JP7208434B2 - 防炎シート、組電池及び電池パック - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動工具や車両などにおける組電池に用いられる防炎シート、並びに、電動工具や車両などに収容され、電動モータ等の電源として用いられる組電池及び電池パックに関する。

一般的に、電動工具には、いわゆる商用電源に接続して使用されるものと、その内部に、駆動用電動モータの電源となるための組電池が収容されたものがあり、内部に組電池が収容された電動工具は、操作性が優れている等の観点から多用されている。
組電池は、複数の電池セルが直列又は並列に接続されたものであり、例えば、ポリカーボネート等からなる電池ケースに各電池セルを格納して一体化され、電動工具の内部に収容される。

電動工具内に収容される電池セルとしては、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。しかし、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（すなわち「異常時」の場合）、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。

また、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又はハイブリッド車などの開発が盛んに進められている。この電気自動車又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又は並列に接続された組電池が搭載されている。このような、車両に用いられる電池セルにおいても、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おり、上述の電動工具内に収容される電池セルと同様に、電池セルの熱暴走が発生するおそれがある。

上記のような熱暴走の発生に対する対策として、例えば、特許文献１には、ある電池セルに過電流が流れ込むなどの理由により異常発熱が発生した場合に、隣接する電池セルへの類焼を防止・抑制することができる組電池が提案されている。上記特許文献１に記載の組電池は、複数の電池セルと、それを保持する金属材料からなるブロックで構成されており、このブロックは複数の小ブロックで構成されるものである。また、ブロックと電池セルとの隙間の大小を調整している。

このように構成された特許文献１に係る組電池によれば、電池セルを保持するブロックが金属材料からなるため、熱をすばやく拡散することができるとされている。

また、特許文献２には、二次電池の放熱性を向上し、性能劣化の改善を目的としたバッテリーパックが開示されている。上記特許文献２に記載のバッテリーパックは、複数の二次電池をケース内に収納したものであり、複数の二次電池とケースとの間に、所定の値以上の熱伝導率を有し、圧力により形状が変化する板形状のゴムシートが配置されている。

上記特許文献２によると、ゴムシートの熱伝導率が比較的高いため、二次電池の熱を、ケースを介して良好に放電することができることが記載されている。また、このバッテリーパックは、ゴムシートが弾力性を有するため、落下時に損傷を防止することができる。

特開２０１４－９６２７１号公報 特開２００４－１４６１６１号公報

ところで、電池セルに熱暴走が生じると、この電池の内部でガスが発生し、内圧が上昇することにより電池セルの変形を引き起こし、この変形が大きい場合には、ケースが破壊されることがある。
このような電池セルの変形は、組電池化した電池セルに対し充放電サイクルを行う場合（すなわち「通常使用時」の場合）においてもわずかに発生しており、充放電の際に電池セルの内圧の上昇及び低下が繰り返された場合に、電池セルに対して、ケースによる押圧及び緩和が繰り返され、電池の性能が低下する原因となる。

上記特許文献１に係る組電池は、電池セルを保持するブロックが金属材料からなるため、熱をすばやく拡散することができるが、電池セルの変形による電池ケースの破壊及び電池の性能の低下について、考慮されていない。
また、上記特許文献１に記載の組電池は、複数のブロックが必要であり、また、ブロックと電池セルとの隙間を変化させるため、組電池が搭載される電子機器や電動工具等に応じて、ブロックの設計が必要となる。したがって、ブロックの設計及び組電池の組立が煩雑になるという問題点がある。

さらに、特許文献２に記載のバッテリーパックは、電池セルに熱暴走が生じた場合に、隣接する他の電池セルの熱暴走の抑制について、考慮されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、異常時における各電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、電池セルの変形による電池ケースの破壊及び電池の性能の低下を抑制することができる防炎シート、並びに、各電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、電池ケースの破壊及び電池の性能の低下を抑制することができ、設計及び組立が容易である組電池及び電池パックを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、防炎シートに係る下記［１］の構成により達成される。

［１］ 電極を有する電極面と、前記電極面に直交する外周面と、を有し、前記外周面同士が対向するように配置された複数の電池セルが、直列又は並列に接続される組電池に用いられる防炎シートであって、
一対の防炎材と、前記一対の防炎材の間に配置された弾性部材と、を有する、防炎シート。

また、防炎シートに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［１０］に関する。

［２］ 前記弾性部材は、前記防炎材に対向する面に直交する一端面から他端面に延びる複数の溝を有する、［１］に記載の防炎シート。

［３］ 前記弾性部材は、前記防炎材に対向する面に直交する一端面から他端面に貫通する複数の貫通孔を有する、［１］又は［２］に記載の防炎シート。

［４］ 前記弾性部材は、ゴム又はエラストマーにより形成されている、［１］～［３］のいずれか１つに記載の防炎シート。

［５］ 前記防炎材は、無機粒子、有機繊維及び無機繊維の少なくとも１種を含有する、［１］～［４］のいずれか１つに記載の防炎シート。

［６］ 前記無機粒子は、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子であることを特徴とする、［５］に記載の防炎シート。

［７］ 前記防炎材は、平均繊維径、形状及びガラス転移点から選択された少なくとも１種の性状が互いに異なる第１の無機繊維及び第２の無機繊維を有することを特徴とする、［１］～［６］のいずれか１つに記載の防炎シート。

［８］ 前記第１の無機繊維の平均繊維径が、前記第２の無機繊維の平均繊維径よりも大きく、
前記第１の無機繊維が線状又は針状であり、前記第２の無機繊維が樹枝状又は縮れ状であることを特徴とする、［７］に記載の防炎シート。

［９］ 前記第１の無機繊維は非晶質の繊維であり、
前記第２の無機繊維は、前記第１の無機繊維よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び、結晶質の繊維から選択される少なくとも１種の繊維であり、
前記第１の無機繊維の平均繊維径が、前記第２の無機繊維の平均繊維径よりも大きいことを特徴とする、［７］に記載の防炎シート。

［１０］ 前記防炎材は、無機粒子を含有し、前記無機粒子が、ナノ粒子、中空粒子及び多孔質粒子から選択される少なくとも１種を含み、
前記第１の無機繊維は非晶質の繊維であり、
前記第２の無機繊維は、前記第１の無機繊維よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び、結晶質の繊維から選択される少なくとも１種の無機繊維である、［７］に記載の防炎シート。

また、本発明の上記目的は、組電池に係る下記［１１］及び［１２］の構成により達成される。

［１１］ 複数の電池セルと、［１］～［１０］のいずれか１つに記載の防炎シートと、を有し、前記複数の電池セルが直接又は並列に接続された、組電池。

［１２］ 電極を有する電極面と、前記電極面に直交する外周面と、を有し、前記外周面同士が対向するように配置された複数の電池セルが、直列又は並列に接続される組電池であって、
前記電池セルと、
前記電池セルの外周面の少なくとも一部を被覆する防炎材と、
前記電池セルの外周面における前記防炎材により被覆された領域の少なくとも一部を被覆する弾性部材と、を有する、組電池。

また、組電池に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［１３］～［１６］に関する。

［１３］ 前記弾性部材は、前記防炎材により被覆された領域を前記電池セルの周方向に被覆し、前記電池セルを押圧する、［１２］に記載の組電池。

［１４］ 前記弾性部材は、両端部が開口した筒状体である、［１３］に記載の組電池。

［１５］ 前記弾性部材は、前記筒状体の内表面において、前記筒状体の一端部から他端部に延びる複数の溝を有する、［１４］に記載の組電池。

［１６］ 前記弾性部材は、前記筒状体の一端部から他端部に貫通する複数の貫通孔を有する、［１４］又は［１５］に記載の組電池。

また、本発明の上記目的は、電池パックに係る下記［１７］の構成により達成される。

［１７］ ［１１］～［１６］のいずれか１つに記載の組電池を電池ケースに収容した電池パック。

本発明の防炎シートは、一対の防炎材と、この一対の防炎材の間に配置された弾性部材を有するため、異常時において、電池セル間の熱の伝播を抑制することができるとともに、弾性部材が電池セルの変形に対して柔軟に変形し、電池ケースの破壊及び電池の性能の低下を抑制することができる。

