WO2021070933A1

WO2021070933A1 - 組電池用断熱シート及び組電池

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Publication number: WO2021070933A1
Application number: PCT/JP2020/038290
Authority: WO
Inventors: 寿安藤; 直己高橋
Original assignee: イビデン株式会社
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-04-15
Also published as: JP2021064510A; CN114556669A; US20220367938A1; JP7088892B2

Abstract

均一な断熱性や放熱性が得られ、電池セルが熱暴走した場合には、隣り合う電池セル間で熱を遮断するとともに、電池セルの発熱を速やかに放熱させることができる組電池用断熱シート、及び組電池用断熱シートを電池セル間に介在させた組電池を提供する。複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池における、電池セル間に介在される組電池用断熱シートであって、一様に分散したシリカナノ粒子からなる第１粒子（２１）と、一様に分散するとともに断熱シート（１０）の主面に対して平行な一方向に配向されている無機繊維（２３）と、を含む組電池用断熱シート（１０）。

Description

組電池用断熱シート及び組電池

　本発明は、組電池の電池セル間に介在させる組電池用断熱シート、及び組電池用断熱シートを電池セル間に介在させた組電池に関する。

　従来より、発熱体から他の物体への熱伝達を抑制するために、発熱体に近接させ、又は少なくとも一部を発熱体に接触させて用いる組電池用断熱シートが用いられている。

　また、近年では、鉛蓄電池やニッケル水素電池等に比べて、高容量かつ高出力が可能なリチウムイオン二次電池の需要が増加しており、携帯電話、パソコン、小型電子機器の小容量の二次電池だけでなく、自動車、バックアップ電源等の大容量の二次電池にも用いられている。特に、自動車の分野においては、環境保護の観点から電動モータで駆動する電気自動車又はハイブリッド車等の開発が盛んに進められている。この電気自動車又はハイブリッド車等には、駆動用電動モータの電源となるための、複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池が搭載されている。

　しかし、リチウムイオン二次電池は、充放電時に化学反応を起因とする熱が発生することがあり、これにより、電池の不具合が発生する。例えば、ある電池セルが急激に昇温し、熱暴走を起こした場合、隣接する他の電池セルに熱が伝播することで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。

　上記のような組電池の分野において、熱暴走を起こした電池セルから隣接する電池セルへの熱の伝播を抑制し、熱暴走の連鎖による電池の類焼及び爆発の不具合を防ぐために、電池セル間に介在させる種々の断熱材が提案されている。

　例えば、特許文献１では、繊維とシリカエアロゲルとを含む複合層と、前記複合層中で、厚み方向に配置された樹脂支柱と、を含む断熱材が記載されている。このような断熱材によれば、樹脂支柱により断熱材にかかる圧縮応力を分散することができ、断熱材の断熱特性を保持できる。電池セル間に上記断熱材を用いれば、この断熱材中のシリカエアロゲルに掛かる圧縮応力を樹脂支柱で分散でき、電池セル間の断熱性を長期間保つことができる。その結果、電池のセル間の熱暴走による類焼を抑制し、安全な車載用電池を提供でき、さらに、断熱性樹脂支柱を多孔質の樹脂にすれば、電池セルからの熱伝導を抑制できることが記載されている。

日本国特開２０１７－２１５０１４号公報

　しかしながら、上記断熱シートは、断熱性が高いために、電池セルと密着すると、熱がこもって電池セルの熱暴走を促進することがある。
　さらに、上記断熱シートは、エアロゲルが存在しない樹脂支柱とエアロゲルが存在する複合層とで断熱性が異なるため、シート内で断熱性や放熱性が均一となりにくい。そのため、電池セルから発生した熱の伝達も異なり、熱暴走が発生した場合、断熱シートでの熱伝達の抑制ができないことがある。

　本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、組電池用断熱シートにおいて、均一な断熱性や放熱性が得られ、電池セルが熱暴走した場合には、隣り合う電池セル間で熱を遮断するとともに、電池セルの発熱を速やかに放熱させることができる組電池用断熱シート、及び組電池用断熱シートを電池セル間に介在させた組電池を提供することを目的とする。

