特許 7378489 バッテリ用断熱素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-02

(45)【発行日】2023-11-13

(54)【発明の名称】バッテリ用断熱素子

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/658 20140101AFI20231106BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20231106BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20231106BHJP

【ＦＩ】

H01M10/658

H01M10/651

H01M10/625

【請求項の数】 27

(21)【出願番号】P 2021554416

(86)(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-14

(86)【国際出願番号】 KR2021001594

(87)【国際公開番号】W WO2022169005

(87)【国際公開日】2022-08-11

【審査請求日】2021-09-09

(73)【特許権者】

【識別番号】521406802

【氏名又は名称】エアロゲル アールアンドディー ピーティーイー．リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＥＲＯＧＥＬ Ｒ＆Ｄ ＰＴＥ．ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１３３ Ｎｅｗ Ｂｒｉｄｇｅ Ｒｏａｄ ＃０８－０３，０５９４１３ Ｃｈｉｎａｔｏｗｎ Ｐｏｉｎｔ（ＳＧ）

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】パク，ジョン チョル

【審査官】佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１７４８３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１６９２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１３０３３７８（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５８

Ｈ０１Ｍ １０／６５１

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱が移動可能な通路の役割を果たすように構成された第１ホール（１１）を含む第１カバー層（１０）と、
前記第１カバー層（１０）の一面に付着し、熱が移動可能な通路の役割を果たすように構成された第２ホール（２１）を含む第２カバー層（２０）と、
前記第２カバー層（２０）において前記第１カバー層（１０）の付着した面の反対面に位置する第３カバー層（３０）と
を含む断熱素子（１０００、２０００）であって、
前記断熱素子は、前記第３カバー層の内側空間に断熱部（５０）を含み、
前記断熱部は、前記断熱素子の断熱性能を向上させるように構成された機能性充填材を含み、
前記機能性充填材は、該機能性充填材の１００重量部を基準としたときにエアロゲル粉末を５０重量部～１００重量部の範囲で含み、
前記断熱部に含まれる機能性充填材の充填密度は、０．０５ｇ／ｃｍ ^３ ～０．２０ｇ／ｃｍ ^３ の範囲である、
バッテリ用断熱素子。

【請求項2】

前記第１カバー層（１０）の平均厚さ又は前記第２カバー層（２０）の平均厚さは、１０μｍ～５０μｍの範囲である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項3】

前記第１カバー層（１０）は、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｎｌａｔｅ、ＰＥＴ）フィルム、シクロオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ、ＣＯＰ）フィルム、未延伸ポリプロピレン（ｃａｓｔｉｎｇ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＣＰＰ）フィルム、およびナイロンフィルムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項4】

前記断熱部に含まれる機能性充填材の充填密度は、０．１０ｇ／ｃｍ ^３ ～０．１５ｇ／ｃｍ ^３ の範囲である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項5】

前記第２カバー層（２０）は、アルミニウムおよび雲母のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項6】

前記第３カバー層（３０）の平均厚さは、０．１ｍｍ～１．５ｍｍの範囲である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項7】

前記第３カバー層（３０）は、ガラス繊維、シリカウール、ミネラルウール、セラミックウール、そして製織繊維および不織布繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項8】

前記第３カバー層（３０）は、３０ｇ／ｍ^２～２００ｇ／ｍ^２の範囲の密度を有する素材から構成されたものである、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項9】

前記断熱素子の平均厚さは、４ｍｍ以下である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項10】

前記第２カバー層（２０）の周縁に位置する密封部（４０）で前記第１カバー層、前記第２カバー層、及び前記第３カバー層が付着している、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子（１０００）。

【請求項11】

前記密封部は、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、ゴム系接着剤、ポリフタレート接着剤、ＰＰＡ接着剤（ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、およびＰＥＡ接着剤（ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項12】

前記第１ホールの平均直径は、１５μｍ以下である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項13】

前記第１カバー層は、前記第１ホールを複数個含み、
前記第１ホール間の間隔は、０．５ｃｍ以下である、請求項１２に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項14】

前記第２ホールの平均直径は、１５μｍ以下である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項15】

前記第２カバー層は、前記第２ホールを複数個含み、
前記第２ホール間の間隔は、０．５ｃｍ以下である、請求項１４に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項16】

前記第１ホールおよび前記第２ホールは、１回の工程で通孔されたものである、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項17】

