(57)【要約】【課題】熱伝達抑制効果に優れるとともに、電池セルが膨張した際にも、断熱材の厚さの減少を抑制可能な強度を備え、これにより高断熱性能と高圧縮強度を両立させることができる熱伝達抑制シートを提供する。【解決手段】第１の断熱材２０と、第２の断熱材３０とを含み、第１の断熱材２０の熱伝導率が、第２の断熱材３０の熱伝導率よりも低く、かつ、第２の断熱材３０の圧縮強度が、第１の断熱材２０の圧縮強度よりも高い、熱伝達抑制シート１０。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の断熱材と、第２の断熱材とを含み、
前記第１の断熱材の熱伝導率が、前記第２の断熱材の熱伝導率よりも低く、
かつ、
前記第２の断熱材の圧縮強度が、前記第１の断熱材の圧縮強度よりも高い、
熱伝達抑制シート。
【請求項２】
前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、中央部に配置されている、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項３】
前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、複数の箇所に分散して配置されている、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項４】
前記第１の断熱材と前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、ストライプ状に配置されている、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項５】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材が格子状に形成され、
前記第１の断熱材が前記格子状の枠内に配置されている、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項６】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材が、前記第１の断熱材の外周辺を覆う枠状に配置されている、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項７】
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材が、前記第１の断熱材の外周辺を覆う枠状、及び前記枠内を複数に分割する格子状に配置されている、請求項１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項８】
前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な一方の面から他方の面に貫通して配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項９】
前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な一方の面から他方の面に貫通して配置されていない、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項１０】
前記熱伝達抑制シートが、包装材で覆われている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項１１】
シート厚み方向に垂直な一対の面のうち、前記シート厚み方向における前記第２の断熱材の投影面積が大きい側の面において、
前記シート厚み方向における前記第１の断熱材の投影面積をＳ１とし、前記シート厚み方向における前記第２の断熱材の投影面積をＳ２としたとき、
Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）が５０％以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項１２】
前記Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）が２０％以下である、請求項１１に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項１３】
前記Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）が５％以下である、請求項１２に記載の熱伝達抑制シート。
【請求項１４】
複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池であって、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱伝達抑制シートを、前記電池セル間に介在させた、組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セル間に配置される熱伝達抑制シート、及び該熱伝達抑制シートを電池セル間に介在させた組電池に関する。
【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等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等には、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等に比べて、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、高容量かつ高出力な電池においては、電池の内部短絡や過充電等が原因で、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を起こした電池セルからの熱の伝播を抑制するための技術として、電池セル間に熱伝達抑制シートを介在させることが行われている。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、該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、第一板材と第二板材との間には、第一板材及び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できることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、鉱物系粉体及び難燃剤の少なくとも一方と、熱硬化性樹脂や熱可塑性エラストマー、ゴムから選択されるマトリックス樹脂とを含む熱伝達抑制シートを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１１０１３号公報
