JP2024085225A - Electricity storage device structure - Google Patents
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Abstract
【課題】 蓄電デバイス、特に複数の蓄電デバイスを積層した蓄電デバイススタックの破損時や過充電時などの異常時に発火するリスクを低減することが可能な蓄電デバイス構造体を提供する。
【解決手段】 蓄電デバイス構造体は、蓄電デバイスとこの蓄電デバイスを空隙を有して外包するケーシングとからなり、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に、表面に凹凸加工を施して表面積を増加させたアクリル系ポリマーを含む成形体を配置した構造を有する。この成形体は、フィルム状、シート状または板状であることが好ましい。
【選択図】 なし
An electricity storage device structure is provided that can reduce the risk of fire occurring when an electricity storage device, particularly an electricity storage device stack in which a plurality of electricity storage devices are stacked, is damaged or overcharged.
The electricity storage device structure includes an electricity storage device and a casing that encases the electricity storage device with a gap therebetween, and a molded body containing an acrylic polymer and having an increased surface area due to a surface roughening process is disposed in the gap between the electricity storage device and the casing. The molded body is preferably in the form of a film, sheet or plate.
[Selection diagram] None
Description
本発明は、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスを外包した蓄電デバイス構造体に関し、特に蓄電デバイスの破損時や過充電時などの異常時に発火するリスクを低減することが可能な蓄電デバイス構造体に関する。 The present invention relates to an electricity storage device structure that encapsulates an electricity storage device such as a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, or an electric double layer capacitor, and in particular to an electricity storage device structure that can reduce the risk of fire in the event of an abnormality such as damage or overcharging of the electricity storage device.
近年、高出力用途の携帯機器や電気自動車などの電源として、非水電解質を用いた蓄電デバイスをケーシングに収容してなる二次電池、リチウムイオンキャパシタおよび電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスが用いられている。 In recent years, secondary batteries, lithium ion capacitors, electric double layer capacitors and other power storage devices that use a non-aqueous electrolyte and are housed in a casing, have been used as power sources for high-output portable devices, electric vehicles and the like.
このような蓄電デバイスは、通常、上限電圧が定められており、適切な保護回路と組み合わせることで上限電圧を超えないよう制御されている。しかしながら、保護回路が誤動作を起こし上限電圧を超えた場合、充放電を繰り返した場合、あるいは外的要因により短絡した場合などには、蓄電デバイスが過充電状態に陥り、電解液が電極材料などと反応してガスが発生し、この発生したガスによって内圧が上昇する。この発生するガスは、電解液、メタン、一酸化炭素、エチレン、エタン、プロパンなどの可燃性ガスを含むことがあり、蓄電デバイス外部に放出された際に、発火や爆発などを起こす危険性がある。 Such energy storage devices are usually designed with a set upper voltage limit, and are controlled so that the upper voltage limit is not exceeded by combining them with an appropriate protection circuit. However, if the protection circuit malfunctions and the upper voltage limit is exceeded, if charging and discharging is repeated, or if a short circuit occurs due to an external factor, the energy storage device will fall into an overcharged state, and the electrolyte will react with the electrode material, etc. to generate gas, which will increase the internal pressure. This generated gas may contain flammable gases such as the electrolyte, methane, carbon monoxide, ethylene, ethane, and propane, and may pose a risk of fire or explosion if released outside the energy storage device.
そして、近年、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスにおいては、高出力および大容量化が求められてきており、蓄電デバイス単体や、複数の蓄電デバイスをスタックしたモジュール構成で大電流を使用する機会が増えてきている。例えば、複数の蓄電デバイスをスタックしたモジュールにおいて、１つの蓄電デバイスが過充電状態に陥った場合に、ガスが電解液と共に放出された後も、その他の蓄電デバイスが機能しているため、大電流を流し続けることがある。そのため、短絡により激しく過熱される場合があり、上述したような発火や爆発などを起こす危険性は大きくなる。 In recent years, there has been a demand for higher output and larger capacity in electricity storage devices such as lithium ion capacitors and electric double layer capacitors, and there are increasing opportunities to use large currents in standalone electricity storage devices or in modules in which multiple electricity storage devices are stacked. For example, in a module in which multiple electricity storage devices are stacked, if one electricity storage device falls into an overcharged state, even after the gas is released together with the electrolyte, the other electricity storage devices may continue to function and continue to flow a large current. This can cause severe overheating due to a short circuit, increasing the risk of fire or explosion as described above.
このような蓄電デバイスの発火を防止する技術として、例えば、リチウムイオン電池の内部で発生したガスを可燃性ガス吸収材によって吸収し、電池の破裂を防止する方法が提案されている（特許文献１，２）。 As a technology to prevent such electric storage devices from catching fire, for example, a method has been proposed in which gas generated inside a lithium-ion battery is absorbed by a flammable gas absorbent material to prevent the battery from exploding (Patent Documents 1 and 2).
