JP2019067583A - 蓄電モジュール及び蓄電パック - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、エネルギー密度が大きく、蓄電素子間の過熱状態の連鎖を防止できると共に、蓄電素子から放出されたガスへの引火を防止又は抑制することができる蓄電モジュールを提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の間に配置される仕切部材とを備え、前記仕切部材が、無機繊維を主体とする無機紙シートと、内部空間に前記無機紙シートを収容する袋体と、前記無機紙シートに含浸し、加熱により気化する難燃化剤とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電モジュール及び蓄電パックに関する。

携帯電話、自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子が使用されている。中でも電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の電気エネルギーを動力源とする車両は、大きなエネルギーを必要とするため、複数の蓄電素子を備える大容量の蓄電モジュールを搭載している。

このような蓄電モジュールでは、通常の使用状態ではないが何らかの原因によりいずれか１つの蓄電素子の温度が過度に上昇した場合、この蓄電素子の熱が隣接する蓄電素子に伝導することにより隣接する蓄電素子が加熱される。これにより、隣接する蓄電素子の電極の活物質が自己発熱温度以上に加熱されると、この隣接する蓄電素子も自己発熱により過熱状態となってさらにその隣の蓄電素子を加熱し、連鎖的に多数の蓄電素子が過熱状態となるおそれがある。

金属製のケースを樹脂フィルムで被覆した蓄電素子を用いる場合、蓄電素子が過熱状態となった場合、樹脂フィルムが溶融して金属製のケース同士が接触して熱伝導を助長する結果、過熱状態の連鎖が生じやすい。特に、金属製のケースを電極として用いる場合や、何らかの異常によって金属製のケースが異常な電位を有する場合、隣接する蓄電素子のケースと電気的に接触して隣接する蓄電素子に異常な電流を生じさせて、過熱状態を招くおそれがある。

従来の蓄電モジュールは、複数の蓄電素子の間に、１０ｍｍ程度の空気層や、数ｍｍ程度の厚みの仕切部材（例えばマイカ集積材）を設けることで、断熱を行っていた。

特開２０１５−１９５１４９号公報には、蓄電素子の熱が隣り合う蓄電素子に伝導することを抑制する技術が開示されている。前記公報に記載の蓄電モジュールでは、マイカ集積材から形成される仕切部材によって蓄電素子間の熱の伝導を抑制している。

また、前記公報に記載の蓄電モジュールは、蓄電素子が、加熱状態となって内部にガスが発生して内圧が上昇したときに開放して内部のガスを放出する安全弁を有し、仕切部材を支持する支持部に安全弁からの排気の流路を形成する流路形成部を設けている。

特開２０１５−１９５１４９号公報

近年、蓄電素子及び蓄電モジュールの更なる容量の増大と、エネルギー密度（単位体積当たりの蓄電量）の更なる増大が望まれている。

個々の蓄電素子において、容量及びエネルギー密度を増大すると、ある蓄電素子が過熱状態となったときにその蓄電素子から放出されるエネルギー及び熱も非常に大きくなる。蓄電素子間の空気層や仕切部材の厚みを増せば、断熱性を高めることができるが、それらの手法では、蓄電モジュールとしてのエネルギー密度が低下する。そのため、エネルギー密度を低下させることなく蓄電素子間の過熱状態の連鎖を防止できる新しい対策が求められている。

また、蓄電モジュールが閉鎖空間内で使用される場合、蓄電素子が過熱状態となって内圧が上昇したときに内部のガスを外部に放出すると、蓄電素子から放出されたガスの濃度が高くなるので、使用する電解液の種類によってはこのガスに引火する可能性がある。

そこで、本発明は、エネルギー密度が大きく、蓄電素子間の過熱状態の連鎖を防止できると共に、蓄電素子から放出されたガスへの引火を防止又は抑制することができる蓄電モジュール及び蓄電パックを提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の間に配置される仕切部材とを備え、前記仕切部材が、無機繊維を主体とする無機紙シートと、内部空間に前記無機紙シートを収容する袋体と、前記無機紙シートに含浸し、加熱により気化する難燃化剤とを有する。

