WO2020149547A1 - 소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩 - Google Patents

소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩 Download PDF

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WO2020149547A1
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extinguishing
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capsule
extinguishing composition
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윤여민
최지현
정범영
하정호
김기재
안용건
이규빈
수하르토유스티안
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주식회사 엘지화학
건국대학교 산학협력단
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    • A62D1/0021—Microcapsules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/04—Making microcapsules or microballoons by physical processes, e.g. drying, spraying
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Definitions

  • the present invention relates to a fire extinguishing composition, a manufacturing method thereof, a secondary battery and a battery pack, and more particularly, to a fire extinguishing composition that suppresses explosion or ignition, a manufacturing method thereof, a secondary battery and a battery pack.
  • the secondary battery according to the second embodiment of the present invention includes an electrode assembly in which a plurality of electrodes and a plurality of separators are alternately stacked; A case in which the electrode assembly is accommodated; An electrolyte solution impregnated into the electrode assembly while being stored in the case; And an extinguishing composition provided on any one of the electrode, the separator, and the electrolyte solution, wherein the extinguishing composition includes an extinguishing agent and a capsule containing the extinguishing agent, and the extinguishing agent comprises calcium bromide (CaBr2). It can contain.
  • the fire extinguishing composition of the present invention includes a fire extinguishing agent and a capsule, and the fire extinguishing agent is characterized by including calcium bromide (CaBr2), and due to such characteristics, it is possible to effectively suppress high heat and flame by using an air blocking effect. Therefore, it is possible to prevent an explosion accident.
  • CaBr2 calcium bromide
  • Figure 2 is a flow chart showing a method of manufacturing a fire extinguishing composition according to the first embodiment of the present invention.
  • the dispersion solution coating step (S25) the dispersion solution is coated on the outside of the plurality of extinguishing agents coated with the solution for capsules so that the capsule solution is separated.
  • the dispersion solution coating step (S25), as shown in Figure 3d the dispersion solution in the capsule solution (3) of the agitation is completed by the stirring solution (S23) for the capsule solution (10) ( 4) is added. Then, the dispersion solution (4) is mixed with the solution (3) for capsules and simultaneously coated on the outer circumferential surface of a plurality of extinguishing materials (110), and more specifically, the outside of the solution (3) for capsules outside the extinguishing material (110). As it is coated on, the outer periphery of the extinguishing material 110 is made slippery, and accordingly, a plurality of extinguishing material 110 accommodated in the capsule solution 3 can be effectively dispersed.
  • extinguishing composition S30
  • a plurality of extinguishing substances coated with the capsule solution are heated and the solvent contained in the capsule solution is evaporated.
  • the plurality of extinguishing substances are made into capsules while the thermoplastic resin remaining on the surface is solidified, and accordingly, an extinguishing composition including a capsule in which extinguishing substances are incorporated can be prepared.
  • the water tank 1 is heated by the heater 30.
  • the temperature of the fire extinguishing material 110, the capsule solution 3 and the dispersion solution 4 stored in the water tank 1 is increased, wherein the solvent 1 contained in the capsule solution 3 is evaporated.
  • the thermoplastic resin from which the solvent 1 is removed from the solution 3 for capsules coated on the extinguishing material 110 is solidified to be made into the capsule 120.
  • a dispersion layer 130 surrounding the capsule 120 is made.
  • the dispersion layer 130 is for dispersing a plurality of extinguishing material 110 is not agglomerated during the preparation of the extinguishing composition 100, and when the preparation of the extinguishing composition 100 is completed, it is removed from the extinguishing composition 100. That is, when the dispersion layer 130 is included in the secondary battery, the electrolyte contained in the secondary battery is contaminated or deteriorated, and accordingly, the performance of the secondary battery may be deteriorated or a defect may occur.
  • a dispersion solution removal step of removing the dispersion layer is performed.
  • a finished product digestion composition 100 including the digestion material 110 and the capsule 120 may be manufactured.
  • the secondary battery 200 is an electrode assembly 210 in which a plurality of electrodes 211 and a plurality of separators 212 are alternately stacked, as illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • Electrode solution 230 and the electrode 211, the separator 212 and the impregnated into the electrode assembly 210 while being stored in the case 220, the case 220 in which the electrode assembly 210 is accommodated It is provided in any one of the electrolyte 230, and includes a fire extinguishing composition 100 to suppress the high heat generated inside the case 220 to prevent explosion or ignition.
  • the extinguishing composition 100 is provided on the separator 212 included in the electrode assembly 210, thereby effectively suppressing the temperature rise of the electrodes located on both surfaces of the separator 212.
