WO2021235189A1 - 断熱シート - Google Patents

Abstract

変形に対する追随性を高めた断熱シートを提供する。 断熱シート１０は、無機繊維を有する中間層１１と、前記中間層１１を挟むように、両面に積層された紙製の表面層１２とを備える。温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１．５ｍｍにおけるＦＳ荷重が１０００Ｎ以上６０００Ｎ以下である。上記構成により、応力変化の繰り返しに対して、広い温度範囲での圧縮復元試験において応力変化が小さいという特性を実現できる。

Description

断熱シート

　本発明は、断熱シートに関する。

　断熱性を有するシート材が、二次電池セルの断熱や絶縁を図るスペーサ、防爆シート、あるいは冷蔵庫等の温度差のある部材を被覆するシート材など、様々な用途で用いられている。一例として、二次電池セルの断熱用スペーサについて説明する。角形の二次電池セルを複数積層した電源装置が、電気自動車やハイブリッド自動車、電動バス、電車等の電動車両の駆動用電源として、あるいは工場や基地局のバックアップ電源用、さらには家庭用の蓄電池として用いられている。近年は電源装置の軽量化、及び高容量化が求められており、二次電池セルにはリチウムイオン二次電池等の高容量のタイプが用いられている。

　一方で、リチウムイオン二次電池のような高容量の二次電池セルを多数用いた場合、何らかの理由で一の二次電池セルが高温になって熱暴走し、隣接する他の二次電池セルに悪影響を与えることが懸念される。このため、隣接する二次電池セル同士を、熱的に断熱することが求められる。

　従来より、二次電池セル同士の間にスペーサやセパレータ等と呼ばれるセピオライトやマイカ等の無機粉体を固めた板材や絶縁性の樹脂板等を配置して、隣接する二次電池セル同士の絶縁と断熱を図っていた。しかしながら、これらの板材は硬質であって殆ど変形しないため、二次電池セルの変形に追随できないという問題があった。すなわち、角形の二次電池セルは充放電によって外装缶が膨張、収縮することが知られている。特に、二次電池セル同士の間に挿入される板材は、両側に配置された二次電池セルがそれぞれ変形するため、板材の両面で個別に変形に追随する必要がある上、元の形状に復元することも求められる。また二次電池セルの高容量化によって、各外装缶の変形量も大きくなる傾向にある。

特開２０１８－２０４７０８号公報 特許６５０６９４２号公報

　本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、変形に対する追随性を高めた断熱シートを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

　本発明の第１の形態に係る断熱シートによれば、無機繊維を有する中間層と、前記中間層を挟むように、両面に積層された紙製の表面層とを備え、温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１．５ｍｍにおけるＦＳ荷重が１０００Ｎ以上６０００Ｎ以下である。上記構成により、応力変化の繰り返しに対して、広い温度範囲での圧縮復元試験において応力変化が小さいという特性を実現できる。

　また、第２の形態に係る断熱シートによれば、前記中間層を挟むように、両面に積層された紙製の表面層とを備え、温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１回目の応力を１００％として、５回目の応力が８０％以上である。

　さらに、第３の形態に係る断熱シートによれば、上記構成に加えて、前記無機繊維が、平均線維径６μｍ以上４０μｍ以下、平均繊維長１３ｍｍ以上の長繊維である。

　さらにまた、第４の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、前記無機繊維が、ガラス繊維、セラミックス系繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、ロックウールのいずれかである。上記構成により、難燃性と圧縮復元性を発揮できる

　さらにまた、第５の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、前記中間層と表面層を接着する接着層が、アクリル系接着材、塩化ビニル系接着材、酢酸ビニル系接着材、フェノール樹脂、ホットメルトのいずれかである。

　さらにまた、第６の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、前記中間層が、層状の無機繊維を複数積層して構成されている。

　さらにまた、第７の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表面層が、無機粉体又は無機繊維を含んでいる。

　さらにまた、第８の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、繰り返し膨張収縮する対象物同士の間に挟まれて使用される断熱シートである。これにより、断熱する対象物が変形する場合でも、その変形に追従して密着できるため、断熱性能を信頼性高く発揮させることができる。

　さらにまた、第９の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セル同士の間を断熱するための断熱シートであって、無機繊維を含む中間層と、前記中間層を挟むように、両面に積層された表面層とを備え、温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１．５ｍｍにおけるＦＳ荷重が１０００Ｎ以上６０００Ｎ以下である。
る。

