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(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】2024-05-13
(45)【発行日】2024-05-21
(54)【発明の名称】組電池用熱伝達抑制シート及び組電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 10/658 20140101AFI20240514BHJP
   H01M 10/613 20140101ALI20240514BHJP
   H01M 10/625 20140101ALI20240514BHJP
   H01M 10/6555 20140101ALI20240514BHJP
   H01M 50/20 20210101ALI20240514BHJP
【FI】
H01M10/658
H01M10/613
H01M10/625
H01M10/6555
H01M50/20
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2021006045
(22)【出願日】2021-01-18
(65)【公開番号】P2022110560
(43)【公開日】2022-07-29
【審査請求日】2023-10-27
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】安藤 寿
(72)【発明者】
【氏名】高橋 直己
【審査官】高野 誠治
(56)【参考文献】
【文献】特開2020-072005(JP,A)
【文献】特開2019-204636(JP,A)
【文献】国際公開第2020/111042(WO,A1)
【文献】特開2021-002487(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 10/658
H01M 10/613
H01M 10/625
H01M 10/6555
H01M 50/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、前記電池セル間に介在される組電池用熱伝達抑制シートであって、
無機粒子及び無機繊維の少なくとも一方を含有する断熱材と、
前記断熱材の少なくとも一部を被覆し、高分子フィルム又は金属板から構成されている被覆材と、を有し、
前記断熱材と前記被覆材との間に空隙部が形成されており、
前記空隙部は、前記断熱材及び前記被覆材の外部に連通している、組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項2】
前記断熱材に含有される前記無機粒子及び前記無機繊維の少なくとも一方は、加熱により水分を放出する材料を含む、請求項1に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【請求項3】
複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池であって、請求項1又は2に記載の組電池用熱伝達抑制シートが前記電池セル間に介在される、組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、電気自動車又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及び該組電池用熱伝達抑制シートを用いた組電池に関する。
【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など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又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」の場合)、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】
例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池のような複数の蓄電素子間において、効果的な断熱を実現することができる蓄電装置が開示されている。上記特許文献1に記載の蓄電装置は、互いに隣り合う第一蓄電素子と第二蓄電素子との間に、第一板材及び第二板材が配置されたものである。また、第一板材と第二板材との間には、これら第一板材及び第二板材よりも熱伝導率が低い物質の層である低熱伝導層が形成されている。
【0005】
このように構成された特許文献1に係る蓄電装置において、第一蓄電素子から第二蓄電素子に向かう輻射熱、又は、第二蓄電素子から第一蓄電素子に向かう輻射熱は、第一板材及び第二板材によって遮断される。また、これら2枚の板材の一方から他方への熱の移動は、低熱伝導層によって抑制される。
【0006】
しかし、上記蓄電装置は、第一蓄電素子と第二蓄電素子との間に断熱層が設けられているのみであるため、充放電サイクル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。
【0007】
そこで、特許文献2には、異常時における各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各電池セルを冷却することができる、組電池用吸熱シートが提案されている。上記特許文献2に記載の吸熱シートは、脱水温度が異なる物質を2種以上含有するものである。そして、上記2種以上の物質のうち、少なくとも1種は、電池セルの通常使用時において脱水可能であり、他の少なくとも1種は、電池セルの異常時において脱水可能となるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開2015-211013号公報
