JP7838599B2 - 蓄電デバイス用容器 - Google Patents
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Description
本実施形態の蓄電デバイス用容器は、蓄電デバイスを収容する容器本体における該蓄電デバイスの収容される領域と容器本体との空隙に、熱解重合性ポリマーの発泡成形体を配置した構造を有する。
本実施形態において、蓄電デバイスとしては、特に制限はなく、一次電池、二次電池のいずれも用いることができるが、好ましくは二次電池である。この二次電池の種類については、特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、全固体電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサ、キャパシタ等を用いることができる。これらの中では、非水電解質を用いたものを好適に用いることができる。これらの二次電池の中でも、本発明の電池用材料の好適な適用対象として、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムイオンキャパシタ、全固体電池などを好適に用いることができる。
本実施形態において、容器本体としては、上述した蓄電デバイス(蓄電デバイススタック)を、空隙を有して外包し得るものであれば特に制限はなく、段ボール、合成樹脂製、金属製など種々の素材のものを用いことができる。この容器本体としては、矩形の箱型が一般的であるが、これに限定されるものではない。この容器本体には、蓄電デバイスに異常が生じた場合に、蓄電デバイスから放出される噴出ガスや噴出物が容器の外部に放出されるようにするために解放弁や解放穴が設けられていることが好ましい。
本実施形態において、蓄電デバイスと容器本体との空隙に設置する発火防止素材として熱解重合性ポリマーの発泡成形体を配置する。
本実施形態において、熱解重合性ポリマーとは、熱や光によって重合体(ポリマー)が単量体(モノマー)に分解する解重合性を持ち、かつ加熱により残渣が残らないポリマーのことである。上記熱解重合性ポリマーとしては、メタクリル酸メチル(MMA)、α-メチルスチレン(AMS)、テトラフルオロエチレン(TFE)の1種または2種以上を単量体成分として用いたポリマー(ホモポリマーまたは2成分以上のポリマー)をベースポリマーとする熱解重合性ポリマーが挙げられる。これらの中では、メタクリル酸メチル(MMA)とα-メチルスチレン(AMS)とを単量体成分としたポリマーが好ましく、またはメタクリル酸メチル(MMA):α-メチルスチレン(AMS)が5:95~95:5(モル比)で構成されるポリマーでも良く、さらにはこれらの重合時に、他のモノマー成分(スチレン等のモノマー)を配合して重合したポリマーでも良い。このような熱解重合性ポリマーは、蓄電デバイスの短絡などにより蓄電デバイスから放出される高温の噴出物や噴出ガスにより、熱分解してモノマーが発生するメカニズムに起因して、蓄電デバイス用容器の発火リスクを大幅に低減することができる。
本実施形態において、上記熱解重合性ポリマーの発泡成形体は、メタクリル酸メチル(MMA)、α-メチルスチレン(AMS)、テトラフルオロエチレン(TFE)の1種または2種以上を単量体成分として、公知の方法(例えば、特開2007-314774号公報などに記載の方法)を用いて製造することができる。
上述したような蓄電デバイスと容器は、容器本体にあらかじめ発火防止素材の発泡成形体を設置した後、例えば充電率(SOC)30%程度の蓄電デバイスを収容して容器を封止して輸送または保管してもよいし、容器本体に蓄電デバイスを収容した後、空隙に発火防止素材の発泡成形体を設置して容器を封止して輸送または保管してもよい。
本実施例において、熱解重合性ポリマーの発泡成形体は、特開2007-314774号公報に記載された方法を基に、以下の方法により製造した。
(比較例1)
蓄電デバイス用の内部容器を想定したPP樹脂製容器(内径:横80mm×縦105mm×深さ34mm、樹脂厚さ2mm、アルミラミネートリチウムイオン電池の極側をこのPP樹脂製容器の横80mm側に配置し、PP樹脂製容器の横80mmの側に直径10mmの穴を5個開けた上面が開放した容器)を用意した。このPP樹脂製容器の内側に、正極三元系で1500mAhのアルミラミネートリチウムイオン電池(横35mm、縦75mm)を満充電状態で設置し、その上から樹脂厚さ4mmのPP樹脂製板で蓋をして蓋の周縁を耐熱性テープを使用して隙間がないように密閉し、釘刺し試験によるリチウムイオン電池からの噴出物は、上面の5個開けた穴からだけ放出されるように構成した。
比較例1で使用した蓄電デバイス用容器において、熱解重合性ポリマーの発泡成形体として前述で得られたアクリル系樹脂の発泡成形体の板状成形体(厚さ3mm、密度19g/LL)を、ケーシングを想定したPP樹脂製容器の上蓋のPP樹脂製板の内側の上面に0.011m2、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス用容器とした。
本件容器に保管している蓄電デバイスが、何らかの原因で発火した時の状況を想定して、UN段ボールやスチール容器内で、蓄電デバイスを過充電して評価を行った。
UN段ボール[品番]4GV-23/17([内寸]325mm×245mm×300mmH、[外寸]340mm×265mm×335mmH)を布テープで組み立て、その内部に正極三元系で3200mAhのラミネート型リチウムイオン電池を配置した。
比較例2で使用した蓄電デバイス用容器において、熱解重合性ポリマーの発泡成形体として前述で得られたアクリル系樹脂の発泡成形体の板状成形体(310mm×230mm×50mmH)を蓄電デバイス用容器の底面に配置し、その上に正極三元系で3200mAhのラミネート型リチウムイオン電池を配置し、その上にさらに上記アクリル系樹脂の発泡成形体の板状成形体(310mm×230mm×50mmH)を配置した。
平板厚さ1.6mmで構成したスチール製コンテナ([内寸]300mm×300mm×300mmHの内部に、3200mAhのラミネート型リチウムイオン電池を配置した。
(比較例3)
この蓄電デバイス用容器に、15V、9.6Aで過充電を行ったところ、約19分後に電池は破壊され、蓄電デバイス用容器の隙間から外側で激しい発火が確認された。
比較例3で使用した蓄電デバイス用容器において、熱解重合性ポリマーの発泡成形体として前述で得られたアクリル系樹脂の発泡成形体の板状成形体(300mm×300mm×20mmH)を蓄電デバイス用容器の内面6面に貼付け、その底面に3200mAhの正極三元系でラミネート型リチウムイオン電池を配置し、その上にさらに上記アクリル系樹脂の発泡成形体の板状成形体(250mm×250mm×50mmH)を配置した。
Claims (5)
- 蓄電デバイスと該蓄電デバイスを収容する容器本体との空隙に熱解重合性ポリマーの発泡成形体を配置し、
前記熱解重合性ポリマーの発泡成形体が、シート状または板状であり、
前記シート状または板状の発泡成形体が、厚さ1mm~100mmであり、
前記シート状または板状の発泡成形体の密度が、18g~20g/Lである、蓄電デバイス用容器。 - 前記蓄電デバイスが非水電解質を用いたものである、請求項1に記載の蓄電デバイス用容器。
- 前記熱解重合性ポリマーの発泡成形体において、熱解重合性ポリマーを全体の10重量%以上含有している、請求項1に記載の蓄電デバイス用容器。
- 前記熱解重合性ポリマーの発泡成形体が、メタクリル酸メチル(MMA)、α-メチルスチレン(AMS)、テトラフルオロエチレン(TFE)の1種または2種以上を単量体成分として用いたポリマー(ホモポリマーまたは2成分以上の共重合ポリマー)の発泡成形体である、請求項1に記載の蓄電デバイス用容器。
- 前記蓄電デバイスが複数積層されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用容器。
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