KR102750468B1 - Fire extinquishing agent composition for battery and method of preparing the same - Google Patents
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Abstract
배터리용 소화약제 조성물 및 이의 제조방법이 개시된다. 개시된 배터리용 소화약제 조성물은 액상 규산나트륨 100중량부(고형분 기준), 액상 규산칼륨 10~90중량부(고형분 기준), 식물성 추출물 1~9중량부(고형분 기준), 유동성 강하제 5~163중량부, 계면활성제 5~81중량부, 광물 0.5~16중량부, 요소수 1~53중량부(고형분 기준), pH 조절제 5~50중량부 및 물 54~813 중량부를 포함한다.A fire extinguishing agent composition for a battery and a method for producing the same are disclosed. The disclosed fire extinguishing agent composition for a battery comprises 100 parts by weight (based on solid content) of liquid sodium silicate, 10 to 90 parts by weight (based on solid content) of liquid potassium silicate, 1 to 9 parts by weight (based on solid content) of a plant extract, 5 to 163 parts by weight of a fluidity lowering agent, 5 to 81 parts by weight of a surfactant, 0.5 to 16 parts by weight of a mineral, 1 to 53 parts by weight (based on solid content) of urea water, 5 to 50 parts by weight of a pH regulator, and 54 to 813 parts by weight of water.
Description
배터리용 소화약제 조성물 및 이의 제조방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 배터리 폭발 또는 화재시 화염을 조기에 억제, 지연, 냉각 및 소화시키도록 구성된 배터리용 소화약제 조성물 및 이의 제조방법이 개시된다.A fire extinguishing agent composition for a battery and a method for producing the same are disclosed. More specifically, a fire extinguishing agent composition for a battery and a method for producing the same are disclosed, which are configured to early suppress, delay, cool and extinguish flames in the event of a battery explosion or fire.
일반적으로 금속화재는 가연성 금속인 알루미늄(AI), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 칼륨(K), 나트륨과 칼륨의 합금, 리튬(Li), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 세슘(Cs), 우라늄(U) 등이 연소하여 발생하는 화재로서, 물이나 일반적인 소화약제로는 이를 진압할 수 없다. 물을 사용하면 물과 금속의 화학반응으로 수소가 생성되어 수소 폭발을 초래할 수 있기 때문에 매우 위험하므로 대용량 리튬 배터리 화재의 경우 화염에 모래를 끼얹거나, 소화기를 이용하여 불이 주변으로 번지지 않게 유지시키는 정도만이 가능하다. In general, metal fires are fires caused by the combustion of flammable metals such as aluminum (Al), magnesium (Mg), sodium (Na), potassium (K), alloys of sodium and potassium, lithium (Li), zirconium (Zr), titanium (Ti), cesium (Cs), and uranium (U), and they cannot be extinguished with water or general fire extinguishing agents. Using water is very dangerous because it can cause a hydrogen explosion due to the chemical reaction between water and metal, so in the case of a large-capacity lithium battery fire, the only way to prevent the fire from spreading to the surrounding area is to pour sand on the flames or use a fire extinguisher.
상기와 같이 현재 리튬(Li), 나트륨(Na)과 같은 금속을 사용하는 배터리와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System), 발전소, 전기충전소 등에서의 화재시 화재를 진화할 수 있는 소화약제가 없어 전소되거나, 화재 진압 이후에도 계속되는 열에 의해 화재 확산 및 재발화가 발생하는 문제점이 있다.As mentioned above, there is a problem that in the event of a fire in batteries, energy storage systems, power plants, electric charging stations, etc. that currently use metals such as lithium (Li) and sodium (Na), there is no fire extinguishing agent that can extinguish the fire, resulting in the fire being completely burned or the fire spreading or re-igniting due to the heat that continues even after the fire is extinguished.
전기자동차의 경우 배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해액이 충진되는 알루미늄 케이스를 포함하는 수많은 배터리 셀(Cell); 이러한 배터리 셀을 외부의 충격과 열 및 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 모듈(Module); 및 이러한 배터리 모듈을 여러개 묶어서 만든 배터리 팩(Pack)으로 구성된다.In the case of electric vehicles, the battery is composed of a number of battery cells (Cells) including an aluminum case filled with anodes, cathodes, separators, and electrolytes; a battery module (Module) in which a certain number of these battery cells are bundled together and placed in a frame to protect them from external shocks, heat, and vibrations; and a battery pack (Pack) made by bundling multiple of these battery modules.
리튬이온 배터리는 음극, 양극, 전해액 및 분리막으로 구성된다. 구체적으로, 리튬이온 배터리는 리튬이 이온화한 뒤 떨어져나온 전자는 내부 도선을 통해 전압을 발생시키고, 리튬이온은 전해질을 통해 음극과 양극을 오가는 원리로 작동된다. 리튬이온이 음극으로 가는 과정이 충전, 리튬이온이 양극으로 돌아오는 과정이 방전이다. 분리막은 양극과 음극이 접촉하여 단락(합선)으로 화재가 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행한다. Lithium-ion batteries consist of a cathode, anode, electrolyte, and a separator. Specifically, lithium-ion batteries operate on the principle that the electrons released after lithium ionization generate voltage through internal conductors, and lithium ions move between the cathode and anode through the electrolyte. The process of lithium ions moving to the cathode is charging, and the process of lithium ions returning to the anode is discharging. The separator prevents fire from occurring due to short-circuiting when the cathode and anode come into contact.
리튬과 같은 금속을 전극으로 사용하는 배터리와 에너지 저장 시스템(Energy Storage System), 발전소, 전기충전소 등에는 큰 사고가 나거나 과열, 과충전 등 외부 충격을 받아 배터리 내부에서 화재가 발생하는 것을 방지하기 위해 각종 안전 장치들이 장착되어 있다. 이러한 안전 장치에도 불구하고 리튬과 같은 금속을 전극으로 사용하는 배터리는 온도 변화로 인한 배터리 팽창, 외부 충격에 의한 누액, 화재 등의 위험이 여전히 상존한다는 한계를 가지고 있다.Batteries and energy storage systems (EHS), power plants, and electric charging stations that use metals such as lithium as electrodes are equipped with various safety devices to prevent fires occurring inside the battery due to major accidents, overheating, overcharging, or other external shocks. Despite these safety devices, batteries that use metals such as lithium as electrodes still have limitations in that there is still a risk of battery expansion due to temperature changes, leakage due to external shocks, and fire.
