WO2019107560A1 - 仕切り部材及び組電池 - Google Patents

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heat
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a partition member and a battery pack.
  • secondary batteries whose use as a power source for vehicles and the like has been rapidly increasing, have the purpose of improving the degree of freedom when they are mounted in limited spaces such as vehicles, and cruising distance that can travel for one charge
  • studies are being made to increase the energy density of secondary batteries.
  • the safety of the secondary battery tends to contradict the energy density, and the safety tends to decrease as the secondary battery has a high energy density.
  • the battery surface temperature exceeds several hundred degrees Celsius when the secondary battery is damaged due to overcharging or internal short circuit, etc. It may extend nearby.
  • a secondary battery used for a power source of a vehicle or the like is generally used as an assembled battery composed of a plurality of single cells, when one of the cells constituting the assembled battery is damaged and reaches the above temperature range, The heat generation may damage the adjacent unit cells, and the damage may extend to the entire assembled battery in a chain.
  • various techniques have been proposed for providing a partition member between the unit cells, for cooling the damaged unit cells, and for providing a heat insulating material as a partition member between the unit cells. .
  • Patent Document 1 there is a battery with a cooler in which a cooling container in which a membrane-like porous body and a cooling liquid are sealed and a secondary battery are disposed in contact with each other in order to cool the battery which generates abnormally heat.
  • Patent Document 2 there is a storage element formed by arranging a partition member having a spacer formed of a thermosetting resin and a base material formed of a material that can be melted according to temperature rise between storage elements.
  • Patent Document 3 the thing using the heat insulating material of the inorganic substance for the partition member which divides between cells is disclosed (for example, patent document 3).
  • the cooling container described in Patent Document 1 has a structure that opens when the secondary battery has an abnormally high temperature and discharges the cooling liquid to perform cooling.
  • the partition member described in Patent Document 2 has a structure in which the heat from the storage element is absorbed by the heat of solution of the meltable base material.
  • the film-like porous body or the thermosetting resin functions as a heat insulating material and thermally isolates the heat from the secondary battery which has become abnormally high temperature. It is preferable to do.
  • the heat resistance and the heat insulating property of the membrane porous body or the thermosetting resin have not been sufficiently studied.
  • Patent Document 3 describes that heat insulation and flexibility are improved by using an inorganic substance as a partition member.
  • an inorganic substance as a partition member.
  • the formability is deteriorated, when it is easily compressed or deformed, and even if the heat insulation is excellent at normal temperature, the heat insulation is deteriorated at high temperature. It turned out that there might be
  • a plurality of secondary batteries constituting the battery assembly may be arranged, for example, in the thickness direction, and may be housed in the housing in a state where pressure is applied in the thickness direction.
  • pressure is applied also to the partition member interposed between the secondary batteries and the partition members disposed between the secondary battery and members other than the secondary battery.
  • the secondary battery expands due to charge and discharge or high temperature, and the pressure due to the expansion of the secondary battery is also applied to the partition member. It is desirable for the partition member to maintain suitable heat resistance and heat insulation even in an environment where such a partition member is subjected to pressure.
  • An object of the present invention is to provide a partition member and an assembled battery capable of maintaining desired heat resistance and heat insulation even in an environment subjected to pressure.
  • a partition member for partitioning between cells or between a cell and a member other than the cell which contains powdery inorganic substances and fibrous inorganic substances and has a density of 0.23 to 1.10 g / cm 3 Partition member containing material.
  • a partition member capable of maintaining desired heat resistance and heat insulation even in an environment subjected to pressure, and a battery assembly using the same are provided.
  • FIG. 1 shows a configuration example of the partition member of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the partition member shown in FIG. 1 cut along the line AA.
  • FIG. 3 shows an example of a single cell.
  • FIG. 4 is a front view of the unit cell shown in FIG.
  • FIG. 5 is a side view of the unit cell shown in FIG.
  • FIG. 6 is a top view showing an example of a battery pack.
  • FIG. 7 is a side view schematically showing the side surface of the battery pack shown in FIG. 6 with the side plate on the front side removed.
  • the partitioning member of the present invention is a partitioning member for partitioning between single cells or between single cells and members other than single cells, and contains a powdered inorganic substance and a fibrous inorganic substance, and its density is 0.23 to 1.10 g / cm. It is characterized by including a heat insulating material which is 3 . Moreover, it is preferable that this heat insulating material is a porous body and can hold a liquid. Furthermore, the partition member may be made of only the heat insulating material as long as it includes the heat insulating material having the above features, but in the preferred embodiment, the heat insulating material is accommodated in the outer package. It is a thing.
  • the partition member includes the above-described heat insulating material, it is possible to prevent the heat insulating material from significantly reducing or losing the heat resistance and the heat insulating property due to the pressure applied to the partition member. That is, when the heat insulating material of the partition member which receives the heat from the secondary battery maintains the desired heat resistance and heat insulating property, it is possible to block the heat transfer to another secondary battery or the like.
  • FIG. 1 shows a configuration example of the partition member of the present invention.
  • a front view of the partition member 1 is shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a cross section on the right side in the case where the partition member shown in FIG. 1 is cut along the line AA.
  • the partition member 1 has a flat or sheet-like overall shape having a height direction (H), a width direction (W) and a thickness direction (D).
  • the partition member 1 has a thickness direction (D) and a surface direction (P) orthogonal to the thickness direction (D).
  • the plane direction (P) includes the height direction (H) and the width direction (D) described above, and a plurality of oblique directions between the height direction (H) and the width direction (D).
  • the partition member 1 is used in the thickness direction (D) to partition between the unit cells constituting the assembled battery, or to divide the unit cell and a member other than the unit cell.
  • the partition member 1 includes a heat insulating material 110, and preferably includes an exterior body 120 that houses the heat insulating material 110 capable of holding a liquid.
  • the heat insulating material 110 includes a powdered inorganic substance and a fibrous inorganic substance.
  • fibrous inorganic substance means an inorganic substance having a shape with a major axis of 100 times or more of the minor axis
  • “powdered inorganic substance” means an inorganic substance with a major axis less than 100 times the minor axis.
  • long diameter means fiber length
  • short diameter means the diameter of a cross section orthogonal to the long diameter direction.
  • the heat insulating material used for the partition member is made of only a powdery inorganic substance, the formability of the heat insulating material is poor and the shape is difficult to maintain, and therefore, it is necessary to use a binder or the like for hardening. When such a partition member is placed under pressure and compressed, it becomes difficult to maintain its shape, and the heat resistance is deteriorated.
  • the heat insulating material used for the partition member is made of only fibrous inorganic material, the heat insulating property tends to increase due to the air layer in the gaps of the fibers constituting the heat insulating material, but under high temperature Heat insulation will be reduced.
  • the partition member is placed under pressure and compressed, there is a problem that the partition member is easily deformed.
  • the heat insulating material used for the partition member of the present invention solves the above-mentioned point by using a powdery inorganic material and a fibrous inorganic material in combination.
  • the fibrous inorganic substance is, for example, at least one selected from the group consisting of paper, cotton sheet, polyimide fiber, aramid fiber, polytetrafluoroethylene (PTFE) fiber, glass fiber, rock wool, ceramic fiber and biosoluble inorganic fiber Among these, at least one selected from glass fiber, rock wool, ceramic fiber and biosoluble inorganic fiber is particularly preferable.
