JPWO2020027299A1

JPWO2020027299A1 - 冷却プレートおよび電池構造体

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Publication number: JPWO2020027299A1
Application number: JP2020534755A
Authority: JP
Inventors: 和樹木村; 真哉内藤; 瑞枝栗谷川; 知記鳥居; 恭平野本
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: JP7097975B2; WO2020027299A1; KR20210025653A; CN112514141A; EP3832786A4; EP3832786A1; US20210249710A1

Abstract

溝部が複数形成された樹脂製プレート（２）と、樹脂製プレート（２）の溝部が形成された面上に設けられた金属製プレート（３）と、を有し、樹脂製プレート（２）と金属製プレート（３）とが接着層４を介して接合されており、樹脂製プレート（２）の溝部が冷却水の流路（８）を形成している冷却プレート（１）。

Description

本発明は、冷却プレートおよび電池構造体に関する。

電池ブロックは、例えば、複数の電池セルを配列して支持部材に固定し、各電池セルの正・負極端子を、バスバー等により相互に電気的に接続して構成される。電池モジュールは、例えば、このような電池ブロックを複数個備え、複数の電池ブロックを上下に積層または並列に配置してベース部材に固定した構造を有する。
電池ブロックおよび電池モジュールは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に電源用として搭載され、大電流を出力することができる。電池ブロックを形成する各電池セルは、充放電時に発熱する。このため、このような電池ブロックには冷却装置が備えられる場合がある。このような電池ブロック用の冷却装置の一例として、冷却パイプを各電池セルに直接固定した構造、あるいは箱型の金属製冷却プレートに冷却パイプを内蔵し、この冷却プレートを電池セルに固定した構造が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−１３４９０１号公報

冷却パイプを各電池セルに直接接触して冷却する構造は、特に大型や大重量の電池ブロックの場合、衝撃や振動等への耐性が乏しい場合がある。一方で、冷却パイプが内蔵された冷却プレートを備える電池ブロックでは、各電池セルは冷却プレートに内蔵された冷却パイプを介して冷却されるので、冷却効率が悪くなることが予想される。また、冷却プレートが金属製であるので、重量が大きくなるという問題もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却効率を高めることができるとともに、電池構造体全体の軽量化を達成できる冷却プレートを提供することを課題とする。

本発明によれば以下に示す冷却プレートおよび電池構造体が提供される。
［１］
溝部が複数形成された樹脂製プレートと、上記樹脂製プレートの上記溝部が形成された面上に設けられた金属製プレートと、を有し、
上記樹脂製プレートと上記金属製プレートとが接着層を介して接合されており、
上記樹脂製プレートの上記溝部が冷却水の流路を形成している冷却プレート。
［２］
上記接着層がフィルム状接着剤または液状接着剤により形成されている上記［１］に記載の冷却プレート。
［３］
上記金属製プレートにおける上記接着層との接着部表面に微細凹凸構造が形成されている上記［１］または［２］に記載の冷却プレート。
［４］
上記金属製プレートにおける上記接着層との接着部表面に親水性基が形成されている上記［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の冷却プレート。
［５］
上記樹脂製プレートにおける上記接着層との接着部表面の水接触角が１０〜８０°の範囲にある上記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の冷却プレート。
［６］
上記樹脂製プレートと上記金属製プレートの外周端部がリベットまたはネジ止めされている上記［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の冷却プレート。
［７］
上記金属製プレートがアルミニウム製部材、アルミニウム合金製部材、銅製部材および銅合金製部材からなる群から選択される少なくとも一種の部材により構成されている上記［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の冷却プレート。
［８］
上記樹脂製プレートに形成された上記溝部による冷却水の流路において、その一方の端部が入水管に接続し、他方が出水管に接続している上記［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の冷却プレート。
［９］
上記冷却プレートが、２つ以上の角形、円筒形またはパウチ状の電池セルの平面を立てて互いに密着させてまたは一定の間隔をあけて隣接するように配置した電池ブロックを冷却するためのものである上記［１］乃至［８］のいずれか１つに記載の冷却プレート。
［１０］
２つ以上の角形、円筒形またはパウチ状の電池セルの平面を立てて互いに密着させてまたは一定の間隔をあけて隣接するように配置した電池ブロックと、
上記［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の冷却プレートと、
上記電池ブロックを収容するケースと、
を備え、
上記冷却プレートにおける上記金属製プレート上に上記電池ブロックが配置されている電池構造体。
［１１］
上記電池セルがリチウムイオン電池である上記［１０］に記載の電池構造体。

