WO2024024975A1 - バスバー及びその製造方法、並びに蓄電装置 - Google Patents

バスバー及びその製造方法、並びに蓄電装置 Download PDF

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浩徳 川崎
真之助 後藤
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a bus bar, a method for manufacturing the same, and a power storage device in which a plurality of battery cells or battery modules are connected by a bus bar.
  • lithium ion secondary batteries which are capable of higher capacity and higher output than lead-acid batteries, nickel-metal hydride batteries, etc., are mainly used as battery cells.
  • the busbars used for connection may generate heat, and in some cases may emit flames.
  • the bus bar is also exposed to similar high temperatures and flames, causing damage to the bus bar itself or causing high heat to adjacent battery cells via the bus bar. Therefore, in Patent Document 1, the busbar is covered with a mica sheet.
  • Patent Document 1 is a measure to suppress the heat generation of the bus bar itself, and does not focus on protecting the bus bar from high temperatures and flames from the battery cells when the battery is abnormal. Moreover, since mica contains water of crystallization, when exposed to high temperatures or flames during battery abnormalities, it expands and releases water of crystallization, making it structurally unstable.
  • Patent Document 1 it is necessary to wrap the mica sheet around the bus bar.
  • Busbars may have a complicated shape due to spatial restrictions on the location where battery cells are installed, and when the busbar has a complicated shape, it is difficult to wrap the mica sheet to every corner of the busbar. If the mica sheet has uneven winding or gaps, the desired effects described above cannot be sufficiently obtained. Furthermore, it is also assumed that the adhesive surface of the mica sheet may peel off at high temperatures.
  • bus bar that can protect from high temperatures and flames from battery cells when the battery is abnormal.
  • the purpose is to A further object of the present invention is to provide a power storage device that connects a plurality of battery cells or battery modules using such a bus bar and exhibits high safety even in abnormal situations.
  • a bus bar used in a power storage device including a battery cell A busbar characterized in that a busbar body containing a conductive material is covered with an insulating coating containing an insulating material whose expansion start temperature is 250° C. or higher.
  • bus bar Further, preferred embodiments of the present invention regarding the bus bar relate to the following [2] to [8].
  • the foaming agent is at least one of an ammonium salt, an amino compound, and a chlorinated paraffin.
  • the binder is at least one of a synthetic resin emulsion, an alkyd, a vinyl chloride resin, a urethane resin, and an epoxy resin.
  • the insulating material further contains a carbonizing agent.
  • a method for manufacturing a bus bar used in a power storage device including a battery cell comprising: A method for manufacturing a busbar, comprising applying a coating liquid containing an insulating material having an expansion start temperature of 250° C. or higher to a busbar body containing a conductive material, and then drying the coating liquid.
  • bus bar manufacturing method relate to the following [10] to [12].
  • a power storage device in which a plurality of battery cells or battery modules are connected by the bus bar according to any one of [1] to [7].
  • a power storage device in which a plurality of battery cells or battery modules are connected by the bus bar according to [8].
  • a busbar body containing a conductive material is coated with an insulating coating containing an insulating material whose expansion start temperature is 250° C. or higher, and the insulating coating expands in the event of a battery abnormality. Because it carbonizes, it is protected from the high temperatures and flames from battery cells that have experienced thermal runaway.
  • the busbar manufacturing method of the present invention simplifies the manufacturing process because it is only necessary to apply a coating liquid containing an insulating material whose expansion start temperature is 250°C or higher to the busbar body, and the manufacturing process is simple and does not depend on the shape of the busbar body. It is possible to form an insulating film uniformly without any gaps.
  • the power storage device of the present invention connects a plurality of battery cells and battery modules using such a bus bar, it exhibits high safety even in abnormal situations.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state in which an example of the bus bar of the present invention is attached to a battery cell.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the embodiment of the bus bar taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the back surface temperature (° C.) during flame irradiation in Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the film thickness (mm) of the insulating coating before and after flame irradiation in Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 5 is a drawing-substitute photograph taken after flame irradiation of the insulation coating of each sample of Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 5(A) is that of Example 1, and FIG. 5(B) is that of Example 1. Comparative Example 1 is shown.
  • FIG. 6 is a photograph substituted for a drawing taken of the side surface of the sample of Example 1 after irradiation with flame.
  • FIG. 7 is a sectional view showing an
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state in which a bus bar 1 according to the present embodiment is attached to a battery cell 110.
  • the busbar body 5 made of a conductive material is, for example, a Z-shaped metal plate member as a whole, and an electrode 111 of a battery cell 110 is inserted into a connection hole 6a at one end. Then, the terminal cap 112 is covered and fixed. Further, adjacent battery cells (not shown) and external equipment (not shown) are connected to the connection hole 6b at the other end of the busbar body 5. Then, a portion (surface) of the busbar main body 5 excluding the connection holes 6a and 6b is covered with an insulating coating 10, which will be described later, to form the busbar 1.
  • the bus bar main body 5 can have various shapes depending on the installation location of the battery cells 110, such as an I-shape as a whole or an irregular shape with a curved part.
  • the busbar main body 5 has a shape having a bent part 5a or a curved part (not shown) like the Z-shape shown in FIG. It is assumed that the winding operation takes time to prevent uneven winding or gaps from occurring in the bent portion 5a or the curved portion, or gaps may occur due to vibration, or the adhesive may peel off. However, as will be described later, in this embodiment, such a problem does not occur because the insulating film 10 is formed by coating using a predetermined coating liquid.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the bus bar 1 taken along the line AA in FIG. 1.
