特許 7422293 断熱シートおよびその製造方法

(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】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】断熱シートおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16L 59/02 20060101AFI20240119BHJP

   C01B 33/16 20060101ALI20240119BHJP

   H01M 10/658 20140101ALI20240119BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240119BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20240119BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

F16L59/02

C01B33/16

H01M10/658

H01M10/625

H01M10/6555

H01M10/651

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021505494

(86)(22)【出願日】2019-10-16

(86)【国際出願番号】 JP2019040563

(87)【国際公開番号】W WO2020183773

(87)【国際公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-09-16

(31)【優先権主張番号】P 2019042107

(32)【優先日】2019-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019050578

(32)【優先日】2019-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】曹 坤先

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 里佳子

【審査官】渡邉 聡

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１１００５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０４７９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０２２２４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０２１６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０２９９９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１０１７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２７９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７６４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１７６２１６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｌ ５９／０２

Ｃ０１Ｂ ３３／１６

Ｈ０１Ｍ １０／６５８

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５５５

Ｈ０１Ｍ １０／６５１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に空間を有する繊維シートと、
前記空間に担持されたシリカキセロゲルと、
を備えた断熱シートであって、
前記断熱シートは、互いに反対側の２つの主面を有し、
前記断熱シートの前記２つの主面の一方から他方にまで亘って、前記繊維シートの前記空間に前記シリカキセロゲルが充填されており、
前記断熱シートは、中央部に位置する高圧縮領域と、前記高圧縮領域を囲む低圧縮領域とを有し、
前記高圧縮領域と前記低圧縮領域のそれぞれは、前記繊維シートと前記シリカキセロゲルを有し、
０．２５ＭＰａの圧力が印加されたときの前記高圧縮領域の圧縮率は、０．２５ＭＰａの圧力が印加されたときの前記低圧縮領域の圧縮率よりも大きく、
前記高圧縮領域の前記圧縮率は、３０％以上かつ５０％以下であり、
前記低圧縮領域の前記圧縮率は、１％以上かつ５％以下である、
断熱シート。

【請求項2】

前記高圧縮領域の前記断熱シートに占める割合は、３０％以上かつ９５％以下である、請求項１に記載の断熱シート。

【請求項3】

前記断熱シートは、前記高圧縮領域と前記低圧縮領域との間に位置して、かつ前記高圧縮領域と前記低圧縮領域に繋がる境界領域をさらに有し、
０．２５ＭＰａの圧力が印加されたときの前記境界領域の圧縮率は、前記高圧縮領域の前記圧縮率より小さく、かつ前記低圧縮領域の前記圧縮率より大きく、
前記断熱シートは、共に長辺と短辺とを有する矩形状を有し、
前記境界領域の幅は、０．５ｍｍ以上であり、かつ前記断熱シートの前記矩形状の前記長辺の幅の２０％以下である、請求項１または２に記載の断熱シート。

【請求項4】

前記境界領域の前記圧縮率は、３０％より小さく、かつ５％より大きい、請求項３に記載の断熱シート。

【請求項5】

前記断熱シートは、前記高圧縮領域と前記低圧縮領域との間に位置して、かつ前記高圧縮領域と前記低圧縮領域に繋がる境界領域をさらに有し、
０．２５ＭＰａの圧力が印加されたときの前記境界領域の圧縮率は、前記高圧縮領域の前記圧縮率より小さく、
前記境界領域の幅は、０．５ｍｍ以上であり、かつ前記断熱シートの最大幅の２０％以下である、請求項１または２に記載の断熱シート。

