JP7303017B2 - 電池セル及び組電池 - Google Patents

Description

本発明は、熱伝達抑制部を備える電池セル、及び該電池セルが複数積層されてなる組電池に関する。

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等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等には、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。

また、この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池等に比べて、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。そして、高容量かつ高出力な電池においては、電池の内部短絡や過充電等が原因で、ある電池セルが急激に昇温し、その後も発熱を継続するような熱暴走を起こした場合、熱暴走を起こした電池セルからの熱が、隣接する他の電池セルに伝播することで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。

上記のような熱暴走を起こした電池セルからの熱の伝播を抑制するための技術として、電池セル間に、熱伝達抑制部としての機能を有する熱伝達抑制シート（セル間材料）を介在させることが行われている。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、該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及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及び第二板材を備え、第一板材と第二板材との間には、第一板材及び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、又は、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できることが開示されている。

また、特許文献２では、鉱物系粉体及び難燃剤の少なくとも一方と、熱硬化性樹脂や熱可塑性エラストマー、ゴムから選択されるマトリックス樹脂とを含む熱伝達抑制シートを提案している。

特開２０１５－２１１０１３号公報 特開２０１８－２０６６０５号公報

ここで、電池セルは、充電や劣化により体積が膨張し、熱伝達抑制シートのような熱伝達抑制部を圧縮する負荷が発生することがある。特許文献１の熱伝達抑制シートは、第一板材と、第二板材と、第一板材及び第二板材との間に配置された空気層などの低熱伝導層と、から構成されているため、電池セルが膨張して熱伝達抑制シートが圧縮されると、低熱伝導層の厚みが減少して、断熱性が著しく損なわれるおそれがある。また、特許文献２の熱伝達抑制シートも同様に、電池セルの膨張により鉱物系粉体、難燃剤、マトリックス樹脂からなる吸熱性材料層に圧縮力が作用すると、吸熱性材料層の厚みが減少して、断熱性が著しく損なわれるおそれがある。このため、上記熱伝達抑制部には、高断熱性能と高圧縮強度の両立が望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱伝達抑制効果に優れるとともに、電池セルが膨張した際にも、断熱材の厚さの減少を抑制可能な強度を備え、これにより断熱性能を維持可能な熱伝達抑制部を備える電池セルを提供することを目的とする。

本発明の目的は、電池セルに係る下記（１）の構成により達成される。
（１） 発電要素及び前記発電要素を収納する電池ケースを有し、直列又は並列に接続された状態で複数積層されて組電池を構成する電池セルであって、
前記電池ケースにおける前記積層方向に垂直な面のうち少なくとも一方の面において、凸部を有するとともに、前記凸部以外の場所には、第１の断熱材が配置されており、
前記第１の断熱材の熱伝導率が、前記凸部の熱伝導率よりも低く、
かつ、
前記凸部の圧縮強度が、前記第１の断熱材の圧縮強度よりも高い、
電池セル。

また、電池セルに係る本発明の好ましい実施形態は、下記（２）～（６）に関する。
（２） 前記凸部以外の場所において、更に凹部を有するとともに、前記凹部には、前記第１の断熱材が配置されている、（１）に記載の電池セル。
（３） 前記凸部は、前記電池ケースの表面に配置された第２の断熱材である、（１）又は（２）に記載の電池セル。
（４） 前記凸部は、前記電池ケースの表面に形成されたリブ又はボスである、（１）又は（２）に記載の電池セル。
（５） 前記第１の断熱材が、前記凸部以外の場所に固定されている、（１）～（４）のいずれか１つに記載の電池セル。
（６） 前記電池ケースにおける前記積層方向に垂直な面のうち一方の面は、一の凹部及び一の凸部を有し、
前記電池ケースにおける前記積層方向に垂直な面のうち他方の面は、前記積層された際に、他の電池セルにおける前記一の凸部に嵌合可能な他の凹部、及び該他の電池セルにおける前記一の凹部に嵌合可能な他の凸部を有する、（１）～（５）のいずれか１つに記載の電池セル。

また、本発明の目的は、組電池に係る下記（７）の構成により達成される。
（７） （１）～（６）のいずれか１つに記載の電池セルが、直列又は並列に接続された状態で複数積層されてなる、組電池。

