JP7422292B2 - 断熱シートおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、断熱対策として用いられる断熱シートおよびその製造方法に関する。
近年省エネルギー化が大きくさけばれているが、その実現方法として機器の保温によりエネルギー効率を向上させるものもある。この保温を実現するために、断熱効果に優れた断熱シートが求められている。そのため、繊維シートにシリカキセロゲルを担持させることにより空気よりも熱伝導率を低くした断熱材を用いることがある。このような構成を有する従来の断熱シートは、例えば、特許文献１に開示されている。
近年省エネルギー化の要求が増加しているが、その実現方法として機器の保温によりエネルギー効率を向上させるものがある。また複数個の電池セルを組み合わせた二次電池では、ひとつの電池セルが高温になった場合に隣の電池セルに影響を与えないため、電池セル間を断熱したいという要望もある。これらの対策として電池セルの間に断熱効果に優れた断熱シートを設けることがある。このような用途の従来の断熱シートは、例えば、特許文献２に開示されている。
特開２０１１－１３６８５９号公報 国際公開第２０１８／００３５４５号
内部空間を有する複数の繊維シートを準備する。複数の繊維シートを重ねて複数の繊維シートを互いに複数の接合領域で接合することにより、複数の繊維シートを含む繊維材を形成する。繊維材の複数の繊維シートの内部空間にシリカキセロゲルを含浸する。繊維材の複数の接合領域の間の非接合領域において複数の繊維シートの間にスペースを形成した状態で含浸されたシリカキセロゲルを疎水化する。
この製造方法により、面方向の力に対しても強く、所定の厚さが得られる断熱材を得ることができる。
別の断熱材は、第１の断熱材と、第１の断熱材の下面に対向してかつ第１の断熱材の両端部に接合領域で接合された両端部を有する第２の断熱材を備える。第１の断熱材は、第１の繊維シートと、第１の繊維シートに含浸された第１のシリカキセロゲルとを有する。第２の断熱材は、第２の繊維シートと、第２の繊維シートに含浸された第２のシリカキセロゲルとを有する。第１の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する第１の断熱材の圧縮率は１５％以上である。第２の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する第２の断熱材の圧縮率は１０％以下である。第１の繊維シートの両端部は第２の繊維シートの両端部と接合領域でそれぞれ接合されている。
この断熱材は、電池セルが発熱しかつ膨張した場合に他の電池セルに影響を与えることを防止することができる。
図１Ａは実施の形態１における断熱シートの斜視図である。 図１Ｂは図１Ａに示す断熱シートの上面図である。 図１Ｃは図１Ｂに示す断熱シートの線１Ｃ－１Ｃにおける断面図である。 図２は実施の形態１における断熱シートの製造方法を示す断面図である。 図３は実施の形態１における断熱シートの製造方法を示す斜視図である。 図４は実施の形態１における断熱シートの製造方法を示す断面図である。 図５は実施の形態１における断熱シートの他の製造方法を示す上面図である。 図６Ａは実施の形態１における他の断熱シートの上面図である。 図６Ｂは実施の形態１におけるさらに他の断熱シートの上面図である。 図７は実施の形態１におけるさらに他の断熱シートの断面図である。 図８は実施の形態１におけるさらに他の断熱シートの断面図である。 図９は実施の形態２における断熱シートの断面図である。 図１０は実施の形態２における断熱シートの斜視図である。 図１１は実施の形態２における機器の断面図である。 図１２は実施の形態２における断熱シートの製造方法を示す断面図である。 図１３は実施の形態２における断熱シートの製造方法を示す断面図である。
（実施の形態１）
図１Ａと図１Ｂはそれぞれ実施の形態１における断熱シート５０１の斜視図と上面図である。図１Ｃは図１Ｂに示す断熱シート５０１の線ＩＣ－ＩＣにおける断面図である。
断熱シート５０１は、断熱材５１と、断熱材５１の両端部５１ａ、５１ｂに接合領域１２ａ、１２ｂでそれぞれ接合する両端部１５１ａ、１５１ｂを有する断熱材１５１とを備える。断熱材５１、１５１は積層方向Ｄ１で重ねられている。両端部５１ａ、５１ｂは積層方向Ｄ１に直角の方向Ｄ２で互いに反対側に位置する。両端部１５１ａ、１５１ｂは方向Ｄ２で互いに反対側に位置する。したがって、接合領域１２ａ、１２ｂは方向Ｄ２で互いに反対側に位置する。
断熱材５１，１５１はシート形状を有する。断熱材５１は、繊維シート１１と、繊維シート１１に含浸されたシリカキセロゲル２１とを有する。具体的には、繊維シート１１は、内部空間１１ｑが間に設けられるように互いに絡む繊維１１ｐよりなる。シリカキセロゲル２１は、繊維シート１１の内部空間１１ｑに含浸されている。同様に、断熱材１５１は、繊維シート１１１と、繊維シート１１１に含浸されたシリカキセロゲル２１とを有する。繊維シート１１１は、内部空間１１ｑが間に設けられるように互いに絡む繊維１１ｐよりなる。シリカキセロゲル２１は、繊維シート１１１の内部空間１１ｑに含浸されている。
