(57)【要約】  断熱シートは、繊維シートと、繊維シートの外周部の表面に設けられた樹脂層と、繊維シートの空間に配置されたシリカキセロゲルとを備える。繊維シートは、間に空間を形成するように配置された複数の繊維らからなる。樹脂層は、繊維シートより緻密で熱可塑性樹脂よりなる。シリカキセロゲルは、繊維シートの複数の繊維で担持されている。この断熱シートは、接着性に優れ、保護シートや固定するための枠体に取り付けやすい。
2018110055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に空間を形成するように配置された複数の繊維からなる繊維シートと、
前記繊維シートの外周部の表面に設けられて、前記繊維シートより緻密で熱可塑性樹脂よりなる樹脂層と、
前記繊維シートの前記空間に配置されて前記複数の繊維で担持されたシリカキセロゲルと、
を備えた断熱シート。
【請求項２】
前記樹脂層の厚さは前記繊維シートの厚さの２％以上２０％以下である、請求項１に記載の断熱シート。
【請求項３】
前記樹脂層は液体を透過させない、請求項１または２に記載の断熱シート。
【請求項４】
間に空間を形成するように配置された複数の繊維よりなる繊維シートと、前記繊維シートの外周部の表面に配置されて前記繊維シートより緻密な熱可塑性樹脂よりなる樹脂層とを有する基材シートを準備することと、
前記繊維シートの前記空間にキセロゲルを含浸させて断熱シートを得ることと、
を含む、断熱シートの製造方法。
【請求項５】
前記基材シートを得ることは、前記樹脂層が軟化する温度で前記基材シートを熱プレスすることにより、前記繊維シートの前記外周部の前記表面に前記樹脂層を形成することを含む、請求項４に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項６】
前記基材シートを得ることは、前記樹脂層が溶融する温度で前記基材シートを熱プレスすることにより、前記繊維シートの前記外周部の前記表面に前記樹脂層を形成することを含む、請求項５に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項７】
前記断熱シートを得ることは、前記基材シートをゾル溶液に浸漬することにより前記繊維シートの前記空間に前記キセロゲルを含浸させて前記断熱シートを得ることを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項８】
前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層とは前記ゾル溶液を透過させない、請求項５から７のいずれか一項に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項９】
複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの間に配置されたセパレータと、
を備え、
前記セパレータは、断熱シートと、前記断熱シートの外周部に固定された枠体とを有し、
前記断熱シートは、
間に空間を形成するように配置された複数の繊維よりなる繊維シートと、
前記繊維シートの外周部の表面に設けられて前記枠体に固定され、前記繊維シートより緻密で熱可塑性樹脂よりなる樹脂層と、
前記繊維シートの前記空間に配置されて前記複数の繊維により担持されたシリカキセロゲルと、
を有する、二次電池。
【請求項１０】
前記複数の電池セルと前記セパレータとを収容して固定する筐体をさらに備えた、請求項９に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱対策として用いられる断熱シートおよびその製造方法およびこれを用いた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年省エネルギー化が大きくさけばれているが、その実現方法として機器の保温によりエネルギー効率を向上させるものもある。また複数個の電池セルを組み合わせた二次電池等では、ひとつの電池セルが高温になった場合、隣の電池セルに影響を与えないため、電池セル間を断熱したいという要望もある。これらに応えるために、断熱効果に優れた断熱シートが求められている。そのため、不織布にシリカキセロゲルを担持させることにより空気よりも熱伝導率を低くした断熱シートが用いられることがある。【０００３】
上記の断熱シートに類似の従来の断熱シートは、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３６８５９号公報
