JP2020031012A - Heat-absorbing sheet for battery pack and assembled battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、電気自動車またはハイブリッド車などを駆動する電動モータの電源となる組電池に好適に用いられる組電池用吸熱シートおよび組電池に関する。 The present invention relates to a heat absorbing sheet for a battery pack and a battery pack preferably used for a battery pack serving as a power source of an electric motor for driving an electric vehicle or a hybrid vehicle, for example.
近年、環境保護の観点から電動モータで駆動する電気自動車またはハイブリッド車などの開発が盛んに進められている。この電気自動車またはハイブリッド車などには、駆動用電動モータの電源となるための、複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池が搭載されている。 In recent years, development of electric vehicles or hybrid vehicles driven by an electric motor has been actively promoted from the viewpoint of environmental protection. The electric vehicle or the hybrid vehicle is equipped with an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series or in parallel to be a power source of a driving electric motor.
この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池などに比べて、高容量かつ高出力が可能なリチウムイオン二次電池が主に用いられているが、電池の内部短絡や過充電などが原因で1つの電池セルに熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セルへ熱の伝播が起こることで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。 These battery cells mainly use lithium-ion secondary batteries that have higher capacity and higher output than lead-acid batteries and nickel-metal hydride batteries, but due to internal short-circuiting and overcharging of the batteries, etc. When a thermal runaway occurs in one battery cell, heat may propagate to another adjacent battery cell, causing a thermal runaway of another battery cell.
上記のような熱暴走の伝播を抑制するための技術として、例えば、特許文献1には、1以上の蓄電素子を備える蓄電装置であって、前記1以上の蓄電素子のうちの1つである第一蓄電素子の側方に配置された第一板材および第二板材であって、互いの面が対向するように配置された第一板材および第二板材を備え、前記第一板材と前記第二板材との間には、前記第一板材および前記第二板材よりも熱伝導率の低い物質の層である低熱伝導層(例えば、空気層)が形成されていることにより、第一蓄電素子からの輻射熱、または、第一蓄電素子に向かう輻射熱は2枚の板材によって遮断され、かつ、これら2枚の板材の一方から他方への熱の移動は低熱伝導層によって抑制されるため、蓄電素子と他の物体との間の効果的な断熱を実現することができることが開示されている。
As a technique for suppressing the propagation of the thermal runaway as described above, for example,
しかし、上記特許文献1においては、ある蓄電素子からの輻射熱、または、ある蓄電素子に向かう輻射熱の遮断と、2枚の板材間の熱移動を低熱伝導層により抑制できるとあるものの、熱源となる各蓄電素子から発生する熱量が大きなものであった場合には、必ずしも断熱効果が十分とは言えなかった。
However, in
本発明は、このような事情に着目してなされたものであり、複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池を構成するに当たり、各電池セル間の熱の伝播を効果的に抑制することのできる、組電池用吸熱シートおよび組電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when configuring a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series or in parallel, the propagation of heat between the battery cells is effectively suppressed. It is an object of the present invention to provide a heat-absorbing sheet for a battery pack and a battery pack which can be used.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る組電池用吸熱シートの要旨は、複数の電池セルが吸熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる吸熱シートであって、粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材を含有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the gist of the heat absorbing sheet for an assembled battery according to one embodiment of the present invention is a group in which a plurality of battery cells are arranged via a heat absorbing sheet, and the plurality of battery cells are connected in series or in parallel. A heat-absorbing sheet for use in a battery, wherein the peak of the particle size distribution contains two or more heat-absorbing materials.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記吸熱材は、平均粒子径の大きい第1の吸熱材と、平均粒子径の小さい第2の吸熱材を有し、前記第1の吸熱材と前記第2の吸熱材の混合比が、質量比で、90:10〜10:90である。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for an assembled battery, the heat absorbing material includes a first heat absorbing material having a large average particle diameter and a second heat absorbing material having a small average particle diameter. The mixing ratio of the second heat absorbing material is from 90:10 to 10:90 by mass.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記第1の吸熱材の含有量は、前記第2の吸熱材の含有量よりも少ない。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for an assembled battery, the content of the first heat absorbing material is smaller than the content of the second heat absorbing material.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記第1の吸熱材の含有量は、前記第2の吸熱材の含有量よりも多い。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for a battery pack, the content of the first heat absorbing material is larger than the content of the second heat absorbing material.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記第1の吸熱材の平均粒子径が5μm以上100μm以下であり、かつ、前記第2の吸熱材の平均粒子径が0.1μm以上5μm未満である。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for an assembled battery, the first heat absorbing material has an average particle diameter of 5 μm or more and 100 μm or less, and the second heat absorbing material has an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 5 μm. is there.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記吸熱材は、無機水和物及び/又は脱水剤である。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for an assembled battery, the heat absorbing material is an inorganic hydrate and / or a dehydrating agent.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記吸熱材は、前記無機水和物を必須として含有し、前記無機水和物は、熱分解開始温度が200℃以上の無機水和物である。 In a preferred embodiment of the heat-absorbing sheet for an assembled battery, the heat-absorbing material essentially contains the inorganic hydrate, and the inorganic hydrate is an inorganic hydrate having a thermal decomposition initiation temperature of 200 ° C or higher. .
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記無機水和物は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化鉄、水酸化マンガン、水酸化ジルコニウムおよび水酸化ガリウムからなる群のうち少なくとも1つである。 In a preferred embodiment of the heat-absorbing sheet for an assembled battery, the inorganic hydrate includes aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, zinc hydroxide, iron hydroxide, manganese hydroxide, zirconium hydroxide, and gallium hydroxide. At least one of the group consisting of:
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記無機水和物が水酸化アルミニウムである。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for an assembled battery, the inorganic hydrate is aluminum hydroxide.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記吸熱材は、前記脱水剤を必須として含有し、前記脱水剤は、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物および金属水和塩からなる群のうち少なくとも1つである。 In a preferred embodiment of the heat absorbing sheet for an assembled battery, the heat absorbing material essentially contains the dehydrating agent, and the dehydrating agent includes silica gel, activated alumina, activated carbon, zeolite, ion exchange resin, sulfate hydrate, and sulfurous acid. It is at least one of the group consisting of salt hydrate, phosphate hydrate, nitrate hydrate, acetate hydrate and metal hydrate.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記第1の吸熱材の水分放出温度は、前記第2の吸熱材の水分放出温度よりも高い。 In a preferred embodiment of the heat-absorbing sheet for an assembled battery, the first heat-absorbing material has a higher moisture-releasing temperature than the second heat-absorbing material.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記第1の吸熱材を主成分とする第1の吸熱層と、前記第1の吸熱層の両面に形成され、前記第2の吸熱材を主成分とする第2の吸熱層と、を有する。 In a preferred embodiment of the heat-absorbing sheet for an assembled battery, a first heat-absorbing layer containing the first heat-absorbing material as a main component, and the second heat-absorbing material formed on both surfaces of the first heat-absorbing layer. A second heat absorbing layer as a component.