  • the busbar body 5 is coated with a predetermined insulating coating 10.
  • the insulating coating 10 can be formed on the side surfaces (thickness portions) and the top and bottom surfaces of the bus bar body 5 so as to cover the entire surface thereof, but at least the surface facing the battery cells 110 (here It may be formed only on the lower surface).
  • the insulating coating 10 includes an insulating material whose expansion start temperature is 250° C. or higher. Even under normal conditions, the bus bar 1 has a temperature of about 100°C when energized (during normal use of the battery), so the temperature at which the expansion starts is set at 250°C to prevent the insulating coating 10 from expanding during normal use of the battery. °C or higher, or 300°C or higher, or 350°C or higher, or 400°C or higher.
  • the expansion coefficient of the insulating coating 10 is as large as possible, and the expansion coefficient is preferably 10% or more, and 13% or more with respect to the volume before expansion. It is more preferable that the amount is at least 15%, and even more preferably 15% or more.
  • the busbar body 5 containing a conductive material is coated with the insulating coating 10 containing an insulating material whose expansion start temperature is 250° C. or higher.
  • the temperature is around 100°C, it functions as an insulating material to ensure insulation from other parts and equipment around the bus bar 1, but in the event of battery abnormality (at least 250°C or higher), the insulation coating By expanding 10, the contact distance with the conductive part becomes larger, and the risk of short circuit can be lowered.
  • the insulating material used for the insulating coating 10 contains a foaming agent and a binder. More specifically, the insulating material used for the insulating coating 10 is made of foamed resin. It is preferable that Note that when the insulating material contains a foaming agent and a binder, air is effectively taken into the foamed foam, so that effective heat insulation properties can be expected.
  • the foaming agent is at least one of ammonium salts, amino compounds, and chlorinated paraffins. It is preferable that these are, and a combination of at least some of these may be used.
  • ammonium salts include ammonium phosphate, ammonium polyphosphate, and melamine phosphate.
  • amino compounds include dicyanamide, urea, and melamine.
  • the binder may be a synthetic resin emulsion (water-based), alkyd (solvent-based), vinyl chloride resin (solvent-based), urethane resin (solvent-based), or epoxy resin (solvent-based). It is preferable to use at least one of these, and a combination of at least some of these may be used.
  • examples of the urethane resin as a binder include urethane prepolymers.
  • a urethane prepolymer is obtained by reacting a polyol compound with an excess polyisocyanate compound, and has an isocyanate group at the end of the molecule.
  • polyol compounds constituting the urethane prepolymer examples include polyether polyols, polyester polyols, and the like.
  • the weight average molecular weight of these is usually 300 to 5,000 (preferably 500 to 3,000).
  • examples of the polyisocyanate compound include aliphatic, alicyclic, or aromatic polyisocyanates used in the production of general polyurethanes. Specifically, for example, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, meth Examples include xylylene diisocyanate and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate.
  • the reaction ratio between the polyol compound and the polyisocyanate compound may be set so that the isocyanate groups in the polyisocyanate compound are in excess of the hydroxyl groups in the polyol compound, and (NCO/OH) is 1.2 to 2. It is preferable to set it to about .2.
  • the above foaming agent can also function as a carbonized layer forming agent.
  • the carbonized layer forming agent herein refers to a component that promotes carbonization of the above-mentioned foamed resin, which is a carbonization component.
  • the surrounding area is set to an inert gas atmosphere to carbonize the carbon in the resin to form a carbonized layer, which has the effect of stopping further combustion.
  • the compound having such an effect is preferably ammonium polyphosphate, which is one of the above-mentioned ammonium salts and has a large inert gas generating effect. Nitrogen gas is generated from ammonium groups in ammonium polyphosphate, effectively blocking contact with oxygen in the air.
  • the expansion start temperature of the insulating material included in the insulating coating 10 is 250°C or higher, but in order to further enhance the flame retardant effect against high temperatures and flames from battery cells that have experienced thermal runaway, it is necessary to It is preferred that the starting temperature is 550°C or lower, or 540°C or lower, or 530°C or lower.
  • the expansion start temperature of the insulating material included in the insulating coating 10 is preferably in the range of 250°C or more and 550°C or less.
  • a coating solution is used to form the insulating film 10, but if ammonium polyphosphate is left for a long time, it will decompose in the coating solution, generate ammonia gas, and deteriorate over time. There is a risk that the performance of forming a carbonized layer will deteriorate. Therefore, in order to prevent this change over time, it is preferable to thinly coat the material with a water-resistant resin and microcapsule it.
  • the insulating coating 10 further contains a carbonizing agent.
  • the carbonizing agent is preferably at least one of carbohydrates and polyhydric alcohols, and may be a combination of at least some of these.
  • the insulating coating 10 further contains a carbonizing agent, so that, for example, when the foaming agent (also carbonization forming agent) is ammonium polyphosphate and the carbonization agent is polyhydric alcohol.
  • the ammonium polyphosphate as a reaction catalyst decomposes, and the polyhydric alcohol as a carbonizing agent decomposes with the generated phosphate, which further has a dehydration effect.
  • a carbonized layer can be formed more effectively.
  • ammonium polyphosphate which is a foaming agent, further decomposes, generating ammonia gas, water vapor, carbon dioxide gas, etc., and by significantly expanding the carbonized layer formed, the heat insulating layer to form.