また、本発明の組電池は、電池セルの外周面の少なくとも一部を被覆する防炎材を有するため、異常時において、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、防炎材の外周面の少なくとも一部を被覆する弾性部材を有するため、弾性部材が電池セルの変形に対して柔軟に変形し、電池ケースの破壊及び電池の性能の低下を抑制することができる。さらに、弾性部材が筒状体であると、弾性部材は伸縮性を有するため、電池セルの種類に応じて、弾性部材及び電池ケースの設計を変更する必要がなく、容易に各電池セルに取り付けることができる。

本発明の電池パックは、上記組電池を収容したものであるため、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができるとともに、容易に組み立てることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る防炎シートを用いた組電池を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る電池パックを模式的に示す断面図である。 図３は、２種の無機粒子を含有する防炎材を模式的に示した断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る組電池に適用される弾性部材の形状例を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係る組電池に適用される弾性部材の他の形状例を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施形態に係る組電池に適用される弾性部材のさらに他の形状例を示す斜視図である。

本発明者は、異常時における各電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、電池セルが変形した場合であっても、電池ケース及び電池の性能に影響を与えることがない組電池を提供するため、鋭意検討を行った。
その結果、本発明者は、各電池セルの外周面の少なくとも一部を防炎材により被覆し、防炎材により被覆された領域の少なくとも一部を弾性部材で被覆することにより、上記課題を解決できることを見出した。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。

［防炎シート］
図１は、本発明の実施形態に係る防炎シートを用いた組電池を模式的に示す断面図である。
各電池セル２は、電極３を有する電極面２ａと、電極面２ａに直交する面である外周面２ｂとを有し、各電池セル２は、その外周面２ｂ同士が対向するように配置され、電極３及び不図示のコネクタ等を介して直列又は並列に接続されている。
複数の電池セル２の間には、防炎シート１０が配置されている。防炎シート１０は、一対の防炎材４と、この一対の防炎材４の間に配置された弾性部材５とを有する。すなわち、図１に示すように、防炎材４は、電池セル２の外周面の少なくとも一部を被覆しており、弾性部材５は、防炎材４により被覆された領域の少なくとも一部を被覆している。そして、これら複数の電池セル２と防炎材４とが電池ケース３０に収容されることにより、組電池１００が構成されている。

このように構成された防炎シート１０においては、電池セル２の間に配置された場合に、異常時に一方の電池セルに熱暴走が発生すると、防炎材４により、隣接する電池セルへの熱の伝播が抑制される。したがって、一方の電池セルに隣接した他方の電池セルが熱を受けることを抑制でき、熱暴走の連鎖を阻止することができる。

また、防炎シート１０は、一対の防炎材４の間に弾性部材５を有し、この弾性部材５は、電池セル２の変形を抑制する効果と、電池セル２の変形を吸収する効果とを有する。すなわち、異常時に電池セル２が変形した場合に、弾性部材５は電池セル２の変形を抑制しつつ、電池セル２の変形に対して柔軟に変形する。したがって、電池セル２に不要な圧力が印加されることを抑制することができる。

さらに、本実施形態において、電池セル２の外周面２ｂの一部に接触するように防炎材４が配置されており、弾性部材５は電池セル２に接触していない。このような構成とすると、異常時に電池セル２が高温になった際に、弾性部材５まで熱が到達しにくいため、弾性部材５の溶融を防止することができる。また、通常時において、電池セル２の温度が変化した場合であっても、弾性部材５との間に防炎材４が配置されているため、弾性部材５に与えられる温度変化は小さくなり、弾性部材５の劣化を防止することができる。

ただし、弾性部材５を構成する材料によっては、電池セル２の外周面２ｂに接するように、すなわち、一対の弾性部材５の間に防炎材４を配置するように構成された防炎シートを用いることもできる。詳細には、図１に示す防炎材４の位置に弾性部材５が配置され、弾性部材５の位置に防炎材４が配置されることとなる。後述するように、防炎材４には、ナノ粒子等の粒径が極めて小さい無機粒子が含まれることがあり、一対の弾性部材５の間に防炎材４が配置される構成であると、無機粒子が防炎材４から脱落することを防止することができる。このように、弾性部材５と防炎材４との位置関係は、防炎材４の材質、弾性部材５の耐熱性や、弾性、耐久性等を考慮し、適切に選択することが好ましい。

なお、電池セル２は、通常使用時である充放電サイクルにおいても、わずかに変形が発生している。すなわち、複数の電池セル２の間の隙間が小さい場合には、電池セル２の膨張時に、電池セル２は対向する他の電池セル２から圧力を受け、電池セル２の収縮時には、その圧力は消失する。このように、電池セル２に対する押圧と緩和が繰り返されると、電池性能が低下する原因となる。
本実施形態においては、通常使用時である充放電サイクルにおける電池セル２のわずかな変形に対しても、弾性部材５が柔軟に変形するため、電池セル２の電池性能の低下を抑制することができる。

本実施形態において、電池セル２は角形であっても丸型であってもよい。
また、本実施形態において、防炎シート１０は、複数の電池セル２の間に配置されていたが、電池セル２の外周面２ｂを周方向に被覆していてもよい。例えば、電池セル２の外周面２ｂに周方向に巻回するように防炎材４が配置され、弾性部材５のみが隣り合う電池セル２の間に配置されるような防炎シート１０を使用することができる。また、電池セル２の外周面２ｂに周方向に巻回するように防炎材４が配置され、さらに、弾性部材５が防炎材４の外周面２ｂに巻回するように配置されるものであってもよい。

電池セル２の外周面２ｂを周方向に被覆するように、防炎材４及び弾性部材５が配置された組電池と、この組電池を有する電池パックの例について、以下に詳細に説明する。

［電池パック］
図２は、本発明の実施形態に係る電池パックを模式的に示す断面図である。
電池パック１は、樹脂等により形成された電池ケース７に、以下に詳細に説明する組電池６が収容されたものである。

［組電池］
各電池セル２は、電極３を有する電極面２ａと、電極面２ａに直交する面である外周面２ｂとを有し、各電池セル２は、その外周面２ｂ同士が対向するように配置され、電極３及び不図示のコネクタ等を介して直列又は並列に接続されている。
電池セル２の外周面２ｂは防炎材４により被覆され、さらに防炎材４の外周面は弾性部材５により被覆されており、これにより、組電池６が構成されている。なお、弾性部材５は、両端部が開口した筒状体であり、電池セル２及び防炎材４の外周面を周方向に被覆している。なお、本実施形態において弾性部材５（筒状体）の両端部とは、弾性部材５の長手方向（図２において上下方向）における一方の端部及び他方の端部の両方、すなわち、筒状体の開口端部を意味する。

このように構成された組電池６においては、電池セル２の外周面２ｂが防炎材４により被覆されているため、異常時に一方の電池セルに熱暴走が発生した場合に、防炎材４により、周囲への熱の伝播が抑制される。したがって、一方の電池セルに隣接した他方の電池セルが熱を受けることを抑制でき、熱暴走の連鎖を阻止することができる。

また、電池セル２及び防炎材４のさらに外周面を被覆し、電池セル２を押圧する弾性部材５は、電池セル２の変形を抑制する効果と、電池セル２の変形を吸収する効果とを有する。すなわち、異常時に電池セル２が変形した場合に、弾性部材５は電池セル２の変形を抑制しつつ、電池セル２の変形に対して柔軟に変形する。したがって、電池ケース７の破壊を抑制することができる。
さらに、異常時に、電池セル２が高温になり、内圧の上昇により破裂した場合であっても、電池セル２は弾性部材５により被覆されているため、例えば、電池セル２の破片や電池セル２に存在していた有機電解液などが、他の電池セル２に到達して悪影響を及ぼすことを防止することができる。

なお、電池セル２は、通常使用時である充放電サイクルにおいても、わずかに変形が発生している。すなわち、電池セル２と電池ケース７との隙間が小さい場合には、電池セル２の膨張時に、電池セル２は電池ケース７から圧力を受け、電池セル２の収縮時に、電池ケース７からの圧力は消失する。このように、電池セル２に対する押圧と緩和が繰り返されると、電池性能が低下する原因となる。
本実施形態においては、通常使用時である充放電サイクルにおける電池セル２のわずかな変形に対しても、弾性部材５が柔軟に変形するため、電池セル２の電池性能の低下を抑制することができる。