  • the extinguishing composition 100 may be further included on the outer surface of the case 220. That is, the fire extinguishing composition can be formed on the outer circumferential surface of the case 220 through a binder, thereby forming a fire extinguishing composition layer, thereby stably protecting the secondary battery from high heat applied to the outside of the secondary battery. As a result, the safety of the secondary battery can be increased.
  • the battery pack 300 includes a pack case 310 accommodating at least one secondary battery 200 and at least one secondary battery 200, as shown in FIG.
  • the secondary battery 200 is stored in the electrode assembly 210 in which a plurality of electrodes and a plurality of separators are alternately stacked, the case 220 in which the electrode assembly 210 is accommodated, and the case 220. It includes an electrolyte 230 impregnated in the electrode assembly 210, and the extinguishing composition 100 provided in any one of the electrode, the separator and the electrolyte.
  • the extinguishing composition 100 includes the extinguishing agent 110 and the capsule 120 incorporating the extinguishing agent 110, and the extinguishing agent 110 includes calcium bromide (CaBr2).
  • the fire extinguishing composition 100 has the same configuration and function as the fire extinguishing composition according to the first embodiment described above, and thus redundant description will be omitted.
  • the battery pack 300 according to the third embodiment of the present invention is characterized by including the secondary battery 200 having a fire extinguishing composition, and due to such characteristics, it is possible to effectively suppress or cool the temperature rise of the secondary battery. It can increase the safety accordingly.
  • the secondary battery 200 may include an extinguishing composition layer 400 made of the extinguishing composition 100 on the outside of the case 220, and accordingly
  • the high heat generated inside the pack case 310 can be effectively suppressed, and as a result, explosion or ignition can be prevented.
  • Experimental Example 1 is to confirm the structure of the prepared digestive composition.
  • a separator without a fire extinguishing composition is prepared, and the prepared separator is photographed with an electron microscope.
  • the digestive composition is coated on the surface of the separator.
  • the fire extinguishing composition is coated on the surface of the separator through a polymer binder, and when the coating of the fire extinguishing composition is completed, it is photographed with an electron microscope.
  • Comparative Example 2 and Production Example 2 used the same material separation membrane, and photographed with the same electron microscope.
  • Comparative Example 2 has nothing on the surface of the separator.
  • Preparation Example 2 referring to the photo of FIG. 8(b), it can be confirmed that the raised portion is convex in white on the entire surface of the separator, and this raised portion can be confirmed to be coated on the entire surface of the separator with a digestive composition.
  • Experimental Example 3 is to evaluate the digestion ability of the digestive composition.
  • the time required for combustion is measured by burning a mixture of dimethyl carbonate and ethylene carbonate used as a flammable organic electrolyte.
  • the time required for combustion is measured by burning with a mixture of dimethyl carbonate and ethylene carbonate used as a flammable organic electrolyte in a state containing an extinguishing composition.
  • Manufacturing Example 3 performs three combustion experiments, and the results are shown as Manufacturing Example 3-1, Manufacturing Example 3-2, and Manufacturing Example 3-3.
  • Comparative Example 3 and Production Example 3 a solvent in which the same dimethyl carbonate and ethylene carbonate were mixed was used, and combustion was performed using the same firearm.
  • Experimental Example 4 confirmed the performance impact of a secondary battery containing a fire extinguishing composition (discharge amount).
  • a secondary battery including an electrode assembly, an electrolyte, a case, and a fire extinguishing composition is prepared, and the performance change is measured while charging and discharging the prepared secondary battery.
  • Production Example 4 performs three performance experiments, and the results are shown as Production Example 4-1, Production Example 4-2, and Production Example 4-3.
  • Comparative Example 4 and the Production Example 4 is the same as the rest of the secondary battery configuration except the extinguishing composition, and proceeds to charge and discharge in the same environment and voltage.

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Abstract

본 발명은 소화 조성물에 관한 것으로서, 소화물질; 상기 소화물질을 내장하는 캡슐을 포함하며, 상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함한다.

Description

소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 01월 17일자 한국특허출원 제10-2019-0006144호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩에 관한 것으로서, 특히 폭발 또는 발화를 억제하는 소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 상기한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
한편, 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층된 전극조립체, 및 상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함한다.
그러나, 상기한 이차전지는 과충전, 과전류, 및 물리적 외부 충격 등에 의해 고열이 발생할 경우 폭발 또는 발화가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명은 소화물질을 내장한 캡슐을 포함하되, 상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함하며, 이에 따라 공기차단 효과를 이용하여 폭발 또는 발화를 효과적으로 억제할 수 있는 소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 하기 위한 것으로서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물은 소화물질; 상기 소화물질을 내장하는 캡슐을 포함하며, 상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함할 수 있다.