【発明の概要】
【０００５】
断熱シートは、繊維シートと、繊維シートの外周部の表面に設けられた樹脂層と、繊維シートの空間に配置されたシリカキセロゲルとを備える。繊維シートは、間に空間を形成するように配置された複数の繊維らからなる。樹脂層は、繊維シートより緻密で熱可塑性樹脂よりなる。シリカキセロゲルは、繊維シートの複数の繊維で担持されている。
【０００６】
この断熱シートは、接着性に優れ、保護シートや固定するための枠体に取り付けやすい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は実施の形態における断熱シートの上面図である。
【図２】図２は図１に示す断熱シートの線２−２における断面図である。
【図３】図３は実施の形態における断熱シートを用いた二次電池の斜視図である。
【図４】図４は実施の形態における二次電池の分解斜視図である。
【図５】図５は実施の形態における二次電池の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は実施の形態における断熱シート１１の上面図である。図２は図１に示す断熱シート１１の線２−２における断面図である。
【０００９】
断熱シート１１は、内部に空間１１２ｓを有する繊維シート１２と、繊維シート１２の外周部の表面１２ａ、１２ｂにそれぞれ設けられた緻密な樹脂層１３ａ、１３ｂと、繊維シート１２の空間１１２ｓに担持したシリカキセロゲル９１とから構成され、約１ｍｍの厚さを有する。繊維シート１２は、間に空間１１２ｓを形成するように配置された複数の繊維１１２よりなる。繊維１１２は平均繊維太さ約１０μｍのガラス繊維からなる。繊維シート１２の体積に対する空間１１２ｓの体積の割合は約９０％である。ガラス繊維およびシリカキセロゲルはいずれも難燃性なので、断熱シート１１も難燃性である。ガラス繊維は比較的短いので、大きな強度が要求される場合は、繊維シート１２の繊維１１２はガラス繊維である繊維１１２ａと繊維１１２ａに混ぜられて繊維１１２ａより長いポリエチレンテレフタレート等の繊維１１２ｂとを含有させてもよい。繊維１１２ｂの平均繊維長は繊維１１２ａより大きい。繊維１１２ｂは繊維１１２ａより難燃性が低くてもよく、その場合には難燃性に影響しない程度に繊維１１２ｂを繊維１１２ａに混ぜて繊維シート１２を形成してもよく、難燃性を有する断熱シート１１を得ることができる。難燃性の繊維１１２ａに長繊維の繊維１１２ｂを混ぜて不織布として繊維シート１２を得る場合、繊維シート１２の繊維１１２での繊維１１２ｂの割合を重量比で３０％以上７０％以下とすることが望ましい。このようにすることにより、難燃性に優れ、強度を有する繊維シート１２を得ることができる。また本実施の形態では繊維１１２ａはガラス繊維を用いているが、難燃性を有する炭素繊維等を用いても同様の効果を得ることができる。
【００１０】
繊維シート１２の内部の空間１１２ｓにシリカキセロゲル９１が充填されている。シリカキセロゲル９１は内部にナノサイズの空間を有しているため、断熱シート１１の熱伝導率は、０．０１８〜０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋと、空気の熱伝導率よりも小さいものとなっている。なおシリカキセロゲル９１は、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得ることができる。
【００１１】
繊維シート１２の外周部の互いに反対側の表面１２ａ、１２ｂには、厚さ約０．０３ｍｍの樹脂層１３ａ、１３ｂがそれぞれ設けられている。実施の形態では樹脂層１３ａ、１３ｂは繊維シート１２の外周部のみに設けられており、外周部で囲まれた内側部分には設けられていない。樹脂層１３ａ、１３ｂの表面は緻密であり、繊維シート１２より緻密である。ここで表面が緻密になっているというのは、シリカキセロゲル９１自体もしくはシリカキセロゲル９１を形成するためのゲルやゾル溶液等の液体を浸透させない状態となっていることを意味しているものである。実施の形態では、樹脂層１３ａ、１３ｂは、シリカキセロゲル９１自体もしくはキセロゲル９１を形成するためのゾル溶液等の液体を浸透させず透過させない。また、樹脂層１３ａ、１３ｂはポリブチレンテレフタレート（以下ＰＢＴと記す）等の熱可塑性樹脂からなり、繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂにしみこんでいる。
【００１２】
