(57)【要約】  複合シート（１１）は、熱伝導シート（１２）と、熱伝導シート（１２）の一方の面を覆う第１の絶縁シート（１３）と、熱伝導シート（１２）の他方の面を覆い、第１の絶縁シート（１３）との間で熱伝導シート（１２）を封止する第２の絶縁シート（１４）と、を備え、熱伝導シート（１２）は第１の貫通孔（１５）を有し、複合シート（１１）は、第１の絶縁シート（１３）と第２の絶縁シート（１４）とが積層されてなり、第１の貫通孔（１５）の内壁面（１７）を封止する絶縁積層部（１８）を有し、絶縁積層部（１８）は、第１の貫通孔（１５）の内側において、第１の貫通孔（１５）の孔径よりも孔径の小さい第２の貫通孔（１６）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導シートと、
前記熱伝導シートの一方の面を覆う第１の絶縁シートと、
前記熱伝導シートの他方の面を覆い、前記第１の絶縁シートとの間で前記熱伝導シートを封止する第２の絶縁シートと、
を備え、
前記熱伝導シートは１つ以上の第１の貫通孔を有し、
前記複合シートは、前記第１の絶縁シートと前記第２の絶縁シートとが積層されてなり、前記１つ以上の第１の貫通孔の内壁面をそれぞれ封止する１つ以上の絶縁積層部を有し、
前記１つ以上の絶縁積層部は、前記１つ以上の第１の貫通孔の内側にそれぞれ設けられて前記第１の貫通孔の孔径よりも孔径の小さい１つ以上の第２の貫通孔を有する、
複合シート。
【請求項２】
前記熱伝導シートは、グラファイトシートである、
請求項１に記載の複合シート。
【請求項３】
前記第２の絶縁シートは、前記熱伝導シートに対向する第１の面の反対側の第２の面に設けられた粘着層を有する、
請求項１または２に記載の複合シート。
【請求項４】
前記１つ以上の第１の貫通孔の孔径は、３ｍｍ以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の複合シート。
【請求項５】
前記１つ以上の第２の貫通孔の孔径は、０．５ｍｍ以下である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の複合シート。
【請求項６】
前記複合シートは、端部と、第１の領域と、前記第１の領域に比べて前記端部からより遠い第２の領域と、を有し、
前記第１の領域の単位面積当たりの前記１つ以上の第２の貫通孔の数は、前記第２の領域の単位面積当たりの前記１つ以上の第２の貫通孔の数よりも少ない、
請求項１から５のいずれか１項に記載の複合シート。
【請求項７】
筺体と、
前記筺体の内部に配置された電池セルと、
前記電池セルの外面に貼り合わされた、請求項１から６のいずれか１項に記載の複合シートと、
を備える
電池パック。
【請求項８】
前記電池セルは一対の端子電極を有し、
前記複合シートの第１の領域に配置された前記１つ以上の第２の貫通孔の単位面積当たりの数は、前記複合シートの前記第１の領域の領域に比べて前記一対の端子電極からより遠い第２の領域に配置された前記１つ以上の第２の貫通孔の単位面積当たりの数よりも少ない、
請求項７に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合シート、およびこれを用いた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化や小型化に伴い、電子機器に用いられる電子部品の発熱量が増大し、その放熱のために、グラファイトシートなどの熱伝導部材が用いられている。【０００３】
また、各種機器にリチウムイオン二次電池が搭載されるようになり、その電流容量も大きくなってきている。リチウムイオン二次電池の電流容量が大きくなり使用される電流も増大すると、その発熱量も大きくなり、その放熱のために、グラファイトシートなどの熱伝導部材が用いられるようになってきた。【０００４】
なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−７１７２７号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一態様に係る複合シートは、熱伝導シートと、熱伝導シートの一方の面を覆う第１の絶縁シートと、熱伝導シートの他方の面を覆い、第１の絶縁シートとの間で熱伝導シートを封止する第２の絶縁シートとを備える。熱伝導シートは第１の貫通孔を有する。複合シートは、第１の絶縁シートと第２の絶縁シートとが積層されてなり、第１の貫通孔の内壁面を封止する絶縁積層部を有する。絶縁積層部は、第１の貫通孔の内側において、第１の貫通孔の孔径よりも孔径の小さい第２の貫通孔を有する。
【０００７】