【特許文献２】特開２０１８−２０６６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、電池セルは、充電や劣化により体積が膨張し、セル間材料（熱伝達抑制シート）を圧縮する負荷が発生することがある。特許文献１の熱伝達抑制シートは、第一板材と、第二板材と、第一板材及び第二板材との間に配置された空気層などの低熱伝導層と、から構成されているため、電池セルが膨張して熱伝達抑制シートが圧縮されると、低熱伝導層の厚みが減少して、断熱性が著しく損なわれるおそれがある。また、特許文献２の熱伝達抑制シートも同様に、電池セルの膨張により鉱物系粉体、難燃剤、マトリックス樹脂からなる吸熱性材料層に圧縮力が作用すると、吸熱性材料層の厚みが減少して、断熱性が著しく損なわれるおそれがある。このため、電池セル間に配置する熱伝達抑制シートには、高断熱性能と高圧縮強度の両立が望まれる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱伝達抑制効果に優れるとともに、電池セルが膨張した際にも、断熱材の厚さの減少を抑制可能な強度を備え、これにより高い断熱性能を維持可能な熱伝達抑制シート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】
【０００９】
本発明の目的は、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。
（１）  第１の断熱材と、第２の断熱材とを含み、
前記第１の断熱材の熱伝導率が、前記第２の断熱材の熱伝導率よりも低く、
かつ、
前記第２の断熱材の圧縮強度が、前記第１の断熱材の圧縮強度よりも高い、
熱伝達抑制シート。
【００１０】
また、熱伝達抑制シートに係る本発明の好ましい実施形態は、下記（２）〜（１３）に関する。
【００１１】
（２）  前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、中央部に配置されている、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（３）  前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、複数の箇所に分散して配置されている、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（４）  前記第１の断熱材と前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、ストライプ状に配置されている、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（５）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材が格子状に形成され、
前記第１の断熱材が前記格子状の枠内に配置されている、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（６）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材が、前記第１の断熱材の外周辺を覆う枠状に配置されている、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
（７）  シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、
前記第２の断熱材が、前記第１の断熱材の外周辺を覆う枠状、及び前記枠内を複数に分割する格子状に配置されている、（１）に記載の熱伝達抑制シート。
【００１２】
（８）  前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な一方の面から他方の面に貫通して配置されている、（１）〜（７）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
（９）  前記第２の断熱材が、シート厚み方向に垂直な一方の面から他方の面に貫通して配置されていない、（１）〜（７）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
（１０）  前記熱伝達抑制シートが、包装材で覆われている、（１）〜（９）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
（１１）  シート厚み方向に垂直な一対の面のうち、前記シート厚み方向における前記第２の断熱材の投影面積が大きい側の面において、
前記シート厚み方向における前記第１の断熱材の投影面積をＳ１とし、前記シート厚み方向における前記第２の断熱材の投影面積をＳ２としたとき、
Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）が５０％以下である、（１）〜（１０）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シート。
（１２）  前記Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）が２０％以下である、（１１）に記載の熱伝達抑制シート。
（１３）  前記Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）が５％以下である、（１２）に記載の熱伝達抑制シート。
【００１３】
また、本発明の目的は、組電池に係る下記（１４）の構成により達成される。
（１４）  複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池であって、
