CN111386627A - 分隔构件和电池组 - Google Patents

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Abstract

一种分隔构件，其为用于分隔单电池之间或用于分隔单电池与除单电池以外的构件的分隔构件，所述分隔构件包含绝热材料，所述绝热材料包含粉末状无机物和纤维状无机物、且其密度为0.23～1.10g/cm3。

Description

分隔构件和电池组
技术领域
本发明涉及分隔构件和电池组。
近年来，对于用作车辆等的电源的急剧增加的二次电池，出于改善搭载于车辆等的有限空间时的自由度的目的、延长每次充电能行驶的续航距离等目的，正在研究二次电池的高能量密度化。另一方面，二次电池的安全性存在与能量密度相反的倾向，存在越成为具有高能量密度的二次电池，安全性越降低的倾向。例如，在将二次电池搭载于续航距离达到几百km那样的电动汽车上的情况下，二次电池由于过充电、内部短路等而受到损伤时的电池表面温度超过几百℃，也有时会达到接近于1000℃。
车辆等的电源中使用的二次电池通常以由多个单电池构成的电池组的形式使用，因此，构成电池组的单电池之一损伤而达到上述的温度区域的情况下，由于其放热而相邻的单电池受到损伤，有损伤连锁地扩大至电池组整体的担心。为了防止这样的单电池间的连锁损伤，提出了各种在单电池间设置分隔构件、将损伤后的单电池冷却的技术、在单电池间设置绝热材料作为分隔构件的技术。
例如，为了将异常放热后的电池冷却，有一种带有冷却器的电池，其是将封入了膜状多孔体和冷却性液体的冷却容器与二次电池接触配置而得到的(例如专利文献1)。另外，有一种蓄电元件，其是在蓄电元件之间配置具有由热固化树脂形成的间隔物、和由能根据温度上升而熔融的材料形成的母材的分隔构件而成的(例如专利文献2)。另一方面，公开了如下方案：用于分隔单电池之间的分隔构件中使用有无机物的绝热材料(例如专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-131428号公报
专利文献2：日本特开2010-97693号公报
专利文献3：美国专利第6146783号说明书
发明内容
发明要解决的问题
关于上述现有技术，专利文献1中记载的冷却容器具有在二次电池成为异常的高温时开口而释放冷却性液体进行冷却的结构。另外，专利文献2中记载的分隔构件具有通过能熔融的母材的熔解热而吸收来自蓄电元件的热的结构。然而，在基于冷却性液体或母材吸热的冷却不充分的情况下，优选膜状多孔体或热固化树脂作为绝热材料发挥功能，以断绝来自成为异常高温的二次电池的热。然而，现有技术中，关于膜状多孔体或热固化树脂的耐热性和绝热性，未进行充分的研究。
专利文献3中记载了如下内容：通过使用无机物作为分隔构件，从而改善绝热性和柔软性。然而，根据本发明人的研究，可知存在如下情况：根据无机物的种类而成型性变差的情况，容易压缩变形的情况，另外即使在常温下绝热性优异，成为高温时绝热性也会降低的情况。
特别是，现有技术中，完全未考虑以下方面。即，构成电池组的多个二次电池例如存在沿厚度方向排列并且以在厚度方向上施加了压力的状态被收纳于壳体的情况。在该情况下，成为如下状态：还会对夹持在二次电池间的分隔构件、配置在二次电池与除二次电池以外的构件之间的分隔构件施加压力。另外，已知二次电池会因充放电、高温而膨胀，二次电池的膨胀所产生的压力也施加到分隔构件。期望这样的分隔构件在受到压力的环境下，分隔构件也可以维持适合的耐热性和绝热性。
本发明的目的在于，提供：即使为受到压力的环境也能维持期望的耐热性和绝热性的分隔构件和电池组。
用于解决问题的方案
[1]一种分隔构件，其为用于分隔单电池之间或用于分隔单电池与除单电池以外的构件的分隔构件，
所述分隔构件包含绝热材料，所述绝热材料包含粉末状无机物和纤维状无机物、且其密度为0.23～1.10g/cm3。
[2]根据[1]所述的分隔构件，其中，前述绝热材料为多孔体。
[3]根据[1]或[2]所述的分隔构件，其中，前述粉末状无机物为选自二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、硅酸钙和蛭石中的至少一者。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的分隔构件，其中，前述纤维状无机物为选自玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维和生物体溶解性无机纤维中的至少一者。
[5]一种电池组，其包含：多个单电池；和，[1]至[4]中任一项所述的分隔构件。
发明的效果
根据本发明，提供：即使为受到压力的环境也可以维持期望的耐热性和绝热性的分隔构件、和使用其的电池组。
附图说明
图1示出本发明的分隔构件的构成例。
图2为将图1所示的分隔构件沿A-A线切断时的剖视图。
