JP5269200B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池を備えた電池パックに関し、特に、電池パックの構造の改良に関する。

近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器の普及により、その電源である電池の需要が高まっている。特に、小型かつ軽量で、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電の可能な二次電池の需要が高まっている。

このような需要に対して、非水電解質二次電池の研究開発が活発に行われている。この非水電解質二次電池は、ポータブル機器の高機能化に伴って、より大きなエネルギーを保有するようになってきており、異常時に発生する熱量も大きなものとなっている。

このような電池を収納する電池パックにおいて、特定の電池がなんらかの原因で異常に発熱した際、その熱が隣接する電池に伝わることを抑制するための構造が提案されている。
特許文献１では、複数の電池を、難燃性樹脂からなる隔離板によって互いに隔てることが提案されている。

特許文献２では、隔離板の難燃性をさらに高めるために、マイカやセラミックスなどの無機耐火材料を用いることが提案されている。

特開２００３−３３１８０３号公報 特開２００８−２１８２１０号公報

しかしながら、近年、電池パックに収納される電池の容量は極めて大きく、電池が異常な発熱を起こした際に到達する温度が従来の隔離板の耐熱温度よりも高くなる場合がある。すなわち、難燃性樹脂材料で構成された隔離板では、異常発熱時の温度上昇に耐えられず、隣接する電池への熱伝導を十分に遮断することが困難である。

また、マイカやセラミックスのような無機耐火材料を主材料とする隔離板を用いると、電池パックが重くなり、ポータブル機器用には非常に不向きなものとなる。また、マイカやセラミックスは高価な材料であるため、マイカやセラミックスのような無機耐火材料を主材料とする隔離板を用いると、電池パックのコスト低減が困難である。

本発明は、複数個の二次電池、前記複数個の二次電池を収納する筐体、および前記複数個の二次電池を相互に隔離する、少なくとも１つの断熱層を具備し、
前記少なくとも１つの断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の第１の所定温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大することを特徴とする。

本発明によれば、収納された電池のうちのいずれかが異常に発熱すると、断熱層が熱せられ、断熱層中に含まれる発泡材料が発泡することにより、断熱層は優れた断熱効果を発揮することができる。このような断熱層を用いることにより、収納された電池のうちのいずれかが異常に発熱したとしても、他の電池への熱伝導を効果的に抑えることができる、安全性が高く、軽量で安価な電池パックを提供することができる。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本発明の実施形態１に係る電池パックの縦断面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態２に係る電池パックの縦断面図である。 図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態３に係る電池パックにおける隔離板の厚さ方向に沿った断面図である。

本発明は、複数個の二次電池、前記複数個の二次電池を収納する筐体、および前記複数個の二次電池を相互に隔離する、少なくとも１つの断熱層を具備する電池パックに関する。断熱層は、少なくとも隣り合う二次電池の間に存在すればよい。

電池の形状としては、例えば、円筒型、角型等が挙げられる。円筒型電池または角型電池は、円柱体または四角柱体であり、その一端面に正極端子およびその他端面に負極端子が設けられている。円筒型電池または角型電池の複数個は、例えば、隣り合う電池の側面同士が向かい合うように横一列に並べられる。

断熱層の配置方法としては、例えば、複数個の二次電池の各々の表面（両端面を除く）に断熱層を配置したり、複数個の二次電池の間を相互に隔離するように配置された少なくとも１つの隔壁体に断熱層を支持させたりすることが挙げられる。隔壁体は、断熱層を担持する担持板、または断熱層を収納する袋体が好ましい。断熱効果の観点から、二次電池の各々が円筒型であり、軸方向を平行にして横一列に配置されている場合、隔壁体の幅は、二次電池の直径以上の寸法であるのが好ましい。

断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の第１の所定温度で発泡可能な発泡材料を含む。第１の所定温度とは、電池が異常に発熱して断熱層が熱せられた際の断熱層の温度である。電池パックの使用環境、および電池が異常に発熱した際の電池温度の観点から、１１０℃以上で発泡可能な発泡材料を用いる必要がある。後述するアルカリ金属の珪酸塩が発泡する温度は、１１０℃以上２００℃未満である。断熱層の温度を、電池が自己発熱する温度以下とするためには、第１の所定温度は１５０℃以下であるのが好ましい。

正常時には、発泡材料は発泡しないので、断熱層は膨張することなく、薄い層として存在する。電池パックに収納された複数の電池のうちのいずれかが異常発熱をしたときには、その電池に接し、または近接する断熱層が熱せられて発泡材料が発泡し、断熱層内部に多数の気泡が発生し、断熱層の厚みが増大する。その多数の気泡によって、優れた断熱性が発揮され、隣り合う正常な電池に熱が伝わることを効果的に抑制することができる。