本発明の蓄電モジュールは、エネルギー密度が大きく、蓄電素子間の過熱状態の連鎖を防止できると共に、蓄電素子から放出されたガスへの引火を防止又は抑制することができる。

本発明の一実施形態の蓄電モジュールを示す模式的斜視図である。 図１の蓄電モジュールの仕切部材の模式的断面図である。 図１の蓄電モジュールを備える蓄電パックの模式的平面図である。

本発明の一態様に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の間に配置される仕切部材とを備え、前記仕切部材が、無機繊維を主体とする無機紙シートと、内部空間に前記無機紙シートを収容する袋体と、前記無機紙シートに含浸し、加熱により気化する難燃化剤とを有する。

当該蓄電モジュールは、前記仕切部材が、無機繊維を主体とする無機紙シートと、内部空間に前記無機紙シートを収容する袋体と、前記無機紙シートに含浸し、加熱により気化する難燃化剤とを有するので、いずれかの蓄電素子が過熱状態となった場合、難燃化剤が蒸発して袋体から噴出し、過熱状態となった蓄電素子から放出されるガスへの引火を防止又は抑制する。また、当該蓄電モジュールは、難燃化剤が蒸発することで無機紙シートが熱伝導率が小さい多孔質の断熱材となるため、過熱状態となった蓄電素子から隣接する蓄電素子への熱伝導を抑制する。このため、当該蓄電モジュールは、蓄電素子間の過熱状態の連鎖を防止すると共に、引火を防止又は抑制することができる。

前記難燃化剤が、気化することで、引火性を有するガスに対し難燃性を発現してもよい。この構成によって、過熱状態となった蓄電素子から放出される引火性を有するガスへの引火を防止又は抑制することができる。

前記難燃化剤が非環状フッ素化エーテル、フッ素化リン酸エステル、及びホスファゼン誘導体の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この構成によって、過熱状態の蓄電素子からガスが放出される前に難燃化剤が蒸発し、蓄電素子から放出されるガスに引火することを防止する効果を向上することができる。

前記無機紙シートの空隙率が３０体積％以上８０体積％以下であることが好ましい。この構成によって、無機紙シート内に十分な量の難燃化剤を保持しつつ、無機紙シートに十分な強度を付与することができる。

前記蓄電素子が直方体状に形成され、前記仕切部材が前記蓄電素子の長側面の間に圧迫保持されることが好ましい。この構成によって、蓄電素子と仕切部材との間にデッドスペースが形成されないので、当該蓄電モジュールのエネルギー密度をさらに大きくすることができる。

前記無機繊維がガラス繊維であることが好ましい。この構成によって、難燃化剤を保持でき、十分な強度及び耐熱性を有する無機紙シートを比較的安価に形成することができる。

前記袋体がアルミニウム箔と樹脂フィルムとを接合したラミネートシートから形成されことが好ましい。この構成によって、前記袋体が比較的安価でガスバリア性に優れるものとなる。

本発明の別の態様に係る蓄電パックは、前記複数の蓄電モジュールと、前記複数の蓄電モジュールを保持するホルダとを備える。当該蓄電パックは、各蓄電モジュールが前記仕切部材を有することで蓄電素子間の過熱状態の連鎖を防止できると共に、蓄電素子から放出されたガスへの引火を防止又は抑制することができる。

なお、「無機紙シートの空隙率」とは、シクネスゲージで測定した厚みを用いて無機紙シートの単位面積当たりの体積を算出し、無機繊維の比重と無機紙シートの単位面積当たりに使用した無機繊維の重量とから無機紙シートの単位面積当たりの無機繊維の体積を算出し、これらの体積の差分の無機紙シートの単位面積当たりの体積に対する比率として算出される値である。また、「炭素数が３以下の側鎖を有する」とは、リン酸エステルにおいては３つのアルコキシ基からなる側鎖のそれぞれについて炭素数が３以下であり、鎖状カーボネートにおいては２つのアルコキシ基からなる側鎖のそれぞれについて炭素数が３以下であることを意味する。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