图3示出单电池的一例。
图4为图3所示的单电池的主视图。
图5为图3所示的单电池的侧视图。
图6为示出电池组的一例的俯视图。
图7为在拆下了近前侧的侧板的状态下示意性示出图6所示的电池组的侧面的侧视图。
具体实施方式
以下，对本发明进行说明。以下的附图所示的实施方式的说明为示例，本发明不限定于附图所示的构成。
＜分隔构件＞
本发明的分隔构件的特征在于，其为用于分隔单电池之间或用于分隔单电池与除单电池以外的构件的分隔构件，所述分隔构件包含绝热材料，所述绝热材料包含粉末状无机物和纤维状无机物、其密度为0.23～1.10g/cm3。另外，优选该绝热材料为多孔体，能保持液体。进而，该分隔构件只要包含具有上述特征的绝热材料即可，可以仅由绝热材料构成，其优选的实施方式为绝热材料被收纳于外饰体而得到者。
通过分隔构件包含上述绝热材料，可以避免由于施加到分隔构件的压力而导致绝热材料显著降低或损失耐热性和绝热性。即，受到来自二次电池的热的分隔构件的绝热材料维持期望的耐热性和绝热性，因此，可以阻断对其他二次电池等的热移动。
图1示出本发明的分隔构件的构成例。图1中图示分隔构件1的主视图。图2示出将图1所示的分隔构件沿A-A线切断时的右侧面侧的截面。
图1和图2的例子中，分隔构件1具备具有高度方向(H)、宽度方向(W)和厚度方向(D)的平板状、或者片状的整体形状。分隔构件1具有厚度方向(D)、和与厚度方向(D)正交的面方向(P)。面方向(P)包含：上述高度方向(H)和宽度方向(D)；和，位于高度方向(H)和宽度方向(D)之间的多个倾斜方向。
分隔构件1在其厚度方向(D)上用于分隔构成电池组的单电池之间、或用于分隔单电池与除单电池以外的构件。分隔构件1包含绝热材料110，优选包含收纳能保持液体的绝热材料110的外饰体120。
〔绝热材料〕
绝热材料110包含粉末状无机物和纤维状无机物。本发明中，“纤维状无机物”是指，具有长径为短径的100倍以上的形状的无机物，“粉末状无机物”是指，具有长径低于短径的100倍的形状的无机物。需要说明的是，特别是为纤维状的情况下，“长径”是指纤维长，“短径”是指，相对于长径方向垂直的截面的直径。
分隔构件中使用的绝热材料仅由粉末状无机物构成时，绝热材料的成型性差，不易维持形状，因此，需要使用粘结剂等来固定。这样的分隔构件被置于受到压力的环境下而压缩了的情况下，其形状维持变困难，进而耐热性会恶化。
另一方面，分隔构件中使用的绝热材料仅由纤维状无机物构成时，有通过构成绝热材料的纤维的间隙的空气层而提高绝热性的倾向，但高温时受到热辐射的影响而绝热性会降低。另外，分隔构件被置于受到压力的环境下而压缩了的情况下，还存在变得容易压缩变形的问题。
本发明的分隔构件中使用的绝热材料通过将粉末状无机物与纤维状无机物组合而使用，从而可以解决上述问题。
纤维状无机物例如优选为选自由纸、棉片、聚酰亚胺纤维、芳族聚酰胺纤维、聚四氟乙烯(PTFE)纤维、玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维和生物体溶解性无机纤维组成的组中的中的至少一者，其中，特别优选选自玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维和生物体溶解性无机纤维中的至少一者。陶瓷纤维主要由二氧化硅和氧化铝形成的纤维(二氧化硅：氧化铝＝40：60～0：100)，具体而言，可以使用二氧化硅/氧化铝纤维、富铝红柱石纤维、氧化铝纤维。
另外，粉末状无机物例如优选为选自由二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、硅酸钙、粘土矿物、蛭石、云母、水泥、珍珠岩、气相二氧化硅和气凝胶组成的组中的中的至少一者，其中，特别优选选自二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、硅酸钙和蛭石中的至少一者。硅酸钙的种类中，优选硬硅钙石、雪硅钙石、硅灰石、白硅钙石，特别优选的是，白硅钙石。具有花瓣状结构的白硅钙石进行压缩变形时也保持多孔结构，因此，保液性优异。粘土矿物主要为硅酸镁(包含滑石、海泡石)、蒙脱石、高岭石。
作为包含纤维状无机物和粉末状无机物的绝热材料，可以从公知者中选择满足规定的密度者而使用。例如可以从日本特开2003-202099号公报中记载者选择而使用。
对于绝热材料的密度，出于轻量以及在高温下也维持绝热性的目的，使用其密度为0.23～1.10g/cm3者。绝热材料的密度如果为上述下限值以上，则内部孔隙中具有大量的空气层，因此，从绝热性和保液性的观点出发，优选，另一方面，如果为上述上限值以下，则从压缩时的变形量变小的观点出发，优选。另外，从这些观点出发，绝热材料的密度优选0.35g/cm3以上、更优选0.55g/cm3以上，另一方面，优选1.05g/cm3以下、更优选1.00g/cm3以下。
