JP7354842B2 - 仕切り部材及び組電池 - Google Patents
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Description
[2]前記断熱材が多孔質体である、[1]に記載の仕切り部材。
[3]前記粉末状無機物がシリカ粒子、アルミナ粒子、ケイ酸カルシウム及びバーミキュライトから選ばれる少なくとも一つである、[1]又は[2]に記載の仕切り部材。
[4]前記繊維状無機物がガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維及び生体溶解性無機繊維から選ばれる少なくとも一つである、[1]乃至[3]のいずれか一つに記載の仕切り部材。
本発明の仕切り部材は、単電池間又は単電池と単電池以外の部材とを仕切る仕切り部材であって、粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、その密度が0.23~1.10g/cm3である断熱材を含むことを特徴とする。また、この断熱材は多孔質体であり、液体を保持可能なものであることが好ましい。更に、この仕切り部材は上記の特徴を有する断熱材を含むものであれば、断熱材のみからなるものであっても構わないが、その好ましい実施形態は、断熱材が外装体に収容されているものである。
断熱材110は、粉末状無機物及び繊維状無機物を含む。本発明において、「繊維状無機物」は長径が短径の100倍以上の形状を有する無機物を意味し、「粉末状無機物」は長径が短径の100倍未満の形状を有する無機物を意味する。なお、特に繊維状である場合には「長径」は繊維長を意味し、「短径」は長径方向に対して直行する断面の径を意味する。
多孔質体に液体を保持させる場合、用いる液体としては、常圧における沸点が80℃以上250℃以下の液体が好ましく、常圧における沸点が100℃以上150℃以下の液体がさらに好ましい。用いる液体の具体例としては、水の他、例えば、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類、炭化水素類、フッ素系化合物及びシリコーン系オイルからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。これらは一種のみでも、二種以上の混合物として用いることもできる。液体は、不凍性を付与する物質(不凍剤)、防腐剤、pH調整剤などの添加物を含んでもよい。不凍性の付与により、凍結に伴う膨張により外装体が破損するのを回避し得る。また、pH調整剤の添加によって、粉末状無機物から溶出する成分等によって液体のpHが変化し、粉末状無機物、外装体、液体(水)自体が変質する可能性を低減できる。水に含めるものはこれに限られず、必要に応じて追加することができる。
外装体120は、液体及び断熱材110を密封状態で収容する。外装体120としては、例えば、樹脂や金属製のフィルムやシートを適用することができる。例えば、金属と樹脂とを積層したフィルムやシートを用いて液体を保持した断熱材をラミネートするのが高い耐熱性及び強度を得る上で好ましい。上記ラミネートに用いる、金属と樹脂との積層構造を有するラミネート体として、樹脂層、金属層、樹脂シーラント層を含む3層以上のラミネート体を適用するのが好ましい。金属は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、錫箔、ニッケル箔、ステンレス箔、鉛箔、錫鉛合金箔、青銅箔、銀箔、イリジウム箔及び燐青銅箔などである。特に、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔であるのが好ましく、アルミニウム箔であるのがさらに好ましい。金属は、上記列記した例示から少なくとも一つ選択されるのが好ましい。
次に、仕切り部材1が適用される組電池について説明する。組電池は、例えば、電気自動車(Electric Vehicle: EV)、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle: HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)、電動重機、電動バイク、電動アシスト自転車、船舶、航空機、電車、無停電電源装置(Uninterruptible Power Supply: UPS)、家庭用蓄電システム、風力/太陽光/潮力/地熱等の再生可能エネルギーを利用した電力系統安定化用蓄電池システム等に搭載される電池パックに適用される。但し、組電池は、上述のEV等以外の機器に電力を供給する電力源としても使用し得る。
図3は組電池を構成する単電池の一例を示す平面図であり、図4は図3に示した単電池の正面図であり、図5は、単電池の右側面図である。単電池200は、高さ方向(H)、幅方向(W)、厚み方向(D)を有する直方体状に形成されており、その上面に端子210、端子220が設けられている。単電池200は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備えるリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池以外に、リチウムイオン全固体電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の二次電池を適用し得る。
図6は、複数の単電池200を用いて形成された組電池100の上面図を示し、図7は、図6に示した組電池100から側板300dを取り外した状態を模式的に示す側面図である。図6及び図7において、組電池100は、筐体300と筐体300内に収容された複数の単電池200とを含む。筐体300は、底板300eと、底板300eの外周に沿って立設された側板300a、300b、300c及び300dとを有する。図6及び図7では、一例として5個の単電池200が例示されているが、単電池の数は適宜選択可能である。
単電池200を構成する電極や電解液等を構成する化学物質の一部ないし全てが、単電池200内部で発熱を伴いながら分解反応を起こすことにより、単電池200の温度が上昇し、単電池200の一部ないし全領域が200℃以上になる場合がある。本発明において、この状態を「異常発熱状態」という。
(実施例1)
断熱材110として、バーミキュライト紙(高さ50mm、幅50mm、厚さ2mm、密度0.85g/cm3、バーミキュライト(粉末状無機物)とガラス繊維(繊維状無機物)を含む多孔質体)を用意した。
上記した断熱材を用いて、ヒーター、真鍮板、断熱板A(ミスミ社、型式:HIPHA、厚さ10mm)、真鍮板、多孔質体、真鍮板、断熱板A、真鍮板、断熱板B(ミスミ社、型式:HIPHA、厚さ40mm)の順番ではさんで各部材を密着させ、前述の断熱材を仕切り部材として用いた。断熱板Bの上側から油圧プレス機HYP505H(日本オートマチックマシン社製)を用いて荷重が375kgとなるように調整した(15kgf/cm2に相当する)。
kL= (ΔT1×L)/(ΔT2×R)
kL:断熱材の熱伝導率[W/(m・K)]
ΔT1:断熱板Aの高温側の面と低温側の面の温度差[K]
ΔT2:断熱材高温側の面と低温側の面の温度差[K]
L:断熱材の圧縮時の膜厚[m]
R:ヒーターから断熱材までの熱伝導抵抗 6.8×10-3[m2・K/W]
