特許 7591694 バッテリー用緩衝材

(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】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】バッテリー用緩衝材

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/658 20140101AFI20241121BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H01M10/658

H01M10/625

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024524243

(86)(22)【出願日】2023-04-25

(86)【国際出願番号】 JP2023016308

(87)【国際公開番号】W WO2023233874

(87)【国際公開日】2023-12-07

【審査請求日】2024-07-29

(31)【優先権主張番号】P 2022090743

(32)【優先日】2022-06-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100088616

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 一平

(74)【代理人】

【識別番号】100154829

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 成

(74)【代理人】

【識別番号】100132403

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 儀雄

(74)【代理人】

【識別番号】100217102

【弁理士】

【氏名又は名称】冨永 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100189289

【弁理士】

【氏名又は名称】北尾 拓洋

(72)【発明者】

【氏名】山崎 俊二

(72)【発明者】

【氏名】大山 貴之

(72)【発明者】

【氏名】許 方満

(72)【発明者】

【氏名】輕部 翔太郎

【審査官】三橋 竜太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／２６２０８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１４０９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３４８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－９９９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／５２－１０／６６７

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凸部を有する弾性部材と、
貫通孔が形成された板状の構造体である断熱部材と、を備え、
前記断熱部材が、前記弾性部材の一方の面側及び他方の面側にそれぞれ配置され、前記断熱部材の前記貫通孔から前記弾性部材の前記凸部が突出しており、
前記弾性部材と前記断熱部材との間には、前記弾性部材の圧縮変形を可能にする隙間が形成されている、バッテリー用緩衝材。

【請求項2】

前記弾性部材の前記凸部が、頂点部に向かって先細りする突起状である、請求項１に記載のバッテリー用緩衝材。

【請求項3】

前記弾性部材は、その厚さ方向の断面における形状が、凹凸を繰り返す波型である、請求項２に記載のバッテリー用緩衝材。

【請求項4】

前記弾性部材の前記凸部が、柱状である、請求項１に記載のバッテリー用緩衝材。

【請求項5】

前記弾性部材と前記断熱部材とが別体である、請求項２または４に記載のバッテリー用緩衝材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリー用緩衝材に関する。更に詳しくは、電気自動車などに用いられる二次電池などのバッテリーに使用されるバッテリー用緩衝材に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気自動車などのエネルギー源としてバッテリー（二次電池）が広く利用されている。このバッテリーは、複数の電池セルと緩衝材（バッテリー用緩衝材）などを備えている。この電池セルの構成としては、正極、負極、及びセパレータを積層させた電極組立体を有し、この電極組立体を収納ケースに収容したものなどが知られている。

【0003】

このバッテリーは、リチウムイオン電池などがある。そして、バッテリーは、このバッテリーを構成する電極組立体が収容された複数の収納ケース（電池セル）を積層させて、その積層方向に拘束する拘束部を備えている。この拘束部は、収納ケースの外側に配置され、収納ケースを外側から拘束するものである。

【0004】

そして、このようなバッテリーは、複数の収納ケース（電池セル）が上記拘束部に拘束された状態で配置され、充放電時に生じる発熱によって膨張したり収縮したりする。

【0005】

バッテリーは、上記充放電に伴う膨張と収縮による体積の変化に起因して電極（電極粒子）の破砕が生じることがあり、その場合、バッテリーの寿命が短くなる傾向がある。また、バッテリー内部の特定の電池セルが発熱し、この電池セルが発熱したことを契機に他の電池セルの発熱を引き起こすことで、バッテリー温度の上昇が続き、バッテリーが熱暴走したり火災を発生させたりする懸念もある。

【0006】

このようなことから、バッテリーは、その使用時における電池セルの膨張及び収縮の抑制と熱暴走時における電池セル間の断熱が重要である。そこで、隣り合う電池セルの間には、耐熱性を有する弾性体と断熱性を確保するための断熱材とを備える緩衝材（バッテリー用緩衝材）を配置することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０２１－１４０９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１の電池用断熱材の図１Ａに示すように断熱部と緩衝部とが積層された積層構造体（緩衝材）である場合、電池セルの膨張によって断熱部もその厚さ方向の外力を受けて圧縮される。そして、このように外力を受けて圧縮されると、断熱部は、その断熱性能が低下する懸念がある。