本実施形態において、電池セル２は角形であっても丸型であってもよい。
また、図２に示すように、防炎材４は電池セル２の外周面の全面を被覆し、電池セル２を押圧するように構成されていることも好ましいが、上記したような熱暴走の連鎖を抑制することができるものであれば、図１に示すように、必要に応じて、一部の領域が被覆されていない構成も好適に用いることができる。
さらに、弾性部材５は、防炎材４により被覆された電池セル２の外周面全面を被覆する必要はなく、上記したような弾性部材５が奏する効果が期待できるものであればよい。例えば、図１に示すように、電池セル２の外周面２ｂの一部が被覆されるものであってもよい。このような構成であっても、上述のとおり、弾性部材５による効果を十分に得ることができる。

次に、本実施形態に係る組電池を構成する防炎材４及び弾性部材５について、詳細に説明する。

〔防炎材〕
本実施形態に係る組電池６に用いられる防炎材４としては、有機繊維及び無機繊維の少なくとも一方を含有することが好ましく、必要に応じて無機粒子を含有することがより好ましい。本実施形態においては、これらの材料を、例えばシート状に加工したものを使用することができる。防炎材４を構成する材料としては、断熱性を有することが重要であるため、断熱性能が高い材料から選択される。

断熱性能を表す指標として、熱伝導率を挙げることができるが、本実施形態においては、防炎材４の熱伝導率は１（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満であることが好ましく、０．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満であることがより好ましく、０．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満であることがより好ましい。さらに、防炎材４の熱伝導率は０．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満であることがより好ましく、０．０５（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満であることがより好ましく、０．０２（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満であることが特に好ましい。

なお、防炎材４の熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ ２２５１に記載の「耐火物の熱伝導率の試験方法」に準拠して、測定することができる。

＜無機粒子＞
無機粒子としては、耐熱性を有する化合物からなるものであることが好ましく、単一の材質の無機粒子を使用してもよいし、２種以上の材質の無機粒子を組み合わせて使用してもよい。２種以上の熱伝達抑制効果が互いに異なる無機粒子を併用すると、発熱体を多段に冷却することができ、吸熱作用をより広い温度範囲で発現できるため、断熱性能を向上させることができる。２種以上の無機粒子が含有されている場合に、各無機粒子の好ましい材質、形状及び粒子径について、以下に説明する。

図３は、２種の無機粒子を含有する防炎材４を模式的に示した断面図である。図３に示す防炎材４は、一例として、第１の無機粒子４１、第２の無機粒子１２の他に、後述する２種の無機繊維（第１の無機繊維３１、第２の無機繊維３２）、有機繊維４３及びバインダ９も含まれている。

第１の無機粒子４１及び第２の無機粒子１２としては、熱伝達抑制効果の観点から、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子を使用することが好ましく、酸化物粒子を使用することがより好ましい。また、シリカナノ粒子、金属酸化物粒子、マイクロポーラス粒子や中空シリカ粒子等の無機バルーン、熱膨張性無機材料からなる粒子、含水多孔質体からなる粒子等を使用することもできる。以下、小径の無機粒子を第１の無機粒子４１とし、大径の無機粒子を第２の無機粒子１２として、無機粒子についてさらに詳細に説明する。

＜第１の無機粒子＞
（酸化物粒子）
酸化物粒子は屈折率が高く、光を乱反射させる効果が強いため、無機粒子として酸化物粒子を使用すると、特に異常発熱などの高温度領域において輻射伝熱を抑制することができる。酸化物粒子としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、ムライト（Ａｌ_６Ｏ_１３Ｓｉ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ_４）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等が挙げられるが、これに限定されない。すなわち、無機粒子として使用することができる上記酸化物粒子のうち、１種のみを使用してもよいし、２種以上の酸化物粒子を使用してもよい。特に、シリカは断熱性が高い成分であり、チタニアは他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であって、５００℃以上の高温度領域において光を乱反射させ輻射熱を遮る効果が高いため、酸化物粒子としてシリカ及びチタニアを用いることが最も好ましい。

（酸化物粒子の平均一次粒子径：０．００１μｍ以上５０μｍ以下）
酸化物粒子の粒子径は、輻射熱を反射する効果に影響を与えることがあるため、平均一次粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、酸化物粒子の平均一次粒子径が０．００１μｍ以上であると、加熱に寄与する光の波長よりも十分に大きく、光を効率よく乱反射させるため、５００℃以上の高温度領域において防炎材４内における熱の輻射伝熱が抑制され、より一層断熱性を向上させることができる。
一方、酸化物粒子の平均一次粒子径が５０μｍ以下であると、圧縮されても粒子間の接点や数が増えず、伝導伝熱のパスを形成しにくいため、特に伝導伝熱が支配的な通常温度域の断熱性への影響を小さくすることができる。
なお、本発明において平均一次粒子径は、顕微鏡で粒子を観察し、標準スケールと比較し、任意の粒子１０個の平均をとることにより求めることができる。

（ナノ粒子）
本発明において、ナノ粒子とは、球形又は球形に近い平均一次粒子径が１μｍ未満のナノメートルオーダーの粒子を表す。ナノ粒子は低密度であるため伝導伝熱を抑制し、無機粒子としてナノ粒子を使用すると、更に空隙が細かく分散するため、対流伝熱を抑制する優れた断熱性を得ることができる。このため、通常の常温域の電池使用時において、隣接するナノ粒子間の熱の伝導を抑制することができる点で、ナノ粒子を使用することが好ましい。

さらに、酸化物粒子として、平均一次粒子径が小さいナノ粒子を使用すると、電池セルの熱暴走に伴う膨張によって防炎材が圧縮され、防炎材４の内部の密度が上がった場合であっても、防炎材４の伝導伝熱の上昇を抑制することができる。これは、ナノ粒子が静電気による反発力で粒子間に細かな空隙ができやすく、かさ密度が低いため、クッション性があるように粒子が充填されるからであると考えられる。

なお、本発明において、無機粒子としてナノ粒子を使用する場合に、上記ナノ粒子の定義に沿ったものであれば、材質について特に限定されない。例えば、シリカナノ粒子は、断熱性が高い材料であることに加えて、粒子同士の接点が小さいため、シリカナノ粒子により伝導される熱量は、粒子径が大きいシリカ粒子を使用した場合と比較して小さくなる。また、一般的に入手されるシリカナノ粒子は、かさ密度が０．１（ｇ／ｃｍ^３）程度であるため、例えば、防炎材に隣接して配置された電池セルが熱膨張し、防炎材に対して大きな圧縮応力が加わった場合であっても、防炎剤中のシリカナノ粒子同士の接点の大きさ（面積）や数が著しく大きくなることはなく、断熱性を維持することができる。したがって、ナノ粒子としてはシリカナノ粒子を使用することが好ましい。シリカナノ粒子としては、湿式シリカ、乾式シリカ及びエアロゲル等を使用することができる。

（ナノ粒子の平均一次粒子径：１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）
ナノ粒子の平均一次粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、ナノ粒子の平均一次粒子径を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすると、特に５００℃未満の温度領域において、防炎材４内における熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制することができ、断熱性をより一層向上させることができる。また、圧縮応力が印加された場合であっても、ナノ粒子間に残った空隙と、多くの粒子間の接点が伝導伝熱を抑制し、防炎材４の断熱性を維持することができる。
なお、ナノ粒子の平均一次粒子径は、２ｎｍ以上であることがより好ましく、３ｎｍ以上であることが更に好ましい。一方、ナノ粒子の平均一次粒子径は、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。

（無機水和物粒子）
無機水和物粒子は、発熱体からの熱を受けて熱分解開始温度以上になると熱分解し、自身が持つ結晶水を放出して発熱体及びその周囲の温度を下げる、所謂「吸熱作用」を発現する。また、結晶水を放出した後は多孔質体となり、無数の空気孔により断熱作用を発現する。
無機水和物の具体例として、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）等が挙げられる。

例えば、水酸化アルミニウムは約３５％の結晶水を有しており、下記式に示すように、熱分解して結晶水を放出して吸熱作用を発現する。そして、結晶水を放出した後は多孔質体であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）となり、防炎材として機能する。
２Ａｌ（ＯＨ）_３→Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２Ｏ

