WO2023190539A1 - 電池パック - Google Patents

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WO2023190539A1
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fire
battery pack
fire extinguishing
batteries
heat insulating
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康晴 椎根
淳也 田辺
真登 黒川
悠朔 本庄
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凸版印刷株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack.
  • Lithium-ion batteries are lightweight, have a high electromotive force, and have a high energy density, so they are used in electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and mobile batteries.
  • lithium-ion batteries are expected to be used in automotive batteries and even large energy storage modules.
  • the capacity of lithium ion batteries has increased, and the number of cells used in a battery pack has increased, so there is a need for a safe battery pack.
  • Patent Document 1 discloses a lithium ion battery stack that is excellent in initially extinguishing fire when it ignites.
  • the lithium ion battery stack of Patent Document 1 has a self-extinguishing layer disposed between adjacent batteries in the stack to enhance the initial extinguishing effect at the time of ignition and prevent contagious fire to adjacent batteries.
  • a self-extinguishing layer alone may not be sufficient to prevent further fires.
  • the present invention provides a case, a plurality of batteries housed within the case, at least one of a heat insulating material and a heat absorbing material disposed between the plurality of batteries, and a case disposed within the case.
  • a battery pack including a fire extinguishing body and a fire extinguishing body.
  • At least one of a heat insulating material and a heat absorbing material is placed between the batteries, so when one battery ignites, it is possible to cut off the heat so that it is difficult to transmit to the adjacent battery. Further, even after the fire is extinguished by the action of the fire extinguishing body, at least one of the heat insulating material and the heat absorbing material blocks heat, so that it is possible to prevent an unexpected fire from occurring after the initial fire has been extinguished.
  • the heat insulating material may include a material with a thermal conductivity of 0.6 W/(m ⁇ K) or less. Such a heat insulating material has a high heat insulating effect.
  • the endothermic material may include a material that exhibits an endothermic reaction at a temperature of 150° C. or higher and has an endothermic amount of 500 J/g or higher. Such a heat absorbing material has a high heat absorbing effect.
  • the fire extinguishing body may have a first resin layer, a fire extinguishing layer, and a second resin layer in this order, and the fire extinguishing layer may include a base material and a fire extinguishing agent laminated on the base material. good.
  • the extinguishing agent may be solid at room temperature.
  • Such extinguishing bodies have a long shelf life because the extinguishing agent is protected from moisture by the extinguishing layer being sandwiched between resin layers. From this point of view, it is preferable that the water vapor permeability of the first resin layer and the second resin layer at 40° C. and 90% RH is 200 g/(m 2 ⁇ day) or less.
  • the fire extinguisher has an adhesive layer on its outermost layer, and the fire extinguisher may be attached to the inner surface of the case via the adhesive layer.
  • the fire extinguisher may be in contact with at least one of the heat insulating material and the heat absorbing material. At this time, the surface that contacts at least one of the heat insulating material and the heat absorbing material may or may not be provided with the above resin layer.
  • At least one of a heat insulating material and a heat absorbing material may be placed between the battery and the fire extinguishing body. According to this, since the action of the fire extinguishing body can be delayed, it is possible to cope with flames ejected from the battery with a delay.
  • the plurality of batteries may be lithium ion batteries.
  • a battery pack that accommodates a plurality of batteries and can sufficiently prevent a fire from occurring in the event of a fire.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery pack of the first embodiment. Both (A) and (B) are cross-sectional views of the fire extinguisher.
  • (A) is a sectional view of a battery pack according to a second embodiment.
  • (B) is a sectional view of a battery pack according to a third embodiment.
  • (A) is a sectional view of a battery pack according to a fourth embodiment.
  • (B) is a sectional view of the battery pack of the fifth embodiment. It is a sectional view of a battery pack of a sixth embodiment.
  • the battery pack of the present invention includes a case, a plurality of batteries housed in the case, a fire prevention member (at least one of a heat insulating material and a heat absorbing material) disposed between the plurality of batteries, and a fire extinguisher disposed in the case. It is equipped with a body. This battery pack is attached to another article to supply electricity to the other article, and it does not matter whether the battery pack is attached vertically or to the left or right.
  • a fire prevention member at least one of a heat insulating material and a heat absorbing material
  • the battery pack 1A of this embodiment includes three lithium ion batteries 3 sealed and housed inside a case 2 having a rectangular parallelepiped shape.
  • the three lithium ion batteries 3 have a cylindrical shape, and a heat insulating material 4 is individually wrapped around the side circumferential surface thereof.
  • the three lithium ion batteries 3 are arranged on the same plane inside the case 2, facing in the same direction, and fixed with wires.
  • a plate-shaped fire extinguisher 5 is pasted on the inner surface of the case 2 other than the surface to which the lithium ion battery 3 is fixed.
  • the fire extinguisher 5 may be attached to the inner surface of the case 2 with an adhesive layer provided on one side thereof, or may be attached with tape.
  • the case 2 may be made of resin or metal.
  • resin for example, PE (polyethylene), PP (polypropylene), PVC (vinyl chloride resin), PS (polystyrene), ABS resin, AS resin, PET (polyethylene terephthalate), PMMA (acrylic resin) ), PC (polycarbonate), PA (polyamide), POM (acetal resin), PBT (polybutylene terephthalate), phenol resin, epoxy resin, and the like.
  • the flame retardant include halogen flame retardants, phosphorus flame retardants, inorganic flame retardants, nitrogen flame retardants, silicone flame retardants, and the like.
  • the heat insulating material 4 preferably includes a material having a thermal conductivity of 0.6 W/(m K) or less, and preferably includes a material having a thermal conductivity of 0.3 W/(m K) or less in order to ensure heat insulating properties. is more preferable. Further, it is preferable that the heat insulating material 4 as a whole has a thermal conductivity equal to or lower than this thermal conductivity. The lower limit of thermal conductivity is, for example, 0.01 W/(m ⁇ K).
  • the material constituting the heat insulating material 4 include glass cloth, noncombustible paper, noncombustible board, mica sheet, glass wool, rock wool, phenolic resin, and phenol foam.
  • the heat insulating material 4 is preferably in the form of a sheet in order to be used by wrapping it around the lithium ion battery 3, and the thickness of the sheet is preferably 0.1 mm to 10.0 mm, preferably 0.2 mm to 0.5 mm. It is more preferable that there be. Even if the material is the same, the larger the thickness, the higher the actual insulation effect, so the material and thickness of the insulation material 4 are determined in consideration of the practically required insulation performance.
  • the extinguishing body contains at least a fire extinguishing agent.
  • a fire extinguishing agent 8 may be supported and laminated on a film-like base material 7.
  • a fire extinguishing body 5B shown in FIG. (resin layer). Since fire extinguishing agents generally have high hygroscopicity and deliquescent properties, it is preferable that they are protected by the resin layers 9, 9 because they can be stored more easily.
  • the material constituting the base material 7 may be resin or metal.
  • resins include PET (polyethylene terephthalate), LLDPE (linear low-density polyethylene), TAC (cellulose triacetate), PMMA (polymethacrylic acid ester), PP (polypropylene), PC (polycarbonate), ETFE (ethylene (tetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotetrafluoroethylene), PTFE (polytetrafluoroethylene), and PEN (polyethylene naphthalate).