　さらにまた、第１０の形態に係る断熱シートによれば、上記いずれかの構成に加えて、前記断熱シートの、圧縮試験前の初期厚みを、３ｍｍ～６ｍｍとすることができる。

本発明の実施形態１に係る電源装置を示す分解斜視図である。 断熱シートの模式断面図である。 本発明の実施形態２に係る電源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態３に係る電源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態４に係る電源装置を示す斜視図である。 図６Ａは本発明の実施形態５に係る電源装置を示す斜視図、図６Ｂは二次電池セルを横置きの姿勢とした電源装置を示す斜視図である。 実施例１に係る断熱シートに対して－３０℃で繰り返し圧縮試験を行った結果を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して０℃で繰り返し圧縮試験を行った結果を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して２３℃で繰り返し圧縮試験を行った結果を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して６０℃で繰り返し圧縮試験を行った結果を示すグラフである。 比較例１に係る断熱シートに対して繰り返し圧縮試験を行った結果を示すグラフである。 比較例２に係る断熱シートに対して繰り返し圧縮試験を行った結果を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートのクリープ特性を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して－３０℃で繰り返し圧縮試験を行った際の応力変化率を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して０℃で繰り返し圧縮試験を行った際の応力変化率を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して２３℃で繰り返し圧縮試験を行った際の応力変化率を示すグラフである。 実施例１に係る断熱シートに対して６０℃で繰り返し圧縮試験を行った際の応力変化率を示すグラフである。 比較例１に係る断熱シートに対して２３℃で繰り返し圧縮試験を５回行った際の応力変化率を示すグラフである。 比較例２に係る断熱シートに対して２３℃で繰り返し圧縮試験を５回行った際の応力変化率を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［実施形態１］

　本発明の実施形態に係る断熱シートは、断熱性が求められる用途に適宜利用できる。例えば冷蔵庫や冷凍庫等を断熱する断熱材、建材用の断熱シート等に用いることができる。ここでは、角形の二次電池セルを多数積層して直列や並列に接続した電源装置において、隣接する二次電池セル同士の間に介在されるスペーサとして、断熱シートを用いる例を説明する。このような電源装置は、電気自動車やハイブリッド自動車、電動バス、電車、電動カート等の電動車両の駆動用電源として、あるいは工場や基地局のバックアップ電源用、さらには家庭用の蓄電池として利用される。

　実施形態１に係る電源装置を、図１の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル２０と、二次電池セル２０同士の間に介在される断熱シート１０とを備える。二次電池セル２０は、外装缶２１を有底筒状の角形としており、複数枚を主面同士が対向する姿勢で積層されている。積層は、例えば二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の両端面を、それぞれ端面板３０で覆うと共に、端面板３０同士を締結部材で締結する。また、電池積層体２５は、必要に応じて基礎板４０上に固定される。基礎板４０は、例えば内部に冷媒を循環させて冷却板として機能させることができる。

　各二次電池セル２０は、外装缶２１の内部に電極体を収納し、開口端を封口板２２で封止している。図１において外装缶２１の上面に位置する封口板２２には、一対の電極２３と防爆弁２４が設けられる。複数の二次電池セル２０は、電極２３同士をバスバーで接続することにより、互いに直列及び／又は並列に電気的に接続される。また防爆弁２４は、外装缶２１の内圧が高くなったことを検出して開弁され、外装缶２１内部の高圧ガスを排出するための部材である。各防爆弁２４は、必要に応じて高圧ガスを外部に案内するためのガスダクトと連結される。
（断熱シート１０）

　隣接する二次電池セル２０同士の間には、断熱シート１０が介在される。断熱シート１０は、スペーサやセパレータ等と呼ばれ、隣接する二次電池セル２０間で外装缶２１が短絡しないように絶縁する。

　断熱シート１０の断面図を、図２に示す。この図に示す断熱シート１０は、中間層１１と、この中間層１１を挟むように、両面に積層された表面層１２で構成される。

　中間層１１は、無機繊維を含む。無機繊維としては、ガラス繊維、セラミックス系繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、ロックウール等が利用できる。中でもガラス繊維とセラミックス系繊維が耐熱性及び絶縁性の観点から好ましい。また断熱性及び絶縁性が求められない用途においては、炭素繊維が利用できる。これによって防炎性に優れた断熱シートが得られる。

