(57)【要約】【課題】例えば組電池のように、熱暴走を起こすおそれのある部品間での熱伝達を、部品間の離間距離を抑えつつ、効果的に抑えることが可能な熱伝達抑制部材及びその使用方法を提供する。【解決手段】複数の部品間に配置され、一方の部品からの熱が隣接する他方の部品に伝達することを抑制するための熱伝達抑制部材１０であって、熱による熱分解により、結晶水を放出して吸熱作用を発揮し、結晶水の放出後に多孔質構造を形成して断熱作用を発揮する熱伝達抑制材料１２からなる複数の粒子を含む成形体である。【選択図】図１
2020119840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品間に配置され、一方の部品からの熱が隣接する他方の部品に伝達することを抑制するための熱伝達抑制部材であって、
前記熱による熱分解により、結晶水を放出して吸熱作用を発揮し、前記結晶水の放出後に多孔質構造を形成して断熱作用を発揮する熱伝達抑制材料からなる複数の粒子を含む成形体である、熱伝達抑制部材。
【請求項２】
前記熱伝達抑制材料は、無機水和物である、請求項１に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項３】
前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウム及び水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも１つである、請求項２に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項４】
前記熱伝達抑制材料は、熱分解開始温度が２００℃以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項５】
前記熱伝達抑制材料は、平均粒子径が異なる複数種の混合物である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項６】
前記熱伝達抑制材料は、熱分解開始温度が異なる複数種の混合物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項７】
前記熱伝達抑制材料は、７００℃以上の加熱後においても前記多孔質構造を維持している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項８】
前記熱伝達抑制材料は、前記多孔質構造を形成した状態での密度が、前記熱伝達抑制材料が前記結晶水を放出した後の組成と同一、かつ、中実である材料における密度の７０％以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項９】
さらに無機繊維を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項１０】
前記部品の熱暴走防止用である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項１１】
前記部品は電池セルであり、前記電池セル間に介在させて前記電池セルの熱暴走を防止する、請求項１０に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項１２】
前記部品は、燃料電池の水素タンク、ガソリンタンク、ＬＮＧタンク、火力発電、原子力発電のいずれかである、請求項１０に記載の熱伝達抑制部材。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の熱伝達抑制部材を前記部品間に配置し、前記部品からの熱による熱分解により、結晶水を放出して吸熱作用を発揮させ、前記結晶水の放出後に多孔質構造を形成して断熱作用を発揮させる、熱伝達抑制部材の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達抑制部材及びその使用方法に関する。
【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】
また、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。そして、電池の内部短絡や過充電などが原因で、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の伝播を抑制するための技術として、例えば、特許文献１には、１以上の蓄電素子を備える蓄電装置であって、前記１以上の蓄電素子のうちの１つである第一蓄電素子の側方に配置された第一板材及び第二板材であって、互いの面が対向するように配置された第一板材及び第二板材を備え、前記第一板材と前記第二板材との間には、前記第一板材及び前記第二板材よりも熱伝導率の低い物質の層である低熱伝導層（例えば、空気層）が形成されていることにより、第一蓄電素子からの輻射熱、又は、第一蓄電素子に向かう輻射熱は２枚の板材によって遮断され、かつ、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ため、蓄電素子と他の物体との間の効果的な断熱を実現することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１１０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の蓄熱装置では、第１板材と第２板材との間に、空気等の低熱伝導層を必要とするため、隣接する蓄電素子間の距離が大きくなり、蓄電装置全体としての体積エネルギー密度が小さくなってしまう。なお、低熱伝導層が厚くなるほど、換言すれば、第１板材と第２板材とが離間するほど熱伝達抑制効果が高まる一方で、蓄電装置全体としては大型化する。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、例えば組電池のように、熱暴走を起こすおそれのある部品間での熱伝達を、部品間の離間距離を抑えつつ、効果的に抑えることが可能な熱伝達抑制部材及びその使用方法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】