図１に、本発明の一実施形態に係る蓄電モジュール１を示す。当該蓄電モジュール１は、複数の蓄電素子２と、蓄電素子２の間に１つずつ配置される仕切部材３とを備える。また、当該蓄電モジュール１は、蓄電素子２及び仕切部材３を保持する保持部材４と、複数の蓄電素子２を電気的に接続するバスバー５と、複数の蓄電素子２を冷却する冷却部材６とをさらに備える。

蓄電素子２は、ケース７の中に、正極板及び負極板をセパレータを介して積層して形成される電極体が電解液に浸漬される状態で封入されていてもよい。

ケース７は、例えば金属箔と樹脂フィルムとを接合したラミネートシートから形成される可撓性の袋体であってもよいし、樹脂や金属から形成される堅固な容器であってもよい。図示するように、ケース７は、強度に優れると共にデッドスペースを小さくできる箱型（直方体形状）の金属製容器であってもよい。

ケース７には、一対の外部端子（正極外部端子８及び負極外部端子９）が設けられる。正極外部端子８は電極体の正極板に電気的に接続され、負極外部端子９は、電極体の負極板に電気的に接続される。

電極体としては、平板状の複数の正極板、負極板及びセパレータを積層して形成される積層タイプのものを用いることが、空間効率を向上してエネルギー密度を大きくできることから好ましい。代替的に、電極体として、長尺の正極板、負極板及びセパレータを断面視扁平状に巻回して形成される巻回タイプのものを用いてもよい。

積層タイプの電極体において積層される正極板の枚数は、蓄電素子２を高容量化するために、例えば４０乃至６０枚とすることができる。積層タイプの電極体では、電析による内部短絡を抑制するために、積層方向両側において正極板よりも外側に負極板が配置されることが好ましい。従って、負極板の枚数は、正極板の枚数よりも１枚多いことが好ましい。

電極体の正極板は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極基材と、この正極基材の両面に積層される正極活物質層とを有する構成とすることができる。

正極板の正極基材の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極基材の形状としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、ＪＩＳ−Ｈ４０００（２０１４）に規定されるＡ１０８５Ｐ、Ａ３００３Ｐ等が例示できる。

正極板の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

前記正極活物質としては、例えばＬｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＣｏ_{（１−α）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１−α−β）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_{（２−α）}Ｏ_４等）、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。

負極板は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極基材と、この負極基材の両面に積層される多孔性の負極活物質層とを有する。

負極板の負極基材の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。また、負極基材の形状としては、箔が好ましい。つまり、負極板の負極基材としては銅箔が好ましい。負極基材として用いられる銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。

負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、負極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属、金属酸化物、ポリリン酸化合物、例えば黒鉛、非晶質炭素（易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素）等の炭素材料などが挙げられる。負極活物質層においては、これらの化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。

前記負極活物質の中でも、正極板と負極板との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ、Ｓｎ酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Ｓｉ酸化物を用いることが特に好ましい。なお、ＳｉとＳｎとは、酸化物にした際に、黒鉛の３倍程度の放電容量を持つことができる。

セパレータは、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータを形成する材料としては、例えば織布、不織布等を用いることもできるが、典型的には多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂が用いられる。このセパレータは、正極板と負極板とを隔離すると共に、正極板と負極板との間に電解液を保持する。

このセパレータの主成分としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータの主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。

セパレータは、両面又は片面（好ましくは正極板に対向する面）に耐熱層又は耐酸化層を有することが好ましい。「耐熱層」は、セパレータの熱による破損を防止して、正極板と負極板との短絡をより確実に防止するものを意味する。一方、「耐酸化層」は、高電圧環境下でセパレータを保護するが、セパレータに十分な耐熱性を与えないものを意味する。

