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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022078184
(43)【公開日】2022-05-24
(54)【発明の名称】組電池用熱伝達抑制シートおよび組電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/658 20140101AFI20220517BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20220517BHJP
H01M 10/651 20140101ALI20220517BHJP
H01M 10/6555 20140101ALI20220517BHJP
【ＦＩ】
H01M10/658
H01M10/625
H01M10/651
H01M10/6555
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022032036
(22)【出願日】2022-03-02
(62)【分割の表示】P 2018097970の分割
【原出願日】2018-05-22
(71)【出願人】
【識別番号】000000158
【氏名又は名称】イビデン株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000153591
【氏名又は名称】株式会社巴川製紙所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 直己
(72)【発明者】
【氏名】安藤 寿
(72)【発明者】
【氏名】畑中 清成
(72)【発明者】
【氏名】森永 栄徳
(57)【要約】
【課題】複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池を構成するに当たり、異常時における電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、通常使用時における電池セルを効果的に冷却することのできる、組電池用熱伝達抑制シートを提供する。
【解決手段】複数の電池セルが熱伝達抑制シート１０を介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる熱伝達抑制シート１０であって、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層２０を有するとともに、無機粒子が、無機繊維が絡み合った構造に包摂されており、熱伝達抑制層２０は、該熱伝達抑制層２０における面内方向の端面２６、２８まで連通する溝部２２を有しており、溝部２２の表面が凹凸形状２４を有することを特徴とする組電池用熱伝達抑制シート１０。
【選択図】図１
【解決手段】複数の電池セルが熱伝達抑制シート１０を介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる熱伝達抑制シート１０であって、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層２０を有するとともに、無機粒子が、無機繊維が絡み合った構造に包摂されており、熱伝達抑制層２０は、該熱伝達抑制層２０における面内方向の端面２６、２８まで連通する溝部２２を有しており、溝部２２の表面が凹凸形状２４を有することを特徴とする組電池用熱伝達抑制シート１０。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セルが熱伝達抑制シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる熱伝達抑制シートであって、
無機粒子及び無機繊維を含有する熱伝達抑制層を有するとともに、
前記無機粒子が、前記無機繊維が絡み合った構造に包摂されており、
前記熱伝達抑制層は、該熱伝達抑制層における面内方向の端面まで連通する溝部を有しており、
前記溝部の表面が凹凸形状を有することを特徴とする組電池用熱伝達抑制シート。
無機粒子及び無機繊維を含有する熱伝達抑制層を有するとともに、
前記無機粒子が、前記無機繊維が絡み合った構造に包摂されており、
前記熱伝達抑制層は、該熱伝達抑制層における面内方向の端面まで連通する溝部を有しており、
前記溝部の表面が凹凸形状を有することを特徴とする組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項2】
前記熱伝達抑制層の一部または全部が緻密化されている、請求項１に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項3】
前記無機粒子を包摂した部分における前記無機繊維の構造が緻密化されている、請求項１または２に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項4】
前記溝部は、一の前記端面と他の前記端面を連通する、請求項１～３のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項5】
前記熱伝達抑制層は、平面視における外形形状が四角形であり、
前記溝部は、４つの前記端面のうち、隣接する２つの前記端面を連通する、請求項１～４のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
前記溝部は、４つの前記端面のうち、隣接する２つの前記端面を連通する、請求項１～４のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項6】
前記無機粒子は、加熱により水分を放出する材料から構成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項7】
前記加熱により水分を放出する材料は、熱分解開始温度が２００℃以上の無機水和物、及び／または、１５０℃以下の温度で脱水可能な脱水剤である、請求項６に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項8】
前記水分を放出する材料は、前記無機水和物を必須として含有し、
前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウムおよび水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも１つである、請求項７に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウムおよび水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも１つである、請求項７に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項9】
前記水分を放出する材料は、前記脱水剤を必須として含有し、
前記脱水剤は、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物および金属水和塩からなる群のうち少なくとも１つである、請求項７に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
前記脱水剤は、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物および金属水和塩からなる群のうち少なくとも１つである、請求項７に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項10】
前記無機繊維は、シリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維およびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つである、請求項１～９のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項11】
前記無機粒子は、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２からなる群のうち少なくとも１つである、請求項１～１０のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項12】
前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子及び／または前記無機繊維を含有する断熱層と、該断熱層の両面に形成され、前記加熱により水分を放出する材料を含有する吸熱層を有する、請求項６～９のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項13】
前記複数の電池セルが、請求項１～１２のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、電気自動車またはハイブリッド車などを駆動する電動モータの電源となる組電池に好適に用いられる組電池用熱伝達抑制シートに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境保護の観点から電動モータで駆動する電気自動車またはハイブリッド車などの開発が盛んに進められている。この電気自動車またはハイブリッド車などには、駆動用電動モータの電源となるための、複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池が搭載されている。