【０００８】
本発明の目的は、熱伝達抑制部材に係る下記（１）の構成により達成される。
（１）複数の部品間に配置され、一方の部品からの熱が隣接する他方の部品に伝達することを抑制するための熱伝達抑制部材であって、
前記熱による熱分解により、結晶水を放出して吸熱作用を発揮し、前記結晶水の放出後に多孔質構造を形成して断熱作用を発揮する熱伝達抑制材料からなる複数の粒子を含む成形体である、熱伝達抑制部材。
【０００９】
また、熱伝達抑制部材に係る本発明の好ましい実施形態は、下記（２）〜（１２）のいずれかであることを特徴とする。
（２）前記熱伝達抑制材料は、無機水和物である、上記（１）に記載の熱伝達抑制部材。
（３）前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウム及び水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも１つである、上記（２）に記載の熱伝達抑制部材。
（４）前記熱伝達抑制材料は、熱分解開始温度が２００℃以上である、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
（５）前記熱伝達抑制材料は、平均粒子径が異なる複数種の混合物である、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
（６）前記熱伝達抑制材料は、熱分解開始温度が異なる複数種の混合物である、上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
【００１０】
（７）前記熱伝達抑制材料は、７００℃以上の加熱後においても前記多孔質構造を維持している、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
（８）前記熱伝達抑制材料は、前記多孔質構造を形成した状態での密度が、前記熱伝達抑制材料が前記結晶水を放出した後の組成と同一、かつ、中実である材料における密度の７０％以下である、上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
（９）さらに無機繊維を含む、上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
（１０）前記部品の熱暴走防止用である、上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材。
（１１）前記部品は電池セルであり、前記電池セル間に介在させて前記電池セルの熱暴走を防止する、上記（１０）に記載の熱伝達抑制部材。
（１２）前記部品は、燃料電池の水素タンク、ガソリンタンク、ＬＮＧタンク、火力発電、原子力発電のいずれかである、上記（１０）に記載の熱伝達抑制部材。
【００１１】
また、本発明の目的は、熱伝達抑制部材の使用方法に係る下記（１３）の構成により達成される。
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制部材を前記部品間に配置し、前記部品からの熱による熱分解により、結晶水を放出して吸熱作用を発揮させ、前記結晶水の放出後に多孔質構造を形成して断熱作用を発揮させる、熱伝達抑制部材の使用方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る熱伝達抑制部材及びその製造方法によれば、部品間の離間距離を抑えつつ、効果的な断熱効果を奏することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態の熱伝達抑制部材を適用した、第１の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートの構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の熱伝達抑制部材を適用した、第２の実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートの構成例を模式的に示す断面図である。
【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の構成例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、実施例１〜３及び比較例１の熱伝達抑制シートに対し、熱伝達抑制シートの一方の面側からヒーターで加熱した場合の、熱伝達抑制シートの他方の面側における温度変化と経過時間との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、試験例１〜３の熱伝達抑制シートに対し、熱伝達抑制シートの一方の面側からヒーターで加熱した場合の、熱伝達抑制シートの他方の面側における温度変化と経過時間との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、脱水後のＡｌ（ＯＨ）３、中実のＡｌ２Ｏ３及びＡＥＳで比較した場合の、熱伝導率と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、未焼成のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子の表面におけるＳＥＭ観察結果を示す図面代用写真である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子の表面におけるＳＥＭ観察結果を示す図面代用写真である。
