(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】P2023174129
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】熱伝達抑制シート及び組電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/658 20140101AFI20231130BHJP
H01M 10/6555 20140101ALI20231130BHJP
H01M 10/651 20140101ALI20231130BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
H01M10/658
H01M10/6555
H01M10/651
H01M10/625
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022086809
(22)【出願日】2022-05-27
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-10-18
(71)【出願人】
【識別番号】000000158
【氏名又は名称】イビデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】熊野 圭司
(72)【発明者】
【氏名】井戸 貴彦
【テーマコード（参考）】
5H031
【Ｆターム（参考）】
5H031HH06
5H031KK02
5H031KK03
(57)【要約】
【課題】熱伝達抑制シートへの圧縮応力が増加した場合でも、断熱性を維持することができ、隣接する電池セルが熱暴走した際にシート自体の破壊を防止することができる熱伝達抑制シート及びこの熱伝達抑制シートを有する組電池を提供する。
【解決手段】熱伝達抑制シート１０は、無機粒子４と、有機繊維１と、を有し、さらに、複数の三次元的に連結した空孔７を有する。
【選択図】図２
【解決手段】熱伝達抑制シート１０は、無機粒子４と、有機繊維１と、を有し、さらに、複数の三次元的に連結した空孔７を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無機粒子と、有機繊維と、を有する熱伝達抑制シートであって、
複数の三次元的に連結した空孔を有することを特徴とする、熱伝達抑制シート。
複数の三次元的に連結した空孔を有することを特徴とする、熱伝達抑制シート。
【請求項2】
前記有機繊維は、表面の少なくとも一部を被覆する溶着部を有し、前記無機粒子の少なくとも一部は、前記溶着部により前記有機繊維に溶着されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項3】
さらに、無機繊維を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項4】
厚さ方向に直交する第１面及び第２面の少なくとも一部に、複数の前記有機繊維同士の少なくとも一部が前記溶着部により溶着されてなる繊維層を有することを特徴とする、請求項２に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項5】
さらに、無機繊維を有し、
前記繊維層は、前記無機繊維を含むことを特徴とする、請求項４に記載の熱伝達抑制シート。
前記繊維層は、前記無機繊維を含むことを特徴とする、請求項４に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項6】
前記有機繊維は第１の有機材料からなり、前記溶着部は第２の有機材料を含み、
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも低いことを特徴とする、請求項２に記載の熱伝達抑制シート。
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも低いことを特徴とする、請求項２に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項7】
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも６０℃以上低いことを特徴とする、請求項６に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項8】
前記第１の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であり、
前記第２の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であることを特徴とする、請求項６に記載の熱伝達抑制シート。
前記第２の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であることを特徴とする、請求項６に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項9】
前記無機粒子は、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子であることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項10】
前記無機粒子は、乾式シリカ粒子及びシリカエアロゲルから選択された少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、請求項９に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項11】
前記無機粒子は、さらに、チタニア、ジルコン、ジルコニア、炭化ケイ素、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項12】
複数の電池セルと、請求項１～１１のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シートを有し、前記複数の電池セルが直列又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、熱伝達抑制シート及び該熱伝達抑制シートを有する組電池に関する。
【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又はハイブリッド車等の開発が盛んに進められている。この電気自動車又はハイブリッド車等には、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又は並列に接続された組電池が搭載されている。
【0003】
また、この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池等に比べて、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。そして、電池の内部短絡や過充電等が原因で、ある電池セルが急激に昇温し、その後も発熱を継続するような熱暴走を起こした場合、熱暴走を起こした電池セルからの熱が、隣接する他の電池セルに伝播することで、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を起こした電池セルからの熱の伝播を抑制する方法として、電池セル間に断熱シートを介在させる方法が一般的に行われている。
例えば、特許文献１には、シリカナノ粒子で構成される第１粒子と、金属酸化物からなる第２粒子と、を含み、第１粒子の含有量を限定した組電池用の断熱シートが開示されている。また、特許文献１には、断熱シートは、繊維、バインダ及び耐熱樹脂から選択された少なくとも１種からなる結合材を含んでいてもよいことが記載されている。
例えば、特許文献１には、シリカナノ粒子で構成される第１粒子と、金属酸化物からなる第２粒子と、を含み、第１粒子の含有量を限定した組電池用の断熱シートが開示されている。また、特許文献１には、断熱シートは、繊維、バインダ及び耐熱樹脂から選択された少なくとも１種からなる結合材を含んでいてもよいことが記載されている。
【0005】
また、上記特許文献１には、第１粒子として、乾式シリカ又は湿式シリカを使用することができ、この断熱シートは、乾式成形法又は湿式抄造法により製造することができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２１－３４２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、断熱シート（熱伝達抑制シート）を製造する場合のバインダとして、例えば、湿熱接着バインダ繊維が挙げられるが、湿熱接着バインダ繊維は、その接着性を発現させるために、製造時に湿潤状態にする必要がある。したがって、湿熱接着バインダ繊維を使用する場合には、断熱シートは湿式抄造法により製造する必要がある。
【0008】
しかし、断熱性能をより一層向上させることを目的として、熱伝導率が低い乾式シリカやシリカエアロゲルを使用する場合には、湿式抄造法により断熱シートを製造することができないという問題がある。これは、乾式シリカを含む材料を湿式抄造法によりシート状に成形すると、乾式シリカが水によって凝集し、熱伝導率が上昇するからである。また、一般的にシリカエアロゲルは、水中に分散させることが困難であるため、シリカエアロゲルを含む材料を湿式抄造法により成形すると、材料が均一に分散した断熱シートを得ることができず、品質低下の原因になる。
【0009】
また、近年の組電池においては、電池セルの容量がより一層向上しているため、充放電時の膨張率が上昇している。したがって、断熱シートを組電池の電池セル間に配置する場合に、断熱シートの構造によっては、電池セルの充放電時等に電池セルの膨張により断熱シートが圧縮されて、断熱性能が低下してしまう。その結果、電池セルが熱暴走して高温になった場合に、熱連鎖が発生しやすくなる。
【0010】
上記特許文献１に記載の断熱シートは、圧縮応力が増加した場合であっても、優れた断熱性を維持するものであるが、高い断熱性をより一層長期間維持することができるとともに、電池セルの熱暴走時に、分解ガス等によるシートの破壊を防止することができる熱伝達抑制シートに対する要求が高くなっている。
【0011】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱伝達抑制シートへの圧縮応力が増加した場合でも、断熱性を維持することができ、隣接する電池セルが熱暴走した際にシート自体の破壊を防止することができる熱伝達抑制シート及びこの熱伝達抑制シートを有する組電池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】
【0012】
本発明の上記目的は、熱伝達抑制シートに係る下記［１］の構成により達成される。
【0013】
［１］ 無機粒子と、有機繊維と、を有する熱伝達抑制シートであって、
複数の三次元的に連結した空孔を有することを特徴とする、熱伝達抑制シート。
複数の三次元的に連結した空孔を有することを特徴とする、熱伝達抑制シート。
【0014】
また、熱伝達抑制シートに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［１１］に関する。
【0015】
［２］ 前記有機繊維は、表面の少なくとも一部を被覆する溶着部を有し、前記無機粒子の少なくとも一部は、前記溶着部により前記有機繊維に溶着されていることを特徴とする、［１］に記載の熱伝達抑制シート。
【0016】
［３］ さらに、無機繊維を有することを特徴とする、［１］又は［２］に記載の熱伝達抑制シート。
【0017】
［４］ 厚さ方向に直交する第１面及び第２面の少なくとも一部に、複数の前記有機繊維同士の少なくとも一部が前記溶着部により溶着されてなる繊維層を有することを特徴とする、［２］に記載の熱伝達抑制シート。
【0018】
［５］ さらに、無機繊維を有し、
前記繊維層は、前記無機繊維を含むことを特徴とする、［４］に記載の熱伝達抑制シート。
前記繊維層は、前記無機繊維を含むことを特徴とする、［４］に記載の熱伝達抑制シート。
【0019】
［６］ 前記有機繊維は第１の有機材料からなり、前記溶着部は第２の有機材料を含み、