本発明の電池セルは、発電要素及び前記発電要素を収納する電池ケースを有し、直列又は並列に接続された状態で複数積層されて組電池を構成する電池セルであって、電池ケースにおける積層方向に垂直な面のうち少なくとも一方の面において、凸部を有するとともに、前記凸部以外の場所には、第１の断熱材が配置されており、第１の断熱材の熱伝導率が、凸部の熱伝導率よりも低く、かつ、凸部の圧縮強度が、第１の断熱材の圧縮強度よりも高い。よって、凸部よりも熱伝導率が低い第１の断熱材により、隣接する電池セルへの熱伝達を抑制するとともに、第１の断熱材よりも圧縮強度が高い凸部により、外部からの衝撃や押圧力に抵抗して第１の断熱材の厚さ減少を抑制し、断熱性能の低下を抑制することができる。したがって、電池セルにおける熱伝達抑制部としての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。

例えば、電池ケースの表面に形成されたリブ又はボスは、高圧縮強度の特性を有するが、断熱性としては第１の断熱材の一例である無機繊維系、無機粒子系の材料に劣る。一方、無機繊維系・無機粒子系のシートは、上記リブ又はボスのような高い圧縮強度を持たせることが難しい。よって、これらの構成を組み合わせ、それぞれ単一の構成では得ることが困難な、高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることが可能となる。本技術は、電気自動車に搭載されるリチウムイオン電池の熱暴走を効果的に抑制するための熱伝達抑制部を備える電池セルとして好適に使用可能である。

また、本発明の組電池は、上記の電池セルが、直列又は並列に接続された状態で複数積層されることで、凸部と、凸部以外の場所に配置された第１の断熱材により構成される熱伝達抑制部が電池セル間に介在されている。よって、電池セルの熱膨張などにより電池セルが膨らんで隣接する電池セルに押圧力が作用しても、この押圧力を凸部で受けて、第１の断熱材の厚さ減少を抑制して断熱機能を良好に維持することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電池セルの斜視図である。 図２は、図１に示す複数の電池セルが積層されてなる組電池の模式図である。 図３は、第１実施形態の変形例に係る組電池の模式図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る電池セルの斜視図である。 図５は、図４に示す複数の電池セルが積層されてなる組電池の模式図である。 図６は、第２実施形態の変形例に係る組電池の模式図である。 図７は、本発明の第３実施形態に係る電池セルが複数積層されてなる組電池の模式図である。 図８Ａは、実施例１の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図８Ｂは、実施例２の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図８Ｃは、実施例３の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図９Ａは、比較例１の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図９Ｂは、比較例２の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図１０は、実施例１～３並びに比較例１及び比較例２の熱伝達抑制シートの性能を比較して示すグラフである。 図１１Ａは、実施例４の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図１１Ｂは、実施例５の試験で使用した熱伝達抑制シートの正面図及び側面図である。 図１２は、実施例４、実施例５、比較例１及び比較例２の熱伝達抑制シートの性能を比較して示すグラフである。

以下、本発明に係る電池セルの各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明者らは、電池セル間に配置されて、熱暴走を起こした電池セルからの熱が、隣接する電池セルに伝播するのを効果的に抑えることができる熱伝達抑制部について鋭意検討を行ってきた。熱伝達抑制部としての機能を有する熱伝達抑制シートを、無機粒子や無機繊維などの断熱効果の高い断熱材料のみで構成した場合、得られた断熱効果が理論値よりも低い結果となった。その理由は、無機粒子や無機繊維などの断熱材料は、断熱性能は高い（すなわち、熱伝導率は低い）ものの、圧縮強度が低いため、電池セルが膨張することで断熱材料が圧縮されて厚さが薄くなったことによる断熱性の低下によるものと考えられる。

そこで、本実施形態に係る電池セルは、電池ケースにおける積層方向に垂直な面に凸部を設け、断熱性能が高く（すなわち、熱伝導率が低い）、かつ、圧縮強度が低い第１の断熱材を凸部以外の場所（一例として、凸部間に形成される凹部）に配置するとともに、上記凸部は、第１の断熱材と比較すると断熱性能は低い（すなわち、熱伝導率が高い）ものの、圧縮強度が高いものとすることにより、熱伝達抑制部全体としての断熱性能を高めることが可能であることを見出した。すなわち、上記のように、断熱材料の持つ断熱性能と、断熱材料の厚さ低減とをバランスさせることで、それぞれ単一の構成では得ることが困難な、高断熱性能と高圧縮強度を両立させることが可能となる。

本発明はこのような知見に基づくものであるが、以下に本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

［電池セル］
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電池セルの斜視図であり、図２は、図１に示す複数の電池セルを積層して形成された組電池の模式図である。図１に示すように、本実施形態の電池セル１０は、正極、負極及び電解質などから構成される発電要素（いずれも不図示）と、該発電要素を収納する電池ケース１１から構成される。また、電池ケース１１における積層方向（図２中、左右方向）に垂直な一方の面１２及び該一方の面１２に対向する他方の面１３は、いずれも平面になっている。