상기 캡슐은 열가소성 수지로 형성되고, 상기 열가소성 수지는 아크릴레이트계 모노머(acrylate monomer) 또는 아크릴레이트계 고분자로 구비될 수 있다.
상기 아크릴레이트계 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate) 고분자로 구비될 수 있다.
상기 캡슐의 외주면에 코팅되는 분산층을 더 포함하며, 상기 분산층은 실리콘 오일 소재를 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법은 열가소성 수지와 용매를 혼합하여 상기 열가소성 수지가 용해된 캡슐용 용액을 제조하는 캡슐용 용액 제조단계(S10); 상기 캡슐용 용액에 복수개의 소화물질을 첨가하여 상기 복수개의 소화물질의 표면에 열가소성 수지가 용해된 상기 캡슐용 용액을 코팅하는 캡슐용 용액 코팅단계(S20); 및 상기 캡슐용 용액이 코팅된 복수개의 소화물질을 가열하여 상기 캡슐용 용액에 포함된 용매를 증발시키면, 상기 복수개의 소화물질이 표면에 남아 있는 열가소성 수지가 캡슐화되면서 소화 조성물이 제조되는 소화 조성물 완성단계(S30)를 포함할 수 있다.
상기 캡슐용 용액 코팅단계(S20)에서 상기 복수개의 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 사용할 수 있다.
상기 캡슐용 용액 제조단계(S10)에서 상기 열가소성 수지는 아크릴레이트계 고분자 수지인 폴리메틸 메타크릴레이트 고분자 수지를 사용하고, 상기 용매는 디클로로메탄(dichloromethane)을 사용할 수 있다.
상기 캡슐용 용액 코팅단계(S20)와 상기 소화 조성물 완성단계(S30) 사이에는 상기 복수개의 소화물질이 첨가된 캡슐용 용액을 교반하여 상기 소화물질의 크기 및 모양, 상기 소화물질에 코팅된 캡슐용 용액의 두께 및 모양을 조절하는 캡슐용 용액 교반단계(S23)를 더 포함할 수 있다.
상기 캡슐용 용액 교반단계(S23)와 상기 소화 조성물 완성단계(S30) 사이에는 캡슐용 용액이 코팅된 복수개의 소화물질이 분리되도록 캡슐용 용액이 코팅된 상기 복수개의 소화물질의 외측에 분산용액을 코팅하는 분산용액 코팅단계(S25)를 더 포함할 수 있다.
상기 분산 용액은 실리콘 오일로 마련될 수 있다.
상기 소화 조성물 완성단계(S30) 후, 상기 소화 조성물을 세척하여 상기 소화 조성물에 코팅된 분산 용액을 제거하는 분산용액 제거단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 케이스; 상기 케이스에 저장되면서 상기 전극조립체에 함침되는 전해액; 및 상기 전극, 상기 분리막 및 상기 전해액 중 어느 하나에 구비되는 소화 조성물을 포함하며, 상기 소화 조성물은 소화물질, 상기 소화물질을 내장하는 캡슐을 포함하며, 상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함할 수 있다.
상기 소화 조성물이 상기 분리막에 구비되면, 상기 소화 조성물은 고분자 바인더를 통해 상기 분리막의 표면에 코팅될 수 있다.
상기 소화 조성물은 상기 케이스의 외측에 더 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩은 하나 이상의 이차전지를 포함하며, 상기 이차전지는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용되는 케이스; 상기 케이스에 저장되면서 상기 전극조립체에 함침되는 전해액; 및 상기 전극, 상기 분리막 및 상기 전해액 중 어느 하나에 구비되는 소화 조성물을 포함하며, 상기 소화 조성물은 소화물질, 상기 소화물질을 내장하는 캡슐을 포함하고, 상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함할 수 있다.
본 발명의 소화 조성물은 소화물질과 캡슐을 포함하되, 상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 공기차단효과를 이용하여 고열 및 화염을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라 폭발사고를 미연에 방지할 수 있다.
특히 상기 소화 조성물을 이차전지에 적용하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로인해 이차전지의 발화 및 폭발 효과적으로 차단할 수 있고, 그 결과 이차전지의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3a~도3f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법에 의해 제조되는 소화 조성물의 제조과정을 도시한 공정도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 5는 도 4에 표시된 A부분 확대도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩을 대략적으로 도시한 단면도.
도 7은 실험예1에 의해 촬영된 소화 조성물의 확대사진.
도 8a 및 도 8b는 실험예2에 의해 촬영된 비교예2 및 제조예2의 분리막 사진.
도 9는 실험예3에 의해 소화 조성물의 소화 능력을 평가한 그래프.