【文献】特開2019-175806号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、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」の場合)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。
また、電池セルが、例えば200℃以上の温度となるような異常事態が発生した場合に、電池セルを効果的に冷却する必要がある。
このように、通常使用時に電池セル表面の温度を維持するとともに、高温となる異常時に効果的に冷却することができる熱伝達抑制手段については、近時、更なる改良が要求されている。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、異常時における各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各電池セルを冷却することができる、組電池用熱伝達抑制シート及び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】
【0011】
本発明の上記目的は、組電池用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。
【0012】
[1] 複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、前記電池セル間に介在される組電池用熱伝達抑制シートであって、
無機粒子及び無機繊維の少なくとも一方を含有する断熱材と、
前記断熱材の少なくとも一部を被覆する被覆材と、を有し、
前記断熱材と前記被覆材との間に空隙部が形成されており、
前記空隙部は、前記断熱材及び前記被覆材の外部に連通している、組電池用熱伝達抑制シート。
【0013】
また、組電池用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]及び[3]に関する。
[2] 前記断熱材に含有される前記無機粒子及び前記無機繊維の少なくとも一方は、加熱により水分を放出する材料を含む、[1]に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【0014】
[3] 前記被覆材は、高分子フィルム又は金属板から構成されている、[1]又は[2]に記載の組電池用熱伝達抑制シート。
【0015】
また、本発明の上記目的は、組電池に係る下記[4]の構成により達成される。
[4] 複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池であって、[1]~[3]のいずれか1つに記載の組電池用熱伝達抑制シートが前記電池セル間に介在される、組電池。
【発明の効果】
【0016】
本発明の組電池用熱伝達抑制シートは、複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池に使用される熱伝達抑制シートにおいて、断熱材と被覆材との間に空隙部が形成されており、かつ、空隙部は、断熱材及び被覆材の外部に連通している。したがって、組電池の通常使用時に、断熱材から水分を蒸発させることができ、このときの気化熱を利用することにより、電池セルを効果的に冷却することができる。
また、組電池の異常時に、断熱材及び被覆材の外部に連通しているため、熱せられた蒸気が連通口を介して外部に放出される。したがって、各電池セル間の熱の伝播を抑制することができる。
【0017】
本発明の組電池は、上記熱伝達抑制シートを複数の電池セル間に介在させているため、通常使用時において、各電池セルを冷却することができるとともに、異常時において、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1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を模式的に示す断面図である。
図2図2は、第1の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材を模式的に示す平面図である。
図3図3は、第1の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを適用した組電池を模式的に示す断面図である。
図4図4は、第2の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを模式的に示す断面図である。
図5図5は、第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを模式的に示す断面図である。
図6図6は、第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材の他の例を模式的に示す平面図である。