一方、リチウムイオン電池内部に消火剤を配置することにより、電池内部でのガスの発生による内圧上昇によって安全弁が開放した際に外部に放出されるガスの温度を低下させる方法も提案されている（特許文献３）。さらには、アクリル樹脂を含む成形体、またはアクリル樹脂の重合に使用するモノマーと他のモノマーとの共重合体を含む成形体を、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に配置する方法も提案されている。（特許文献４）。 On the other hand, a method has been proposed in which a fire extinguishing agent is placed inside a lithium-ion battery to lower the temperature of the gas released to the outside when the safety valve opens due to an increase in internal pressure caused by gas generation inside the battery (Patent Document 3). Furthermore, a method has been proposed in which a molded body containing an acrylic resin or a molded body containing a copolymer of a monomer used in the polymerization of acrylic resin and another monomer is placed in the gap between the electricity storage device and the casing (Patent Document 4).
しかしながら、電気的異常時や熱暴走時には瞬間的に大量のガスが発生するため、特許文献１及び２に記載されているようなガス吸着材を蓄電デバイス内に配置する方法では、蓄電デバイスという限られた空間に対しては、ガス吸着量及びガス吸着速度ともに不十分であり、蓄電デバイスからのガスの噴出を抑制しきれない、という問題点があった。また、特許文献３に記載されているように、リチウムイオン電池の内部の温度を低下させるために消火剤を設けた場合には効果が十分に発揮されない、という問題点があった。さらに、特許文献４に記載されているように、アクリル樹脂を使用する方法は、優れた発火抑制効果を発揮するものの、さらに効果の向上の余地があるものであった。 However, because a large amount of gas is generated instantaneously in the event of an electrical abnormality or thermal runaway, the method of disposing a gas adsorbent inside an electricity storage device as described in Patent Documents 1 and 2 has the problem that both the amount and speed of gas adsorption are insufficient for the limited space of an electricity storage device, and gas emission from the electricity storage device cannot be completely suppressed. In addition, as described in Patent Document 3, there is a problem that when a fire extinguishing agent is provided to lower the temperature inside the lithium ion battery, the effect is not fully exerted. Furthermore, as described in Patent Document 4, the method of using acrylic resin has an excellent ignition suppression effect, but there is room for further improvement in the effect.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、蓄電デバイス、特に複数の蓄電デバイスを積層した蓄電デバイススタックの破損や過充電などの異常時に発火するリスクを低減することが可能な蓄電デバイス構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide an electricity storage device structure that can reduce the risk of fire in the event of an abnormality such as damage or overcharging of an electricity storage device, particularly an electricity storage device stack in which multiple electricity storage devices are stacked.
上記課題を解決するために本発明は、蓄電デバイスと、該蓄電デバイスを空隙を有して外包するケーシングとからなる蓄電デバイス構造体であって、前記蓄電デバイスとケーシングとの空隙に、表面に凹凸加工を施して表面積を増加させたアクリル系ポリマーを含む成形体を配置した、蓄電デバイス構造体を提供する（発明１）。 To solve the above problems, the present invention provides an electricity storage device structure comprising an electricity storage device and a casing that encases the electricity storage device with a gap therebetween, in which a molded body containing an acrylic polymer whose surface has been roughened to increase its surface area is disposed in the gap between the electricity storage device and the casing (Invention 1).
かかる発明（発明１）によれば、蓄電デバイス内ではなく、蓄電デバイスを外包するケーシングの空間に、表面に凹凸加工を施して表面積を増加させたアクリル系ポリマーを含む成形体を配置することにより、蓄電デバイス内で発火が生じた際に、可燃性ガスや高温のガスがアクリル系ポリマーと効率良く接触することができるので、ケーシング外まで延焼するリスクを低減することができる。 According to this invention (Invention 1), a molded body containing an acrylic polymer with an increased surface area due to surface irregularity processing is placed not inside the electricity storage device but in the space of the casing that encases the electricity storage device. This allows flammable gases and high-temperature gases to come into efficient contact with the acrylic polymer when a fire occurs inside the electricity storage device, thereby reducing the risk of the fire spreading outside the casing.
上記発明（発明１）においては、前記蓄電デバイスが非水電解質を用いたものである、ことが好ましい（発明２）。 In the above invention (Invention 1), it is preferable that the electricity storage device uses a non-aqueous electrolyte (Invention 2).
かかる発明（発明２）によれば、蓄電デバイス内で非水電解質に起因して発火が生じた際の外部への延焼防止効果を好適に発揮することができる。 This invention (Invention 2) can effectively prevent the fire from spreading to the outside in the event of a fire caused by the non-aqueous electrolyte inside the electricity storage device.
上記発明（発明１又は２）においては、前記アクリル系ポリマーを含む成形体が、アクリル系ポリマーを全体の１０重量％以上含有していることが好ましい（発明３）。 In the above invention (Invention 1 or 2), it is preferable that the molded body containing the acrylic polymer contains 10% by weight or more of the acrylic polymer as a whole (Invention 3).
かかる発明（発明３）によれば、蓄電デバイス内で発火が生じた際の外部への延焼防止効果を好適に発揮することができる。 This invention (Invention 3) can effectively prevent the fire from spreading to the outside in the event of a fire occurring inside the electricity storage device.