発泡材料を主材料とする断熱層は、マイカやセラミックスのような無機耐火材料を主材料とする断熱層に比べて、一般的に安価かつ軽量であり、また、その製造も容易であるため、高い断熱効果を有する電池パックの軽量化、低価格化を可能とする。
また、本発明では、断熱層を構成する材料に発泡材料を用いるため、無機耐火材料を用いる場合でも、少量の無機耐火材料の使用で十分な断熱効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施の形態によりなんら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。
（実施形態１）

本実施形態の電池パック１は、図１および図２に示すように、円筒型二次電池である電池３、４と、電池３、４を収納する角型の樹脂製の筐体２と、電池３、４の側面を覆う断熱層５、６と、を備える。なお、図示しないが、電池パックは、上記以外にも、電池３、４の電気的な接続のための部材（リード等）および電池パックから外部へ電気を取り出すための部材（外部端子等）のような電池パックの構成に必要な部材を備える。これらの部材には、従来から電池パックで用いられているものを適宜用いればよい。
電池３、４は、円柱体であり、その一端面に正極端子が設けられ、その他端面に負極端子が設けられている。電池３、４は、互いに側面同士を対向させて、同じ向きに配置されている。電池３、４の両端面は断熱層で覆われず、正極端子および負極端子が露出している。電池３、４の端面同士は互いに対向しないので、電池３および電池４の端面同士の間での熱伝導は起こり難い。

断熱層５、６は、主に、アルカリ金属の珪酸塩を含む。安価であり、珪酸塩を製造し易い点から、そのアルカリ金属は、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、およびリチウム（Ｌｉ）からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。
結着力の観点からはＮａ＞Ｋ＞Ｌｉの順であり、耐水性の観点からはＬｉ＞Ｋ＞Ｎａの順である。これら３種のアルカリ金属の珪酸塩を、電池パックの使用機器にあわせて、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

アルカリ金属の珪酸塩は、多くの結晶水を有する。結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩は、例えば、式：Ｍ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｘＨ_２Ｏで表される組成を有する。式中、Ｍは、Ｎａ、Ｋ、およびＬｉからなる群より選択される少なくとも１種である。ＭがＮａまたはＬｉの場合、ｎは０．５〜４である。ＭがＫの場合、ｎは０．４〜４である。ｘは、結晶水の量を示す値であり、結晶水の量により任意の値を取り得る。例えば、メタ珪酸ナトリウムの場合、Ｍ＝Ｎａおよびｎ＝１である。メタ珪酸カリウムの場合、Ｍ＝Ｋおよびｎ＝１である。メタ珪酸リチウムの場合、Ｍ＝Ｌｉおよびｎ＝１である。

結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩が高温に曝されると、アルカリ金属の珪酸塩は約１１０℃付近から結晶水を放し始め、それと同時に発泡し始める。このため、断熱層５、６の内部に気泡が多数形成され、その厚みが増大して、その断熱性が高められる。
たとえば、電池パック１において、電池３が異常に発熱した場合、断熱層５が第１の所定温度に熱せられると、断熱層５中のアルカリ金属の珪酸塩が発泡し、断熱層５は気泡を生じながら膨張する。その結果、気泡を多数含む、膨張した断熱層５によって、電池３から隣接する電池４への熱伝導が抑えられ、電池３の異常な発熱が電池４に及ぶことが阻止される。

筐体内のスペースおよび断熱層５、６の断熱性の観点から、断熱層５および断熱層６の厚み方向の膨張率は、３０〜６００％が好ましく、２００〜４００％がより好ましい。
なお、膨張率は、下記式で表される。
膨張率（％）＝（断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み）／（断熱層の膨張前の厚み）×１００
断熱層の膨張の程度は、例えば、発泡材料の種類および含有割合、ならびに後述する発泡促進剤の含有割合に応じて調整することができる。
断熱層の厚みは、円筒型電池の軸方向に垂直な断面における径方向の厚み寸法を指す。なお、角型電池の場合、断熱層の厚みは、側面に対して垂直な方向の厚み寸法を指す。

さらに、断熱層５、６は、アルカリ金属の珪酸塩が結晶水を放つ際の潜熱で電池を冷却する効果も有する。よって、アルカリ金属の珪酸塩は、断熱層を構成する材料として非常に好ましい。発泡材料がアルカリ金属の珪酸塩である場合、発泡材料の発泡による断熱効果だけでなく、さらに上記の冷却効果が得られるため、電池３の熱が電池４へ伝わるのをより抑制することができる。
また、断熱層５、６は、発火点、引火点を有さない不燃材料で主に構成されているため、電池パック１の信頼性を高める上で適したものである。