上記組電池用吸熱シートにおける好ましい実施形態において、前記第1の吸熱層の厚さは、前記第2の吸熱層の厚さよりも厚い。 In a preferred embodiment of the heat-absorbing sheet for a battery pack, the thickness of the first heat-absorbing layer is larger than the thickness of the second heat-absorbing layer.
本発明の一態様に係る組電池用吸熱シートの要旨は、複数の電池セルが吸熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池に用いられる吸熱シートであって、平均粒子径の異なる2種以上の吸熱材を含有することを特徴とする。 The gist of the heat absorbing sheet for a battery pack according to one embodiment of the present invention is a heat absorbing sheet used for a battery pack in which a plurality of battery cells are arranged via a heat absorbing sheet and the plurality of battery cells are connected in series or in parallel. Further, it is characterized by containing two or more heat absorbing materials having different average particle diameters.
また、本発明の一態様に係る組電池の要旨は、複数の電池セルが、上記の組電池用吸熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列または並列に接続されたことを特徴とする。 The gist of the battery pack according to one embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of battery cells are arranged via the above-described heat absorbing sheet for a battery pack, and the plurality of battery cells are connected in series or in parallel. And
本発明に係る組電池用吸熱シートによれば、複数の電池セルが直列または並列に接続された組電池を構成するに当たり、各電池セル間の熱の伝播を効果的に抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the heat-absorbing sheet for assembled batteries which concerns on this invention, the propagation of heat between each battery cell can be effectively suppressed, when constructing the assembled battery in which several battery cells were connected in series or parallel.
本発明者らは、熱源となる各蓄電素子から発生する熱量が大きなものであった場合においても、各電池セル間の熱の伝播を効果的に抑制することのできる組電池用吸熱シートを提供するため、鋭意検討を行ってきた。 The present inventors provide a heat-absorbing sheet for an assembled battery that can effectively suppress the propagation of heat between battery cells even when the amount of heat generated from each power storage element serving as a heat source is large. In order to do so, we have been working diligently.
その結果、粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材を含有する吸熱シートを、組電池に配置された各電池セル間に介在させることにより、上記課題を解決できることを見出した。 As a result, it has been found that the above problem can be solved by interposing a heat absorbing sheet containing two or more heat absorbing materials having two or more peaks in the particle size distribution between the battery cells arranged in the assembled battery.
すなわち、電池セルの温度が高温となる異常時において脱水可能な物質として、所定の吸熱材を含有することにより、電池セルの温度が異常に上昇した場合に、当該物質が熱を吸収しつつ水分を放出する。この吸熱作用により、電池セルの発熱量を効果的に低減することができる。 In other words, by containing a predetermined heat absorbing material as a substance that can be dehydrated when the temperature of the battery cell becomes abnormally high, when the temperature of the battery cell rises abnormally, the substance absorbs heat while absorbing moisture. Release. Due to this heat absorbing action, the calorific value of the battery cell can be effectively reduced.
また、異常時における電池セルの温度範囲は、一般的に200℃以上であるため、異常時において脱水可能な物質として、熱分解開始温度が200℃以上の無機水和物を用いることが好ましいことも見出した。 In addition, since the temperature range of the battery cell at the time of abnormality is generally 200 ° C. or higher, it is preferable to use an inorganic hydrate having a thermal decomposition start temperature of 200 ° C. or higher as a substance that can be dehydrated at the time of abnormality. Also found.
さらに、粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材、言いかえれば、平均粒子径の異なる2種以上の吸熱材を含有することにより、後述するように、平均粒子径の異なる2種以上の吸熱材における個々の吸熱作用が効果的に作用し、相乗効果を生み出すことも見出した。 Further, by containing two or more endothermic materials having peaks in the particle size distribution, in other words, containing two or more types of endothermic materials having different average particle sizes, as described later, two or more types of endothermic materials having different average particle sizes are used. It has also been found that the individual endothermic actions in the wood work effectively and produce a synergistic effect.
すなわち、平均粒子径の小さい吸熱材が、経過時間の初期段階における急激な温度上昇に対応して効果的に吸熱するため、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑える。また、平均粒子径の大きい吸熱材が、比較的長い時間にわたって吸熱し続けるため、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後の、吸熱保持時間を長く維持する。これらの相乗効果によって、吸熱材が水分を放出した後の、吸熱シートが通常の断熱材としての機能を発揮する段階(温度の平衡状態)に至るまでの経過時間を長くすることができる。 That is, since the heat absorbing material having a small average particle diameter effectively absorbs heat in response to a rapid temperature rise in the early stage of the elapsed time, the rising gradient of the temperature in the early stage of the elapsed time is suppressed. In addition, since the heat absorbing material having a large average particle diameter continues to absorb heat for a relatively long time, the heat absorbing retention time after the temperature rise in the initial stage of the elapsed time is maintained long. Due to these synergistic effects, the elapsed time after the heat absorbing material releases moisture until the heat absorbing sheet reaches a stage (temperature equilibrium state) in which the heat absorbing sheet exerts a function as a normal heat insulating material can be lengthened.
また、本発明者らは、粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材を用いた場合、上記作用効果に加え、熱源となる電池セルに隣接する電池セル表面のピーク温度を低く抑えることができることも見出した。 In addition, the present inventors have found that, when a heat absorbing material having two or more peaks in the particle size distribution is used, in addition to the above-described effects, the peak temperature of the battery cell surface adjacent to the battery cell serving as a heat source can be suppressed to be low. Also found.
以上より、結果として、ある電池セルに熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セルへ熱の伝播を効果的に抑制することができるため、他の電池セルの熱暴走が引き起こされるのを抑制することができる。 As described above, as a result, when a thermal runaway occurs in a certain battery cell, the propagation of heat to another adjacent battery cell can be effectively suppressed, so that the thermal runaway of another battery cell is prevented from being caused. Can be suppressed.
以下、本発明の実施形態(本実施形態)について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
なお、以下において「〜」とは、その下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。
Hereinafter, an embodiment (this embodiment) of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following, “to” means not less than the lower limit value and not more than the upper limit value.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る組電池用吸熱シートについて説明する。第1の実施形態は、当該吸熱シートが単層の場合である。
(First embodiment)
First, the heat absorbing sheet for a battery pack according to the first embodiment of the present invention will be described. The first embodiment is a case where the heat absorbing sheet is a single layer.