열폭주가 일어나면 전압이 상승하거나 배터리가 부풀어 오르고, 전해액의 온도가 상승하여 전해액이 끓어오르는 현상이 발생한다. 기본적으로 어떤 화학물질이 에너지를 받으면 최외곽전자가 빠져나가 (+) 전하를 띄기도 하고 거꾸로 (-) 전하를 띠기도 한다. 이렇게 전자를 주거나 받는 것은 화학물질의 종류에 따라 정해지며, 전자를 주느냐 받느냐에 따라서 산화반응이나 환원반응이 발생하는데, 열폭주 현상이 발생하는 경우 배터리 셀은 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하게 되며, 배터리 셀에 충전된 에너지가 많을수록 열폭주 반응이 더욱 활발하게 일어난다. 특히, 리튬이온 배터리의 경우 다른 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 열 폭주 현상이 매우 급속도로 일어난다.When thermal runaway occurs, the voltage increases, the battery swells, and the temperature of the electrolyte rises, causing the electrolyte to boil. Basically, when a chemical substance receives energy, its outermost electrons are lost, and it can have a (+) charge or, conversely, a (-) charge. Whether electrons are given or received in this way is determined by the type of chemical substance, and an oxidation reaction or a reduction reaction occurs depending on whether electrons are given or received. When thermal runaway occurs, the battery cell releases its stored energy very quickly, and the more energy charged in the battery cell, the more actively the thermal runaway reaction occurs. In particular, since lithium-ion batteries have a higher energy density than other batteries, the thermal runaway phenomenon occurs very rapidly.
열폭주 현상 원인으로는 과충전이나 과방전(합선), 내부단락 사고, 단자의 불량, 전해액의 농도 증가, 충전 불량 등이며, 이로 인하여 배터리의 내부에서 순간적인 과열로 열이 발생하여 순간 팽창 또는 순간 폭발과 같은 열폭주 현상이 발생한다. 열폭주 현상이 발생하는 경우 리튬이온 배터리의 내부 압력이 증가하고, 내부의 전해액이 기화되며, 이후 리튬이온 배터리가 팽창해 전해액이 분출되고, 백색연기 오프가스(off gas)가 발생하여 수소농도가 높아져서 폭발 및 폭음과 함께 금속화재로 발전하게 된다. 열폭주 현상으로 발생한 화재는 연소에 필요한 산소를 차단하더라도 배터리에 충전된 에너지를 모두 방출할 때까지 지속되며, 화재와 함께 일산화탄소(CO), 수소(H2), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6) 또는 메탄(CH4) 등의 유독성 가스와 가연성 가스가 다량 방출된다.The causes of thermal runaway include overcharge or over-discharge (short circuit), internal short circuit, terminal defects, increased electrolyte concentration, and poor charging, which cause instantaneous overheating inside the battery, resulting in thermal runaway phenomena such as instantaneous expansion or explosion. When thermal runaway occurs, the internal pressure of the lithium-ion battery increases, the internal electrolyte vaporizes, the lithium-ion battery expands, the electrolyte is ejected, white smoke and off-gas are generated, and the hydrogen concentration increases, leading to an explosion and a metal fire with a loud noise. A fire caused by thermal runaway continues until all the energy stored in the battery is released even if the oxygen necessary for combustion is cut off, and a large amount of toxic gases and flammable gases such as carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), ethane (C 2 H 6 ) or methane (CH 4 ) are released along with the fire.
리튬과 같은 금속을 전극으로 사용하는 배터리는 폭발 및 화재 발생시 A급 화재(일반화재), B급 화재(유류화재), C급 화재(전기화재), D급 화재(금속화재) 및 K급 화재(주방화재) 등으로 구분되는 화재들을 모두 포함하는 종합 화재에 해당한다. 즉, 배터리 화재는 내장재와 부품들이 타기 때문에 A급 화재(일반화재)의 특징을 가지며, 배터리의 전해액이 인화성 액체로 분류되어 B급 화재(유류화재)의 특징도 가지며, 전기를 가득 머금고 있기 때문에 C급 화재(전기화재)의 특징도 가지며, 배터리에 함유되어 있는 금속으로 인하여 D급 화재(금속화재)의 특징도 갖는다.Batteries that use metals such as lithium as electrodes are categorized into Class A fire (general fire), Class B fire (oil fire), Class C fire (electrical fire), Class D fire (metal fire), and Class K fire (kitchen fire) in the event of an explosion or fire, which are all classified as comprehensive fires. In other words, a battery fire has the characteristics of a Class A fire (general fire) because the internal materials and components burn, the battery's electrolyte is classified as a flammable liquid and so it also has the characteristics of a Class B fire (oil fire), because it is full of electricity, it also has the characteristics of a Class C fire (electrical fire), and because of the metal contained in the battery, it also has the characteristics of a Class D fire (metal fire).
이러한 종합 화재는 조기 진압이 어렵고, 화재 진압 후에도 자연발화가 생길 수 있으며, 또한 화재시 폐질환을 유발할 수 있는 유독가스가 동시에 발생하면서 배터리를 사용하는 전기자동차, 에너지 저장 시스템, 발전소, 전기충전소 등이 전소되는 문제점이 있다.These complex fires are difficult to extinguish in the early stages, can spontaneously combust even after the fire is extinguished, and can also cause toxic gases that can cause lung disease when in flames, while electric vehicles, energy storage systems, power plants, and electric charging stations that use batteries can all be burned down.
본 발명의 일 구현예는 배터리 폭발 또는 화재시 화염을 조기에 억제, 지연, 냉각 및 소화시키도록 구성된 배터리용 소화약제 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a fire extinguishing agent composition for a battery configured to early suppress, delay, cool and extinguish a flame in the event of a battery explosion or fire.
본 발명의 다른 구현예는 상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method for preparing the fire extinguishing agent composition for a battery.
본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is:
액상 규산나트륨 100중량부(고형분 기준);100 parts by weight of liquid sodium silicate (based on solid content);
액상 규산칼륨 10~90중량부(고형분 기준);10 to 90 parts by weight of liquid potassium silicate (based on solid content);
식물성 추출물 1~9중량부(고형분 기준);1 to 9 parts by weight of plant extract (based on solid content);
유동성 강하제 5~163중량부;5-163 parts by weight of fluidity reducing agent;
계면활성제 5~81중량부;5 to 81 parts by weight of surfactant;
광물 0.5~16중량부;0.5 to 16 parts by weight of minerals;
요소수 1~53중량부(고형분 기준);Element number 1 to 53 parts by weight (based on solid content);
pH 조절제 5~50중량부; 및5 to 50 parts by weight of pH regulator; and
물 54~813 중량부를 포함하는 배터리용 소화약제 조성물을 제공한다.A fire extinguishing agent composition for a battery containing 54 to 813 parts by weight of water is provided.
상기 액상 규산나트륨은 Na2O 6~18중량%, SiO2 23~38중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.The above liquid sodium silicate may contain 6 to 18 wt% of Na 2 O, 23 to 38 wt% of SiO 2, and the remainder of water.
상기 액상 규산칼륨은 K2O 5~23중량%, SiO2 16~29중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.The above liquid potassium silicate may contain 5 to 23 wt% of K 2 O, 16 to 29 wt% of SiO 2, and the remainder of water.
상기 식물성 추출물은 인진쑥 추출물, 계피 추출물, 잣나무 추출물, 감초 추출물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above plant extracts may include mugwort extract, cinnamon extract, pine tree extract, licorice extract, or a combination thereof.
상기 유동성 강하제는 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 글리세린(Glycerin) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above fluidity reducing agent may include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin or a combination thereof.