セパレータの耐熱層又は対酸化層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。

無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層又は耐酸化層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。

電極体は、正極板から延び、正極板を正極外部端子８に接続するための正極タブ、及び負極板から延び、負極板を負極外部端子９に接続するための負極タブを有することが好ましい。

正極タブ及び負極タブは、正極板及び負極板の正極基材及び負極基材を、活物質層が積層されている方形状の領域からそれぞれ帯状に突出するよう延長して形成することができる。

正極タブと負極タブとは、電極体の積層方向視において互いに重ならないよう、ケース７の中のデッドスペースを小さくするために、正極板及び負極板から同じ方向に突出するよう配設されることが好ましい。各正極板及び負極板から延びた正極タブ及び負極タブは、それぞれ積層されて束ねられ、正極外部端子８及び負極外部端子９、又は正極外部端子８及び負極外部端子９に取り付けられる導電性の正極集電部材及び負極集電部材に接続することができる。

電極体と共にケース７に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ_６）等を溶解した溶液を用いることができる。

仕切部材３は、図２に詳しく示すように、無機繊維を主体とする無機紙シート１０と、内部空間に無機紙シート１０を収容する袋体１１と、無機紙シート１０に含浸し、加熱により気化する難燃化剤１２とを有する。

無機紙シート１０は、無機繊維を抄紙して形成されるシートであり、無機繊維の間に液体を保持する空隙を有する。つまり、無機紙シート１０は、仕切部材３の平面視で難燃化剤１２を一様に保持する。

無機紙シート１０を形成する無機繊維としては、例えばガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール、金属繊維等を挙げることができ、中でも抄紙に適する径及び長さを有するものを比較的安価に製造できるガラス繊維が好ましい。

無機紙シート１０の平均厚さの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましい。一方、無機紙シート１０の平均厚さの上限としては、１．０ｍｍが好ましく、０．８ｍｍがより好ましい。無機紙シート１０の平均厚さを前記下限以上とすることによって、無機紙シート１０が袋体１１の中に十分な空隙を形成して十分な量の難燃化剤１２を保持することができる。また、無機紙シート１０の平均厚さを前記上限以下とすることによって、当該蓄電モジュール１における無機紙シート１０の占有体積を小さくして、エネルギー密度を向上することができる。

また、当該蓄電モジュール１に組み込まれた状態（蓄電素子２間に挟み込まれる状態）での無機紙シート１０の空隙率の下限としては、３０％が好ましく、４０％がより好ましい。一方、当該蓄電モジュール１に組み込まれた状態での無機紙シート１０の空隙率の上限としては、８０％が好ましく、７５％がより好ましい。無機紙シート１０は、袋体１１の減圧によって圧縮されるだけでなく、後述するように、当該蓄電モジュール１内で蓄電素子２に挟み込まれて２００ｋＰａ程度の圧力で圧迫され得る。このため、当該蓄電モジュール１に組み込まれた状態での無機紙シート１０の空隙率を前記下限以上とすることによって、十分な量の難燃化剤１２を保持することができ、難燃化剤１２が蒸発した後に無機紙シート１０が空隙によって熱伝導率が低減されて十分な断熱性を有するものとなる。また、当該蓄電モジュール１に組み込まれた状態での無機紙シート１０の空隙率を前記上限以下とすることにより、十分な強度を有する無機紙シート１０の形成が比較的容易となるので、比較的安価な無機紙シート１０を用いることができる。

大気圧下での無機紙シート１０の空隙率の下限としては７０％が好ましく、８０％がより好ましい。一方、大気圧下での無機紙シート１０の空隙率の上限としては、９７％が好ましく、９５％がより好ましい。大気圧下での無機紙シート１０の空隙率を前記下限以上とすることによって、十分な量の難燃化剤１２を保持することができる。また、大気圧下での無機紙シート１０の空隙率を前記上限以下とすることによって、無機紙シート１０が十分な圧縮強度を有するものとなる