上記発明（発明３）においては、前記アクリル系ポリマーが、（メタ）アクリル酸アルキルエステルの１種または２種以上をモノマーとして合成されるホモポリマーまたはコポリマー、アクリロニトリルをモノマーとして合成されるポリアクリロニトリル、あるいは（メタ）アクリル酸アルキルエステルまたはアクリロニトリルと１又は２種類以上の他のモノマーとのコポリマーであることが好ましい（発明４）。 In the above invention (Invention 3), the acrylic polymer is preferably a homopolymer or copolymer synthesized using one or more types of (meth)acrylic acid alkyl esters as monomers, polyacrylonitrile synthesized using acrylonitrile as a monomer, or a copolymer of a (meth)acrylic acid alkyl ester or acrylonitrile with one or more types of other monomers (Invention 4).
かかる発明（発明４）によれば、蓄電デバイス内で発火が生じた際の外部への延焼防止効果を好適に発揮することができる。 This invention (Invention 4) can effectively prevent the fire from spreading to the outside in the event of a fire occurring inside the electricity storage device.
上記発明（発明１又は２）においては、前記アクリル系ポリマーを含む成形体が、フィルム状、シート状または板状であることが好ましい（発明５）。 In the above invention (Invention 1 or 2), it is preferable that the molded article containing the acrylic polymer is in the form of a film, sheet or plate (Invention 5).
かかる発明（発明５）によれば、フィルム状、シート状または板状とすることにより、ケーシング内に張り付けたり、隙間部に挿入したり、その設置バリエーションを豊富なものとすることができ、取扱い性に優れたものとすることができる。 According to this invention (Invention 5), by making it in the form of a film, sheet or plate, it can be attached to the inside of a casing, inserted into a gap, and there are many variations in how it can be installed, making it easy to handle.
上記発明（発明５）においては、前記フィルム状、シート状または板状の成形体が、厚さ１μｍ～５０００μｍであることが好ましい（発明６）。特に上記発明（発明６）においては、前記フィルム状、シート状または板状の成形体の面積当たりの重量が、１０ｇ～２０００ｇ／ｍ２であることが好ましい（発明７）。 In the above invention (Invention 5), the thickness of the film-, sheet- or plate-shaped molded article is preferably 1 μm to 5000 μm (Invention 6). In particular, in the above invention (Invention 6), the weight per area of the film-, sheet- or plate-shaped molded article is preferably 10 g to 2000 g/ m2 (Invention 7).
かかる発明（発明６，７）によれば、所定の厚さ及び重量のフィルム状、シート状または板状の成形体を、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に配置することにより、蓄電デバイス内で発火が生じた際の外部への延焼防止効果を好適に発揮することができる。 According to these inventions (Inventions 6 and 7), by disposing a film-, sheet- or plate-shaped molded body of a predetermined thickness and weight in the gap between the electricity storage device and the casing, it is possible to effectively prevent the fire from spreading to the outside in the event of a fire occurring inside the electricity storage device.
上記発明（発明１又は２）においては、前記蓄電デバイスが複数積層されていてもよい（発明８）。 In the above invention (Invention 1 or 2), the electricity storage device may be stacked in multiple layers (Invention 8).
蓄電デバイスを複数積層した蓄電デバイススタックは、１つの蓄電デバイスが過充電状態に陥った場合であってもその他の蓄電デバイスが機能しているため大電流を流し続けるので、激しく過熱され、可燃性のガスが発火温度以上となりやすい。このとき、かかる発明（発明８）によれば、蓄電デバイスから可燃性ガスが噴出してケーシングの空間に流出したとしても、本件発明の素材が可燃性ガスに影響を与えることにより、ケーシング外にまで延焼するリスクを大幅に低減することができるので、蓄電デバイススタックに特に好適に適用することができる。 In an electricity storage device stack in which multiple electricity storage devices are stacked, even if one electricity storage device falls into an overcharged state, the other electricity storage devices continue to function and a large current continues to flow, so the device is easily overheated and the flammable gas reaches or exceeds its ignition temperature. In this case, according to this invention (Invention 8), even if flammable gas is ejected from the electricity storage device and flows into the space of the casing, the material of this invention has an effect on the flammable gas, greatly reducing the risk of the fire spreading outside the casing, making it particularly suitable for application to electricity storage device stacks.
本発明は、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に、アクリル系ポリマーを含む成形体の表面を凹凸加工し、成形体の表面積を増加させた成形体を配置することで、可燃性ガスや高温のガスとアクリル系ポリマーとが効率良く接触することができるので、少量の成形体で、蓄電デバイスの短絡などにより蓄電デバイスから放出される高温の噴出物や噴出ガスに対しアクリル系ポリマーが影響を与えることで、蓄電デバイス構造体の発火リスクを大幅に低減することができる。 In the present invention, by disposing a molded body containing an acrylic polymer with an increased surface area by processing the surface of the molded body into an uneven shape in the gap between the electricity storage device and the casing, flammable gas and high-temperature gas can come into contact with the acrylic polymer efficiently. Therefore, with a small amount of molded body, the acrylic polymer can affect the high-temperature ejection material and ejected gas emitted from the electricity storage device due to a short circuit or the like of the electricity storage device, greatly reducing the risk of fire in the electricity storage device structure.