【図８Ａ】図８Ａは、未焼成のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子の表面におけるＴＥＭ観察結果を示す図面代用写真である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子の表面におけるＴＥＭ観察結果を示す図面代用写真である。
【図９】図９は、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子の断面におけるＳＥＭ観察結果を示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、複数の部品間に配置され、部品間の離間距離を抑えつつ、部品間での熱伝達を効果的に抑制することが可能な熱伝達抑制部材を提供するため、鋭意検討を行ってきた。
【００１５】
その結果、熱分解により、結晶水を放出して吸熱作用を発揮し、結晶水の放出後に多孔質構造を形成して断熱作用を発揮する熱伝達抑制材料からなる複数の粒子を含む成形体を用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。
【００１６】
すなわち、熱暴走を起こして高温となった部品からの熱を受けて熱分解し、自身が持つ結晶水を放出する、いわゆる「吸熱作用」を発揮する熱伝達抑制材料を用いることにより、熱暴走を起こした部品からの発熱を効果的に低減することができる。
【００１７】
また、上記の熱伝達抑制材料は、結晶水を放出した後に、多孔質構造を形成することにより、形成された多数の空孔により断熱作用が発揮される。
【００１８】
さらに、上記熱伝達抑制材料を粒子として用い、この粒子を複数含む成形体、例えばシート状の形態とする。このように成形体とすることにより、１つ１つの粒子自体が有する多孔質構造による断熱作用に加え、複数の粒子間に形成される空隙中に存在する空気による断熱作用が加わり、一層の断熱効果が発揮される。
【００１９】
上記のように、熱伝達抑制効果は吸熱作用と断熱作用との相乗によるものであり、両作用がバランス良く、より効果的に発現するには、熱伝達抑制材料の熱分解開始温度が２００℃以上であることが好ましい。さらには、断熱作用を発揮するために、より高温でも多孔質構造を維持していることが望ましく、７００℃以上の高温でも多孔質構造を維持していることが好ましい。
【００２０】
以上を考慮すると、熱伝達抑制材料として、例えば無機水和物を挙げることができる。
【００２１】
本発明はこのような知見に基づくものであるが、以下に本発明の実施形態（本実施形態）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、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。
【００２２】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る熱伝達抑制部材について説明する。第１の実施形態は、熱伝達抑制材料が、粒度分布のピークが１つ、すなわち、平均粒子径が略同一の粒子の場合である。なお、以下の実施形態においては、熱暴走を起こすおそれのある部品としてリチウムイオン二次電池などの電池セルを例とし、この電池セルが複数積層されてなる組電池を例として説明するが、これには限定されない。上記のような部品としては、電池セル以外に、例えば、燃料電池の水素タンク、ガソリンタンク、ＬＮＧタンク、火力発電、原子力発電などが挙げられる。
また同様に、本実施形態で説明する熱伝達抑制部材は、組電池の複数の電池セル間に介在する組電池用熱伝達抑制シートを例として説明するが、これには限定されない。
【００２３】
＜組電池用熱伝達抑制シートの基本構成＞
図１は、熱伝達抑制部材としての組電池用熱伝達抑制シート１０の構成例を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シート１０は、粒度分布のピークが１つ、すなわち、平均粒子径が略同一である（第１の）熱伝達抑制材料１２の粒子を複数有する。
【００２４】
なお、組電池用熱伝達抑制シート１０は、図示されるような断面が直線状の平面シートに限らず、断面が波状の波形シートなどであってもよい。また、組電池用熱伝達抑制シート１０の厚さは特に限定されないが、０．０５〜５ｍｍの範囲にあることが好ましい。厚さが０．０５ｍｍ未満であると、充分な機械的強度が得られないおそれがある。一方、厚さが５ｍｍを超えると、シート状に成形することが困難となるおそれがある。電池の体積エネルギー密度の観点からは、この範囲で薄くすることが好ましい。
【００２５】
図３に示すように、組電池１００は、複数の電池セル２０同士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に格納されており、組電池用熱伝達抑制シート１０は、ある電池セル２０と隣接する電池セル２０との間に配置されている。そして、組電池１００において、ある電池セル２０が熱暴走を起こした場合、その熱を受けて熱伝達抑制材料１２が熱分解し、結晶水を放出して吸熱作用を発揮し、熱暴走の初期段階における急激な温度上昇に対応して効果的に吸熱するため、熱暴走の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑えることができる。
【００２６】
さらに、熱伝達抑制材料１２は、結晶水の放出後に多孔質構造を形成することで、持続的に断熱作用を発揮し、隣接する電池セル２０への熱の伝搬を持続的に抑えることができる。すなわち、熱暴走の後期段階において、断熱作用を発揮し、同作用を持続する。
【００２７】
よって、熱暴走の初期段階における効果的な吸熱作用と、熱暴走の後期段階における持続的な断熱作用の組み合わせにより、組電池用熱伝達抑制シート１０は、効果的な断熱効果を奏することが可能となる。
【００２８】