なお、後述するように、本実施形態に係る防炎材４及び弾性部材５は、例えば、電池セル間に介在されることが好適であるが、熱暴走を起こした電池セルでは、２００℃を超える温度に急上昇し、７００℃付近まで温度上昇を続ける。したがって、無機粒子は熱分解開始温度が２００℃以上である無機水和物からなることも好ましい。
上記に挙げた無機水和物の熱分解開始温度は、水酸化アルミニウムは約２００℃、水酸化マグネシウムは約３３０℃、水酸化カルシウムは約５８０℃、水酸化亜鉛は約２００℃、水酸化鉄は約３５０℃、水酸化マンガンは約３００℃、水酸化ジルコニウムは約３００℃、水酸化ガリウムは約３００℃であり、いずれも熱暴走を起こした電池セルの急激な昇温の温度範囲とほぼ重なり、温度上昇を効率よく抑えることができることから、好ましい無機水和物であるといえる。

（無機水和物粒子の平均二次粒子径：０．０１μｍ以上２００μｍ以下）
また、第１の無機粒子４１として、無機水和物粒子を使用した場合に、その平均粒子径が大きすぎると、防炎材４の中心付近にある第１の無機粒子４１（無機水和物）が、その熱分解温度に達するまでにある程度の時間を要するため、防炎材４の中心付近の第１の無機粒子４１が熱分解しきれない場合がある。このため、無機水和物粒子の平均二次粒子径は、０．０１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。

（窒化物粒子）
窒化物粒子としては、窒化ホウ素（ＢＮ）等が好適に挙げられる。

（炭化物粒子）
炭化物粒子としては、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）等が好適に挙げられる。

（熱膨張性無機材料からなる粒子）
熱膨張性無機材料としては、バーミキュライト、ベントナイト、雲母、パーライト等を挙げることができる。

（含水多孔質体からなる粒子）
含水多孔質体の具体例としては、ゼオライト、カオリナイト、モンモリロナイト、酸性白土、珪藻土、湿式シリカ、乾式シリカ、エアロゲル、マイカ、バーミキュライト等が挙げられる。

（無機バルーン）
本発明に用いる防炎材４は、無機粒子として無機バルーンを含んでいてもよい。
無機バルーンが含まれると、５００℃未満の温度領域において、防炎材４内における熱の対流伝熱または伝導伝熱を抑制することができ、防炎材４の断熱性をより一層向上させることができる。
無機バルーンとしては、シラスバルーン、シリカバルーン、フライアッシュバルーン、バーライトバルーン、およびガラスバルーンから選択された少なくとも１種を用いることができる。

（無機バルーンの含有量：防炎材全質量に対して６０質量％以下）
無機バルーンの含有量としては、防炎材全質量に対し、６０質量％以下が好ましい。

（無機バルーンの平均粒子径：１μｍ以上１００μｍ以下）
無機バルーンの平均粒子径としては、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。

＜第２の無機粒子＞
防炎材４に２種の無機粒子が含有されている場合に、第２の無機粒子１２は、第１の無機粒子４１と材質や粒子径等が異なっていれば特に限定されない。第２の無機粒子１２としては、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、無機水和物粒子、シリカナノ粒子、金属酸化物粒子、マイクロポーラス粒子や中空シリカ粒子等の無機バルーン、熱膨張性無機材料からなる粒子、含水多孔質体からなる粒子等を使用することができ、これらの詳細については、上述のとおりである。

なお、ナノ粒子は伝導伝熱が極めて小さいとともに、防炎材に圧縮応力が加わった場合であっても、優れた断熱性を維持することができる。また、チタニア等の金属酸化物粒子は、輻射熱を遮る効果が高い。さらに、大径の無機粒子と小径の無機粒子とを使用すると、大径の無機粒子同士の隙間に小径の無機粒子が入り込むことにより、より緻密な構造となり、熱伝達抑制効果を向上させることができる。したがって、上記第１の無機粒子５１として、ナノ粒子を使用した場合に、さらに、第２の無機粒子１２として、第１の無機粒子４１よりも大径である金属酸化物からなる粒子を、防炎材４に含有させることが好ましい。
金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコン、酸化ジルコニウム等を挙げることができる。特に、チタニアは他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であり、５００℃以上の高温度領域において光を乱反射させ輻射熱を遮る効果が高いため、チタニアを用いることが最も好ましい。

（第２の無機粒子の平均一次粒子径）
金属酸化物からなる第２の無機粒子１２を防炎材４に含有させる場合に、第２の無機粒子１２の平均一次粒子径は、１μｍ以上５０μｍ以下であると、５００℃以上の高温度領域で効率よく輻射伝熱を抑制することができる。第２の無機粒子１２の平均一次粒子径は、５μｍ以上３０μｍ以下であることが更に好ましく、１０μｍ以下であることが最も好ましい。

（第１の無機粒子と第２の無機粒子の含有量）
第１の無機粒子４１がシリカナノ粒子であり、第２の無機粒子１２が金属酸化物である場合に、第１の無機粒子４１の含有量が、第１の無機粒子４１と第２の無機粒子１２との合計質量に対して、６０質量％以上９５質量％以下であると、輻射伝熱の抑制に必要な金属酸化物粒子の量と、伝導・対流伝熱の抑制とクッション性に必要なシリカナノ粒子の量を最適化できる。
その結果、電池の通常使用時における温度から５００℃以上の高温までの広い温度領域にわたって、外部から圧縮力が加わってもバランスよく高い断熱性が得られると考えられる。

＜無機繊維＞
無機繊維としては、例えば、シリカ繊維、アルミナ繊維、アルミナシリケート繊維、ジルコニア繊維、カーボンファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、エアロゲル複合材、マグネシウムシリケート繊維、アルカリアースシリケート繊維、チタン酸カリウム繊維、チタン酸カリウムウィスカ繊維等のセラミックス系繊維、ガラス繊維、グラスウール等のガラス系繊維、ロックウール、バサルトファイバ、ウォラストナイト等の鉱物系繊維等が挙げられる。
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。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。

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。

無機繊維が後述する特別な性状でない限り、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、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。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、防炎材４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。

無機繊維が後述する特別な性状でない限り、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、無機繊維の平均繊維径の好ましい上限は１５μｍであり、より好ましい上限は１０μｍである。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、無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上であることが好ましい。一方、無機繊維の平均繊維径が１５μｍ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、防炎材の成形性及び強度が悪化するおそれがある。

なお、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。図３に示すように、防炎材４は、例えば、平均繊維径、形状及びガラス転移点から選択された少なくとも１種の性状が互いに異なる第１の無機繊維３１及び第２の無機繊維３２を有することが好ましい。性状が互いに異なる２種の無機繊維を含有することにより、防炎材４の機械的強度及び無機粒子の保持性を向上させることができる。

（平均繊維径及び繊維形状が異なる２種の無機繊維）
防炎材４が、２種の無機繊維を含有する場合に、第１の無機繊維３１の平均繊維径が、第２の無機繊維３２の平均繊維径よりも大きく、第１の無機繊維３１が線状又は針状であり、第２の無機繊維３２が樹枝状又は縮れ状であることが好ましい。平均繊維径が大きい（太径の）第１の無機繊維３１は、防炎材４の機械的強度や形状保持性を向上させる効果を有する。２種の無機繊維のうち一方、例えば、第１の無機繊維３１を第２の無機繊維３２よりも太径にすることにより、上記効果を得ることができる。防炎材４には、外部からの衝撃が作用することがあるため、防炎材４に第１の無機繊維３１が含まれることにより、耐衝撃性が高まる。外部からの衝撃としては、例えば電池セルの膨張による押圧力や、電池セルの発火による風圧などである。
また、防炎材４の機械的強度や形状保持性を向上させるためには、第１の無機繊維３１が線状又は針状であることが特に好ましい。なお、線状又は針状の繊維とは、後述の捲縮度が例えば１０％未満、好ましくは５％以下である繊維をいう。

より具体的には、防炎材４の機械的強度や形状保持性を向上させるためには、第１の無機繊維３１の平均繊維径は１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。第１の無機繊維３１が太すぎると、防炎材４への成形性、加工性が低下するおそれがあるため、第１の無機繊維３１の平均繊維径は２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。
なお、第１の無機繊維３１は長すぎても成形性や加工性が低下するおそれがあるため、繊維長を１００ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに、第１の無機繊維３１は短すぎても形状保持性や機械的強度が低下するため、繊維長を０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。