  • the powdered inorganic substance is preferably at least one selected from the group consisting of silica particles, alumina particles, calcium silicate, clay minerals, vermiculite, mica, cement, perlite, fumed silica and airgel, for example.
  • silica particles, alumina particles, calcium silicate and vermiculite is particularly preferable.
  • types of calcium silicate, Zonotrite, Tobermorite, Wollastonite, and Gyrolight are preferable, and Gyrolight is particularly preferable.
  • Gyrolight having a petal-like structure maintains a porous structure even when it is compressed and deformed, so it is excellent in liquid retention.
  • the clay minerals are mainly magnesium silicate (including talc and sepiolite), montmorillonite and kaolinite.
  • thermoelectric material As a heat insulating material containing a fibrous inorganic substance and a powdered inorganic substance, it is possible to select and use one of known ones that satisfies a predetermined density. For example, those selected from those described in JP-A 2003-202099 can be used.
  • the heat insulating material has a density of 0.23 to 1.10 g / cm 3 in order to be lightweight and to maintain heat insulation even at high temperatures.
  • the density of the heat insulating material is more than the above lower limit value, it is preferable from the viewpoints of heat insulation and liquid retention since there are many air layers in the internal void, while on the other hand, the deformation amount at compression is less than the above upper limit value Is preferable from the viewpoint that Further, from these viewpoints, the density of the heat insulating material is preferably 0.35 g / cm 3 or more, more preferably 0.55 g / cm 3 or more, and preferably 1.05 g / cm 3 or less. And more preferably 1.00 g / cm 3 or less.
  • the whole of the heat insulating material 110 is formed with a porous body.
  • the entire heat insulating material 110 is formed of a porous body, and the liquid is held in the cavity of the porous body.
  • the heat insulating material 110 preferably has elasticity so as to correspond to pressure. However, it may not have elasticity.
  • the liquid to be used is preferably a liquid having a boiling point of 80 ° C. to 250 ° C. at normal pressure, and more preferably a liquid having a boiling point of 100 ° C. to 150 ° C. at normal pressure.
  • Specific examples of the liquid to be used include, besides water, at least one selected from the group consisting of alcohols, esters, ethers, ketones, hydrocarbons, fluorine compounds and silicone oils, for example. preferable. These can be used alone or as a mixture of two or more.
  • the liquid may contain additives such as antifreeze imparting substances (antifreeze agents), preservatives, pH adjusters and the like.
  • the provision of the antifreeze property can prevent breakage of the outer package due to expansion due to freezing.
  • the pH of the liquid is changed by the addition of the pH adjusting agent depending on the components eluted from the powdered inorganic substance, and the possibility of deterioration of the powdered inorganic substance, the package, and the liquid (water) itself can be reduced. What is included in water is not limited to this, and can be added as needed.
  • the exterior body 120 encloses the liquid and the heat insulating material 110 in a sealed state.
  • a resin or metal film or sheet can be applied.
  • the metal examples include aluminum foil, copper foil, tin foil, nickel foil, stainless steel foil, lead foil, tin-lead alloy foil, blue copper foil, silver foil, iridium foil and phosphor blue copper foil.
  • aluminum foil, copper foil and nickel foil are preferable, and aluminum foil is more preferable.
  • the metal is preferably at least one selected from the examples listed above.
  • thermosetting resin at least one of a thermosetting resin and a thermoplastic resin
  • a thermoplastic resin it is preferable to use a thermoplastic resin.
  • the resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, acrylic, epoxy resin, polyurethane, polyetheretherketone, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polycarbonate, aramid and the like.
  • at least one selected from polypropylene, nylon and polyethylene terephthalate is preferable.
  • the thickness of the exterior body 120 is not particularly limited, and is, for example, 5 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the metal foil can be 3 ⁇ m to 50 ⁇ m, and the resin layer can be 2 ⁇ m to 150 ⁇ m. Thereby, the heat resistance and the low water vapor permeability of the metal foil can be exhibited, and the sealing property can be improved by the resin.
  • the heat insulating material 110 is sealed (sealed) in the outer package 120 by bonding the peripheral portions of the two outer packages in an annular shape by heat fusion, adhesion, or the like.
  • one outer package may be bent and the peripheral portions thereof may be joined by heat fusion, adhesion or the like to seal (seal) the liquid and the heat insulating material 110.
  • the exterior body 120 preferably has flexibility (elasticity), but may not have flexibility.
  • the case 120 is provided with a sealing portion 120 a for sealing the peripheral portion thereof, and the heat insulating material 110 is an internal space 111 formed in the case 120 by sealing with the sealing portion 120 a.
  • a gap 120 b is provided between the sealing portion 120 a and the heat insulating material 110.
  • region S2 region S2.
  • the gap 120 b is not necessarily required.
  • the gap 120 b may be in a state in which the inner surfaces of the exterior body 120 are in contact with each other when there is no fluid (gas and liquid).
  • the volume of the internal space 111 is defined as the product of the area of the internal space 111 and the thickness of the heat insulating material 110.
  • the arrangement of the heat insulating material does not necessarily have to be at the center of the inner space and is not necessarily parallel to the outer package.
  • the assembled battery includes, for example, electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (Hybrid Electric Vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), electric heavy motors, electric motorcycles, electric assists. Bicycles, ships, aircraft, trains, Uninterruptible Power Supply (UPS), household storage systems, storage battery systems for power system stabilization using renewable energy such as wind power / solar power / tidal power / geothermal power, etc. Applied to the battery pack mounted on the. However, the battery pack can also be used as a power source for supplying power to devices other than the above-described EV and the like.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs Hybrid Electric Vehicles
  • PHEVs plug-in hybrid electric vehicles
  • Electric heavy motors electric motorcycles
  • Electric assists Bicycles, ships, aircraft, trains, Uninterruptible Power Supply (UPS), household storage systems, storage battery systems for power system stabilization using renewable energy such as wind power / solar power / tidal power / geother
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a unit cell constituting the assembled battery
  • FIG. 4 is a front view of the unit cell shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a right side view of the unit cell.
  • the unit cell 200 is formed in a rectangular shape having a height direction (H), a width direction (W), and a thickness direction (D), and the terminals 210 and 220 are provided on the top surface thereof.
  • the unit cell 200 is, for example, a lithium ion secondary battery including a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte.
  • secondary batteries such as lithium ion all solid batteries, nickel hydrogen batteries, nickel cadmium batteries, lead storage batteries and the like can be applied.
  • FIG. 6 shows a top view of a battery assembly 100 formed using a plurality of unit cells 200
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a state in which the side plate 300d is removed from the battery assembly 100 shown in FIG.
  • the battery assembly 100 includes a housing 300 and a plurality of single cells 200 housed in the housing 300.
  • the housing 300 includes a bottom plate 300e and side plates 300a, 300b, 300c, and 300d erected along the outer periphery of the bottom plate 300e.
  • FIG. 6 and FIG. 7 illustrate five single cells 200 as an example, the number of single cells can be appropriately selected.