本発明によれば、冷却効率を高めることができるとともに、電池構造体全体の軽量化を達成できる冷却プレートを提供することができる。

本実施形態に係る冷却プレートの構造の一例を模式的に示した斜視図である。図１に示す冷却プレートのＡ点を通るｙ−ｚ方向の断面斜視図である。本実施形態に係る樹脂製プレートと金属製プレートの接着状態の一例を模式的に示した概念図である。図２をＳ方向から眺めた断面図である。図４に示すケースに収められた電池セルの配置の例（ａ）、（ｂ）を示した断面図である。本実施形態に係る引っ張りせん断強度測定用の試験片の構造を模式的に示した斜視図である。本実施形態に係る引っ張りせん断強度試験方法を模式的に示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図面は本発明の一例を示す概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。文中の数字の間にある「〜」は特に断りがない限り、以上から以下を示す。

＜冷却プレート＞
本実施形態に係る冷却プレート１は、溝部が複数形成された樹脂製プレート２と、樹脂製プレート２の溝部が形成された面上に設けられた金属製プレート３と、を有し、樹脂製プレート２と金属製プレート３とが接着層４を介して接合されており、樹脂製プレート２の溝部が冷却水の流路８を形成している冷却プレートである。
金属製プレート３は樹脂製プレート２に形成された冷却水の流路８によって、全体が冷却されているため、金属製プレート３に接する電池セルの冷却効率を高くすることができる。また、冷却水の流路８は軽量な樹脂製プレート２により形成されているため、電池構造体全体の重量を軽くすることができる。
以上から、本実施形態に係る冷却プレート１によれば、冷却効率を高めることができるとともに、電池構造体全体の軽量化を達成することができる。

以下、冷却プレート１を構成する接着層４、樹脂製プレート２、金属製プレート３について順次説明した後、これらの構成要素から冷却プレート１を形成する方法の一例を示す。

≪接着層４≫
本実施形態に係る冷却プレート１における樹脂製プレート２と金属製プレート３とが接触する面においては、樹脂製プレート２の層（以下、樹脂層と呼ぶ場合がある）、接着層４および金属製プレート３の層（以下、金属層と呼ぶ場合がある）が、この順に積層されている。
本実施形態に係る接着層４を形成する接着剤としては、固形状、液状（ペースト状を含む）の公知の接着剤を用いることができる。接着層を形成する方法は特に限定されず、公知の接着層の形成方法を適宜選択することができる。
固形状接着剤としては、工程を簡便にする観点からフィルム状の接着剤が好ましく、具体的には、公知の両面接着テープのようにフィルムの両面に接着剤を積層した接着剤等を挙げることができる。
液状接着剤を薄く均一に塗布することが難しい場合や、衝撃やたわみへの耐性も確保し難い場合に、固形状接着剤を用いることが好ましい。また、固形状接着剤は、塗布・乾燥工程を減らせる観点から好ましく用いられる場合がある。
また、本実施形態において接着層を形成する液状接着剤としては公知の天然系接着剤および合成系接着剤が制限なく使用できるが、接着力の持続性の視点から合成系接着剤が好ましい。
合成系接着剤は熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、エラストマーに分類できるが、接着強度の観点から熱硬化性接着剤が好ましい。熱硬化性接着剤としては、常温反応型接着剤（一液形）であっても加熱硬化型接着剤（二液形）であってもよい。
樹脂製プレートの材質が熱により変形しやすい場合は常温反応型接着剤が好ましく、熱による変形が起こりにくい材質の場合は、生産性（接着スピード等）を優先されて加熱硬化型接着剤が好ましい。
常温反応型接着剤としては、例えば、シアノアクリレート系接着剤（一液）、変性シリコーン樹脂系接着剤（湿気硬化）等を挙げることができ、加熱硬化型接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤（主に二液）等を挙げることができる。これらの接着剤の中で、接合強度や耐環境性の視点から、アクリル変性エポキシ樹脂やアクリル変性フェノール樹脂等のアクリル変性熱硬化性樹脂を主剤とする接着剤が好んで用いられる。アクリル変性熱硬化性樹脂としては、具体的にはエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の存在下で、例えばアルキルアクリレートやヒドロキシエチルアクリレート等のアクリレート系モノマーを重合して得られる、熱硬化性樹脂とビニルポリマーとのグラフト重合体を代表例として挙げることができる。どのような接着剤を用いるかは、どのような冷却プレートを、どのような材質から形成するか等の事情によって当業者が任意に判断する事項である。