<組電池用吸熱シートの基本構成>
図1は、第1の実施形態に係る組電池用吸熱シート10の構成例を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る組電池用吸熱シート10は、例えば、異常時における電池セル30の温度範囲である200℃以上の温度範囲内において熱分解開始温度を有する、吸熱材22,24を有する。組電池用吸熱シート10は、粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材22,24、言いかえれば、平均粒子径の異なる2種以上の吸熱材22,24を含有する。より具体的には、組電池用吸熱シート10は、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22と、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24を有する。
<Basic configuration of heat absorbing sheet for assembled battery>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of the
そして、電池セル30において異常時である熱暴走が生じ、電池セル30の温度が異常に上昇した場合、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24が、経過時間の初期段階における急激な温度上昇に対応して効果的に吸熱するため、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑える。
ここで、第2の吸熱材24は、第1の吸熱材22に比べ平均粒子径が小さいことから、同じ体積で比較した場合、第2の吸熱材24の方が表面積が大きく、したがって受熱面積がより大きい。よって、第2の吸熱材24の単位時間当たりの吸熱量は、第1の吸熱材22の単位時間当たりの吸熱量よりも大きくなる。このため、平均粒子径の大きな第1の吸熱材22のみを含有する吸熱シート10に比べ、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑えられると考えられる。
Then, when thermal runaway as an abnormal time occurs in the
Here, since the second
また、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22が、比較的長い時間にわたって吸熱し続けるため、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱保持時間を長く維持する。
ここで、第1の吸熱材22は、第2の吸熱材24に比べ平均粒子径が大きいことから、その中心付近にある吸熱材の温度が水分放出温度、すなわち脱水温度(吸熱材が無機水和物である場合には、反応温度)に達するまでにある程度の時間を要する。このため、平均粒子径の小さな第2の吸熱材24のみを含有する吸熱シート10に比べ、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱保持時間を長く維持できると考えられる。
In addition, since the first
Here, since the first
そして、これらの相乗効果によって、吸熱材が水分を放出した後(吸熱材が無機水和物である場合には、無機水和物が結晶水を放出した後)の、吸熱シートが通常の断熱材としての機能を発揮する段階(温度の平衡状態)に至るまでの経過時間を長くすることができる。 Due to these synergistic effects, the heat-absorbing sheet after the heat-absorbing material has released moisture (if the heat-absorbing material is an inorganic hydrate, after the inorganic hydrate has released water of crystallization), has a normal heat insulating property. It is possible to lengthen the elapsed time until the stage of exhibiting the function as a material (temperature equilibrium state).
ところで、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22は、その中心付近にある吸熱材の温度が脱水温度に達するまでにある程度の時間を要し、中心付近まで脱水しきれない場合がある。このため、組電池用吸熱シート10として、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22のみを使用した場合には、第1の吸熱材22が有する水分を全て使いきれない可能性があるため、電池セル30表面のピーク温度(平衡状態となる温度)が高くなる傾向にある。一方、本実施形態に係る組電池用吸熱シート10においては、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22と、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24を併用しており、中心付近まで脱水しきれない可能性のある吸熱材が相対的に減るため、電池セル30表面のピーク温度を低く抑えることができる。
By the way, the first
この組電池用吸熱シート10の具体的な使用形態としては、図4に示すように、複数の電池セル30が、組電池用吸熱シート10を介して配置され、複数の電池セル30同士が直列または並列に接続された状態(接続された状態は図示を省略)で、電池ケース40に格納されて組電池100が構成される。なお、電池セル30は、例えば、リチウムイオン二次電池が好適に用いられるが、特にこれに限定されず、その他の二次電池にも適用され得る。
As a specific usage pattern of the
<組電池用吸熱シートの詳細>
次に、組電池用吸熱シート10を構成する吸熱材22,24の平均粒子径および混合比について説明する。
<Details of heat absorbing sheet for assembled battery>
Next, the average particle size and the mixing ratio of the
第1の吸熱材22の平均粒子径は、好ましくは5μm以上100μm以下であり、より好ましくは7μm以上30μm以下、更に好ましくは10μm以上20μm以下である。第1の吸熱材22の平均粒子径を上記範囲に設定することにより、比較的長い時間にわたって吸熱し、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱保持時間を長く維持する効果を十分に発揮することができる。
The average particle size of the first
第2の吸熱材24の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上5μm未満であり、より好ましくは0.5μm以上3μm以下、更に好ましくは0.7μm以上2μm以下である。第2の吸熱材24の平均粒子径を上記範囲に設定することにより、経過時間の初期段階における急激な温度上昇に対応して吸熱し、経過時間に対する温度の立ち上がり勾配を小さく抑える効果を十分に発揮することができる。
The average particle size of the second
平均粒子径の大きい第1の吸熱材22と、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24の混合比は、質量比で、90:10〜10:90の範囲内で任意に設定可能である。好ましい混合比は、70:30〜30:70であり、より好ましい混合比は、65:35〜35:65である。上記した好ましい又はより好ましい混合比とすることにより、第1の吸熱材22が作用する、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱保持時間を長く維持する効果と、第2の吸熱材24が作用する、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり勾配を小さく抑える効果との良好なバランスを図ることができる。
The mixing ratio of the first
また、第2の吸熱材24の含有量を第1の吸熱材22の含有量より多くする、すなわち、第1の吸熱材22の含有量を第2の吸熱材24の含有量より少なくすることで、第2の吸熱材24が作用する効果を優先的に発揮することができる。
一方、第1の吸熱材22の含有量を第2の吸熱材24の含有量より多くすることで、第1の吸熱材22が作用する効果を優先的に発揮することができる。
したがって、組電池用吸熱シート10に求める吸熱反応の作用効果に応じて、適宜、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22と、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24の混合比を設定することができる。
Further, the content of the second
On the other hand, by making the content of the first
Therefore, the mixing ratio of the first
続いて、組電池用吸熱シート10を構成する吸熱材22,24の材質について説明する。吸熱材22,24は、例えば、無機水和物及び/又は脱水剤である。すなわち、吸熱材22,24として、無機水和物のみ又は脱水剤のみを使用してもよく、また、これらを併用してもよい。
Next, the materials of the
吸熱材22,24が無機水和物を必須として含有する場合には、無機水和物としては、例えば、熱分解開始温度が200℃以上とすることができる。上記無機水和物として、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化亜鉛(Zn(OH)2)、水酸化鉄(Fe(OH)2)、水酸化マンガン(Mn(OH)2)、水酸化ジルコニウム(Zr(OH)2)、水酸化ガリウム(Ga(OH)3)などが挙げられる。
これらの無機水和物は、単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。すなわち、第1の吸熱材22と第2の吸熱材24とで、同じ材料を用いても良く、また、第1の吸熱材22と第2の吸熱材24とで、異なる同じ材料を用いても良い。
When the
These inorganic hydrates may be used alone or in combination of two or more. That is, the same material may be used for the first
なお、水酸化アルミニウムの熱分解開始温度は約200℃であり、水酸化マグネシウムの熱分解開始温度は約330℃であり、水酸化カルシウムの熱分解開始温度は約580℃であり、水酸化亜鉛の熱分解開始温度は約200℃であり、水酸化鉄の熱分解開始温度は約350℃であり、水酸化マンガンの熱分解開始温度は約300℃であり、水酸化ジルコニウムの熱分解開始温度は約300℃であり、水酸化ガリウムの熱分解開始温度は約300℃である。すなわち、無機水和物の種類により、水分放出温度が異なっている。 The thermal decomposition onset temperature of aluminum hydroxide is about 200 ° C., the thermal decomposition onset temperature of magnesium hydroxide is about 330 ° C., the thermal decomposition onset temperature of calcium hydroxide is about 580 ° C., and zinc hydroxide is Is about 200 ° C., the thermal decomposition onset temperature of iron hydroxide is about 350 ° C., the thermal decomposition onset temperature of manganese hydroxide is about 300 ° C., and the thermal decomposition onset temperature of zirconium hydroxide is Is about 300 ° C., and the thermal decomposition onset temperature of gallium hydroxide is about 300 ° C. That is, the moisture release temperature differs depending on the type of the inorganic hydrate.