アルカリ金属の珪酸塩が発泡する第１の所定温度を超える温度に断熱層が熱せられた場合に、より効果的に断熱することができるように、断熱層５、６は、さらに、高温環境下（２００℃以上の第２の所定温度）で発泡可能な発泡促進剤を含むのが好ましい。

発泡促進剤には、アルカリ金属の珪酸塩が結晶水を放し、それが水蒸気となって発泡する温度より高い温度で気体を放出する材料を用いるのが好ましい。発泡促進剤は、電池の異常発熱により第１の所定温度を超えるまで断熱層が熱せられた時に気体を放出する。これにより、断熱層５、６において発泡に寄与する気体がより多く発生する。このため、断熱層が発泡促進剤を含まない場合に比べて、断熱層５、６の発泡材料が発泡した後の厚みをより増大させることができる。これにより、断熱層５、６の断熱効果をさらに高めることができる。

発泡促進剤には、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸バリウムからなる群より選択される少なくとも１種を使用することが好ましい。

発泡材料と発泡促進剤との組み合わせの代表例として、ナトリウムの珪酸塩に対して水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムが選択される。ナトリウムの珪酸塩は約１３０〜１５０℃に加熱されると結晶水を放し、それが水蒸気となって発泡する。これに対して、水酸化アルミニウムは約２００〜３００℃程度に加熱されると熱分解により水蒸気を生じる。また、水酸化マグネシウムは約４００℃以上に加熱されると熱分解により水蒸気を生じる。このような組み合わせにより、断熱層の温度がナトリウムの珪酸塩が水蒸気を放出する温度を超えると、発泡促進剤である水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムの熱分解により水蒸気が生じる。このため、断熱層の温度がナトリウムの珪酸塩が水蒸気を放出する温度よりも高くなっても、断熱層内にて気泡の発生を持続させることができる。

断熱層５、６における発泡促進剤の含有割合Ｗａは、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５〜９５質量部であることが好ましく、２０〜８０質量部であることがより好ましい。発泡促進剤の含有割合が過度に少ないと、発泡促進剤の効果が十分に発揮されない場合がある。発泡促進剤の含有割合が過度に多いと、発泡材料が占める割合が相対的に減少するため、断熱層５、６による断熱効果が十分に得られない場合がある。また、後述の構造材を用いる場合、構造材が占める割合が相対的に減少し、断熱層５、６と電池３、４との間の結着力が低下する場合がある。その結果、断熱層５、６の電池３、４の表面からの部分的な剥落等が生じる傾向がある。

高温環境下における断熱層の形状安定性を改善するために、断熱層５、６は、さらに、高温環境下（２００℃以上の第２の所定温度）で発泡しない無機粒子からなる構造材を含むことが好ましい。断熱層５、６は、さらに、発泡促進剤および構造材の両方を含むのがより好ましい。
無機粒子は、断熱層内にて均一に分散している。無機粒子は、耐熱性および断熱層の形状安定性の観点からセラミックスの粒子であるのが好ましい。
セラミックスには、珪酸アルミニウム、ケイフッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも１種を用いるのがより好ましい。

粒子の形状は、例えば、球状、薄片状、繊維状が挙げられる。構造材が繊維状の場合、平均繊維長０．１〜１００μｍ、および平均繊維径０．０１〜１０μｍが好ましい。構造材が球状の場合、平均粒径０．１〜１００μｍが好ましい。構造材が薄片状の場合、例えば、厚み０．０１〜１０μｍおよび最大径０．０５〜１００μｍが好ましい。

断熱層５、６中の構造材の含有割合Ｗｂは、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５〜７０質量部であることが好ましく、１０〜５０質量部であることがさらに好ましい。
構造材の含有割合が過度に少ないと、断熱層５、６の発泡時に、断熱層５、６の厚みが局所的に不均一になり、得られる発泡層（膨張した断熱層）による断熱効果が十分に得られない場合がある。構造材の含有割合が過度に多いと、発泡材料および発泡促進剤が占める割合が相対的に減少するため、断熱層５、６による断熱効果が十分に得られない場合がある。

断熱効果および電池パックの小型軽量化の観点から、断熱層の厚み（発泡材料が発泡する前の厚み）は、好ましくは０．１〜３ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ以下である。断熱層の厚みが１ｍｍ以下と薄くても、電池の表面に断熱層が保持されることにより断熱層の形状安定性を確保することができる。

