JP2013528911A - 電池セルならびに電池セルを収容する電池を保護する方法、および保護電池セルならびに電池セルを収容する保護電池 - Google Patents
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Abstract
電池セルまたは電池セルアセンブリー内もしくは電池内の少なくとも１つの電池セルを耐火性コーティングで覆うこと、あるいは電池セルアセンブリーまたは電池セルもしくはそのようなアセンブリーを収容する電池を耐火性コーティングで覆うことは、それらセル、アセンブリーおよび電池を保護するために、かつ火炎伝播を遅らせるために有効である。
Description
本発明は、セルおよびセルを収容する電池を保護するための方法に関する。本発明はまた、保護セルならびにセルを収容する保護電池、およびそのような保護セルならびに電池を製造するための方法に関する。
すべての再充電可能（二次）セルの中で、リチウム系セルを含む電池が最も高いエネルギー密度を実現することができる。様々なエネルギー密度、電力密度およびパッケージングのオプションでセルが利用可能である。しかしながら、これらセルは誤用すると火災の危険を生むことで知られているため、このエネルギー電池技術はかなりの犠牲を伴うことになる。
今日の電池は、リチウムポリマーパウチセルを用いて構成することができる。これらパウチセル同士は溶接されて、ブリック（ｂｒｉｃｋ）、アセンブリーまたはクアンタ（ｑｕａｎｔａ）とも称される物を形成する。クアンタはカプセル化され、その後、機械的および電気的に配列されて電池パックとなる。
最近では、リチウム系電池パックによって引き起こされる火災により、こうした電池の本質的な安全性および安全性試験に疑問が投げ掛けられている。現在、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長く、かつ安全な電池電力の代替物がない。
優れた電子機器およびパッケージング設計により、リチウム電池パックにおける火災の可能性を、妥当な水準にまで低減することはできる。しかしながら、最善の設計であっても、セルの火災は起こり得るし、起こる。多くの場合、単セルの火災は耐えられるが、単セルによって引き起こされる複数セルパックの火災がすぐに、消火が困難な高エネルギーの大火災となることがある。
一次電池（使い捨て）および二次電池（再充電可能）は、セルの大火災を引き起こす内部または外部の故障を起こす。この大火災は、セルからセルへ、また電池から電池へ急速に伝播することがわかっており、人命、設備および車両プラットホームを危険にさらす莫大な熱エネルギーを放出する。
したがって、上述の問題を実質的に引き起こさないリチウム系セルおよび電池が依然として必要とされている。特に、セルまたは電池の故障の可能性をなくし、または大幅に低減し、かつ故障までの時間が延長された、電力密度が高く高エネルギーの安全な電池システムが依然として必要とされている。
したがって、本発明の一目的は、新規の電池セルを提供することである。
本発明の別の目的は、故障し大火災を引き起こす傾向が低減された新規の電池セルを提供することである。
本発明の別の目的は、故障し大火災を引き起こす傾向が低減された新規のリチウム系電池セルを提供することである。
本発明の別の目的は、１以上のそのような電池セルを収容する新規の電池セルアセンブリーを提供することである。
本発明の別の目的は、１以上のリチウム系電池セルを収容する新規の電池セルアセンブリーを提供することである。
本発明の別の目的は、そのような電池セルまたは電池セルアセンブリーを１以上収容する新規の電池を提供することである。
本発明の別の目的は、リチウム系電池セルまたはリチウム系電池セルアセンブリーを１以上収容する新規の電池を提供することである。
本発明の別の目的は、そのような電池セルを作製する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、そのようなリチウム系電池セルを作製する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、そのような電池セルアセンブリーを作製する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、そのようなリチウム系電池セルアセンブリーを作製する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、そのような電池を作製する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、電池セルを保護する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、リチウム系電池セルを保護する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、電池セルアセンブリーを保護する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、リチウム系電池セルアセンブリーを保護する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、１以上の電池セルまたは１以上の電池セルアセンブリーを収容する電池を保護する新規の方法を提供することである。
本発明の別の目的は、１以上のリチウム系電池セルまたは１以上のリチウム系電池セルアセンブリーを収容する電池を保護する新規の方法を提供することである。
以下の詳細な説明の中で明らかとなるであろう、これらの、また他の目的は、電池セル、電池セルアセンブリーおよび／または１以上の電池セルもしくは１以上の電池セルアセンブリーを収容する電池を耐火性コーティングで覆うことが、それらセル、アセンブリーおよび電池を保護するために有効であるという本発明者らの発見によって実現された。
したがって、本発明は以下を提供する。
（１）リチウム系セルの外部の少なくとも一部が耐火性コーティングで覆われている電池セル。
