(57)【要約】  変形に対する追随性を高めた断熱シートを提供する。  電源装置用断熱シートは、互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セル２０を断熱するための断熱シートであって、絶縁性を有するゴム組成物で構成され、圧縮弾性率が４０００〜１００００ｋＰａである。これにより、二次電池セル２０が熱膨張や収縮を生じた際にも、圧縮弾性率が低く、圧縮復元率が高い断熱シートを二次電池セル２０間に介在させたことで変形に対して追随性を発揮し、元の形状に復元し易い特長がある。
2020129274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セルを断熱するための断熱シートであって、
絶縁性を有するゴム組成物で構成され、
圧縮弾性率が４０００〜１００００ｋＰａである電源装置用断熱シート。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、水に１０分間浸漬させたときの重量変化が１２０重量％以下である電源装置用断熱シート。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、熱伝導率が０．０３〜０．３０Ｗ／ｍＫである電源装置用断熱シート。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、吸水性が１２０％以下である電源装置用断熱シート。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、耐熱温度が４００℃以上である電源装置用断熱シート。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、膜厚が０．１ｍｍ〜１．９ｍｍである電源装置用断熱シート。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、繊維基材と、充填材と、結合材を含む電源装置用断熱シート。
【請求項８】
請求項７に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、前記繊維基材として天然パルプと無機繊維、前記充填材として珪酸塩鉱物、前記結合材としてゴム組成物を含む電源装置用断熱シート。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記断熱シートは、圧縮復元率が１．０〜５．０％である電源装置用断熱シート。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記複数の二次電池セルの、隣接する二次電池セル同士の間に介在される電源装置用断熱シート。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記複数の二次電池セルのいずれかで、該二次電池セルの外装缶の内圧が高くなったことを検出して開弁される防爆弁と、前記防爆弁から排出される高温高圧ガスを外部に案内するためのガスダクトとの間に介在される緩衝シートとして用いられる電源装置用断熱シート。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記複数の二次電池セルのいずれかで、該二次電池セルの外装缶の内圧が高くなったことを検出して開弁される防爆弁から排出された高圧・高温ガスや電解液が内蓋、又は回路基板へ飛散することを防ぐために、防爆弁と回路基板の間に介在される断熱材として用いられる電源装置用断熱シート。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置用断熱シートであって、
前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体モジュールにあって、隣接するモジュール間で熱伝搬を防ぐために、その間に介在される断熱材として用いられる電源装置用断熱シート。
【請求項１４】
互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セルと、
隣接する二次電池セル同士の間に介在される絶縁性の断熱シートと、
を備える電源装置であって、
前記断熱シートは、ゴム組成物であって、
耐熱温度が４００℃以上である電源装置。
【請求項１５】
互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セルと、
前記複数の二次電池セルがそれぞれ備える、該二次電池セルの外装缶の内圧が高くなったことを検出して開弁される防爆弁と接続され、前記防爆弁から排出される高圧ガスを外部に案内するためのガスダクトと、
前記ガスダクトと、各二次電池セルの防爆弁との間に介在され、これらを気密に接続する断熱シートと、