図7図7は、第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材のさらに他の例を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明者らは、高温の熱が発生する異常時における各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各電池セルを冷却することができる、組電池用熱伝達抑制シートを提供するため、鋭意検討を行った。
【0020】
その結果、本発明者らは、断熱材と被覆材との間に空隙部が形成されており、この空隙部が断熱材および被覆材の外部に連通していることにより、通常使用時及び異常時において、上記課題を解決できることを見出した。
【0021】
すなわち、電池セルの温度が、例えば60℃以下のような比較的低い通常使用時においては、空隙部の内部に存在する空気によって断熱効果が得られるとともに、温度が上昇した空気が外部に排出されるため、電池セルを効果的に冷却することができる。
また、電池セルの温度が高温となる異常時においては、断熱材に含有されている水分が蒸発し、その気化熱により断熱材が冷却されるとともに、熱せられた蒸気が空隙部を介して外部に放出されるため、各電池セル間の熱の伝播を抑制することができる。
【0022】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、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。
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。
【0023】
[1.組電池用熱伝達抑制シート]
以下、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートについて、第1の実施形態から第3の実施形態まで順に説明する。その後、本実施形態に係る断熱材の他の例や、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを構成する断熱材、被覆材等について説明する。さらに、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートの製造方法について説明する。
【0024】
<第1の実施形態>
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を模式的に示す断面図である。また、図2は、第1の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材を模式的に示す平面図である。なお、図1図2に示す断熱材11を用いて熱伝達抑制シート10を作製した場合の、A-A線における断面図である。以下、組電池用熱伝達抑制シート10を、単に熱伝達抑制シート10ということがある。
本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート10は、断熱材11と、断熱材11の主面となる表面11a及び裏面11bを被覆する被覆材12と、を有する。本実施形態において被覆材12は、断熱材11の端面11cを被覆していない。なお、断熱材11の表面11a及び裏面11bとは、後述するように、熱伝達抑制シート10と電池セルとが積層された場合において、電池セルに対向する面をいい、端面11cとは、熱伝達抑制シート10の厚さ方向に平行な4面をいう。
【0025】
断熱材11は、例えば、結晶水又は吸着水を含む無機粒子と無機繊維とを含有し、結晶水又は吸着水は、加熱により水分を放出する性質を有する。図1及び図2に示すように、断熱材11の表面11aには、断熱材の2対の辺に平行な2方向に、複数の溝状の凹部13aが等間隔で交差するように形成されている。また、凹部13aが形成されていない領域は、実質的に凸部13bを構成している。
【0026】
被覆材12は、例えばフィルムであり、断熱材11の凸部13bと被覆材12とは、不図示の接着剤で接着されている。なお、凹部13aが形成されている領域は、被覆材12と接触していないため、結果として断熱材11と被覆材12との間に空隙部14が形成されている。なお、凹部13aは、断熱材11の4方向の端面11cに到達するように形成されているため、空隙部14は、断熱材11及び被覆材12の外部、すなわち、熱伝達抑制シート10の外部に連通している。
【0027】
図3は、第1の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを適用した組電池を模式的に示す断面図である。組電池100は、電池ケース30と、電池ケース30の内部に格納された複数の電池セル20と、これらの電池セル20間に介在された熱伝達抑制シート10と、を有する。複数の電池セル20同士は、不図示のバスバー等により、直列又は並列に接続されている。
なお、電池セル20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。
【0028】
このように構成された熱伝達抑制シート10においては、通常使用時における電池セル20の温度範囲である、常温(20℃程度)から60℃程度までの比較的低温領域で温度が上昇すると、断熱材11にも熱が伝播する。本実施形態において、断熱材11は、空隙部14を有しており、この空隙部14内には空気が存在するため、電池セル20から発せられた熱の伝播を抑制することができる。
また、温度が上昇するにしたがって、空隙部14内の空気の温度も上昇するが、空隙部14は熱伝達抑制シート10の外部に連通しているため、暖められた空気は熱伝達抑制シート10の外部に排出される。これにより、空隙部14内には、常に新たな空気が導入されるため、熱伝達抑制シート10そのものの温度の上昇を抑制することができるとともに、電池セル20の温度の上昇も抑制することができる。