一方、平均繊維径が細い（細径の）第２の無機繊維３２は、他の無機繊維や無機粒子等の保持性を向上させるとともに、防炎材４の柔軟性を高める効果を有する。したがって、第２の無機繊維３２を第１の無機繊維３１よりも細径にすることが好ましい。

より具体的に、他の無機繊維や無機粒子等の保持性を向上させるためには、第２の無機繊維３２は変形が容易で、柔軟性を有することが好ましい。したがって、細径である第２の無機繊維３２は、平均繊維径が１μｍ未満であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。ただし、細径の無機繊維が細すぎると破断しやすく、他の無機繊維や無機粒子等の保持能力が低下する。また、他の無機繊維や無機粒子等を保持せずに、繊維が絡み合ったままで防炎材４中に存在する割合が多くなり、他の無機繊維や無機粒子等の保持能力の低下に加えて、成形性や形状保持性にも劣るようになる。そのため、第２の無機繊維３２の平均繊維径は１ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。
なお、第２の無機繊維３２は、長くなりすぎると成形性や形状保持性が低下するため、第２の無機繊維３２の繊維長は０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、第２の無機繊維３２は、樹枝状又は縮れ状であることが好ましい。第２の無機繊維３２がこのような形状であると、防炎材４において、他の無機繊維や無機粒子等と絡み合う。そのため、他の無機繊維や無機粒子等の保持能力が向上する。また、防炎材４及び弾性部材５が押圧力や風圧を受けた際に、第１の無機繊維３１と第２の無機繊維３２が絡み合っていることにより、防炎材４が滑って移動することが抑制され、このことにより、特に外部からの押圧力や衝撃に抗する機械的強度が向上する。

なお、樹枝状とは、２次元的又は３次元的に枝分かれした構造であり、例えば羽毛状、テトラポット形状、放射線状、立体網目状である。
第２の無機繊維３２が樹枝状である場合に、その平均繊維径は、ＳＥＭによって幹部及び枝部の径を数点測定し、これらの平均値を算出することにより得ることができる。

また、縮れ状とは、繊維が様々な方向に屈曲した構造である。縮れ形態を定量化する方法の一つとして、電子顕微鏡写真からその捲縮度を算出することが知られており、例えば下記式から算出することができる。
捲縮度（％）＝（繊維長さ－繊維末端間距離）／（繊維長さ）×１００
ここで、繊維長さ、繊維末端間距離ともに電子顕微鏡写真上での測定値である。すなわち、２次元平面上へ投影された繊維長、繊維末端間距離であり、現実の値よりも短くなっている。この式に基づき、第２の無機繊維３２の捲縮度は１０％以上が好ましく、３０％以上がより好ましい。捲縮度が小さいと、他の無機繊維や無機粒子等の保持能力や、第２の無機繊維３２同士、第１の無機繊維３１と第２の無機繊維３２との絡み合い（ネットワーク）が形成されにくくなる。

上述の実施形態では、防炎材４の機械的強度や形状保持性、並びに無機粒子や無機繊維等の保持性を向上させる方法として、平均繊維径及び繊維形状が互いに異なる第１の無機繊維３１及び第２の無機繊維３２を用いている。ただし、ガラス転移点や平均繊維径が互いに異なる第１の無機繊維３１及び第２の無機繊維３２を用いることによっても、防炎材４の機械的強度、形状保持性及び粒子の保持性を向上させることができる。

上記のとおり、本実施形態においては、防炎材４の機械的強度や形状保持性及び粒子の保持性を向上させるために、種々の組み合わせの無機繊維を使用することが好ましい。以下、上記図３に示す実施形態とは異なる組み合わせの第１の無機繊維及び第２の無機繊維について説明するが、本明細書においては、便宜上、無機繊維に関する他の実施形態を、図３を用いて説明する。

（ガラス転移点が互いに異なる２種の無機繊維）
防炎材４が、２種の無機繊維を含有する場合に、第１の無機繊維３１は非晶質の繊維であり、第２の無機繊維３２は、第１の無機繊維３１よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び結晶質の繊維から選択される少なくとも１種の繊維であることが好ましい。また、上記２種の無機繊維とともに、ナノ粒子、中空粒子及び多孔質粒子から選択される少なくとも１種を含む第１の無機粒子４１を使用することにより、さらに一層断熱性能を向上させることができる。

結晶質の無機繊維の融点は、通常非晶質の無機繊維のガラス転移点より高い。そのため、第１の無機繊維３１は、高温にさらされると、その表面が第２の無機繊維３２より先に軟化して、他の無機繊維や無機粒子等を結着する。したがって、防炎材４に上記のような第１の無機繊維３１を含有させることにより、断熱層の機械的強度を向上させることができる。
第１の無機繊維３１としては、具体的には、融点が７００℃未満である無機繊維が好ましく、多くの非晶質の無機繊維を用いることができる。中でも、ＳｉＯ_２を含む繊維であることが好ましく、安価で、入手も容易で、取扱い性等に優れることから、ガラス繊維であることがより好ましい。

第２の無機繊維３２は、上述のとおり、第１の無機繊維３１よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び結晶質の繊維から選択される少なくとも１種からなる繊維である。第２の無機繊維３２としては、多くの結晶性の無機繊維を用いることができる。
第２の無機繊維３２が結晶質の繊維からなるものであるか、又は第１の無機繊維３１よりもガラス転移点が高いものであると、高温にさらされたときに、第１の無機繊維３１が軟化しても、第２の無機繊維３２は溶融又は軟化しない。したがって、電池セルの熱暴走時においても形状を維持し、電池セル間に存在し続けることができる。
また、第２の無機繊維３２が溶融又は軟化しないと、防炎材４に含まれる各粒子間、粒子と繊維との間、及び各繊維間における微小な空間が維持されるため、空気による断熱効果が発揮され、優れた熱伝達抑制性能を保持することができる。

第２の無機繊維３２が結晶質である場合に、第２の無機繊維３２としては、シリカ繊維、アルミナ繊維、アルミナシリケート繊維、ジルコニア繊維、カーボンファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、エアロゲル複合材、マグネシウムシリケート繊維、アルカリアースシリケート繊維、チタン酸カリウム繊維等のセラミックス系繊維、ガラス繊維、グラスウール等のガラス系繊維、ロックウール、バサルトファイバ、ウォラストナイト等の鉱物系繊維等を使用することができる。
第２の無機繊維３２として挙げられた繊維のうち、融点が１０００℃を超えるものであると、電池セルの熱暴走が発生しても、第２の無機繊維３２は溶融又は軟化せず、その形状を維持することができるため、好適に使用することができる。
なお、上記第２の無機繊維３２として挙げられた繊維のうち、例えば、シリカ繊維、アルミナ繊維及びアルミナシリケート繊維等のセラミックス系繊維、並びに鉱物系繊維を使用することがより好ましく、この中でも融点が１０００℃を超えるものを使用することが更に好ましい。

また、第２の無機繊維３２が非晶質である場合であっても、第１の無機繊維３１よりもガラス転移点が高い繊維であれば、使用することができる。例えば、第１の無機繊維３１よりガラス転移点が高いガラス繊維を第２の無機繊維３２として用いてもよい。
なお、第２の無機繊維３２としては、例示した種々の無機繊維を単独で使用してもよいし、２種以上を混合使用してもよい。

なお、上記のとおり、第１の無機繊維３１は第２の無機繊維３２よりもガラス転移点が低く、高温にさらされたときに、第１の無機繊維３１が先に軟化するため、第１の無機繊維３１で他の無機繊維や無機粒子等を結着することができる。しかし、例えば、第２の無機繊維３２が非晶質であって、その繊維径が第１の無機繊維３１の繊維径よりも細い場合に、第１の無機繊維３１と第２の無機繊維３２とのガラス転移点が接近していると、第２の無機繊維３２が先に軟化するおそれがある。
したがって、第２の無機繊維３２が非晶質の繊維である場合に、第２の無機繊維３２のガラス転移点は、第１の無機繊維３１のガラス転移点よりも１００℃以上高いことが好ましく、３００℃以上高いことがより好ましい。

