WO2020202901A1 - 耐熱断熱シート、その製造方法及び組電池 - Google Patents

耐熱断熱シート、その製造方法及び組電池 Download PDF

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立花 宏泰
淳 小▲柳▼
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王子ホールディングス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat-resistant heat insulating sheet, a method for producing the same, and an assembled battery.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-609002 filed in Japan on March 29, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • high-power, high-capacity rechargeable batteries such as lithium-ion batteries have become widely used in mobile devices, tools, automobiles, railways, aircraft, and the like.
  • high-power, high-capacity rechargeable batteries when a short circuit occurs due to damage or internal impurities, internal energy is instantaneously released as heat, which may accelerate the deterioration of the battery or cause ignition.
  • Patent Document 1 proposes to measure the temperature to detect an abnormality.
  • an abnormality can be detected, it is not possible to prevent a defect of one cell cell from reaching an adjacent battery.
  • a nonflammable heat-resistant heat insulating sheet is a thin metal plate that is nonflammable, but it has high thermal conductivity and cannot block the heat effect on adjacent cells.
  • metal since metal has a high specific gravity and is a conductor, there are problems that insulation measures with the cell electrode are required and that the end face may damage the battery cell, so that the metal cannot be used.
  • Asbestos or asbestos-containing slate plates have been used as non-metal non-flammable heat-resistant heat insulating materials in the past, but asbestos is harmful to the human body and cannot be used at present.
  • Calcium silicate plates have been used in the field of building materials as a flame-retardant material to replace asbestos, but calcium silicate is highly alkaline and tends to cause problems such as corrosion when used in batteries and the like.
  • a non-combustible material obtained by forming a refractory cement material such as alumina cement into a plate shape has no problem in non-combustibility, but is not preferable because it has a high density and increases the weight of the battery pack. In addition, if it is made thin, it is easily damaged and dust is generated even when cutting, so specific work environment measures are required.
  • Glass wool (glass wool) made of glass fiber, glass paper, glass cloth, etc. are excellent materials as heat insulating materials near room temperature, but because they have good air permeability and low shielding property against gas, high temperature air, combustion gas, flames, etc. There is a problem that it passes through.
  • Patent Documents 2 and 3 As the heat-resistant sheet, an inorganic fiber such as glass fiber containing an inorganic mineral, particularly a clay mineral, has been proposed (Patent Documents 2 and 3). It is said that the heat-resistant sheets of Patent Documents 2 and 3 can be suitably used mainly for applications such as catalyst carriers. However, the heat-resistant sheets disclosed in Patent Documents 2 and 3 are inferior in heat insulating properties and lack light weight. In addition, the heat-resistant sheet itself may burn when exposed to high temperatures.
  • a heat-resistant heat-insulating sheet provided on at least one of a low-density layer and a first surface and a second surface of the low-density layer, and having a high-density layer having a higher density than the low-density layer.
  • the entire thickness of the heat-resistant heat-insulating sheet is 0.1 to 2.5 mm, and the thickness is 0.1 to 2.5 mm.
  • the combustion heat of the entire heat-resistant heat insulating sheet is 1 MJ / m 2 or less.
  • the low-density layer is a layer in which the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is less than 50% by mass.
  • the high-density layer is a layer in which the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is 50% by mass or more.
  • the heat insulation is characterized in that the thickness of the high-density layer per layer is equal to or less than the thickness of the low-density layer, and the thickness of at least one of the high-density layers is 0.05 mm or more.
  • the method for manufacturing a heat-resistant heat-insulating sheet according to any one of [1] to [6].
  • the density is higher than that of the low-density sheet, the total content of inorganic fibers and clay minerals is 90% by mass or more, and the ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals is 50% by mass or more.
  • a method for manufacturing a heat-resistant and heat-insulating sheet by laminating a certain high-density sheet [10] The method for producing a heat-resistant heat-insulating sheet according to any one of [1] to [6].
  • the heat-resistant heat-insulating sheet of the present invention is excellent in heat resistance and heat-insulating properties, is hard to burn, and is lightweight. Further, the assembled battery in which the heat-resistant heat-insulating sheet is inserted between the cells can easily prevent the defect of one cell from extending to the adjacent batteries.
  • the present invention will be described in detail below.
  • the description of the constituent elements described below may be based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
  • the numerical range represented by using "-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the heat-resistant heat-insulating sheet according to the first embodiment.
  • FIG. 1 emphasizes the thickness direction for convenience of explanation.
  • the heat-resistant heat insulating sheet 10 of the present embodiment is opposite to the low-density layer 1, the first high-density layer 2 provided on the first surface of the low-density layer 1, and the first surface. It includes a second high-density layer 3 provided on a second surface, which is a side surface.
  • the low-density layer 1, the first high-density layer 2, and the second high-density layer 3 are preferably integrated for convenience of handling, but may be simply laminated.
  • the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 and the boundary between the low-density layer 1 and the second high-density layer 3 are determined by the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral. Be done. That is, the low-density layer 1 is the layer in which the ratio of the content of the clay mineral to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is less than 50% by mass, and the clay mineral in the total content of the inorganic fiber and the clay mineral.
  • the layer having a content ratio of 50% by mass or more is the first high-density layer 2 or the second high-density layer 3.
  • the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 and the boundary between the low-density layer 1 and the second high-density layer 3 are parallel to the surface direction of the heat-resistant heat insulating sheet 10.
  • the boundary between the layers remains as it is. It is the boundary between the low-density layer and the high-density layer in the invention.
  • the ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals gradually decreases from about 60% by mass to about 40% by mass in the thickness direction, the inorganic fibers and clay minerals
  • the portion where the ratio of the clay mineral content to the total content of the clay mineral is 50% by mass is the end of the high-density layer, and the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is 50.
  • the portion of less than mass% is the end of the low density layer.
  • the ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals is determined by determining the abundance ratio of constituent elements using an X-ray microanalyzer, and the constituent elements of standard samples in which the contents of clay minerals and inorganic fibers are known. It is obtained by comparing with the abundance ratio.
  • the value obtained by the X-ray microanalyzer may be calibrated by the fluorescent X-ray analysis method or the value obtained by the atomic absorption spectrophotometer to further improve the accuracy. If there is a variation in the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fibers and clay minerals on the surface parallel to the surface direction of the heat insulating sheet 10, it is parallel to the surface direction of the heat insulating sheet 10. The average value for the entire surface is taken as the ratio of the content in that surface.
  • the boundary between the low density layer and the high density layer be as clear as possible. That is, it is preferable that the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral changes sharply with the boundary as a boundary.
  • the content of the clay mineral contained in the low-density layer 1 is preferably 10% by mass or less with respect to at least one of the contents of the clay mineral contained in each of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3. .. That is, most of the clay minerals are present in the first high-density layer 2 or the second high-density layer 3.
  • the ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals in the low-density layer 1 is less than 50% by mass, preferably 40% by mass or less, and preferably 30% by mass or less in order to achieve low density. Is more preferable, 20% by mass or less is further preferable, and 10% by mass or less is particularly preferable. Substantially zero mass% is most preferred. The lower the density, the more the thermal conductivity can be suppressed.
  • the ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals in the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is 50% by mass or more in order to achieve high density, and 55% by mass. % Or more is preferable, and it may be 100% by mass.
  • the content of clay minerals contained in each layer is determined by integrating the content of clay minerals on each surface parallel to the surface direction of the heat-resistant heat insulating sheet 10 in the thickness direction.
  • the distance from the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 to the boundary between the low-density layer 1 and the second high-density layer 3 is the thickness of the low-density layer 1. Further, the distance from the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 to the surface of the first high-density layer 2 opposite to the low-density layer 1 is the thickness of the first high-density layer 2. Further, the distance from the boundary between the low-density layer 1 and the second high-density layer 3 to the surface of the second high-density layer 3 opposite to the low-density layer 1 is the thickness of the second high-density layer 3.
  • the thickness of each layer if each layer is independent and can be easily separated, the pressure applied to the thickness of each layer is low and the layer thickness does not change. JIS L1086 specified non-woven fabric, constant pressure thickness gauge for woven fabric ( The measurement pressure is 0.35 N or less, and the measurement diameter is 25.2 mm). If it is difficult to separate the layers, the thickness of the region where the clay mineral content in the vertical cross-section X-ray microanalyzer image is 50% by mass or more is defined as the thickness of the high-density layer, and the thickness of the region less than 50% by mass is defined as the thickness of the high-density layer. Let this be the thickness of the low density layer.
  • the thickness of each layer may be measured directly from the observation image of the vertical cross section of the electron micrograph or the optical micrograph.
  • a resin embedding method or a freeze-cutting method is used to obtain a vertical cross section while maintaining the layer structure and the thickness of each layer. ..
  • the thickness of the low-density layer 1 is not particularly limited, but it is preferably as thick as possible within the thickness range of the entire heat-resistant heat insulating sheet 10. That is, the thickness of the low-density layer 1 is preferably close to the thickness of the entire heat-resistant heat-insulating sheet 10. Specifically, 0.3 mm or more is preferable, and 0.5 mm or more is more preferable, as long as the thickness is less than 0.05 mm thinner than the thickness of the entire heat-resistant heat insulating sheet 10. It is easier to obtain a sufficient heat insulating effect when the thickness of the low density layer 1 is made as thick as possible. Further, the weight of the entire heat-resistant heat-insulating sheet 10 can be reduced, and by extension, the weight of the entire assembled battery using the heat-resistant heat-insulating sheet 10 can be reduced.
  • the thickness of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is less than or equal to the thickness of the low-density layer 1, respectively.
  • the thickness of both the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 equal to or less than the thickness of the low-density layer 1
  • Mass can be suppressed. As a result, the thickness and mass of the entire assembled battery using the heat-resistant heat insulating sheet 10 can be reduced.
  • the thickness of at least one of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is 0.05 mm or more.
  • the thickness of at least one of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is preferably 0.05 to 1 mm, more preferably 0.1 to 0.5 mm.
  • the thickness of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is preferably 0.05 mm or more, and both are preferably in the above-mentioned preferable thickness range.
  • the total thickness of the heat-resistant heat insulating sheet 10 is 0.1 to 2.5 mm.
  • the total thickness of the heat-resistant heat insulating sheet 10 is preferably 0.1 to 2.5 mm, more preferably 0.5 to 1.5 mm.
  • the mass per unit area from the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 to the boundary between the low-density layer 1 and the second high-density layer 3 is the basis weight of the low-density layer 1. Further, the mass per unit area from the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 to the surface of the first high-density layer 2 on the opposite side of the low-density layer 1 is the basis weight of the first high-density layer 2. Become.
  • the mass per unit area from the boundary between the low-density layer 1 and the second high-density layer 3 to the surface of the second high-density layer 3 opposite to the low-density layer 1 is the basis weight of the second high-density layer 3. Become.
  • Each basis weight can be determined by taking out each layer independently by an appropriate method such as peeling, cutting, melting, etc. and measuring the mass.
  • the content of the constituent components in the layer is measured by chemical analysis or instrumental analysis, and calculated by the sum of the constituent masses.
  • the basis weight of the low-density layer 1 is not particularly limited, but is preferably 10 to 300 g / m 2, more preferably 15 to 280 / m 2 , and even more preferably 20 to 250 g / m 2 .
  • the basis weight is not less than the lower limit of the preferable range, the heat insulating effect is easily exhibited, and the strength of the heat resistant heat insulating sheet 10 is also easy to be secured. Further, if it is not more than the upper limit value in the preferable range, the thickness of the heat-resistant heat insulating sheet 10 does not become excessive.
  • the low density layer 1 Since the low density layer 1 has a low content ratio of clay minerals, it is easy to secure voids between the inorganic fibers, and the density tends to be low. Density of the low density layer 1 is preferably 0.1 ⁇ 0.25g / cm 3, more preferably 0.1 ⁇ 0.2g / cm 3, more preferably 0.1 ⁇ 0.17g / cm 3. When the density of the low-density layer 1 is equal to or higher than the preferable lower limit value, convection in the layer can be easily suppressed. In addition, it is easy to secure the strength of the heat-resistant heat insulating sheet 10. Further, when the density of the low density layer 1 is not more than a preferable upper limit value, heat transfer can be easily suppressed.
  • the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 tend to have high densities due to the high content ratio of clay minerals.
  • the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 each have a higher density than the low-density layer 1.
  • the density of at least one of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is preferably 0.3 to 2.5 g / cm 3 , more preferably 0.35 to 2.5 g / cm 3 , and 0.4. It is more preferably ⁇ 2.5 g / cm 3 .
  • both the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 preferably have a density in the above-mentioned preferable range.
  • the density of at least one of the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is at least a preferable lower limit value, it is easy to suppress the permeation of flame and high-temperature gas. Further, when it is not more than the upper limit value, the weight of the entire heat-resistant heat insulating sheet 10 does not become excessive.
  • the content of the inorganic component in the low-density layer 1 is preferably 80% by mass or more, preferably 85% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.
  • the content of the inorganic component in the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 is preferably 90% by mass or more, more preferably 94% by mass or more, further preferably 96% by mass or more, and 100% by mass. May be good. Due to the high content of inorganic components in each layer, nonflammability can be ensured.
  • the content of the inorganic component in each layer is determined by analyzing the amount of the contained inorganic substance by a fluorescent X-ray analysis method.
  • each layer may be dissolved and the amount of the contained inorganic substance may be quantified by an ICP analysis method. Further, it may be obtained by subtracting the mass reduction amount as the organic content and the water content by the heating weight loss method. However, if the result is different from the value obtained by the fluorescent X-ray analysis method, the value obtained by the fluorescent X-ray analysis method is regarded as positive.