を備え、
前記断熱シートは、ゴム組成物であって、
耐熱温度が４００℃以上である電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び電源装置用断熱シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
角形や円筒型の二次電池セルを複数積層した電源装置が、電気自動車やハイブリッド自動車、電動バス、電車等の電動車両の駆動用電源として、あるいは工場や基地局のバックアップ電源用、さらには家庭用の蓄電池として用いられている。近年は電源装置の軽量化、及び高容量化が求められており、二次電池セルにはリチウムイオン二次電池等の高容量のタイプが用いられている。【０００３】
一方で、リチウムイオン二次電池のような高容量の二次電池セルを多数用いた場合、何らかの理由で一の二次電池セルが高温になって熱暴走し、隣接する他の二次電池セルに悪影響を与えることが懸念される。このため、隣接する二次電池セル同士を、熱的に断熱することが求められる。【０００４】
従来より、二次電池セル同士の間にスペーサやセパレータ等と呼ばれるセピオライトの粉体を固めた板材や絶縁性の樹脂板等を配置して、隣接する二次電池セル同士の絶縁と断熱を図っていた。しかしながら、これらの板材は硬質であって殆ど変形しないため、二次電池セルの変形に追随できないという問題があった。すなわち、角形の二次電池セルは充放電によって外装缶が膨張、収縮することが知られている。特に、二次電池セル同士の間に挿入される板材は、両側に配置された二次電池セルがそれぞれ変形するため、板材の両面で個別に変形に追随する必要がある上、元の形状に復元することも求められる。また二次電池セルの高容量化によって、各外装缶の変形量も大きくなる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１５２１３８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】冨岡純一他「自動車用リチウムイオン電池の熱暴走発生方法の調査」JARI Research Journal 20140606
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、変形に対する追随性を高めた電源装置用断熱シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の第１の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セルを断熱するための断熱シートであって、絶縁性を有するゴム組成物で構成され、圧縮弾性率が４０００〜１００００ｋＰａである。上記構成により、二次電池セルが熱膨張や収縮を生じた際にも、圧縮弾性率が低く、圧縮復元率が高い断熱シートを二次電池セル間に介在させたことで変形に対して追随性を発揮し、元の形状に復元し易い特長がある。
【０００９】
また、第２の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記構成に加えて、前記断熱シートを、水に１０分間浸漬させたときの重量変化が１２０重量％以下とすることができる。上記構成により、疎水性が高く、吸湿によって熱伝導率が変化することを抑えた安定性の高い電源装置用断熱シートが得られる。
【００１０】
さらに、第３の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートの熱伝導率を、０．０３〜０．３０Ｗ／ｍＫとすることができる。
【００１１】
さらにまた、第４の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートの吸水性を、１２０％以下とすることができる。
【００１２】
さらにまた、第５の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートの耐熱温度を４００℃以上とすることができる。
【００１３】
さらにまた、第６の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートの膜厚を０．１ｍｍ〜１．９ｍｍとすることができる。
【００１４】
さらにまた、第７の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートが、繊維基材と、充填材と、結合材を含むことができる。
【００１５】
さらにまた、第８の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートが、前記繊維基材として天然パルプと無機繊維、前記充填材として珪酸塩鉱物、前記結合材としてゴム組成物を含むことができる。
【００１６】