無機紙シート１０を形成する無機繊維の平均径の下限としては、０．２μｍが好ましく、０．３μｍがより好ましい。一方、無機紙シート１０を形成する無機繊維の平均径の上限としては、１．５μｍが好ましく、１．０μｍがより好ましい。無機紙シート１０を形成する無機繊維の平均径を前記下限以上とすることによって、無機紙シート１０を十分な強度を有するものとすることができる。また、無機紙シート１０を形成する無機繊維の平均径を前記上限以下とすることによって、無機紙シート１０を十分な断熱性を有するものとすることができる。

無機紙シート１０は、バインダを含むことができる。無機紙シート１０に含まれるバインダとしては、例えばアクリル樹脂、ポリエステル、ポリプロピレン、フッ素樹脂等の高分子バインダ、例えば珪酸ナトリウム等の無機バインダなどを用いることができる。

袋体１１は、ガスバリア性を有するシートから形成される。袋体１１は、１枚のシートを折り返して、折り曲げ線以外の外縁（３方）を接着することで形成してもよく、２枚のシートを重ねて外縁全周（４方）を接着することで形成してもよい。

袋体１１は、高度なガスバリア性を確保するために、金属層１３を有すること、つまり袋体１１を形成するシートが金属層１３を有することが好ましい。袋体１１が金属層１３を有することで、仕切部材３ひいては当該蓄電モジュール１の寿命を十分に長くすることができる。

袋体１１の金属層１３の材質としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銅等を挙げることができる。中でも、袋体１１の金属層１３の材質としては、安価でガスバリア性及び取り扱い性に優れるアルミニウムが特に好ましい。

袋体１１の金属層１３の平均厚さの下限としては、４０μｍが好ましく、８０μｍがより好ましい。一方、袋体１１の金属層１３の平均厚さの上限としては、３００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。袋体１１の金属層１３の平均厚さを前記下限以上とすることによって、袋体１１のガスバリア性が大きくなることで仕切部材３に十分な寿命を付与することができる。また、袋体１１の金属層１３の平均厚さを前記上限以下とすることによって、仕切部材３が厚くなって当該蓄電モジュール１のエネルギー密度を低下させることを防止できると共に、製造コストの増大を防止できる。

袋体１１は（つまり袋体１１を形成するシートは）、金属層１３の外面を保護する樹脂製の被覆層１４をさらに有することが好ましい。袋体１１の被覆層１４は、金属層１３の表面を被覆し、金属層１３が引っ掻き等で損傷してガスバリア性が損なわれることを防止して、仕切部材３の取り扱い性を向上する。具体的には、袋体１１を形成するシートとしては、金属層１３を構成する金属箔と被覆層１４を構成する樹脂フィルムとを接合したラミネートシートを用いることが好ましい。

被覆層１４の材質としては、例えばポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。

被覆層１４の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、被覆層１４の平均厚さの上限としては、２００μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。被覆層１４の平均厚さを前記下限以上とすることによって、被覆層１４の強度が十分となり、金属層１３の保護が担保される。また、被覆層１４の平均厚さを前記上限以下とすることにより、仕切部材３の厚さが大きくなることを防止できる。

袋体１１を形成するシートは、ヒートシールによる接着を可能にするよう、金属層１３の内面側に樹脂製の接着層１５をさらに有することが好ましい。従って、つまり袋体１１を形成するシートとしては、金属層１３を構成する金属箔と接着層１５を構成する樹脂フィルムとを接合したラミネートシートを用いることが好ましく、金属層１３を形成する金属箔と、被覆層１４を形成する樹脂フィルムと、接着層１５を形成する樹脂フィルムとを接合したラミネートシートを用いることがより好ましい。

