(57)【要約】  本発明は、ケースと、前記ケース内に配置されたエネルギー密度が２００Ｗｈ／Ｌ以上である複数のセルと、前記ケースとセルの間、及び複数のセルの間の少なくとも一方に吸熱部材が設けられたバッテリモジュールであって、前記吸熱部材の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、かつ前記吸熱部材の熱伝導率λが０．８Ｗ／ｍＫ以上である、バッテリモジュールである。  本発明によれば、セルの異常初期及び異常発生から一定期間の間において、温度上昇し難いバッテリモジュールを提供することができる。
2020261940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に配置されたエネルギー密度が２００Ｗｈ／Ｌ以上である複数のセルと、
前記ケースとセルの間、及び複数のセルの間の少なくとも一方に吸熱部材が設けられたバッテリモジュールであって、
前記吸熱部材の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、かつ前記吸熱部材の熱伝導率λが０．８Ｗ／ｍＫ以上である、バッテリモジュール。
【請求項２】
前記吸熱部材が、セル表面に対して単位面積当たりの吸熱量Ｑｓが５０Ｊ／ｃｍ２以上になるように設けられている、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
前記熱伝導率λと吸熱量Ｑとの積（λ×Ｑ）が、１０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以上である請求項１又は２に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
前記吸熱部材が、樹脂と充填剤とを含有する請求項１〜３のいずれかに記載のバッテリモジュール。
【請求項５】
前記樹脂がシリコーンゴムである、請求項４に記載のバッテリモジュール。
【請求項６】
前記充填剤が、少なくとも水酸化アルミニウムを含有する、請求項４又は５に記載のバッテリモジュール。
【請求項７】
前記水酸化アルミニウムは、平均粒子径が２μｍ以下の小粒径水酸化アルミニウムと、平均粒子径が２μｍ超の大粒径水酸化アルミニウムとを含有する、請求項６に記載のバッテリモジュール。
【請求項８】
前記吸熱部材が、樹脂１００質量部に対して、水酸化アルミニウムを１００質量部以上含む、請求項６又は７に記載のバッテリモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の吸熱部材を備えるバッテリモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題等の観点から電気自動車が普及しつつある。電気自動車には、リチウムイオン二次電池などのバッテリが搭載されている。電気自動車に使用されるバッテリは、高出力、大容量が必要であり、バッテリセル単独では足りず、複数のバッテリセルを組み合わせたバッテリモジュール、そして、該バッテリモジュールを複数組み合わせたバッテリパックが用いられている。【０００３】
バッテリセルは、内部短絡や外部から損傷を受けるなどの異常が生じた場合に発熱し、これが隣接するバッテリセルに伝わるなどして、温度上昇し、バッテリ全体の熱暴走が生じてしまう問題がある。
これを改善する観点から、特許文献１では、鉱物系粉体及び難燃剤のうち少なくとも一方を含有し、１００〜１０００℃で吸熱反応を開始し、該吸熱反応により特定の構造変化が起こる、熱暴走防止シートが記載されている、該熱暴走防止シートにより、断熱性能が発現し、隣接するセルの連続的な熱暴走を防止できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
しかしながら、上記した熱暴走防止シートでは、断熱性能により、隣接するセルへの熱の伝達を一定程度抑えることができるものの、異常初期の急激な発熱を十分に冷却する観点から改善の余地がある。また、シートが断熱性能を有する場合は、吸熱剤などを消費した後に、大きな温度上昇を招く場合がある。
よって、本発明の課題は、バッテリセルに異常が生じた場合においても、異常初期及び異常発生から一定期間の間において、温度上昇を効果的に抑制できるバッテリモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意検討の結果、吸熱量及び熱伝導率が特定の範囲にある吸熱部材を備えたバッテリモジュールにより上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、以下の［１］〜［８］を提供する。
［１］ケースと、前記ケース内に配置されたエネルギー密度が２００Ｗｈ／Ｌ以上である複数のセルと、前記ケースとセルの間、及び複数のセルの間の少なくとも一方に吸熱部材が設けられたバッテリモジュールであって、前記吸熱部材の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、かつ前記吸熱部材の熱伝導率λが０．８Ｗ／ｍＫ以上である、バッテリモジュール。