  • molten rock fibers such as glass fibers, carbon fibers, glass wool, rock wool and basalt fibers, ceramic fibers such as alumina fibers, silicon carbide fibers and the like can be used.
  • glass fiber is preferably used because it is inexpensive, does not have conductivity, and has little wear on the cutting blade when cutting a sheet.
  • one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the glass fiber in addition to general E glass, high-strength S glass, C glass having excellent acid resistance, and the like can be used. From the viewpoint of cost, it is preferable to use inexpensive E-glass.
  • the cross-sectional shape of the glass fiber is not particularly limited, and a circular or flat shape can be used.
  • one type of glass fiber may be used alone or two or more types may be used in combination.
  • the fiber diameter of the inorganic fiber is preferably 3 to 30 ⁇ m, more preferably 10 to 30 ⁇ m, and even more preferably 20 to 30 ⁇ m.
  • the fiber diameter of the inorganic fiber is not more than a preferable upper limit value, the voids between the inorganic fibers in the low density layer 1 are narrowed, convection in the voids and gas passage are less likely to occur, and a heat insulating effect can be easily obtained. Further, since it is easy to secure contact points and entanglement points between the inorganic fibers, the tensile strength of the entire heat-resistant heat insulating sheet 10 is increased, and handling is facilitated.
  • the skin irritation does not become too strong, and it is easy to suppress fluffing and powder falling during the cutting process. In addition, it is easy to avoid that the gaps between the fibers become too large and the passage of heated air and convection in the gaps are likely to occur.
  • the fiber diameter of the inorganic fiber is less than 3 ⁇ m
  • “WHO inhalable fiber a fibrous substance that is inhaled into the body by respiration and reaches the lungs, and has a length of more than 5 ⁇ m,” defined by the World Health Organization (WHO).
  • WHO World Health Organization
  • the fiber diameter of the inorganic fiber is preferably 3 ⁇ m or more.
  • the fiber diameter of the inorganic fiber is at least the preferable lower limit value, it is easy to secure the ability to maintain the voids between the fibers in the low density layer 1. Therefore, it is easy to prevent the voids between the fibers from being crushed by the capillary force of the adsorbed water due to moisture absorption and water absorption. Further, it is easy to avoid that the thickness of the entire heat-resistant heat insulating sheet 10 is reduced due to the compressive force between the cells. Therefore, it is possible to suppress a decrease in heat insulating property due to a decrease in thickness of the low density layer 1, and it is possible to avoid an increase in contact points between fibers of the low density layer 1 and an increase in heat transfer coefficient.
  • the inorganic fiber it is also preferable to use an inorganic fiber having a fiber diameter of 3 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m and an inorganic fiber having a fiber diameter of 10 ⁇ m to 30 ⁇ m in combination.
  • the fiber length of the inorganic fiber is preferably 1 to 25.2 mm, more preferably 3 to 20 mm, still more preferably 5 to 15 mm.
  • the fiber length of the inorganic fiber is at least the preferable lower limit value, the strength during the sheet manufacturing process can be ensured.
  • the fiber length of the inorganic fiber is not more than the preferable upper limit value, binding does not occur due to twisting of the fiber, and the texture (uniformity of thickness and fiber density) can be kept good.
  • the clay mineral constituting the heat-resistant heat-insulating sheet 10 has a self-coating ability. Therefore, the first high-density layer 2 and the second high-density layer 3 containing a large amount of clay minerals are high-density layers.
  • clay minerals include layered hydrous silicate minerals, for example, hydroferosilicate minerals such as kaolinite, smectite, montmorillonite, sericite, illite, gloconite, chlorite, sepiolite, and talc, and mixtures thereof. .. Of these, sepiolite is preferable because it has a high coating film-forming ability, has few cracks during drying, and has a high coating film strength after drying.
  • Sepiolite is a naturally occurring clay mineral that is a hydrous magnesium silicate with a unique chain-like particle structure. Due to the difference in origin, sepiolite is subjected to hydrothermal action under high temperature and high pressure, has a high degree of crystallinity, and has long fibers and a clear fibrous morphology (conventionally called mountain bark) and shallow seabed. There is a ⁇ -type of short fibers (massive or clay-like morphology) with low crystallinity due to sedimentation on the bottom of the lake.
  • the ⁇ -type sepiolite contains a large amount of impurities and contains several to a dozen mass% of crystalline silica such as quartz, which is not preferable for safety to the human body. Therefore, as sepiolite, ⁇ -type having a relatively low impurity content is preferable.
  • ⁇ -type sepiolites it is desirable to select and use sepiolites from production areas where the content of crystalline silica is low. Since crystalline silica accelerates the wear of the blade when cutting the sheet, it is preferable that the content of crystalline silica is small.
  • the content of crystalline silica can be quantified by X-ray powder diffraction by comparing the peak intensity of crystalline silica with the peak intensity of a standard sample.
  • the content of crystalline silica in the heat-resistant heat insulating sheet 10 is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, still more preferably 0.2% by mass or less.
  • Examples of the optional components other than the inorganic fibers and clay minerals constituting the heat-resistant heat insulating sheet 10 include various inorganic or organic binders for binding the inorganic fibers.
  • As the binder a binder having binding property, heat resistance, and less corrosiveness to batteries, electrodes, and wiring is preferable.
  • Examples of the inorganic binder include various inorganic cements and various glasses.
  • thermosetting resin powder a heat-sealing resin fiber, a resin emulsion, a resin solution, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin
  • PVA fiber is preferably used because it is excellent in binding property in comparison with the amount of addition and the amount of heat generated is small.
  • An acrylic resin emulsion or the like is also suitable from the viewpoint of water resistance.
  • a core-sheath type binder fiber having a low melting point resin on the outside and a high melting point resin on the inside is also suitable.
  • para-aramid fiber, aramid pulp, crystalline polyester, liquid crystal polyester, wood-derived pulp, grass-derived pulp and the like, which are not melt-adhesive but have a high ability to be finely fibrillated and entangled, can also be used.
  • organic binders may be used alone or in combination.
  • the heat resistance is lowered, for example, shrinkage due to heat is likely to occur.
  • the organic component when heated by the heat generated by the cell, the organic component may generate heat by oxidation or generate decomposition gas. In that case, it may explode, ignite, or smoke.
  • the amount of the organic component such as the organic binder in the heat-resistant heat-insulating sheet 10 is such that the combustion heat of the entire heat-resistant heat-insulating sheet 10 is 1 MJ / m 2 or less.
  • the heat of combustion of the entire heat-resistant heat insulating sheet 10 is the sum of the heat of combustion of each organic substance existing in the heat-resistant heat insulating sheet 10, and the heat of combustion of each organic substance is the heat of combustion per unit mass of the organic substance and the organic substance per unit area. It is a value multiplied by the mass of.
  • the heat of combustion of an organic substance does not differ greatly even if the type of the organic substance is different, so that the heat of combustion is related to the amount of the organic component. That is, the heat of combustion is an index of the amount of organic components.
  • the amount of the organic component in the heat-resistant heat insulating sheet 10 is preferably a combustion heat of 0.75 MJ / m 2 or less, and more preferably 0.5 MJ / m 2 or less. If the heat of combustion is controlled within the above range, it is difficult to generate heat or ignite even when exposed to high temperatures. Moreover, even if heat is generated, the amount of heat generated is small. Therefore, it is excellent in nonflammability, and even if one cell generates heat or ignites, it is easy to prevent the influence from affecting the adjacent cell.
  • the heat of combustion of the sheet is the heat of combustion measured by the measurement of the heat of combustion by the cone calorimeter defined in ISO 5660-1: 2002.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat-resistant heat-insulating sheet according to the second embodiment.
  • FIG. 1 emphasizes the thickness direction for convenience of explanation.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet 11 of the present embodiment includes a low-density layer 1 and a first high-density layer 2 provided on the first surface of the low-density layer 1. That is, it differs from the heat-resistant heat-insulating sheet 10 of the first embodiment in that the second high-density layer 3 does not exist.
  • the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 are preferably integrated for convenience of handling, but may be simply laminated.
  • the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 is determined by the ratio of the content of the clay mineral to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral, as described in the first embodiment.
  • the method for determining the ratio of the content of the clay mineral to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral in each layer and the range of the preferable ratio are also the same as those described in the first embodiment.
  • the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 is preferably as clear as possible.
  • the distance from the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 to the surface of the low-density layer 1 opposite to the first high-density layer 2 is the thickness of the low-density layer 1. Further, the distance from the boundary between the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 to the surface of the first high-density layer 2 opposite to the low-density layer 1 is the thickness of the first high-density layer 2.
  • the method of obtaining each thickness is the same as that described in the first embodiment.
  • the thickness of the low-density layer 1 is preferably as thick as possible within the range of the thickness of the entire heat-resistant heat-insulating sheet 11 as described in the first embodiment.
  • the upper limit is 0.05 mm thinner than the thickness of the entire heat-resistant heat insulating sheet 11, and 0.3 mm or more is preferable, and 0.5 mm or more is more preferable.
  • the thickness of the first high-density layer 2 is equal to or less than the thickness of the low-density layer 1 and is 0.05 mm or more.
  • the preferred thickness of the first high-density layer 2 is the same as that of the first embodiment.
  • the total thickness of the heat-resistant heat-insulating sheet 11 is 0.1 to 2.5 mm, and the preferable thickness is the same as that of the heat-resistant heat-insulating sheet 10 of the first embodiment.
  • the preferred basis weight of the low density layer 1 is the same as that of the first embodiment.
  • the method of obtaining the basis weight of each layer is the same as that described in the first embodiment.
  • the preferable densities of the low-density layer 1 and the first high-density layer 2 and the method for obtaining them are the same as those in the first embodiment.
  • the content of the inorganic component in the low-density layer 1 is preferably 80% by mass or more, preferably 85% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.
  • the content of the inorganic component in the first high-density layer 2 is preferably 90% by mass or more, more preferably 94% by mass or more, further preferably 96% by mass or more, and may be 100% by mass.
  • the method of determining the content of the inorganic component in each layer is the same as that described in the first embodiment.
  • the inorganic fibers and clay minerals constituting the heat-resistant heat insulating sheet 11 the same inorganic fibers and clay minerals constituting the heat-resistant heat insulating sheet 10 can be used, and the preferred embodiment is also the same.
  • Examples of the components other than the inorganic fibers and clay minerals constituting the heat-resistant heat insulating sheet 11 include various inorganic or organic binders similar to those described in the first embodiment. Further, the limitation regarding the ratio of the organic component in the heat-resistant heat-insulating sheet 11 is the same as the limitation regarding the ratio of the organic component in the heat-resistant heat-insulating sheet 10. The range of preferred combustion heat is similar.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet 10 of the first embodiment and the heat-resistant heat-insulating sheet 11 of the second embodiment include at least one high-density layer having a thickness of 0.05 mm or more. Since clay minerals close the voids between the inorganic fibers, this high-density layer has a function of suppressing the permeation of flames and high-temperature gas. Therefore, if the heat-resistant heat-insulating sheet 10 or the heat-resistant heat-insulating sheet 11 is inserted between the cells, it is easy to prevent the fire from spreading to the adjacent cells when one cell ignites. Further, since the thickness of the high-density layer is limited to the thickness of the low-density layer or less, the total mass is not excessive.
  • the low-density layer has a function as a heat insulating layer because the voids between the inorganic fibers are secured. Therefore, excellent heat insulating properties can be obtained even though the overall thickness is suppressed. Therefore, if the heat-resistant heat-insulating sheet 10 or the heat-resistant heat-insulating sheet 11 is inserted between the cells, even if one cell generates heat, it is easy to prevent the adjacent cell from deteriorating due to the influence of the heat. .. Further, since the overall thickness is thin, the thickness of the entire assembled battery using the heat-resistant heat insulating sheet 10 can be suppressed. Moreover, since it is mainly composed of inorganic components, it is easy to secure nonflammability.
  • the method for producing the heat-resistant heat-insulating sheet of the present invention is not particularly limited, but for example, the following production methods 1 and 2 can be preferably applied.
  • the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is 80% by mass or more, and the ratio of the clay mineral content to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is less than 50% by mass.
  • the density is higher than that of the low-density sheet on at least one of the first surface and the second surface, and the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is 90% by mass or more, which is the total content of the inorganic fiber and the clay mineral.
  • the low-density sheet may be composed of only inorganic fibers, or may contain an optional component such as a binder in addition to the inorganic fibers.
  • the clay mineral may be contained in a range in which the ratio of the content of the clay mineral to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is less than 50% by mass.
  • the low-density sheet preferably has a low ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals, preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and further 20% by mass or less. It is preferable, and 10% by mass or less is particularly preferable. Most preferably, it does not contain clay minerals. However, since the amount of the organic binder used can be reduced by including the clay mineral, the content of the clay mineral is appropriately adjusted in consideration of the tensile strength of the sheet, the holding power of the fiber, and the like.
  • the total content of the inorganic fiber and the clay mineral in the low-density sheet (the content of the inorganic fiber when the clay mineral is not contained) is 80% by mass or more, preferably 85% by mass or more.
  • the total content of the inorganic fiber and clay mineral in the low density sheet (or the content of the inorganic fiber if the clay mineral is not contained) is It may be 90% by mass or less.
  • the low-density sheet is mainly a part constituting the low-density layer 1 in the heat-resistant heat insulating sheet 10 or the heat-resistant heat insulating sheet 11, the preferable thickness, basis weight, density of the low-density sheet, and the inorganic fibers constituting the low-density sheet.
  • a preferred embodiment of the constituent material such as a binder is the same as that described for the low density layer 1 in the embodiment of the heat resistant heat insulating sheet.