【0003】
この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池などに比べて、高容量かつ高出力が可能なリチウムイオン二次電池が主に用いられているが、電池の内部短絡や過充電などが原因で１つの電池セルに熱暴走が生じた場合（すなわち、異常時）、隣接する他の電池セルへ熱の伝播が起こることで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。
【0004】
上記のような熱暴走の伝播を抑制するための技術として、特許文献１には、１以上の蓄電素子のうちの１つである第一蓄電素子の側方に配置された第一板材および第二板材であって、互いの面が対向するように配置された第一板材および第二板材を備え、第一板材と第二板材との間には、第一板材および第二板材よりも熱伝導率の低い物質の層である低熱伝導層（例えば、空気層）が形成された蓄電装置により、蓄電素子と他の物体との間の効果的な断熱を実現することができる旨が開示されている。
【0005】
また、熱暴走の伝播を抑制するための他の技術として、特許文献２には、断熱緩衝部材が、積み重ねられた電池セルの間に配置されることで、複数個の電池セルのうち１つの電池セルに熱的な異常が発生した場合においても、電池セル間では熱的に絶縁を図ることができ、他の電池セルに熱的な異常が連鎖するという現象を抑制することができる旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１５－２１１０１３号公報
【特許文献2】特開２００９－１６３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
一方、組電池化した電池セルに対し充放電サイクルを行う場合（すなわち、通常使用時）において、電池セルの充放電性能を十分に発揮させるためには、電池セル表面の温度を所定値以下（例えば、１５０℃以下）に維持する必要がある。
【0008】
しかしながら、特許文献１においては、熱暴走時の熱の伝播抑制のため、複数の電池セル間に単に断熱層を設けるものであるため、通常使用時に発熱する電池セルを効果的に冷却することができなかった。
また、特許文献２においては、断熱緩衝部材の表面に凹凸を形成することで、電池セル間においては断熱が図れるとともに、電池セルの積層時にはこの溝により通風効果を図ることができるとあるものの、断熱緩衝部材はポリカーボネート樹脂製またはポリプロピレン樹脂製のシートからなるため、このシートに溝を設けた場合、後述するように、通常使用時に発熱する電池セルを冷却するには十分であるとは言えなかった。
また、特許文献２においては、断熱緩衝部材の表面に凹凸を形成することで、電池セル間においては断熱が図れるとともに、電池セルの積層時にはこの溝により通風効果を図ることができるとあるものの、断熱緩衝部材はポリカーボネート樹脂製またはポリプロピレン樹脂製のシートからなるため、このシートに溝を設けた場合、後述するように、通常使用時に発熱する電池セルを冷却するには十分であるとは言えなかった。
【0009】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであり、複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池を構成するに当たり、異常時における電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、通常使用時における電池セルを効果的に冷却することのできる、組電池用熱伝達抑制シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る組電池用熱伝達抑制シートの要旨は、下記（１）のとおりである。
（１）複数の電池セルが熱伝達抑制シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる熱伝達抑制シートであって、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層を有するとともに、前記熱伝達抑制層は、該熱伝達抑制層における面内方向の端面まで連通する溝部を有しており、前記溝部の表面が凹凸形状を有することを特徴とする組電池用熱伝達抑制シート。
（１）複数の電池セルが熱伝達抑制シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる熱伝達抑制シートであって、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層を有するとともに、前記熱伝達抑制層は、該熱伝達抑制層における面内方向の端面まで連通する溝部を有しており、前記溝部の表面が凹凸形状を有することを特徴とする組電池用熱伝達抑制シート。
【0011】
上記組電池用熱伝達抑制シートにおける好ましい実施形態は、下記（２）及び（３）のとおりである。
（２）前記溝部は、一の前記端面と他の前記端面を連通する、（１）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（３）前記熱伝達抑制層は、平面視における外形形状が四角形であり、前記溝部は、４つの前記端面のうち、隣接する２つの前記端面を連通する、（１）または（２）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（２）前記溝部は、一の前記端面と他の前記端面を連通する、（１）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（３）前記熱伝達抑制層は、平面視における外形形状が四角形であり、前記溝部は、４つの前記端面のうち、隣接する２つの前記端面を連通する、（１）または（２）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【0012】
上記組電池用熱伝達抑制シートにおける好ましい実施形態は、下記（４）～（７）のとおりである。
（４）前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子を必須として含有し、前記無機粒子は、加熱により水分を放出する材料から構成される、（１）～（３）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（５）前記加熱により水分を放出する材料は、熱分解開始温度が２００℃以上の無機水和物、及び／または、１５０℃以下の温度で脱水可能な脱水剤である、（４）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（６）前記水分を放出する材料は、前記無機水和物を必須として含有し、前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウムおよび水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも１つである、（５）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（７）前記水分を放出する材料は、前記脱水剤を必須として含有し、前記脱水剤は、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物および金属水和塩からなる群のうち少なくとも１つである、（５）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（４）前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子を必須として含有し、前記無機粒子は、加熱により水分を放出する材料から構成される、（１）～（３）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（５）前記加熱により水分を放出する材料は、熱分解開始温度が２００℃以上の無機水和物、及び／または、１５０℃以下の温度で脱水可能な脱水剤である、（４）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（６）前記水分を放出する材料は、前記無機水和物を必須として含有し、前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウムおよび水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも１つである、（５）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（７）前記水分を放出する材料は、前記脱水剤を必須として含有し、前記脱水剤は、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物および金属水和塩からなる群のうち少なくとも１つである、（５）に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【0013】
