具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组的制作方法

1.本发明涉及一种电池组，具体涉及既能够方便地设置于排列多个圆柱形二次电池时所形成的狭小的空间内，又不会对电池性能或排列产生任何影响，而且能够在电池非正常发热或火灾发生的初期主动地进行扑灭的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组。


背景技术：

2.近期，随着利用高能量密度的非水电解液的高功率二次电池的商用化，对于相关领域的研发正在活跃地进行，旨在不仅用于便携式设备，而且还用于需要大电力的诸如电动汽车等中大型设备。
3.这种二次电池不仅具有显著地减少使用化石燃料的优点，而且完全不会产生使用能量所产生的副产物，因此作为环保且提高能量效率的新型的电源而备受瞩目。
4.目前广泛使用的二次电池的种类有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等，为了应用于诸如电动汽车等要求高输出电压的设备，会将多个二次电池连接而构成电池组。
5.在上述的电池组中，主要使用圆柱形二次电池作为电池单元，当这种电池组中的圆柱形二次电池因电极部分的短路或过放电等而电压快速上升时，电池可能会燃烧，当过充电时，随着正极和负极根据充电状态而受热并变得不稳定，还可能会因快速的发热反应而发生火灾。
6.然而，考虑到二次电池密集而几乎没有利用空间的电池组结构，在电池组自身设置额外的保护电路或灭火单元不仅非常困难，而且也不符合当前电池组的小型化和降低制造成本的趋势，因此，需要能够方便地设置于电池组内的狭小的空间以在二次电池非正常发热或火灾发生的初期主动地进行应对的有效的方案。
7.在先技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：韩国公开专利公报第10-2009-0026648号
10.专利文献2：韩国公开专利公报第10-2015-0003779号


技术实现要素：

11.技术问题
12.本发明旨在解决上述的现有技术中的技术问题，其目的在于，提供一种具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组，其既能够方便地设置于排列多个圆柱形二次电池时所形成的狭小的空间内，又不会对电池性能或排列产生任何影响，而且能够在电池非正常发热或火灾发生的初期主动地进行扑灭。
13.技术方案
14.为了达成上述目的，本发明包括：圆柱形二次电池，正极从一侧表面突出且负极平坦地形成于另一侧面；外壳，用于将多个所述圆柱形二次电池沿横向和纵向收纳并形成规
定空间；以及灭火膜，包含灭火用微包囊，并且以柔性薄膜形态配置于外壳内的规定空间内。
15.其中，所述灭火膜由灭火用微包囊和高分子组合物形成，所述灭火用微包囊由在常温下为液相而在30～300℃的温度下相变为气相的作为灭火剂的核，以及包含高分子树脂、沉淀剂及凝结剂并以50～2000nm的厚度包围核的壳构成，所述高分子组合物用于分散所述灭火用微包囊并且能够成型为薄膜形态。
16.另外，所述灭火膜呈o型圈形状，以便以套入圆柱形二次电池的正极的方式安置于一侧表面上并且配置于该正极与一侧表面之间的空间内，或形成有用于使位于外壳内的多个圆柱形二次电池的正极同时穿过的第一贯穿孔，并且，所述灭火膜覆盖多个正极与一侧表面之间的空间以及圆柱形二次电池之间的空间，或形成有用于使位于外壳内的多个圆柱形二次电池的负极同时向外暴露的第二贯穿孔，并且，所述灭火膜覆盖覆盖圆柱形二次电池之间的空间。
17.或者，所述灭火膜以隔板形态配置于多个圆柱形二次电池之间的沿长度方向的空间，或以隔板形态沿横向和纵向配置而形成格子形状，或被配置成分别缠绕圆柱形二次电池的沿长度方向的外周边缘。