需要说明的是，优选绝热材料110的整体由多孔体形成。以下的说明中，绝热材料110整体由多孔体形成，且液体被保持于多孔体所具有的空腔内。绝热材料110优选以能应对压力的方式具有弹性。但也可以存在不具有弹性的情况。
〔液体〕
使液体保持于多孔体的情况下，作为使用的液体，优选常压下的沸点为80℃以上且250℃以下的液体，进一步优选常压下的沸点为100℃以上且150℃以下的液体。作为使用的液体的具体例，除水之外，优选还包含例如选自由醇类、酯类、醚类、酮类、烃类、氟系化合物和有机硅系油组成的组中的至少一者。它们可以仅使用一种，也可以以二种以上的混合物的形式使用。液体可以包含用于赋予防冻性的物质(防冻剂)、防腐剂、pH调节剂等添加物。通过赋予防冻性，能避免外饰体由于伴有冷冻的膨胀而破损。另外，通过添加pH调节剂，可以减少由于从粉末状无机物溶出的成分等而使液体的pH变化、使粉末状无机物、外饰体、液体(水)本身变质的可能性。水中所含的物质不限定于此，可以根据需要追加。
〔外饰体〕
外饰体120用于将液体和绝热材料110以密封状态收纳。作为外饰体120，例如可以应用树脂、金属制的薄膜、片。例如，在得到高的耐热性和强度的方面，优选使用层叠有金属与树脂的薄膜、片，层压保持有液体的绝热材料。作为上述层压中使用的、具有金属与树脂的层叠结构的层压体，优选应用包含树脂层、金属层、树脂密封剂层的3层以上的层压体。金属例如为铝箔、铜箔、锡箔、镍箔、不锈钢箔、铅箔、锡铅合金箔、青铜箔、银箔、铱箔和磷青铜箔等。特别优选铝箔、铜箔、镍箔，进一步优选铝箔。金属优选选择上述列举的示例中的至少一者。
另外，作为树脂，可以使用热固化树脂和热塑性树脂中的至少一者。最优选使用热塑性树脂。作为树脂，例如可以举出聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、亚克力、环氧树脂、聚氨酯、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、芳族聚酰胺等。特别优选选自聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一者。
外饰体120的厚度没有特别限定，例如为5μm～200μm。上述层叠体的情况下，可以使金属箔为3μm～50μm、树脂层为2μm～150μm。由此，可以发挥金属箔的耐热性和低水蒸气透过性，且通过树脂可以改善密封性。
另外，对于外饰体120，通过热熔接、粘接等将2个外饰体的周缘部接合为环状，从而绝热材料110被密封(密封)于外饰体120内。或者，也可以将一个外饰体弯折并通过热熔接、粘接等接合周缘部，将液体和绝热材料110密封(密封)。外饰体120优选具有挠性(弹性)，但也可以存在不具有挠性的情况。
图1所示的例子中，在外饰体120上，设有密封其周缘部的密封部120a，绝热材料110通过基于密封部120a的密闭而被收纳在形成于外饰体120的内部空间111中。图1所示的例子中，在内部空间111中，在密封部120a与绝热材料110之间设有间隙120b。换言之，内部空间111在分隔构件1的正面的俯视下包含：外饰体120与绝热材料110重叠的第1区域S1；和，外饰体120与绝热材料110不重叠的第2区域S2。但未必需要间隙120b。间隙120b其中不存在流体(气体和液体)的情况下，也可以成为外饰体120的内表面彼此接触的状态。需要说明的是，本发明中，内部空间111的容积以内部空间111的面积与绝热材料110的厚度之积定义。另外，绝热材料的配置未必需要为内部空间的中央，另外，相对于外饰体未必需要为平行。
＜电池组＞
接着，对应用分隔构件1的电池组进行说明。电池组例如适用于在电动汽车(Electric Vehicle、EV)、混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle、HEV)、插电式混合动力电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)、电动重机、电动摩托车、电动助力自行车、船舶、航空器、电气列车、不间断电源(Uninterruptible Power Supply、UPS)、家用电力存储系统、利用了风能/太阳能/潮汐能/地热等可再生能源的电力系统稳定化用蓄电池系统等中搭载的电池组。其中，电池组还可以作为用于向上述EV等之外的设备供电的电源使用。
〔单电池〕
图3为示出构成电池组的单电池的一例的俯视图，图4为图3所示的单电池的主视图，图5为单电池的右侧视图。单电池200形成为具有高度方向(H)、宽度方向(W)、厚度方向(D)的长方体状，在其上表面设有端子210、端子220。单电池200例如是具备能够吸储/释放锂离子的正极和负极、以及电解质的锂离子二次电池。除锂离子二次电池之外，可以适用锂离子全固体电池、镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池等二次电池。