前記機能性充填材は、ヒュームドシリカおよびガラスバブルのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項18】

前記機能性充填材の平均粒径は、１００μｍ以下である、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項19】

前記断熱部は、第１添加材をさらに含む、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項20】

前記第１添加材は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、および水酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３ ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１９に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項21】

前記第１添加材の含有量は、前記機能性充填材１００重量部に対して、１重量部～２０重量部の範囲である、請求項１９に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項22】

前記断熱部は、第２添加材をさらに含む、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項23】

前記第２添加材は、マグネシウムヒドロキシド（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＭＤＨ）、アルミニウムヒドロキシド（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＡＴＨ）、ホウ酸亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｂｏｒａｔｅ）、ＧＲＥＰ－ＥＧ（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、および三酸化アンチモン（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｒｉｏｘｉｄｅ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項24】

前記第２添加材の含有量は、前記機能性充填材１００重量部に対して、１重量部～２０重量部の範囲である、請求項２２に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項25】

前記第２カバー層（２０）および前記第３カバー層（３０）の間に位置する接着層を介して前記第２カバー層（２０）および前記第３カバー層（３０）が付着している、請求項１に記載のバッテリ用断熱素子（２０００）。

【請求項26】

前記接着層は、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリウレタンフィルム、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）フィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、およびアクリレートフィルムのうちの少なくとも１つを含む、請求項２５に記載のバッテリ用断熱素子。

【請求項27】

前記接着層は、第３ホール（７１）を含み、
前記第３ホールは、前記第１ホール（１１）および前記第２ホール（２１）と１回の工程で形成されたものである、請求項２６に記載のバッテリ用断熱素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車に適用されるバッテリ用断熱素子に関する。

【背景技術】

【0002】

最近は、エネルギー密度が高い特性を利用して、二次電池をハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用電源または電力貯蔵用電源として用いるための研究が活発に行われている。

【0003】

このように、ハイブリッド自動車や電気自動車には、電気的に直列および／または並列とされた複数の二次電池を含むバッテリセルと、前記バッテリセルを複数個含むバッテリモジュールとを内部に収容するバッテリパック形態が適用される。

【0004】

このようなバッテリパックにおける主要研究課題の一つは、バッテリパックの安全性を向上させることにある。例えば、バッテリセルにおいて内部短絡、過充電および過放電などによって二次電池が発熱して電解質分解反応と熱暴走現象が発生する場合、電池内部の圧力が急激に上昇してバッテリセルの爆発が誘発されることがある。

【0005】

このようにバッテリセルで爆発が誘発される場合、隣接したバッテリセルに２次発火乃至爆発が発生することがあり、このような爆発は単にバッテリセルが破損すること以外に、使用者に致命的な被害を加えることがある。

【0006】

したがって、バッテリモジュールおよびバッテリパックの安全性を向上させることができる技術の開発が必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本実施例では、バッテリモジュールおよびバッテリパックに適用して、効果的に断熱性能を実現できるバッテリ用断熱素子を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施例によるバッテリ用断熱素子は、第１ホールを含む第１カバー層と、前記第１カバー層の一面に付着し、第２ホールを含む第２カバー層と、前記第２カバー層において前記第１カバー層の付着した面の反対面に位置する第３カバー層とを含む断熱素子であって、前記断熱素子は、内部に断熱部を含み、前記断熱部は、機能性充填材を含むことができる。

【0009】

前記断熱部に含まれる機能性充填材の充填密度は、０．０５ｇ／ｃｍ^３～０．２０ｇ／ｃｍ^３の範囲であってもよい。

【0010】

前記第１カバー層の平均厚さは、１０μｍ～５０μｍの範囲であってもよい。

【0011】

このとき、前記第１カバー層は、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｎｌａｔｅ、ＰＥＴ）フィルム、シクロオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ、ＣＯＰ）フィルム、未延伸ポリプロピレン（ｃａｓｔｉｎｇ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＣＰＰ）フィルム、およびナイロンフィルムのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0012】

また、前記第２カバー層の平均厚さは、１０μｍ～５０μｍの範囲であってもよい。

【0013】

前記第２カバー層は、アルミニウムおよび雲母のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0014】

前記第３カバー層の平均厚さは、０．１ｍｍ～１．５ｍｍの範囲であってもよい。

【0015】

次に、前記第３カバー層は、ガラス繊維、シリカウール、ミネラルウール、セラミックウール、そして製織繊維および不織布繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0016】