電池パックの製造方法は、例えば、
（Ａ）筐体２を準備する工程と、
（Ｂ）アルカリ金属の珪酸塩を含む断熱層形成用組成物を作製する工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）で作製した断熱層形成用組成物を、電池３、４の側面に一定の厚さで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層５、６を形成する工程と、
（Ｄ）筐体２内に、電池３、４を収納する工程と、を含む。

以下、工程（Ａ）について説明する。
筐体は、例えば、樹脂成型により得られる。筐体の成型に用いられる樹脂材料には、ＵＬ−９４規格のＶ−０以上の難燃性樹脂を使用することが好ましい。「ノート型ＰＣにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」（（社）電子情報技術産業協会、（社）電池工業会）では、筐体の樹脂材料に上記の難燃性樹脂を用いることが推奨されている。筐体の構成材料には、難燃化処理された高分子材料を用いるのが好ましい。その高分子材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのいずれかに難燃化処理を施したものを用いるのが好ましい。

筐体は、例えば、開口部を有するケース本体およびケース本体の開口部を覆う板状の蓋体で構成される。ケース本体と蓋体とは、例えば、接着剤または熱溶着により接合される。接着剤には、例えば、セメダイン（株）製のスーパーＸが用いられる。作業性の観点から、熱溶着は、超音波溶着が好ましい。ケース本体に蓋体を装着し易いように、ケース本体には、蓋体の端部と嵌合する凹部を設けるのが好ましい。

以下、工程（Ｂ）について説明する。
断熱層形成用組成物は、例えば、アルカリ金属の珪酸塩に、溶媒または分散媒を加えることにより得られる。必要に応じて、断熱層形成用組成物に、さらに発泡促進剤および構造材のうちの少なくとも一方を加えてもよい。溶媒または分散媒には、例えば、水や有機溶媒が用いられる。
作業上の観点から、断熱層形成用組成物として、水ガラス（珪酸ナトリウムの水溶液）を用いるのが好ましい。水ガラスとしては、例えば、JIS規格（JIS K 1408）の１〜３号の珪酸ナトリウムが用いられる。

以下、工程（Ｃ）について説明する。
例えば、電池の側面に、断熱層形成用組成物を塗布し、塗膜を形成した後、塗膜を乾燥し、塗膜中の溶媒または分散媒を除去することにより、断熱層を形成する。例えば、断熱層形成用組成物に水ガラスを用いる場合、結晶水を有する固形状の珪酸ナトリウムを含む断熱層を形成することができる。
断熱層形成用組成物の塗布方法には、浸漬塗布法、ローラ塗布法、スプレー塗布法、ドクターブレード塗布法等の、従来から公知の塗布方法が用いられる。

以下、工程（Ｄ）について説明する。
例えば、工程（Ａ）において、筐体を、ケース本体および蓋体で構成する場合、ケース本体の開口部より電池を収納した後、接着剤または熱溶着によりケース本体に蓋体を装着して、筐体内に電池を収納する。

本実施形態では、筐体２の内部に２個の電池を収納し、かつ両方の電池に断熱層を設けているが、一方の電池にのみ断熱層を形成しても断熱効果を得ることができる。
また、電池を３個以上収納した電池パックにおいても、全電池に断熱層を設けてよく、あるいは断熱層を有する電池とそれを有しない電池とを交互に配置して収納してもよい。隣接する電池への熱の伝播をより確実に防ぐためには、全電池に断熱層を設けるのが好ましい。

（実施形態２）
本実施形態の電池パック１１は、図３および図４に示すように、円筒型二次電池である電池１３、１４と、電池１３、１４を収納する角型の樹脂製の筐体１２と、電池１３と電池１４との間を隔離する隔離板１６とを備える。隔離板１６は、担持板１７および担持板１７の片面に形成された断熱層１５からなる。

担持板１７は、熱伝導性（熱拡散性）に優れ、所定の形状を保持できる材料で構成されるのが好ましい。担持板１７は、金属箔がより好ましい。隔離板１６に局所的に熱が集中して伝わる場合でも、金属箔にて断熱層１５の全体に熱を分散させて伝えることができる。従って、断熱層１５の全体にて効率よく断熱することが可能である。金属箔には、ステンレス鋼箔、アルミニウム箔、銅箔、またはチタン箔が用いられ、これらの中でもステンレス鋼が好ましい。隔離板の強度および電池パックの小型軽量化の観点から、金属箔の厚みは、１０〜５０μｍが好ましい。
合金系の負極活物質を用いた非水電解質二次電池のような、容量が比較的大きい電池を用いる場合、電池が異常に発熱した際の電池温度が非常に高くなる。このような電池を用いる場合、担持板１７には、ステンレス鋼およびチタンのような融点の高い材料を用いるのが好ましい。