このような熱分解開始温度が異なる2種以上の吸熱材22,24、すなわち水分放出温度が異なる2種以上の吸熱材22,24を併用すれば、温度上昇した電池セル30を広い温度領域で冷却することができ、熱暴走時の各電池セル30間の熱の伝播を効果的に抑制することが可能となるため、好ましい。
If two or more kinds of
水分放出温度が異なる2種以上の吸熱材22,24を併用する場合、第1の吸熱材22の水分放出温度は、第2の吸熱材24の水分放出温度より高く設定することができる。これにより、第1の吸熱材22が水分放出温度に達するまでに、より長い時間を要することとなる。経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱保持時間をより長く維持できると考えられる。
When two or more kinds of
ところで、吸熱材22,24として水酸化アルミニウムを用いる場合、水酸化アルミニウム中には約35%の結晶水を有しており、下記式に示すように、熱分解時に結晶水を放出することで、消炎機能(吸熱反応)を発揮することができる。
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O
この機能により、電池セル30で発生した高温の熱を吸収することができ、電池セル30の発熱量を低減することができる。
By the way, when aluminum hydroxide is used as the
2Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O
With this function, the high-temperature heat generated in the
なお、水酸化アルミニウムのような、熱分解温度が200℃以上である無機水和物は、電池セル30の熱暴走が生じた場合の電池セル30表面の上昇温度と温度範囲が大きく重複しているため、異常時における電池セル30の温度上昇に伴い、熱分解により脱水反応(吸熱反応)を生ずることで、効果的に各電池セル30間の熱の伝播を抑制することができる。
An inorganic hydrate having a thermal decomposition temperature of 200 ° C. or higher, such as aluminum hydroxide, has a temperature range that greatly overlaps with the temperature rise on the surface of the
特に、水酸化アルミニウムにあっては、上記無機水和物の中で熱分解開始温度が低め(熱分解開始温度:約200℃)であるため、電池セルの異常時の初期段階(比較的低めの温度)から、電池セル30の冷却を行うことができるため、好ましい。
In particular, in the case of aluminum hydroxide, since the thermal decomposition onset temperature is low (the thermal decomposition onset temperature: about 200 ° C.) among the above-mentioned inorganic hydrates, the initial stage of battery cell abnormality (relatively low) From the above temperature), the
続いて、吸熱材22,24が脱水剤を必須として含有する場合には、脱水剤としては、例えば、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂などのような水分吸着剤、あるいは、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物、金属水和塩などが挙げられる。
これらの脱水剤は、単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。すなわち、第1の吸熱材22と第2の吸熱材24とで、同じ材料を用いても良く、また、第1の吸熱材22と第2の吸熱材24とで、異なる同じ材料を用いても良い。
Subsequently, when the
These dehydrating agents may be used alone or in combination of two or more. That is, the same material may be used for the first
ここで、硫酸塩水和物としては、例えば、硫酸アンモニウムアルミニウム12水和物、硫酸ナトリウムアルミニウム12水和物、硫酸アルミニウム27水和物、硫酸アルミニウム18水和物、硫酸アルミニウム16水和物、硫酸アルミニウム10水和物、硫酸アルミニウム6水和物、硫酸カリウムアルミニウム12水和物、硫酸鉄7水和物、硫酸鉄9水和物、硫酸カリウム鉄12水和物、硫酸マグネシウム7水和物、硫酸ナトリウム10水和物、硫酸ニッケル6水和物、硫酸亜鉛7水和物、硫酸ベリリウム4水和物、硫酸ジルコニウム4水和物等が挙げられる。
亜硫酸塩水和物としては、例えば、亜硫酸亜鉛2水和物、亜硫酸ナトリウム7水和物等が挙げられる。
リン酸塩水和物としては、例えば、リン酸アルミニウム2水和物、リン酸コバルト8水和物、リン酸マグネシウム8水和物、リン酸マグネシウムアンモニウム6水和物、リン酸水素マグネシウム3水和物、リン酸水素マグネシウム7水和物、リン酸亜鉛4水和物、リン酸二水素亜鉛2水和物等が挙げられる。
Here, as the sulfate hydrate, for example, ammonium aluminum sulfate dodecahydrate, sodium aluminum sulfate dodecahydrate, aluminum sulfate 27 hydrate, aluminum sulfate 18 hydrate, aluminum sulfate 16 hydrate, aluminum sulfate Decahydrate, aluminum sulfate hexahydrate, potassium aluminum sulfate dodecahydrate, iron sulfate heptahydrate, iron sulfate nonahydrate, potassium iron sulfate dodecahydrate, magnesium sulfate heptahydrate, sulfuric acid Examples include sodium decahydrate, nickel sulfate hexahydrate, zinc sulfate heptahydrate, beryllium sulfate tetrahydrate, zirconium sulfate tetrahydrate and the like.
Examples of the sulfite hydrate include zinc sulfite dihydrate and sodium sulfite heptahydrate.
Examples of the phosphate hydrate include aluminum phosphate dihydrate, cobalt phosphate octahydrate, magnesium phosphate octahydrate, magnesium ammonium phosphate hexahydrate, and magnesium hydrogen phosphate trihydrate. , Magnesium hydrogen phosphate heptahydrate, zinc phosphate tetrahydrate, zinc dihydrogen phosphate dihydrate and the like.
硝酸塩水和物としては、例えば、硝酸アルミニウム9水和物、硝酸亜鉛6水和物、硝酸カルシウム4水和物、硝酸コバルト6水和物、硝酸ビスマス5水和物、硝酸ジルコニウム5水和物、硝酸セリウム6水和物、硝酸鉄6水和物、硝酸鉄9水和物、硝酸ニッケル6水和物、硝酸マグネシウム6水和物等が挙げられる。
上記酢酸塩水和物としては、例えば、酢酸亜鉛2水和物、酢酸コバルト4水和物等が挙げられる。
金属水和塩としては、例えば、塩化コバルト6水和物、塩化鉄4水和物等の塩化物塩、ホウ砂(四ホウ酸ナトリウム5水和物、四ホウ酸ナトリウム10水和物)、八ホウ酸二ナトリウム四水物、ホウ酸亜鉛3.5水和物等のホウ酸塩等が挙げられる。
Examples of the nitrate hydrate include aluminum nitrate nonahydrate, zinc nitrate hexahydrate, calcium nitrate tetrahydrate, cobalt nitrate hexahydrate, bismuth nitrate pentahydrate, and zirconium nitrate pentahydrate , Cerium nitrate hexahydrate, iron nitrate hexahydrate, iron nitrate nonahydrate, nickel nitrate hexahydrate, magnesium nitrate hexahydrate and the like.