  • the insulating coating 10 also contains various additives (for example, inorganic particles, organic Examples of other additives include flame retardants, dispersants, coloring pigments (titanium oxide, etc.), and extender pigments.
  • the total content of the foaming agent and the binder in the insulating coating 10 is preferably 0.5 to 1.8 kg/m 2 of the total amount of the coating, and preferably 0.5 to 0.7 kg/m 2 . is more preferable. If the total content of the blowing agent and binder, as well as the carbonizing agent, is less than the respective lower limit values listed above, sufficient heat resistance against abnormal high temperatures and flames will not be obtained. Even if it exceeds this, no further improvement in heat resistance can be expected.
  • the thickness of the insulating coating 10 is preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.4 mm or more. As shown in the test examples described below, if the film thickness is less than 0.3 mm, sufficient heat resistance against high temperatures and flames during battery abnormalities cannot be obtained. Note that there is no upper limit to the film thickness, but even if it becomes thicker than necessary, no further improvement in heat resistance can be expected, and rather defects in film quality such as cracks in the insulating film 10 will occur. Therefore, the appropriate upper limit of the film thickness is 2.0 mm.
  • bus bar manufacturing method To manufacture the bus bar 1, first, at least the above-mentioned insulating material having an expansion start temperature of 250° C. or higher, preferably a foaming agent and a binder, more preferably a carbonizing agent, and, if necessary, other additives. is weighed, added to thinner as a dispersion medium, and thoroughly mixed to prepare a coating solution. Subsequently, the area around the connection holes 6a, 6b (see FIG. 1) in the busbar body 5 is masked, and the coating liquid is applied, and then the coating film is dried to form the insulating coating 10 according to the present embodiment.
  • a foaming agent and a binder more preferably a carbonizing agent, and, if necessary, other additives.
  • an undercoat material for rust prevention is applied to the surface of the bus bar body 5 using a brush to a predetermined thickness, the coating is dried, and an undercoat is applied. A film may be formed, and the insulating coating 10 may be formed on the undercoat film.
  • the coating amount is adjusted so that the film thickness after drying is 0.3 mm or more, preferably 0.4 mm or more.
  • the drying mentioned above includes not only the hardening treatment of the coating film by heat treatment, but also the hardening treatment of the coating film by natural drying at room temperature. Further, during drying, the insulating material may be heated to a temperature at which it does not foam and expand, for example, to about 100° C. in order to accelerate the curing process.
  • the method of winding the mica sheet as in Patent Document 1 requires a winding operation, and the winding operation is particularly time-consuming in order to prevent uneven winding or gaps from occurring at the bent portion 5a or the curved portion. .
  • a gap may be created due to vibration or the like, or that the adhesive may peel off.
  • such a problem does not occur because the insulating film 10 is formed by coating.
  • the bus bar 1 when the bus bar 1 generates heat, its conductivity decreases, which may reduce the performance of the battery cell or battery pack (battery module) to which it is applied.
  • the method for manufacturing the bus bar 1 according to the present embodiment In the method of forming the insulating film 10 by applying the above-mentioned coating liquid, it is possible to form the insulating film 10 thinly, and it is possible to effectively dissipate heat from the bus bar 1 during normal use of the battery. As a result, deterioration in the performance of the battery cells and the battery module as a whole can be reduced.
  • the insulating coating 10 can be made thinner, the volume occupied by the entire busbar 1 does not become too large, and the battery space within the battery pack can be effectively utilized, contributing to an increase in the capacity of the battery pack.
  • power storage device 100 includes a plurality of battery cells 110 housed in a battery case 120. Adjacent battery cells 110 are connected by the bus bar 1.
  • the bus bar 1 is coated with the above-mentioned insulating coating 10, so that even if a certain battery cell 110 causes thermal runaway, the bus bar 1 can be protected, and the chain of thermal runaway to the adjacent battery cell 110 via the bus bar 1 can be prevented. can be prevented. Therefore, since the power storage device of the present embodiment connects a plurality of battery cells 110 and modules (not shown) through such a bus bar 1, it exhibits high safety even in the event of an abnormality.
  • Examples 1 to 4 Apply SK Taica Coat undercoat (for rust prevention) to one side of an aluminum plate with a side of 100 mm and a thickness of 2 mm to a thickness of about 0.05 mm using a brush and let it dry. Ta. Then, on top of the formed undercoat film, "SK Taika Coat Main Material HS” manufactured by SK Kaken Co., Ltd. is applied as an insulating film using a scraper to a film thickness shown in Table 1 ("Thickness of Insulating Coating (mm)"). ” column)), and samples were prepared.
  • Comparative Examples 1 to 3 In Comparative Example 1, mica tape with a thickness of 0.11 mm manufactured by Nippon Mica Seisakusho Co., Ltd. was adhered in double layers to one side of the same aluminum plate as in the example as an insulating material, and a total thickness of 0.22 mm was applied. A sample was prepared by forming an insulating film. In Comparative Example 2, a sheet of "D680A" manufactured by Okabe Mica Co., Ltd. with a thickness of 0.3 mm was used as the lower layer and the same mica tape (thickness: 0.11 mm) was layered and adhered as the upper layer, and the total thickness was 0.52 mm. A sample was prepared by forming an insulating film.
  • Comparative Example 3 a 0.5 mm thick sheet of "D680A” manufactured by Okabe Mica Co., Ltd. and the same mica tape (0.11 mm thick) as an upper layer were stacked and adhered to form an insulating coating with a total thickness of 0.72 mm.