また、組電池用熱伝達抑制シート１０は、熱伝達抑制材料１２の粒子を複数含む成形体であるため、熱伝達抑制材料１２の粒子間には微細な隙間が形成されている。この微細な空間内には空気が存在しており、空気による断熱作用が加わり、断熱性能がより高まる。
【００２９】
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。
【００３０】
＜組電池用熱伝達抑制シートの詳細＞
次に、組電池用熱伝達抑制シート１０を構成する熱伝達抑制材料１２やその他の構成材料の詳細について説明する。
【００３１】
［熱伝達抑制材料］
熱伝達抑制材料１２は、自身が結晶水を持つ化合物であり、熱分解により結晶水を放出することで吸熱作用を発揮し、更に結晶水を放出した後に多孔質構造が形成されるものである。熱伝達抑制効果は、吸熱作用と断熱作用との相乗であり、両作用がバランス良く、効果的に発揮するためには、熱分解開始温度が２００℃以上であることが好ましい。熱分解開始温度が低いと、吸熱作用が比較的早期に完了する。
【００３２】
例えば、ゼオライトのような多孔質体に対して物理的に水分を含浸させたようなものでは、水分を放出する温度が２００℃よりも低いため、電池セルが熱暴走を起こした場合には断熱作用を十分に発揮することができないおそれがある。
【００３３】
これらを考慮すると、熱伝達抑制材料１２の具体例としては、例えば無機水和物が挙げられる。具体的には、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）などが挙げられる。
【００３４】
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、熱分解時に結晶水を放出することで、消炎機能（吸熱反応）を発揮することができる。
２Ａｌ（ＯＨ）３→Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２Ｏ
この機能により、熱暴走を起こした電池セル２０で発生した高温の熱を吸収することができ、熱暴走を起こした電池セル２０の発熱量を低減することができる。
【００３５】
なお、水酸化アルミニウムの熱分解開始温度は約２００℃であり、水酸化マグネシウムの熱分解開始温度は約３３０℃であり、水酸化カルシウムの熱分解開始温度は約５８０℃であり、水酸化亜鉛の熱分解開始温度は約２００℃であり、水酸化鉄の熱分解開始温度は約３５０℃であり、水酸化マンガンの熱分解開始温度は約３００℃であり、水酸化ジルコニウムの熱分解開始温度は約３００℃であり、水酸化ガリウムの熱分解開始温度は約３００℃である。
【００３６】
無機水和物は、単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。特に、熱分解開始温度が異なる２種以上の無機水和物を併用することにより、熱暴走を起こした電池セル２０に対して多段に冷却でき、広い温度領域で電池セル間の熱の伝搬を抑制することが可能になる。
【００３７】
熱伝達抑制材料１２の配合量としては、組電池用熱伝達抑制シート１０を構成する材料の合計質量に対して、好ましい上限が９０質量％であり、より好ましい上限は６５質量％である。この配合量が９０質量％を超えると、相対的に無機繊維などの他の構成材料が少なくなりすぎて、シートとしての十分な強度を保つことができないおそれがある。
【００３８】
また、熱伝達抑制材料１２は粒子として組電池用熱伝達抑制シート１０に含まれるが、熱分解により結晶水を放出した後は、粒子の内部まで多孔質構造が形成されていることが好ましい。上述のように、熱伝達抑制材料１２は、熱分解により結晶水を放出することで多孔質構造が形成され、持続的に断熱作用を発揮し、他の部品への熱の伝搬を持続的に抑えることができる。したがって、粒子の内部まで多孔質構造が形成されている場合には、無機水和物の全体にわたって多孔質構造が形成されていることとなるため、断熱作用をより効果的に持続させることができる。
【００３９】
熱伝達抑制材料１２の平均粒子径が大きすぎると、組電池用熱伝達抑制シート１０の中心付近にある熱伝達抑制材料１２の温度が熱分解温度に達するまでにある程度の時間を有し、シート中心付近の熱伝達材料１２が熱分解しきれない場合がある。このため、熱伝達抑制材料１２は平均粒子径が小さい方がよく、具体的には、平均粒子径が１００μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
なお、熱伝達抑制材料１２の粒子が内部まで多孔質構造が形成されていることは、後述する実施例で示すように、粒子を焼成した後の断面におけるＳＥＭ写真から確認することができる。
【００４１】
上記のように、粒子の内部まで完全に多孔質構造であることが最も好ましいが、多孔質ではない、中実の同一組成である材料の比重に対して７０％以下の密度を有していればほぼ十分であると言える。例えば水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）では、上記したように、熱分解して得られるのはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であるが、結晶水放出後に得られる多孔質構造を持つアルミナの密度を、多孔質ではない、中実のアルミナの密度の４２％以下とする。
【００４２】
また、熱伝達抑制材料１２は、７００℃以上の加熱後においても多孔質構造を維持していることが好ましい。熱暴走を起こした電池セル２０では、７００℃以上の非常に高い温度まで上昇することがあり、断熱効果を持続させるためには、その温度まで上昇した場合においても多孔質構造を維持できていることが求められる。７００℃以上の加熱後においても多孔質構造を維持し得る無機水和物としては、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）を挙げることができる。
【００４３】
