업계 지식
에어로젤 필름의 단열 메커니즘과 나노다공성 구조
탁월한 단열 성능 에어로젤 난연 포장 필름 세 가지 열 전달 모드를 모두 억제하는 나노다공성 실리카 골격에서 유래합니다. 주변 압력(약 70nm)에서 공기 분자의 평균 자유 경로보다 훨씬 작은 2~50나노미터 사이에 집중된 기공 직경을 사용하여 Knudsen 효과는 기공 네트워크 내에 기체 분자를 가두어 기체 열전도율을 0.005W/m·K 미만으로 줄입니다. 고상 전도는 상호 연결된 입자 사슬이 필름 두께보다 100배 이상 긴 열 경로를 생성하는 매우 구불구불한 실리카 백본에 의해 방해됩니다. 복사열 전달은 2~8μm 파장 범위의 적외선을 산란시키는 이산화티타늄 또는 탄화규소 나노입자와 같은 불투명화제를 통합하여 최소화됩니다. 적절하게 구성된 에어로겔 필름의 총 열전도율은 실온에서 0.015-0.020W/m·K만큼 낮을 수 있으며, 이는 비슷한 두께의 기존 폴리머 폼이나 섬유 매트와 비교할 수 없는 값입니다.
열 전달 억제에서 기공 크기 분포의 중요한 역할
에어로겔 난연 포장 필름 전체에 걸쳐 일관된 열 성능을 위해서는 좁은 기공 크기 분포를 유지하는 것이 필수적입니다. 기공의 일부가 100 nm를 초과하면 더 큰 공극 내에서 국부적인 대류가 시작되어 전반적인 유효 열 저항이 저하될 수 있습니다. 초임계 CO2 건조 또는 표면 변형을 제어하는 상압 건조를 사용하는 제조 공정은 평균 기공 크기를 40nm 미만으로 유지하면서 90~98%의 다공성을 달성합니다. 결과적인 비표면적(BET 질소 흡착으로 측정 시 일반적으로 600~1000m²/g)은 단열 효율 및 난연성 모두와 직접적인 상관관계가 있습니다. 높은 내부 표면적이 화재 노출 시 숯 형성을 촉진하고 가연성 가스를 희석시키기 때문입니다.
열 폭주 전파 시나리오의 방화벽 성능
새로운 에너지 배터리 모듈에서는 단일 셀의 열 폭주가 몇 초 내에 치명적인 팩 수준 이벤트로 이어질 수 있습니다. 에어로겔 난연 포장 필름은 배터리 관리 시스템이 보호 조치를 활성화할 수 있을 만큼 오랫동안 셀 간 열 전달을 지연시키는 방화 중간막 역할을 합니다. UL 2596 테스트 프로토콜에 따라 600°C 프로판 화염에 노출될 때 1.0mm 두께의 에어로겔 필름은 10분 이상 180°C 미만의 냉면 온도를 유지하는 반면, 실리카 매트릭스는 녹거나 떨어지지 않고 치수 안정성을 유지합니다. 이러한 성능은 실리카 고유의 불연성 및 직접적인 입자 간 접촉을 통해 대류 화염 충돌과 전도성 열 흐름을 모두 차단하는 응집력 있는 세라믹과 같은 장벽을 형성하는 필름의 능력에 기인합니다.
| 소재 | 열전도율(W/m·K) | UL 94 등급 | 일반적인 두께(mm) | 밀도(g/cm3) |
| 에어로젤 난연 포장 필름 | 0.015~0.020 | V-0 | 0.2~2.0 | 0.10~0.25 |
| 운모 시트 | 0.20~0.35 | V-0 | 0.5~3.0 | 1.8–2.5 |
| 세라믹 섬유 종이 | 0.08~0.15 | V-0 | 1.0~5.0 | 0.15~0.30 |
표면 코팅 맞춤화 및 제조 역량
광더경제개발구 서부의 17에이커 부지에 위치한 Anhui Yanhe New Material Co., Ltd.는 2012년부터 특수 라벨링 재료, 전자 산업용 기능성 테이프, 다양한 기능성 필름 재료용 접착 제품을 개발 및 제조해 왔습니다. 이 회사는 고객의 다양한 표면의 기능적 요구 사항을 기반으로 해당 표면 코팅을 적용하여 정밀하게 설계된 표면 특성을 갖춘 맞춤형 에어로젤 난연 포장 필름을 생산할 수 있습니다. 국내외 대학 및 과학연구기관과의 협업을 통해 업계 앞선 신소재 연구개발 기술과 맞춤형 제조 역량을 활용해 기능성 소재 통합 솔루션을 제공하고 있다. 이 인프라를 통해 전기 자동차 배터리 팩 및 에너지 저장 시스템에서 직면하는 특정 환경 문제를 해결하는 맞춤형 보호 코팅을 적용할 수 있습니다.