18.另一方面，所述高分子组合物为选自聚丙烯、(甲基)丙烯酸聚合物、(甲基)丙烯酸类单体、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、纤维素、双酚a聚碳酸酯、(甲基)环氧聚合物、环氧单体、聚(乙烯-共-丙烯-共-5-亚甲基-2-降冰片烯)(poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene))、4,4'-异亚丙基苯二酚、氯乙烯、偏二氯乙烯、四氟乙烯、乙烯基c1～c10烷基化物(ch2ch-oc(o)r，r为c1～c10烷基)、乙烯基c1～c10烷基醚、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咔唑、丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸c1～c10烷基酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯腈、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸c1～c10烷基酯以及硅橡胶中的一种以上。
19.另外，所述沉淀剂包含选自醋酸钾、柠檬酸钠、氯化钠、氯化铵、碘化钠、碘化钾、硫酸铜以及硫氰酸钠中的一种以上。
20.另外，所述凝结剂包含选自氢氧化锌和氢氧化铁中的一种以上。
21.进一步地，所述高分子组合物包含粉末形态的隔热材料组分。
22.有益效果
23.上述的本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组能够实现如下效果。
24.1、具有灭火功能的灭火膜能够方便地设置于电池组内的狭小的空间，例如，多个圆柱形二次电池之间的空间、外壳与二次电池之间的空间等。
25.2、无需为了设置灭火膜而对圆柱形二次电池的排列或现有的外壳结构进行变更，因此，也能够立即应用于现成品。
26.3、在电池组中的圆柱形二次电池非正常发热或火灾发生的初期立即反应以降低发热温度或扑灭火灾。
27.4、无需准备额外的空间，仅通过将价格较为低廉的灭火膜直接应用于电池组，就能够解决发热和火灾问题，因此，能够制造经济、稳定并且可小型化和轻量化的电池组。
附图说明
28.图1是概略地示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组的图。
29.图2是示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组中的应用了o型圈结构的灭火膜的状态的图。
30.图3是示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组中的应用了正极覆盖片材结构的灭火膜的状态的图。
31.图4是示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组中的应用了负极覆盖片材结构的灭火膜的状态的图。
32.图5是示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组中的应用了隔板结构的灭火膜的状态的图。
33.图6是示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组中的应用了电池缠绕结构的灭火膜的状态的图。
具体实施方式
34.本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于常规或词典的含义，基于发明人可对术语进行适当的定义以通过最优的方法对其自己的发明进行说明的原则，应该被解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。
35.因此，本说明书中记载的实施例和示于附图中的特征仅为本发明的最优选的一实施例，而不代表本发明的全部的技术思想，因此，在提交本技术的时间点上，可存在能够替代它们的多种等同发明和多个变形例。
36.以下，参照附图对本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组进行说明。
37.图1是概略地示出本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组的图。
38.本发明基本包括圆柱形二次电池10、外壳20以及灭火膜30。
39.具体地，本发明包括：圆柱形二次电池10，正极11从一侧表面突出且负极12平坦地形成于另一侧面；外壳20，用于将多个圆柱形二次电池10沿横向和纵向收纳并形成规定空间；以及灭火膜30，包含灭火用微包囊，并且以柔性薄膜形态配置于外壳20内的规定空间内。