【請求項6】

前記境界領域の前記圧縮率は、３０％より小さく、かつ５％より大きい、請求項５に記載の断熱シート。

【請求項7】

内部に空間を有する繊維シートを準備するステップと、
前記繊維シートの中央部に位置する第１の領域に第１のゾル溶液を含浸させるステップと、
前記繊維シートの前記第１の領域を囲む第２の領域に前記第１のゾル溶液と異なる第２のゾル溶液を含浸させるステップと、
前記含浸された第１のゾル溶液をゲル化することにより前記第１の領域に第１のシリカゲルを形成するステップと、
前記含浸された第２のゾル溶液をゲル化することにより前記第２の領域に第２のシリカゲルを形成するステップと、
前記第１のシリカゲルを疎水化するステップと、
前記第２のシリカゲルを疎水化するステップと、
前記疎水化された第１のシリカゲルと前記疎水化された第２のシリカゲルとを乾燥させるステップと、
を備え、
前記疎水化された第１のシリカゲルと前記疎水化された第２のシリカゲルとを乾燥させる前記ステップの後において、０．２５ＭＰａの圧力が印加されたときの前記第１の領域の圧縮率は、３０％以上かつ５０％以下で、かつ０．２５ＭＰａの圧力が印加されたときの前記第２の領域の圧縮率は、１％以上かつ５％以下であり、
前記疎水化された第２のシリカゲルは、前記繊維シートの互いに反対側の２つの主面の一方から他方にまで亘って前記第２の領域に形成されている、断熱シートの製造方法。

【請求項8】

前記第１のゾル溶液を含浸させる前記ステップは、前記繊維シートの前記第１の領域にインクジェット印刷またスクリーン印刷で前記第１のゾル溶液を含浸させるステップを含む、請求項７に記載の断熱シートの製造方法。

【請求項9】

前記第２のゾル溶液を含浸させる前記ステップは、前記繊維シートの前記第２の領域にインクジェット印刷またスクリーン印刷で前記第２のゾル溶液を含浸させるステップを含む、請求項７または８に記載の断熱シートの製造方法。

【請求項10】

内部に空間を有する繊維シートと、
前記空間に担持されたシリカキセロゲルと、
を備えた断熱シートであって、
前記断熱シートは、互いに反対側の２つの主面を有し、
前記断熱シートの前記２つの主面の一方から他方にまで亘って、前記繊維シートの前記空間に前記シリカキセロゲルが充填されており、
前記断熱シートは、中央部に位置する高圧縮領域と、前記高圧縮領域を囲む低圧縮領域とを有し、
前記高圧縮領域と前記低圧縮領域のそれぞれは、前記繊維シートと前記シリカキセロゲルを有し、
５ＭＰａの圧力が印加された前記高圧縮領域の圧縮率は、５ＭＰａの圧力が印加された前記低圧縮領域の圧縮率よりも大きい、断熱シート。

【請求項11】

前記高圧縮領域の前記圧縮率は、１０％以上であり、
前記低圧縮領域の前記圧縮率は、７％以下である、請求項１０に記載の断熱シート。

【請求項12】

内部に空間を有する繊維シートを準備する工程と、
水ガラスとエチレンカーボネートとを含むシリカゾル溶液を前記繊維シートの前記空間に含浸させることにより材料シートを形成するステップと、
前記材料シートの中央部の温度が前記材料シートの前記中央部を囲む前記材料シートの周辺部の温度より５０℃以上高い状態で、前記含浸されたシリカゾル溶液をゲル化させることによりシリカゲルを形成するステップと、
前記シリカゲルを疎水化するステップと、
を含む、断熱シートの製造方法であって、
前記断熱シートは、前記材料シートの中央部に対応する中央部と、前記中央部を囲む周辺部とを有し、
５ＭＰａの圧力を印可したときの前記断熱シートの前記中央部の圧縮率は、５ＭＰａの圧力を印可したときの前記断熱シートの前記周辺部の圧縮率より大きく、
前記材料シートの前記周辺部の前記シリカゲルは、前記材料シートの互いに反対側の２つの主面の一方から他方にまで亘って前記周辺部に形成されている、断熱シートの製造方法。

【請求項13】

前記断熱シートの前記中央部の前記圧縮率は、１０％以上であり、
前記断熱シートの前記周辺部の前記圧縮率は、７％以下である、請求項１２に記載の断熱シートの製造方法。

【請求項14】

前記シリカゲルを形成するステップは、前記材料シートの前記中央部の前記温度が前記材料シートの前記周辺部の前記温度より５０℃以上高く、さらに、前記材料シートの前記中央部の前記温度が８５℃以上かつ１３５℃以下である状態で、前記含浸されたシリカゾル溶液をゲル化させることにより前記シリカゲルを形成するステップを含む、請求項１２または１３に記載の断熱シートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、断熱対策として用いられる断熱シートおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