　この中間層１１は、一層で構成する他、層状に構成したガラス繊維層やセラミック繊維層を複数層積層して構成してもよい。また無機繊維は、繊維長１３ｍｍ以上のものが圧縮復元性の観点から好適に使用できる。より好ましくは４０ｍｍ以上、さらに好ましくは、切断されていない長繊維のものである。
（表面層１２）

　表面層１２は、絶縁性の紙製のシート材とする。このような表面層１２を構成する材質としては、天然パルプ、合成パルプ、無機繊維及び無機粉体を用いた抄紙シートが好適に利用できる。また表面層１２に、無機粉体や無機繊維を含めてもよい。このような無機粉体にはセピオライト、タルク、カオリン、マイカ、セリサイト等の珪酸塩鉱物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ハードクレー、焼成クレー、硫酸バリウム、珪酸カルシウム、ウォラストナイト、重炭酸ナトリウム、ホワイトカーボン・溶融シリカ等の合成シリカ、珪藻土等の天然シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ガラスビーズ等が利用できる。また無機繊維には、ガラス繊維、マイクロガラス、セラミックス繊維、ロックウール、玄武岩繊維、炭素繊維等が利用できる。
（接着層）

　中間層１１と表面層１２とは、接着材で接着される。接着材を硬化させた接着層が、中間層１１と表面層１２との間に介在される。接着材は、耐熱性に優れた材質が好ましい。このような接着材としては、アクリル系接着材、塩化ビニル系接着材、酢酸ビニル系接着材、フェノール樹脂、ホットメルト等が利用できる。

　このように中間層１１を繊維で構成することで、断熱シートを厚い紙製とするよりも、軽量化が図られる。例えば紙製の断熱シートの比重が１程度であるのに対し、実施形態１に係る断熱シート１０では０．３以下に抑制できる。

　断熱シート１０の厚さは、薄くすることが好ましい。特に電源装置においては、小型軽量化が強く求められている。ここでは、断熱シート１０の厚さを、３ｍｍ～６ｍｍとすることが好ましい。

　実施形態１に係る断熱シート１０は、温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１．５ｍｍにおけるＦＳ荷重が１０００Ｎ以上６０００Ｎ以下としている。これにより、二次電池セルのような、繰り返し膨張収縮する対象物同士の間に断熱シートを挟んで用いる用途において、対象物の変形に追従して断熱シートも変形できるため、このような変形する対象物に対しても好適に断熱性能を発揮させることが可能となる。なお、圧縮試験に際して、断熱シートの初期厚みに対して、２５％～５０％程度まで圧縮するように設定する。

　また断熱シート１０は、温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１回目の応力を１００％とした場合の５回目の応力は、８０％以上である。これにより、通常であれば繰返し回数を重ねると共に応力が低下して追従性が悪化するところ、本実施形態に係る断熱シートによれば、５回目においても８０％以上の応力を発揮して追従性を維持できる。よって、同じく繰り返し膨張収縮する対象物同士の間に断熱シートを挟んで用いる用途において、好適に断熱性能を発揮させることできる。

　また断熱シート１０は、耐熱性を備えることが望ましい。二次電池セル２０が高温になっても、変形や溶融し難い材質とすることで、断熱性能を維持することが可能となる。好ましくは、断熱シート１０の溶融温度を４００℃以上とする。より好ましくは、６００℃以上とする。

　断熱シート１０は、熱伝導率を低く抑えることで、断熱シート１０の一面に密着された二次電池セル２０が仮に熱暴走しても、反対面にある二次電池セル２０に発熱が及ぶことを抑制する。断熱シート１０の熱伝導率は、０．０３～０．３０Ｗ／ｍＫとすることが好ましい。より好ましくは熱伝導率を０．０５～０．２５Ｗ／ｍＫとする。

　以上のような特性を満たすため、断熱シート１０の表面層１２は、繊維基材と、充填材と、結合材を含む。好適には、繊維基材として天然パルプと無機繊維、充填材として珪酸塩鉱物、結合材としてゴム組成物を利用できる。具体的には、実施形態１に係る断熱シート１０は、繊維基材として麻パルプとマイクロガラス、充填材としてタルクとセピオライト、結合材としてＮＢＲを含んでいる。