このように構成することにより、保護シートを断熱シート１１に貼り合わせるときに、保護シートを樹脂層１３ａ、１３ｂに貼り合わせが可能となる。また、樹脂層１３ａ、１３ｂに枠体に固定することも可能となる。例えば熱可塑性樹脂で枠体を成形する場合、その金型の中に断熱シート１１を入れて成形することで、内側に断熱シート１１を固定した枠体を得ることができる。この場合、樹脂層１３ａ、１３ｂを枠体を成形する樹脂と同じ材料で形成する、あるいは枠体を成形する樹脂と融点の近い材料で形成することが望ましい。このようにすることにより、断熱シート１１を枠体に強固に接合することができる。
【００１３】
前述の従来の断熱シートは、接着性に乏しく、またシリカキセロゲルが離脱しやすいため保護シートが必要となる。また電池セル間に配置しようとすると位置ずれ等が起こりやすいため、固定するものが必要となるが、接着性に乏しいため固定することが難しい。
【００１４】
実施の形態における断熱シート１１は、前述のように、保護シートや枠体を強固に接合することができる。
【００１５】
窓枠形状を有する樹脂フィルムを繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂに重ねて熱プレスすることにより、繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂの一部に樹脂層１３ａ、１３ｂを設けることができる。あるいは繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂに溶融した樹脂をのせて圧力を加えることにより樹脂を繊維シート１２の中にしみこませることで樹脂層１３ａ、１３ｂを形成することができる。樹脂層１３ａ、１３ｂは繊維シートの繊維１１２に固着している。
【００１６】
また、樹脂層１３ａ、１３ｂが過度に薄くなると保護シートや枠体との接合強度が弱くなり、樹脂層１３ａ、１３ｂが過度に厚くなると繊維シート１２の樹脂層１３ａ、１３ｂの間に挟まれた領域が狭くなるため、その間にシリカキセロゲル９１が入りにくくなる。そのため、樹脂層１３ａ、１３ｂの厚さを繊維シート１２の厚さの２％以上２０％以下とすることが望ましい。
【００１７】
また、樹脂層１３ａ、１３ｂを設ける面積を、繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂ面積の２％以上、２０％未満とすることが望ましい。樹脂層１３ａ、１３ｂの面積が２％未満になると樹脂層１３ａ、１３ｂを設けた効果が出にくく、逆に２０％以上となると、難燃性に課題が出てくる可能性がある。
【００１８】
繊維シート１２にシリカキセロゲル９１を含浸させた断熱シート１１では、その表面にシリカキセロゲル９１が露出しているため表面に粘着材等を設けることが難しい。実施の形態にける断熱シート１１では、断熱シート１１の表面を保護シートで覆わなくても、樹脂層１３ａ、１３ｂに粘着材を設けることにより、他の部品への固定あるいは仮固定が可能となるとともに、厚さあたりの断熱性を向上させることができる。
【００１９】
次に、実施の形態における断熱シート１１の製造方法について説明する。
【００２０】
まず厚さ約１ｍｍのガラス繊維である繊維１１２からなる繊維シート１２を準備する。繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂ上に厚さ約０．０３ｍｍのＰＢＴからなる樹脂フィルムを重ねる。これらの樹脂フィルムには長方形状を有する穴が形成されて、窓枠形状を有する。
【００２１】
次に樹脂フィルムの材料であるＰＢＴが溶融する温度に設定した押圧板を樹脂フィルムに当てて圧力を加える。そのため樹脂フィルムは軟化あるいは溶融して表面１２ａ、１２ｂを通して繊維シート１２の中に押し込まれる。その後樹脂フィルムと繊維シート１２を常温に戻すことにより、繊維シート１２の外周部のみの表面１２ａ、１２ｂに緻密な樹脂層１３ａ、１３ｂを形成する。繊維シート１２と樹脂層１３ａ、１３ｂは基材シート５１を構成する。
【００２２】
次に基材シート５１の繊維シート１２を例えばケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなるゾル溶液に浸漬し、繊維シート１２の内部空間１１２ｓにゾル溶液を含浸させる。ゾル液は樹脂層１３ａ、１３ｂが設けられていない部分の繊維シート１２の内部空間１１２ｓに入る。樹脂層１３ａ、１３ｂの表面にはキセロゲルはほとんど付着しない。樹脂層１３ａ、１３ｂの表面にキセロゲルが一部付着したとしても簡単に除去することができる。このゾル溶液をゲル化させ、疎水化、乾燥することにより、繊維シート１２の内部空間１１２ｓにシリカキセロゲル９１を充填させる。このようにすることにより、繊維シート１２の外周部の表面１２ａ、１２ｂに設けられた緻密な樹脂層１３ａ、１３ｂを有し、繊維シート１２の内部空間１１２ｓにシリカキセロゲル９１を充填した断熱シート１１が得られる。
