JPWO2010143408A1 - 電池パック - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1では、複数の電池を、難燃性樹脂からなる隔離板によって互いに隔てることが提案されている。
前記少なくとも1つの断熱層は、110℃以上200℃未満の第1の所定温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大することを特徴とする。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
また、本発明では、断熱層を構成する材料に発泡材料を用いるため、無機耐火材料を用いる場合でも、少量の無機耐火材料の使用で十分な断熱効果が得られる。
(実施形態1)
電池3、4は、円柱体であり、その一端面に正極端子が設けられ、その他端面に負極端子が設けられている。電池3、4は、互いに側面同士を対向させて、同じ向きに配置されている。電池3、4の両端面は断熱層で覆われず、正極端子および負極端子が露出している。電池3、4の端面同士は互いに対向しないので、電池3および電池4の端面同士の間での熱伝導は起こり難い。
結着力の観点からはNa>K>Liの順であり、耐水性の観点からはLi>K>Naの順である。これら3種のアルカリ金属の珪酸塩を、電池パックの使用機器にあわせて、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
たとえば、電池パック1において、電池3が異常に発熱した場合、断熱層5が第1の所定温度に熱せられると、断熱層5中のアルカリ金属の珪酸塩が発泡し、断熱層5は気泡を生じながら膨張する。その結果、気泡を多数含む、膨張した断熱層5によって、電池3から隣接する電池4への熱伝導が抑えられ、電池3の異常な発熱が電池4に及ぶことが阻止される。
なお、膨張率は、下記式で表される。
膨張率(%)=(断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み)/(断熱層の膨張前の厚み)×100
断熱層の膨張の程度は、例えば、発泡材料の種類および含有割合、ならびに後述する発泡促進剤の含有割合に応じて調整することができる。
断熱層の厚みは、円筒型電池の軸方向に垂直な断面における径方向の厚み寸法を指す。なお、角型電池の場合、断熱層の厚みは、側面に対して垂直な方向の厚み寸法を指す。
また、断熱層5、6は、発火点、引火点を有さない不燃材料で主に構成されているため、電池パック1の信頼性を高める上で適したものである。
無機粒子は、断熱層内にて均一に分散している。無機粒子は、耐熱性および断熱層の形状安定性の観点からセラミックスの粒子であるのが好ましい。
セラミックスには、珪酸アルミニウム、ケイフッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも1種を用いるのがより好ましい。
構造材の含有割合が過度に少ないと、断熱層5、6の発泡時に、断熱層5、6の厚みが局所的に不均一になり、得られる発泡層(膨張した断熱層)による断熱効果が十分に得られない場合がある。構造材の含有割合が過度に多いと、発泡材料および発泡促進剤が占める割合が相対的に減少するため、断熱層5、6による断熱効果が十分に得られない場合がある。
(A)筐体2を準備する工程と、
(B)アルカリ金属の珪酸塩を含む断熱層形成用組成物を作製する工程と、
(C)工程(B)で作製した断熱層形成用組成物を、電池3、4の側面に一定の厚さで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層5、6を形成する工程と、
(D)筐体2内に、電池3、4を収納する工程と、を含む。
筐体は、例えば、樹脂成型により得られる。筐体の成型に用いられる樹脂材料には、UL−94規格のV−0以上の難燃性樹脂を使用することが好ましい。「ノート型PCにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」((社)電子情報技術産業協会、(社)電池工業会)では、筐体の樹脂材料に上記の難燃性樹脂を用いることが推奨されている。筐体の構成材料には、難燃化処理された高分子材料を用いるのが好ましい。その高分子材料としては、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、およびポリエチレンテレフタレート(PET)などのいずれかに難燃化処理を施したものを用いるのが好ましい。
断熱層形成用組成物は、例えば、アルカリ金属の珪酸塩に、溶媒または分散媒を加えることにより得られる。必要に応じて、断熱層形成用組成物に、さらに発泡促進剤および構造材のうちの少なくとも一方を加えてもよい。溶媒または分散媒には、例えば、水や有機溶媒が用いられる。