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも低いことを特徴とする、［２］～［５］のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも低いことを特徴とする、［２］～［５］のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
【0020】
［７］ 前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも６０℃以上低いことを特徴とする、［６］に記載の熱伝達抑制シート。
【0021】
［８］ 前記第１の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であり、
前記第２の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であることを特徴とする、［６］又は［７］に記載の熱伝達抑制シート。
前記第２の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であることを特徴とする、［６］又は［７］に記載の熱伝達抑制シート。
【0022】
［９］ 前記無機粒子は、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子であることを特徴とする、［１］～［８］のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
【0023】
［１０］ 前記無機粒子は、乾式シリカ粒子及びシリカエアロゲルから選択された少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、［９］に記載の熱伝達抑制シート。
【0024】
［１１］ 前記無機粒子は、さらに、チタニア、ジルコン、ジルコニア、炭化ケイ素、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、［１０］に記載の熱伝達抑制シート。
【0025】
また、本発明の上記目的は、組電池に係る下記［１２］の構成により達成される。
【0026】
［１２］ 複数の電池セルと、［１］～［１１］のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シートを有し、前記複数の電池セルが直列又は並列に接続された、組電池。
【発明の効果】
【0027】
本発明の熱伝達抑制シートは、複数の３次元的に連結した空孔を有するため、圧縮応力が増加した場合でも優れた断熱性を維持することができる。また、隣接する電池セルが熱暴走した際に、熱伝達抑制シートが高温になり、内部の有機繊維等が分解された場合であっても、その分解ガスがシート内部にとどまることなく空孔を介して外部に放出されるため、シートの破壊を防止することができる。
【0028】
本発明の組電池は、上記のように高い断熱性能及び形状の保持効果を有する熱伝達抑制シートを有するため、組電池における電池セルの熱暴走や、電池ケースの外側への炎の拡大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【発明を実施するための形態】
【0030】
本発明者らは、上記課題を解決することができる熱伝達抑制シートについて、鋭意検討を行った。
その結果、熱伝達抑制シートに三次元的に連結した空孔が形成されていると、空気断熱により優れた断熱性を得ることができるとともに、シートに空孔が存在することによりクッション性が向上するため、電池セルが膨張した場合に圧縮応力の増加に耐える強度を有するものとなり、これにより、高い断熱性能を維持することができることを見出した。また、熱伝達抑制シートに複数の三次元的に連結した空孔が存在し、これらが熱伝達抑制シートの表面に連通していると、熱伝達抑制シートが高温になり、内部の有機繊維等が分解された場合であっても、分解ガスが空孔を介して外部に放出されやすくなるため、熱伝達抑制シートの破壊を防止することができることを見出した。
その結果、熱伝達抑制シートに三次元的に連結した空孔が形成されていると、空気断熱により優れた断熱性を得ることができるとともに、シートに空孔が存在することによりクッション性が向上するため、電池セルが膨張した場合に圧縮応力の増加に耐える強度を有するものとなり、これにより、高い断熱性能を維持することができることを見出した。また、熱伝達抑制シートに複数の三次元的に連結した空孔が存在し、これらが熱伝達抑制シートの表面に連通していると、熱伝達抑制シートが高温になり、内部の有機繊維等が分解された場合であっても、分解ガスが空孔を介して外部に放出されやすくなるため、熱伝達抑制シートの破壊を防止することができることを見出した。
【0031】
以下、本発明の実施形態に係る熱伝達抑制シート、その製造方法及び組電池について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
【0032】
［熱伝達抑制シート］
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制シートの構造を示す図面代用写真であり、図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制シートの一部を拡大して示す図面代用写真である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制シートを有する組電池を模式的に示す断面図である。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制シートの構造を示す図面代用写真であり、図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制シートの一部を拡大して示す図面代用写真である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制シートを有する組電池を模式的に示す断面図である。
【0033】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、無機粒子４と有機繊維１とを有する。また、熱伝達抑制シート１０は、無機粒子４及び有機繊維１の間に、複数の三次元的に連結した空孔７を有する。なお、有機繊維１は、表面の少なくとも一部を被覆する溶着部５を有し、無機粒子４の少なくとも一部は、溶着部５により有機繊維１の表面に溶着されている。これにより、有機繊維１の表面は無機粒子４で覆われた構成となっている。
【0034】
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３に示すように、複数の電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃの間に、熱伝達抑制シート１０を介在させるように使用することができる。そして、複数の電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃが直列又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３０に格納されて組電池１００が構成される。なお、電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ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。
【0035】
このように構成された第１の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０においては、複数の三次元的に連結した空孔７を有するため、空気断熱による効果が得られ、断熱性能を向上させることができる。また、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、高い柔軟性を有する有機繊維１を含んでいるため、熱伝達抑制シート１０の柔軟性を高めることができるとともに、有機繊維１同士が絡まりやすくなり、シート強度を向上させる効果を得ることができる。さらに、熱伝達抑制シート１０に空孔７が存在することにより、シート全体のクッション性が向上するため、電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃが充放電時に膨張した際に、熱伝達抑制シート１０は、電池セルの膨張分を吸収できる。したがって、シートの破壊を抑制することができる。
【0036】
さらにまた、本実施形態においては、上記空孔７の少なくとも一部が熱伝達抑制シートの表面に連通しており、外方に向けて開口していることが好ましい。空孔７がこのように構成されていると、隣接する電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃが熱暴走した際に、熱伝達抑制シート１０が高温になり、有機繊維１等が分解された場合であっても、その分解ガスがシート内部にとどまることなく、空孔７を介して外部に放出される。したがって、この点からも、シートの破壊を防止する効果を得ることができる。
【0037】
また、第１の実施形態に示すように、有機繊維１の外周面における溶着部５が、無機粒子４を有機繊維１に固着させていると、無機粒子４の脱落（粉落ち）を抑制する効果を得ることができる。したがって、例えば、電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃの一部が膨張して熱伝達抑制シート１０に圧縮応力や衝撃が与えられた場合でも、形状を保持する効果をより一層高めることができ、熱伝達抑制シート１０の圧縮変形による断熱効果の低下を防止することができる。
【0038】
本明細書において、溶着部５とは、有機繊維１の表面が溶融した後、再度固化した箇所を示し、後述する熱伝達抑制シート１０の製造工程において形成されるものである。本実施形態においては、有機繊維１の表面に、溶着部５により無機粒子４が溶着されているため、有機繊維１の見かけ上の繊維径が太くなって熱伝達抑制シート１０の形状を支持し、高い強度を得ることができる。
【0039】
なお、溶着部５は有機繊維１の外周面を完全に被覆している必要はなく、部分的に溶着部５が存在しない領域があってもよい。本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０においては、有機繊維１の材料として、後述する芯鞘構造のバインダ繊維を使用することができるが、製造工程において鞘部が剥離すると、部分的に芯部である有機繊維１が露出されることがある。このような場合であっても、無機粒子４を保持する効果を十分に得ることができる。
【0040】
さらに、第１の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、無機繊維を含むことが好ましい。無機繊維を含むことにより得られる効果については、以下の第２の実施形態において説明する。
【0041】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る熱伝達抑制シートの構造を示す図面代用写真である。図４に示す第２の実施形態において、図１及び図２に示す第１の実施形態と同一物には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。また、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シートは、図３に示す組電池１００に記載の熱伝達抑制シート１０に代えて使用することができるため、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シートを組電池１００に適用したものとして、以下に説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る熱伝達抑制シートの構造を示す図面代用写真である。図４に示す第２の実施形態において、図１及び図２に示す第１の実施形態と同一物には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。また、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シートは、図３に示す組電池１００に記載の熱伝達抑制シート１０に代えて使用することができるため、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シートを組電池１００に適用したものとして、以下に説明する。