［２］前記吸熱部材が、セル表面に対して単位面積当たりの吸熱量Ｑｓが５０Ｊ／ｃｍ２以上になるように設けられている、上記[１]に記載のバッテリモジュール。
［３]前記熱伝導率λと吸熱量Ｑとの積（λ×Ｑ）が、１０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以上である上記［１］又は［２］に記載のバッテリモジュール。
［４］前記吸熱部材が、樹脂と充填剤とを含有する上記［１］〜[３]のいずれかに記載のバッテリモジュール。
［５］前記樹脂がシリコーンゴムである、上記[４]に記載のバッテリモジュール。
［６］前記充填剤が、少なくとも水酸化アルミニウムを含有する、上記［４］又は［５］に記載のバッテリモジュール。
［７］前記水酸化アルミニウムは、平均粒子径が２μｍ以下の小粒径水酸化アルミニウムと、平均粒子径が２μｍ超の大粒径水酸化アルミニウムとを含有する、上記［６］に記載のバッテリモジュール。
［８］前記吸熱部材が、樹脂１００質量部に対して、水酸化アルミニウムを１００質量部以上含む、上記［６］又は［７］に記載のバッテリモジュール。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、異常初期及び異常発生から一定期間の間において、温度上昇を効果的に抑制できるバッテリモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】バッテリモジュールの吸熱部材の配置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】セルの一実施形態の斜視図である。
【図３】バッテリモジュールの吸熱部材の配置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図４】バッテリモジュールの吸熱部材の配置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図５】バッテリモジュールの吸熱部材の配置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図６】バッテリモジュールを組み立てる状態の一例を示す説明図である。
【図７】バッテリモジュールを組み立てる状態の他の例を示す説明図である。
【図８】バッテリパックを組み立てる状態の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、ケースと、前記ケース内に配置されたエネルギー密度が２００Ｗｈ／Ｌ以上である複数のセルと、前記ケースとセルの間、及び複数のセルの間の少なくとも一方に特定の吸熱部材が設けられたバッテリモジュールである。前記吸熱部材の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、かつ前記吸熱部材の熱伝導率λが０．８Ｗ／ｍＫ以上である。
【００１０】
本発明の実施形態を図面において説明する。なお、本発明は、以下の各図面の内容に限定されるものではない。
図１は、本発明のバッテリモジュールの吸熱部材の配置の一例を模式的に示す断面図である。バッテリモジュール１０は、ケース１１と、ケース１１内に配置された複数のセル１２と、ケース１１とセル１２の間に設けられた吸熱部材１３とを備える。
セル１２は、リチウムイオン二次電池などの構成単位であり、一般に、外装フィルムと、外装フィルム内に封入された図示しない電池要素とから構成されている。電池要素としては、正極、負極、セパレータ、電解液などが挙げられる。セル１２は図２に示すように、幅の大きさに比べて厚さが薄い偏平体であり、正極１２ａ、負極１２ｂが外部に表れ、偏平面１２ｃは、圧着された端部１２ｄよりも肉厚に形成されている。
セル１２のエネルギー密度は２００Ｗｈ／Ｌ以上である。このように、エネルギー密度が高いことにより、セル１２は小型化させることが可能となる。一方で、エネルギー密度が高いことにより短絡などの異常が生じた場合に、高温になりやすいことが懸念されるが、後述するように、吸熱部材１３は、吸熱量Ｑ及び熱伝導率λが一定以上であるため、セル１２の温度上昇を抑制しやすい。セル１２のエネルギー密度は高ければ高い方がよいが、通常は７００ＷＬ／Ｌ以下である。
【００１１】
ケース１１内で、複数のセル１２は、互いの偏平面が接触するように積層されており、それぞれのセル１２は、その長手方向がケース１１の上下方法になるように配置されている。ケース１１は、セル１２をまとめて覆う部材である。ケース１１は、複数のセル１２を支持できる強度があり、セル１２から発生する熱で変形しない材質が用いられ、強度や重量、耐熱性等のバランスを考慮して、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００１２】
