JP2019503042A - 電池の受動的な熱管理システム - Google Patents

Abstract

電池モジュールは、１つ以上の電池セルによって発生した熱の受動管理を提供するように構成される１つ以上の電池セル及び１つ以上の積層要素を含む。それぞれの積層要素は、１つ以上の熱伝導層及び１つ以上の膨張層を含む。１つ以上の膨張層は、積層要素を、積層要素が１つ以上の電池セルによって発生した熱を伝達する第１の構成から、積層要素が１つ以上の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しない第２の構成に再構成するために、膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成される。【選択図】図６

Description

電池式デバイスはますます一般的になっている。多くの用途では、デバイスに電力供給するために使用される電池のサイズ及び／または重量は、デバイスによって必要とされる電力に対してできる限り小型であることが望ましい。追加的には、電池は多数の放電／充電サイクルに対応する長寿命であることが望ましい。例えば、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池は高比エネルギーを有し、鉛蓄電池及びニッケル・水素電池に比べて好適な経年劣化特性を有するため、リチウムイオン電池は携帯用電子機器（例えば、携帯電話、携帯用コンピュータ等）に幅広く利用されている。電気自動車でのリチウムイオン電池の使用も増加している。

しかしながら、高比エネルギー電池は、突発的な熱暴走の影響を受け得る。熱暴走は、過充電、過放電及び／または内部短絡などの状態によって引き起こされることがあり、これによって、電池の内部温度が安全な温度限界を大幅に超え得る。臨界温度を上回ると、さらなる温度増加を引き起こす発熱反応が発生する可能性があり、これにより、さらなる発熱反応が発生し熱暴走を引き起こし得る。熱暴走は安全上の重大な問題となる場合がある。例えば、リチウムイオン電池では、９００°Ｃまで温度が高くなり得るだけでなく、相当な量の可燃性ガス及び有毒ガスも放出され得る。

本開示に従った多様な実施形態を、図面を参照して説明する。

多数の実施形態による、電池セルによって発生した熱を受動的に管理するように構成された積層要素を含む電池モジュールを例示する、簡略化された模式断面図である。 図１の電池モジュールの積層要素のうちの１つを例示する、簡略化された模式断面図である。 図１の電池モジュールを含む電池を例示する、簡略化された模式断面図である。 多数の実施形態による、電池セルによって発生した熱を受動的に管理するように構成された積層要素を含む電池モジュールを含む電気自動車を例示する、簡略化された模式図である。 多数の実施形態による、電池セルによって発生した熱を受動的に管理するように構成された積層要素を含む電池モジュールによって電力供給される航空機を例示する、簡略化された模式図である。 多数の実施形態による、電池セルによって発生した熱を受動的に管理するように構成された積層要素を含む電池モジュールによって電力供給される航空機を例示する、簡略化された模式図である。

以下の説明では多様な実施形態が説明される。説明の目的のため、特定の構成及び詳細が実施形態の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本実施形態が特定の詳細なしに実施され得ることも当業者に明らかとなるだろう。さらに、周知の特徴は、説明されている実施形態を不明瞭にしないために省略または簡略化され得る。

本明細書に記載する構成部品、アセンブリ及び関連する手法は電池の熱管理を受動的に達成する。多数の実施形態では、少なくとも１つの積層要素は、（１）正常な動作状態の間に、１つ以上の電池セルから熱を奪い、（２）１つ以上の電池セルの熱暴走を示す温度に曝されるときに、非熱伝導構成に再構成するように構成される。積層要素のうちの少なくとも１つを電池モジュールに組み込むことによって、正常な動作の間に、能動的な冷却要素（例えば、ファン、冷却液ポンプ）を利用する必要なく、電池モジュールによって発生した熱を１つ以上の電池セルから電池モジュールの外部に伝達することができる。追加的には、積層要素（複数可）は、熱暴走を示す温度に曝されるときに非熱伝達構成に再構成するため、電池モジュールはより軽量な及び／またはより安価な外部筐体を利用することができ、さらに熱暴走の際には１つ以上の電池セルの熱分離を提供することができる。

