KR20210049082A - 전지 홀더 및 전지 팩 - Google Patents

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battery holder
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아키요시 니시카와
데츠야 히가시자키
마나 이시노
다카시 기타가와
도시카즈 아카오
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다이이치 고교 세이야쿠 가부시키가이샤
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Abstract

양호한 품질의 전지 팩을 효율적으로 제조하는 것이 가능한 전지 홀더, 그리고, 이것을 사용한 전지 팩을 제공한다. 전지 홀더 (10) 는, 내부에 리튬 이온 전지 (20) 등의 전지를 수납하는 관통 공간 (전지 수납부 (10a)) 을 갖는 관상체로 적어도 구성되어 있다. 이 관상체는, 섬유제 기재 (11) 와 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물 (12) 로 구성되어 있다.

Description

전지 홀더 및 전지 팩
본 발명은 복수의 전지를 정렬 배치시키기 위해서 사용되는 전지 홀더와, 당해 전지 홀더를 사용한 전지 팩에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 충전 가능한 이차 전지인 것, 소형 경량인 것, 단위 용적 또는 단위 중량당 축전 용량이 큰 것 등의 이점을 갖기 때문에, 예를 들어, 휴대형 전자 기기의 전원으로서 널리 사용되어 왔다. 더욱 최근에는, 예를 들어, 전동 휠체어, 전동 경차량, 또는 전기 자동차와 같이 휴대형 전자 기기보다 전력 소비가 큰 전기 기기, 혹은, 주택용 (가정용) 의 축전지의 보급이 확대되어, 이들 용도에도 리튬 이온 전지가 사용되고 있다.
여기에서, 보다 큰 소비 전력에 대응하기 위한 수법으로서, 복수의 전지를 일체화한 전지 팩이 알려져 있다. 이와 같은 전지 팩에서는, 종래, 복수의 전지를 병렬로 정렬시키기 위해서, 예를 들어, 전지의 외주 형상에 따른 복수의 오목부 또는 복수의 공간부를 갖는 전지 홀더가 사용되고 있다. 이와 같은 전지 홀더에서는, 인접하는 개개의 전지의 간격을 벌린 상태에서 정렬 유지할 수 있기 때문에, 전지간의 열 연쇄 (임의의 전지에서 발생된 열이 다른 전지로 파급되는 현상) 를 억제할 수 있다.
또한, 전지 팩으로는, 전지 홀더를 사용한 것 이외에, 복수의 전지 사이를 포팅재 (포팅 수지) 에 의해서 충전한 것이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 복수의 원통형의 전지를 정렬시킨 상태에서, 이들 전지 사이에 포팅 수지부가 충전 형성되어 있는 전지 팩이 개시되어 있다.
전술한 전지 홀더에서는, 인접하는 전지의 간격을 벌릴 수 있기는 하지만, 전지 팩 전체로 보았을 때, 단위 용적당 수납할 수 있는 전지의 개수가 적어지기 때문에 에너지 밀도가 저하되어 버린다. 특허문헌 1 에 개시된 전지 팩에서는, 전지 홀더 대신에 포팅재를 충전한 포팅 수지부를 형성함으로써, 전지끼리의 간격을 1.0 ㎜ 이하로 근접시켜 에너지 밀도의 저하를 회피하고 있다. 또, 포팅 수지부가 전지의 외주면에 밀착되어 있기 때문에, 전지에 발생된 열이 포팅 수지부 전체로 분산되어 열 연쇄의 억제를 도모하고 있다.
일본 공개특허공보 2012-028244호
포팅재를 사용한 전지 팩의 제조 방법에서는, 일반적으로는 복수의 전지를 정렬시키고 모듈화하여 성형형 등에 수용하고, 성형형 (成形型) 등의 내부에 액상의 포팅재를 주입하여 경화시킨다. 그 때문에, 포팅재를 충전할 때에는, 예를 들어, 전지 사이에 충전되는 포팅재를 균등한 두께로 제어하기가 어렵고, 기포를 포함하지 않도록 포팅재를 충전하는 것도 용이하지 않으며, 충전시킬 필요가 없는 지점까지 포팅재가 흘러들어가 버린다는 등의 충전시의 과제가 발생된다. 이들 충전시의 과제는 얻어지는 전지 팩의 품질에 영향을 미칠 우려가 있다.
또, 포팅재를 경화시킬 때에는, 액상의 포팅재를 경화시키기 위해서 가열이 필요하고, 포팅재를 경화시키기 위해서 소정의 경화 시간이 필요하다는 등의 경화시의 과제도 발생된다. 이들 경화시의 과제는 전지 팩의 제조 비용 또는 제조 효율 등에 영향을 미칠 우려가 있다. 또, 얻어진 전지 팩에 있어서도, 전지 사이에 경화된 포팅재가 충전되어 있기 때문에, 당해 전지 팩의 검사도 용이하지 않다는 과제도 발생된다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 양호한 품질의 전지 팩을 효율적으로 제조하는 것이 가능한 전지 홀더, 그리고, 이것을 사용한 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관련된 전지 홀더는, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 내부에 전지를 수납하는 관통 공간을 갖는 관상체로 적어도 구성되고, 당해 관상체는, 섬유제 (纖維製) 기재와, 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물로 구성되어 있는 구성이다.
상기 구성에 의하면, 관상체 (튜브상) 의 전지 홀더를 전지의 외주에 장착하여 복수 정렬하여 합치는 것만으로 전지 팩을 제조할 수 있다. 그러므로, 액상의 포팅재를 충전하는 것보다 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 전지 홀더가 관상체이기 때문에, 액상의 포팅재를 충전하는 것보다 전지끼리의 간격의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 관상체가 수지 조성물뿐만 아니라 섬유제 기재를 포함하고 있기 때문에, 관상체에 양호한 강도를 부여할 수 있어, 당해 관상체의 파손을 유효하게 억제할 수 있다.
또, 상기 구성에 의하면, 액상의 포팅재를 사용할 필요가 없기 때문에, 포팅재가 기포를 포함하거나 불필요한 지점으로 흘러들어가거나 하지 않도록 하기 위한 대응이 불필요해진다. 또한, 액상의 포팅재를 경화시키는 경우도 없기 때문에, 성형형 또는 가열 수단 (혹은 포팅재가 2 액 혼합형이면 혼합 수단) 등의 설비가 불필요함과 함께, 경화 시간도 불필요해진다. 그 때문에, 전지 팩의 제조 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조 비용의 증가도 억제할 수 있다.
또한, 상기 구성에 의하면, 전지 홀더를 전지에 장착시키기 때문에, 관상체인 전지 홀더는 전지의 외주면에 실질적으로 밀착하게 된다. 전지 홀더는 무기 충전재를 함유하는 점에서, 전지로부터의 열을 양호하게 방산시킬 수 있기 때문에, 양호한 난연성 또는 방열성을 실현할 수 있다. 또, 전지 팩에서는 관상체끼리를 밀착시키기 때문에, 포팅재와 동일하게 전지로부터의 열을 인접하는 관상체 전체로 분산시킬 수도 있다.
덧붙여, 상기 구성에 의하면, 전지 홀더를 장착한 전지 (홀더 장착 전지) 를 복수 합쳐서 정렬 배치시킬 때, 수지가 존재하지 않는 공간부를 용이하게 형성할 수 있다. 예를 들어, 전지가 원통형이면 전지 홀더도 원관상으로 형성하면 되기 때문에, 홀더 장착 전지를 복수 합치면 인접하는 원통끼리의 사이에 공간부가 필연적으로 발생된다. 이로써, 포팅재를 충전하는 것보다 수지의 중량을 저감할 수 있기 때문에, 전지 팩의 경량화를 도모할 수 있다.