本実施形態において、接着層の平均厚みは、例えば０．５〜５０００μｍ、好ましくは１．０〜２０００μｍ、より好ましくは１０〜１０００μｍである。平均厚みが上記下限値以上であることによって、樹脂層と金属層が十分な接着強度を発現し、上記上限値以下であることによって硬化反応中に発生する残留歪量を最小限に留めることが可能となる。

本実施形態に係る冷却プレート１においては、樹脂層と接着層との間、接着層と金属層との間にプライマー層を備えていてもよい。プライマー層は特に限定されないが、通常は樹脂層を構成する樹脂成分を含む樹脂材料からなる。プライマー層用の樹脂材料は特に限定されず、公知の物を用いることができる。具体的には、ポリオレフィン系プライマー、エポキシ系プライマー、ウレタン系プライマー等を例示することができる。これらのプライマーは、多層態様等も含めて二種以上を組み合わせてもよい。

≪樹脂製プレート２≫
本実施形態に係る樹脂製プレート２は、好ましくは熱可塑性樹脂組成物の成形体である。熱可塑性樹脂組成物は樹脂成分としての熱可塑性樹脂を含み、必要に応じて充填剤をさらに含んでもよい。
熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン系樹脂、極性基含有ポリオレフィン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂等のポリメタクリル系樹脂、ポリアクリル酸メチル樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール−ポリ塩化ビニル共重合体樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、無水マレイン酸−スチレン共重合体樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、アイオノマー、アミノポリアクリルアミド樹脂、イソブチレン無水マレイン酸コポリマー、ＡＢＳ、ＡＣＳ、ＡＥＳ、ＡＳ、ＡＳＡ、ＭＢＳ、エチレン−塩化ビニルコポリマー、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフトポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、塩素化ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、カルボキシビニルポリマー、ケトン樹脂、非晶性コポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、フッ素プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素化エチレンポリプロピレン樹脂、ＰＦＡ、ポリクロロフルオロエチレン樹脂、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリパラメチルスチレン樹脂、ポリアリルアミン樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、オリゴエステルアクリレート、キシレン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリグルタミン酸樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は一種単独で使用してもよいし、二種以上組み合わせて使用してもよい。

これらの中でも、熱可塑性樹脂としては、樹脂製プレート２と接着層４との接着強度、および／又は金属製プレート３と接着層４との接着強度向上効果をより効果的に得ることができるという観点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアリーレンエーテル系樹脂およびポリアリーレンスルフィド系樹脂から選択される一種または二種以上の熱可塑性樹脂が好適に用いられる。

本実施形態に係る熱可塑性樹脂組成物においては、樹脂製プレート２の機械的特性改良の視点や線膨張係数差調整等の視点から任意成分と充填剤を併用できる。充填剤としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、炭素粒子、粘土、タルク、シリカ、ミネラル、セルロース繊維からなる群から一種または二種以上を選ぶことができる。これらのうち、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、タルク、ミネラルから選択される一種または二種以上である。また、アルミナ、フォルステライト、マイカ、窒化アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等に代表される放熱性フィラーを用いることもできる。これらの充填剤の形状は特に限定されず、繊維状、粒子状、板状等どのような形状であってもよいが、後述するように金属製プレート３の表面に微細凹凸形状（微細凹凸構造とも呼ぶ。）が形成されている場合は、凹部に侵入できる程度の大きさを含む充填剤を使用することが好ましい。

なお、熱可塑性樹脂組成物が充填剤を含む場合、その含有量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上１００質量部以下であり、より好ましくは５質量部以上９０質量部以下であり、特に好ましくは１０質量部以上８０質量部以下である。