40.所述圆柱形二次电池10用于将外部的电能转化为化学能的形态并存储后，在需要时产生电，可多次充电，现广泛使用的二次电池例如有铅蓄电池、镍-镉电池(nicd)、镍-金属氢电池(ni-mh)、锂离子电池(li-ion)、锂离子聚合物电池(li-ion polymer)等，如以往公知的，主体呈圆柱形，并具有在一侧表面的中心部具备突出的正极，而在另一侧表面具备形状平坦的负极的结构，并且根据尺寸可分为18650(工业标准)、21700等。
41.所述外壳20收纳多个圆柱形二次电池10以构成电池组，虽未示于附图中，但是可包括分别与圆柱形二次电池10的正极11和负极12电接触的母排(bus bar)、用于将通过母排传递的电源向外输出的端子，也可呈形成有只是用于使位于外部的母排或端子与圆柱形二次电池10接触的洞的结构，也可呈在下部配置圆柱形二次电池10之后与上部结合的分离的结构，优选被解释为能够进行其他多种形状变形以将通过多个圆柱形二次电池10供给的电源向外部输出。
42.所述灭火膜30在将灭火用微包囊分散于高分子组合物中之后成型为薄膜形态，然
后被配置于由圆柱形二次电池10和外壳20形成的空间，其中，所述灭火用微包囊由在常温下为液相而在30～300℃的温度下相变为气相的作为灭火剂的核，以及包含高分子树脂/沉淀剂/凝结剂并以50～2000nm的厚度包围核的壳构成这种灭火剂可使用1,1,1,2,2-五(1,1,1,2,2-pent)。
43.其中，所述灭火用微包囊呈外部的壳包围内部的核的核-壳形态，核为灭火剂，壳由高分子树脂形成，灭火剂占灭火用微包囊的80重量％～97重量％。
44.这种灭火剂可使用1,1,1,2,2-五氟乙烷(entafluoroethane；cf3cf2h；hfc-125)、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane；cf3chfcf3)、氯四氟乙烷(chlorotetrafluoroethane；chclfcf3)、含氟酮化合物(fluorochemical ketone compounds)、十二氟-2-甲基-3-戊酮(dodecafluoro-2-methylpentan-3-one；fk-5-1-12；cf3cf2c(o)cf(cf3)2))、1-氯-1,2,2,2-四氟乙烷(1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane；c2hclf4)、2-氯-1,1,1,2-四氟乙烷(2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane；chclfcf3；hcfc-124)、十氟环己酮(全氟环己酮)、cf3cf2c(o)cf(cf3)2(1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-三氟甲基-3-戊酮)、(cf3)2cfc(o)cf(cf3)2(1,1,1,2,4,5,5,5-八氟-2,4-双(三氟甲基)-3-戊酮)、cf3cf2c(o)cf2cf2cf3、cf3c(o)cf(cf3)2、1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十六氟-2-辛酮(cf3cf2cf2cf2cf2cf2c(o)cf3)、1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-三氟甲基-2-丁酮(cf3c(o)cf(cf3)2)、1,1,1,2,4,4,5,5-八氟-2-三氟甲基-3-戊酮(hcf2cf2c(o)cf(cf3)2)、1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6-十一氟-2-三氟甲基-3-己酮(cf3cf2cf2c(o)cf(cf3)2)、1-氯-1,1,3,4,4,4-六氟-3-三氟甲基-2-丁酮((cf3)2cfc(o)cf2cl)、1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-3-己酮(cf3cf2c(o)cf2cf2cf3)、1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-戊二酮(cf3c(o)ch2c(o)cf3)、1,1,1,2,5,6,6,6-八氟-2,5-双(三氟甲基)-3,4-己二酮((cf3)2cfc(o)c(o)c(o)cf(cf3)2)、1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7-十四氟-4-庚酮(cf3cf2cf2c(o)cf2cf2cf3)、1,1,1,3,3,4,4,4-八氟-2-丁酮(cf3c(o)cf2cf3)、1,1,2,2,4,5,5,5-八氟-1-三氟甲氧基-4-三氟甲基-3-戊酮(cf3ocf2cf2c(o)cf(cf3)2)、1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7-十三氟-2-三氟甲基-3-庚酮(cf3cf2cf2cf2c(o)cf(cf3)2)等。