　上記の目的は、本発明に係る下記（１）の断熱シートにより達成される。
（１）複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池における、前記電池セル間に介在される組電池用断熱シートであって、
　一様に分散したシリカナノ粒子からなる第１粒子と、一様に分散するとともに断熱シートの主面に対して平行な一方向に配向されている無機繊維と、を含む組電池用断熱シート。

　また、本発明の断熱シートは、下記（２）～（１０）であることが好ましい。
（２）前記第１粒子の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、３０質量％以上８０質量％以下である、（１）に記載の組電池用断熱シート。

（３）前記第１粒子は、平均粒子径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、（１）又は（２）に記載の組電池用断熱シート。

（４）前記無機繊維の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、５質量％以上３０質量％以下である、（１）～（３）のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。

（５）前記組電池用断熱シートはさらに、金属酸化物からなる第２粒子を含む、（１）～（４）のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。

（６）前記第２粒子は、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種である、（５）に記載の組電池用断熱シート。

（７）前記第２粒子はチタニアである、（６）に記載の組電池用断熱シート。

（８）前記第２粒子は、平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下である、（５）～（７）のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。

（９）前記組電池用断熱シートは、さらにバインダを含む、（１）～（８）のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。

（１０）前記バインダは、メチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びこれらの誘導体から選択された少なくとも１種である、（９）に記載の組電池用断熱シート。

　上記の目的は、本発明に係る下記（１１）の組電池により達成される。
（１１）複数の電池セルが、（１）～（１０）のいずれか１項に記載の組電池用断熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池。

　また、本発明の組電池は、下記（１２）であることが好ましい。
（１２）前記電池セルから発生する熱を放熱させるヒートシンクを有し、
　前記組電池用断熱シートは、前記ヒートシンクの方向に向かって前記無機繊維が配向している、（１１）に記載の組電池。

　本発明によれば、組電池用断熱シートの内部で、無機繊維が主面に対して平行な一方向に配向しながら分散しているので、断熱シート内での断熱性や放熱性が優れるとともに均一となり、電池セルからの発熱を断熱シートで放熱できる。また、本発明の組電池用断熱シートは、熱暴走した場合でも、電池から隣り合う電池への熱を遮断することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池用断熱シートの構成を示す模式図である。図２は、図１に示す組電池用断熱シートを用いた組電池の実施形態を模式的に示す断面図である。図３は、押出成形により作成される組電池用断熱シートを模式的に示す斜視図である。図４は、第２粒子を含む断熱シートを用いた組電池の実施形態を模式的に示す断面図である。

　本願発明者らが、電池セルが熱暴走した場合には、隣り合う電池セル間で熱を遮断するとともに、電池セルの発熱を速やかに放熱させる断熱性と放熱性に優れた組電池用断熱シートを提供するため鋭意検討を行った結果、断熱シートに含まれる無機繊維の配向が重要であることを見出した。すなわち、組電池用断熱シートは、一様に分散したシリカナノ粒子からなる第１粒子と、一様に分散するとともに断熱シートの主面に対して平行な一方向に配向されている無機繊維と、を含むことにより、第１粒子の高い断熱性と、配向した無機繊維による熱の放熱性能が組み合わせられ、優れた断熱性と放熱性を兼ね備えることができる。

　本発明の組電池用断熱シートを構成する第１粒子であるシリカナノ粒子は、絶縁体であるので静電気による反発力で粒子間に細かな空隙ができやすく、かさ密度が低くなるうえに、粒子間の空隙が熱抵抗となって、高い断熱性を確保できると考えられる。シリカナノ粒子を組電池用断熱シートに使用した場合、電池セル間の断熱には高い性能を有しているが、電池セルと密着して使用した場合には、組電池用断熱シートのシリカナノ粒子が放熱を阻害し、熱暴走を促進するおそれがある。

　一方、本発明の組電池用断熱シートを構成する無機繊維は、素材自体は熱伝導率が高く、無機繊維の配向方向に沿って放熱性が優れている一方、配向方向と交わる方向には、断熱性に優れている。

　本発明では、このような特徴を有するシリカナノ粒子と無機繊維とを適切に組み合わせ、電池セル間の断熱性を確保しつつ、電池セルの間から外部へ放熱しやすい組電池用断熱シートを実現している。