断熱シート５０１の製造方法を以下に説明する。図２と図３はそれぞれ断熱シート５０１の製造方法を示す断面図と斜視図である。接合領域１２ａ、１２ｂで互いに接合された繊維シート１１、１１１は繊維材１０１を構成する。図２と図３は繊維材１０１を示す。
まず、内部空間１１ｑを有する繊維シート１１、１１１を準備する。繊維シート１１、１１１は、平均繊維太さ約１０μｍのポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す）の繊維１１ｐからなり、繊維シート１１、１１１の体積のうち内部空間１１ｑの体積の占める割合は約９０％である。繊維シート１１、１１１はそれぞれ約１．５ｍｍの厚みを有し、積層方向Ｄ１から見て約８０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形状を有する（図１Ｂ参照）。
次に図２と図３に示すように、繊維シート１１、１１１を積層方向Ｄ１に重ねて、積層方向Ｄ１と方向Ｄ２との直角の方向Ｄ３に延びる両辺に沿って幅約３ｍｍにわたって接合領域１２ａ、１２ｂで接合して繊維材１０１を形成する。繊維１１ｐがＰＥＴのような熱可塑性樹脂よりなる場合、熱プレスを行うことにより、繊維シート１１、１１１を接合領域１２ａ、１２ｂで溶着させることができる。このようにすることにより、接合領域１２ａ、１２ｂでの繊維材１０１の厚さは約０．２ｍｍとなり、接合領域１２に挟まれた非接合領域２２での繊維材１０１の厚さは約３ｍｍとなっている。接合領域１２ａ、１２ｂでは繊維シート１１、１１１は互いに接合されて固定されており変位できない。非接合領域２２では繊維シート１１、１１１は互いに変位可能である。
なお繊維１１ｐがガラス繊維等の溶融しにくい材料よりなる場合、厚さ約１ｍｍ、幅約３ｍｍのＰＥＴ等の熱可塑性樹脂からなるシートを繊維シート１１、１１１の間に挟んで、熱プレスを行い、溶融させた熱可塑性樹脂を繊維シート１１、１１１にしみこませることにより繊維シート１１、１１１を接合することができる。この場合も、接合領域１２ａ、１２ｂでの繊維材１０１の厚さを非接合領域２２での繊維材１０１の厚さよりも小さくすることができる。また、３枚以上の繊維シート１１でも、同様に積層方向Ｄ１で重ねて接合領域１２ａ、１２ｂで互いに接合した繊維材１０１を得ることができる。
次にシリカキセロゲル２１を繊維シート１１、１１１の内部空間１１ｑに含浸するための準備を行う。シリカキセロゲル２１の材料として高モル珪酸水溶液に触媒として濃塩酸を添加してシリカゾル溶液を調整する。このシリカゾル溶液に繊維材１０１を浸漬して繊維シート１１、１１１の内部空間１１ｑにシリカゾル溶液を含浸させる。繊維シート１１、１１１に内部空間１１ｑの割合が大きいものを用いることにより、繊維シート１１、１１１の厚さにかかわらず繊維シート１１、１１１の内部までシリカキセロゲル２１を充填することができる。なお、繊維シート１１、１１１にシリカゾル溶液を滴下あるいは印刷等の方法でシリカキセロゲル２１を含浸させても良い。繊維シート１１、１１１にシリカゾル溶液を含浸した状態で約１５分放置し、シリカゾル溶液がゲル化するのを待つ。シリカゾル溶液のゲル化が確認できたらプレスして、ゲル化したシリカゾル溶液が含浸された繊維材１０１の厚みを均一にする。厚みは、ロールプレス等の方法で均一化してもよい。厚みを均一にした繊維材１０１を容器に入れ、温度約８５℃、湿度約８５％設定の恒温恒湿槽に約３時間保管し、シリカ二次粒子を成長させて、ゲル骨格構造を強化する。このようにして繊維シート１１、１１１の内部空間１１ｑにシリカキセロゲル２１を含浸する。
次に含浸されたシリカキセロゲル２１を疎水化する。シリカキセロゲル２１を含浸した繊維シート１１、１１１（繊維材１０１）を１２Ｎの塩酸に約１時間浸漬し、ゲルと塩酸を反応させる。そのあと疎水化処理の第二段階として、シリル化剤とアルコールの混合溶液からなるシリル化液に浸漬させて約５５℃の恒温槽にて約２時間保管する。この際に、シリル化剤とアルコールの混合溶液が浸透する。反応が進行し、トリメチルシロキサン結合が形成し始めるとゲルを含有した繊維シート１１、１１１から塩酸水が外部に排出されるシリカ処理が進行する。シリル化処理が終了したら、約１５０℃の恒温槽にて約２時間乾燥して、図１Ａから図１Ｃに示す断熱シート５０１を得る。