本実施形態に係る樹脂製プレート２として、熱硬化性樹脂組成物を用いることも可能である。熱硬化性樹脂組成物とは、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物である。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、ユリア（尿素）樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が用いられる。これら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。
これらの中でも、耐熱性、加工性、機械的特性、接着性および防錆性等の視点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される１以上を含む熱硬化性樹脂組成物が好適に用いられる。熱硬化性樹脂組成物に占める熱硬化性樹脂の含有量は、樹脂組成物全体を１００質量部としたとき、好ましくは１５質量部以上６０質量部以下であり、より好ましくは２５質量部以上５０質量部以下である。なお残余成分は例えば充填剤であり、充填剤としては、例えば、前述した充填剤を用いることができる。

樹脂製プレート２の成形方法としては公知の方法を制限なく使用でき、例えば射出成形、押出成形、加熱プレス成形、圧縮成形、トランスファーモールド成形、注型成形、レーザー溶着成形、反応射出成形（ＲＩＭ成形）、リム成形（ＬＩＭ成形）、溶射成形等を例示することができる。これらの中でも、樹脂製プレート２の製造方法としては、生産性および品質安定性の視点から射出成形法が好ましい。

本実施形態に係る樹脂製プレート２における接着層４との接着部表面（金属製プレート３と接着層を通して接合される面）の水接触角は、例えば１０〜８０°、好ましくは２０〜６５°、より好ましくは２０〜５０°、更に好ましくは２０〜４０°であり、２５〜６０°であってもよい。接合部表面の水接触角がこのような範囲を満たすことによって、樹脂製プレート２と金属製プレート３との接着強度を高めることが可能となる。
樹脂製プレート２表面への特定範囲の水接触角の付与は公知の方法のよって行うことが可能であり、例えばＵＶ処理、コロナ処理、オゾン処理、プラズマ処理等を例示できる。

本実施形態に係る樹脂製プレート２の金属製プレート３側の一面には溝部が複数形成されており、金属製プレート３側の一面には、面全体にわたって溝部が形成されていることが好ましい。この溝部は金属製プレート２面と密接することによって冷媒の流路８としての機能を生みだす。通常、複数個の溝部の頂部は同一高さに設定され、かつすべて、或いは一部の頂部が金属製プレート２面と接するように構成される。流路の入り口部および出口部（すなわち、流路の端部）には、入水管接続口５および出水管接続口６が設けられている。流路内には必要に応じて、マニフォールド部が設けられる。

本実施形態に係る樹脂製プレート２における金属製プレート３側の面とは反対側の面に補強リブが形成されていることが好ましく、より好ましくは面全体にわたって補強リブが形成されている。補強リブが形成されることによって樹脂製プレートの外的ストレスからのプレートの構造強度が増し、またリブ高さを高めに設定することによって樹脂製プレートの接地面との間に十分な空間が生まれ、断熱効果を向上できる場合がある。

≪金属製プレート３≫
本実施形態に係る冷却プレート１を構成する金属製プレート３は、リチウムイオン電池等の発熱体からの熱を拡散するとともに、樹脂製プレート２内を流通する冷媒に効率的に熱を伝達するという二つの役割を担う。それゆえ、金属製プレート３を構成する金属種は伝熱性に優れることが好ましい。このような視点から金属製プレート３を構成する金属種としては、アルミニウムまたは銅が用いられ、具体的にはアルミニウム製部材、アルミニウム合金製部材、銅製部材および銅合金製部材からなる群から選択される少なくとも一種の部材により構成されていることが好ましい。また金属製プレート３の平均厚みは、伝熱性、強度および軽量性を総合的に勘案して、例えば０．５ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜２０ｍｍである。

金属製プレート３における少なくとも接着層４との接着部表面は、脱脂されていることが好ましい。また、金属製プレート３における少なくとも接着層４との接着部表面は、微細凹凸形状が形成されているか、あるいは親水性基が形成されていることがより好ましい。高温高湿度下での接着強度の経時変化が少ない観点や、冷却液に浸漬後の接着強度に優れる観点から、微細凹凸形状が形成された表面にさらに親水性基が形成されていることがさらに好ましい。
こうすることで、接着層４と金属製プレート３との接着強度を高めることができ、その結果、冷媒の漏洩をより一層抑制できるとともに、機械的強度および耐久性の信頼性により一層優れた冷却プレート１を得ることができる。