도 10은 실험예4에 의해 소화 조성물을 포함한 이차전지의 성능 영향성을 측정한 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물]
본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물(100)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 소화 물질(110)과, 상기 소화물질(110)을 내장하는 마이크로 캡슐(이하, 캡슐이라 함)(120)을 포함한다.
소화 물질
상기 소화 물질(110)은 고열을 억제하는 소화기능을 가지는 것으로, 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함한다.
한편, 상기 브로민화칼슘(CaBr2)은 브로민(Br)과 칼슘(Ca)의 화합물로, 산소 제거를 통해 화염 확산을 억제하고, 그에 따라 고열 발생을 억제한다. 특히 상기 브로민(Br)은 할로겐 화합물인 소화약제로 사용된다.
캡슐
상기 캡슐(120)은 소정 온도 이하에서 상기 소화 물질을 외부로부터 보호하기 위한 것으로, 열가소성 수지로 얇게 만든 작은 갑으로 형성된다.
여기서 상기 캡슐(120)은 저항 성분의 증가를 나타내지 않아야 하고, 유기 전해질에 대해 우수한 내화학성과 절연성을 가진 상기 열가소성 수지를 사용한다.
일례로, 상기 열가소성 수지는 아크릴레이트계 모노머(acrylate monomer) 또는 아크릴레이트계 고분자로 형성되며, 상기 아크릴레이트계 모노머와 아크릴레이트계 고분자는 가볍고, 전기가 통하지 않으며, 녹슬거나 썩지 않으며, 약품에 잘 못지 않고, 단단한 강도를 가지며, 열에 의해 쉽게 용융되는 성질을 가진다. 특히 상기 아크릴레이트계 모노머와 아크릴레이트계 고분자는 소수성이 우수하다.
그리고 상기 아크릴레이트계 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate) 고분자를 사용하며, 상기 폴리메틸 메타크릴레이트는 고분자들 중에서도 결정성과 높은 투명성을 가지며, 내후성, 표면강도, 내화학성, 전기 절연성뿐만 아니라 딱딱한 특성을 가진다. 즉, 폴리메틸 메타크릴레이트를 사용함으로써 소화물질을 안정적으로 보호할 수 있다.
한편, 상기 캡슐(120)의 외측에는 접하는 캡슐(120)이 붙지 않도록 분산시키는 분산층(130)이 더 포함될 수 있다.
분산층
상기 분산층(130)은 상기 캡슐(120)의 외주면에 코팅되며, 이에 따라 캡슐(120)의 외측을 미끄럽게 형성함에 따라 접착성질을 제거할 수 있고, 그 결과 접하는 캡슐들이 붙지 않도록 분산시킨다.
특히 상기 분산층(130)은 실리콘 오일 소재를 이용하여 형성되며, 상기 실리콘 오일은 맛과 냄새가 없는 기름 모양의 액체로, 캡슐(120)의 외주면에 매끄럽게 함에 따라 마찰을 적게 하고 마모되거나 녹아 붙는 것을 방지한다. 즉, 상기 분산층(130)은 실리콘 오일 소재를 사용함으로써 캡슐(120)들을 보다 용이하게 분산시킬 수 있다.
한편, 상기 분산층(130)은 소화 조성물(100)이 완성되면, 상기 소화 조성물(100)로부터 제거될 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물(100)은 브로민화칼슘(CaBr2)인 소화물질(110)과 캡슐(120)을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 소화기능이 우수한 새로운 구조의 소화 조성물을 구현할 수 있고, 이에 따라 고열 및 화염을 효과적으로 억제할 수 있다,
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물을 제조하는 제조방법을 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법]
본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법은 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 캡슐용 용액 제조단계(S10), 캡슐용 용액 코팅단계(S20), 캡슐용 용액 교반단계(S23), 분산용액 코팅단계(S25) 및 소화 조성물 완성단계(S30)를 포함한다.
캡슐용 용액 제조단계
상기 캡슐용 용액 제조단계(S10)는 열가소성 수지와 용매를 혼합하여 상기 열가소성 수지가 용해된 캡슐용 용액을 제조한다.
일례로, 상기 캡슐용 용액 제조단계(S10)는 도 3a에 도시되어 있는 것과 같이, 용매(1)가 저장된 수조(10)에 열가소성 수지(2)를 넣는다. 그러면 상기 용매(1)에 의해 상기 열가소성 수지(2)가 녹으면서 용액이 만들어지고, 열가소성 수지 용액과 용매가 혼합되면서 캡슐용 용액(3)이 제조된다.
