JP2018137065A

JP2018137065A - 熱伝導率可変材

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Publication number: JP2018137065A
Application number: JP2017029261A
Authority: JP
Inventors: カイオ田草川; Kaio Takusagawa; 友博川井; Tomohiro Kawai; 陽子安部; Yoko Abe
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Chemical Holdings Corp; MCPP Innovation LLC
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; MCPP Innovation LLC; Mitsubishi Chemical Group Corp
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: JP6912217B2

Abstract

【課題】異常発熱時のみならず通常使用時のセル発熱による電池性能の低下を抑制可能な熱伝導率可変材等を提供する。【解決手段】隣り合う２以上の蓄電素子（１１）の間に配置される熱伝導率可変材（２１）であって、熱硬化型エラストマー及び発泡剤を少なくとも含有する発泡性樹脂組成物の成形体を少なくとも備え、前記成形体は所定の温度以上で発泡し、その発泡前後で、前記蓄電素子（１１）間の熱伝導率を１／３以下に変化させるか又は前記蓄電素子（１１）間の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍＫ以上減少させることを特徴とする熱伝導率可変材。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の蓄電素子が並列配置された蓄電装置に配置される熱伝導率可変材に関する。

電気自動車やハイブリッド車といった電動車両の動力源として、小型且つ軽量でエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能なリチウムイオン二次電池の需要が高まっている。このような車載用途においては、複数のセル（蓄電素子／単電池）を一方向にスペーサを挟んで並列配置するとともに電気的に直列に接続した電池モジュール、及びこれを電気的に複数接続した電池パックが採用されている。そして近年では、電動車両の航続距離の増大等への要求が高まってきており、これに応じて電池モジュールのさらなるコンパクト化及び高エネルギー密度化が求められている。

リチウムイオン二次電池のセルは、充放電時において発熱することが知られているが、電池モジュールの高エネルギー密度化にともない、潜在的に発生し得る熱量が大きなものとなってきている。とりわけ、セルの熱暴走が生じた場合には、セル表面温度が２００℃以上に達することもある。そして、リチウムイオン二次電池のセルは、高温に曝されると電池寿命や高速充放電性能等が大きく劣化することから、いずれかの蓄電素子の温度が急激に上昇したとしても、隣り合って配置された他の蓄電素子にその熱が伝達されるのを抑制することが望まれている。

このようなセル間の伝熱抑制を行うものとして、例えば特許文献１には、蓄電素子の間に、未硬化状態の熱硬化性樹脂で形成された仕切り部材（スペーサ）を配置した蓄電装置が提案されている。また、特許文献２には、蓄電素子の間に、母材樹脂と前記蓄電素子の発熱に伴う温度上昇に応じて熱分解される発泡剤とを有する仕切り部材（スペーサ）を配置した蓄電装置が提案されている。

特開２０１０−０９７６９３号公報特開２０１０−１６５５９７号公報

特許文献１及び２の技術は、セル表面温度が２００℃以上に達するような異常発熱時において、隣接配置された他の蓄電素子に熱が伝達されるのを抑制する上では有効ではある。しかしながら、特許文献１及び２の技術では、仕切り部材が熱を吸収することで伝熱抑制を行うものであるため、外部への熱の伝達効率が低下し、特に通常使用時において各セルに熱がこもってしまうという問題がある。

すなわち、通常使用時には、例えば充放電にともないセル表面温度が５０〜１００℃程度の発熱が生じるが、このような通常使用時の発熱がスペーサ間に留まってしまい、セルに蓄熱する。そのため、特許文献１及び２に記載されたスペーサを用いると、これを使用しない場合に比して、通常使用時の各セルの温度上昇幅が大きくなってしまう。そして、リチウムイオン二次電池のセルがその性能を最大限に発揮できる適正な温度域は、現状−３０〜４５℃程度であることから、通常使用時に生じ得る５０〜１００℃程度の熱であっても、電池寿命や高速充放電性能等を低下させてしまう。この傾向は、電池モジュールのコンパクト化及び高エネルギー密度化にともない、さらに顕在化しつつある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものである。その目的は、セル表面温度が２００℃以上に達するような異常発熱時には隣接配置された他の蓄電素子に熱が伝達されるのを抑制するとともに、セル表面温度が５０〜１００℃程度の通常使用時の発熱については、外部へ熱伝導させることでセル温度の低下を促進させることで、電池性能の低下を抑制した新規な熱伝導率可変材を提供することにある。