断熱層１５は、実施形態１の断熱層５、６と同じ材料で構成すればよい。筐体１２内のスペースおよび断熱層１５の断熱性の観点から、断熱層１５の厚み方向の膨張率は、３０〜６００％が好ましく、２００〜４００％がより好ましい。電池パックの小型軽量化および断熱効果の観点から、断熱層１５の厚み（発泡材料が発泡する前の厚み）は、０．１〜３ｍｍが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下である。断熱層１５の厚みが１ｍｍ以下と薄くても、担持板１７により断熱層の形状安定性を確保することができる。

隔離板１６の厚み方向における担持板の伝熱性および断熱層の断熱性のバランスの観点から、担持板１７の厚みＡと断熱層１５の厚みＢ（発泡材料が発泡する前の厚み）との比：Ａ/Ｂ＝０．０５〜１が好ましく、０．０５〜０．５がより好ましい。

本実施形態の電池パック１１の製造方法は、例えば、
実施形態１の工程（Ａ）および工程（Ｂ）と、
（Ｃ）工程（Ｂ）で作製した断熱層形成用組成物を、担持板１７の片面に一定の厚みで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層１５を形成し、隔離板１６を作製する工程と、
（Ｄ）電池１３と電池１４との間に隔離板１６が配置されるように、筐体１２内に電池１３および１４、ならびに隔離板１６を収納する工程と、を含む。

工程（Ｃ）では、例えば、担持板１７の片面に、断熱層形成用組成物を塗布し、塗膜を形成した後、塗膜を乾燥し、塗膜中の溶媒または分散媒を除去することにより、担持板１７の片面に断熱層１５を形成する。

工程（Ｄ）では、例えば、工程（Ａ）において、筐体２を、ケース本体および蓋体で構成する場合、ケース本体の開口部より電池１３および電池１４を収納し、さらに電池１３と電池１４との間に隔離板１６を挿入した後、接着剤または熱溶着によりケース本体に蓋体を装着して、筐体２内に電池１３、電池１４、および隔離板１６を収納する。
また、工程（Ａ）において、ケース本体の内面の所定箇所に、隔離板の端部を嵌合させるための溝を形成する場合、工程（Ｄ）において、ケース本体内に電池を収納する前に、予め隔離板の端部を溝に嵌合させ、隔離板をケース本体の所定位置に設置させてもよい。

さらに、工程（Ａ）において、インサート成型により、ケース本体と隔離板とを一体化してもよい。例えば、基部および前記基部の一端から垂直に延びる立ち上がり部を有する担持板を用い、立ち上がり部の片面に断熱層を形成し、隔離板を得る。その隔離板をインサート部材として用い、ケース本体の樹脂成型時にケース本体の底部に隔離板の基部を埋め込むようにインサート成型する。

本実施形態によれば、電池１３、１４のいずれかが異常発熱をすることがあっても、その熱によって直接に、また熱伝導性のよい担持板１７を介して断熱層１５が熱せられて、断熱層１５中の発泡材料が発泡する。これによって、断熱層１５は気泡を多数含み、厚みが増大することによって、電池１３、１４間が断熱される。

断熱効果の観点から、隔離板１６の幅（断熱層１５の電池の軸方向に垂直な面における面方向の長さ）は、図４に示すように、電池１３、１４を収納した状態で電池の直径以上（電池の設置面（筐体の内底面）からの高さ以上）の寸法とするのが好ましい。
円筒型電池の代わりに角型電池を筐体内に収納する場合、隔離板１６の幅（断熱層１５の電池の軸方向に垂直な面における面方向の長さ）は、角型電池の設置面（筐体の内底面）からの高さ以上の寸法とするのが好ましい。

本実施形態では、担持板の片面に断熱層を配しているが、担持板の両面に断熱層を配してもよい。この場合、担持板の熱拡散による効果がより顕著に得られる。

（実施形態３）
本実施形態の電池パックは、実施形態２の隔離板１６の代わりに、図５に示す、断熱層２３および断熱層２３を収納する袋体２２からなる隔離板２１を用いる以外、実施形態２と同じ構成である。