Examples of the acetate hydrate include zinc acetate dihydrate, cobalt acetate tetrahydrate and the like.
Examples of the metal hydrate include chloride salts such as cobalt chloride hexahydrate and iron chloride tetrahydrate, borax (sodium tetraborate pentahydrate, sodium tetraborate decahydrate), Borates such as disodium octaborate tetrahydrate and zinc borate 3.5 hydrate are exemplified.
脱水剤のうち、より多くの水分を放出することができ、かつ、脱水温度範囲が広いという特性を有する観点から、特にゼオライトを用いることが好ましい。ゼオライトとしては、特に種類に限定されるものではなく、例えば、β型ゼオライト、Y型ゼオライト、フェリエライト、ZSM−5型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトAおよびゼオライトL等が挙げられる。 Among the dehydrating agents, it is particularly preferable to use zeolite from the viewpoint of releasing more water and having a wide dehydration temperature range. The type of zeolite is not particularly limited, and examples thereof include β-type zeolite, Y-type zeolite, ferrierite, ZSM-5-type zeolite, mordenite, forgesite, zeolite A and zeolite L.
ゼオライトは、3次元網目構造を有するアルミノケイ酸塩である。水分を吸着するゼオライトは安定的に存在するため、通常、常温条件下で3次元網目構造の隙間に水分などを吸着している。しかし、ある温度以上の熱が与えられることにより、ゼオライトに吸着されていた水分がゼオライトから脱着する。しかし、水分を吸着していないゼオライトは不安定であるため、脱水したゼオライトは高い吸着作用を有するため、温度が低下した後は再び水分を吸着する。 Zeolites are aluminosilicates having a three-dimensional network structure. Since the zeolite that adsorbs moisture is stably present, moisture or the like is usually adsorbed in the gaps of the three-dimensional network structure under normal temperature conditions. However, when heat of a certain temperature or more is applied, the moisture adsorbed on the zeolite is desorbed from the zeolite. However, since the zeolite that does not adsorb moisture is unstable, the dehydrated zeolite has a high adsorptive effect, and thus adsorbs moisture again after the temperature is lowered.
続いて、組電池用吸熱シート10を構成する他の材料について説明する。組電池用吸熱シート10は、成形時の強度向上を目的として、無機繊維やパルプ繊維を含んでいてもよい。
Next, other materials forming the
上記無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維、ガラス繊維、ジルコニア繊維およびチタン酸カリウムウィスカ繊維などが挙げられる。これらの無機繊維は、耐熱性、強度、入手容易性などの点で好ましい。上記無機繊維は、単独で使用してもよいし2種以上組み合わせて使用してもよい。上記無機繊維のうち、取り扱い性の観点から、特にシリカ−アルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、アルカリアースシリケート繊維、ガラス繊維が好ましい。 Examples of the inorganic fibers include silica-alumina fibers, alumina fibers, silica fibers, rock wool, alkali earth silicate fibers, glass fibers, zirconia fibers, and potassium titanate whisker fibers. These inorganic fibers are preferable in terms of heat resistance, strength, availability, and the like. The inorganic fibers may be used alone or in combination of two or more. Among the inorganic fibers, from the viewpoint of handling properties, silica-alumina fibers, alumina fibers, silica fibers, rock wool, alkali earth silicate fibers, and glass fibers are particularly preferable.
上記無機繊維の断面形状は、特に限定されず、円形断面、平断面、中空断面、多角断面、芯断面などが挙げられる。中でも、中空断面、平断面または多角断面を有する異形断面繊維は、断熱性が若干向上されるため好適に使用することができる。 The cross-sectional shape of the inorganic fiber is not particularly limited, and examples thereof include a circular cross section, a flat cross section, a hollow cross section, a polygonal cross section, and a core cross section. Above all, fibers having a modified cross section having a hollow cross section, a flat cross section, or a polygonal cross section can be suitably used because their heat insulating properties are slightly improved.
上記無機繊維の平均繊維長の好ましい下限は0.1mmであり、より好ましい下限は0.5mmである。一方、上記無機繊維の平均繊維長の好ましい上限は50mmであり、より好ましい上限は10mmである。上記無機繊維の平均繊維長が0.1mm未満であると、無機繊維同士の絡み合いが生じにくく、得られる吸熱シート10の機械的強度が低下するおそれがある。一方、50mmを超えると、補強効果は得られるものの無機繊維同士が緊密に絡み合うことができなったり、単一の無機繊維だけで丸まったりし、それにより連続した空隙が生じやすくなるので断熱性の低下を招くおそれがある。
A preferable lower limit of the average fiber length of the inorganic fibers is 0.1 mm, and a more preferable lower limit is 0.5 mm. On the other hand, a preferred upper limit of the average fiber length of the inorganic fibers is 50 mm, and a more preferred upper limit is 10 mm. When the average fiber length of the inorganic fibers is less than 0.1 mm, entanglement between the inorganic fibers is unlikely to occur, and the mechanical strength of the obtained
上記無機繊維の平均繊維径の好ましい下限は1μmであり、より好ましい下限は2μmであり、更に好ましい下限は3μmである。一方、上記無機繊維の平均繊維径の好ましい上限は10μmであり、より好ましい上限は7μmである。上記無機繊維の平均繊維径が1μm未満であると、無機繊維自体の機械的強度が低下するおそれがある。また、人体の健康に対する影響の観点より、上記無機繊維の平均繊維径が3μm以上であるが好ましい。一方、上記無機繊維の平均繊維径が10μmより大きいと、無機繊維を媒体とする固体伝熱が増加して断熱性の低下を招くおそれがあり、また、吸熱シート10の成形性が悪化するおそれがある。
A preferred lower limit of the average fiber diameter of the inorganic fibers is 1 μm, a more preferred lower limit is 2 μm, and a still more preferred lower limit is 3 μm. On the other hand, a preferred upper limit of the average fiber diameter of the inorganic fibers is 10 μm, and a more preferred upper limit is 7 μm. If the average fiber diameter of the inorganic fibers is less than 1 μm, the mechanical strength of the inorganic fibers themselves may be reduced. From the viewpoint of the effect on human health, the average fiber diameter of the inorganic fibers is preferably 3 μm or more. On the other hand, if the average fiber diameter of the inorganic fibers is larger than 10 μm, solid heat transfer using the inorganic fibers as a medium may increase to cause a decrease in heat insulating properties, and the formability of the
この無機繊維やパルプ繊維は、吸熱シート10を構成する材料の合計重量に対して、10〜70質量%の範囲で必要に応じて使用することができる。
These inorganic fibers and pulp fibers can be used as needed in the range of 10 to 70% by mass based on the total weight of the materials constituting the
吸熱シート10を構成する材料として、有機バインダーを必要に応じて使用してもよい。この有機バインダーは、成形時の強度向上を目的とする上で有用であり、例えば高分子凝集剤やアクリルエマルジョンなどを好適に使用することができる。
上記有機バインダーの配合量としては、吸熱シート10を構成する材料の合計重量に対して0.5〜5.0質量%の範囲で必要に応じて使用することができる。
As a material constituting the
As the compounding amount of the organic binder, it can be used as needed within a range of 0.5 to 5.0% by mass based on the total weight of the materials constituting the
上記吸熱シート10の厚さとしては特に限定されないが、0.05〜5mmの範囲にあることが好ましい。吸熱シート10の厚さが0.05mm未満であると、充分な機械的強度を吸熱シート10に付与することができない。一方、吸熱シート10の厚さが5mmを超えると、吸熱シート10の成形自体が困難となるおそれがある。
The thickness of the
(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態に係る組電池用吸熱シートについて説明する。第2の実施形態は、当該吸熱シートが複層(積層体)の場合である。
(Second embodiment)
Subsequently, a heat absorbing sheet for a battery pack according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is a case where the heat absorbing sheet is a multilayer (laminated body).
