며, 이때 도 1에 따른 복합 시스템은 상부면 및 하부면에 제공되고,
9: 제1 플라스틱층 및
10: 제2 플라스틱층
이 함께 제공된다.
11: 플라스틱층의 가장자리
는 예를 들어 사출 성형을 통해 2개의 플라스틱층이 함께 연결되도록 층 1 내지 5의 폭을 가로질러 확장된다(도 3에는 개략적으로만 도시됨).
제1 플라스틱층 및 제2 플라스틱층에는
12: 알루미늄으로 코팅된 유리 섬유가 제공된다.

Claims (15)

  1. 복합 시스템(composite system)으로서,
    (a) 적어도 하나의 캐리어층;
    (b) 적어도 하나의 방화층(fire protection layer); 및
    (c) 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 적어도 하나의 구성요소
    를 포함하며, 적어도 하나의 구성요소 (c)는 층 (a) 및 (b) 외부에 배열된 알루미늄 호일에 의해 그리고/또는 금속으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 금속-코팅된 유리 또는 현무암 섬유는 알루미늄으로 코팅되고 하기 매개변수 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템:
    i) 5 내지 24 μm의 필라멘트 직경;
    ii) 0.1 내지 3 μm의 알루미늄 코팅의 두께;
    iii) 1 내지 20 mm의 필라멘트 섬유 길이.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, (a)에 따른 캐리어층은 AES 유리, E 유리, ECR 유리, 실리카 유리, S 유리, R 유리, M 유리, C 유리, D 유리, AR 유리, T 유리 및/또는 Q 유리의 유리 섬유 플리스(fleece) 또는 유리 섬유 패브릭으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  4. 제3항에 있어서, (a)에 따른 캐리어층은 실리케이트 섬유 니들 매트(needle mat)인 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (a)에 따른 지지층은 실리케이트 섬유 니들 매트 및 스테인리스강 호일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 실리케이트 섬유 니들 매트 및 스테인리스강 호일은 복합물 본체(composite body)에서 바로 인접해 있는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (b)에 따른 방화 플리스는 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  8. 제7항에 있어서, (b)에 따른 유리 섬유 플리스 또는 유리 섬유 패브릭은 방화 조성물로 코팅되거나 함침되는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, (b)에 따른 유리 섬유 부직포 또는 유리 섬유 패브릭에는 우레아 수지, 변형된 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산, 물 유리(water glass), PU 결합제 및 전술된 결합제와 적어도 하나의 융제(ablative) 화합물의 혼합물을 결합제로서 함유하는 방화 조성물이 제공되고, 융제 화합물은 열 작용 하에 세라믹화, 탄화, 승화 또는 팽창 가능한 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 시스템은 (c)에 따른 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 구성요소로서 적어도 하나의 알루미늄 호일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 시스템은 하기 층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템:
    a) 하기 방화 플리스로서 설계된 층에 인접한 알루미늄 호일,
    b) 하기 지지층에 인접한 방화 플리스로서 설계된 층,
    c) 하기 방화 플리스로서 설계된 층에 인접한 지지층,
    d) 하기 알루미늄 호일에 인접한 방화 플리스로서 설계된 층,
    e) 알루미늄 호일.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 시스템은 전기, 자기 및/또는 전자기 방사선을 차폐하기 위한 구성요소로서, 알루미늄-코팅된 유리 또는 현무암 섬유 또는 알루미늄 코팅으로 코팅된 유리 또는 현무암의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 알루미늄-코팅된 유리 또는 현무암 섬유 또는 알루미늄 코팅으로 코팅된 유리 또는 현무암 섬유는 방화층 및 캐리어층을 둘러싸는 플라스틱 층에 존재하는 것을 특징으로 하는, 복합 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 복합 시스템의 생산 방법으로서, 개별 층이 제공되고 핫멜트(hot-melt) 접착제에 의해 압력 작용 하에 함께 결합되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 배터리의 방화, 특히 자동차 배터리의 방화를 위한, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 복합 시스템의 용도.
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