作業上の観点から、断熱層形成用組成物として、水ガラス(珪酸ナトリウムの水溶液)を用いるのが好ましい。水ガラスとしては、例えば、JIS規格(JIS K 1408)の1〜3号の珪酸ナトリウムが用いられる。
例えば、電池の側面に、断熱層形成用組成物を塗布し、塗膜を形成した後、塗膜を乾燥し、塗膜中の溶媒または分散媒を除去することにより、断熱層を形成する。例えば、断熱層形成用組成物に水ガラスを用いる場合、結晶水を有する固形状の珪酸ナトリウムを含む断熱層を形成することができる。
断熱層形成用組成物の塗布方法には、浸漬塗布法、ローラ塗布法、スプレー塗布法、ドクターブレード塗布法等の、従来から公知の塗布方法が用いられる。
例えば、工程(A)において、筐体を、ケース本体および蓋体で構成する場合、ケース本体の開口部より電池を収納した後、接着剤または熱溶着によりケース本体に蓋体を装着して、筐体内に電池を収納する。
また、電池を3個以上収納した電池パックにおいても、全電池に断熱層を設けてよく、あるいは断熱層を有する電池とそれを有しない電池とを交互に配置して収納してもよい。隣接する電池への熱の伝播をより確実に防ぐためには、全電池に断熱層を設けるのが好ましい。
本実施形態の電池パック11は、図3および図4に示すように、円筒型二次電池である電池13、14と、電池13、14を収納する角型の樹脂製の筐体12と、電池13と電池14との間を隔離する隔離板16とを備える。隔離板16は、担持板17および担持板17の片面に形成された断熱層15からなる。
合金系の負極活物質を用いた非水電解質二次電池のような、容量が比較的大きい電池を用いる場合、電池が異常に発熱した際の電池温度が非常に高くなる。このような電池を用いる場合、担持板17には、ステンレス鋼およびチタンのような融点の高い材料を用いるのが好ましい。
実施形態1の工程(A)および工程(B)と、
(C)工程(B)で作製した断熱層形成用組成物を、担持板17の片面に一定の厚みで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層15を形成し、隔離板16を作製する工程と、
(D)電池13と電池14との間に隔離板16が配置されるように、筐体12内に電池13および14、ならびに隔離板16を収納する工程と、を含む。
また、工程(A)において、ケース本体の内面の所定箇所に、隔離板の端部を嵌合させるための溝を形成する場合、工程(D)において、ケース本体内に電池を収納する前に、予め隔離板の端部を溝に嵌合させ、隔離板をケース本体の所定位置に設置させてもよい。
円筒型電池の代わりに角型電池を筐体内に収納する場合、隔離板16の幅(断熱層15の電池の軸方向に垂直な面における面方向の長さ)は、角型電池の設置面(筐体の内底面)からの高さ以上の寸法とするのが好ましい。
本実施形態の電池パックは、実施形態2の隔離板16の代わりに、図5に示す、断熱層23および断熱層23を収納する袋体22からなる隔離板21を用いる以外、実施形態2と同じ構成である。
断熱層23が、その厚み方向に膨張し易いように、隔離板21の厚み方向の断面において、袋体22の断熱層23の端面を覆う部分の周囲長の寸法を、断熱層23の厚み寸法(発泡材料が発泡する前の厚み寸法)よりも長くしておくのが好ましい。隔離板21の厚み方向の断面において、袋体22の断熱層23の端面を覆う部分の周囲長の寸法は、断熱層23の厚み寸法(発泡材料が発泡する前の厚み寸法)の1.3〜7倍程度にしておくのが好ましく、より好ましくは3〜5倍程度である。袋体22内での断熱層23の形状安定性および袋体22の内容積の観点から、断熱層23の厚み方向の膨張率は、30〜600%が好ましく、200〜400%がより好ましい。
表面保護層を構成する材料には、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いるのが好ましい。ポリアミドとしては、6−ナイロン、6,6−ナイロン、6,10−ナイロン、および6,12−ナイロン等が挙げられる。これらのなかでも、融点が比較的高く、耐熱性に優れている点で、6,10−ナイロンおよび6,12−ナイロンが好ましい。表面保護層の厚みは、10〜50μmであるのが好ましい。
実施形態1の工程(A)および工程(B)と、
(C)工程(B)で作製した断熱層形成用組成物を用いて断熱層を形成し、袋体22内に断熱層23を配し、隔離板21を作製する工程と、
(D)電池13と電池14との間に隔離板21が配置されるように、筐体12内に電池13および14、ならびに隔離板21を収納する工程と、を含む。