さらにまた、第９の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記断熱シートの圧縮復元率を、１．０〜５．０％とすることができる。
【００１７】
さらにまた、第１０の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記複数の二次電池セルの、隣接する二次電池セル同士の間に介在させることができる。
【００１８】
さらにまた、第１１の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記複数の二次電池セルのいずれかで、該二次電池セルの外装缶の内圧が高くなったことを検出して開弁される防爆弁と、前記防爆弁から排出される高温高圧ガスを外部に案内するためのガスダクトとの間に介在される緩衝シートとして用いることができる。
【００１９】
さらにまた、第１２の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記複数の二次電池セルのいずれかで、該二次電池セルの外装缶の内圧が高くなったことを検出して開弁される防爆弁から排出された高圧・高温ガスや電解液が内蓋、又は回路基板へ飛散することを防ぐために、防爆弁と回路基板の間に介在される断熱材として用いることができる。
【００２０】
さらにまた、第１３の形態に係る電源装置用断熱シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体モジュールにあって、隣接するモジュール間で熱伝搬を防ぐために、その間に介在される断熱材として用いることができる。
【００２１】
さらにまた、第１４の形態に係る電源装置によれば、互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セルと、隣接する二次電池セル同士の間に介在される絶縁性の断熱シートとを備える電源装置であって、前記断熱シートは、ゴム組成物であって、耐熱温度を４００℃以上とできる。上記構成により、二次電池セルが熱膨張や収縮を生じた際にも、圧縮弾性率が低く、圧縮復元率が高い断熱シートを二次電池セル間に介在させたことで変形に対して追随性を発揮し、元の形状に復元し易い特長がある。
【００２２】
さらにまた、第１５の形態に係る電源装置によれば、互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルがそれぞれ備える、該二次電池セルの外装缶の内圧が高くなったことを検出して開弁される防爆弁と接続され、前記防爆弁から排出される高圧ガスを外部に案内するためのガスダクトと、前記ガスダクトと、各二次電池セルの防爆弁との間に介在され、これらを気密に接続する断熱シートとを備え、前記断熱シートは、ゴム組成物であって、耐熱温度を４００℃以上とすることができる。上記構成により、断熱性を発揮させながら高圧ガスを防爆弁からガスダクトに気密に案内させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１に係る電源装置を示す分解斜視図である。
【図２】実施例１〜２、比較例１〜６に係る各断熱シートのサンプルに対して吸水性評価試験を行った結果を示すグラフである。
【図３】実施例１〜２、比較例１〜２、４〜６に係る各断熱シートのサンプルに対して圧縮・復元性評価試験を行った結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態２に係る電源装置を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る電源装置を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る電源装置を示す斜視図である。
【図７】図７Ａは本発明の実施形態５に係る電源装置を示す斜視図、図７Ｂは二次電池セルを横置きの姿勢とした電源装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［実施形態１］
【００２５】
実施形態１に係る電源装置を、図１の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル２０と、二次電池セル２０同士の間に介在される断熱シート１０とを備える。二次電池セル２０は、外装缶２１を有底筒状の角形としており、複数枚を主面同士が対向する姿勢で積層されている。積層は、例えば二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の両端面を、それぞれ端面板３０で覆うと共に、端面板３０同士を締結部材で締結する。また、電池積層体２５は、必要に応じて基礎板４０上に固定される。基礎板４０は、例えば内部に冷媒を循環させて冷却板として機能させることができる。