上記組電池用熱伝達抑制シートにおける好ましい実施形態は、下記（８）及び（９）のとおりである。
（８）前記熱伝達抑制層は、前記無機繊維を必須として含有し、前記無機繊維は、シリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維およびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つである、（１）～（７）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（９）前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子を必須として含有し、前記無機粒子は、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２からなる群のうち少なくとも１つである、（１）～（８）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（８）前記熱伝達抑制層は、前記無機繊維を必須として含有し、前記無機繊維は、シリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維およびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つである、（１）～（７）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（９）前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子を必須として含有し、前記無機粒子は、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２からなる群のうち少なくとも１つである、（１）～（８）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【0014】
上記組電池用熱伝達抑制シートにおける好ましい実施形態は、下記（１０）のとおりである。
（１０）前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子及び／または前記無機繊維を含有する断熱層と、該断熱層の両面に形成され、前記加熱により水分を放出する材料を含有する吸熱層を有する、（４）～（７）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
（１０）前記熱伝達抑制層は、前記無機粒子及び／または前記無機繊維を含有する断熱層と、該断熱層の両面に形成され、前記加熱により水分を放出する材料を含有する吸熱層を有する、（４）～（７）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【0015】
また、本発明の一態様に係る組電池の要旨は、下記（１１）のとおりである。
（１１）前記複数の電池セルが、（１）～（１０）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池。
（１１）前記複数の電池セルが、（１）～（１０）のいずれか１項に記載の組電池用熱伝達抑制シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係る組電池用熱伝達抑制シートによれば、複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池を構成するに当たり、異常時における電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、通常使用時における電池セルを効果的に冷却することのできる、組電池用熱伝達抑制シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明者らは、高温の熱が発生する異常時における電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、比較的低温の熱が発生する通常使用時における電池セルを冷却することのできる、組電池用熱伝達抑制シートを提供するため、鋭意検討を行ってきた。
【0019】
その結果、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層を有するとともに、熱伝達抑制層は、熱伝達抑制層における面内方向の端面まで連通する溝部を有しており、かつ、溝部の表面が凹凸形状を有する熱伝達抑制シートを、電池セル間に介在させることにより、上記課題を解決できることを見出した。
【0020】
すなわち、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層を有することにより、ある電池セルに熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セルへの熱の伝播を効果的に抑制することができる。
【0021】
その一方で、熱伝達抑制層は、熱伝達抑制層における面内方向の端面まで連通する溝部を有しており、上記溝部と隣接する電池セルの間に形成される空間によって、積層された電池セル間に滞留する熱（すなわち、熱伝達抑制層内に滞留する熱）が外へ逃げやすくなるため、通常使用時における電池セルを冷却することができる。
【0022】
更に、本発明においては、溝部の表面が凹凸形状を有することにより、溝部の表面が凹凸形状を有しない場合に比べて溝部の表面積が増大するため、熱伝達抑制層内に滞留する熱が更に外へ逃げやすくなる。その結果、特許文献２に示すような、表面に凹凸形状を有しない溝部が形成された断熱シートに比べ、通常使用時における電池セルをより効果的に冷却することができる。
【0023】
なお、通常使用時における電池セルの冷却を行うために、発生した熱を外部に逃がすための空間を電池セル間に設けたり、また、異常時における電池セル間の熱の伝播を抑制するための空間を電池セル間に設けたりするものではないため、電池セル間の距離を極端に大きく取る必要がない。このため、熱伝達抑制シート全体の厚さを薄くすること（例えば、５ｍｍ以下）も可能となり、結果として、組電池の安全性や電池セルの十分な充放電性能を確保しつつ、組電池の体積エネルギー密度の向上を図ることも可能となる。
【0024】
以下、本発明の実施形態（本実施形態）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下において「～」とは、その下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。
【0025】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートについて説明する。第１の実施形態は、熱伝達抑制シートが単層の場合である。
まず、本発明の第１の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートについて説明する。第１の実施形態は、熱伝達抑制シートが単層の場合である。
【0026】
＜熱伝達抑制シートの基本構成＞
図１は、第１の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート１０の構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層２０を有している。また、熱伝達抑制層２０は、熱伝達抑制層２０の面内方向の端面２６、２８まで連通する溝部２２を有している。なお、本実施形態においては、溝部２２は、図１に示すように、格子状に形成された複数の溝を有する。
更に、図１における溝部２２の拡大図に示すように、溝部２２の表面は、微細な凹凸形状２４を有している。
図１は、第１の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート１０の構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、無機粒子及び／または無機繊維を含有する熱伝達抑制層２０を有している。また、熱伝達抑制層２０は、熱伝達抑制層２０の面内方向の端面２６、２８まで連通する溝部２２を有している。なお、本実施形態においては、溝部２２は、図１に示すように、格子状に形成された複数の溝を有する。
更に、図１における溝部２２の拡大図に示すように、溝部２２の表面は、微細な凹凸形状２４を有している。
【0027】
熱伝達抑制シート１０を構成する熱伝達抑制層２０は、無機粒子および無機繊維のうち少なくとも一方を含有するため、後述するように、吸熱層または断熱層の役割を担う。そして、複数の電池セル５０が積層されて構成される組電池１００において、熱伝達抑制シート１０が電池セル５０間に配置されることで、ある電池セル５０に熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セル５０への熱の伝播を効果的に抑制することができる。
【0028】
また、熱伝達抑制層２０は、熱伝達抑制層２０の面内方向の端面２６、２８まで連通する溝部２２を有するため、溝部２２と隣接する電池セル５０の間に形成される空間によって、積層された電池セル５０間に滞留する熱（すなわち、熱伝達抑制層内に滞留する熱）が外へ逃げやすくなるため、通常使用時における電池セル５０を冷却することができる。