吸熱部材１３は、ケースの下面１１ａと、セル１２の下部端面１２ａとの間に設けられている。吸熱部材１３により、セル１２に内部短絡や外部からの損傷などによる異常が生じた場合において、異常初期及び異常発生から一定期間の間において、バッテリモジュールの温度上昇を効果的に抑制できる。これは、吸熱部材１３は、１５０〜３５０℃に加熱したときの吸熱量Ｑが一定以上であるため、セル１２の温度上昇を抑え、かつ熱伝導率λが一定以上であるため、セル１２から生じた熱を、ケース１１に効果的に伝達し易いからと推測される。なお、熱伝導率λが一定以上であることが、特に、異常初期の温度上昇を抑え、吸熱量Ｑが一定以上であることが、異常初期及び異常発生から一定期間の間の継続的な温度上昇を抑えているものと推測している。
【００１３】
図１においては、吸熱部材１３がケース１１の下面１１ａと、セル１２の下部端面１２ａとの間に設けられている態様について示したが、吸熱部材１３の配置はこの態様にのみ限定されず、ケース１１の任意の面と、この面に近接するセル１２の面との間の少なくともいずれかの空間に設けられればよい。具体的には、吸熱部材１３は、ケースの側面１１ｃと、セル１２の偏平面１２ｃとの間、ケースの上面１１ｂとセル１２の上部端面１２ｂとの間などに設けてもよい。
さらに、ケース１１のすべての面と、この面に近接するセル１２の面との間の全ての空間（すなわち、ケース１１内部の全空間）に吸熱部材１３を設けてもよく、図３に示すように、複数のセル１２全体を包み込むように、吸熱部材１３を配置してもよい。この場合は、セル１２から発生する熱をより効果的に低減することが可能となる。
【００１４】
上記図１及び３では、吸熱部材１３がケース１１とセル１２の間に設けられる態様を示したが、図４に示すように、吸熱部材１３は、複数のセル１２の間（セル間１４）に設けられてもよい。この場合、吸熱部材１３により、異常が発生したセル１２の温度上昇を抑制でき、かつ隣接するセル１２への高温での熱伝達が生じ難くなり、異常の広がりを抑制することができる。これにより、異常初期及び異常発生から一定期間の間において、温度上昇を効果的に抑制できる。
【００１５】
また、吸熱部材１３をケース１１とセル１２の間に設けると共に、複数のセル１２の間に設けてもよい。図５では、複数のセル１２の間と、ケース１１のすべての面と、この面に近接するセル１２の面との間の全ての空間に吸熱部材１３が設けられており（言い換えれば、ケース１１内部のすべての空間に吸熱部材１３が設けられており）、セル１２の温度上昇を特に効果的に抑制することが可能となる。
【００１６】
図１などにおいては、セル１２は外装フィルムを用いたラミネート型のセルを記載しているが、ラミネート型のセル以外にも、角型のセルや円筒型のセルを用いてもよい。
【００１７】
また、図１などにおいては、複数のセル１２が接触して積層される態様を示したが、セル１２とセル１２の間に、吸収材、冷却フィンなどの機能性部材を設けてもよい。
【００１８】
例えば、図６に示すように、セル１２とセル１２との間にシート状の吸収材１５を設けてもよい。吸収材１５を設けることで、衝撃吸収性が向上し、外部衝撃などによるセル１２の異常発生を低減することができる。また、図示してないが、複数のセル１２を積層したサブモジュール、好ましくは２つのセル１２を積層したサブモジュールを作製し、サブモジュールとサブモジュールの間に吸熱材１５を設けてもよい。
吸収材１５としては、具体的には、発泡体、低硬度ゴムなどを挙げることができる。吸収材１５は、１つのみ設けてもよいし、２以上設けてもよい。
また、セル１２とセル１２との間には吸収材１５と吸熱部材１３とを並べて配置する形態、または吸収材１５とセル１２との間に吸熱部材１３を配置する形態が好ましい。これにより、セル１２の異常発生を低減させることができるとともに、異常が発生した場合でもセル１２の温度上昇を抑制でき、バッテリモジュールの安全性が高まる。
セル１２とセル１２との間には吸収材１５と吸熱部材１３とを並べて配置する場合には、破損のおそれが大きい箇所に吸熱部材１３を配置し、他の部分に吸収剤１５を配置することが好ましい。例えば、セル１２の中央付近には吸収剤１５を配置し、セル１２の外縁や角付近に吸熱部材１３を配置する形態が一例である。
【００１９】
また、図７に示すように、セル１２とセル１２との間に冷却フィン１６を設けてもよい。冷却フィン１６は、シートと、該シートの両端部に長手方向に沿った係止部が設けられた部材であり、断面がＨ形状の部材である。また、図示してないが、複数のセル１２を積層したサブモジュール、好ましくは２つのセル１２を積層したサブモジュールを作製し、サブモジュールとサブモジュールの間に冷却フィン１６を設けてもよい。
また、冷却フィン１６は、金属製であることが好ましく、アルミニウム製であることがより好ましい。該冷却フィン１６により、セル１２の温度上昇を抑制しやすくなる。