袋体１１は、難燃化剤１２が蒸発して内部の圧力が上昇したときに、袋体１１が開放されて内部の難燃化剤１２の蒸気を外部に放出するよう構成される。内圧上昇により袋体１１が開放される構成としては、袋体１１を形成するシートが断裂する構成としてもよいが、シートの接着部が剥離する構成とすることが簡便である。このように、袋体１１が内圧上昇時に開放するよう構成することによって、隣接する蓄電素子２が過熱状態となったときに、過熱状態になった蓄電素子２に隣接する仕切部材３の袋体１１から難燃化剤１２の蒸気を噴出させ過熱状態になった蓄電素子２を難燃化剤１２の蒸気で覆って酸素濃度を低減することで、蓄電素子２の安全弁や異物により形成されるケース７の穴から放出されるガスに引火することを防止できる。

袋体１１としては、モジュールの圧縮によって破れないものが好ましく、モジュールでの側面圧迫圧力としては１２００ｋＰにて破断しないことが好ましく、２０００ｋＰａにて破断しないことがより好ましい。これにより、寿命末期での圧迫力上昇に耐えうることができ、信頼性の高い仕切り部材とすることができる。また、内部の圧力に関しては、１５０ｋＰａ（１．５気圧を想定）、より好ましくは１００ｋＰａ（１気圧を想定）の内部の圧力上昇により破裂することによって、仕切部材３の温度を低く保つことができるので、蓄電素子２の過熱状態の連鎖を確実に防止することができる。

接着層１５の材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合等を挙げることができる。

接着層１５の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、接着層１５の平均厚さの上限としては、２００μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。接着層１５の平均厚さを前記下限以上とすることによって、十分なヒートシール性が得られる。また、接着層１５の平均厚さを前記上限以下とすることにより、仕切部材３の厚さが大きくなることを防止できる。

難燃化剤１２は、加熱により蒸発する不燃性の液体であり、いずれかの蓄電素子２が加熱状態となったときに、加熱状態となった蓄電素子２の熱により蒸発して袋体１１から噴出し、蓄電素子２の内部で発生したガスが放出されたときに引火することを防止する。

難燃化剤１２の沸点の下限としては、８０℃が好ましく、１００℃がより好ましい。一方、難燃化剤１２の沸点の上限としては、２００℃が好ましく、１８０℃がより好ましい。難燃化剤１２の沸点を前記下限以上とすることによって、通常の使用状態において難燃化剤が袋体１１の外側に噴出することを防止することができる。また、難燃化剤１２の沸点を前記上限以下とすることによって、蓄電素子２が過熱状態となったときに難燃化剤１２の前記を袋体１１の外側に噴出させて蓄電素子２から噴出するガスの引火を防止することができる。

このような難燃化剤１２としては、非環状フッ素化エーテル、フッ素化リン酸エステル、及びホスファゼン誘導体の少なくともいずれかを含むことができ、例えばフッ素化溶媒等を用いることができる。フッ素化溶媒としては、炭素数が３以下の側鎖を有するフッ素化リン酸エステル、炭素数が３以下の側鎖を有するフッ素化鎖状カーボネート等を挙げることができる。難燃化剤１２は、これらのフッ素化溶媒を複数種を含んでもよい。

前記炭素数が３以下の側鎖を有するフッ素化リン酸エステルは、次の化学式で示すことができる。

（ただし、ｊ、ｋ及びｌは０以上３以下の整数であり、ｍ、ｎ及びｏは０又は１であり、ｘ、ｙ及びｚは０、１又は２であり、フッ素原子を含まない組み合わせを除く。）

また、前記炭素数が３以下の側鎖を有するフッ素化鎖状カーボネートは、次の化学式で示すことができる。

（ただし、ｊ及びｋは０以上３以下の整数であり、ｍ及びｎは０又は１であり、ｘ及びｙは０、１又は２であり、フッ素原子を含まない組み合わせを除く。）

前記炭素数が３以下の側鎖を有するフッ素化リン酸エステルとしては、例えばリン酸トリ（２，２，３，３−テトラフルオロプロピル）、リン酸トリ（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプルピル）、リン酸トリ（２，２，２−トリフルオロエチル）等を挙げることができる。