  • the plurality of unit cells 200 are arranged in the thickness direction, and the partition member 1 described above is arranged between the unit cells 200.
  • the battery pack 100 is electrically connected in series by the bus bar 301 with the positive electrode terminal (e.g., the terminal 210) and the negative electrode terminal (e.g., the terminal 220) of the adjacent (opposing) single cells 200 via the partition member 1.
  • the partition member 1 ⁇ / b> A is disposed between the upper surface of the bottom plate 300 e of the housing 300 and each of the single cells 200.
  • the partition member 1A has the same configuration as the partition member 1.
  • Heat generation and heat transfer in a battery pack A part or all of the electrodes constituting the unit cell 200 or the chemical substances constituting the electrolytic solution cause a decomposition reaction while generating heat in the unit cell 200, whereby the temperature of the unit cell 200 rises, and the unit cell Some or all of the region 200 may reach 200 ° C. or higher. In the present invention, this state is called "abnormal heating state".
  • the stability of the crystal structure after lithium removal by charging is greatly influenced by the safety of the positive electrode material among the materials constituting the unit cell 200.
  • Materials such as LiCoO 2 , Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 , Li (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) O 2 generally used as positive electrode materials are charged. In the state, under high temperature, crystal collapse accompanied by oxygen release occurs. Oxygen released from the positive electrode causes oxidation or the like of the electrolytic solution, resulting in a rapid exothermic reaction. Structural analysis using synchrotron radiation has reported that crystal phase transition occurs at around 200 ° C. in the above-mentioned positive electrode material species.
  • the chargeable negative electrode (lithium insertion carbon negative electrode) basically exhibits the same strong reducibility as lithium metal, and on the negative electrode surface by the reaction with the electrolyte. It is known that a film is formed on the surface, which suppresses the further reaction. Therefore, the chemical composition, structure, and thermal stability of the protective film greatly affect the thermal stability of the chargeable negative electrode when the temperature rises.
  • the reaction between the charged negative electrode and the electrolyte is explained by the formation of a protective film and the subsequent explosive reductive decomposition reaction by film destruction.
  • a state in which a chemical substance constituting an electrode constituting a single cell 200, an electrolytic solution or the like does not cause a decomposition reaction with a predetermined heat generation rate or more in the single cell 200 is referred to as a "normal state".
  • the heat generation state of the unit cell 200 is evaluated using ARC (Accelerating rate calorie) which is a means for quantitatively measuring the thermal behavior when the reactive chemical substance self-decomposes under adiabatic conditions.
  • ARC Accelelerating rate calorie
  • the unit cells 200 in the normal state are "unit cells holding the normal state", and the unit cells 200 deviate from the normal state and have not reached the abnormal heat generation state. " The heat generation inside the unit cell 200 is transferred to the other unit cells 200 via various transfer paths. For example, the heat generation inside the single battery 200 can be transmitted to another single battery 200 via the partition member 1.
  • the upper limit value of the surface average temperature assumed when the unit cell 200 in contact with or close to the partition member 1 deviates from the normal state and does not reach the abnormal heat generation state is 180 ° C.
  • the general-purpose separator material is made of polyethylene or polypropylene, its meltdown temperature is known to be 160 to 200 ° C. For this reason, when the surface average temperature of the unit cell 200 exceeds 180 ° C., a part of the general-purpose separator material constituting the unit cell 200 may melt down, leading to an abnormal heat generation state.
  • the partition member 1 is a unit cell in the battery assembly 100.
  • a member which transmits heat from the cell 200 (for example, the cell 200a) in its thickness direction and faces the cell 200a via the partition member 1 and the other cell 200 (cell 200b) or the cell 200 300e) can be transmitted.
  • the heat causes the liquid contained in the opening of the partition member 1 to flow out in the gas phase state or the liquid phase state.
  • Air (having a heat insulating effect) enters the heat insulating material 110 in the partition member 1 by the outflow, and the heat insulating property (heat resistance) in the thickness direction is increased. By this, it is possible to prevent another single battery 200 from being out of the normal state when one single battery 200 becomes out of the normal state.
  • the upper limit value of the surface average temperature assumed when the single battery 200 in contact with or in proximity to the partition member 1 does not deviate from the normal state is usually 80.degree.
  • the boiling point of the general-purpose electrolyte solution component is 90 ° C. or more as shown in Table 1 below.
  • General-purpose electrolyte solution components are, for example, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC).
  • EC ethylene carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • the heat transfer in the thickness direction is promoted by the contained liquid.
  • the heat transfer resistance of the partition member 1 is lower than that of the conventional product, so that the temperature equalization between the cells 200 in the battery assembly 100 is successful. The effect of reducing the deterioration of the single battery 200 due to unevenness can be expected.
  • Example 1 Vermiculite paper (height 50 mm, width 50 mm, thickness 2 mm, density 0.85 g / cm 3 , porous material containing vermiculite (powdery inorganic material) and glass fiber (fibrous inorganic material) was prepared as the heat insulating material 110 .
  • the heater temperature was raised to 80 ° C., and when the heater temperature reached 80 ° C., heating at that temperature was continued for 30 minutes.
  • the thickness (referred to as "film thickness") of the heat insulating material (partition member) was measured, and the film thickness at compression was determined to be 1.8 mm.
  • the room temperature thermal conductivity k L of the heat insulating material was determined from the temperature at each position at the end of heating, the heat conduction resistance from the heater to the heat insulating material, and the thickness of the heat insulating material when compressed according to the following equation.
  • k L ( ⁇ T1 ⁇ L) / ( ⁇ T2 ⁇ R) k L : Thermal conductivity of heat insulating material [W / (m ⁇ K)]
  • ⁇ T1 temperature difference [K] between the high temperature side surface and the low temperature side surface of the heat insulating plate
  • L Film thickness at the time of compression of the heat insulating material [m]
  • R Heat conduction resistance from the heater to the heat insulating material 6.8 ⁇ 10 -3 [m 2 ⁇ K / W]
  • the thermal conductivity k L was 0.08 W / (m ⁇ K) 30 minutes after the heater reached 80 ° C.
  • the temperature of the heater was raised to 600 ° C., and after the temperature of the heater reached 600 ° C., heating at that temperature was continued for 1 hour.
  • the film thickness of the heat insulating material (partition member) was measured, and the film thickness at compression was determined to be 1.9 mm. From the temperature at each position at the end of heating, the heat conduction resistance from the heater to the heat insulating material, and the film thickness at the time of compression of the heat insulating material, the thermal conductivity k H of the heat insulating material was determined according to the following equation.
  • k H ( ⁇ T 3 / R ⁇ q) ⁇ L / ⁇ T 4 (Expression)
  • k H Thermal conductivity of thermal insulation material [W / (m ⁇ K)]
  • ⁇ T3 temperature difference [K] between the high temperature side surface and the low temperature side surface of the heat insulating plate
  • a ⁇ T4 Temperature difference [K] between the high temperature side and the low temperature side of the heat insulating material
  • L Thickness (film thickness) at the time of compression of the heat insulating material [m]
  • R Heat conduction resistance from the heater to the heat insulating material 1.65 ⁇ 10 -4 [m 2 ⁇ K / W]
  • q Heat loss due to convection and radiation from each brass plate and heat insulating material 1.35 ⁇ 10 4 [W / m 2 ]
  • the surface on the high temperature side and the surface on the low temperature side in the above equation indicate the surface near the heater and the opposite surface, respectively.