〔电池组〕
图6示出用多个单电池200而形成的电池组100的俯视图，图7为示意性示出从图6所示的电池组100拆下侧板300d的状态的侧视图。图6和图7中，电池组100包含：壳体300；和，收纳于壳体300内的多个单电池200。壳体300具有：底板300e；和，沿着底板300e的外周而立设的侧板300a、300b、300c和300d。图6和图7中，作为一例，示例了5个单电池200，但可以适宜选择单电池的数量。
在壳体300内，多个单电池200沿厚度方向排列，在单电池200之间配置有上述分隔构件1。隔着分隔构件1相邻的(对置的)单电池200的正极端子(例如端子210)与负极端子(例如端子220)通过母线301以电的方式串联地连接，从而电池组100输出规定的电力。如图7所示那样，电池组100中，在壳体300的底板300e的上表面与各单电池200之间配置有分隔构件1A。分隔构件1A具有与分隔构件1同样的构成。
＜电池组中的放热和热移动＞
构成单电池200的电极、构成电解液等的化学物质的一部分和/或全部在单电池200内部边伴有放热边引起分解反应，从而单电池200的温度上升，单电池200的一部分和/或全部区域有时成为200℃以上。本发明中，将该状态称为“异常放热状态”。
通常，已知充电所产生的脱锂后的晶体结构的稳定性对于构成单电池200的材料中的正极材料的安全性有较大影响。通常用作正极材料的LiCoO2、Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2等材料在充电状态时、在高温下会致使晶体崩解且伴有氧释放。从正极释放的氧引起电解液的氧化等，伴有急剧的放热反应。根据利用了辐射光的结构解析，在上述正极材料物质中，报道了在200℃附近引起晶体的相变。因此，单电池200的一部分和/或全部区域成为200℃以上的情况下，意味着正在进行正极的晶体崩解，亦即，单电池200处于热失控状态(参考文献1：锂离子电池的高安全技术与材料CMC出版、P.44/参考文献2：J.Dahnetal.，ElectrochemistryCommunication，9，2534-2540(2007)/参考文献3：小林弘典、“利用了辐射光的锂离子二次电池用正极材料的评价·解析技术”Spring-8利用推进协会玻璃·陶瓷研究会(第二次)(2011))。
另外，关于构成单电池200的材料中的负极材料的安全性，已知的是，充电负极(锂嵌入碳负极)基本上体现出与锂金属同样的强还原性，通过与电解液的反应在负极表面上形成覆膜，由此，进一步的反应被抑制。因此，该保护覆膜的化学组成、结构、热稳定性对温度上升时的充电负极的热稳定性带来很大影响。通常，充电负极与电解液的反应通过保护覆膜的形成、和紧接着其的覆膜破坏所产生的爆发性的还原分解反应来说明。报道了，通常负极上的保护覆膜形成反应从130℃附近起进行，接下来的覆膜分解反应在200℃附近进行，最终达到爆发性的还原分解反应。因此，单电池200的一部分和/或全部区域成为200℃以上的情况下，意味着正在进行负极表面的覆膜破坏，亦即，单电池200处于热失控状态(参考文献4：电池手册第1版Ohmsha,Ltd.、P.591/参考文献5：锂离子电池的高安全技术/评价技术的最前线CMC出版、P.90)。
另外，本发明中，将构成单电池200的电极、构成电解液的化学物质在单电池200内部不引起伴有一定以上的放热速度的分解反应的状态称为“通常状态”。此处，利用定量地测定反应性化学物质在绝热条件下发生自放热分解时的热行为的手段即ARC(加速量热仪(Acceleratingratecalorimetry))，可以评价单电池200的放热状态。例如Dahn等人将ARC中观测的放热速度高于0.04℃/分钟的情况下，定义为在电池单元内部正在进行自放热反应，可以依据其(参考文献6：J.Dahnetal.，ElectrochimicaActa，49，4599-4604(2004))。另外，本发明中，将通常状态的单电池200称为“保持通常状态的单电池”、脱离通常状态而未达到异常放热状态的单电池200称为“脱离了通常状态的单电池”。单电池200内部中的放热借助各种传递路径被传递至其他单电池200。例如，单电池200内部中的放热可以借助分隔构件1被传递至其他单电池200。
例如，与分隔构件1接触或邻近的单电池200脱离通常状态且未达到异常放热状态时所设想的表面平均温度的上限值设为180℃。此处，通用分隔件材料为聚乙烯、聚丙烯制的情况下，已知其熔化温度为160～200℃。因此，单电池200的表面平均温度超过180℃的情况下，构成单电池200的通用分隔件材料的一部分熔化，有达到异常放热状态的担心。