【0029】
また、電池セル20の温度が異常に上昇した場合に、断熱材11にもさらに高い熱が伝播する。本実施形態において、断熱材11は結晶水又は吸着水を含む無機粒子を含有しており、結晶水又は吸着水は加熱により水分を放出する材料であるため、断熱材11が加熱されることにより、無機粒子から水分が蒸発する。このとき、断熱材11は気化熱を奪われて冷却されるため、熱伝達抑制シート10が電池セル20を冷却することができる。
なお、高温の蒸気は、空隙部14に滞留せず、断熱材11の端面側11c側から、熱伝達抑制シート10の外部に放出されるため、熱伝達抑制シート10は、より一層効果的に電池セル20を冷却することができる。
【0030】
なお、電池セル20が効果的に冷却された後、組電池100の使用(すなわち、充放電)が停止された場合には、空隙部14に残存していた水蒸気は冷却されて水滴となり、時間の経過に伴って断熱材11内に吸収される。そして、次回使用時に、再度、断熱材11中の水分が蒸発することにより、断熱材11は気化熱を奪われて、電池セル20を冷却することができる。
【0031】
<第2の実施形態>
図4は、第2の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを模式的に示す断面図である。
なお、以下の第2及び第3の実施形態を示す図4及び図5において、上記第1の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。また、以下に示す実施形態は、全て、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及び第3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、その効果等を説明する。
【0032】
第2の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート50は、断熱材51と、断熱材51の表面51a及び裏面51bを被覆する被覆材52とを有する。なお、第1の実施形態と同様に、被覆材52は、断熱材51の端面51cを被覆していない。
第3の実施形態において、断熱材51の表面51a及び裏面51bは平坦であり、凹部及び凸部は形成されていない。一方、被覆材52はフィルムを材料としており、全面に凹凸加工が施され、断熱材51に対向する表面に、断熱材51から離隔する方向に溝状に凹む凹部53aと、断熱材51に向けて突出する形状の凸部53bが形成されている。そして、被覆材52の凸部53bと断熱材51とは、不図示の接着剤で接着されており、凹部53aと断熱材51との間には、空隙部14が形成されている。
【0033】
このように構成された熱伝達抑制シート50においても、空隙部14が熱伝達抑制シート50の外部に連通しているため、通常使用時及び異常時において、上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第2の実施形態で示す被覆材52を用いて熱伝達抑制シート50を構成する場合に、フィルムを材料とした被覆材52は加工が容易であるため、所望の形状の凹部53a及び凸部53bを容易に作成することができる。
【0034】
<第3の実施形態>
図5は、第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを模式的に示す断面図である。
第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート60は、断熱材11と、断熱材11の表面11a及び裏面11bを被覆する被覆材52とを有する。なお、第1及び第2の実施形態と同様に、被覆材52は、断熱材11の端面11cを被覆していない。
本実施形態においては、第1の実施形態と同様に、断熱材11には凹部13a及び凸部13bが形成されている。また、第2の実施形態と同様に、被覆材52にも、断熱材11に対向する表面に、断熱材11から離隔する方向に溝状に凹む凹部53aと、断熱材11に向けて突出する形状の凸部53bとが形成されている。
【0035】
なお、本実施形態においては、断熱材11と被覆材52とを接着させたときに、被覆材52の溝状の凹部53aの位置と断熱材11の溝状の凹部13aの位置が一致し、被覆材52の凸部53bの位置と断熱材11の凸部13bの位置とが一致するように、被覆材52の形状が設計されている。
そして、被覆材52の凸部53bと断熱材11の凸部13bとは、不図示の接着剤で接着されており、被覆材52の凹部53aと断熱材11の凹部13aとの間には、空隙部14が形成されている。
【0036】
このように構成された熱伝達抑制シート60においても、通常使用時及び異常時において、上記第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、凹部13aと凹部53aとにより空隙部14を構成するため、第1及び第2の実施形態に係る熱伝達抑制シートに比べ、空隙部14の体積が増加する。したがって、空隙部14内における空気の温度が上昇しにくくなり、熱伝達抑制シート60の断熱効果が高くなる。また、熱せられた空気及び高温の蒸気が移動しやすくなるため、電池セル20を冷却する効果をより一層向上させることができる。
【0037】