  • PET polyethylene terephthalate
  • LLDPE linear low-density polyethylene
  • TAC cellulose triacetate
  • PMMA polymethacrylic acid ester
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • ETFE ethylene (tetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotetrafluoroethylene), PTFE (polytetrafluoroethylene), and PEN (polyethylene naphthalate).
  • the extinguishing agent 8 to be used is not particularly limited, and any extinguishing agent having the so-called four elements of extinguishing (removal action, cooling action, suffocation action, and negative catalytic action) can be used as appropriate.
  • Extinguishing agents 8 include general extinguishing agents (including powder extinguishing agents mainly composed of potassium salts, as well as general dry extinguishing agents such as sodium bicarbonate and phosphates), as well as sand (standard sand), etc.
  • the extinguishing agent 8 layer may be formed by dispersing the extinguishing agent material in an organic solvent, applying this onto the base material 7 and drying it.
  • BC extinguishing agent is preferable.
  • the extinguishing agent is solid at room temperature.
  • the amount of extinguishing agent 8 can be appropriately selected depending on the firepower at the time of ignition, extinguishing time, allowable space, etc. The larger the amount of extinguishing agent 8, the better the extinguishing ability and the shorter the extinguishing time.
  • the amount of fire extinguishing agent 8 can be, for example, 0.4 to 3.9 g/cm 2 , and may be 1.0 to 2.5 g/cm 2 .
  • the fire extinguishing agent 8 may be mixed with a binder (polymer resin). That is, the fire extinguishing agent 8 may be a composition containing a fire extinguishing agent (extinguishing agent component) and a binder. The content of the extinguishing agent 8 contained in the composition (extinguishing agent composition) can be 70 to 97% by mass based on the total amount of the extinguishing agent composition.
  • a layer of the extinguishing agent 8 may be formed by, for example, applying a coating liquid containing the extinguishing agent composition onto the base material 7. .
  • a resin mixed with the extinguishing agent 8 may be placed on the base material 7 to be laminated.
  • each resin layer 9 As the material constituting the resin layers 9, 9, those listed as the constituting material of the base material 7 can be used. From the viewpoint of protecting the extinguishing agent 8, it is preferable that the gas barrier property is high, and the water vapor permeability at 40° C. and 90% RH measured in accordance with JIS K 7129 is preferably 200 g/(m 2 ⁇ day) or less. It is preferably 150 g/(m 2 ⁇ day) or less.
  • the thickness of each resin layer 9 can be, for example, 25 to 150 ⁇ m, and may be 30 to 100 ⁇ m.
  • the fire extinguisher 5B may further include a water vapor barrier layer on the outer surfaces of the resin layers 9, 9.
  • the water vapor barrier layer include a polyester resin layer (for example, a PET layer) provided with a metal oxide deposited layer such as an alumina deposited layer and a silica deposited layer, and a metal foil such as aluminum foil.
  • the metal oxide vapor deposited layer may face the fire extinguishing agent 8 side.
  • the water vapor permeability of the water vapor barrier layer at 40°C and 90% RH measured in accordance with JIS K 7129 may be 10 g/(m 2 ⁇ day) or less, or 1 g/(m 2 ⁇ day) or less.
  • the thickness of the water vapor barrier layer can be, for example, between 4.5 and 25 ⁇ m, and may be between 7 and 12 ⁇ m.
  • the fire extinguishing body (extinguishing layer) 5A and the resin layers 9, 9 may be laminated by, for example, producing both separately and then laminating them together.
  • the thickness of the fire extinguishing body 5 is preferably 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m, more preferably 300 ⁇ m to 500 ⁇ m, for convenience of attaching it to the inner surface of the case 2.
  • the heat insulating material 4 is arranged between the lithium ion batteries 3, so that when a certain lithium ion battery 3 catches fire and its electrolyte burns, the heat is transferred to the adjacent battery. It is blocked so that it is difficult for it to be transmitted. Specifically, the presence of the heat insulating material 4 insulates the adjacent battery to such an extent that the temperature of the adjacent battery does not rise to less than 200° C., thereby preventing contagion of fire to the adjacent battery. Eventually, the extinguishing agent 8 is released from the extinguishing body 5 and the flame is extinguished.
  • the heat insulating material 4 blocks heat even after the fire is extinguished by the action of the fire extinguisher 5, it is possible to prevent a sudden recurrence of fire after the initial fire is extinguished.
  • initial extinguishing of the battery pack 1A in this manner, it is possible to prevent the spread of fire to the outside of the battery pack 1A, and it is possible to suppress damage caused by ignition to a small level.
  • a heat absorbing material may be used instead of the heat insulating material 4.
  • the endothermic material more preferably includes a material that exhibits an endothermic reaction at a temperature of 150° C. or higher and has an endothermic amount of 500 J/g or higher.
  • the endothermic material may exhibit an endothermic reaction at a temperature of 180°C or higher, or may exhibit an endothermic reaction at a temperature of 200°C or higher.
  • the amount of heat absorbed by the material constituting the heat absorbing material may be 600 J/g or more, or may be 700 J/g or more.
  • Materials constituting the heat absorbing material include paper containing aluminum hydroxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, dawsonite, calcium hydroxide, calcium aluminate, alum, zinc borate hydrate, zinc stannate, boric acid, Examples include hydrated gypsum, zinc nitrate, and calcium carbonate.
  • the endothermic material contains aluminum hydroxide, for example, water is produced by the flame, and the heat can be absorbed by its latent heat.
  • the heat absorbing material is preferably in the form of a sheet in order to be used by wrapping it around the lithium ion battery 3, and the thickness of the sheet is preferably 0.1 mm to 1.0 mm, and preferably 0.2 mm to 0.5 mm. It is more preferable. Even with the same material, the larger the thickness, the higher the actual heat absorption effect, so the material and thickness of the heat absorption material are determined in consideration of the actually required heat absorption performance.
  • the battery pack 1B of this embodiment differs from the battery pack 1A of the first embodiment in that a fire extinguishing body 5 is wrapped around the lithium ion battery 3. .
  • a fire extinguisher 5 is further wrapped around the heat insulating material 4 wrapped around the lithium ion battery 3. As a result, it is expected that initial fire extinguishment will be faster than in the battery pack 1A of the first embodiment.
  • the layer of extinguishing agent 8 of the fire extinguishing body 5 wrapped around the heat insulating material 4 faces the heat insulating material 4 side. Furthermore, when using a fire extinguishing body of the type of fire extinguishing body 5B that includes the resin layer 9, the resin layer 9 may not be provided on the side of the fire extinguishing agent 8 layer. Further, the fire extinguishing body 5 may be formed by applying the fire extinguishing agent 8 around the heat insulating material 4 without having the resin layer 9 or the base material 7.
  • a heat absorbing material may be used instead of the heat insulating material 4.