本発明の蓄電デバイス構造体について、以下の実施形態に基づいて詳細に説明する。 The electricity storage device structure of the present invention will be described in detail based on the following embodiment.
［蓄電デバイス構造体］
本実施形態の蓄電デバイス構造体は、蓄電デバイスと、この蓄電デバイスを空隙を有して外包するケーシングとからなり、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に、表面に凹凸加工を施して表面積を増加させたアクリル系ポリマーを含む成形体を配置した構造を有する。
[Electricity storage device structure]
The electricity storage device structure of this embodiment comprises an electricity storage device and a casing that encases the electricity storage device with a gap therebetween, and has a structure in which a molded body containing an acrylic polymer whose surface has been roughened to increase its surface area is disposed in the gap between the electricity storage device and the casing.
（蓄電デバイス）
本実施形態において、蓄電デバイスとしては、特に制限はなく、一次電池、二次電池のいずれも用いることができるが、好ましくは二次電池である。この二次電池の種類については、特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、全固体電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサ、キャパシタ等を用いることができる。これらの中では、非水電解質を用いたものを好適に用いることができる。これらの二次電池の中でも、本発明の電池用材料の好適な適用対象として、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムイオンキャパシタ、全固体電池などを好適に用いることができる。
(Electricity storage device)
In this embodiment, the power storage device is not particularly limited, and either a primary battery or a secondary battery can be used, but a secondary battery is preferred. The type of the secondary battery is not particularly limited, and for example, a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, an all-solid-state battery, a lead storage battery, a nickel hydrogen storage battery, a nickel cadmium storage battery, a nickel iron storage battery, a nickel zinc storage battery, a silver oxide zinc storage battery, a metal air battery, a polyvalent cation battery, a condenser, a capacitor, etc. can be used. Among these, those using a non-aqueous electrolyte can be preferably used. Among these secondary batteries, lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium ion capacitors, all-solid-state batteries, etc. can be preferably used as suitable applications of the battery material of the present invention.
上記非水電解質としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状カーボネートと、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネートとの混合溶液などを用いることができる。また、上記非水電解質は、必要に応じて、電解質として六フッ化リン酸リチウムなどのリチウム塩が溶解したものであってもよい。例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を１：１：１の割合で混合した混合液、あるいはプロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を１：１：１の割合で混合した混合液に、１ｍｏｌ／Ｌの六フッ化リン酸リチウムを添加したものを用いることができる。 As the non-aqueous electrolyte, for example, a mixed solution of a cyclic carbonate such as propylene carbonate (PC) or ethylene carbonate (EC) and a chain carbonate such as dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), or diethyl carbonate (DEC) can be used. In addition, the non-aqueous electrolyte may be one in which a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate is dissolved as an electrolyte, if necessary. For example, a mixed solution in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) are mixed in a ratio of 1:1:1, or a mixed solution in which propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC) are mixed in a ratio of 1:1:1 to which 1 mol/L of lithium hexafluorophosphate is added can be used.
上述したような蓄電デバイスは、複数が積層されてなる蓄電デバイススタックの形態であってもよい。蓄電デバイススタックは、１つの蓄電デバイスが過充電状態に陥った場合であっても、その他の蓄電デバイスが機能しているため大電流を流し続けるので、非水電解質に起因して可燃性ガスが発生した際に、発火温度以上となりやすいため特に好適である。 The above-mentioned electric storage device may be in the form of an electric storage device stack in which multiple devices are stacked. An electric storage device stack is particularly suitable because, even if one electric storage device falls into an overcharged state, the other electric storage devices continue to function and a large current continues to flow, so that when flammable gas is generated due to the non-aqueous electrolyte, the temperature is likely to reach or exceed the ignition temperature.
（ケーシング）
本実施形態において、ケーシングとしては上述した蓄電デバイス（蓄電デバイススタック）に対して空隙を有して外包しうるものであれば特に制限はなく、電池ケースなどの蓄電デバイス（蓄電デバイススタック）の収納ケースや、蓄電デバイス（蓄電デバイススタック）を使用する機器の筐体などがこれに該当する。このケーシングは、合成樹脂製、金属製などその素材については限定されない。
(casing)
In this embodiment, the casing is not particularly limited as long as it can encase the above-mentioned electricity storage device (electricity storage device stack) with a gap, and examples of the casing include a storage case for the electricity storage device (electricity storage device stack) such as a battery case, a housing for an apparatus that uses the electricity storage device (electricity storage device stack), etc. The material of this casing is not limited, and may be synthetic resin, metal, etc.
（発火防止素材）
本実施形態において、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に設置する発火防止素材として、表面に凹凸加工を施して表面積を増加させたアクリル系ポリマーを含む成形体を配置する。
(Fire prevention material)
In this embodiment, a molded body containing an acrylic polymer, the surface of which is roughened to increase its surface area, is disposed as the ignition prevention material to be placed in the gap between the electricity storage device and the casing.