【0029】
なお、溝部２２は、一の端面２６と他の端面２８を連通することが好ましい。溝部２２が、少なくとも２つの端面２６、２８と連通することで、溝部２２の一端と他端の両方が端面２６、２８に面することとなるため、熱伝達抑制層２０に滞留する熱が外へ逃げやすくなる。ただし、溝部２２の少なくとも一端が端面２６、２８に面していれば、熱を外へ逃がすことは可能なため、溝部２２の少なくとも一端が端面２６、２８まで連通していれば良い。
【0030】
また、図１に示すように、熱伝達抑制層２０は、平面視における外形形状が四角形であり、かつ、溝部２２は、４つの端面のうち、隣接する２つの端面２６、２８を連通することが好ましい。上記構成を有することにより、熱伝達抑制層２０に滞留する熱は、端面２６に垂直な方向と、端面２８に垂直な方向へ逃げることができるため、一方向のみに熱を逃がす場合と比べて、より効果的に熱を外へ逃がすことができる。
なお、外形形状である四角形は、正方形、長方形、台形などの種々の四角形を含めることができる。また、四角形の角部はＲ形状を有するものであっても良い。
なお、外形形状である四角形は、正方形、長方形、台形などの種々の四角形を含めることができる。また、四角形の角部はＲ形状を有するものであっても良い。
【0031】
更に、本実施形態においては、溝部２２の表面が凹凸形状２４を有することにより、溝部２２の表面が凹凸形状２４を有しない場合に比べて溝部２２の表面積が増大するため、熱伝達抑制層２０内に滞留する熱が更に外へ逃げやすくなる。このため、表面に凹凸形状２４を有しない溝部２２が形成された断熱シートに比べ、通常使用時における電池セル５０をより効果的に冷却することができる。
【0032】
続いて、溝部２２の表面に有する凹凸形状２４について詳細に説明する。図２は、図１における溝部２２の凹凸形状２４を拡大した図である。図２に示すように、溝部２２の表面が凹凸形状２４を有することは、熱伝達抑制層２０が多数の無機粒子（あるいは無機繊維）３０から構成され、熱伝達抑制層２０の表面が凹凸形状２４を形成することに起因する。
【0033】
後述するように、数μｍレベルの多数の無機粒子３０から形成される熱伝達抑制層２０は、ポリカーボネートやポリプロピレンなどの樹脂からなる断熱シートに比べると、その表面は、数μｍサイズのピッチ及び深さを有する多数の凹凸形状２４を有している。このため、熱伝達抑制層２０に、後述する所定の溝形成手段により溝部２２を形成した場合、溝部２２の表面においても多数の無機粒子３０が露出することとなる。その結果、溝部２２の表面は、無機粒子３０から構成される微細な凹凸形状２４を有することとなる。
【0034】
ここで、凹凸のピッチ及び深さの下限はそれぞれ０．５μｍであり、好ましくは１．０μｍ以上である。また、凹凸のピッチ及び深さの上限はそれぞれ１００μｍであり、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは６０μｍ以下、更に好ましくは４０μｍ以下である。
凹凸のピッチ又は深さが０．５μｍ未満であると、熱伝達抑制層２０中に生じる空隙が小さくなり過ぎて、対流が起きにくくなることで、熱と接触しづらくなるため、熱伝達抑制層２０内に滞留する熱を効果的に外へ逃がすことができないおそれがある。一方、凹凸のピッチ又は深さが１００μｍを超えると、無機粒子３０の平均粒径が大きすぎて、無機粒子３０の比表面積が低下するため、熱伝達抑制層２０内に滞留する熱を効果的に外へ逃がすことができないおそれがある。
なお、凹凸のピッチとは、隣接する凹部同士または凸部同士の中心間距離をいい、凹凸の深さとは、凹部の底部と凸部の頂部との間の距離をいう。
凹凸のピッチ又は深さが０．５μｍ未満であると、熱伝達抑制層２０中に生じる空隙が小さくなり過ぎて、対流が起きにくくなることで、熱と接触しづらくなるため、熱伝達抑制層２０内に滞留する熱を効果的に外へ逃がすことができないおそれがある。一方、凹凸のピッチ又は深さが１００μｍを超えると、無機粒子３０の平均粒径が大きすぎて、無機粒子３０の比表面積が低下するため、熱伝達抑制層２０内に滞留する熱を効果的に外へ逃がすことができないおそれがある。
なお、凹凸のピッチとは、隣接する凹部同士または凸部同士の中心間距離をいい、凹凸の深さとは、凹部の底部と凸部の頂部との間の距離をいう。
【0035】
ところで、図１においては、熱伝達抑制層２０を平面視した場合の溝部２２の形状として、格子状のものを示しているが、溝部２２の形状はこれに限定されない。例えば、図３Ａに示すような角部がＲ加工された格子状の溝部２２や、図３Ｂに示すようなラビリンス構造の溝部２２や、図３Ｃに示すような平面円形状のエンボス構造の溝部２２や、図３Ｄに示すようなハニカム構造の溝部２２や、図３Ｅに示すような四角すい凸形状の溝部２２や、図３Ｆに示すような四角すい凹形状の溝部２２や、図３Ｇに示すような波形形状の溝部２２など、さまざまな形状の溝部２２を採用することができる。
【0036】
また、溝部２２の数については特に制限されないが、溝部２２の数が多くなるにつれ、通常使用時における電池セル５０からの熱の放出効果が高まる一方で、熱伝達抑制層２０における溝部２２以外の部分の割合が減り、電池セル５０間の熱伝達を抑制する機能が低下するおそれがある。よって、通常使用時の冷却と、異常時の熱伝達抑制とのバランスを鑑みて、溝部２２の数を決定することが好ましい。
【0037】
なお、この熱伝達抑制シート１０の具体的な使用形態としては、図４に示すように、複数の電池セル５０が、熱伝達抑制シート１０を介して配置され、複数の電池セル５０同士が直列または並列に接続された状態（接続された状態は図示を省略）で、電池ケース６０に格納されて組電池１００が構成される。なお、電池セル５０は、例えば、リチウムイオン二次電池が好適に用いられるが、特にこれに限定されず、その他の二次電池にも適用され得る。
【0038】
＜熱伝達抑制シートの詳細＞
次に、組電池用熱伝達抑制シート１０における各構成要素につき詳細に説明する。
組電池用熱伝達抑制シート１０を構成する熱伝達抑制層２０は、無機粒子及び／又は無機繊維を含有する。無機粒子および無機繊維は、いずれか一方のみを含有するものであっても良く、両方を含有するものであっても良い。
次に、組電池用熱伝達抑制シート１０における各構成要素につき詳細に説明する。
組電池用熱伝達抑制シート１０を構成する熱伝達抑制層２０は、無機粒子及び／又は無機繊維を含有する。無機粒子および無機繊維は、いずれか一方のみを含有するものであっても良く、両方を含有するものであっても良い。
【0039】
［熱伝達抑制層が吸熱層の役割を果たす場合］
無機粒子３０は、加熱により水分を放出する材料から構成されることが好ましい。熱伝達抑制層２０が、加熱により水分を放出する材料を含有することで、吸熱層としての役割を担うことができる。熱伝達抑制層２０が吸熱層の役割を果たす場合、電池セル５０の異常時において、ある電池セル５０で発生した熱により熱伝達抑制層２０が加熱されると、熱伝達抑制層２０はその熱を吸収しつつ、水分を放出する。この吸熱作用により、電池セル５０の発熱量を低減することができる。よって、ある電池セル５０に熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セル５０への熱の伝播を効果的に抑制することができる。
無機粒子３０は、加熱により水分を放出する材料から構成されることが好ましい。熱伝達抑制層２０が、加熱により水分を放出する材料を含有することで、吸熱層としての役割を担うことができる。熱伝達抑制層２０が吸熱層の役割を果たす場合、電池セル５０の異常時において、ある電池セル５０で発生した熱により熱伝達抑制層２０が加熱されると、熱伝達抑制層２０はその熱を吸収しつつ、水分を放出する。この吸熱作用により、電池セル５０の発熱量を低減することができる。よって、ある電池セル５０に熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セル５０への熱の伝播を効果的に抑制することができる。
【0040】
なお、熱伝達抑制層２０が吸熱層としての役割を果たす場合には、熱伝達抑制層２０が溝部２２を有しており、かつ、溝部２２の表面が凹凸形状２４を有することにより、熱の吸熱時において吸熱層４４から水分を放出できる面積を多く確保することができるため、吸熱層４４としての機能をより一層発揮すること、すなわち、吸熱反応の反応速度を向上させることができる。
すなわち、上述したような通常使用時における電池セル５０の冷却効果の向上に加え、異常時における電池セル５０間の熱伝達抑制の効果も向上させることができる。
すなわち、上述したような通常使用時における電池セル５０の冷却効果の向上に加え、異常時における電池セル５０間の熱伝達抑制の効果も向上させることができる。
【0041】
ここで、凹凸のピッチ又は深さが０．５μｍ未満であると、熱伝達抑制層２０中に生じる空隙が小さくなり過ぎて、対流が起きにくくなることで、熱と接触しづらくなるため、吸熱反応の反応速度が低下するおそれがある。一方、凹凸のピッチ又は深さが１００μｍを超えると、無機粒子３０の平均粒径が大きすぎて、無機粒子３０の比表面積が低下するため、吸熱反応の反応速度が低下するおそれがある。