なお、電池セル１０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。

さらに、電池ケース１１の一方の面１２には、上辺１２ａ及び下辺１２ｂに沿って高い圧縮強度を有し、かつ、断熱性能が低い、厚さｔ２の第２の断熱材３０が、一方の面１２の幅方向全長に亘って配置されている。さらに、上辺１２ａ及び下辺１２ｂの中間においても、上辺１２ａ又は下辺１２ｂと平行に、第２の断熱材３０が、一方の面１２の幅方向全長に亘って配置されている。これにより、第２の断熱材３０は、電池ケース１１の一方の面１２から、厚さｔ２の高さで突出する凸部１４を形成する。すなわち、電池ケース１１の一方の面１２は、第２の断熱材３０からなる凸部１４と、一方の面１２内で対向する一対の凸部１４間に形成された凹部１５を備えている。

図２に示すように、凹部１５には、第２の断熱材３０と比較して高い断熱性能を有する（すなわち、熱伝導率が低い）が、圧縮強度が低い、厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置されている。第２の断熱材３０の厚さ（すなわち、凸部１４の突出高さ）ｔ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じであること（すなわち、ｔ１＝ｔ２）が、第２の断熱材３０である凸部１４の表面と、第１の断熱材２０の表面が、略同一面となり凹凸がないために異物堆積が起きにくい点から好ましい。なお、ここで言うｔ１＝ｔ２とは、厚さｔ１と厚さｔ２が完全に同じである必要はなく、寸法誤差などにより、厚さｔ１と厚さｔ２が略同じと見なされる場合も含まれる。

ただし、第２の断熱材３０の厚さｔ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じである必要はなく、第１の断熱材２０の厚さｔ１より厚くても（ｔ２＞ｔ１）、薄くても（ｔ２＜ｔ１）よく、特に限定されない。第１の断熱材２０の厚さｔ１及び第２の断熱材３０の厚さｔ２の上記の関係は、後述する各実施形態においても同様の関係を有する。

これにより、電池ケース１１の一方の面１２には、断熱性能及び圧縮強度がそれぞれ異なる、第１の断熱材２０及び第２の断熱材３０が交互に配置される。第１の断熱材２０及び第２の断熱材３０（凸部１４）は、熱伝達抑制部２５を形成する。熱伝達抑制部２５は、熱伝達抑制部２５を介して隣接配置された電池セル１０間における熱伝達を抑制する。なお、電池ケース１１の一方の面１２と、第１の断熱材２０又は第２の断熱材３０とは、それぞれ接着剤などにより固定されてもよい。第１の断熱材２０又は第２の断熱材３０が、電池ケース１１の一方の面１２に固定されていることで、電池セル１０の取り扱い性が向上する。

第１の断熱材２０は、断熱が主目的であり、断熱性能が高い材料から選択され、第２の断熱材３０は、圧縮強度向上が主目的であり、圧縮強度が高い材料から選択される。

断熱を主目的とする第１の断熱材２０としては、繊維状、あるいはブランケット状（以下、まとめて「繊維状」と言う）に形成された無機材料や有機材料、又は粒子状、バルク状、緻密体、シート状、プレート状、粉体（以下、まとめて「粒子状」と言う）に形成された無機材料や有機材料から構成される。

繊維状の無機材料としては、アルミナ、ＲＣＦ、ＡＥＳ、ロックウール、バサルトファイバー、シリカファイバー、ジルコニアファイバー、グラスウールからなる群から少なくとも１つが選択可能である。繊維状の有機材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が選択可能である。また、粒子状の無機材料としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、コージェライト、合成シリカ、エアロゲルからなる群から少なくとも１つが選択可能である。粒子状の有機材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂がある。また、エアロゲルブランケットなどの複合体とすることもできる。

圧縮強度向上を主目的とする第２の断熱材３０としては、バルク状、緻密体、シート状、プレート状（以下、まとめて「バルク状」と言う）に形成された無機材料や有機材料から構成される。バルク状の無機材料としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、コージェライト、マイカ、珪酸カルシウム、パーライト、ゼオライト、水酸化アルミニウム、バーミキュライト、炭酸カルシウムからなる群から少なくとも１つが選択可能である。バルク状の有機材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムからなる群から少なくとも１つが選択可能である。さらに、第２の断熱材３０は、ＳＵＳ、鉄、銅、アルミニウムからなる群から少なくとも１つが選択されてもよい。

図２に示すように、本実施形態の組電池１００では、電池ケース１１の一方の面１２に第１の断熱材２０及び第２の断熱材３０（凸部１４）からなる熱伝達抑制部２５が設けられるとともに、電池ケース１１の他方の面１３が平面である、複数の電池セル１０が、一の電池セル１０の一方の面１２と、隣接する他の電池セル１０の他方の面１３とが対向配置して積層されている。すなわち、隣接する電池セル１０間には、熱伝達抑制部２５が形成されている。なお、複数の電池セル１０同士は、直列又は並列に接続され（接続された状態は図示を省略）で、例えば不図示の電池ケースに格納される。