冷却フィン１６は、１つのみ設けてもよいし、２以上設けてもよい。
冷却フィン１６とセル１２の間に、放熱性の接着剤や、放熱性シートを設けてもよい。中でも、冷却フィン１６とセル１２との間に、吸熱部材１３を配置することが好ましい。これによりセル１２で生じた熱が、吸熱部材１３及び冷却フィン１６で効果的に冷却される。また、セル１２で生じた熱が、吸熱部材１３及び冷却フィン１６の係止部を通って、ケース面に伝わり、より効果的に放熱され、冷却される。なお、冷却フィン１６の構造は、上記態様に限定されない。
【００２０】
（吸熱部材）
本発明における吸熱部材は、１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上である。吸熱量Ｑは、吸熱部材を一定の昇温速度で加熱した際の、１５０℃から３５０℃までの吸熱量である。吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３未満であると、バッテリモジュールの温度上昇を抑制することが難しくなる。吸熱量Ｑは、好ましくは１０００Ｊ／ｃｍ３以上であり、より好ましくは１５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、さらに好ましくは２０００Ｊ／ｃｍ３以上である。吸熱量Ｑは高ければ高い方がよいが、通常は４０００Ｊ／ｃｍ３以下である。
なお、吸熱部材の吸熱量Ｑは、吸熱部材に含まれる後述する充填剤の吸熱量Ｑｆ（Ｊ／ｃｍ３）と、吸熱部材における充填剤の体積割合とから算出することができる。該充填剤の吸熱量Ｑｆは、１５０℃から３５０℃までの充填剤の吸熱量である。吸熱部材全体に対する充填剤の体積の割合をＸ体積％とした場合、吸熱部材の吸熱量Ｑ＝充填剤の吸熱量Ｑｆ×Ｘ／１００、なる式により求めることができる。充填剤の吸熱量ＱｆはＴＧ−ＤＴＡ測定により求められる。
吸熱量Ｑｆは、ＴＧ−ＤＴＡ装置により測定することができ、その測定条件は、φ５ｍｍのアルミパンを用い、窒素雰囲気下（流量５０ｍｌ／ｍｉｎ）で、２５℃から昇温速度５℃／分で測定するものとする。
また、充填剤の吸熱量Ｑｆの測定が困難である場合は、吸熱部材の吸熱量ＱをＴＧ−ＤＴＡで直接測定することもできる。この場合は、φ５ｍｍで厚みが２ｍｍの円板状の吸熱部材の試験片をつくり、この試験片をφ５ｍｍのアルミパン内の底面に密着するように配置して、窒素雰囲気下（流量５０ｍｌ／ｍｉｎ）で、２５℃から昇温速度５℃／分で測定するものとする。
【００２１】
吸熱部材の熱伝導率λは、０．８Ｗ／ｍＫ以上である。熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ未満であると、吸熱部材からケースなどへの熱伝達が起こりにくく、そのため、異常が生じたバッテリモジュールの温度上昇が大きくなりやすい。吸熱部材の熱伝導率λは、好ましくは１．０Ｗ／ｍＫ以上であり、より好ましくは１．５Ｗ／ｍＫ以上である。また、熱伝導率の上限については、好ましくは４．０Ｗ／ｍＫ以下であり、より好ましくは３．４Ｗ／ｍＫ以下であり、さらに好ましくは２．８Ｗ／ｍＫ以下である。
熱伝導率λは、ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０−０６に準拠した方法で測定することがきる。
具体的には、吸熱部材について厚みが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内（好ましくは１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）の試料を準備して、異なる３つの厚みで熱抵抗を測定して、熱伝導率を算出する。異なる厚みの試料は、厚みの異なる試料を別々に準備しても良いし、単一の試料について圧縮率を変化させた測定でも良い。
【００２２】
熱伝導率λと吸熱量Ｑとの積（λ×Ｑ）は、１０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以上であることが好ましく、２０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以上であることがより好ましく、３０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以上であることがさらに好ましく、そして１６０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以下であることが好ましい。
吸熱部材の吸熱量Ｑ及び熱伝導率λが共に大きい値の場合には、バッテリモジュールの温度上昇をより効果的に抑制することができる。吸熱量Ｑが大きいことにより、セルの温度が低減され、かつ熱伝導率λが大きいことにより、セルから生じた熱を、ケースなどに伝達し易くなるため、これらの各作用の相乗効果により、バッテリモジュールの温度上昇を効果的に抑制できると考えられる。
【００２３】