車載リチウムイオンバッテリーのモジュールは、複数の電池セルを筐体内に配置し、耐振性を確保するために、所定の圧力を加えて固定している。このとき電池セル間の絶縁を確保するために、電池セル間に外枠を配置する場合がある。モジュールの寸法精度を向上させるために、この外枠は圧縮しにくい材料により構成されている。しかしながら一つの電池セルが熱暴走を起こした場合、隣の電池セルにも影響を及ぼすため、電池セル間に断熱シートを配置して、隣の電池セルへ熱流を遮断することが行われている。このための断熱シートとしては、例えばシリカキセロゲルからなる断熱シートが用いられている。

【0003】

前述の断熱シートに類似する従来の断熱シートは、例えば、特許文献１、２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－３１５９号公報

【文献】特開２０１１－１３６８５９号公報

【発明の概要】

【0005】

断熱シートは、内部に空間を有する繊維シートと、上記空間に担持されたシリカキセロゲルとを備える。断熱シートは高圧縮領域と低圧縮領域とを有する。高圧縮領域に印加された０．２５ＭＰａの圧力に対する高圧縮領域の圧縮率は３０％以上かつ５０％以下である。低圧縮領域に印加された０．２５ＭＰａの圧力に対する低圧縮領域の圧縮率は１％以上かつ５％以下である。

【0006】

別の断熱シートは、内部に空間を有する繊維シートと、上記空間に担持されたシリカキセロゲルとを備える。断熱シートは、中央部に位置する高圧縮領域と、高圧縮領域を囲む低圧縮領域とを有する。高圧縮領域に印加された５ＭＰａの圧力に対する高圧縮領域の圧縮率は、低圧縮領域に印加された５ＭＰａの圧力に対する低圧縮領域の圧縮率よりも大きい。

【0007】

これらの断熱シートは、全体として断熱効果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は実施の形態１における断熱シートの断面図である。

【図2】図２は実施の形態１における断熱シートの平面図である。

【図3】図３は実施の形態１における断熱シートを備えた電池モジュールの断面図である。

【図4】図４は実施の形態１における断熱シートの拡大平面図である。

【図5】図５は実施の形態１における断熱シートの製造方法を示す断面図である。

【図6】図６は実施の形態２における断熱シートの断面図である。

【図7】図７は実施の形態２における断熱シートの平面図である。

【図8】図８は実施の形態２における断熱シートを備えた電池モジュールの断面図である。

【図9】図９は実施の形態２における断熱シートの製造方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態１）
図１と図２はそれぞれ実施の形態１における断熱シート１１の断面図と平面図である。図１は図２に示す断熱シート１１の線Ｉ－Ｉにおける断面を示す。

【0010】

断熱シート１１は、内部に空間１２ｑを有する繊維シート１２と、繊維シート１２の空間１２ｑに担持されたシリカキセロゲル１３とから構成され、互いに反対側の２つの面１１Ａ、１１Ｂを有し、面１１Ａ、１１Ｂの間隔である約１ｍｍの厚さを有する。面１１Ａ、１１Ｂは厚さ方向Ｄ１に配列されている。面１１Ａ、１１Ｂは厚さ方向Ｄ１に直角の面方向Ｄ２に広がる。面１１Ａ、１１Ｂは約１５０ｍｍの長辺１１Ｃと約１００ｍｍの長さの短辺１１Ｄと有する矩形状を有する。繊維シート１２は、間に空間１２ｑを形成するように互いに絡んだ平均繊維太さ約１０μｍのガラス繊維よりなる繊維１２ｐからなる。繊維シート１２の全体の体積中で空間１２ｑの合計の体積の占める割合は約９０％となっている。繊維シート１２の内部の空間１２ｑにシリカキセロゲル１３が充填されている。シリカキセロゲル１３は内部にナノサイズの空間を有しているため、シリカキセロゲル１３が充填されている部分の熱伝導率は、０．０２０～０．０６０Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。なおシリカキセロゲル１３は、乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られるものでもかまわない。