具体的には、1枚のフィルム上に断熱層形成用組成物を塗布した後、乾燥し、断熱層を形成する。このとき、フィルムの周縁部には断熱層を配置せずにフィルムを露出させる。すなわち、枠状にフィルムを露出させる。
断熱層の上に、もう1枚のフィルムを被せた後、2枚のフィルムの周縁部同士を、接着剤または熱溶着により接合する。このようにして、断熱層を収納する袋体を構成する。
このとき、フィルムにおける枠状の露出部のうち、その外周端縁部の所定領域を接合部とし、フィルムにおける断熱層を配置する部分と、接合部との間の部分は、袋体内で断熱層が膨張可能なように接合しない領域を設ける。熱溶着の場合、接合する側の樹脂層を上記の接着層とするのが好ましい。断熱層は、袋体内に収納されていればよく、袋体の内面に密着していなくてもよい。断熱層の膨張前および膨張後の両方において、袋体内にて断熱層を安定して保持することができる。
以下の手順で、実施形態1の電池パックを作製した。
実施形態1における二次電池3、4に代えて、長さ65mm、外径18mmのSUS304製円柱体を2個準備した。円柱体の側面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層(厚さ1mm)を形成した。このようにして、円柱体の側面を断熱層で被覆した。断熱層形成用組成物には、珪酸ソーダ(大阪硅曹株式会社製、商品名:3号珪酸ソーダ)80質量部に水20質量部を加えて得られた珪酸ナトリウムの水溶液を用いた。Na2O:SiO2のモル比は1:3であった。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体の開口部より円柱体を収納した後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に円柱体を2個収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。
以下の手順で、実施形態2の電池パックを作製した。
長さ65mm、幅20mm、厚さ0.03mmのステンレス鋼箔の片面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層(厚さ1mm)を形成した。このようにして、長さ65mm、幅20mm、および厚み1mmの隔離板を得た。断熱層形成用組成物には、実施例1と同じものを用いた。
実施例1と同じ筐体内に、上記の隔離板および2個の円柱体を収納した。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体に円柱体の2個を収納し、さらに、2個の円柱体の間に隔離板を挿入した。その後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に隔離板および2個の円柱体を収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートF(珪酸ソーダベース、構造材他含有)を使用した以外、実施例1と同様の方法により電池パックを作製した。Na2O:SiO2のモル比は1:3.2であった。
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートF(珪酸ソーダベース、構造材他含有)を使用した以外、実施例2と同様の方法により電池パックを作製した。
2個の円柱体の側面を断熱層で被覆せずに、2個の円柱体の間に、長さ65mm、幅20mm、および厚さ1mmのPC板を配置した以外、実施例1と同様の方法により電池パックを作製した。
以下の手順で、実施形態3の電池パックを作製した。
アルミニウムラミネートフィルム(長さ73mm、幅28mm、厚さ0.1mm)(以下、単にフィルム)の片面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層(長さ65mm、幅20mm、厚さ1mm)を形成した。
断熱層形成用組成物には、実施例1と同じものを用いた。フィルムには、アルミニウム層(厚み40μm)、アルミニウム層の一方の面に形成されたPET層(表面保護層)(厚み30μm)、およびアルミニウム層の他方の面に形成されたPP層(接着層)(厚み30μm)の積層体を用いた。このフィルムの接着層の表面に、断熱層を形成した。このとき、フィルムの周縁部には断熱層を配置せずにフィルムを枠状に露出させた。この露出部の幅は4mmとした。
断熱層の上に、さらに上記と同じフィルムを配置し、接着層が断熱層と対向するように、2枚のフィルムを重ね合わせた。そして、2枚のフィルムの露出部同士(接着層同士)を熱溶着させた。このようにして、断熱層および断熱層を収納する袋状のフィルムからなる隔離板21を得た。