そして、熱暴走を起こした電池セル１０は、自身が膨張して大きな押圧力を熱伝達抑制部２５に作用させる。しかし、この押圧力の大部分は、圧縮強度が大きな第２の断熱材３０（凸部１４）で受け止められ、第１の断熱材２０への押圧力の影響が減少する。すなわち、第１の断熱材２０の厚さ減少を最小限に抑制する。これにより、熱伝達抑制部２５全体としての断熱性能の低下を抑制することができ、熱暴走を起こした電池セル１０からの熱が、隣接する他の電池セル１０に伝播することで、他の電池セル１０が熱暴走するのを防止する。

また、熱暴走を起こして膨張する電池セル１０は、その中央部が最も膨らむ傾向があるが、本実施形態では、一方の面１２における上辺１２ａ及び下辺１２ｂの中間において、圧縮強度の高い第２の断熱材３０（凸部１４）を、一方の面１２の幅方向全長に亘って配置することで、電池セル１０の膨張を抑え、第１の断熱材２０の厚さの減少をより効果的に抑制することができる。

（第１実施形態の変形例）
図３は、本発明の第１実施形態の変形例に係る組電池の模式図である。本変形例の組電池１００Ａは、第１実施形態の組電池１００と同様に、同一外形形状を有する複数の電池セル１０Ａが積層されて形成されている。

電池セル１０Ａの一方の面１２には、上辺１２ａ及び下辺１２ｂに沿って一の凹部１６ａが幅方向に形成されている。また、該上辺１２ａ及び下辺１２ｂの中間にも、上辺１２ａ又は下辺１２ｂと平行に一の凹部１６ａが幅方向に形成されている。これにより、該一の凹部１６ａの間には、一対の一の凹部１６ａによって、高さｈ１の一の凸部１７ａが形成されている。

また、電池セル１０Ａの他方の面１３にも同様に、上辺１３ａ及び下辺１３ｂに沿って他の凹部１６ｂが幅方向に形成されている。また、該上辺１３ａ及び下辺１３ｂの中間にも、上辺１３ａ又は下辺１３ｂと平行に他の凹部１６ｂが幅方向に形成されている。これにより、電池セル１０Ａの他方の面１３にも、該他の凹部１６ｂの間には、一対の他の凹部１６ｂによって、高さｈ１の他の凸部１７ｂが形成されている。

なお、一方の面１２及び他方の面１３にそれぞれ形成された一の凹部１６ａ及び他の凹部１６ｂの形状は、電池セル１０Ａの中心線Ｃに対して線対称となっている。

そして、一方の面１２の一の凹部１６ａには、厚さｔ２の第２の断熱材３０が配置され、一の凸部１７ａ上には、厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置される。第２の断熱材３０の厚さｔ２は、一の凸部１７ａの高さｈ１と、第１の断熱材２０の厚さｔ１との合計厚さ（ｈ１＋ｔ１）より厚く設定されている。これにより、第２の断熱材３０は、第１の断熱材２０より、少なくともｔ２－ｔ１－ｈ１だけ突出して、第１実施形態で説明した凸部１４を形成する。また、第２の断熱材３０と第１の断熱材２０の段差は、第１実施形態で説明した凹部１５を形成する。

そして、複数の電池セル１０Ａが積層されることで、一の電池セル１０Ａの一方の面１２における凸部１４（すなわち、第２の断熱材３０の突出部分）が、他の電池セル１０Ａの他方の面１３に形成された他の凹部１６ｂに嵌合する。また、一の電池セル１０Ａの一方の面１２における凹部１５（第２の断熱材３０と第１の断熱材２０との段差）が、他の電池セル１０Ａの他方の面１３に形成された他の凸部１７ｂに嵌合する。

対向配置された一対の電池セル１０Ａは、一の電池セル１０Ａの凸部１４及び他の電池セル１０Ａの他の凹部１６ｂ、並びに、一方の電池セル１０Ａの凹部１５及び他の電池セル１０Ａの他の凸部１７ｂが嵌合することで、第１実施形態で説明した効果に加えて、複数の電池セル１０Ａ同士の位置決めが容易になり、精度よく組み付けることができる。
その他の構成、作用は、本発明の第１実施形態の電池セルと同様であるので、説明を省略する。なお、以下の各実施形態でも同様に説明を省略する。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る電池セルの斜視図であり、図５は、図４に示す複数の電池セルを積層して形成された組電池の模式図である。図４に示すように、本実施形態に係る電池セル１０は、第１実施形態と同様、正極、負極及び電解質などから構成される発電要素（いずれも不図示）と、該発電要素を収納する電池ケース１１から構成される。また、電池ケース１１における積層方向（図５中、左右方向）に垂直な一方の面１２には、凸部１４及び凹部１５が設けられ、該一方の面１２に対向する他方の面１３は、平面になっている。