図2は、第2の実施形態に係る組電池用吸熱シート10の構成例を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る組電池用吸熱シート10は、吸熱シート10における厚み方向(図中の上下方向)中心部に第1の吸熱材22を主成分とする第1の吸熱層12が配置され、該第1の吸熱層12の両面に第2の吸熱材24を主成分とする第2の吸熱層14が配置された3層から構成される。また、第1の吸熱層12の厚さt1は、第2の吸熱層の厚さt2よりも厚く設定されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of the
本実施形態によれば、厚み方向中心部の第1の吸熱層12の両面に、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24を主成分とする第2の吸熱層14が配置されていることから、第2の吸熱層14が電池セル30の表面に接するため、単位時間当たりの吸熱量がより大きい第2の吸熱材24が、経過時間の初期段階における急激な温度上昇に対応して、優先的に(積極的に)に吸熱する。そして、平均粒子径の大きい第1の吸熱材22を主成分とする第1の吸熱層12が厚み方向中心部に配置されているため、経過時間の初期段階における温度の立ち上がり後における、吸熱保持時間をより長く維持することができる。
According to the present embodiment, the second
すなわち、本実施形態では、吸熱反応の初期段階では、第1の吸熱層12が優先的に作用し、吸熱反応の後期段階では、第2の吸熱層14が優先的に作用するという役割分担を行うため、第1の実施形態(吸熱シート10が単層の場合)に比べ、本実施形態の作用効果をより効果的に発現することができる。
That is, in the present embodiment, the role of the first
さらに、図2に示すように、第1の吸熱層12の厚さt1が、第2の吸熱層14の厚さt2よりも厚い場合には、第1の吸熱層12が発揮する作用を十分に発揮することができるため、上記したような、吸熱材が水分を放出した後の、吸熱シート10が通常の断熱材としての機能を発揮する段階(温度の平衡状態)に至るまでの経過時間を最大限に長くすることが可能となるため好ましい。
Further, as shown in FIG. 2, when the thickness t 1 of the first
ところで、図2においては、第1の吸熱層12は第1の吸熱材22のみからなり、第2の吸熱層14は第2の吸熱材24のみからなる例を示しているが、例えば、図3に示すように、3層からなる第1の吸熱層12および第2の吸熱層14のいずれにおいても、第1の吸熱材22と第2の吸熱材24とを混合することもできる。この場合、厚み方向中心部の第1の吸熱層12には第1の吸熱材22が主成分として含まれ、第2の吸熱層14には第2の吸熱材24が主成分として含まれるような形態であっても良い。なお、主成分とは、第1の吸熱層12または第2の吸熱層14を構成する材料のうち、含有量が最も多い材料を意味する。
By the way, FIG. 2 shows an example in which the first
(組電池用吸熱シートの製造方法)
続いて、組電池用吸熱シート10の製造方法について詳細に説明する。
(Production method of heat absorbing sheet for assembled battery)
Subsequently, a method for manufacturing the
本実施形態に係る吸熱シート10は、第1の吸熱材22と第2の吸熱材24から構成される材料を、乾式成形法または湿式成形法により型成形して製造される。以下に、吸熱シート10をそれぞれの成形法により得る場合の製造方法について説明する。
The
[乾式成形法を用いて製造する場合]
まず、乾式成形法では、第1の吸熱材22および第2の吸熱材24、更に必要に応じて無機繊維やパルプ繊維、あるいは有機バインダーを所定の割合でV型混合機などの混合機に投入する。混合機に投入された材料を充分に混合した後、所定の型内に混合物を投入し、プレスすることにより吸熱シート10を得る。プレス時には、必要に応じて加熱してもよい。
[When manufacturing by dry molding method]
First, in the dry molding method, the first
上記プレス圧は、0.98〜9.80MPaの範囲であることが好ましい。プレス圧が0.98MPa未満であると、得られる吸熱シート10において、強度を保つことができずに崩れてしまうおそれがある。一方、プレス圧が9.80MPaを超えると、過度の圧縮によって加工性が低下したり、更に、かさ密度が高くなるため固体伝熱が増加し、断熱性が低下するおそれがある。
The pressing pressure is preferably in the range of 0.98 to 9.80 MPa. If the pressing pressure is less than 0.98 MPa, the resulting
[湿式成形法を用いて製造する場合]
続いて、湿式成形法では、第1の吸熱材22および第2の吸熱材24、更に必要に応じて無機繊維やパルプ繊維、あるいは有機バインダーを水中で混合撹拌して充分に分散させ、その後、凝集剤を添加して、一次凝集体を得る。次に、必要に応じて有機弾性物質のエマルジョンなどを所定の範囲内で上記水中に添加した後、高分子凝集剤を添加することにより凝集体を含むスラリーを得る。
[When manufacturing using wet molding method]
Subsequently, in the wet molding method, the first heat-absorbing
次に、上記凝集体を含むスラリーを所定の型内へ投入して湿潤した吸熱シート10を得る。得られた吸熱シート10を乾燥することにより、目的の吸熱シート10が得られる。
Next, the slurry containing the aggregate is put into a predetermined mold to obtain a wet
上述のように、吸熱シート10は、乾式成形法または湿式成形法のいずれによっても得られるが、一体成形の容易性や機械的強度の点から湿式成形法を用いることが好ましい。
As described above, the heat-absorbing
また、図2や図3に示すような、中間層として第1の吸熱材22を主成分とする第1の吸熱層12と、その両面に形成され、第2の吸熱材24を主成分とする第2の吸熱層14とを有する3層から構成される吸熱シート10は、第1の吸熱層12および第2の吸熱層14を、それぞれ上記製造方法に基づき作製した後、これらの層がウェット状態での加圧プレスや、これら部材の乾燥後に接着剤を用いて接着する方法などにより得ることができる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a first
以下に、本実施形態に係る組電池用吸熱シートの実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the heat absorbing sheet for an assembled battery according to the present embodiment will be described, but the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
吸熱材に用いられる無機水和物として、平均粒子径:1μmおよび平均粒子径17μmの水酸化アルミニウム(Al(OH)3)粉末を準備した。そして、これらの水酸化アルミニウム粉末を質量比で50:50の混合割合で80質量%とした上で、無機繊維としてロックウールを10質量%、パルプ繊維を9質量%、高分子凝集材を1質量%加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ2mmの組電池用吸熱シートを得た。なお、用いた水酸化アルミニウムの熱分解開始温度は、約200℃であった。
<Example 1>
Aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder having an average particle diameter of 1 μm and an average particle diameter of 17 μm was prepared as an inorganic hydrate used for the heat absorbing material. Then, these aluminum hydroxide powders were mixed at a mass ratio of 50:50 to 80% by mass, and 10% by mass of rock wool, 9% by mass of pulp fibers, and 1% of a polymer flocculant were used as inorganic fibers. % By mass and sufficiently stirred and mixed to prepare a slurry. The slurry was formed into a sheet to obtain a heat absorbing sheet for a battery pack having a thickness of 2 mm. The temperature at which thermal decomposition of the aluminum hydroxide used was about 200 ° C.