  • the heat absorbing material that can be used is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 3(B) in the battery pack 1C of this embodiment, the inside of the case 2 is divided into rooms, and the three lithium ion batteries 3 are arranged in different rooms. That is, by placing two plate-shaped heat insulating materials 4 in parallel inside the case 2, the inside of the case 2 is partitioned into three equal parts, and each part has a U-shape (both ends of the plate are connected to the front or back side). Plate-shaped fire extinguishing bodies 5 formed into a shape formed by bending at right angles to the same side are arranged in the case 2 with their openings facing the same direction in the thickness direction, A lithium ion battery 3 is housed inside each U-shape. As a result, one heat insulating material 4 and two fire extinguishing bodies 5 located on both sides of the heat insulating material 4 are interposed between each lithium ion battery 3.
  • the lithium ion batteries 3 are housed in separate rooms, so flames caused by ignition of the lithium ion batteries 3 are unlikely to come into contact with other lithium ion batteries 3. Therefore, contagious fire to other lithium ion batteries 3 is further prevented.
  • a heat absorbing material may be used instead of the heat insulating material 4.
  • the heat absorbing material that can be used is the same as that in the first embodiment.
  • the battery pack 1D of this embodiment differs from the battery pack 1A of the first embodiment in that the heat insulating material 4 is not wrapped around the lithium ion battery 3. , is arranged for room division as in the third embodiment. That is, two plate-shaped heat insulating materials 4 are placed upright inside the case 2 and placed in parallel, so that the inside of the case 2 is partitioned into three equal parts, and a lithium ion battery 3 is housed in each room. There is. In other words, the heat insulating material 4 is arranged between adjacent lithium ion batteries 3. The heat insulating material 4 is fixed to the inner surface of the case 2 with tape.
  • a heat absorbing material may be used instead of the heat insulating material 4.
  • the heat absorbing material that can be used is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 4(B) the difference between the battery pack 1E of this embodiment and the battery pack 1D of the fourth embodiment is that the battery pack 1E of this embodiment is different from the battery pack 1D of the fourth embodiment.
  • the heat insulating material 4 is sandwiched between the heat absorbing materials 10 from both sides. That is, a plate-like body having a three-layer structure of a heat absorbing material 10, a heat insulating material 4, and a heat absorbing material 10 is arranged between adjacent lithium ion batteries 3.
  • this embodiment shows a mode in which the heat insulating material 4 is sandwiched between two heat absorbing materials 10, on the contrary, a mode in which the heat absorbing material 10 is sandwiched between two heat absorbing materials 4 may also be used.
  • the battery pack 1F of this embodiment is different from the battery pack 1D of the fourth embodiment in that a heat insulating material 4 is attached to a fire extinguisher 5 attached to the inner surface of the case 2.
  • the heat insulating material 4 is arranged between the lithium ion battery 3 and the fire extinguisher 5.
  • the heat insulating material 4 may be attached to the fire extinguisher 5 using an adhesive layer provided on one side thereof, or may be attached using tape.
  • the heat insulating material 4 may be a laminate sheet produced so as to be integrated with the fire extinguishing body 5.
  • the extinguishing agent should be ejected from the extinguishing body 5 as soon as possible. However, if the extinguishing agent reacts and is consumed immediately after the lithium ion battery 3 ignites, it will not be possible to deal with the flame that ignites the organic gas spewing out from the lithium ion battery 3 afterwards.
  • the flame generated by the lithium ion battery 3 after ignition can be more reliably suppressed. Can extinguish fire.
  • the time from ignition of the lithium ion battery 3 until the extinguishing agent reacts (hereinafter referred to as "extinguishing agent reaction time" in some cases) is 0.8 seconds or more.
  • the extinguishing agent reaction time refers to the time from ignition of the lithium ion battery 3 until the extinguishing agent reacts when the lithium ion battery 3 is caused to undergo thermal runaway under the following conditions A and B.
  • the heat insulating material 4 is disposed between the lithium ion battery 3 and the fire extinguisher 5.
  • Thermal runaway of the lithium ion battery 3 is caused using a nail penetration test device manufactured in accordance with the test device described in JSA-S1011:2022.
  • condition A "the heat insulating material 4 is located between the lithium ion battery 3 and the fire extinguishing body 5" means that the fire extinguishing body 5 shown in FIG. This means the direction facing the lithium ion battery 3.
  • JSA-S1011:2022 is a JSA standard (Publisher: Japan Standards Association) published on April 15, 2022, and is ⁇ Performance evaluation of fire suppression films used in lithium secondary battery systems.'' It stipulates "test methods”.
  • the time from the ignition of the lithium ion battery until the extinguishing agent reacts is the time determined based on the video of the above nail penetration test taken with a video camera. Specifically, the point at which the lithium ion battery ignites is the point at which the generation of sparks, flames, or smoke from the lithium ion battery is observed by visually checking a video captured by a camera.
  • the time when the extinguishing agent reacts means the time when the video taken by the camera is visually checked and the ejection of the extinguishing agent from the extinguishing body is recognized. From the viewpoint of suppressing fire-fighting until the extinguishing agent reacts, the extinguishing agent reaction time is preferably 3 seconds or less.
  • the material constituting the heat insulating material 4 may be aluminum, aluminum alloy, graphite, or stainless steel.
  • the heat insulating material 4 is a heat insulating material in the sense that it prevents flames from directly hitting the extinguishing body 5, but when it is made of a material with high thermal conductivity like these, it also functions as a heat dissipation material and prevents flames from coming into contact with the fire extinguishing body 5. It plays a role in adjusting the speed at which heat is transferred to the fire extinguisher 5.
  • the thermal conductivity of the material of the heat insulating material 4 When the thermal conductivity of the material of the heat insulating material 4 is low, the speed at which heat is transferred to the fire extinguishing body 5 becomes slow, so that the reaction time of the fire extinguisher can be lengthened.
  • the thermal conductivity of the material of the insulation material 4 is high, the heat transmitted locally to the insulation material 4 tends to spread throughout the insulation material 4, so that the entire fire extinguishing body 5 reaches a temperature at which the extinguishing agent reacts. It is assumed that it will take some time to reach this point. As a result, it is presumed that the extinguishant reaction time can be lengthened.
  • the fire extinguishing body 5 is sufficiently heated over a wide range, so more areas of the fire extinguishing body 5 react than when a material with low thermal conductivity is used, and more powerful fire extinguishing performance can be exhibited. It is inferred.
  • the thermal conductivity of the material of the insulating material 4 is preferably 16.0 W/(m K) or more, and more preferably 32.0 W. /(m ⁇ K) or more is more preferable.
  • the upper limit of the thermal conductivity is, for example, 1000 W/(m ⁇ K).
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the inner surface of the case 2 that is not provided with the fire extinguishing body 5, but all the inner surfaces may be equipped with the fire extinguishing body 5.
  • the fire extinguishing body 5B is also shown in which the fire extinguishing layer (5A) is sandwiched between two resin layers 9, 9, but here the resin layers 9, 9 are part of a sealable bag. It may be a department. That is, the fire extinguishing layer is enclosed in a packaging bag made of the resin constituting the resin layers 9, 9, and the packaging bag is sealed by heat sealing or the like. As a result, the packaging bag and the fire extinguishing layer together constitute a fire extinguishing body including three layers: a resin layer, a fire extinguishing layer, and a resin layer.