45.另外，所述灭火剂可使用全氟丁烷(fc-3-1-10)、氢氯氟烃混合物(hcfc-123、hcfc-22、hcfc-124)、氯四氟乙烷(hcfc-124)、五氟乙烷(hfc-125)、七氟丙烷(hfc-227ea)、三氟甲烷(hfc-23)、六氟丙烷(hfc-236fa)、三氟碘化物(fic-13i1)、不燃气体/惰性气体混合气体(例如，n2、ar、co2)以及十二氟-2-甲基-3-戊酮(fk-5-1-12)等。
46.上述的灭火剂能够起到间接地减少周围的热能以抑制火灾发生或直接灭火的作用。
47.所述灭火用微包囊的壳起到包围灭火剂的外部以将灭火剂保管在包囊化的内部空间的作用，并且保障耐候性和气密性以防止在常温下灭火剂受外部环境的影响而暴露于大气中。
48.这种壳在被视为火灾的100～300℃下发生软化，同时，随着灭火剂的相变而一同膨胀并破裂，从而将该灭火剂向外喷射，为了在上述的火灾温度范围进行反应，厚度优选为50～2000nm。
49.另外，用于形成壳的高分子树脂可使用聚氨酯树脂、聚脲树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、氨基醛树脂、三聚氰胺树脂、聚苯乙烯树脂、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物
树脂、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物树脂、明胶或其衍生物、聚乙烯醇、酚醛树脂、间苯二酚甲醛树脂等。
50.另外，当向高分子树脂加入诸如醋酸钾、柠檬酸钠、氯化钠、氯化铵、碘化钠、碘化钾、硫酸铜以及硫氰酸钠等沉淀剂或诸如硫酸铝、氢氧化锌、氢氧化铁以及氯化铁等凝结剂以制备时，可调节微包囊选择率或固化速度。
51.通过上述的构成，大量的灭火用微包囊因壳的耐久性和气密性而不发生反应(破裂、暴露)，而在特定温度(例如，100℃以上)下同时多发地发生反应并爆炸，喷出气化的灭火剂，从而使得灭火剂直接作用于火灾燃点，阻断作为燃烧的四大条件的燃料(可燃物)、氧气(空气)、热(火源)以及连锁反应中的与热(火源)的连锁反应，以扑灭高能量的火灾。
52.所述高分子组合物可以是选自聚丙烯、(甲基)丙烯酸聚合物、(甲基)丙烯酸类单体、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、纤维素、双酚a聚碳酸酯、(甲基)环氧聚合物、环氧单体、聚(乙烯-共-丙烯-共-5-亚甲基-2-降冰片烯)(poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene))、4,4'-异亚丙基苯二酚、氯乙烯、偏二氯乙烯、四氟乙烯、乙烯基c1～c10烷基化物(ch2ch-oc(o)r，r为c1～c10烷基)、乙烯基c1～c10烷基醚、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咔唑、丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸c1～c10烷基酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯腈、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸c1～c10烷基酯以及硅橡胶中的一种以上。
53.其中，高分子组合物可进一步包含具有附着于低表面能的表面的物性的一元醇的单官能丙烯酸酯，这种丙烯酸酯可以是选自丙烯酸异辛酯、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸异壬酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯以及丙烯酸十八酯、2-丙基庚基丙烯酸酯等中的一种以上。