  • a sample was prepared by forming a
  • the thickness (mm) of the insulating coating before and after flame irradiation was measured using a dial gauge, and the expansion rate (%) was determined.
  • Table 1 summarizes the structure of the insulating coating of each sample of Examples and Comparative Examples, as well as the measurement results of the expansion coefficient and back surface temperature. Further, the back surface temperature (° C.) during flame irradiation is shown in FIG. 3, and the film thickness (mm) of the insulating coating before and after flame irradiation is shown in graph form in FIG. 4, respectively.
  • each sample of Examples 1 to 4 has a change in film thickness before and after flame irradiation, that is, thermal expansion, compared to each sample of Comparative Examples 1 to 3. It can be seen that the ratio is large and the back surface temperature is low, indicating that it has excellent heat insulation properties. Further, the thickness of the insulating film is preferably 0.3 mm or more, and more preferably 0.4 mm or more.
  • FIG. 5 shows photographs of the insulation coatings of the samples of Example 1 ((A) in the same figure) and Comparative Example 1 ((B) in the same figure) taken after flame irradiation.
  • the insulating coating was foamed and further carbonized, so that the entire surface became black.
  • Figure 6 is a photograph taken of the side surface of the sample of Example 1 after irradiation with flame, and it shows that the insulation film remains on the surface of the aluminum plate, and the black part on it foams and carbonizes, forming a layered structure. There is.
  • Busbar 5 Busbar bodies 6a, 6b Connection hole 10 Insulating coating 100 Power storage device 110 Battery cell 111 Electrode 120 Battery case

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Abstract

電池の異常時における電池セルからの高温や火炎から保護できるバスバーを提供する。また、雲母シートのような巻き付け作業が不要で、巻きムラやシートの隙間を生じることや、シートの剥がれの問題もなく、複雑な形状にも容易に対応可能に製造できるバスバーの製造方法を提供する。電池セル（１１０）を含む蓄電装置に用いられるバスバー（１）は、導電性材料を含むバスバー本体（５）が、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む絶縁被膜（１０）により被覆されてなる。また、バスバー（１）の製造方法は、導電性材料を含むバスバー本体（５）に、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む塗布液を塗布した後、乾燥させる。

Description

バスバー及びその製造方法、並びに蓄電装置
　本発明は、バスバー及びその製造方法、並びに複数の電池セル又は電池モジュールをバスバーで接続した蓄電装置に関する。
　各種電子機器や、電動モータで駆動する電気自動車又はハイブリッド車、蓄電池などには、複数の電池セルを、バスバーにて直列又は並列に接続した蓄電装置が搭載されている。また、電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池などに比べて、高容量かつ高出力が可能なリチウムイオン二次電池が主に用いられている。
　しかし、充放電時に、電池セルに過電流が通電されると、接続に使用されているバスバーが発熱することがあり、場合によっては火炎を発することがある。このような電池の異常時には、バスバーも同様の高温や火炎に晒され、バスバー自体が損傷したり、バスバーを介して隣接する電池セルが高熱になる。そこで、特許文献１では、雲母シートでバスバーを被覆している。
日本国特開２０２０－５２８６５０号公報
　しかしながら、特許文献１は、バスバー自身の発熱を抑えるための対策であり、電池の異常時における電池セルからの高温や火炎に対してバスバーを保護することに着目していない。しかも、雲母は、結晶水を含むため、電池の異常時に高温や火炎に晒された場合に、膨張したり、結晶水を放出したりして、構造的に不安定になる。