【0009】

特に、バッテリーを構成するセル同士の間隔（即ち、バッテリー用緩衝材の配置スペース）は非常に狭く、一のセルが発熱すると、その隣のセルにもその熱が伝わり易い状況にあるため、僅かな断熱性能の低下も抑制することが望ましい。そこで、断熱性能を有するバッテリー用緩衝材において、厚さ方向の外力を受けて圧縮された場合にも断熱性能を低下させ難いバッテリー用緩衝材の開発が望まれていた。

【0010】

本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、断熱部材を備えることによって断熱性能を有するバッテリー用緩衝材において、その厚さ方向に外力を受けて圧縮された場合にも断熱性能が低下し難いバッテリー用緩衝材を開発することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明によれば、以下に示す、バッテリー用緩衝材が提供される。

【0012】

［１］ 凸部を有する弾性部材と、
貫通孔が形成された板状の構造体である断熱部材と、を備え、
前記断熱部材が、前記弾性部材の一方の面側及び他方の面側にそれぞれ配置され、前記断熱部材の前記貫通孔から前記弾性部材の前記凸部が突出している、バッテリー用緩衝材。

【0013】

［２］ 前記弾性部材と前記断熱部材との間には、前記弾性部材の圧縮変形を可能にする隙間が形成されている、前記［１］に記載のバッテリー用緩衝材。

【0014】

［３］ 前記弾性部材の前記凸部が、頂点部に向かって先細りする突起状である、前記［２］に記載のバッテリー用緩衝材。

【0015】

［４］ 前記弾性部材は、その厚さ方向の断面における形状が、凹凸を繰り返す波型である、前記［３］に記載のバッテリー用緩衝材。

【0016】

［５］ 前記弾性部材の前記凸部が、柱状である、前記［２］に記載のバッテリー用緩衝材。

【0017】

［６］ 少なくとも一方の物品が膨張及び収縮する２つの物品の間に配置され、
膨張及び収縮する前記物品の膨張による外力を受けて圧縮変形する弾性部材と、
前記弾性部材が圧縮変形した際にも前記物品からの外力を受けずに圧縮変形しない断熱部材と、を備える、バッテリー用緩衝材。

【0018】

［７］ 前記弾性部材と前記断熱部材とが別体である、前記［３］、［５］、または［６］に記載のバッテリー用緩衝材。

【発明の効果】

【0019】

本発明のバッテリー用緩衝材は、断熱部材を備えることによって断熱性能を有するバッテリー用緩衝材であって、その厚さ方向に外力を受けて圧縮された場合にも断熱性能が低下し難いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明のバッテリー用緩衝材の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図2】本発明のバッテリー用緩衝材の一の実施形態を模式的に示す平面図である。

【図3】図２に示すバッテリー用緩衝材のＡ－Ａ断面を模式的に示す断面図である。

【図4A】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図4B】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図4C】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図4D】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図4E】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図4F】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図4G】本発明のバッテリー用緩衝材における凸部の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図5】本発明のバッテリー用緩衝材の他の実施形態を模式的に示す平面図である。