　本発明はこのような知見に基づくものであるが、以下に本発明の実施形態（本実施形態）に係る組電池用断熱シート及び組電池について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜組電池用断熱シートの基本構成＞
　図１は、本発明の実施形態に係る組電池用断熱シート１０の構成を示す模式図であり、図２は、図１に示す組電池用断熱シート１０を用いた組電池１００の実施形態を模式的に示す断面図である。断熱シート１０には、シリカナノ粒子からなる第１粒子２１と、ガラス繊維等からなる無機繊維２３とが含まれている。なお、上記シリカナノ粒子として、平均粒子径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるシリカナノ粒子を用いている。また、無機繊維２３は、主に平面視横方向に配向している。

　この組電池用断熱シート１０の具体的な使用形態としては、図２に示すように、複数の電池セル２０が、組電池用断熱シート１０を介して配置され、複数の電池セル２０同士が直列又は並列に接続された状態（接続された状態は図示を省略）で、電池ケース３０に格納されて組電池１００が構成される。なお、電池セル２０は、例えば、リチウムイオン二次電池が好適に用いられるが、特にこれに限定されず、その他の二次電池にも適用され得る。

　以下に示す説明では、断熱シート１０の一方の面１０ａ側に発熱した電池セル２０が存在している場合を想定している。このように構成された断熱シート１０において、電池セル２０が発熱すると、断熱シート１０の一方の面１０ａ側から入射した熱の一部は、図１において矢印１５ａで示すように、互いに接触した第１粒子２１を媒介して（図１は模式図のため、第１粒子２１同士が互いに接触していないように示されているが、実際には多くの第１粒子２１同士が互いに点接触している。）、断熱シート１０の他方の面１０ｂに向かって伝導（固体伝導）される。このとき、第１粒子２１として、断熱性を有するシリカナノ粒子を用いているため、断熱シート１０の他方の面１０ｂに近づくに従って、伝熱量が低減される（矢印１５ｂを参照）。

　また、電池セル２０が発熱して、熱の一部が断熱シート１０に到達すると、矢印１５ｃに示すように、無機繊維２３により、熱が平面視横方向に拡散されるため、無機繊維２３の存在により、断熱シート１０の他方の面１０ｂに熱が伝播されることを低減しつつ、断熱シートの側方に熱を拡散させることができる。

　なお、本発明において、「一方向に配向している」とは、無機繊維２３がすべてその方向に向いている必要はなく、特定の一方向に無機繊維２３が並ぶ傾向が強ければよい。このような無機繊維２３の配向した組電池用断熱シート１０は、もともと配向している無機繊維２３をそのまま用いて製造してもよいし、ランダムに配向した無機繊維２３を含む原材料を一軸方向に延伸して配向させたり、無機繊維２３を分散させたスラリーを水流で配向させながら抄造するなどの方法で得ることができる。

　また、無機繊維２３が特定の方向に配向していることは、目視による確認で判断できるが、繊維の判別が難しい場合には、当該方向の曲げ強度を測定し、他の方向より２０％以上大きくなっていることで確認することができる。

　以上より、本実施形態によれば、ある電池セル２０に熱暴走が生じた場合、隣接する他の電池セル２０へ熱の伝播を効果的に抑制することができるため、他の電池セル２０の熱暴走が引き起こされるのを抑制することができる。また、電池セル２０が熱膨張し、断熱シート１０を押圧し密着した場合であっても、無機繊維２３が熱を側方に拡散させ、優れた断熱性を維持しつつ放熱することができる。

　なお、本実施形態においては、第１粒子２１としてシリカナノ粒子を用いており、粒子同士の接点が小さいため、シリカナノ粒子により伝導される熱量は、粒子径が大きいシリカ粒子を使用した場合と比較して小さくなる。また、一般的に入手されるシリカナノ粒子は、空隙を多く含みかさ密度が０．５ｇ／ｃｍ^２程度であるため、例えば、断熱シート１０の両側に配置された電池セル２０が熱膨張し、その圧力によって断熱シート１０が若干変形した場合であっても、粒子同士の反発力で空隙は残り、シリカ同士の接点の大きさ（面積）が著しく大きくなることはなく、断熱性を維持することができる。