分隔构件1的、用于分隔构成电池组100的单电池200之间的厚度方向的二面中的一者的平均温度不超过100℃的范围内，分隔构件1可以将来自电池组100中的单电池200(例如单电池200a)的热沿其厚度方向传递，可以向隔着分隔构件1与单电池200a对置的其他单电池200(单电池200b)、除单电池200以外的构件(例如底板300e)传递。与此相对，平均温度超过100℃的情况下，通过热而分隔构件1开口，所内包的液体以气相状态或液相状态向外部流出。通过该流出，空气(具有绝热作用)进入到分隔构件1内的绝热材料110，增加厚度方向的绝热性(热阻)。由此，以某个单电池200成为脱离了通常状态的状态为契机，可以避免其他单电池200成为脱离了通常状态的状态。
与分隔构件1接触或邻近的单电池200未脱离通常状态时所设想的表面平均温度的上限值通常为80℃。此处，通用电解液成分的沸点如下述表1所示为90℃以上。通用电解液成分例如为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)。单电池200的表面平均温度低于80℃的情况下，达不到构成单电池200的通用电解液本身的沸腾。分隔构件1的、用于分隔构成电池组的单电池之间的厚度方向的二面这两者的平均温度低于80℃的情况下，通过所内包的液体而促进对厚度方向的热移动。构成电池组100的全部单电池200为通常状态的情况下，分隔构件1的热移动阻力低于现有品，因此，有利于电池组100内的单电池200之间的均温化，可以期待减轻温度不均所导致的单电池200的劣化的效果。
[表1]
EC DMC EMC DEC
密度 g/ml 1.385 1.063 1.007 0.970
分子量 g/mol 88.06 90.08 104.11 118.13
沸点 ℃ 238 90 108 127
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
作为绝热材料110，准备蛭石纸(高度50mm、宽度50mm、厚度2mm、密度0.85g/cm3、包含蛭石(粉末状无机物)和玻璃纤维(纤维状无机物)的多孔体)。
(1)常温热导率测定
使用上述绝热材料，以加热器、黄铜板、绝热板A(MISUMI Group Inc.、型号：HIPHA、厚度10mm)、黄铜板、多孔体、黄铜板、绝热板A、黄铜板、绝热板B(MISUMI GroupInc.、型号：HIPHA、厚度40mm)的顺序夹持并使各构件密合，使用前述绝热材料作为分隔构件。从绝热板B的上侧，用油压加压机HYP505H(Japan Automatic Machine Co.，LTD.制)以载荷成为375kg的方式进行调整(相当于15kgf/cm2)。
在施加了上述载荷的状态下，使加热器温度上升至80℃，加热器的温度达到80℃后，持续该温度下的加热30分钟。加热结束后，测定绝热材料(分隔构件)的厚度(也称为“膜厚”)，求出压缩时的膜厚为1.8mm。由加热结束时的各位置的温度、从加热器至绝热材料的导热热阻、和绝热材料的压缩时的膜厚，根据以下的式子求出绝热材料的常温热导率kL。
kL＝(ΔT1×L)/(ΔT2×R)
kL：绝热材料的热导率[W/(m·K)]
ΔT1：绝热板A的高温侧的面与低温侧的面的温度差[K]
ΔT2：绝热材料高温侧的面与低温侧的面的温度差[K]
L：绝热材料压缩时的膜厚[m]
R：从加热器至绝热材料的导热热阻6.8×10-3[m2·K/W]
加热器达到80℃后经过30分钟后的热导率kL成为0.08W/(m·K)。
(2)高温热导率测定
使用与上述常温热导率测定中使用者同样的绝热材料，从下方依次重叠加热器、黄铜板(重叠相同者2张而使用)、绝热材料、黄铜板、绝热板A、黄铜板、绝热板B，使各构件密合，使用前述绝热材料作为分隔构件。从绝热板B的上侧，用油压加压机，以载荷成为375kg的方式进行调整(相当于15kgf/cm2)。
在施加了上述载荷的状态下，使加热器的温度上升至600℃，加热器的温度达到600℃后，持续在该温度下的加热1小时。加热结束后，测定绝热材料(分隔构件)的膜厚，求出压缩时的膜厚为1.9mm。由加热结束时的各位置的温度、从加热器至绝热材料的导热热阻、和绝热材料的压缩时的膜厚，根据以下的式子，求出绝热材料的热导率kH。
kH＝(ΔT3/R-q)×L/ΔT4···(式)
kH：绝热材料的热导率[W/(m·K)]
ΔT3：绝热板A的高温侧的面与低温侧的面的温度差[K]
ΔT4：绝热材料的高温侧的面与低温侧的面的温度差[K]
L：绝热材料的压缩时的厚度(膜厚)[m]
R：从加热器至绝热材料的导热热阻1.65×10-4[m2·K/W]
q：来自各黄铜板、绝热材料的对流·放射所导致的热损失1.35×104[W/m2]
上述式中的、高温侧的面和低温侧的面分别表示接近于加热器的一侧的面和其反面。加热器达到600℃后经过1小时后的热导率kH成为0.08W/(m·K)。
(实施例2)