なお、ここでいう目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本発明の他の目的として位置づけることができる。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、発泡前後で蓄電素子間の熱伝導率を劇的に変化させる熱伝導率可変材を用いることで、異常発熱時のみならず通常使用時のセル発熱による電池性能の低下が抑制可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下に示す種々の具体的態様を提供する。

［１］隣り合う２以上の蓄電素子の間に配置される熱伝導率可変材であって、熱硬化型エラストマー及び発泡剤を少なくとも含有する発泡性樹脂組成物の成形体を少なくとも備え、前記成形体は所定の温度以上で発泡し、その発泡前後で、前記蓄電素子間の熱伝導率を１／３以下に変化させることを特徴とする熱伝導率可変材。
［２］隣り合う２以上の蓄電素子の間に配置される熱伝導率可変材であって、熱硬化型エラストマー及び発泡剤を少なくとも含有する発泡性樹脂組成物の成形体を少なくとも備え、前記成形体は所定の温度以上で発泡し、その発泡前後で、前記蓄電素子間の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍＫ以上減少させることを特徴とする熱伝導率可変材。
［３］前記熱硬化型エラストマー、及び前記発泡剤を少なくとも含有する第１発泡性樹脂組成物の成形体Ａと、前記熱硬化型エラストマー、前記発泡剤及び熱伝導性フィラーを少なくとも含有する第２発泡性樹脂組成物の成形体Ｂとを少なくとも備え、前記成形体Ａ及び前記成形体Ｂが積層されてなる［１］又は［２］に記載の熱伝導率可変材。
［４］前記成形体Ｂの少なくとも一部が、前記蓄電素子の側面に貼着されており、発泡前後で、前記成形体Ｂと前記蓄電素子との接触面積が減少する［３］に記載の熱伝導率可変材。
［５］前記成形体Ａの少なくとも一部が、前記蓄電素子の側面に貼着されており、発泡前後で、前記成形体Ａと前記蓄電素子との接触面積が増大する［３］又は［４］に記載の熱伝導率可変材。
［６］前記成形体Ａは、発泡倍率が１５０〜３０００％であり、前記成形体Ａの発泡により、前記成形体Ｂと前記蓄電素子との接触面積が減少する［３］〜［５］のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
［７］前記成形体Ａは、発泡前の熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫ以上であり且つ発泡後の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以下であり、前記成形体Ｂは、発泡前の熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上であり且つ発泡後の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ以上である
［３］〜［６］のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。

［８］前記熱伝導性フィラーが、アルミナ、シリカ、アルミニウム粉、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化アルミニウムよりなる群から選択される少なくとも１種を含む［３］〜［７］のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
［９］前記熱硬化型エラストマーが、ウレタン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、フッ素ゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、及びエチレンプロピレンゴムよりなる群から選択される少なくとも１種を含む［１］〜［８］のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
［１０］前記発泡剤が、重曹、炭酸アンモニウム、樹脂系発泡剤、及び有機系発泡剤よりなる群から選択される少なくとも１種を含む［１］〜［９］のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。

本発明によれば、異常発熱時のみならず通常使用時のセル発熱による電池性能の低下が抑制可能な熱伝導率可変材を実現することができる。そして、本発明の熱伝導率可変材を用いれば、いずれかのセルの熱暴走が生じて異常発熱した場合でも隣接する他のセルへの熱の影響が抑制されるため、他のセルの電池性能の熱劣化が抑制されるとともに、セルの熱暴走の連鎖を抑制可能なため、電池モジュール及びこれを用いた電池パックの安全性が高められる。また、本発明の熱伝導率可変材を用いれば、通常使用時の熱による電池性能の劣化が抑制されるので、電池モジュール及びこれを用いた電池パックの長寿命化を図ることができる。