図４は断熱シート５０１の製造方法を示す断面図であり、上述の疎水化処理での繊維材１０１を示す。繊維シートの内部空間にシリカキセロゲルを含浸した状態では、内部空間がシリカキセロゲルで充填されているため、塩酸またはシリル化液等の疎水化のための溶液に浸漬したときに、繊維シートの１枚の厚さが例えば２ｍｍを超えるように大きくなりすぎると、その溶液が十分に繊維シートの内部まで浸透しにくくなる。これに対して実施の形態では、接合領域１２ａ、１２ｂに挟まれた非接合領域２２において繊維シート１１、１１１の間にスペース１４を設けた状態で浸漬してシリル化処理を行う。スペース１４は、例えば図４に示すように、非接合領域２２において繊維シート１１、１１１の間にスペーサ１３ａ、１３ｂを入れることで形成することができる。スペーサ１３ａ、１３ｂは疎水化処理の前に挿入される。スペーサ１３ａ、１３ｂは方向Ｄ３（図３参照）に細長く延びる棒形状を有する。あるいは、接合領域１２ａ、１２ｂの間の距離が小さくなるように接合領域１２ａ、１２ｂを互いに寄せることによりスペース１４を形成することができる。スペース１４の積層方向Ｄ１での幅は１枚の繊維シート１１（１１１）の厚さの半分以上の所定の厚さとすることが望ましい。以上のようにすることにより、断熱シート５０１が厚くなっても、繊維シート１枚当たりの厚さを上述の所定の厚さ以下にすることにより、繊維材１０１に含浸されたシリカキセロゲル２１全体を疎水化することができ、信頼性の高い断熱シート５０１を得ることができる。図１Ｂに示すように、断熱シート５０１の矩形状は方向Ｄ３に延びる互いに反対側の２つの長辺と、方向Ｄ２に延びる互いに反対側の２つの短辺とを有する。繊維シート１１、１１１の端部１１ａ、１１１ａが、２つの長辺のうちの一方の長辺に位置する接合領域１２ａで互いに接合され、端部１１ｂ、１１１ｂが、２つの長辺のうちの他方の長辺に位置する接合領域１２ｂで互いに接合されている。したがって、積層方向Ｄ１に直角の面方向の力に対しても大きい強度を有する断熱シート５０１を得ることができる。なおシリカキセロゲル２１は、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られたものでもよい。スペーサ１３ａ、１３ｂは疎水化処理の前に挿入される。
シリカキセロゲルは吸湿すると壊れやすいため、吸湿しないように疎水化しておく必要がある。一方断熱シートの断熱性はその厚さに比例する。そのためより大きな断熱性を得ようとすると断熱シートを厚くする必要がある。そのため繊維シートを厚くしておく方法があるが、繊維シートが厚くなりすぎると中心部分のシリカキセロゲルまで十分に疎水化することが難しくなり、信頼性に欠けるものとなる。そのため所定の厚さに作成した必要枚数の断熱材を重ねて保護フィルムで覆うことで等価的に厚い断熱シートを得ることができるが、断熱材どうしを接合できないので、この断熱シートは面方向の力に対して弱くなる。
実施の形態１における断熱シート５０１は、上記のように、積層方向Ｄ１に直角の面方向の力に対しても大きい強度を有する。
図５は、実施の形態１における断熱シート５０１の他の製造方法を示す上面図である。図２から図４に示す製造方法では、個々の繊維シート１１、１５に接合領域１２ａ、１２ｂを設けてシリカキセロゲル２１の含浸および疎水化を行っている。図５に示す製造方法では、大判の繊維シート１１（１１１）に接合領域１２ａ、１２ｂを合せた幅をそれぞれ有する複数の接合領域１２を設け、接合領域１２に挟まれた非接合領域２２の繊維シート１１、１１１の間にスペース１４（図４参照）を形成した状態でシリカキセロゲル２１を疎水化する。その後、方向Ｄ２に延びる直線Ｌ１と、方向Ｄ３に延びる直線Ｌ２で繊維シート１１、１１１（繊維材１０１）を切断することにより、複数の断熱シート５０１を得る。直線Ｌ２は接合領域１２に沿って接合領域１２を通っている。繊維シート１１、１１１（繊維材１０１）を直線Ｌ２で切断することにより、互いに隣りあう断熱シート５０１での接合領域１２ａ、１２ｂに接合領域１２を分割する。
図６Ａは実施の形態１における他の断熱シート５０２の上面図である。図６Ａにおいて、図１Ａから図１Ｃに示す断熱シート５０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。断熱シート５０２では、断熱シート５０１の矩形状の２つの長辺に位置する接合領域１２ａ、１２ｂに加えて、繊維シート１１、１１１の端部１１ｃ、１１１ｃは矩形状の２つの短辺のうちの一方の短辺に位置する接合領域１２ｃで互いに接合している。接合領域１２ｃは接合領域１２ａ、１２ｂに繋がっている。矩形状の２つの短辺のうち他方の短辺では接合領域は無く、繊維シート１１は繊維シート１１１に接合されていない。接合領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃがない他の短辺から繊維シート１１、１１１の間にスペーサ１３ａ、１３ｂを入れることによりスペース１４を形成してシリカキセロゲル２１を疎水化する。
図６Ｂは実施の形態１におけるさらに他の断熱シート５０３の上面図である。図６Ｂにおいて、図６Ａに示す断熱シート５０２と同じ部分には同じ参照番号を付す。断熱シート５０３では、接合領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃに加えて、繊維シート１１、１１１の端部１１ｄ、１１１ｄは矩形状の２つの短辺のうちの他方の短辺に位置する接合領域１２ｄで互いに接合している。接合領域１２ｄは接合領域１２ａ、１２ｂから離れている。他方の短辺において接合領域１２ｄと接合領域１２ａとの間と、接合領域１２ｄと接合領域１２ｂとの間とでは、繊維シート１１は繊維シート１１１に接合されていない。接合領域１２ｄと接合領域１２ａとの間から繊維シート１１、１１１の間にスペーサ１３ａとを入れ、接合領域１２ｄと接合領域１２ｂとの間から繊維シート１１、１１１の間にスペーサ１３ｂとを入れることによりスペース１４を形成してシリカキセロゲル２１を疎水化する。