상기 계면활성제는 PEG 400(C2nH4n+2On+1, n = 8.2~9.1), 소듐 라우릴 설페이트(Sodium Lauryl Sulfate), 소듐 라우레스 설페이트(Sodium Laureth Sulfate), 디소듐 라우레스 설포석시네이트(Disodium Laureth Sulfosuccinate), 코카미도 프로필 베타인(Cocamido Propyl Betaine), 라우릴 디메틸 아민옥사이드(Lauryl Dimethyl Amine Oxide), 코카미드 엠이에이(Cocamide MEA), 코카미드 디이에이(Cocamide DEA), 라우릴 알코올에톡실레이트(Laurylalcohol Ethoxylate), 폴리옥시에틸렌 알킬황산에스테르염(polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 트리에탄올아민(polyoxyehtylene alkyether triethanolamine) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above surfactant may include PEG 400 (C 2n H4 n+2 O n+1 , n = 8.2 to 9.1), Sodium Lauryl Sulfate, Sodium Laureth Sulfate, Disodium Laureth Sulfosuccinate, Cocamido Propyl Betaine, Lauryl Dimethyl Amine Oxide, Cocamide MEA, Cocamide DEA, Laurylalcohol Ethoxylate, polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt, polyoxyehtylene alkyether triethanolamine, or a combination thereof. there is.
상기 광물은 맥반석, 흑운모, 천매암, 탄산칼슘, 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above minerals may include feldspar, biotite, phyllite, calcium carbonate, zeolite or combinations thereof.
상기 pH 조절제는 구연산, 말론산, 말레산, 글루콘산, 탄닌산, 옥살산, 아디프산, 살리실산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The pH adjusting agent may include citric acid, malonic acid, maleic acid, gluconic acid, tannic acid, oxalic acid, adipic acid, salicylic acid or a combination thereof.
본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the present invention is:
상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법으로서,As a method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the above battery,
액상 규산나트륨과 액상 규산칼륨을 혼합하여 액상 규산염 혼합액을 제조하는 단계(S10);A step (S10) of preparing a liquid silicate mixture by mixing liquid sodium silicate and liquid potassium silicate;
상기 액상 규산염 혼합액과 물을 혼합하여 액상 규산염 희석액을 제조하는 단계(S20);A step (S20) of preparing a liquid silicate diluted solution by mixing the above liquid silicate mixture and water;
상기 액상 규산염 희석액, 요소수, 유동점 강하제 및 식물성 추출물을 혼합하여 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S30); A step (S30) of preparing a fire extinguishing agent composition for a first spare battery by mixing the above liquid silicate dilution, urea water, pour point depressant, and plant extract;
상기 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 광물을 혼합하여 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S40);A step (S40) of preparing a fire extinguishing agent composition for a second spare battery by mixing the fire extinguishing agent composition for the first spare battery and the mineral;
상기 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물과 계면활성제를 혼합하여 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S50); 및Step (S50) of preparing a third reserve battery fire extinguishing agent composition by mixing the second reserve battery fire extinguishing agent composition and a surfactant; and
상기 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 pH 조절제를 혼합하여 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S60)를 포함하는 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법을 제공한다.A method for producing a fire extinguishing agent composition for a battery is provided, including a step (S60) of producing a fire extinguishing agent composition for a battery by mixing the fire extinguishing agent composition for the third spare battery and a pH regulator.
상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은, 상기 단계(S10)와 상기 단계(S20) 사이에, 상기 액상 규산염 혼합액을 숙성시키는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the above battery may further include a step (S15) of maturing the liquid silicate mixture between the step (S10) and the step (S20).
상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은, 상기 단계(S20)와 상기 단계(S30) 사이에, 상기 액상 규산염 희석액을 숙성시키는 단계(S25)를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the above battery may further include a step (S25) of maturing the liquid silicate dilution solution between the step (S20) and the step (S30).
상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은, 상기 단계(S60) 이후에, 상기 배터리용 소화약제 조성물을 숙성시키는 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the battery may further include, after the step (S60), a step (S70) of maturing the fire extinguishing agent composition for the battery.
본 발명의 일 구현예 따른 배터리용 소화약제 조성물은 배터리 폭발 또는 화재시 화염을 조기에 억제, 지연, 냉각 및 소화시킬 수 있다.A fire extinguishing agent composition for a battery according to one embodiment of the present invention can early suppress, delay, cool and extinguish flames in the event of a battery explosion or fire.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 평가하기 위한 소화 성능 평가 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 평가하는 과정을 나타낸 사진들이다.
도 3은 도 2의 평가 종료 후 화재 진압된 소화 성능 평가 장치 및 열폭주 배터리 셀의 잔해를 디지털 카메라로 촬영한 사진들이다.
도 4는 도 2의 평가 종료 후 화재 진압된 열폭주 배터리 셀을 시간별로 열화상 카메라로 촬영한 사진들이다.
도 5는 도 4에서 열화상 카메라로 측정한 화재 진압된 열폭주 배터리 셀의 내부온도의 경시적 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a schematic drawing of a fire extinguishing performance evaluation device for evaluating the fire extinguishing performance of a fire extinguishing agent composition for a battery according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a photograph showing the process of evaluating the extinguishing performance of the fire extinguishing agent composition for a battery manufactured in Example 1.
Figure 3 is a photograph of the fire extinguishing performance evaluation device and the remains of the thermal runaway battery cell taken with a digital camera after the evaluation of Figure 2 was completed.
Figure 4 shows photographs of a thermal imaging camera taken over time of a thermal runaway battery cell after the fire was extinguished following the evaluation of Figure 2.
Figure 5 is a graph showing the temporal change in the internal temperature of a thermal runaway battery cell whose fire was extinguished as measured by a thermal imaging camera in Figure 4.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물을 상세히 설명한다.Hereinafter, a fire extinguishing agent composition for a battery according to one embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물은 액상 규산나트륨 100중량부(고형분 기준), 액상 규산칼륨 10~90중량부(고형분 기준), 식물성 추출물 1~9중량부(고형분 기준), 유동성 강하제 5~163중량부, 계면활성제 5~81중량부, 광물 0.5~16중량부, 요소수 1~53중량부(고형분 기준), pH 조절제 5~50중량부 및 물 54~813 중량부를 포함한다. 상기 액상 규산나트륨, 상기 액상 규산칼륨, 상기 식물성 추출물, 상기 유동성 강하제, 상기 계면활성제, 상기 광물, 상기 요소수, 상기 pH 조절제 및 상기 물의 상대적인 함량 비율이 각각 상기 범위이내이면, 배터리 폭발 또는 화재시 화염을 조기에 억제, 지연, 냉각 및 소화시킬 수 있는 배터리용 소화약제 조성물을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a fire extinguishing agent composition for a battery comprises 100 parts by weight of liquid sodium silicate (based on solid content), 10 to 90 parts by weight of liquid potassium silicate (based on solid content), 1 to 9 parts by weight of a plant extract (based on solid content), 5 to 163 parts by weight of a fluidity lowering agent, 5 to 81 parts by weight of a surfactant, 0.5 to 16 parts by weight of a mineral, 1 to 53 parts by weight of a urea solution (based on solid content), 5 to 50 parts by weight of a pH adjuster, and 54 to 813 parts by weight of water. When the relative content ratios of the liquid sodium silicate, the liquid potassium silicate, the plant extract, the fluidity lowering agent, the surfactant, the mineral, the urea solution, the pH adjuster, and the water are each within the above ranges, a fire extinguishing agent composition for a battery can be provided which can early suppress, delay, cool, and extinguish a flame in the event of a battery explosion or fire.