第３カバー層は、３０ｇ／ｍ^２～２００ｇ／ｍ^２の範囲の密度を有する素材から構成される。

【0017】

前記断熱素子の平均厚さは、４ｍｍ以下であってもよい。

【0018】

本実施例において、前記断熱素子は、前記第１カバー層と、前記第２カバー層と、前記第３カバー層とを含む外装材を２以上含み、前記２以上の外装材は、前記第２カバー層の周縁に位置する密封部を介して付着したものであってもよい。

【0019】

前記密封部は、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、ゴム系接着剤、ポリフタレート接着剤、ＰＰＡ接着剤（ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、およびＰＥＡ接着剤（ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0020】

前記第１ホールの平均直径は、１５μｍ以下であってもよい。

【0021】

また、前記第１カバー層は、前記第１ホールを複数個含み、前記第１ホール間の間隔は、０．５ｃｍ以下であってもよい。

【0022】

前記第２ホールの平均直径は、１５μｍ以下であってもよい。

【0023】

また、前記第２カバー層は、前記第２ホールを複数個含み、前記第２ホール間の間隔は、０．５ｃｍ以下であってもよい。

【0024】

本実施例において、前記第１ホールおよび前記第２ホールは、一体に形成されたものであってもよい。

【0025】

一方、前記機能性充填材は、エアロゲル粉末、ヒュームドシリカ、およびガラスバブルのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0026】

前記エアロゲル粉末は、前記機能性充填材１００重量部を基準として、５０重量部～１００重量部の範囲に含まれる。

【0027】

前記機能性充填材の平均粒径は、１００μｍ以下であってもよい。

【0028】

前記断熱部は、第１添加材をさらに含むことができる。

【0029】

前記第１添加材は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、水酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0030】

前記第１添加材の含有量は、前記機能性充填材１００重量部に対して、１重量部～２０重量部の範囲であってもよい。

【0031】

前記断熱部は、第２添加材をさらに含むことができる。

【0032】

前記第２添加材は、マグネシウムヒドロキシド（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＭＤＨ）、アルミニウムヒドロキシド（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＡＴＨ）、ホウ酸亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｂｏｒａｔｅ）、ＧＲＥＰ－ＥＧ（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、および三酸化アンチモン（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｒｉｏｘｉｄｅ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0033】

前記第２添加材の含有量は、前記機能性充填材１００重量部に対して、１重量部～２０重量部の範囲であってもよい。

【0034】

他の実施例による断熱素子は、前記第１カバー層と、前記第２カバー層と、前記第３カバー層とを含む外装材を２以上含み、前記２以上の外装材は、前記第２カバー層および第３カバー層の間に位置する接着層を介して付着したものであってもよい。

【0035】

このとき、前記接着層は、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリウレタンフィルム、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）フィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、およびアクリレートフィルムのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0036】

前記接着層は、第３ホールを含み、前記第３ホールは、前記第１および第２ホールと一体に形成されたものであってもよい。

【発明の効果】

【0037】

実施例によれば、本実施例によるバッテリ用断熱素子を適用する場合、優れた断熱性能を有するバッテリモジュールおよびバッテリパックを実現することができる。
具体的には、本実施例では、断熱部にバインダーなしに機能性充填材を高密度に充填させることによって、機能性充填材本来の高い断熱効果を有する断熱素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】一実施例によるバッテリ用断熱素子を概略的に示す断面図である。

【図2】他の実施例によるバッテリ用断熱素子を概略的に示す断面図である。

【図3】実施例１により製造された断熱素子に対する断熱性能テストの結果である。

【図4】実施例２により製造された断熱素子に対する断熱性能テストの結果である。

【図5】参考例１により製造された断熱素子に対する断熱性能テストの結果である。

【図6】参考例２により製造された断熱素子に対する断熱性能テストの結果である。

【図7】比較例１に対する断熱性能テストの結果である。

【図8】比較例２に対する断熱性能テストの結果である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及される。

【0040】

ここで使用される専門用語は、単に特定の実施例を言及するためであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるわけではない。

【0041】

ある部分が他の部分の「上に」あると言及した場合、これは、まさに他の部分の上にあるか、その間に他の部分が伴ってもよい。対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及した場合、その間に他の部分が介在しない。