　また、特許文献１では、雲母シートをバスバーに巻き付ける作業が必要になる。電池セルの設置個所の空間的制限などにより、バスバーが複雑な形状を呈することもあるが、バスバーが複雑な形状になると、雲母シートをバスバーの隅々まで巻き付けるのが困難である。雲母シートに、巻きムラや隙間があると、目的とする上記効果が十分に得られない。
更には、高温時に雲母シートの粘着面が剥がれることも想定される。
　そこで本発明は、電池の異常時における電池セルからの高温や火炎から保護できるバスバーを提供することを目的とする。また、雲母シートのような巻き付け作業が不要で、巻きムラやシートの隙間を生じることや、シートの剥がれの問題もなく、複雑な形状にも容易に対応可能に製造できるバスバーの製造方法を提供することを目的とする。更には、このようなバスバーにより複数の電池セル又は電池モジュール同士を接続し、異常時においても高い安全性を示す蓄電装置を提供することを目的とする。
　本発明の上記目的は、バスバーに係る下記［１］の構成により達成される。
［１］　電池セルを含む蓄電装置に用いられるバスバーであって、
　導電性材料を含むバスバー本体が、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む絶縁被膜により被覆されてなることを特徴とする、バスバー。
　また、バスバーに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［８］に関する。
［２］　前記絶縁材料は、発泡剤及び結合剤を含むことを特徴とする、［１］に記載のバスバー。
［３］　前記発泡剤は、アンモニウム塩、アミノ化合物及び塩素化パラフィンのうち少なくとも１つであることを特徴とする、［２］に記載のバスバー。
［４］　前記結合剤は、合成樹脂エマルジョン、アルキッド、塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びエポキシ樹脂のうち少なくとも１つであることを特徴とする、［２］又は［３］に記載のバスバー。
［５］　前記絶縁材料は、更に炭化剤を含むことを特徴とする、［２］～［４］のいずれか１つに記載のバスバー。
［６］　前記炭化剤は、炭水化物及び多価アルコールのうち少なくとも１つであることを特徴とする、［５］に記載のバスバー。
［７］　前記発泡剤がポリリン酸アンモニウムであり、前記結合剤がウレタン樹脂であり、前記炭化剤が多価アルコールであることを特徴とする、［５］に記載のバスバー。
［８］　前記絶縁被膜の厚さが、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする、［１］～［７］のいずれか１つに記載のバスバー。
　また、本発明の上記目的は、バスバーの製造方法に係る下記［９］の構成により達成される。
［９］　電池セルを含む蓄電装置に用いられるバスバーの製造方法であって、
　導電性材料を含むバスバー本体に、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む塗布液を塗布した後、乾燥させることを特徴とする、バスバーの製造方法。
　また、バスバーの製造方法に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［１０］～［１２］に関する。
［１０］　前記絶縁材料は、発泡剤及び結合剤を含むことを特徴とする、［９］に記載のバスバーの製造方法。
［１１］　前記絶縁材料は、更に炭化剤を含むことを特徴とする、［１０］に記載のバスバーの製造方法。
［１２］　前記塗布液を、乾燥後の膜厚が０．３ｍｍ以上となるように塗布することを特徴とする、［９］～［１１］のいずれか１つに記載のバスバーの製造方法。
　また、本発明の上記目的は、蓄電装置に係る下記［１３］又は［１４］の構成により達成される。
［１３］　複数の電池セル又は電池モジュールを、［１］～［７］のいずれか１つに記載のバスバーで接続した、蓄電装置。
［１４］　複数の電池セル又は電池モジュールを、［８］に記載のバスバーで接続した、蓄電装置。
　本発明のバスバーは、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む絶縁被膜により、導電性材料を含むバスバー本体を被覆したものであり、電池の異常時に絶縁被膜が膨張し、更に好ましくは炭化するため、熱暴走を起こした電池セルからの高温や火炎から保護される。
　また、本発明のバスバーの製造方法は、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む塗布液をバスバー本体に塗布するだけでよいため、製造工程が簡易であり、バスバー本体の形状に関係なく、隙間なく均一に絶縁被膜を形成することができる。
　さらに、本発明の蓄電装置は、このようなバスバーにより複数の電池セルや電池モジュールを接続しているため、異常時においても高い安全性を示す。
図１は、本発明のバスバーの一例を電池セルに装着した状態を示す分解斜視図である。 図２は、バスバーの実施形態を、図１のＡ－Ａ矢視に沿って示す断面図である。 図３は、実施例及び比較例における、火炎照射時の裏面温度（℃）を示すグラフである。 図４は、実施例及び比較例における、絶縁被膜の火炎照射前後の膜厚（ｍｍ）を測定した結果を示すグラフである。 図５は、実施例１及び比較例１の各サンプルの絶縁被膜について、火炎照射後に撮影した図面代用写真であって、図５（Ａ）は実施例１のものを、図５（Ｂ）は比較例１のものを示す。 図６は、実施例１のサンプルの側面について、火炎照射後に撮影した図面代用写真である。 図７は、本発明の蓄電装置の一例を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態に関して図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
［バスバー］
　図１は、本実施形態に係るバスバー１を電池セル１１０に装着した状態を示す分解斜視図である。図１に示されるように、導電性材料からなるバスバー本体５は、例えば、全体がＺ字状の金属製の板部材であり、一方の先端の接続孔６ａに電池セル１１０の電極１１１を挿入し、端子キャップ１１２を被せて固定される。また、バスバー本体５の他方の先端の接続孔６ｂには、隣接する電池セル（図示せず）や外部機器（図示せず）が接続される。そして、バスバー本体５の接続孔６ａ，６ｂを除く部分（表面）を、後述される絶縁被膜１０で覆い、バスバー１が構成される。