  • the packaging bag may have a water vapor barrier layer laminated on the outer surface of the resin layer.
  • the heat insulating material 4 and the heat absorbing material 10 are separate members. It may also be used as a member integrated with other materials.
  • Example 1> (Preparation of fire extinguishing body) A powder extinguishing agent as an extinguishing agent was dispersed in ethanol, and this was applied onto a polyethylene terephthalate film ("E7002" manufactured by Toyobo Co., Ltd.; thickness 50 ⁇ m) as a base material. It was dried in an oven at 100° C. for 4 minutes to obtain a fire extinguishing body in which a 200 ⁇ m thick fire extinguishing agent layer was formed.
  • E7002 polyethylene terephthalate film
  • a SUS plate with a thickness of 1.5 mm was processed into a U-shape so as to form part of a rectangular parallelepiped with internal dimensions of 80 mm x 80 mm x 40 mm.
  • An adhesive layer was formed on the back surface of the fire extinguishing body produced above, and was attached to the entire inner surface of the SUS board.
  • Three purchased cylindrical lithium ion batteries (ternary type, rated 3.7V, capacity 3.6Ah) were prepared and wrapped with glass cloth (Unitika "A335"; thickness 250 ⁇ m) as a heat insulator. .
  • the three lithium ion batteries were arranged on a 1.5 mm thick SUS plate to form the floor of the battery pack, and covered with the U-shaped SUS plate prepared above.
  • the cylindrical top and bottom surfaces of the lithium-ion batteries were covered, and glass plates were attached to both open sides to seal it.
  • Example 2 A fire extinguishing agent similar to that in Example 1 was applied onto a release PET film to form a sheet-like fire extinguishing agent, which was attached to the inside of a U-shaped SUS board, and the release PET film was peeled off. A battery pack was prepared and a nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 1. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • Example 3 A battery pack was prepared and a nail penetration test was performed in the same manner as in Example 1 except that glass cloth was used as the base material. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • Example 4 The fire extinguishing body produced in Example 1 was sandwiched between two linear low-density polyethylene films (LLDPE films) to form a fire extinguishing body (the state shown in FIG. 2(B)). A battery pack was prepared and a nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 1 except that this fire extinguisher was used. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • LLDPE films linear low-density polyethylene films
  • Example 5 A powder extinguishing agent as a fire extinguishing agent was laminated on aluminum foil ("TY-X2" manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.; thickness 35 ⁇ m) as a base material. A linear low density polyethylene film (LLDPE film) was laminated on the fire extinguishing agent side of this, and this was used as a fire extinguishing body. A battery pack was prepared and a nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 1 except that this fire extinguisher was used. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • LLDPE film linear low density polyethylene film
  • ⁇ Comparative example 2> A battery pack was prepared and a nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 1 except that a fire extinguisher was not used. During the fire and after it was extinguished, the battery next to it caught fire.
  • Example 3 A battery pack was created using the same lithium ion battery and SUS board as used in Example 1 without using a fire extinguisher or a heat insulator, and a nail penetration test was conducted. During the fire and after it was extinguished, the battery next to it caught fire.