具体的には、電池ケース１１の一方の面１２には、上辺１２ａ及び下辺１２ｂに沿って、凸部１４が、一方の面１２の幅方向全長に亘って形成されている。さらに、該上辺１２ａ及び下辺１２ｂの中間においても、上辺１２ａ又は下辺１２ｂと平行に、高さｈ２の凸部１４が、一方の面１２の幅方向全長に亘って形成されている。これにより、電池ケース１１の一方の面１２は、凸部１４と、一方の面１２内で対向する凸部１４間に形成された凹部１５を備えている。なお、本実施形態における凸部１４は、例えば電池ケース１１の一部を加工して形成された、リブ又はボスである。

図５に示すように、凹部１５には、凸部１４と比較して高い断熱性能を有する（すなわち、熱伝導率が低い）が、圧縮強度が低い、厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置されている。凸部１４の突出高さｈ２は、第１の断熱材２０の厚さｔ１と同じであること（すなわち、ｔ１＝ｈ２）が、凸部１４の表面と、第１の断熱材２０の表面が、略同一面となり凹凸がないために異物堆積が起きにくい点から好ましい。なお、ここで言うｔ１＝ｈ２とは、厚さｔ１と高さｈ２が完全に同じである必要はなく、寸法誤差などにより、厚さｔ１と高さｈ２が略同じと見なされる場合も含まれる。

これにより、複数の電池セル１０が積層されたとき、ｔ１＞ｈ２の場合にあっては、第１の断熱材２０が、他の電池セル１０の他方の面１３により圧縮され、一の電池セル１０における凹部１５と、他の電池セル１０における他方の面１３とで形成される空間内に密に配置されて、断熱効率が高くなる。なお、凸部１４は、一般的には金属製などの電池ケース１１の一部から形成されるため、第１の断熱材２０と比較して、圧縮強度は高いが、断熱性能は低くなっている。

これにより、電池ケース１１の一方の面１２には、断熱性能及び圧縮強度がそれぞれ異なる、第１の断熱材２０及び凸部１４が交互に配置される。第１の断熱材２０及び凸部１４は、第１実施形態と同様、熱伝達抑制部２５を形成する。熱伝達抑制部２５は、熱伝達抑制部２５を介して隣接配置された電池セル１０間における熱伝達を抑制する。なお、第１の断熱材２０は、電池ケース１１の一方の面１２における凸部１４以外の場所の一例である凹部１５と、接着剤などにより固定されてもよい。第１の断熱材２０が、凹部１５に固定されていることで、電池セル１０の取り扱い性が向上する。

図５に示すように、本実施形態の組電池１００では、電池ケース１１の一方の面１２に第１の断熱材２０及び凸部１４からなる熱伝達抑制部２５が設けられ、電池ケース１１の他方の面１３が平面である、複数の電池セル１０が、一の電池セル１０の一方の面１２と、隣接する他の電池セル１０の他方の面１３とが対向配置して積層されている。すなわち、隣接する電池セル１０間には、熱伝達抑制部２５が形成されている。なお、複数の電池セル１０同士は、直列又は並列に接続され（接続された状態は図示を省略）で、不図示の電池ケースに格納される。

その他の構成、作用は、本発明の第１実施形態の電池セルと同様であるので、説明を省略する。

（第２実施形態の変形例）
図６は、本発明の第２実施形態の変形例に係る組電池の模式図である。本変形例の組電池１００Ｂは、第１実施形態の組電池１００と同様に、同一外形形状を有する複数の電池セル１０Ｂが積層されて形成されている。

電池セル１０Ｂは、電池ケース１１の一方の面１２に、第２実施形態の電池セル１０と同様の凸部１４及び凹部１５が形成されている。凹部１５には厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置されて、凸部１４とともに熱伝達抑制部２５を形成する。

また、電池セル１０Ｂの電池ケース１１の他方の面１３には、一方の面１２の凸部１４に対向して高さｈ１の他の凹部１６ｂが形成されている。これにより、一対の他の凹部１６ｂ間には、他の凸部１７ｂが形成されている。