なお、熱伝達抑制材料１２の粒子が、７００℃以上の高温でも多孔質構造を維持できていることは、後述する実施例で示すように、粒子を７００℃以上で焼成した後の表面又は断面におけるＳＥＭ写真から確認することができる。
【００４４】
［その他の構成材料］
続いて、組電池用熱伝達抑制シート１０を構成する他の材料について説明する。組電池用熱伝達抑制シート１０は、成形時の強度向上を目的として、更に無機繊維やパルプ繊維を含んでいてもよい。
【００４５】
無機繊維としては、例えば、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、ジルコニア繊維及びチタン酸カリウムウィスカ繊維などが挙げられる。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。上記無機繊維は、単独で使用してもよいし２種以上組み合わせて使用してもよい。上記無機繊維のうち、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。
【００４６】
無機繊維の断面形状は、特に限定されず、円形断面、扁平断面、中空断面、多角断面、芯鞘断面などが挙げられる。中でも、中空断面、扁平断面又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。
【００４７】
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、上記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、得られる熱伝達抑制シート１０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。
【００４８】
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１０μｍであり、より好ましい上限は７μｍである。上記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以上であるが好ましい。一方、無機繊維の平均繊維径が１０μｍ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１０の成形性が悪化するおそれがある。
【００４９】
更に、有機バインダーや無機バインダーを必要に応じて使用してもよい。バインダーは、成形時の強度向上を目的とする上で有用であり、有機バインダーとして例えば高分子凝集剤やアクリルエマルジョンなど、無機バインダーとして例えばアルミナゾルやシリカゾルなどを好適に使用することができる。
【００５０】
その他の材料についても、目的に応じて適宜添加することができる。
【００５１】
これら他の構成材料(すなわち、主成分以外の構成材料)は、組電池用熱伝達抑制シート１０を構成する材料の合計重量に対して、５０質量％以下の範囲で適宜使用することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る熱伝達抑制部材について説明する。第２の実施形態も無機水和物を熱伝達抑制材料１２とする組電池用熱伝達抑制シート１０を例示するが、図２に示すように、粒度分布のピークが２つ以上の熱伝達抑制材料１２，１４、言い換えれば、平均粒子径が異なる複数種の混合物である熱伝達抑制材料１２，１４を含有する。より具体的には、組電池用熱伝達抑制シート１０は、平均粒子径の小さい第１の熱伝達抑制材料１２と、平均粒子径の大きい第２の熱伝達抑制材料１４を有する。
【００５３】
そして、ある電池セル２０が熱暴走を起こすと、平均粒子径の小さい第１の熱伝達抑制材料１２が、吸熱作用を発揮して熱暴走の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑える。
ここで、第１の熱伝達抑制材料１２は、第２の熱伝達抑制材料１４に比べ平均粒子径が小さいことから、同じ体積で比較した場合、第１の熱伝達抑制材料１２の方が表面積が大きく、したがって受熱面積がより大きい。よって、第１の熱伝達抑制材料１２の単位時間当たりの吸熱量は、第２の熱伝達抑制材料１４の単位時間当たりの吸熱量よりも大きくなる。このため、平均粒子径の大きな第２の熱伝達抑制材料１４のみを含有する組電池用熱伝達抑制シート１０に比べ、熱暴走の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑えられると考えられる。
【００５４】
また、平均粒子径の大きい第２の熱伝達抑制材料１４が、比較的長い時間にわたって吸熱し続けるため、熱暴走の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱時間を長く維持する。
ここで、第２の熱伝達抑制材料１４は、第１の熱伝達抑制材料１２に比べ平均粒子径が大きいことから、組電池用熱伝導抑制シート１０の中心付近にある熱伝達抑制材料１４が熱分解開始温度に達するまでにある程度の時間を要する。このため、平均粒子径の小さな第１の熱伝達抑制材料１２のみを含有する組電池用熱伝達抑制シート１０に比べ、吸熱時間を長く維持できると考えられる。
【００５５】
そして、これらの相乗効果によって、吸熱作用を効果的に、かつ長く発揮することができる。
【００５６】
ところで、平均粒子径の大きい第２の熱伝達抑制材料１４のみからなる組電池用熱伝達抑制シート１０は、平均粒子径の小さい第１の熱伝達抑制材料１２のみからなる組電池用熱伝達抑制シート１０に比べてシートの中心付近まで伝熱しにくく、シートの中心付近にある熱伝達抑制材料１４が結晶水を放出しきれない場合がある。このため、組電池用熱伝達抑制シート１０として、平均粒子径の大きい第２の熱伝達抑制材料１４のみを使用した場合には、熱暴走を起こした電池セル２０のピーク温度（平衡状態となる温度）が高くなる傾向にある。これに対して平均粒子径の小さい第１の熱伝達抑制材料１２と、平均粒子径の大きい第２の熱伝達抑制材料１４とを併用すると、組電池用熱伝達抑制シート１０の中心付近にあり、結晶水を放出しきれない可能性のある熱伝達抑制材料が相対的に減るため、熱暴走を起こした電池セル２０のピーク温度を低く抑えることができる。