（２）前記耐火性コーティングがアブレーティブ（ａｂｌａｔｉｖｅ）コーティングである（１）に記載の電池セル。
（３）前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである（１）に記載の電池セル。
（４）前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである（１）に記載の電池セル。
（５）（１）に記載の電池セルを少なくとも１つ含む電池セルアセンブリー。
（６）（１）に記載の電池セルを少なくとも１つ含む電池。
（７）（５）に記載の電池セルアセンブリーを少なくとも１つ含む電池。
（８）電池セルを作製する方法であって、前記方法は
前記電池セルの外部の少なくとも一部を耐火性コーティング覆うことを含む方法。
前記電池セルの外部の少なくとも一部を耐火性コーティング覆うことを含む方法。
（９）前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである（８）に記載の方法。
（１０）前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである（８）に記載の方法。
（１１）前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである（８）に記載の方法。
（１２）電池セルアセンブリーを作製する方法であって、前記方法は、
前記アセンブリーの外側の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。
前記アセンブリーの外側の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。
（１３）前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである（１２）に記載の方法。
（１４）前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである（１２）に記載の方法。
（１５）前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである（１２）に記載の方法。
（１６）少なくとも１つの電池セルまたは少なくとも１つの電池セルアセンブリーを収容する電池を作製する方法であって、前記方法は、
前記電池の外部の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。
前記電池の外部の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。
（１７）前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである（１６）に記載の方法。
（１８）前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである（１６）に記載の方法。
（１９）前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである（１６）に記載の方法。
（２０）前記電池セルが充電式二次電池セルである（８）に記載の方法。
（２１）前記電池セルが使い捨て一次電池セルである（８）に記載の方法。
（２２）前記コーティングが火炎伝播を遅らせる働きをする（８）に記載の方法。
（２３）前記コーティングが発火事象を知らせる働きをする（８）に記載の方法。
（２４）リチウム系電池セルである（１）に記載の電池セル。
（２５）前記電池セルがリチウム系電池セルである（８）に記載の方法。
したがって、本発明では、アブレーティブ、膨張性および／または吸熱性コーティングの適用によって、電池パック内において蔓延している事象の低減または排除が著しく改善されたセルまたはクアンタ（ｑｕａｎｔａ）（またはブリック（ｂｒｉｃｋ））または電池が提供される。
電池セル、アセンブリーおよびそのようなリチウム系セルを収容する電池の設計および製造は、当技術分野で公知であり、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第５版、Ｗｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、ＮＹ、ＮＹ、第３巻、４０７〜５６１ページ（２００４）およびＤａｖｉｄ Ｌｉｎｄｅｎ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ、ＩＳＢＮ ０−０７−０３７９２１−１に記載されており、これらは参照により本明細書中に援用される。
本発明の電池セルでは、外側の少なくとも一部が耐火性コーティングで覆われている。好ましくは、外側の実質的にすべてが、耐火性コーティングで覆われている。同様に、本アセンブリーおよび電池の外側の実質的にすべてが、耐火性コーティングで覆われていることが好ましい。外側の実質的にすべてという用語は、設置および／または適切機能、保守ならびに点検のためセル、アセンブリーまたは電池の電気的および／または機械的接続を許可するために覆ってはならない領域を除いた、外側のすべてを意味すると理解されたい。
耐火性コーティングは、アブレーティブコーティング、膨張性コーティングまたは吸熱性コーティングのいずれかでよい。アブレーティブコーティングの例として、極端な温度にさらされると冷却ガスを形成する熱活性材料が添加されている変性エポキシ結合剤、および高温で液膜を形成する活性賦形剤を含有するポリウレタン系コーティングが挙げられる。そのようなコーティングは市販されており、ＭＩＮＴＥＱ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．によってＦＩＲＥＸ（商標）２３７３、ＦＩＲＥＸ（商標）２３７６およびＦＩＲＥＸ（商標）２３９０３の名称で販売されている。
膨張材は、熱にさらした結果膨張し、したがって体積が増大し密度が減少する物質である。
吸熱性コーティングの例として、コンクリートおよび石こうが挙げられる。