　さらに、本実施形態において、シリカナノ粒子の粒子間に形成される空隙部は、数１０ｎｍ程度にとどまり、空気の移動を妨げ、対流伝熱を抑制することができる。したがって、第１粒子２１としてシリカナノ粒子を用いると、断熱シート１０の断熱性をより一層高めることができる。

＜組電池用断熱シートの詳細＞
　次に、組電池用断熱シート１０を構成する第１粒子２１及び無機繊維２３について詳細に説明する。

（第１粒子の種類）
　本発明において、第１粒子２１としてはシリカナノ粒子を用いる。シリカナノ粒子としては、湿式シリカ、乾式シリカ及びエアロゲル等を使用することができる。
　また、本発明においてシリカナノ粒子とは、球形あるいは球形に近い平均粒子径が１μｍ未満のナノメートルオーダーのシリカの粒子である。

（第１粒子の含有量：断熱シート全質量に対して、３０質量％以上８０質量％以下）
　本発明の第１粒子２１の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、３０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。
　断熱シート１０中に第１粒子２１として含まれるシリカナノ粒子は低密度であるため伝導伝熱を抑制し、さらに空隙が細かく分散しているため、空気の移動を起こりにくくし対流伝熱を抑制する優れた断熱性を有している。このため、シリカナノ粒子を用いた組電池用断熱シート１０を電池セル２０に密着して使用すると、熱がこもりかえって熱暴走を促進する。
　本発明の組電池用断熱シート１０では、第１粒子２１の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、３０質量％以上とすることにより断熱性を確保し、第１粒子２１の含有量を８０質量％以下とすることにより、無機繊維２３含有させる空間を十分に確保でき、放熱性を確保することができる。

（第１粒子の平均粒子径：１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）
　上述の通り、第１粒子２１の粒子径は、断熱シート１０の断熱性に影響を与えることがあるため、第１粒子２１の平均粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
　すなわち、第１粒子２１の平均粒子径を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすると、特に５００℃未満の温度領域において、断熱シート１０内における熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制することができ、断熱性をより一層向上させることができる。
　なお、第１粒子２１の平均粒子径は、２ｎｍ以上であることがより好ましく、３ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、第１粒子２１の平均粒子径は、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

（無機繊維の含有量：断熱シート全質量に対して、５質量％以上３０質量％以下）
　本発明の無機繊維２３の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、５質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。
　無機繊維２３の含有量が５質量％以上であると、断熱シートの側方に熱を拡散させる効果を十分に確保することができる。また、無機繊維２３の含有量が３０質量％以下であると、断熱性の高い第１粒子を充填する空間を十分に確保でき、断熱性を確保することができる。

（無機繊維の平均繊維径：１μｍ以上２０μｍ以下）
　無機繊維２３は、線状又は針状の太径の繊維であり、断熱シート１０の電池セル２０からの圧力に対する機械的強度及び保形性の向上に寄与する。このような効果を得るために、その平均繊維径が１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることがより好ましい。ただし、無機繊維２３が太すぎると、断熱シート１０への成形性、加工性が低下するおそれがあるため、２０μｍ以下とすることが好ましく、１５μｍ以下とすることがより好ましい。

（無機繊維の平均繊維長：０．１ｍｍ以上３００ｍｍ以下）
　基材として無機繊維２３を用いると、断熱シート１０として成形したときに繊維同士が好適に絡み合い、充分な面圧を得ることができる。このような効果を得るために、無機繊維２３を用いる場合には、その平均繊維長が０．１ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましい。ただし、無機繊維２３と第１粒子２１をいったん混合し、後から無機繊維２３を配向させるプロセスを採る場合、無機繊維２３の平均繊維長が長すぎると、原材料の調製時に、無機繊維２３同士の絡み合いが強くなりすぎることがあり、シート状に成形した後に無機繊維２３が不均一に集積しやすくなることがある。したがって、無機繊維２３の平均繊維長は３００ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以下であることがより好ましい。
　なお、無機繊維２３の繊維径及び繊維長は、組電池用断熱シート１０にバインダ成分が含まれていれば、溶媒を用いてバインダ成分を除去したのち、ピンセットを使用して、成形後のシートから無機繊維２３を破断しないように抜き取り、標準スケールと比較し得ることができる。必要に応じて光学顕微鏡で観察することにより測定することができる。