袋体２２は、断熱層２３が膨張可能なように、変形可能な材料で構成されている。袋体２２内にて、断熱層２３は、膨張可能なように収納されている。袋体２２は密閉されているため、断熱層２３は袋体２２内に確実に保持される。
断熱層２３が、その厚み方向に膨張し易いように、隔離板２１の厚み方向の断面において、袋体２２の断熱層２３の端面を覆う部分の周囲長の寸法を、断熱層２３の厚み寸法（発泡材料が発泡する前の厚み寸法）よりも長くしておくのが好ましい。隔離板２１の厚み方向の断面において、袋体２２の断熱層２３の端面を覆う部分の周囲長の寸法は、断熱層２３の厚み寸法（発泡材料が発泡する前の厚み寸法）の１．３〜７倍程度にしておくのが好ましく、より好ましくは３〜５倍程度である。袋体２２内での断熱層２３の形状安定性および袋体２２の内容積の観点から、断熱層２３の厚み方向の膨張率は、３０〜６００％が好ましく、２００〜４００％がより好ましい。

袋体の強度および電池パックの小型軽量化の観点から、袋体２２は、アルミニウムラミネートフィルムからなるのが好ましい。アルミニウムラミネートフィルムの強度および電池パックの小型軽量化の観点から、アルミニウムラミネートフィルムの厚みは、８０〜１５０μｍが好ましい。アルミニウムラミネートフィルムは、アルミニウム層、およびアルミニウム層の両面に形成される樹脂層からなる。強度および密閉性の観点から、樹脂層の厚み（片面あたりの厚み）は、２０〜５０μｍが好ましい。

アルミニウムラミネートフィルムは、伝熱性に優れたアルミニウムの層を含むため、隔離板に局所的に熱が集中して加えられる場合でも、アルミニウムの層にて断熱層全体に熱を拡散させることができる。従って、断熱層において局所的に断熱性が低下することはなく、断熱層にて効率よく断熱することが可能である。アルミニウム層の伝熱性および電池パックの小型軽量化の観点から、アルミニウム層は、厚み２０〜５０μｍのアルミニウム箔であるのが好ましい。

アルミニウム層の一方の面に形成される樹脂層は、表面保護層として機能し、アルミニウム層の他方の面に形成される樹脂層は、接着層（熱溶着層）として機能するのが好ましい。接着層は、フィルム同士（接着層同士）を接合する目的で設けられている。接着層を構成する材料には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）を用いるのが好ましい。接着層の厚みは、２０〜５０μｍであるのが好ましい。
表面保護層を構成する材料には、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いるのが好ましい。ポリアミドとしては、６−ナイロン、６，６−ナイロン、６，１０−ナイロン、および６，１２−ナイロン等が挙げられる。これらのなかでも、融点が比較的高く、耐熱性に優れている点で、６，１０−ナイロンおよび６，１２−ナイロンが好ましい。表面保護層の厚みは、１０〜５０μｍであるのが好ましい。

断熱層２３は、実施形態１の断熱層５、６と同じ材料で構成すればよい。断熱効果および電池パックの小型軽量化の観点から、断熱層２３の厚み（発泡材料が発泡する前の厚み）は、０．１〜３ｍｍが好ましく、１ｍｍ以下がより好ましい。断熱層２３の厚みが１ｍｍ以下と薄くても、袋体２２により断熱層２３の形状安定性を確保することができる。

隔離板２１の厚み方向におけるアルミニウムラミネートフィルムの伝熱性および断熱層の断熱性のバランスの観点から、袋体２２の厚みＡと断熱層２３の厚みＢ（発泡材料が発泡する前の厚み）との比：Ａ/Ｂは、０．０５〜１が好ましい。

隔離板２１を、筐体内に収納する電池間に配置することによって、実施形態２と同様に、異常発熱した電池から隣接する他の正常な電池への熱伝導を抑制することが可能となる。

本実施形態の電池パックの製造方法は、例えば、
実施形態１の工程（Ａ）および工程（Ｂ）と、
（Ｃ）工程（Ｂ）で作製した断熱層形成用組成物を用いて断熱層を形成し、袋体２２内に断熱層２３を配し、隔離板２１を作製する工程と、
（Ｄ）電池１３と電池１４との間に隔離板２１が配置されるように、筐体１２内に電池１３および１４、ならびに隔離板２１を収納する工程と、を含む。

工程（Ｃ）では、例えば、工程（Ｂ）で作製した断熱層形成用組成物を、袋体の開口より、一定の厚みで層状になるよう充填し、断熱層２３を形成する。その後、開口を閉じて隔離板２１を作製する。工程（Ｃ）にて、断熱層形成用組成物を乾燥してもよいが、断熱層形成用組成物は袋体に密閉されるため、乾燥しなくてもよい。板状の断熱層を別途作製した後、それを袋体に詰めてもよい。