【００２３】
次に断熱シート１１を用いた二次電池について説明する。図３は実施の形態における断熱シート１１を用いた二次電池１００１の斜視図である。図４は二次電池１００１の分解斜視図である。図５は二次電池１００１の拡大断面図である。
【００２４】
二次電池１００１は複数の電池セル１４と、複数の電池セル１４の間に配置されたセパレータ１５と、複数の電池セル１４とセパレータ１５とを収容する筐体３１とを備える。図４では筐体３１は示していない。セパレータ１５は互いに隣り合う電池セル１４に当接する。セパレータ１５は、枠体１６と、枠体１６の中に配置された断熱シート１１で構成されている。断熱シート１１は、内部に空間を有する繊維シート１２と、繊維シート１２の外周部のみの表面に設けられた緻密な樹脂層１３ａ、１３ｂと、繊維シート１２の空間に担持したシリカキセロゲル９１とから構成され、断熱シート１１の厚さは約１ｍｍとなっている。樹脂層１３ａ、１３ｂはＰＢＴからなり、繊維シート１２の表面１２ａ、１２ｂ付近にしみこんだ状態となっている。枠体１６は熱可塑性樹脂であるＰＢＴを成形して形成される。断熱シート１１を金型の所定の位置に配置し成形することにより、枠体１６が断熱シート１１の樹脂層１３ａ、１３ｂと接合されることにより、セパレータ１５を構成している。枠体１６と樹脂層１３ａ、１３ｂとは同じ材料よりなるので、枠体１６は樹脂層１３ａ、１３ｂと強固に接合することができる。なお、枠体１６は樹脂層１３ａ、１３ｂと異なる材料により形成されていてもよいが、樹脂層１３ａ、１３ｂと融点の近い材料で形成することが望ましい。このように保護シートで覆わない断熱シート１１を電池セル１４間に配置することにより、小型で信頼性に優れた二次電池１００１を得ることができる。
【００２５】
電池セル１４間にセパレータ１５を配置して筐体３１内に固定することにより、電池セル１４間での絶縁性を確保する。複数の電池セル１４のうちの１つの電池セル１４が高温になっても、セパレータ１５の断熱シート１１によって高温の電池セル１４が発生する熱の伝達を妨げることができ、他の電池セル１４への悪影響を抑え、信頼性の高い二次電池１００１を得ることができる。
【００２６】
断熱シートが難燃性に優れていても、これを覆う保護シートが燃えやすければ全体としての難燃性は劣ったものとなる。しかし、実施の形態における断熱シート１１では保護シートを用いなくても他の部品に固定、あるいは仮固定することができ、樹脂層１３ａ、１３ｂの面積を断熱シート１１の面積の２０％未満とすることにより、十分な難燃性を確保することができる。
【００２７】
なお、断熱シート１１の樹脂層１３ａ、１３ｂの部分に粘着材を塗布あるいは貼り合せ、電池セル１４に直接貼り合せても良い。この場合、断熱シート１１の外周部全体に樹脂層１３ａ、１３ｂを設けなくても良く、一辺のみあるいは対向する二辺のみで仮固定するものであっても良い。電池セル１４間に断熱シート１１を配置する場合、最終的には電池セル１４に力を加えて筐体３１内に固定する場合が多く、断熱シート１１は組み立て時に位置がずれないように仮固定できれば良い。したがって、断熱シート１１の外周部全体に樹脂層１３ａ、１３ｂを設けなくても良く、一辺のみあるいは対向する二辺のみで仮固定するものであっても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１１    断熱シート
１２    繊維シート
１３ａ，１３ｂ    樹脂層
１４    電池セル
１５    セパレータ
１６    枠体
３１    筐体
【図１】
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【図２】
2018110055.tif 000004
【図３】
2018110055.tif 000005
【図４】
2018110055.tif 000006
【図５】
2018110055.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月24日(2019.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