（１）〜（１３）のいずれか１つに記載の熱伝達抑制シートを、前記電池セル間に介在させた、組電池。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱伝達抑制シートは、第１の断熱材と、第２の断熱材とを含み、第１の断熱材の熱伝導率が、第２の断熱材の熱伝導率よりも低く、かつ、第２の断熱材の圧縮強度が、第１の断熱材の圧縮強度よりも高い。よって、第２の断熱材よりも熱伝導率が低い第１の断熱材により、熱伝達抑制シートの一方側から他方側への熱伝達を抑制するとともに、第１の断熱材よりも圧縮強度が高い第２の断熱材により、外部からの衝撃や押圧力に抵抗して第１の断熱材の厚さ減少を抑制し、断熱性能の低下を抑制することができる。したがって、熱伝達抑制シートとしての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【００１５】
例えば、第２の断熱材の一例であるマイカシートは、高絶縁かつ高圧縮強度であるが、断熱性としては第１の断熱材の一例である無機繊維系・無機粒子系の材料に劣る。一方、無機繊維系・無機粒子系のシートは、マイカシートのような高い圧縮強度を持たせることが難しい。よって、これらの材料を組み合わせ、それぞれの単一材料では得ることが困難な、高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることが可能となる。本技術は、電気自動車に搭載されるリチウムイオン電池の熱暴走を効果的に抑制するための熱伝達抑制シートとして好適に使用可能である。
【００１６】
また、本発明の組電池は、上記の熱伝達抑制シートが電池セル間に介在されている。よって、電池セルの熱膨張などにより電池セルが膨らんで隣接する熱伝達抑制シートに押圧力が作用しても、この押圧力を第２の断熱材で受けて、熱伝達抑制シート、特に第１の断熱材の厚さ減少を抑制して断熱機能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態の変形例に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１実施形態の他の変形例に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第３実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第３実施形態の変形例に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図６】図６は、本発明の第６実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図７】図７は、本発明の第７実施形態に係る熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図８】図８は、組電池の一例を模式的に示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例１の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例２の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、実施例３の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、比較例１の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、比較例２の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１１】図１１は、実施例１〜３並びに比較例１及び比較例２の熱伝達抑制シートの性能を比較して示すグラフである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施例４の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、実施例５の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。
【図１３】図１３は、実施例４、実施例５、比較例１及び比較例２の熱伝達抑制シートの性能を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る熱伝達抑制シートの各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
本発明者らは、電池セル間に配置されて、熱暴走を起こした電池セルからの熱が、隣接する電池セルに伝播するのを効果的に抑えることができる熱伝達抑制シートについて鋭意検討を行ってきた。熱伝達抑制シートを、無機粒子や無機繊維などの断熱効果の高い断熱材料のみで構成した場合、得られた断熱効果が理論値よりも低い結果となった。その理由は、無機粒子や無機繊維などの断熱材料は、断熱性能が高い（すなわち、熱伝導率が低い）ものの、圧縮強度が低いため、電池セルが膨張することで断熱材料が圧縮されて厚さが薄くなったことによる断熱性の低下によるものと考えられる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る熱伝達抑制シートは、第２の断熱材よりも、断熱性能が高く（すなわち、熱伝導率が低い）、かつ、圧縮強度が低い、第１の断熱材の要所に、第１の断熱材よりも、断熱性能は低い（すなわち、熱伝導率が高い）ものの、圧縮強度が高い、第２の断熱材を配置して、圧縮強度が低い第１の断熱材の厚さ低減を抑制することにより、熱伝達抑制シート全体としての断熱性能を高めることが可能であることを見出した。すなわち、上記のように、断熱材料の持つ断熱性能と、断熱材料の厚さ低減とをバランスさせることで、それぞれの単一材料では得ることが困難な、高断熱性能と高圧縮強度を両立させることが可能となる。
【００２１】
本発明はこのような知見に基づくものであるが、以下に本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
［熱伝達抑制シート］
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図１Ａに示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、高い断熱性能を有するが圧縮強度が低い第１の断熱材２０と、第１の断熱材２０と比較して高い圧縮強度を有するが断熱性能が低い第２の断熱材３０と、を備える。すなわち、熱伝達抑制シート１０は、圧縮強度及び断熱性能が互いに異なる第１及び第２の断熱材２０，３０を、シート面方向にそれぞれ配置して構成される。