　なお、図示は省略するが、バスバー本体５は、全体をＩ字状にしたり、湾曲部を有するような不定形など、電池セル１１０の設置個所に応じて種々の形状とすることができる。
　バスバー本体５が、図１に示されるＺ字状のような屈曲部５ａや湾曲部（図示せず）を有する形状であると、上記特許文献１のバスバーのように雲母シートを巻き付ける方式では、屈曲部５ａや湾曲部に巻きムラや隙間が生じないようにするために巻き付け作業に手間がかかったり、あるいは振動などにより隙間が生じたり、粘着剤が剥離することなどが想定される。しかし、後述するように、本実施形態では、所定の塗布液を用いた塗布により絶縁被膜１０を形成するため、そのような問題は起こらない。
　続いて、図２は、図１のＡ－Ａ矢視に沿って示すバスバー１の断面図である。なお、図示は省略するが、図２中の下側に電池セル１１０が存在しており、電池の異常時には、電池セル１１０からの熱の伝達による高温や火炎が発生する。このため、バスバー本体５を所定の絶縁被膜１０で被覆している。なお、この絶縁被膜１０は、図示のように、バスバー本体５の全面を覆うように、側面（板厚部分）及び上下面に形成することもできるが、少なくとも電池セル１１０と対向する面（ここでは下面）のみに形成してもよい。
　絶縁被膜１０は、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む。バスバー１は、平常時であっても、通電時（電池の通常使用時）には概ね１００℃程度になるため、電池の通常使用時に絶縁被膜１０が膨張しないように、その膨張開始温度を２５０℃以上、又は３００℃以上、又は３５０℃以上、又は４００℃以上とするのがよい。
　絶縁被膜１０は、２５０℃以上の高温によって膨張を開始することにより、その内部に空気が取り込まれ、空気層が形成されることにより、発生した高熱がバスバー１へ伝達されるのが抑制され、断熱性能が高まる。ひいてはバスバー１自体の溶解（すなわち、高熱によるバスバー１の損傷）を効果的に抑制することができる。
　なお、断熱性能を効果的に向上させるためには、絶縁被膜１０の膨張率が大きいほど好ましく、その膨張率は、膨張前の体積に対して１０％以上であることが好ましく、１３％以上であることがより好ましく、１５％以上であることが更に好ましい。
　本実施形態のバスバー１は、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む絶縁被膜１０により、導電性材料を含むバスバー本体５を被覆したものであることから、電池の通常使用時（最大でも概ね１００℃程度）においては、バスバー１の周囲における他の部品や機器との絶縁性を確保するための絶縁材として機能しつつ、電池の異常時（少なくとも２５０℃以上）においては、絶縁被膜１０が膨張することにより、導通部との接触距離が大きくなり、短絡のリスクを下げることができる。
　また、絶縁性の更なる向上を考慮すれば、絶縁被膜１０に用いる絶縁材料が、発泡剤及び結合剤を含むことが好ましく、より具体的には、絶縁被膜１０に用いる絶縁材料が、発泡樹脂であることが好ましい。なお、絶縁材料が発泡剤及び結合剤を含むものであると、発泡した泡の中に空気が効果的に取り込まれることから、断熱性が効果的に期待できる。
　なお、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料の種類は特に制限はないが、絶縁材料が発泡剤を含む場合において、発泡剤は、アンモニウム塩、アミノ化合物及び塩素化パラフィンのうち少なくとも１つであることが好ましく、これらのうち少なくとも一部の組み合わせであってもよい。なお、アンモニウム塩として、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、リン酸メラミンなどが例として挙げられる。また、アミノ化合物として、ジシアンアミド、尿素、メラミンなどが例として挙げられる。
　また、絶縁材料が結合剤を含む場合において、結合剤は、合成樹脂エマルジョン（水系）、アルキッド（溶剤系）、塩化ビニル樹脂（溶剤系）、ウレタン樹脂（溶剤系）及びエポキシ樹脂（溶剤系）のうち少なくとも１つであることが好ましく、これらのうち少なくとも一部の組み合わせであってもよい。
　さらに、結合剤としてのウレタン樹脂としては、ウレタンプレポリマーを挙げることができる。ウレタンプレポリマーは、ポリオール化合物と過剰のポリイソシアネート化合物とを反応させることによって得られ、分子末端にイソシアネート基を有するものである。
　ウレタンプレポリマーを構成するポリオール化合物としては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等が挙げられる。これらの重量平均分子量は通常３００～５０００（好ましくは５００～３０００）である。
　また、ポリイソシアネート化合物としては、一般のポリウレタンの製造に用いられる脂肪族、脂環族又は芳香族ポリイソシアネートが挙げられる。具体的には、例えばテトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，４－シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’－ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、２，４－トリレンジイソシアネート、２，６－トリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
　ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物との反応比率は、ポリオール化合物中の水酸基に対して、ポリイソシアネート化合物中のイソシアネート基が過剰となる比率に設定すればよく、（ＮＣＯ／ＯＨ）が１．２～２．２程度となるように設定することが好ましい。
　上記発泡剤は、炭化層形成剤としても機能し得る。ここでいう炭化層形成剤は、炭化成分である上記した発泡樹脂のカーボン化を促進させる成分のことである。発泡樹脂が発泡した後、周囲を不活性ガス雰囲気として樹脂中の炭素を炭化させて炭化層を形成し、それ以上の燃焼を止める作用を有する。このような作用を有する化合物としては、上記したアンモニウム塩の１つであって、不活性ガスの発生作用が大きい、ポリリン酸アンモニウムであることが好ましい。ポリリン酸アンモニウム中のアンモニウム基から窒素ガスが生成し、空気中の酸素との接触を効果的に遮断する。