  • the thermal conductivity k H after one hour after the heater reached 600 ° C. was 0.08 W / (m ⁇ K).
  • Example 2 Using a heat insulating sheet (density 0.95 g / cm 3 , porous body containing wollastonite (powdery inorganic substance) and rock wool (fibrous inorganic substance)) having a thickness of 2 mm instead of the vermiculite paper in Example 1 The same experiment as in Example 1 was performed.
  • the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.8 mm
  • the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.9 mm.
  • Example 3 Instead of vermiculite paper in Example 1, calcium silicate paper (density 0.38 g / cm 3 , porous body containing calcium silicate (powdery inorganic substance) and rock wool (fibrous inorganic substance)) having a thickness of 1 mm 2
  • Example 3 the film thickness at compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.9 mm, and the film thickness at compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.7 mm.
  • Example 4 Example 1 using a stack of two sheets of calcium silicate paper (density 0.25 g / cm 3 , a porous body containing calcium silicate and rock wool) having a thickness of 1 mm instead of the vermiculite paper in Example 1. The same experiment was performed.
  • the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.7 mm
  • the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.6 mm.
  • Example 1 The same experiment as in Example 1 except that four sheets of glass fiber paper (porous body with a density of 0.22 g / cm 3 ) containing 0.6 mm thick vermiculite were used instead of the vermiculite paper in Example 1 Did.
  • the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.4 mm
  • the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.6 mm.
  • Example 2 The same experiment as in Example 1 using a stack of three sheets of rock wool paper (porous body with a density of 1.16 g / cm 3 ) containing vermiculite having a thickness of 0.9 mm instead of the vermiculite paper in Example 1 Did.
  • the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 2.0 mm
  • the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 2.0 mm.
  • Example 3 The same experiment as in Example 1 was performed using a stack of four glass fiber papers (porous bodies with a density of 0.125 g / cm 3 ) having a thickness of 0.6 mm instead of the vermiculite paper in Example 1.
  • the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.4 mm
  • the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.4 mm.
  • Example 4 In place of the vermiculite paper in Example 1, vermiculite powder (containing no fibrous inorganic substance) was used. The vermiculite powder alone has poor formability and is likely to lose its shape, so an aluminum laminate film (including polyethylene (inner), aluminum, polyethylene terephthalate (outer) including 0.15 mm thick) containing vermiculite powder (thickness 2 mm) The same experiment as in Example 1 was performed using a density of 0.6 g / cm 3 ). In the comparative example 4, the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.7 mm, and the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.8 mm.
  • Example 5 The same experiment as in Example 1 was performed using a 1.8 mm thick vermiculite paper (density 1.56 g / cm 3 , a porous body containing vermiculite and glass fibers) instead of the vermiculite paper in Example 1.
  • the film thickness at the time of compression in normal temperature thermal conductivity measurement was 1.8 mm
  • the film thickness at the time of compression in high temperature thermal conductivity measurement was 1.8 mm.
  • Table 2 shows the relationship between the thermal conductivity and the density of the heat insulating material used in each of the partition members obtained by the experiments according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 described above. From the experimental results, the partition member of the present invention which is used in combination with the powdery inorganic substance and the fibrous inorganic substance has a high temperature thermal conductivity lower than that of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 and has better thermal insulation at high temperatures. I understand that.