  • the low density sheet can be produced by forming a non-woven fabric of inorganic fibers by a dry method or a wet method.
  • the wet method is preferable because it is less likely to break the inorganic fibers and it is easy to form a sheet having a good texture.
  • a non-woven fabric of inorganic fibers can be obtained by papermaking a slurry containing inorganic fibers and, if necessary, an optional component such as a binder.
  • the optional component other than the binder include a dispersant, a liquid retaining agent, a viscosity regulator, a pH regulator, a filler and the like.
  • the inorganic fibers in the obtained non-woven fabric can be bonded by a thermal bond method when a heat-melt type binder is contained.
  • a sheet can be formed by entwining the fibers by adding fibrillated fibers, adding fine fibers, needle punching, water flow entanglement by a water jet, or the like.
  • the high-density sheet may be composed of only inorganic fibers and clay minerals, or may contain optional components such as a binder in addition to the inorganic fibers and clay minerals.
  • the ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals is 50% by mass or more.
  • the total content of the inorganic fiber and the clay mineral in the high-density sheet is 90% by mass or more, and may be 100% by mass.
  • the optional component other than the binder include a dispersant, a liquid retaining agent, a viscosity regulator, a pH regulator, a filler and the like.
  • the high-density sheet mainly constitutes a portion of the heat-resistant heat insulating sheet 10 or the heat-resistant heat insulating sheet 11 that constitutes the first high-density layer 2 or the second high-density layer 3, the preferable thickness, basis weight, and density of the high-density sheet.
  • the preferred embodiment of the constituent materials such as the inorganic fibers, clay minerals, and binders constituting the high-density sheet is the same as that described for the first high-density layer 2 or the second high-density layer 3 in the embodiment of the heat-resistant heat insulating sheet. is there.
  • the high-density sheet can be produced by forming a non-woven fabric sheet of inorganic fibers by a dry method or a wet method, and then impregnating, applying, and printing a slurry of clay minerals.
  • the wet method is preferable because the inorganic fibers are less likely to be broken and a sheet having a good texture is easily formed.
  • a non-woven fabric of inorganic fibers can be obtained by papermaking a slurry containing inorganic fibers and, if necessary, an optional component such as a binder.
  • Examples of the optional component other than the binder include a dispersant, a liquid retaining agent, a viscosity regulator, a pH regulator, a filler and the like.
  • a known paper machine can be used in the step of wet-making the inorganic fiber slurry. Examples of the paper machine include a circular net paper machine, an inclined paper machine, a long net paper machine, and a short net paper machine, and the same type or a different type of these paper machines may be combined to perform multi-layer paper making.
  • the inorganic fibers in the obtained non-woven fabric can be bonded by a thermal bond method when a heat-melt type binder is contained.
  • a sheet can be formed by entwining the fibers by adding fibrillated fibers, adding fine fibers, needle punching, water flow entanglement by a water jet, or the like.
  • the viscosity of the clay mineral slurry at 25 ° C. by the Brookfield type (B type) viscometer is preferably 1 to 1000 mPa ⁇ s, more preferably 10 to 200 mPa ⁇ s.
  • the solid content concentration of the slurry is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 20% by mass.
  • Dispersants, liquid retention agents, viscosity regulators, pH regulators, organic binders, inorganic binders, fillers and the like may be added to the clay mineral slurry as necessary.
  • the obtained high-density sheet is stacked on the low-density sheet in an undried state and then heat-dried.
  • the low-density sheet and the high-density sheet can be integrated by stacking them on the low-density sheet and then drying them.
  • a general contact or non-contact drying method can be used. Specifically, hot air drying, infrared drying, induction drying, multi-cylinder dryer drying, cylinder dryer drying and the like can be used.
  • the drying temperature is preferably 100 to 180 ° C, more preferably 100 to 150 ° C.
  • the drying time is appropriately adjusted depending on the amount of water in the clay mineral slurry and the drying means, but is preferably 0.5 to 30 minutes, more preferably 1 to 10 minutes.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet 10 can be obtained by laminating the high-density sheets on both sides of the low-density sheet. Further, if the high-density sheet is laminated only on one surface, the heat-resistant heat-insulating sheet 11 can be obtained.
  • the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is 80% by mass or more, and the ratio of the content of the clay mineral to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is less than 50% by mass.
  • This is a method of forming a clay mineral slurry layer on at least one of the first surface and the second surface.
  • the low-density sheet may be composed of only inorganic fibers, or may contain an optional component such as a binder in addition to the inorganic fibers.
  • the clay mineral may be contained in a range in which the ratio of the content of the clay mineral to the total content of the inorganic fiber and the clay mineral is less than 50% by mass.
  • the low-density sheet preferably has a low ratio of the content of clay minerals to the total content of inorganic fibers and clay minerals, preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and further 20% by mass or less. It is preferable, and 10% by mass or less is particularly preferable. Most preferably it does not contain clay minerals. However, since the amount of the organic binder used can be reduced by including the clay mineral, the content of the clay mineral is appropriately adjusted in consideration of the tensile strength of the sheet, the holding power of the fiber, and the like.
  • the total content of the inorganic fiber and the clay mineral in the low-density sheet (the content of the inorganic fiber when the clay mineral is not contained) is 80% by mass or more, preferably 85% by mass or more.
  • the total content of the inorganic fiber and clay mineral in the low density sheet (or the content of the inorganic fiber if the clay mineral is not contained) is 90. It is preferably mass% or less.
  • the optional component other than the binder include a dispersant, a liquid retaining agent, a viscosity regulator, a pH regulator, a filler and the like.
  • the preferable basis weight and density of the low-density sheet are the low-density layer 1 in the embodiment of the heat-resistant heat-insulating sheet. It is the same as explained. However, when the clay mineral slurry is impregnated in the low-density sheet, the thickness of the low-density layer 1 becomes slightly thinner than the thickness of the low-density sheet, depending on the degree of impregnation.
  • the inorganic fiber used in the low-density sheet of the production method 2 preferably contains an inorganic fiber having a fiber diameter of 10 ⁇ m or less, and more preferably contains an inorganic fiber having a fiber diameter of 3 to 10 ⁇ m.
  • the inorganic fibers having a fiber diameter of 10 ⁇ m or less By containing the inorganic fibers having a fiber diameter of 10 ⁇ m or less, the voids between the inorganic fibers are narrowed, so that the slurry layer of the clay mineral to be formed tends to stay near the surface of the low-density sheet. When the slurry layer stays near the surface of the low-density sheet, the slurry layer tends to have a high density, and a high-density layer having a high shielding ability can be easily obtained.
  • the low-density sheet can be obtained in the same manner as the low-density sheet of Production Method 1.
  • Examples of the method for forming the clay mineral slurry layer include a method of directly applying and printing the clay mineral slurry, or a method of transferring the once formed clay mineral slurry coating layer.
  • a method of applying and printing a clay mineral slurry on a low-density sheet general coating such as spray coating, curtain coating, roll coating, bar coating, blade coating, flexographic printing, gravure printing, screen printing, offset printing, etc. , Printing method can be mentioned.
  • the coating layer of the clay mineral slurry once formed is transferred, the coating layer of the clay mineral slurry can be once formed by coating the clay mineral slurry on the release sheet.
  • a polyester film, a polyethylene film, a polypropylene film, a fluororesin film, a silicon resin film, a release paper and the like can be preferably used.
  • general coating and printing such as spray coating, curtain coating, roll coating, bar coating, blade coating, flexographic printing, gravure printing, screen printing, offset printing, etc. The method can be mentioned.
  • the clay mineral slurry layer preferably stays only on the surface of the low density sheet. Therefore, the viscosity of the coating layer at 25 ° C. by the rotary cone-plate rheometer during coating, printing, or transfer is preferably 20 to 100,000 mPa ⁇ s, more preferably 100 to 10,000 mPa ⁇ s.
  • the solid content concentration of the clay mineral is high.
  • the solid content concentration of the slurry is preferably 10 to 40% by mass, more preferably 15 to 30% by mass.
  • the coating layer formed on the release sheet may be allowed to stand once to reduce the fluidity, and then transferred onto the low-density sheet.
  • the applied slurry may be semi-dried to increase its viscosity before transfer. Dispersants, liquid retention agents, viscosity regulators, pH regulators, organic binders, inorganic binders, fillers and the like may be added to the clay mineral slurry as necessary.
  • the coating layer obtained by the transfer is laminated on a low-density sheet in an undried state or in a semi-dried state, then heat-dried, and then the release sheet is peeled off.
  • the coating layer is transferred to the low-density sheet by stacking it on the low-density sheet and then drying it.
  • the preferred drying conditions are the same as the drying conditions in the production method 1.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet 10 can be obtained by forming a clay mineral slurry layer on both sides of the low-density sheet by transfer or the like. Further, if a clay mineral slurry layer is formed on only one surface by transfer or the like, the heat-resistant heat insulating sheet 11 can be obtained.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the assembled battery 100 according to the embodiment.
  • a heat-resistant heat insulating sheet 10 is inserted between a plurality of laminated cell batteries 20. Further, a heat-resistant heat insulating sheet 11 is arranged on the outside of the laminated cell 20 (laminated cell 20 laminated on the outermost layer) of the lowermost layer and the uppermost layer. The heat-resistant heat-insulating sheet 11 is arranged so that the first high-density layer 2 is on the side of the laminated cell 20.
  • the assembled battery 100 is housed in a metal outer body or the like to form a battery pack.
  • the laminated cell 20 is a known laminated cell in which the electrode group and the electrolytic solution are housed in the laminate film, and as shown in FIG. 3, the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 are outside the laminate film. It is provided.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet 10 is inserted so as to block between the laminated cell cells 20 over the entire surface direction, but the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 are led out to the outside of the heat-resistant heat-insulating sheet 10. There is.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet 10 is inserted between the laminated batteries 20 in the assembled battery 100, even if a problem such as heat generation occurs in one laminated battery 20, the problem is adjacent to the laminated battery 100. It is possible to prevent or delay the adverse effect on the battery 20. Further, even if a defect such as heat generation occurs in the lowermost layer or the uppermost layer laminated cell 20, it is possible to prevent or delay the defect from adversely affecting other battery packs.
  • the cell is a laminated cell 20.
  • the cell is not limited to the laminated cell, and the electrode group and the electrolytic solution are housed in, for example, a metal case. It may be a single battery.
  • the laminated cell is easily affected by heat, the laminated cell is preferable from the viewpoint of further utilizing the effect of the present invention.
  • one heat-resistant heat-insulating sheet 10 is inserted between each laminated cell 20, but one heat-resistant heat-insulating sheet 11 may be inserted.
  • the effect of suppressing the permeation of flame or high-temperature gas tends to be weakened when a problem occurs in the laminated cell 20 on the side in which the low-density layer 1 is in contact.
  • a plurality of stacked heat-resistant heat insulating sheets may be inserted between the laminated cell batteries 20.
  • a plurality of sheets are stacked, only the heat-resistant heat-insulating sheet 10 may be stacked, only the heat-resistant heat-insulating sheet 11 may be stacked, or the heat-resistant heat-insulating sheet 10 and the heat-resistant heat-insulating sheet 11 may be stacked.
  • it is preferable to insert only one heat-resistant heat-insulating sheet and when a plurality of heat-resistant heat-insulating sheets are stacked, it is preferable to stack two heat-resistant heat-insulating sheets 11.
  • two heat-resistant heat-insulating sheets 11 are stacked, it is preferable to stack them so that the low-density layers 1 are on the inside.
  • a heat-resistant heat-insulating sheet 10 may be arranged in place of the heat-resistant heat-insulating sheet 11 on the outside of the lowermost layer and the uppermost layer of the laminated cell 20. Further, a plurality of heat-resistant heat-insulating sheets may be arranged. From the viewpoint of suppressing the thickness of the entire assembled battery 100, it is preferable to arrange only one heat-resistant heat-insulating sheet. Further, it is not necessary to arrange the heat-resistant heat insulating sheet on the outside of the laminated cell 20 of the lowermost layer and the uppermost layer.
  • Basis weight, thickness, density A precision slicer was used to delaminate the interface between the low-density layer and the high-density layer to separate the low-density layer and the high-density layer.
  • the basis weight of each separated layer is measured according to the method specified in JIS P 8124: 2011, and then the thickness of the same layer is measured for non-woven fabrics and woven fabrics specified in JIS L 1086: 2013 (measurement pressure 0). It was measured at .35 N or less and a measurement diameter of 25.2 mm).
  • the value obtained by dividing the basis weight by the thickness was defined as the density.
  • the average value of the two high-density layers separated from the low-density layer was used.
  • the basis weight and thickness of the entire heat-resistant heat-insulating sheet were taken as the total value of each layer, and the density of the entire heat-resistant heat-insulating sheet was taken as the value obtained by dividing the total basis weight by the total thickness.
  • the amounts of inorganic fibers, clay minerals, and organic binders in each layer were calculated from the formulation and the measured basis weight values.
  • the amounts of inorganic fibers, clay minerals, and organic binders in the entire heat-resistant heat-insulating sheet were the total amount of values obtained for each layer.
  • the obtained measured values were evaluated according to the following criteria.
  • the obtained measured values were evaluated according to the following criteria.
  • Example 1 (Creation of low density sheet) 88 parts by mass of E glass fiber (manufactured by Owens Corning) with a fiber diameter of 10 ⁇ m and a fiber length of 10 mm, 6 parts by mass of polyvinyl alcohol fiber (manufactured by Kuraray) as a binder component, and core-sheath heat-sealed polyester fiber Sofit N720 (manufactured by Kuraray) 6 parts by mass was put into water.