本開示の一態様に係る複合シートでは、放熱あるいは熱伝導を要する対象機器に貼り合わせる際に、空気溜まりを形成し難く、優れた熱伝導性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態における複合シートの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す複合シートの１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ｂに示す複合シートの要所１Ｃを拡大して示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態における複合シートの製造方法を説明する図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態における複合シートの製造方法を説明する図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態における複合シートの製造方法を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態における電池パックの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す電池パックを構成する複合シートの断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａに示す電池パックの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１０】
（実施の形態）
［１．複合シートの構成］
まず、実施の形態における複合シート１１について、図１Ａ〜図１Ｃを参照しながら説明する。
【００１１】
図１Ａは、実施の形態における複合シート１１の平面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す複合シート１１の１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。図１Ｃは、図１Ｂに示す複合シート１１の要所１Ｃを拡大して示す断面図である。なお、図１Ａにおいて、複合シート１１の内部に配置された熱伝導シート１２を破線で示す。
【００１２】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、複合シート１１は、熱伝導シート１２と、熱伝導シート１２の一方の面１２ａを覆う第１の絶縁シート１３と、熱伝導シート１２の他方の面１２ｂを覆う第２の絶縁シート１４とを有する。
【００１３】
第１の絶縁シート１３および第２の絶縁シート１４は、熱伝導シート１２よりも寸法が大きく、熱伝導シート１２の外周縁の外側で互いに接着され、熱伝導シート１２を封止する。図１Ｃに示すように、熱伝導シート１２は１つ以上の第１の貫通孔１５を有し、１つ以上の第１の貫通孔１５の内側に、第１の絶縁シート１３と第２の絶縁シート１４とが積層された絶縁積層部１８がそれぞれ形成されている。絶縁積層部１８は、１つ以上の第１の貫通孔１５の内壁面１７を封止する。絶縁積層部１８には、１つ以上の第１の貫通孔１５の内側のそれぞれに設けられて、１つ以上の第１の貫通孔１５の孔径Ｄ１よりも孔径の小さい第２の貫通孔１６（孔径Ｄ２）が設けられている。実施の形態では、絶縁積層部１８は、複数の第１の貫通孔１５の内壁面１７を封止する。絶縁積層部１８には、複数の第１の貫通孔１５の内側のそれぞれに設けられて、複数の第１の貫通孔１５の孔径Ｄ１よりも孔径の小さい第２の貫通孔１６（孔径Ｄ２）が設けられている。
【００１４】
複合シート１１は、例えば発熱装置や低温装置などの、外部装置（図示せず）に密着あるいは接着されて設置され、外部装置からの放熱や外部装置への給熱を担う熱伝導部材として使用される。複合シート１１は、外部装置との間で良好な熱伝導を行うために、対象となる外部装置の外面に接着されて用いられる場合が多い。
【００１５】
［２．複合シートの製造方法］
次に、実施の形態における複合シート１１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、実施の形態における複合シート１１の製造方法を説明する図である。
【００１６】
まず、図２Ａに示すように、ポリイミドフィルムを熱分解し、グラファイト化した後、なめすことにより柔軟なグラファイトシートで形成された熱伝導シート１２を得る。
【００１７】
次に、図２Ｂに示すように、金型による打ち抜き、あるいはレーザ加工によって、熱伝導シート１２に第１の貫通孔１５を形成する。
【００１８】
次に、図２Ｃに示すように、熱伝導シート１２の一方の面１２ａに第１の絶縁シート１３を貼り合わせ、他方の面１２ｂに第２の絶縁シート１４を貼り合わせる。ここで、上述した図１Ｃに示すように、第１の貫通孔１５の内側に、第１の絶縁シート１３と第２の絶縁シート１４とが互いに積層されて接着された絶縁積層部１８が形成され、第１の貫通孔１５の内壁面１７を封止する。