同様の参照番号が様々な図面において同様の要素を指す図面を参照すると、図１は、多数の実施形態による、電池モジュール１０によって発生した熱を受動的に管理するように構成された電池モジュール１０を示す。電池モジュール１０は、アレイ電池セル１２、上部セルホルダ１４、下部セルホルダ１６、カソード１８、アノード２０、積層要素２２、カソード１８と電池セル１２のアレイのカソードとの間のカソード膨張コーティング２４、アノード２０と電池セル１２のアレイのアノードとの間のアノード膨張コーティング２６、任意の膨張可能な熱フェルト絶縁体２８及び任意のワックス／相変化材料３０を含む。例示の実施形態では、上部セルホルダ１４及び下部セルホルダ１６は、電池セル１２のアレイの端部がここまで延長して保持される開口部を有する。上部セルホルダ１４及び下部セルホルダ１６は、任意の好適な材料（例えば、ポリマー、セラミック繊維板）から作製することができる。電池セル１２のアレイは、積層要素２２の開口部、膨張可能な熱フェルト絶縁体２８及び含まれる場合にはワックス／相変化材料３０まで延長する。実施形態では、ワックス／相変化材料３０は、好適な温度（例えば、摂氏８０度）で融解するように構成される。

積層要素２２は、最初は、正常な動作状態の間に１つ以上の電池セルから熱を奪うように構成される。正常な動作状態の間に、電池セル１２のアレイの各セルから発生した熱は、積層要素２２によってセルから熱が奪われる。例示の実施形態では、積層要素２２は、電池セル１２のアレイからヒートシンク３２に熱伝導経路を提供できるよう、電池セル１２のアレイのそれぞれ及び外部のヒートシンク３２に接触している。任意の好適な外部のヒートシンク３２を使用することができる。例えば、電池モジュール１０は、後続的に筐体の外部に伝番するために、電池セル１２によって発生した熱を筐体に伝達することができるよう、積層要素２２に熱結合した熱伝導性の外部筐体を含むことができる。

積層要素２２はさらに、熱暴走の間に、電池セル１２のうちの１つ以上によって発生した高温に曝されるときに、最初の熱伝導構成から非熱伝導構成に再構成するように構成される。図２を参照して本明細書にさらに詳細に記載する通り、積層要素２２のぞれぞれは、高温に曝されたときに再構成する熱伝導層及び膨張層を含み、これによって、積層要素を最初の熱伝導構成から非熱伝導構成に再構成する。非熱伝導構成では、積層要素２２は、熱伝導を阻止するように構成され、これによって、熱暴走を受ける電池セル１２のアレイの任意のセルを熱分離するのに役立つ。

いくつかの例では、積層要素２２は熱伝導構成から非熱伝導構成に局所的に再構成するだろう。例えば、電池セル１２のアレイのセルのうちの１つのみが熱暴走を受ける場合、積層要素２２が熱暴走を受けるセルに接触している部分に隣接している積層要素２２のそれぞれの局所的な部分を非熱伝導構成に再構成することができ、したがって、熱暴走を受けているセルを熱分離し、まだ最初の熱伝導構成にある積層要素２２の残りの部分への熱の伝達を阻止する。これによって、積層要素２２は、熱暴走を受けていないセルから熱をなおも奪いながら、熱暴走を受けているセルのみを熱分離するように機能し得る。

カソード１８と電池セル１２のアレイのカソードとの間のカソード膨張コーティング２４は、最初に、カソード１８と電池セル１２のアレイのそれぞれのカソードとの間の電気伝導に対応するように構成される。例えば、実施形態では、電池セル１２のそれぞれのカソードの接触領域は、カソード膨張コーティング２４を塗布する前にマスクされ、これによって、カソード１８はそれぞれのカソード接触領域に直接接触する。カソード１８は、任意の好適な導電性材料（例えば、ニッケル、銅）から作製することができる。電池セル１２のうちの１つ以上の熱暴走によって好適な温度超過に曝される場合、カソード膨張コーティング２４は膨張して、カソード１８と、熱暴走を受けている電池セル１２のアレイの電池セルのそれぞれのカソードとの間の分離を誘発し、これによって、電気接続を妨げる。積層要素２２の上記の局所的膨張と同様に、カソード膨張コーティング２４は、熱暴走を受けている電池セル１２のカソードのすぐ近隣で部分的に膨張し、これによって、熱暴走を受けている電池セル１２からカソード１８のみを分離し得る。