また、工程（Ｃ）では、以下のように、２枚の同形状のアルミニウムラミネートフィルム（以下、単にフィルム）を用いて、隔離板を作製してもよい。
具体的には、１枚のフィルム上に断熱層形成用組成物を塗布した後、乾燥し、断熱層を形成する。このとき、フィルムの周縁部には断熱層を配置せずにフィルムを露出させる。すなわち、枠状にフィルムを露出させる。
断熱層の上に、もう１枚のフィルムを被せた後、２枚のフィルムの周縁部同士を、接着剤または熱溶着により接合する。このようにして、断熱層を収納する袋体を構成する。
このとき、フィルムにおける枠状の露出部のうち、その外周端縁部の所定領域を接合部とし、フィルムにおける断熱層を配置する部分と、接合部との間の部分は、袋体内で断熱層が膨張可能なように接合しない領域を設ける。熱溶着の場合、接合する側の樹脂層を上記の接着層とするのが好ましい。断熱層は、袋体内に収納されていればよく、袋体の内面に密着していなくてもよい。断熱層の膨張前および膨張後の両方において、袋体内にて断熱層を安定して保持することができる。

工程（Ｄ）では、実施形態２と同様の方法により、筐体２内に電池１３、電池１４、および隔離板２１を収納すればよい。

以下、本発明の電池パックの断熱効果について、電池に代えて金属円柱体を使用して、評価した。

《実施例１》
以下の手順で、実施形態１の電池パックを作製した。
実施形態１における二次電池３、４に代えて、長さ６５ｍｍ、外径１８ｍｍのＳＵＳ３０４製円柱体を２個準備した。円柱体の側面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層（厚さ１ｍｍ）を形成した。このようにして、円柱体の側面を断熱層で被覆した。断熱層形成用組成物には、珪酸ソーダ（大阪硅曹株式会社製、商品名：３号珪酸ソーダ）８０質量部に水２０質量部を加えて得られた珪酸ナトリウムの水溶液を用いた。Ｎａ_２Ｏ：ＳｉＯ_２のモル比は１：３であった。

内部空間が長さ６７ｍｍ、幅４１ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、厚さ１ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）製のケース本体に、側面を断熱層で被覆した円柱体を２個収納した。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体の開口部より円柱体を収納した後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に円柱体を２個収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。

《実施例２》
以下の手順で、実施形態２の電池パックを作製した。
長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのステンレス鋼箔の片面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層（厚さ１ｍｍ）を形成した。このようにして、長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、および厚み１ｍｍの隔離板を得た。断熱層形成用組成物には、実施例１と同じものを用いた。

実施形態２における二次電池１３、１４に代えて、長さ６５ｍｍ、外径１８ｍｍのＳＵＳ３０４製円柱体を準備した。
実施例１と同じ筐体内に、上記の隔離板および２個の円柱体を収納した。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体に円柱体の２個を収納し、さらに、２個の円柱体の間に隔離板を挿入した。その後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に隔離板および２個の円柱体を収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。

《実施例３》
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートＦ（珪酸ソーダベース、構造材他含有）を使用した以外、実施例１と同様の方法により電池パックを作製した。Ｎａ_２Ｏ：ＳｉＯ_２のモル比は１：３．２であった。

《実施例４》
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートＦ（珪酸ソーダベース、構造材他含有）を使用した以外、実施例２と同様の方法により電池パックを作製した。

《比較例１》
２個の円柱体の側面を断熱層で被覆せずに、２個の円柱体の間に、長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、および厚さ１ｍｍのＰＣ板を配置した以外、実施例１と同様の方法により電池パックを作製した。

《実施例５》
以下の手順で、実施形態３の電池パックを作製した。
アルミニウムラミネートフィルム（長さ７３ｍｍ、幅２８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）（以下、単にフィルム）の片面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層（長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を形成した。
断熱層形成用組成物には、実施例１と同じものを用いた。フィルムには、アルミニウム層（厚み４０μｍ）、アルミニウム層の一方の面に形成されたＰＥＴ層（表面保護層）（厚み３０μｍ）、およびアルミニウム層の他方の面に形成されたＰＰ層（接着層）（厚み３０μｍ）の積層体を用いた。このフィルムの接着層の表面に、断熱層を形成した。このとき、フィルムの周縁部には断熱層を配置せずにフィルムを枠状に露出させた。この露出部の幅は４ｍｍとした。
断熱層の上に、さらに上記と同じフィルムを配置し、接着層が断熱層と対向するように、２枚のフィルムを重ね合わせた。そして、２枚のフィルムの露出部同士（接着層同士）を熱溶着させた。このようにして、断熱層および断熱層を収納する袋状のフィルムからなる隔離板２１を得た。
このとき、フィルムにおける枠状の露出部における外周端縁部の幅２ｍｍの領域を熱溶着部とし、フィルムにおける断熱層を配置する部分と、熱溶着部との間（幅２ｍｍの領域）には、袋体内で断熱層が膨張可能なように熱溶着させない領域を設けた。