54.将上述的灭火用微包囊和高分子组合物混合应用的灭火膜30易于调节厚度，并且可根据组合物的选择而制造成无粘性的类型或略有粘性的类型，也可在灭火膜30的一表面贴附有双面胶或涂布有粘合剂，以将灭火膜30牢牢地固定于圆柱形二次电池10或外壳20。
55.所述高分子组合物可包含粉末形态的隔热材料组分，其用于赋予灭火膜隔热功能，以最大限度地防止在圆柱形二次电池10产生的热或火灾转移到其他电池的状况，隔热材料组分例如可以有玻璃棉、蛭石、石棉、岩棉、珍珠岩、硅酸质、氧化铝质、氧化镁质、碳质等。
56.下面，将灭火膜30的结构应用于通过所述外壳20和圆柱形二次电池10形成的规定空间，并参照将与图1中的a对应的部分放大示出的图2至图6，对其进行详细说明。
57.1、o型圈(o-ring)结构(参照图2)
[0058]-具有以套入圆柱形二次电池10的正极11的方式安置于一侧表面上并且配置于该正极11与一侧表面之间的空间的形状。
[0059]-正极11贯穿形成于中心的通孔，环形的薄膜部位分别位于每个二次电池10的一侧表面。
[0060]-灭火膜可位于圆柱形二次电池10的正极11的上表面的母排等用于将由二次电池10供给的电源向外输出的传导性部件与二次电池10的一侧表面之间的空间，因此，无需确保额外的空间就能够使用最小限度的灭火膜来使二次电池10的一侧表面与传导性部件之间绝缘，同时，能够在二次电池10发热并达到特定温度以上或发生火灾时立即进行扑灭。
[0061]
2、正极覆盖片材结构(参照图3)
[0062]-形成有用于使位于外壳20内的多个圆柱形二次电池10的正极11同时穿过的第一贯穿孔31，并且，覆盖多个正极11与一侧表面之间的空间以及圆柱形二次电池10之间的空间。
[0063]-不同于一对一地设置于二次电池的o型圈结构，能够以片材形态一同覆盖多个圆柱形二次电池10，以便施工。
[0064]-与o型圈结构相同地，位于正极11与一侧表面之间的空间，以使二次电池10的一侧表面与传导性部件之间绝缘。
[0065]
3、负极覆盖片材结构(参照图4)
[0066]-形成有用于使位于外壳20内的多个圆柱形二次电池10的负极12同时向外暴露的第二贯穿孔32，并且，覆盖圆柱形二次电池10之间的空间。
[0067]-通常，考虑到负极12通常具有与电池的圆柱直径几乎相同的直径，形成于片材形状的薄膜的第二贯穿孔32也具有能够使电池整体通过的尺寸，并且在使负极12与传导性部件接触以将由二次电池10供给的电源向外输出的同时，使薄膜整体位于外壳的底面，以在二次电池10发热或火灾发生时提供灭火功能。
[0068]
4、隔板结构(参照图5)
[0069]-以隔板形态配置于多个圆柱形二次电池10之间的沿长度方向的空间。
[0070]-鉴于可将灭火膜30形成为较薄的厚度，能够以插入于二次电池10之间的方式设置薄膜。
[0071]-此时，将多个灭火膜30以隔板形态沿横向和纵向配置而形成格子形状，以使薄膜位于较多的空间中，从而使灭火性能最大化。
[0072]
5、电池缠绕结构(参照图6)
[0073]-被配置成分别缠绕圆柱形二次电池10的沿长度方向的外周边缘。
[0074]-使每个电池都被灭火膜缠绕，并且灭火膜自身具有粘性，因此，无需额外在薄膜上涂布粘合剂就能够易于将其附着。
[0075]
上述的灭火膜的o型圈、正极覆盖片材、负极覆盖片材、隔板、电池缠绕结构可根据排列在外壳20内的二次电池10的空间而选择性或综合性地以符合情况的方式进行多种应用。
[0076]
以上，参照附图，以特定形状和方向为主，对本发明进行了说明，但是本发明可由本领域技术人员进行多种变形和变更，并且这种变形和变更应当被解释为属于本发明的权利范围。
[0077]
工业实用性
[0078]
上述的本发明的具备包含灭火用微包囊的灭火膜的电池组能够实现如下效果。
[0079]
1、具有灭火功能的灭火膜能够方便地设置于电池组内的狭小的空间，例如，多个圆柱形二次电池之间的空间、外壳与二次电池之间的空间等。
[0080]
2、无需为了设置灭火膜而对圆柱形二次电池的排列或现有的外壳结构进行变更，因此，也能够立即应用于现成品。
[0081]
3、在电池组中的圆柱形二次电池非正常发热或火灾发生的初期立即反应以降低发热温度或扑灭火灾。
[0082]
4、无需准备额外的空间，仅通过将价格较为低廉的灭火膜直接应用于电池组，就能够解决发热和火灾问题，因此，能够制造经济、稳定并且可小型化和轻量化的电池组。