상기 액상 규산나트륨은 Na2O·nSiO2·mH2O(여기서, m 및 n은 각각 양의 실수)로 표시될 수 있다.The above liquid sodium silicate can be represented as Na 2 O·nSiO 2 ·mH 2 O (where, m and n are each a positive real number).
상기 액상 규산나트륨은 Na2O 6~18중량%, SiO2 23~38중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 액상 규산나트륨은 KS M 1415의 1종, 2종, 3종 또는 4종일 수 있다.The above liquid sodium silicate may contain 6 to 18 wt% of Na 2 O, 23 to 38 wt% of SiO 2, and the remainder of water. For example, the above liquid sodium silicate may be type 1, type 2, type 3, or type 4 of KS M 1415.
상기 액상 규산나트륨은 K2O·nSiO2·mH2O(여기서, m 및 n은 각각 양의 실수)로 표시될 수 있다.The above liquid sodium silicate can be represented as K 2 O · nSiO 2 · mH 2 O (where m and n are each a positive real number).
상기 액상 규산칼륨은 K2O 5~23중량%, SiO2 16~29중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.The above liquid potassium silicate may contain 5 to 23 wt% of K 2 O, 16 to 29 wt% of SiO 2, and the remainder of water.
상기 액상 규산나트륨 및 상기 액상 규산칼륨은 각각 상기 배터리용 소화약제 조성물의 주요 구성성분들로서 유동점(Pour Point), 인화점(Flash Point) 및 발화점(Fire Point)이 모두 높은 물질로서, 실제 화염(火焰) 또는 화원(火源)과 접촉하여도 연소되지 않고 오히려 화염이나 화원을 소화(消火)시키는 기능과 방염의 기능을 갖는 물질이며, 금속 표면을 덮어 코팅층을 형성하여 산소의 공급을 차단하거나 온도를 낮추고, 고온에 견딜 수 있는 장점을 가지고 있다.The above liquid sodium silicate and the above liquid potassium silicate are each the main components of the fire extinguishing agent composition for the battery, and are substances having a high pour point, flash point, and fire point, and do not burn when in contact with an actual flame or a fire source, but rather have the function of extinguishing the flame or fire source and the function of flame retardancy, and have the advantage of covering a metal surface to form a coating layer to block the supply of oxygen or lower the temperature, and withstanding high temperatures.
상기 식물성 추출물은 배터리 폭발 또는 화재시 일산화탄소(CO), 수소(H2), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6), 메탄(CH4), 질소산화물(NOx) 및 황산화물(Sox) 등과 같은 유해물질의 발생과 함께 연기로 인한 미세먼지의 발생을 줄이는 역할을 수행한다. The above plant extracts play a role in reducing the generation of harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrogen ( H2 ), ethylene ( C2H4 ), ethane ( C2H6 ), methane ( CH4 ), nitrogen oxides (NOx), and sulfur oxides (Sox) in the event of a battery explosion or fire , as well as the generation of fine dust caused by smoke.
또한, 상기 식물성 추출물은 상기 배터리용 소화약제 조성물의 pH 조절 기능을 수행할 수 있다.In addition, the plant extract can perform a pH adjusting function of the fire extinguishing agent composition for the battery.
상기 식물성 추출물은 인진쑥 추출물, 계피 추출물, 잣나무 추출물, 감초 추출물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above plant extracts may include mugwort extract, cinnamon extract, pine tree extract, licorice extract, or a combination thereof.
상기 유동성 강하제는 상기 배터리용 소화약제 조성물이 영하 20℃ 이하의 실외에서도 동결되지 않도록 해주는 역할을 수행한다.The above-mentioned fluidity reducing agent plays a role in preventing the above-mentioned battery fire extinguishing agent composition from freezing even in outdoor conditions at temperatures below -20°C.
상기 유동성 강하제는 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 글리세린(Glycerin) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above fluidity reducing agent may include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin or a combination thereof.
상기 계면활성제는 상기 배터리용 소화약제 조성물의 표면장력을 물의 표면장력(72mN/m) 보다 낮은 33dyne/cm 이하로 낮춰 화재 발생 지점으로의 침투 효과를 높이는 역할을 수행한다.The above surfactant lowers the surface tension of the fire extinguishing agent composition for the battery to 33 dyne/cm or less, which is lower than the surface tension of water (72 mN/m), thereby enhancing the penetration effect into the point of fire occurrence.
상기 계면활성제는 PEG 400(C2nH4n+2On+1, n = 8.2~9.1), 소듐 라우릴 설페이트(Sodium Lauryl Sulfate), 소듐 라우레스 설페이트(Sodium Laureth Sulfate), 디소듐 라우레스 설포석시네이트(Disodium Laureth Sulfosuccinate), 코카미도 프로필 베타인(Cocamido Propyl Betaine), 라우릴 디메틸 아민옥사이드(Lauryl Dimethyl Amine Oxide), 코카미드 엠이에이(Cocamide MEA), 코카미드 디이에이(Cocamide DEA), 라우릴 알코올에톡실레이트(Laurylalcohol Ethoxylate), 폴리옥시에틸렌 알킬황산에스테르염(polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 트리에탄올아민(polyoxyehtylene alkyether triethanolamine) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above surfactant may include PEG 400 (C 2n H4 n+2 O n+1 , n = 8.2 to 9.1), Sodium Lauryl Sulfate, Sodium Laureth Sulfate, Disodium Laureth Sulfosuccinate, Cocamido Propyl Betaine, Lauryl Dimethyl Amine Oxide, Cocamide MEA, Cocamide DEA, Laurylalcohol Ethoxylate, polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt, polyoxyehtylene alkyether triethanolamine, or a combination thereof. there is.
상기 광물 및 상기 요소수는 각각 상기 식물성 추출물과 마찬가지로 배터리 폭발 또는 화재시 일산화탄소(CO), 수소(H2), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6), 메탄(CH4), 질소산화물(NOx) 및 황산화물(Sox) 등과 같은 유해물질의 발생과 함께 연기로 인한 미세먼지의 발생을 줄이는 역할을 수행한다.The above minerals and the above element water, like the above plant extracts, play a role in reducing the generation of harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrogen ( H2 ), ethylene ( C2H4 ), ethane ( C2H6 ), methane ( CH4 ), nitrogen oxides (NOx), and sulfur oxides (Sox) in the event of a battery explosion or fire , as well as the generation of fine dust caused by smoke.
상기 광물은 맥반석, 흑운모, 천매암, 탄산칼슘, 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The above minerals may include feldspar, biotite, phyllite, calcium carbonate, zeolite or combinations thereof.
또한, 상기 광물은 1~10㎛의 직경을 가질 수 있다.Additionally, the mineral may have a diameter of 1 to 10 μm.