使用厚度2mm的绝热片(密度0.95g/cm3、包含硅灰石(粉末状无机物)和岩棉(纤维状无机物)的多孔体)代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。实施例2中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.8mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.9mm。
(实施例3)
使用重叠了2张厚度1mm的硅酸钙纸(密度0.38g/cm3、包含硅酸钙(粉末状无机物)和岩棉(纤维状无机物)的多孔体)者代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。实施例3中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.9mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.7mm。
(实施例4)
使用重叠了2张厚度1mm的硅酸钙纸(密度0.25g/cm3、包含硅酸钙和岩棉的多孔体)者代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。实施例4中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.7mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.6mm。
(比较例1)
使用重叠了4张厚度0.6mm的包含蛭石的玻璃纤维纸(密度0.22g/cm3的多孔体)者代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。比较例1中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.4mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.6mm。
(比较例2)
使用重叠了3张厚度0.9mm的包含蛭石的岩棉纸(密度1.16g/cm3的多孔体)者代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。比较例2中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为2.0mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为2.0mm。
(比较例3)
使用重叠了4张厚度0.6mm的玻璃纤维纸(密度0.125g/cm3的多孔体)者代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。比较例3中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.4mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.4mm。
(比较例4)
使用蛭石粉末(不含纤维状无机物)代替实施例1中的蛭石纸。蛭石粉末单独的情况下，成型性差，形状容易崩解，因此，使用在铝层压薄膜(包含聚乙烯(内侧)、铝、聚对苯二甲酸乙二醇酯(外侧)。厚度0.15mm)内内包有蛭石粉末者(厚度2mm、密度0.6g/cm3)，进行与实施例1相同的实验。比较例4中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.7mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.8mm。
(比较例5)
使用厚度1.8mm的蛭石纸(密度1.56g/cm3、包含蛭石和玻璃纤维的多孔体)代替实施例1中的蛭石纸，进行与实施例1相同的实验。比较例5中，常温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.8mm、高温热导率测定中的压缩时的膜厚为1.8mm。
将实施例1～4、比较例1～5的密度和热导率示于以下的表2。
[表2]
Figure BDA0002508898110000161
表2示出对于通过上述实施例1～4、比较例1～5的实验得到的分隔构件、各自中使用的绝热材料的密度与热导率的关系。由实验的结果可知，组合粉末状无机物和纤维状无机物而使用的本发明的分隔构件与比较例3和比较例4相比，高温热导率的值低，在高温下具有更良好的绝热性。另外，由实验结果可知，属于本发明的分隔构件分别与使密度为0.22g/cm3的绝热材料为分隔构件的比较例1、使密度为1.16g/cm3的绝热材料为分隔构件的比较例2、和使密度为1.56cm3的绝热材料为分隔构件的比较例5相比，特别是高温热导率低，在高温下体现更优异的绝热性。由此，通过将包含粉末状无机物和纤维状无机物、且具有0.23g/cm3以上且1.10g/cm3以下的密度的多孔体用于绝热材料110，从而即使置于受到压力的环境，也可以得到对脱离了二次电池的通常状态的状态的温度体现适合的耐热性和绝热性的绝热材料110。