  • E glass fiber manufactured by Owens Corning
  • polyvinyl alcohol fiber manufactured by Kuraray
  • Sofit N720 manufactured by Kuraray
  • polyoxyethylene monostearate manufactured by Kao, "Emanone 3199" dissolved in water was added to the glass fibers so as to have a solid content of 0.5%, and the glass fibers were dispersed by stirring.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a low-density sheet.
  • the obtained low-density sheet had a thickness of 0.68 mm, a basis weight of 100 g / m 2 , and a density of 0.15 g / cm 3 .
  • polyoxyethylene monostearate manufactured by Kao, "Emanone 3199" dissolved in water was added to the glass fibers so as to have a solid content of 0.5%, and the glass fibers were dispersed by stirring. A glass fiber slurry containing glass fibers at a concentration of 1.0% was obtained.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a precursor sheet.
  • the obtained precursor sheet had a thickness of 0.2 mm, a basis weight of 30.9 g / m 2 , and a density of 0.15 g / cm 3 .
  • Example 1 (Lamination of low-density sheet and high-density sheet) The obtained undried high-density sheet was laminated on both sides of the low-density sheet one by one, dried with warm air at 110 ° C. for 10 minutes, and heat-insulated in Example 1 having high-density layers on both surface layers. I got a sheet.
  • FIG. 4 shows an electron micrograph of the surface of the heat-resistant heat-insulating sheet of Example 1. It can be seen that sepiolite closes most of the voids between the glass fibers.
  • FIG. 5 shows an electron micrograph of a cross section of the heat-resistant heat-insulating sheet of Example 1. It can be seen that the inside has a low density, and both sides thereof are high-density layers having a thickness of 0.16 mm.
  • Example 2 (Creation of low density sheet) 88 parts by mass of E glass fiber (manufactured by Owens Corning) with a fiber diameter of 10 ⁇ m and a fiber length of 10 mm, 6 parts by mass of polyvinyl alcohol fiber (manufactured by Kuraray) as a binder component, and core-sheath heat-sealed polyester fiber Sofit N720 (manufactured by Kuraray) 6 parts by mass was put into water.
  • E glass fiber manufactured by Owens Corning
  • polyvinyl alcohol fiber manufactured by Kuraray
  • Sofit N720 manufactured by Kuraray
  • polyoxyethylene monostearate manufactured by Kao, "Emanone 3199" dissolved in water was added to the glass fibers so as to have a solid content of 0.5%, and the glass fibers were dispersed by stirring.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a low-density sheet.
  • the obtained low-density sheet had a thickness of 1.0 mm, a basis weight of 150 g / m 2 , and a density of 0.15 g / cm 3 .
  • a thickener (SN Thickener 929 (manufactured by San Nopco)) having a solid content of Sepiolite of 0.005% by mass was added to a 15% slurry of ⁇ -type sepiolite produced in Spain (within the detection limit of crystalline silica (0.1%)).
  • the viscosity of the obtained coating material was 12 Pa ⁇ s as measured in a 25 ° C. environment with a rotating cone-flat rheometer. This paint was applied with an applicator so as to have a coating amount of 1000 g / m 2, and a coating layer of sepiolite was formed.
  • the polyester film on which the coating layer was formed was laminated on both sides of the low-density sheet so that the coating layer was in contact with the low-density sheet, and then dried with warm air at 110 ° C. for 10 minutes. Then, the polyester film was peeled off to form high densities on both surface layers of the low-density sheet to obtain the heat-resistant heat-insulating sheet of Example 2.
  • FIG. 7 shows an electron micrograph of the surface of the heat-resistant heat-insulating sheet of Example 2. It can be seen that the surface is closed with a smooth coating layer of sepiolite.
  • FIG. 8 shows an electron micrograph of a cross section of the heat-resistant heat-insulating sheet of Example 2. It can be seen that the inside is a low-density layer, and high-density layers with a thickness of 0.085 mm are formed on both surface layers.
  • Example 3 (Creation of low density sheet) 80 parts by mass of E glass fiber (manufactured by Owens Corning) with a fiber diameter of 10 ⁇ m and a fiber length of 10 mm, 10 parts by mass of polyvinyl alcohol fiber (manufactured by Kuraray) as a binder component, and core-sheath heat-sealed polyester fiber Sofit N720 (manufactured by Kuraray)
  • E glass fiber manufactured by Owens Corning
  • 10 parts by mass of polyvinyl alcohol fiber manufactured by Kuraray
  • core-sheath heat-sealed polyester fiber Sofit N720 manufactured by Kuraray
  • the obtained precursor sheet had a thickness of 0.2 mm, a basis weight of 30.9 g / m 2 , and a density of 0.15 g / cm 3 .
  • a 15% slurry of ⁇ -type sepiolite (crystalline silica detection limit (0.1%) or less) produced in Spain (viscosity 38 mPa ⁇ s by a B-type viscometer at 25 ° C.) was applied to the precursor sheet at 25 ° C. By impregnating 252 g per 1 m 2 of the precursor sheet, an undried high-density sheet was obtained.
  • Example 3 (Lamination of low-density sheet and high-density sheet) The obtained undried high-density sheet was laminated on both sides of the low-density sheet one by one, dried with warm air at 110 ° C. for 10 minutes, and heat-insulated in Example 3 having high-density layers on both surface layers. I got a sheet.
  • Example 4 Examples except that the basalt fiber CBF15-12 (manufactured by Yamanishi Basalt Technology) having a fiber diameter of 15 ⁇ m and a fiber length of 13 mm was used instead of the E glass fiber (manufactured by Owens Corning) having a fiber diameter of 10 ⁇ m and a fiber length of 10 mm.
  • a low density sheet was obtained in the same manner as in 1.
  • the obtained low-density sheet had a thickness of 0.70 mm, a basis weight of 100 g / m 2 , and a density of 0.14 g / cm 3 .
  • Example 4 An undried high-density sheet was prepared in the same manner as in Example 1, one by one was laminated on both sides of the low-density sheet in the same manner as in Example 1, and then dried with warm air at 110 ° C. for 10 minutes. , A heat-resistant heat-insulating sheet of Example 4 having high-density layers on both surface layers was obtained.
  • E glass fiber manufactured by Owens Corning
  • polyvinyl alcohol fiber manufactured by Kuraray
  • core-sheath heat-sealed polyester fiber Sofit N720 manufactured by Kuraray
  • polyoxyethylene monostearate manufactured by Kao, "Emanone 3199" dissolved in water was added to the glass fibers so as to have a solid content of 0.5%, and the glass fibers were dispersed by stirring.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a heat-resistant heat-insulating sheet of Comparative Example 1 having a low density as a whole.
  • the obtained heat-resistant heat-insulating sheet had a thickness of 1.2 mm, a basis weight of 200 g / m 2 , and a density of 0.17 g / cm 3 .
  • FIG. 9 shows an electron micrograph of the surface of the heat-resistant heat-insulating sheet of Comparative Example 1. It can be seen that since the clay mineral such as sepiolite is not used, the voids between the glass fibers are not closed and are opened as they are.
  • polyoxyethylene monostearate manufactured by Kao, "Emanone 3199" dissolved in water was added to the glass fibers so as to have a solid content of 0.5%, and the glass fibers were dispersed by stirring. A glass fiber slurry containing glass fibers at a concentration of 1.0% was obtained.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a precursor sheet.
  • the obtained precursor sheet had a thickness of 1.24 mm, a basis weight of 211 g / m 2 , and a density of 0.17 g / cm 3 .
  • the obtained heat-resistant heat-insulating sheet had a thickness of 1.1 mm, a basis weight of 468 g / m 2 , and a density of 0.43 g / cm 3 .
  • Example 3 Instead of 44 parts by mass of E glass fiber (manufactured by Owens Corning) having a fiber diameter of 10 ⁇ m and a fiber length of 10 mm and 44 parts by mass of E glass fiber (manufactured by Owens Corning) having a fiber diameter of 6 ⁇ m and a fiber length of 10 mm.
  • a precursor sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that 88 parts by mass of E glass fiber (manufactured by Owens Corning) having a diameter of 10 ⁇ m and a fiber length of 10 mm was used.
  • the obtained precursor sheet had a thickness of 0.2 mm, a basis weight of 30.9 g / m 2 , and a density of 0.15 g / cm 3 .
  • FIG. 10 shows an electron micrograph of the surface of the heat-resistant heat insulating sheet of Comparative Example 3. Since the amount of sepiolite and the like is small, it can be seen that the gaps between the glass fibers are only partially closed and some parts are open as they are.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a low-density sheet.
  • the obtained low-density sheet had a thickness of 0.31 mm, a basis weight of 45 g / m 2 , and a density of 0.15 g / cm 3 .
  • polyoxyethylene monostearate manufactured by Kao, "Emanone 3199" dissolved in water was added to the glass fibers so as to have a solid content of 0.5%, and the glass fibers were dispersed by stirring. A glass fiber slurry containing glass fibers at a concentration of 1.0% was obtained.
  • the obtained glass fiber slurry was wet-made with an inclined wire machine, heated with a cylinder dryer at 130 ° C. for 2 minutes and dried to obtain a precursor sheet.
  • the obtained precursor sheet had a thickness of 0.4 mm, a basis weight of 67.5 g / m 2 , and a density of 0.17 g / cm 3 .
  • each layer of each example and the evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
  • the characteristics of the slightly high-density low-density layer in Example 3 are described in the column of high-density layer for convenience.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet of the example had good evaluation results of heat-shielding property against flame, heat-shielding property against high temperature, and heat resistance.
  • the heat-resistant heat-insulating sheet of the comparative example was inferior in the evaluation result of any one or more of the heat-shielding property against flame, the heat-shielding property against high temperature, and the heat resistance.