상기 요소수는 요소((NH2)2CO) 32.5중량% 및 탈이온수 67.5중량%를 포함할 수 있다.The above elemental composition may include 32.5 wt% of element ((NH 2 ) 2 CO) and 67.5 wt% of deionized water.
상기 pH 조절제는 인체 및 환경에 미치는 해가 적으며, 금속제 용기에도 안전하게 보관하여 사용할 수 있다는 이점을 갖는다.The above pH regulator has the advantage of being less harmful to the human body and the environment and can be safely stored and used even in metal containers.
상기 pH 조절제는 구연산, 말론산, 말레산, 글루콘산, 탄닌산, 옥살산, 아디프산, 살리실산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The pH adjusting agent may include citric acid, malonic acid, maleic acid, gluconic acid, tannic acid, oxalic acid, adipic acid, salicylic acid or a combination thereof.
상기 물은 상기 배터리용 소화약제 조성물의 구성성분들을 용해시키는 용매의 기능을 수행하며, 아울러 이들 구성성분들을 보유하여 배터리용 소화약제 조성물로서 유지시키는 기능을 수행한다. The above water functions as a solvent that dissolves the components of the fire extinguishing agent composition for the battery, and also functions to retain these components and maintain them as a fire extinguishing agent composition for the battery.
또한, 상기 물은 상기 배터리용 소화약제 조성물의 비중 조절 기능도 가지며, 화재시 냉각 효과가 뛰어난 자연 소화약제에 해당한다.In addition, the water has a specific gravity adjusting function of the fire extinguishing agent composition for the battery, and is a natural fire extinguishing agent with an excellent cooling effect in case of fire.
상기 물은 정제수(예를 들어, 초정제수)일 수 있다. 예를 들어, 상기 물은 탈이온수일 수 있다.The water may be purified water (e.g., ultra-purified water). For example, the water may be deionized water.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물은 화재 발생 지점에 분사될 경우 금속 표면을 덮어서 열에 의한 반응으로 굳어지면서 치밀한 코팅층을 형성하여 산소의 공급을 차단하거나 온도를 낮출 수 있다. 이러한 역할을 수행할 수 있도록 상기 배터리용 소화약제 조성물은 고온에 견딜 수 있으면서도 냉각 효과를 발휘하며, 요철 있는 금속 표면을 피복하여 산소를 차단하는 기능을 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a fire extinguishing agent composition for a battery having the above-described configuration can, when sprayed at a point of fire, cover a metal surface and form a dense coating layer by hardening through a heat reaction, thereby blocking the supply of oxygen or lowering the temperature. In order to perform this role, the fire extinguishing agent composition for a battery can withstand high temperatures while exhibiting a cooling effect, and can have the function of covering an uneven metal surface to block oxygen.
또한, 상기 배터리용 소화약제 조성물은 전기자동차의 차체 하부에 설치되는 배터리 전용의 프레임에 패키지로 장착되는 다수개의 리튬이온 배터리의 화재에 사용하기 위한 것으로서, 당해 리튬이온 배터리의 화재가 일반적인 소화기로는 소화 적응성이 없어, 내부 주입 또는 외부 방사를 통해 화재 발생 지점에 분사되어 화염을 조기에 억제, 지연, 냉각 및 소화시킬 수 있다.In addition, the fire extinguishing agent composition for the battery is intended for use in fires of a plurality of lithium ion batteries that are packaged and mounted in a frame dedicated to batteries installed in the lower part of the body of an electric vehicle, and since the fire of the lithium ion batteries is not adaptable for extinguishing with a general fire extinguisher, the composition can be sprayed at the point of fire occurrence through internal injection or external radiation to suppress, delay, cool and extinguish the flames early.
또한, 상기 배터리용 소화약제 조성물은 생산된 전기를 위치에너지나 화학에너지 등의 형태로 변형하여 저장하였다가 전력이 필요한 시간에 다시 전기에너지로 변환하여 활용하는 시스템으로서, 리튬과 같은 금속을 전극으로 사용하는 다수의 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)의 폭발 또는 화재 발생시 초기에 화염을 억제, 지연, 냉각 및 소화시킬 수 있다. In addition, the fire extinguishing agent composition for the battery is a system that converts and stores the generated electricity in the form of potential energy or chemical energy, and then converts it back into electrical energy and utilizes it when electricity is needed, and can suppress, delay, cool, and extinguish flames in the early stage when an explosion or fire occurs in an energy storage system that uses a plurality of batteries that use metals such as lithium as electrodes.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a fire extinguishing agent composition for a battery according to one embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은 액상 규산나트륨과 액상 규산칼륨을 혼합하여 액상 규산염 혼합액을 제조하는 단계(S10), 상기 액상 규산염 혼합액과 물을 혼합하여 액상 규산염 희석액을 제조하는 단계(S20), 상기 액상 규산염 희석액, 요소수, 유동점 강하제 및 식물성 추출물을 혼합하여 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S30), 상기 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 광물을 혼합하여 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S40), 상기 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물과 계면활성제를 혼합하여 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S50), 및 상기 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 pH 조절제를 혼합하여 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S60)를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a fire extinguishing agent composition for a battery includes a step of mixing liquid sodium silicate and liquid potassium silicate to manufacture a liquid silicate mixture (S10), a step of mixing the liquid silicate mixture and water to manufacture a liquid silicate dilution (S20), a step of mixing the liquid silicate dilution, urea water, a pour point depressant, and a plant extract to manufacture a first fire extinguishing agent composition for a spare battery (S30), a step of mixing the first fire extinguishing agent composition for a spare battery and a mineral to manufacture a second fire extinguishing agent composition for a spare battery (S40), a step of mixing the second fire extinguishing agent composition for a spare battery and a surfactant to manufacture a third fire extinguishing agent composition for a spare battery (S50), and a step of mixing the third fire extinguishing agent composition for a spare battery and a pH regulator to manufacture a fire extinguishing agent composition for a battery (S60).
상기 단계(S10) 내지 상기 단계(S30)는 각각 상온(10~40℃)에서 200~400rpm의 교반속도로 20~30분 동안 수행될 수 있다.The above steps (S10) to (S30) can each be performed at room temperature (10 to 40°C) at a stirring speed of 200 to 400 rpm for 20 to 30 minutes.
상기 단계(S40)는 상온(10~40℃)에서 500~1000rpm의 교반속도로 20~40분 동안 수행될 수 있다.The above step (S40) can be performed at room temperature (10 to 40°C) at a stirring speed of 500 to 1000 rpm for 20 to 40 minutes.
상기 단계(S50)는 상온(10~40℃)에서 물질이 흔들리지 않도록 100rpm 이하의 교반속도로 20~30분 동안 수행될 수 있다.The above step (S50) can be performed for 20 to 30 minutes at room temperature (10 to 40°C) at a stirring speed of 100 rpm or less so that the material does not shake.
상기 단계(S10) 내지 상기 단계(S60)는 각각 호모 믹서기 또는 인라인 믹서기를 사용하여 수행될 수 있다.The above steps (S10) to (S60) can each be performed using a homomixer or an inline mixer.