【００１９】
次に、上述した図１Ｃに示すように、第１の貫通孔１５の内側の絶縁積層部１８に、レーザ加工により、第１の貫通孔１５の孔径Ｄ１よりも孔径の小さいピンホールサイズの第２の貫通孔１６を形成する。これにより、図１Ａに示す複合シート１１が作製される。
【００２０】
なお、第１の絶縁シート１３および第２の絶縁シート１４は、構成部材として熱可塑性樹脂を含むことが望ましい。これにより、第２の貫通孔１６の周囲の第１の絶縁シート１３および第２の絶縁シート１４は、レーザ加工により、一旦溶融した後に融着するため、第１の貫通孔１５の内壁面１７を良好に封止することができる。また、レーザ加工は、孔径の非常に小さい第２の貫通孔１６を形成することができる。第１の貫通孔１５および第２の貫通孔１６は熱伝導を抑制するため、その孔径は小さいほど好ましい。第１の貫通孔１５および第２の貫通孔１６の孔径を小さくするために、第１の貫通孔１５および第２の貫通孔１６の形成方法としてレーザ加工が好ましい。
【００２１】
［３．複合シートの効果等］
従来、複合シートを、外部装置に接着あるいは密着させる際に、複合シートと外部装置との間に空気溜りが生じると、熱伝導特性が低下し、放熱不足あるいは給熱不足によって外部装置に熱的に不具合を生じさせる場合がある。また、空気溜りが熱により膨張すると、熱伝導特性がさらに低下する。また、空気溜りが熱により膨張すると、外部装置に圧力を加えて、機械的な不具合を生じさせる場合もある。
【００２２】
これに対して、実施の形態における複合シート１１では、外部装置に接着あるいは密着される際に、複合シート１１と外部装置との間の空気が、第２の貫通孔１６から排出される。これにより、複合シート１１と外部装置との間に空気溜まりが発生することを抑制でき、優れた熱伝導特性を実現することができる。その結果、外部装置に熱的な不具合あるいは機械的な不具合が発生することを抑制できる。
【００２３】
一般に、熱伝導部材を対象となる装置に接着あるいは密着して使用する場合に、接触面積が大きくなるほど、空気溜りが発生しやすく、空気溜りの寸法も大きくなる傾向がある。
【００２４】
これに対して、実施の形態における複合シート１１では、第２の貫通孔１６により空気を排出することができるため、複合シート１１と外部装置との間に空気溜りが発生し難く、複合シート１１と外部装置との接触面積が大きい場合に、特に有効である。
【００２５】
なお、熱伝導シート１２として、例えば厚さ約５０μｍのグラファイトシートを用いてもよい。グラファイトシートは熱伝導特性に優れ、そのシート面方向の熱伝導率は約１３００Ｗ／ｍ・Ｋである。グラファイトシートでは、厚み方向よりもシート面方向の熱伝導率が高く、熱伝導性に異方性がある。複合シート１１では、熱伝導シート１２としてグラファイトシートを用いることにより、熱伝導特性が良好になり、特に好ましい。
【００２６】
グラファイトシートからは、導電性を有するグラファイト粉末が発生する可能性があり、グラファイト粉末は周囲の電子回路基板に付着してショートなどの不具合を引き起こす可能性がある。そのため、グラファイトシートよりも寸法の大きい第１の絶縁シート１３と第２の絶縁シート１４とを用いてグラファイトシートを挟み込み、グラファイトシートの外周縁の外側で封止する。これにより、グラファイトシートの外周端面からのグラファイト粉末の飛散を防止し、周囲の電子回路基板に不具合が発生することを抑制できる。
【００２７】
第１の貫通孔１５の孔径Ｄ１は約３ｍｍであり、第２の貫通孔１６の孔径Ｄ２は約０．３ｍｍである。
【００２８】
第１の貫通孔１５の寸法が大きくなるに従って、複合シート１１の熱伝導特性が低下する。そのため、第１の貫通孔１５の大きさは、第２の貫通孔１６が形成でき、且つ、第１の貫通孔１５の内壁面１７を絶縁積層部１８で封止出来るサイズであればよい。ここで、絶縁積層部１８は、第１の貫通孔１５の内壁面１７から発生するグラファイト粉末が複合シート１１の外部に飛散しないように封止する。なお、絶縁積層部１８は内壁面１７を封止する必要があるが、絶縁積層部１８は必ずしも内壁面１７に接着する必要はない。
【００２９】
第１の貫通孔１５の孔径Ｄ１は、１．０ｍｍ以上であることが望ましく、これにより、第１の貫通孔１５の内壁面１７を絶縁積層部１８で良好に封止できる。また、第１の貫通孔１５の孔径Ｄ１は、３ｍｍ以下であることが望ましく、これにより熱伝導特性の低下を抑制できる。
【００３０】
第２の貫通孔１６の孔径Ｄ２は、空気が通り抜けできる寸法であれば良いため、非常に小さくても良く、例えばピンホールのサイズでよい。第２の貫通孔１６の孔径Ｄ２が大きくなるに従って、複合シート１１の熱伝導特性が低下する。そのため、第２の貫通孔１６の孔径Ｄ２は、０．５ｍｍ以下であることが望ましく、これにより熱伝導特性の低下を抑制できる。
【００３１】