【0042】

また、特に言及しない限り、％は、重量％を意味し、１ｐｐｍは、０．０００１重量％である。

【0043】

他に定義しないが、ここで使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一の意味を有する。通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。

【0044】

図１は、一実施例によるバッテリ用断熱素子を概略的に示す断面図である。
図１を参照すれば、一実施例によるバッテリ用断熱素子１０００は、順次に積層された第１カバー層１０、第２カバー層２０、および第３カバー層３０を含む。
第１カバー層１０は、第１ホール１１を含む。
第２カバー層２０は、前記第１カバー層１０の一面に付着し、第２ホール２１を含む。
第３カバー層３０は、第２カバー層２０において第１カバー層１０の付着した面の反対面に位置する。
このとき、第３カバー層３０は、第２カバー層２０に付着した構造であってもよく、付着しない構造であってもよい。

【0045】

前記断熱素子１０００は、内部に断熱部５０を含み、前記断熱部５０は、機能性充填材６０を含む。

【0046】

本実施例において、断熱部５０に含まれる機能性充填材６０の充填密度は、０．０５ｇ／ｃｍ^３～０．２０ｇ／ｃｍ^３、より具体的には０．１０ｇ／ｃｍ^３～０．１５ｇ／ｃｍ^３の範囲であってもよい。

【0047】

機能性充填材の充填密度が０．０５ｇ／ｃｍ^３を満足する場合、優れた断熱性能を確保することができる。また、機能性充填材の充填密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３を超える場合には、断熱性能の向上効果はわずかでありながら機能性充填材の使用量のみ増加させるため、生産単価が増加して経済性が顕著に低下する問題点がある。

【0048】

前記第１カバー層１０の平均厚さは、１０μｍ～５０μｍの範囲であってもよく、より具体的には１５μｍ～３０μｍであってもよい。第１カバー層の平均厚さが５０μｍを超える場合、断熱性能により有利な効果が現れずに製品の厚さのみ増加させる問題点がある。また、第１および第２カバー層に形成された第１および第２ホールが再度詰まる問題点が発生しうる。さらに、第１カバー層の平均厚さが１０μｍ以下の場合、外部衝撃から第２カバー層を保護できない問題点がある。

【0049】

前記第１カバー層１０は、本実施例の断熱素子を外部環境から保護する役割を果たす外部層であってもよい。第１カバー層は、例えば、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｎｌａｔｅ、ＰＥＴ）フィルム、シクロオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ、ＣＯＰ）フィルム、未延伸ポリプロピレン（ｃａｓｔｉｎｇ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＣＰＰ）フィルム、およびナイロンフィルムのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0050】

前記第２カバー層２０の平均厚さは、１０μｍ～５０μｍの範囲、より具体的には２０μｍ～４０μｍの範囲であってもよい。第２カバー層の平均厚さが５０μｍを超える場合、断熱性能により有利な効果が現れずに製品の厚さのみ増加させる問題点がある。また、第１および第２カバー層に形成された第１および第２ホールが再度詰まる問題点が発生しうる。さらに、第２カバー層の平均厚さが１０μｍ未満の場合、断熱素子の形態を維持しにくい問題点がある。また、外部熱から第３カバー層と機能性充填材を保護しにくい。

【0051】

前記第２カバー層は、熱と火災を遮断し、断熱素子の形態を維持する役割を果たす。第２カバー層は、例えば、アルミニウムおよび雲母（ＭＩＣＡ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0052】

次に、前記第３カバー層３０の平均厚さは、０．１ｍｍ～１．５ｍｍの範囲、より具体的には０．２ｍｍ～１．０ｍｍの範囲であってもよい。第３カバー層の平均厚さが１．５ｍｍを超える場合、機能性充填材の充填空間が減少して２．０ｍｍ以下といった平均厚さが薄い断熱素子を実現しにくい問題点がある。また、断熱素子の全体密度が増加して、バッテリパックの重量を加重させる。

【0053】

また、第３カバー層の平均厚さが０．１ｍｍ未満の場合、断熱部に充填される粉末形態の機能性充填材が均等に維持されにくい。

【0054】

前記第３カバー層は、基本的に断熱性能を備えている素材から構成される。したがって、第３カバー層は、断熱素子の断熱性能とともに、その形態を維持する役割と機能性充填材が均一に分布した状態を維持できる内部構造を形成する役割を果たす。