このとき、フィルムにおける枠状の露出部における外周端縁部の幅2mmの領域を熱溶着部とし、フィルムにおける断熱層を配置する部分と、熱溶着部との間(幅2mmの領域)には、袋体内で断熱層が膨張可能なように熱溶着させない領域を設けた。
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートF(珪酸ソーダベース、構造材他含有)を使用した以外、実施例5と同様の方法により電池パックを作製した。
実施例1〜6および比較例1について、以下の評価を行った。セラミックヒーター(坂口電熱(株)製、MS−M5)を準備した。筐体から蓋を取り外し、一方の円柱体の一端面にセラミックヒーターの板状の発熱体を当接し、この発熱体から延びる一対のリード線を端子間電圧6Vの電源に接続した。ヒーター温度を700℃に設定した。ヒーター温度が700℃に達してから10分後に、他方の円柱体の温度を熱電対で測定した。
膨張率(%)=(断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み)/(断熱層の膨張前の厚み)×100
その結果を表1に示す。
特許文献1では、複数の電池を、難燃性樹脂からなる隔離板によって互いに隔てることが提案されている。
前記少なくとも1つの断熱層は、110℃以上200℃未満の第1の所定温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大することを特徴とする。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
また、本発明では、断熱層を構成する材料に発泡材料を用いるため、無機耐火材料を用いる場合でも、少量の無機耐火材料の使用で十分な断熱効果が得られる。
(実施形態1)
電池3、4は、円柱体であり、その一端面に正極端子が設けられ、その他端面に負極端子が設けられている。電池3、4は、互いに側面同士を対向させて、同じ向きに配置されている。電池3、4の両端面は断熱層で覆われず、正極端子および負極端子が露出している。電池3、4の端面同士は互いに対向しないので、電池3および電池4の端面同士の間での熱伝導は起こり難い。
結着力の観点からはNa>K>Liの順であり、耐水性の観点からはLi>K>Naの順である。これら3種のアルカリ金属の珪酸塩を、電池パックの使用機器にあわせて、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
たとえば、電池パック1において、電池3が異常に発熱した場合、断熱層5が第1の所定温度に熱せられると、断熱層5中のアルカリ金属の珪酸塩が発泡し、断熱層5は気泡を生じながら膨張する。その結果、気泡を多数含む、膨張した断熱層5によって、電池3から隣接する電池4への熱伝導が抑えられ、電池3の異常な発熱が電池4に及ぶことが阻止される。
なお、膨張率は、下記式で表される。
膨張率(%)=(断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み)/(断熱層の膨張前の厚み)×100
断熱層の膨張の程度は、例えば、発泡材料の種類および含有割合、ならびに後述する発泡促進剤の含有割合に応じて調整することができる。
断熱層の厚みは、円筒型電池の軸方向に垂直な断面における径方向の厚み寸法を指す。なお、角型電池の場合、断熱層の厚みは、側面に対して垂直な方向の厚み寸法を指す。
また、断熱層5、6は、発火点、引火点を有さない不燃材料で主に構成されているため、電池パック1の信頼性を高める上で適したものである。
無機粒子は、断熱層内にて均一に分散している。無機粒子は、耐熱性および断熱層の形状安定性の観点からセラミックスの粒子であるのが好ましい。
セラミックスには、珪酸アルミニウム、ケイフッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも1種を用いるのがより好ましい。
構造材の含有割合が過度に少ないと、断熱層5、6の発泡時に、断熱層5、6の厚みが局所的に不均一になり、得られる発泡層(膨張した断熱層)による断熱効果が十分に得られない場合がある。構造材の含有割合が過度に多いと、発泡材料および発泡促進剤が占める割合が相対的に減少するため、断熱層5、6による断熱効果が十分に得られない場合がある。
(A)筐体2を準備する工程と、
(B)アルカリ金属の珪酸塩を含む断熱層形成用組成物を作製する工程と、
(C)工程(B)で作製した断熱層形成用組成物を、電池3、4の側面に一定の厚さで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層5、6を形成する工程と、
(D)筐体2内に、電池3、4を収納する工程と、を含む。
