JP6902986B2 - 積層体および積層体を用いた組電池 - Google Patents
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Description
また、本発明は、複数の2次電池セルを含む電池集合体が、ケースとカバーの中に配置された組電池において、ケースもしくはカバーと電池集合体の間を、第1発明ないし第4発明のいずれかの積層体により遮蔽し、ケースもしくはカバーの類焼を予防した組電池である(第7発明)。
まず、第2樹脂組成物層2を構成する樹脂組成物を準備する。マトリクス成分となる合成樹脂に対し、所定量の亜リン酸アルミニウム粉末や他の配合剤を混練する。混練は公知の方法により行えばよいが、この時の混練温度が亜リン酸アルミニウムの膨張温度を越えないようにする。混練が完了し、第2樹脂組成物層2となる樹脂組成物が得られたら、ロール成形や加圧成形等により、所定の厚みのシート状にして、第2樹脂組成物層2とする。
樹脂組成物積層体10は、火炎等に曝されて加熱された際に、亜リン酸アルミニウムが配合された第2樹脂組成物層2が膨張し、断熱層となるので、積層体10により火炎や熱の伝達を抑制し、火災の類焼や拡大を抑制する用途に使用できる。特に、樹脂組成物積層体10は、2次電池セルが複数組み込まれた組電池において、破損や短絡等により2次電池セルの一つが異常発熱して発火した場合などに、火災が他の2次電池セルに類焼したり、組電池のケースなどが溶損・発火したりすることを抑制するために使用できる。
この場合、樹脂組成物積層体10は、ポリイミド樹脂を主体とする第1樹脂組成物層1の側が組電池に面するように設けられることが、火炎の遮蔽をより確実に行う上で好ましい。ポリイミドフィルム等は、火炎等に曝されても、連続した面を維持するので、火炎の透過の抑制に適している。
例えば、図3の電池集合体が発火したような場合のように、樹脂組成物積層体10に炎や高温の物質が接触するなどして、樹脂組成物積層体10が加熱されると、第2樹脂組成物層2が膨張して、耐火性の断熱層となる。第2樹脂組成物層2に含まれる亜リン酸アルミニウムは加熱により分解し、新たなリン酸塩となって結晶化することにより膨張する。この作用により、加熱された第2樹脂組成物層2は耐火性を有する断熱層として機能する。第2樹脂組成物層2が十分に膨張して断熱性を発揮するよう、第2樹脂組成物層2を構成する樹脂組成物は、亜リン酸アルミニウムを8重量%以上含む。
あるいは、樹脂組成物積層体に適宜、第2樹脂組成物層2だけの部分Bを設けるようにして、その部分を利用して、ケースやカバー等に接着固定するようにすることもできる。
第1樹脂組成物層や第3樹脂組成物層は、市販されているポリイミドフィルム(PIフィルム:東レ・デュポン株式会社製、カプトン(登録商標)100H)により構成した。
熱可塑性ポリウレタン樹脂(TPU:BASF社 エラストラン(登録商標)C−type)に対し、所定量の亜リン酸アルミニウム(太平化学産業株式会社製 APA−100)、及び難燃剤等の添加剤を混練し、第2樹脂組成物を得た。第2樹脂組成物の総量に対する各成分の配合(重量%)を表1および表2に示す。得られた第2樹脂組成物をロール加工して、厚み1mmのシート状にして第2樹脂組成物層とした。
得られた第2樹脂組成物層に対し、表1、表2に示すような構成で、第1樹脂組成物層や第3樹脂組成物層を熱圧着して接着一体化し、各実施例の樹脂組成物積層体を得た。また、第1樹脂組成物層や第3樹脂組成物層を積層しないものを、各比較例とした。
第2樹脂組成物層における亜リン酸アルミニウムの配合量が33重量%の実施例であり、ポリイミドフィルムが、実施例1では片面に、実施例2では両面に接着されている。
(比較例1)
亜リン酸アルミニウムの配合量が33重量%の第2樹脂組成物層のみのものを、比較例1とした。
第2樹脂組成物層における亜リン酸アルミニウムの配合量が58重量%の実施例であり、ポリイミドフィルムが、実施例3では片面に、実施例4では両面に接着されている。
(比較例2)
亜リン酸アルミニウムの配合量が58重量%の第2樹脂組成物層のみのものを、比較例2とした。
第2樹脂組成物層における亜リン酸アルミニウムの配合量が8重量%の実施例であり、実施例5では、ポリイミドフィルムが両面に接着されている。
(比較例3)
亜リン酸アルミニウムの配合量が8重量%の第2樹脂組成物層のみのものを、比較例3とした。
熱可塑性ポリウレタン樹脂に亜リン酸アルミニウムが配合されていないものについて、シートを作成し、比較例4とした。比較例4には、ポリイミドフィルムは接着されていない。
各実施例、比較例のサンプルに対し、以下のような試験を行い、耐火性と断熱性を評価した。常温下で各サンプルを試験台上に置き、試験サンプルの上面に、600℃に熱した直径7mmの鉄棒を載せて、鉄棒に対し1kgf/cmの荷重を加え、10秒間静置した。なお各実施例においては、ポリイミドフィルム(第1組成物層)の側が鉄棒に面するように試験を行った。
試験後には、亜リン酸アルミニウム(APA)を含む第2組成物層には、組成物が高温になって膨張した部分と、組成物がそれほど高温にならずに未膨張のままである部分とが確認された。膨張した部分の厚みと、未膨張部分の厚みを測定した。試験サンプルが鉄棒により加熱・加圧されることにより、各試験サンプルは、鉄棒で押された部分の周囲がやや膨張して盛り上がりつつ、鉄棒で押された部分は周囲に比べややへこむようになるので、その相対的にへこんだ部分で、シートの各部分の厚み測定を行った。厚み測定結果を表1、表2に示す。
1 第1樹脂組成物層
2 第2樹脂組成物層
3 第3樹脂組成物層
31 カバー
32 ケース
40 組電池
Claims (7)
- ポリイミド樹脂を主体とする第1樹脂組成物層と、
亜リン酸アルミニウムを8〜70重量%含む第2樹脂組成物層と、を含み、
第1樹脂組成物層と第2樹脂組成物層が隣接し、互いに接着されている積層体。 - 第1樹脂組成物層と第2樹脂組成物層が、ポリイミド系接着剤により接着された、
請求項1に記載の積層体。 - 第2樹脂組成物層が、熱膨張性黒鉛を含まない、
請求項1に記載の積層体。 - ポリイミド樹脂を主体とする第3樹脂組成物層を有し、
第2樹脂組成物層が第1樹脂組成物層と第3樹脂組成物層の間に挟まれている
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の積層体。 - 複数の2次電池セルを含む組電池において、
互いに隣接する2次電池セルの間を、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の積層体により遮蔽し、2次電池セルの類焼を予防した組電池。 - 第1樹脂組成物層が2次電池セルの外周面に対向するように積層体が配置された、請求項5に記載の組電池。
- 複数の2次電池セルを含む電池集合体が、ケースとカバーの中に配置された組電池において、ケースもしくはカバーと電池集合体の間を、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の積層体により遮蔽し、ケースもしくはカバーの類焼を予防した組電池。
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