　繊維基材（基材繊維とも呼ぶ。）は、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維などの無機繊維や、あるいは芳香族ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維が利用できる。ここでは、繊維基材として有機繊維の天然パルプを用いている。天然パルプには麻パルプが好適に利用できる。

　麻パルプの配合比率は、例えば５重量％～２０重量％、好ましくは１０重量％とする。また繊維基材として、無機繊維を含めてもよい。無機繊維の配合比率は、５重量％～２０重量％、好ましくは８重量％～１５重量％とする。実施形態１においては、無機繊維としてマイクロガラスを１２重量％添加している。

　充填材は、無機の充填材が利用できる。無機充填材としては、セピオライト、タルク、カオリン、マイカ、セリサイト等の珪酸塩鉱物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ハードクレー、焼成クレー、硫酸バリウム、珪酸カルシウム、ウォラストナイト、重炭酸ナトリウム、ホワイトカーボン・溶融シリカ等の合成シリカ、珪藻土等の天然シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ガラスビーズ等が挙げられ、これらは単独又は複数を組み合わせて用いられる。これらの無機充填材の添加は、高温雰囲気下の形状維持と断熱性向上といった効果を示す。実施形態１においては、可撓性が高いタルクを用いた。充填材の配合量は断熱シート中、１０重量％～７５重量％が好ましい。実施形態１においては、充填材として珪酸マグネシウムを用い、タルクを５８重量％、セピオライトを１４重量％添加している。

　結合材には、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル酸樹脂、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成樹脂の他に、アクリルニトリルブタジエンゴム、水素化アクリルニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、アクリルニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレーンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ化シリコーンゴム、クロロスルフォン化ゴム、エチレン酢ビゴム、塩化ポリエチレン、塩化ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルイソプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等が利用できる。中でも、アクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）が、耐水性、耐油性が高い点で好ましい。これらのゴムは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、より高い耐水性、耐油性を目的にアルキルケテンダイマー等のサイズ剤やフッ素系、シリコーン系の撥水剤を組合わせて使用することもできる。結合材にゴム組成物を用いる場合、ゴムの配合量は断熱シート中、２．０～３０重量％が好ましい。ここではＮＢＲである日本ゼオン社のニポール１５６２を６．０重量％添加している。

　さらに添加剤として、紙力剤や定着剤、消泡剤等の薬品類を加えている。ここでは紙力剤として星光ＰＭＣ社のＷＳ４０３０を０．５重量％、紙力剤として昭和電工社のコーガム１５Ｈを０．３重量％、定着剤として自社で製造した硫酸バンドを１．９重量％、消泡剤として信越シリコーン社のＫＭ－７０を適量添加している。
［実施形態２］

　以上は、耐熱シートをリチウムイオン二次電池セル間のスペーサとして利用する例を説明した。ただ本発明は、断熱シートの用途を電池の断熱用のスペーサに限定するものでなく、他の用途にも利用できる。本発明は耐熱性を備えつつ、その熱伝導率の変動が少ない特性を生かして、信頼性が要求される用途に好適に利用できる。また、圧縮弾性率が低いため、変形が要求される用途にも好適に利用できる。例えば、二次電池セルの防爆弁とガスダクトの間の緩衝材や、回路基板の保護断熱材、モジュール間の断熱材等の用途にも利用できる。一例として、断熱シートを二次電池セルの防爆弁とガスダクトの間の緩衝材として用いた例を、実施形態２に係る電源装置として図３の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置２００は、複数の二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の上面に、ガスダクト５０を設けている。ガスダクト５０は、各二次電池セル２０が有する防爆弁２４と連通されている。各防爆弁２４とガスダクト５０を気密に連結するために、緩衝シート３２を介在させている。この緩衝シート３２として、実施形態に係る断熱シート１０を適用している。なお図３において、上述した実施形態１で説明した部材と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。緩衝シート３２として機能する断熱シート１０は、各防爆弁２４とガスダクト５０の連結穴と連結する。熱暴走時に、防爆弁２４とガスダクト５０との間から高圧ガスが漏れないように断熱シート１０を用いて気密に連結させることができる。特に実施形態に係る断熱シート１０は、高い圧縮弾性率によって適宜変形することができる。加えて、高温高圧のガスに耐え得る高い耐熱性も備えており、このような用途においても好適に利用でき、万一の熱暴走時においても安定的に高圧ガスをガスダクト５０に案内して、電源装置の外部に排出でき、安全性を高めることが可能となる。