図７は実施の形態１におけるさらに他の断熱シート５０４の断面図である。図７において、図１Ａから図１Ｃに示す断熱シート５０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。疎水化されたシリカキセロゲル２１は断熱材５１、１５１（繊維シート１１、１１１）の表面から粉となって落ちしやすい。断熱シート５０４では、断熱材５１、１５１が保護フィルム１５ａ、１５ｂで覆われている。断熱材の厚さが大きくなると端面での段差が大きくなるため、接合領域を含まない断熱シートでは、シリカキセロゲルの粉が保護フィルムに付着した状態で断熱材から剥離しやすくなる。これに対して実施の形態１における断熱シート５０４では、両端部に設けられた接合領域１２ａ、１２ｂに保護フィルム１５ａ，１５ｂを直接溶着あるいは接着することで断熱材５１、１５１から保護フィルム１５ａ、１５ｂが剥離しにくくなり、信頼性を向上させることができる。
図８は実施の形態１におけるさらに他の断熱シート５０５の断面図である。図８において、図７に示す断熱シート５０４と同じ部分には同じ参照番号を付す。断熱シート５０５では、接合領域１２ａ、１２ｂの外側で保護フィルム１５ａ、１５ｂが互いに接合されている。接合領域１２ａ、１２ｂでの断熱材５１、１５１の厚さが非接合領域２２での断熱材５１、１５１の厚さよりも小さいので、断熱材５１、１５１が厚い場合でも段差が緩和され、信頼性を向上させることができる。
（実施の形態２）
図９は実施の形態２における断熱シート７０１の断面図である。図１０は断熱シート７０１の斜視図である。図９は、図１０に示す断熱シート７０１の線９－９における断面を示す。
断熱シート７０１は、積層方向Ｄ１に積層された断熱材２１１、２１２、３１１を備える。断熱材２１２は、下面２１２ｄと、断熱材２１１の下面２１１ｄに対向する上面２１２ｃとを有する。断熱材２１２は、断熱材２１１の両端部２１１ａ、２１１ｂに接合領域２１５ａ、２１５ｂでそれぞれ接合された両端部２１２ａ、２１２ｂを有する。第３の断熱材３１１は断熱材２１２の下面２１２ｄに対向する上面３１１ｃを有する。断熱材３１１は、断熱材２１２の両端部２１２ａ、２１２ｂに接合領域２１５ａ、２１５ｂでそれぞれ接合された両端部３１１ａ、３１１ｂを有する。断熱材２１１、２１２、３１１の端部２１１ａ、２１２ａ、３１１ａと断熱材２１１、２１２、３１１の端部２１１ｂ、２１２ｂ、３１１ｂとはそれぞれ積層方向Ｄ１に直角の方向Ｄ２に配列されている。断熱シート７０１は約８０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形状を有する。接合領域２１５ａ、２１５ｂは、矩形状の２つの長辺にそれぞれ位置する。実施の形態２において、接合領域２１５ａ、２１５ｂの方向Ｄ２における幅は約３ｍｍである。断熱材２１１は、繊維シート２１３と、繊維シート２１３に含浸されたシリカキセロゲル２２１とを有する。具体的には、繊維シート２１３は、内部空間２１１ｑが間に設けられるように互いに絡む繊維２１１ｐよりなる。シリカキセロゲル２２１は、繊維シート２１３の内部空間２１１ｑに含浸されている。実施の形態２では、繊維シート２１３の厚さは約１ｍｍであり、繊維２１１ｐは例えばガラス繊維よりなる。断熱材２１２は、繊維シート２１４と、繊維シート２１４に含浸されたシリカキセロゲル２２１とを有する。具体的には、繊維シート２１４は、内部空間２１１ｑが間に設けられるように互いに絡む繊維２１１ｐよりなる。シリカキセロゲル２２１は、繊維シート２１４の内部空間２１１ｑに含浸されている。実施の形態２では、繊維シート２１４の厚さは約１ｍｍであり、繊維２１１ｐはガラス繊維よりなる。断熱材３１１は、繊維シート３１３と、繊維シート３１３に含浸されたシリカキセロゲル２２１とを有する。具体的には、繊維シート３１３は、内部空間２１１ｑが間に設けられるように互いに絡む繊維２１１ｐよりなる。シリカキセロゲル２２１は、繊維シート３１３の内部空間２１１ｑに含浸されている。実施の形態２では、繊維シート３１３の厚さは約１ｍｍであり、繊維２１１ｐは例えばガラス繊維よりなる。
断熱材２１１、３１１に加えられた５ＭＰａの圧力に対する断熱材２１１、３１１の圧縮率は約１８％である。断熱材２１２に加えられた５ＭＰａの圧力に対する断熱材２１２の圧縮率は約８％である。このように、断熱材２１１、２１２、３１１に加えられた同じ圧力に対する断熱材２１１、３１１の圧縮率は断熱材２１２の圧縮率より大きい。ここで圧縮率Ｐ１は、圧力を加える前の断熱材の初期厚みＴ０と、圧力を加えた状態での断熱材の厚さＴ１とにより、Ｐ１＝（Ｔ０－Ｔ１）／Ｔ０で求められる。実施の形態２では、圧縮率Ｐ１の値をパーセントで表示する。