一実施形態の電池モジュール１００における熱伝導率可変材２１（発泡前）を概略的に示す模式図である。一実施形態の電池モジュール１００における熱伝導率可変材２１（発泡後）を概略的に示す模式図である。発泡性樹脂組成物の成形体において、発泡剤の含有割合による熱伝導率の変化の一例を示すグラフである。発泡性樹脂組成物の成形体において、熱伝導性フィラーの含有割合による熱伝導率の変化の一例を示すグラフである。熱伝導率可変材２１の変形例（ａ）〜（ｇ）を概略的に示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。但し、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書において、例えば「１〜１００」との数値範囲の表記は、その上限値「１」及び下限値「１００」の双方を包含するものとする。また、他の数値範囲の表記も同様である。

図１は、本実施形態の熱伝導率可変材２１、及びこれを用いて構成された電池モジュール１００を模式的に示す側面図である。

電池モジュール１００は、複数のセル１１（蓄電素子／単電池）、複数の熱伝導率可変材２１、支持プレート３１、及び側板４１を備えている。各セル１１は、支持プレート３１上において、一方向すなわち図示横方向で所定間隔をおいて並列配置されており、隣り合う２つのセル１１の間に熱伝導率可変材２１がそれぞれ配置されている。また、電池モジュール１００の両端には、側板４１がそれぞれ配置されている。そして、セル１１、熱伝導率可変材２１、及び側板４１は、図示しない固定具により拘束固定されており、これにより、熱伝導率可変材２１は、各セル１１の間に挟持された状態で各セル１１の側面に貼着（密着）されている。なお、設置するセル１１の数は、所望する電圧値等に応じて適宜設定することができ、特に限定されない。また、熱伝導率可変材２１の設置数は、セル１１の数に応じて適宜変更すればよい。さらに、隣り合う２つのセル１１の間に熱伝導率可変材２１を複数個設けることもできる。

セル１１としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の、充放電可能な二次電池を用いることができる。充放電可能な二次電池としては、集電板上に正極活物質層を設けた正極、電解液が含浸されたセパレータ、及び集電板上に負極活物質層を設けた負極素子がこの順に積層された構成のものが広く知られている。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。

なお、図示省略するが、各セル１１の上部には正極端子及び負極端子が設けられている。そして、セル１１の正極端子は、隣り合って配置された他のセル１１の負極端子とバスバーを介して電気的に接続されている。同様に、セル１１の負極端子は、隣り合って配置された他のセル１１の正極端子とバスバーを介して電気的に接続されている。このようにして、電池モジュール１００を構成する複数のセル１１は、電気的に直列に接続されている。そして、電気的に直列接続された端子の両末端には、充放電を行うためのプラスケーブル及びマイナスケーブルが接続されている。

熱伝導率可変材２１は、熱硬化型エラストマー及び発泡剤を少なくとも含有する発泡性樹脂組成物の成形体を少なくとも備える。かかる成形体が所定の温度以上で発泡することにより、本実施形態の熱伝導率可変材２１は、その発泡前後で、セル１１間の熱伝導率を１／３以下に変化させる。また、別言すれば、本実施形態の熱伝導率可変材２１は、その発泡前後で、セル１１間の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍＫ以上減少させる。

異常発熱時や通常使用時のセル発熱による電池性能の低下を抑制する観点から、上述したセル１１間の熱伝導率の変化割合は、１／５以下が好ましく、１／１０以下がより好ましく、１／２０以下がさらに好ましく、１／２５以下が特に好ましい。なお、セル１１間の熱伝導率の変化割合の下限値は、特に限定されないが、材料選定の自由度の観点から１／５０程度が目安とされる。また同様に、上述したセル１１間の熱伝導率の減少量は、０．５Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、０．７Ｗ／ｍＫ以上がより好ましく、０．８Ｗ／ｍＫ以上がさらに好ましく、１．０Ｗ／ｍＫ以上が特に好ましく、１．２Ｗ／ｍＫ以上が最も好ましい。なお、セル１１間の熱伝導率の減少量の上限値は、特に限定されないが、材料選定の自由度の観点から２．０Ｗ／ｍＫ程度が目安とされる。