　また図４に示す実施形態３に係る電源装置３００は、断熱シート１０を回路基板の保護断熱材に用いた例を示している。この図に示す電源装置３００は、複数の二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の上面に回路基板６０が設けられている。回路基板６０を、各二次電池セル２０の封口板に形成された防爆弁２４から放出される高温ガスや電解液の飛散から防ぐために、回路基板６０との間に、断熱シート１０を介在させている。これによって回路基板６０を高温高圧のガスから保護する。

　さらに断熱シートは、二次電池セル間の断熱のみならず、複数の二次電池セルで構成された電池モジュール同士の間の断熱に利用することもできる。このような例を実施形態４に係る電源装置として、図５に示す。この図に示す電源装置４００は、複数の二次電池セル２０を積層した電池積層体２５で電池モジュールを構成している。これら電池モジュール間に断熱材１０Ｘを設けることで、隣接する電池モジュール間の熱伝搬を抑制することができる。

　以上の例では、二次電池セルとして角形の外装缶を用いた二次電池セルに対する断熱材として適用する例を説明した。ただ本発明は、二次電池セルの外形を角形に限定せず、円筒形やパウチ型等、他の形状の二次電池セルに対しても適用できる。一例として、円筒形の二次電池セルに適用した例を、実施形態５に係る電源装置として図６Ａに示す。この図に示す電源装置５００Ａは、円筒形の二次電池セル２０Ｂを複数本並べた状態で、隣接する二次電池セル同士の間に断熱シート１０を介在させている。これにより、何れかの二次電池セル２０Ｂが高温になっても、断熱シート１０によって熱伝搬を抑制することができる。この例では、各二次電池セル２０Ｂを区画するために、一の断熱シート１０Ａに一端から切り込みを形成して、他の断熱シート１０Ｂに他端から切り込みを形成し、これらの切り込み同士を組み合わせることで断熱シート同士が交差するようにしている。また図６Ａの例では、二次電池セル２０Ｂを縦置きの姿勢としているが、図６Ｂに示すように横置きの姿勢としてもよいことはいうまでもない。
［実施例１］

　次に、実施例１に係る断熱シートを作成して、その特性を測定した。実施例１に係る断熱シート１０は、中間層１１として平均繊維径３０μｍ、平均繊維長１３ｍｍのガラス繊維を用いた。また表面層１２として、天然パルプ、マイクロガラス、珪酸塩鉱物粉体と、結合剤としてゴム系樹脂を抄紙した紙製のシートを用いた。表面層１２の作成には、まず離解させた天然パルプを準備し、マイクロガラスと珪酸塩鉱物粉体とを均一に分散させた。これにゴム系樹脂を加え、湿式抄紙法で抄紙して、厚さ約０．３ｍｍの表面層１２を作成した。一方中間層１１は、ガラス繊維紙を６枚積層して、約４．０ｍｍ厚とした。このようにして得られた中間層１１の両面に、接着剤としてアクリル系接着材を用いて、表面層１２を接着させて硬化させた。得られたシートを、７０ｍｍ×７０ｍｍの大きさに裁断した。厚さは約５．０ｍｍであった。
（繰り返し圧縮試験）

　作成された断熱シートのサンプルに対して、繰り返し圧縮試験を、異なる温度下で行った。繰り返し圧縮試験は、定速でサンプルを押し込み、その押し込み深さが所定の深さとなるまで、各押し込み深さにおけるサンプルの圧力、すなわち反発力をＦＳ（Ｆｏｒｃｅ－Ｓｔｒａｉｎ）荷重として測定した。以下、詳述する。

　まず、繰り返し圧縮試験の測定前に、サンプルの予備圧縮を行う。予備圧縮には、インストロン社の万能材料試験機５９８５型を用いて、荷重面積を５０ｍｍφとした。まず荷重３．９ｋＮに到達するまで速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで圧縮する。荷重３．９ｋＮ到達後、荷重０まで速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで戻る。そして荷重０の位置で装置を停止する（予備圧縮復元位置０とする）。このような予備圧縮を経て、繰り返し圧縮試験を行う。上述した予備圧縮復元位置０より測定開始する。測定装置と荷重面積は、予備圧縮と同様とした。まず、変位１．５ｍｍまで速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで圧縮する。次に変位１．５ｍｍから変位０ｍｍまで速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで戻る。この手順を２０回繰り返した。