実施例２の隔離板の代わりに上記で得られた隔離板を用いた以外、実施例２と同様の方法により、電池パックを作製した。

《実施例６》
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートＦ（珪酸ソーダベース、構造材他含有）を使用した以外、実施例５と同様の方法により電池パックを作製した。

［評価］
実施例１〜６および比較例１について、以下の評価を行った。セラミックヒーター（坂口電熱（株）製、ＭＳ−Ｍ５）を準備した。筐体から蓋を取り外し、一方の円柱体の一端面にセラミックヒーターの板状の発熱体を当接し、この発熱体から延びる一対のリード線を端子間電圧６Ｖの電源に接続した。ヒーター温度を７００℃に設定した。ヒーター温度が７００℃に達してから１０分後に、他方の円柱体の温度を熱電対で測定した。

また、デジタルノギスを用いて、ヒーターにて加熱する前における断熱層の膨張前の厚み、およびヒーターにて加熱した後における断熱層の膨張後の厚みを測定した。そして、下記式より膨張率を求めた。
膨張率（％）＝（断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み）／（断熱層の膨張前の厚み）×１００
その結果を表１に示す。

この結果から明らかなように、本発明の実施例１〜６では、比較例１に比べて非常に断熱効果に優れており、隣り合う二次電池間の熱伝導を効果的に抑制することができた。実施例１〜６では、断熱層が気泡の発生により膨張したため、優れた断熱効果が得られた。

本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

本発明にかかる電池パックは、隣り合う二次電池の一方が、異常に発熱したとき、その熱が他方の二次電池に伝導することを効果的に抑制することができ、パーソナルコンピュータ用電池パックや携帯電話用電池パック等として有用である。また、大型の定置用電池または電気自動車用電池のパッケージ等の用途にも応用可能である。

Claims (13)

1. 複数個の二次電池、前記複数個の二次電池を収納する筐体、および前記複数個の二次電池を相互に隔離する、少なくとも１つの断熱層を具備し、
   前記少なくとも１つの断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の第１の所定温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大し、
   前記少なくとも１つの断熱層は、前記複数個の二次電池を相互に隔離するように配置された少なくとも１つの隔壁体に支持されており、
   前記隔壁体は、袋体を含み、
   前記断熱層は、前記袋体内に収納されていることを特徴とする電池パック。
2. 複数個の二次電池、前記複数個の二次電池を収納する筐体、および前記複数個の二次電池を相互に隔離する、少なくとも１つの断熱層を具備し、
   前記少なくとも１つの断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の第１の所定温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大し、
   前記発泡材料は、結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩を含むことを特徴とする電池パック。
3. 複数個の二次電池、前記複数個の二次電池を収納する筐体、および前記複数個の二次電池を相互に隔離する、少なくとも１つの断熱層を具備し、
   前記少なくとも１つの断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の第１の所定温度で発泡可能な発泡材料と、２００℃以上の第２の所定温度で発泡可能な発泡促進剤と、前記第２の所定温度で発泡しない無機粒子からなる構造材とを含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大することを特徴とする電池パック。
4. 前記少なくとも１つの断熱層は、前記二次電池の各々の表面に配されている断熱層を含む請求項２または３記載の電池パック。
5. 前記断熱層の前記発泡材料が発泡する前の厚みは、０．１〜３ｍｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池パック。
6. 前記少なくとも１つの断熱層は、前記複数個の二次電池を相互に隔離するように配置された少なくとも１つの隔壁体に支持されている請求項２または３記載の電池パック。
7. 前記隔壁体は、金属箔を含み、
   前記断熱層は、前記金属箔の片面に担持されている請求項６記載の電池パック。
8. 前記隔壁体は、袋体を含み、
   前記断熱層は、前記袋体内に収納されている請求項６記載の電池パック。
9. 前記二次電池の各々は円筒型であり、軸方向を平行にして横一列に配置されており、
   前記隔壁体の幅は、前記二次電池の直径以上の寸法である請求項１記載の電池パック。
10. 前記アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、およびリチウムからなる群より選択される少なくとも１種である請求項２記載の電池パック。
11. 前記断熱層は、さらに２００℃以上の第２の所定温度で発泡可能な発泡促進剤と、前記第２の所定温度で発泡しない無機粒子からなる構造材とを含む請求項２記載の電池パック。
12. 前記発泡促進剤が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸バリウムからなる群より選択される少なくとも１種である請求項３または１１記載の電池パック。
13. 前記構造材が、珪酸アルミニウム、珪フッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも１種である請求項３または１１記載の電池パック。

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