【0011】

断熱シート１１は、一般的に使用場所に応じて加工された形状を有し、矩形状の他に、円形状、台形状を有していてもよい。

【0012】

断熱シート１１の典型的な形状として矩形状が挙げられる。図２に示すように、断熱シート１１は、面１１Ａ、１１Ｂの広がる面方向Ｄ２において中央部に設けられた高圧縮領域２１と、高圧縮領域２１を囲む低圧縮領域２２とを有する。すなわち、低圧縮領域２２は断熱シート１１の中央部を囲む周辺部に設けられている。低圧縮領域２２は０．２５ＭＰａの加圧で約３％圧縮され、高圧縮領域２１は０．２５ＭＰａの加圧で約４０％圧縮される。すなわち、低圧縮領域２２に印加された０．２５ＭＰａの圧力に対する低圧縮領域２２の圧縮率は約３％であり、高圧縮領域２１に印加された０．２５ＭＰａの圧力に対する高圧縮領域２１の圧縮率は約４０％である。

【0013】

ある圧力に対する圧縮率Ｐｎは、断熱シート１１が自然の状態すなわち圧力が印加されていない状態での厚みｔ０と、その圧力が印加されているときの厚みｔ１とにより、Ｐｎ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００（％）で求められる。

【0014】

低圧縮領域２２の熱伝導率は約０．０５Ｗ／ｍ・Ｋであり、高圧縮領域２１の熱伝導率は約０．０２Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。高圧縮領域２１の面１１Ａ（１１Ｂ）内での大きさは約１４０ｍｍ×９０ｍｍである。

【0015】

図３は実施の形態１における断熱シート１１を備えた電池モジュール８１の断面図である。電池モジュール８１は、複数の電池セル８２Ａ、８２Ｂと、複数の電池セル８２Ａ、８２Ｂ間に設けられた断熱シート１１とを備える。実施の形態１では、断熱シート１１の面１１Ａ、１１Ｂは電池セル８２Ａ、８２Ｂにそれぞれ対向して直接当接する。断熱シート１１の面１１Ａ、１１Ｂは電池セル８２Ａ、８２Ｂに接着層やクッション層等の他の層を介してそれぞれ当接していてもよい。電池セル８２Ａ、８２Ｂが膨張した場合、主に電池セル８２Ａ、８２Ｂの中央部が膨張するので、断熱シート１１では主に中央部に圧力が加わる。断熱シート１１の中央部には高圧縮領域２１が設けられているので、断熱シート１１の高圧縮領域２１が圧縮されて電池セル８２Ａ、８２Ｂの膨張すなわち厚みの増加を吸収して、電池セル８２Ａ、８２Ｂの加圧と熱暴走を防止することができる。一方、断熱シート１１の周辺部には低圧縮領域２２が設けられているので、電池セル８２Ａ、８２Ｂ間の距離を保ち電池モジュール８１の耐振性を向上させることができる。低圧縮領域２２の０．２５ＭＰａの圧力に対する圧縮率は１％以上かつ５％以下とすることが望ましい。低圧縮領域２２の圧縮率が１％未満となると断熱性が悪くなり周辺部から熱が伝導しやすくなる。逆に低圧縮領域２２の圧縮率が５％を越えると、耐振性が悪くなる。また、高圧縮領域２１の０．２５ＭＰａの圧力に対する圧縮率は３０％以上かつ５０％以下にすることが望ましい。高圧縮領域２１の圧縮率が３０％未満となると、厚みを吸収する量が小さくなり、電池セル８２Ａ、８２Ｂの熱暴走が発生しやすくなる。逆に高圧縮領域２１の圧縮率が５０％を越えると、断熱性が悪化する。

【0016】

前述の従来の断熱シートと外枠の間に隙間が存在するので、その隙間から熱流がリークして隣の電池セルに熱流が達してその電池セルが熱暴走するリスクが上昇する。また、外枠の材質は断熱効果が劣るので１つの電池セルが熱暴走したとき熱流の通過量が増え、隣の電池セルまで熱暴走するリスクがさらに上昇する。

【0017】

これに対して、実施の形態１における断熱シート１１では、上述のように、同一面に異なる圧縮特性を有する高圧縮領域２１と低圧縮領域２２とが設けられていることで、外枠を用いなくてもモジュール形状を維持し、電池セル８２Ａ、８２Ｂの膨張を吸収しながら断熱性も維持することができ、電池セル８２Ａ、８２Ｂのうちの一方から他方への熱流のリーグを防ぐことができる。周辺部も中央部と同様にシリカキセロゲルで構成されているので、全体として断熱効果を向上させることができる。