한편, 상기 열가소성 수지(2)는 내후성, 표면강도, 내화학성, 전기 절연성이 우수한 아크릴레이트계 고분자 수지를 사용하고, 상기 아크릴레이트계 고분자 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트 고분자 수지를 사용한다.
그리고 상기 용매(1)는 상기 열가소성 수지를 용이하게 녹이기 위해 디클로로메탄(dichloromethane)을 사용한다.
캡슐용 용액 코팅단계
상기 캡슐용 용액 코팅단계(S20)는 상기 캡슐용 용액에 복수개의 소화물질을 첨가하여 상기 복수개의 소화물질의 표면에 열가소성 수지가 용해된 상기 캡슐용 용액을 코팅한다.
일례로, 상기 캡슐용 용액 코팅단계(S20)는 도 3b에 도시되어 있는 것과 같이, 수조(10)에 저장된 캡슐용 용액(3)에 복수개의 소화물질(110)을 첨가한다. 그러면 복수개의 소화물질(110)이 상기 캡슐용 용액(3)에 수용되면서 복수개의 소화물질(110)의 외주면에 상기 캡슐용 용액(3)을 자연적으로 코팅할 수 있다.
여기서, 상기 소화물질(110)은 브로민화칼슘(CaBr2)을 사용한다.
캡슐용 용액 교반단계
상기 캡슐용 용액 교반단계(S23)는 상기 복수개의 소화물질이 첨가된 캡슐용 용액을 교반하여 상기 소화물질의 크기 및 모양, 상기 소화물질에 코팅된 캡슐용 용액의 두께 및 모양을 조절한다.
일례로, 상기 캡슐용 용액 교반단계(S23)는 도 3c에 도시되어 있는 것과 같이, 복수개의 소화물질(110)과 캡슐용 용액(3)이 포함된 수조(10)를 교반기(20)에 설치한 다음, 상기 교반기(20)를 작동시켜서 상기 수조(10)를 회전시킨다. 이때 상기 교반기(20)는 교반성을 높이기 위해 수조(10)를 일정시간 마다 정회전 및 역회전시킬 수 있다. 그러면, 상기 수조(10)에 저장된 복수개의 소화물질(110)이 충돌하면서 다수개로 분쇄되거나 또는 균일한 형태로 변형되고, 특히 다수개로 분쇄된 소화물질(110)의 외측에는 다시 캡슐용 용액(3)이 코팅된다. 또한, 수조(10)와 함께 복수개의 소화물질(110)도 회전하면서 상기 소화물질(110)의 외측에 코팅된 캡슐용 용액(3)의 두께와 모양을 균일하게 형성할 수 있다.
분산용액 코팅단계
상기 분산용액 코팅단계(S25)는 캡슐용 용액이 코팅된 복수개의 소화물질이 분리되도록 캡슐용 용액이 코팅된 상기 복수개의 소화물질의 외측에 분산용액을 코팅한다.
일례로, 상기 분산용액 코팅단계(S25)는 도 3d에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 캡슐용 용액 교반단계(S23)에 의해 교반이 완료된 수조(10)의 캡슐용 용액(3)에 분산용액(4)을 첨가한다. 그러면, 상기 분산용액(4)은 캡슐용 용액(3)에 혼합됨과 동시에 복수개의 소화물질(110) 외주면에 코팅되며, 보다 자세하게는 소화물질(110) 외측에 있는 캡슐용 용액(3)의 외측에 코팅되면서 소화물질(110)의 외주를 미끄럽게 만들게 되고, 이에 따라 캡슐용 용액(3)에 수용된 복수개의 소화물질(110)을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
한편 분산용액(4)은 실리콘 오일을 사용하며, 실리콘 오일은 소화물질의 분산력을 크게 높일 수 있다.
소화 조성물 완성단계
상기 소화 조성물 완성단계(S30)는 상기 캡슐용 용액이 코팅된 복수개의 소화물질을 가열하고 상기 캡슐용 용액에 포함된 용매를 증발시킨다. 그러면 상기 복수개의 소화물질이 표면에 남아 있는 열가소성 수지가 응고되면서 캡슐로 만들어지며, 이에 따라 소화물질을 내장한 캡슐을 포함하는 소화 조성물을 제조할 수 있다.
일례로, 소화 조성물 완성단계(S30)는 도 3e에 도시되어 있는 것과 같이, 소화물질(110), 캡슐용 용액(3) 및 분산용액(4)을 포함한 수조(1)를 가열기(30)에 설치한 다음, 상기 가열기(30)로 상기 수조(1)를 가열한다. 그러면, 수조(1)에 저장된 소화물질(110), 캡슐용 용액(3) 및 분산용액(4)의 온도가 상승하게 되는데, 이때 캡슐용 용액(3)에 포함된 용매(1)를 증발하게 되고, 이에 따라 소화물질(110)에 코팅된 캡슐용 용액(3) 중 용매(1)가 제거된 열가소성 수지가 응고되면서 캡슐(120)로 만들어진다. 또한, 상기 캡슐(120)의 외주면에 코팅된 분산용액(4)에 포함된 수분이 증발하면서 캡슐(120)을 감싸는 분산층(130)이 만들어진다.