【００２６】
各二次電池セル２０は、外装缶２１の内部に電極体を収納し、開口端を封口板２２で封止している。図１において外装缶２１の上面に位置する封口板２２には、一対の電極２３と防爆弁２４が設けられる。複数の二次電池セル２０は、電極２３同士をバスバーで接続することにより、互いに直列及び／又は並列に電気的に接続される。また防爆弁２４は、外装缶２１の内圧が高くなったことを検出して開弁され、外装缶２１内部の高圧ガスを排出するための部材である。各防爆弁２４は、必要に応じて高圧ガスを外部に案内するためのガスダクトと連結される。
（断熱シート１０）
【００２７】
隣接する二次電池セル２０同士の間には、断熱シート１０が介在される。断熱シート１０は、スペーサやセパレータ等と呼ばれ、隣接する二次電池セル２０間で外装缶２１が短絡しないように絶縁する。絶縁性を備える絶縁シートは、ゴム組成物で構成される。
【００２８】
絶縁シートの圧縮弾性率は、４０００ｋＰａ〜１００００ｋＰａとしている。この構成により、二次電池セル２０が熱膨張や収縮を生じた際にも、圧縮弾性率の高い断熱シート１０を二次電池セル２０間に介在させたことで変形に対して追随性を発揮し、元の形状に復元し易い特長がある。
【００２９】
また断熱シート１０は、耐熱性を備えることが望ましい。二次電池セル２０が高温になっても、変形や溶融し難い材質とすることで、断熱性能を維持することが可能となる。好ましくは、断熱シート１０の溶融温度を４００℃以上とする。より好ましくは、６００℃以上とする。
【００３０】
また断熱シート１０の膜厚は、薄くすることが好ましい。厚膜化することで断熱性能は向上するものの、電源装置が厚膜化して大型化する。特に複数枚の二次電池セルを積層する電源装置においては、二次電池セルの数に応じてスペーサの数も多くなるため、断熱シートが薄いことが求められる。さらに断熱シートが厚膜化すると重量も重くなるため、燃費を重視する車載用途では軽量化の要求も高いことから、薄膜化が求められる。一方で、断熱性能も維持させる必要がある。実施形態１に係る断熱シート１０では、このような特性や材質の断熱性能を考慮して、その膜厚を０．１ｍｍ〜１．９ｍｍとしている。
【００３１】
断熱シート１０は、熱伝導率を低く抑えることで、断熱シート１０の一面に密着された二次電池セル２０が仮に熱暴走しても、反対面にある二次電池セル２０に発熱が及ぶことを抑制する。断熱シート１０の熱伝導率は、０．０３〜０．３０Ｗ／ｍＫとすることが好ましい。より好ましくは熱伝導率を０．０５〜０．２５Ｗ／ｍＫとする。
【００３２】
さらに熱伝導率が周囲環境によって変動しないよう、安定させることが望ましい。従来の無機粉体とポリアミド系樹脂やアクリル酸エステル等の薬品で構成された断熱シートは、吸湿性を有するため、高温多湿環境下や結露等によって水分を多く含むことで、熱伝導率が変化するという問題があった。これに対して実施形態１に係る断熱シートによれば、吸湿性の低い素材を採用することで水分による熱伝導率の変化を抑制することができる。具体的には、断熱シートを水に１０分間浸漬させたときの重量変化を１２０重量％以下に抑えることが好ましい。これにより、疎水性が高く、吸湿によって熱伝導率が変化することを抑えた安定性の高い電源装置用断熱シートが得られる。
【００３３】
以上のような特性を満たすため、断熱シート１０は、繊維基材と、充填材と、結合材を含む。好適には、繊維基材として天然パルプと無機繊維、充填材として珪酸塩鉱物、結合材としてゴム組成物を利用できる。具体的には、実施形態１に係る断熱シート１０は、繊維基材として麻パルプとマイクロガラス、充填材としてタルクとセピオライト、結合材としてＮＢＲを含んでいる。
【００３４】
繊維基材（基材繊維とも呼ぶ。）は、ガラス繊維、カーボン繊維、セラミック繊維などの無機繊維や、あるいは芳香族ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維が利用できる。ここでは、繊維基材として有機繊維の天然パルプを用いている。天然パルプには麻パルプが好適に利用できる。
【００３５】
麻パルプの配合比率は、例えば５重量％〜２０重量％、好ましくは１０重量％とする。また繊維基材として、無機繊維を含めてもよい。無機繊維の配合比率は、５重量％〜２０重量％、好ましくは８重量％〜１５重量％とする。実施形態１においては、無機繊維としてマイクロガラスを１２重量％添加している。
【００３６】