【0018】

断熱シート１１の面１１Ａ（１１Ｂ）の面積に対して高圧縮領域２１の面積の占める割合は３０％以上かつ９５％以下であることが好ましい。高圧縮領域２１の面積の割合が３０％未満の場合、断熱シート１１の断熱性能が低下し、電池セル８２Ａ、８２Ｂの厚みの増加の吸収性能も低下する。一方、高圧縮領域２１の面積の割合が９５％より大きくなると、低圧縮領域２２の幅は１ｍｍ以下となり、低圧縮領域２２では電池セル８２Ａ、８２Ｂ間の距離等の寸法を安定させることが難しくなる。

【0019】

図４は断熱シート１１の拡大平面図である。断熱シート１１は高圧縮領域２１と低圧縮領域２２との間に位置してかつ高圧縮領域２１と低圧縮領域２２とに繋がる境界領域６１をさらに有する。高圧縮領域２１と低圧縮領域２２とは繊維シート１２の２つの領域に互いに異なるゾル溶液をそれぞれ含侵させることにより形成される。繊維シート１２の２つの領域にそれぞれ含侵されたゾル溶液が２つの領域の境界では完全には分離できずに混ざり合うことにより境界領域６１が形成される。したがって、境界領域６１に印加された０．２５ＭＰａの圧力に対する境界領域６１の圧縮率は高圧縮領域２１の圧縮率より小さく、低圧縮領域２２の圧縮率より大きい。実施の形態１では、境界領域６１の圧縮率は３０％より小さくかつ５％より大きい。高圧縮領域２１と低圧縮領域２２との双方は断熱シート１１の２つの面１１Ａ、１１Ｂに達している。実施の形態１では境界領域６１も面１１Ａ、１１Ｂに達しているが、面１１Ａ、１１Ｂのうちの少なくとも一方に達していなくてもよい。境界領域６１を介して高圧縮領域２１と低圧縮領域２２とが対向している方向の境界領域６１の幅Ｗ６１は０．５ｍｍ以上、かつ面１１Ａ、１１Ｂの矩形状の長辺１１Ｃの幅Ｗ１１Ｃ（図２参照）の２０％以下とすることが望ましい。境界領域の幅Ｗ６１が０．５ｍｍよりも小さくなると、厚み方向のせん断力が低下して、電池セル８２Ａ（８２Ｂ）が膨張したときに断熱シート１１に亀裂が入る可能性がある。境界領域６１の断熱性能は高圧縮領域２１より劣るので、境界領域６１の幅Ｗ６１が長辺１１Ｃの幅Ｗ１１Ｃの２０％以上であると、断熱シート１１の断熱性能が全体的に低下する場合がある。このように、境界領域６１の幅Ｗ６１は０．５ｍｍ以上であり、かつ断熱シート１１の最大幅（例えば、幅Ｗ１１Ｃ）の２０％以下であることが好ましい。

【0020】

次に、実施の形態１における断熱シート１１の製造方法について説明する。図５は断熱シート１１の製造方法を示す断面図であり、材料シート３１を示す。

【0021】

まず、厚さ約１ｍｍのガラス繊維の繊維１２ｐからなる繊維シート１２を準備する。

【0022】

次に高圧縮領域２１に含浸させるゾル溶液５１を配合する。ゾル溶液５１は、例えば６％の水ガラス溶液に触媒としてエチレンカーボネートを添加してシリカゾル溶液を調整する。低圧縮領域２２に含浸するゾル溶液５２はゾル溶液５１とは異なっており、例えば２０％の水ガラス溶液に触媒としてエチレンカーボネートを添加してシリカゾル溶液を調整することで作製される。