本発明の好ましい形態（第一の形態）において金属表面に形成されている微細凹凸形状の大きさ（深さ、孔径、孔径間距離等）については特段の制限はないが、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準じて測定した十点平均粗さＲｚが、例えば１μｍ以上、好ましくは１μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましく３μｍ以上１００μｍ以下である微細凹凸形状である。
金属製プレート３の金属表面に上記十点平均粗さＲｚを有する微細凹凸形状を形成する方法として特段の制限はないが、例えば、水酸化ナトリウム等の無機塩基水溶液および／または塩酸、硝酸等の無機酸水溶液に金属部材を浸漬する方法；陽極酸化法により金属部材を処理する方法；機械的切削、例えばダイヤモンド砥粒研削またはブラスト加工によって作製した凹凸を有する金型パンチを金属部材表面にプレスすることにより金属部材表面に凹凸を形成する方法や、サンドブラスト、ローレット加工、レーザー加工により金属部材表面に凹凸形状を作製する方法；国際公開第２００９／３１６３２号パンフレットに開示されているような、水和ヒドラジン、アンモニア、および水溶性アミン化合物から選ばれる１種以上の水溶液に金属部材を浸漬する方法等が挙げることができる。

なお、上記した方法の中で、特に浸漬方法を採用する場合、金属製プレート３上の微細凹凸形状は、樹脂製プレート２との接触面のみならず、金属製プレート３の全表面に微細凹凸形状が形成されることになるが、このような実施形態は本発明の効果を何ら損なうものではない。

本発明の他の好ましい形態（第二の形態）において金属表面を覆う親水性基の具体例として、水酸基またはシラノール基を挙げることができる。金属表面への水酸基などの親水性基の導入は、例えばプラズマトリート社が開発したオープンエア（商標）とプラズマプラス（商標）技術を適宜組み合わせたプラズマ表面改質技術を実施することによって達成可能である。また、金属表面へのシラノール基の導入は、例えば、特許３５５７１９４号公報に記載されているようなイトロ処理（ケイ酸化炎処理）によってこれら官能基導入が可能である。上記微細凹凸構造が形成された金属表面にさらに水酸基やシラノール基を導入するためには、いったん上記方法で金属表面に微細嘔吐形状を形成させた後、次いでさらにプラズマあるいはイトロ処理を行えばよい。

≪冷却プレート１の形成方法≫
本実施形態に係る冷却プレート１は、樹脂製プレート２の溝部形成面と、金属製プレート３を重ね合わせ、接着層を介して接合さることによって形成される。具体的には、樹脂製プレート２側の接着面、および／または金属製プレート３側の接着面に、上記接着剤を塗布したのち、両者を接着する方法が挙げられる。接着条件は接着剤としてどのようなタイプを用いるかによっても変わるが、例えば、室温〜１５０℃の温度下で、０．１分〜７日程度の条件を例示できる。接着時は、加圧下で行ってもよい。加圧下で接着を行う場合、圧力は、例えば、０．０１〜１ＭＰａ程度である。

本実施形態に係る冷却プレート１は、樹脂製プレート２と金属製プレート３は上記したように接着層４を介して接合されていることに加えて、少なくとも樹脂製プレート２と冷却プレート１の外周端部がリベットまたはネジ止めされていることが好ましい。このように樹脂製プレート２と金属製プレートを二段階で堅固に接合・機械的締結することにより樹脂製プレート２内を流通する冷媒の液漏れをより効果的に抑制できる。