【００５７】
（組電池用熱伝達抑制シートの製造方法）
続いて、組電池用熱伝達抑制シート１０の製造方法について詳細に説明する。
【００５８】
本実施形態に係る熱伝達抑制シート１０は、熱伝達抑制材料を複数含む成形材料を、乾式成形法又は湿式成形法により型成形して製造される。以下に、熱伝達抑制シート１０をそれぞれの成形法により得る場合の製造方法について説明する。
【００５９】
［乾式成形法を用いて製造する場合］
まず、乾式成形法では、熱伝達抑制材料、更に必要に応じて無機繊維やパルプ繊維、あるいは無機バインダー、有機バインダーを所定の割合でＶ型混合機などの混合機に投入する。混合機に投入された材料を充分に混合した後、所定の型内に混合物を投入し、プレスすることにより組電池用熱伝達抑制シート１０を得る。プレス時には、必要に応じて加熱してもよい。
【００６０】
プレス圧は、０．３０〜９．８０ＭＰａの範囲であることが好ましい。プレス圧が０．３０ＭＰａ未満であると、得られる組電池用熱伝達抑制シート１０において、強度を保つ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、更に、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。
【００６１】
［湿式成形法を用いて製造する場合］
続いて、湿式成形法では、熱伝達抑制材料、更に必要に応じて無機繊維やパルプ繊維、あるいは無機バインダー、有機バインダーを水中で混合撹拌して充分に分散させ、その後、凝集剤を添加して、一次凝集体を得る。次に、必要に応じて有機弾性物質のエマルジョンなどを所定の範囲内で上記水中に添加した後、高分子凝集剤を添加することにより凝集体を含むスラリーを得る。
【００６２】
次に、上記凝集体を含むスラリーを所定の型内へ投入して湿潤シートを得る。得られた湿潤シートを乾燥することにより、目的の組電池用熱伝達抑制シート１０が得られる。
【００６３】
上述のように、組電池用熱伝達抑制シート１０は、乾式成形法又は湿式成形法のいずれによっても得られるが、一体成形の容易性や機械的強度の点から湿式成形法を用いることが好ましい。
【００６４】
以上、本実施形態について、組電池用熱伝達シート１０を例示して説明したが、その他の熱暴走を起こすおそれのある用途、例えば燃料電池の水素タンク、ガソリンタンク、ＬＮＧタンク、火力発電、原子力発電などにも適用することができる。
【実施例】
【００６５】
以下に、本実施形態に係る組電池用熱伝達抑制シートに適用した熱伝達抑制部材の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６６】
（無機水和物とＡＥＳとの比較）
＜実施例１＞
熱伝達抑制材料に用いられる無機水和物として、平均粒子径：１７μｍの水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）粉末を準備した。そして、この水酸化アルミニウム粉末を８０質量％とした上で、無機繊維としてロックウールを１０質量％、パルプ繊維を９質量％、高分子凝集材を１質量％加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ２ｍｍの組電池用熱伝達抑制シートを得た。
【００６７】
＜実施例２＞
熱伝達抑制材料に用いられる無機水和物として、平均粒子径：１μｍの水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）粉末を準備した。そして、この水酸化アルミニウム粉末を８０質量％とした上で、無機繊維としてロックウールを１０質量％、パルプ繊維を９質量％、高分子凝集材を１質量％加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ２ｍｍの組電池用熱伝達抑制シートを得た。
【００６８】
＜実施例３＞
熱伝達抑制材料に用いられる無機水和物として、平均粒子径：１μｍ及び平均粒子径１７μｍの水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）粉末を準備した。そして、これらの水酸化アルミニウム粉末を質量比で５０：５０の混合割合で８０質量％とした上で、無機繊維としてロックウールを１０質量％、パルプ繊維を９質量％、高分子凝集材を１質量％加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ２ｍｍの組電池用熱伝達抑制シートを得た。
【００６９】
なお、上記の各実施例で用いた水酸化アルミニウムの熱分解開始温度は、約２００℃であった。
【００７０】
＜比較例１＞
アルカリアースシリケート（ＡＥＳ）ファイバーにより構成される厚み２ｍｍのシートを準備し、組電池用熱伝達抑制シートとした。
【００７１】
実施例１〜３及び比較例１で得られた組電池用熱伝達抑制シートの一方の面に、熱暴走を起こした電池セルを模擬したヒーターを配置し、他方の面に隣接する電池セルを模擬した金属板を接触させて配置した。ヒーター温度が約３０秒で７００℃になるように加熱し、ヒーター加熱後の経過時間に対する金属板表面の温度変化を測定した。
【００７２】
実施例１〜３及び比較例１における、経過時間に対する金属板表面の温度変化をプロットしたグラフを図４に示す。
【００７３】
比較例１に示すアルカリアースシリケート（ＡＥＳ）ファイバーからなる組電池用熱伝達抑制シートは、断熱材としての機能のみを有するため、ヒーター温度の上昇に伴い、金属板表面の温度は単調に上昇し続けた。その後、金属板表面の温度が約２５０℃に達したところで、温度がほぼ平衡状態となった。
【００７４】