　なお、組電池用断熱シート１０は、上記第１粒子２１及び無機繊維２３の他に、５００℃以上の高温度領域における断熱効果をより一層高める成分として、金属酸化物からなる第２粒子２２を含んでいてもよく、さらに結合材、及び着色剤等のように、断熱シートを成形するために必要な成分を含んでいてもよい。以下、その他の成分についても詳細に説明する。

（第２粒子の種類）
　本発明において、第２粒子２２としては金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物としては、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、アルミナ等を使用することができる。特に、チタニアは他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であり、５００℃以上の高温度領域において熱を乱反射する効果が高いため、チタニアを用いることが最も好ましい。

（第２粒子の平均粒子径：１μｍ以上５０μｍ以下）
　第２粒子２２の粒子径は、熱を反射する効果に影響を与えることがあるため、第２粒子２２の平均粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
　すなわち、第２粒子２２の平均粒子径が１μｍ以上であると、加熱に寄与する光の波長よりも十分に大きく、光を効率よく乱反射させ、本発明における第２粒子２２の存在範囲（質量比）において、５００℃以上の高温度領域において断熱シート１０内における熱の輻射伝熱が抑制され、より一層断熱性を向上させることができる。第２粒子２２の平均粒子径が５０μｍ以下であると、圧縮されても粒子間の接点、数が増えず、伝導伝熱のパスを形成しにくく、特に伝導伝熱が支配的な通常温度域の断熱性への影響を小さくすることができる。
　なお、第２粒子２２の平均粒子径は、３μｍ以上であることがより好ましく、５μｍ以上であることがさらに好ましい。また、第２粒子２２の平均粒子径は、３０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
　本発明において平均粒子径は、顕微鏡で粒子を観察し、標準スケールと比較し、任意の粒子１０個の平均をとることから求めることができる。

（第２粒子２２の含有量：断熱シートの全質量に対して５質量％以上４０質量％以下）
　本発明においては、５００℃以上の高温度領域における断熱性を向上させるために、断熱シート１０が第２粒子２２を含むことが好ましいとしているが、第２粒子２２の添加量は少量であっても、熱の放射伝導を抑制する効果を得ることができる。また、第１粒子２１によって、熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制する効果を得るためには、第１粒子２１の添加量を増加させた方が好ましい。このように、第２粒子２２の質量比は、通常温度から５００℃以上の高温度までの領域における断熱性に影響するため、本発明において、断熱シート１０に第２粒子２２として金属酸化物を含む場合には、第２粒子２２の質量比を適切に調整することが好ましい。

　本発明の断熱シート１０において、望ましい第２粒子２２の質量比は、断熱シート全質量に対して５質量％以上である。第２粒子２２の含有量が、断熱シート全質量に対して、５質量％以上であると、特に５００℃以上の輻射の影響が大きくなる温度領域で輻射伝熱を抑制でき、高い断熱性が得られると考えられる。
　一方、本発明の断熱シート１０の望ましい第２粒子２２の質量比は、断熱シート全質量に対し、４０質量％以下である。第２粒子２２の含有量が、断熱シート全質量に対して、４０質量％を超えると、第１粒子２１による十分な効果が得られないことがあり、５００℃未満の温度領域において、断熱シート１０内における熱の対流伝導又は固体伝導を抑制することが困難となり、断熱性が低下することがある。

（バインダ：３質量％以上３０質量％以下）
　本発明において、第１粒子２１としてシリカナノ粒子とともに無機繊維２３を含むので、無機繊維２３が断熱シート１０としての形状を保持することができるが、シリカナノ粒子の脱落を防止するため、適切な含有量でバインダを添加することが好ましい。
　また、断熱シート１０の全質量に対して、バインダの含有量が３質量％以上であると、断熱シート１０からのシリカナノ粒子の脱落を少なくすることができる。また、断熱シート１０の全質量に対するバインダの含有量は、５質量％以上であることが好ましい。

　一方、バインダは第１粒子２１の静電気による反発力に対抗して、第１粒子２１を結合させる作用が働くので、固体伝導を抑制することが困難となり、断熱性が低下するおそれがある。したがって、断熱シート全質量に対するバインダの含有量は、３０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがより好ましい。