상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은, 상기 단계(S10)와 상기 단계(S20) 사이에, 상기 액상 규산염 혼합액을 숙성시키는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다. The method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the above battery may further include a step (S15) of maturing the liquid silicate mixture between the step (S10) and the step (S20).
또한 상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은, 상기 단계(S20)와 상기 단계(S30) 사이에, 상기 액상 규산염 희석액을 숙성시키는 단계(S25)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the battery may further include a step (S25) of maturing the liquid silicate dilution solution between the step (S20) and the step (S30).
또한 상기 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법은, 상기 단계(S60) 이후에, 상기 배터리용 소화약제 조성물을 숙성시키는 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the fire extinguishing agent composition for the battery may further include, after the step (S60), a step (S70) of maturing the fire extinguishing agent composition for the battery.
상기 단계(S15), 상기 단계(S25) 및 상기 단계(S70)는 각각 공기가 차단된 상태에서 수행될 수 있다.The above steps (S15), (S25) and (S70) can each be performed in a state where the air is blocked.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1~17 및 비교예 1~16: 배터리용 소화약제 조성물의 제조Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 16: Preparation of fire extinguishing agent composition for battery
먼저, 액상 규산나트륨(Na2O 12중량%, SiO2 30중량% 및 잔량의 물)과 액상 규산칼륨(K2O 14중량%, SiO2 23중량% 및 잔량의 물)을 상온(25℃)에서 300rpm의 교반속도로 25분 동안 혼합하여 액상 규산염 혼합액을 제조하였다. 이후, 상기 액상 규산염 혼합액을 공기가 차단된 상태에서 1일간 숙성시켰다. 이후, 상기 액상 규산염 혼합액과 물(탈이온수)을 상온(25℃)에서 300rpm의 교반속도로 25분 동안 혼합하여 액상 규산염 희석액을 제조하였다. 이후, 상기 액상 규산염 희석액을 공기가 차단된 상태에서 1일간 숙성시켰다. 이후, 상기 액상 규산염 희석액, 요소수(요소 함량: 32.5중량%), 유동점 강하제(에틸렌글리콜) 및 식물성 추출물(계피 추출물)을 상온(25℃)에서 300rpm의 교반속도로 25분 동안 혼합하여 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 광물(맥반석)을 상온(25℃)에서 750rpm의 교반속도로 30분 동안 혼합하여 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 제2 배터리용 소화약제 조성물과 계면활성제(PEG 400)를 상온(25℃)에서 100rpm의 교반속도로 25분 동안 혼합하여 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 pH 조절제(구연산)를 혼합하여 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 배터리용 소화약제 조성물을 공기가 차단된 상태에서 1일간 숙성시켰다.First, liquid sodium silicate (12 wt% Na2O , 30 wt% SiO2 , and the balance water) and liquid potassium silicate (14 wt% K2O , 23 wt% SiO2, and the balance water) were mixed at room temperature (25°C) with a stirring speed of 300 rpm for 25 minutes to prepare a liquid silicate mixture. Thereafter, the liquid silicate mixture was aged for 1 day in an air-blocked state. Thereafter, the liquid silicate mixture and water (deionized water) were mixed at room temperature (25°C) with a stirring speed of 300 rpm for 25 minutes to prepare a liquid silicate dilution. Thereafter, the liquid silicate dilution was aged for 1 day in an air-blocked state. Thereafter, the liquid silicate dilution, urea water (urea content: 32.5 wt%), a pour point depressant (ethylene glycol), and a plant extract (cinnamon extract) were mixed at room temperature (25°C) with a stirring speed of 300 rpm for 25 minutes to prepare a first reserve battery fire extinguishing agent composition. Thereafter, the first reserve battery fire extinguishing agent composition and the mineral (macramé) were mixed at room temperature (25°C) with a stirring speed of 750 rpm for 30 minutes to prepare a second reserve battery fire extinguishing agent composition. Thereafter, the second battery fire extinguishing agent composition and a surfactant (PEG 400) were mixed at room temperature (25°C) with a stirring speed of 100 rpm for 25 minutes to prepare a third reserve battery fire extinguishing agent composition. Thereafter, the third reserve battery fire extinguishing agent composition and a pH adjuster (citric acid) were mixed to prepare a battery fire extinguishing agent composition. Thereafter, the battery fire extinguishing agent composition was aged for one day in an air-blocked state.
실시예 18: 배터리용 소화약제 조성물의 제조Example 18: Preparation of fire extinguishing agent composition for battery
액상 규산나트륨(Na2O 12중량%, SiO2 30중량% 및 잔량의 물) 대신에 액상 규산나트륨(Na2O 6중량%, SiO2 38중량% 및 잔량의 물)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다.A battery fire extinguishing agent composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that liquid sodium silicate (6 wt% Na 2 O, 38 wt% SiO 2 , and the balance water) was used instead of liquid sodium silicate (12 wt% Na 2 O, 30 wt% SiO 2 , and the balance water).
실시예 19: 배터리용 소화약제 조성물의 제조Example 19: Preparation of fire extinguishing agent composition for battery
액상 규산나트륨(Na2O 12중량%, SiO2 30중량% 및 잔량의 물) 대신에 액상 규산나트륨(Na2O 18중량%, SiO2 23중량% 및 잔량의 물)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다.A battery fire extinguishing agent composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that liquid sodium silicate (18 wt% Na 2 O, 23 wt% SiO 2 , and the balance water) was used instead of liquid sodium silicate (12 wt% Na 2 O, 30 wt% SiO 2 , and the balance water).
실시예 20: 배터리용 소화약제 조성물의 제조Example 20: Preparation of fire extinguishing agent composition for battery
액상 규산칼륨(K2O 14중량%, SiO2 23중량% 및 잔량의 물) 대신에 액상 규산칼륨(K2O 5중량%, SiO2 29중량% 및 잔량의 물)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다.A battery fire extinguishing agent composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that liquid potassium silicate (5 wt% K 2 O, 29 wt% SiO 2 , and the balance water) was used instead of liquid potassium silicate (14 wt% K 2 O, 23 wt% SiO 2 , and the balance water).
실시예 21: 배터리용 소화약제 조성물의 제조Example 21: Preparation of fire extinguishing agent composition for battery
액상 규산칼륨(K2O 14중량%, SiO2 23중량% 및 잔량의 물) 대신에 액상 규산칼륨(K2O 23중량%, SiO2 16중량% 및 잔량의 물)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 배터리용 소화약제 조성물을 제조하였다.A battery fire extinguishing agent composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that liquid potassium silicate (23 wt% K 2 O, 16 wt% SiO 2 and the balance water) was used instead of liquid potassium silicate (14 wt% K 2 O, 23 wt% SiO 2 and the balance water).
상기 실시예 1~21 및 비교예 1~16에서 제조된 배터리용 소화약제 조성물의 조성을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.The compositions of the fire extinguishing agent compositions for batteries manufactured in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 16 are summarized and shown in Table 1 below.