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Abstract

耐熱性、断熱性に優れ、燃焼しにくく、かつ軽量な耐熱断熱シートと、この耐熱断熱シートを単電池の間に挿入した組電池を提供する。 全体の厚さが0.1~2.5mmであり、全体の燃焼熱が、1MJ/m以下であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満の低密度層(1)と、低密度層(1)の両面に各々設けられた第1高密度層(2)、第2高密度層(3)とを備え、第1高密度層(2)、第2高密度層(3)は、各々無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上であり、第1高密度層(2)、第2高密度層(3)の厚さは低密度層1の厚さ以下で、かつ、0.05mm以上である、耐熱断熱シート(10)。

Description

耐熱断熱シート、その製造方法及び組電池
 本発明は、耐熱断熱シート、その製造方法及び組電池に関する。
 本願は、2019年3月29日に、日本に出願された特願2019-069002号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、リチウムイオン電池等の高出力、高容量の充電池がモバイル機器、工具、自動車、鉄道、航空機等に広く用いられるようになっている。これら、高出力、高容量の充電池は、損傷や、内部の不純物によって短絡が生じると内部エネルギーが熱として瞬間的に放出され、電池の劣化の加速や発火を生じさせる場合がある。
 特に自動車等の高容量の蓄電量を搭載する用途には、高電圧、高出力を要するため多数の単電池が積層される等、隣接した単電池がパッキングされた組電池の状態(バッテリーパック又は集合体と呼ばれることもある。)で使用されることが多い。その場合、1つの単電池の不具合が、隣接する電池に及ぶことが懸念される。
 そこで特許文献1では、温度を測定して、異常を検出することが提案されている。
 しかし、特許文献1は、異常は検知できるものの、1つの単電池の不具合が、隣接する電池に及ぶことを防止できるものではない。
 1つの単電池の不具合が、隣接する電池に及ぶことを防止するためには、単電池間に不燃性の耐熱断熱シートを配置することが考えられる。
 耐熱断熱シートの候補としては、不燃性である金属の薄板が挙げられるが、熱伝導率が高く、隣接セルへの熱影響を遮断できない。また、金属は比重が高いこと、導電体であるため、セル電極との絶縁対策が必要なこと、端面が電池セルへ傷をつける懸念がある等の問題があり、使用できない。
 非金属の不燃性の耐熱断熱材料としては、古くはアスベスト又はアスベスト入りスレート板が使用されたが、アスベストの人体に対する有害性があり、現在は使用できない。
 アスベスト代替の難燃材料として、建材等の分野では珪酸カルシウム板が使用されてきたが、珪酸カルシウムはアルカリ性が強く、電池などに使用すると腐食等の問題を生じやすい。
 アルミナセメント等の耐火セメント材を板状に形成した不燃材は、不燃性には問題がないが、密度が高く、バッテリーパックの重量増になるため好ましくない。また、薄くすると破損しやすく、切断の際にも粉塵が発生するため、特定の作業環境対策が必要である。
 ガラス繊維からなるガラスウール(グラスウール)、ガラスペーパー、ガラスクロス等は室温近辺の断熱材としては優れた材料だが、通気性がよく気体に対する遮蔽性が低いため、高温の空気、燃焼ガス、火炎が通過してしまうという問題がある。
 耐熱シートとしては、ガラス繊維等の無機繊維に、無機鉱物、特に粘土鉱物を含有させたものも提案されている(特許文献2、特許文献3)。
 特許文献2及び特許文献3の耐熱シートは、主として、触媒担体等の用途に好適に使用できるとされている。
 しかし、特許文献2及び特許文献3に開示されている耐熱シートは、断熱性に劣り、かつ、軽量性に欠けるものであった。また、高温にさらされた際、耐熱シート自体が燃焼してしまう可能性があった。
日本国特開2010-212192号公報 日本国特開平7-252794号公報 日本国特開2013-234410号公報
 本発明は、上記事情に鑑みて、耐熱性、断熱性に優れ、燃焼しにくく、かつ軽量な耐熱断熱シートと、この耐熱断熱シートを単電池の間に挿入した組電池を提供することを課題とする。
 上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
[1]低密度層と前記低密度層の第1の面と第2の面の少なくとも一方に設けられ、前記低密度層より密度が大きい高密度層とを備える耐熱断熱シートであって、
 前記耐熱断熱シート全体の厚さが0.1~2.5mmであり、
 前記耐熱断熱シート全体の燃焼熱が、1MJ/m以下であり、
 前記低密度層は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満の層であり、
 前記高密度層は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上の層であり、
 前記高密度層の1層あたりの厚さは前記低密度層の厚さ以下であり、かつ、少なくとも1つの前記高密度層の厚さは0.05mm以上である、ことを特徴とする耐熱断熱シート。
[2]前記無機繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、グラスウール、ロックウール、溶融岩石繊維、セラミック繊維、及び炭化ケイ素繊維から選択される1種以上である、[1]に記載の耐熱断熱シート。
[3]前記粘土鉱物が、セピオライトである、[1]又は[2]に記載の耐熱断熱シート。
[4]前記低密度層の密度が、0.1~0.25g/cmである、[1]~[3]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シート。
[5]前記高密度層の密度が、0.35~2.5g/cmである、[1]~[4]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シート。
[6]前記低密度層における無機成分の含有量が80質量%以上であり、前記高密度層における無機成分の含有量が90質量%以上である、[1]~[5]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シート。
[7]積層された複数の単電池と、前記複数の単電池の各々の間に挿入された[1]~[6]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートとを備える、ことを特徴とする組電池。
[8]さらに、前記複数の単電池の内最外層に積層された単電池の外側に配置された、[1]~[6]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートを備える、[7]に記載の組電池。
[9][1]~[6]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートの製造方法であって、
 無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が80質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である低密度シートの第1の面と第2の面の少なくとも一方に、
 前記低密度シートより密度が大きく、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が90質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上である高密度シートを積層する、耐熱断熱シートの製造方法。
[10][1]~[6]のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートの製造方法であって、
 無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が80質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である低密度シートの第1の面と第2の面の少なくとも一方に、粘土鉱物のスラリー層を形成する、耐熱断熱シートの製造方法。
 本発明の耐熱断熱シートは、耐熱性、断熱性に優れ、燃焼しにくく、かつ軽量である。
 また、この耐熱断熱シートを単電池の間に挿入した組電池は、1つの単電池の不具合が、隣接する電池に及ぶことを防止しやすい。
第1実施形態に係る耐熱断熱シートの断面図である。 第2実施形態に係る耐熱断熱シートの断面図である。 一実施形態に係る組電池の構成図である。 実施例1の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真である。 実施例1の耐熱断熱シートの垂直断面の電子顕微鏡写真である。 実施例1の耐熱断熱シートの垂直断面に対するエックス線電子マイクロアナライザ(XMA)によるマグネシウム元素の存在確率像である。 実施例2の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真である。 実施例2の耐熱断熱シートの垂直断面の電子顕微鏡写真である。 比較例1の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真である。 比較例3の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真である。
 以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は「~」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[耐熱断熱シート]
(第1実施形態)
 図1は、第1実施形態に係る耐熱断熱シートの断面図である。図1は説明の便宜上、厚み方向を強調している。
 図1に示すように、本実施形態の耐熱断熱シート10は、低密度層1と、低密度層1の第1の面に設けられた第1高密度層2と、第1の面と反対側の面である第2の面に設けられた第2高密度層3とを備えている。低密度層1と第1高密度層2と第2高密度層3は、取り扱いの便宜上一体化されていることが好ましいが、単に積層されているだけでも差し支えない。
 低密度層1と第1高密度層2の境界、及び低密度層1と第2高密度層3の境界は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合によって決められる。
 すなわち、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である層が低密度層1であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上である層が第1高密度層2又は第2高密度層3である。
 なお、低密度層1と第1高密度層2の境界、及び低密度層1と第2高密度層3の境界は、耐熱断熱シート10の面方向と平行な面とする。
 無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上の層と粘土鉱物を全く含まない層とが隣接していれば、その層の境界が、そのまま、本発明における低密度層と高密度層の境界となる。
 無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が、厚み方向において、例えば、60質量%程度から40質量%程度まで漸減しているような場合は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%である部分が、高密度層の終端であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満となった部分が、低密度層の終端である。
 無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合は、X線マイクロアナライザ―により構成元素の存在比を求め、粘土鉱物と無機繊維の各含有量既知の標準サンプルの構成元素存在比と比較することで求められる。
 X線マイクロアナライザ―による値は、蛍光X線分析法あるいは、原子吸光光度計により求めた値により校正して、より精度を高めてもよい。
 なお、耐熱断熱シート10の面方向と平行な面において、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合にばらつきがある場合は、耐熱断熱シート10の面方向と平行な面全体についての平均値をその面における含有量の割合とする。
 低密度層の機能は低密度であることにより発揮され、高密度層の機能は高密度であることにより発揮されるので、低密度層と高密度層の境界は、できるだけ明確が好ましい。すなわち、境界を境として、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が、急激に変化していることが好ましい。境界が明確であることにより、低密度層と高密度層が、各々の機能を発揮しやすくなり、全体の厚さをより薄くして高い性能を発揮することができる。
 低密度層1に含まれる粘土鉱物の含有量は、第1高密度層2及び第2高密度層3の各々に含まれる粘土鉱物の含有量の少なくとも一方に対して、10質量%以下が好ましい。すなわち、大部分の粘土鉱物は、第1高密度層2又は第2高密度層3に存在する。
 低密度層1における無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合は、低密度を達成するために50質量%未満であり、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましく、10質量%以下が特に好ましい。実質的にゼロ質量%が最も好ましい。低密度であるほど、熱伝導性を抑制することができる。
 第1高密度層2及び第2高密度層3における無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合は、高密度を達成するために50質量%以上であり、55質量%以上が好ましく、100質量%であってもよい。粘土鉱物の含有量の割合が高く高密度になるほど、火炎や高温ガスの透過を抑制しやすい。
 各層に含まれる粘土鉱物の含有量は、耐熱断熱シート10の面方向と平行な各面における粘土鉱物の含有量を、厚さ方向において、積算することによって求められる。
 低密度層1と第1高密度層2の境界から、低密度層1と第2高密度層3の境界までの距離が低密度層1の厚さとなる。また、低密度層1と第1高密度層2の境界から第1高密度層2の低密度層1と反対側の表面までの距離が第1高密度層2の厚さとなる。また、低密度層1と第2高密度層3の境界から第2高密度層3の低密度層1と反対側の表面までの距離が第2高密度層3の厚さとなる。
 各層の厚さは、各層が独立しており容易に分離可能な場合は、それぞれの層の厚みを印加圧力が低く、層厚みの変化を伴わないJIS L1086規定の不織布、織物用定圧厚み計(測定圧力0.35N以下、測定直径25.2mm)によって求める。
 層間の分離が困難な場合は、垂直断面のX線マイクロアナライザ―画像における粘土鉱物の含有量が50質量%以上の領域の厚さを高密度層の厚さとし、50質量%未満の領域の厚さを低密度層の厚さとする。
 垂直断面における高密度層と低密度層の境界が観察画像から明瞭であれば、電子顕微鏡写真又は光学顕微鏡写真の垂直断面の観察画像から、直接各層の厚さを測定してもよい。
 なお、垂直断面を作製する際に、層構成を変化させてしまうおそれがある場合は、樹脂包埋法又は凍結割断法を用いて、層構成と各層の厚さを維持して垂直断面を得る。
 低密度層1の厚さに特に限定はないが、耐熱断熱シート10全体の厚さの範囲でできるだけ厚いことが好ましい。すなわち、低密度層1の厚さは、耐熱断熱シート10全体の厚さに近いことが好ましい。
 具体的には、耐熱断熱シート10全体の厚さより0.05mm薄い厚さ未満となる範囲で、0.3mm以上が好ましく、0.5mm以上がより好ましい。
 低密度層1の厚さをできるだけ厚くした方が、充分な断熱効果を得やすい。また、耐熱断熱シート10全体の重量を小さくでき、ひいては、耐熱断熱シート10を使用した組電池全体の重量を小さくできる。
 第1高密度層2及び第2高密度層3の厚さは、各々低密度層1の厚さ以下である。第1高密度層2及び第2高密度層3の双方の厚さを低密度層1の厚さ以下とすることにより、耐熱断熱シート10全体の厚さを薄くすると共に、耐熱断熱シート10全体の質量を抑制できる。ひいては、耐熱断熱シート10を使用した組電池全体の厚さと質量を小さくできる。
 また、第1高密度層2及び第2高密度層3の少なくとも一方の厚さは、0.05mm以上である。第1高密度層2及び第2高密度層3の少なくとも一方の厚さが、0.05mm以上であることにより、火炎や高温ガスの透過を抑制しやすい。
 第1高密度層2及び第2高密度層3の少なくとも一方の厚さは、0.05~1mmが好ましく、0.1~0.5mmがより好ましい。
 第1高密度層2と第2高密度層3の厚さは、共に0.05mm以上が好ましく、共に、上記好ましい厚さの範囲が好ましい。
 耐熱断熱シート10全体の厚さは、0.1~2.5mmである。耐熱断熱シート10全体の厚さが0.1mm以上であることにより、充分な断熱効果を得やすい。また、2.5mm以下であることにより、耐熱断熱シート10を使用した組電池全体の厚さを薄くできる。