【0023】

次に繊維シート１２の中央部の領域４１にゾル溶液５１を含浸させる。その後、ゾル溶液５２を繊維シート１２の領域４１を囲む周辺部の領域４２に含浸させることにより図５に示す材料シート３１を得る。ゾル溶液５１、５２を含浸させた繊維シート１２よりなる材料シート３１を約９０℃の温度の乾燥機に約１０分間入れて養生させてゾル溶液５１、５２のシリカエアロゲルの骨格を成長させる。その後、材料シート３１を塩酸に浸漬させて、トリシロキサンに浸漬して疎水基を形成する。その後、材料シート３１を温度約１５０℃で２時間乾燥させてゾル溶液５１、５２の溶剤成分を気化させて、図１に示す断熱シート１１を得る。

【0024】

このようにして領域４１に形成された高圧縮領域２１は０．２５ＭＰａの圧力に対して約４０％の圧縮率を有し、領域４２に形成された低圧縮領域２２は０．２５ＭＰａの圧力に対して約３％の圧縮率を有する。

【0025】

２種類のゾル溶液５１、５２を高圧縮領域２１と低圧縮領域２２にそれぞれ含浸させる方法としては、例えばスクリーン印刷工法が挙げられる。まず、高圧縮領域２１となる領域４１に対向する開口部が形成されたスクリーン版で繊維シート１２を覆い、その開口部を通してゾル溶液５１を繊維シートの領域４１に含浸させて乾燥させる。さらに、低圧縮領域２２となる領域４２に対向する開口部を有するスクリーン版で繊維シート１２を覆いその開口部を通してゾル溶液５２を繊維シート１２の領域４２に含浸させて乾燥することで材料シート３１が得られる。ゾル溶液５１、５２を含浸させる方法はスクリーン印刷の他に、グラビア印刷またインクジェット印刷などの他の印刷でもよい。

【0026】

（実施の形態２）
図６と図７はそれぞれ実施の形態２における断熱シート１１１の断面図と平面図である。図６は図７に示す断熱シート１１１の線ＶＩ－ＶＩにおける断面を示す。

【0027】

断熱シート１１１は、内部に空間１１２ｑを有する繊維シート１１２と、繊維シート１１２の空間１１２ｑに担持されシリカキセロゲル１１３とから構成され、互いに反対側の２つの面１１１Ａ、１１１Ｂを有し、面１１１Ａ、１１１Ｂの間隔である約１ｍｍを有する。面１１１Ａ、１１１Ｂは厚さ方向Ｄ１０１に配列されている。面１１１Ａ、１１１Ｂは厚さ方向Ｄ１０１に直角の面方向Ｄ１０２に広がる。繊維シート１１２は、空間１１２ｑを形成するように互いに絡む平均繊維太さ約１０μｍのガラス繊維の繊維１１２ｐからなる。繊維シート１１２の中で空間１１２ｑの合計の体積の占める割合は約９０％となっている。繊維シート１１２の内部の空間１１２ｑにシリカキセロゲル１１３が充填されている。シリカキセロゲル１１３は内部にナノサイズの空間を有しているため、シリカキセロゲル１１３が充填されている部分の熱伝導率は、０．０２０～０．０６０Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。なおシリカキセロゲル１１３は、乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られるものでもかまわない。

【0028】

図７に示すように、断熱シート１１１は、面１１１Ａ、１１１Ｂの広がる面方向Ｄ１０２において中央部に設けられた高圧縮領域１２１と、高圧縮領域１２１を囲む低圧縮領域１２２とを有する。すなわち、低圧縮領域１２２は断熱シート１１１の中央部を囲む周辺部に設けられている。低圧縮領域１２２は５ＭＰａの加圧で約５％圧縮され、高圧縮領域１２１は５ＭＰａの加圧で約１６％圧縮される。すなわち、低圧縮領域１２２に印加された５ＭＰａの圧力に対する低圧縮領域１２２の圧縮率は約５％であり、高圧縮領域１２１に印加された５ＭＰａの圧力に対する高圧縮領域１２１の圧縮率は約１６％である。

【0029】

ある圧力に対する圧縮率Ｐｎは、断熱シート１１１が自然の状態すなわち圧力が印加されていない状態での厚みｔ０と、その圧力が印加されているときの厚みｔ１とにより、Ｐｎ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００（％）で求められる。