複合シート１１において、熱伝導シート１２の外周縁および第１の貫通孔１５の内壁面１７は、熱伝導シート１２が露出しないように封止されているため、熱伝導シート１２から導電粉末（例えばグラファイト粉末）が飛散することを防止でき、導電粉末による不具合を抑制できる。
【００３２】
第１の絶縁シート１３は、絶縁フィルムで形成されたベース層１３ａと、その一方の面に積層された粘着層１３ｂとを有する。ベース層１３ａは厚さ約１０μｍのポリエチレンテレフタテートの絶縁フィルムで形成される。粘着層１３ｂは、厚み約１０μｍのアクリル系粘着剤で形成される。第１の絶縁シート１３は、粘着層１３ｂを介して、熱伝導シート１２および第２の絶縁シート１４に貼り合わされている。
【００３３】
第２の絶縁シート１４は、絶縁フィルムで形成されたベース層１４ａと、熱伝導シート１２に対向する第１の面１４ｄの側に積層された粘着層１４ｂとを有する。第２の絶縁シート１４は、さらに、第１の面１４ｄと反対側の第２の面１４ｅの側に積層された粘着層１４ｃを有する。ベース層１４ａは厚さ約１０μｍのポリエチレンテレフタテートの絶縁フィルムで形成される。粘着層１４ｂおよび粘着層１４ｃは、厚み約１０μｍのアクリル系粘着剤で形成される。第２の絶縁シート１４は、粘着層１４ｂを介して、熱伝導シート１２および第１の絶縁シート１３に貼り合わされている。
【００３４】
第１の貫通孔１５の内側において、第１の絶縁シート１３と第２の絶縁シート１４とは、粘着層１３ｂと粘着層１４ｂとを介して互いに接着して絶縁積層部１８を形成し、第１の貫通孔１５の内壁面１７を封止する。
【００３５】
第２の絶縁シート１４は、複合シート１１の外部に向かって露出する第２の面１４ｅの側に積層された粘着層１４ｃを有する。複合シート１１は、粘着層１４ｃを介して外部装置に貼り合わせることができるため、複合シート１１を外部装置に貼り合わせる際の作業効率が向上する。また、粘着層１４ｃを介して複合シート１１を外部装置に貼り合わせることにより、複合シート１１と外部装置との間の熱伝導特性をさらに向上させることができる。
【００３６】
なお、熱伝導シート１２としては、グラファイトシートの他に、例えば金フィルム、銀フィルム、アルミニウムフィルム又は銅フィルムなどの熱伝導率の高い部材を用いることができる。
【００３７】
複合シート１１は、端部２１と、端部２１に近い第１の領域２２と、第１の領域２２よりも端部２１から遠い第２の領域２３と、を有する。
【００３８】
複合シート１１は、第２の領域２３において、単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数が多い高密度領域２５を有する。複合シート１１を外部装置に貼り合わせる際に、第２の領域２３は単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数が多いことにより、空気溜りの発生を抑制する効果が高く、熱伝導特性が優れる。
【００３９】
複合シート１１は、第１の領域２２において、単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数が少ない低密度領域２４を有する。複合シート１１を外部装置に貼り合わせる際に、第１の領域２２は単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数が少なくても空気を排出し易く、空気溜りの発生を抑制できる。複合シート１１において、第２の貫通孔１６のある箇所は、第２の貫通孔１６の無い箇所よりも、熱伝導性が低い。第１の領域２２は、単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数が少ないため、熱伝導特性が優れる。
【００４０】
複合シート１１は、第１の領域２２の単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数が、第２の領域２３の単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数よりも少ない。この構成により、複合シート１１は、空気溜りの発生を効果的に抑制しつつ、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００４１】
［４．電池パックの構成］
次に、実施の形態における複合シート１１を用いた電池パックについて、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら説明する。
【００４２】
図３Ａは、実施の形態における電池パック５１の断面図である。図３Ｂは、電池パック５１を構成する複合シート１１の断面図である。図３Ｃは、図３Ａに示す電池パック５１の分解斜視図である。
【００４３】