このように発泡前後でセル１１間の熱伝導率を劇的に変化させる熱伝導率可変材２１を採用することにより、異常発熱時のみならず通常使用時のセル１１の発熱による電池性能の低下を抑制することができる。すなわち、本実施形態では、通常使用時の充放電によりいずれかのセル１１が発熱した場合、例えばセル表面温度が５０〜１００℃程度の発熱が生じても、発泡前の熱伝導率に優れる熱伝導率可変材２１を介して、発熱したセル１１から隣のセル２１へ熱が移動するため、発熱したセル１１の温度上昇が緩和される。また、いずれかのセル２１が熱暴走してセル表面温度が２００℃以上に達するような異常発熱時には、その熱暴走したセル２１に隣接する熱伝導率可変材２１が熱により発泡して劇的に熱伝導率が劇的に低下し、熱暴走したセル１１から隣のセル２１への熱の移動が抑制されるため、セル２１の熱暴走の連鎖が抑制される。そのため、この熱伝導率可変材２１を用いて構成された電池モジュール１００は、異常発熱時のみならず通常使用時のセル１１の発熱による電池性能の低下が緩和されたものとなる。なお、本実施形態においては、セル１１間に配置されるスペーサ材として熱伝導率可変材２１の使用例を示したが、この熱伝導率可変材２１は、セル１１を支持する補強材、セル１１を保護するバリア材や緩衝材等として用いることもできる。

以上のとおりであるから、本実施形態の熱伝導率可変材２１は、発泡前に熱伝導率が比較的に高く、発泡後に熱伝導率が劇的に低下するものである限り、その素材や構成は特に限定されない。スイッチング機能を十分に担保する観点から、発泡前にセル１１間の熱伝導率が０．７Ｗ／ｍＫ以上であり、発泡後にセル１１間の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率可変材２１が好ましい。より好ましくは発泡前に０．８Ｗ／ｍＫ以上であり発泡後に０．１Ｗ／ｍＫ以下であり、さらに好ましくは発泡前に０．９Ｗ／ｍＫ以上であり発泡後に０．１Ｗ／ｍＫ以下であり、特に好ましくは発泡前に１．０Ｗ／ｍＫ以上であり発泡後に０．０５Ｗ／ｍＫ以下である。

以下では、比較的に低熱伝導性の成形体Ａと比較的に高熱伝導性の成形体Ｂとが積層された複合構造体からなる熱伝導率可変材２１を例に挙げて、好適例をさらに説明する。

図１に示すように、この複合構造体からなる熱伝導率可変材２１は、熱硬化型エラストマー、及び発泡剤を少なくとも含有する第１発泡性樹脂組成物の成形体Ａと、熱硬化型エラストマー、発泡剤及び熱伝導性フィラーを少なくとも含有する第２発泡性樹脂組成物の成形体Ｂとを少なくとも備え、成形体Ａ上に成形体Ｂが積層された積層構造を有する。この複合構造体からなる熱伝導率可変材２１においては、発泡前に熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上の成形体Ｂと、発泡後に熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以下の成形体Ａとを組み合わせて用いることで、発泡前のセル１１間の熱伝導率を０．７Ｗ／ｍＫ以上としている。

そして、図２に示すように、例えば左から２番目のセル１１が異常発熱してセル表面温度が２００℃以上になった場合には、これに隣接する熱伝導率可変材２１が発泡して、セル１１間の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍＫ以下に減少させる。この熱伝導率の減少作用は、主として、発泡による成形体Ａ及び成形体Ｂそれぞれの熱伝導率が減少すること、成形体Ａの発泡により成形体Ｂが上方に押し出されることでセル１１の側面と（比較的に高熱伝導性の）成形体Ｂとの接触面積が大きく減少すること、及び、成形体Ａの発泡によりセル１１の側面と（比較的に低熱伝導性の）成形体Ａとの接触面積が大きく増加すること等に起因している。

発泡後のより低い熱伝導性を担保する観点から、発泡後の成形体Ａの熱伝導率は、０．０８Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．０６Ｗ／ｍＫ以下がより好ましく、０．０５Ｗ／ｍＫ以下がさらに好ましく、０．０４Ｗ／ｍＫ以下が特に好ましい。同様に、発泡後の成形体Ｂの熱伝導率は、０．７Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．６Ｗ／ｍＫ以下がより好ましく、０．５Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．４Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。