【0030】

低圧縮領域１２２の熱伝導率は約０．０５Ｗ／ｍ・Ｋであり、高圧縮領域１２１の熱伝導率は約０．０４Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。高圧縮領域１２１は断熱シート１１１の中央部に設けられて直径約８０ｍｍの円形状もしくは楕円形状を有する。

【0031】

図８は実施の形態２における断熱シート１１１を備えた電池モジュール１８１の断面図である。電池モジュール１８１は、複数の電池セル１８２Ａ、１８２Ｂと、複数の電池セル１８２Ａ、１８２Ｂ間に設けられた断熱シート１１１とを備える。実施の形態２では、断熱シート１１１の面１１１Ａ、１１１Ｂは電池セル１８２Ａ、１８２Ｂにそれぞれ対向して直接当接する。断熱シート１１１の面１１１Ａ、１１１Ｂは電池セル１８２Ａ、１８２Ｂに接着層やクッション層等の他の層を介してそれぞれ当接していてもよい。電池セル１８２Ａ、１８２Ｂが膨張した場合、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂの主に中央部が膨張するので、断熱シート１１１では主に中央部に圧力が加わる。断熱シート１１１の中央部には高圧縮領域１２１が設けられているので、高圧縮領域１２１が圧縮されて電池セル１８２Ａ、１８２Ｂの膨張すなわち厚みの増加を吸収して、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂの加圧による熱暴走を防止することができる。一方、断熱シート１１１の周辺部には低圧縮領域１２２が設けられているので、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂ間の距離を保ち電池モジュール１８１の耐振性を向上させることができる。低圧縮領域１２２の５ＭＰａの圧力に対する圧縮率は７％以下とすることが望ましい。低圧縮領域１２２の圧縮率が７％を越えると、耐振性が悪くなる。また高圧縮領域１２１の５ＭＰａの圧力に対する圧縮率は１０％以上にすることが望ましい。高圧縮領域１２１の圧縮率が１０％未満となると、厚みを吸収する量が小さくなり、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂの熱暴走が発生しやすくなる。

【0032】

次に実施の形態２における断熱シート１１１の製造方法について説明する。図９は断熱シート１１１の製造方法を示す断面図であり、材料シート１３１を示す。

【0033】

まず、内部に空間１１２ｑを有する繊維シート１１２を準備する。実施の形態２では、繊維シート１１２は、約１ｍｍの厚さを有し、約１５０ｍｍの長辺と約１００ｍｍの短辺とを有する矩形状を有する。実施の形態２では、繊維シート１１２は、間に空間１１２ｑを形成するように互いに絡んだ平均繊維太さ約φ２μｍのガラス繊維の繊維１１２ｐからなり、繊維シート１１２の目付量は約１８０ｇ／ｍ^２である。

【0034】

次にシリカキセロゲル１１３を繊維シート１１２の内部空間に含浸するための準備を行う。シリカキセロゲル１１３の材料として約２０％の水ガラス原料に触媒として約６％のエチレンカーボネートを添加してシリカゾル溶液であるゾル溶液１５１を調整する。ゾル溶液１５１に繊維シート１１２を浸漬して繊維シート１１２の内部の空間１１２ｑにゾル溶液１５１を含浸させることで図９に示す材料シート１３１を得る。

【0035】

次にゾル溶液１５１を含浸した材料シート１３１をプレスして厚みを均一にする。厚みの整え方は、ロールプレス等の方法を用いてもよい。厚みを整えたものをフィルムに挟んだ状態で養生してゾル溶液１５１をゲル化してゲル骨格を強化する。

【0036】

ゾル溶液１５１をゲル化するとき、繊維シート１１２の中央部のみ約９０℃に加熱し、周辺部を常温に保ちながら材料シート１３１を約１０分間放置する。水ガラス原料に触媒としてエチレンカーボネートを添加した場合、温度が８５℃を超えると急激に加水分解反応が進み、シリカの一部が周辺部に溶出しながらゲル化が進む。そのため高温になっている中央部ではシリカキセロゲル１１３の含有量が減り、印加された圧力に対する圧縮率が大きくなる。周辺部は温度が低いので、脱水縮合が進みそのままゾル溶液１５１がゲル化され、圧縮率は低くなる。