  • the partition member according to the present invention is a comparative example 1 using a heat insulating material having a density of 0.22 g / cm 3 as a partition member, and a heat insulator having a density of 1.16 g / cm 3 It can be seen that the thermal conductivity is particularly low at high temperature and shows better thermal insulation at high temperatures than each of Comparative Example 2 used as a member and Comparative Example 5 used a partition member with a heat insulating material having a density of 1.56 cm 3. .

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Abstract

単電池間又は単電池と単電池以外の部材とを仕切る仕切り部材であって、粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、その密度が０．２３～１．１０ｇ／ｃｍ３である断熱材を含む仕切り部材による。

Description

仕切り部材及び組電池
　本発明は、仕切り部材及び組電池に関する。
　近年、車両等の電源としての使用が急増している二次電池について、車両等の限られた空間に搭載する際の自由度を向上させる目的や、一度の充電に対して走行可能な航続距離を伸ばす等の目的から、二次電池の高エネルギー密度化の検討が進められている。一方、二次電池の安全性はエネルギー密度とは相反する傾向にあり、高エネルギー密度を有する二次電池となるほど安全性は低下する傾向にある。例えば、航続距離が数百ｋｍに及ぶような電気自動車に搭載される二次電池では、過充電や内部短絡等により二次電池が損傷した場合の電池表面温度が数百℃を超え、１０００℃近くに及ぶ場合もある。
　車両等の電源に使用される二次電池は一般に複数の単電池から成る組電池として用いられるため、組電池を構成する単電池の一つが損傷して上記のような温度域に到達した場合、その発熱により隣接する単電池が損傷を受け、連鎖的に組電池全体に損傷が拡がるおそれがある。このような単電池間の損傷の連鎖を防ぐため、単電池間に仕切り部材を設け、損傷した単電池を冷却する技術や単電池間に断熱材を仕切り部材として設ける技術が種々提案されている。
　例えば、異常に発熱した電池を冷却するために、膜状多孔質体と冷却性液体とを封入した冷却容器と二次電池とを接触配置した冷却器付き電池がある（例えば、特許文献１）。また、蓄電素子の間に熱硬化性樹脂で形成されたスペーサと温度上昇に応じて溶融可能な材料で形成された母材とを有した仕切り部材を配置してなる蓄電素子がある（例えば、特許文献２）。一方、単電池間を仕切る仕切り部材に無機物の断熱材を用いたものが開示されている（例えば、特許文献３）。
特開２０１３－１３１４２８号公報 特開２０１０－９７６９３号公報 米国特許第６１４６７８３号明細書
　上記従来技術に関して、特許文献１に記載の冷却容器は、二次電池が異常な高温となったときに開口し、冷却性液体を放出して冷却を行う構造を有する。また、特許文献２に記載の仕切り部材は溶融可能な母材の溶解熱によって蓄電素子からの熱を吸収する構造を有する。しかし、冷却性液体または母材の吸熱による冷却が不十分な場合に、膜状多孔質体または熱硬化性樹脂が断熱材として機能し、異常な高温となった二次電池からの熱を断熱するのが好ましい。ところが、従来技術では、膜状多孔質体または熱硬化性樹脂の耐熱性及び断熱性について十分な検討はなされていない。
　特許文献３では仕切り部材として無機物を用いることで断熱性と柔軟性を向上させることが記載されている。しかしながら、本発明者の検討によれば、無機物の種類によっては成形性が悪くなる場合、圧縮変形しやすい場合、また、常温では断熱性に優れていたとしても、高温時になると断熱性が低下してしまう場合があることがわかった。
　特に、従来技術では、以下の点が何ら考慮されていない。すなわち、組電池を構成する複数の二次電池は、例えば、厚み方向に並べられ、厚み方向に圧力がかけられた状態で筐体に収められる場合がある。この場合、二次電池間に挟まれる仕切り部材や、二次電池と二次電池以外の部材との間に配置される仕切り部材にも圧力がかかる状態となる。また、二次電池は、充放電や高温となることで膨張することが知られており、二次電池の膨張による圧力も仕切り部材にかかる。このような仕切り部材が圧力を受ける環境であっても、仕切り部材が好適な耐熱性及び断熱性を維持できることが望ましい。
　本発明は、圧力を受ける環境であっても所望の耐熱性及び断熱性を維持可能な仕切り部材及び組電池を提供することを目的とする。
［１］単電池間又は単電池と単電池以外の部材とを仕切る仕切り部材であって、粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、その密度が０．２３～１．１０ｇ／ｃｍ３である断熱材を含む仕切り部材。
［２］前記断熱材が多孔質体である、［１］に記載の仕切り部材。
［３］前記粉末状無機物がシリカ粒子、アルミナ粒子、ケイ酸カルシウム及びバーミキュライトから選ばれる少なくとも一つである、［１］又は［２］に記載の仕切り部材。
［４］前記繊維状無機物がガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維及び生体溶解性無機繊維から選ばれる少なくとも一つである、［１］乃至［３］のいずれか一つに記載の仕切り部材。
［５］複数の単電池と、［１］乃至［４］のいずれか一つに記載の仕切り部材とを含む組電池。
　本発明によれば、圧力を受ける環境であっても所望の耐熱性及び断熱性を維持することができる仕切り部材、及びこれを用いた組電池が提供される。
図１は、本発明の仕切り部材の構成例を示す。 図２は、図１に示した仕切り部材をＡ－Ａ線で切断した場合の断面図である。 図３は、単電池の一例を示すである。 図４は、図３に示した単電池の正面図である。 図５は、図３に示した単電池の側面図である。 図６は、組電池の一例を示す上面図である。 図７は、図６に示した組電池の側面を、手前側の側板を外した状態で模式的に示す側面図である。
　以下、本発明について説明する。以下の図面に示す実施形態の説明は例示であり、本発明は図面に示された構成に限定されない。
＜仕切り部材＞
　本発明の仕切り部材は、単電池間又は単電池と単電池以外の部材とを仕切る仕切り部材であって、粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、その密度が０．２３～１．１０ｇ／ｃｍ３である断熱材を含むことを特徴とする。また、この断熱材は多孔質体であり、液体を保持可能なものであることが好ましい。更に、この仕切り部材は上記の特徴を有する断熱材を含むものであれば、断熱材のみからなるものであっても構わないが、その好ましい実施形態は、断熱材が外装体に収容されているものである。
　仕切り部材が上記の断熱材を含むことで、仕切り部材にかかる圧力によって断熱材が耐熱性及び断熱性を大きく低下させたり喪失したりすることを回避することができる。すなわち、二次電池からの熱を受ける仕切り部材の断熱材が所望の耐熱性及び断熱性を維持することで、他の二次電池などへの熱移動を遮断することが可能となる。
　図１は、本発明の仕切り部材の構成例を示す。図１には仕切り部材１の正面図が図示されている。図２は、図１に示した仕切り部材をＡ－Ａ線に沿って切断した場合の右側面側の断面を示す。
　図１及び図２の例において、仕切り部材１は、高さ方向（Ｈ）、幅方向（Ｗ）及び厚み方向（Ｄ）を有する平板状、或いはシート状の全体形状を有する。仕切り部材１は、厚み方向（Ｄ）と厚み方向（Ｄ）に直交する面方向（Ｐ）とを有する。面方向（Ｐ）は、上記した高さ方向（Ｈ）及び幅方向（Ｄ）と、高さ方向（Ｈ）及び幅方向（Ｄ）の間にある複数の斜め方向とを含む。
　仕切り部材１は、その厚み方向（Ｄ）において、組電池を構成する単電池間、又は単電池と単電池以外の部材とを仕切るために使用される。仕切り部材１は、断熱材１１０を含み、好ましくは、液体を保持可能な断熱材１１０を収容する外装体１２０を含む。
〔断熱材〕
　断熱材１１０は、粉末状無機物及び繊維状無機物を含む。本発明において、「繊維状無機物」は長径が短径の１００倍以上の形状を有する無機物を意味し、「粉末状無機物」は長径が短径の１００倍未満の形状を有する無機物を意味する。なお、特に繊維状である場合には「長径」は繊維長を意味し、「短径」は長径方向に対して直行する断面の径を意味する。
　仕切り部材に用いる断熱材が粉末状無機物のみで構成されていると、断熱材の成形性が悪く、形状を維持しにくいため、バインダー等を用いて固める必要がある。このような仕切り部材が圧力を受ける環境下に置かれて圧縮した場合、その形状維持が困難となり、引いては耐熱性が悪化してしまう。
　一方、仕切り部材に用いる断熱材が繊維状無機物のみで構成されていると、断熱材を構成する繊維の隙間の空気層により断熱性は高まる傾向にあるが、高温時には熱放射の影響を受けて断熱性が低下してしまう。また、仕切り部材が圧力を受ける環境下に置かれて圧縮した場合、圧縮変形しやすくなる問題点もある。