需要说明的是，上述构成在不脱离发明的目的的范围内可以适宜组合。
附图标记说明
1 分隔构件
100 电池组
110 绝热材料
120 外饰体
200 单电池
300 壳体

Claims (5)

1.一种分隔构件，其为用于分隔单电池之间或用于分隔单电池与除单电池以外的构件的分隔构件，
所述分隔构件包含绝热材料，所述绝热材料包含粉末状无机物和纤维状无机物、且其密度为0.23～1.10g/cm3。
2.根据权利要求1所述的分隔构件，其中，所述绝热材料为多孔体。
3.根据权利要求1或2所述的分隔构件，其中，所述粉末状无机物为选自二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、硅酸钙和蛭石中的至少一者。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分隔构件，其中，所述纤维状无机物为选自玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维和生物体溶解性无机纤维中的至少一者。
5.一种电池组，其包含：多个单电池；和，权利要求1至4中任一项所述的分隔构件。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7157013B2 (ja) * 2019-07-03 2022-10-19 三菱製紙株式会社 熱暴走抑制耐火シート
CN113381098A (zh) 2020-02-21 2021-09-10 比亚迪股份有限公司 电池序列、电池包及电动车
JP7009534B2 (ja) * 2020-03-12 2022-01-25 住友理工株式会社 バッテリーパック用断熱材およびバッテリーパック
WO2022024085A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 3M Innovative Properties Company Battery cell thermal runaway barrier
DE102021005097A1 (de) * 2021-10-12 2023-04-13 Mercedes-Benz Group AG Trennwandbaugruppe für ein Batteriegehäuse, Batterie und Fahrzeug
DE102021132072A1 (de) * 2021-12-06 2023-06-07 Carl Freudenberg Kg Energiespeichersystem
US20230291061A1 (en) * 2022-03-08 2023-09-14 Cuberg, Inc. Battery assemblies comprising lithium-metal electrochemical cells and pressure-applying structures
WO2024048707A1 (ja) * 2022-08-31 2024-03-07 三菱ケミカル株式会社 仕切部材と組電池及びその製造方法
WO2024059682A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-21 Cabot Corporation Aerogel composition for thermal insulation

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001220258A (ja) * 2000-02-09 2001-08-14 Toshiba Monofrax Co Ltd 耐火断熱材
JP2003202099A (ja) * 1992-01-09 2003-07-18 Ibiden Co Ltd 断熱材組成物
JP2003266572A (ja) * 2002-03-20 2003-09-24 Nichias Corp 防音断熱材およびその製造方法
CN103043998A (zh) * 2011-10-11 2013-04-17 旭化成化学株式会社 绝热材料及其制造方法
JP2013131428A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Panasonic Corp 冷却部付き電池