【0037】

次にシリカキセロゲル１１３を以下の方法で疎水化する。シリカキセロゲル１１３が含浸された繊維シート１１２を６Ｎの塩酸に約３０分浸漬し、ゲルと塩酸を反応させる。その後、シリル化剤とアルコールの混合溶液からなるシリル化液にシリカキセロゲル１１３が含浸された繊維シート１１２を浸漬させた後、約５５℃の恒温槽にて約２時間保管する。この際に、シリル化剤とアルコールの混合溶液がシリカキセロゲル１１３を含浸された繊維シート１１２に浸透する。シリル化反応が進行し、トリメチルシロキサン結合が形成し始めるとシリカキセロゲル１１３を含有した繊維シート１１２から塩酸水が外部に排出される。シリル化処理が終了したら、約１５０℃の恒温槽にてシリカキセロゲル１１３を含浸された繊維シート１１２を約２時間乾燥して、断熱シート１１１を得る。

【0038】

以上のようにして得られた断熱シート１１１では、高温で養生した中央部には５ＭＰａの圧力に対して約１６％の圧縮率を有する高圧縮領域１２１が設けられ、周辺部には５ＭＰａの圧力に対する約５％の圧縮率を有する低圧縮領域１２２が設けられる。図８に示す電池モジュール１８１では、断熱シート１１１は電池セル１８２Ａ、１８２Ｂ間に配置される。例えば一つの電池セル１８２Ａが発熱して中央部が膨張して体積が増加しても、増加した分は高圧縮領域１２１で吸収され、低圧縮領域１２２で電池セル１８２Ａ、１８２Ｂ間の間隔を確保するとともに断熱性を保てる。したがって、隣の電池セル１８２Ｂに影響を与えて電池セル１８２Ａ、１８２Ｂが熱暴走することを防ぐことができる。低圧縮領域１２２の圧縮率は７％以下とすることが望ましい。低圧縮領域１２２の圧縮率が７％を越えると、電池モジュール１８１の耐振性が悪くなる。また高圧縮領域１２１の圧縮率は１０％以上にすることが望ましい。高圧縮領域１２１の圧縮率が１０％未満となると、厚みを吸収する量が小さくなり、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂの熱暴走が発生しやすくなる。

【0039】

前述の従来の断熱シートでは、断熱シートと外枠の間に隙間が存在するため、隙間から熱流がリークして隣りの電池セルが熱暴走するリスクが上昇する。また、外枠の材質は断熱効果が劣るため１つの電池セルが熱暴走したとき熱流の通過量が増え、隣の電池セルまで熱暴走するリスクが上昇する。

【0040】

実施の形態２における断熱シート１１１では、外枠を用いなくてもモジュール形状を維持し、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂの膨張を吸収しながら断熱性も維持することができ、上述のように、電池セル１８２Ａ、１８２Ｂが熱暴走することを防ぐことができる。

【0041】

中央部と周辺部とで温度を異ならせるには、材料シート１３１の高圧縮領域１２１となる領域のみ温度を上昇させたホットプレートの上にゾル溶液１５１を含浸した繊維シート１１２を載せて、部分的に加熱しても良い。あるいは高圧縮領域１２１となる領域にのみ赤外線を照射して加熱する、あるいは所定の形状をした加熱板を、シリカゾル溶液を含浸した繊維シート１１２のその領域に当てることによって部分的に加熱しても良い。

【0042】

以上のようにして、中央部と周辺部とで５０℃以上の温度差をつけてゾル溶液１５１をゲル化してゲル骨格を強化することにより、中央部の高圧縮領域１２１と周辺部の低圧縮領域１２２とで圧縮率を大きく異ならせることができる。

【0043】

また、中央部の温度を８５℃以上、１３５℃以下とすることが望ましい。この温度が８５℃より低いと加水分解反応が進みにくくなり、１３５℃を超えると反応速度が上がり過ぎてばらつきが大きくなりやすい。

【符号の説明】

【0044】

１１ 断熱シート
１２ 繊維シート
１３ シリカキセロゲル
２１ 高圧縮領域
２２ 低圧縮領域
３１ 材料シート
１１１ 断熱シート
１１２ 繊維シート
１１３ シリカキセロゲル
１２１ 高圧縮領域
１２２ 低圧縮領域
１３１ 材料シート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】