  • Example 6 As the heat absorbing material, aluminum hydroxide-containing paper ("Ceraform" manufactured by Lintec Corporation; thickness 150 ⁇ m) was used. In the procedure of Example 1, a 10 mm thick baked board (made of resin) was used instead of the 1.5 mm thick SUS board to form the floor of the battery pack, and a heat absorbing material was used instead of the heat insulating material. A nail penetration test was conducted in the same manner except that the material was wrapped around a lithium ion battery and the fire extinguisher used in Example 4 was used. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • Example 7 A nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 6, except that the extinguishing body was not attached to the inner surface of the case, but was further wrapped around the lithium ion battery wrapped with the heat absorbing material. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • Example 8 In the procedure of Example 6, except that instead of wrapping the heat absorbing material around the lithium ion battery, it was placed by taping it to the baking board so as to partition the lithium ion batteries (aspect of FIG. 4(A)). A nail penetration test was conducted in the same manner. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • Example 9 A nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 8 except that the extinguishing body was wrapped around the lithium ion battery instead of being attached to the inner surface of the case. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • Example 10 A nail penetration test was conducted in the same manner as in Example 8, except that both the heat absorbing material and the fire extinguisher were arranged to partition the lithium ion batteries. During the fire, there was no spread of fire to neighboring batteries, and even after the fire was extinguished, there was no spread of fire to neighboring batteries.
  • a battery pack was prepared using the same lithium ion battery, SUS board, and baked board as used in Example 6 without using a fire extinguishing body or heat absorbing material, and a nail penetration test was conducted. During the fire and after it was extinguished, the battery next to it caught fire.
  • the present invention does not increase the damage caused by battery pack fire.

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Abstract

電池パック１Ａは、ケース２と、ケース２内に収容された複数の電池３と、複数の電池３間に配置された、断熱材４及び吸熱材の少なくとも一方と、ケース２内に配置された消火体５と、を備える。断熱材４があるので、ある電池３が発火したときに、熱が隣接電池に伝わりにくい。また、消火体５の働きによって消火された後も熱が遮断される。

Description

電池パック
　本発明は、電池パックに関する。
　リチウムイオン電池は、軽量かつ起電力が高く、エネルギー密度が高いため、ノートパソコンや携帯電話の電子機器、モバイルバッテリー等に使用されている。また、リチウムイオン電池は車載向けのバッテリーへの使用、更には大型の蓄電モジュールへの使用が見込まれている。リチウムイオン電池は近年、高容量化しているとともに電池パック内のセルの使用本数が増加していることから、安全な電池パックが求められている。特許文献１には、発火した際の初期消火に優れたリチウムイオン電池スタックが開示されている。
国際公開第２０２０／２０３６８４号
　特許文献１のリチウムイオン電池スタックは、スタック内の隣接電池間に自己消火層を配置することで、発火時の初期消火の効果を高め、隣接電池への類焼を防止している。ただし現実には、自己消火層による消火だけでは類焼の防止が不十分な場合がある。そこで本発明は、複数の電池が収容されている電池パックであって、発火時の類焼を十分に防止することができる電池パックを提供することを目的とする。
　本発明者らの検討によれば、電池パックに収容されている複数の電池のうちの一つが発火したとき、これが消火されても、残存する熱によって隣接電池が発火することがあることが分かった。この種の類焼を防止するべく、本発明は、ケースと、ケース内に収容された複数の電池と、複数の電池間に配置された、断熱材及び吸熱材の少なくとも一方と、ケース内に配置された消火体と、を備える電池パックを提供する。
　この電池パックでは電池間に断熱材及び吸熱材の少なくとも一方が配置されているので、ある電池が発火したときに、熱が隣接電池に伝わりにくいように遮断することができる。また、消火体の働きによって消火された後も断熱材及び吸熱材の少なくとも一方が熱を遮断するので、初期消火の後に不意に類焼することも防止することができる。
　断熱材は、熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である材料を含んでいてもよい。このような断熱材は、断熱効果が高い。
　吸熱材は、１５０℃以上の温度で吸熱反応を示し、かつ、吸熱量が５００Ｊ／ｇ以上である材料を含んでいてもよい。このような吸熱材は、吸熱効果が高い。
　消火体は、第一の樹脂層と、消火層と、第二の樹脂層とをこの順に有し、消火層は、基材と、基材上に積層された消火剤とを含んでいてもよい。ここで、消火剤は常温で固体であってもよい。このような消火体は、消火層が樹脂層で挟まれていることで消火剤が湿気から保護されているので、有効期限が長い。この観点から、第一の樹脂層及び第二の樹脂層の４０℃、９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が２００ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることが好ましい。
　消火体は最外層に粘着層を備えており、消火体はその粘着層を介してケースの内面に取り付けられていてもよい。
　消火体は、断熱材及び前記吸熱材の少なくとも一方に接触していてもよい。このとき断熱材及び前記吸熱材の少なくとも一方に接触する面は、上記の樹脂層を備えていてもよく、備えていなくてもよい。
　電池と消火体との間に、断熱材及び吸熱材の少なくとも一方が配置されていてもよい。これによれば、消火体の働きを遅らせることができるので、電池から遅れて噴き出す炎に対応することができる。
　複数の電池は、リチウムイオン電池であってもよい。
　本発明によれば、複数の電池が収容されている電池パックであって、発火時の類焼を十分に防止することができる電池パックを提供することができる。
第一の実施形態の電池パックの断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）のいずれも、消火体の断面図である。 （Ａ）は第二の実施形態の電池パックの断面図である。（Ｂ）は第三の実施形態の電池パックの断面図である。 （Ａ）は第四の実施形態の電池パックの断面図である。（Ｂ）は第五の実施形態の電池パックの断面図である。 第六の実施形態の電池パックの断面図である。
　本発明の電池パックは、ケースと、ケース内に収容された複数の電池と、複数の電池間に配置された防火部材（断熱材及び吸熱材の少なくとも一方）と、ケース内に配置された消火体とを備えるものである。この電池パックは他の物品に取り付けて当該他の物品に電気を供給するものであり、取り付け向きとしては電池パックの天地左右を問わない。以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
＜第一の実施形態＞