또, 상기 구성에 의하면, 전지 팩은, 홀더 장착 전지를 복수 합쳐서 정렬 배치시킬 뿐이기 때문에, 얻어진 전지 팩을 외관으로 확인하는 것만으로도 검사가 가능해진다. 또한, 전지 팩의 제조시에, 예를 들어 전지 팩의 패키지 형상 등에 맞추어, 홀더 장착 전지를 배열시키는 방식 또는 합치는 방식을 조정할 수 있다. 그 때문에, 전지 팩의 제조시의 범용성, 응용성 또는 디자인성을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 구성의 전지 홀더에 있어서는, 상기 섬유제 기재를 구성하는 섬유는, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, BPO 섬유, 폴리페닐렌술파이드 섬유, 폴리이미드 섬유, 불소 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 섬유인 구성이어도 된다.
또, 상기 구성의 전지 홀더에 있어서는, 상기 섬유제 기재는, 조물 (組物), 직물, 편물, 부직포, 단섬유, 또는 로빙 중 어느 것으로 구성되어도 된다.
또, 상기 구성의 전지 홀더에 있어서는, 상기 관상체에 있어서의 섬유 체적 함유율 Vf 는, 15 ∼ 65 ％ 의 범위 내인 구성이어도 된다.
또, 상기 구성의 전지 홀더에 있어서는, 상기 수지 조성물에 함유되는 상기 무기 충전재는, 상기 수지 조성물의 전체량을 100 질량％ 로 했을 때 40 ∼ 80 질량％ 의 범위 내인 구성이어도 된다.
또, 상기 구성의 전지 홀더에 있어서는, 상기 수지 조성물은, 수지 성분으로서 우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 및 멜라민 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 수지를 함유하고 있는 구성이어도 된다.
또, 상기 구성의 전지 홀더에 있어서는, 상기 무기 충전재는, 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물, 2 가의 금속 황산염 수화물, 아연의 옥소산염, 실리카, 알루미나, 도소나이트, 및 탄산수소나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 구성이어도 된다.
또, 본 발명에 관련된 전지 팩은, 상기 구성의 전지 홀더를 구비하고 있는 구성이다.
본 발명에서는, 이상의 구성에 의해서 양호한 품질의 전지 팩을 효율적으로 제조하는 것이 가능한 전지 홀더, 그리고, 이것을 사용한 전지 팩을 제공할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 전지 홀더의 대표적인 구성의 일례를 나타내는 모식적 사시도, 모식적 상면도 및 모식적 단면도의 대비도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 전지 홀더에 전지를 수납한 상태 (홀더 장착 전지) 의 일례를 나타내는 모식적 단면도 및 모식적 상면도의 대비도이다.
도 3(A) 는, 도 1 에 나타내는 전지 홀더가 구비하는 섬유제 기재의 일례를 나타내는 모식인 측면도의 대비도이고, 도 3(B) 및 도 3(C) 는, 섬유제 기재에 대한 수지 조성물의 형성 상태를 나타내는 모식적인 확대 평면도이다.
도 4(A) 및 도 4(B) 는, 도 2 에 나타내는 홀더 장착 전지를 합쳐서 전지 팩을 구성할 때의 최소 유닛의 일례를 나타내는 모식적 상면도이다.
이하, 본 발명의 대표적인 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 아래에서는 모든 도면을 통해서 동일하거나 또는 상당하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 중복되는 설명을 생략한다.
[전지 홀더 및 홀더 장착 전지]
본 개시에 관련된 전지 홀더는, 내부에 전지를 수납하는 관통 공간을 갖는 관상체로 적어도 구성되고, 이 관상체는, 섬유제 기재와, 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물로 구성되어 있다. 관상체의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 수납 대상인 전지의 형상에 맞춘 관통 공간을 갖는 관상체이면 된다.
본 개시에 있어서 수납 대상이 되는 전지의 종류는 특별히 한정되지 않고, 공지된 다양한 전지를 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지 등의 이차 전지를 들 수 있다. 이 중에서도 리튬 이온 전지가 특히 바람직하다. 또, 본 개시에 있어서 수납 대상이 되는 전지의 형상도 특별히 한정되지 않지만, 대표적으로는 원통형 (원주형), 각형 (사각주형 또는 직방체형), 그 밖의 주형 등의 세로로 긴 형상을 들 수 있다.
본 개시에 관련된 전지 홀더의 구체적인 구성의 일례에 대해서, 수납 대상이 되는 전지가 원통형인 리튬 이온 전지의 경우를 들어 설명한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 전지 홀더 (10) 는, 원형의 단면을 갖는 튜브상 (관상체) 이고, 전지 홀더 (10) 의 원관상의 본체 (벽부) 는, 후술하는 바와 같이 소정의 두께를 갖는다. 전지 홀더 (10) 의 내부에는, 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 를 수납하는 전지 수납부 (10a) 가 형성되어 있다. 이 전지 수납부 (10a) 는, 리튬 이온 전지 (20) 의 형상과 동일한 원통형의 관통 공간이다.
또한, 도 1 에 나타내는 예에서는, 원관상의 전지 홀더 (10) 의 사시도의 상측에, 당해 전지 홀더 (10) 에 대응하도록 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 의 사시도를 도시하고 있고, 그리고 하측에 당해 전지 홀더 (10) 의 상면도 (또는 하면도) 를 도시하고 있다. 또, 전지 홀더 (10) 의 사시도에 있어서의 우측에는, 당해 전지 홀더 (10) 의 단면도를 도시하고 있다. 이 단면도의 상측에는 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 의 측면도를 대응시키고 있다.
전지 홀더 (10) 의 전지 수납부 (10a) 내에 리튬 이온 전지 (20) 를 수납한 상태, 바꿔 말하면, 리튬 이온 전지 (20) 의 외주면에 전지 홀더 (10) 를 장착한 상태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 전지 홀더 (10) 의 상단 및 하단에서 리튬 이온 전지 (20) 의 상단 및 하단이 노출되어 있다. 또한, 설명의 편의상, 전지 홀더 (10) 를 장착한 리튬 이온 전지 (20) 를 「홀더 장착 전지 (30)」라고 칭한다.
도 2 에 있어서는, 홀더 장착 전지 (30) 의 모식적 단면도 (도 2 의 하측 도면) 와 이것에 대응하는 상면도 (도 2 의 상측 도면) 를 도시하고 있다. 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 에서는, 일반적으로는, 도 1 에 있어서의 리튬 이온 전지 (20) 의 사시도 (도 1 의 좌상 도면) 에도 나타내는 바와 같이, 그 상단에 단자 캡 (21) 이 노출되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 리튬 이온 전지 (20) 의 상부에는, 단자 캡 (21) 을 포함하는 봉구체 (22) 가 형성되어 있다. 또, 리튬 이온 전지 (20) 의 하부, 즉, 봉구체 (22) 의 하방에는, 전극군 (23) 이 형성되어 있다. 봉구체 (22) 및 전극군 (23) 은, 외장체 (24) 의 내부에 봉입 (수납) 되어 있다.
봉구체 (22) 의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않지만, 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 에서는, 대표적으로는, 단자 캡 (21) 이외에, 금속 필터, 개스킷, 금속 밸브체, 그리고, 가스 방출 밸브 (25) 등을 구비하고 있다. 가스 방출 밸브 (25) 는, 리튬 이온 전지 (20) 의 내부에서 발생된 가스에 의해서 내압이 상승한 경우에, 당해 가스를 외부로 방출하도록 구성되어 있다. 도 2 에 나타내는 모식적 구성에서는, 가스 방출 밸브 (25) 는, 봉구체 (22) 의 일부로서 단자 캡 (21) 의 하부에 형성되어 있다.