【００２３】
具体的には、熱伝達抑制シート１０は、図１Ａに示すように、第１の断熱材２０が、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成され、シート厚み方向（図中、上下方向）に垂直な面の少なくとも一方から見て、その中心部に形成された貫通孔２１に、厚さｔ２の第２の断熱材３０が一体に埋め込まれ、又は固定された構成を有する。すなわち、第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０におけるシート厚み方向に垂直な一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
ここで、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されており、電池セル４０の膨張による圧縮力は、電池セル４０が膨張する初期段階より第２の断熱材３０で確実に受けられるため、第１の断熱材２０がほとんど圧縮されることがない。よって、熱伝達抑制シート１０、特に、第１の断熱材２０の厚さ減少を極力抑制して、断熱機能を良好に維持することができる。
【００２４】
ただし、第２の断熱材３０の厚さｔ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じである必要はなく、第１の断熱材２０の厚さｔ１より厚くても、薄くても、また同じ厚さであってもよい（ｔ２≧ｔ１又はｔ２≦ｔ１）。
【００２５】
第２の断熱材３０の厚さｔ２が、第１の断熱材２０の厚さｔ１より厚い場合には（すなわち、ｔ２＞ｔ１）、後述する膨張する電池セル４０と第１の断熱材２０の間に空気層ができるが、空気層は断熱機能を有するため、問題になることはない。また、第２の断熱材３０の厚さｔ２が、第１の断熱材２０の厚さｔ１より薄い場合には（すなわち、ｔ２＜ｔ１）、第１の断熱材２０が第２の断熱材３０の厚さｔ２となるまで圧縮され得る。
第２の断熱材３０の厚さｔ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じ厚さであること（すなわち、ｔ１＝ｔ２）が、シート厚み方向に垂直な一対の面において凹凸がないために異物堆積が起きにくい点、シートを輸送する際の積層梱包がしやすい点、マテリアル・ハンドリング又は加工ハンドリング時のミスや、シート破損が生じにくい点から好ましい。なお、ここで言うｔ１＝ｔ２とは、厚さｔ１と厚さｔ２が完全に同じである必要はなく、寸法誤差などにより、厚さｔ１と厚さｔ２が略同じと見なされる場合も含まれる。
【００２６】
なお、第１の断熱材２０の厚さｔ１と、第２の断熱材３０の厚さｔ２の厚さに関する上記の関係は、以下の各実施形態においても同様である。また、図１Ａに示す貫通孔２１及び第２の断熱材３０の形状は円形であるが、形状は特に限定されない。
【００２７】
第１の断熱材２０は、断熱が主目的であり、断熱性能が高い材料から選択され、第２の断熱材３０は、圧縮強度向上が主目的であり、圧縮強度が高い材料から選択される。
【００２８】
断熱を主目的とする第１の断熱材２０としては、繊維状、あるいはブランケット状（以下、まとめて「繊維状」と言う）に形成された無機材料や有機材料、又は粒子状、バルク状、緻密体、シート状、プレート状、粉体（以下、まとめて「粒子状」と言う）に形成された無機材料や有機材料から構成される。
【００２９】
繊維状の無機材料としては、アルミナ、ＲＣＦ、ＡＥＳ、ロックウール、バサルトファイバー、シリカファイバー、ジルコニアファイバー、グラスウールからなる群から少なくとも１つが選択可能である。繊維状の有機材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が選択可能である。また、粒子状の無機材料としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、コージェライト、合成シリカ、エアロゲルからなる群から少なくとも１つが選択可能である。粒子状の有機材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂がある。また、エアロゲルブランケットなどの複合体とすることもできる。
【００３０】
圧縮強度向上を主目的とする第２の断熱材３０としては、バルク状、緻密体、シート状、プレート状（以下、まとめて「バルク状」と言う）に形成された無機材料や有機材料から構成される。バルク状の無機材料としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、コージェライト、マイカ、珪酸カルシウム、パーライト、ゼオライト、水酸化アルミニウム、バーミキュライト、炭酸カルシウムからなる群から少なくとも１つが選択可能である。バルク状の有機材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムからなる群から少なくとも１つが選択可能である。さらに、第２の断熱材３０は、ＳＵＳ、鉄、銅、アルミニウムからなる群から少なくとも１つが選択されてもよい。
【００３１】
後述するように（図８を参照）、本実施形態の組電池１００では、熱伝達抑制シート１０が電池セル４０間に配置され、複数の電池セル４０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５０に格納されている。
【００３２】
なお、電池セル４０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。
【００３３】
そして、熱暴走を起こした電池セル４０は、自身が膨張して大きな押圧力を熱伝達抑制シート１０に作用させる。しかし、この押圧力の大部分は、圧縮強度が高く、かつ、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置された、第２の断熱材３０で受け止められ、第１の断熱材２０への押圧力の影響が大幅に減少する。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少を最小限に抑制する。これにより、熱伝達抑制シート１０全体としての断熱性能の低下を抑制することができ、熱暴走を起こした電池セル４０からの熱が、隣接する他の電池セル４０に伝播することで、他の電池セル４０が熱暴走するのを効果的に防止する。
【００３４】