図１１は実施の形態２における機器８０１の断面図である。機器８０１は、電池セル８０１ａ、８０１ｂと、電池セル８０１ａ、８０１ｂの間に配置された断熱シート７０１とを備える。機器８０１では、電池セル８０１ａ、８０１ｂの膨張による圧力は断熱材２１１、３１１で吸収される。すなわち、電池セル８０１ａ、８０１ｂは膨張すると圧力を加えて断熱シート７０１を圧縮する。断熱材２１１、２１２、３１１に加えられたこの圧力に対する断熱材２１１、３１１の圧縮率は断熱材２１２の圧縮率より大きいので、断熱材２１１、３１１は断熱材２１２よりも大きく圧縮される。これにより、圧力は断熱材２１１、３１１で大きく吸収されて、断熱材２１２には大きく影響しない。これにより電池セル８０１ａ、８０１ｂのうちひとつの電池セル８０１ａのみが高温になった場合には圧縮されていない断熱材２１２で断熱することができ、他の電池セル８０１ｂに熱の影響を与えることを防止することができる。
断熱材２１１、２１２、３１１は、繊維シート２１３、２１４、３１３の状態で接合されていることが望ましい。断熱材２１１、２１２、３１１の状態では表面にシリカキセロゲル２２１が露出しているので、大きな接合強度を得ることが難しい。そのため、繊維シート２１３、２１４、３１３が接合していることが望ましい。このようにすることにより積層方向Ｄ１に直角の面方向の断熱材２１１、２１２、３１１のずれを抑制することができる。
断熱シート７０１が長方形状を有する場合、少なくとも２つの長辺で断熱材２１１、２１２、３１１が互いに接合していることが望ましい。これにより、面方向へのずれ防止の効果をより発揮させることができる。
繊維シート２１３、２１４、３１３がポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す）のような熱可塑性樹脂よりなる場合には、熱溶着により繊維シート２１３、２１４、３１３を互いに接合することにより断熱材２１１、２１２、３１１を互いに接合することができる。また、繊維シート２１３、２１４、３１３がガラス繊維のような溶融しにくい材料よりなる場合は、液状の接着剤を用いて繊維シート２１３、２１４、３１３を互いに接合することにより断熱材２１１、２１２、３１１を互いに接合することができる、あるいは熱可塑性樹脂シートを挟んで加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、繊維シート２１３、２１４、３１３の内部空間２１１ｑに含浸させることによって繊維シート２１３、２１４、３１３を互いに接合することにより断熱材２１１、２１２、３１１を互いに接合することができる。
次に実施の形態２における断熱シート７０１の製造方法について説明する。図１２と図１３は断熱シート７０１の製造方法を示す断面図である。
内部空間２１１ｑを有する繊維シート２１３、２１４、３１３を準備する。繊維シート２１３、２１４、３１３はそれぞれ、厚さ約１ｍｍ、大きさ約８０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形状を有し、平均繊維太さ約φ２μｍの互いに絡み合う繊維２１１ｐよりなる。実施の形態２において繊維２１１ｐはガラス繊維よりなる。繊維シート２１３、３１３の厚さ１ｍｍ当たりの目付量を約１２７ｇ／ｍ２であり、繊維シート２１４の厚さ１ｍｍ当たりの目付量を約１８０ｇ／ｍ２である。このように、繊維シート２１３、３１３の厚さ１ｍｍ当たりの目付量は、繊維シート２１４の厚さ１ｍｍ当たりの目付量より小さい。
次に、繊維シート２１４の上面２１４ｃに繊維シート２１３を重ね、下面２１４ｄに繊維シート３１３を重ね、長手方向であるＤ３の両長辺に沿って幅約３ｍｍにわたって接合することにより、接合領域２１５ａ、２１５ｂを形成し、図１２に示す繊維材６０１を得る。接合領域２１５ａ、２１５ｂでは繊維シート２１３、２１４、３１３は互いに固定されて変位しない。接合領域２１５ａ、２１５ｂの間の非接合領域２２２では繊維シート２１３、２１４、３１３は互いに固定されておらず、互いに変位することができる。繊維シート２１３、２１４、３１３を互いに接合する方法としては、繊維シート２１３、２１４の端部２１３ａ、２１４ａの間に厚さ約１ｍｍ、幅約３ｍｍのＰＥＴ等の熱可塑性樹脂からなるシートを挟み、繊維シート２１３、２１４の端部２１３ｂ、２１４ｂの間に同様の熱可塑性樹脂からなるシートを挟み、繊維シート２１４、３１３の端部２１４ａ、３１３ａの間に同様の熱可塑性樹脂からなるシートを挟み、繊維シート２１４、３１３の端部２１４ｂ、３１３ｂの間に同様の熱可塑性樹脂からなるシートを挟んで、熱プレスを行い、溶融させた熱可塑性樹脂を繊維シート２１３、２１４、３１３にしみこませることにより繊維シート２１３、２１４、３１３を互いに接合する。