発泡前のより高い熱伝導性を担保する観点から、発泡前の成形体Ｂの熱伝導率は、０．８Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、１．０Ｗ／ｍＫ以上がより好ましく、１．２Ｗ／ｍＫ以上がさらに好ましく、１．５Ｗ／ｍＫ以上が特に好ましい。同様に、発泡前の成形体Ａの熱伝導率は、０．１５Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、０．２Ｗ／ｍＫ以上がより好ましい。

このような熱伝導率を有する成形体Ａ及び成形体Ｂは、上述した第１及び第２発泡性樹脂組成物を用いることで容易に得ることができる。以下、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、熱硬化型エラストマー及び発泡剤を含有する第１発泡性樹脂組成物の成形体Ａにおいて、発泡剤の含有割合と熱伝導率との相関関係を示すグラフである。ここでは、熱硬化型エラストマーとしてシリコーンエラストマー（Ｎｕｓｉｌ社製、ＧＥＬ−８１５０、ゲル状、２液混合系、粘度５００ｃｐｓ）及び発泡剤として重曹（ＪＩＳ試薬特級）を用いた。

図４は、熱硬化型エラストマー、発泡剤及び熱伝導性フィラーを少なくとも含有する第２発泡性樹脂組成物の成形体Ｂにおいて、熱伝導性フィラーの含有割合と熱伝導率との相関関係を示すグラフである。ここでは、熱硬化型エラストマーとしてシリコーンエラストマー（Ｎｕｓｉｌ社製、ＧＥＬ−８１５０、ゲル状、２液混合系、粘度５００ｃｐｓ）、発泡剤として重曹（ＪＩＳ試薬特級）、及び熱伝導性フィラーとして球状アルミナ（昭和電工社製、平均粒子径Ｄ₅₀が５μｍと４５μｍの１：１ブレンド）を用いた。グラフは、発泡剤の含有割合を第２発泡性樹脂組成物の総量に対して２０質量％とし、シリコーンエラストマーに対する熱伝導性フィラーの含有比率を変動させた場合の熱伝導率を示している。

図３から明らかなとおり、熱硬化型エラストマー及び発泡剤を含有する第１発泡性樹脂組成物の成形体Ａのみを用いた場合、発泡前後の熱伝導率の変化割合は２／３〜１／７程度である。また同様に、図４から明らかなとおり、熱硬化型エラストマー、発泡剤及び熱伝導性フィラーを少なくとも含有する第２発泡性樹脂組成物の成形体Ｂのみを用いた場合、発泡前後の熱伝導率の変化割合は１／３〜１／６程度である。

これに対し、上記の複合構造体からなる熱伝導率可変材２１においては、発泡前に熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上の成形体Ｂ（例えば、図４においてＡｌ₂Ｏ₃の含有量が７０〜９０質量％のもの）と、発泡後に熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以下の成形体Ａ（例えば、図３において発泡剤の含有量が２０〜６０質量％のもの）とを組み合わせて用いている。そして、かかる複合構造体を採用することで、成形体Ａ又は成形体Ｂを単独使用した場合の限界性能（発泡前後の熱伝導率の変化割合が１／６〜１／７程度）を超える、より高いスイッチング性能を有する熱伝導率可変材２１を実現することができる。すなわち、使用する成形体Ａ及び成形体Ｂの組み合わせによって、発泡前後の熱伝導率の変化割合が１／１０以下（より好ましくは１／２０以下、さらに好ましくは１／２５以下）の、より高いスイッチング性能を持たせることができる。かかるスイッチング性能は、使用する成形体Ａ及び成形体Ｂの配合組成、成形体Ａや成形体Ｂとセル１１の側面との発泡前の接触面積、成形体Ａや成形体Ｂとセル１１の側面との発泡後の接触面積、発泡後に成形体Ｂとセル１１の側面とのを不接触とする等を調整することにより、任意に設定することができる。