また、熱暴走を起こして膨張する電池セル４０は、その中央部が最も膨らむ傾向があるが、圧縮強度の高い第２の断熱材３０を、第１の断熱材２０の中央部、すなわち、電池セル４０の中央付近に対向して配置することで電池セル４０の膨張を抑え、第１の断熱材２０の厚さの減少を効果的に抑制することができる。
【００３５】
（第１実施形態の変形例）
図１Ｂは、本発明の第１実施形態の変形例に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図１Ｂに示すように、本変形例の熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０が、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成され、シート厚み方向（図中、上下方向）に垂直な面のうち他方の面２０ｂから見て、その中心部に形成された深さｔ２の凹部２１ａに、厚さｔ２の第２の断熱材３０が一体に埋め込まれ、又は固定された構成を有する。すなわち、第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０をシート厚み方向に貫通して配置されていない。
この場合にあっては、電池セル４０の膨張により、第１の断熱材２０が第２の断熱材３０の厚さｔ２となるまで圧縮され得るが、その後、電池セル４０の膨張による圧縮力を、第２の断熱材３０で確実に受けられる。よって、熱伝達抑制シート１０、特に第１の断熱材２０の厚さ減少を抑制して、断熱機能を良好に維持することができる。
【００３６】
（第１実施形態の他の変形例）
図１Ｃは、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図１Ｃに示すように、本変形例の熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０が、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成され、シート厚み方向（図中、上下方向）に垂直な面から見て、その中心部に形成された深さｔ２の凹部２１ａに、厚さｔ２の第２の断熱材３０が一体に埋め込まれ、又は固定された構成を有する。本変形例にあっては、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０をシート厚み方向に貫通して配置されていない点で、上記変形例と共通であるものの、上記変形例とは異なり、一方の面２０ａのみならず、他方の面２０ｂにおいても第２の断熱材３０が表面に露出していない。
この場合にあっても上記変形例と同様、電池セル４０の膨張により、第１の断熱材２０が第２の断熱材３０の厚さｔ２となるまで圧縮され得るが、その後、電池セル４０の膨張による圧縮力を、第２の断熱材３０で確実に受けられる。よって、熱伝達抑制シート１０、特に第１の断熱材２０の厚さ減少を抑制して、断熱機能を良好に維持することができる。
【００３７】
なお、本変形例に係る熱伝達抑制シートを作製する方法としては、例えば、図１Ｃに示すように、２枚の第１の断熱材２０（２４，２６）の各々に、第２の断熱材３０を収納するための凹部を設けておき、該凹部に第２の断熱材３０を収納した状態で、２枚の第１の断熱材２０（２４，２６）を重ね合わせることが考えられる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図２に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、第１の断熱材２０が、例えば、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成され、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、厚さｔ２の複数の第２の断熱材３０が、複数の箇所に分散して配置されている。また、第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０におけるシート厚み方向に垂直な一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。第２の断熱材３０の大きさ、形状、位置、及び個数は、任意に設定可能であるが、第１の断熱材２０の中心から均一に配置されるのが好ましい。このように、複数の第２の断熱材３０を分散して配置することで、電池セル４０の膨張を効果的に抑制でき、第１の断熱材２０の厚さ減少による断熱性能低下を抑制することができる。
その他の構成及び作用は、上記第１実施形態の熱伝達抑制シートと同様であるため、説明を省略する。なお、以下の各実施形態でも同様に説明を省略する。
【００３９】
（第３実施形態）
図３Ａは、本発明の第３実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図３Ａに示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、それぞれ矩形状に形成された厚さｔ１の複数の第１の断熱材２０及び厚さｔ２の第２の断熱材３０が、
シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、ストライプ状に配置されて、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔ１のシート状に形成されている。この構成によれば、圧縮強度が低い第１の断熱材２０と圧縮強度が高い第２の断熱材３０を、ストライプ状に交互に分散して配置させることで、電池セル４０の膨張を効果的に抑制でき、第１の断熱材２０の厚さ減少による断熱性能低下を抑制することができる。
【００４０】
（第３実施形態の変形例）
図３Ｂは、本発明の第３実施形態の変形例に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図３Ｂに示すように、本変形例の熱伝達抑制シート１０は、３角柱状に形成された厚さｔ２の複数の第２の断熱材３０が、厚さｔ１の複数の第１の断熱材２０で交互に挟持されて、ストライプ状に配置されている。第２の断熱材３０の３角柱の稜線３１は、図３Ｂに示すように、互いに逆向きであっても、また同じ向きであってもよい。なお、稜線３１が尖っていると、電池セル４０を損傷させるおそれがあるため、稜線３１の先端部に丸みを形成するなどの配慮することが好ましい。また、第２の断熱材３０の断面形状は、３角形に限定されず、任意の断面形状とすることができる。