【0042】
上記効果を得るための具体的な材料としては、比較的高温で水分を放出することのできる無機水和物であることが好ましく、より具体的には、熱分解開始温度が２００℃以上の無機水和物であることが好ましい。異常時における電池セルの温度範囲は、一般的に２００℃以上であるため、熱分解開始温度が２００℃以上の無機水和物を用いることで、異常時に効果的に水分を放出し、熱を吸収することができる。
【0043】
上記無機水和物として、例えば、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）２）、水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）、水酸化マンガン（Ｍｎ（ＯＨ）２）、水酸化ジルコニウム（Ｚｒ（ＯＨ）２）、水酸化ガリウム（Ｇａ（ＯＨ）３）などが挙げられる。
これらの無機水和物は、単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの無機水和物は、単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
【0044】
なお、水酸化アルミニウムの熱分解開始温度は約２００℃であり、水酸化マグネシウムの熱分解開始温度は約３３０℃であり、水酸化カルシウムの熱分解開始温度は約５８０℃であり、水酸化亜鉛の熱分解開始温度は約２００℃であり、水酸化鉄の熱分解開始温度は約３５０℃であり、水酸化マンガンの熱分解開始温度は約３００℃であり、水酸化ジルコニウムの熱分解開始温度は約３００℃であり、水酸化ガリウムの熱分解開始温度は約３００℃である。
このような熱分解開始温度が異なる２種以上の無機水和物を併用すれば、温度上昇した電池セル５０を広い温度領域で冷却することができ、熱暴走時における電池セル５０間の熱の伝播を効果的に抑制することが可能となるため、好ましい。
このような熱分解開始温度が異なる２種以上の無機水和物を併用すれば、温度上昇した電池セル５０を広い温度領域で冷却することができ、熱暴走時における電池セル５０間の熱の伝播を効果的に抑制することが可能となるため、好ましい。
【0045】
例えば水酸化アルミニウムの場合、水酸化アルミニウム中には約３５％の結晶水を有しており、下記式に示すように、熱分解時に結晶水を放出することで、消炎機能（吸熱反応）を発揮することができる。
２Ａｌ（ＯＨ）３→Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２Ｏ
この機能により、電池セル５０で発生した高温の熱を吸収することができ、電池セル５０の発熱量を低減することができる。
２Ａｌ（ＯＨ）３→Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２Ｏ
この機能により、電池セル５０で発生した高温の熱を吸収することができ、電池セル５０の発熱量を低減することができる。
【0046】
例えば水酸化アルミニウムのような、熱分解温度が２００℃以上である無機水和物は、電池セル５０の熱暴走が生じた場合の、電池セル５０表面の上昇温度と温度範囲が大きく重複している。このため、異常時における電池セル５０の温度上昇に伴い、熱分解により脱水反応（吸熱反応）を生ずることで、効果的に電池セル５０間の熱の伝播を抑制することができる。
【0047】
特に、水酸化アルミニウムの場合には、上記無機水和物の中で熱分解開始温度が低め（熱分解開始温度：約２００℃）であるため、異常時の初期段階（比較的低めの温度）から、電池セル５０の冷却を行うことができるため、好ましい。
【0048】
無機水和物の配合量としては、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計質量に対して、好ましい上限が９０質量％であり、より好ましい上限は６５質量％である。この配合量が９０質量％を超えると、熱伝達抑制シート１０としての十分な強度を保つことができないおそれがある。
【0049】
また、加熱により水分を放出する材料として、１５０℃以下の温度で脱水可能な脱水剤を用いることも好ましい。
通常使用時における電池セル５０の温度範囲である、常温（２０℃程度）から最大１５０℃程度までの温度範囲内で脱水可能な脱水剤を有することで、通常使用時に電池セル５０の温度が比較的低温で上昇した場合に、脱水剤が水分を放出するため、通常使用時における電池セル５０を効果的に冷却することができる。
通常使用時における電池セル５０の温度範囲である、常温（２０℃程度）から最大１５０℃程度までの温度範囲内で脱水可能な脱水剤を有することで、通常使用時に電池セル５０の温度が比較的低温で上昇した場合に、脱水剤が水分を放出するため、通常使用時における電池セル５０を効果的に冷却することができる。
【0050】
上記効果を得るための具体的な材料としては、例えば、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂などのような水分吸着剤、あるいは、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物、金属水和塩などが挙げられる。これらの脱水剤は、単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
【0051】
ここで、硫酸塩水和物としては、例えば、硫酸アンモニウムアルミニウム１２水和物、硫酸ナトリウムアルミニウム１２水和物、硫酸アルミニウム２７水和物、硫酸アルミニウム１８水和物、硫酸アルミニウム１６水和物、硫酸アルミニウム１０水和物、硫酸アルミニウム６水和物、硫酸カリウムアルミニウム１２水和物、硫酸鉄７水和物、硫酸鉄９水和物、硫酸カリウム鉄１２水和物、硫酸マグネシウム７水和物、硫酸ナトリウム１０水和物、硫酸ニッケル６水和物、硫酸亜鉛７水和物、硫酸ベリリウム４水和物、硫酸ジルコニウム４水和物等が挙げられる。
亜硫酸塩水和物としては、例えば、亜硫酸亜鉛２水和物、亜硫酸ナトリウム７水和物等が挙げられる。
リン酸塩水和物としては、例えば、リン酸アルミニウム２水和物、リン酸コバルト８水和物、リン酸マグネシウム８水和物、リン酸マグネシウムアンモニウム６水和物、リン酸水素マグネシウム３水和物、リン酸水素マグネシウム７水和物、リン酸亜鉛４水和物、リン酸二水素亜鉛２水和物等が挙げられる。
亜硫酸塩水和物としては、例えば、亜硫酸亜鉛２水和物、亜硫酸ナトリウム７水和物等が挙げられる。
リン酸塩水和物としては、例えば、リン酸アルミニウム２水和物、リン酸コバルト８水和物、リン酸マグネシウム８水和物、リン酸マグネシウムアンモニウム６水和物、リン酸水素マグネシウム３水和物、リン酸水素マグネシウム７水和物、リン酸亜鉛４水和物、リン酸二水素亜鉛２水和物等が挙げられる。
【0052】
硝酸塩水和物としては、例えば、硝酸アルミニウム９水和物、硝酸亜鉛６水和物、硝酸カルシウム４水和物、硝酸コバルト６水和物、硝酸ビスマス５水和物、硝酸ジルコニウム５水和物、硝酸セリウム６水和物、硝酸鉄６水和物、硝酸鉄９水和物、硝酸ニッケル６水和物、硝酸マグネシウム６水和物等が挙げられる。
酢酸塩水和物としては、例えば、酢酸亜鉛２水和物、酢酸コバルト４水和物等が挙げられる。
金属水和塩としては、例えば、塩化コバルト６水和物、塩化鉄４水和物等の塩化物塩、ホウ砂（四ホウ酸ナトリウム５水和物、四ホウ酸ナトリウム１０水和物）、八ホウ酸二ナトリウム四水物、ホウ酸亜鉛３．５水和物等のホウ酸塩等が挙げられる。
酢酸塩水和物としては、例えば、酢酸亜鉛２水和物、酢酸コバルト４水和物等が挙げられる。
金属水和塩としては、例えば、塩化コバルト６水和物、塩化鉄４水和物等の塩化物塩、ホウ砂（四ホウ酸ナトリウム５水和物、四ホウ酸ナトリウム１０水和物）、八ホウ酸二ナトリウム四水物、ホウ酸亜鉛３．５水和物等のホウ酸塩等が挙げられる。
【0053】
なお、例えば、１５０℃以下の温度範囲内における高温側（７５℃～１５０℃）での水分吸着量が大きいゼオライトと、上記高温側での水分吸着量が小さいシリカゲルを併用すれば、温度上昇した電池セル５０を広い温度領域で冷却することが可能となるため、好ましい。
【0054】
脱水剤のうち、より多くの水分を放出することができ、かつ、脱水温度範囲が広いという特性を有する観点から、特にゼオライトを用いることが好ましい。ゼオライトとしては、特に種類に限定されるものではなく、例えば、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡおよびゼオライトＬ等が挙げられる。
【0055】
ゼオライトは、３次元網目構造を有するアルミノケイ酸塩である。水分を吸着するゼオライトは安定的に存在するため、通常、常温条件下で３次元網目構造の隙間に水分などを吸着している。しかし、ある温度以上の熱が与えられることにより、ゼオライトに吸着されていた水分がゼオライトから脱着する。
しかし、水分を吸着していないゼオライトは不安定であるため、脱水したゼオライトは高い吸着作用を有するため、温度が低下した後は再び水分を吸着する。
しかし、水分を吸着していないゼオライトは不安定であるため、脱水したゼオライトは高い吸着作用を有するため、温度が低下した後は再び水分を吸着する。
【0056】
例えばゼオライトのように、１５０℃以下の温度で脱水可能な脱水剤は、充放電サイクルを行う場合の電池セル５０表面の上昇温度と温度範囲が大きく重複しているため、通常使用時における電池セル５０の温度上昇に伴い、水分を放出することで効果的に電池セル５０を冷却することができる。