なお、第2及び第3の実施形態では、被覆材52における溝状の凹部53a及び凸部53bの形状は、例えば、図5に示す断熱材11の表面の形状と同様のものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、断熱材の一対の辺方向のみに延びる溝を有する波型状の被覆材や、断熱材の対角線の方向に延びる溝を有する波型状の被覆材も使用することができる。
【0038】
また、上記第1~第3の実施形態では、被覆材は断熱材の表面及び裏面にのみ配置したが、被覆材は断熱材の表面及び裏面の他、断面の一部又は断面全面を覆っていてもよい。ただし、被覆材と断熱材との間に形成される空隙部の少なくとも一部は、熱伝達抑制シートの外部に連通するように、空隙部の形状を設定したり、被覆材の一部に開口部を形成する必要がある。
【0039】
以上、第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートについて順に説明した。なお、上記第1~第3の実施形態においては、図2に示す断熱材11を使用した例を挙げたが、断熱材の形状は特に限定されず、例えば、以下に示す種々の形状の凹部を有する断熱材を用いることができる。
続いて、第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材の他の例を示す。
【0040】
<断熱材の他の例>
図6は、第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材の他の例を模式的に示す平面図である。
図6に示すように、断熱材21の表面21aには、断熱材21の1辺に平行な方向に延びる複数の溝状の凹部13aが等間隔に形成されており、凹部13aが形成されていない領域は、実質的に凸部13bを構成している。なお、凹部13aは、断熱材21の端面21cに到達するように形成されているため、断熱材21の表面21aに被覆材が接着された場合に、空隙部は、熱伝達抑制シートの外部に連通する。
【0041】
このように構成された断熱材21についても、上記第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに適用することができ、上記第1~第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0042】
<断熱材のさらに他の例>
図2に示す断熱材11及び図6に示す断熱材21においては、全ての凹部13aが断熱材の端部に到達するものであり、断熱材と被覆材との間に形成される全ての空隙部は外部に連通する構造となっていたが、本発明はこれに限定されない。
図7は、第1~第3の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに使用される断熱材のさらに他の例を模式的に示す平面図である。
【0043】
図7に示すように、断熱材31の表面31aには、一方向に延びる複数の溝状の凹部13aが規則的に形成されており、凹部13aは断熱材31の対向する一対の端面31cに到達している。また、隣り合う凹部13aの間には、凹部13aと同一の方向に延びる溝状の凹部13c及び溝状の凹部13dが形成されている。なお、凹部13cの両端部は、断熱材31の端面31cに到達しておらず、断熱材31の表面31aに被覆材が接着された場合に、凹部13cと被覆材との間に形成される空隙部は、熱伝達抑制シートの外部に連通しない。
また、凹部13dにおいては、一方の端部は断熱材31の端面31cに到達しており、他方の端部は断熱材31の端面31cに到達していない。したがって、断熱材31の表面31aに被覆材が接着された場合に、凹部13dと被覆材との間に形成される空隙部は、熱伝達抑制シートの外部に連通する。
【0044】
このように構成された断熱材31を用いた熱伝達抑制シートにおいて、凹部13a及び凹部13dと被覆材との間に形成された空隙部は、熱伝達抑制シートの外部に連通しているため、上記第1~第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、凹部13cと被覆材との間に形成される空隙部においては、外部と連通していないため、暖められた空気や高温の蒸気が外部に排出されることがなく、空隙部に滞留する。しかし、組電池100の充放電が停止され、電池セル20が冷却されたときに、空隙部に滞留していた蒸気も冷却されて水滴となり、時間の経過に伴って断熱材31内に吸収される。したがって、次回使用時に、再度、断熱材31中の水分を蒸発させることができるため、気化熱による冷却効果を維持することができる。
【0045】
次に、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートを構成する断熱材、被覆材、接着剤及び熱伝達抑制シートの厚さについて、詳細に説明する。
【0046】
<断熱材>
本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに用いられる断熱材は、無機粒子及び無機繊維の少なくとも一方を含有する。
無機粒子としては、無機水和物又は含水多孔質体であることが好ましい。無機水和物は、電池セル20からの熱を受け、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することにより、電池セル20を冷却する。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、効果的な断熱作用を得ることができる。