第１の断熱材２０の厚さｔ１は、特に限定されないが、凸部１４の突出高さｈ２と他の凹部１６ｂの深さ（又は、他の凸部１７ｂの突出高さ）ｈ１の差（ｈ２－ｈ１）と同じか、わずかに厚くなっていることが好ましい。これにより、複数の電池セル１０Ｂが積層されたとき、凹部１５と他の凸部１７ｂとで形成される空間内に、第１の断熱材２０が密に配置されて、断熱効率が高くなる。

そして、複数の電池セル１０Ｂが積層されることで、一の電池セル１０Ｂの一方の面１２における凸部１４が、他の電池セル１０Ｂの他方の面１３に形成された他の凹部１６ｂに嵌合する。また、一の電池セル１０Ｂの一方の面１２における凹部１５が、他の電池セル１０Ｂの他方の面１３に形成された他の凸部１７ｂに嵌合する。

この場合も、第１の実施形態の変形例と同様、第２実施形態で説明した効果に加えて、複数の電池セル１０Ｂ同士の位置決めが容易になり、精度よく組み付けることができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る電池セルが複数積層されてなる組電池の模式図である。図７に示すように、本実施形態に係る電池セル１０は、第１実施形態や第２実施形態と同様、正極、負極及び電解質などから構成される発電要素（いずれも不図示）と、該発電要素を収納する電池ケース１１から構成される。ただし、第１実施形態や第２実施形態と異なり、電池ケース１１における積層方向（図７中、左右方向）に垂直な一方の面１２には、凸部１４が１つだけ設けられており、凹部は形成されていない。また、該一方の面１２に対向する他方の面１３は、平面になっている。

具体的には、電池ケース１１の一方の面１２には、上辺１２ａ及び下辺１２ｂの中間において、上辺１２ａ又は下辺１２ｂと平行に、高さｈ２の凸部１４が、一方の面１２の幅方向全長に亘って形成されている。これにより、電池ケース１１の一方の面１２は、凸部１４と、凸部１４以外の場所１５ａを備えている。なお、本実施形態における凸部１４は、例えば電池ケース１１の一部を加工して形成された、リブ又はボスである。

さらに、凸部１４以外の場所１５ａには、凸部１４と比較して高い断熱性能を有する（すなわち、熱伝導率が低い）が、圧縮強度が低い、厚さｔ１の第１の断熱材２０が配置されている。

本実施形態においても、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同様、電池ケース１１の一方の面１２に第１の断熱材２０及び凸部１４からなる熱伝達抑制部２５が設けられることで、同様の作用効果を得ることができる。

［組電池］
図２は、組電池の一例を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る組電池１００は、電池セル１０間に、上述の熱伝達抑制部２５が介在したものである。具体的には、図２に示すように、組電池１００は、複数個の電池セル１０を並設し、直列又は並列に接続したものであるが、各電池セル１０間に、熱伝達抑制部２５が介在した構成となっている。

電池セル１０には、隣接する電池セル１０からの押圧力が常時作用しているが、この押圧力の大部分を、圧縮強度が高い凸部１４（場合により、第２の断熱材３０）が受け止める。また、熱暴走を起こした場合、膨張する電池セル１０による押圧力の大部分も圧縮強度が高い凸部１４が受け止めるため、第１の断熱材２０の厚さの低減が抑制される。これにより、熱伝達抑制部２５の断熱性能の低下が抑制されて、電池セル１０の熱暴走の連鎖が効果的に防止される。すなわち、電池セル１０における熱伝達抑制部２５としての課題である高断熱性能と高圧縮強度の特性を両立させることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図８Ａは、実施例１の試験で使用した、熱伝達抑制シート４０（上述の熱伝達抑制部２５に相当）の正面図及び側面図である。図８Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍの貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１の半円形状の領域に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込むとともに、残りの半円形状の領域に、第１の断熱材２０の一例である厚さ２ｍｍの上記アルミナファイバーブランケットをはめ込み、実施例１で用いる試料１を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットにおける一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。

ここで、熱伝達抑制シート４０におけるシート厚み方向に垂直な一対の面のうち、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が大きい側の面において、シート厚み方向における第１の断熱材２０の投影面積をＳ_１とし、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積をＳ_２と定義する。図８Ａに示すように、熱伝達抑制シート４０において、一方の面２０ａから見た場合における、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積と、他方の面２０ｂから見た場合における、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積とが同じである場合は、いずれの面を採用しても問題にならないが、例えば、断面が３角柱状の第２の断熱材３０を用いた場合には、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が、一方の面２０ａと他方の面２０ｂとで異なる場合がある。その場合は、上記のように、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積が大きい側の面を採用し、その面における、シート厚み方向における第１の断熱材２０の投影面積をＳ_１とし、シート厚み方向における第２の断熱材３０の投影面積をＳ_２と定義するというものである。