【0042】
図４に示すように、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シート４０は、無機繊維１５を有する。また、熱伝達抑制シート４０は、その厚さ方向に直交する第１面４０ａ及び不図示の第２面における少なくとも一部に、繊維層１１が形成されている。繊維層１１は、複数の有機繊維１同士の少なくとも一部が溶着部により溶着され、熱伝達抑制シート４０の表面（第１面及び第２面）に層状に形成されたものである。すなわち、繊維層１１は、１０以上の有機繊維１が熱伝達抑制シート４０の表面に集合することにより形成された層であり、表面に略平行な方向に、例えば筋状に延びている。
【0043】
さらに、繊維層１１と、無機粒子４及び有機繊維１を含む基層１３との間には、繊維層１１の一部と無機粒子４の一部とが混在した不図示の複合層が形成されている。具体的に、複合層は、溶着部により少なくとも一部が互いに溶着された複数の有機繊維１と、溶着部により有機繊維１に溶着された無機粒子４とを含む領域である。
【0044】
なお、図４に示す第２の実施形態において、無機繊維１５は、無機粒子４及び有機繊維１を含む基層１３中に含まれているが、繊維層１１中に含まれていてもよい。図４においては、繊維層１１中の無機繊維１５を区別することができないため、示していない。
【0045】
さらにまた、熱伝達抑制シート４０は、複数の有機繊維１同士の少なくとも一部が溶着部５により溶着されることにより形成された繊維束６を有する。繊維束６とは、１０以上の有機繊維１が互いに交絡し、一部で有機繊維１同士が互いに溶着されることにより形成されたものであり、熱伝達抑制シート１０中において、任意の方向に配置されている。
【0046】
このように構成された第２の実施形態に係る熱伝達抑制シート４０は、高温でも分解しにくい無機繊維１５を含んでいる。したがって、例えば、電池セル２０ａが熱暴走し、電池セル２０ａに隣接して配置されている熱伝達抑制シート４０が高温に晒された場合に、有機繊維１が分解しても、無機繊維１５が残存するため、熱伝達抑制シート４０の形状を確実に保持することができる。また、比較的硬い無機繊維１５に、柔軟性を有する有機繊維１が絡まりやすいため、無機繊維１５と有機繊維１とにより立体的な骨格が形成されるため、熱伝達抑制シート４０の強度をより一層向上させることができる。
【0047】
さらに、熱伝達抑制シート４０は、その表面に繊維層１１を有するとともに、内部に繊維束６を有すると、有機繊維１が分散して配置されている場合と比較して、より一層高いシート強度を得ることができる。なお、繊維層１１は、単に基層１３の上に配置されているのではなく、繊維層１１と基層１３との間に、繊維層１１の一部と無機粒子４の一部とが混在した複合層を有するため、繊維層１１は熱伝達抑制シート１０の表面に確実に拘束されている。したがって、繊維層１１のみが脱落することはなく、高い強度を有する熱伝達抑制シート４０を得ることができる。
【0048】
さらにまた、熱伝達抑制シート４０の表面に繊維層１１が形成されていると、この繊維層１１が、熱伝達抑制シート１０に対して与えられる衝撃を吸収することができるため、より一層粉落ちを防止する効果を向上させることができる。
【0049】
以下、本実施形態に係る熱伝達抑制シートを構成する材料について、熱伝達抑制シート１０を例に挙げて詳細に説明する。ただし、熱伝達抑制シート４０についても、熱伝達抑制シート１０と同じ材料は熱伝達抑制シート１０と同様である。
【0050】
＜有機繊維＞
有機繊維１は、熱伝達抑制シート１０に柔軟性を与えるとともに、その表面に無機粒子４及び他の有機繊維１が溶着されることにより、シートの強度及び形状を保持する効果を有する。熱伝達抑制シート１０における有機繊維１の材料として、単成分の有機繊維を使用することもできるが、芯鞘構造のバインダ繊維を使用することが好ましい。芯鞘構造のバインダ繊維は、繊維の長手方向に延びる芯部と、芯部の外周面を被覆するように形成された鞘部とを有するものである。また、芯部は第１の有機材料からなり、鞘部は第２の有機材料からなり、第１の有機材料の融点は、第２の有機材料の融点よりも高いものとする。芯鞘構造のバインダ繊維を材料として使用した場合に、上記熱伝達抑制シート１０において、芯部は有機繊維１に相当する。また、熱伝達抑制シート１０の製造時に、鞘部を構成する第２の有機材料が溶融した後、再度固化するため、熱伝達抑制シート１０において、鞘部は溶着部５となる。
有機繊維１は、熱伝達抑制シート１０に柔軟性を与えるとともに、その表面に無機粒子４及び他の有機繊維１が溶着されることにより、シートの強度及び形状を保持する効果を有する。熱伝達抑制シート１０における有機繊維１の材料として、単成分の有機繊維を使用することもできるが、芯鞘構造のバインダ繊維を使用することが好ましい。芯鞘構造のバインダ繊維は、繊維の長手方向に延びる芯部と、芯部の外周面を被覆するように形成された鞘部とを有するものである。また、芯部は第１の有機材料からなり、鞘部は第２の有機材料からなり、第１の有機材料の融点は、第２の有機材料の融点よりも高いものとする。芯鞘構造のバインダ繊維を材料として使用した場合に、上記熱伝達抑制シート１０において、芯部は有機繊維１に相当する。また、熱伝達抑制シート１０の製造時に、鞘部を構成する第２の有機材料が溶融した後、再度固化するため、熱伝達抑制シート１０において、鞘部は溶着部５となる。
【0051】
有機繊維１の材料として、芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、芯部、すなわち有機繊維１を構成する第１の有機材料は、有機繊維１の外周面に存在する鞘部、すなわち第２の有機材料の融点よりも高いものであれば、特に限定されない。第１の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種が挙げられる。
【0052】
（有機繊維の含有量）
本実施形態において、熱伝達抑制シート１０における有機繊維１の含有量が適切に制御されていると、骨格の補強効果を十分に得ることができる。
有機繊維１の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して２質量％以上であることが好ましく、４質量％以上であることがより好ましい。また、有機繊維１の含有量が多くなりすぎると、無機粒子４の含有量が相対的に減少するため、所望の断熱性能を得るためには、有機繊維の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
本実施形態において、熱伝達抑制シート１０における有機繊維１の含有量が適切に制御されていると、骨格の補強効果を十分に得ることができる。
有機繊維１の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して２質量％以上であることが好ましく、４質量％以上であることがより好ましい。また、有機繊維１の含有量が多くなりすぎると、無機粒子４の含有量が相対的に減少するため、所望の断熱性能を得るためには、有機繊維の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
【0053】
（有機繊維の繊維長）
有機繊維１の繊維長については特に限定されないが、成形性や加工性を確保する観点から、有機繊維の平均繊維長は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
一方、有機繊維１を骨格として機能させ、熱伝達抑制シートの圧縮強度を確保する観点から、有機繊維１の平均繊維長は０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
有機繊維１の繊維長については特に限定されないが、成形性や加工性を確保する観点から、有機繊維の平均繊維長は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
一方、有機繊維１を骨格として機能させ、熱伝達抑制シートの圧縮強度を確保する観点から、有機繊維１の平均繊維長は０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【0054】
＜溶着部＞
溶着部５は、有機繊維１の表面、又は芯鞘構造を有するバインダ繊維の鞘部が加熱により一旦溶融した後、冷却されて形成されたものであり、無機粒子４を有機繊維１の表面に溶着させるとともに、有機繊維１同士を溶着させるものでもある。有機繊維１の材料として、芯鞘構造のバインダ繊維を使用した場合に、溶着部５は、鞘部を構成する第２の有機材料を含むものとなる。
溶着部５は、有機繊維１の表面、又は芯鞘構造を有するバインダ繊維の鞘部が加熱により一旦溶融した後、冷却されて形成されたものであり、無機粒子４を有機繊維１の表面に溶着させるとともに、有機繊維１同士を溶着させるものでもある。有機繊維１の材料として、芯鞘構造のバインダ繊維を使用した場合に、溶着部５は、鞘部を構成する第２の有機材料を含むものとなる。
【0055】
（第２の有機材料）
第２の有機材料は、上記有機繊維１を構成する第１の有機材料の融点よりも低いものであれば、特に限定されない。第２の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種が挙げられる。
なお、第２の有機材料の融点は、９０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましい。また、第２の有機材料の融点は、１５０℃以下であることが好ましく、１３０℃以下であることがより好ましい。
第２の有機材料は、上記有機繊維１を構成する第１の有機材料の融点よりも低いものであれば、特に限定されない。第２の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種が挙げられる。
なお、第２の有機材料の融点は、９０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましい。また、第２の有機材料の融点は、１５０℃以下であることが好ましく、１３０℃以下であることがより好ましい。
【0056】
＜無機粒子＞
無機粒子として、単一の無機粒子を使用してもよいし、２種以上の無機粒子を組み合わせて使用してもよい。無機粒子の種類としては、熱伝達抑制効果の観点から、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子を使用することが好ましく、酸化物粒子を使用することがより好ましい。また、形状についても特に限定されないが、ナノ粒子、中空粒子及び多孔質粒子から選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、具体的には、シリカナノ粒子、金属酸化物粒子、マイクロポーラス粒子や中空シリカ粒子等の無機バルーン、熱膨張性無機材料からなる粒子、含水多孔質体からなる粒子等を使用することもできる。
無機粒子として、単一の無機粒子を使用してもよいし、２種以上の無機粒子を組み合わせて使用してもよい。無機粒子の種類としては、熱伝達抑制効果の観点から、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子を使用することが好ましく、酸化物粒子を使用することがより好ましい。また、形状についても特に限定されないが、ナノ粒子、中空粒子及び多孔質粒子から選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、具体的には、シリカナノ粒子、金属酸化物粒子、マイクロポーラス粒子や中空シリカ粒子等の無機バルーン、熱膨張性無機材料からなる粒子、含水多孔質体からなる粒子等を使用することもできる。
【0057】
無機粒子の平均二次粒子径が０．０１μｍ以上であると、入手しやすく、製造コストの上昇を抑制することができる。また、２００μｍ以下であると、所望の断熱効果を得ることができる。したがって、無機粒子の平均二次粒子径は、０．０１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【0058】