また、前記炭素数が３以下の側鎖を有するフッ素化カーボネートとしては、例えばジ（２，２，３，３−テトラフルオロプルピル）カーボネート、ジ（２，２，３，３，３−ペンタフルオロプルピル）カーボネート等を挙げることができる。

難燃化剤１２は、無機紙シート１０の気孔を完全には満たさず、無機紙シート１０内に空気又は他の気体を存在させてもよい。この場合、難燃化剤１２は、毛管現象により無機紙シート１０の全体に均等に含浸する。このように、無機紙シート１０内に空気等を残すことで、無機紙シート１０と袋体１１との間に難燃化剤１２を介在させないようにできるので、蓄電素子２間に仕切部材３が圧迫保持される際の圧迫力を無機紙シート１０で受けることにより、温度上昇によらずに袋体１１の内圧が過度に上昇することを防止できる。

保持部材４は、複数の蓄電素子２、複数の仕切部材３及び冷却部材６を保持する。この保持部材４は、例えばラック状、フレーム状、ボックス状等の構成とすることができる。保持部材４は、一対のエンドプレートと、エンドプレートを繋ぐ拘束バーとを有するものであってもよい。

保持部材４は、複数の蓄電素子２を長側面同士が対向するよう並べ、蓄電素子２の長側面間に仕切部材３を配置するよう保持することが好ましい。また、保持部材４は、蓄電素子２の仕切部材に対向する面（長側面）とは異なる面に隣接するよう冷却部材６を保持することが好ましい。

保持部材４は、蓄電素子２及び仕切部材３を配列方向に圧迫して保持することが好ましい。蓄電素子２及び仕切部材３を圧迫保持するための構成としては、例えば、図示するように蓄電素子２を圧迫する圧迫板１６を押し込みボルト１７によって押圧する構成、ばね等の弾性部材を用いる構成等を採用することができる。このように、蓄電素子２及び仕切部材３を圧迫保持することで、蓄電素子２及び仕切部材３間にデッドスペースを形成せず、当該蓄電モジュール１のエネルギー密度を大きくすることができると共に、個々の蓄電素子２及び仕切部材３を保持しないでよいことから保持部材４の構成を簡素化することができる。

保持部材４の圧迫力（押圧力を蓄電素子２のケース７の面積で除した値）の下限としては、５０ｋＰａが好ましく、１００ｋＰａがより好ましい。逆に、保持部材４の圧迫力の上限としては、４００ｋＰａが好ましく、３００ｋＰａがより好ましい。保持部材４の圧迫力を前記下限以上とすることによって、蓄電素子２及び仕切部材３を確実に保持することができる。また、保持部材４の圧迫力を前記上限以下とすることによって、蓄電素子２のケース７の厚さの増大によるエネルギー密度の低下を防止することができる。

バスバー５は、蓄電素子２の正極外部端子８と隣接する蓄電素子２の負極外部端子９とを接続し、複数の蓄電素子２を電気的に直列に接続してもよい。バスバー５は、複数の蓄電素子２を並列に接続してもよい。

冷却部材６は、複数の蓄電素子２に隣接するよう、複数の蓄電素子２の配列方向に延びるよう配置され、各蓄電素子２の熱を奪う。この冷却部材６は、蓄電素子２を冷却して、通常の使用状態で蓄電素子２に熱が蓄積されることを抑制する。

冷却部材６は空冷式のものでもよいが、冷却効果を高める視点からは、内部に冷却水等の冷媒が通されるよう構成されるものが好ましい。

冷却部材６と各蓄電素子２との間には、隙間の形成を防止して熱伝導を効率化するために、例えば樹脂、ゲル等から形成される伝熱シートを配置してもよい。

当該蓄電モジュール１は、上述のように、無機紙シート１０を袋体１１の中に収容し、袋体１１に難燃化剤１２を含浸させたことによって、通常の使用状態ではないが何らかの原因によりいずれかの蓄電素子２が過熱状態となった場合にも、仕切部材３が難燃化剤を放出して蓄電素子２から放出されるガスの引火を防止すると共に、仕切部材３が過熱状態の蓄電素子２から隣接する蓄電素子２への熱伝導を抑制して蓄電素子２間の過熱状態の連鎖を防止することができる。