＜電池構造体＞
以下、本実施形態に係る電池ブロックおよび電池構造体の一実施の形態を説明する。
本実施形態に係る電池構造体は、２つ以上の角形、円筒形またはパウチ状の電池セル１１の平面を立てて互いに密着させてまたは一定の間隔をあけて隣接するように配置した電池ブロックと、本実施形態に係る冷却プレート１と、電池ブロックを収容するケース７と、を備え、冷却プレート１における金属製プレート３に電池ブロックが接するように配置されている。
すなわち、本実施形態に係る冷却プレート１は、２つ以上の角形、円筒形またはパウチ状の電池セルの平面を立てて互いに密着させてまたは一定の間隔をあけて隣接するように配置した電池ブロックを冷却するために用いられている。
本実施形態に係る電池ブロックは、複数の電池セル１１（図５参照）と、複数の電池セル１１が所定方向に配列された状態で固定する一対のサイドプレート（図示せず）と、電池セル１１の配列方向の両端のそれぞれに配置された一対のエンドプレート（図示せず）とを備えることが好ましい。また、冷却プレート１は、複数の電池セル１１の配列方向に延在されることが好ましい。そして、一つの電池ブロック、あるいは複数個の電池ブロックは、例えば、箱状またはコの字状の金属製ケースで覆われて、防水、防塵、耐衝撃機能が備えられていることが好ましい。

電池セル１１は、例えば、リチウムイオン二次電池である。各電池セル１１は、例えば、アルミニウム等の金属製部材により形成された電池缶内に不図示の発電ユニットが収容され、非水電解液が注入され、封口されたものである。

各電池セル１１の間には、金属製プレート３に固定されているスペーサ１２が介装されていてもいなくてもよい。すなわち、金属製プレート３における樹脂製プレート２側とは反対側に、スペーサ１２（冷却フィン）が形成されていてもよい。スペーサ１２が介装されていない場合（図５（ａ）参照）は、隣り合う電池セル間に空隙が発生するので空冷が可能となる。通常はセル間には絶縁性部材で形成されたスペーサ１２が介装されている（図５（ｂ）参照）。特にパウチ状電池セルの場合ではスペーサ１２が介装される。各スペーサ１２は、厚さ方向（電池セルの配列方向）の両側に電池セル１１が嵌入される開口部を有し、中間部に隔離壁が形成されている。
本実施形態に係る電池構造体においては、スペーサ１２は冷却フィンとしての機能を兼ね備えていてもよい。冷却フィンの材質は通常、金属製プレート３と同種の材質であり、より具体的にはアルミニウム合金および銅合金を好ましい例として例示できる。冷却フィンの電池セル１１と接する面には必要に応じて熱伝導性シート１０が貼付されていてもよい。エンドプレートは、例えば、アルミダイカスト等により形成されるアルミニウム合金、剛性が高い樹脂、または樹脂と鋼板とを一体成形して形成される。

冷却プレート１と各電池セル１１の底面との間には、好ましくは熱伝導性シート１０が介装される。通常、熱伝導性シート１０と電池セル１１との数は同一である。つまり、熱伝導性シート１０と電池セル１１とは１：１で配置されていることが好ましい。この構造とすることにより、各電池セル１１の下面の高さ方向（Ｚ方向）の位置が凸凹であっても、各電池セル１１と冷却プレート１との熱伝導を良好にすることができる。
しかし、熱伝導性シート１０は、電池セル１１と１：１の短冊状の部材とすると、絶縁抵抗が低くなる可能性がある。これに対しては、金属製プレート面上にスペーサや冷却フィンを立てない場合は、電池セルの底面の全領域をカバーする熱伝導性シート１０を１枚配置する構造とすればよい。電池セル１１のすべての下面がほぼ平坦ならば、１枚の熱伝導性シートのみ対応することができる。熱伝導性シート１０に替えて、いわゆるサーマル・インターフェース・マテリアル（ＴＩＭ）と呼ばれる物質を用いてもよく、具体的にはサーマルグリース、相変化材料（ＰＣＭ）、ゲル、高熱伝導接着剤、サーマルテープ等を例示できる。すなわち、冷却プレート１と各電池セル１１との間に、両部材間の熱伝導を可能にする絶縁性の熱伝導層が介在する構造が好ましい。なお、冷却プレート１と各電池セル１１との間に熱伝導層を介装せず、冷却プレート１と各電池セル１１とが、直接、接触する構造としてもよい。

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を含む。

以下に、本発明の実施形態を実施例により説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
以下の方法により、アルミニウム合金の脱脂処理、樹脂成形体の表面処理、接着剤の塗布および硬化工程を順次実施することにより図６に示した試験片を作製した。