なお、第１の無機繊維３１の繊維長は、１００ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。第２の無機繊維３２の繊維長は、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。これらの理由については、上記したとおりである。

（ガラス転移点及び平均繊維径が互いに異なる２種の無機繊維）
防炎材４が、２種の無機繊維を含有する場合に、第１の無機繊維３１は非晶質の繊維であり、第２の無機繊維３２は、第１の無機繊維３１よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び、結晶質の繊維から選択される少なくとも１種の繊維であり、第１の無機繊維３１の平均繊維径が、第２の無機繊維３２の平均繊維径よりも大きいことが好ましい。

上述のとおり、本実施形態に係る防炎材４が２種の無機繊維を含有する場合に、第１の無機繊維３１の平均繊維径が、第２の無機繊維３２よりも大きいことが好ましい。また、太径の第１の無機繊維３１が非晶質の繊維であり、細径の第２の無機繊維３２が、第１の無機繊維３１よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び結晶質の繊維から選択される少なくとも１種からなる繊維であることが好ましい。これにより、第１の無機繊維３１のガラス転移点が低く、早く軟化するため、温度の上昇に伴って膜状となって硬くなる。一方、細径である第２の無機繊維３２が、第１の無機繊維３１よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び結晶質の繊維から選択される少なくとも１種からなる繊維であると、温度が上昇しても細径の第２の無機繊維３２が繊維の形状で残存するため、防炎材４の構造を保持し、粉落ちを防止することができる。

なお、この場合であっても、第１の無機繊維３１の繊維長は、１００ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。第２の無機繊維３２の繊維長は、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。これらの理由については、上記したとおりである。

また、防炎材４には、上記第１の無機繊維３１及び第２の無機繊維３２の他に、異なる無機繊維が含まれていてもよい。

（第１の無機繊維及び第２の無機繊維の各含有量）
防炎材４が、２種の無機繊維を含有する場合に、第１の無機繊維３１の含有量は、防炎材の全質量に対して３質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、第２の無機繊維３２の含有量は、防炎材の全質量に対して３質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。

また、第１の無機繊維３１の含有量は、防炎材の全質量に対して、５質量％以上１５質量％以下であることがより好ましく、第２の無機繊維３２の含有量は、防炎材の全質量に対して、５質量％以上１５質量％以下であることがより好ましい。このような含有量にすることにより、第１の無機繊維３１による形状保持性や押圧力耐性、抗風圧性、及び第２の無機繊維３２による無機粒子の保持能力がバランスよく発現される。

＜有機繊維＞
有機繊維４３としては、特に限定されないが、合成繊維、天然繊維、パルプなどが利用できる。合成繊維としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂からなる繊維が選択可能であり、例えば、変性されたポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ；ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）繊維、ポリエチレン（ＰＥ；ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリブチレンテレフタラート繊維、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維、ポリウレタン繊維、エチレン－ビニルアルコール共重合体繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリアセタール繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリアミド繊維、ポリパラフェニルフタルアミド繊維等からなる合成繊維を使用することができる。

本実施形態において使用することができる合成繊維の種類及び構造等について、より詳細に以下に説明する。
ビニロン（ｖｉｎｙｌｏｎ）：ビニルアルコール単位を質量比で６５％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
ビニラール（ｖｉｎｙｌａｌ）：アセタール化の水準の異なるポリビニルアルコールの長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリ塩化ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ，ｃｈｌｏｒｏｆｉｂｅｒ）：塩化ビニル単位を主成分として形成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ，ｃｈｌｏｒｏｆｉｂｅｒ）：塩化ビニリデン単位（－ＣＨ_２－ＣＣｌ_２－）を主成分として形成された長鎖状合成高分子から成る繊維。
アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）：アクリロニトリル基の繰返し単位が質量比で８５％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
アクリル系（ｍｏｄａｃｒｙｌｉｃ）：アクリロニトリル基の繰返し単位が質量比で３５％以上、８５％未満含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
ナイロン（ｎｙｌｏｎ，ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）：繰り返しているアミド結合の８５％以上が脂肪族又は環状脂肪族単位と結合している長鎖状合成高分子から成る繊維。
アラミド（ａｒａｍｉｄ）：２個のベンゼン環に直接結合しているアミド又はイミド結合が質量比で８５％以上であり、イミド結合がある場合は、その数がアミド結合の数を超えない長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）：テレフタル酸と２価アルコールとのエステル単位を質量比で８５％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）：テレフタル酸とエチレングリコールとのエステル単位を質量比で８５％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリトリメチレンテレフタラート（ＰＴＴ；ｐｏｌｙｔｒｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）：テレフタル酸と１，３－プロパンジオールとのエステル単位を質量比で８５％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ；ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）：テレフタル酸と１，４－ブタンジオールとのエステル単位を質量比で８５％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリエチレン（ＰＥ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）：置換基のない飽和脂肪族炭化水素で構成する高分子で、長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリプロピレン（ＰＰ；ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）：２個当たり１個の炭素原子にメチル基の側鎖がある飽和脂肪族炭化水素で構成する高分子で、立体規則性があり、他に置換基のない長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリウレタン（ｅｌａｓｔａｎｅ，ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）：ポリウレタンセグメントを質量比で８５％以上含み、張力をかけないときの長さの３倍に伸長したとき、張力を除くとすぐ元の長さに戻る長鎖状合成高分子から成る繊維。
ポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ）：乳酸エステル単位を質量比で５０％以上含む長鎖状合成高分子から成る繊維。
有機繊維４３の平均繊維長及び平均繊維径の好ましい範囲は、無機繊維と同様である。

＜その他の材料＞
本実施形態において用いることができる防炎材４は、上記第１の無機粒子４１及び第２の無機粒子１２、第１の無機繊維３１及び第２の無機繊維３２や有機繊維４３の他に、結合材、着色剤等のように、防炎材に成形するために必要な成分を含んでいてもよい。以下、その他の成分についても詳細に説明する。

（結合材）
本発明の防炎材４は、バインダ９のような結合材を含まないものであっても、焼結等により形成されることができるが、特に防炎材４がシリカナノ粒子を含む場合には、防炎材４としての形状を保持するために、適切な含有量で結合材を添加することが好ましい。本発明において結合材とは、無機粒子を保持するために繋ぎ止めておくものであればよく、接着を伴うバインダ、粒子を物理的に絡める繊維、粘着力で付着する耐熱樹脂などその形態は問わない。上記第１の無機繊維３１及び第２の無機繊維３２も結合剤として機能する。

なお、バインダ９としては、有機バインダ、無機バインダ等を用いることができる。本発明はこれらの種類について特に制限しないが、有機バインダとしては、高分子凝集材及びアクリルエマルジョン等を使用することができ、無機バインダとしては、例えばシリカゾル、アルミナゾル、硫酸バンド等を使用することができる。これらは、水などの溶媒が除去されると接着剤として機能する。

本発明に用いる防炎材４において、結合材の含有量は、防炎材全質量に対し、６０質量％以下であることが好ましく、５０質量％以下であることがより好ましい。本発明に用いる防炎材４において、結合材の含有量は、防炎材全質量に対し、１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましい。

本発明に用いる防炎材４の厚さは特に限定されないが、０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。防炎材の厚さが上記範囲内であると、充分な断熱性及び機械的強度を得ることができるとともに、容易に成形することができる。

〔弾性部材〕
本実施形態に係る組電池６に用いられる弾性部材５としては、電池セル２の変形に対して柔軟に変形する弾性と、隣り合う電池セル２の間に防炎シート１０を配置したときや、防炎材４で被覆された電池セル２に弾性部材５を装着した際に、電池セル２の膨張や収縮を吸収し、電池セル２を押圧する伸縮性とを有するものを使用することができる。このような弾性部材５としては、例えば、ゴム又はエラストマーを用いることができる。
なお、図２に示す弾性部材５は、両端部が開口した筒状体であり、外表面及び内表面は平滑に形成されたものであるが、弾性部材５の形状は上記図２に示す形状に限定されない。