なお、２種以上の熱伝達抑制効果が互いに異なる無機粒子を併用すると、発熱体を多段に冷却することができ、吸熱作用をより広い温度範囲で発現できる。具体的には、大径粒子と小径粒子とを混合使用することが好ましい。例えば、一方の無機粒子として、ナノ粒子を使用する場合に、他方の無機粒子として、金属酸化物からなる無機粒子を含むことが好ましい。以下、小径の無機粒子を第１の無機粒子、大径の無機粒子を第２の無機粒子として、無機粒子についてさらに詳細に説明する。
【0059】
＜第１の無機粒子＞
（酸化物粒子）
酸化物粒子は屈折率が高く、光を乱反射させる効果が強いため、第１の無機粒子として酸化物粒子を使用すると、特に異常発熱などの高温度領域において輻射伝熱を抑制することができる。酸化物粒子としては、シリカ、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種の粒子を使用することができる。すなわち、無機粒子として使用することができる上記酸化物粒子のうち、１種のみを使用してもよいし、２種以上の酸化物粒子を使用してもよい。特に、シリカは断熱性が高い成分であり、チタニアは他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であって、５００℃以上の高温度領域において光を乱反射させ輻射熱を遮る効果が高いため、酸化物粒子としてシリカ及びチタニアを用いることが最も好ましい。
（酸化物粒子）
酸化物粒子は屈折率が高く、光を乱反射させる効果が強いため、第１の無機粒子として酸化物粒子を使用すると、特に異常発熱などの高温度領域において輻射伝熱を抑制することができる。酸化物粒子としては、シリカ、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種の粒子を使用することができる。すなわち、無機粒子として使用することができる上記酸化物粒子のうち、１種のみを使用してもよいし、２種以上の酸化物粒子を使用してもよい。特に、シリカは断熱性が高い成分であり、チタニアは他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であって、５００℃以上の高温度領域において光を乱反射させ輻射熱を遮る効果が高いため、酸化物粒子としてシリカ及びチタニアを用いることが最も好ましい。
【0060】
（酸化物粒子の平均一次粒子径：０．００１μｍ以上５０μｍ以下）
酸化物粒子の粒子径は、輻射熱を反射する効果に影響を与えることがあるため、平均一次粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、酸化物粒子の平均一次粒子径が０．００１μｍ以上であると、加熱に寄与する光の波長よりも十分に大きく、光を効率よく乱反射させるため、５００℃以上の高温度領域において熱伝達抑制シート内における熱の輻射伝熱が抑制され、より一層断熱性を向上させることができる。
一方、酸化物粒子の平均一次粒子径が５０μｍ以下であると、圧縮されても粒子間の接点や数が増えず、伝導伝熱のパスを形成しにくいため、特に伝導伝熱が支配的な通常温度域の断熱性への影響を小さくすることができる。
酸化物粒子の粒子径は、輻射熱を反射する効果に影響を与えることがあるため、平均一次粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、酸化物粒子の平均一次粒子径が０．００１μｍ以上であると、加熱に寄与する光の波長よりも十分に大きく、光を効率よく乱反射させるため、５００℃以上の高温度領域において熱伝達抑制シート内における熱の輻射伝熱が抑制され、より一層断熱性を向上させることができる。
一方、酸化物粒子の平均一次粒子径が５０μｍ以下であると、圧縮されても粒子間の接点や数が増えず、伝導伝熱のパスを形成しにくいため、特に伝導伝熱が支配的な通常温度域の断熱性への影響を小さくすることができる。
【0061】
なお、本発明において平均一次粒子径は、顕微鏡で粒子を観察し、標準スケールと比較し、任意の粒子１０個の平均をとることにより求めることができる。
【0062】
（ナノ粒子）
本発明において、ナノ粒子とは、球形又は球形に近い平均一次粒子径が１μｍ未満のナノメートルオーダーの粒子を表す。ナノ粒子は低密度であるため伝導伝熱を抑制し、第１の無機粒子としてナノ粒子を使用すると、更に三次元的に連結した空孔７が微細化し、対流伝熱を抑制する優れた断熱性を得ることができる。このため、通常の常温域の電池使用時において、隣接するナノ粒子間の熱の伝導を抑制することができる点で、ナノ粒子を使用することが好ましい。
さらに、酸化物粒子として、平均一次粒子径が小さいナノ粒子を使用すると、電池セルの熱暴走に伴う膨張によって熱伝達抑制シートが圧縮され、内部の密度が上がった場合であっても、熱伝達抑制シートの伝導伝熱の上昇を抑制することができる。これは、ナノ粒子が静電気による反発力で粒子間に細かな空隙ができやすく、かさ密度が低いため、クッション性があるように粒子が充填されるからであると考えられる。
本発明において、ナノ粒子とは、球形又は球形に近い平均一次粒子径が１μｍ未満のナノメートルオーダーの粒子を表す。ナノ粒子は低密度であるため伝導伝熱を抑制し、第１の無機粒子としてナノ粒子を使用すると、更に三次元的に連結した空孔７が微細化し、対流伝熱を抑制する優れた断熱性を得ることができる。このため、通常の常温域の電池使用時において、隣接するナノ粒子間の熱の伝導を抑制することができる点で、ナノ粒子を使用することが好ましい。
さらに、酸化物粒子として、平均一次粒子径が小さいナノ粒子を使用すると、電池セルの熱暴走に伴う膨張によって熱伝達抑制シートが圧縮され、内部の密度が上がった場合であっても、熱伝達抑制シートの伝導伝熱の上昇を抑制することができる。これは、ナノ粒子が静電気による反発力で粒子間に細かな空隙ができやすく、かさ密度が低いため、クッション性があるように粒子が充填されるからであると考えられる。
【0063】
なお、本発明において、第１の無機粒子としてナノ粒子を使用する場合に、上記ナノ粒子の定義に沿ったものであれば、材質について特に限定されない。例えば、シリカナノ粒子は、断熱性が高い材料であることに加えて、粒子同士の接点が小さいため、シリカナノ粒子により伝導される熱量は、粒子径が大きいシリカ粒子を使用した場合と比較して小さくなる。また、一般的に入手されるシリカナノ粒子は、かさ密度が０．１（ｇ／ｃｍ３）程度であるため、例えば、熱伝達抑制シートの両側に配置された電池セルが熱膨張し、熱伝達抑制シートに対して大きな圧縮応力が加わった場合であっても、シリカナノ粒子同士の接点の大きさ（面積）や数が著しく大きくなることはなく、断熱性を維持することができる。したがって、ナノ粒子としてはシリカナノ粒子を使用することが好ましい。シリカナノ粒子としては、湿式シリカ、乾式シリカ及びエアロゲル等が挙げられるが、本実施形態に特に好適であるシリカナノ粒子について、以下に説明する。
【0064】
一般的に、湿式シリカは粒子が凝集しているのに対し、乾式シリカは粒子を分散させることができる。３００℃以下の温度範囲において、熱の伝導は伝導伝熱が支配的であるため、粒子を分散させることができる乾式シリカの方が、湿式シリカと比較して、優れた断熱性能を得ることができる。
なお、本実施形態に係る熱伝達抑制シートは、材料を含む混合物を、乾式法によりシート状に加工する製造方法を用いることが好ましい。したがって、無機粒子としては、熱伝導率が低い乾式シリカ、シリカエアロゲル等を使用することが好ましい。
なお、本実施形態に係る熱伝達抑制シートは、材料を含む混合物を、乾式法によりシート状に加工する製造方法を用いることが好ましい。したがって、無機粒子としては、熱伝導率が低い乾式シリカ、シリカエアロゲル等を使用することが好ましい。
【0065】
（ナノ粒子の平均一次粒子径：１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）
ナノ粒子の平均一次粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、ナノ粒子の平均一次粒子径を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすると、特に５００℃未満の温度領域において、熱伝達抑制シート内における熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制することができ、断熱性をより一層向上させることができる。また、圧縮応力が印加された場合であっても、ナノ粒子間に残った空隙と、多くの粒子間の接点が伝導伝熱を抑制し、熱伝達抑制シートの断熱性を維持することができる。
なお、ナノ粒子の平均一次粒子径は、２ｎｍ以上であることがより好ましく、３ｎｍ以上であることが更に好ましい。一方、ナノ粒子の平均一次粒子径は、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
ナノ粒子の平均一次粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、ナノ粒子の平均一次粒子径を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすると、特に５００℃未満の温度領域において、熱伝達抑制シート内における熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制することができ、断熱性をより一層向上させることができる。また、圧縮応力が印加された場合であっても、ナノ粒子間に残った空隙と、多くの粒子間の接点が伝導伝熱を抑制し、熱伝達抑制シートの断熱性を維持することができる。
なお、ナノ粒子の平均一次粒子径は、２ｎｍ以上であることがより好ましく、３ｎｍ以上であることが更に好ましい。一方、ナノ粒子の平均一次粒子径は、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
【0066】
（無機水和物粒子）
無機水和物粒子は、発熱体からの熱を受けて熱分解開始温度以上になると熱分解し、自身が持つ結晶水を放出して発熱体及びその周囲の温度を下げる、所謂「吸熱作用」を発現する。また、結晶水を放出した後は多孔質体となり、無数の空気孔により断熱作用を発現する。
無機水和物の具体例として、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）等が挙げられる。
無機水和物粒子は、発熱体からの熱を受けて熱分解開始温度以上になると熱分解し、自身が持つ結晶水を放出して発熱体及びその周囲の温度を下げる、所謂「吸熱作用」を発現する。また、結晶水を放出した後は多孔質体となり、無数の空気孔により断熱作用を発現する。
無機水和物の具体例として、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）等が挙げられる。
【0067】
例えば、水酸化アルミニウムは約３５％の結晶水を有しており、下記式に示すように、熱分解して結晶水を放出して吸熱作用を発現する。そして、結晶水を放出した後は多孔質体であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）となり、断熱材として機能する。
２Ａｌ（ＯＨ）３→Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２Ｏ
２Ａｌ（ＯＨ）３→Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２Ｏ
【0068】
なお、後述するように、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、例えば、電池セル間に介在されることが好適であるが、熱暴走を起こした電池セルでは、２００℃を超える温度に急上昇し、７００℃付近まで温度上昇を続ける。したがって、無機粒子としては熱分解開始温度が２００℃以上である無機水和物からなることが好ましい。