充填材は、無機の充填材が利用できる。無機充填材としては、セピオライト、タルク、カオリン、マイカ、セリサイト等の珪酸塩鉱物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ハードクレー、焼成クレー、硫酸バリウム、珪酸カルシウム、ウォラストナイト、重炭酸ナトリウム、ホワイトカーボン・溶融シリカ等の合成シリカ、珪藻土等の天然シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ガラスビーズ等が挙げられ、これらは単独又は複数を組み合わせて用いられる。これらの無機充填材の添加は、高温雰囲気下の形状維持と断熱性向上といった効果を示す。実施形態１においては、可撓性が高いタルクを用いた。充填材の配合量は絶縁シート中、５重量％〜６５重量％が好ましい。実施形態１においては、充填材として珪酸マグネシウムを用い、タルクを５８重量％、セピオライトを１４重量％添加している。
【００３７】
結合材には、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル酸樹脂、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成樹脂の他に、アクリルニトリルブタジエンゴム、水素化アクリルニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、アクリルニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレーンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ化シリコーンゴム、クロロスルフォン化ゴム、エチレン酢ビゴム、塩化ポリエチレン、塩化ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルイソプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等が利用できる。中でも、アクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）が、耐水性、耐油性が高い点で好ましい。これらのゴムは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、より高い耐水性、耐油性を目的にアルキルケテンダイマー等のサイズ剤やフッ素系、シリコーン系の撥水剤を組合わせて使用することもできる。結合材にゴム組成物を用いる場合、ゴムの配合量は絶縁シート中、５．０〜４０重量％が好ましい。ここではＮＢＲであるニポール１５６２を６．０重量％添加している。
【００３８】
さらに添加剤として、紙力剤や定着剤、消泡剤等の薬品類を加えている。ここでは紙力剤としてＷＳ４０３０を０．５重量％、紙力剤としてコーガム１５Ｈを０．３重量％、定着剤として硫酸バンドを１．９重量％、消泡剤としてＫＭ−７０を適量添加している。
（断熱シートの製造方法）
【００３９】
このような断熱シートの製造方法としては、例えば基材繊維に結合材、充填材を混練して断熱シート形成用組成物を調製し、この組成物を、熱ロールと冷ロールとからなる一対のロール間に加熱・圧延・加硫して熱ロール側に積層させ、次いで積層したシート状物を剥離することによって製造できる。あるいは抄紙法を用いて断熱シートを製造することもできる。この場合は、パルパーへ原料として基材繊維、充填材を投入し水中で混合する。次にこれらの混合原料スラリーをチェストに送り結合材、薬品類を添加する。さらに薬品添加済みの混合原料スラリーをワイヤー（網）工程に流してシート化し、プレス工程で搾水及び厚さ調整を行う。最後にドラム式ドライヤーで乾燥させ、原反を完成させる。このようにして得られた原反を、別工程で製品寸法に裁断する。またＮＢＲなどのゴムは含浸法や内添法等の方法でシート材に添加できる。
【００４０】
このようにして得られた実施形態１に係る断熱シート１０の物性は、坪量が５５４ｇ／ｃｍ3、厚さ０．６９９ｍｍ、密度０．７９３ｇ／ｃｍ3、引張強度５．７ｋｇｆ／１５ｍｍ、強熱減量２２．７重量％、熱伝導率０．１９Ｗ／ｍＫであった。
（吸水性評価試験結果）
【００４１】
以上のようにして得られた断熱シート１０の吸水性を従来のものと比較する評価試験を行った。ここでは実施例１として厚さ０．３ｍｍの断熱シート、実施例２として厚さ０．７ｍｍの断熱シートを作成した。また比較例として、タイガレックス株式会社の膜厚０．２５ｍｍのセパレータを比較例１、膜厚０．５ｍｍのセパレータを比較例２、膜厚１．２ｍｍのセパレータを比較例３とした。同様に、プロマット・ジャパン株式会社の、膜厚１．２ｍｍのセパレータを比較例４、膜厚２．２ｍｍのセパレータを比較例５、膜厚３．０ｍｍのセパレータを比較例６として、それぞれ用いた。これらに対して、それぞれ５ｃｍ角に切り出した各サンプルの重量を測定した（風乾重量）。次に各サンプルを１３５℃乾燥機で１時間乾燥させた。その後デシケーターに入れて３０分放冷し、重量を測定した（絶乾重量）。さらに各サンプルを水に１０分間浸漬し、その後吸取り紙で余分な水分を吸取り、重量を測定した（水浸漬後重量）。この結果を図２のグラフに示す。この図に示すように、実施例１、２では、比較例１〜６に比べて水を吸湿、吸水し難いことが判った。このため、外部要因すなわち水分に起因する断熱特性、いいかえると熱伝導率の変化は、比較例１〜６に比べて小さいと考えられる。このことは、例えば断熱シートをリチウムイオン二次電池セル２０の間に介在させて、熱暴走時の類焼を防止するスペーサとして用いる場合、温度や湿度などの使用環境や、水冷によって結露するなどして電源装置内に発生した水分をスペーサが吸収して、断熱性能が低下する事態を効果的に抑制して、周囲環境によらず安定的に所期の熱伝導率を維持でき、信頼性を高めることにつながると考えられる。