 耐熱断熱シート10全体の厚さは、0.1~2.5mmが好ましく、0.5~1.5mmがより好ましい。
 低密度層1と第1高密度層2の境界から、低密度層1と第2高密度層3の境界までの単位面積あたりの質量が、低密度層1の坪量となる。また、低密度層1と第1高密度層2の境界から第1高密度層2の低密度層1と反対側の表面までの単位面積あたりの質量が第1高密度層2の坪量となる。また、低密度層1と第2高密度層3の境界から第2高密度層3の低密度層1と反対側の表面までの単位面積あたりの質量が第2高密度層3の坪量となる。
 各々の坪量は、剥離、切削、溶解、等適切な方法により、各層を単独で取り出し、質量を測定することによって求めることができる。各層を個別に取り出すことが困難な場合は、層中の構成成分の含有量を化学分析、あるいは機器分析によって測定し、計算により構成成分質量の和によって求める。
 低密度層1の坪量に特に限定はないが、10~300g/mが好ましく、15~280/mがより好ましく、20~250g/mがさらに好ましい。
 坪量が好ましい範囲の下限値以上であれば、断熱効果を発揮しやすく、耐熱断熱シート10の強度も確保しやすい。また、好ましい範囲の上限値以下であれば耐熱断熱シート10の厚さが過剰になることがない。
 低密度層1は、粘土鉱物の含有割合が低いことにより、無機繊維の間に空隙を確保しやすく、密度が低くなりやすい。
 低密度層1の密度は、0.1~0.25g/cmが好ましく、0.1~0.2g/cmがより好ましく、0.1~0.17g/cmがさらに好ましい。
 低密度層1の密度が好ましい下限値以上であることにより、層内の対流を抑制しやすい。また、耐熱断熱シート10の強度を確保しやすい。また、低密度層1の密度が好ましい上限値以下であることにより、熱伝達を抑制しやすい。
 第1高密度層2及び第2高密度層3は、各々粘土鉱物の含有割合が高いことにより、密度が高くなりやすい。第1高密度層2及び第2高密度層3は、各々低密度層1よりも密度が高い。
 第1高密度層2及び第2高密度層3の少なくとも一方の密度は、0.3~2.5g/cmが好ましく、0.35~2.5g/cmがより好ましく、0.4~2.5g/cmがさらに好ましい。
 また、第1高密度層2と第2高密度層3の双方が上記好ましい範囲の密度が好ましい。
 第1高密度層2及び第2高密度層3の少なくとも一方の密度が好ましい下限値以上であることにより、火炎や高温ガスの透過を抑制しやすい。また、上限値以下であることにより、耐熱断熱シート10全体の重量が過剰とならない。
 低密度層1に占める無機成分の含有量は80質量%以上が好ましく、85質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
 第1高密度層2及び第2高密度層3に占める無機成分の含有量は90質量%以上が好ましく、94質量%以上がより好ましく、96質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。
 各層における無機成分の含有量が高いことにより、不燃性を確保できる。
 各層に占める無機成分の含有量は、含有無機物の量を蛍光X線分析法により分析することによって求める。
 各層に占める無機成分の含有量は、各層を溶解してICP分析法によって含有無機物の量を定量してもよい。また、加熱減量法により、質量減少分を有機分と水分として差し引くことによって求めてもよい。ただし、その結果が蛍光X線分析法により求めた値と相違する場合は、蛍光X線分析法により求めた値を正とする。
 耐熱断熱シート10を構成する無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、グラスウール、ロックウール、バサルト繊維等の溶融岩石繊維、アルミナ繊維等のセラミック繊維、炭化ケイ素繊維等を用いることができる。特にガラス繊維が、安価なこと、導電性を持たないこと、シートをカットするときのカット刃の損耗が少ないことから好適に用いられる。
 無機繊維は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 ガラス繊維としては、一般的なEガラスの他、高強度のSガラス、耐酸性に優れるCガラス等を使用できる。コストの観点からは、安価なEガラスを使用することが好ましい。
ガラス繊維の断面形状に特に限定はなく、円形、扁平形等の物を使用できる。
 無機繊維としてガラス繊維を使用する場合、ガラス繊維は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
 無機繊維の繊維径は、3~30μmが好ましく、10~30μmがより好ましく、20~30μmがさらに好ましい。
 無機繊維の繊維径が好ましい上限値以下であることにより、低密度層1における無機繊維間の空隙が狭くなり、空隙内の対流、気体の通過が起きにくくなり、断熱効果を得やすい。また無機繊維同士の接触点、交絡点を確保しやすいため、耐熱断熱シート10全体の引っ張り強度が高まり、ハンドリングしやすくなる。
 また、皮膚刺激性が強くなりすぎず、また切断加工の際に毛羽立ち、粉落ちを抑制しやすい。また、繊維間の空隙が大きくなりすぎて、加熱された空気の通過、空隙内の対流が起こりやすくなることも避けやすい。
 一方、無機繊維の繊維径が3μm未満では、世界保健機関(WHO)により定義された「WHO吸入性繊維(呼吸により体内に吸入され、肺まで到達する繊維状物質をいい、長さ5μm超、直径3μm未満、アスペクト比3超のもの)」に該当し、健康への影響が懸念され、使用上の制限もある。そのため、無機繊維の繊維径は3μm以上が望ましい。
 また、無機繊維の繊維径が好ましい下限値以上であることにより、低密度層1における繊維間の空隙を維持する力を確保しやすい。そのため、吸湿、吸水により、吸着水の毛細管力で繊維間の空隙がつぶれてしまうことを回避しやすい。また、単電池間の圧縮力によって、耐熱断熱シート10全体の厚さが低下してしまうことも回避しやすい。したがって、特に低密度層1の厚さ低下による断熱性の低下を抑制できると共に、低密度層1の繊維間の接触点が増えて、熱伝達率が上昇してしまうことを回避できる。
 無機繊維は、繊維径が3μm以上で10μm未満の無機繊維と繊維径10μm~30μmの無機繊維を併用することも好ましい。
 繊維径の異なる無機繊維を組み合わせて使用することにより、無機繊維間の空隙を狭くすることによる断熱効果向上効果及び表面平滑化効果と、無機繊維同士の接触点、交絡点の確保による引っ張り強度向上効果を得ながら、低密度層1の厚さを確保し、繊維間の空隙を維持することが可能となる。
 無機繊維の繊維長は、1~25.2mmが好ましく、3~20mmがより好ましく、5~15mmがさらに好ましい。
 無機繊維の繊維長が好ましい下限値以上であれば、シート製造工程中の強度を確保できる。
 無機繊維の繊維長が好ましい上限値以下であれば、繊維の捩れによる結束の発生がなく、地合い(厚さ及び繊維密度の均一性)を良好に保つことができる。
 耐熱断熱シート10を構成する粘土鉱物は自己塗膜形成能力がある。そのため、粘土鉱物を多く含む第1高密度層2及び第2高密度層3は、高密度の層となる。
 粘土鉱物としては、層状含水ケイ酸塩鉱物、例えば、カオリナイト、スメクタイト、モンモリロナイト、セリサイト、イライト、グローコナイト、クロライト、セピオライト、タルク等の含水フェロケイ酸塩鉱物類とその混合物が挙げられる。
 中でも、セピオライトは、塗膜形成力が高く、乾燥時のひび割れが少なく、乾燥後の塗膜強度が高いため好ましい。
 セピオライトは、天然に産出する粘土鉱物の一種で、独特の鎖状粒子構造を有する含水ケイ酸マグネシウムである。
 セピオライトには、成因の違いにより、高温高圧下における熱水作用を受け、結晶化度が高く、長繊維で明瞭な繊維状形態を示すα型(従来、山皮とも呼ばれる。)と、浅海底や湖底での堆積作用を成因とし、結晶化度が低く、短繊維(塊状又は粘土状形態である。)のβ型がある。
 α型のセピオライトは、不純物含有量が多く、人体に対する安全上好ましくない石英等の結晶性シリカを数~十数質量%程度含有する。そのため、セピオライトとしては、不純物含有量が比較的少ないβ型が好ましい。
 β型のセピオライトの中でも、結晶性シリカの含有量が少ない産地のセピオライトを選択して用いることが望ましい。結晶性シリカはシートの切断時に刃物の損耗を早めるため、結晶性シリカの含有量は少ない方が好ましい。
 結晶性シリカの含有量は、X線粉末回折法で、結晶性シリカのピーク強度を標準サンプルのピーク強度と比較することで定量できる。
 耐熱断熱シート10における結晶性シリカの含有量は1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.2質量%以下がさらに好ましい。
 耐熱断熱シート10を構成する無機繊維と粘土鉱物以外の任意成分としては、無機繊維間を結着するための無機、又は有機の各種バインダー等が挙げられる。
 バインダーとしては、結着性があり、耐熱性があり、電池、電極、配線に対する腐食性が少ないものが好適である。
 無機バインダーとしては、各種無機セメント類、各種ガラス類等が挙げられる。
 有機バインダーとしては、熱融着性樹脂パウダー、熱融着性樹脂繊維、樹脂エマルション、樹脂溶液、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることができる。
 中でも、添加量対比で結着性に優れ、発熱量が少ない点から、PVA繊維が好適に用いられる。耐水性の観点からアクリル樹脂エマルション等も好適である。外側が低融点樹脂、内側が高融点樹脂である芯鞘タイプのバインダー繊維も、好適である。
 また、溶融接着性はないが、微細にフィブリル化して交絡する能力が高いパラアラミド繊維、アラミドパルプ、結晶性ポリエステル、液晶性ポリエステル、木材由来パルプ、草由来パルプ等も用いることができる。これら、有機バインダーは単独でも、併用して用いてもよい。
 有機バインダーの添加量を多くするほど、耐熱断熱シート10の強度は向上する。しかし、有機成分を多量に含むと、熱による収縮を生じやすくなる等、耐熱性が低下する。また、単電池の発熱により加熱された場合、有機成分が酸化により発熱したり、分解ガスを発生したりする場合がある。その場合、破裂、発火、発煙に至る可能性もある。
 耐熱断熱シート10における有機バインダー等の有機成分の量は、耐熱断熱シート10全体の燃焼熱が、1MJ/m以下となる量である。
 耐熱断熱シート10全体の燃焼熱は、耐熱断熱シート10に存在する各有機物の燃焼熱の総和であり、各有機物の燃焼熱は、その有機物の単位質量あたりの燃焼熱に単位面積あたりのその有機物の質量を乗じた値である。そして、有機物の燃焼熱は、有機物の種類が異なっても大きい差がないので、燃焼熱は、有機成分の量と関係する。すなわち、燃焼熱は、有機成分の量の指標となる。
 耐熱断熱シート10に占める有機成分の量は、燃焼熱が0.75MJ/m以下となる量が好ましく、0.5MJ/m以下となる量がより好ましい。
 燃焼熱が上記範囲に制御されていれば、高温に曝露されても発熱や発火をしにくい。また、仮に発熱しても発熱量が小さい。そのため、不燃性に優れ、1つの単電池が発熱又は発火しても、その影響が、隣接する単電池に及ぶことを防止しやすい。
 上記、シートの燃焼熱は、ISO 5660-1:2002に定義されるコーンカロリメーターによる燃焼熱の測定により測定される燃焼熱である。
(第2実施形態)
 図2は、第2実施形態に係る耐熱断熱シートの断面図である。図1は説明の便宜上、厚さ方向を強調している。
 図2に示すように、本実施形態の耐熱断熱シート11は、低密度層1と、低密度層1の第1の面に設けられた第1高密度層2とを備えている。すなわち、第2高密度層3が存在しない点が第1実施形態の耐熱断熱シート10と異なる。
 低密度層1と第1高密度層2は、取り扱いの便宜上一体化されていることが好ましいが、単に積層されているだけでも差し支えない。
 低密度層1と第1高密度層2の境界は、第1実施形態について説明したのと同様にして、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合によって決められる。
 各層における無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合の求め方、好ましい割合の範囲も、第1実施形態で説明したのと同様である。
 低密度層1と第1高密度層2の境界はできるだけ明確が好ましい点も同様である。
 低密度層1と第1高密度層2の境界から、低密度層1の第1高密度層2と反対側の表面までの距離が低密度層1の厚さとなる。また、低密度層1と第1高密度層2の境界から第1高密度層2の低密度層1と反対側の表面までの距離が第1高密度層2の厚さとなる。
 各々の厚さの求め方は、第1実施形態で説明したのと同様である。
 低密度層1の厚さは、第1実施形態において説明したのと同様に、耐熱断熱シート11全体の厚さの範囲でできるだけ厚いことが好ましい。具体的には、耐熱断熱シート11全体の厚さより0.05mm薄い厚さを上限として、0.3mm以上が好ましく、0.5mm以上がより好ましい。
 第1高密度層2の厚さは、低密度層1の厚さ以下であり、かつ、0.05mm以上である。第1高密度層2の好ましい厚さは、第1実施形態と同様である。
 耐熱断熱シート11全体の厚さは、0.1~2.5mmであり、好ましい厚さは、第1実施形態の耐熱断熱シート10と同様である。
 低密度層1の好ましい坪量は第1実施形態と同様である。
 各層の坪量の求め方は、第1実施形態で説明したのと同様である。
 低密度層1と第1高密度層2の好ましい密度とその求め方も第1実施形態と同様である。
 低密度層1に占める無機成分の含有量は80質量%以上が好ましく、85質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
 第1高密度層2に占める無機成分の含有量は90質量%以上が好ましく、94質量%以上がより好ましく、96質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。
 各層における無機成分の含有量の求め方は、第1実施形態で説明したのと同様である。
 耐熱断熱シート11を構成する無機繊維と粘土鉱物としては、耐熱断熱シート10を構成する無機繊維と粘土鉱物と同様のものが使用でき、好ましい態様も同様である。
 耐熱断熱シート11を構成する無機繊維と粘土鉱物以外の成分としては、第1実施形態で説明したのと同様の無機、又は有機の各種バインダーが挙げられる。
 また、耐熱断熱シート11に占める有機成分の割合に関する制限は、耐熱断熱シート10に占める有機成分の割合に関する制限と同様である。好ましい燃焼熱の範囲も同様である。
 第1実施形態の耐熱断熱シート10、及び第2実施形態の耐熱断熱シート11は、少なくとも1つの厚さ0.05mm以上の高密度層を備える。この高密度層は、無機繊維間の空隙を粘土鉱物が閉鎖しているため、火炎や高温ガスの透過を抑制する機能を備える。
 そのため、単電池の間に、耐熱断熱シート10又は耐熱断熱シート11を挿入すれば、1つの単電池が発火した場合、隣の単電池への延焼を防止しやすい。
 また、高密度層の厚さが低密度層の厚さ以下に制限されているため、全体の質量が過大とならない。
 また、高密度層以上の厚さを有する低密度層を備え、かつ、低密度層に存在する粘土鉱物が少ない。この低密度層は、無機繊維間の空隙が確保されているため、断熱層としての機能を備える。
 そのため、全体の厚さが抑制されているにもかかわらず、優れた断熱性を得られる。
 したがって、単電池の間に、耐熱断熱シート10又は耐熱断熱シート11を挿入すれば、1つの単電池が発熱しても、隣の単電池が、その熱の影響により劣化することを防止しやすい。
 また、全体の厚さが薄いため、耐熱断熱シート10を使用した組電池全体の厚さを抑制できる。
 また、主に無機成分で構成されているため、不燃性を確保しやすい。
[耐熱断熱シートの製造方法]
 本発明の耐熱断熱シートの製造方法に特に限定はないが、例えば、以下の製法1と製法2が好適に適用できる。
(製法1)
 製法1は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が80質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である低密度シートの第1の面と第2の面の少なくとも一方に、前記低密度シートより密度が大きく、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が90質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上である高密度シートを積層する方法である。
 低密度シートは、無機繊維のみで構成されていてもよいし、無機繊維の他にバインダー等の任意成分を含んでいてもよい。また、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である範囲で粘土鉱物を含んでもよい。低密度シートは、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が低い方が好ましく、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましく、10質量%以下が特に好ましい。粘土鉱物を含まないことが最も好ましい。但し、粘土鉱物を含むことにより、有機バインダーの使用量を減らすことができるため、粘土鉱物の含有量はシートの引っ張り強度、繊維の保持力等を勘案して適宜調節される。