(중량부)Solid content of liquid sodium silicate
(weight)
(중량부)Solid content of liquid potassium silicate
(weight)
(중량부)Solid content of plant extracts
(weight)
(중량부)Content of liquidity reducing agent
(weight)
(중량부)Content of surfactant
(weight)
(중량부)Mineral content
(weight)
(중량부)Solid content of element water
(weight)
(중량부)Content of pH regulator
(weight)
(중량부)Water content
(weight)
평가예: 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능 평가Evaluation Example: Evaluation of Fire Extinguishing Performance of Fire Extinguishing Agent Composition for Battery
상기 실시예 1~21 및 비교예 1~16에서 제조된 각각의 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 아래와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 2 및 도 5(실시예 1만)에 나타내었다. 도 5는 도 4에서 열화상 카메라로 측정한 화재 진압된 열폭주 배터리 셀의 내부온도의 경시적 변화를 나타낸 그래프이다.The fire extinguishing performance of each of the battery fire extinguishing agent compositions manufactured in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 16 was evaluated by the following method, and the results are shown in Table 2 and FIG. 5 (only for Example 1). FIG. 5 is a graph showing the temporal change in the internal temperature of the fire-extinguished thermal runaway battery cell measured by a thermal imaging camera in FIG. 4.
(1) 소화 성능 평가 방법: NTA 8133(nl)에 따라 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 평가하였다. 이는 네델란드 정부가 KIWA와 네덜란드 왕립 표준화 연구소(Royal Dutch Standardization Institute)에 리튬 이온 배터리 화재에 대한 휴대용 소화기의 적합성을 평가하기 위한 기술 지침 개발을 요청하여 마련된 평가 방법이다. 여기서, “NTA”는 Nederlands Technische Afspraak의 약어이다.(1) Fire extinguishing performance evaluation method: The fire extinguishing performance of the fire extinguishing agent composition for batteries was evaluated according to NTA 8133(nl). This is an evaluation method prepared when the Dutch government requested KIWA and the Royal Dutch Standardization Institute to develop technical guidelines for evaluating the suitability of portable fire extinguishers for lithium-ion battery fires. Here, “NTA” is an abbreviation for Nederlands Technische Afspraak.
(2) 소화 성능 평가 장치(2) Digestive performance evaluation device
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 평가하기 위한 소화 성능 평가 장치(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 소화 성능 평가 장치(10)는 한쌍의 지지 프레임(11, 12) 및 한쌍의 내화물 판(A)을 포함한다. 도 1의 소화 성능 평가 장치(10)에 6개의 리튬 파우치 셀을 포함하는 배터리 셀 세트(S)를 장착하여 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 평가하였다.FIG. 1 is a schematic drawing of a fire extinguishing performance evaluation device (10) for evaluating the fire extinguishing performance of a fire extinguishing agent composition for a battery according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the fire extinguishing performance evaluation device (10) includes a pair of support frames (11, 12) and a pair of refractory plates (A). A battery cell set (S) including six lithium pouch cells was mounted on the fire extinguishing performance evaluation device (10) of FIG. 1 to evaluate the fire extinguishing performance of the fire extinguishing agent composition for a battery.
(3) 소화 성능 평가 절차(3) Digestive performance evaluation procedure
도 2는 실시예 1에서 제조된 배터리용 소화약제 조성물의 소화 성능을 평가하는 과정을 나타낸 사진들이고, 도 3은 도 2의 평가 종료 후 화재 진압된 소화 성능 평가 장치 및 열폭주 배터리 셀의 잔해를 디지털 카메라로 촬영한 사진들이고, 도 4는 도 2의 평가 종료 후 화재 진압된 열폭주 배터리 셀을 시간별로 열화상 카메라로 촬영한 사진들이다.FIG. 2 is a series of photographs showing the process of evaluating the fire extinguishing performance of the fire extinguishing agent composition for a battery manufactured in Example 1, FIG. 3 is a series of photographs taken with a digital camera of the fire extinguishing performance evaluation device and the remains of a thermal runaway battery cell after the evaluation of FIG. 2 is completed, and FIG. 4 is a series of photographs taken with a thermal imaging camera over time of the thermal runaway battery cell after the evaluation of FIG. 2 is completed.
1) 각각 100Wh의 완전히 충전된 리튬 파우치 셀 6개로 구성된 팩을 준비한다(도 2의 (a) 참조).1) Prepare a pack consisting of six fully charged lithium pouch cells of 100 Wh each (see (a) in Fig. 2).
2) NTA 8133(nl)에 따라, NEN-EN 3-7+A1:2007 nl에 따라 완전한 유형 검사를 받은 3개의 소화기에 배터리용 소화약제 조성물을 6kg씩 충전시킨다.2) According to NTA 8133(nl), 6 kg of battery-type extinguishing agent composition is charged into three fire extinguishers that have undergone a complete type test according to NEN-EN 3-7+A1:2007 nl.
3) 6개의 리튬 파우치 셀 중 세 번째 셀을 과충전시켜 열 폭주 상태로 만는다. 이때, 과충전 시작과 화재 시작 사이의 시간은 7~9분이다(도 2의 (b) 참조).3) Overcharge the third cell out of the six lithium pouch cells to cause thermal runaway. At this time, the time between the start of overcharge and the start of fire is 7 to 9 minutes (see (b) of Fig. 2).
4) 첫 번째 불꽃이 발생하자마자 진화 작업이 시작된다(도 2의 (c) 참조). 4) As soon as the first spark occurs, the extinguishing process begins (see (c) of Figure 2).
5) 불은 3분 이내에 진압되어야 한다. 5) The fire must be extinguished within 3 minutes.
6) 화재가 진압된 후 20분 동안은 재점화가 일어나면 안된다(도 3 및 도 4 참조). 6) Reignition must not occur for 20 minutes after the fire is extinguished (see Figures 3 and 4).
7) 화재 진압 후 20분 경과시 최소 1개의 파우치 셀이 작동해야 한다(도 3 참조). 7) At least one pouch cell must be operational 20 minutes after the fire is extinguished (see Figure 3).
8) 3번의 시도 중 2번의 시도가 성공하면 평가가 성공한 것이다.8) If 2 out of 3 attempts are successful, the assessment is considered successful.
(분:초)Fire suppression time
(minutes:seconds)
(분:초)Start time for internal temperature reduction of battery cell
(minutes:seconds)
(분:초)Re-ignition time
(minutes:seconds)
상기 표 2 및 도 5를 참조하면, 실시예 1~21에서 제조된 배터리용 소화약제 조성물은 화재 진압시간 및 배터리 셀의 내부온도 감소 개시시간이 짧고, 재발화가 발생하지 않는 것으로 나타났다. Referring to Table 2 and FIG. 5 above, it was found that the fire extinguishing agent compositions for batteries manufactured in Examples 1 to 21 had short fire suppression times and short initiation times for decreasing the internal temperature of the battery cell, and that re-ignition did not occur.
반면에, 비교예 1~16에서 제조된 배터리용 소화약제 조성물은 화재 진압시간이 길거나, 배터리 셀의 내부온도 감소 개시시간이 길거나, 및/또는 재발화가 발생하는 것으로 나타났다.On the other hand, the fire extinguishing agent compositions for batteries manufactured in Comparative Examples 1 to 16 were found to have a long fire suppression time, a long initiation time for a decrease in the internal temperature of the battery cell, and/or to have re-ignition.