また、上記Ｓ_１及びＳ_２を、シート厚み方向における各断熱材の投影面積で定義するのは、図８Ａに示すような、第１の断熱材２０の厚さｔ１と第２の断熱材３０の厚さｔ２が同じである場合には、シート表面における各断熱材の面積とすることで問題にならないが、例えば、第２の断熱材３０の厚さｔ２が、第１の断熱材２０の厚さｔ１より薄く、すなわち、第２の断熱材３０がシート表面から埋没している場合には、シート厚み方向から見て露出している第２の断熱材３０の面積とするためである。

そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例１におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、約４％であった。

（実施例２）
図８Ｂは、実施例２の試験で使用した熱伝達抑制シート４０の正面図及び側面図である。図８Ｂに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍの貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例２で用いる試料２を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットを一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例２におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、約８％であった。

（実施例３）
図８Ｃは、実施例３の試験で使用した熱伝達抑制シート４０の正面図及び側面図である。図８Ｃに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に一辺が５０ｍｍの正方形からなる貫通孔２１を設けた。そして、該貫通孔２１に、第２の断熱材３０の一例である厚さ２ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例３で用いる試料３を作製した。すなわち、アルミナファイバーブランケットの厚さと、マイカシートの厚さは、同じであり、マイカシートは、アルミナファイバーブランケットを一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例２におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、約３９％であった。

（比較例１）
図９Ａは、比較例１の試験で使用した熱伝達抑制シート４０の正面図及び側面図である。図９Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成して、比較例１で用いる試料４を作製した。すなわち、試料４は、アルミナファイバーブランケットのみで形成されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、比較例１におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、０％であった。

（比較例２）
図９Ｂは、比較例２の試験で使用した熱伝達抑制シート４０の正面図及び側面図である。図９Ｂに示すように、第２の断熱材３０の一例であるマイカシートを、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成して、比較例２で用いる試料５を作製した。すなわち、試料５は、マイカシートのみで形成されている。
そして、上記で説明した定義に基づくと、比較例２におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、１００％であった。

続いて、上記で作製した各試料１～５（熱伝達抑制シート４０）の熱伝達抑制効果を確認するため、以下の試験を行った。まず、実施例１～３並びに比較例１及び比較例２の各試料１～５（熱伝達抑制シート４０）の一方の面側において、熱暴走を起こした電池セルを模擬したヒーターを熱伝達抑制シート４０から４０ｍｍ離間させて配置し、他方の面側において、隣接する電池セルを模擬した金属板（加熱せず）を、熱伝達抑制シート４０に接触させて配置した。続いて、ヒーターを加熱して温度が８００℃に到達した後、ヒーターと金属板で、各試料１～５を、１６ｋＰａ又は４６９ｋＰａの力で押圧して、ヒーター加熱後の経過時間に対する金属板表面の温度変化を測定した。なお、所定の荷重で押圧した後、ヒーターの電源をＯＦＦにした。

実施例１～３並びに比較例１及び比較例２における、金属板表面の最大温度（℃）をプロットしたグラフを図１０に示す。

図１０に示すように、第１の断熱材２０の中央部に圧縮強度の高い第２の断熱材３０を配置した実施例１～３における、金属板表面の最大温度は、第１の断熱材２０のみで形成された比較例１、及び第２の断熱材３０のみで形成された比較例２の温度よりも低くなっていることが分かる。
また、熱伝導率が低い、すなわち断熱性能が高い第１の断熱材２０のみからなる比較例１で、実施例１～３よりも温度が高くなっていることが分かる。すなわち、断熱効果が小さいのは、電池セル１０の膨張による圧縮力が第１の断熱材２０に作用することで、第１の断熱材２０の持つ、高い断熱性能を打ち消してしまうほど、第１の断熱材２０の厚さが薄くなったことによると考えられる。
一方、実施例１～３では、圧縮強度の高い第２の断熱材３０を、第１の断熱材２０の中央部に配置したことで、第１の断熱材２０の厚さの低減が抑制されて有効に断熱されていることが分かる。

また、図１０から分かるように、上記Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２）は、好ましくは５０％以下、より好ましくは２０％以下、更に好ましくは５％以下である。

さらに、Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２）の値が同じであっても、熱伝達抑制シート４０の圧縮力が高いほど温度が高くなっているのは、熱伝達抑制シート４０に作用する圧縮力によって熱伝達抑制シート４０の厚さが薄くなり、これによって断熱性能が低下したことによる。
以上より、本発明の技術によって熱伝達抑制シート４０の高断熱性能と高圧縮強度を両立させることが可能となることが理解される。