上記に挙げた無機水和物の熱分解開始温度は、水酸化アルミニウムは約２００℃、水酸化マグネシウムは約３３０℃、水酸化カルシウムは約５８０℃、水酸化亜鉛は約２００℃、水酸化鉄は約３５０℃、水酸化マンガンは約３００℃、水酸化ジルコニウムは約３００℃、水酸化ガリウムは約３００℃であり、いずれも熱暴走を起こした電池セルの急激な昇温の温度範囲とほぼ重なり、温度上昇を効率よく抑えることができることから、好ましい無機水和物であるといえる。
上記に挙げた無機水和物の熱分解開始温度は、水酸化アルミニウムは約２００℃、水酸化マグネシウムは約３３０℃、水酸化カルシウムは約５８０℃、水酸化亜鉛は約２００℃、水酸化鉄は約３５０℃、水酸化マンガンは約３００℃、水酸化ジルコニウムは約３００℃、水酸化ガリウムは約３００℃であり、いずれも熱暴走を起こした電池セルの急激な昇温の温度範囲とほぼ重なり、温度上昇を効率よく抑えることができることから、好ましい無機水和物であるといえる。
【0069】
（無機水和物粒子の平均二次粒子径：０．０１μｍ以上２００μｍ以下）
また、第１の無機粒子として、無機水和物粒子を使用した場合に、その平均粒子径が大きすぎると、熱伝達抑制シート１０の中心付近にある第１の無機粒子（無機水和物）が、その熱分解温度に達するまでにある程度の時間を要するため、シート中心付近の第１の無機粒子が熱分解しきれない場合がある。このため、無機水和物粒子の平均二次粒子径は、０．０１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
また、第１の無機粒子として、無機水和物粒子を使用した場合に、その平均粒子径が大きすぎると、熱伝達抑制シート１０の中心付近にある第１の無機粒子（無機水和物）が、その熱分解温度に達するまでにある程度の時間を要するため、シート中心付近の第１の無機粒子が熱分解しきれない場合がある。このため、無機水和物粒子の平均二次粒子径は、０．０１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【0070】
（熱膨張性無機材料からなる粒子）
熱膨張性無機材料としては、バーミキュライト、ベントナイト、雲母、パーライト等を挙げることができる。
熱膨張性無機材料としては、バーミキュライト、ベントナイト、雲母、パーライト等を挙げることができる。
【0071】
（含水多孔質体からなる粒子）
含水多孔質体の具体例としては、ゼオライト、カオリナイト、モンモリロナイト、酸性白土、珪藻土、湿式シリカ、乾式シリカ、エアロゲル、マイカ、バーミキュライト等が挙げられる。
含水多孔質体の具体例としては、ゼオライト、カオリナイト、モンモリロナイト、酸性白土、珪藻土、湿式シリカ、乾式シリカ、エアロゲル、マイカ、バーミキュライト等が挙げられる。
【0072】
（無機バルーン）
本発明に用いる断熱材は、第１の無機粒子として無機バルーンを含んでいてもよい。
無機バルーンが含まれると、５００℃未満の温度領域において、断熱材内における熱の対流伝熱または伝導伝熱を抑制することができ、断熱材の断熱性をより一層向上させることができる。
無機バルーンとしては、シラスバルーン、シリカバルーン、フライアッシュバルーン、バーライトバルーン、およびガラスバルーンから選択された少なくとも１種を用いることができる。
本発明に用いる断熱材は、第１の無機粒子として無機バルーンを含んでいてもよい。
無機バルーンが含まれると、５００℃未満の温度領域において、断熱材内における熱の対流伝熱または伝導伝熱を抑制することができ、断熱材の断熱性をより一層向上させることができる。
無機バルーンとしては、シラスバルーン、シリカバルーン、フライアッシュバルーン、バーライトバルーン、およびガラスバルーンから選択された少なくとも１種を用いることができる。
【0073】
（無機バルーンの含有量：断熱材全質量に対して６０質量％以下）
無機バルーンの含有量としては、断熱材全質量に対し、６０質量％以下が好ましい。
無機バルーンの含有量としては、断熱材全質量に対し、６０質量％以下が好ましい。
【0074】
（無機バルーンの平均粒子径：１μｍ以上１００μｍ以下）
無機バルーンの平均粒子径としては、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
無機バルーンの平均粒子径としては、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
【0075】
＜第２の無機粒子＞
熱伝達抑制シートに２種の無機粒子が含有されている場合に、第２の無機粒子は、第１の無機粒子と材質や粒子径等が異なっていれば特に限定されない。第２の無機粒子としては、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、無機水和物粒子、シリカナノ粒子、金属酸化物粒子、マイクロポーラス粒子や中空シリカ粒子等の無機バルーン、熱膨張性無機材料からなる粒子、含水多孔質体からなる粒子等を使用することができ、これらの詳細については、上述のとおりである。
熱伝達抑制シートに２種の無機粒子が含有されている場合に、第２の無機粒子は、第１の無機粒子と材質や粒子径等が異なっていれば特に限定されない。第２の無機粒子としては、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、無機水和物粒子、シリカナノ粒子、金属酸化物粒子、マイクロポーラス粒子や中空シリカ粒子等の無機バルーン、熱膨張性無機材料からなる粒子、含水多孔質体からなる粒子等を使用することができ、これらの詳細については、上述のとおりである。
【0076】
なお、ナノ粒子は伝導伝熱が極めて小さいとともに、熱伝達抑制シートに圧縮応力が加わった場合であっても、優れた断熱性を維持することができる。また、チタニア等の金属酸化物粒子は、輻射熱を遮る効果が高い。さらに、大径の無機粒子と小径の無機粒子とを使用すると、大径の無機粒子同士の隙間に小径の無機粒子が入り込むことにより、より緻密な構造となり、熱伝達抑制効果を向上させることができる。したがって、上記第１の無機粒子として、例えばナノ粒子を使用した場合に、さらに、第２の無機粒子として、第１の無機粒子よりも大径である金属酸化物からなる粒子を、熱伝達抑制シートに含有させることが好ましい。
金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコン、酸化ジルコニウム等を挙げることがでる。特に、酸化チタン（チタニア）は他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であり、５００℃以上の高温度領域において光を乱反射させ輻射熱を遮る効果が高いため、チタニアを用いることが最も好ましい。
金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコン、酸化ジルコニウム等を挙げることがでる。特に、酸化チタン（チタニア）は他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であり、５００℃以上の高温度領域において光を乱反射させ輻射熱を遮る効果が高いため、チタニアを用いることが最も好ましい。
【0077】
第１の無機粒子として、乾式シリカ粒子及びシリカエアロゲルから選択された少なくとも１種の粒子を使用し、第２の無機粒子として、チタニア、ジルコン、ジルコニア、炭化ケイ素、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種の粒子を使用する場合に、３００℃以下の温度範囲内において、優れた断熱性能を得るためには、第１の無機粒子は、無機粒子全質量に対して、５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることがさらに好ましい。また、第１の無機粒子は、無機粒子全質量に対して、９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましく、８０質量％以下であることがさらに好ましい。
【0078】
一方、３００℃を超える温度範囲内において、優れた断熱性能を得るためには、第２の無機粒子は、無機粒子全質量に対して、５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましく、２０質量％以上であることがさらに好ましい。また、第２の無機粒子は、無機粒子全質量に対して、５０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下であることがより好ましく、３０質量％以下であることがさらに好ましい。
【0079】
（第２の無機粒子の平均一次粒子径）
金属酸化物からなる第２の無機粒子を熱伝達抑制シートに含有させる場合に、第２の無機粒子の平均一次粒子径は、１μｍ以上５０μｍ以下であると、５００℃以上の高温度領域で効率よく輻射伝熱を抑制することができる。第２の無機粒子の平均一次粒子径は、５μｍ以上３０μｍ以下であることが更に好ましく、１０μｍ以下であることが最も好ましい。
金属酸化物からなる第２の無機粒子を熱伝達抑制シートに含有させる場合に、第２の無機粒子の平均一次粒子径は、１μｍ以上５０μｍ以下であると、５００℃以上の高温度領域で効率よく輻射伝熱を抑制することができる。第２の無機粒子の平均一次粒子径は、５μｍ以上３０μｍ以下であることが更に好ましく、１０μｍ以下であることが最も好ましい。
【0080】
（無機粒子の含有量）
本実施形態において、熱伝達抑制シート１０中の無機粒子４の合計の含有量が適切に制御されていると、熱伝達抑制シート１０の断熱性を十分に確保することができる。
無機粒子４の合計の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して６０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましい。また、無機粒子４の合計の含有量が多くなりすぎると、有機繊維の含有量が相対的に減少するため、骨格の補強効果及び無機粒子の保持効果を十分に得るためには、無機粒子４の合計の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましい。
本実施形態において、熱伝達抑制シート１０中の無機粒子４の合計の含有量が適切に制御されていると、熱伝達抑制シート１０の断熱性を十分に確保することができる。
無機粒子４の合計の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して６０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましい。また、無機粒子４の合計の含有量が多くなりすぎると、有機繊維の含有量が相対的に減少するため、骨格の補強効果及び無機粒子の保持効果を十分に得るためには、無機粒子４の合計の含有量は、熱伝達抑制シート１０の全質量に対して９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましい。
【0081】
なお、熱伝達抑制シート１０中の無機粒子４の含有量は、例えば、熱伝達抑制シート１０を８００℃で加熱し、有機分を分解後、残部の質量を測定することにより、算出することができる。
【0082】
本発明の第１及び第２の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０，４０には、上記有機繊維１、溶着部５及び無機粒子４の他に、無機繊維１５が含まれることが好ましい。上述の実施形態に係る熱伝達抑制シートに含有されることが好ましい無機繊維について、以下に説明する。
【0083】
＜無機繊維＞
無機繊維として、単一の無機繊維を使用してもよいし、２種以上の無機繊維を組み合わせて使用してもよい。無機繊維としては、例えば、シリカ繊維、アルミナ繊維、アルミナシリケート繊維、ジルコニア繊維、カーボンファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミック繊維、エアロゲル複合材、マグネシウムシリケート繊維、アルカリアースシリケート繊維、チタン酸カリウム繊維、炭化ケイ素繊維、チタン酸カリウムウィスカ繊維等のセラミックス系繊維、ガラス繊維、グラスウール、スラグウール等のガラス系繊維、ロックウール、バサルトファイバ、ウォラストナイト、ムライト繊維等の鉱物系繊維等が挙げられる。
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。