＜脱脂処理工程＞
ＪＩＳＨ４０００に規定された合金番号６０６１のアルミニウム合金板（４５ｍｍ×１８ｍｍ×２．０ｍｍ）を市販のアルミニウム合金用脱脂剤「ＮＥ−６（メルテックス社製）」で脱脂した。次いで、アルミニウム合金板の水洗を十分に行った後に、８０℃、２０分間乾燥した。

＜樹脂成形体の表面処理＞
樹脂成形体としてのポリフェニレンスルフィド樹脂（東ソー社製、無機フィラー含有量：４５質量％、表１ではＰＰＳと呼ぶ。）におけるアルミニウム合金板との接着面を、常法に従いＵＶ処理した（表１ではＵＶと呼ぶ。）。ＵＶ照射は、常温、２５４ｎｍ波長、５分間の条件とした。樹脂成形体のＵＶ処理面の水接触角３３°であった。ここで、本実施例において、水接触角は、ＪＩＳＲ３２５７に準拠して測定した。

＜塗布工程＞
上記脱脂処理工程で得られたアルミニウム合金板の端部（５ｍｍ×１０ｍｍ）領域および上記樹脂成形体のＵＶ照射面に、エポキシ樹脂接着剤（特公昭６０−２６４２７号の実施例３に従って調製したエポキシ基含有アクリル変性ゴムを主成分として含む接着剤（Ｂ型粘度計を用いて２５℃、回転数０．２ｒｐｍの条件で測定した粘度；１２０Ｐａ・ｓ）をそれぞれ塗布し、塗布されたそれぞれのエポキシ樹脂接着剤層が完全に重なるようにアルミニウム合金板および樹脂成形体を相対配置させた。
ここで、接着剤層の平均厚み３０μｍであった。

＜硬化工程＞
アルミニウム合金板および樹脂成形体を相対配置させた試験片を、１ｋｇ荷重下、室温で１０分間静置した後、同荷重下で６０℃、４時間加熱硬化させることによって、図６に示す引っ張りせん断強度測定用の試験片を得た。

＜引っ張りせん断強度（接着強度）の測定および破断面観察＞
引っ張り試験機「モデル１３２３（アイコーエンジニヤリング社製）」を使用し、引張試験機に、試験片を収容した専用の治具１０５を取り付け、室温（２３℃）にて、チャック間距離６０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎの条件にて測定をおこなった。破断荷重（Ｎ）を金属１０１（アルミニウム合金板）と樹脂１０３（樹脂成形体）との接合部分の面積（５ｍｍ×１０ｍｍ）で除することにより、アルミニウム合金板と樹脂成形体との接着強度を求めた（図７参照）。その結果、接着強度は２８ＭＰａであった。接合部分の破断面を、ルーペで観察した結果、破壊形式は材料破壊であることが確認された。なお材料破壊とは具体的には、樹脂の凝集破壊、接着層の凝集破壊、またはその混在系を指す。

［実施例２］
実施例１において、樹脂成形体としてポリフェニレンスルフィド樹脂（東ソー社製、無機フィラー含有量：４５質量％）におけるアルミニウム合金板との接着面をＵＶ処理する代わりに、プラズマ処理（７００Ｗ、走査速度５ｍ／分、回転ノズル、表１ではプラズマ処理１と呼ぶ。）した表面処理品（水接触角３５°）を用いた以外は実施例１と同様にして試験片を作製し、各評価を行った。実施例１と同様にして接着強度を求めた結果、接着強度は３３ＭＰａであった。接合部分の破断面を、ルーペで観察した結果、破壊形式は材料破壊であることが確認された。
ここで、接着剤層の平均厚み３０μｍであった。

［実施例３］
実施例１において、樹脂成形体としてポリフェニレンスルフィド樹脂（東ソー社製、無機フィラー含有量：４５質量％）におけるアルミニウム合金板との接着面をＵＶ処理する代わりに、プラズマ処理（７００Ｗ、走査速度１５ｍ／分、ストレートノズル、表１ではプラズマ処理２と呼ぶ。）した表面処理品（水接触角３２°）を用いた以外は実施例１と同様にして試験片を作製し、各評価を行った。実施例１と同様にして接着強度を求めた結果、接着強度は３２ＭＰａであった。接合部分の破断面を、ルーペで観察した結果、破壊形式は材料破壊であることが確認された。
ここで、接着剤層の平均厚み３０μｍであった。