　本発明の仕切り部材に用いる断熱材は粉末状無機物と繊維状無機物を組み合わせて用いることにより上記の点が解決されものである。
　繊維状無機物は、例えば、紙、コットンシート、ポリイミド繊維、アラミド繊維、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）繊維、ガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維及び生体溶解性無機繊維からなる群から選ばれる少なくとも一つであることが好ましく、これらの中でもガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維及び生体溶解性無機繊維から選ばれる少なくとも一つであることが特に好ましい。セラミック繊維は、主としてシリカとアルミナからなる繊維（シリカ：アルミナ＝４０：６０～０：１００）であり、具体的には、シリカ・アルミナ繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維を用いることができる。
　また、粉末状無機物は、例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、ケイ酸カルシウム、粘土鉱物、バーミキュライト、マイカ、セメント、パーライト、フュームドシリカ及びエアロゲルからなる群から選ばれる少なくとも一つであることが好ましく、これらの中でもシリカ粒子、アルミナ粒子、ケイ酸カルシウム及びバーミキュライトから選ばれる少なくとも一つであることが特に好ましい。ケイ酸カルシウムの種類の中では、ゾノトライト、トバモライト、ワラストナイト、ジャイロライトが好ましく、特に好ましいのはジャイロライトである。花弁状構造を持つジャイロライトは圧縮変形した際にも多孔質構造を保つため、保液性に優れる。粘土鉱物は主としてケイ酸マグネシウム（タルク、セピオライトを含む）、モンモリナイト、カオリナイトである。
　繊維状無機物と粉末状無機物を含む断熱材としては公知のものから所定の密度を満足するものを選択して用いることができる。例えば、特開２００３－２０２０９９号公報に記載されたものから選択して用いることができる。
　断熱材の密度は、軽量であること、及び高温下においても断熱性を維持することを目的として、その密度が０．２３～１．１０ｇ／ｃｍ３のものを用いる。断熱材の密度が、上記下限値以上であると、内部空隙に空気層を多く有するため、断熱性及び保液性の観点から好ましく、一方、上記上限値以下であると、圧縮時の変形量が小さくなるという観点から好ましい。また、断熱材の密度は、これらの観点から、好ましくは０．３５ｇ／ｃｍ３以上であり、より好ましくは０．５５ｇ／ｃｍ３以上であり、一方、好ましくは１．０５ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは１．００ｇ／ｃｍ３以下である。
　なお、断熱材１１０の全体が多孔質体で形成されていることが好ましい。以下の説明では、断熱材１１０全体が多孔質体で形成され、液体は多孔質体が有する空洞内に保持される。断熱材１１０は、圧力に対応できるように弾性を有するのが好ましい。但し、弾性を有しない場合もあり得る。
〔液体〕
　多孔質体に液体を保持させる場合、用いる液体としては、常圧における沸点が８０℃以上２５０℃以下の液体が好ましく、常圧における沸点が１００℃以上１５０℃以下の液体がさらに好ましい。用いる液体の具体例としては、水の他、例えば、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類、炭化水素類、フッ素系化合物及びシリコーン系オイルからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。これらは一種のみでも、二種以上の混合物として用いることもできる。液体は、不凍性を付与する物質（不凍剤）、防腐剤、ｐＨ調整剤などの添加物を含んでもよい。不凍性の付与により、凍結に伴う膨張により外装体が破損するのを回避し得る。また、ｐＨ調整剤の添加によって、粉末状無機物から溶出する成分等によって液体のｐＨが変化し、粉末状無機物、外装体、液体（水）自体が変質する可能性を低減できる。水に含めるものはこれに限られず、必要に応じて追加することができる。
〔外装体〕
　外装体１２０は、液体及び断熱材１１０を密封状態で収容する。外装体１２０としては、例えば、樹脂や金属製のフィルムやシートを適用することができる。例えば、金属と樹脂とを積層したフィルムやシートを用いて液体を保持した断熱材をラミネートするのが高い耐熱性及び強度を得る上で好ましい。上記ラミネートに用いる、金属と樹脂との積層構造を有するラミネート体として、樹脂層、金属層、樹脂シーラント層を含む３層以上のラミネート体を適用するのが好ましい。金属は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、錫箔、ニッケル箔、ステンレス箔、鉛箔、錫鉛合金箔、青銅箔、銀箔、イリジウム箔及び燐青銅箔などである。特に、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔であるのが好ましく、アルミニウム箔であるのがさらに好ましい。金属は、上記列記した例示から少なくとも一つ選択されるのが好ましい。
　また、樹脂として、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の少なくとも一方を用いることができる。もっとも、熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、アクリル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、アラミド等が挙げられる。特に、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも一つが好ましい。
　外装体１２０の厚みは特に限定されないが、例えば５μｍ～２００μｍである。上記の積層体の場合、金属箔を３μｍ～５０μｍ、樹脂層を２μｍ～１５０μｍとできる。これにより、金属箔の耐熱性及び低水蒸気透過性を発揮させるとともに、樹脂により密封性を向上させることができる。
　また、外装体１２０は、二つの外装体の周縁部を熱融着や接着等により環状に接合することによって、断熱材１１０が外装体１２０内に密封（封止）される。或いは、一つの外装体を折り曲げて周縁部を熱融着や接着等により接合し、液体及び断熱材１１０を密封（封止）してもよい。外装体１２０は、可撓性（弾性）を有するのが好ましいが、可撓性を有しない場合もあり得る。
　図１に示す例では、外装体１２０には、その周縁部を封止する封止部１２０ａが設けられ、断熱材１１０は、封止部１２０ａによる密閉により外装体１２０に形成された内部空間１１１に収容される。図１に示す例では、内部空間１１１において、封止部１２０ａと断熱材１１０との間に隙間１２０ｂが設けられている。換言すれば、内部空間１１１は、仕切り部材１の正面の平面視において、外装体１２０と断熱材１１０とが重なる第１の領域Ｓ１と、外装体１２０と断熱材１１０とが重ならない第２の領域Ｓ２とを含む。但し、隙間１２０ｂは必ずしも必要ではない。隙間１２０ｂは、そこに流体（気体及び液体）が存在しない場合に外装体１２０の内面同士が接触した状態となっていてもよい。なお、本発明において、内部空間１１１の容積は、内部空間１１１の面積と断熱材１１０の厚みの積として定義される。また、断熱材の配置は必ずしも内部空間の中央である必要はなく、また、外装体に対して必ずしも平行である必要はない。
＜組電池＞
　次に、仕切り部材１が適用される組電池について説明する。組電池は、例えば、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：　ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：　ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ－ｉｎ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：　ＰＨＥＶ）、電動重機、電動バイク、電動アシスト自転車、船舶、航空機、電車、無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ：　ＵＰＳ）、家庭用蓄電システム、風力／太陽光／潮力／地熱等の再生可能エネルギーを利用した電力系統安定化用蓄電池システム等に搭載される電池パックに適用される。但し、組電池は、上述のＥＶ等以外の機器に電力を供給する電力源としても使用し得る。
〔単電池〕
　図３は組電池を構成する単電池の一例を示す平面図であり、図４は図３に示した単電池の正面図であり、図５は、単電池の右側面図である。単電池２００は、高さ方向（Ｈ）、幅方向（Ｗ）、厚み方向（Ｄ）を有する直方体状に形成されており、その上面に端子２１０、端子２２０が設けられている。単電池２００は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備えるリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池以外に、リチウムイオン全固体電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の二次電池を適用し得る。
〔組電池〕