次にシリカキセロゲル２２１を繊維シート２１３、２１４、３１３の内部空間２１１ｑに含浸する準備を行う。シリカキセロゲル２２１の材料として２０％の水ガラス原料に触媒として炭酸エステルを添加してシリカゾル溶液を調整する。このシリカゾル溶液に、互いに接合された繊維シート２１３、２１４、３１３よりなる繊維材６０１を浸漬して繊維シート２１３、２１４、３１３の内部空間２１１ｑにシリカゾル溶液を含浸させる。繊維シート２１３、２１４、３１３に内部空間２１１ｑの割合が大きいものを用いることにより、繊維シート２１３、２１４、３１３の厚さにかかわらず内部までシリカゾル溶液を充填することができる。シリカゾル溶液を含浸した状態で約１分放置し、ゲル化するのを待つ。ゲル化が確認できたら繊維材６０１をプレスして厚みを均一にするよう調整する。ロールプレス等の方法を用いて繊維材６０１の厚みを調整してもよい。ゲル化したシリカゾル溶液が含浸されて厚みを調整した繊維材６０１をフィルムに挟んだ状態で大気中に約１時間放置し、シリカ二次粒子を成長させて、ゲル骨格構造を強化する。このようにして繊維シート２１３、２１４、３１３の内部空間２１１ｑにシリカキセロゲル２２１を含浸する。
次にシリカキセロゲル２２１を含浸した繊維シート２１３、２１４、３１３（繊維材６０１）を約３０分水洗する。次にシリカキセロゲル２２１を疎水化する。シリカキセロゲル２２１を含浸した繊維シート２１３、２１４、３１３を６Ｎの塩酸に約３０分浸漬し、ゲル２２１と塩酸を反応させる。そのあと疎水化処理の第二段階として、シリル化剤とアルコールの混合溶液からなるシリル化液に繊維材６０１を浸漬させた後、約５５℃の恒温槽にて約２時間保管する。この際に、シリル化剤とアルコールの混合溶液が繊維材６０１に浸透する。反応が進行し、トリメチルシロキサン結合が形成し始めるとゲル２２１を含有した繊維シート２１３、２１４、３１３（繊維材６０１）から塩酸水が外部に排出される。シリル化処理が終了したら、約１５０℃の恒温槽にて約２時間繊維材６０１を乾燥して、図９に示す断熱シート７０１を得る。
繊維シート２１３、２１４、３１３の内部空間２１１ｑにシリカキセロゲルを含浸した状態では、塩酸またはシリル化液等の疎水化のための溶液に浸漬したときに、全体の厚さが例えば２ｍｍを超えるように繊維材６０１が厚くなりすぎると、疎水化のための溶液が十分に繊維材６０１の特に繊維シート２１４の内部まで浸透しにくくなる。これに対して実施の形態２では、疎水化処理の際には、接合領域２１５ａ、２１５ｂに挟まれた非接合領域２２２において１の繊維シート２１３、２１４の間にスペース２１６を形成し、かつ繊維シート２１４、３１３の間にスペース２１８を形成した状態で浸漬してシリル化を行う。実施の形態２では、図１３に示すように、非接合領域２２２において、繊維シート２１３、２１４の端部２１３ａ、２１４ａの間にスペーサ２１７ａを入れ、繊維シート２１３、２１４の端部２１３ｂ、２１４ｂの間にスペーサ２１７ｂを入れ、繊維シート２１４、３１３の端部２１４ａ、３１３ａの間にスペーサ２１９ａを入れ、繊維シート２１４、３１３の端部２１４ｂ、３１３ｂの間にスペーサ２１９ｂを入れた状態で繊維材６０１を浸漬することで、スペース２１６、２１８を形成する。スペーサ２１７ａ、２１７ｂ、２１９ａ、２１９ｂは方向Ｄ３に細長く延びる棒形状を有する。あるいは接合領域２１５ａ、２１５ｂの間の距離が小さくなるように接合領域２１５ａ、２１５ｂを互いに近づけることによりスペース２１６、２１８を作りながら繊維材６０１を浸漬してもよい。スペース２１６、２１８の積層方向Ｄ１での厚みは繊維シート２１３、２１４、３１３の厚さのうちの１つの半分以上とすることが望ましい。以上のようにすることにより、シリカキセロゲル２２１全体を疎水化することができ、信頼性の高い断熱シート７０１を得ることができる。さらに繊維シート２１３、２１４、３１３が、矩形状の２つの長辺に位置する接合領域２１５ａ、２１５ｂで互いに接合されているので、断熱シート７０１は面方向の力に対しても強い。
スペース２１６に挿入されているスペーサ２１７ａ、２１７ｂのうち、スペーサ２１７ａはスペーサ２１７ｂに比べて接合領域２１５ａに近く、スペーサ２１７ｂはスペーサ２１７ａに比べて接合領域２１５ｂに近い。スペーサ２１７ａの径はスペーサ２１７ｂの径より大きい。スペース２１８に挿入されているスペーサ２１９ａ、２１９ｂのうち、スペーサ２１９ａはスペーサ２１９ｂに比べて接合領域２１５ａに近く、スペーサ２１９ｂはスペーサ２１９ａに比べて接合領域２１５ｂに近い。スペーサ２１９ａの径はスペーサ２１９ｂの径より小さい。すなわち、スペース２１６の接着領域２１５ａに繋がる部分２１６ａの積層方向Ｄ１の幅は、スペース２１６の接着領域２１５ｂに繋がる部分２１６ｂの積層方向Ｄ１の幅より大きい。スペース２１８の接着領域２１５ａに繋がる部分２１８ａの積層方向Ｄ１の幅は、スペース２１８の接着領域２１５ｂに繋がる部分２１８ｂの積層方向Ｄ１の幅より小さい。スペース２１６の接着領域２１５ａに繋がる部分２１６ａの積層方向Ｄ１の幅は、スペース２１８の接着領域２１５ａに繋がる部分２１８ａの積層方向Ｄ１の幅より大きい。スペース２１６の接着領域２１５ｂに繋がる部分２１６ｂの積層方向Ｄ１の幅は、スペース２１８の接着領域２１５ｂに繋がる部分２１８ｂの積層方向Ｄ１の幅より小さい。このように、複数のスペースのそれぞれスペース内に挿入される２つのスペーサの径の大きさの関係を複数のスペースの互いに隣り合うスペースで交互に逆にすることで、繊維材６０１全体の厚みを大きくせずにスペースを大きくすることができる。