上記の複合構造体からなる熱伝導率可変材２１は、好適例の１つであり、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。例えば、成形体Ａ及び成形体Ｂのそれぞれの発泡前後の熱伝導率は、例えばセル１１の側面と成形体Ａや成形体Ｂとの接触面積、各々の発泡倍率、要求性能等に応じて適宜設定すればよく、上述した例に特に限定されない。例えば、成形体Ａの発泡倍率としては、１１０〜５０００％の範囲内で適宜調整することができ、好ましくは１５０〜３０００％である。

なお、成形体Ａ（第１発泡性樹脂組成物）は、成形体Ｂ（第２発泡性樹脂組成物）と同様に、熱伝導性フィラーを含有していてもよい。但し、発泡後の熱伝導率を低く保つ観点から、第１発泡性樹脂組成物の成形体Ａは発泡後の熱伝導率が低いことが好ましい。かかる観点から、その含有量は、熱伝導率が過度に大きくならない程度とすることが望ましい。具体的には、第１発泡性樹脂組成物が熱伝導性フィラーを含有する場合には、第１発泡性樹脂組成物の総量に対して、熱伝導性フィラーの含有割合は５０質量％以下が好ましく、より好ましくは４０質量％以下、さらに好ましくは３０質量％以下である。また、成形体Ａ（第１発泡性樹脂組成物）が熱伝導性フィラーを実質的に含有しない態様も好ましい一例として挙げられる。ここで実質的に含有しないとは、熱伝導性フィラーの含有量が第１発泡性樹脂組成物の総量に対して５質量％以下、より好ましくは３質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下であることを意味する。

ここで、第１及び第２発泡性樹脂組成物の構成材料は、公知のものから適宜選択して用いることができ、上述した例に特に限定されない。また、第１及び第２発泡性樹脂組成物の配合処方も、要求性能に応じて適宜設定すればよく、上述した例に特に限定されない。

例えば、熱硬化型エラストマーとしては、耐熱性等の観点から、ウレタン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、フッ素ゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム等が好ましい。これらは、１種を単独で又は２種以上を任意の配合割合で組み合わせて用いることができる。

発泡剤としては、発泡性、耐火性、安全性等の観点から、重曹（炭酸水素ナトリウム）、炭酸アンモニウム、樹脂系発泡剤（熱膨張性マイクロスフェア：具体的にはＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製のＥｘｐａｎｃｅｌ、松本油脂製薬社製のマツモトマイクロスフェアー等が該当する。）、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ヒドラゾジカルボンアミド等の有機系発泡剤等が好ましく、これらに加えて消火性能の観点から重曹がより好ましい。また、熱伝導性フィラーに代えて、発泡剤等が層間インタカーレートしたグラファイトを用いることもできる。これらは、１種を単独で又は２種以上を任意の配合割合で組み合わせて用いることができる。

熱伝導性フィラーとしては、熱伝導率、難燃性、非導電性、耐火性等の観点から、熱伝導率が高い無機材料が好ましい。具体的には、アルミナ、シリカ、アルミニウム粉、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等が挙げられるが、これらに特に限定されない。より好ましくはアルミナである。これらは、１種を単独で又は２種以上を任意の配合割合で組み合わせて用いることができる。なお、本明細書において、上記のとおり例示した重曹、炭酸アンモニウム、樹脂系発泡剤、有機系発泡剤等の発泡剤は、熱伝導性フィラーには含まれないものとする。

また、第１及び第２発泡性樹脂組成物は、本発明の効果を過度に損なわない限り、他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、他のエラストマー類、各種ゴム、難燃剤、抗菌剤、防カビ剤、酸化防止剤、流動調整剤、分散剤、紫外線吸収剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。

第１発泡性樹脂組成物の配合組成は、使用する材料や要求性能に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。熱硬化型エラストマーと発泡剤との配合割合は、９０：１０〜５０：５０が好ましく、より好ましくは８５：１５〜７０：３０である。

第２発泡性樹脂組成物の配合組成は、使用する材料や要求性能に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。熱硬化型エラストマーと発泡剤との配合割合は、９０：１０〜５０：５０が好ましく、より好ましくは８５：１５〜７０：３０である。また、熱伝導性フィラーの含有割合は、熱硬化型エラストマーに対して４０〜９５質量％が好ましく、より好ましくは５０〜９０質量％である。