【0055】

第３カバー層は、例えば、ガラス繊維、シリカウール、ミネラルウール、セラミックウール、そして製織繊維および不織布繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0056】

このように、前記第３カバー層は、内部空隙を有する素材から構成されることから、本実施例において、断熱部に充填される機能性充填材は、前記第３カバー層の空隙内に位置できる。

【0057】

また、前記第３カバー層は、３０ｇ／ｍ^２～２００ｇ／ｍ^２の範囲の密度、より具体的には５０ｇ／ｍ^２～１３０ｇ／ｍ^２の範囲の密度を有する素材から構成される。第３カバー層の密度が２００ｇ／ｍ^２を超える場合、断熱素子の全体密度が高くなり、熱伝導が上昇して断熱効果が低下しうる。さらに、バッテリパックの重量を加重させることがある。

【0058】

また、第３カバー層の密度が３０ｇ／ｍ^２未満の場合、断熱素子の形態を維持するのに十分でなく、機能性充填材が均一に維持する役割を果たしにくい。

【0059】

本実施例において、前記断熱素子の平均厚さは、４ｍｍ以下、より具体的には１．０ｍｍ～３．５ｍｍまたは１．５ｍｍ～２．０ｍｍの範囲であってもよい。断熱素子の平均厚さが１．０ｍｍ未満の場合、断熱素子としての機能を果たしにくい。また、断熱素子の平均厚さが４ｍｍを超える場合、バッテリパックにおいて断熱素子の占める空間が多くなってバッテリパックのエネルギー密度を低下させる問題がある。

【0060】

一方、前記断熱素子１０００は、前記第１カバー層１０、前記第２カバー層２０および前記第３カバー層３０を含む外装材１００を２以上含み、前記２以上の外装材は、前記第２カバー層２０の周縁に位置する密封部４０を介して付着できる。

【0061】

前記密封部４０は、例えば、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、ゴム系接着剤、ポリフタレート接着剤、ＰＰＡ接着剤（ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、およびＰＥＡ接着剤（ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0062】

次に、前記第１カバー層１０における第１ホール１１の平均直径は、１５μｍ以下、より具体的には１μｍ～１０μｍまたは５μｍ～１０μｍの範囲であってもよい。第１ホールの平均直径が１５μｍ以下の場合、粉末形態の機能性充填材が外部に流出することを遮断し、通気性を確保することができる。具体的には、第１ホールは、熱が移動可能な通路の役割を果たすため、断熱素子の断熱効果をより向上させることができる。

【0063】

一方、第１ホールの平均直径が１μｍ未満の場合、外部衝撃で第１ホールが詰まりやすくなり、通気性を確保しにくい問題点がある。

【0064】

前記第１カバー層１０は、第１ホール１１を複数個含む。

【0065】

また、前記第１ホール間の間隔は、０．５ｃｍ以下、より具体的には０．３ｃｍ～０．５ｃｍまたは０．３５ｃｍ～０．４ｃｍの範囲であってもよい。第１ホール間の間隔が前記範囲を満足する場合、通気が円滑になり、断熱素子が外部衝撃に対して圧縮または原状復帰することが容易で断熱部の形態を維持するのに有利である。

【0066】

前記第２ホールの平均直径は、１５μｍ以下、より具体的には１μｍ～１０μｍまたは５μｍ～１０μｍの範囲であってもよい。第２ホールの平均直径が１５μｍ以下の場合、粉末形態の機能性充填材が外部に流出することを遮断し、通気性を確保することができる。具体的には、第２ホールは、熱が移動可能な通路の役割を果たすため、断熱素子の断熱効果をより向上させることができる。

【0067】

一方、第２ホールの平均直径が１μｍ未満の場合、外部衝撃で第１ホールが詰まりやすくなり、通気性を確保しにくい問題点がある。

【0068】

前記第２カバー層２０は、第２ホール２１を複数個含む。

【0069】

また、前記第２ホール間の間隔は、０．５ｃｍ以下、より具体的には０．３ｃｍ～０．５ｃｍまたは０．３５ｃｍ～０．４ｃｍの範囲であってもよい。第２ホール間の間隔が前記範囲を満足する場合、通気が円滑になり、断熱素子が外部衝撃に対して圧縮または原状復帰することが容易で断熱部の形態を維持するのに有利である。