<比較例1>
アルカリアースシリケート(AES)ファイバーにより構成される厚み2mmのシートを準備し、組電池用吸熱シートとした。
<Comparative Example 1>
A sheet having a thickness of 2 mm made of alkali earth silicate (AES) fiber was prepared and used as an endothermic sheet for an assembled battery.
<比較例2>
吸熱材に用いられる無機水和物として、実施例1で使用したものと同一である、平均粒径:17μmの水酸化アルミニウム(Al(OH)3)粉末を準備した。そして、この水酸化アルミニウム粉末を80質量%とした上で、無機繊維としてロックウールを10質量%、パルプ繊維を9質量%、高分子凝集材を1質量%加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ2mmの組電池用吸熱シートを得た。
<Comparative Example 2>
Aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder having an average particle diameter of 17 μm, which is the same as that used in Example 1, was prepared as the inorganic hydrate used for the heat absorbing material. Then, after making this aluminum hydroxide powder 80% by mass, 10% by mass of rock wool, 9% by mass of pulp fiber, and 1% by mass of polymer coagulant were added as inorganic fibers, and the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain slurry. Was prepared. The slurry was formed into a sheet to obtain a heat absorbing sheet for a battery pack having a thickness of 2 mm.
<比較例3>
吸熱材に用いられる無機水和物として、実施例1で使用したものと同一である、平均粒径:1μmの水酸化アルミニウム(Al(OH)3)粉末を準備した。そして、この水酸化アルミニウム粉末を80質量%とした上で、無機繊維としてロックウールを10質量%、パルプ繊維を9質量%、高分子凝集材を1質量%加え、十分に撹拌混合してスラリーを調製した。上記スラリーを抄造して厚さ2mmの組電池用吸熱シートを得た。
<Comparative Example 3>
As the inorganic hydrate used for the heat absorbing material, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder having an average particle diameter of 1 μm, which was the same as that used in Example 1, was prepared. Then, after making this aluminum hydroxide powder 80% by mass, 10% by mass of rock wool, 9% by mass of pulp fiber, and 1% by mass of polymer coagulant were added as inorganic fibers, and the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain slurry. Was prepared. The slurry was formed into a sheet to obtain a heat absorbing sheet for a battery pack having a thickness of 2 mm.
実施例1および比較例1〜比較例3で得られた組電池用吸熱シートの一方の面に隣接するようにヒーターを配置し、他方の面に隣接する電池セルを模擬した金属板を配置した。ヒーター温度が約30秒で700℃になるように加熱し、経過時間に対する隣接する電池セル(金属板)表面の温度変化を測定した。 A heater was arranged so as to be adjacent to one surface of the heat absorbing sheet for a battery pack obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, and a metal plate simulating a battery cell adjacent to the other surface was arranged. . Heating was performed so that the heater temperature reached 700 ° C. in about 30 seconds, and the temperature change of the adjacent battery cell (metal plate) surface with respect to the elapsed time was measured.
実施例1、比較例1〜比較例3における、経過時間に対する隣接する電池セル表面の温度変化をプロットしたグラフを図5に示す。 FIG. 5 is a graph plotting the temperature change of the adjacent battery cell surface with respect to the elapsed time in Example 1, Comparative Examples 1 to 3.
比較例1に示すアルカリアースシリケート(AES)ファイバーからなる組電池用吸熱シートは、断熱材としての機能のみを有するため、ヒーター温度の上昇に伴い、隣接するセル表面の温度は単調に上昇し続けた。その後、隣接するセル表面の温度が約250℃に達したところで、温度がほぼ平衡状態となった。 Since the heat absorbing sheet for an assembled battery made of the alkali earth silicate (AES) fiber shown in Comparative Example 1 has only a function as a heat insulating material, the temperature of the adjacent cell surface continues to rise monotonically with the rise of the heater temperature. Was. After that, when the temperature of the adjacent cell surface reached about 250 ° C., the temperature became almost equilibrium.
これに対し、無機水和物を含有する組電池用吸熱シート(実施例1、比較例2および比較例3)の場合、無機水和物による吸熱作用が働いている間は、隣接するセル表面の温度は一旦、約100℃で維持された。その後、すなわち結晶水を放出した後は、通常の断熱材として機能すべく、急な温度上昇を経た後、それぞれ所定の温度に達したところで、温度がほぼ平衡状態となった。 On the other hand, in the case of the heat absorbing sheet for an assembled battery containing the inorganic hydrate (Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3), the surface of the adjacent cell is affected while the heat absorbing action by the inorganic hydrate is working. Was once maintained at about 100 ° C. After that, that is, after releasing the water of crystallization, the temperature almost reached an equilibrium state when the temperature reached a predetermined temperature after a steep temperature rise to function as a normal heat insulating material.