（圧縮・復元性評価試験）
【００４２】
次に、断熱シートの圧縮・復元性の評価試験を行った。ここでも上述した実施例１〜２、比較例１〜２、４〜６の断熱シートを用いた。これらに対して、それぞれ１０ｃｍ角に切り出した各サンプルの厚さを測定した（プレス前厚さ）。そしてプレス機を用いて各サンプルを３０、７５、１５０［ｋｇＦ／ｃｍ2］の圧力で６０秒間加圧し、その直後に厚さを測定した（プレス直後厚さ）。さらに２３℃、５０％の恒温恒湿室に２時間以上放置し、その後厚さを測定した（プレス後厚さ）。この結果を図３のグラフに示す。この図に示すように、実施例１、２では、比較例１〜２、４〜６に比べてプレスによる潰れが大きいものの、圧縮後は２％前後の復元が見られた。一方で比較例１〜２、４〜６の断熱シートでは、硬くて潰れ難いものの、圧縮後の復元は１％以下と留まり、復元が殆ど働かないことが判った。このように、比較例１〜２、４〜６では剛性は高いものの、一旦変形して潰れてしまうと、元の状態には戻らない状態となる。例えば断熱シートをリチウムイオン二次電池セルのスペーサに用いる場合、通常使用時にリチウムイオン二次電池が膨張、収縮を繰り返す際、膨張により一度断熱シートが潰れてしまうと、その後にリチウムイオン二次電池が収縮しても断熱シートは復元せず、この結果リチウムイオン二次電池同士の間で断熱シートが密着せず、隙間が生じてしまい、がたつきの原因となって積層状態を適切に維持できなくなる。これに対して実施例１、２に係る断熱シートでは、比較例と比べて２倍程度の復元が可能なため、このようなリチウムイオン二次電池の膨張後の収縮においても、外装缶の変形に追随することが可能となり、より安定した信頼性の高いスペーサとして利用できる。
【００４３】
このように本発明の実施例に係る断熱シートは、高い信頼性をもって安定的に使用できる利点が得られる。特に二次電池セルのスペーサとして用いる用途では、従来のスペーサでは二次電池セルの膨張や収縮によって板材の表面が摩擦され、微細な粉体が剥がれ落ちる懸念もあった。特に車載用途では電源装置に繰り返し振動や衝撃が印加されるため、無機粉体配合を増やしバインダーを減らした構成の板材では紙紛などの発生が避けられない。またナノシリカエアロゲルを用いた板材も提案されているが、高価である上、同様に紙紛の発生が避けられない。このため表面をラミネート加工するなど、紙紛が発生しにくくなるような表面処理が必要となり、製造工程が複雑化する上、コストもかかる。加えて、表面をラミネート加工やパウチ加工する等、表面処理により紙粉が発生しにくくすることも成されているが、上記電源装置への振動や衝撃によって破損するおそれがある。これに対して実施形態１に係る断熱シートでは、ゴム組成物としたことでこのような表面処理を経ずとも紙紛の発生を抑制できる利点が得られる。また、従来のスペーサでは打抜き加工などを行っても同様に紙紛の発生を伴っていたところ、実施形態１に係る断熱シート１０ではそのような紙紛の発生も同様に抑制できるので、加工性が高く工程適性に優れた部材として適用できる。
【００４４】
加えて、従来の板材によるスペーサでは、吸湿性を有するため水分を吸収することで熱伝導率が環境によって変化するという問題もあった。スペーサの断熱性を安定的に発揮させるには、熱伝導率が環境によって変化することも抑制する必要があるところ、従来のスペーサでは高温多湿環境下や、結露などによって発生した水分を吸収して熱伝導率が変化することを避けられなかった。アクリル酸樹脂等の樹脂材料を使用したシートは吸湿性が高いため、環境によっては断熱性が低下してしまうことがあった。これに対して実施形態１に係る断熱シート１０では、ゴム組成物としたことで疎水性を発揮できる。また耐水性にも優れ、吸湿を抑制して水分率に起因する熱伝導率の変化を低減でき、周囲環境に依存することなく安定的に利用できるという優れた利点が得られる。
［実施形態２］
【００４５】