なお、上記実施例１～３は、第１の断熱材２０の厚さと第２の断熱材３０の厚さが同じであり、すなわち、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通して配置されている場合である。続いて、第２の断熱材３０の厚さが第１の断熱材２０の厚さよりも薄く、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０を一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通していない場合についても、同様の試験を行った。

（実施例４）
図１１Ａは、実施例４の試験で使用した熱伝達抑制シート４０の正面図及び側面図である。図１１Ａに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍで、深さ１ｍｍの凹部２１ａを設けた。そして、該凹部２１ａの半円形状の領域に、第２の断熱材３０の一例である厚さ１ｍｍのマイカシートをはめ込むとともに、残りの半円形状の領域に、第１の断熱材２０の一例である厚さ１ｍｍの上記アルミナファイバーブランケットをはめ込み、実施例４で用いる試料４を作製した。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例４におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、約４％であった。

（実施例５）
図１１Ｂは、実施例５の試験で使用した熱伝達抑制シート４０の正面図及び側面図である。図１１Ｂに示すように、第１の断熱材２０の一例であるアルミナファイバーブランケットを長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシート状に形成し、その中央部に直径Ｄ＝２５．４ｍｍで、深さ１ｍｍの凹部２１ａを設けた。そして、該凹部２１ａに、第２の断熱材３０の一例である厚さ１ｍｍのマイカシートをはめ込み、実施例５で用いる試料５を作製した。
そして、上記で説明した定義に基づくと、実施例５におけるＳ_１＋Ｓ_２の合計に対するＳ_２の割合、すなわち、（Ｓ_２／（Ｓ_１＋Ｓ_２））は、約８％であった。

続いて、試料４及び試料５についても、上記と同様の試験方法によって熱伝達抑制効果の確認を行った。実施例４、実施例５、比較例１及び比較例２における、金属板表面の最大温度（℃）をプロットしたグラフを図１２に示す。

図１２に示すように、実施例１～３の場合と同様、第１の断熱材２０の中央部に圧縮強度の高い第２の断熱材３０を配置した実施例４及び実施例５における、金属板表面の最大温度は、第１の断熱材２０のみで形成された比較例１、及び第２の断熱材３０のみで形成された比較例２の温度よりも低くなっていることが分かる。すなわち、第２の断熱材３０が、第１の断熱材２０における一方の面２０ａから他方の面２０ｂに貫通していない場合についても、貫通している場合と同様の傾向が得られることが示された。

なお、本発明は、前述した各実施形態、変形例、及び各実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 電池セル
１１ 電池ケース
１２ 一方の面
１２ａ 上辺
１２ｂ 下辺
１３ 他方の面
１３ａ 上辺
１３ｂ 下辺
１４ 凸部
１５ 凹部
１５ａ 凸部以外の場所
１６ａ 一の凹部
１６ｂ 他の凹部
１７ａ 一の凸部
１７ｂ 他の凸部
２０ 第１の断熱材
２５ 熱伝達抑制部
３０ 第２の断熱材
１００，１００Ａ，１００Ｂ 組電池
Ｓ_１ 第１の断熱材の表面積
Ｓ_２ 第２の断熱材の表面積

Claims (6)

1. 発電要素及び前記発電要素を収納する電池ケースを有し、直列又は並列に接続された状態で複数積層されて組電池を構成する電池セルであって、
   前記電池ケースにおける前記積層方向に垂直な面のうち少なくとも一方の面において、凸部を有するとともに、前記凸部以外の場所には、第１の断熱材が配置されており、
   前記第１の断熱材の熱伝導率が、前記凸部の熱伝導率よりも低く、
   かつ、
   前記凸部の圧縮強度が、前記第１の断熱材の圧縮強度よりも高く、
   前記電池ケースにおける前記積層方向に垂直な面のうち一方の面は、一の凹部及び一の凸部を有し、
   前記電池ケースにおける前記積層方向に垂直な面のうち他方の面は、前記積層された際に、他の電池セルにおける前記一の凸部に嵌合可能な他の凹部、及び該他の電池セルにおける前記一の凹部に嵌合可能な他の凸部を有する、
   電池セル。
2. 前記凸部以外の場所において、更に凹部を有するとともに、前記凹部には、前記第１の断熱材が配置されている、
   請求項１に記載の電池セル。
3. 前記凸部は、前記電池ケースの表面に配置された第２の断熱材である、
   請求項１又は２に記載の電池セル。
4. 前記凸部は、前記電池ケースの一部を加工して形成されたリブ又はボスである、
   請求項１又は２に記載の電池セル。
5. 前記第１の断熱材が、前記凸部以外の場所に固定されている、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の電池セル。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の電池セルが、直列又は並列に接続された状態で複数積層されてなる、組電池。

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