無機繊維として、単一の無機繊維を使用してもよいし、２種以上の無機繊維を組み合わせて使用してもよい。無機繊維としては、例えば、シリカ繊維、アルミナ繊維、アルミナシリケート繊維、ジルコニア繊維、カーボンファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミック繊維、エアロゲル複合材、マグネシウムシリケート繊維、アルカリアースシリケート繊維、チタン酸カリウム繊維、炭化ケイ素繊維、チタン酸カリウムウィスカ繊維等のセラミックス系繊維、ガラス繊維、グラスウール、スラグウール等のガラス系繊維、ロックウール、バサルトファイバ、ウォラストナイト、ムライト繊維等の鉱物系繊維等が挙げられる。
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。
【0084】
無機繊維の断面形状は、特に限定されず、円形断面、平断面、中空断面、多角断面、芯断面などが挙げられる。中でも、中空断面、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。
【0085】
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、熱伝達抑制シート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。
【0086】
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１５μｍであり、より好ましい上限は１０μｍ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以上であることが好ましい。一方、無機繊維の平均繊維径が１５μｍ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、熱伝達抑制シートの成形性及び強度が悪化するおそれがある。
【0087】
（無機繊維の含有量）
本実施形態において、熱伝達抑制シートが、無機繊維を含む場合に、無機繊維の含有量は、熱伝達抑制シートの全質量に対して３質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
本実施形態において、熱伝達抑制シートが、無機繊維を含む場合に、無機繊維の含有量は、熱伝達抑制シートの全質量に対して３質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
【0088】
また、無機繊維の含有量は、熱伝達抑制シートの全質量に対して、５質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。このような含有量にすることにより、無機繊維による保形性や押圧力耐性、抗風圧性や、無機粒子の保持能力がバランスよく発現される。また、無機繊維の含有量を適切に制御することにより、有機繊維１及び無機繊維が互いに絡み合って３次元ネットワークを形成するため、無機粒子４、及び後述する他の配合材料を保持する効果をより一層向上させることができる。
【0089】
＜他の配合材料＞
なお、本実施形態に係る熱伝達抑制シートは、さらに、必要に応じて、結合材、着色剤等を含有させることができる。これらはいずれも熱伝達抑制シートの補強や成形性の向上等を目的とする上で有用であり、熱伝達抑制シートの全質量に対して合計量で、１０質量％以下とすることが好ましい。
なお、本実施形態に係る熱伝達抑制シートは、さらに、必要に応じて、結合材、着色剤等を含有させることができる。これらはいずれも熱伝達抑制シートの補強や成形性の向上等を目的とする上で有用であり、熱伝達抑制シートの全質量に対して合計量で、１０質量％以下とすることが好ましい。
【0090】
［熱伝達抑制シートの製造方法］
本実施形態に係る熱伝達抑制シートの製造方法の例について、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シート４０を例に挙げて以下に説明する。
例えば、芯鞘構造を有するバインダ繊維（図示せず）、無機粒子４及び無機繊維１５を所定の割合でＶ型混合機などの混合機に投入し、混合物を作製する。
なお、上述のとおり、バインダ繊維としては、第１の有機材料からなる芯部と、第２の有機材料からなる鞘部とを有する芯鞘構造の繊維を使用することが好ましい。この場合に、第１の有機材料の融点は、第２の有機材料の融点よりも高いものとする。
本実施形態に係る熱伝達抑制シートの製造方法の例について、第２の実施形態に係る熱伝達抑制シート４０を例に挙げて以下に説明する。
例えば、芯鞘構造を有するバインダ繊維（図示せず）、無機粒子４及び無機繊維１５を所定の割合でＶ型混合機などの混合機に投入し、混合物を作製する。
なお、上述のとおり、バインダ繊維としては、第１の有機材料からなる芯部と、第２の有機材料からなる鞘部とを有する芯鞘構造の繊維を使用することが好ましい。この場合に、第１の有機材料の融点は、第２の有機材料の融点よりも高いものとする。
【0091】
その後、得られた混合物を所定の型内に投入し、プレス機等により加圧して、得られた成形体を加熱することにより、バインダ繊維の鞘部が溶融する。その後、加熱された成形体を冷却することにより、溶融していた鞘部を構成する第２の有機材料と、バインダ繊維の周囲に存在していた無機粒子４とが、芯部（有機繊維１）に溶着されるとともに、バインダ繊維同士が接触していた領域においても互いに溶着される。これにより、シート状に加工された熱伝達抑制シート４０を得ることができる。
【0092】
第１の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０についても、その製造方法は上記熱伝達抑制シート４０と同様にして得ることができ、無機繊維１５の使用については、任意に選択することができる。
【0093】
なお、上記材料を混合し、これを加圧するとともに加熱すると、表面に露出している交絡した有機繊維１が加熱され、熱伝達抑制シート４０の表面に繊維層１１として形成される。このようにして得られた繊維層１１は、熱伝達抑制シート４０の強度を向上させるとともに、熱伝達抑制シート４０の表面への衝撃を緩和する効果を有する。
【0094】
上述の第１及び第２の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０，４０は、乾式法により製造されることが好ましい。乾式法を使用する場合、乾式法に適した無機粒子４を使用し、上記混合物には、湿式法により成形する際に必要な水等の溶媒を添加しないものとする。ただし、熱伝達抑制シート１０の製造時に、無機粒子４等の粉体が舞って、原料の取り扱いが困難になることを防止するため、乾式法とされる範囲内で少量の水などの溶媒を添加することもできる。例えば、混合物に水などの少量の溶媒を添加することにより、製造時における無機粒子の飛散を抑制することができる。
【0095】
上記製造方法においては、芯鞘構造のバインダ繊維を材料として用いており、芯部を構成する第１の有機材料の融点が、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも高いため、混合物を加熱する際に、芯部を残して鞘部を溶融させることができる。そして、冷却後に、芯部（有機繊維１）の外周面は、無機粒子４を含んだ第２の有機材料により被覆されるため、無機粒子４を保持することができる。無機粒子４が溶着した有機繊維１は、見かけ上太い繊維径を有するものとなるため、有機繊維１のみの強度よりも高強度となる。さらに、混合物中には、バインダ繊維が不規則な方向で存在しているため、バインダ繊維同士が接触している領域で、有機繊維１同士が溶着され、立体的な骨格が形成される。その結果、熱伝達抑制シート全体の形状をより一層高強度に保持することができる。
【0096】
なお、バインダ繊維として、芯鞘構造を有さない有機繊維を使用した場合であっても、温度設定によっては、有機繊維の中心部を残して表面のみを溶融させ、表面に無機粒子を被着させたり、有機繊維同士を溶着させることは可能である。ただし、熱伝達抑制シートの製造時には、厚さ方向に直交する片面側又は両面側から加熱することが一般的であり、断熱性能が高い材料を使用するため、シートの表面側と厚さ方向の中心側とにおいて、同程度の温度に上昇させるためには、厳密な温度管理が必要である。
【0097】
これに対して、芯部を構成する第１の有機材料の融点が、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも高い芯鞘構造のバインダ繊維を使用すると、極めて容易に芯部を残し、鞘部を溶融させるための温度を設定することができる。その結果、得られた熱伝達抑制シートは、表面側及び中心側のいずれにおいても、有機繊維１同士が溶着してシートの強度を保持する骨格となり、有機繊維１の表面に無機粒子４を含む溶着部５が形成された理想的な構造を有するものとなる。したがって、熱伝達抑制シートの材料として、上記のような芯鞘構造を有するバインダ繊維を使用することが好ましい。
【0098】
なお、詳細は後述するが、熱伝達抑制シートの原料として、混合物中に、ホットメルトパウダー等の接着剤を含有させてもよい。混合物中に含有させる接着剤の種類及び含有量を適切に調整することにより、有機繊維１により形成される骨格が十分に固定されるとともに、無機粒子４の保持力を向上させ、粉落ちをより一層抑制することができる。
その結果、本実施形態に係る製造方法により製造された熱伝達抑制シートは、より一層強固な骨格を有するものとなり、熱伝達抑制シートに対して押圧力又は衝撃が与えられた場合でも、その形状を維持することができ、粉落ちを抑制することができるとともに、優れた断熱性能を維持することができる。
その結果、本実施形態に係る製造方法により製造された熱伝達抑制シートは、より一層強固な骨格を有するものとなり、熱伝達抑制シートに対して押圧力又は衝撃が与えられた場合でも、その形状を維持することができ、粉落ちを抑制することができるとともに、優れた断熱性能を維持することができる。
【0099】
なお、粉落ちをより一層抑制するために、熱伝達抑制シートの表面をフィルム等で被覆してもよい。高分子フィルムとしては、ポリイミド、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ｐ－フェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、架橋ポリエチレン、難燃クロロプレンゴム、ポリビニルデンフロライド、硬質塩化ビニル、ポリブチレンテレフタレート、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、硬質ＰＣＶ、難燃性ＰＥＴ、ポリスチレン、ポリエーテルサルホン、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等からなるフィルムが挙げられる。なお、熱伝達抑制シートの表面をフィルムで被覆する方法については特に限定されず、接着剤等により貼付する方法や、熱伝達抑制シートをフィルムで包む方法、袋状のフィルムに熱伝達抑制シートを収容する方法等が挙げられる。
【0100】
次に、本実施形態に係る熱伝達抑制シートの製造方法において、使用することが好ましいバインダ繊維及び加熱条件について、説明する。
【0101】
＜バインダ繊維＞
本実施形態において、芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、芯部を構成する第１の有機材料の融点が、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも高いものであれば、特に限定されない。芯部となる第１の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種を選択することができる。また、鞘部となる第２の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種を選択することができる。