これに対し、無機水和物を含有する組電池用熱伝達抑制シート（実施例１〜３）の場合、無機水和物による吸熱作用が働いている間は、金属板表面の温度は一旦、約１００℃で維持された。その後、すなわち、熱分解により結晶水を放出した後は、断熱材として機能すべく、急な温度上昇を経た後、それぞれ所定の温度に達したところで、温度がほぼ平衡状態となった。
【００７５】
なお、実施例１は、平均粒子径が大きい（平均粒子径：１７μｍ）無機水和物のみを使用している。この平均粒子径が大きい無機水和物は、同じ体積で比較した場合、平均粒子径が小さい（平均粒子径：１μｍ）無機水和物より表面積が小さく、受熱面積も小さいため、単位時間当たりの吸熱量は、平均粒子径が小さい無機水和物のそれ比べて小さくなる。そのため、熱分解開始温度に到達するのが遅く、曲線Ａで示すように、平均粒子径が小さい（平均粒子径：１μｍ）無機水和物のみを使用している熱伝達抑制シート（図４の曲線Ｂ：実施例２）に比べて金属板表面の温度の立ち上がり勾配が大きくなっている。また、金属板表面のピーク温度は、比較例１の約２５０℃に比べて低いものの、約２３０℃まで上昇した。
【００７６】
また、図４の曲線Ａ〜Ｃには、ＴＡ，ＴＢ，ＴＣとして示すように、金属板表面の温度が１００℃付近に平坦部が見られるが、これは熱分解して無機水和物から結晶水が放出して吸熱する「吸熱反応」が起こっている期間（以下、「吸熱期間」という）である。すなわち、無機水和物である水酸化アルミニウムの熱分解開始温度は約２００℃であるため、熱暴走を起こした電池セルからの熱を受け、組電池用熱伝達抑制シートは２００℃に達しているものの、金属板に相当する隣接の電池セルの表面温度は１００℃程度に抑えられており、吸熱効果が発揮されていることがわかる。なお、ＴＡ，ＴＢ，ＴＣの後の領域では多孔質構造が形成され、断熱作用が発揮されている。
【００７７】
また、無機水和物の平均粒子径により、金属板表面の温度ピークに高低差があり、吸熱作用と断熱作用とを合わせた総合的な熱伝達抑制効果に差があることがわかる。すなわち、平均粒子径が１７μｍと大径の無機水和物のみを使用した実施例１の曲線Ａの温度ピークが最も高く、平均粒子径が１μｍと小径の無機水和物のみを使用した実施例２の曲線Ｂ、並びに小径と大径の無機水和物の混合物を使用した実施例３の曲線Ｃが同程度の温度ピークを示している。このことから、平均粒子径が小さい無機水和物を用いることが好ましいことがわかる。
【００７８】
さらには、曲線Ａ〜Ｃにおいて、吸熱期間ＴＡ，ＴＢ，ＴＣよりも前の経過時間における温度勾配を比較すると、大径の無機水和物を使用した実施例１の曲線Ａが最も大きくなっており、平均粒子径が小さい無機水和物を用いることにより、昇温を緩やかにする効果が得られることがわかる。
【００７９】
なお、比較例１のＡＥＳファイバーシートでは、吸熱期間のＴＡ，ＴＢ，ＴＣに相当する部分がなく、断熱作用のみであるため、総合的な熱伝達抑制効果も低くなっている。
【００８０】
以上のことから、実施例１〜３の組電池用熱伝達抑制シートによれば、急激な温度上昇を抑えるとともに、優れた熱伝達抑制効果も得られることが分かった。
【００８１】
（水酸化アルミニウムとアルミナとの比較）
＜試験例１＞
熱伝達抑制材料に用いられる無機水和物として、平均粒子径：１μｍの水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）粉末を準備した。そして、この水酸化アルミニウム粉末に対し、焼成及び乾燥を施すことなく、この水酸化アルミニウム粉末を８０質量％とした上で、無機繊維としてロックウールを１０質量％、パルプ繊維を９質量％、高分子凝集材を１質量％加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ２ｍｍの組電池用熱伝達抑制シートを得た。
【００８２】
＜試験例２＞
熱伝達抑制材料に用いられる無機水和物として、平均粒子径：１μｍの水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）粉末を準備した。そして、この水酸化アルミニウム粉末に対し、７００℃及び１時間の焼成を行い、その後１０５℃及び１時間の乾燥を行った。続いて、この水酸化アルミニウムの焼成品の粉末を８０質量％とした上で、無機繊維としてロックウールを１０質量％、パルプ繊維を９質量％、高分子凝集材を１質量％加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ２ｍｍの組電池用熱伝達抑制シートを得た。
【００８３】
＜試験例３＞
熱伝達抑制材料に用いられる材料として、平均粒子径：１μｍの多孔質ではない、すなわち中実のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を準備した。そして、このアルミナ粉末を８０質量％とした上で、無機繊維としてロックウールを１０質量％、パルプ繊維を９質量％、高分子凝集材を１質量％加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ２ｍｍの組電池用熱伝達抑制シートを得た。
【００８４】
試験例１〜３で得られた組電池用熱伝達抑制シートの一方の面に隣接するようにヒーターを配置し、他方の面に金属板を接触させて配置した。ヒーター温度が約３０秒で７００℃になるように加熱し、ヒーター加熱後の経過時間に対する金属板表面の温度変化を測定した。
【００８５】
試験例１〜３における、ヒーター加熱後の経過時間に対する金属板表面の温度変化をプロットしたグラフを図５に示す。
【００８６】
図５の結果より、試験例１のように、熱分解により吸水作用を発揮する水酸化アルミニウムを用いた熱伝達抑制シートは最も優れた熱伝達抑制効果を示すことがわかる。なお、図中のＴｘ部分が、図４で示す吸熱期間に相当する。これに対して、試験例２のように、同じ水酸化アルミニウム粉末を出発材料に用いても、焼成した場合には、試験例１の曲線のような吸熱期間Ｔｘが無く、断熱作用のみであるため、熱伝達抑制効果が低くなっている。ただし、焼成により結晶水が放出されて多孔質構造を有しているため、多孔質ではない、すなわち中実のアルミナを用いた試験例３の組電池用熱伝達抑制シートよりは熱伝達抑制効果に優れている。