吸熱部材は、セル表面に対して単位面積当たりの吸熱量Ｑｓが好ましくは５０Ｊ／ｃｍ２以上、より好ましくは１００Ｊ／ｃｍ２以上、さらに好ましくは２００Ｊ／ｃｍ２以上となるように設けられるとよい。このように吸熱量Ｑｓが一定以上であると、セルの温度上昇が抑制されやすくなる。吸熱量Ｑｓの上限は特に限定されないが、例えば１０００Ｊ／ｃｍ２である。上記単位面積当たりの吸熱量Ｑｓは、セル表面に配置されている吸熱部材の最大の厚さをＹ（ｃｍ）とした場合に、Ｑｓ＝Ｑ×Ｙにより算出される。なお、吸熱部材がセル表面に対して、均一の厚さで設けられている場合は、吸熱部材の平均厚さ及び任意の厚さが最大厚さＹと等しくなる。
【００２４】
（吸熱部材）
本発明の吸熱部材は、樹脂及び充填剤を含有する。これら、吸熱部材の各成分について以下説明する。
【００２５】
＜樹脂＞
吸熱部材に含有される樹脂は、特に制限されず、例えば、ゴム、エラストマーなどを挙げることができる。
ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム等が挙げられる。これらゴムを使用する場合、架橋されてもよいし、未架橋（すなわち、未硬化）のままでもよい。
また、エラストマーとしては、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーなど熱可塑性エラストマーや、主剤と硬化剤からなる混合系の液状の高分子組成物を硬化して形成する熱硬化型エラストマーも使用可能である。例えば、水酸基を有する高分子とイソシアネートとを含む高分子組成物を硬化して形成するポリウレタン系エラストマーを例示できる。
【００２６】
吸熱部材に含有される樹脂は、上記した中でも、シリコーンゴムであることが好ましい。シリコーンゴムを用いることにより、充填剤を高充填しやすくなり、熱伝導率及び吸熱量を所望の値に調整しやすくなる。シリコーンゴムは液状シリコーンから形成されることが好ましく、具体的には、吸熱部材は、液状シリコーン及び充填剤を含有する吸熱組成物により形成されることが好ましい。
液状シリコーンは、硬化性を有しないシリコーンであってもよいし、反応硬化型シリコーンであってもよいが、反応硬化型シリコーンを用いることが好ましい。ここで、液状とは、室温（２５℃）において液体状であることを意味する。
反応硬化型シリコーンとしては、例えば、付加反応硬化型シリコーン、ラジカル反応硬化型シリコーン、縮合反応硬化型シリコーン、紫外線又は電子線硬化型シリコーン、及び湿気硬化型シリコーンが挙げられる。上記の中でも、反応硬化型シリコーンが付加反応硬化型シリコーンであることが好ましい。付加反応硬化型シリコーンとしては、アルケニル基含有オルガノポリシロキサン（主剤）とハイドロジェンオルガノポリシロキサン（硬化剤）とを含むものがより好ましい。
【００２７】
吸熱部材に含まれる樹脂全量基準における、上記シリコーンゴムの含有量は、好ましくは８０質量％以上であり、より好ましくは９５質量％以上であり、さらに好ましくは１００質量％である。
【００２８】
＜充填剤＞
本発明における吸熱部材は、充填剤を含有する。充填剤は、吸熱部材の吸熱量Ｑ、熱伝導率λを上記した所定の範囲とするものであれば特に限定されるものではない。
後述する充填剤の種類にもよるが、樹脂１００質量部に対して、充填剤の含有量は好ましくは５０〜１５００質量部、より好ましくは１００〜１０００質量部である。
【００２９】
上記充填剤としては、例えば、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムなどが挙げられる。これらの中でも、吸熱部材の吸熱量Ｑ及び熱伝導率λを所望の範囲に調整しやすい観点から、充填剤は、水酸化アルミニウムを少なくとも含有することが好ましい。
水酸化アルミニウムは、１種類を単独で用いてもよいが、吸熱部材中の充填量を高めることにより、吸熱量Ｑ及び熱伝導率λを大きくするため、平均粒子径が異なる２種以上の水酸化アルミニウムを用いることが好ましい。このような観点から、水酸化アルミニウムとしては、平均粒子径が２μｍ以下の小粒径水酸化アルミニウムと、平均粒子径が２μｍ超の大粒径水酸化アルミニウムとを含有することが好ましい。上記小粒径水酸化アルミニウムとしては、平均粒子径が１μｍ以下のものが好ましい。なお、平均粒子径は電子顕微鏡などにより測定することができる。
大粒径水酸化アルミニウムに対する小粒径水酸化アルミニウムの量（小粒径水酸化アルミニウム／大粒径水酸化アルミニウム）は、吸熱部材への充填量を高める観点から、０．１〜２であることが好ましく、０．１〜０．８であることがより好ましく、０．２〜０．５であることがさらに好ましい。
また、上記大粒径水酸化アルミニウムは、吸熱部材への充填量を高める観点から、平均粒子径が２μｍ超２０μｍ以下の第１大粒径水酸化アルミニウムと、平均粒子径が２０μｍ超１００μｍ以下の第２大粒径水酸化アルミニウムとを含むことが好ましい。ここで、第２大粒径水酸化アルミニウムに対する第１大粒径水酸化アルミニウムの量（第１大粒径水酸化アルミニウム／第２大粒径水酸化アルミニウム）は、０．１〜２であることが好ましく、０．２〜１．５であることがより好ましく、０．３〜１であることがさらに好ましい。