図３に、図１の蓄電モジュール１を備える蓄電パックを示す。図３の蓄電パックは、複数の蓄電モジュール１と、隣接し合う蓄電モジュール１の間に配置される隔離部材１８と、複数の蓄電モジュール１及び隔離部材１８を保持するホルダ（パックケース）１９とを備える。

隔離部材１８は、無機繊維を主体とする無機紙シートと、内部空間に前記無機紙シートを収容する袋体とを有し、前記袋体の内部空間が減圧されている。この隔離部材１８の無機紙シート及び袋体は、仕切部材３の無機紙シート１０及び袋体１１と同様とすることができる。つまり、隔離部材１８は、平面寸法が異なる点を除いて、仕切部材３と同様に構成される。

ホルダ１９は、複数の蓄電モジュール１及び隔離部材１８を固定する枠体であってもよい。例えば蓄電モジュール１及び隔離部材１８を収容する堅固な箱体とすることが好ましい。ホルダ１９は、蓄電モジュール１及び隔離部材１８を保持するベース部材と蓄電モジュール１、隔離部材１８及びベース部材を覆うカバーとを有する構成とされてもよい。ホルダ１９がベース部材とカバーとを有する場合、カバーは、例えば蓄電パックを搭載する車両等と一体に形成されてもよい。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該蓄電モジュールにおいて、冷却部材は任意である。また、冷却部材が保持部材と一体であってもよい。

当該蓄電モジュールにおいて、袋体は、十分なガスバリア性を確保できれば金属層を有しなくてもよい。

本発明に係る蓄電モジュール及び蓄電パックは、車両用の動力源として特に好適に利用することができる。また、本発明に係る蓄電モジュール及び蓄電パックは、蓄電システム（大規模蓄電システム、家庭用小規模蓄電システム）、太陽光や風力等の自然エネルギーと組わせた分散電源システム、鉄道向け電源システム、無人搬送車（ＡＧＶ）向け電源システムといった産業用途にも好適に利用することができる。

１ 蓄電モジュール
２ 蓄電素子
３ 仕切部材
４ 保持部材
５ バスバー
６ 冷却部材
７ ケース
８ 正極外部端子
９ 負極外部端子
１０ 無機紙シート
１１ 袋体
１２ 難燃化剤
１３ 金属層
１４ 被覆層
１５ 接着層
１６ 圧迫板
１７ 押し込みボルト
１８ 隔離部材
１９ ホルダ

Claims (8)

1. 複数の蓄電素子と、前記蓄電素子の間に配置される仕切部材とを備え、
   前記仕切部材が、無機繊維を主体とする無機紙シートと、内部空間に前記無機紙シートを収容する袋体と、前記無機紙シートに含浸し、加熱により気化する難燃化剤とを有する
   蓄電モジュール。
2. 前記難燃化剤は、気化することで、引火性を有するガスに対し難燃性を発現することを特徴とする請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記難燃化剤は、非環状フッ素化エーテル、フッ素化リン酸エステル、及びホスファゼン誘導体の少なくともいずれかを含む
   請求項１に記載の蓄電モジュール。
4. 前記無機紙シートの空隙率が３０体積％以上８０体積％以下である
   請求項１、請求項２又は請求項３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記蓄電素子が直方体状に形成され、
   前記仕切部材が前記蓄電素子の長側面の間に圧迫保持される
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記無機繊維がガラス繊維である
   請求項１から請求項５のいずれか１項記載の蓄電モジュール。
7. 前記袋体がアルミニウム箔と樹脂フィルムとを接合したラミネートシートから形成される
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の複数の蓄電モジュールと、
   前記複数の蓄電モジュールを保持するホルダと、
   を備える蓄電パック。

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