 低密度シートにおける無機繊維と粘土鉱物の合計含有量(粘土鉱物を含まない場合は、無機繊維の含有量)は80質量%以上であり、85質量%以上が好ましい。低密度シートの強度を得やすくするために、有機バインダーを使用する場合は、低密度シートにおける無機繊維と粘土鉱物の合計含有量(粘土鉱物を含まない場合は、無機繊維の含有量)は、90質量%以下であってもよい。
 低密度シートは、主として耐熱断熱シート10又は耐熱断熱シート11における低密度層1を構成する部分となるため、低密度シートの好ましい厚さ、坪量、密度、及び低密度シートを構成する無機繊維、バインダー等の構成材料の好ましい態様は、耐熱断熱シートの実施形態における低密度層1について説明したのと同様である。
 低密度シートは、乾式法又は湿式法により無機繊維の不織布を形成することにより製造できる。中でも湿式法が、無機繊維を折損することが少なく、また地合いが良好なシートを形成しやすいため好ましい。
 湿式法では、無機繊維、必要に応じてさらにバインダー等の任意成分を含むスラリーを抄紙することにより無機繊維の不織布が得られる。
 バインダー以外の任意成分としては、分散剤、保液剤、粘度調整剤、pH調整剤、充填剤等が挙げられる。
 得られた不織布における無機繊維は、熱溶融タイプのバインダーを含む場合は、サーマルボンド法により結合できる。
 熱溶融タイプのバインダーを含まない場合は、フィブリル化繊維の添加、微細繊維の添加、ニードルパンチ、ウォータジェットによる水流交絡などで、繊維間を交絡させることにより、シートを形成できる。
 高密度シートは、無機繊維と粘土鉱物のみで構成されていてもよいし、無機繊維と粘土鉱物の他にバインダー等の任意成分を含んでいてもよい。無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合は50質量%以上である。
 高密度シートにおける無機繊維と粘土鉱物の合計含有量は90質量%以上であり、100質量%であってもよい。
 バインダー以外の任意成分としては、分散剤、保液剤、粘度調整剤、pH調整剤、充填剤等が挙げられる。
 高密度シートは、主として耐熱断熱シート10又は耐熱断熱シート11における第1高密度層2又は第2高密度層3を構成する部分となるため、高密度シートの好ましい厚さ、坪量、密度、及び高密度シートを構成する無機繊維、粘土鉱物、バインダー等の構成材料の好ましい態様は、耐熱断熱シートの実施形態における第1高密度層2又は第2高密度層3について説明したのと同様である。
 高密度シートは、乾式法又は湿式法により無機繊維の不織布のシートを形成し、その後粘土鉱物のスラリーを含浸、塗布、印刷することにより製造できる。
 不織布を形成するには、湿式法が無機繊維を折損することが少なく、また地合いが良好なシートを形成しやすいため好ましい。
 湿式法では、無機繊維、必要に応じてさらにバインダー等の任意成分を含むスラリーを抄紙することにより無機繊維の不織布が得られる。
 バインダー以外の任意成分としては、分散剤、保液剤、粘度調整剤、pH調整剤、充填剤等が挙げられる。
 無機繊維スラリーを湿式抄紙する工程では、公知の抄紙機を用いることができる。抄紙機としては、円網抄紙機、傾斜型抄紙機、長網抄紙機、短網抄紙機が挙げられ、これら抄紙機の同種又は異種を組み合わせて多層抄紙を行ってもよい。
 得られた不織布における無機繊維は、熱溶融タイプのバインダーを含む場合は、サーマルボンド法により結合できる。
 熱溶融タイプのバインダーを含まない場合は、フィブリル化繊維の添加、微細繊維の添加、ニードルパンチ、ウォータジェットによる水流交絡などで、繊維間を交絡させることにより、シートを形成できる。
 製法1では、粘土鉱物のスラリーを、得られた不織布のシートに均質に含浸させることが好ましい。そのため、粘土鉱物のスラリーの25℃におけるブルックフィールド型(B型)粘度計による粘度は、1~1000mPa・sが好ましく、10~200mPa・sがより好ましい。
 上記好ましい粘度としながら、必要な粘土鉱物担持量を得るため、例えば粘土鉱物がβ型セピオライトの場合、スラリーの固形分濃度は、1~30質量%が好ましく、5~20質量%がより好ましい。
 粘土鉱物のスラリーには、分散剤、保液剤、粘度調整剤、pH調整剤、有機バインダー、無機バインダー、充填剤等を必要に応じて添加してもよい。
 得られた高密度シートは、未乾燥状態のまま低密度シートに重ね、その後加熱乾燥することが好ましい。低密度シートに重ねてから乾燥することにより、低密度シートと高密度シートとを一体化できる。
 乾燥には、一般的な、接触、非接触の乾燥方法を用いることができる。具体的には熱風乾燥、赤外線乾燥、誘導乾燥、多筒ドライヤー乾燥、シリンダードライヤー乾燥等を用いることができる。乾燥温度は、100~180℃が好ましく、100~150℃がより好ましい。乾燥時間は粘土鉱物スラリー中の水分量、乾燥手段によって適宜調節されるが、0.5~30分が好ましく、1~10分がより好ましい。
 なお、低密度シートの両面に高密度シートを積層すれば耐熱断熱シート10が得られる。また、一方の面のみに高密度シートを積層すれば耐熱断熱シート11が得られる。
(製法2)
 製法2は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が80質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である低密度シートの第1の面と第2の面の少なくとも一方に、粘土鉱物のスラリー層を形成する方法である。
 低密度シートは、無機繊維のみで構成されていてもよいし、無機繊維の他にバインダー等の任意成分を含んでいてもよい。また、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である範囲で粘土鉱物を含んでもよい。低密度シートは、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が低い方が好ましく、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましく、10質量%以下が特に好ましい。粘土鉱物を含まないことが最も好ましい。但し、粘土鉱物を含むことにより、有機バインダーの使用量を減らすことができるため、粘土鉱物の含有量はシートの引っ張り強度、繊維の保持力等を勘案して適宜調節される。
 低密度シートにおける無機繊維と粘土鉱物の合計含有量(粘土鉱物を含まない場合は、無機繊維の含有量)は80質量%以上であり、85質量%以上が好ましい。有機バインダーを使用して、低密度シートの強度を得やすくするために、低密度シートにおける無機繊維と粘土鉱物の合計含有量(粘土鉱物を含まない場合は、無機繊維の含有量)は、90質量%以下が好ましい。
 バインダー以外の任意成分としては、分散剤、保液剤、粘度調整剤、pH調整剤、充填剤等が挙げられる。
 低密度シートは、耐熱断熱シート10又は耐熱断熱シート11における低密度層1を構成する部分となるため、低密度シートの好ましい坪量、密度は、耐熱断熱シートの実施形態における低密度層1について説明したのと同様である。
 但し、粘土鉱物のスラリーが低密度シートに含浸した場合は、含浸の度合いに応じて、低密度層1の厚さは低密度シートの厚さよりも多少薄くなる。
 製法2の低密度シートに使用する無機繊維は、繊維径10μm以下の無機繊維を含むことが好ましく、繊維径3~10μmの無機繊維を含むことがより好ましい。
 繊維径10μm以下の無機繊維を含むことにより、無機繊維間の空隙が狭くなるため、形成する粘土鉱物のスラリー層が、低密度シートの表面近傍に留まりやすくなる。
 スラリー層が、低密度シートの表面近傍に留まると、スラリー層が高密度となりやすく、高い遮蔽能力を有する高密度層を得やすい。
 低密度シートを構成する無機繊維、バインダー等の構成材料のその他の好ましい態様は、低密度層1の構成材料の好ましい態様と同様である。
 低密度シートは、製法1の低密度シートと同様にして得ることができる。
 粘土鉱物のスラリー層を形成する方法としては、粘土鉱物のスラリーを直接塗布、印刷するか、あるいは一旦形成した粘土鉱物のスラリーの塗布層を転写する方法が挙げられる。
 低密度シート上へ粘土鉱物のスラリーを塗布、印刷する方法としては、スプレー塗布、カーテン塗布、ロール塗布、バー塗布、ブレード塗布、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷等、一般的な塗布、印刷方法が挙げられる。
 一旦形成した粘土鉱物のスラリーの塗布層を転写する場合、離型シート上に粘土鉱物のスラリーを塗布することによって、粘土鉱物のスラリーの塗布層を一旦形成することができる。
 離型シートとしては、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、フッ素樹脂フィルム、シリコン樹脂フィルム、離型紙等が好適に使用できる。
 離型シート上へ粘土鉱物のスラリーを塗布する方法としては、スプレー塗布、カーテン塗布、ロール塗布、バー塗布、ブレード塗布、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷等、一般的な塗布、印刷方法が挙げられる。
 粘土鉱物のスラリー層は、低密度シートの表面のみに留まることが好ましい。そのため、塗布、印刷、又は転写する際の塗布層の25℃における回転円錐―平板レオメーターによる粘度は、20~100000mPa・sが好ましく、100~10000mPa・sがより好ましい。
 上記好ましい粘度を得るため、粘土鉱物の固形分濃度は高い方が好ましい。例えば粘土鉱物がβ型セピオライトの場合、スラリーの固形分濃度は、10~40質量%が好ましく、15~30質量%がより好ましい。
 但し、スラリーの固形分濃度を10質量%未満とし、粘度調整剤をスラリーに適量添加することにより上記好ましい粘度を得ることも可能である。
 また、離型シート上に形成した塗布層を、いったん静置して流動性を低下させたのち、低密度シート上に転写してもよい。さらにまた、塗布したスラリーを半乾燥させ、粘度を高めてから転写してもよい。
 粘土鉱物のスラリーには、分散剤、保液剤、粘度調整剤、pH調整剤、有機バインダー、無機バインダー、充填剤等を必要に応じて添加してもよい。
 転写により得られた塗布層は、未乾燥状態のまま、又は半乾燥状態で低密度シートに重ね、その後加熱乾燥してから、離型シートを剥離することが好ましい。低密度シートに重ねてから乾燥することにより、低密度シートに塗布層が転写される。
 好ましい乾燥条件は、製法1における乾燥条件と同様である。
 なお、低密度シートの両面に粘土鉱物のスラリー層を転写等によって形成すれば耐熱断熱シート10が得られる。また、一方の面のみに粘土鉱物のスラリー層を転写等によって形成すれば耐熱断熱シート11が得られる。
(その他の製法)
 その他、低密度シートと高密度シートを単に重ねる方法、低密度シートと高密度シートを接着剤で接着する方法が挙げられる。
[組電池]
 図3は一実施形態に係る組電池100の構成図である。本実施形態の組電池は、図3に示すように、複数のラミネート形単電池20の間に耐熱断熱シート10が挿入されている。また、最下層と最上層のラミネート形単電池20(最外層に積層されたラミネート形単電池20)の外側には、耐熱断熱シート11が配置されている。耐熱断熱シート11は、各々第1高密度層2がラミネート形単電池20側となるように配置されている。
 組電池100は、金属の外装体等に収容され、バッテリーパックが形成される。
 ラミネート形単電池20は、ラミネートフィルム内に電極群と電解液が収容されている公知のラミネート形単電池であり、図3に示すように、正極タブ21と負極タブ22とがラミネートフィルム外に設けられている。
 耐熱断熱シート10は、各ラミネート形単電池20の間を、面方向全体にわたって遮断するように挿入されているが、正極タブ21と負極タブ22とは、耐熱断熱シート10の外側まで導出されている。
 組電池100は、各ラミネート形単電池20の間に耐熱断熱シート10が挿入されているので、1つのラミネート形単電池20に発熱等の不具合が生じても、その不具合が隣接するラミネート形単電池20に悪影響を及ぼすことを防止又は遅延させることができる。
 また、最下層又は最上層のラミネート形単電池20に発熱等の不具合が生じても、その不具合が他のバッテリーパックに悪影響を及ぼすことを防止又は遅延させることができる。
 なお、本実施形態の組電池は、単電池がラミネート形単電池20である態様としたが、単電池はラミネート形単電池に限定されず、例えば金属ケースに電極群と電解液が収容されている単電池であってもよい。ただし、ラミネート形単電池は、熱の影響を受けやすいため、本発明の効果をより活かす観点では、ラミネート形単電池が好ましい。
 また、本実施形態では、各ラミネート形単電池20間に1枚の耐熱断熱シート10を挿入する態様としたが、1枚の耐熱断熱シート11を挿入してもよい。
 ただし、耐熱断熱シート10を用いた方が、いずれの側のラミネート形単電池20に問題が生じた場合にも、火炎や高温ガスの透過を抑制しやすい。1枚の耐熱断熱シート11を挿入した場合には、低密度層1が接する側のラミネート形単電池20に問題が生じた場合に、火炎や高温ガスの透過を抑制する効果が弱くなりやすい。
 各ラミネート形単電池20間には、複数枚重ねた耐熱断熱シートを挿入してもよい。複数枚重ねる場合、耐熱断熱シート10のみを重ねてもよいし、耐熱断熱シート11のみを重ねてもよいし、耐熱断熱シート10と耐熱断熱シート11を重ねてもよい。
 組電池100全体の厚さを抑制する観点からは、1枚の耐熱断熱シートのみを挿入することが好ましく、複数枚重ねる場合は、2枚の耐熱断熱シート11を重ねることが好ましい。2枚の耐熱断熱シート11を重ねる場合は、互いの低密度層1が内側となるように重ねることが好ましい。
 最下層と最上層のラミネート形単電池20の外側には、耐熱断熱シート11に代えて耐熱断熱シート10を配置してもよい。また、複数枚重ねた耐熱断熱シートを配置してもよい。組電池100全体の厚さを抑制する観点からは、1枚の耐熱断熱シートのみを配置することが好ましい。
 また、最下層と最上層のラミネート形単電池20の外側には、耐熱断熱シートを配置しなくてもよい。
 以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、%は特に断りのない限り質量%である。
[測定方法、評価方法]
(低密度層と高密度層の境界面位置の決定)
 各例の耐熱断熱シートでは、垂直断面の電子顕微鏡写真において高密度層と低密度層の境界が明瞭であったため、電子顕微鏡写真の観察画像から、直接低密度層と高密度層の境界面位置を決定した。
(坪量、厚さ、密度)
 精密スライサーによって、低密度層と高密度層の境界面において層間剥離し、低密度層と高密度層を分離した。
 各分離した層の坪量をJIS P 8124:2011に規定される方法に準拠し測定し、続いて同じ層の厚さをJIS L 1086:2013規定の不織布、織物用定圧厚み計(測定圧力0.35N以下、測定直径25.2mm)で測定した。坪量を厚さで除した値を、密度とした。
 なお、高密度層については、低密度層から剥離した2枚の高密度層の平均値とした。
 また、耐熱断熱シート全体の坪量と厚さは、各層の合計値とし、耐熱断熱シート全体の密度は、全体の坪量を全体の厚さで除した値とした。
(無機繊維、粘土鉱物、及び有機バインダー量)
 各層の無機繊維、粘土鉱物、及び有機バインダー量は、処方と、測定した坪量の値から、計算により求めた。
 耐熱断熱シート全体の無機繊維、粘土鉱物、及び有機バインダー量は、各層について求めた値の合計量とした。
(燃焼熱)
 ISO 5660-1:2002に定義されるコーンカロリメーターにより測定した。
(火炎に対する熱遮蔽性の測定)
 各例の耐熱断熱シートを試験片として、ISO 9151:1995,JIS T 8021:2005に規定された「熱伝達性(火炎ばく露)試験」を行った。すなわち、試験片表面を一定の熱流束(80kW/m)の火炎にばく露した状態で、試験片裏面に設置したセンサーで温度上昇を計測し、計測した温度上昇のデータを基に、試験片の裏面の温度が32℃から56℃に上昇するまでの時間(秒)を求め、熱伝達指数(HTI24)を求めた。HTI24を試料の厚さで除して、火炎に対する熱遮蔽性(HTI24/厚さ:秒/mm)を求めた。
 得られた測定値を以下の基準で評価した。
A:火炎に対する熱遮蔽性(HTI24)が7.0秒/mm以上。
D:火炎に対する熱遮蔽性(HTI24)が7.0秒/mm未満。
(高温熱遮蔽性の測定)
 各例の耐熱断熱シートを試験片として、ISO 12127-1「接触熱による熱伝達性試験」を行った。すなわち、試験片の表面に300℃に加熱したシリンダを接触させ、試験片の裏面に設置したセンサーで温度上昇を計測し、計測した温度上昇のデータを基に、試験片の裏面の温度が10℃上昇するまでの時間(秒)を求め、試料の厚さで除して、高温に対する熱遮蔽性(秒/mm)を求めた。
 得られた測定値を以下の基準で評価した。
A:高温に対する熱遮蔽性が10.0秒/mm以上。
D:高温に対する熱遮蔽性が10.0秒/mm未満。
(耐熱性)
 前記高温熱遮蔽性の測定後に、耐熱断熱シートを挟んでいたシリンダを外した際に、シートの形状を保てたものはA、崩壊してしまったものはDとした。
[実施例1]
(低密度シートの作成)