【００３０】
吸熱部材の吸熱量Ｑ、及び熱伝導率λを向上させる観点から、樹脂１００質量部に対する水酸化アルミニウムの量は、好ましくは５０質量部以上、より好ましくは１００質量部以上、さらに好ましくは３００質量部以上、よりさらに好ましくは５００質量部以上であり、そして好ましくは１５００質量部以下である。
充填剤全量基準における水酸化アルミニウムの含有量は、吸熱量Ｑと熱伝導率λとを高める観点から、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは１００質量％である。また、充填剤として、水酸化アルミニウムと水酸化アルミニウム以外の充填剤とを併用する場合は、熱伝導率λを高めに調整する観点から、充填剤は水酸化アルミニウム及び酸化アルミニウムを含むことが好ましく、水酸化アルミニウム及び酸化アルミニウムのみからなることが好ましい。この場合、酸化アルミニウムに対する水酸化アルミニウムの量（水酸化アルミニウム／酸化アルミニウム）は、好ましくは０．０５〜７、より好ましくは０．１〜５の範囲とすればよい。
酸化アルミニウムの平均粒子径は、特に限定されないが、好ましくは０．５〜１５０μｍ、より好ましくは１〜１００μｍである。
【００３１】
上記した充填剤は、シランカップリング剤などにより表面処理がされていてもよい。表面処理された充填剤を用いることで、吸熱部材に対する充填率を高めることができる。シランカップリング剤としては、公知のものが特に制限なく使用され、例えば、ジメチルジメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−フェニルアミノプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
【００３２】
吸熱部材は、樹脂及び充填剤を含有する吸熱組成物により形成され、上記した通り、液状シリコーン及び充填剤を含有する吸熱組成物により形成されることが好ましい。ここで、液状シリコーンに対する充填剤の量は、上記した樹脂に対する充填剤の量と同様である。
なお、吸熱組成物には、上記したシランカップリング剤を含んでもよく、分散剤、難燃剤、可塑剤、硬化遅延剤、酸化防止剤、着色剤、触媒などの添加剤を含んでもよい。
【００３３】
（バッテリパック）
上記した吸熱部材が設けられたバッテリモジュールを複数用いてバッテリパックとすることができる。
図８は、バッテリパックを組み立てる状態の一例を示す説明図である。バッテリパック２０は、複数のバッテリモジュール１０と、バッテリモジュール１０を格納するバッテリパック筐体１９と、バッテリモジュール１０とバッテリパック筐体１９との間に設けられる放熱性材料１８とを備えている。バッテリモジュール１０は、放熱性材料１８を介して、バッテリパック筐体１９に固定されている。
バッテリパック筐体１９は、上記したケース１１と同様の材料により形成することができる。バッテリパック２０では、バッテリモジュール１０から発生する熱を、放熱性材料１８を介して、バッテリパック筐体１９に逃がすことができる。このようにして、セル１２で発生する熱は、吸熱部材１３、ケース１１、放熱性材料１８、バッテリパック筐体１９へと伝わり、外部への放熱を効率的に行うことができる。上記放熱性材料１８としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの熱伝導性充填剤を含むシリコーンゴムなどの公知の材料を用いることができるが、本発明における吸熱部材を用いてもよい。吸熱部材を用いると、吸熱量Ｑと熱伝導率λが一定以上であることより、効果的に温度を低減させることが可能となる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。【００３５】
本実施例では、以下の方法により評価した。【００３６】
［熱伝導率］
吸熱部材の熱伝導率はＡＳＴＭ  Ｄ５４７０−０６に準拠した測定装置を用いて熱抵抗を測定する方法で求めた。
厚さ１．０ｍｍの吸熱部材を用いて、圧縮率が１０％（厚さ０．９ｍｍ）、２０％（厚さ０．８ｍｍ）、３０％（厚さ０．７ｍｍ）となるように圧縮して、各圧縮率（１０〜３０％）における熱抵抗を測定した。これら３つの熱抵抗の値について、横軸が厚さ、縦軸が熱抵抗値のグラフを作成し、最小二乗法により３点の近似直線を求めた。そして、その近似直線の傾きが熱伝導率となる。
熱抵抗の測定は、８０℃にて行い、Ｌｏｎｇ  Ｗｉｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＬＷ−９３８９により行った。【００３７】
［吸熱量Ｑ］
吸熱部材の吸熱量Ｑは、明細書中に記載のとおり、吸熱部材に含有される充填剤の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑｆを求めた後、Ｑｆの値から計算で求めた。