カソード膨張コーティング２４と同様の方式で、アノード２０と電池セル１２のアレイのアノードとの間のアノード膨張コーティング２６は、最初に、アノード２０と電池セル１２のアレイのそれぞれのアノードとの間の電気伝導に対応するように構成される。例えば、実施形態では、電池セル１２のそれぞれのアノードの接触領域は、アノード膨張コーティング２６を塗布する前にマスクされ、これによって、アノード２０はそれぞれのアノード接触領域に直接接触する。アノード２０は、任意の好適な導電性材料（例えば、ニッケル、銅）から作製することができる。電池セル１２のうちの１つ以上の熱暴走によって好適な温度超過に曝される場合、アノード膨張コーティング２６は膨張して、アノード２０と、熱暴走を受けている電池セル１２のアレイの電池セルのそれぞれのアノードとの間の分離を誘発し、これによって、電気接続を防ぐ。カソード膨張コーティング２４の上記の局所的膨張と同様に、アノード膨張コーティング２６は、熱暴走を受けている電池セル１２のアノードのすぐ近隣で部分的に膨張し、これによって、熱暴走を受けている電池セル１２からアノード２０のみを分離し得る。

図２は、積層要素２２の実施形態を例示する。例示の実施形態では、積層要素２２は、膨張層３４、支持層３６及び熱伝導層３８を含む。膨張層３４は、電池セル１２のうちの１つ以上の熱暴走の結果として誘発される好適な温度（例えば、摂氏２００〜３００度）に曝されたときに、膨張するように構成される。膨張層３４は任意の好適な膨張材料から作製することができる。例えば、好適な膨張材料は、ケイ酸ナトリウムベースの材料、グラファイトベースの膨張材料、酸剥離剤を伴う高炭素多価化合物、アミンまたはアミド脱水要素及び発泡剤を含む。支持層３６は、電池セル１２の熱暴走が発生しない正常な動作状態の間に、膨張層３４及び熱伝導層３８への支持を提供する任意の好適な材料／要素（例えば、金網、炭素メッシュ、フェルト）を含むことができる。

熱伝導層３８は、電池セル１２のうちの１つ以上の熱暴走によって生じる温度超過に曝されるときに、再構成可能な任意の好適な材料から作製することができる。例えば、実施形態では、熱伝導層３８は、好適に低い融解温度（例えば、摂氏８０〜１２０度）を有するマトリクス材料（例えば、合成ワックス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ））に懸濁された熱伝導性材料（例えば、窒化アルミニウム、カーボンブラック）を含む。正常な動作状態（つまり、電池セル１２に熱暴走が発生していない）の間に、熱伝導層３８は電池セル（１２）から熱を奪う。電池セル１２のうちの１つ以上の熱暴走の間に、マトリクス材料は最初に融解し（例えば、摂氏８０〜１２０度）、これによって、熱伝導層３８の熱伝導性を減少させ、熱暴走を受けている１つ以上の電池セル１２の熱分離の初期レベルを提供する。

さらに十分な温度超過（例えば、摂氏２００〜３００度）では、膨張層３４は膨張して熱伝導層３８の熱伝導性をさらに減少させる。膨張層３４の膨張は積層要素２２の絶縁特性を高め、これによって、熱暴走を受けている１つ以上の電池セル１２の熱分離を増加させる。