本実施形態において、芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、芯部を構成する第１の有機材料の融点が、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも高いものであれば、特に限定されない。芯部となる第１の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種を選択することができる。また、鞘部となる第２の有機材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種を選択することができる。
【0102】
芯部を構成する第１の有機材料の融点が、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも十分に高いと、加熱する工程における加熱温度の設定裕度を広げることができ、より一層所望の構造を得るための温度設定を容易にすることができる。例えば、第１の有機材料の融点は、第２の有機材料の融点よりも６０℃以上高いことが好ましく、７０℃以上高いことがより好ましく、８０℃以上高いことがさらに好ましい。
【0103】
なお、上記のような芯鞘構造を有するバインダ繊維は、一般的に市販されており、芯部と鞘部を構成する材質は、同一でも互いに異なっていてもよい。芯部及び鞘部が同一の材質であって、異なる融点を有するバインダ繊維の例としては、例えば、芯部及び鞘部がポリエチレンテレフタレートからなるもの、ポリプロピレンからなるもの、ナイロンからなるもの等が挙げられる。芯部及び鞘部が互いに異なる材質からなるバインダ繊維の例としては、芯部がポリエチレンテレフタレートからなり、鞘部がポリエチレンからなるもの、芯部がポリプロピレンからなり、鞘部がポリエチレンからなるもの等が挙げられる。
【0104】
本実施形態において、バインダ繊維の鞘部を構成する第２の有機材料の融点とは、第２の有機材料が融解変形し始める融解温度を表すが、形状変化を伴う軟化も、融解変形の１種と判断する。バインダ繊維の鞘部の融点は、例えば、以下の方法により測定することができる。
測定対象とするバインダ繊維を、より融点が高いガラス繊維と接するように配置し、室温から５℃／分の昇温速度で、例えば２００℃まで加熱して、その後室温まで冷却する。このとき、バインダ繊維の表面が融解変形して、ガラス繊維と接している部分で融着しているか、又は、バインダ繊維の断面形状が変化していれば、鞘部を構成する第２の有機材料の融点が２００℃以下であると判断することができる。本実施形態においては、加熱温度を種々に変化させて、上記の方法で冷却後のバインダ繊維とガラス繊維との融着状態、又はバインダ繊維の断面形状を観察することにより、鞘部を構成する第２の有機材料の融点を特定することができる。
測定対象とするバインダ繊維を、より融点が高いガラス繊維と接するように配置し、室温から５℃／分の昇温速度で、例えば２００℃まで加熱して、その後室温まで冷却する。このとき、バインダ繊維の表面が融解変形して、ガラス繊維と接している部分で融着しているか、又は、バインダ繊維の断面形状が変化していれば、鞘部を構成する第２の有機材料の融点が２００℃以下であると判断することができる。本実施形態においては、加熱温度を種々に変化させて、上記の方法で冷却後のバインダ繊維とガラス繊維との融着状態、又はバインダ繊維の断面形状を観察することにより、鞘部を構成する第２の有機材料の融点を特定することができる。
【0105】
（バインダ繊維の含有量）
本実施形態において、材料として芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、混合物中のバインダ繊維の含有量が適切に制御されていると、得られる熱伝達抑制シートにおける骨格の補強効果を十分に得ることができる。
バインダ繊維の含有量は、混合物の全質量に対して５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましい。また、バインダ繊維の含有量が多くなりすぎると、無機粒子４の含有量が相対的に減少するため、所望の断熱性能を得るためには、バインダ繊維の含有量は、混合物の全質量に対して２５質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがより好ましい。
本実施形態において、材料として芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、混合物中のバインダ繊維の含有量が適切に制御されていると、得られる熱伝達抑制シートにおける骨格の補強効果を十分に得ることができる。
バインダ繊維の含有量は、混合物の全質量に対して５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましい。また、バインダ繊維の含有量が多くなりすぎると、無機粒子４の含有量が相対的に減少するため、所望の断熱性能を得るためには、バインダ繊維の含有量は、混合物の全質量に対して２５質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがより好ましい。
【0106】
＜ホットメルトパウダー＞
本実施形態においては、上記バインダ繊維、無機粒子４の他に、混合物中にホットメルトパウダーを含有させてもよい。ホットメルトパウダーは、例えば上記第１の有機材料及び第２の有機材料とは異なる第３の有機材料を含有し、加熱により溶融する性質を有する粉体である。混合物中にホットメルトパウダーを含有させ、加熱することにより、ホットメルトパウダーは溶融し、その後冷却すると、周囲の無機粒子４を含んだ状態で硬化する。したがって、熱伝達抑制シートからの無機粒子４の脱落をより一層抑制することができる。
本実施形態においては、上記バインダ繊維、無機粒子４の他に、混合物中にホットメルトパウダーを含有させてもよい。ホットメルトパウダーは、例えば上記第１の有機材料及び第２の有機材料とは異なる第３の有機材料を含有し、加熱により溶融する性質を有する粉体である。混合物中にホットメルトパウダーを含有させ、加熱することにより、ホットメルトパウダーは溶融し、その後冷却すると、周囲の無機粒子４を含んだ状態で硬化する。したがって、熱伝達抑制シートからの無機粒子４の脱落をより一層抑制することができる。
【0107】
ホットメルトパウダーとしては、種々の融点を有するものが挙げられるが、使用するバインダ繊維の芯部及び鞘部の融点を考慮して、適切な融点を有するホットメルトパウダーを選択すればよい。具体的に、ホットメルトパウダーを構成する成分である第３の有機材料は、上記有機繊維を構成する第１の有機材料の融点よりも低いものであれば、芯部を残して、鞘部及びホットメルトパウダーを溶融させるための加熱温度を設定することができる。例えば、ホットメルトパウダーの融点が、鞘部の融点以下であると、製造時の加熱温度は、芯部の融点と鞘部の融点との間で設定すればよいため、より一層容易に加熱温度を設定することができる。
【0108】
一方、ホットメルトパウダーの融点が、芯部の融点と鞘部の融点との間となるように、使用するホットメルトパウダーの種類を選択することもできる。このような融点を有するホットメルトパウダーを使用すると、鞘部及びホットメルトパウダーがともに溶融した後、冷却されて硬化する際に、先に有機繊維（芯部）１とその周囲の溶融した鞘部、及び無機粒子４の隙間に存在するホットメルトパウダーが硬化する。その結果、有機繊維１の位置を固定することができ、その後、溶融していた鞘部が有機繊維に溶着することにより、立体的な骨格が形成されやすくなる。したがって、シート全体の強度をより一層向上させることができる。
【0109】
ホットメルトパウダーを構成する第３の有機材料の融点が、芯部を構成する第１の有機材料の融点よりも十分に低いと、加熱する工程における加熱温度の設定裕度を広げることができ、より一層所望の構造を得るための温度設定を容易にすることができる。例えば、第１の有機材料の融点は、第３の有機材料の融点よりも６０℃以上高いことが好ましく、７０℃以上高いことがより好ましく、８０℃以上高いことがさらに好ましい。
【0110】
なお、ホットメルトパウダー（第３の有機材料）の融点は、８０℃以上であることが好ましく、９０℃以上であることがより好ましい。また、ホットメルトパウダー（第３の有機材料）の融点は、１８０℃以下であることが好ましく、１５０℃以下であることがより好ましい。ホットメルトパウダーを構成する成分としては、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、エチレン酢酸ビニル等が挙げられる。
【0111】
（ホットメルトパウダーの含有量）
無機粒子の脱落を抑制するために、混合物中にホットメルトパウダーを含有させる場合に、その含有量は微量でも粉落ち抑制の効果を得ることができる。したがって、ホットメルトパウダーの含有量は、混合物全質量に対して０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがより好ましい。
一方、ホットメルトパウダーの含有量を増加させると、無機粒子４等の含有量が相対的に減少するため、所望の断熱性能を得るためには、ホットメルトパウダーの含有量は、混合物の全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
無機粒子の脱落を抑制するために、混合物中にホットメルトパウダーを含有させる場合に、その含有量は微量でも粉落ち抑制の効果を得ることができる。したがって、ホットメルトパウダーの含有量は、混合物全質量に対して０．５質量％以上であることが好ましく、１質量％以上であることがより好ましい。
一方、ホットメルトパウダーの含有量を増加させると、無機粒子４等の含有量が相対的に減少するため、所望の断熱性能を得るためには、ホットメルトパウダーの含有量は、混合物の全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
【0112】
＜加熱条件＞
上記混合物をシート状に加工する工程としては、混合物を加圧する工程と、混合物を加熱する工程とが挙げられる。熱伝達抑制シートの材料として、芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、加熱する工程における加熱温度は、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも高く、芯部を構成する第１の有機材料の融点よりも低い温度とすることが好ましい。このような加熱温度に設定することにより、上述のとおり、シートの表面側及び中心側のいずれにおいても、芯部によりシートの強度を確保することができるとともに、溶着部５により無機粒子４を保持することができる。
上記混合物をシート状に加工する工程としては、混合物を加圧する工程と、混合物を加熱する工程とが挙げられる。熱伝達抑制シートの材料として、芯鞘構造のバインダ繊維を使用する場合に、加熱する工程における加熱温度は、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも高く、芯部を構成する第１の有機材料の融点よりも低い温度とすることが好ましい。このような加熱温度に設定することにより、上述のとおり、シートの表面側及び中心側のいずれにおいても、芯部によりシートの強度を確保することができるとともに、溶着部５により無機粒子４を保持することができる。
【0113】
具体的に、加熱する工程における加熱温度は、鞘部を構成する第２の有機材料の融点よりも１０℃以上高く設定することが好ましく、２０℃以上高く設定することがより好ましい。一方、加熱温度は、芯部を構成する第１の有機材料の融点よりも１０℃以上低く設定することが好ましく、２０℃以上低く設定することがより好ましい。
【0114】
加熱時間については特に限定されないが、鞘部を十分に溶融させることができるための加熱時間を設定することが好ましい。例えば、３分以上１５分以内に設定することができる。
【0115】
熱伝達抑制シートの材料としてホットメルトパウダーを含む場合に、加熱する工程における加熱温度は、鞘部を構成する第２の有機材料の融点、及びホットメルトパウダーを構成する第３の有機材料の融点のいずれか高い方よりも１０℃以上高く設定することが好ましく、２０℃以上高く設定することがより好ましい。一方、加熱温度は、芯部を構成する第１の有機材料の融点よりも１０℃以上低く設定することが好ましく、２０℃以上低く設定することがより好ましい。このような加熱温度に設定することにより、強固な骨格を形成することができ、シートの強度をより一層向上させることができるとともに、溶着部５等により無機粒子４の脱落を防止することができる。