【００８７】
このことから、水酸化アルミニウムに含まれる結晶水が熱分解により放出されることで吸熱作用を発揮し、隣接するセル表面のピーク温度を低く抑えることができていることが分かった。
【００８８】
（加熱温度と熱伝導率の関係）
脱水後の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、多孔質ではない、中実のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、ＡＥＳのそれぞれに対し、加熱温度と熱伝導率との関係を調べた。なお、脱水後の水酸化アルミニウムとは、平均粒子径が１μｍの水酸化アルニウムの粉末を、７００℃及び１時間の条件で加熱し、熱分解により結晶水の少なくとも一部を放出させて多孔質構造を形成したものである。
また、加熱温度に対する熱伝導率の変化は、ＪＩＳ  Ｒ  ２６１６（非定常熱線法）に従う、京都電子工業（株）製「ＱＴＭ−５００」を用いて測定した。図６に、脱水後のＡｌ（ＯＨ）３、中実のＡｌ２Ｏ３及びＡＥＳで比較した場合の、熱伝導率と加熱温度との関係を示す。
【００８９】
図６の結果に示すように、ＡＥＳは加熱温度の上昇に伴って、熱伝導率が顕著に上昇することが分かった。一方、中実のアルミナは加熱温度が上昇しても熱伝導率の上昇はほぼ見られなかった。また、脱水後のＡｌ（ＯＨ）３においても、加熱温度の上昇に伴い、熱伝導率の上昇は見られたものの、６００℃付近までの温度域において中実のアルミナよりも熱伝導率が小さく、断熱性能に優れている。また、７００℃を超えても中実のアルミナよりも熱伝導率が小さい。
【００９０】
これらのことを踏まえると、熱分解により結晶水を放出して多孔質構造を形成することにより、非常に優れた断熱作用を発揮しうることが確認された。また、７００℃を超える温度で、中実のアルミナよりも熱伝導率が小さいことは、７００℃を超える温度でも多孔質構造が維持されていることに由来する。
【００９１】
（Ａｌ（ＯＨ）３粒子のＳＥＭ及びＴＥＭ観察）
未焼成のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子、焼成後（焼成条件：７００℃及び１時間）のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子の各々について、粒子の表面におけるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察及びＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った。なお、ＳＥＭの測定条件は、加速電圧２００ｋＶとし、ＴＥＭの測定条件は、加速電圧２００ｋＶとした。
【００９２】
未焼成のＡｌ（ＯＨ）３粒子の表面におけるＳＥＭ写真（倍率：２００００倍）を図７Ａに、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３粒子の表面におけるＳＥＭ写真（倍率：１００００倍）を図７Ｂに示す。
また、未焼成のＡｌ（ＯＨ）３粒子の表面におけるＴＥＭ写真（倍率：３０００００倍）を図８Ａに、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３粒子の表面におけるＴＥＭ写真（倍率：３０００００倍）を図８Ｂに示す。
【００９３】
未焼成のＡｌ（ＯＨ）３粒子においては、多孔質構造が見られなかったが、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３粒子においては、多孔質構造を有することが、ＳＥＭ，ＴＥＭの結果ともに見受けられた。具体的には、焼成後のＳＥＭ写真では、未焼成のＳＥＭ写真と比べて、表面の凹凸が顕著に表れていた。また、焼成後のＴＥＭ写真では、未焼成のＴＥＭ写真と比べて、多孔質構造を示唆するものである、まだら模様（すなわち、濃淡の入り混じった模様）が顕著に表れていた。
【００９４】
よって、これらの結果より、熱分解による結晶水の放出後に多孔質構造が形成されること、また、７００℃以上の加熱後においても多孔質構造を維持できていることが確認された。
【００９５】
続いて、焼成後（焼成条件：７００℃及び１時間）のＡｌ（ＯＨ）３（平均粒子径：１μｍ）粒子について、粒子の断面におけるＳＥＭ観察を行った。なお、断面ＳＥＭの測定条件は、加速電圧２００ｋＶとした。焼成後のＡｌ（ＯＨ）３粒子の断面におけるＳＥＭ写真（倍率：５００００倍）を図９に示す。
【００９６】
図９の結果より、焼成後のＡｌ（ＯＨ）３粒子の断面においても、多孔質構造を示唆する凹凸が顕著に表れていた。このことから、熱分解による結晶水を放出した後において、粒子の内部まで多孔質構造が形成されていることが確認された。
【符号の説明】
【００９７】
１０    組電池用熱伝達抑制シート（熱伝達抑制部材）
１２    第１の熱伝達抑制材料（熱伝達抑制材料）
１４    第２の熱伝達抑制材料（熱伝達抑制材料）
２０    電池セル
３０    電池ケース
１００  組電池
【図１】
2020119840.tif 000003
【図２】
2020119840.tif 000004
【図３】
2020119840.tif 000005
【図４】
2020119840.tif 000006
【図５】
2020119840.tif 000007
【図６】
2020119840.tif 000008
【図７Ａ】
2020119840.tif 000009
【図７Ｂ】
2020119840.tif 000010
【図８Ａ】
2020119840.tif 000011
【図８Ｂ】
2020119840.tif 000012
【図９】
2020119840.tif 000013