CN103339323A (zh) * 2011-03-30 2013-10-02 霓佳斯株式会社 无机纤维质纸及其制造方法和设备
JP2014035043A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Panasonic Corp 断熱材
WO2015029381A1 (ja) * 2013-09-02 2015-03-05 ニチアス株式会社 無機多孔質体を用いた吸熱材

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19721348A1 (de) 1997-05-22 1998-11-26 Varta Batterie Mehrzelliger Akkumulator
JP5240963B2 (ja) * 2003-10-01 2013-07-17 日産自動車株式会社 組電池
US20070292751A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-20 Jing-Yih Cherng Battery Apparatus with Heat Absorbing Body
JP5326480B2 (ja) 2008-10-14 2013-10-30 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置
EP2273162B1 (de) * 2009-07-06 2019-01-09 Carl Freudenberg KG Dichtungsrahmen zur Verwendung in einer Batterie
JP2011136859A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Asahi Fiber Glass Co Ltd 繊維系断熱材及びその製造方法
JP2011165390A (ja) 2010-02-05 2011-08-25 Panasonic Corp 電池ユニット
JP6695800B2 (ja) * 2013-08-30 2020-05-20 ゴゴロ インク 熱暴走緩和を伴う携帯式電気エネルギー蓄電装置
JP6506942B2 (ja) 2014-10-23 2019-04-24 日東電工株式会社 断熱材およびバッテリーカバー
WO2017051648A1 (ja) * 2015-09-24 2017-03-30 株式会社オートネットワーク技術研究所 冷却部材、及びこれを備えた蓄電モジュール
CN108604718B (zh) * 2016-03-14 2021-06-25 松下知识产权经营株式会社 复合片以及使用该复合片的电池组
JP6686828B2 (ja) * 2016-09-30 2020-04-22 株式会社オートネットワーク技術研究所 蓄電モジュール
KR20240042180A (ko) * 2017-03-17 2024-04-01 미쯔비시 케미컬 주식회사 구획 부재 및 조전지

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003202099A (ja) * 1992-01-09 2003-07-18 Ibiden Co Ltd 断熱材組成物
JP2001220258A (ja) * 2000-02-09 2001-08-14 Toshiba Monofrax Co Ltd 耐火断熱材
JP2003266572A (ja) * 2002-03-20 2003-09-24 Nichias Corp 防音断熱材およびその製造方法
CN103339323A (zh) * 2011-03-30 2013-10-02 霓佳斯株式会社 无机纤维质纸及其制造方法和设备
CN103043998A (zh) * 2011-10-11 2013-04-17 旭化成化学株式会社 绝热材料及其制造方法
JP2013131428A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Panasonic Corp 冷却部付き電池
JP2014035043A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Panasonic Corp 断熱材
WO2015029381A1 (ja) * 2013-09-02 2015-03-05 ニチアス株式会社 無機多孔質体を用いた吸熱材

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023110064A (ja) 2023-08-08
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