【図6】本発明のバッテリー用緩衝材の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。

【図7】図６に示すバッテリー用緩衝材のＢ－Ｂ断面を模式的に示す断面図である。

【図8】図７に示すバッテリー用緩衝材における圧縮変形時の状態を模式的に示す説明図である。

【図9】本発明のバッテリー用緩衝材の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。

【図10】図９に示すバッテリー用緩衝材のＣ－Ｃ断面を模式的に示す断面図である。

【図11】本発明のバッテリー用緩衝材の更に他の実施形態を模式的に示す斜視図である。

【図12】図１１に示すバッテリー用緩衝材の厚さ方向の断面を模式的に示す断面図である。

【図13】本発明のバッテリー用緩衝材の更に他の実施形態における図１２に対応する断面図である。

【図14】本発明のバッテリー用緩衝材の更に他の実施形態を模式的に示す平面図である。

【図15】図１４に示すバッテリー用緩衝材のＤ－Ｄ断面を模式的に示す断面図である。

【図16】図１５に示すバッテリー用緩衝材における圧縮変形時の状態を模式的に示す説明図である。

【図17】本発明のバッテリー用緩衝材の一の実施形態の使用状態を模式的に示す断面図である。

【図18】本発明のバッテリー用緩衝材の一の実施形態の他の使用状態を模式的に示す断面図である。

【図19】従来のバッテリー用緩衝材を模式的に示す斜視図である。

【図20】従来のバッテリー用緩衝材が外圧を受けた状態を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

【0022】

（１）バッテリー用緩衝材：
本発明のバッテリー用緩衝材は、少なくとも一方の物品が膨張及び収縮する２つの物品の間に配置され、膨張及び収縮する物品の膨張による外力を受けて圧縮変形する弾性部材と、弾性部材が圧縮変形した際にも物品からの外力を受けずに圧縮変形しない断熱部材と、を備えている。

【0023】

このようなバッテリー用緩衝材は、断熱部材を備えることによって断熱性能を有するバッテリー用緩衝材であって、その厚さ方向に外力を受けて圧縮された場合にも断熱性能が低下し難いものである。

【0024】

ここで、図１９は、従来のバッテリー用緩衝材１１０を示している。従来のバッテリー用緩衝材１１０は、弾性部材１２０と断熱部材１３０とが積層された構造を有しており、例えば電池セル２１０（図１７参照）が膨張したとき、図２０に示すようにその厚さ方向に圧縮される。そして、バッテリー用緩衝材１１０は、その断熱部材１３０が圧縮されると、この断熱部材１３０の断熱性能が低下するという懸念がある。特に、バッテリーを構成する電池セル同士の間隔（即ち、バッテリー用緩衝材の配置スペース）は非常に狭く、一の電池セルが発熱すると、その隣の電池セルにもその熱が伝わり易い状況にある。そのため、バッテリー（電池セル）では、僅かな断熱性能の低下も抑制することが重要となる。

【0025】

図１～図３には、本発明のバッテリー用緩衝材の一の実施形態であるバッテリー用緩衝材１００を示している。このバッテリー用緩衝材１００は、少なくとも一方の物品が膨張及び収縮する２つの物品である電池セル２１０、２１０（図１７参照）などの間に配置され、膨張及び収縮する物品の膨張による外力を受けて圧縮変形する弾性部材２０と、この弾性部材２０が圧縮変形した際にも電池セル２１０、２１０からの外力を受けずに圧縮変形しない断熱部材３０と、を備えている。バッテリー用緩衝材１００は、その弾性部材２０が、凸部２２を有するもの（板状の構造体）である。更に、断熱部材３０は、貫通孔３１が形成された板状の構造体であって、この断熱部材３０が、弾性部材２０の一方の面２０ａ側及び他方の面２０ｂ側にそれぞれ配置され、断熱部材３０の貫通孔３１から弾性部材２０の凸部２２が突出している。

【0026】

弾性部材２０は、その材質について特に制限はないが、例えば、ゴム、発泡体、樹脂系エラストマーなどを挙げることができる。

【0027】

弾性部材２０の凸部２２を有することによって、バッテリー用緩衝材と電池セルなどの物品との接触面積が小さくなり、当該物品との接触面から伝わる熱量を減少させることができる。更に、この凸部２２によって物品の膨張による圧縮荷重を支えると、断熱部材に直接負荷がかかることを防止でき、その結果、断熱部材が圧縮されることを良好に防止することができる。

【0028】

凸部２２は、その形状について特に制限はなく、図１に示すバッテリー用緩衝材１００の弾性部材２０の凸部２２のように柱状（具体的には、円柱状）であってもよいし、例えば、円筒、中軸、球状、六角柱状、四角柱状、三角柱状、円錐状などの形状を挙げることができる。図４Ａには、円筒の凸部２２ａを示し、図４Ｂには、中軸の凸部２２ｂを示し、図４Ｃには、球状の凸部２２ｃを示し、図４Ｄには、六角柱状の凸部２２ｄを示し、図４Ｅには、四角柱状の凸部２２ｅを示し、図４Ｆには、三角柱状の凸部２２ｆを示し、図４Ｇには、円錐状の凸部２２ｇを示している。