成形体Ａ及び成形体Ｂの形状、積層態様、さらには成形体Ａ及び成形体Ｂの高さ（図中上下方向）や厚み（図中左右方向）は任意に設定でき、図示のものに特に限定されない。成形体Ａ及び成形体Ｂの発泡倍率や熱伝導率、セル１１の側面と成形体Ａや成形体Ｂとの接触面積等を考慮し、さらには所望する性能に応じて適宜設定すればよい。成形体Ａ及び成形体Ｂの変形例としては、例えば図５（ａ）〜（ｇ）に示すものが挙げられるが、これらの形状、高さ、厚み、積層数、積層態様、配置等は任意に変更実施可能である。また、成形体Ａ及び成形体Ｂは、セル１１の側面に対して、他のシート部材を介して貼着（積層）されていてもよい。このとき、他のシート部材は、セル１１の側面の少なくとも一部若しくは全面を覆うように配置されていればよい。他のシート部材としては、樹脂組成物からなるシート部材、発泡性樹脂組成物からなるシート部材、熱伝導性樹脂組成物からなるシート部材等が好適に用いられるが、これらに特に限定されない。セル１１の表面の少なくとも一部若しくは全面に他のシート部材を被覆した状態で、熱伝導率可変材２１をセル１１の側面に貼着（積層）することで、上述したスイッチング機能の調整がさらに容易になり、また上述したスイッチング機能のさらなる向上を図ることができる。

１１・・・セル
２１・・・熱伝導率可変材
３１・・・支持プレート
４１・・・側板
１００・・・電池モジュール

Claims

隣り合う２以上の蓄電素子の間に配置される熱伝導率可変材であって、
熱硬化型エラストマー及び発泡剤を少なくとも含有する発泡性樹脂組成物の成形体を少なくとも備え、
前記成形体は所定の温度以上で発泡し、その発泡前後で、前記蓄電素子間の熱伝導率を１／３以下に変化させる
ことを特徴とする熱伝導率可変材。
隣り合う２以上の蓄電素子の間に配置される熱伝導率可変材であって、
熱硬化型エラストマー及び発泡剤を少なくとも含有する発泡性樹脂組成物の成形体を少なくとも備え、
前記成形体は所定の温度以上で発泡し、その発泡前後で、前記蓄電素子間の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍＫ以上減少させる
ことを特徴とする熱伝導率可変材。
前記熱硬化型エラストマー、及び前記発泡剤を少なくとも含有する第１発泡性樹脂組成物の成形体Ａと、
前記熱硬化型エラストマー、前記発泡剤及び熱伝導性フィラーを少なくとも含有する第２発泡性樹脂組成物の成形体Ｂとを少なくとも備え、
前記成形体Ａ及び前記成形体Ｂが積層されてなる
請求項１又は２に記載の熱伝導率可変材。
前記成形体Ｂの少なくとも一部が、前記蓄電素子の側面に貼着されており、
発泡前後で、前記成形体Ｂと前記蓄電素子との接触面積が減少する
請求項３に記載の熱伝導率可変材。
前記成形体Ａの少なくとも一部が、前記蓄電素子の側面に貼着されており、
発泡前後で、前記成形体Ａと前記蓄電素子との接触面積が増大する
請求項３又は４に記載の熱伝導率可変材。
前記成形体Ａは、発泡倍率が１５０〜３０００％であり、
前記成形体Ａの発泡により、前記成形体Ｂと前記蓄電素子との接触面積が減少する
請求項３〜５のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
前記成形体Ａは、発泡前の熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫ以上であり且つ発泡後の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以下であり、
前記成形体Ｂは、発泡前の熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上であり且つ発泡後の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ以上である
請求項３〜６のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
前記熱伝導性フィラーが、アルミナ、シリカ、アルミニウム粉、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化アルミニウムよりなる群から選択される少なくとも１種を含む
請求項３〜７のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
前記熱硬化型エラストマーが、ウレタン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、フッ素ゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、及びエチレンプロピレンゴムよりなる群から選択される少なくとも１種を含む
請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。
前記発泡剤が、重曹、炭酸アンモニウム、樹脂系発泡剤、及び有機系発泡剤よりなる群から選択される少なくとも１種を含む
請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱伝導率可変材。