　本発明の第一の実施形態について説明する。図１に示されているとおり、本実施形態の電池パック１Ａは、直方体をなすケース２の内部に三本のリチウムイオン電池３が密閉して収容されたものである。三本のリチウムイオン電池３は円筒形であり、個別にその側周面に断熱材４が巻かれている。三本のリチウムイオン電池３は、ケース２内の同一面状に、同じ方向を向くようにしてワイヤーで固定して並べられている。ケース２の内面のうち、リチウムイオン電池３が固定されている面以外の面には、板状の消火体５が貼られている。ここで消火体５は、その片面に設けられた粘着層によってケース２の内面に貼られていてもよく、テープによって貼られていてもよい。
　ケース２は、樹脂からなっていてもよく、金属からなっていてもよい。ケース２を樹脂で構成する場合は、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＯＭ（アセタール樹脂）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。また、耐熱性の観点から、これらの樹脂には難燃剤が一種以上添加されていることが好ましい。難燃剤としてはハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコン系難燃剤等が挙げられる。
　断熱材４は、断熱性の確保から、熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である材料を含むことが好ましく、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である材料を含むことがより好ましい。また、断熱材４全体としても、この熱伝導率以下の熱伝導率を有することが好ましい。熱伝導率の下限値は、例えば０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。断熱材４を構成する材料としては、ガラスクロス、不燃紙、不燃ボード、マイカシート、グラスウール、ロックウール、フェノール樹脂、フェノールフォーム等が挙げられる。断熱材４はリチウムイオン電池３に巻いて使用するべく、シート状であることが好ましく、当該シートの厚さは０．１ｍｍ～１０．０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ～０．５ｍｍであることがより好ましい。同材料でも厚さが大きいほうが実際上の断熱効果が高いので、実際上必要な断熱性能を考慮して断熱材４の材料と厚さを決定する。
　消火体は、少なくとも消火剤を含むものである。例えば、図２（Ａ）に示されている消火体５Ａのように、フィルム状の基材７上に消火剤８が支持されて積層されたものであってもよい。また、図２（Ｂ）に示されている消火体５Ｂのように、消火体５Ａ（ここでは「消火層」と呼ぶ）が二枚の樹脂層９，９（第一の樹脂層，第二の樹脂層）で挟まれたものであってもよい。消火剤は一般に吸湿性や潮解性が高いので、樹脂層９，９で保護されているほうが保管性が高いので好ましい。
　基材７を構成する材料としては、樹脂であってもよく、金属であってもよい。樹脂であれば、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、ＴＡＣ（三酢酸セルロース）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸エステル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）が挙げられる。金属であればアルミニウムが挙げられる。基材７の厚さは、例えば４．５～１０００μｍとすることができ、１２～１００μｍであってよく、１２～５０μｍであってよい。
　使用する消火剤８は特に制限されず、いわゆる消火の４要素（除去作用、冷却作用、窒息作用、負触媒作用）を有するものを、適宜用いることができる。消火剤８としては、一般消火薬剤（カリウム塩を主成分とする粉末系消火剤の他、炭酸水素ナトリウムやリン酸塩等の一般的な粉末系消火剤が挙げられる）に加え、砂（標準砂）等が挙げられる。このような無機の消火剤材料を用いる場合、消火剤材料を有機溶媒に分散させ、これを基材７上に塗布及び乾燥することで消火剤８の層を形成してもよい。本実施形態ではリチウムイオン電池３から出る炎を消火するので、ＢＣ消火剤が好ましい。また、消火剤は常温で固体であることが好ましい。
　消火剤８の量は、発火時の火力、消火時間、許容されるスペース等に応じて適宜選択することができる。消火剤８の量が多い程消火能力は向上し、消火時間も短縮される。消火剤８の量は、例えば０．４～３．９ｇ／ｃｍ２とすることができ、１．０～２．５ｇ／ｃｍ２であってよい。
　消火剤８はバインダー（高分子樹脂）と混合されていてよい。すなわち、消火剤８は消火剤（消火剤成分）及びバインダーを含む組成物であってよい。当該組成物（消火剤組成物）中に含まれる消火剤８の含有量は、消火剤組成物の全量を基準として７０～９７質量％とすることができる。消火剤８として、消火剤及びバインダーを含む消火剤組成物を用いる場合、例えば消火剤組成物を含む塗液を、基材７上に塗布することで消火剤８の層を形成してもよい。また、消火剤８を練り込んだ樹脂を基材７上に載置することで積層してもよい。
　樹脂層９，９を構成する材料としては、基材７の構成材料として挙げたものを用いることができる。消火剤８を保護する観点からガスバリア性が高いことが好ましく、ＪＩＳ　Ｋ　７１２９に準拠して測定した４０℃、９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が、２００ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることが好ましく、１５０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることがより好ましい。各樹脂層９の厚さは、例えば２５～１５０μｍとすることができ、３０～１００μｍであってよい。
　消火体５Ｂは、樹脂層９，９の外側面に更に水蒸気バリア層を備えていてもよい。水蒸気バリア層としては、アルミナ蒸着層、シリカ蒸着層等の金属酸化物蒸着層を備えるポリエステル樹脂層（例えばＰＥＴ層）、アルミ箔等の金属箔が挙げられる。水蒸気バリア層が金属酸化物蒸着層を備える場合、金属酸化物蒸着層は消火剤８側を向いていてもよい。水蒸気バリア層の水蒸気透過度は、ＪＩＳ　Ｋ　７１２９に準拠して測定した４０℃、９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が、１０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であってもよく、１ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であってもよい。水蒸気バリア層の厚さは、例えば４．５～２５μｍとすることができ、７～１２μｍであってよい。
　消火体５Ｂにおいて、消火体（消火層）５Ａと樹脂層９，９との積層は、例えば、両者を単独で作製した後に互いにラミネートしてもよい。
　消火体５の厚さとしては、ケース２の内面に貼る都合上、１００μｍ～１０００μｍであることが好ましく、３００μｍ～５００μｍであることがより好ましい。
　本実施形態の電池パック１Ａによれば、リチウムイオン電池３間に断熱材４が配置されているので、あるリチウムイオン電池３が発火してその電解液が燃焼したときに、その熱が隣接電池に伝わりにくいように遮断される。具体的には、断熱材４の存在により隣接電池の温度が２００℃未満までしか上昇しない程度に断熱されるので、隣接電池への類焼が防止される。やがて消火体５から消火剤８が放出されて炎が消し止められる。消火体５の働きによって消火された後も断熱材４が熱を遮断するので、初期消火の後に不意に類焼することが防止される。このように電池パック１Ａの初期消火が達成されることで、電池パック１Ａ外への類焼も防止することができ、発火による被害を小さく抑えることができる。
　なお、本実施形態において、断熱材４に代えて吸熱材を用いてもよい。ここで吸熱材は、１５０℃以上の温度で吸熱反応を示し、かつ、吸熱量が５００Ｊ／ｇ以上である材料を含むことがより好ましい。吸熱材は、１８０℃以上の温度で吸熱反応を示すものであってもよく、２００℃以上の温度で吸熱反応を示すものであってもよい。吸熱材を構成する材料の吸熱量は６００Ｊ／ｇ以上であってもよく、７００Ｊ／ｇ以上であってもよい。吸熱材を構成する材料としては、水酸化アルミニウム含有紙、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ドーソナイト、水酸化カルシウム、アルミン酸カルシウム、ミョウバン、ホウ酸亜鉛水和物、スズ酸亜鉛、ホウ酸、二水和石膏、硝酸亜鉛、炭酸カルシウム等が挙げられる。吸熱材に例えば水酸化アルミニウムが含まれている場合、炎によって水が生じることで、その潜熱により熱を吸収することができる。
　吸熱材はリチウムイオン電池３に巻いて使用するべく、シート状であることが好ましく、当該シートの厚さは０．１ｍｍ～１．０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ～０．５ｍｍであることがより好ましい。同材料でも厚さが大きいほうが実際上の吸熱効果が高いので、実際上必要な吸熱性能を考慮して吸熱材の材料と厚さを決定する。
＜第二の実施形態＞
　本発明の第二の実施形態について説明する。図３（Ａ）に示されているとおり、本実施形態の電池パック１Ｂが第一の実施形態の電池パック１Ａと異なる点は、リチウムイオン電池３に消火体５が巻かれている点である。本実施形態では、リチウムイオン電池３の周囲に巻かれた断熱材４の周囲に、更に消火体５が巻かれている。これにより、第一の実施形態の電池パック１Ａと比べて初期消火が早くなることが期待される。