【0057】
また、特にゼオライトの場合には、電池セル５０が冷却され、熱伝達抑制層２０内の脱水剤の温度が低下した後は、熱伝達抑制層２０周囲の水分を再び吸着することとなるため、繰り返し行われる充放電サイクルに対して何度でも再利用することができる。
【0058】
脱水剤の配合量としては、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計質量に対して、好ましい上限が９０質量％であり、より好ましい上限は６５質量％である。
これに対し、脱水剤の配合量の好ましい下限は１０質量％であり、より好ましい下限は３５質量％である。この配合量が１０質量％未満では、十分な脱水効果が得られないおそれがある。また、この配合量が９０質量％を超えると、熱伝達抑制シート１０としての十分な強度を保つことができないおそれがある。
これに対し、脱水剤の配合量の好ましい下限は１０質量％であり、より好ましい下限は３５質量％である。この配合量が１０質量％未満では、十分な脱水効果が得られないおそれがある。また、この配合量が９０質量％を超えると、熱伝達抑制シート１０としての十分な強度を保つことができないおそれがある。
【0059】
なお、上記で説明した、熱分解開始温度が２００℃以上の無機水和物と、１５０℃以下の温度で脱水可能な脱水剤は、それぞれ単独で用いても良いが、これらを併用することが好ましい。これらを併用することにより、熱伝達抑制層２０に凹凸形状２４を表面に有する溝部２２を形成して、異常時の熱伝達抑制と、通常使用時の冷却を両立する効果をより一層発揮することができる。すなわち、溝部２２を有する熱伝達抑制層２０における構造面からの上記課題の両立に加え、異常時と通常使用時にそれぞれ吸熱作用を発揮する材料を併用することによる、材料面からの上記課題の両立も図ることが可能となる。
【0060】
なお、熱伝達抑制層２０は、成形時の強度向上を目的として、無機繊維やパルプ繊維を含んでいてもよい。
【0061】
無機繊維としては、例えば、シリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維、ガラス繊維、ジルコニア繊維およびチタン酸カリウムウィスカ繊維などが挙げられる。これらの無機繊維は、耐熱性、強度、入手容易性などの点で好ましい。無機繊維は、単独で使用してもよいし２種以上組み合わせて使用してもよい。無機繊維のうち、取り扱い性の観点から、特にシリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維、ガラス繊維が好ましい。
【0062】
無機繊維の断面形状は、特に限定されず、円形断面、扁平断面、中空断面、多角断面、芯鞘断面などが挙げられる。中でも、中空断面、扁平断面または多角断面を有する異形断面繊維は、断熱性が若干向上されるため好適に使用することができる。
【0063】
無機繊維の平均繊維長の好ましい下限は０．１ｍｍであり、より好ましい下限は０．５ｍｍである。一方、無機繊維の平均繊維長の好ましい上限は５０ｍｍであり、より好ましい上限は１０ｍｍである。無機繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、無機繊維同士の絡み合いが生じにくく、得られる熱伝達抑制シート１０の機械的強度が低下するおそれがある。一方、５０ｍｍを超えると、補強効果は得られるものの無機繊維同士が緊密に絡み合うことができなったり、単一の無機繊維だけで丸まったりし、それにより連続した空隙が生じやすくなるので断熱性の低下を招くおそれがある。
【0064】
無機繊維の平均繊維径の好ましい下限は１μｍであり、より好ましい下限は２μｍであり、更に好ましい下限は３μｍである。一方、無機繊維の平均繊維径の好ましい上限は１０μｍであり、より好ましい上限は７μｍである。無機繊維の平均繊維径が１μｍ未満であると、無機繊維自体の機械的強度が低下するおそれがある。また、人体の健康に対する影響の観点より、無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上であるが好ましい。一方、無機繊維の平均繊維径が１０μｍより大きいと、無機繊維を媒体とする固体伝熱が増加して断熱性の低下を招くおそれがあり、また、熱伝達抑制シート１０の成形性が悪化するおそれがある。
【0065】
この無機繊維やパルプ繊維は、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計重量に対して、１０～７０質量％の範囲で必要に応じて使用することができる。
【0066】
熱伝達抑制層２０を構成する材料として、有機バインダーを必要に応じて使用してもよい。有機バインダーは、成形時の強度向上を目的とする上で有用であり、例えば高分子凝集剤やアクリルエマルジョンなどを好適に使用することができる。
有機バインダーの配合量としては、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計重量に対して０．５～５．０質量％の範囲で必要に応じて使用することができる。
有機バインダーの配合量としては、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計重量に対して０．５～５．０質量％の範囲で必要に応じて使用することができる。
【0067】
熱伝達抑制シート１０の厚さとしては特に限定されないが、０．０５～５ｍｍの範囲にあることが好ましい。熱伝達抑制シート１０の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、充分な機械的強度を熱伝達抑制シート１０に付与することができない。一方、熱伝達抑制シート１０の厚さが５ｍｍを超えると、熱伝達抑制シート１０の成形自体が困難となるおそれがある。
【0068】
なお、熱伝達抑制層２０に用いられる脱水剤と無機水和物の具体的な組み合わせとしては、上記脱水剤の中で比較的高温（１００℃～１５０℃程度）においても水分吸着量が高めのゼオライトと、上記無機水和物の中で熱分解開始温度が低めの水酸化アルミニウム（熱分解開始温度：約２００℃）の組み合わせが好ましい。
これは、通常使用時の温度範囲と、異常時の温度範囲との境界温度域（１５０℃～２００℃程度）においても、有効に電池セル５０の冷却を行うことができるため、好ましい。
これは、通常使用時の温度範囲と、異常時の温度範囲との境界温度域（１５０℃～２００℃程度）においても、有効に電池セル５０の冷却を行うことができるため、好ましい。
【0069】
［熱伝達抑制層が断熱層の役割を果たす場合］
熱伝達抑制層２０が断熱層としての役割を果たす場合には、熱伝達抑制層２０は、無機粒子および無機繊維のうち少なくともいずれか一方を含むものであれば良く、これらのうちいずれか一方を含むことで断熱材としての効果を発揮させることができる。ただし、無機粒子および無機繊維の両方を含むことにより、無機繊維が絡み合って生じた構造中の連続した空隙を無機粒子が分断することができるため、熱伝達抑制層２０における対流伝熱を有効に低減することが可能となり、断熱効果をより効果的に発揮することができる。
熱伝達抑制層２０が断熱層としての役割を果たす場合には、熱伝達抑制層２０は、無機粒子および無機繊維のうち少なくともいずれか一方を含むものであれば良く、これらのうちいずれか一方を含むことで断熱材としての効果を発揮させることができる。ただし、無機粒子および無機繊維の両方を含むことにより、無機繊維が絡み合って生じた構造中の連続した空隙を無機粒子が分断することができるため、熱伝達抑制層２０における対流伝熱を有効に低減することが可能となり、断熱効果をより効果的に発揮することができる。
【0070】
無機繊維としては、例えば、シリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維、ガラス繊維、ジルコニア繊維およびチタン酸カリウムウィスカ繊維などが挙げられる。これらの無機繊維は、耐熱性、強度、入手容易性などの点で好ましい。上記無機繊維は、単独で使用してもよいし２種以上組み合わせて使用してもよい。上記無機繊維のうち、取り扱い性の観点から、特にシリカ－アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維、ガラス繊維が好ましい。
【0071】
無機繊維の断面形状は、特に限定されず、円形断面、扁平断面、中空断面、多角断面、芯鞘断面などが挙げられる。中でも、中空断面、扁平断面または多角断面を有する異形断面繊維は、断熱性が若干向上されるため好適に使用することができる。
【0072】
無機繊維の平均繊維長の好ましい下限は０．１ｍｍであり、より好ましい下限は０．５ｍｍである。一方、無機繊維の平均繊維長の好ましい上限は５０ｍｍであり、より好ましい上限は１０ｍｍである。無機繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、無機繊維同士の絡み合いが生じにくく、得られる熱伝達抑制シート１０の機械的強度が低下するおそれがある。一方、５０ｍｍを超えると、補強効果は得られるものの無機繊維同士が緊密に絡み合うことができなったり、単一の無機繊維だけで丸まったりし、それにより連続した空隙が生じやすくなるので断熱性の低下を招くおそれがある。