　図６は、複数の単電池２００を用いて形成された組電池１００の上面図を示し、図７は、図６に示した組電池１００から側板３００ｄを取り外した状態を模式的に示す側面図である。図６及び図７において、組電池１００は、筐体３００と筐体３００内に収容された複数の単電池２００とを含む。筐体３００は、底板３００ｅと、底板３００ｅの外周に沿って立設された側板３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び３００ｄとを有する。図６及び図７では、一例として５個の単電池２００が例示されているが、単電池の数は適宜選択可能である。
　筐体３００内において、複数の単電池２００は厚み方向に並べられ、単電池２００間には、上述した仕切り部材１が配置されている。仕切り部材１を介して隣り合う（対向する）単電池２００の正極端子（例えば端子２１０）と負極端子（例えば端子２２０）とがバスバー３０１によって電気的に直列に接続されることにより、組電池１００は、所定の電力を出力する。図７に示されるように、組電池１００は、筐体３００の底板３００ｅの上面と各単電池２００との間に、仕切り部材１Ａが配置されている。仕切り部材１Ａは仕切り部材１と同様の構成を有する。
＜組電池における発熱及び熱移動＞
　単電池２００を構成する電極や電解液等を構成する化学物質の一部ないし全てが、単電池２００内部で発熱を伴いながら分解反応を起こすことにより、単電池２００の温度が上昇し、単電池２００の一部ないし全領域が２００℃以上になる場合がある。本発明において、この状態を「異常発熱状態」という。
　一般に、単電池２００を構成する材料のうち正極材料の安全性について、充電による脱リチウム後の結晶構造の安定性が大きく影響していることが知られている。正極材料として一般に用いられるＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５）Ｏ２等の材料は、充電状態では高温下で、酸素放出を伴う結晶崩壊を起こす。正極から放出された酸素は電解液の酸化等を引き起こし、急激な発熱反応を伴う。放射光を用いた構造解析により、上記正極材料種では２００℃付近で結晶の相転移が起こることが報告されている。このため、単電池２００の一部ないし全領域が２００℃以上になる場合、正極の結晶崩壊が進行している、つまり単電池２００が熱暴走状態にあることを意味する（参考文献１：リチウムイオン電池の高安全技術と材料　シーエムシー出版、Ｐ．４４／参考文献２：Ｊ．Ｄａｈｎ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，　９，　２５３４－２５４０　（２００７）／参考文献３：小林弘典、「放射光を用いたリチウムイオン二次電池用正極材料の評価・解析技術」Ｓｐｒｉｎｇ－８利用推進協議会　ガラス・セラミックス研究会（第二回）（２０１１））。
　また、単電池２００を構成する材料のうち負極材料の安全性について、充電負極（リチウム挿入炭素負極）は基本的にリチウム金属と同様の強い還元性を示し、電解液との反応で負極表面上に被膜が形成され、それによってさらなる反応が抑制されていることが知られている。従って、その保護被膜の化学的組成や構造、熱安定性が温度上昇時の充電負極の熱安定性に多大な影響を与える。通常、充電負極と電解液との反応は、保護被膜の形成と、それに続く被膜破壊による爆発的な還元分解反応により説明される。一般に、負極上での保護被膜形成反応は１３０℃付近から、引き続く被膜分解反応が２００℃付近で進行し、最終的に爆発的還元分解反応に至ることが報告されている。このため、単電池２００の一部ないし全領域が２００℃以上になる場合、負極表面の被膜破壊が進行している、つまり単電池２００が熱暴走状態にあることを意味する（参考文献４：電池ハンドブック第１版　オーム社、Ｐ．５９１／参考文献５：リチウムイオン電池の高安全技術・評価技術の最前線　シーエムシー出版、Ｐ．９０）。
　また、本発明において、単電池２００を構成する電極や電解液等を構成する化学物質が、単電池２００内部で一定以上の発熱速度を伴う分解反応を起こしていない状態を、「通常状態」という。ここで、反応性化学物質が断熱条件下で自己発熱分解する際の熱的挙動を定量的に測定する手段であるＡＲＣ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）を用いて、単電池２００の発熱状態を評価することができる。例えばＤａｈｎらは、ＡＲＣにおいて観測される発熱速度が０．０４℃／ｍｉｎを上回る場合に、セル内部で自己発熱反応が進行しているものと定義しており、これに倣うことができる（参考文献６：Ｊ．Ｄａｈｎ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，　４９，　４５９９－４６０４　（２００４））。また、本発明において、通常状態の単電池２００を、「通常状態を保持している単電池」、通常状態を逸脱し異常発熱状態に至っていない単電池２００を、「通常状態を逸脱した単電池」という。単電池２００内部での発熱は、各種伝達経路を介して、他の単電池２００に伝達される。例えば、単電池２００内部での発熱は、仕切り部材１を介して、他の単電池２００に伝達することができる。
　例えば、仕切り部材１に接触又は近接する単電池２００が通常状態を逸脱し、異常発熱状態に至っていない場合に想定される表面平均温度の上限値が１８０℃とする。ここで、汎用セパレータ材がポリエチレンやポリプロピレン製である場合、そのメルトダウン温度は１６０～２００℃であることが知られている。このため、単電池２００の表面平均温度が１８０℃を超える場合には、単電池２００を構成する汎用セパレータ材の一部がメルトダウンし、異常発熱状態に至るおそれがある。
　仕切り部材１の、組電池１００を構成する単電池２００間を仕切る厚み方向の二面のうちの一方の平均温度が１００℃を超えない範囲では、仕切り部材１は、組電池１００中の単電池２００（例えば単電池２００ａ）からの熱をその厚み方向に伝達し、単電池２００ａに仕切り部材１を介して対向する他の単電池２００（単電池２００ｂ）や単電池２００以外の部材（例えば底板３００ｅ）へ伝達することができる。これに対し、平均温度が１００℃を超える場合には、熱により仕切り部材１が開口して内包された液体が気相状態又は液相状態で外部に流出する。この流出によって仕切り部材１内の断熱材１１０に空気（断熱作用を有する）が入り、厚み方向の断熱性（熱抵抗）を増加させる。これによって、或る単電池２００が通常状態を逸脱した状態になることを契機に他の単電池２００が通常状態を逸脱した状態となるのを回避することができる。
　仕切り部材１に接触又は近接する単電池２００が通常状態を逸脱していない場合に想定される表面平均温度の上限値は通常８０℃である。ここで、汎用電解液成分の沸点は、下記表１に示すように９０℃以上である。汎用電解液成分は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）である。単電池２００の表面平均温度が８０℃より低い場合は、単電池２００を構成する汎用電解液自体の沸騰には至らない。仕切り部材１の、組電池を構成する単電池間を仕切る厚み方向の二面の双方の平均温度が８０℃よりも低い場合は、内包された液体により厚み方向への熱移動が促進される。組電池１００を構成する全ての単電池２００が通常状態である場合、仕切り部材１の熱移動抵抗が従来品より低いため、組電池１００内の単電池２００間の均温化に奏功し、温度ムラによる単電池２００の劣化を軽減する効果が期待できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１）
　断熱材１１０として、バーミキュライト紙（高さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、密度０．８５ｇ／ｃｍ３、バーミキュライト（粉末状無機物）とガラス繊維（繊維状無機物）を含む多孔質体）を用意した。
（１）常温熱伝導率測定
　上記した断熱材を用いて、ヒーター、真鍮板、断熱板Ａ（ミスミ社、型式：ＨＩＰＨＡ、厚さ１０ｍｍ）、真鍮板、多孔質体、真鍮板、断熱板Ａ、真鍮板、断熱板Ｂ（ミスミ社、型式：ＨＩＰＨＡ、厚さ４０ｍｍ）の順番ではさんで各部材を密着させ、前述の断熱材を仕切り部材として用いた。断熱板Ｂの上側から油圧プレス機ＨＹＰ５０５Ｈ（日本オートマチックマシン社製）を用いて荷重が３７５ｋｇとなるように調整した（１５ｋｇｆ／ｃｍ２に相当する）。
　上記荷重のかかった状態で、ヒーター温度を８０℃まで上昇させ、ヒーターの温度が８０℃に到達後、その温度での加熱を３０分間継続した。加熱終了後に断熱材（仕切り部材）の厚み（「膜厚」と称する）を測定し、圧縮時の膜厚を１．８ｍｍと求めた。加熱終了時における各位置の温度と、ヒーターから断熱材までの熱伝導抵抗、断熱材の圧縮時の膜厚から、断熱材の常温熱伝導率ｋＬを以下の式に従い求めた。
　ｋＬ＝ （ΔＴ１×Ｌ）／（ΔＴ２×Ｒ）
　　ｋＬ：断熱材の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
　　ΔＴ１：断熱板Ａの高温側の面と低温側の面の温度差［Ｋ］
　　ΔＴ２：断熱材高温側の面と低温側の面の温度差［Ｋ］
　　Ｌ：断熱材の圧縮時の膜厚［ｍ］
　　Ｒ：ヒーターから断熱材までの熱伝導抵抗　６．８×１０－３［ｍ２・Ｋ／Ｗ］
　ヒーターが８０℃に到達後３０分経過後の熱伝導率ｋＬは０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）となった。
（２）高温熱伝導率測定