吸熱量Ｑｆは、ＴＧ−ＤＴＡ装置（島津製作所製、示差熱・熱重量同時測定装置「ＤＴＧ−６０」）により測定した。窒素雰囲気下で、２５℃から、昇温速度５℃／分で、６００℃まで加熱して、１５０〜３５０℃までの吸熱量を求めた。【００３８】
［実施例１］
（１）吸熱組成物の調製
主剤及び硬化剤からなる付加反応硬化型シリコーン１００質量部、平均粒径が１μｍの水酸化アルミニウム１５０質量部、平均粒径が１０μｍの水酸化アルミニウム１５０質量部、平均粒径が５４μｍの水酸化アルミニウム３００質量部、シランカップリング剤１質量部からなる吸熱組成物を調製した。
（２）釘刺し試験
（使用したセルの詳細）
・種類：９４Ａｈ  リチウムイオン二次電池
・形状：角型セル、縦１２５ｍｍ、横１７３ｍｍ、厚さ７０ｍｍ、
・重量：２ｋｇ
・出力電圧：４Ｖ
・エネルギー密度、３５５Ｗｈ/Ｌ
（試験）
上記した角型セルの表面に、硬化後に表２で記載されている平均厚み（Ｙ）の吸熱部材となるように、吸熱組成物を塗布した。このとき、セルの一面（天面（７０ｍｍ×１７３ｍｍ））以外の全ての表面に吸熱組成物を塗布した。塗布後、２５℃で、２４時間経過させて、吸熱組成物を硬化させて、吸熱部材とした。このように作製された吸熱部材を備えるセルの両面（セル表面のうち面積が最大の２つの面）を隣接セルに相当する２つのアルミニウム板（１２５ｍｍ×２１０ｍｍ×１０ｍｍ）で挟み、端部をボルトで固定し、釘刺し試験用の試料とした。該試料の釘刺し試験における温度変化を測定した。温度変化は、熱電対を異常の生じたセルの温度を測定するために“セルと吸熱部材との間”に配置して「５０秒経過後までの最大セル温度」を測定した。また、さらに当該セルが隣接セルに接する表面に相当する“アルミニウム板と吸熱部材との間”に別の熱電対を配置して３００秒経過後の外部温度を測定した。【００３９】
なお、このとき「５０秒経過後までの最大セル温度」を、セルと吸熱部材との間に配置した熱電対で測定した理由は、以下のとおりである。本耐火試験では釘を刺した直後に、セルの温度が急激に上昇し、その後温度は下がっていく傾向があることがわかっている。この初期の温度上昇は極めて速いため、吸熱部材の外側の温度では、熱の伝わりの時間差に加え、吸熱部材の吸熱量や熱伝導率が影響するため、実際の最高温度よりも低い温度が検出されてしまい異常セルの温度を正確に把握できないため、吸熱部材の内側の温度を測定する必要がある。異常セルの初期の温度上昇を低く抑えることができれば、例えばバスバー等の吸熱部材を介在させることが難しい経路を通じた熱伝導による周囲への影響を低減できることが期待できる。【００４０】
一方、「３００秒経過後の外部温度」をアルミニウム板と吸熱部材との間に配置した熱電対で測定した理由は、３００秒程度経過すると熱的には安定した状態となり、吸熱部材の内側と外側との温度差は、熱伝導率や吸熱量等の影響をうけた所定の温度になる。このとき、隣接セルの暴走を抑えるという観点から、隣接セル温度に接する表面に相当する吸熱部材の外側の温度（外部温度）を評価することが有用であるためである。【００４１】
釘刺し試験は、釘（φ６ｍｍ、先端角度３０℃）を２０ｍｍ／秒の速度で、セルの側面（面積が７０ｍｍ×１２５ｍｍの面）からセル中央部まで刺し込むことで行った。
セルに釘を刺した後から５０秒経過後までの最大セル温度と、３００秒後の外部温度を熱電対により測定し、以下の基準で評価した。結果を表２に示した。
≪初期の温度上昇抑制効果≫
Ａ・・５０秒経過後までの最大セル温度が２００℃以下
Ｂ・・５０秒経過後までの最大セル温度が２００℃超３００℃以下
Ｃ・・５０秒経過後までの最大セル温度が３００℃超３５０℃以下
Ｄ・・５０秒経過後までの最大セル温度が３５０℃超
≪通期の温度上昇抑制効果≫
Ａ・・３００秒経過後の外部温度が２７０℃以下
Ｂ・・３００秒経過後の外部温度が２７０℃超３００℃以下
Ｄ・・３００秒経過後の外部温度が３００℃超
≪総合評価≫
Ａ・・初期及び通期の結果が共にＡ
Ｂ・・初期及び通期の結果の一方がＢ、他方がＡ又はＢ
Ｃ・・初期及び通期の結果の少なくとも一方がＣ、他方がＡ，Ｂ，Ｃの何れか
Ｄ・・初期及び通期の結果の少なくとも一方がＤ【００４２】
［実施例２〜５、比較例３］
吸熱組成物の組成を表１のとおり変更した以外は、実施例１と同様に吸熱組成物を調製して、釘刺し試験を行った。結果を表２に示した。【００４３】
［比較例１］
実施例１で用いた吸熱組成物の代わりにエアロゲル（厚み１０ｍｍ、熱伝導率０．０１７Ｗ／ｍＫ）を用いた以外は、実施利１と同様にして釘刺し試験を行った。結果を表２に示した。【００４４】
［比較例２］
実施例１において、吸熱組成物を用いなかった以外は、実施例１と同様にして釘刺し試験を行った。【００４５】
【表１】
2020261940.tif 000003
【００４６】
【表２】
2020261940.tif 000004