上記した常温熱伝導率測定に用いたものと同様の断熱材を用いて、下から順に、ヒーター、真鍮板(同じものを2枚重ねて使用)、断熱材、真鍮板、断熱板A、真鍮板、断熱板Bの順番で重ねて各部材を密着させ、前述の断熱材を仕切り部材として用いた。断熱板Bの上側から油圧プレス機を用いて荷重が375kgとなるように調整した(15kgf/cm2に相当する)。
kH=(ΔT3/R-q)×L/ΔT4・・・(式)
kH:断熱材の熱伝導率[W/(m・K)]
ΔT3:断熱板Aの高温側の面と低温側の面の温度差[K]
ΔT4:断熱材の高温側の面と低温側の面の温度差[K]
L:断熱材の圧縮時の厚み(膜厚)[m]
R:ヒーターから断熱材までの熱伝導抵抗 1.65×10-4[m2・K/W]
q:各真鍮板、断熱材からの対流・放射による熱損失 1.35×104[W/m2 ]
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み2mmの断熱シート(密度0.95g/cm3、ワラストナイト(粉末状無機物)とロックウール(繊維状無機物)とを含む多孔質体)を用いて実施例1と同じ実験を行った。実施例2において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.8mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.9mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み1mmのケイ酸カルシウム紙(密度0.38g/cm3、ケイ酸カルシウム(粉末状無機物)とロックウール(繊維状無機物)を含む多孔質体)を2枚重ねたものを用いて実施例1と同じ実験を行った。実施例3において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.9mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.7mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み1mmのケイ酸カルシウム紙(密度0.25g/cm3、ケイ酸カルシウムとロックウールを含む多孔質体)を2枚重ねたものを用いて実施例1と同じ実験を行った。実施例4において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.7mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.6mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み0.6mmのバーミキュライトを含んだガラス繊維紙(密度0.22g/cm3の多孔質体)を4枚重ねたものを用いて実施例1と同じ実験を行った。比較例1において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.4mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.6mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み0.9mmのバーミキュライトを含んだロックウール紙(密度1.16g/cm3の多孔質体)を3枚重ねたものを用いて実施例1と同じ実験を行った。比較例2において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は2.0mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は2.0mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み0.6mmのガラス繊維紙(密度0.125g/cm3の多孔質体)を4枚重ねたものを用いて実施例1と同じ実験を行った。比較例3において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.4mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.4mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、バーミキュライト粉末(繊維状無機物を含まないもの)を用いた。バーミキュライト粉末単体では成形性が悪く形状が崩れやすいためアルミラミネートフィルム(ポリエチレン(内側)、アルミニウム、ポリエチレンテレフタレート(外側)を含む。厚み0.15mm)内にバーミキュライト粉末を内包させたもの(厚み2mm、密度0.6g/cm3)を用いて実施例1と同じ実験を行った。比較例4において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.7mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.8mmであった。
実施例1におけるバーミキュライト紙の代わりに、厚み1.8mmのバーミキュライト紙(密度1.56g/cm3、バーミキュライトとガラス繊維を含む多孔質体)を用いて実施例1と同じ実験を行った。比較例5において、常温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.8mm、高温熱伝導率測定における圧縮時の膜厚は1.8mmであった。
100 組電池
110 断熱材
120 外装体
200 単電池
300 筐体
Claims (9)
- 単電池間又は単電池と単電池以外の部材とを仕切る仕切り部材であって、
前記仕切り部材は、断熱材と、液体と、前記断熱材及び前記液体を収容する外装体とを含み、
前記断熱材は、粉末状無機物及び繊維状無機物を含み、前記断熱材の密度が0.23~1.10g/cm3である、仕切り部材。 - 前記断熱材が多孔質体である、請求項1に記載の仕切り部材。
- 前記粉末状無機物がシリカ粒子、アルミナ粒子、ケイ酸カルシウム及びバーミキュライトから選ばれる少なくとも一つである、請求項1又は2に記載の仕切り部材。
- 前記繊維状無機物がガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維及び生体溶解性無機繊維から選ばれる少なくとも一つである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の仕切り部材。
- 前記液体の大気圧における沸点が、80℃以上250℃以下である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の仕切り部材。
- 前記液体が水である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の仕切り部材。
- 前記外装体が、開口部を含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の仕切り部材。
- 前記開口部が、80℃以上250℃以下で開口する、請求項7に記載の仕切り部材。
- 複数の単電池と、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の仕切り部材とを含む組電池。
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