【0073】
無機繊維の平均繊維径の好ましい下限は１μｍであり、より好ましい下限は２μｍであり、更に好ましい下限は３μｍである。一方、無機繊維の平均繊維径の好ましい上限は１０μｍであり、より好ましい上限は７μｍである。無機繊維の平均繊維径が１μｍ未満であると、無機繊維自体の機械的強度が低下するおそれがある。また、人体の健康に対する影響の観点より、無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上であるが好ましい。一方、無機繊維の平均繊維径が１０μｍより大きいと、無機繊維を媒体とする固体伝熱が増加して断熱性の低下を招くおそれがあり、また、熱伝達抑制シート１０の成形性が悪化するおそれがある。
【0074】
続いて、無機粒子としては、例えば、ＴｉＯ２粉末、ＳｉＯ２粉末、ＢａＴｉＯ３粉末、ＰｂＳ粉末、ＺｒＯ２粉末、ＳｉＣ粉末、ＮａＦ粉末およびＬｉＦ粉末などが挙げられる。これらの無機粒子は、単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
【0075】
無機粒子を組み合わせて使用する場合、好ましい組み合わせとしては、ＴｉＯ２粉末とＳｉＯ２粉末との組み合わせ、ＴｉＯ２粉末とＢａＴｉＯ３粉末との組み合わせ、ＳｉＯ２粉末とＢａＴｉＯ３粉末との組み合わせ、または、ＴｉＯ２粉末とＳｉＯ２粉末とＢａＴｉＯ３粉末との組み合わせが挙げられる。
【0076】
なお、ＴｉＯ２粉末は、赤外線に対する屈折率が高く、高温域での断熱性を向上させる効果がある。また、ＳｉＯ２粉末は、固体熱伝導率が低く、微小粒子で細かい空隙を作りやすいため、対流が抑制され低温域での断熱性を向上させる効果がある。よって、ＴｉＯ２粉末およびＳｉＯ２粉末を併用することにより、低温域から高温域に至る広い温度領域での断熱性が期待できるため、これらの組合せが特に好ましい。
【0077】
熱伝達抑制層２０を構成する材料として無機粒子および無機繊維の両方を含む場合、無機繊維の配合量としては、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計重量に対して、好ましい上限が５０質量％であり、更に好ましい上限は４０質量％である。一方、無機繊維の配合量の好ましい下限は５質量％であり、更に好ましい下限は１０質量％である。この配合量が５質量％未満では、無機繊維による補強効果が得られず、熱伝達抑制層２０の取り扱い性、機械的強度が低下するおそれがあり、また、良好な成形性が得られないおそれがある。一方、この配合量が５０質量％を超えると、熱伝達抑制層２０を構成する無機繊維が絡み合った構造において連続した空隙が多く存在することになり、対流伝熱、分子伝熱、輻射伝熱が増大するため、断熱特性が低下するおそれがある。
【0078】
熱伝達抑制層２０を構成する材料として無機粒子および無機繊維の両方を含む場合、無機粒子の配合量としては、熱伝達抑制層２０を構成する材料の合計重量に対して、好ましい上限が９５質量％であり、更に好ましい上限は９０質量％である。これに対し、無機粒子の配合量の好ましい下限は５０質量％であり、更に好ましい下限は６０質量％である。無機粒子の配合量が上記範囲にあると、無機繊維による補強効果を維持しつつ、無機繊維の交絡構造中の連続した空隙を分断することによる、対流伝熱の低減効果を得ることができる。
【0079】
無機粒子の平均粒径の好ましい下限は０．５μｍであり、より好ましい下限は１μｍである。一方、上記無機粒子の平均粒径の好ましい上限は２０μｍであり、より好ましい上限は１０μｍである。上記無機粒子の平均粒径が０．５μｍ未満では熱伝達抑制層２０の製造が困難になるばかりでなく、輻射熱の散乱が不十分になり、熱伝達抑制層２０の熱伝導率が上昇（すなわち、断熱性が低下）してしまうおそれがある。一方、無機粒子の平均粒径が２０μｍを超えると、熱伝達抑制層２０中に生じる空隙が極めて大きくなってしまうため、対流伝熱および分子伝熱が増大し、この場合も熱伝導率が上昇してしまう。
【0080】
なお、無機粒子の形状としては、平均粒径が上記範囲内にあれば特に限定されず、例えば、球体、楕円体、多面体、表面に凹凸や突起を有する形状および異形体などの任意の形状が挙げられる。
【0081】
また、無機粒子において、波長１μｍ以上の光に対する屈折率の比（比屈折率）が１．２５以上であることが好ましい。上記無機粒子は、輻射熱の散乱材として極めて重要な役割を有しており、屈折率が大きいほど、輻射熱をより効果的に散乱させることができる。また、比屈折率については、フォノン伝導の抑制について極めて重要であり、この値が大きいほど抑制効果が良好である。
【0082】
フォノン伝導を抑制することができる材料としては、一般的に、結晶内に格子欠陥を有している物質もしくは、複雑な構造を有している物質が知られている。前述のＴｉＯ２やＳｉＯ２、ＢａＴｉＯ３は格子欠陥を有しやすく、複雑な構造を有しているので、輻射熱の散乱だけでなく、フォノンの散乱にも効果的であると考えられる。
【0083】
更に、無機粒子として、波長１０μｍ以上の光に対する反射率が７０％以上である無機粒子を好適に使用することができる。波長１０μｍ以上の光は、いわゆる赤外線～遠赤外線波長領域の光であり、この波長領域の光に対する反射率が７０％以上であることで、輻射伝熱をより有効に低減させることができる。
【0084】
無機粒子の固体熱伝導率は、室温で２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。室温での固体熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい無機粒子を原料として用いると、熱伝達抑制層２０中において固体伝熱が支配的になり、熱伝導率が上昇（断熱性が低下）してしまうおそれがある。
【0085】
なお、本実施形態において、無機繊維とはアスペクト比が３以上である無機材料をいう。一方、無機粒子とはアスペクト比が３未満である無機材料をいう。また、アスペクト比とは、物質の短径ａに対する長径ｂの比（ｂ／ａ）を意味する。
【0086】
熱伝達抑制層２０は、高温での強度維持を目的として無機結合材を含んでいてもよい。無機結合材としては、例えば、コロイダルシリカ、合成マイカ、モンモリロナイトなどが挙げられる。無機結合材は、単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
【0087】
この無機結合材は、熱伝達抑制層２０の構成材料の合計重量に対し、１～１０質量％の範囲で必要に応じて使用することができる。上記無機結合材の使用態様としては、例えば、原料中に混合したり、もしくは得られた断熱材へ含浸したりして使用することができる。
【0088】
更に、熱伝達抑制層２０の構成材料として有機弾性物質を必要に応じて使用してもよい。この有機弾性物質は、熱伝達抑制層２０に柔軟性を持たせる場合において有用であり、例えば、天然ゴムのエマルジョンやアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などの合成ゴムラテックスバインダーを好適に使用することができる。特に、本実施形態の熱伝達抑制層２０を湿式成形法にて製造する場合には、上記有機弾性物質を使用することにより柔軟性を向上させることができる。
【0089】
有機弾性物質の配合量は、熱伝達抑制層２０の構成材料の合計重量に対し０～５質量％の範囲であることが好ましい。有機弾性物質は、その配合量が５質量％を超えると、７００℃以上の高温域で使用する際に有機弾性物質が焼失し、空隙が著しく増大するため、断熱性が低下してしまうおそれがある。
【0090】
熱伝達抑制層２０の厚さとしては特に限定されないが、０．１～４．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。熱伝達抑制層２０の厚さが０．１ｍｍ未満であると、充分な機械的強度を熱伝達抑制層２０に付与することができない。一方、熱伝達抑制層２０の厚さが４．０ｍｍを超えると、組電池の体積エネルギー密度の低下を招くおそれがある。
【0091】
熱伝達抑制層２０を構成する無機粒子は、熱伝達抑制層２０の外部には容易に脱出しないが、無機粒子の脱出防止を目的として、必要に応じて熱伝達抑制層２０の一部または全部を緻密化してもよい。熱伝達抑制層２０を構成する無機粒子が、無機繊維が絡み合った構造に包摂されている場合、無機繊維間から容易に外部に脱出しない。ただし、使用環境によっては強い衝撃などが熱伝達抑制層２０に負荷されて、無機粒子が空気中に脱出する可能性も考えられるため、無機粒子を包摂した部分における無機繊維の構造を緻密化し、無機粒子が脱出しないようにしてもよい。
【0092】
熱伝達抑制層２０を緻密化する方法としては、例えば、無機繊維の交絡構造における表面のみを溶融させるように加熱する方法や、熱伝達抑制層２０表面を耐熱性フィルムなどにより被覆するといった方法があるが、無機粒子が脱出しないような方法であれば特に限定されない。
【0093】
熱伝達抑制層２０のかさ密度は特に限定されないが、０．１～１．０ｇ／ｃｍ３の範囲内にあることが好ましい。なお、かさ密度は、質量をみかけの体積で除した値として求めることができる（ＪＩＳ Ａ０２０２＿２２１３を参照）。かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３未満では、対流伝熱および分子伝熱が増大し、一方、かさ密度が１．０ｇ／ｃｍ３を超えると固体伝熱が増大するために熱伝導率が上昇し、いずれの場合も断熱性が低下することになる。