［実施例４〜１４］
アルミニウム合金板の表面処理方法および樹脂成形体の表面処理方法を表１に示す方法に変更し、さらに樹脂成形体を構成する樹脂および接着剤の種類を表１に示すものに変更した以外は実施例１と同様にして試験片をそれぞれ作製し、各評価をそれぞれ行った。
また、実施例１１および１２については、試験片を日産自動車株式会社製スーパーロングライフクーラントＫＱ３０１−３４００２（エチレングリコール４４％含有水溶液）に８５℃で１６８ｈ浸漬した後に測定をおこなった。
更に、実施例１３および１４については、試験片を８５℃／８５％ＲＨの環境下に１５００時間保管した後に測定をおこなった。

表１に示すＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）およびシリコーン樹脂は以下のとおりである。
・ＰＰＡ（三井化学株式会社製、製品名：アーレンＡ３３５）
・シリコーン樹脂（スリーボンド社製、製品名：ＴＢ１２２６）

また、表１に示すアルミニウム合金板の表面処理は以下の手順でそれぞれおこなった。
（表面処理）
ＪＩＳＨ４０００に規定された合金番号６０６１のアルミニウム合金板（厚み：２．０ｍｍ）を、長さ４５ｍｍ、幅１８ｍｍに切断した。このアルミニウム合金板を酸系エッチング剤（硫酸：８．２質量％、塩化第二鉄：７．８質量％（Ｆｅ^３＋：２．７質量％）、塩化第二銅：０．４質量％（Ｃｕ^２＋：０．２質量％）、イオン交換水：残部）（３０℃）中に８０秒間浸漬し、揺動させることによってエッチングした。次いで、流水で超音波洗浄（水中、１分）を行い、乾燥させた。

この出願は、２０１８年８月３日に出願された日本出願特願２０１８−１４７０７３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１冷却プレート
２樹脂製プレート
３金属製プレート
３’ 微細凹凸構造
４接着層
５入水管接続口
６出水管接続口
７ケース
８流路
９配列した電池セル
１０熱伝導性シート
１１電池セル
１２スペーサ（冷却フィン）
１０１金属
１０２接着層
１０３樹脂
１０５治具

Claims

溝部が複数形成された樹脂製プレートと、前記樹脂製プレートの前記溝部が形成された面上に設けられた金属製プレートと、を有し、
前記樹脂製プレートと前記金属製プレートとが接着層を介して接合されており、
前記樹脂製プレートの前記溝部が冷却水の流路を形成している冷却プレート。
前記接着層がフィルム状接着剤または液状接着剤により形成されている請求項１に記載の冷却プレート。
前記金属製プレートにおける前記接着層との接着部表面に微細凹凸構造が形成されている請求項１または２に記載の冷却プレート。
前記金属製プレートにおける前記接着層との接着部表面に親水性基が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却プレート。
前記樹脂製プレートにおける前記接着層との接着部表面の水接触角が１０〜８０°の範囲にある請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却プレート。
前記樹脂製プレートと前記金属製プレートの外周端部がリベットまたはネジ止めされている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷却プレート。
前記金属製プレートがアルミニウム製部材、アルミニウム合金製部材、銅製部材および銅合金製部材からなる群から選択される少なくとも一種の部材により構成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却プレート。
前記樹脂製プレートに形成された前記溝部による冷却水の流路において、その一方の端部が入水管に接続し、他方が出水管に接続している請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷却プレート。
前記冷却プレートが、２つ以上の角形、円筒形またはパウチ状の電池セルの平面を立てて互いに密着させてまたは一定の間隔をあけて隣接するように配置した電池ブロックを冷却するためのものである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却プレート。
２つ以上の角形、円筒形またはパウチ状の電池セルの平面を立てて互いに密着させてまたは一定の間隔をあけて隣接するように配置した電池ブロックと、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の冷却プレートと、
前記電池ブロックを収容するケースと、
を備え、
前記冷却プレートにおける前記金属製プレート上に前記電池ブロックが配置されている電池構造体。
前記電池セルがリチウムイオン電池である請求項１０に記載の電池構造体。