　このようにして行った繰り返し圧縮試験の結果を図７～図１０に示す。これらの図において、図７は－３０℃、図８は０℃、図９は常温に該当する２３℃、図１０は６０℃で、それぞれ行った。

　また比較例１に係る断熱シートとして、グラスウールの単層を用いた例を図１１に、比較例２として断熱ボードの単層を用いた例を図１２に、それぞれ示す。比較例１では、グラスウールを用いた断熱材として市販されている旭ファイバーグラス社製グラスロンウールの１０ｍｍ厚を用いた。また比較例２では、無機繊維、粉体を結合剤でボード状とした、プロマット社製断熱材の３．１ｍｍ厚を用いた。各比較例においては２３℃にて測定を行った。なお図１２に示す比較例２においては、圧縮変形が１．５ｍｍに到達する以前に荷重のオーバーロードが発生し、装置の安全装置が働いて測定中止になったことを示している。このことは当該比較例に係る断熱ボードは二次電池セルの変形に追随できないことの裏付けとなる。

　図７～図１０のグラフから、変位が大きい領域でも荷重の上昇が少なく、繰り返し圧縮試験において応力変化の少ない断熱シートが得られていることが確認された。特に比較例１、２では、ＦＳ荷重が急峻に上昇する傾向を示しており、安定的な押圧力を発揮し難いことが判明した。これに対して実施例１に係る断熱シートでは、反発力を発揮できていることが判る。また、特に低温下では安定的な特性を示しており、高温下においては多少悪化するものの、概ね広い温度範囲で応力変化を抑制できていることが確認された。
（クリープ特性）

　また、実施例１に係る断熱シートのクリープ特性を測定した結果を図１３に示す。クリープ特性試験の測定前にも、上述した繰り返し圧縮試験と同様のサンプルの予備圧縮を行った。予備圧縮の後、予備圧縮復元位置０より、クリープ特性試験の測定を開始した。用いた評価装置と荷重面積は、繰り返し圧縮試験と同様とした。また測定温度環境は２３℃とした。まず、変位１．５ｍｍまで速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで圧縮する。そして変位１．５ｍｍで速度０ｍｍ／ｍｉｎ（停止）に変更し測定した。

　図１３のグラフから、持続した圧力下においても塑性変形せず、良好なクリープ特性が得られていることが示された。このように、紙製シートのみならず繊維の中間層１１を加えることで耐クリープ特性を高めた断熱シートを実現でき、特に長期間押圧力に晒される二次電池セルのスペーサとして、変形した場合にも復元して形状に沿うことが可能となる。
（応力変化率）

　さらに、上述した繰り返し圧縮試験において、繰返し回数と共に応力が変化する様子を、応力の変化率として測定した。ここでは、上述した条件としながら、押し込み深さを１．５ｍｍとした場合と、１．０ｍｍとした場合のそれぞれについて、繰り返し圧縮試験を２０回行った結果を、図１４～図１９に示す。これらの図において、図１４は実施例１に係る断熱シートに対して、－３０℃で繰り返し圧縮試験を２０回行った際の応力変化率、図１５は０℃で、図１６は２３℃で、図１７は６０℃で、それぞれ繰り返し圧縮試験を２０回行った際の応力変化率を、それぞれ示している。また図１８は、比較例１に係るグラスウールを用いた例において２３℃で繰り返し圧縮試験を５回、図１９は比較例２に係る断熱ボードを用いて同様に２３℃で繰り返し圧縮試験を５回、それぞれ行った際の応力変化率を示している。各グラフにおいては、１回目の応力を１００％として、圧縮試験の各回数における応力の変化率を示している。

　これらの図に示すように、実施例１に係る断熱シートにおいては、温度が－３０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧する繰り返し圧縮試験を２０回行った時点での応力は、概ね９０％以上を維持できていることが確認された。一方、比較例１に係るグラスウールを用いた例では、５回目で応力が８０％未満となった。これにより、繰返し回数を重ねると共に応力が漸次低下して追従性が悪化する比較例１に対して、実施例１に係る断熱シートでは２０回繰り返しても高い応力を発揮して追従性を維持できる様子が確認された。なお図１４に示す－３０℃の例では、１２回目付近から応力変化率が１００％を越えている。これは、低温でガラス状態になり脆化した接着剤が、圧縮変形のため割れ、無機繊維の隙間を埋めていったためと推測される。また図１７に示す６０℃の環境下でも、２～６回目で１００％を越えている。この理由は未検証ではあるが、６０℃環境下に置いたことにより接着剤に若干の架橋反応が起こり、弾性率が僅かに上昇したものと推測される。