【0029】

なお、円錐状の凸部２２ｇとしては、図１５に示すように、頂点部２４に向かって先細りする突起状であることでもよい。このようにすると、弾性部材２０と電池セルなどの物品との間に空気層が形成され、この空気層により断熱効果が更に向上する。

【0030】

弾性部材２０の凸部２２の数や配置状態については、特に制限はなく、例えば、図２に示すように同じ数（図２では、４つ）の凸部２２を平行に複数列（図２では、３列）配置してもよいし、図５に示すバッテリー用緩衝材１０１のように配置してもよい。図５に示すバッテリー用緩衝材１０１では、隣り合う列の間にずらして凸部２２を更に配置している。

【0031】

弾性部材２０は、その形状について特に制限はないが、例えば、図３に示すように、平面状部２１と、この平面状部２１から突出する凸部２２と、を有するものとすることができる。また、図９、図１０に示すバッテリー用緩衝材１０３のように、弾性体貫通孔２３が形成された板状部２５を有するものとすることができる。更に、図１１～図１３に示すバッテリー用緩衝材１０４のように、弾性体凹部２７が形成された板状部２９を有するものとすることができる。

【0032】

更には、弾性部材２０は、図１４、図１５に示すバッテリー用緩衝材１０６のように、その厚さ方向の断面において凹凸を繰り返す波型（波板状）とすることができる。

【0033】

次に、断熱部材３０は、上述したように、弾性部材２０が圧縮変形した際にも上記物品である電池セル２１０、２１０（図１７参照）などからの外力を受けずに圧縮変形しないものである。

【0034】

断熱部材３０は、断熱性能を有する従来公知断熱材を適宜使用することができ、その材質は、例えば、繊維系（グラスウール、ロックウール等）、多孔質系（シリカエアロゲル等）などを挙げることができる。このような材質の断熱部材は、圧縮されると、その断熱性能が低下する傾向がある。

【0035】

断熱部材３０は、その形状について特に制限はないが、図１～図３、図１４、図１５に示すバッテリー用緩衝材１００，１０６のように、貫通孔３１が形成された板状とすることができる。また、図９に示すバッテリー用緩衝材１０３のように、弾性体貫通孔２３に配置される板状とすることができる。また、図１２、図１３に示すバッテリー用緩衝材１０４，１０５のように、板状部２９の弾性体凹部２７内に配置される板状とすることができる。

【0036】

次に、本発明のバッテリー用緩衝材は、弾性部材（特に、弾性部材の凸部）と断熱部材との間において、弾性部材の圧縮変形を可能にする隙間、即ち、弾性部材が圧縮変形した際に弾性部材（特に、弾性部材の凸部）と断熱部材とが互いに接触して干渉しないようにするための隙間が形成されていることが好ましい。このように隙間が形成されていることによって、電池セル等が膨張した際に断熱部材３０に加わる荷重を更に回避することができる。

【0037】

図６～図８には、弾性部材２０と断熱部材３０との間に、弾性部材２０の圧縮変形を可能にする隙間４０が形成されているバッテリー用緩衝材１０２を示している。このバッテリー用緩衝材１０２は、断熱部材３０と弾性部材２０の凸部２２との間に隙間４０が形成されており、図８に示すようにバッテリー用緩衝材１００が圧縮されると、特に弾性部材２０の凸部２２が潰れるように変形する。このとき、隙間４０が形成されていることによって、バッテリー用緩衝材１００の圧縮時においても、断熱部材３０が弾性部材２０（特にその凸部２２）によって加圧されることを回避することができる。つまり、断熱部材３０と弾性部材２０の間には、弾性部材２０（凸部２２）の変形量分だけ間隔が設けられており、弾性部材２０が変形した際にも弾性部材２０が断熱部材３０に干渉し難くなる。