以上は、耐熱シートをリチウムイオン二次電池セル間のスペーサとして利用する例を説明した。ただ本発明は、断熱シートの用途を電池の断熱用のスペーサに限定するものでなく、他の用途にも利用できる。本発明は耐熱性を備えつつ、その熱伝導率の変動が少ない特性を生かして、信頼性が要求される用途に好適に利用できる。また、圧縮弾性率が低いため、変形が要求される用途にも好適に利用できる。例えば、二次電池セルの防爆弁とガスダクトの間の緩衝材や、回路基板の保護断熱材、モジュール間の断熱材等の用途にも利用できる。一例として、断熱シートを二次電池セルの防爆弁とガスダクトの間の緩衝材として用いた例を、実施形態２に係る電源装置として図４の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置２００は、複数の二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の上面に、ガスダクト５０を設けている。ガスダクト５０は、各二次電池セル２０が有する防爆弁２４と連通されている。各防爆弁２４とガスダクト５０を気密に連結するために、緩衝シート１２を介在させている。この緩衝シート１２として、実施形態に係る断熱シートを適用している。なお図４において、上述した実施形態１で説明した部材と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。緩衝シート１２として機能する断熱シートは、各防爆弁２４とガスダクト５０の連結穴と連結する。熱暴走時に、防爆弁２４とガスダクト５０との間から高圧ガスが漏れないように断熱シートを用いて気密に連結させることができる。特に実施形態に係る断熱シートは、高い圧縮弾性率によって適宜変形することができる。加えて、高温高圧のガスに耐え得る高い耐熱性も備えており、このような用途においても好適に利用でき、万一の熱暴走時においても安定的に高圧ガスをガスダクト５０に案内して、電源装置の外部に排出でき、安全性を高めることが可能となる。
【００４６】
また図５に示す実施形態３に係る電源装置３００は、断熱シートを回路基板の保護断熱材に用いた例を示している。この図に示す電源装置３００は、複数の二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の上面に回路基板６０が設けられている。回路基板６０を、各二次電池セル２０の封口板に形成された防爆弁２４から放出される高温ガスや電解液の飛散から防ぐために、回路基板６０との間に、断熱シート１０を介在させている。これによって回路基板６０を高温高圧のガスから保護する。
【００４７】
さらに断熱シートは、二次電池セル間の断熱のみならず、複数の二次電池セルで構成された電池モジュール同士の間の断熱に利用することもできる。このような例を実施形態４に係る電源装置として、図６に示す。この図に示す電源装置４００は、複数の二次電池セル２０を積層した電池積層体２５で電池モジュールを構成している。これら電池モジュール間に断熱材１０Ｘを設けることで、隣接する電池モジュール間の熱伝搬を抑制することができる。
【００４８】
以上の例では、二次電池セルとして角形の外装缶を用いた二次電池セルに対する断熱材として適用する例を説明した。ただ本発明は、二次電池セルの外形を角形に限定せず、円筒形やパウチ型等、他の形状の二次電池セルに対しても適用できる。一例として、円筒形の二次電池セルに適用した例を、実施形態５に係る電源装置として図７Ａに示す。この図に示す電源装置５００Ａは、円筒形の二次電池セル２０Ｂを複数本並べた状態で、隣接する二次電池セル同士の間に断熱シート１０を介在させている。これにより、何れかの二次電池セル２０Ｂが高温になっても、断熱シート１０によって熱伝搬を抑制することができる。この例では、各二次電池セル２０Ｂを区画するために、一の断熱シート１０Ａに一端から切り込みを形成して、他の断熱シート１０Ｂに他端から切り込みを形成し、これらの切り込み同士を組み合わせることで断熱シート同士が交差するようにしている。また図７Ａの例では、二次電池セル２０Ｂを縦置きの姿勢としているが、図７Ｂに示すように横置きの姿勢としてもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の電源装置用断熱シート及び電源装置は、二次電池セル同士の間に介在される断熱用のスペーサや、防爆弁とガスダクトの間に介在される緩衝シート、あるいはＥＣＵ等の駆動回路を保護する断熱材等に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００、３００、４００、５００Ａ、５００Ｂ…電源装置
１０、１０Ｘ、１０Ａ、１０Ｂ…断熱シート
１２…緩衝シート
２０、２０Ｂ…二次電池セル
２１…外装缶
２２…封口板
２３…電極
２４…防爆弁
２５…電池積層体
３０…端面板
４０…基礎板
５０…ガスダクト
６０…回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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