【0070】

本実施例において、前記第１ホールおよび前記第２ホールは、一体に形成されたものであってもよい。

【0071】

つまり、第１カバー層および第２カバー層が付着した状態で、１回の工程で通孔した第１および第２ホールを形成することができる。

【0072】

一方、前記機能性充填材６０は、例えば、エアロゲル粉末、ヒュームドシリカ、およびガラスバブルのうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0073】

機能性充填材６０として前記エアロゲル粉末を充填する場合、その含有量は、前記機能性充填材１００重量部を基準として、５０重量部～１００重量部、または８０重量部～１００重量部の範囲に含まれる。エアロゲル粉末の含有量が前記範囲を満足する場合、断熱性能がより向上した断熱素子を実現することができる。

【0074】

前記機能性充填材の平均粒径は、１００μｍ以下、より具体的には１０μｍ～８０μｍ、または２０μｍ～５０μｍの範囲であってもよい。機能性充填材の平均粒径が前記範囲を満足する場合、断熱部において機能性充填材が均等に分布可能であり、第１および第２カバー層に形成された第１および第２ホールを介して外部に流出しない。

【0075】

本実施例において、前記断熱部５０は、第１添加材をさらに含むことができる。

【0076】

前記第１添加材は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、水酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0077】

前記第１添加材の含有量は、前記機能性充填材１００重量部に対して、１重量部～２０重量部、または５重量部～１５重量部の範囲であってもよい。

【0078】

第１添加材の含有量が前記範囲を満足する場合、高温環境でも断熱素子の熱伝導度が増加することを抑制して断熱性能をより向上させることができる。

【0079】

前記断熱部５０は、第２添加材をさらに含むことができる。

【0080】

前記第２添加材は、マグネシウムヒドロキシド（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＭＤＨ）、アルミニウムヒドロキシド（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＡＴＨ）、ホウ酸亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｂｏｒａｔｅ）、ＧＲＥＰ－ＥＧ（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、および三酸化アンチモン（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｒｉｏｘｉｄｅ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0081】

前記第２添加材の含有量は、前記機能性充填材１００重量部に対して、１重量部～２０重量部、または３重量部～１０重量部の範囲であってもよい。第２添加材の含有量が前記範囲を満足する場合、バッテリパックに火災が発生する場合、燃焼過程中に第２添加材が分解されて、水と窒素、アンモニアまたは二酸化炭素のような非可燃性気体を放出させて冷却および酸素希釈作用をするとともに、水を生成させて火災を遅延させることができる。

【0082】

図２には、他の実施例によるバッテリ用断熱素子を概略的に示す断面図を示した。

【0083】

図２を参照すれば、他の実施例による断熱素子２０００は、第１カバー層１０と、第２カバー層２０と、第３カバー層３０とを含む外装材１００を２以上含み、前記２以上の外装材１００は、第２カバー層２０および第３カバー層３０の間に位置する接着層７０を介して付着したものであってもよい。

【0084】

このとき、前記接着層７０は、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリウレタンフィルム、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）フィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、およびアクリレートフィルムのうちの少なくとも１つを含むことができる。つまり、本実施例の断熱素子２０００は、前記接着層７０を介在して、熱融着などの方法を利用して密閉できる。

【0085】

前記接着層７０は、第３ホール７１を含み、前記第３ホール７１は、前記第１ホール１１および第２ホール２１と一体に形成されたものであってもよい。

【0086】

本実施例において、前記接着層７０を除いた他の構成は、一実施例によるバッテリ用断熱素子において図１を参照して説明したものと同一である。

【0087】

本実施例によるバッテリ用断熱素子において前述した構成以外の残りの構成は、図１を参照して説明した一実施例のバッテリ用断熱素子において説明したものと同一である。したがって、図２には同一の図面符号を用い、ここでは詳しい説明を省略する。

【0088】

以下、本発明の実施例を詳しく説明する。ただし、これは例として提示されるものであり、これによって本発明が制限されず、本発明は後述する特許請求の範囲の範疇によってのみ定義される。