この成形体の表面の凹凸加工による粗面化の程度は、特に制限はないが、算術平均粗さＲａ（算術平均粗さ）（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）は０．１μｍ～５０μｍ以下とすることが好ましく、特に０．３μｍ～１０μｍとすることが好ましい。これにより成形体の表面積を十分に増加させることで蓄電デバイスから放出される高温の噴出物や可燃性ガスとの接触面積が増大するので、アクリル系ポリマーの影響を効果的に発揮させることができ、蓄電デバイスの発火リスクを大幅に低減することができる。算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満では、粗面化加工のコストが増加するだけなく、かえって粗面化による効果が得られなくなる一方、５０μｍを超えると十分な表面積の増加効果を得られない。この成形体の表面の粗面化の加工方法としては、特に制限はなく、汎用的なエンボス加工、マット加工、サンドブラスト加工、やすり加工などを適用することができる。 The degree of roughening by the uneven processing of the surface of this molded body is not particularly limited, but the arithmetic mean roughness Ra (JIS B0601:2001) is preferably 0.1 μm to 50 μm or less, and particularly preferably 0.3 μm to 10 μm. This sufficiently increases the surface area of the molded body, thereby increasing the contact area with high-temperature ejections and flammable gases emitted from the electricity storage device, so that the effect of the acrylic polymer can be effectively exerted and the risk of ignition of the electricity storage device can be significantly reduced. If the arithmetic mean roughness Ra is less than 0.1 μm, not only will the cost of the roughening process increase, but the effect of the roughening will not be obtained, while if it exceeds 50 μm, the effect of increasing the surface area will not be sufficient. There is no particular limit to the processing method for roughening the surface of this molded body, and general-purpose embossing, matting, sandblasting, filing, etc. can be applied.
上記アクリル系ポリマーとしては、例えば、（メタ）アクリル酸アルキルエステルの１種または２種以上をモノマーとして合成されるアクリル系ポリマー（ホモポリマーまたはコポリマー）が挙げられる。また、アクリロニトリルをモノマーとして合成されるポリアクリロニトリルが挙げられる。さらには、これら（メタ）アクリル酸アルキルエステルまたはアクリロニトリルと、１種類以上の他のモノマーとのコポリマーが挙げられる。 Examples of the acrylic polymer include acrylic polymers (homopolymers or copolymers) synthesized using one or more (meth)acrylic acid alkyl esters as monomers. Other examples include polyacrylonitrile synthesized using acrylonitrile as a monomer. Furthermore, examples include copolymers of these (meth)acrylic acid alkyl esters or acrylonitrile with one or more other monomers.
上記（メタ）アクリル酸アルキルエステルの具体例としては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ－プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎ－ブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ－ブチル、メタクリル酸ｓｅｃ－ブチル、メタクリル酸イソブチルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the (meth)acrylic acid alkyl esters include, but are not limited to, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, sec-butyl methacrylate, and isobutyl methacrylate.
このアクリル系ポリマーに使用するモノマーと共重合する他のモノマーとしては、他の（メタ）アクリル酸アルキルエステル、アクリロニトリル、アクリルアミド、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレンなどがあるが、これらに限定されるものではない。この他のモノマーは、アクリル系ポリマーに使用するモノマーと他のモノマーの合計１００重量％に対して、９０重量％以下、特に４０重量％以下程度とすることが好ましい。他のモノマーがあまり多くなりすぎると、蓄電デバイス構造体の発火リスクの低減効果が十分でなくなる。 Other monomers that are copolymerized with the monomers used in this acrylic polymer include, but are not limited to, other (meth)acrylic acid alkyl esters, acrylonitrile, acrylamide, vinyl acetate, vinyl chloride, vinylidene chloride, styrene, etc. It is preferable that the amount of these other monomers is 90% by weight or less, and particularly 40% by weight or less, relative to 100% by weight of the total of the monomers used in the acrylic polymer and the other monomers. If the amount of the other monomers is too large, the effect of reducing the risk of ignition of the electricity storage device structure will not be sufficient.
上述したようなアクリル系ポリマーには、本発明の効果を害しない範囲で、一般的に用いられる各種添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、架橋ゴム粒子、紫外線吸収剤、滑り剤、酸化防止剤、離型剤、帯電防止剤、難燃剤等が挙げられる。また、アクリル系ポリマーの表面には、本発明の効果を害しない範囲で、機能性を高めるための素材をコーティングしたものを使用しても良い。 The acrylic polymer as described above may further contain various additives that are commonly used, provided that the effects of the present invention are not impaired. Examples of additives include crosslinked rubber particles, ultraviolet absorbers, slipping agents, antioxidants, release agents, antistatic agents, and flame retardants. The surface of the acrylic polymer may be coated with a material to enhance functionality, provided that the effects of the present invention are not impaired.