図３Ａ及び図３Ｃに示すように、電池パック５１は、金属製の筐体５２の中に、複数個の電池セル５３が配置され、固定されている。各電池セル５３の外面５４には複合シート１１が貼り合わせられている。電池セル５３は角型リチウムイオン電池であり、一対の端子電極５５が上面に設けられている。図３Ａ〜図３Ｃに示すように、複合シート１１は、電池セル５３の一方の側面から、底面を経由して、他方の側面にかけて貼り合わされている。このように貼り合わされることにより、電池セル５３内の温度分布を小さくするとともに、底面から複合シート１１を介して筐体５２に熱を逃がすことができるため、電池セル５３の温度上昇を抑制することができる。
【００４４】
複合シート１１において、グラファイトシートで形成された熱伝導シート１２は、複数個の第１の貫通孔１５を有する。複数個の第１の貫通孔１５の各々の内壁面１７は、絶縁積層部１８で封止されている。第１の貫通孔１５の内側の絶縁積層部１８にはそれぞれピンホールサイズの第２の貫通孔１６が設けられている。このように構成することにより、大きな電池セル５３であっても、電池セル５３と複合シート１１との間に空気溜りが発生することを抑制でき、良好に放熱することができる。
【００４５】
［５．電池パックの効果等］
一般に、複数の電池セルを内蔵するリチウムイオン二次電池は、個々の電池セル内の温度差が大きくなった場合、あるいは、電池セル間の温度差が大きくなった場合に、電池セルが劣化しやすくなる。また、一般に、リチウムイオン二次電池は、電流容量が大きくなり、流れる電流量が多くなるほど発熱量も増大し、温度上昇によって電池セルが劣化しやすくなる。
【００４６】
これに対して、実施の形態における電池パック５１では、複合シート１１が第２の貫通孔１６を有することにより、電池セル５３と複合シート１１との間に空気溜りが生じ難く、優れた均熱性と放熱性とを実現することができる。すなわち、電池パック５１は、個々の電池セル５３における局所的な温度差を小さくすることができるとともに、電池セル５３間の温度差を小さくすることができ、かつ、個々の電池セル５３の温度上昇を抑制できる。これにより、個々の電池セル５３の劣化を抑制でき、電池パック５１は優れた信頼性を有し、長寿命を実現できる。
【００４７】
なお、電池セル５３が角型リチウムイオン電池である場合、一対の端子電極５５に近い領域が最も発熱量が大きくなりやすい。そのため、電池セル５３の一対の端子電極５５に近い領域における単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数を、電池セル５３の一対の端子電極５５から遠い領域における単位面積当たりの第２の貫通孔１６の数よりも少なくしている。このようにすることにより、電池セル５３内の温度分布をより小さくすることができ、電池パック５１をより長寿命化できる。
【００４８】
以上、一つ又は複数の態様に係る複合シートおよび電池パックについて、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思い付く各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態又は変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本開示は、例えば電池パックを放熱するための複合シート等に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１１    複合シート
１２    熱伝導シート
１２ａ，１２ｂ    面
１３    第１の絶縁シート
１４    第２の絶縁シート
１５    第１の貫通孔
１６    第２の貫通孔
１７    内壁面
１８    絶縁積層部
１４ｃ    粘着層
１４ｄ    第１の面
１４ｅ    第２の面
２１    端部
２２    第１の領域
２３    第２の領域
２４    低密度領域
２５    高密度領域
５１    電池パック
５２    筐体
５３    電池セル
５４    外面
５５    端子電極
【図１Ａ】
2017159528.tif 000003
【図１Ｂ】
2017159528.tif 000004
【図１Ｃ】
2017159528.tif 000005
【図２Ａ】
2017159528.tif 000006
【図２Ｂ】
2017159528.tif 000007
【図２Ｃ】
2017159528.tif 000008
【図３Ａ】
2017159528.tif 000009
【図３Ｂ】
2017159528.tif 000010
【図３Ｃ】
2017159528.tif 000011
【国際調査報告】
2017159528.tif 000012
2017159528.tif 000013
2017159528.tif 000014
2017159528.tif 000015
2017159528.tif 000016