　なお、上記のとおり、絶縁被膜１０に含まれる絶縁材料の膨張開始温度は２５０℃以上であるが、熱暴走を起こした電池セルからの高温や火炎に対する防炎効果をより高めるためには、膨張開始温度が５５０℃以下、又は５４０℃以下、又は５３０℃以下であることが好ましい。特に、絶縁材料が発泡剤を含む場合に、上述したような炭化層が形成されることで、より有効な防炎効果が期待できるものの、膨張開始温度が高すぎると、十分に発泡された表層に炭化層をうまく形成することができず、より有効な防炎効果が得られないおそれがある。したがって、絶縁被膜１０に含まれる絶縁材料の膨張開始温度は２５０℃以上５５０℃以下の範囲とすることが好ましい。
　また、後述するように絶縁被膜１０の形成のために塗布液を用いるが、ポリリン酸アンモニウムは、長時間放置しておくと塗布液内で分解が起こり、アンモニアガスを発生し、経時劣化して炭化層の形成性能の低下を起こしてしまうおそれがある。そこで、この経時変化を防ぐために、耐水性を有する樹脂で薄く被覆し、マイクロカプセル化することが好ましい。
　さらに、絶縁被膜１０は、更に炭化剤を含むことが好ましい。なお、炭化剤は、炭水化物及び多価アルコールのうち少なくとも１つであることが好ましく、これらのうち少なくとも一部の組み合わせであってもよい。絶縁被膜１０が、上記した発泡剤及び結合剤に加え、更に炭化剤を含むことにより、例えば、発泡剤（兼、炭化形成剤）がポリリン酸アンモニウムであり、炭化剤が多価アルコールである場合に、絶縁被膜１０の温度が２５０～３００℃になったタイミングで、反応触媒としてのポリリン酸アンモニウムが分解し、生成したリン酸塩により、炭化剤である多価アルコールが分解し、更に脱水作用によって、より効果的に炭化層を形成し得る。
　なお、この反応と並行して、発泡剤であるポリリン酸アンモニウムが更に分解することで、アンモニアガス、水蒸気、炭酸ガス等が発生し、形成された炭化層を大幅に膨張させることで、断熱層を形成させる。
　また、絶縁被膜１０は、上記した発泡剤、結合剤（樹脂）、炭化剤の他にも、従来より耐熱性や難燃性の塗膜に含まれる各種の添加剤（例えば、無機粒子、有機高分子など）を含有してもよく、他の添加剤としては、難燃剤、分散剤、着色顔料（酸化チタンなど）、体質顔料が例として挙げられる。
　続いて、絶縁被膜１０における発泡剤及び結合剤の合計含有量は、被膜全量の０．５～１．８ｋｇ／ｍ２であることが好ましく、０．５～０．７ｋｇ／ｍ２であることがより好ましい。発泡剤及び結合剤の合計含有量、及び、炭化剤ともに、上記したそれぞれの下限値未満では、異常時の高温や火炎に対して十分な耐熱性が得られず、上記したそれぞれの上限値を超えたとしても、更なる耐熱性の向上を見込めない。
　また、絶縁被膜１０の膜厚は、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．４ｍｍ以上であることがより好ましい。後述する試験例に示すように、膜厚が０．３ｍｍ未満では、電池の異常時における高温や火炎に対して十分な耐熱性が得られない。なお、膜厚の上限には制限はなないが、必要以上に厚くなったとしても耐熱性の更なる向上は見込めなくなり、むしろ絶縁被膜１０に亀裂が生じるなど膜質に不具合が見られるようになるため、膜厚の上限としては２．０ｍｍが適当である。
［バスバーの製造方法］
　バスバー１を製造するには、まず、少なくとも上記した膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料、好ましくは発泡剤及び結合剤、更に好ましくは炭化剤、そして、必要に応じて、その他の添加剤を秤量し、分散媒としてのシンナーに加え、十分に混合して塗布液を調製する。続いて、バスバー本体５における接続孔６ａ，６ｂ（図１参照）の周囲をマスキングし、上記塗布液を塗布した後、塗膜を乾燥させて、本実施形態に係る絶縁被膜１０を形成する。なお、塗布方法には制限はなく、刷毛やロールコータ、スプレー等を用いて塗布したり、塗布液にバスバー本体５を浸漬するなど種々の方法が可能である。
　また、絶縁被膜１０を形成する前において、バスバー本体５の表面に、防錆用途向けの下塗り材を所定の厚みになるように刷毛を用いて塗布した後、塗膜を乾燥させて、下塗り塗膜を形成し、その下塗り塗膜の上に、絶縁被膜１０を形成するのであってもよい。
　塗布量としては、乾燥後の膜厚が０．３ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上となるように調整する。
　ここで、上記でいう乾燥とは、加熱処理による塗膜の硬化処理のみならず、常温での自然乾燥による塗膜の硬化処理も含まれる。また、乾燥に際して、絶縁材料が発泡して膨張しない温度、例えば硬化処理を促進させるために１００℃程度に加熱してもよい。
　なお、上記特許文献１のように雲母シートを巻き付ける方法では、巻き付け作業が必要であり、特に屈曲部５ａや湾曲部に巻きムラや隙間が生じないようにするには、巻き付け作業に手間がかかる。また、振動などにより隙間が生じたり、粘着剤が剥離することなどが想定される。しかし、本発明では塗布により絶縁被膜１０を形成するため、そのような問題は起こらない。
　なお、バスバー１は、発熱すると導電率が低下するため、それが適用される電池セルや電池パック（電池モジュール）の性能を低下させるおそれがあるが、本実施形態に係るバスバー１の製造方法のような、上記塗布液を塗布することにより絶縁被膜１０を形成する方法にあっては、絶縁被膜１０を薄く形成することが可能であって、電池の通常使用時におけるバスバー１の効果的な放熱により、電池セルや電池モジュール全体の性能低下を軽減させることができる。
　また、絶縁被膜１０が薄膜化できることにより、バスバー１全体が占める体積が大きくなりすぎず、電池パック内のバッテリースペースを有効に活用でき、電池パックの容量向上にも貢献し得る。
［蓄電装置］
　図７に示すように、蓄電装置１００は、複数の電池セル１１０を、電池ケース１２０に収容したものである。そして、隣接する電池セル１１０と電池セル１１０とを上記バスバー１で接続している。