本実施形態においては、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に配置する成形体の形状は特に制限はないが、蓄電デバイスとケーシングとの空隙に設置する際の取扱い易さを考慮すると、フィルム状、シート状または板状とすることが好ましい。発火防止素材をフィルム状、シート状または板状とすることにより、ケーシング内に張り付けたり、隙間部に挿入したり、その設置バリエーションを豊富なものとすることができる。このフィルム状、シート状または板状の成形体が、厚さ１μｍ～５０００μｍであることが好ましい。また、フィルム状、シート状または板状の成形体は単位面積当たりの重量が、１０ｇ～２０００ｇ／ｍ２であることが好ましい。 In this embodiment, the shape of the molded body to be placed in the gap between the power storage device and the casing is not particularly limited, but in consideration of ease of handling when placing it in the gap between the power storage device and the casing, it is preferable to make it in the form of a film, sheet, or plate. By making the ignition prevention material in the form of a film, sheet, or plate, it is possible to provide a wide variety of installation variations, such as pasting it inside the casing or inserting it into the gap. It is preferable that the thickness of this film, sheet, or plate-shaped molded body is 1 μm to 5000 μm. In addition, it is preferable that the weight per unit area of the film, sheet, or plate-shaped molded body is 10 g to 2000 g/m 2 .
さらには、これらの発火防止素材は、蓄電デバイスからの噴出物および噴出ガスに対し、伝熱吸収による冷却効果、燃焼ラジカル反応を抑制する効果、吸着材表面での火炎が不安定となる消炎効果を発揮する素材を付与して使用することも可能である。 Furthermore, these ignition prevention materials can also be used by adding materials that have a cooling effect through heat transfer and absorption against the ejected material and gas emitted from the power storage device, an effect of suppressing combustion radical reactions, and an extinguishing effect that makes flames on the surface of the adsorbent unstable.
上述したような発火防止素材は、単独で用いてもよいし２種類以上の素材を併用してもよい。 The above-mentioned fire prevention materials may be used alone or in combination of two or more materials.
以上、本発明の蓄電デバイス構造体について説明してきたが、本発明は蓄電デバイス（蓄電デバイススタック）とケーシングとの間の空隙に、アクリル系ポリマーを含む成形体の表面を凹凸加工し、成形体の表面積を増加させた成形体を配置しさえすればよく、蓄電デバイス（蓄電デバイススタック）の大きさ、形状などは特に制限されない。そのため、スマートフォンから車載用など幅広い大きさの蓄電デバイス（蓄電デバイススタック）にまで適用可能である。 The electricity storage device structure of the present invention has been described above, but the present invention only requires that an acrylic polymer-containing molded body having an increased surface area is placed in the gap between the electricity storage device (electricity storage device stack) and the casing, and there are no particular limitations on the size or shape of the electricity storage device (electricity storage device stack). Therefore, the present invention can be applied to electricity storage devices (electricity storage device stacks) of a wide range of sizes, from smartphones to in-vehicle devices.
以下の具体的な実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［過充電試験］
The present invention will be described in more detail with reference to the following specific examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[Overcharge test]
（比較例１）
蓄電デバイスの容器を想定したＰＰ樹脂製容器（内径：横８０ｍｍ×縦１０５ｍｍ×深さ３４ｍｍ、樹脂厚さ２ｍｍ、アルミラミネートリチウムイオン電池の極側をこのＰＰ樹脂製容器の横８０ｍｍ側に配置し、ＰＰ樹脂製容器の横８０ｍｍの側に直径１０ｍｍの穴を５個開けた上面が開放した容器）を用意した。このＰＰ樹脂製容器の内側に、正極三元系で１５００ｍＡｈのアルミラミネートリチウムイオン電池（横３５ｍｍ、縦７５ｍｍ）を設置し、その上から樹脂厚さ４ｍｍのＰＰ樹脂製板で蓋をして蓋の周縁を耐熱性テープを使用して隙間がないように密閉し、過充電によるリチウムイオン電池からの噴出物は、５個開けた穴からだけ放出されるように構成した。
(Comparative Example 1)
A PP resin container (inner diameter: 80 mm wide x 105 mm long x 34 mm deep, resin thickness 2 mm, the electrode side of an aluminum laminated lithium ion battery was placed on the 80 mm wide side of the PP resin container, and five holes with a diameter of 10 mm were drilled on the 80 mm wide side of the PP resin container, resulting in an open top container) was prepared as a container for an electric storage device. A 1500 mAh aluminum laminated lithium ion battery (35 mm wide, 75 mm long) with a positive electrode ternary system was placed inside the PP resin container, and a PP resin plate with a resin thickness of 4 mm was placed on top of it, and the periphery of the lid was sealed using heat-resistant tape so that there were no gaps, and the ejection from the lithium ion battery due to overcharging was configured to be released only from the five drilled holes.