【実施例】

【0089】

実施例１
第１カバー層として厚さ２５μｍのナイロンフィルム、第２カバー層として厚さ４０μｍのアルミニウム層、第３カバー層として１２０ｇ／ｍ^２の密度および０．４ｍｍの厚さを有するガラス繊維マット（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｃｈｏｐｐｅｄ ｍａｔ）を用意した。
第１および第２カバー層を付着させた後、３．５ｍｍの間隔で平均直径が１０μｍである第１ホールおよび第２ホールを第１および第２カバー層に形成した。
次に、第２カバー層において第１カバー層の付着した反対面に第３カバー層を位置させた外装材を２つを用意した後、第２カバー層の周縁に密封部を形成して２つの外装材を密封した。
次に、密封された外装材内部の断熱部にエアロゲル粉末の密度が０．１１４ｇ／ｃｍ^３となるように充填して、平均厚さが２ｍｍの断熱素子を製造した。このとき、前記エアロゲル粉末の平均粒径は２０μｍであった。

【0090】

実施例２
断熱部にエアロゲル粉末の密度が０．１４１ｇ／ｃｍ^３となるように充填したことを除けば、実施例１と同様の方法で断熱素子を製造した。

【0091】

参考例１
断熱部にエアロゲル粉末の密度が０．０５７ｇ／ｃｍ^３となるように充填したことを除けば、実施例１と同様の方法で断熱素子を製造した。

【0092】

参考例２
断熱部にエアロゲル粉末の密度が０．１７１ｇ／ｃｍ^３となるように充填したことを除けば、実施例１と同様の方法で断熱素子を製造した。

【0093】

比較例１
厚さが２ｍｍの雲母（ＭＩＣＡ）シートを用意した。

【0094】

比較例２
厚さが８ｍｍのガラスマット（Ｅ－ｇｌａｓｓ ｍａｔ）を用意した後、厚さが２ｍｍとなるように圧着した。

【0095】

実験例１
実施例１～２、参考例１～２および比較例１～２により製造された断熱素子に対して、断熱性能を測定した。
具体的には、Ｄｕｌｙｔｅｋ（ＵＳ）社のホットプレス（ＤＨＰ７ Ｖ４ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ ＨＥＡＴ ＰＲＥＳＳ）装置とＹＯＫＯＧＡＷＡ（ＪＰ）社のテンプレコーダー（ＦＸ１０００）を用いた。
前記装置は上部ホットプレートおよび下部ホットプレートを含み、上部ホットプレートは２００℃に昇温させて維持し、下部ホットプレートは２５℃となるようにセッティングした。
次に、前記上部プレートおよび下部プレートの間に、実施例１～２、参考例１～２および比較例１～２による断熱素子を位置させた後、一定時間が経過した後、下部ホットプレートに位置した断熱素子の温度を測定した。結果は図３～図８に示した。

【0096】

図３および図４を参照すれば、実施例１および２による断熱素子は、１０分後にも下部ホットプレートに位置した断熱素子の温度がそれぞれ４８．９℃および４７．４℃と５０℃未満であることを確認することができる。

【0097】

図５および図６を参照すれば、参考例１および２による断熱素子は、１０分後、下部ホットプレートに位置した断熱素子の温度がそれぞれ５８．１℃および５４．７℃であった。

【0098】

図７および図８を参照すれば、比較例１および２によるシートは、１０分後、下部ホットプレートに位置した断熱素子の温度がそれぞれ６６．３℃および６６．９℃であった。

【0099】

つまり、断熱部にエアロゲル粉末を充填した実施例１～２および参考例１～２による断熱素子は、比較例１および２に比べて断熱性能が最低１３％以上上昇することを確認することができる。

【0100】

特に、エアロゲル粉末の充填密度が０．０５ｇ／ｃｍ^３～０．１５ｇ／ｃｍ^３の範囲を満足する実施例１～２の場合は、エアロゲル粉末が充填されない比較例１および２と比較する時、最低２７％以上断熱性能が向上したことを確認することができる。

【0101】

また、実施例１～２の場合、エアロゲル粉末の充填密度が本実施例の範囲を外れる参考例１および２の場合と比較しても、少なくとも２０％以上断熱性能が向上したことが分かる。

【0102】

本発明は実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。そのため、以上に述べた実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないことを理解しなければならない。

【符号の説明】

【0103】

１０００、２０００：バッテリ用断熱素子
１０：第１カバー層
２０：第２カバー層
３０：第３カバー層
４０：密封部
５０：断熱部
６０：機能性充填材
１００：外装材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】