　このように本発明の実施例に係る断熱シートは、高い信頼性をもって安定的に使用できる利点が得られる。特に車載用の電源装置に用いる二次電池セルのスペーサとして用いる用途では、車両自体が寒冷地や高温地域での使用に耐えられるよう、低温から高温にかけて広い温度範囲において性能を維持できる温度特性が求められる。すなわち、二次電池セルが充放電によって膨張、収縮を繰り返すところ、このような二次電池セル同士の隙間に介在されるスペーサとして断熱シートを用いる際には、このような二次電池セルの膨張収縮に耐えられる強度と圧縮復元性が求められる。そして、このような性能を低温域から高温域において維持する温度特性が要求される。上述した通り、実施例に係る断熱シートでは、圧縮時の復元力を高め、押圧力を受けて変形しても元の形状に戻る安定性を発揮できる。また繰り返し圧縮試験に対する荷重の温度変化を抑制して、信頼性高く断熱性能を発揮できるので、周囲環境の温度に依存することなく安定的に利用できるという優れた利点が得られる。

　本発明の断熱シートは、二次電池セル同士、又は二次電池セルモジュール同士の間に介在される断熱用のスペーサや、防爆弁とガスダクトの間に介在される緩衝シート、あるいはＥＣＵ等の駆動回路を保護する断熱材等に好適に利用できる。

１００、２００、３００、４００、５００Ａ、５００Ｂ…電源装置
１０、１０Ｘ、１０Ａ、１０Ｂ…断熱シート
１１…中間層
１２…表面層
２０、２０Ｂ…二次電池セル
２１…外装缶
２２…封口板
２３…電極
２４…防爆弁
２５…電池積層体
３０…端面板
３２…緩衝シート
４０…基礎板
５０…ガスダクト
６０…回路基板

Claims (10)

1. 　無機繊維を有する中間層と、
   　前記中間層を挟むように、両面に積層された紙製の表面層と
   を備え、
   　温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１．５ｍｍにおけるＦＳ荷重が１０００Ｎ以上６０００Ｎ以下である断熱シート。
2. 　無機繊維を有する中間層と、
   　前記中間層を挟むように、両面に積層された紙製の表面層と
   を備え、
   　温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１回目の応力を１００％として、５回目の応力が８０％以上である断熱シート。
3. 　請求項１又は２に記載の断熱シートであって、
   　前記無機繊維が、平均線維径６μｍ以上４０μｍ以下、平均繊維長１３ｍｍ以上の長繊維である断熱シート。
4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の断熱シートであって、
   　前記無機繊維が、ガラス繊維、セラミックス系繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、ロックウールのいずれかである断熱シート。
5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の断熱シートであって、
   　前記中間層と表面層を接着する接着層が、アクリル系接着材、塩化ビニル系接着材、酢酸ビニル系接着材、フェノール樹脂、ホットメルトのいずれかである断熱シート。
6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の断熱シートであって、
   　前記中間層が、層状の無機繊維を複数積層して構成されてなる断熱シート。
7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の断熱シートであって、
   　前記表面層が、無機粉体又は無機繊維を含んでなる断熱シート。
8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の断熱シートであって、
   　繰り返し膨張収縮する対象物同士の間に挟まれて使用される断熱シート。
9. 　互いに直列及び／又は並列に接続されて積層された複数の二次電池セル同士の間を断熱するための断熱シートであって、
   　無機繊維を含む中間層と、
   　前記中間層を挟むように、両面に積層された表面層と
   を備え、
   　温度が－４０℃～６０℃の環境下で、０～１．５ｍｍの深さまで押圧してＦＳ荷重を測定する繰り返し圧縮試験を５回行った際の、１．５ｍｍにおけるＦＳ荷重が１０００Ｎ以上６０００Ｎ以下である断熱シート。
10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の断熱シートであって、
    　前記断熱シートの、圧縮試験前の初期厚みが、３ｍｍ～６ｍｍである断熱シート。

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