　上記した常温熱伝導率測定に用いたものと同様の断熱材を用いて、下から順に、ヒーター、真鍮板（同じものを２枚重ねて使用）、断熱材、真鍮板、断熱板Ａ、真鍮板、断熱板Ｂの順番で重ねて各部材を密着させ、前述の断熱材を仕切り部材として用いた。断熱板Ｂの上側から油圧プレス機を用いて荷重が３７５ｋｇとなるように調整した（１５ｋｇｆ／ｃｍ２に相当する）。
　上記荷重のかかった状態で、ヒーターの温度６００℃まで上昇させ、ヒーターの温度が６００℃に到達後、その温度での加熱を１時間継続した。加熱終了後に断熱材（仕切り部材）の膜厚を測定し、圧縮時の膜厚を１．９ｍｍと求めた。加熱終了時における各位置の温度と、ヒーターから断熱材までの熱伝導抵抗、断熱材の圧縮時の膜厚から、断熱材の熱伝導率ｋＨを以下の式に従い求めた。
　ｋＨ＝（ΔＴ３／Ｒ－ｑ）×Ｌ／ΔＴ４・・・（式）
　ｋＨ：断熱材の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
　ΔＴ３：断熱板Ａの高温側の面と低温側の面の温度差［Ｋ］
　ΔＴ４：断熱材の高温側の面と低温側の面の温度差［Ｋ］
　Ｌ：断熱材の圧縮時の厚み（膜厚）［ｍ］
　Ｒ：ヒーターから断熱材までの熱伝導抵抗　１．６５×１０－４［ｍ２・Ｋ／Ｗ］
　ｑ：各真鍮板、断熱材からの対流・放射による熱損失　１．３５×１０４［Ｗ／ｍ２ ］
　上記式における、高温側の面及び低温側の面は、ヒーターに近い側の面及びその逆面をそれぞれ示す。ヒーターが６００℃に到達後１時間経過後の熱伝導率ｋＨは０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）となった。
（実施例２）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み２ｍｍの断熱シート（密度０．９５ｇ／ｃｍ３、ワラストナイト（粉末状無機物）とロックウール（繊維状無機物）とを含む多孔質体）を用いて実施例１と同じ実験を行った。実施例２において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．８ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．９ｍｍであった。
（実施例３）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み１ｍｍのケイ酸カルシウム紙（密度０．３８ｇ／ｃｍ３、ケイ酸カルシウム（粉末状無機物）とロックウール（繊維状無機物）を含む多孔質体）を２枚重ねたものを用いて実施例１と同じ実験を行った。実施例３において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．９ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．７ｍｍであった。
（実施例４）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み１ｍｍのケイ酸カルシウム紙（密度０．２５ｇ／ｃｍ３、ケイ酸カルシウムとロックウールを含む多孔質体）を２枚重ねたものを用いて実施例１と同じ実験を行った。実施例４において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．７ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．６ｍｍであった。
（比較例１）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み０．６ｍｍのバーミキュライトを含んだガラス繊維紙（密度０．２２ｇ／ｃｍ３の多孔質体）を４枚重ねたものを用いて実施例１と同じ実験を行った。比較例１において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．４ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．６ｍｍであった。
（比較例２）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み０．９ｍｍのバーミキュライトを含んだロックウール紙（密度１．１６ｇ／ｃｍ３の多孔質体）を３枚重ねたものを用いて実施例１と同じ実験を行った。比較例２において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は２．０ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は２．０ｍｍであった。
（比較例３）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み０．６ｍｍのガラス繊維紙（密度０．１２５ｇ／ｃｍ３の多孔質体）を４枚重ねたものを用いて実施例１と同じ実験を行った。比較例３において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．４ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．４ｍｍであった。
（比較例４）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、バーミキュライト粉末（繊維状無機物を含まないもの）を用いた。バーミキュライト粉末単体では成形性が悪く形状が崩れやすいためアルミラミネートフィルム（ポリエチレン（内側）、アルミニウム、ポリエチレンテレフタレート（外側）を含む。厚み０．１５ｍｍ）内にバーミキュライト粉末を内包させたもの（厚み２ｍｍ、密度０．６ｇ／ｃｍ３）を用いて実施例１と同じ実験を行った。比較例４において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．７ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．８ｍｍであった。
（比較例５）
　実施例１におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み１．８ｍｍのバーミキュライト紙（密度１．５６ｇ／ｃｍ３、バーミキュライトとガラス繊維を含む多孔質体）を用いて実施例１と同じ実験を行った。比較例５において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．８ｍｍ、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は１．８ｍｍであった。
　実施例１～４、比較例１～５に係る密度及び熱伝導率を以下の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、上述した実施例１～４、比較例１～５に係る実験により得られた仕切り部材について、それぞれで用いた断熱材の密度と、熱伝導率との関係を示す。実験の結果から、粉末状無機物及び繊維状無機物組み合わせて用いた本発明の仕切り部材は、比較例３及び比較例４よりも高温熱伝導率の値が低く、高温においてより良好な断熱性を有することがわかる。また、実験結果から、本発明の仕切り部材に該当するものは、密度が０．２２ｇ／ｃｍ３の断熱材を仕切り部材とした比較例１、密度が１．１６ｇ／ｃｍ３の断熱材を仕切り部材とした比較例２、及び密度が１．５６ｃｍ３の断熱材を仕切り部材とした比較例５のそれぞれよりも、特に高温熱伝導率が低く、高温においてより優れた断熱性を示すことがわかる。これより、粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、かつ０．２３ｇ／ｃｍ３以上、かつ１．１０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する多孔質体を断熱材１１０に適用することで、圧力を受ける環境に置かれても、二次電池の通常状態を逸脱した状態の温度に対して好適な耐熱性及び断熱性を示す断熱材１１０を得ることができる。
　なお、上述した構成は、発明の目的を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることができる。
１　　　　　仕切り部材
１００　　　組電池
１１０　　　断熱材
１２０　　　外装体
２００　　　単電池
３００　　　筐体
 

Claims (5)

  1. 　単電池間又は単電池と単電池以外の部材とを仕切る仕切り部材であって、
    　粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、その密度が０．２３～１．１０ｇ／ｃｍ３である断熱材を含む仕切り部材。
  2. 　前記断熱材が多孔質体である、請求項１に記載の仕切り部材。
  3. 　前記粉末状無機物がシリカ粒子、アルミナ粒子、ケイ酸カルシウム及びバーミキュライトから選ばれる少なくとも一つである、請求項１又は２に記載の仕切り部材。
  4. 　前記繊維状無機物がガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維及び生体溶解性無機繊維から選ばれる少なくとも一つである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の仕切り部材。
  5. 　複数の単電池と、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の仕切り部材とを含む組電池。
     
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