筐体は、例えば、樹脂成型により得られる。筐体の成型に用いられる樹脂材料には、UL−94規格のV−0以上の難燃性樹脂を使用することが好ましい。「ノート型PCにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」((社)電子情報技術産業協会、(社)電池工業会)では、筐体の樹脂材料に上記の難燃性樹脂を用いることが推奨されている。筐体の構成材料には、難燃化処理された高分子材料を用いるのが好ましい。その高分子材料としては、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、およびポリエチレンテレフタレート(PET)などのいずれかに難燃化処理を施したものを用いるのが好ましい。
断熱層形成用組成物は、例えば、アルカリ金属の珪酸塩に、溶媒または分散媒を加えることにより得られる。必要に応じて、断熱層形成用組成物に、さらに発泡促進剤および構造材のうちの少なくとも一方を加えてもよい。溶媒または分散媒には、例えば、水や有機溶媒が用いられる。
作業上の観点から、断熱層形成用組成物として、水ガラス(珪酸ナトリウムの水溶液)を用いるのが好ましい。水ガラスとしては、例えば、JIS規格(JIS K 1408)の1〜3号の珪酸ナトリウムが用いられる。
例えば、電池の側面に、断熱層形成用組成物を塗布し、塗膜を形成した後、塗膜を乾燥し、塗膜中の溶媒または分散媒を除去することにより、断熱層を形成する。例えば、断熱層形成用組成物に水ガラスを用いる場合、結晶水を有する固形状の珪酸ナトリウムを含む断熱層を形成することができる。
断熱層形成用組成物の塗布方法には、浸漬塗布法、ローラ塗布法、スプレー塗布法、ドクターブレード塗布法等の、従来から公知の塗布方法が用いられる。
例えば、工程(A)において、筐体を、ケース本体および蓋体で構成する場合、ケース本体の開口部より電池を収納した後、接着剤または熱溶着によりケース本体に蓋体を装着して、筐体内に電池を収納する。
また、電池を3個以上収納した電池パックにおいても、全電池に断熱層を設けてよく、あるいは断熱層を有する電池とそれを有しない電池とを交互に配置して収納してもよい。隣接する電池への熱の伝播をより確実に防ぐためには、全電池に断熱層を設けるのが好ましい。
本実施形態の電池パック11は、図3および図4に示すように、円筒型二次電池である電池13、14と、電池13、14を収納する角型の樹脂製の筐体12と、電池13と電池14との間を隔離する隔離板16とを備える。隔離板16は、担持板17および担持板17の片面に形成された断熱層15からなる。
合金系の負極活物質を用いた非水電解質二次電池のような、容量が比較的大きい電池を用いる場合、電池が異常に発熱した際の電池温度が非常に高くなる。このような電池を用いる場合、担持板17には、ステンレス鋼およびチタンのような融点の高い材料を用いるのが好ましい。
実施形態1の工程(A)および工程(B)と、
(C)工程(B)で作製した断熱層形成用組成物を、担持板17の片面に一定の厚みで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層15を形成し、隔離板16を作製する工程と、
(D)電池13と電池14との間に隔離板16が配置されるように、筐体12内に電池13および14、ならびに隔離板16を収納する工程と、を含む。
また、工程(A)において、ケース本体の内面の所定箇所に、隔離板の端部を嵌合させるための溝を形成する場合、工程(D)において、ケース本体内に電池を収納する前に、予め隔離板の端部を溝に嵌合させ、隔離板をケース本体の所定位置に設置させてもよい。
円筒型電池の代わりに角型電池を筐体内に収納する場合、隔離板16の幅(断熱層15の電池の軸方向に垂直な面における面方向の長さ)は、角型電池の設置面(筐体の内底面)からの高さ以上の寸法とするのが好ましい。
本実施形態の電池パックは、実施形態2の隔離板16の代わりに、図5に示す、断熱層23および断熱層23を収納する袋体22からなる隔離板21を用いる以外、実施形態2と同じ構成である。
断熱層23が、その厚み方向に膨張し易いように、隔離板21の厚み方向の断面において、袋体22の断熱層23の端面を覆う部分の周囲長の寸法を、断熱層23の厚み寸法(発泡材料が発泡する前の厚み寸法)よりも長くしておくのが好ましい。隔離板21の厚み方向の断面において、袋体22の断熱層23の端面を覆う部分の周囲長の寸法は、断熱層23の厚み寸法(発泡材料が発泡する前の厚み寸法)の1.3〜7倍程度にしておくのが好ましく、より好ましくは3〜5倍程度である。袋体22内での断熱層23の形状安定性および袋体22の内容積の観点から、断熱層23の厚み方向の膨張率は、30〜600%が好ましく、200〜400%がより好ましい。