　断熱材４の周囲に巻かれている消火体５は、消火剤８の層が断熱材４側を向いていることが好ましい。また、樹脂層９を備える消火体５Ｂのタイプの消火体を用いる場合は、消火剤８の層の側には樹脂層９を備えない態様としてもよい。また、消火体５としては、樹脂層９も基材７も備えず、消火剤８を断熱材４の周囲に塗布することで形成してもよい。
　なお、本実施形態においても、断熱材４に代えて吸熱材を用いてもよい。用いることができる吸熱材は第一の実施形態におけるものと同様である。
＜第三の実施形態＞
　本発明の第三の実施形態について説明する。図３（Ｂ）に示されているとおり、本実施形態の電池パック１Ｃは、ケース２内が部屋分けされており、三本のリチウムイオン電池３がそれぞれ別の部屋に配置されている。すなわち、二枚の板状の断熱材４がケース２内に平行に配置されることでケース２内が三等分に仕切られ、各部分においてそれぞれコ字形（板の両端を、表又は裏のうち同一側に直角に曲げることで形成される形状）に成形された板状の消火体５が、いずれもその開口部分が厚さ方向で同じ向きを向くようにしてケース２内で並べられ、それぞれのコ字形の内部にリチウムイオン電池３が収容されている。その結果、各リチウムイオン電池３間には、一枚の断熱材４と、その両面側に位置する二枚の消火体５が介在することとなっている。
　電池パック１Ｃではリチウムイオン電池３がそれぞれ個別の部屋に収容されているので、リチウムイオン電池３の発火による炎が他のリチウムイオン電池３に接触しにくい。したがって、他のリチウムイオン電池３への類焼が一層防止される。
　なお、本実施形態においても、断熱材４に代えて吸熱材を用いてもよい。用いることができる吸熱材は第一の実施形態におけるものと同様である。
＜第四の実施形態＞
　本発明の第四の実施形態について説明する。図４（Ａ）に示されているとおり、本実施形態の電池パック１Ｄが第一の実施形態の電池パック１Ａと異なる点は、断熱材４がリチウムイオン電池３に巻かれているのではなく、第三の実施形態のような部屋分けのために配置されている点である。すなわち、二枚の板状の断熱材４がケース２内に立てられて平行に配置されることでケース２内が三等分に仕切られ、それぞれの部屋内にリチウムイオン電池３が収容されている。換言すれば、隣り合うリチウムイオン電池３の間に断熱材４が配置されている。断熱材４はケース２の内面にテープで固定されている。
　なお、本実施形態においても、断熱材４に代えて吸熱材を用いてもよい。用いることができる吸熱材は第一の実施形態におけるものと同様である。
＜第五の実施形態＞
　本発明の第五の実施形態について説明する。図４（Ｂ）に示されているとおり、本実施形態の電池パック１Ｅが第四の実施形態の電池パック１Ｄと異なる点は、ケース２内に立てられて平行に配置されている二枚の断熱材４が、それぞれその両面から吸熱材１０に挟まれている点である。すなわち、隣り合うリチウムイオン電池３の間に、吸熱材１０、断熱材４及び吸熱材１０の三層構造からなる板状体が配置されている。
　なお、本実施形態では、断熱材４が二枚の吸熱材１０に挟まれた態様を示しているが、反対に、吸熱材１０が二枚の断熱材４に挟まれた態様としてもよい。
＜第六の実施形態＞
　本発明の第六の実施形態について説明する。図５に示されているとおり、本実施形態の電池パック１Ｆが第四の実施形態の電池パック１Ｄと異なる点は、ケース２の内面に貼られた消火体５に断熱材４が貼られている点である。つまり、リチウムイオン電池３と消火体５との間に断熱材４が配置されている。ここで断熱材４は、その片面に設けられた粘着層によって消火体５に貼られていてもよく、テープによって貼られていてもよい。また、断熱材４は、消火体５と一体化するように作製された積層体シートであってもよい。
　電池パック１Ｆでは、リチウムイオン電池３が発火したときに、断熱材４の存在によって消火体５の働きを敢えて遅らせることができるので、電池から遅れて噴き出す炎に対応することができる。従来、より確実な初期消火を実現する観点から、リチウムイオン電池３が発火したときは、なるべく早期に消火体５から消火剤が噴出されるべきと考えられていた。しかし、リチウムイオン電池３から発火した直後に消火剤が反応して消費されてしまうと、その後にリチウムイオン電池３から噴き出してくる有機ガスに引火した炎に対応することができない。そこで、リチウムイオン電池３と消火体５との間に断熱材４を配置して消火体５が働くタイミングを敢えて遅らせることによって、発火後のリチウムイオン電池３から遅れて生じた炎をより確実に消火することができる。具体的には、リチウムイオン電池３の発火から消火剤が反応するまでの時間（以下、場合により「消火剤反応時間」という。）が０．８秒以上であることが好ましい。
　ここで、消火剤反応時間は、以下の条件Ａ，Ｂの下でリチウムイオン電池３を熱暴走させたとき、リチウムイオン電池３の発火から消火剤が反応するまでの時間をいう。
＜条件Ａ＞
　リチウムイオン電池３を収容するケース２内において、断熱材４が、リチウムイオン電池３と消火体５との間に位置するように配置されていること。
＜条件Ｂ＞
　ＪＳＡ－Ｓ１０１１：２０２２に記載された試験装置に準拠して作製した釘刺し試験装置を使用してリチウムイオン電池３の熱暴走を生じさせること。
　条件Ａに関して「断熱材４が、リチウムイオン電池３と消火体５との間に位置する」とは、図５に示されている消火体５がケース２の内面に対面し、断熱材４がリチウムイオン電池３に対面する向きを意味する。条件Ｂに関し、ＪＳＡ－Ｓ１０１１：２０２２は２０２２年４月１５日に発行されたＪＳＡ規格（発行所：一般財団法人日本規格協会）であり、「リチウム二次電池システムに用いる類焼抑制フィルムの性能評価試験方法」について規定している。
　「リチウムイオン電池の発火から消火剤が反応するまでの時間」は上記釘刺し試験の様子をビデオカメラで撮影した動画に基づいて決定される時間である。具体的には、リチウムイオン電池が発火した時点は、カメラで撮影された動画を目視により確認し、リチウムイオン電池からの火花、炎又は煙の発生が認められた時点を意味する。他方、消火剤が反応した時点は、カメラで撮影された動画を目視により確認し、消火体からの消火剤の噴出が認められた時点を意味する。消火剤が反応するまでの間における類焼を抑制する観点から、消火剤反応時間は３秒以下であることが好ましい。
　第六の実施形態において、断熱材４を構成する材料が、アルミニウム、アルミニウム合金、グラファイト、ステンレスであってもよい。断熱材４は、消火体５に炎が直接当たることを防止する意味では断熱材であるが、これらのように熱伝導性が高い材料で構成された場合は放熱材としても機能し、炎から消火体５に熱が伝わる速さを調整する役割を果たす。断熱材４の材質の熱伝導率が低い場合、消火体５に熱が伝わる速さが遅くなるので、消火剤反応時間を長くすることができる。他方、断熱材４の材質の熱伝導率が高い場合、断熱材４に局所的に伝わった熱が断熱材４の全体に広がり易いため、消火剤が反応する温度にまで消火体５の全体が到達するまでに時間を要すると推察される。その結果、消火剤反応時間を長くすることができると推察される。かかる場合、消火体５が広範囲にわたって十分に加熱されるため、熱伝導率が低い材料を用いた場合と比べて消火体５のより多くの領域が反応し、より強力な消火性能を発揮できると推察される。断熱材４が放熱材として機能する場合、放熱性を確保する観点から、断熱材４の材質の熱伝導率は好ましくは１６．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは３２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。熱伝導率の上限値は、例えば１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記の電池パック１Ａ，１Ｂ，１Ｃはいずれも、ケース２の内面の一部に消火体５を備えていない部分があるが、全ての内面に消火体５を備える態様としてもよい。
　また、上記実施形態では、消火層（５Ａ）が二枚の樹脂層９，９で挟まれた態様の消火体５Ｂも示したが、ここで樹脂層９，９は、密封可能な袋の一部であってもよい。すなわち、樹脂層９，９の構成樹脂で形成した包装袋の中に消火層を封入し、包装袋をヒートシール等で密封する。これにより、包装袋と消火層とを合わせて、樹脂層、消火層、樹脂層の三層を備える消火体が構成される。ここで、当該包装袋は樹脂層の外側表面に水蒸気バリア層が積層されたものとしてもよい。
　また、第五の実施形態では、断熱材４と吸熱材１０とが別々の部材である態様を示したが、例えば断熱材であるガラスクロスに吸熱材の材料を含浸させて、断熱材と吸熱材とを一体化させた部材として用いてもよい。
　以下、図１に示した形状の電池パックを作製して行った実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
（消火体の作製）
　消火剤としての粉末系消火剤をエタノール中に分散させ、基材としてのポリエチレンテレフタレートフィルム（東洋紡社製「Ｅ７００２」；厚さ５０μｍ）上にこれを塗布した。１００℃のオーブンにて４分間乾燥させ、厚さ２００μｍの消火剤層が形成された消火体を得た。
（電池パックの作製）
　厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ板を、内寸が８０ｍｍ×８０ｍｍ×４０ｍｍとなる直方体の一部をなすようにコ字形に加工した。上記で作製した消火体の裏面に粘着層を形成しＳＵＳ板の内面の全面に貼り付けた。
　購入した円筒形のリチウムイオン電池（三元型、定格３．７Ｖ、容量３．６Ａｈ）を三本用意し、断熱材としてのガラスクロス（ユニチカ社製「Ａ３３５」；厚さ２５０μｍ）を巻き付けた。電池パックの床面をなすための厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ板に当該三本のリチウムイオン電池を並べ、上記で作製したコ字形ＳＵＳ板を被せて覆った。コ字形ＳＵＳ板を被せる際は、並べたリチウムイオン電池の円筒形の上面と下面が覆われる向きとし、開放している両側面側にガラス板を取り付けて密閉した。