【0094】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートについて説明する。第２の実施形態は、熱伝達抑制シートが複層（積層体）の場合である。
続いて、本発明の第２の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートについて説明する。第２の実施形態は、熱伝達抑制シートが複層（積層体）の場合である。
【0095】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート１０の構成例を模式的に示す図である。本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、熱伝達抑制層２０が、無機粒子及び／または無機繊維を有する断熱層４２と、その両面に形成され、加熱により水分を放出する材料を含有する吸熱層４４から構成される。
【0096】
本実施形態によれば、ある電池セル５０で発生した熱により、外層である吸熱層４４中の水分を放出する材料（具体的には、上述の無機水和物や脱水剤）が加熱されると、当該材料はその熱を吸収しつつ水分を放出する。この吸熱作用により、電池セル５０の発熱量を効果的に低減することができる。そして、低減された熱は中間層である断熱層４２によって、電池セル５０間の熱の伝播を効果的に抑制することができる。このため、たとえ電池セル５０から発生する熱量が大きなものであった場合においても、十分な断熱効果を得ることができる。結果として、ある電池セル５０に熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セル５０へ熱の伝播を効果的に抑制することができ、他の電池セル５０の熱暴走が引き起こされるのを効果的に抑制することができる。
【0097】
また、本実施形態においては、図５に示すように、外層である吸熱層４４に溝部２２が設けられており、当該溝部２２の表面に凹凸形状２４（図５においては図示せず）を有するため、通常使用時における電池セル５０の冷却も行うことができる。更に、上述したように、吸熱層４４において、表面に凹凸形状２４を有する溝部２２を有することから、熱の吸熱時において吸熱層４４から水分を放出できる面積を多く確保することができるため、吸熱層４４としての機能をより一層発揮することができる。
【0098】
なお、本実施形態における断熱層４２や吸熱層４４に用いられる具体的な材料としては、第１の実施形態で説明した材料と同じものを適用することができる。
【0099】
（熱伝達抑制シートの製造方法）
続いて、熱伝達抑制シート１０の製造方法について詳細に説明する。
続いて、熱伝達抑制シート１０の製造方法について詳細に説明する。
【0100】
＜熱伝達抑制層の製造＞
熱伝達抑制シート１０を構成する熱伝達抑制層２０は、少なくとも無機粒子または無機繊維から構成される材料を、乾式成形法または湿式成形法により型成形して製造される。以下に、熱伝達抑制層２０をそれぞれの成形法により得る場合の製造方法について説明する。
熱伝達抑制シート１０を構成する熱伝達抑制層２０は、少なくとも無機粒子または無機繊維から構成される材料を、乾式成形法または湿式成形法により型成形して製造される。以下に、熱伝達抑制層２０をそれぞれの成形法により得る場合の製造方法について説明する。
【0101】
［乾式成形法を用いて製造する場合］
まず、乾式成形法では、無機粒子及び／または無機繊維、更に必要に応じて、無機結合材、パルプ繊維、有機バインダーなどを所定の割合でＶ型混合機などの混合機に投入する。混合機に投入された材料を充分に混合した後、所定の型内に混合物を投入し、プレスすることにより熱伝達抑制層２０を得る。プレス時には、必要に応じて加熱してもよい。
まず、乾式成形法では、無機粒子及び／または無機繊維、更に必要に応じて、無機結合材、パルプ繊維、有機バインダーなどを所定の割合でＶ型混合機などの混合機に投入する。混合機に投入された材料を充分に混合した後、所定の型内に混合物を投入し、プレスすることにより熱伝達抑制層２０を得る。プレス時には、必要に応じて加熱してもよい。
【0102】
上記プレス圧は、０．９８～９．８０ＭＰａの範囲であることが好ましい。プレス圧が０．９８ＭＰａ未満であると、得られる熱伝達抑制層２０において、強度を保つことができずに崩れてしまうおそれがある。一方、プレス圧が９．８０ＭＰａを超えると、過度の圧縮によって加工性が低下したり、更に、かさ密度が高くなるため固体伝熱が増加し、断熱性が低下するおそれがある。
【0103】
［湿式成形法を用いて製造する場合］
続いて、湿式成形法では、無機粒子及び／または無機繊維、更に必要に応じて、無機結合材、パルプ繊維、有機バインダーなどを水中で混合撹拌して充分に分散させ、その後、凝集剤を添加して、一次凝集体を得る。次に、必要に応じて有機弾性物質のエマルジョンなどを所定の範囲内で上記水中に添加した後、高分子凝集剤を添加することにより凝集体を含むスラリーを得る。
続いて、湿式成形法では、無機粒子及び／または無機繊維、更に必要に応じて、無機結合材、パルプ繊維、有機バインダーなどを水中で混合撹拌して充分に分散させ、その後、凝集剤を添加して、一次凝集体を得る。次に、必要に応じて有機弾性物質のエマルジョンなどを所定の範囲内で上記水中に添加した後、高分子凝集剤を添加することにより凝集体を含むスラリーを得る。
【0104】
次に、上記凝集体を含むスラリーを所定の型内へ投入して湿潤した熱伝達抑制層２０を得る。得られた熱伝達抑制層２０を乾燥することにより、目的の熱伝達抑制層２０が得られる。
【0105】
上述のように、熱伝達抑制層２０は、乾式成形法または湿式成形法のいずれによっても得られるが、一体成形の容易性や機械的強度の点から湿式成形法を用いることが好ましい。
【0106】
なお、図５に示すような、中間層として断熱層４２を有し、その両面に吸熱層４４を有する積層タイプの熱伝達抑制層２０の場合には、断熱層４２と吸熱層４４をそれぞれ上記の製造方法により製造した後、断熱層４２と吸熱層４４がウェット状態での加圧プレスや、これら部材の乾燥後に接着剤を用いて接着する方法などにより、製造することができる。
【0107】
＜熱伝達抑制層における溝部の形成＞
上記で得られた熱伝達抑制層２０に溝部２２を形成する方法について説明する。
例えば、図６Ａに示すように、所望のエンボス形状を有する２つのエンボスローラー７２を上下から挟みこんで、熱伝達抑制層２０の両面に溝部２２を形成することで、溝部２２が両面に形成された熱伝達抑制シート１０を得ることができる。また、片面にのみ溝部２２を有する熱伝達抑制シート１０を得る場合には、図６Ｂに示すように、エンボスローラー７２とフラットローラー７４を用いることができる。
上記で得られた熱伝達抑制層２０に溝部２２を形成する方法について説明する。
例えば、図６Ａに示すように、所望のエンボス形状を有する２つのエンボスローラー７２を上下から挟みこんで、熱伝達抑制層２０の両面に溝部２２を形成することで、溝部２２が両面に形成された熱伝達抑制シート１０を得ることができる。また、片面にのみ溝部２２を有する熱伝達抑制シート１０を得る場合には、図６Ｂに示すように、エンボスローラー７２とフラットローラー７４を用いることができる。
【0108】
また、図７に示すように、所望の形状を有するプレス加工治具８２と台座８４の間に、熱伝達抑制層２０を挟み込んでプレス加工を施すことによっても、溝部２２が形成された熱伝達抑制シート１０を得ることができる。
あるいは、図８に示すように、エンドミル９０を用いた加工により、熱伝達抑制層２０の表面に所望の溝部２２を形成することで、溝部２２が形成された熱伝達抑制シート１０を得ることができる。
あるいは、図８に示すように、エンドミル９０を用いた加工により、熱伝達抑制層２０の表面に所望の溝部２２を形成することで、溝部２２が形成された熱伝達抑制シート１０を得ることができる。
【0109】
なお、上記いずれの方法の場合であっても、熱伝達抑制層２０は、無機粒子及び／または無機繊維を含有することから、溝部２２の表面は微細な凹凸形状２４を有するものであり、上記したような作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0110】
１０ 組電池用熱伝達抑制シート
２０ 熱伝達抑制層
２２ 溝部
２４ 凹凸形状
２６ 端面（一の端面）
２８ 端面（他の端面）
３０ 無機粒子（または無機繊維）
４２ 断熱層
４４ 吸熱層
５０ 電池セル
６０ 電池ケース
７２ エンボスローラー
７４ フラットローラー
８２ プレス加工治具
８４ 台座
９０ エンドミル
１００ 組電池
２０ 熱伝達抑制層
２２ 溝部
２４ 凹凸形状
２６ 端面（一の端面）
２８ 端面（他の端面）
３０ 無機粒子（または無機繊維）
４２ 断熱層
４４ 吸熱層
５０ 電池セル
６０ 電池ケース
７２ エンボスローラー
７４ フラットローラー
８２ プレス加工治具
８４ 台座
９０ エンドミル
１００ 組電池
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】