表面保護層を構成する材料には、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いるのが好ましい。ポリアミドとしては、6−ナイロン、6,6−ナイロン、6,10−ナイロン、および6,12−ナイロン等が挙げられる。これらのなかでも、融点が比較的高く、耐熱性に優れている点で、6,10−ナイロンおよび6,12−ナイロンが好ましい。表面保護層の厚みは、10〜50μmであるのが好ましい。
実施形態1の工程(A)および工程(B)と、
(C)工程(B)で作製した断熱層形成用組成物を用いて断熱層を形成し、袋体22内に断熱層23を配し、隔離板21を作製する工程と、
(D)電池13と電池14との間に隔離板21が配置されるように、筐体12内に電池13および14、ならびに隔離板21を収納する工程と、を含む。
具体的には、1枚のフィルム上に断熱層形成用組成物を塗布した後、乾燥し、断熱層を形成する。このとき、フィルムの周縁部には断熱層を配置せずにフィルムを露出させる。すなわち、枠状にフィルムを露出させる。
断熱層の上に、もう1枚のフィルムを被せた後、2枚のフィルムの周縁部同士を、接着剤または熱溶着により接合する。このようにして、断熱層を収納する袋体を構成する。
このとき、フィルムにおける枠状の露出部のうち、その外周端縁部の所定領域を接合部とし、フィルムにおける断熱層を配置する部分と、接合部との間の部分は、袋体内で断熱層が膨張可能なように接合しない領域を設ける。熱溶着の場合、接合する側の樹脂層を上記の接着層とするのが好ましい。断熱層は、袋体内に収納されていればよく、袋体の内面に密着していなくてもよい。断熱層の膨張前および膨張後の両方において、袋体内にて断熱層を安定して保持することができる。
以下の手順で、実施形態1の電池パックを作製した。
実施形態1における二次電池3、4に代えて、長さ65mm、外径18mmのSUS304製円柱体を2個準備した。円柱体の側面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層(厚さ1mm)を形成した。このようにして、円柱体の側面を断熱層で被覆した。断熱層形成用組成物には、珪酸ソーダ(大阪硅曹株式会社製、商品名:3号珪酸ソーダ)80質量部に水20質量部を加えて得られた珪酸ナトリウムの水溶液を用いた。Na2O:SiO2のモル比は1:3であった。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体の開口部より円柱体を収納した後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に円柱体を2個収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。
以下の手順で、実施形態2の電池パックを作製した。
長さ65mm、幅20mm、厚さ0.03mmのステンレス鋼箔の片面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層(厚さ1mm)を形成した。このようにして、長さ65mm、幅20mm、および厚み1mmの隔離板を得た。断熱層形成用組成物には、実施例1と同じものを用いた。
実施例1と同じ筐体内に、上記の隔離板および2個の円柱体を収納した。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体に円柱体の2個を収納し、さらに、2個の円柱体の間に隔離板を挿入した。その後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に隔離板および2個の円柱体を収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートF(珪酸ソーダベース、構造材他含有)を使用した以外、実施例1と同様の方法により電池パックを作製した。Na2O:SiO2のモル比は1:3.2であった。
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートF(珪酸ソーダベース、構造材他含有)を使用した以外、実施例2と同様の方法により電池パックを作製した。
2個の円柱体の側面を断熱層で被覆せずに、2個の円柱体の間に、長さ65mm、幅20mm、および厚さ1mmのPC板を配置した以外、実施例1と同様の方法により電池パックを作製した。
以下の手順で、実施形態3の電池パックを作製した。
アルミニウムラミネートフィルム(長さ73mm、幅28mm、厚さ0.1mm)(以下、単にフィルム)の片面に断熱層形成用組成物を均一に塗布し、一昼夜放置して自然乾燥し、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層(長さ65mm、幅20mm、厚さ1mm)を形成した。