전극군 (23) 은, 예를 들어, 시트상의 정극재 및 부극재, 필름상의 세퍼레이터, 그리고, 집전체 등을 구비하고 있다. 정극재 및 부극재, 그리고 세퍼레이터는, 당해 세퍼레이터로 정극재 및 부극재를 각각 협지하여 중첩시키고, 소용돌이상으로 돌려 감은 구성으로 되어 있다. 또, 정극재 및 부극재는, 각각 집전체에 전기적으로 접속되어 있다. 외장체 (24) 는, 하단에 바닥이 형성되고, 상단이 개구되어 있는 원통형으로서, 일반적으로는 금속제이다. 외장체 (24) 의 하측에 전극군 (23) 이 수납되지만, 전극군 (23) 이 구비하는 부극재 집전체는, 예를 들어 외장체 (24) 의 바닥면에 대해서 전기적으로 접속된다.
전극군 (23) 이 수납된 후, 외장체 (24) 의 상단의 개구로부터 전해액이 주입되고, 그 후, 봉구체 (22) 가 전극군 (23) 의 상부에 수납된다. 이 때, 전극군 (23) 의 정극재 집전체는, 봉구체 (22) 가 구비하는 금속 필터에 대해서 전기적으로 접속된다. 또, 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 에서는, 도 2 에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 외장체 (24) 의 내주면으로 프레임상으로 돌출하도록 당해 외장체 (24) 가 가공되고, 이로써 봉구체 (22) 를 위치 결정하는 시트부 (26) 가 형성된다. 이 시트부 (26) 에 봉구체 (22) 가 장착됨으로써, 외장체 (24) 의 상단의 개구가 봉지 (봉구) 된다. 그 후, 단자 캡 (21) 의 상면이 노출되도록, 외장체 (24) 의 상단의 개구를 폐지함으로써, 봉구체 (22), 전극군 (23), 및 전해액은 외장체 (24) 의 내부에 밀봉된다.
또한, 도 2 에 나타내는 리튬 이온 전지 (20) 의 내부 구성은 일례로서, 본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 의 장착 대상이 되는 원통형의 전지의 구성은 이에 한정되지 않는다. 또, 원통형이 아니라 각형 등인 경우, 그 내부 구성은, 각형의 리튬 이온 전지로 공지된 것을 채용하면 된다. 또한, 리튬 이온 전지가, 원통형 또는 각형 이외의 형상이어도, 당해 형상으로 공지된 내부 구성을 채용하면 된다. 또, 전지가 리튬 이온 전지 이외의 종류여도, 공지된 내부 구성을 채용하면 된다.
여기서, 외장체 (24) 의 외주면에는, 금속제의 본체 이외에 수지제의 피복층 (커버) 이 형성되어 있어도 된다. 혹은, 리튬 이온 전지 (20) 의 내부 구성에 따라서 상이하기도 하지만, 외장체 (24) 그 자체는 금속제가 아니라 수지제여도 된다. 본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 는, 리튬 이온 전지 (20) 가 외주면에 구비해도 되는 피복층, 수지제의 외장체 (24) 와는 상이한 것으로서, 리튬 이온 전지 (20) 에 대해서 이후에 장착되는 것이다.
도 2 에 나타내는 홀더 장착 전지 (30) 에서는, 관상체 (튜브상) 의 전지 홀더 (10) 를 리튬 이온 전지 (20) 의 외주에 장착할 뿐이다. 그러므로, 이와 같은 홀더 장착 전지 (30) 를 후술하는 바와 같이 복수 정렬하여 합치는 것만으로 전지 팩을 제조할 수 있다. 그러므로, 종래의 전지 팩과 같이, 액상의 포팅재를 충전하는 것보다 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
전지 홀더 (10) 는, 도 1 및 도 2 에서 모식적인 단면 구조로 나타내는 바와 같이, 상기한 바와 같이, 섬유제 기재 (11) 및 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물 (12) 에 의해서 형성되어 있다. 도 1 및 도 2 에서는, 섬유제 기재 (11) 를 피복하도록 수지 조성물 (12) 의 층이 형성되어 있는 것처럼 도시하고 있지만, 이 도시는 편의를 위한 것으로, 전지 홀더 (10) (관상체) 는 섬유제 기재 (11) 및 수지 조성물 (12) 로 적어도 구성되어 있으면 된다. 또한, 섬유제 기재 (11), 수지 조성물 (12), 그리고 수지 조성물 (12) 이 함유하는 무기 충전재의 구체적 구성에 대해서는 후술한다.
관상체인 전지 홀더 (10) 의 두께 (섬유제 기재 (11) 및 수지 조성물 (12) 을 사용하여 관상으로 형성된 벽부의 두께) 는 특별히 한정되지 않는다. 전지 홀더 (10) 는, 전지 팩을 구성했을 때, 인접하는 리튬 이온 전지 (20) 사이에서 유소 (類燒) 등의 열 연쇄를 억제하도록 소정의 간격을 확보할 수 있으면 된다. 그러므로, 관상체 (벽부) 의 두께는, 리튬 이온 전지 (20) 끼리의 간격 (전지간 거리) 에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
관상체의 두께는, 대표적으로는, 0.5 ∼ 3.0 ㎜ 의 범위 내이면 된다. 상한에 대해서는 2.0 ㎜ 이하여도 되고, 1.5 ㎜ 이하여도 된다. 하한이 0.5 ㎜ 이면, 홀더 장착 전지 (30) 끼리를 인접시킨 상태에서는, 인접하는 리튬 이온 전지 (20) 끼리의 최소 간격 (최소의 전지간 거리) 은 1.0 ㎜ 정도로 할 수 있다. 이로써 열 연쇄를 양호하게 억제할 수 있다. 물론, 최소 간격이 1.0 ㎜ 미만이어도 되는 경우에는, 관상체의 두께는 0.5 ㎜ 미만이어도 된다.
관상체의 두께가 3.0 ㎜ 이하이면, 리튬 이온 전지 (20) 의 종류, 전지 팩의 구체적인 구성 등의 제조건에 따라서 상이하기도 하지만, 전지 팩의 단위 용적당 수납할 수 있는 전지의 개수를 적합하게 할 수 있다. 그러므로, 전지 팩의 에너지 밀도의 저하를 유효하게 억제할 수 있다. 물론, 제조건에 따라서는, 관상체의 두께가 3.0 ㎜ 를 초과해도 전지 팩의 에너지 밀도의 저하를 회피할 수 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에서는, 예를 들어, 열 연쇄의 억제를 우선시켜 관상체의 두께를 설정하면 된다. 이와 같이 전지 홀더 (10) 가 균일한 두께를 갖는 관상체이면, 종래의 전지 팩과 같이, 액상의 포팅재를 충전하는 것보다 전지끼리의 간격의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
전지 홀더 (10) 의 내부의 관통 공간 즉 전지 수납부 (10a) 는, 수납되는 전지 (본 실시형태에서는 원통형의 리튬 이온 전지 (20)) 의 형상에 맞춘 공간으로 하여 설계되면 된다. 여기서, 본 실시형태에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 전지 수납부 (10a) 의 직경 즉 관상체 (전지 홀더 (10)) 의 내경 Dh 는, 리튬 이온 전지 (20) 의 직경 (외경) Db 와 거의 동일한 직경이면 된다 (Dh ≒ Db 또는 Dh ＝ Db).