また、無機粒子として、単一の無機粒子を使用してもよいし、2種以上の無機水和物粒子を組み合わせて使用してもよい。無機水和物は種類により熱分解開始温度が異なるため、2種以上の無機水和物粒子を併用することにより、電池セル20を多段に冷却することができる。
【0047】
無機水和物の具体例としては、水酸化アルミニウム(Al(OH))、水酸化マグネシウム(Mg(OH))、水酸化カルシウム(Ca(OH))、水酸化亜鉛(Zn(OH))、水酸化鉄(Fe(OH))、水酸化マンガン(Mn(OH))、水酸化ジルコニウム(Zr(OH))、水酸化ガリウム(Ga(OH))等が挙げられる。
また、繊維状の無機水和物として、繊維状ケイ酸カルシウム水和物等が挙げられる。
【0048】
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、セピオライト、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。
【0049】
さらに、無機繊維としては、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリケート繊維、ロックウール、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、ガラス繊維、ジルコニア繊維及びチタン酸カリウム繊維等が挙げられる。これらの無機繊維のうち、マグネシウムシリケート繊維は、加熱により水分を放出する材料として、好適に使用することができる。
なお、無機繊維についても、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。
【0050】
断熱材には、上記無機粒子及び無機繊維の他に、必要に応じて、有機繊維や有機バインダ等を配合することができる。これらは、いずれも断熱材の補強や成形性の向上を目的とする上で有用である。
【0051】
なお、断熱材に含有される無機粒子及び無機繊維は、必ずしも加熱により水分を放出する材料を含むものである必要はない。断熱材の製造時には、必然的に若干量の水分が含まれるため、通常使用時及び異常時に、電池セル20の温度が上昇した場合に、断熱材に含まれる水分が蒸発することにより、電池セル20を冷却する効果を得ることができる。
【0052】
本実施形態において、断熱材は無機粒子及び無機繊維の少なくとも一方を含有すればよいが、熱伝達抑制シートの全質量に対して、無機粒子の含有量は、20質量%以上80質量%以下であることが好ましく、無機繊維の含有量は、5質量%以上70質量%以下であることが好ましい。このような含有量にすることにより、無機繊維によって、保形性、押圧力耐性及び抗風圧性を向上させることができるとともに、無機粒子の保持能力を確保することができる。
【0053】
本実施形態に係る熱伝達抑制シートには、必要に応じて、有機繊維や有機バインダ等を配合することができる。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を目的とする上で有用である。
【0054】
<被覆材>
被覆材としては、高分子フィルム、又は金属製のフィルム(金属板)を使用することができる。
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、ポリアミド等が挙げられる。
【0055】
なお、金属製のフィルムとしては、アルミ箔、ステンレス箔、銅箔等が挙げられる。
上記例示した高分子フィルム及び金属製フィルムのうち、例えば、ポリイミドフィルム、アルミ箔等を使用すると、高温になっても被覆材としての形状を維持することができるため、好ましい。
【0056】
<接着剤>
本実施形態においては、断熱材と被覆材とを接着する方法として、接着剤を用いることができる。
接着剤としては、ウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリエステル、塩化ビニル、ビニロン、アクリル樹脂、シリコーン等を原料とするものが挙げられる。
【0057】
<熱伝達抑制シートの厚さ>
本実施形態において、熱伝達抑制シートの厚さは特に限定されないが、0.05~6mmの範囲にあることが好ましい。熱伝達抑制シートの厚さが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に付与することができない。一方、熱伝達抑制シートの厚さが6mmを超えると、熱伝達抑制シートの成形自体が困難となるおそれがある。
【0058】
続いて、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートの製造方法について説明する。
【0059】
<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に用いられる断熱材は、例えば、無機粒子及び無機繊維の少なくとも一方を含む材料を、乾式成形法又は湿式成形法により型成形して製造することができる。乾式成形法については、例えばプレス成形法(乾式プレス成形法)及び押出成形法(乾式押出成形法)を使用することができる。
【0060】
(乾式プレス成形法を用いた断熱材の製造方法)
乾式プレス成形法では、無機粒子及び無機繊維、ならびに必要に応じて有機繊維、有機バインダ等を所定の割合でV型混合機等の混合機に投入する。そして、混合機に投入された材料を充分に混合した後、この混合物を所定の型内に投入し、プレス成形することにより、断熱材を得ることができる。プレス成形時に、必要に応じて加熱してもよい。