【００４１】
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図４に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、厚さｔ２の第２の断熱材３０が格子状に形成され、各格子枠の中にそれぞれ厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置されている。この構成によれば、圧縮強度が高い第２の断熱材３０を格子状に配置することで、熱伝達抑制シート１０の圧縮強度を高めることができ、セル膨張を効果的に抑制できる。
【００４２】
（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図５に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、厚さｔ２の第２の断熱材３０が枠状に形成され、略矩形シート状の第１の断熱材２０の外周辺２２（外周の４辺）が、第２の断熱材３０によって縁取られている。この構成によれば、圧縮強度が高い第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０の外周辺２２を覆う枠状に配置されているため、熱伝達抑制シート１０の機械的強度が向上し、熱伝達抑制シート１０の取り扱い性が向上する。
【００４３】
（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図６に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、厚さｔ２の第２の断熱材３０が、いわゆる田の字形に形成され、各枠の中にそれぞれ厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置されている。この構成によれば、第２の断熱材３０が枠状、かつ該枠内を複数に分割する格子状に配置されるため、熱伝達抑制シート１０の機械的強度がより一層向上し、熱伝達抑制シート１０の中央付近だけでなく、周辺部でもセル膨張を効果的に抑えることができる。また、熱伝達抑制シート１０の取り扱い性が向上する。
【００４４】
（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態に係る熱伝達抑制シートを模式的に示す正面図及び側面図である。図７に示すように、本実施形態の熱伝達抑制シート１０は、シート厚み方向に垂直な面の少なくとも一方から見て、ストライプ状に配置（図３Ａを参照）された複数の第１の断熱材２０及び第２の断熱材３０が、更にフィルムや不織布などの包装材３２で覆われている。この構成によれば、熱伝達抑制シート１０の取り扱い性が向上し、組電池１００の組立作業が容易になる。
【００４５】
［組電池］
図８は、組電池の一例を模式的に示す断面図である。図８に示すように、本実施形態に係る組電池１００は、電池セル４０間に、上述の熱伝達抑制シート１０を介在させたものである。具体的には、図８に示すように、組電池１００は、複数個の電池セル４０を並設し、直列又は並列に接続して電池ケース５０に収容したものであるが、各電池セル４０間に、熱伝達抑制シート１０が介在されている。
【００４６】
電池セル４０には、隣接する電池セル４０からの押圧力が常時作用しているが、この押圧力の大部分を熱伝達抑制シート１０、特に、圧縮強度が高い第２の断熱材３０が受ける。また、熱暴走を起こした場合、膨張する電池セル４０による押圧力の大部分も圧縮強度が高い第２の断熱材３０が受けるため、第１の断熱材２０の厚さの低減が抑制される。これにより、熱伝達抑制シート１０の断熱性能の低下が抑制されて、電池セル４０の熱暴走の連鎖が効果的に防止される。すなわち、電池セル４０間で使用される熱伝達抑制シート１０としての課題である、高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。
【実施例】
【００４７】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１）
図９Ａは、実施例１の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図９Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍの貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１の半円形状の領域に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込むとともに、残りの半円形状の領域に、第１の断熱材２０の一例である厚さ２ｍｍの上記アルミナファイバーブランケットをはめ込み、実施例１で用いる試料１を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットにおける一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
【００４９】
ここで、熱伝達抑制シート１０におけるシート厚み方向に垂直な一対の面のうち、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が大きい側の面において、シート厚み方向における第１の断熱材２０の投影面積をＳ１とし、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積をＳ２と定義する。図９Ａに示すように、熱伝達抑制シート１０において、一方の面２０ａから見た場合における、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積と、他方の面２０ｂから見た場合における、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積とが同じである場合は、いずれの面を採用しても問題にならないが、例えば、図３Ｂに示すような、断面が３角柱状の第２の断熱材３０を用いた場合には、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が、一方の面２０ａと他方の面２０ｂとで異なる場合がある。その場合は、上記のように、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が大きい側の面を採用し、その面における、シート厚み方向における第１の断熱材２０の投影面積をＳ１とし、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積をＳ２と定義するというものである。