관상체 (전지 홀더 (10)) 의 길이 (길이 방향의 치수, 전체 길이) 는 특별히 한정되지 않고, 수납 대상이 되는 전지의 길이에 따라서 적절히 설정하면 된다. 원통형의 리튬 이온 전지 (20) 의 경우, 전지 홀더 (10) 의 길이는, 도 2 에 예시하는 바와 같이, 리튬 이온 전지 (20) 의 길이와 거의 동일해도 되고, 전지 팩의 구성에 따라서는, 전지 홀더 (10) 의 길이를 리튬 이온 전지 (20) 의 길이보다 짧게 해도 되고 길게 해도 된다. 전지 홀더 (10) 는, 섬유제 기재 (11) 및 수지 조성물 (12) 로 구성되는 관상체이기 때문에, 전지의 길이에 따른 길이로 적절히 절단할 수 있다. 따라서, 본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 는, 미리 전지에 따른 길이로 절단되어도 되고, 조금 길게 절단되어 사용시에 길이 조정할 수 있도록 구성되어도 되며, 절단되지 않고 길게 돌려 감은 호스상으로 구성되고, 사용시에 적절히 절단되어도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 전지 홀더 (10) 는, 전술한 관상체만으로 구성되어 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 전지 홀더 (10) 는 필요에 따라서 관상체 이외의 부재 등을 구비하고 있어도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 전지 홀더 (10) 인 관상체는, 길이 방향에 걸쳐 단면 치수 (외경 및 내경) 및 단면 형상이 실질적으로 동일하지만, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 관상체의 단면 형상 또는 단면 치수는 부분적으로 상이해도 된다.
[전지 홀더를 구성하는 수지 조성물]
본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) (관상체) 는, 상기한 바와 같이, 섬유제 기재 (11) 와, 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물 (12) 로 구성되어 있다. 이 중 섬유제 기재 (11) 는 주로 관상체의 강도 향상에 기여하고, 수지 조성물 (12) 은 주로 무기 충전재에 의한 관상체의 난연성 또는 방열성에 기여한다. 또, 수지 조성물 (12) 을 구성하는 수지 성분이 탄성을 가짐으로써, 전지 수납부 (10a) 에 전지를 수납했을 때, 당해 전지의 외주에 대한 관상체 (전지 홀더 (10)) 의 밀착성을 부여하는 것도 가능해진다.
본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 를 구성하는 수지 조성물 (12) 은, 수지 성분 및 무기 충전재를 함유하는 것이면 된다. 수지 성분으로는, 전지 팩의 분야에서 공지된 여러 가지의 수지 (고분자 또는 플라스틱) 를 바람직하게 사용할 수 있다. 대표적인 수지 성분으로는, 예를 들어, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 및 멜라민 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 적어도 1 종류만 사용되어도 되고, 2 종류 이상이 적절히 조합되어 (예를 들어, 폴리머 블렌드 또는 폴리머 얼로이 등으로서) 사용되어도 된다.
또한, 동일한 종류의 수지여도, 화학 구조 등이 상이한 수지가 2 종류 이상 조합되어 사용되어도 된다. 예를 들어, 수지 성분이 우레탄 수지일 경우, 폴리이소시아네이트 및 폴리올의 조합으로서 상이한 것을 사용한 2 종류 이상의 우레탄 수지를 사용할 수 있다. 또, 폴리이소시아네이트 및 폴리올의 조합이 동일하다고 해도, 합성 조건을 변경하여 얻어지는 2 종류 이상의 우레탄 수지를 사용할 수도 있다.
본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 에 있어서는, 전술한 수지 중에서도 특히 우레탄 수지를 수지 성분으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 우레탄 수지는, 다른 수지에 비해서, 가공시의 점도가 상대적으로 낮고, 상온에서의 경화가 가능하여 고온을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 관상체를 제조할 때의 가공성 또는 제조 효율을 양호한 것으로 할 수 있다.
우레탄 수지의 보다 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 우레탄 수지의 원료로서 사용되는 폴리이소시아네이트 및 폴리올로는, 공지된 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리이소시아네이트로는, 대표적으로는 이소시아네이트기를 2 이상 갖는 방향족계, 지방 고리족계, 또는 지방족계의 폴리이소시아네이트, 혹은 이것들을 변성시킨 변성 폴리이소시아네이트 등을 들 수 있다. 이들 폴리이소시아네이트는 프레폴리머여도 된다. 또, 폴리올로는, 대표적으로는 폴리에테르계 폴리올, 폴리에스테르계 폴리올, 다가 알코올, 수산기 함유 디엔계 폴리머 등을 들 수 있다. 이들 폴리이소시아네이트 또는 폴리올은 1 종류만을 사용해도 되고, 2 종류 이상을 적절히 조합하여 사용해도 된다. 또, 폴리이소시아네이트 및 폴리올의 수지화 반응을 촉진시키는 촉매를 사용해도 된다. 촉매로는, 예를 들어, 아민 촉매, 금속 화합물계 촉매, 이소시아누레이트화 촉매 등을 들 수 있다. 이들 촉매도 1 종류만을 사용해도 되고, 2 종류 이상을 조합하여 사용해도 된다.
전지 홀더 (10) 를 구성하는 수지 조성물 (12) 은, 수지 성분 이외에 적어도 무기 충전재를 함유하고 있다. 이 무기 충전재는, 관상체 (전지 홀더 (10)) 의 난연성 또는 방열성에 기여할 수 있다. 구체적인 무기 충전재로는, 예를 들어, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등의 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물 ; 황산칼슘, 황산마그네슘 등의 2 가의 금속 황산염 ; 붕산아연, 주석산아연 등의 아연의 옥소산염 ; 실리카 ; 알루미나 ; 도소나이트 ; 탄산수소나트륨 ; 등을 들 수 있다. 이들 무기 충전재는 1 종류만이 사용되어도 되고 2 종류 이상이 적절히 선택되어서 사용되어도 된다.
본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 에 있어서는, 전술한 무기 충전재 중에서도, 특히 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물, 예를 들어, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘 등이 바람직하게 사용된다. 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물은, 가열에 의해서 물이 발생되기 때문에, 관상체 (전지 홀더 (10)) 에 대해서 양호한 난연성을 부여하는 것이 가능해짐과 함께, 관상체의 방열성도 양호한 것으로 할 수 있다.
또, 무기 충전체로는, 황산칼슘, 황산마그네슘 등의 2 가의 금속 황산염도 바람직하게 사용할 수 있다. 2 가의 금속 황산염은, 수화물을 형성하기 쉽기 때문에, 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물과 마찬가지로 가열에 의해서 물을 발생시킨다. 혹은, 무기 충전체로는, 탄산수소나트륨도 바람직하게 사용할 수 있다. 탄산수소나트륨도 가열에 의해서 물을 생성한다. 나아가서는, 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물에 대해서 탄산수소나트륨을 병용해도 된다. 탄산수소나트륨은, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘보다 상대적으로 저렴하다. 그래서, 이것들을 조합하여 사용함으로써, 양호한 난연성 및 방열성을 실현하면서 관상체의 제조 비용의 증가를 저감할 수 있다.
무기 충전재는, 분말로서 수지 성분에 배합되면 된다. 무기 충전재의 평균 입경은 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로는 0.5 ∼ 40 ㎛ 의 범위 내이면 되고, 2 ∼ 20 ㎛ 의 범위 내가 보다 바람직하다. 또, 무기 충전재의 분말 형상도 특별히 한정되지 않고, 구상, 플레이크상 (인편상), 바늘상, 부정형상 등의 각종 형상을 채용할 수 있다. 또한, 평균 입경의 측정 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 레이저 회절법에 의한 입도 분석으로부터 구하면 된다.
전지 홀더 (10) 를 구성하는 수지 조성물 (12) 에는, 수지 성분 및 무기 충전재 이외에 공지된 첨가제가 함유되어도 된다. 첨가제로는, 예를 들어, 발포제, 정포(整泡)제, 충전제, 안정제, 착색제, 난연제, 가소제 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 특히, 본 개시에서는 전술한 바와 같이, 관상체 (전지 홀더 (10)) 가 난연성을 갖는 것이 중요해진다. 그래서, 수지 조성물 (12) 이 난연제를 함유하는 것이 바람직하다.