凹部及び凸部を有する断熱材は、例えば、プレス成形時に、凹凸を有する型を用いて押圧する方法により形成することができる。
【0061】
なお、プレス成形時のプレス圧は、0.98MPa以上9.80MPa以下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、得られる断熱材の強度を確保することができずに、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、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。
【0062】
また、乾式プレス成形法を用いる場合には、有機バインダとしてエチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA:Ethylene-Vinylacetate copolymer)を使用することが好ましいが、乾式プレス成形法を用いる場合に一般的に使用される有機バインダであれば、特に限定されずに使用することができる。
【0063】
(乾式押出成形法を用いた断熱材の製造方法)
乾式押出成形法では、無機粒子及び無機繊維、ならびに必要に応じて結合材である有機繊維及び有機バインダ等に水を加え、混練機で混練することにより、ペーストを調製する。その後、得られたペーストを、押出成形機を用いてスリット状のノズルから押出し、更に乾燥させることにより、断熱材を得ることができる。乾式押出成形法を用いる場合には、有機バインダとしてメチルセルロース及び水溶性セルロースエーテル等を使用することが好ましいが、乾式押出成形法を用いる場合に一般的に使用される有機バインダであれば、特に限定されずに使用することができる。
なお、図6に示す断熱材21を乾式押出成形法により製造する方法としては、例えば、所望の溝形状が形成されたスリット状のノズルから、原料である上記ペーストを押し出す方法を挙げることができる。これにより、溝形状の凹部13a及び凸部13bを有する断熱材21を製造することができる。
また、図7に示す断熱材31を乾式押出成形法により製造する方法としては、例えば、所望の溝形状が形成されたスリット状のノズルから、原料である上記ペーストを押し出し、これにより得られた乾燥前のシートの表面を、さらに所望の凹凸形状に切削する等の方法を挙げることができる。
【0064】
(湿式成形法を用いた断熱材の製造方法)
湿式成形法では、無機粒子及び無機繊維、ならびに必要に応じて結合材である有機バインダを水中で混合し、撹拌機で撹拌することにより、混合液を調製する。その後、得られた混合液を、底面に濾過用のメッシュが形成された成形器に流し込み、メッシュを介して混合液を脱水することにより、湿潤シートを作製する。その後、得られた湿潤シートを加熱するとともに加圧することにより、断熱材を得ることができる。
なお、加熱及び加圧工程の前に、湿潤シートに熱風を通気させて、シートを乾燥する通気乾燥処理を実施してもよいが、この通気乾燥処理を実施せず、湿潤した状態で加熱及び加圧してもよい。
また、湿式成形法を用いる場合には、有機バインダとして、ポリビニルアルコール(PVA:PolyVinyl Alcohol)を用いたアクリルエマルジョンを選択することができる。
凹部及び凸部を有する断熱材を湿式成形法により製造する方法としては、例えば、加熱及び加圧の前に、湿潤シートに対して、凹凸を有する型を用いてプレス成形する方法を挙げることができる。
【0065】
(被覆材の製造方法)
被覆材としては、所望の厚さに製造された汎用の上記高分子フィルム、又は金属製のフィルムを使用することができ、凹凸を有する型を用いてプレス成形することにより、上記フィルムに凹凸を形成することができる。
【0066】
(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は、例えば、上記のようにして得られた断熱材又は被覆材に接着剤を塗布し、断熱材と被覆材とを接着することにより、製造することができる。
【0067】
[2.組電池]
本実施形態に係る組電池は、複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池であって、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートが、電池セル間に介在されたものである。具体的には、例えば、図3に示すように、組電池100は、複数個の電池セル20を並設し、直列又は並列に接続して電池ケース30に収容したものであり、電池セル20間に、熱伝達抑制シート10が介在されている。
【0068】
このような組電池100では、各電池セル20間に、熱伝達抑制シート10が介在されているため、通常使用時において、各電池セル20を冷却することができる。
また、複数の電池セル20のうち、一つの電池セルが熱暴走して高温になり、膨張したり発火したりした場合でも、本実施形態に係る熱伝達抑制シート10が存在することにより、電池セル20間の熱の伝播を抑制することができる。したがって、熱暴走の連鎖を阻止することができ、電池セル20への悪影響を最小限に抑えることができる。
【符号の説明】
【0069】
10,50,60 組電池用熱伝達抑制シート
11,21,31,51 断熱材
12,52 被覆材
13a,13c,13d,53a 凹部
13b,53b 凸部
14 空隙部
20 電池セル
30 電池ケース
100 組電池
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7