図４は、本発明の実施形態に係る組電池に適用される弾性部材の形状例を示す斜視図である。なお、以下に示す弾性部材の形状は、全て、図２に示す組電池６の弾性部材５に代えて使用することができるため、以下に示す種々の形状の弾性部材を組電池６に適用したものとして、その効果等を説明する。
図４に示すように、筒状体である弾性部材１５の内表面には、弾性部材１５の一端部１５ａから他端部１５ｂに延びる複数の溝１６が形成されている。なお、本実施形態において弾性部材５（筒状体）の一端部１５ａ及び他端部１５ｂとは、それぞれ弾性部材５の長手方向（図４において上下方向）における一方の端部及び他方の端部を意味し、すなわち、筒状体の開口端部を示す。

このように構成された弾性部材１５を用いた組電池においては、図２に示す組電池６と同様に、電池セル２が高温になった場合に、防炎材４により熱の伝播が抑制されるとともに、弾性部材１５は、電池セル２の変形を抑制しつつ、電池セル２の変形に応じて変形するため、電池ケース７の破損、及び電池セル２の電池性能の低下を抑制することができる。

また、弾性部材１５は、その内表面に溝１６を有するため、弾性部材１５と防炎材４との間に空隙部が形成される。したがって、防炎材４によっても伝播の抑制が困難であった一部の熱が、弾性部材１５側に伝播された場合に、空隙部における気体が熱せられ、高温の気体が、空隙部を介して弾性部材１５の一端部１５ａ及び他端部１５ｂ側に排出される。その結果、新たな気体が空隙部に導入されるため、電池セル２を効果的に冷却することができる。

なお、弾性部材１５に形成される溝１６の数、深さ及び周方向の幅等は特に制限されない。溝１６の数、深さ及び周方向の幅を変化させることにより、弾性部材１５の弾性及び伸縮性等を変化させることができるため、要求される特性及び電池ケース７における電池セル２を収容する領域のサイズに応じて、種々に設計することができる。
また、溝１６は、必ずしも弾性部材１５の長手方向に平行な方向に形成される必要はないが、電池セル２の熱を隣接する電池セル２に伝播させないようにするために、熱せられた気体は電池セル２の電極面２ａ側及び電極面２ａに対向する面側に排出されることが好ましい。したがって、溝１６を形成する場合は、弾性部材１５の一端部１５ａから他端部１５ｂに延びるように形成すればよい。
溝１６が弾性部材１５の長手方向に平行な方向ではなく、平行な方向に対して所定の角度を有するように形成された場合に、電池セル２の表面におけるより広い領域を冷却することができる。なお、溝１６は螺旋状となるように形成されていてもよいし、曲線状に形成されていてもよい。
上記所定の角度とは、上記平行な方向に対して０°超であることが好ましい。一方、上記所定の角度が４５°以下であると、熱せられた高温気体を効率よく排出することができる理由から好ましく、３０°以下であることがより好ましい。

図５は、本発明の実施形態に係る組電池に適用される弾性部材の他の形状例を示す斜視図である。図５に示すように、筒状体である弾性部材２５は、図２に示す弾性部材５と同様に、内表面及び外表面は平滑に形成されているが、その内部に、一端部２５ａから他端部２５ｂに貫通する複数の貫通孔２７が形成されている。

このように構成された弾性部材２５を用いた組電池においても、上記弾性部材５及び弾性部材１５を使用した場合と同様の効果を得ることができる。また、弾性部材２５は、厚み方向の内部に貫通孔２７を有するため、貫通孔２７の内部が空隙部となっている。したがって、電池セル２から発生した熱が弾性部材２５まで到達した場合に、貫通孔２７の内部の気体が熱せられた後、高熱の気体が、貫通孔２７を介して弾性部材２５の一端部１５ａ及び他端部１５ｂ側に排出される。その結果、新たな気体が貫通孔２７内に導入されるため、電池セル２を効果的に冷却することができる。

なお、弾性部材２５に形成される貫通孔２７の数及び大きさ等は特に制限されない。図４に示す弾性部材１５と同様に、要求される弾性部材２５の特性及び電池ケース７における電池セル２を収容する領域のサイズに応じて、種々に設計することができる。
また、貫通孔２７は、必ずしも弾性部材２５の長手方向に平行な方向に形成される必要はなく、貫通孔２７を形成する場合は、弾性部材２５の一端部２５ａから他端部２５ｂに延びるように形成すればよい。
貫通孔２７が弾性部材２５の長手方向に平行な方向ではなく、平行な方向に対して上記所定の角度を有するように形成された場合に、電池セル２の表面におけるより広い領域を冷却することができる。なお、貫通孔２７は螺旋状となるように形成されていてもよいし、曲線状に形成されていてもよい。

図６は、本発明の実施形態に係る組電池に適用される弾性部材のさらに他の形状例を示す斜視図である。図６に示すように、筒状体である弾性部材３５は、複数のチューブが、その長手方向に並列に配置されて、隣接した面同士が互いに接着された形状となっている。したがって、図４に示す弾性部材１５と同様に、内表面に複数の溝３６が形成されているとともに、図５に示す弾性部材２５と同様に、厚み方向の内部に、一端部３５ａから他端部３５ｂに貫通する複数の貫通孔３７が形成されている。

このように構成された弾性部材３５を用いた組電池においても、上記弾性部材５，１５，２５を使用した場合と同様の効果を得ることができる。また、弾性部材３５は、溝３６を有し、弾性部材３５と防炎材４との間に空隙部が形成されるとともに、貫通孔３７も有している。したがって、空隙部と貫通孔３７との双方の存在により、熱せられた気体が、弾性部材３５の一端部３５ａ及び他端部３５ｂ側に排出される効果が高くなり、より一層効果的に電池セル２を冷却することができる。

なお、弾性部材３５に形成される貫通孔３７の数及び大きさ、並びに溝３６の深さ等は、適宜設計することができる。
また、上記弾性部材１５及び弾性部材２５の場合と同様に、溝３６及び貫通孔３７が弾性部材３５の長手方向に平行な方向ではなく、平行な方向に対して上記所定の角度を有するように形成された場合に、電池セル２の表面におけるより広い領域を冷却することができる。溝３６及び貫通孔３７は螺旋状となるように形成されていてもよいし、曲線状に形成されていてもよい。

さらに、図４～図６に示す弾性部材は、全て筒状体の形状を有するものとしたが、図１に示す防炎シート１０に適用する場合に、弾性部材５は、筒状体である必要はない。すなわち、図４～図６に示す弾性部材をシート状にしたものを使用することができる。具体的には、図１に示す弾性部材５は、防炎材４に対向する面に直交する一端面から、この一端面に対向する他端面に向かって延びる複数の溝を有していてもよい。
また、弾性部材５は、防炎材４に対向する面に直交する一端面から、この一端面に対向する他端面に貫通する複数の貫通孔を有していてもよい。
さらに、弾性部材５は、上記溝及び貫通孔を同時に有するものであってもよい。
シート状の弾性部材５を使用する場合に、溝及び貫通孔が延びる方向を、熱を放出させたい方向となるようにして、弾性部材５を配置することが好ましい。

〔支持層〕
上述のとおり、本実施形態に係る防炎シート１０は、上記防炎材４と、例えば弾性部材５とを有するが、さらに、防炎材と弾性部材との間に、不図示の支持層が配置されることが好ましい。支持層とは、防炎材の形状を支持し、防炎シートの強度を保持する効果を有するものであり、防炎シート１０が支持層を有することにより、電池セルの変形による押圧力が部分的に防炎材にかかることを防止することができ、防炎材の破壊を抑制することができる。

支持層を構成する材料としては、上記弾性部材よりも弾性率が低いとともに、硬度が高い材料を使用することができ、例えば、有機材料又は無機材料を主原料として有するものを使用することができる。支持層を形成する主原料として、有機材料を用いた場合には、支持層自体が柔軟性を有するものとなるため、防炎シートとしても柔軟性が得られ、組電池への組付け作業を容易にすることができる。また、支持層を形成する主原料として、無機材料を用いた場合には、支持層自体が耐熱性を有するものとなるため、防炎シートの耐熱性をより一層向上させることができる。