구체적인 난연제로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 인계 난연제, 할로겐계 난연제, 멜라민계 난연제 등을 들 수 있다. 인계 난연제로는, 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트 등의 할로겐 함유 인산에스테르 ; 트리메틸포스페이트, 트리크레질포스페이트, 트리스자일레닐포스페이트, 트리페닐포스페이트 등의 논할로겐인산에스테르 ; 폴리인산암모늄 ; 등을 들 수 있다. 또, 할로겐계 난연제로는, 데카브로모디페닐에테르, 펜타브로모디페닐에테르, 헥사브로모시클로도데칸, 테트라브로모비스페놀 A, 헥사브로모벤젠 등을 들 수 있다. 또, 멜라민계 난연제로는, 멜라민시아누레이트 등을 들 수 있다. 또한, 삼산화안티몬 등의 안티몬 화합물도 난연제로서 사용할 수 있다. 안티몬 화합물은 할로겐계 난연제와 병용함으로써 난연성을 보다 향상시킬 수 있다.
전지 홀더 (10) 를 구성하는 수지 조성물 (12) 의 구체적인 조성은 특별히 한정되지 않는다. 본 개시에서는, 수지 조성물 (12) 은 적어도 수지 성분 및 무기 충전재의 2 성분으로 구성되어 있으면 되지만, 무기 충전재의 함유량은 구체적으로 한정되지 않는다. 얻어지는 관상체 (전지 홀더 (10)) 의 난연성을 고려하면, 수지 조성물 (12) 의 전체량 (모든 수지 조성물 (12)) 을 100 질량％ 로 했을 때, 무기 충전재의 함유량 (함유율) 은 40 ∼ 80 질량％ 의 범위 내이면 되고, 45 ∼ 70 질량％ 의 범위 내인 것이 바람직하다.
무기 충전재의 함유량이 80 질량％ 를 초과하면, 수지 성분의 종류에 따라서 상이하기도 하지만, 수지 조성물 (12) 전체에 있어서의 수지 성분의 함유량이 지나치게 적어져, 양호한 관상체가 얻어지지 않을 가능성이 있다. 또, 무기 충전재의 함유량이 40 질량％ 미만이면, 무기 충전재 또는 수지 성분의 종류에 따라서 상이하기도 하지만, 무기 충전재가 지나치게 적어, 관상체에 양호한 난연성 또는 방열성을 부여할 수 없게 될 가능성이 있다. 물론, 구해지는 수지 조성물 (12) (또는 관상체) 의 성질에 따라서 무기 충전재의 함유량은 적절히 설정할 수 있어, 상기한 범위 내에 특별히 한정되지 않는다.
[전지 홀더를 구성하는 섬유제 기재]
본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) (관상체) 는, 전술한 수지 조성물 (12) 과 섬유제 기재 (11) 로 구성되어 있다. 이 섬유제 기재 (11) 를 구성하는 섬유의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않고, 공지된 섬유 재료를 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 현무암 섬유 등의 무기계 섬유 ; 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, BPO 섬유, 폴리페닐렌술파이드 (PPS) 섬유, 폴리이미드 섬유 등의 유기계 수지 섬유 ; 불소 섬유 ; 등을 들 수 있다. 이들 섬유 재료는 1 종류만을 사용해도 되고 2 종류 이상을 적절히 조합하여 사용해도 된다.
섬유제 기재 (11) 에 사용되는 섬유 재료의 선택에 대해서는, 전지 홀더 (10) 에 요구되는 제조건 (예를 들어, 관상체의 강도의 향상, 열 연쇄의 억제 등) 에 따라서 바람직한 재료를 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 관상체의 강도를 중시하는 경우에는, 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 현무암 섬유, 파라계 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, BPO 섬유 등으로 구성되는 군에서 적어도 1 종의 섬유 재료를 선택하면 된다. 혹은, 관상체의 내열성 또는 난연성을 중시하는 경우에는, 유리 섬유, 현무암 섬유, PPS 섬유, 폴리이미드 섬유, 불소 섬유, 메타계 아라미드 섬유, BPO 섬유 등으로 구성되는 군에서 적어도 1 종의 섬유 재료를 선택하면 된다.
섬유제 기재 (11) 를 구성하는 섬유는, 장섬유여도 되고 단섬유여도 된다. 단, 단섬유는 그대로 수지 조성물 (12) 에 혼합했을 경우, 관상체의 「기재」는 아니고 당해 수지 조성물 (12) 에 있어서 「충전재」로서 기능할 가능성이 있다. 그래서, 단섬유는 방적하여 실 (스펀사) 로서 사용하거나, 또는 부직포로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 대표적인 섬유 재료는, 합성 섬유 또는 무기 섬유 등의 화학 섬유이고, 장섬유를 제조 (방사) 하기 쉽다. 그 때문에, 섬유제 기재 (11) 로는 장섬유로 구성된 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
섬유제 기재 (11) 는, 장섬유를 그대로 사용하여 (필라멘트사를 사용하여) 구성되어도 되고, 장섬유를 연사 (撚絲) 또는 집속한 것으로 구성되어도 된다. 예를 들어, 섬유 재료로서, 유리 섬유 등의 무기 섬유를 사용할 경우에는 로빙을 바람직하게 사용할 수 있다. 로빙은, 유리 섬유의 단섬유 (유리 섬유의 장섬유, 필라멘트사) 를 집속한 스트랜드를 섞어짠 것으로서, 통상적으로는 원통상으로 감겨져 있다.
섬유제 기재 (11) 가 단섬유 (장섬유, 필라멘트사) 또는 로빙 등의 「사재 (絲材)」로 구성되는 경우에는, 섬유제 기재 (11) 는, 관상체 (전지 홀더 (10)) 의 길이 방향을 따라서 사재가 병렬해서 배치되도록 하는 구성이면 된다. 예를 들어, 도 3(A) 에는, 지면 좌측에 전지 홀더 (10) 를 모식적으로 도시하고, 전지 홀더 (10) 의 우측에 3 종류의 섬유제 기재 11A ∼ 11C 를 도시하여, 각각을 점선으로 대응시키고 있다. 이 중 섬유제 기재 11A 가, 사재에 의해서 구성되는 것이고, 전지 홀더 (10) 의 길이 방향을 따라서 복수의 사재가 서로 병렬되어 있다. 이와 같은 섬유제 기재 11A 에 있어서는, 수지 조성물 (12) 이 결합재와 같이 기능한다.
또, 섬유제 기재 (11) 는, 섬유제 기재 11A 와 같은 사재를 그대로 사용하여 구성되어도 되지만, 섬유제 기재 11B 또는 11C 에 나타내는 바와 같이, 조물, 직물, 편물, 또는 부직포로서 구성되어도 된다. 요컨대, 섬유제 기재 (11) 는 사상 (絲狀) 의 것을 제포 (製布) 하여 「포재 (布材)」로서 사용해도 된다. 도 3(A) 에서의 섬유제 기재 11B 는 직물의 일례를 모식적으로 도시하고 있고, 도 3(A) 에서의 섬유제 기재 11C 는 편물의 일례를 모식적으로 도시하고 있다.
섬유제 기재 (11) 를 구성하는 포재의 구체적인 구성으로는, 예를 들어, 조물로는, 예를 들어, 평타 (平打) 조물, 환타 (丸打) 조물, 각타 (角打) 조물, 격자타 조물 등을 들 수 있고, 직물로는, 예를 들어, 평직, 사문직, 주자직 등을 들 수 있으며, 편물로는, 예를 들어, 평편, 고무편, 양면편, 펄편 등을 들 수 있고, 부직포로는, 예를 들어, 니들 펀치, 서멀 본드, 스펀 본드, 멜트 블론 등을 들 수 있지만, 어느 포재의 구체적인 구성도 특별히 한정되지 않는다. 이들 포재 중 직물 또는 편물은, 변화 조직으로 구성되는 것이어도 되고, 기본 조직과 변화 조직을 포함하는 구성이어도 된다. 또, 부직포는, 관상체의 제물성에 영향을 미치지 않으면 케미컬 본드여도 된다.