향상된 환경 내구성을 위한 기능성 코팅 옵션
기본 에어로겔 필름은 다양한 기능성 층으로 적층되거나 코팅될 수 있습니다. 얇은 불소중합체 코팅은 물 접촉각이 130°를 초과하는 소수성을 부여하여 습한 환경에서 열 성능을 저하시킬 수 있는 수분 흡착을 방지합니다. 극도의 내마모성을 요구하는 응용 분야의 경우 연필 경도를 6H 이상으로 높이는 세라믹으로 채워진 UV 경화 하드 코팅을 적용하여 셀 삽입 및 모듈 조립 중에 필름이 마모되지 않도록 보호할 수 있습니다. 금속화된 알루미늄 또는 구리 코팅은 물리적 기상 증착을 통해 선택적으로 적용되어 결합된 열 및 전자기 간섭 차폐층을 생성할 수 있으며, 필름의 경량 특성을 유지하면서 전체 두께에 10μm 미만을 추가할 수 있습니다.
모듈 조립의 기계적 무결성 및 압축 탄력성
에어로겔 난연 포장 필름의 경량 및 고강도 특성은 배터리 모듈 조립 시 매우 중요합니다. 배터리 모듈 조립에서는 체적 에너지 밀도를 최대화하기 위해 셀 간 간격을 1mm 미만으로 줄이는 경우가 많습니다. 높은 다공성에도 불구하고 부직포 매트 캐리어(일반적으로 유리 또는 PET 섬유)로 강화된 실리카 에어로겔 네트워크는 0.5~5MPa의 압축 계수를 나타내며 60°C에서 24시간 동안 50% 변형률로 압축한 후 원래 두께의 90% 이상을 복구할 수 있습니다. 이러한 압축 탄력성은 셀 케이싱의 약간의 팽창과 수축을 유도하는 수백 번의 충방전 주기 후에도 필름이 인접한 셀 사이에 긴밀한 열적, 전기적 절연을 유지하도록 보장합니다. 일반적으로 1~5 MPa 범위의 필름 인장 강도는 배터리 연결을 오염시킬 수 있는 찢어짐이나 섬유 이탈 없이 롤투롤 변환 및 자동화된 픽 앤 플레이스 조립에 충분한 핸들링 견고성을 제공합니다.
배터리 화학 및 전해질 시스템과의 호환성
배터리 팩 내부의 화학적 환경은 많은 유기 기반 절연 재료가 충족하지 못하는 장기적인 호환성 요구 사항을 제시합니다. 에어로젤 난연제 포장 필름은 산화 분위기에서 최대 600°C, 불활성 조건에서 최대 1000°C까지 높은 온도 저항성을 나타내며, 실리카 화학은 본질적으로 LiPF₆ 전해질 분해로 형성될 수 있는 불화수소산에 대한 저항성을 갖습니다. 필름을 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 및 1M LiPF₆의 혼합물에 85°C에서 500시간 동안 담그는 가속 노화 테스트에서는 질량 손실이 미미하고 열전도도 저하가 감지되지 않는 것으로 나타났습니다. 화학적 부식 방지 특성은 일반적으로 사용되는 냉각액, 유전체 오일 및 세척 용제까지 확장되어 전기 자동차 배터리 또는 고정식 에너지 저장 장치의 서비스 수명 전반에 걸쳐 필름의 안정성과 내구성을 보장합니다.
- 실리카 에어로겔은 폴리올레핀 폼을 부서지게 만드는 산화 분해 메커니즘에 영향을 받지 않으며 수천 번의 열 사이클 동안 기계적 유연성을 유지합니다.
- 이 필름에는 할로겐화 난연제가 포함되어 있지 않아 전기 아크나 지속적인 가열에 노출될 때 부식성 부산물이 생성될 위험이 없습니다.
- 에어로겔 매트릭스에 통합된 금속 산화물 불투명제는 산 제거제 역할을 하여 분해된 전해질에서 필름에 침투할 수 있는 미량 산성 종을 중화합니다.
- 맞춤형 에어로젤 난연 포장 필름은 전체 경량 프로필을 손상시키지 않으면서 가스 차단막과 추가 화염 차단막 역할을 하는 얇은 알루미늄 호일 층으로 구성될 수 있습니다.
열 관리 시스템과의 통합 전략
전기 자동차 배터리 팩에서 에어로젤 난연성 포장 필름은 독립형 솔루션으로 사용되는 경우가 거의 없습니다. 대신 액체 냉각판, 상변화 물질 및 공냉식 채널을 보완합니다. 일반적인 디자인은 에어로겔 필름을 개별 프리즘형 셀 주위를 감싸거나 셀 열 사이의 층간 분리기로 배치하여 열을 냉각 인터페이스로 향하게 하는 동시에 측면 화염 전파를 방지합니다. 필름의 압축성 특성으로 인해 에어로겔 층이 열 혼선을 차단하는 동안 냉각 시스템에 열을 전달하는 갭필 열 패드와 결합할 수 있습니다. 제조업체는 버스바 연결 및 환기 기능을 수용하는 정밀한 컷아웃 및 슬릿이 있는 다이컷 패턴을 지정하여 자동화된 조립 라인에 원활하게 통합할 수 있습니다. 이러한 맞춤형 변환 롤을 전문 변환 시설에서 직접 공급할 수 있으므로 팩 설계자는 원시 시트 재고가 아닌 바로 설치 가능한 구성 요소를 받을 수 있으므로 현장 처리 및 품질 위험이 줄어듭니다.