이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings and examples, they are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.
10: 소화 성능 평가 장치 11, 12: 지지 프레임
A: 내화물 판 S: 배터리 셀 세트
h: 배터리 셀의 높이10: Digestion
A: Refractory plate S: Battery cell set
h: height of battery cell
Claims (12)
액상 규산칼륨 10~90중량부(고형분 기준);
식물성 추출물 1~9중량부(고형분 기준);
유동성 강하제 5~163중량부;
계면활성제 5~81중량부;
광물 0.5~16중량부;
요소수 1~53중량부(고형분 기준);
pH 조절제 5~50중량부; 및
물 54~813 중량부를 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.100 parts by weight of liquid sodium silicate (based on solid content);
10 to 90 parts by weight of liquid potassium silicate (based on solid content);
1 to 9 parts by weight of plant extract (based on solid content);
5-163 parts by weight of fluidity reducing agent;
5 to 81 parts by weight of surfactant;
0.5 to 16 parts by weight of minerals;
Element number 1 to 53 parts by weight (based on solid content);
5 to 50 parts by weight of pH regulator; and
A fire extinguishing agent composition for a battery containing 54 to 813 parts by weight of water.
상기 액상 규산나트륨은 Na2O 6~18중량%, SiO2 23~38중량% 및 잔량의 물을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
The above liquid sodium silicate is a fire extinguishing agent composition for a battery containing 6 to 18 wt% of Na 2 O, 23 to 38 wt% of SiO 2, and the remainder of water.
상기 액상 규산칼륨은 K2O 5~23중량%, SiO2 16~29중량% 및 잔량의 물을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
The above liquid potassium silicate is a fire extinguishing agent composition for a battery containing 5 to 23 wt% of K 2 O, 16 to 29 wt% of SiO 2, and the remainder of water.
상기 식물성 추출물은 인진쑥 추출물, 계피 추출물, 잣나무 추출물, 감초 추출물 또는 이들의 조합을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
A battery-use digestive agent composition comprising the plant extracts, such as mugwort extract, cinnamon extract, pine tree extract, licorice extract or a combination thereof.
상기 유동성 강하제는 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 글리세린(Glycerin) 또는 이들의 조합을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
The fluidity reducing agent is a battery fire extinguishing agent composition containing ethylene glycol, propylene glycol, glycerin or a combination thereof.
상기 계면활성제는 PEG 400(C2nH4n+2On+1, n = 8.2~9.1), 소듐 라우릴 설페이트(Sodium Lauryl Sulfate), 소듐 라우레스 설페이트(Sodium Laureth Sulfate), 디소듐 라우레스 설포석시네이트(Disodium Laureth Sulfosuccinate), 코카미도 프로필 베타인(Cocamido Propyl Betaine), 라우릴 디메틸 아민옥사이드(Lauryl Dimethyl Amine Oxide), 코카미드 엠이에이(Cocamide MEA), 코카미드 디이에이(Cocamide DEA), 라우릴 알코올에톡실레이트(Laurylalcohol Ethoxylate), 폴리옥시에틸렌 알킬황산에스테르염(polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 트리에탄올아민(polyoxyehtylene alkyether triethanolamine) 또는 이들의 조합을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
The above surfactant comprises PEG 400 (C 2n H4 n+2 O n+1 , n = 8.2 to 9.1), Sodium Lauryl Sulfate, Sodium Laureth Sulfate, Disodium Laureth Sulfosuccinate, Cocamido Propyl Betaine, Lauryl Dimethyl Amine Oxide, Cocamide MEA, Cocamide DEA, Laurylalcohol Ethoxylate, polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt, polyoxyehtylene alkyether triethanolamine or a combination thereof. Fire extinguishing agent composition for batteries.
상기 광물은 맥반석, 흑운모, 천매암, 탄산칼슘, 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
The above mineral is a fire extinguishing agent composition for a battery comprising feldspar, biotite, phyllite, calcium carbonate, zeolite or a combination thereof.
상기 pH 조절제는 구연산, 말론산, 말레산, 글루콘산, 탄닌산, 옥살산, 아디프산, 살리실산 또는 이들의 조합을 포함하는 배터리용 소화약제 조성물.In the first paragraph,
A battery fire extinguishing agent composition wherein the pH adjusting agent comprises citric acid, malonic acid, maleic acid, gluconic acid, tannic acid, oxalic acid, adipic acid, salicylic acid or a combination thereof.
액상 규산나트륨과 액상 규산칼륨을 혼합하여 액상 규산염 혼합액을 제조하는 단계(S10);
상기 액상 규산염 혼합액과 물을 혼합하여 액상 규산염 희석액을 제조하는 단계(S20);
상기 액상 규산염 희석액, 요소수, 유동점 강하제 및 식물성 추출물을 혼합하여 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S30);
상기 제1 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 광물을 혼합하여 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S40);
상기 제2 예비 배터리용 소화약제 조성물과 계면활성제를 혼합하여 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S50); 및
상기 제3 예비 배터리용 소화약제 조성물 및 pH 조절제를 혼합하여 배터리용 소화약제 조성물을 제조하는 단계(S60)를 포함하는 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법.A method for producing a fire extinguishing agent composition for a battery according to any one of claims 1 to 8,
A step (S10) of preparing a liquid silicate mixture by mixing liquid sodium silicate and liquid potassium silicate;
A step (S20) of preparing a liquid silicate diluted solution by mixing the above liquid silicate mixture and water;
A step (S30) of preparing a fire extinguishing agent composition for a first spare battery by mixing the above liquid silicate dilution, urea water, pour point depressant, and plant extract;
A step (S40) of preparing a fire extinguishing agent composition for a second spare battery by mixing the fire extinguishing agent composition for the first spare battery and the mineral;
Step (S50) of preparing a third reserve battery fire extinguishing agent composition by mixing the second reserve battery fire extinguishing agent composition and a surfactant; and
A method for producing a fire extinguishing agent composition for a battery, comprising a step (S60) of producing a fire extinguishing agent composition for a battery by mixing the fire extinguishing agent composition for the third spare battery and a pH regulator.
상기 단계(S10)와 상기 단계(S20) 사이에, 상기 액상 규산염 혼합액을 숙성시키는 단계(S15)를 더 포함하는 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법.In Article 9,
A method for producing a fire extinguishing agent composition for a battery, further comprising a step (S15) of maturing the liquid silicate mixture between the above steps (S10) and (S20).
상기 단계(S20)와 상기 단계(S30) 사이에, 상기 액상 규산염 희석액을 숙성시키는 단계(S25)를 더 포함하는 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법.In Article 9,
A method for producing a fire extinguishing agent composition for a battery, further comprising a step (S25) of maturing the liquid silicate dilution solution between the above steps (S20) and (S30).
상기 단계(S60) 이후에, 상기 배터리용 소화약제 조성물을 숙성시키는 단계(S70)를 더 포함하는 배터리용 소화약제 조성물의 제조방법.In Article 9,
A method for producing a fire extinguishing agent composition for a battery, further comprising a step (S70) of maturing the fire extinguishing agent composition for a battery after the above step (S60).
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