（釘刺し試験）
　並んだ三本のリチウムイオン電池のうち、真ん中の電池を目掛けてコ字形ＳＵＳ板側から釘を刺した。釘はコ字形ＳＵＳ板と、その内面に貼り付けた消火体とを貫通し、リチウムイオン電池にも刺さり、リチウムイオン電池が発火した。炎は消火体の働きにより消えた。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例２＞
　離型ＰＥＴフィルム上に実施例１と同様の消火剤を塗布してシート状の消火剤を形成し、これをコ字形ＳＵＳ板の内側に貼り付け、離型ＰＥＴフィルムを剥がした。実施例１と同様にして、電池パックの作製と釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例３＞
　基材としてガラスクロスを用いたこと以外は実施例１と同様にして、電池パックの作製と釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例４＞
　実施例１で作製した消火体を二枚の直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（ＬＬＤＰＥフィルム）で挟み、これを消火体とした（図２（Ｂ）の状態）。この消火体を用いたこと以外は実施例１と同様にして、電池パックの作製と釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例５＞
　基材としてのアルミ箔（東洋アルミ社製「ＴＹ－Ｘ２」；厚さ３５μｍ）上に、消火剤としての粉末系消火剤を積層した。これの消火剤側に直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（ＬＬＤＰＥフィルム）を積層し、これを消火体とした。この消火体を用いたこと以外は実施例１と同様にして、電池パックの作製と釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜比較例１＞
　断熱材を使用しなかったこと以外は実施例４と同様にして、電池パックの作製と釘刺し試験を行った。発火中及び消火後に、隣の電池に類焼した。
＜比較例２＞
　消火体を使用しなかったこと以外は実施例１と同様にして、電池パックの作製と釘刺し試験を行った。発火中及び消火後に、隣の電池に類焼した。
＜比較例３＞
　消火体も断熱材も使用せず、単に実施例１で使用したのと同じリチウムイオン電池とＳＵＳ板を用いて電池パックを作成し、釘刺し試験を行った。発火中及び消火後に、隣の電池に類焼した。
　実施例１～５及び比較例１～３の構成と釘差し試験の結果を表１にまとめた。これらの結果から、ケースの内面に配置した消火体と、電池間に配置した断熱材との両方を備えている電池パックが、隣接電池間の類焼を防止することができたことが分かる。
＜実施例６＞
　吸熱材として、水酸化アルミニウム含有紙（リンテック社製「セラフォーム」；厚さ１５０μｍ）を用いた。実施例１の手順において、電池パックの床面をなすための厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ板に代えて厚さ１０ｍｍのベーク板（樹脂製）を用いたこと、断熱材に代えて吸熱材をリチウムイオン電池に巻き付けたこと、及び、消火体を実施例４で使用したものを用いたこと以外は同様にして、釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例７＞
　実施例６の手順において、消火体をケースの内面に貼り付けるのではなく吸熱材を巻き付けたリチウムイオン電池に更に巻き付けたこと以外は同様にして、釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例８＞
　実施例６の手順において、吸熱材をリチウムイオン電池に巻き付けるのではなく、リチウムイオン電池同士を仕切るように、ベーク板にテープで留めることで配置したこと（図４（Ａ）の態様）以外は同様にして、釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例９＞
　実施例８の手順において、消火体をケースの内面に貼り付けるのではなくリチウムイオン電池に巻き付けたこと以外は同様にして、釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜実施例１０＞
　実施例８の手順において、吸熱材と消火体の両方をリチウムイオン電池同士を仕切るように配置したこと以外は同様にして、釘刺し試験を行った。発火中、隣の電池に類焼することはなく、消火後も隣の電池に類焼することがなかった。
＜比較例４＞
　消火体も吸熱材も使用せず、単に実施例６で使用したのと同じリチウムイオン電池とＳＵＳ板とベーク板を用いて電池パックを作成し、釘刺し試験を行った。発火中及び消火後に、隣の電池に類焼した。
＜比較例５＞
　比較例４の手順において、実施例４で用いた消火体をケースの内面に貼り付けたこと以外は同様にして電池パックを作成し、釘刺し試験を行った。発火中及び消火後に、隣の電池に類焼した。
　実施例６～１０及び比較例４～５の構成と釘差し試験の結果を表２にまとめた。これらの結果から、電池間に配置した吸熱材と、ケース内に配置した消火体との両方を備えている電池パックが、隣接電池間の類焼を防止することができたことが分かる。
　本発明は、電池パックの発火による被害を拡大させない。
　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…電池パック、２…ケース、３…リチウムイオン電池、４…断熱材、５（５Ａ，５Ｂ）…消火体、７…基材、８…消火剤、９…樹脂層、１０…吸熱材。

Claims (10)

  1. 　ケースと、
    　前記ケース内に収容された複数の電池と、
    　前記複数の電池間に配置された、断熱材及び吸熱材の少なくとも一方と、
    　前記ケース内に配置された消火体と、を備える電池パック。
  2. 　前記断熱材は、熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である材料を含む、請求項１記載の電池パック。
  3. 　前記吸熱材は、１５０℃以上の温度で吸熱反応を示し、かつ、吸熱量が５００Ｊ／ｇ以上である材料を含んでいる、請求項１又は２記載の電池パック。
  4. 　前記消火体は、第一の樹脂層と、消火層と、第二の樹脂層とをこの順に有し、
    　前記消火層は、基材と、前記基材上に積層された消火剤とを含む、請求項１～３のいずれか一項記載の電池パック。
  5. 　前記消火剤は、常温で固体である、請求項４記載の電池パック。
  6. 　前記第一の樹脂層及び前記第二の樹脂層の４０℃、９０％ＲＨにおける水蒸気透過度が、２００ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下である、請求項４又は５記載の電池パック。
  7. 　前記消火体は、最外層に粘着層を備えており、
    　前記消火体は、前記粘着層を介して前記ケースの内面に取り付けられている、請求項１～６のいずれか一項記載の電池パック。
  8. 　前記消火体は、前記断熱材及び前記吸熱材の少なくとも一方に接触している、請求項１～７のいずれか一項記載の電池パック。
  9. 　前記電池と前記消火体との間に、前記断熱材及び前記吸熱材の少なくとも一方が配置されている、請求項１～８のいずれか一項記載の電池パック。
  10. 　前記複数の電池は、リチウムイオン電池である、請求項１～９のいずれか一項記載の電池パック。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020041121A (ja) * 2019-03-15 2020-03-19 積水化学工業株式会社 耐火樹脂組成物、耐火シート、耐火積層体、及びバッテリー
JP2021137445A (ja) * 2020-03-09 2021-09-16 凸版印刷株式会社 消火用積層体
WO2021194059A1 (ko) * 2020-03-25 2021-09-30 주식회사 지에프아이 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩
JP2022506006A (ja) * 2018-09-07 2022-01-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 防火物品及び関連する方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022506006A (ja) * 2018-09-07 2022-01-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 防火物品及び関連する方法
JP2020041121A (ja) * 2019-03-15 2020-03-19 積水化学工業株式会社 耐火樹脂組成物、耐火シート、耐火積層体、及びバッテリー
JP2021137445A (ja) * 2020-03-09 2021-09-16 凸版印刷株式会社 消火用積層体
WO2021194059A1 (ko) * 2020-03-25 2021-09-30 주식회사 지에프아이 소화용 마이크로캡슐을 함유한 소화필름이 구비된 배터리 팩

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