（バインダの種類）
　上述の通り、本発明に係る組電池用断熱シート１０は、圧縮特性を所望の値に調整するために、バインダの種類及び含有量を適切に選択することが好ましい。バインダとしては、有機バインダ及び無機バインダ等を用いることができる。本発明においては、特に、有機バインダとして、メチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びこれらの誘導体等を使用することが好ましい。また、無機バインダの種類について特に制限しないが、無機バインダとしては、例えばアルミナゾル、シリカゾル等を使用することができる。

（断熱シートの厚さ：０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下）
　本発明に係る組電池用断熱シート１０の厚さは特に限定されないが、０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。断熱シート１０の厚さが上記範囲内であると、充分な機械的強度を得ることができるとともに、容易に成形することができる。

（組電池用断熱シートの製造方法）
　続いて、本発明に係る組電池用断熱シート１０の製造方法について詳細に説明する。

　本実施形態に係る断熱シート１０は、第１粒子２１と無機繊維２３とを含む断熱シート用材料を使用して、押出成形法、湿式抄造法、プレス成形法などにより成形して製造することができる。以下に、断熱シート１０をそれぞれの成形法により得る場合の製造方法について説明する。

［押出成形法による断熱シートの製造方法］
　押出成形法では、まず、第１粒子２１及び無機繊維２３、並びに必要に応じて第２粒子２２、バインダに水などの溶媒を加え混練することにより、ペースト状の原料を調製する。その後、得られたペースト状の原料を、押出成形機のノズルから押し出すことによってグリーンシートを得ることができる。さらに得られたグリーンシートを乾燥させ、適当なサイズに裁断することによって本発明の組電池用断熱シート１０を得ることができる。上述の通り、有機バインダとしては、メチルセルロース及び水溶性セルロースエーテル等を使用することが好ましいが、押出成形法を用いる場合に一般的に使用される有機バインダであれば、特に限定されずに使用することができる。

　図３は、押出成形により作製される組電池用断熱シート４０を模式的に示す斜視図である。なお、図３中において、第１粒子２１は図示を省略している。図３に示すように、押出成形法により断熱シート４０を作製した場合には、断熱シート４０の材料として含まれる無機繊維２３等が、押出方向Ｘ、すなわち断熱シートの主面に対して平行な一方向に配向される。このように配向された無機繊維２３等により、断熱シート４０は熱伝導率に異方性が与えられるため、断熱シート４０の主面側から入射した熱は、主面に平行な一方向に伝播される。したがって、押出成形法により製造された断熱シート４０を用いると、隣り合う電池セル２０への熱の伝播をより効果的に抑制するとともに、効率よく放熱することができる。

［湿式抄造法による断熱シートの製造方法］
　湿式抄造法では、まず、第１粒子２１及び無機繊維２３、並びに必要に応じて第２粒子２２、バインダを水中で混合し、撹拌機で撹拌することにより、混合液を調製する。その後、得られた混合液を、底面に濾過用のメッシュが形成された成形器に流し込み、メッシュを介して混合液を脱水することにより、湿潤シートを作製する。この時、濾過用のメッシュを水平でなく傾斜させて配置することにより、混合液が一方向に流れながら抄造されるので、傾斜した方向に無機繊維２３が配向した湿潤シートを得ることができる。得られた湿潤シートを加熱するとともに加圧することにより、断熱シート４０を得ることができる。なお、加熱及び加圧工程の前に、湿潤シートに熱風を通気させて、シートを乾燥する通気乾燥処理を実施してもよいが、この通気乾燥処理を実施せず、湿潤した状態で加熱及び加圧してもよい。

［プレス成形法による断熱シートの製造方法］
　プレス成形法では、まず、第１粒子２１及び、並びに必要に応じて第２粒子２２、バインダ、溶媒を、撹拌機で撹拌することにより、スラリー状の原料を調製する。また別途無機繊維のスライバを準備し、スライバの繊維間にスラリー状の原料を浸透させる。得られた含浸体を乾燥させたのち、プレス成形することによって本発明の組電池用断熱シート４０を得ることができる。なお、スライバとは、繊維が一方向に配向した太いひも状の集合体である。必要に応じてスライバを複数本並べることにより、平板状の断熱シート４０を得ることができる。