この蓄電デバイスの容器を想定したＰＰ樹脂製容器の外側に、ケーシングの容器を想定したＰＰ樹脂製容器（内径：横９８ｍｍ×縦１４８ｍｍ×深さ４８ｍｍ、樹脂厚さ２ｍｍ、横９８ｍｍ側に直径１０ｍｍの穴を５個開けた上面が開放した容器（上記の蓄電デバイスの容器を想定したＰＰ樹脂製容器の穴あけ場所とは反対側に穴あけした容器））を配置し、電池を過充電できるように配線し、その上から厚さ４ｍｍのＰＰ樹脂製板で蓋をして、蓋の周縁を耐熱性テープを使用して隙間がないように密閉し、過充電での電池の噴出物は、５個開けた穴からだけから放出されるようにして、蓄電デバイス構造体とした。 A PP resin container (inner diameter: 98 mm wide x 148 mm long x 48 mm deep, resin thickness 2 mm, container with an open top and five 10 mm diameter holes drilled on the 98 mm wide side (container with holes drilled on the opposite side to the holes on the PP resin container that is assumed to be the container for the above-mentioned electricity storage device)) was placed on the outside of this PP resin container that was assumed to be the container for the electricity storage device, wiring was done so that the battery could be overcharged, and a 4 mm thick PP resin plate was placed over the top to cover the periphery of the cover, sealing it tightly with heat-resistant tape so that there were no gaps, and a electricity storage device structure was completed so that any ejection from the battery in the event of overcharging would be released only through the five holes.
この蓄電デバイス構造体に、１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊され、ケーシングの外側で激しい発火が確認された。 When this electricity storage device structure was overcharged at 15 V and 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes and a violent fire was confirmed on the outside of the casing.
（比較例２）
比較例１で使用した蓄電デバイス構造体において、アクリル系ポリマーとしてメタクリル酸メチルを主体とするポリマー（メタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル共重合物を９４％以上含むポリマー）の板状成形体（厚さ２０００μｍ、面積当たりの重量２３００ｇ／ｍ２）を、ケーシングを想定したＰＰ樹脂製容器の上蓋のＰＰ樹脂製板の内側の上面に０．０１１ｍ２ 、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス構造体とした。
(Comparative Example 2)
In the electricity storage device structure used in Comparative Example 1, a plate-shaped molded body (thickness 2000 μm, weight per area 2300 g/ m2 ) of a polymer mainly composed of methyl methacrylate as an acrylic polymer (a polymer containing 94% or more of methyl methacrylate-alkyl acrylate copolymer) was attached to the inner upper surface of a PP resin plate of the top lid of a PP resin container serving as a casing by double-sided tape in an area of 0.011 m2 to form an electricity storage device structure.
この蓄電デバイス構造体に、比較例１と同じ条件、すなわち１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊されたが、ケーシングの外側での発火は認められなかった。 When this electricity storage device structure was overcharged under the same conditions as in Comparative Example 1, i.e., at 15 V and 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes, but no fire was observed outside the casing.
（比較例３）
比較例１で使用した蓄電デバイス構造体において、アクリル系ポリマーとしてメタクリル酸メチルを主体とするポリマー（メタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル共重合物を９４％以上含むポリマー）の板状成形体（厚さ２０００μｍ、面積当たりの重量２３００ｇ／ｍ２）を、ケーシングを想定したＰＰ樹脂製容器の上蓋のＰＰ樹脂製板の内側の上面に０．００５ｍ２、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス構造体とした。
(Comparative Example 3)
In the electricity storage device structure used in Comparative Example 1, a plate-shaped molded body (thickness 2000 μm, weight per area 2300 g/ m2 ) of a polymer mainly composed of methyl methacrylate as an acrylic polymer (a polymer containing 94% or more of methyl methacrylate-alkyl acrylate copolymer) was attached to the inner upper surface of a PP resin plate of the top lid of a PP resin container serving as a casing by double-sided tape in an area of 0.005 m2 to form an electricity storage device structure.
この蓄電デバイス構造体に、比較例１と同じ条件、すなわち１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊され、ケーシングの外側で激しい発火が確認された。 When this electricity storage device structure was overcharged under the same conditions as Comparative Example 1, i.e., 15 V, 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes and violent fire was confirmed on the outside of the casing.
（実施例１）
比較例１で使用した蓄電デバイス構造体において、アクリル系ポリマーとしてメタクリル酸メチルを主体とするポリマー（メタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル共重合物を９４％以上含むポリマー）の板状成形体（厚さ２０００μｍ、面積当たりの重量２３００ｇ／ｍ２）の表面を、布やすり＃４０で表面加工処理した成形体を、ケーシングを想定したＰＰ樹脂製容器の上蓋のＰＰ樹脂製板の内側の上面に０．００５ｍ２、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス構造体とした。
Example 1
In the electricity storage device structure used in Comparative Example 1, a plate-shaped molded body (thickness 2000 μm, weight per area 2300 g/ m2 ) of a polymer mainly composed of methyl methacrylate as an acrylic polymer (a polymer containing 94% or more of methyl methacrylate-alkyl acrylate copolymer) was surface-treated with emery cloth #40, and the molded body was attached to the inner upper surface of a PP resin plate of the top lid of a PP resin container intended as a casing by double-sided tape in an area of 0.005 m2 to form an electricity storage device structure.
この蓄電デバイス構造体に、比較例１と同じ条件、すなわち１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊されたが、ケーシングの外側での発火は認められなかった。 When this electricity storage device structure was overcharged under the same conditions as in Comparative Example 1, i.e., at 15 V and 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes, but no fire was observed outside the casing.