이와 같은 과정을 통해 소화물질(110), 캡슐(120) 및 분산층(130)을 포함하는 소화 조성물(100)을 제조할 수 있다.
한편, 분산층(130)은 소화 조성물(100) 제조시 복수개의 소화물질(110)이 뭉쳐지지 않게 분산시키기 위한 것으로, 소화 조성물(100)의 제조가 완료되면 소화 조성물(100)로부터 제거한다. 즉, 상기 분산층(130)은 이차전지에 포함될 경우 이차전지에 포함된 전해액을 오염시키거나 변질시키게 되고, 이에 따라 이차전지의 성능 저하하거나 불량 발생의 원인이 될 수 있다.
이에 따라 소화 조성물의 제조가 완료되면 분산층을 제거하는 분산용액 제거단계를 수행한다.
분산용액 제거단계
분산용액 제거단계(S40)는 상기 소화 조성물을 세척하여 상기 소화 조성물에 코팅된 분산층인 분산용액을 제거한다.
일례로 분산용액 제거단계(S40)는 도 3f에 도시되어 있는 것과 같이, 복수개의 소화 조성물(100)을 물(5)이 저장된 수조(40)에 넣는다. 그러면 수조(40)에 저장된 물(5)에 의해 소화 조성물(100)에 코팅된 분산층인 분산용액이 세척되면서 제거할 수 있다. 한편, 흐르는 물을 이용하여 소화 조성물에 코팅된 분산층을 제거할 수도 있다.
이와 같은 분산용액 제거단계(S40)가 완료되면 도 1에 도시된 바와 같이, 소화물질(110)과 캡슐(120)을 포함하는 완제품 소화 조성물(100)을 제조할 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법은 복수개의 소화 조성물을 간편하고 용이하게 제조할 수 있으며, 특히 소화물질로 브로민화칼슘(CaBr2)을 사용함에 따라 새로운 성분의 소화약제를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 구성, 기능에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 복수의 전극(211)과 복수의 분리막(212)이 교대로 적층된 전극조립체(210), 상기 전극조립체(210)가 수용되는 케이스(220), 상기 케이스(220)에 저장되면서 상기 전극조립체(210)에 함침되는 전해액(230) 및 상기 전극(211), 상기 분리막(212) 및 상기 전해액(230) 중 어느 하나에 구비되고, 상기 케이스(220) 내부에 발생하는 고열을 억제하여 폭발 또는 발화를 방지하는 소화 조성물(100)을 포함한다.
여기서 상기 소화 조성물(100)은 소화물질(110), 상기 소화물질(110)을 내장하는 캡슐(120)을 포함하며, 상기 소화물질(110)은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함한다.
한편, 상기 소화 조성물(100)은 전술한 제1 실시예에 따른 소화 조성물과 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 소화 조성물(100)을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체(210)에 의해 케이스(220) 내부의 전해액 온도가 급상승하면, 소화 조성물(100)의 캡슐(120)이 용융되면서 소화 물질(110)이 전해액(230)의 온도 상승을 억제 또는 냉각하며, 이에 따라 이차전지(200)의 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
한편, 상기 소화 조성물(100)은 전극조립체(210)에 포함된 상기 분리막(212)에 구비되며, 이에 따라 분리막(212)의 양쪽 표면에 위치한 전극의 온도상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
특히 상기 소화 조성물(100)은 고분자 바인더(213)를 통해 상기 분리막(212)의 표면에 코팅되며, 이에 따라 소화 조성물(100)을 분리막(212)에 효과적으로 고정할 수 있다.
한편, 상기 소화 조성물(100)은 케이스(220)의 외측면에 더 포함될 수 있다. 즉, 상기 소화 조성물은 바인더를 통해 상기 케이스(220)의 외주면에 코팅되면서 소화 조성물층을 형성할 수 있으며, 이에 따라 이차전지의 외부에 가해지는 고열로부터 이차전지를 안정적으로 보호할 수 있고, 그 결과 이차전지의 안전성을 높일 수 있다.