なお、支持層は、互いに異なる材料からなる２以上の層を積層した構造であってもよい。また、支持層の少なくとも一方の表面に、上記防炎材の材料及び上記弾性部材の材料のいずれか一方が含まれて、支持層と防炎材又は弾性部材が一体化された構造であってもよい。このように、支持層と、防炎材及び弾性部材の少なくとも一方とが一体化された構造を有していると、防炎シートの強度を向上させる効果のみでなく、弾性部材と防炎材との滑りによる位置ずれを抑制する効果も得ることができ、さらに、発塵抑制効果も得ることができる。また、支持層の一方の表面に上記防炎材の材料が含まれ、他方の表面に上記弾性部材の材料が含まれて、防炎材と弾性部材とが支持層を介して一体化した構造とすることがより好ましく、これにより、位置ずれの抑制効果及び発塵抑制効果をより一層向上させることができる。

支持層の厚さは特に限定しないが、弾性部材及び防炎材が配置されるスペースを十分に得るために、弾性部材よりも厚みが薄いことが好ましい。したがって、支持層の厚さは、弾性部材の厚さの０．５％以上３０％以下であることが好ましく、１．０％以上１０％以下であることがより好ましい。なお、支持層と弾性部材が一体化された構造であっても、支持層を構成する部分の厚さと、弾性部材を構成する部分の厚さとの関係は、上記範囲とすることが好ましい。

＜電池ケース＞
図２に示すような本実施形態に係る組電池６を収容する電池ケース７の材質及び形状は特に限定されない。電池ケース７の材質としては、ポリカーボネートの他、ＰＰ、ＰＥＴ、ポリアミド（ＰＡ；ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ；Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等を使用することができる。また、電池ケース７の形状は、適用される電動工具等の機器に応じて、自由に選択することができる。
なお、図２に示す本実施形態に係る組電池６は、各電池セル２が独自に断熱性を有しているとともに、電池セル２の膨張及び収縮が他の領域に影響を与えないため、電池ケース７に収容されていなくてもよい。例えば、防炎材４及び弾性部材５により被覆された複数の電池セル２をまとめて、バンド等により固定して組電池とすることにより、そのままの形態で電動工具等の機器の内部に格納することもできる。このように、電池ケース７を使用しないで、防炎材４及び弾性部材５により被覆された複数の電池セル２を隣接して配置した場合に、隣り合う電池セル２間は、図１に示す防炎シート１０と同様の構成となる。

［組電池の組立方法］
図１に示す本実施形態に係る組電池は、電池セル２間に防炎シート１０を介在させることにより、容易に組み立てることができる。また、図２に示す本実施形態に係る組電池６は、電池セル２を防炎材４で被覆し、これに、例えば筒状体である弾性部材５を被せるのみで、上記効果を有する組電池を容易に組み立てることができる。また、各電池セル２のそれぞれに、防炎材４及び弾性部材５を取り付けるため、電池ケース７の煩雑な設計が不要である。
さらに、本実施形態においては、防炎材４がシート状のものであると、電池セル２の形状及び大きさにかかわらず、容易に電池セル２の外周面を覆う大きさや、所望の大きさに加工することができる。また、弾性部材５が筒状である場合に、弾性部材５は伸縮性を有するため、電池セル２の形状及び大きさに影響されず、種々の電池セル２に取り付けることができる。

なお、本実施形態に係る組電池及び電池パックは、電動工具の他、電動アシスト自転車、電動バイク、電動車両等に好適に用いることができる。

なお、本実施形態の組電池は、図１及び図２に例示した組電池に限定されず、隣り合う電池セル２間のみでなく、電池セル２と、その外側に配置されるケース（例えば、電池ケース３０）との間に、防炎シート１０を配置することもできる。

このように構成された組電池においては、ある電池セルが発火した場合に、電池ケースの外側に炎が広がることを抑制することができる。
例えば、本実施形態に係る組電池は、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に使用され、搭乗者の床下に配置されることがある。この場合に、仮に電池セルが発火しても、搭乗者の安全を確保することができる。
また、防炎シート１０を、各電池セル間に介在させるだけでなく、電池セル２と電池ケースとの間に配置することができるため、新たに防炎材等を作製する必要がなく、容易に低コストで安全な組電池を構成することができる。

本実施形態の組電池において、電池セル２と電池ケースとの間に防炎シート１０を配置する場合に、防炎シート１０と電池セル２とは、接触していても、隙間を有していてもよい。ただし、防炎シート１０と電池セル２との間に隙間を有していない場合であっても、防炎シート１０は、弾性部材５を有しているため、いずれかの電池セルの温度が上昇し、体積が膨張した際に、電池セルの変形を許容することができる。

１ 電池パック
２ 電池セル
２ａ 電極面
３ 電極
４ 防炎材
５，１５，２５，３５ 弾性部材
６ 組電池
７ 電池ケース
９ 樹脂バインダ
１０ 防炎シート
１２ 第２の無機粒子
１６，３６ 溝
２７，３７ 貫通孔
３１ 第１の無機繊維
３２ 第２の無機繊維
４１ 第１の無機粒子
４３ 有機繊維

Claims (14)

1. 電極を有する電極面と、前記電極面に直交する外周面と、を有し、前記外周面同士が対向するように配置された複数の電池セルが、直列又は並列に接続される組電池に用いられる防炎シートであって、
   一対の防炎材と、前記一対の防炎材の間に配置された弾性部材と、を有し、
   前記弾性部材は、前記防炎材に対向する面に直交する一端面から他端面に延びる複数の溝を有する、防炎シート。
2. 前記弾性部材は、前記防炎材に対向する面に直交する一端面から他端面に貫通する複数の貫通孔を有する、請求項１に記載の防炎シート。
3. 電極を有する電極面と、前記電極面に直交する外周面と、を有し、前記外周面同士が対向するように配置された複数の電池セルが、直列又は並列に接続される組電池に用いられる防炎シートであって、
   一対の防炎材と、前記一対の防炎材の間に配置された弾性部材と、を有し、
   前記弾性部材は、前記防炎材に対向する面に直交する一端面から他端面に貫通する複数の貫通孔を有する、防炎シート。
4. 前記弾性部材は、ゴム又はエラストマーにより形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の防炎シート。
5. 前記防炎材は、無機粒子、有機繊維及び無機繊維の少なくとも１種を含有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の防炎シート。
6. 前記無機粒子は、酸化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子及び無機水和物粒子から選択される少なくとも１種の無機材料からなる粒子であることを特徴とする、請求項５に記載の防炎シート。
7. 前記防炎材は、平均繊維径、形状及びガラス転移点から選択された少なくとも１種の性状が互いに異なる第１の無機繊維及び第２の無機繊維を有することを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の防炎シート。
8. 前記第１の無機繊維の平均繊維径が、前記第２の無機繊維の平均繊維径よりも大きく、
   前記第１の無機繊維が線状又は針状であり、前記第２の無機繊維が樹枝状又は縮れ状であることを特徴とする、請求項７に記載の防炎シート。
9. 前記第１の無機繊維は非晶質の繊維であり、
   前記第２の無機繊維は、前記第１の無機繊維よりガラス転移点が高い非晶質の繊維、及び、結晶質の繊維から選択される少なくとも１種の繊維であり、
   前記第１の無機繊維の平均繊維径が、前記第２の無機繊維の平均繊維径よりも大きいことを特徴とする、請求項７に記載の防炎シート。
10. 複数の電池セルと、請求項１～９のいずれか１項に記載の防炎シートと、を有し、前記複数の電池セルが直接又は並列に接続された、組電池。
11. 電極を有する電極面と、前記電極面に直交する外周面と、を有し、前記外周面同士が対向するように配置された複数の電池セルが、直列又は並列に接続される組電池であって、
    前記電池セルと、
    前記電池セルの外周面の少なくとも一部を被覆する防炎材と、
    前記電池セルの外周面における前記防炎材により被覆された領域の少なくとも一部を被覆する弾性部材と、を有し、
    前記弾性部材は、前記防炎材により被覆された領域を前記電池セルの周方向に被覆し、前記電池セルを押圧するとともに、両端部が開口した筒状体である、組電池。
12. 前記弾性部材は、前記筒状体の内表面において、前記筒状体の一端部から他端部に延びる複数の溝を有する、請求項１１に記載の組電池。
13. 前記弾性部材は、前記筒状体の一端部から他端部に貫通する複数の貫通孔を有する、請求項１１又は１２に記載の組電池。
14. 請求項１０～１３のいずれか１項に記載の組電池を電池ケースに収容した電池パック。

Images