　本発明の組電池用断熱シート４０は、これらの製造方法に限定されず、どのような製造方法を用いても利用することができる。

＜組電池＞
　本発明に係る組電池１００は、図２に例示したように、複数の電池セル２０が、上記の組電池用断熱シート１０を介して配置され、複数の電池セル２０が直列又は並列に接続されたものである。

　図４は、図３に示す断熱シート４０を用いた組電池１１０の実施形態を模式的に示す断面図である。図４において、図２と同一のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、本実施形態に係る組電池１１０は、図４に示すように、複数の電池セル２０と組電池用断熱シート４０とが配列された外側に、電池セル２０から発生する熱を放熱させる金属製の電池ケース３０を有している。また、電池ケース３０の外側には、熱を外に逃がすためのヒートシンク２５が配置されている。
　ここで、組電池１１０が金属製の電池ケース３０を有すると、電池セル２０から発生した熱は断熱シート４０に伝わった後、側方に拡散されて電池ケース３０に伝播される。このとき、組電池用断熱シート４０が無機繊維２３を含んでおり、無機繊維２３が上下方向（すなわち、電池セル２０の積層方向に垂直な方向）に配向されていると、電池セル２０から伝播された熱は、配向された無機繊維２３を介して上下方向に伝播されやすくなり、電池ケース３０及びヒートシンク２５によって放熱されやすくなる。したがって、断熱シート４０が例えば押出成形により成形されており、その主面に対して平行な一方向に配向された無機繊維２３を有している場合には、配向の方向を考慮して組電池１１０に組み込むことが好ましい。

　なお、図４では、電池ケース３０は上面及び底面の面積が大きい配置となっている。このため、上面及び底面から放熱しやすいよう、組電池用断熱シート４０の配向方向を上下方向としたが、無機繊維２３の配向方向は大きな面の方向に限定されず、熱を逃がしやすい方向に配向させることが望ましい。例えば、ヒートシンク２５として機能する金属製の取付具で組電池が固定されている場合には、無機繊維２３の配向方向をヒートシンクのある方向にしてもよい。
　すなわち、ヒートシンク２５の方向に向かって、断熱シート４０内の無機繊維２３が配向されるように断熱シート４０が配置されていると、より一層、断熱シート４０による放熱性を向上させつつ断熱することができる。また、ヒートシンク２５に限定されず、蓄熱材などに放熱させてもよい。

　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　なお、本出願は、２０１９年１０月１１日出願の日本特許出願（特願２０１９－１８８１９９）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１０、４０　断熱シート（組電池用断熱シート）
１０ａ、１０ｂ　面
２０　電池セル
２１　第１粒子
２２　第２粒子
２３　無機繊維
２５　ヒートシンク
３０　電池ケース
１００、１１０　組電池

Claims

　複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池における、前記電池セル間に介在される組電池用断熱シートであって、
　一様に分散したシリカナノ粒子からなる第１粒子と、一様に分散するとともに断熱シートの主面に対して平行な一方向に配向されている無機繊維と、を含む組電池用断熱シート。
　前記第１粒子の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、３０質量％以上８０質量％以下である、請求項１に記載の組電池用断熱シート。
　前記第１粒子は、平均粒子径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の組電池用断熱シート。
　前記無機繊維の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、５質量％以上３０質量％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。
　前記組電池用断熱シートはさらに、金属酸化物からなる第２粒子を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。
　前記第２粒子は、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも１種である、請求項５に記載の組電池用断熱シート。
　前記第２粒子はチタニアである、請求項６に記載の組電池用断熱シート。
　前記第２粒子は、平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下である、請求項５～７のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。
　前記組電池用断熱シートは、さらにバインダを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組電池用断熱シート。
　前記バインダは、メチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びこれらの誘導体から選択された少なくとも１種である、請求項９に記載の組電池用断熱シート。
　複数の電池セルが、請求項１～１０のいずれか１項に記載の組電池用断熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池。
　前記電池セルから発生する熱を放熱させるヒートシンクを有し、
　前記組電池用断熱シートは、前記ヒートシンクの方向に向かって前記無機繊維が配向している、請求項１１に記載の組電池。