【００５０】
また、上記Ｓ１及びＳ２を、シート厚み方向における各断熱材の投影面積で定義するのは、図９Ａに示すような、第１の断熱材２０の厚さｔ１と第２の断熱材３０の厚さｔ２が同じである場合には、シート表面における各断熱材の面積とすることで問題にならないが、例えば、第２の断熱材３０の厚さｔ２が、第１の断熱材２０の厚さｔ１より薄く、すなわち、第２の断熱材３０がシート表面から埋没している場合には、シート厚み方向から見て露出している第２の断熱材３０の面積とするためである。
【００５１】
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例１におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約４％であった。
【００５２】
（実施例２）
図９Ｂは、実施例２の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図９Ｂに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍの貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例２で用いる試料２を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットを一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例２におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約８％であった。
【００５３】
（実施例３）
図９Ｃは、実施例３の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図９Ｃに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に一辺が５０ｍｍの正方形からなる貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例３で用いる試料３を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットを一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例２におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約３９％であった。
【００５４】
（比較例１）
図１０Ａは、比較例１の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図１０Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成して、比較例１で用いる試料４を作製した。すなわち、試料４は、アルミナファイバーブランケットのみで形成されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、比較例１におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、０％であった。
【００５５】
（比較例２）
図１０Ｂは、比較例２の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図１０Ｂに示すように、第２の断熱材３０の一例であるマイカシートを、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成して、比較例２で用いる試料５を作製した。すなわち、試料５は、マイカシートのみで形成されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、比較例２におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、１００％であった。
【００５６】
続いて、上記で作製した各試料１〜５（熱伝達抑制シート１０）の熱伝達抑制効果を確認するため、以下の試験を行った。まず、実施例１〜３並びに比較例１及び比較例２の各試料１〜５（熱伝達抑制シート１０）の一方の面側において、熱暴走を起こした電池セルを模擬したヒーターを熱伝達抑制シート１０から４０ｍｍ離間させて配置し、他方の面側において、隣接する電池セルを模擬した金属板（加熱せず）を、熱伝達抑制シート１０に接触させて配置した。続いて、ヒーターを加熱して温度が８００℃に到達した後、ヒーターと金属板で、各試料１〜５を、１６ｋＰａ又は４６９ｋＰａの力で押圧して、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。なお、所定の荷重で押圧した後、ヒーターの電源をＯＦＦにした。
【００５７】
実施例１〜３並びに比較例１及び比較例２における、金属板表面の最大温度（℃）をプロットしたグラフを図１１に示す。
【００５８】
図１１に示すように、第１の断熱材２０の中央部に圧縮強度の高い第２の断熱材３０を配置した実施例１〜３における、金属板表面の最大温度は、第１の断熱材２０のみで形成された比較例１、及び第２の断熱材３０のみで形成された比較例２の温度よりも低くなっていることが分かる。
また、熱伝導率が低い、すなわち断熱性能が高い第１の断熱材２０のみからなる比較例１で、実施例１〜３よりも温度が高くなっていることが分かる。すなわち、断熱効果が小さいのは、電池セル４０の膨張による圧縮力が第１の断熱材２０に作用することで、第１の断熱材２０の持つ、高い断熱性能を打ち消してしまうほど、第１の断熱材２０の厚さが薄くなったことによると考えられる。
一方、実施例１〜３では、圧縮強度の高い第２の断熱材３０を、第１の断熱材２０の中央部に配置したことで、第１の断熱材２０の厚さの低減が抑制されて有効に断熱されていることが分かる。
【００５９】
また、図１１から分かるように、上記Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）は、好ましくは５０％以下、より好ましくは２０％以下、更に好ましくは５％以下である。