【0038】

また、図１３では、弾性部材２０と断熱部材３０との間に、弾性部材２０の圧縮変形を可能にする隙間４０が形成されているバッテリー用緩衝材１０５を示している。このバッテリー用緩衝材１０５は、断熱部材３０と弾性部材２０の凸部２２との間に隙間４０が形成されている。そして、この隙間４０が形成されていることによって、バッテリー用緩衝材１０５の圧縮時においても、断熱部材３０が弾性部材２０によって加圧されることを回避することができる。

【0039】

更に、図１４～図１６では、弾性部材２０と断熱部材３０との間に、弾性部材２０の圧縮変形を可能にする隙間４０が形成されているバッテリー用緩衝材１０６を示している。このバッテリー用緩衝材１０６は、断熱部材３０と弾性部材２０の凸部２２ｇとの間に隙間４０が形成されており、図１６に示すようにバッテリー用緩衝材１０６が圧縮されると、特に弾性部材２０の凸部２２ｇが潰れるように変形する。このとき、隙間４０が形成されていることによって、バッテリー用緩衝材１０６の圧縮時においても、断熱部材３０が弾性部材２０（特にその凸部２２ｇ）によって加圧されることを回避することができる。つまり、断熱部材３０と弾性部材２０の間には、弾性部材２０（凸部２２ｇ）の変形量分だけ間隔が設けられており、弾性部材２０が変形した際にも弾性部材２０が断熱部材３０に干渉し難くなる。

【0040】

そして、本発明のバッテリー用緩衝材の更に他の実施形態としては、図１４、図１５に示すバッテリー用緩衝材１０６を示すことができる。このバッテリー用緩衝材１０６は、その弾性部材２０が、凸部２２ｇを有するものである。更に、断熱部材３０は、貫通孔３１が形成された板状の構造体であって、断熱部材３０が、弾性部材２０の一方の面２０ａ側及び他方の面２０ｂ側にそれぞれ配置され、断熱部材３０の貫通孔３１から弾性部材２０の凸部２２ｇが突出している。弾性部材２０は、その厚さ方向の断面において凹凸を繰り返す波型である。

【0041】

本発明のバッテリー用緩衝材は、弾性部材と断熱部材とが別体であることが好ましい。これらの弾性部材と断熱部材とが別体であると、弾性部材２０が変形した際にも弾性部材２０が断熱部材３０に更に干渉し難くなる。

【0042】

（２）本発明のバッテリー用緩衝材の使用：
本発明のバッテリー用緩衝材は、少なくとも一方の物品が膨張及び収縮する２つの物品の間に配置され、この物品としては、例えば図１７に示すように電池セル２１０を挙げることができ、図１７に示すバッテリー２００のように隣り合う電池セル２１０の間に配置することができる。また、図１８に示すバッテリー２０１のように、複数の電池セル２１０からなる積層体と拘束部２３０との間に配置することもできる。

【0043】

なお、本発明のバッテリー用緩衝材は、１つに限らず複数使用することもできる。この場合、複数のバッテリー用緩衝材を積層させて使用してもよいし、平面上に複数配置するように使用してもよく、これらを組み合わせてもよい。バッテリーとしては、全固体電池に限らず液状電解質の電池であってもよい。

【0044】

このように配置することで、本発明のバッテリー用緩衝材は、電池セル（バッテリー）の膨張時に生じる膨張力を吸収したり、バッテリーが外力から衝撃を受けた際の緩衝材として機能したりする。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明のバッテリー用緩衝材は、電気自動車などに用いられるリチウム電池などのバッテリー用の緩衝材として採用することができる。

【符号の説明】

【0046】

２０：弾性部材
２０ａ：一方の面
２０ｂ：他方の面
２１：平面状部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ：凸部
２３：弾性体貫通孔
２４：頂点部
２５：板状部
２７：弾性体凹部
２９：板状部
３０：断熱部材
３１：貫通孔
４０：隙間
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１１０：バッテリー用緩衝材
２００，２０１：バッテリー
２１０：電池セル
２３０：拘束部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】