　バスバー１は、上記絶縁被膜１０で被覆したものであり、ある電池セル１１０が熱暴走を起こしても、バスバー１を保護できるとともに、バスバー１を介して隣接する電池セル１１０への熱暴走の連鎖を防ぐことができる。
　よって、本実施形態の蓄電装置は、このようなバスバー１により複数の電池セル１１０やモジュール（図示せず）を接続しているため、異常時においても高い安全性を示す。
（実施例１～４）
　バスバー本体に見立てた一辺が１００ｍｍで、厚さ２ｍｍのアルミニウム板の片面に、ＳＫタイカコート下塗り材（防錆用途向け）を０．０５ｍｍ程度の厚みになるように刷毛を用いて塗布し、乾燥させた。そして、形成された下塗り塗膜の上に、絶縁被膜としてエスケー化研（株）製「ＳＫタイカコート主材ＨＳ」を、スクレーバーを用いて表１に示す膜厚（「絶縁被膜の厚み（ｍｍ）」欄の「火炎照射前」を参照）となるようにそれぞれ形成して、サンプルを作製した。
（比較例１～３）
　実施例と同一のアルミニウム板の片面に、絶縁材料として、比較例１では、（株）日本マイカ製作所製の厚み０．１１ｍｍのマイカテープを２重に重ねて粘着し、全厚０．２２ｍｍの絶縁被膜を形成してサンプルを作製した。
　比較例２では、下層として岡部マイカ（株）製「Ｄ６８０Ａ」の厚み０．３ｍｍのシート及び上層として同マイカテープ（厚み０．１１ｍｍ）を２重に重ねて粘着し、全厚０．５２ｍｍの絶縁被膜を形成してサンプルを作製した。
　比較例３では、岡部マイカ（株）製「Ｄ６８０Ａ」の厚み０．５ｍｍのシート及び上層として同マイカテープを（厚み０．１１ｍｍ）２重に重ねて粘着し、全厚０．７２ｍｍの絶縁被膜を形成してサンプルを作製した。
（耐熱性試験）
　サンプルを立て、絶縁被膜を形成した面（表面）に対して、１００ｍｍ離れた位置にてバーナーから火炎を照射し、１１００℃になるように火炎の大きさを調整した。そして、サンプルの絶縁被膜を形成した面とは反対側の面（裏面）の温度（℃）を測定した。
　また、火炎照射の前後における絶縁被膜の厚さ（ｍｍ）を、ダイアルゲージを用いて測定し、膨張率（％）を求めた。
　実施例及び比較例の各サンプルの絶縁被膜の構成とともに、膨張率及び裏面温度の測定結果を、表１にまとめて示す。また、火炎照射時の裏面温度（℃）を図３に、絶縁被膜の火炎照射前後の膜厚（ｍｍ）を図４に、それぞれグラフ化して示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１、図３及び図４に示すように、実施例１～４の各サンプルは、比較例１～３の各サンプルに比べて、火炎照射前後での膜厚の厚みの変化、すなわち熱膨張率が大きく、裏面温度が低くなっており、断熱性に優れることがわかる。また、絶縁被膜の膜厚として、０．３ｍｍ以上が好ましく、０．４ｍｍ以上がより好ましいといえる。
　また、図５に、実施例１（同図（Ａ））及び比較例１（同図（Ｂ））の各サンプルの絶縁被膜を、火炎照射後に撮影した写真を示す。図５（Ａ）に示すように、実施例１のサンプルでは、絶縁被膜が発泡し、更に炭化して全面が黒くなっている。
　図６は、火炎照射後に実施例１のサンプルの側面を撮影した写真であるが、アルミニウム板の表面に絶縁被膜が残存し、その上の黒い部分が発泡、そして炭化して、層状を呈している。
　以上、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、２０２２年７月２９日出願の日本特許出願（特願２０２２－１２２１９８）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。
１　バスバー
５　バスバー本体
６ａ，６ｂ　接続孔
１０　絶縁被膜
１００　蓄電装置
１１０　電池セル
１１１　電極
１２０　電池ケース

Claims (14)

  1. 　電池セルを含む蓄電装置に用いられるバスバーであって、
    　導電性材料を含むバスバー本体が、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む絶縁被膜により被覆されてなることを特徴とする、バスバー。
  2. 　前記絶縁材料は、発泡剤及び結合剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバスバー。
  3. 　前記発泡剤は、アンモニウム塩、アミノ化合物及び塩素化パラフィンのうち少なくとも１つであることを特徴とする、請求項２に記載のバスバー。
  4. 　前記結合剤は、合成樹脂エマルジョン、アルキッド、塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びエポキシ樹脂のうち少なくとも１つであることを特徴とする、請求項２に記載のバスバー。
  5. 　前記絶縁材料は、更に炭化剤を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバスバー。
  6. 　前記炭化剤は、炭水化物及び多価アルコールのうち少なくとも１つであることを特徴とする、請求項５に記載のバスバー。
  7. 　前記発泡剤がポリリン酸アンモニウムであり、前記結合剤がウレタン樹脂であり、前記炭化剤が多価アルコールであることを特徴とする、請求項５に記載のバスバー。
  8. 　前記絶縁被膜の厚さが、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載のバスバー。
  9. 　電池セルを含む蓄電装置に用いられるバスバーの製造方法であって、
    　導電性材料を含むバスバー本体に、膨張開始温度が２５０℃以上である絶縁材料を含む塗布液を塗布した後、乾燥させることを特徴とする、バスバーの製造方法。
  10. 　前記絶縁材料は、発泡剤及び結合剤を含むことを特徴とする、請求項９に記載のバスバーの製造方法。
  11. 　前記絶縁材料は、更に炭化剤を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のバスバーの製造方法。
  12. 　前記塗布液を、乾燥後の膜厚が０．３ｍｍ以上となるように塗布することを特徴とする、請求項９～１１のいずれか１項に記載のバスバーの製造方法。
  13. 　複数の電池セル又は電池モジュールを、請求項１～７のいずれか１項に記載のバスバーで接続した、蓄電装置。
  14. 　複数の電池セル又は電池モジュールを、請求項８に記載のバスバーで接続した、蓄電装置。
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