（比較例４）
比較例１で使用した蓄電デバイス構造体において、アクリル系ポリマーとしてメタクリル酸メチルを主体とするポリマー（メタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル共重合物とメタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル・スチレン共重合物の混合物を９４％以上含むポリマー）のフィルム状成形体（厚さ１２５μｍ、面積当たりの重量１５０ｇ／ｍ２）を、ケーシングを想定したＰＰ樹脂製容器の上蓋のＰＰ樹脂製板の内側の上面に０．０１１ｍ２ 、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス構造体とした。
(Comparative Example 4)
In the electricity storage device structure used in Comparative Example 1, a film-like molded product (thickness 125 μm, weight per area 150 g/m2) of a polymer mainly composed of methyl methacrylate as an acrylic polymer (a polymer containing 94% or more of a mixture of methyl methacrylate-alkyl acrylate copolymer and methyl methacrylate-alkyl acrylate-styrene copolymer) was attached to the inner upper surface of a PP resin plate of the top lid of a PP resin container serving as a casing with double-sided tape to an area of 0.011 m2 to form an electricity storage device structure.
この蓄電デバイス構造体に、比較例１と同じ条件、すなわち１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊されたが、ケーシングの外側での発火は認められなかった。 When this electricity storage device structure was overcharged under the same conditions as in Comparative Example 1, i.e., at 15 V and 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes, but no fire was observed outside the casing.
（比較例５）
比較例１で使用した蓄電デバイス構造体において、アクリル系ポリマーとしてメタクリル酸メチルを主体とするポリマー（メタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル共重合物とメタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル・スチレン共重合物の混合物を９４％以上含むポリマー）のフィルム状成形体（厚さ１２５μｍ、面積当たりの重量１５０ｇ／ｍ２）を、ケーシングを想定したＰＰ樹脂製容器の上蓋のＰＰ樹脂製板の内側の上面に０．００５ｍ２ 、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス構造体とした。
(Comparative Example 5)
In the electricity storage device structure used in Comparative Example 1, a film-like molded product (thickness 125 μm, weight per area 150 g/m2) of a polymer mainly composed of methyl methacrylate as an acrylic polymer (a polymer containing 94% or more of a mixture of methyl methacrylate-alkyl acrylate copolymer and methyl methacrylate-alkyl acrylate-styrene copolymer) was attached to the inner upper surface of a PP resin plate of the top lid of a PP resin container serving as a casing by double -sided tape in an area of 0.005 m2 to form an electricity storage device structure.
この蓄電デバイス構造体に、比較例１と同じ条件、すなわち１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊され、ケーシングの外側で激しい発火が確認された。 When this electricity storage device structure was overcharged under the same conditions as Comparative Example 1, i.e., 15 V, 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes and violent fire was confirmed on the outside of the casing.
（実施例２）
比較例１で使用した蓄電デバイス構造体において、アクリル系ポリマーとしてメタクリル酸メチルを主体とするポリマー（メタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル共重合物とメタクリル酸メチル・アクリル酸アルキル・スチレン共重合物の混合物を９４％以上含むポリマー）のフィルム状成形体（厚さ１２５μｍ、面積当たりの重量１５０ｇ／ｍ２）の表面を、サンドブラスト手法で表面加工処理した成形体を、ケーシングを想定したＰＰ樹脂製容器の上蓋のＰＰ樹脂製板の内側の上面に０．００５ｍ２ 、両面テープで貼り付けて蓄電デバイス構造体とした。
Example 2
In the electricity storage device structure used in Comparative Example 1, a film-like molded body (thickness 125 μm, weight per area 150 g/m2) of a polymer mainly composed of methyl methacrylate as an acrylic polymer (a polymer containing 94% or more of a mixture of methyl methacrylate-alkyl acrylate copolymer and methyl methacrylate-alkyl acrylate-styrene copolymer) was surface-treated by a sandblasting technique, and the molded body was attached to the inner upper surface of a PP resin plate of the top lid of a PP resin container intended as a casing by double-sided tape in an area of 0.005 m2 to form an electricity storage device structure.
この蓄電デバイス構造体に、比較例１と同じ条件、すなわち１５Ｖ、７．５Ａで過充電を行ったところ、約１９分後に電池は破壊されたが、ケーシングの外側での発火は認められなかった。 When this electricity storage device structure was overcharged under the same conditions as in Comparative Example 1, i.e., at 15 V and 7.5 A, the battery was destroyed after about 19 minutes, but no fire was observed outside the casing.
Claims (8)
前記蓄電デバイスとケーシングとの空隙に、表面に凹凸加工を施して表面積を増加させたアクリル系ポリマーを含む成形体を配置した、蓄電デバイス構造体。 An electricity storage device structure including an electricity storage device and a casing that encloses the electricity storage device with a gap therebetween,
The electricity storage device structure further comprises a molded body containing an acrylic polymer, the surface of which has been roughened to increase its surface area, disposed in a gap between the electricity storage device and a casing.
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