このように構成することにより、保護シートを断熱シート１１に貼り合わせるときに、保護シートを樹脂層１３ａ、１３ｂに貼り合わせが可能となる。また、樹脂層１３ａ、１３ｂに枠体を固定することも可能となる。例えば熱可塑性樹脂で枠体を成形する場合、その金型の中に断熱シート１１を入れて成形することで、内側に断熱シート１１を固定した枠体を得ることができる。この場合、樹脂層１３ａ、１３ｂを枠体を成形する樹脂と同じ材料で形成する、あるいは枠体を成形する樹脂と融点の近い材料で形成することが望ましい。このようにすることにより、断熱シート１１を枠体に強固に接合することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
次に基材シート５１の繊維シート１２を例えばケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなるゾル溶液に浸漬し、繊維シート１２の内部空間１１２ｓにゾル溶液を含浸させる。ゾル溶液は樹脂層１３ａ、１３ｂが設けられていない部分の繊維シート１２の内部空間１１２ｓに入る。樹脂層１３ａ、１３ｂの表面にはキセロゲルはほとんど付着しない。樹脂層１３ａ、１３ｂの表面にキセロゲルが一部付着したとしても簡単に除去することができる。このゾル溶液をゲル化させ、疎水化、乾燥することにより、繊維シート１２の内部空間１１２ｓにシリカキセロゲル９１を充填させる。このようにすることにより、繊維シート１２の外周部の表面１２ａ、１２ｂに設けられた緻密な樹脂層１３ａ、１３ｂを有し、繊維シート１２の内部空間１１２ｓにシリカキセロゲル９１を充填した断熱シート１１が得られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に空間を形成するように配置された複数の繊維からなる繊維シートと、
前記繊維シートの外周部の表面に設けられて、前記繊維シートより緻密で熱可塑性樹脂よりなる樹脂層と、
前記繊維シートの前記空間に配置されて前記複数の繊維で担持されたシリカキセロゲルと、
を備えた断熱シート。
【請求項２】
前記樹脂層の厚さは前記繊維シートの厚さの２％以上２０％以下である、請求項１に記載の断熱シート。
【請求項３】
前記樹脂層は液体を透過させない、請求項１または２に記載の断熱シート。
【請求項４】
間に空間を形成するように配置された複数の繊維よりなる繊維シートと、前記繊維シートの外周部の表面に配置されて前記繊維シートより緻密な熱可塑性樹脂よりなる樹脂層とを有する基材シートを準備することと、
前記繊維シートの前記空間にキセロゲルを含浸させて断熱シートを得ることと、
を含む、断熱シートの製造方法。
【請求項５】
前記基材シートを準備することは、前記樹脂層が軟化する温度で前記基材シートを熱プレスすることにより、前記繊維シートの前記外周部の前記表面に前記樹脂層を形成することを含む、請求項４に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項６】
前記基材シートを準備することは、前記樹脂層が溶融する温度で前記基材シートを熱プレスすることにより、前記繊維シートの前記外周部の前記表面に前記樹脂層を形成することを含む、請求項５に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項７】
前記断熱シートを得ることは、前記基材シートをゾル溶液に浸漬することにより前記繊維シートの前記空間に前記キセロゲルを含浸させて前記断熱シートを得ることを含む、請求項４から６のいずれか一項に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項８】
前記樹脂層は前記ゾル溶液を透過させない、請求項７に記載の断熱シートの製造方法。
【請求項９】
複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの間に配置されたセパレータと、
を備え、
前記セパレータは、断熱シートと、前記断熱シートの外周部に固定された枠体とを有し、
前記断熱シートは、
間に空間を形成するように配置された複数の繊維よりなる繊維シートと、
前記繊維シートの外周部の表面に設けられて前記枠体に固定され、前記繊維シートより緻密で熱可塑性樹脂よりなる樹脂層と、
前記繊維シートの前記空間に配置されて前記複数の繊維により担持されたシリカキセロゲルと、
を有する、二次電池。
【請求項１０】
前記複数の電池セルと前記セパレータとを収容して固定する筐体をさらに備えた、請求項９に記載の二次電池。
【国際調査報告】
2018110055.tif 000008
2018110055.tif 000009
2018110055.tif 000010
2018110055.tif 000011