コーティングは、噴霧、ディップコーティング、成型など任意の適切な技法によって適用することができる。
コーティングの厚さは、耐火性コーティングの種類（identity）および所望の保護度合いに依存することになる。一般的に言えば、コーティングの厚さは１〜２５ｍｍ、好ましくは１．５〜２０ｍｍ、より好ましくは２〜１５ｍｍの範囲に及ぶことになる。
アセンブリーの場合は、アセンブリー内の電池のうち１以上を覆うことができる。あるいは、アセンブリーの外側のみを覆うことができる。別の実施形態においては、アセンブリー内の電池のうち１以上を覆い、アセンブリーの外側も覆うことができる。
電池の場合は、電池内のセルまたはアセンブリーのうち１以上を覆うことができる。あるいは、電池の外側のみを覆うことができる。別の実施形態においては、電池内のセルまたはアセンブリーのうち１以上を覆い、電池の外側も覆うことができる。
本発明の一実施形態において、電池セルはリチウム系電池セルである。
本発明を説明するためであって本発明を限定することを意図しない例示的な諸実施形態についての以下の説明の過程で、本発明の他の特徴が明らかとなるであろう。
比較例１
第１の試験においては、ＭＡＰＰガストーチによって加熱した板上に直接セルを設置した。セルは２４秒ほどで炎を上げ、最高温度３２０℃に達した。
第１の試験においては、ＭＡＰＰガストーチによって加熱した板上に直接セルを設置した。セルは２４秒ほどで炎を上げ、最高温度３２０℃に達した。
例１
第２の試験においては、ＦＩＲＥＸでコーティングしたセルを金属板上に設置し、比較例１と同じ条件下で加熱した。そのセルは３分経っても発火しなかった。その代わりに、コーティングにより、熱によるセルへの損傷が防止され、発火後のセルの点検では、物理的損傷の兆候は何ら見られなかった。
第２の試験においては、ＦＩＲＥＸでコーティングしたセルを金属板上に設置し、比較例１と同じ条件下で加熱した。そのセルは３分経っても発火しなかった。その代わりに、コーティングにより、熱によるセルへの損傷が防止され、発火後のセルの点検では、物理的損傷の兆候は何ら見られなかった。
数値限定または範囲が本明細書中に記載されている場合、終点が含まれる。また、数値限定または範囲内のすべての値および部分範囲は、明確に記載されているかのように明白に含まれる。
本発明の数多くの変更形態および変形形態が上記教示を踏まえて可能であることは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本明細書中に具体的に記載されている場合以外で本発明を実施することができることを理解されたい。
上記のすべての特許および他の参考文献が、この参照によって同内容が詳細に記載されているかのように本明細書中に全体が援用される。
Claims (25)
- その外側の少なくとも一部が耐火性コーティングで覆われている電池セル。
- 前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである請求項１に記載の電池セル。
- 前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである、請求項１に記載の電池セル。
- 前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである、請求項１に記載の電池セル。
- 請求項１に記載の電池セルを少なくとも１つ含む電池セルアセンブリー。
- 請求項１に記載の電池セルを少なくとも１つ含む電池。
- 請求項５に記載の電池セルアセンブリーを少なくとも１つ含む電池。
- 電池セルを作製する方法であって、前記方法は、
前記電池セルの外側の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。 - 前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである請求項８に記載の方法。
- 前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである請求項８に記載の方法。
- 前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである請求項８に記載の方法。
- 電池セルアセンブリーを作製する方法であって、前記方法は、
前記アセンブリーの外側の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。 - 前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである請求項１２に記載の方法。
- 前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである請求項１２に記載の方法。
- 前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである請求項１２に記載の方法。
- 少なくとも１つの電池セルまたは少なくとも１つの電池セルアセンブリーを収容する電池を作製する方法であって、前記方法は、
前記電池の外側の少なくとも一部を耐火性コーティングで覆うことを含む方法。 - 前記耐火性コーティングがアブレーティブコーティングである請求項１６に記載の方法。
- 前記耐火性コーティングが膨張性コーティングである請求項１６に記載の方法。
- 前記耐火性コーティングが吸熱性コーティングである請求項１６に記載の方法。
- 前記電池セルが充電式二次電池セルである請求項８に記載の方法。
- 前記電池セルが使い捨て一次電池セルである請求項８に記載の方法。
- 前記コーティングが火炎伝播を遅らせる働きをする請求項８に記載の方法。
- 前記コーティングが発火事象を知らせる働きをする請求項８に記載の方法。
- リチウム系電池セルである請求項１に記載の電池セル。
- 前記電池セルがリチウム系電池セルである請求項８に記載の方法。
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