【0116】
＜熱伝達抑制シートの厚さ＞
本実施形態に係る熱伝達抑制シートの厚さは特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。厚さが０．０５ｍｍ以上であると、充分な圧縮強度を得ることができる。一方、厚さが１０ｍｍ以下であると、熱伝達抑制シートの良好な断熱性を得ることができる。
本実施形態に係る熱伝達抑制シートの厚さは特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。厚さが０．０５ｍｍ以上であると、充分な圧縮強度を得ることができる。一方、厚さが１０ｍｍ以下であると、熱伝達抑制シートの良好な断熱性を得ることができる。
【0117】
［組電池］
本発明の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０を適用した組電池の例は、上記図３に例示したとおりである。ここで、組電池の構成及び効果について、図３を用いて具体的に説明する。なお、上述のとおり、図３に示す熱伝達抑制シート１０は、熱伝達抑制シート４０に代えることもでき、その他本発明の範囲内で、他の熱伝達抑制シートに代えることもできる。
本発明の実施形態に係る熱伝達抑制シート１０を適用した組電池の例は、上記図３に例示したとおりである。ここで、組電池の構成及び効果について、図３を用いて具体的に説明する。なお、上述のとおり、図３に示す熱伝達抑制シート１０は、熱伝達抑制シート４０に代えることもでき、その他本発明の範囲内で、他の熱伝達抑制シートに代えることもできる。
【0118】
図３に示すように、組電池１００は、複数の電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、本実施形態に係る熱伝達抑制シートと、を有し、該複数の電池セルが直列又は並列に接続されたものである。
例えば、図３に示すように、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、電池セル２０ａと電池セル２０ｂとの間、及び電池セル２０ｂと電池セル２０ｃとの間に介在されている。さらに、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び熱伝達抑制シート１０は、電池ケース３０に収容されている。
なお、熱伝達抑制シート１０については、上述したとおりである。
例えば、図３に示すように、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、電池セル２０ａと電池セル２０ｂとの間、及び電池セル２０ｂと電池セル２０ｃとの間に介在されている。さらに、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び熱伝達抑制シート１０は、電池ケース３０に収容されている。
なお、熱伝達抑制シート１０については、上述したとおりである。
【0119】
このように構成された組電池１００においては、ある電池セル２０ａが高温になった場合でも、電池セル２０ｂとの間には、熱伝達抑制効果を有する熱伝達抑制シート１０が存在しているため、電池セル２０ｂへの熱の伝播を抑制することができる。
また、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、高い圧縮強度を有するため、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの充放電時においても、これら電池セルの熱膨張を抑制することができる。したがって、電池セル間の距離を確保することができ、優れた断熱性能を維持することができ、電池セルの熱暴走を防止することができる。また、粉落ちを抑制する効果を有するため、容易に取り扱うことができる。
また、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、高い圧縮強度を有するため、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃの充放電時においても、これら電池セルの熱膨張を抑制することができる。したがって、電池セル間の距離を確保することができ、優れた断熱性能を維持することができ、電池セルの熱暴走を防止することができる。また、粉落ちを抑制する効果を有するため、容易に取り扱うことができる。
【0120】
なお、本実施形態の組電池１００は、図３に例示した組電池に限定されない。例えば、熱伝達抑制シート１０は、電池セル２０ａと電池セル２０ｂとの間、及び電池セル２０ｂと電池セル２０ｃとの間のみでなく、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと電池ケース３０との間に配置されたり、電池ケース３０の内面に貼り付けられるものであってもよい。
【0121】
このように構成された組電池１００においては、ある電池セルが発火した場合に、電池ケース３０の外側に炎が広がることを抑制することができる。
例えば、本実施形態に係る組電池１００は、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に使用され、搭乗者の床下に配置されることがある。この場合に、仮に電池セルが発火しても、搭乗者の安全を確保することができる。
また、熱伝達抑制シート１０を、各電池セル間に介在させるだけでなく、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと電池ケース３０との間に配置することができるため、新たに防炎材等を作製する必要がなく、容易に低コストで安全な組電池１００を構成することができる。
例えば、本実施形態に係る組電池１００は、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に使用され、搭乗者の床下に配置されることがある。この場合に、仮に電池セルが発火しても、搭乗者の安全を確保することができる。
また、熱伝達抑制シート１０を、各電池セル間に介在させるだけでなく、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと電池ケース３０との間に配置することができるため、新たに防炎材等を作製する必要がなく、容易に低コストで安全な組電池１００を構成することができる。
【0122】
本実施形態の組電池において、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃと電池ケース３０との間に配置された熱伝達抑制シート１０と、電池セルとは、接触していても、隙間を有していてもよい。ただし、熱伝達抑制シート１０と電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの間に隙間を有していると、複数ある電池セルのうち、いずれかの電池セルの温度が上昇し、体積が膨張した場合であっても、電池セルの変形を許容することができる。
【0123】
なお、本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、その製造方法によって、種々の形状に作製することができる。したがって、電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び電池ケース３０の形状に影響されず、どのような形状のものにも対応させることができる。具体的には、角型電池の他、円筒形電池、平板型電池等にも適用することができる。
【符号の説明】
【0124】
１ 有機繊維
４ 無機粒子
５ 溶着部
６ 繊維束
７ 空孔
１０，４０ 熱伝達抑制シート
１１ 繊維層
１３ 基層
１５ 無機繊維
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電池セル
３０ 電池ケース
１００ 組電池
４ 無機粒子
５ 溶着部
６ 繊維束
７ 空孔
１０，４０ 熱伝達抑制シート
１１ 繊維層
１３ 基層
１５ 無機繊維
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電池セル
３０ 電池ケース
１００ 組電池
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2023-08-23
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無機粒子と、有機繊維と、を有する熱伝達抑制シートであって、
複数の三次元的に連結した空孔を有し、
前記有機繊維は、表面の少なくとも一部を被覆する溶着部を有し、前記無機粒子の少なくとも一部は、前記溶着部により前記有機繊維に溶着されていることを特徴とする、熱伝達抑制シート。
複数の三次元的に連結した空孔を有し、
前記有機繊維は、表面の少なくとも一部を被覆する溶着部を有し、前記無機粒子の少なくとも一部は、前記溶着部により前記有機繊維に溶着されていることを特徴とする、熱伝達抑制シート。
【請求項2】
さらに、無機繊維を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項3】
厚さ方向に直交する第１面及び第２面の少なくとも一部に、複数の前記有機繊維同士の少なくとも一部が前記溶着部により溶着されてなる繊維層を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項4】
さらに、無機繊維を有し、
前記繊維層は、前記無機繊維を含むことを特徴とする、請求項３に記載の熱伝達抑制シート。
前記繊維層は、前記無機繊維を含むことを特徴とする、請求項３に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項5】
前記有機繊維は第１の有機材料からなり、前記溶着部は第２の有機材料を含み、
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項6】
前記第２の有機材料の融点は、前記第１の有機材料の融点よりも６０℃以上低いことを特徴とする、請求項５に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項7】
前記第１の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であり、
前記第２の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であることを特徴とする、請求項５に記載の熱伝達抑制シート。
前記第２の有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン及びナイロンから選択された少なくとも１種であることを特徴とする、請求項５に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項8】
前記無機粒子は、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子であることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項9】
前記無機粒子は、乾式シリカ粒子及びシリカエアロゲルから選択された少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、請求項８に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項10】
前記無機粒子は、さらに、チタニア、ジルコン、ジルコニア、炭化ケイ素、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種の粒子を含むことを特徴とする、請求項９に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項11】
複数の電池セルと、請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シートを有し、前記複数の電池セルが直列又は並列に接続された、組電池。