積層要素２２を製造するために任意の好適な手法を使用することができる。例えば、熱伝導層３８は溶融及びロール成形またはドクターブレードによって形成することができる。熱伝導層３８及び膨張層３４を含む積層シートを形成することができる。例えば、熱伝導層３８に膨張材料を噴霧することができる。積層シートはさらに、シートの温度を熱伝導層３８の融解温度付近まで上昇させ、シートを共に（例えば、ローラを使用して）プレスして膨張層２４と熱伝導層３８を共に接着することによる、膨張材料のシートの熱伝導層３８への接着によって形成することができる。積層要素２２は、交互の層を伴う積層シートを切断及び積み重ねることによって形成することができる。積層要素２２はさらに、膨張材料を熱伝導層３８に噴霧し、噴霧された膨張層に別の熱伝導層３８を追加し、噴霧された膨張層３４により分離された所望の好適な数の熱伝導層３８を組み込むことを任意の好適な回数繰り返すことによって形成することができる。積層要素２２はさらに、スタンドオフ付きのツール内に膨張材料のシートを配置することによって形成することができ、注入によって大型の２層材シートを作成するために閉鎖型のツール成形を使用する。大型の２層材シートは、従来の機械加工手法を使用して、所望に応じてトリミング及び／または形成することができる。代替的には、閉鎖型のツールは、電池セルがそこまで延長する全ての穴の有無に関係なく、ネット状の積層要素を形成するように構成することができる。同じ手法を使用して１つ以上の支持層３６を含めることができる。

電池モジュール１０は、任意の好適な電池に組み込むことができる。例えば、図３は、電池モジュール１０を含む電池５０を例示する。電池５０は、電池モジュール１０、外部のヒートシンク５４及び筐体５２をヒートシンク５４に熱連結する熱伝導スタンドオフ５６を囲む熱伝導筐体５２を含む。例示の実施形態では、電池５０はさらに、筐体５２の温度が好適な温度（例えば、摂氏２００〜３００度）を超える場合に膨張するように構成される任意の外部の膨張コーティング５８を含み、本明細書に記載する積層要素２２、カソード膨張コーティング２４及びアノード膨張コーティング２６を介して電池モジュール１０に提供される受動的な熱分離だけでなく、電池５０のさらなる熱分離を提供する。外部のヒートシンク５４は、外部のヒートシンク５４から熱を分散するのに好適な位置に配置することができる。例えば、電池５０が車両に電力供給するために使用される場合、ヒートシンク５４からの周囲環境に熱を伝達するために、ヒートシンク５４を車両の外面に配置することができる。

電池５０は、任意の好適な電動アイテムに電力供給するために使用することができる。例えば、図４は、電池モジュール５０を含む電気自動車６０を例示する、簡略化された模式図である。電気自動車６０はさらに、トランスミッション６６を介して駆動ホイール６４に電力供給する電気モータ６２を含む。本明細書に記載する通り、電池５０のヒートシンク５４は、正常な動作状態の間にヒートシンク５４から周辺環境に熱を伝達するために電気自動車６０の外面に配置される場合がある。別の例として、図５は、電池モジュール５０を含む遠隔制御されるドローン７０を例示する、簡略化された模式図である。ドローン７０はさらに、回転子７４に電力供給する電子モータ７２を含む。本明細書に記載する通り、電池５０のヒートシンク５４は、正常な動作状態の間にヒートシンク５４から周辺環境に熱を伝達するためにドローン７０の外面に配置される場合がある。さらに別の例では、図６は、電池５０を含む電子装置８０を例示する、簡略化された模式図である。電子装置８０はさらに、電池５０によって電力供給される１つ以上の電動構成部品８２を含む。電子装置８０は、任意の好適な電動の携帯用電子装置（例えば、ノートパソコン、携帯電話、フィットネス監視デバイス、タブレット、電子書籍）とすることができる。

本明細書に開示する実施形態は、電池セルのアレイのうちの１つ以上、電池セルのアレイを支持するセルホルダ及び／または電池セルのそれぞれに接触する積層要素を含む電池モジュールを含んでよい。積層要素は、熱伝導層及び熱伝導層が組み入れられている膨張層を含んでよい。膨張層は、積層要素を第１の構成から第２の構成に再構成するために、膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されてよい。第１の構成は電池セルのアレイによって発生した熱を伝達する積層要素を含んでよく、及び／または第２の構成は電池セルのアレイによって発生した熱を実質的には伝達しない積層要素を含んでよい。