なお、比較例2は、吸熱シート10における吸熱材として、平均粒子径が大きい(平均粒子径:17μm)第1の吸熱材22のみから構成されている。ここで、同じ体積で比較した場合、第1の吸熱材22は、平均粒子径が小さい(平均粒子径:1μm)第2の吸熱材24より表面積が小さく、したがって受熱面積も小さいため、単位時間当たりの吸熱量は、第2の吸熱材24のそれ比べて小さくなる。よって、図5の曲線Aで示すように、平均粒子径が小さい(平均粒子径:1μm)第2の吸熱材24のみから構成されている吸熱シート10(図5の曲線B:比較例3)に比べ、経過時間の初期段階(吸熱反応の初期段階)における温度の立ち上がり勾配が大きくなっている(すなわち、経過時間に対する隣接するセル表面の温度の傾きが、急になっている。)。また、隣接するセル表面のピーク温度は、比較例1の約250℃に比べて低いものの、約230℃まで上昇した。
Comparative Example 2 is composed of only the first
また、平均粒子径が大きいことから、中心付近にある無機水和物(吸熱材)の温度が反応温度に達するまでにある程度の時間を要する。よって、約100℃の一定温度で維持する吸熱保持時間TA(図5参照)は、平均粒子径が小さい(平均粒子径:1μm)第2の吸熱材24のみから構成されている吸熱シート10(図5の曲線B:比較例3)を用いた場合の吸熱保持時間TBよりも長かった。
Further, since the average particle diameter is large, it takes some time until the temperature of the inorganic hydrate (endothermic material) near the center reaches the reaction temperature. Therefore, the heat absorption retention time T A maintained at a constant temperature of about 100 ° C. (see FIG. 5) is the same as the
一方、比較例3は、吸熱シート10における吸熱材として、平均粒子径が小さい(平均粒子径:1μm)第1の吸熱材22のみから構成されている。ここで、同じ体積で比較した場合、第2の吸熱材24は、平均粒子径が大きい(平均粒子径:17μm)第1の吸熱材22より表面積が大きく、したがって受熱面積も大きいため、単位時間当たりの吸熱量は、第1の吸熱材22のそれ比べて小さくなる。よって、図5の曲線Bで示すように、平均粒子径が大きい(平均粒子径:17μm)第1の吸熱材22のみから構成されている吸熱シート10(図5の曲線A:比較例2)に比べ、経過時間の初期段階(吸熱反応の初期段階)における温度の立ち上がり勾配が小さくなっていることから、急激に上昇する熱に対して有効に作用することが理解される。
On the other hand, Comparative Example 3 is composed of only the first
また、平均粒子径が小さいため、中心付近にある無機水和物(吸熱材)も比較的短時間で反応温度(例えば、約200℃)に達し、第2の吸熱材24全体が短時間で有効に作用する。したがって、第2の吸熱材24の有効総吸熱量は、第1の吸熱材22の有効総吸熱量より大きくなっていると考えられ、温度飽和状態におけるピーク温度は、第1の吸熱材22のみから構成される吸熱シート10(比較例2)によるピーク温度(約230℃)よりも低い、約210℃までしか上昇しなかった。
In addition, since the average particle diameter is small, the inorganic hydrate (endothermic material) near the center also reaches the reaction temperature (for example, about 200 ° C.) in a relatively short time, and the entire second
続いて、平均粒子径:1μmおよび平均粒子径:17μmの水酸化アルミニウム(Al(OH)3)粉末を、質量比で50:50の混合割合で80質量%混合した、実施例1の組電池用吸熱シート10(図5の曲線C)は、平均粒子径の小さい(平均粒子径:1μm)第2の吸熱材24が有する作用により、経過時間に対する温度の立ち上がり勾配が小さくなると共に、平均粒子径の大きい(平均粒子径:17μm)第1の吸熱材22が有する作用により、吸熱保持時間TCを、比較例2における吸熱保持時間TAと同等にまで、長く維持することができた。
この結果、無機水和物が結晶水を放出した後の、吸熱シート10が断熱材としての機能を発揮する段階(温度が平衡状態となる段階)に至るまでの経過時間を長くすることができた。すなわち、吸熱シート10が、吸熱材としての機能を発揮している時間をより長くする維持できることが実験により確認された。
Subsequently, 80% by mass of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder having an average particle diameter of 1 μm and an average particle diameter of 17 μm was mixed at a mixing ratio of 50:50 by mass, and 80% by mass was mixed. The heat-absorbing sheet 10 (curve C in FIG. 5) has a small average particle diameter (average particle diameter: 1 μm). diameter large (average particle size: 17 .mu.m) by the action of the first
As a result, the elapsed time after the inorganic hydrate releases water of crystallization until the
また、実施例1では、隣接するセル表面のピーク温度が約210℃までしか上昇しなかった。これは、平均粒子径の小さい第2の吸熱材24のみから構成される吸熱シート10(実施例3)の結果と同等であり、平均粒子径の異なる2種以上の吸熱材、すなわち粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材を用いた場合にも、ピーク温度を低い温度に維持できることが確認された。
Further, in Example 1, the peak temperature of the adjacent cell surface rose only up to about 210 ° C. This is the same as the result of the heat absorbing sheet 10 (Example 3) composed only of the second
以上のことから、実施例1の吸熱シートは、電池セルとしての異常時における各電池セル間の熱の伝播を効果的に抑制できることが実験的に示された。 From the above, it has been experimentally shown that the heat absorbing sheet of Example 1 can effectively suppress the propagation of heat between the battery cells when the battery cell is abnormal.
10 組電池用吸熱シート
12 第1の吸熱層
14 第2の吸熱層
22 第1の吸熱材(吸熱材)
24 第2の吸熱材(吸熱材)
30 電池セル
40 電池ケース
100 組電池
t1 第1の吸熱層の厚さ
t2 第2の吸熱層の厚さ
DESCRIPTION OF
24 Second heat absorbing material (heat absorbing material)
Claims (15)
粒度分布のピークが2つ以上の吸熱材を含有することを特徴とする組電池用吸熱シート。 A plurality of battery cells are disposed via a heat absorbing sheet, the plurality of battery cells is a heat absorbing sheet used for a battery pack connected in series or in parallel,
An endothermic sheet for an assembled battery, wherein a peak of a particle size distribution contains two or more endothermic materials.
前記第1の吸熱材と前記第2の吸熱材の混合比が、質量比で、90:10〜10:90である、請求項1に記載の組電池用吸熱シート。 The heat absorbing material has a first heat absorbing material having a large average particle diameter and a second heat absorbing material having a small average particle diameter,
The heat absorbing sheet for an assembled battery according to claim 1, wherein a mixing ratio of the first heat absorbing material and the second heat absorbing material is 90:10 to 10:90 by mass ratio.
前記無機水和物は、熱分解開始温度が200℃以上の無機水和物である、請求項6に記載の組電池用吸熱シート。 The endothermic material contains the inorganic hydrate as essential,
The heat absorbing sheet for an assembled battery according to claim 6, wherein the inorganic hydrate is an inorganic hydrate having a thermal decomposition onset temperature of 200 ° C or higher.
前記脱水剤は、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、硫酸塩水和物、亜硫酸塩水和物、リン酸塩水和物、硝酸塩水和物、酢酸塩水和物および金属水和塩からなる群のうち少なくとも1つである、請求項6に記載の組電池用吸熱シート。 The heat absorbing material contains the dehydrating agent as essential,
The dehydrating agent comprises silica gel, activated alumina, activated carbon, zeolite, ion exchange resin, sulfate hydrate, sulfite hydrate, phosphate hydrate, nitrate hydrate, acetate hydrate and metal hydrate. The heat absorbing sheet for an assembled battery according to claim 6, which is at least one of a group.
前記第1の吸熱層の両面に形成され、前記第2の吸熱材を主成分とする第2の吸熱層と、を有する、請求項2〜5のいずれか1項に記載の組電池用吸熱シート。 A first heat absorbing layer containing the first heat absorbing material as a main component,
The heat absorption for an assembled battery according to any one of claims 2 to 5, further comprising: a second heat absorption layer formed on both surfaces of the first heat absorption layer and having the second heat absorption material as a main component. Sheet.
平均粒子径の異なる2種以上の吸熱材を含有することを特徴とする組電池用吸熱シート。 A plurality of battery cells are disposed via a heat absorbing sheet, the plurality of battery cells is a heat absorbing sheet used for a battery pack connected in series or in parallel,
A heat-absorbing sheet for an assembled battery, comprising two or more heat-absorbing materials having different average particle diameters.
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