断熱層形成用組成物には、実施例1と同じものを用いた。フィルムには、アルミニウム層(厚み40μm)、アルミニウム層の一方の面に形成されたPET層(表面保護層)(厚み30μm)、およびアルミニウム層の他方の面に形成されたPP層(接着層)(厚み30μm)の積層体を用いた。このフィルムの接着層の表面に、断熱層を形成した。このとき、フィルムの周縁部には断熱層を配置せずにフィルムを枠状に露出させた。この露出部の幅は4mmとした。
断熱層の上に、さらに上記と同じフィルムを配置し、接着層が断熱層と対向するように、2枚のフィルムを重ね合わせた。そして、2枚のフィルムの露出部同士(接着層同士)を熱溶着させた。このようにして、断熱層および断熱層を収納する袋状のフィルムからなる隔離板21を得た。
このとき、フィルムにおける枠状の露出部における外周端縁部の幅2mmの領域を熱溶着部とし、フィルムにおける断熱層を配置する部分と、熱溶着部との間(幅2mmの領域)には、袋体内で断熱層が膨張可能なように熱溶着させない領域を設けた。
断熱層形成用組成物に、株式会社アクセス製のアクセラコートF(珪酸ソーダベース、構造材他含有)を使用した以外、実施例5と同様の方法により電池パックを作製した。
実施例1〜6および比較例1について、以下の評価を行った。セラミックヒーター(坂口電熱(株)製、MS−M5)を準備した。筐体から蓋を取り外し、一方の円柱体の一端面にセラミックヒーターの板状の発熱体を当接し、この発熱体から延びる一対のリード線を端子間電圧6Vの電源に接続した。ヒーター温度を700℃に設定した。ヒーター温度が700℃に達してから10分後に、他方の円柱体の温度を熱電対で測定した。
膨張率(%)=(断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み)/(断熱層の膨張前の厚み)×100
その結果を表1に示す。
Claims (14)
- 複数個の二次電池、前記複数個の二次電池を収納する筐体、および前記複数個の二次電池を相互に隔離する、少なくとも1つの断熱層を具備し、
前記少なくとも1つの断熱層は、110℃以上200℃未満の第1の所定温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大することを特徴とする電池パック。 - 前記少なくとも1つの断熱層は、前記二次電池の各々の表面に配されている断熱層を含む請求項1記載の電池パック。
- 前記断熱層の前記発泡材料が発泡する前の厚みは、0.1〜3mmである請求項2記載の電池パック。
- 前記少なくとも1つの断熱層は、前記複数個の二次電池を相互に隔離するように配置された少なくとも1つの隔壁体に支持されている請求項1記載の電池パック。
- 前記隔壁体は、金属箔を含み、
前記断熱層は、前記金属箔の片面に担持されている請求項4記載の電池パック。 - 前記断熱層の前記発泡材料が発泡する前の厚みは、0.1〜3mmである請求項5記載の電池パック。
- 前記隔壁体は、袋体を含み、
前記断熱層は、前記袋体内に収納されている請求項4記載の電池パック。 - 前記断熱層の前記発泡材料が発泡する前の厚みは、0.1〜3mmである請求項7記載の電池パック。
- 前記二次電池の各々は円筒型であり、軸方向を平行にして横一列に配置されており、
前記隔壁体の幅は、前記二次電池の直径以上の寸法である請求項4記載の電池パック。 - 前記発泡材料は、結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩を含む請求項1記載の電池パック。
- 前記アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、およびリチウムからなる群より選択される少なくとも1種である請求項10記載の電池パック。
- 前記断熱層は、さらに200℃以上の第2の所定温度で発泡可能な発泡促進剤と、前記第2の所定温度で発泡しない無機粒子からなる構造材とを含む請求項1記載の電池パック。
- 前記発泡促進剤が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸バリウムからなる群より選択される少なくとも1種である請求項12記載の電池パック。
- 前記構造材が、珪酸アルミニウム、珪フッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも1種である請求項12記載の電池パック。
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