任意には、熱伝導層はマトリクス材料に懸濁された熱伝導性材料を含んでよく、マトリクス材料は、摂氏８０〜１２０度の範囲の融点温度を有してよい。任意には、電池モジュールは、アノード膨張層を、アノード膨張層が電池セルのアレイのアノードを介する電流フローを許容する第１の構成から、電池セルのアレイの少なくとも１つのアノードを介する電流フローが第１の構成の電流フローに対して少なくとも部分的に阻止される第２の構成に再構成するために、アノード膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されるアノード膨張層を含んでよい。任意には、カソード膨張層は、カソード膨張層を、カソード膨張層が電池セルのアレイのカソードを介する電流フローを許容する第１の構成から、電池セルのアレイの少なくとも１つを介する電流フローが第１の構成の電流フローに対して少なくとも部分的に阻止される第２の構成に再構成するために、カソード膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されてよい。

本明細書に開示する実施形態は、第１の電池セルのうちの１つ以上及び／または１つ以上の熱伝導層及び１つ以上の膨張層を含む積層要素を含む電池モジュールを含んでよい。任意には、１つ以上の膨張層は、積層要素を第１の構成から第２の構成に再構成するために、膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されてよい。第１の構成は、積層要素が第１の電池セルによって発生した熱を伝達することを特徴としてよく、第２の構成は、積層要素が第１の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しないことを特徴としてよい。

任意には、１つ以上の熱伝導層のうちの少なくとも１つは、熱伝導層の温度超過に応じて熱伝導構成から非熱伝導構成に再構成してよく、熱伝導構成は第１の電池セルによって発生した熱を伝達し、非熱伝導構成は第１の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しない。任意には、１つ以上の熱伝導層の少なくとも１つは、熱伝導層の温度超過に応じて融解するマトリクス材料に懸濁された熱伝導性材料を含んでよい。任意には、熱伝導層の温度超過は、摂氏８０〜１２０度の範囲の温度を上回る温度上昇を含んでよい。任意には、マトリクス材料は合成ワックスを含んでよく、及び／または熱伝導性材料は窒化アルミニウムまたはカーボンブラックのうちの少なくとも１つを含んでよい。任意には、膨張層の温度超過は、摂氏２００〜３００度の範囲の温度を上回る温度上昇を含んでよい。

任意には、第１の電池セルは第１の電池セルアノード及び第１の電池セルカソードを有してよく、電池モジュールは、アノード膨張層を、アノード膨張層が第１の電池セルアノードを介する電流フローを許容する第１の構成から、第１の電池セルアノードを介する電流フローが第１の構成の電流フローに対して少なくとも部分的に阻止される第２の構成に再構成するために、アノード膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されるアノード膨張層のうちの１つ以上及び／またはカソード膨張層を、カソード膨張層が第１の電池セルカソードを介する電流フローを許容する第１の構成から、第１の電池セルカソードを介する電流フローが第１の構成の電流フローに対して少なくとも部分的に阻止される第２の構成に再構成するために、カソード膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されるカソード膨張層をさらに含んでよい。

任意には、電池モジュールは第２の電池セルを含んでよく、積層要素は、積層要素が第１の構成であるときに第２の電池セルによって発生した熱を伝達し、積層要素が第２の構成であるときに第２の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しないように構成されてよい。任意には、第１及び第２の電池セルのそれぞれは、積層要素を通るそれぞれの開口部まで少なくとも部分的に延長してよい。任意には、電池モジュールは第２の積層要素をさらに含んでよく、第１及び第２の電池セルのそれぞれは、第２の積層要素を通るそれぞれの開口部まで少なくとも部分的に延長してよい。任意には、積層要素は複数の積層サブアセンブリを含み、積層サブアセンブリのそれぞれは、熱伝導層のうちの１つ及び膨張層のうちの１つを含んでよい。任意には、積層サブアセンブリの少なくとも１つは、金網または炭素メッシュのうちの少なくとも１つを含み得る支持層を含んでよい。任意には、電池モジュールは、第１の電池セル及び積層要素を囲む熱伝導筐体をさらに含んでよく、熱伝導筐体は、積層要素が積層要素からの熱を伝達する第１の構成にあるときに、積層要素に連結されてよい。任意には、電池モジュールは、１つ以上の熱伝導スタンドオフ部材を介して熱伝導筐体に熱連結されるヒートシンク要素をさらに含んでよい。