【００４７】
以上の実施例の結果から明らかなように、吸熱量Ｑ及び熱伝導率λが一定以上である吸熱部材を用いると、セルに異常が生じた場合であっても、異常初期及び異常発生から一定期間の間、温度上昇が抑制されることが分かった。一方、比較例の結果より、吸熱部材の吸熱量Ｑ及び熱伝導率λが一定以上ではない場合は、セルの温度上昇が抑制され難いことが分かった。具体的には、比較例３では、吸熱量Ｑは本発明で規定する所定以上の値であるものの、熱伝導率λが低く、総合評価「Ｄ」と悪い結果となった。これにより、吸熱量Ｑ及び熱伝導率λの双方が所定以上の値である必要があることが分かる。
また、実施例１〜５の中でも、吸熱量Ｑが１０００Ｊ／ｃｍ３以上と高い値を示す実施例１、３〜５は総合評価が「Ｂ」以上であり、吸熱量が５００以上１０００Ｊ／ｃｍ３未満の実施例２は総合評価が「Ｃ」となり、吸熱量Ｑを好適な範囲に調整することにより、セルの温度上昇がより抑制されることが分かる。
実施例１と実施例３とは、吸熱部材の組成は同じであるが、単位面積当たりの吸熱量Ｑｓが異なる。すなわち、実施例１のほうがＱｓが高い値であり、好適な範囲となっており、総合評価が高く、セルの温度上昇が抑制されやすいことが分かる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    バッテリモジュール
１１    ケース
１１ａ  下面
１１ｂ  上面
１２    セル
１２ａ  正極
１２ｂ  負極
１２ｃ  偏平面
１２ｄ  端部
１３    吸熱部材
１４    セル間
１５    吸収材
１６    冷却フィン
１８    放熱性材料
１９    バッテリパック筐体
２０    バッテリパック
【図１】
2020261940.tif 000005
【図２】
2020261940.tif 000006
【図３】
2020261940.tif 000007
【図４】
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【図５】
2020261940.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年6月4日(2021.6.4)
【手続補正１】
【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】
ケースと、
前記ケース内に配置されたエネルギー密度が２００Ｗｈ／Ｌ以上である複数の偏平体のセルと、
前記ケースとセルの間、及び複数のセルの間に吸熱部材が設けられたバッテリモジュールであって、
前記吸熱部材の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、かつ前記吸熱部材の熱伝導率λが０．８Ｗ／ｍＫ以上である、バッテリモジュール。
【請求項２】
ケースと、
前記ケース内に配置されたエネルギー密度が２００Ｗｈ／Ｌ以上である複数のセルと、
前記ケースとセルの間、及び複数のセルの間の少なくとも一方に吸熱部材が設けられたバッテリモジュールであって、
前記吸熱部材は、シリコーンゴムと、少なくとも水酸化アルミニウムを含有する充填剤とを含有し、
前記水酸化アルミニウムは、平均粒子径が２μｍ以下の小粒径水酸化アルミニウムと、平均粒子径が２μｍ超の大粒径水酸化アルミニウムとを含有し、
前記吸熱部材の１５０℃から３５０℃までの吸熱量Ｑが５００Ｊ／ｃｍ３以上であり、かつ前記吸熱部材の熱伝導率λが０．８Ｗ／ｍＫ以上である、バッテリモジュール。
【請求項３】
前記吸熱部材が、セル表面に対して単位面積当たりの吸熱量Ｑｓが５０Ｊ／ｃｍ２以上になるように設けられている、請求項１又は２に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
前記熱伝導率λと吸熱量Ｑとの積（λ×Ｑ）が、１０００Ｗ・Ｊ／ｍＫ・ｃｍ３以上である請求項１〜３のいずれかに記載のバッテリモジュール。
【請求項５】
前記吸熱部材が、樹脂と充填剤とを含有する請求項１、３又は４記載のバッテリモジュール。
【請求項６】
前記樹脂がシリコーンゴムである、請求項５に記載のバッテリモジュール。
【請求項７】
前記充填剤が、少なくとも水酸化アルミニウムを含有する、請求項５又は６に記載のバッテリモジュール。
【請求項８】
前記水酸化アルミニウムは、平均粒子径が２μｍ以下の小粒径水酸化アルミニウムと、平均粒子径が２μｍ超の大粒径水酸化アルミニウムとを含有する、請求項７に記載のバッテリモジュール。
【請求項９】
前記吸熱部材が、樹脂１００質量部に対して、水酸化アルミニウムを１００質量部以上含む、請求項７又は８に記載のバッテリモジュール。
【国際調査報告】
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2020261940.tif 000014
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