【００６０】
さらに、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）の値が同じであっても、熱伝達抑制シート１０の圧縮力が高いほど温度が高くなっているのは、熱伝達抑制シート１０に作用する圧縮力によって熱伝達抑制シート１０の厚さが薄くなり、これによって断熱性能が低下したことによる。
以上より、本発明の技術によって熱伝達抑制シート１０の高断熱性能と高圧縮強度を両立させることが可能となることが理解される。
【００６１】
なお、上記実施例１〜３は、第１の断熱材２０の厚さと第２の断熱材３０の厚さが同じであり、すなわち、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている場合である。続いて、第２の断熱材３０の厚さが第１の断熱材２０の厚さよりも薄く、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０を一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通していない場合についても、同様の試験を行った。
【００６２】
（実施例４）
図１２Ａは、実施例４の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図１２Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍで、深さ１ｍｍの凹部２１ａを設けた。そして、該凹部２１ａの半円形状の領域に、第２の断熱材３０の一例である厚さ１ｍｍのマイカシートをはめ込むとともに、残りの半円形状の領域に、第１の断熱材２０の一例である厚さ１ｍｍの上記アルミナファイバーブランケットをはめ込み、実施例４で用いる試料４を作製した。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例４におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約４％であった。
【００６３】
（実施例５）
図１２Ｂは、実施例５の試験で使用した熱伝達抑制シート１０の正面図及び側面図である。図１２Ｂに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍで、深さ１ｍｍの凹部２１ａを設けた。そして、該凹部２１ａに、第２の断熱材３０の一例である厚さ１ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例５で用いる試料５を作製した。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例５におけるＳ１＋Ｓ２の合計に対するＳ２の割合、すなわち、（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２））は、約８％であった。
【００６４】
続いて、試料４及び試料５についても、上記と同様の試験方法によって熱伝達抑制効果の確認を行った。実施例４、実施例５、比較例１及び比較例２における、金属板表面の最大温度（℃）をプロットしたグラフを図１３に示す。
【００６５】
図１３に示すように、実施例１〜３の場合と同様、第１の断熱材２０の中央部に圧縮強度の高い第２の断熱材３０を配置した実施例４及び実施例５における、金属板表面の最大温度は、第１の断熱材２０のみで形成された比較例１、及び第２の断熱材３０のみで形成された比較例２の温度よりも低くなっていることが分かる。すなわち、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通していない場合についても、貫通している場合と同様の傾向が得られることが示された。
【００６６】
なお、本発明は、前述した各実施形態、変形例、及び各実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。本発明の熱伝達抑制シートは、電池セル間に介在させて、電池セルが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により、他の電池セルが熱暴走することを防止する用途について説明したが、この用途に限定されない。例えば、自動車排気管用の熱伝達抑制シートとしても利用可能である。また、取扱い性が非常に困難であるが、物性が優れていることが明らかな材料（エアロゲル、合成シリカ等）を、剛性のある材料でフレームを作製し、その内部に配置することにより、取扱い性、及び装着時の機械的強度が優れた断熱材とすることもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１０    熱伝達抑制シート
２０    第１の断熱材
２０ａ  一方の面
２０ｂ  他方の面
２１    貫通孔
２２    外周辺
３０    第２の断熱材
３２    包装材
４０    電池セル
５０    電池ケース
１００  組電池
Ｓ１    第１の断熱材の表面積
Ｓ２    第２の断熱材の表面積
【図１Ａ】
2020187868.tif 000003
【図１Ｂ】
2020187868.tif 000004
【図１Ｃ】
2020187868.tif 000005
【図２】
2020187868.tif 000006
【図３Ａ】
2020187868.tif 000007
【図３Ｂ】
2020187868.tif 000008
【図４】
2020187868.tif 000009
【図５】
2020187868.tif 000010
【図６】
2020187868.tif 000011
【図７】
2020187868.tif 000012
【図８】
2020187868.tif 000013
【図９Ａ】
2020187868.tif 000014
【図９Ｂ】
2020187868.tif 000015
【図９Ｃ】
2020187868.tif 000016
【図１０Ａ】
2020187868.tif 000017
【図１０Ｂ】
2020187868.tif 000018
【図１１】
2020187868.tif 000019
【図１２Ａ】
2020187868.tif 000020
【図１２Ｂ】
2020187868.tif 000021
【図１３】
2020187868.tif 000022