本明細書に開示する実施形態は、電池によって発生した熱の受動管理のための積層構造を含んでよく、積層構造は、１つ以上の熱伝導層及び１つ以上の熱伝導層が組み入れられている１つ以上の膨張層を含んでよい。任意には、１つ以上の膨張層のそれぞれは、積層構造を第１の構成から第２の構成に再構成するために、膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成されてよい。任意には、積層構造は第１の構成において熱伝導性であってよく、積層構造は第２の構成において実質的には熱伝導性でなくてよい。

任意には、積層構造は、１つ以上の熱伝導層が組み入れられている１つ以上の支持層及び１つ以上の膨張層をさらに含んでよい。任意には、支持層のうちの１つ以上は強化メッシュを含んでよい。任意には、１つ以上の熱伝導層の少なくとも１つは、熱伝導層の温度超過に応じて熱伝導構成から非熱伝導構成に再構成してよい。任意には、熱伝導構成は第１の電池セルによって発生した熱を伝達してよく、非熱伝導構成は第１の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達できない。

したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきである。しかしながら、特許請求の範囲に記載される本開示のより広範の精神及び範囲から逸脱することなく、多様な修正形態及び変形形態が本明細書に加えられ得ることは明らかである。

他の変形形態は、本開示の精神の範囲内である。ゆえに、開示された技法は多様な修正形態及び代替構成の影響を受けやすいが、その特定の例示される実施形態は図面に示され、上記に詳細に記載されている。しかしながら、本開示を開示された特定の１つ以上の形に限定する意図はなく、逆に意図は、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び範囲に入る全ての修正形態、代替的な構成及び均等物を包含することであることが理解されるべきである。

開示される実施形態を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」ならびに同様の指示語の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈に明らかに矛盾するものでない限り、単数及び複数の両方を網羅すると解釈される。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」及び「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」は、特に断りのない限り、オープンエンド用語（すなわち「を含むが、これらに限定されるものではない」を意味する）として解釈されるべきである。用語「接続された」は、たとえ介在するものがあっても部分的にまたは完全に、中に含まれる、取り付けられる、または互いに結合されるとして解釈されるべきである。本明細書での値の範囲の列挙は、本明細書に別段の指示がない限り、単に、範囲内に入るそれぞれの別個の値に個別に言及する短縮方法としての役割を果たすことが意図され、各個別の値は、それが個別に本明細書に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書で別段の指示がない限り、または文脈に明らかに矛盾するものでない限り、任意の好適な順序で実行できる。本明細書内に提供される任意及び全ての例または例示的言語（例えば、「など」）の使用は、単に本開示の実施形態をより良く明らかにすることが意図され、別段の請求がない限り、本開示の範囲に対して制限を課すものではない。本明細書のいかなる言葉も、本開示の実施にとって必須として任意の請求されていない要素を示すものと解釈されるべきではない。

特に断りのない限り、句「Ｘ、ＹまたはＺのうちの少なくとも１つ」のような選言的な言葉は、項目、用語等がＸ、ＹもしくはＺまたはそのいずれかの組合せ（例えば、Ｘ、Ｙ及び／またはＺ）であってよいことを示すために一般的に用いられるとして文脈の中で理解されることが意図される。したがって、係る選言的言語は、特定の実施形態がＸの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ及びＺの少なくとも１つがそれぞれ存在することを必要とすることを暗示することを概して意図しておらず、意味するべきではない。

本開示を実施するために発明者に知られている最良の形態を含む本開示の好ましい実施形態が本明細書に説明される。これらの好ましい実施形態の変形形態は、前述の説明を読むと当業者に明らかになり得る。本発明者らは、当業者がこのような変形形態を必要に応じて利用することを期待し、本発明者らは本開示が本明細書に具体的に記載されたものとは別の方法で実施されることを意図する。したがって、本開示は、適用法によって許容されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載された主題の全ての修正形態及び均等物を含む。さらに、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈に明らかに矛盾するものでない限り、上述要素の全ての考え得る変形形態での上記要素の任意の組み合わせが本開示に包含される。