본 개시에서는, 관상체는, 상기한 바와 같이, 섬유제 기재 (11) 및 수지 조성물 (12) 로 구성되어 있지만, 섬유제 기재 (11) 와 수지 조성물 (12) 의 복합화 상태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 에 있어서 전지 홀더 (10) (관상체) 를 모식적으로 나타내는 예에서는, 섬유제 기재 (11) 는, 수지 조성물 (12) 에 완전히 피복되어 있는 (혹은 수지 조성물 (12) 내에 섬유제 기재 (11) 가 매립되어 있는) 것과 같이 도시하고 있지만, 물론 이에 한정되지 않는다. 도 3(B) 에 나타내는 예에서는, 직물의 섬유제 기재 11B 가 수지 조성물 (12) 로 완전히 피복되어 있는 상태를 부분적인 모식적 확대도로서 도시하고 있다.
또, 섬유제 기재 (11) 는 수지 조성물 (12) 에 완전히 피복되어 있지 않아도 된다. 예를 들어, 섬유제 기재 (11) 가 포재로 구성되어 있으면 (예를 들어, 도 3(A) 에서의 직물의 섬유제 기재 11B 또는 편물의 섬유제 기재 11C 등이면), 포재의 외주면 또는 내주면에만 수지 조성물 (12) 이 적층되어도 된다. 혹은, 도 3(C) 에 나타내는 바와 같이, 직물의 섬유제 기재 11B 를 구성하는 사재가 수지 조성물 (12) 에 의해서 피복되고, 사재끼리 사이에는 간극이 형성되어도 된다. 이것은 편물 등의 다른 포재에서도 동일하다.
관상체를 구성하는 섬유제 기재 (11) 와 수지 조성물 (12) 의 복합 비율은 특별히 한정되지 않는다. 대표적으로는, 관상체에 있어서의 섬유 체적 함유율 Vf 가 15 ∼ 65 ％ 의 범위 내이면 되고, 바람직하게는 40 ∼ 60 ％ 의 범위 내를 들 수 있다. 섬유 체적 함유율 Vf 는, 예를 들어, 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP) 의 분야 등에 있어서 공지되어 있고, 섬유 매트릭스 재료로 이루어지는 복합 재료에 있어서, 당해 복합 재료 전체에 함유되는 섬유의 양 (함유량) 을 체적비로 나타내는 지표이다. 본 개시에 있어서도, 섬유제 기재 (11) 및 수지 조성물 (12) 로 적어도 구성되는 관상체에 있어서, 섬유제 기재 (11) 의 함유량을 섬유 체적 함유율 Vf 로 나타낼 수 있다. 또한, 섬유 체적 함유율 Vf 의 산출 방법은, JIS K7075 에 따라서 행하면 된다.
관상체에 있어서 섬유 체적 함유율 Vf 가 65 ％ 이상이면, 제조건에 따라서 상이하기도 하지만, 관상체에 함유되는 수지 조성물 (12) 의 절대량이 지나치게 적어, 전지 홀더 (10) (관상체) 에 대해서 양호한 난연성 또는 방열성을 부여할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 섬유 체적 함유율 Vf 가 15 ％ 미만이면, 제조건에 따라서 상이하기도 하지만, 관상체에 포함되는 섬유제 기재 (11) 의 절대량이 지나치게 적어, 전지 홀더 (10) (관상체) 의 강도를 양호하게 향상시킬 수 없게 될 가능성이 있다.
이와 같이, 본 개시에 관련된 전지 홀더 (10) 는, 내부에 전지를 수납하는 관통 공간 (전지 수납부 (10a)) 을 갖는 관상체로 적어도 구성되어 있고, 이 관상체는, 섬유제 기재 (11) 와, 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물 (12) 로 구성되어 있다. 이로써, 당해 전지 홀더 (10) 에서는, 수지 조성물 (12) 에 함유되는 무기 충전재에 의해서, 양호한 난연성 또는 방열성을 실현할 수 있음과 함께, 섬유제 기재 (11) 에 의해서 양호한 강도를 실현할 수 있다. 그 때문에, 예를 들어 관통 공간에 전지를 수납할 때, 관상체가 파손될 우려를 유효하게 억제하면서, 전지로부터의 열을 인접하는 관상체 전체로 분산시키는 것이 가능해진다.
[전지 팩]
본 개시에 관련된 전지 팩은, 전술한 전지 홀더 (10) 를 구비하고 있는 것이면 되어, 그 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다. 본 개시에 관련된 전지 팩은, 전술한 전지 홀더 (10) 를 복수 배열하고 나서, 각각의 전지 홀더 (10) 에 전지 (예를 들어, 도 1 또는 도 2 에 나타내는 원통형의 리튬 이온 전지 (20)) 를 수납함으로써 제조해도 된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 개개의 전지에 전지 홀더 (10) 를 장착하여 홀더 장착 전지 (30) 를 구성하고 나서, 이 홀더 장착 전지 (30) 를 복수 배열하여 전지 팩을 제조하는 것이 바람직하다. 이로써, 전지 팩의 패키지의 형상 등에 맞추어, 홀더 장착 전지 (30) 를 배열시키는 방식 또는 합치는 방식을 조정할 수 있다. 그 때문에, 전지 팩의 제조시의 범용성, 응용성 또는 디자인성을 향상시키는 것이 가능해진다.
전지 팩을 제조할 때, 복수의 홀더 장착 전지 (30) 를 합친 최소한의 유닛으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 도 4(A) 또는 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 3 개의 홀더 장착 전지 (30) 를 합쳐서 최소한의 유닛인 전지 팩 유닛 (31A) 또는 전지 팩 유닛 (31B) 을 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 4(A) 에 나타내는 전지 팩 유닛 (31A) 은, 3 개의 홀더 장착 전지 (30) 를 상면에서 보았을 때 삼각 형상으로 병렬 배치한 유닛으로서 구성된다. 이 전지 팩 유닛 (31A) 이면, 인접하는 3 개의 홀더 장착 전지 (30) 사이에 데드 스페이스 (32) 가 형성된다.
홀더 장착 전지 (30) 를 구성하는 리튬 이온 전지 (20) 는 원통형이고, 전지 홀더 (10) 도 원관상이기 때문에, 홀더 장착 전지 (30) 도 원통상이 된다. 이와 같은 홀더 장착 전지 (30) 를 3 개 합치면, 인접하는 원통끼리의 사이에 필연적으로 데드 스페이스 (32) 가 발생된다. 이 데드 스페이스 (32) 는, 전지 팩으로서 보았을 때, 수지가 존재하지 않는 공간부가 된다. 그러므로, 포팅재를 충전하는 종래의 전지 팩에 비해서, 수지의 중량을 저감할 수 있기 때문에, 전지 팩의 경량화를 도모할 수 있다.
혹은, 도 4(B) 에 나타내는 전지 팩 유닛 (31B) 은, 전지 팩 유닛 (31A) 과는 달리, 3 개의 홀더 장착 전지 (30) 를 상면에서 보았을 때 일렬로 나열하도록 병렬 배치한 평판상의 유닛으로서 구성된다. 이 전지 팩 유닛 (31B) 에서는, 전지 팩 유닛 (31A) 과는 달리, 유닛 자체에는 데드 스페이스 (32) 는 형성되지 않는다. 그러나, 전지 팩 유닛 (31B) 끼리를 인접 배치함으로써, 결과적으로, 인접하는 3 개의 홀더 장착 전지 (30) 사이에, 전지 팩 유닛 (31A) 과 마찬가지로 데드 스페이스 (32) 가 발생된다. 그러므로, 포팅재를 충전하는 종래의 전지 팩에 비해서 수지의 중량을 저감할 수 있기 때문에, 전지 팩의 경량화를 도모할 수 있다.