[본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩]
본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩(300)은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 하나 이상의 이차전지(200)와 하나 이상의 상기 이차전지(200)를 수용하는 팩케이스(310)를 포함하며, 상기 이차전지(200)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체(210), 상기 전극조립체(210)가 수용되는 케이스(220), 상기 케이스(220)에 저장되면서 상기 전극조립체(210)에 함침되는 전해액(230), 및 상기 전극, 상기 분리막 및 상기 전해액 중 어느 하나에 구비되는 소화 조성물(100)을 포함한다.
여기서 상기 소화 조성물(100)은 소화물질(110), 상기 소화물질(110)을 내장하는 캡슐(120)을 포함하며, 상기 소화물질(110)은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함한다.
한편, 상기 소화 조성물(100)은 전술한 제1 실시예에 따른 소화 조성물과 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩(300)은 소화 조성물을 구비한 이차전지(200)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 이차전지의 온도 상승을 효과적으로 억제 또는 냉각할 수 있으며, 이에 따라 안전성을 높일 수 있다.
특히 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩(300)에서 이차전지(200)는 케이스(220)의 외측에 소화 조성물(100)로 이루어진 소화 조성물층(400)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 팩케이스(310) 내부에 발생한 고열을 효과적으로 억제할 수 있고, 그 결과 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
[실험예1]
실험예1은 제조된 소화 조성물의 구조를 확인하기 위한 것이다.
제조예1
본 발명의 제1 실시예에 따른 소화 조성물의 제조방법을 이용하여 제조된 소화 조성물을 제조하고, 제조한 소화 조성물을 전자 현미경으로 촬영하면, 도 7과 같은 사진을 얻을 수 있다.
즉, 도 7을 참조하면, 제조예1은 크기가 서로 다른 소화 조성물을 확인할 수 있고, 특히 구형의 소화 조성물이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 특히 촬영된 소화 조성물은 1~100㎛의 크기를 가진다.
[실험예2]
실험예2는 분리막 표면에 소화 조성물 코팅 여부 확인하기 위한 것이다.
비교예2
소화 조성물이 없는 분리막을 준비하고, 준비한 분리막을 전자 현미경으로 촬영한다.
제조예2
분리막의 표면에 소화 조성물을 코팅한다. 이때 소화 조성물은 고분자 바인더를 통해 분리막의 표면에 코팅하고, 상기 소화 조성물의 코팅이 완료되면 전자 현미경으로 촬영한다.
이때 비교예2와 제조예2는 동일한 소재의 분리막을 사용하고, 동일한 전자 현미경으로 촬영한다.
촬영결과
상기 비교예2는 도 8의 (a) 사진을 참조하면 분리막의 표면에 아무것도 없는 것을 알 수 있다. 그리고 상기 제조예2는 도 8의 (b) 사진을 참조하면, 분리막의 표면 전체에 흰색으로 볼록하게 융기부를 확인할 수 있으며, 이 융기부는 소화 조성물로 분리막의 표면 전체에 코팅된 것을 확인할 수 있다.
[실험예3]
실험예3은 소화 조성물의 소화 능력을 평가한 것이다.
비교예3
인화성 유기 전해질로 사용되는 디메틸카보네이트와 에틸렌카보네이트를 혼합한 용매를 연소시켜서 연소시 소요시간을 측정한다.
제조예3
인화성 유기 전해질로 사용되는 디메틸카보네이트와 에틸렌카보네이트를 혼합한 용매에 소화 조성물을 포함한 상태로 연소시켜서 연소시 소요시간을 측정한다. 이때 제조예3은 3번의 연소실험을 진행하며, 그 결과를 제조예3-1, 제조예3-2 및 제조예3-3으로 표시한다.
한편, 비교예3과 제조예3은 동일한 디메틸카보네이트와 에틸렌카보네이트를 혼합한 용매를 사용하고, 동일한 화기를 이용하여 연소시킨다.
연소결과
상기 비교예3과 상기 제조예3의 연소시간을 측정한 결과 도 9와 같은 연소결과를 얻을 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 비교예3은 70초의 연소시간이 측정된 것을 확인할 수 있다. 그리고 상기 제조예3-1은 26초의 연소시간이 측정된 것을 확인할 수 있고, 상기 제조예3-2는 20초의 연소시간이 측정된 것을 확인할 수 있으며, 제조예3-3은 5초의 연소시간이 측정된 것을 알 수 있다. 즉 제조예3은 5~26초의 연소시간이 측정된 것을 확인할 수 있다.
따라서 실험예3의 결과, 소화 조성물이 첨가된 제조예3이 비교예3 보다 연소시간이 크게 줄어든 것을 알 수 있다.
[실험예4]
실험예4는 소화 조성물을 포함하는 이차전지의 성능 영향성을 확인한 것이다(방전용량).