あたかも各参考文献が参照により個々にかつ具体的に援用されるように示され、その全体として本明細書に記載されるかのように、本明細書で引用した刊行物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、同程度に参照により本明細書に援用される。

Claims (14)

1. 電池モジュールであって、
   第１の電池セルと、
   １つ以上の熱伝導層及び１つ以上の膨張層を含む積層要素とを備え、前記１つ以上の膨張層は、前記積層要素を、前記積層要素が前記第１の電池セルによって発生した熱を伝達する第１の構成から、前記積層要素が前記第１の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しない第２の構成に再構成するために、前記膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成される、前記電池モジュール。
2. 前記１つ以上の熱伝導層のうちの少なくとも１つは、熱伝導層の温度超過に応じて熱伝導構成から非熱伝導構成に再構成し、前記熱伝導構成は前記第１の電池セルによって発生した熱を伝達し、前記非熱伝導構成は前記第１の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しない、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記１つ以上の熱伝導層の少なくとも１つは、前記熱伝導層の温度超過に応じて融解するマトリクス材料に懸濁された熱伝導性材料を含む、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記熱伝導層の温度超過は、摂氏８０〜１２０度の範囲の温度を上回る温度上昇を含む、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記マトリクス材料は合成ワックスを含み、
   前記熱伝導性材料は、窒化アルミニウムまたはカーボンブラックのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の電池モジュール。
6. 前記膨張層の温度超過は、摂氏２００〜３００度の範囲の温度を上回る温度上昇を含む、請求項１、２、３、４または５のいずれかに記載の電池モジュール。
7. 前記第１の電池セルは第１の電池セルアノード及び第１の電池セルカソードを有し、前記電池モジュールはさらに、
   アノード膨張層を、前記アノード膨張層が前記第１の電池セルアノードを介する電流フローを許容する第１の構成から、前記第１の電池セルアノードを介する電流フローが前記第１の構成の電流フローに対して少なくとも部分的に阻止される第２の構成に再構成するために、前記アノード膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成される、前記アノード膨張層と、
   カソード膨張層を、前記カソード膨張層が前記第１の電池セルカソードを介する電流フローを許容する第１の構成から、前記第１の電池セルカソードを介する電流フローが前記第１の構成の電流フローに対して少なくとも部分的に阻止される第２の構成に再構成するために、前記カソード膨張層の温度超過に応じて膨張するように構成される、前記カソード膨張層と
   のうち少なくとも１つを備える、請求項１、２、３、４、５または６のいずれかに記載の電池モジュール。
8. 第２の電池セルをさらに備え、前記積層要素は、前記積層要素が前記第１の構成にあるときに前記第２の電池セルによって発生した熱を伝達し、前記積層要素が前記第２の構成にあるときに前記第２の電池セルによって発生した熱を実質的には伝達しないように構成される、請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれかに記載の電池モジュール。
9. 前記第１及び第２の電池セルのそれぞれは、前記積層要素を通るそれぞれの開口部まで少なくとも部分的に延長する、請求項８に記載の電池モジュール。
10. 第２の積層要素をさらに備え、前記第１及び第２の電池セルのそれぞれは、前記第２の積層要素を通るそれぞれの開口部まで少なくとも部分的に延長する、請求項９に記載の電池モジュール。
11. 前記積層要素は複数の積層サブアセンブリを含み、前記積層サブアセンブリのそれぞれは、前記熱伝導層のうちの１つ及び前記膨張層のうちの１つを含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０のいずれかに記載の電池モジュール。
12. 前記積層サブアセンブリの少なくとも１つは、金網または炭素メッシュのうちの少なくとも１つを含む支持層を含む、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記第１の電池セル及び前記積層要素を囲む熱伝導筐体をさらに備え、前記熱伝導筐体は、前記積層要素が熱を前記積層要素に伝達する前記第１の構成にあるときに、前記積層要素に連結される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のいずれかに記載の電池モジュール。
14. １つ以上の熱伝導スタンドオフ部材を介して前記熱伝導筐体に熱連結されるヒートシンク要素をさらに備える、請求項１３に記載の電池モジュール。