전지 홀더 (10) 는, 상기한 바와 같이, 수지제로 무기 충전재를 함유하기 때문에, 리튬 이온 전지 (20) 로부터 열이 발생되어도, 이것을 양호하게 방산 (방열) 할 수 있을 뿐만 아니라, 도 4(A), (B) 에 나타내는 전지 팩 유닛 (31A, 31B) 과 같이, 전지 팩에서는 관상체끼리를 밀착시키기 때문에, 임의의 리튬 이온 전지 (20) 로부터의 열을, 인접하는 홀더 장착 전지 (30) 의 관상체 (전지 홀더 (10)) 전체로 분산시킬 수도 있다. 이로써 방열 효과를 보다 더 향상시킬 수 있다.
전지 팩의 보다 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 전지 홀더 (10) 를 제외하고 종래 공지된 구성을 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 전술한 전지 팩 유닛 (31A, 31B) (혹은 홀더 장착 전지 (30)) 을 내부에 수납하는 케이싱체 (케이스), 그리고, 전지끼리를 전기적으로 접속하는 리드 부재 등을 구비하고 있으면 된다. 케이싱체의 형상은 공지된 직방체상으로 한정되지 않고, 상대적으로 복잡한 형상의 것을 채용할 수 있다. 이것은, 본 개시에서는 최소 유닛인 전지 팩 유닛 (31A, 31B) 을 케이싱체의 내부 공간을 채우도록 수납해 갈 수 있기 때문이다.
리드 부재는, 수납된 전지 팩 유닛 (31A, 31B) 에 있어서, 리튬 이온 전지 (20) 등의 전지끼리를 전기적으로 접속할 수 있으면, 공지된 구성을 채용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 판상 부재 또는 배선 부재 등을 들 수 있다. 또한, 미리 전지 팩 유닛 (31A, 31B) 에 있어서, 서로의 전지끼리를 리드 부재로 접속해 두고, 추가로 복수의 전지 팩 유닛 (31A, 31B) 끼리를 리드 부재로 접속해도 된다.
전지 팩의 제조 (조립) 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 상기한 바와 같이, 케이싱체의 내부에 전지 팩 유닛 (31A, 31B) 혹은 홀더 장착 전지 (30) 를 수납한 후에, 복수의 전지끼리를 리드 부재로 접속하는 방법을 들 수 있다. 여기서, 전지 팩의 제조 방법에는, 홀더 장착 전지 (30) 의 형성 공정 (홀더 장착 전지 (30) 의 제조 방법) 이 포함되어도 된다.
여기서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 홀더 장착 전지 (30) 에서는, 전지 홀더 (10) 의 상단 및 하단에서 리튬 이온 전지 (20) 의 상단 및 하단이 노출되어 있다. 바꿔 말하면, 홀더 장착 전지 (30) 에서는, 리튬 이온 전지 (20) 의 외주면에만 전지 홀더 (10) 가 장착되어 있게 된다. 그러므로, 포팅재를 사용한 종래의 전지 팩과 같이, 예를 들어, 가스 방출 밸브 (25) 가 위치하는 상단에 수지가 부착되는 사태를 방지할 수 있다. 종래의 전지 팩에서는, 액상의 포팅재를 사용하기 때문에, 포팅재가 불필요한 지점에 흘러들어 전지의 상단 등에 포팅재가 부착할 가능성이 있다.
전지가 리튬 이온 전지 (20) 인 경우에는, 전지에 어떠한 이상이 발생됨으로써 전해액의 일부가 분해되고 가스가 발생되어, 전지 내압이 상승하는 경우가 있다. 그러므로, 리튬 이온 전지 (20) 의 봉구체 (22) 에는 상기한 바와 같이 가스 방출 밸브 (25) 가 형성되어 있다. 전지 내압이 소정치를 초과할 때까지 상승하면, 가스 방출 밸브 (25) 가 개방된다. 이로써, 내부의 가스가 외부로 방출되어 전지 내압의 상승을 회피할 수 있다. 그러나, 리튬 이온 전지 (20) 의 상단에 포팅재 등의 수지가 부착되어 있으면, 가스 방출 밸브 (25) 가 적절히 작동하지 않아, 내부의 가스를 적절히 방출할 수 없을 가능성이 있다.
본 개시에 의하면, 전지 홀더 (10) 는 리튬 이온 전지 (20) 의 외주면에만 위치시킬 수 있다. 그러므로, 포팅재의 부적절한 부착에 의해서 가스 방출 밸브 (25) 가 적절히 작동하지 않을 가능성을 실질적으로 방지할 수 있다.
또, 포팅재를 사용할 경우에는, 전지 팩 내부에 포팅재를 주입할 때, 당해 포팅재가 기포를 포함할 우려가 있다. 포팅재가 기포를 포함한 상태에서 경화되면, 포팅재의 특성에 영향을 미칠 우려가 있다. 또, 상기와 같이, 전지의 상단 등과 같은 불필요한 지점에 포팅재가 부착되지 않도록 하기 위해서는, 포팅재의 유동을 규제하는 프레임재 또는 형재 (型材) 가 필요해진다. 또, 액상의 포팅재를 가열 경화시키기 위해서는 가열 수단이 필요하고, 혹은, 포팅재가 2 액 혼합형이면, 포팅재를 조제하기 위한 혼합 수단도 필요해진다.
이에 비해서, 본 개시에서는, 액상의 포팅재를 사용하지 않고 관상체의 전지 홀더 (10) 를 전지의 외주면에 장착시킬 뿐이다. 그러므로, 프레임재, 형재, 가열 수단, 혼합 수단 등이 불필요해질 뿐만 아니라, 포팅재를 경화시키기 위한 경화 시간도 불필요해진다. 그 때문에, 전지 팩을 제조할 때, 그 제조 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조 비용의 증가도 억제할 수 있다.
또한, 본 개시에서는, 전지 팩은 홀더 장착 전지 (30) 를 복수 합쳐서 정렬 배치시킬 뿐이기 때문에, 얻어진 전지 팩을 외관으로 확인하는 것만으로도 검사가 가능해진다. 게다가, 전지 팩의 제조시에, 예를 들어 전지 팩의 패키지 형상 등에 맞추어, 홀더 장착 전지 (30) 를 배열시키는 방식 또는 합치는 방식을 조정할 수 있다. 그 때문에, 전지 팩의 제조시의 범용성, 응용성 또는 디자인성을 향상시키는 것이 가능해진다.
실시예
본 발명에 대해서, 실시예 및 비교예에 기초하여 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 여러 가지로 변경, 수정 및 개변할 수 있다. 또한, 아래의 실시예에 있어서의 내유소 시험은 다음에 나타내는 바와 같이 하여 실시하였다.
(내유소 시험)
18650 형 리튬 이온 전지 (방전 용량 3 Ah) 의 외주면에, 실시예 또는 비교예의 전지 홀더를 장착하여 홀더 장착 전지를 구성하였다. 이 홀더 장착 전지를 3 개 병렬시키고 고정시켜 시험용 전지 팩을 제작하였다.
시험용 전지 팩의 3 개의 홀더 장착 전지 중, 일방의 단 (端) 의 홀더 장착 전지에 대해서, 그 외주로부터 N45 쇠못을 30 ㎜/초의 속도로 찔러서 관통시켰다. 쇠못을 관통시킨 홀더 장착 전지를 「열원 전지」로 하고, 열원 전지에 인접하는 홀더 장착 전지 (중앙의 홀더 장착 전지) 를 「인접 전지」로 하여, 25 ℃ 의 환경하에서 인접 전지의 온도를 측정하면서, 열원 전지로부터 다른 홀더 장착 전지에 유소가 발생되는지의 여부를 확인하였다. 유소가 발생되지 않은 경우를「○」, 유소가 발생된 경우를「×」로 평가하였다.