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を88質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入した。
 さらに、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散させ、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、低密度シートを得た。得られた低密度シートは、厚さ0.68mm、坪量100g/mで、密度は0.15g/cmであった。
(高密度シートの形成)
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を44質量部、繊維径6μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を44質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入した。
 さらに、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散させ、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、前駆体シートを得た。得られた前駆体シートは厚さ0.2mm、坪量30.9g/mで、密度は0.15g/cmであった。
 上記前駆体シートに、25℃にて、スペイン産β型セピオライト(結晶性シリカ検出限界(0.1%)以下)の15%スラリー(25℃におけるB型粘度計による粘度38mPa・s)を、前駆体シート1mあたり252g含浸させて、未乾燥の高密度シートを得た。
(低密度シートと高密度シートの積層)
 得られた未乾燥の高密度シートを、前記低密度シートの両面にそれぞれ一枚ずつ積層したのち110℃の温風で10分間乾燥し、両表層に高密度層をもつ実施例1の耐熱断熱シートを得た。
 図4に、実施例1の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真を示す。セピオライトによって、ガラス繊維間の空隙の大部分が閉鎖されていることがわかる。
 また、図5に、実施例1の耐熱断熱シートの断面の電子顕微鏡写真を示す。内側が低密度になっており、その両側が厚さ0.16mmの高密度層となっていることがわかる。
 また、図6に実施例1の耐熱断熱シートの断面に対するエックス線電子マイクロアナライザ(XMA)によるマグネシウム元素の存在確率像を示す。セピオライトに含まれるMgが表面の高密度層に偏在しており、その厚さが0.16mmであることから、セピオライトは、表面の高密度層に偏在しており、それがガラス繊維間の空隙を閉塞していることがわかる。
[実施例2]
(低密度シートの作成)
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を88質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入した。
 さらに、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散し、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、低密度シートを得た。得られた低密度シートは厚さ1.0mm、坪量150g/mで、密度は0.15g/cmであった。
(高密度層の形成)
 スペイン産β型セピオライト(結晶性シリカ検出限界(0.1%)以下)の15%スラリーにセピオライト固形分対比0.005質量%の増粘剤(SNシックナー929(サンノプコ製))を添加した。得られた塗料の粘度は回転円錐―平板レオメーターによる25℃環境での測定において12Pa・sであった。この塗料をアプリケーターで塗布量1000g/mとなるように塗布し、セピオライトの塗布層を形成した。
 塗布層が形成された前記ポリエステルフィルムを、前記低密度シートの両面に、それぞれ一枚ずつ塗布層が前記低密度シートに接するように積層した後、110℃で10分温風乾燥した。その後、ポリエステルフィルムを剥離し、前記低密度シートの両表層に高密度を形成し、実施例2の耐熱断熱シートを得た。
 図7に、実施例2の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真を示す。セピオライトの平滑な塗布層で、表面が閉鎖されていることがわかる。
 また、図8に、実施例2の耐熱断熱シートの断面の電子顕微鏡写真を示す。内側が低密度層となっており、両表層に厚さ0.085mmの高密度層が形成されていることがわかる。
[実施例3]
(低密度シートの作成)
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を80質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)10質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)10質量部を水中に投入した他は、実施例1と同様にして、低密度シートを得た。得られた低密度シートは厚さ0.68mm、坪量100g/mで、密度は0.15g/cmであった。
(高密度シートの形成)
 また、繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を40質量部、繊維径6μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を40質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)10質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)10質量部を使用した他は、実施例1と同様にして、前駆体シートを得た。
 得られた前駆体シートは厚さ0.2mm、坪量30.9g/mで、密度は0.15g/cmであった。
 上記前駆体シートに、25℃にて、スペイン産β型セピオライト(結晶性シリカ検出限界(0.1%)以下)の15%スラリー(25℃におけるB型粘度計による粘度38mPa・s)を、前駆体シート1mあたり252g含浸させて、未乾燥の高密度シートを得た。
(低密度シートと高密度シートの積層)
 得られた未乾燥の高密度シートを、前記低密度シートの両面にそれぞれ一枚ずつ積層したのち110℃の温風で10分間乾燥し、両表層に高密度層をもつ実施例3の耐熱断熱シートを得た。
[実施例4]
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)に代えて、繊維径15μm、繊維長13mmのバサルト繊維CBF15-12(山西バサルトテクノロジー社製)を用いた他は、実施例1と同様にして、低密度シートを得た。
 得られた低密度シートは厚さ0.70mm、坪量100g/mで、密度は0.14g/cmであった。
 また、実施例1と同様にして未乾燥の高密度シートを作成し、実施例1と同様にして前記低密度シートの両面にそれぞれ一枚ずつ積層したのち110℃の温風で10分間乾燥し、両表層に高密度層をもつ実施例4の耐熱断熱シートを得た。
[比較例1]
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を90質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入した。
 さらに、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散し、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、全体が低密度とされた比較例1の耐熱断熱シートを得た。
 得られた耐熱断熱シートは厚さ1.2mm、坪量200g/mで、密度は0.17g/cmであった。
 図9に、比較例1の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真を示す。セピオライト等の粘土鉱物を用いていないため、ガラス繊維間の空隙が閉鎖されず、そのまま開口していることがわかる。
[比較例2]
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を90質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入した。
 さらに、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散させ、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、前駆体シートを得た。得られた前駆体シートは厚さ1.24mm、坪量211g/mで、密度は0.17g/cmであった。
 上記前駆体シートに、25℃にて、スペイン産β型セピオライト(結晶性シリカ検出限界(0.1%)以下)の15%スラリー(25℃におけるB型粘度計による粘度38mPa・s)を、前駆体シート1mあたり1713g含浸させた。その後130℃の温風で10分間乾燥し、全体が高密度とされた比較例2の耐熱断熱シートを得た。
 得られた耐熱断熱シートは厚さ1.1mm、坪量468g/mで、密度は0.43g/cmであった。
[比較例3]
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)の44質量部、繊維径6μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)の44質量部に代えて、繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)の88質量部を用いた他は、実施例1と同様にして、前駆体シートを得た。得られた前駆体シートは厚み0.2mm、坪量30.9g/mで、密度は0.15g/cmであった。
 上記前駆体シートに、25℃にて、スペイン産β型セピオライト(結晶性シリカ検出限界(0.1%)以下)の15%スラリー(25℃におけるB型粘度計による粘度38mPa・s)を、前駆体シート1mあたり126g含浸させて、未乾燥のやや高密度の低密度シートを得た。
(低密度シートとやや高密度の低密度シートの積層)
 得られた未乾燥のやや高密度の低密度シートを、実施例1と同様に作製した低密度シートの両面にそれぞれ一枚ずつ積層したのち110℃の温風で10分間乾燥し、両表層にやや高密度の低密度層をもつ耐熱断熱シートを得た。
 図10に、比較例3の耐熱断熱シートの表面の電子顕微鏡写真を示す。セピオライト等の量が少ないため、ガラス繊維間の空隙が部分的にしか閉鎖されておらず、そのまま開口している部分があることがわかる。
[比較例4]
(低密度シートの作成)
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を88質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入し、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散させ、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、低密度シートを得た。得られた低密度シートは、厚さ0.31mm、坪量45g/mで、密度は0.15g/cmであった。
(高密度シートの形成)
 繊維径10μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を44質量部、繊維径6μm、繊維長10mmのEガラス繊維(オーウエンスコーニング社製)を44質量部、バインダー成分としてポリビニルアルコール繊維(クラレ製)6質量部及び芯鞘熱融着ポリエステル繊維ソフィットN720(クラレ製)6質量部を水中に投入した。
 さらに、水に溶解したポリオキシエチレンモノステアレート(花王製、「エマノーン 3199」)をガラス繊維に対して固形分として0.5%となるように添加し、攪拌してガラス繊維を分散させ、ガラス繊維を1.0%濃度で含むガラス繊維スラリーを得た。
 得られたガラス繊維スラリーを傾斜ワイヤーマシンで湿式抄紙し、130℃のシリンダードライヤーで2分加熱して乾燥し、前駆体シートを得た。得られた前駆体シートは、厚さ0.4mm、坪量67.5g/mで、密度は0.17g/cmであった。
 上記前駆体シートに、25℃にて、スペイン産β型セピオライト(結晶性シリカ検出限界(0.1%)以下)の15%スラリー(25℃におけるB型粘度計による粘度38mPa・s)を、前駆体シート1mあたり545g含浸させて、未乾燥の高密度シートを得た。
(低密度シートと高密度シートの積層)
 得られた未乾燥の高密度シートを、前記低密度シートの両面にそれぞれ一枚ずつ積層したのち110℃の温風で10分間乾燥し、両表層に高密度層をもつ比較例4の耐熱断熱シートを得た。
 各例の各層の特性、及び評価結果を表1、表2に示す。なお、実施例3におけるやや高密度の低密度層の特性は、便宜上高密度層の欄に記載した。
 表1に示すように、実施例の耐熱断熱シートは、火炎に対する熱遮蔽性、高温に対する熱遮蔽性、耐熱性の総ての評価結果が良好であった。これに対して、表2に示すように、比較例の耐熱断熱シートは、火炎に対する熱遮蔽性、高温に対する熱遮蔽性、耐熱性の内、いずれか1以上の評価結果で劣っていた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
1…低密度層、2…第1高密度層、3…第2高密度層、10…耐熱断熱シート、
11…耐熱断熱シート、20…ラミネート形単電池、21…正極タブ、22…負極タブ、100…組電池

Claims (10)

  1.  低密度層と前記低密度層の第1の面と第2の面の少なくとも一方に設けられ、前記低密度層より密度が大きい高密度層とを備える耐熱断熱シートであって、
     前記耐熱断熱シート全体の厚さが0.1~2.5mmであり、
     前記耐熱断熱シート全体の燃焼熱が、1MJ/m以下であり、
     前記低密度層は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満の層であり、
     前記高密度層は、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上の層であり、
     前記高密度層の1層あたりの厚さは前記低密度層の厚さ以下であり、かつ、少なくとも1つの前記高密度層の厚さは0.05mm以上である、ことを特徴とする耐熱断熱シート。
  2.  前記無機繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、グラスウール、ロックウール、溶融岩石繊維、セラミック繊維、及び炭化ケイ素繊維から選択される1種以上である、請求項1に記載の耐熱断熱シート。
  3.  前記粘土鉱物が、セピオライトである、請求項1又は2に記載の耐熱断熱シート。
  4.  前記低密度層の密度が、0.1~0.25g/cmである、請求項1~3のいずれか一項に記載の耐熱断熱シート。
  5.  前記高密度層の密度が、0.35~2.5g/cmである、請求項1~4のいずれか一項に記載の耐熱断熱シート。
  6.  前記低密度層における無機成分の含有量が80質量%以上であり、前記高密度層における無機成分の含有量が90質量%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の耐熱断熱シート。
  7.  積層された複数の単電池と、前記複数の単電池の各々の間に挿入された請求項1~6のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートとを備える、ことを特徴とする組電池。
  8.  さらに、前記複数の単電池の内最外層に積層された単電池の外側に配置された、請求項1~6のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートを備える、請求項7に記載の組電池。
  9.  請求項1~6のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートの製造方法であって、
     無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が80質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である低密度シートの第1の面と第2の面の少なくとも一方に、
     前記低密度シートより密度が大きく、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が90質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%以上である高密度シートを積層する、耐熱断熱シートの製造方法。
  10.  請求項1~6のいずれか一項に記載の耐熱断熱シートの製造方法であって、
     無機繊維と粘土鉱物の合計含有量が80質量%以上であり、無機繊維と粘土鉱物の合計含有量に占める粘土鉱物の含有量の割合が50質量%未満である低密度シートの第1の面と第2の面の少なくとも一方に、粘土鉱物のスラリー層を形成する、耐熱断熱シートの製造方法。
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