なおシリカキセロゲル２２１は、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られたものでもかまわない。
実施の形態２において、繊維シート２１３、３１３の厚さ１ｍｍ当たりの目付量を約１２７ｇ／ｍ２とし、繊維シート２１４の厚さ１ｍｍ当たりの目付量を約１８０ｇ／ｍ２としている。すなわち、繊維シート２１３、３１３の厚さ１ｍｍ当たりの目付量を、繊維シート２１４の厚さ１ｍｍ当たりの目付量より小さくしている。厚さ１ｍｍ当たりの目付量が小さくなると単位面積当たりの重量が減るということを示し、繊維シートの全体の体積に対する内部空間２１１ｑの体積の割合が大きくなる。したがって目付量の小さな繊維シートにシリカキセロゲル２２１の間の空間も増えて、所定の圧力を加えた場合の圧縮率が大きくなる。そのため目付量の異なる繊維シートを重ねて同時にシリカキセロゲル２２１を含浸させることにより、厚さ方向で圧縮率の異なる断熱材を得ることができる。実施の形態２では、断熱材２１１、３１１に加えられた５ＭＰａの圧力に対する断熱材２１１、３１１の圧縮率が約１８％であり、断熱材２１２に加えられた５ＭＰａの圧力に対する断熱材２１２の圧縮率が約８％となっている。すなわち、断熱材２１１、３１１に加えられたある圧力に対する断熱材２１１、３１１の圧縮率は、断熱材２１２に加えられた同じ圧力に対する断熱材２１２の圧縮率より大きい。断熱材２１１、３１１に加えられた５ＭＰａの圧力に対する断熱材２１１、３１１の圧縮率を１５％以上とし、断熱材２１２に加えられた５ＭＰａの圧力に対する断熱材２１２の圧縮率を１０％以下とすることにより、図１１に示す機器８０１において断熱シート７０１を電池セル８０１ａ、８０１ｂ間に配置することにより、電池セル８０１ａ、８０１ｂの膨張による圧力は断熱材２１１、３１１で吸収し、例えばひとつの電池セル８０１ａが高温になった場合には圧縮されていない断熱材２１２で断熱することができ、隣の電池セル８０１ｂに影響を与えることを防止することができる。
二次電池の寿命末期には、電池セル内部に発生したガス等により電池セルの中央部分が膨張する。均一な密度でシリカキセロゲルを繊維シートに担持させた断熱シートは、断熱シートが硬すぎると電池セルの膨張を十分に吸収できず、逆に柔らかすぎると圧縮されることによって断熱性が劣化する。したがって、１つの電池セルが高温になった場合に隣の電池セルに影響を与えてしまう可能性がある。
実施の形態２における機器８０１では、上記のように、例えばひとつの電池セル８０１ａが高温になった場合には圧縮されていない断熱材２１２で断熱することができ、隣の電池セル８０１ｂに影響を与えることを防止することができる。
実施の形態において、「上面」「下面」等の方向を示す用語は繊維シート等の断熱材の構成部材の相対的な位置関係でのみ決まる相対的な位置を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
１１ 繊維シート
１２ａ 接合領域
１２ｂ 接合領域
１３ａ スペーサ
１３ｂ スペーサ
１４ スペース
１５ａ 保護フィルム
１５ｂ 保護フィルム
１０１ 繊維材
１１１ 繊維シート
２１１ 断熱材
２１２ 断熱材
２１３ 繊維シート
２１４ 繊維シート
２１５ａ 接合領域
２１５ｂ 接合領域
２１６ スペース
２１７ａ，２１７ｂ スペーサ
２１８ スペース
２１９ａ，２１９ｂ スペーサ
３１１ 断熱材
３１３ 繊維シート
６０１ 繊維材

Claims (13)

  1. 内部空間を有する複数の繊維シートを準備するステップと、
    前記複数の繊維シートを重ねて前記複数の繊維シートを互いに複数の接合領域で接合することにより、前記複数の繊維シートを含む繊維材を形成するステップと、
    前記繊維材の前記複数の繊維シートの前記内部空間にシリカキセロゲルを含浸するステップと、
    前記繊維材の前記複数の接合領域の間の非接合領域において前記複数の繊維シートの間にスペースを形成した状態で前記含浸されたシリカキセロゲルを疎水化するステップと、
    を含む、断熱シートの製造方法。
  2. 前記複数の接合領域での前記断熱シートの厚さは前記非接合領域での前記断熱シートの厚さより小さい、請求項１に記載の断熱シートの製造方法。
  3. 前記繊維材の前記複数の繊維シートの間にスペーサを設けることにより前記複数の繊維シートの間に前記スペースを形成するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の断熱シートの製造方法。
  4. 前記含浸されたシリカキセロゲルを疎水化する前記ステップの後で、前記繊維材の前記複数の繊維シートの間から前記スペーサを除くステップをさらに含む、請求項３に記載の断熱シートの製造方法。
  5. 前記繊維材の両面に２つの保護フィルムを設けるステップと、
    前記２つの保護フィルムを前記複数の接合領域と接合する、または前記２つの保護フィルムを互いに接合することにより、前記繊維材と前記疎水化されたシリカキセロゲルとを前記２つの保護フィルムで覆うステップと、
    をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の断熱シートの製造方法。
  6. 第１の断熱材と、
    前記第１の断熱材の下面に対向する上面と、前記第１の断熱材の両端部に接合領域で接合された両端部とを有する第２の断熱材と、
    を備え、
    前記第１の断熱材は、第１の繊維シートと、前記第１の繊維シートに含浸された第１のシリカキセロゲルとを有し、
    前記第２の断熱材は、第２の繊維シートと、前記第２の繊維シートに含浸された第２のシリカキセロゲルとを有し、
    前記第１の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する前記第１の断熱材の圧縮率は１５％以上であり、
    前記第２の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する前記第２の断熱材の圧縮率は１０％以下であり、
    前記第１の繊維シートの両端部は前記第２の繊維シートの両端部と前記接合領域でそれぞれ接合されている、断熱シート。
  7. 前記第２の断熱材の下面に対向する上面と、前記第２の断熱材の前記両端部に接合された両端部とを有する第３の断熱材をさらに備え、
    前記第３の断熱材は、第３の繊維シートと、前記第３の繊維シートに含浸された第３のシリカキセロゲルとを有し、
    前記第３の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する前記第３の断熱材の圧縮率は１５％以上であり、
    前記第３の繊維シートの両端部は前記第２の繊維シートの前記両端部と前記接合領域で接合されている、請求項６に記載の断熱シート。
  8. 前記断熱シートは互いに反対側の２つの長辺を有する長方形状を有し、
    前記接合領域は前記長方形状の前記２つの長辺にそれぞれ位置する、請求項６に記載の断熱シート。
  9. 内部空間を有する第１の繊維シートの両端部を、内部空間を有する第２の繊維シートの両端部に接合領域で接合することにより、前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとを含む繊維材を形成するステップと、
    前記第１の繊維シートの前記内部空間に第１のシリカキセロゲルを含浸するステップと、
    前記第２の繊維シートの前記内部空間に第２のシリカキセロゲルを含浸するステップと、
    前記含浸された第１のシリカキセロゲルと前記含浸された第２のシリカキセロゲルとを疎水化するステップと、
    を含み、
    前記第１の繊維シートと前記含浸された第１のシリカキセロゲルとは第１の断熱材を構成し、
    前記第２の繊維シートと前記含浸された第２のシリカキセロゲルとは第２の断熱材を構成し、
    前記第１の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する前記第１の断熱材の圧縮率が１５％以上であり、
    前記第２の断熱材に加えられた５ＭＰａの圧力に対する前記第２の断熱材の圧縮率が１０％以下である、断熱シートの製造方法。
  10. 前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとはガラス繊維からなり、
    前記第１の繊維シートの厚さ１ｍｍ当たりの目付量は前記第２の繊維シートの厚さ１ｍｍ当たりの目付量よりも小さい、請求項９に記載の断熱シートの製造方法。
  11. 前記含浸された第１のシリカキセロゲルと前記含浸された第２のシリカキセロゲルとを疎水化する前記ステップは、前記接合領域の間の非接合領域において前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとの間にスペースを形成した状態で前記含浸された第１のシリカキセロゲルと前記含浸された第２のシリカキセロゲルとを疎水化するステップを含む、請求項９に記載の断熱シートの製造方法。
  12. 前記繊維材の前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとの間にスペーサを設けることにより前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとの間に前記スペースを形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の断熱シートの製造方法。
  13. 前記含浸された第１のシリカキセロゲルと前記含浸された第２のシリカキセロゲルとを疎水化する前記ステップの後で、前記繊維材の前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとの間から前記スペーサを除くステップをさらに含む、請求項１２に記載の断熱シートの製造方法。
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