비교예4
전극조립체, 전해액 및 케이스를 포함하는 이차전지를 준비하고, 준비한 이차전지를 충방전하면서 그 성능 변화를 측정한다.
제조예4
전극조립체, 전해액, 케이스 및 소화 조성물을 포함하는 이차전지를 준비하고, 준비한 이차전지를 충방전하면서 그 성능 변화를 측정한다. 이때 제조예4는 3번의 성능실험을 진행하며, 그 결과를 제조예4-1, 제조예4-2 및 제조예4-3으로 표시한다.
한편, 상기 비교예4와 상기 제조예4는 소화 조성물을 제외한 나머지 이차전지 구성을 동일하고, 동일한 환경과 전압으로 충방전을 진행한다.
성능 측정결과
상기 비교예4와 상기 제조예4의 성능을 측정한 결과 도 10과 같은 그래프를 얻을 수 있다.
도 10을 참조하면, 비교예4와 제조예4의 성능은 동일한 사이클을 형성하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 제조예4는 소화 조성물을 포함하더라도 성능, 즉 방전용량에 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.

Claims (14)

  1. 소화물질; 및
    상기 소화물질을 내장하는 캡슐을 포함하며,
    상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함하는 소화 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡슐은 열가소성 수지로 형성되고,
    상기 열가소성 수지는 아크릴레이트계 모노머(acrylate monomer) 또는 아크릴레이트계 고분자로 구비되는 소화 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate) 고분자로 구비되는 소화 조성물.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 캡슐의 외주면에 코팅되는 분산층을 더 포함하며,
    상기 분산층은 실리콘 오일 소재를 이용하여 형성되는 소화 조성물.
  5. 열가소성 수지와 용매를 혼합하여 상기 열가소성 수지가 용해된 캡슐용 용액을 제조하는 캡슐용 용액 제조단계(S10);
    상기 캡슐용 용액에 복수개의 소화물질을 첨가하여 상기 복수개의 소화물질의 표면에 상기 캡슐용 용액을 코팅하는 캡슐용 용액 코팅단계(S20); 및
    상기 캡슐용 용액이 코팅된 복수개의 소화물질을 가열하여 상기 캡슐용 용액에 포함된 용매를 증발시키면, 상기 복수개의 소화물질의 표면에 남아 있는 열가소성 수지가 캡슐화되면서 소화 조성물이 제조되는 소화 조성물 완성단계(S30)를 포함하는 소화 조성물 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 캡슐용 용액 코팅단계(S20)에서 상기 복수개의 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 사용하는 소화 조성물 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 캡슐용 용액 제조단계(S10)에서 상기 열가소성 수지는 아크릴레이트계 고분자 수지인 폴리메틸 메타크릴레이트 고분자 수지를 사용하고, 상기 용매는 디클로로메탄(dichloromethane)을 사용하는 소화 조성물 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 캡슐용 용액 코팅단계(S20)와 상기 소화 조성물 완성단계(S30) 사이에는 상기 복수개의 소화물질이 첨가된 캡슐용 용액을 교반하여 상기 소화물질의 크기 및 모양, 상기 소화물질에 코팅된 캡슐용 용액의 두께 및 모양을 조절하는 캡슐용 용액 교반단계(S23)를 더 포함하는 소화 조성물 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 캡슐용 용액 교반단계(S23)와 상기 소화 조성물 완성단계(S30) 사이에는 캡슐용 용액이 코팅된 복수개의 소화물질이 분리되도록 캡슐용 용액이 코팅된 상기 복수개의 소화물질의 외측에 분산용액을 코팅하는 분산용액 코팅단계(S25)를 더 포함하는 소화 조성물 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분산 용액은 실리콘 오일로 마련되는 소화 조성물 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 소화 조성물 완성단계(S30) 후, 상기 소화 조성물을 세척하여 상기 소화 조성물에 코팅된 분산 용액을 제거하는 분산용액 제거단계(S40)를 더 포함하는 소화 조성물 제조방법.
  12. 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체;
    상기 전극조립체가 수용되는 케이스;
    상기 케이스에 저장되면서 상기 전극조립체에 함침되는 전해액; 및
    상기 전극, 상기 분리막 및 상기 전해액 중 어느 하나에 구비되는 소화 조성물을 포함하며,
    상기 소화 조성물은 소화물질, 상기 소화물질을 내장하는 캡슐을 포함하며,
    상기 소화물질은 브로민화칼슘(CaBr2)을 포함하는 이차전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 소화 조성물이 상기 분리막에 구비되면, 상기 소화 조성물은 고분자 바인더를 통해 상기 분리막의 표면에 코팅되는 이차전지.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 소화 조성물은 상기 케이스의 외측에 더 구비되는 이차전지.
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