(섬유 체적 함유율 Vf)
JIS K7075 에 준하여, 질산 및 황산 분해법에 의해서, 시험편인 관상체로부터 수지분만을 없애고, 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물의 질량 (수지 조성물량) 을 산출하였다. 이 수지 조성물량과 관상체의 질량으로부터 섬유 질량 함유율 Wf 를 산출하였다. 이 Wf 와, 관상체의 밀도 ρc 와, 관상체에 사용되는 유리 섬유 또는 폴리에스테르 섬유의 밀도 ρf 로부터, 식 : Vf ＝ (Wf × ρc)/ρf 에 의해서 섬유 체적 함유율 Vf 를 산출하였다.
(실시예 1)
수지 성분으로서 우레탄 수지 (상품명 : 에임플렉스 EF-243, 다이이치 공업 제약 주식회사 제조), 무기 충전재로서 수산화알루미늄을 사용하여 무기 충전재의 함유량이 65 질량％ 인 우레탄 수지 조성물을 조제 (제조) 하였다. 섬유제 기재로서 유리 섬유 (상품명 : 멀티앤드로빙 품번 : ER 550E-2400, 다이소 케미컬 주식회사 제조) 를 사용하고, 이 유리 섬유를 병렬 배치한 상태에서 연속하여 송출하고, 이것에 우레탄 수지 조성물을 함침하여 관상으로 성형하였다. 이로써, 두께가 1.5 ㎜ 이고 섬유 체적 함유율 Vf 가 40 ％, 두께가 1.0 ㎜ 이고 Vf 가 40 ％, 및 두께가 0.7 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％ 인 3 종류의 관상체를 제작 (제조) 하고, 각각 실시예 1 의 전지 홀더로 하였다.
이들 3 종류의 전지 홀더에 의해서 구성되는 시험용 전지 팩에서는, 인접하는 리튬 이온 전지간의 거리 (전지간 거리) 는 각각 3.0 ㎜, 2.0 ㎜, 및 1.4 ㎜ 가 된다. 이들 실시예 1 의 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과 (인접 전지의 온도 및 유소의 평가) 를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 2)
무기 충전재로서 수산화마그네슘을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 및 Vf 가 상이한 3 종류의 관상체를 제작하고, 각각 실시예 2 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 3)
무기 충전재로서 황산마그네슘을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 및 Vf 가 상이한 3 종류의 관상체를 제작하고, 각각 실시예 3 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 4)
무기 충전재로서 탄산수소나트륨을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께가 1.5 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％, 및 두께가 1.0 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％ 인 2 종류의 관상체를 제작하고, 각각 실시예 4 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 5)
무기 충전재로서 수산화알루미늄 및 탄산수소나트륨을 1 : 1 로 혼합한 것을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께가 1.5 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％, 및 두께가 1.0 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％ 인 2 종류의 관상체 (실시예 4 와 동일) 를 제작하고, 각각 실시예 5 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 6)
무기 충전재로서 수산화마그네슘 및 탄산수소나트륨을 1 : 1 로 혼합한 것을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께가 1.5 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％, 및 두께가 1.0 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％ 인 2 종류의 관상체 (실시예 4 와 동일) 를 제작하고, 각각 실시예 6 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 7)
섬유제 기재로서 폴리에스테르 섬유 (타이요 통신 공업 주식회사 제조, 상품명 : 아스메슈 NTH-19 를 사용함과 함께, 실시예 1 과 동일하게 하여 우레탄 수지 조성물을 조제 (제조) 하였다. 끼워 넣기식의 성형형에 폴리에스테르 섬유의 섬유제 기재를 넣고, 우레탄 수지 조성물을 진공 주입함으로써, 섬유제 기재에 우레탄 수지 조성물을 함침시켜 관상으로 성형하였다. 이로써, 두께가 1.5 ㎜ 이고 Vf 가 30 ％, 두께가 1.0 ㎜ 이고 Vf 가 40 ％, 및 두께가 0.7 ㎜ 이고 Vf 가 60 ％ 인 3 종류의 관상체를 제작 (제조) 하여, 각각 실시예 7 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(실시예 8)
무기 충전재로서 수산화마그네슘을 사용한 것 이외에는 실시예 7 과 동일하게 하여, 두께 및 Vf 가 상이한 3 종류의 관상체를 제작하고, 각각 실시예 8 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(비교예 1)
무기 충전재를 함유시키지 않은 (즉 무기 충전재를 배합하지 않고 우레탄 수지만을 사용한) 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께가 1.5 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％, 및 두께가 1.0 ㎜ 이고 Vf 가 50 ％ 인 2 종류의 관상체 (실시예 4 와 동일) 를 제작하고, 비교예 1 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
(비교예 2)
섬유제 기재인 유리 섬유를 사용하지 않고, 무기 충전재를 배합하지 않은 우레탄 수지만으로 실시예 4 와 동일하게 2 종류의 관상체를 제작하고, 비교예 2 의 전지 홀더로 하였다. 이들 전지 홀더에 대해서, 상기한 바와 같이 내유소 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
(실시예 및 비교예의 대비)
실시예 1 ∼ 8 의 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 관련된 전지 홀더이면, 내유소 시험에 의해서도 유소가 발생되지 않아, 양호한 난연성 및 방열성을 실현할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 실시예 1 ∼ 6 의 결과와 실시예 7, 8 의 결과로부터, 섬유제 기재가 무기계 섬유이든 유기계 수지 섬유이든, 본 실시예에 관련된 전지 홀더는, 양호한 난연성 및 방열성을 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 1 에 관련된 전지 홀더는, 무기 충전재를 함유하지 않은 우레탄 수지를 사용했기 때문에 양호한 난연성 및 방열성을 실현할 수 없었다. 마찬가지로, 비교예 2 에 관련된 전지 홀더는, 무기 충전재를 함유하지 않은 우레탄 수지를 사용했을 뿐만 아니라, 섬유제 기재인 무기계 섬유 또는 유기계 수지 섬유도 사용하지 않았기 때문에, 양호한 난연성 및 방열성을 실현할 수 없었다. 또한, 비교예 1 및 2 의 어느 전지 홀더에 있어서도, 내유소 시험에서는, 열원 전지로부터 인접 전지뿐만 아니라 나머지의 전지에까지 유소가 발생되었다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태의 기재에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 나타낸 범위 내에서 다양한 변경이 가능하고, 상이한 실시형태나 복수의 변형예에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
산업상 이용가능성
본 발명은 전지의 형상 또는 종류 등에 관계 없이, 전지 홀더 및 이것을 사용한 전지 팩의 분야에 널리 바람직하게 사용할 수 있다.
10 : 전지 홀더
10a : 전지 수납부 (관통 공간)
11, 11A ∼ 11C : 섬유제 기재
12 : 수지 조성물
20 : 리튬 이온 전지 (전지)
21 : 단자 캡
22 : 봉구체
23 : 전극군
24 : 외장체
30 : 홀더 장착 전지
31 : 전지 팩 유닛
32 : 데드 스페이스

Claims (8)

  1. 내부에 전지를 수납하는 관통 공간을 갖는 관상체로 적어도 구성되고, 당해 관상체는, 섬유제 기재와, 무기 충전재를 함유하는 수지 조성물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유제 기재를 구성하는 섬유는, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 아라미드 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, BPO 섬유, 폴리페닐렌술파이드 섬유, 폴리이미드 섬유, 불소 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 섬유인 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유제 기재는, 조물, 직물, 편물, 부직포, 단섬유, 또는 로빙 중 어느 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관상체에 있어서의 섬유 체적 함유율 Vf 는, 15 ∼ 65 ％ 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 조성물에 함유되는 상기 무기 충전재는, 상기 수지 조성물의 전체량을 100 질량％ 로 했을 때 40 ∼ 80 질량％ 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 조성물은, 수지 성분으로서, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 및 멜라민 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 수지를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전재는, 2 가 혹은 3 가의 금속 수산화물, 2 가의 금속 황산염 수화물, 아연의 옥소산염, 실리카, 알루미나, 도소나이트, 및 탄산수소나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것을 특징으로 하는 전지 홀더.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 전지 홀더를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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