CN219066950U - 热传递抑制片以及电池组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种热传递抑制片以及电池组,所述电池组具有热传递抑制片,热传递抑制片即使是暴露于高温的情况下,也能够维持其形状,由此,能够抑制绝热性能的降低。热传递抑制片(10)包含:第一有机纤维(1),其在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度;第一无机颗粒(2);以及树脂粘合剂(9),所述第一有机纤维的相互的接触部位被粘接而形成骨架,所述第一有机纤维与所述第一无机颗粒通过所述树脂粘合剂而被粘接,并保持为片状。优选的是,第一有机纤维(1)在200℃以上的温度具有熔点(Tm),第一有机纤维(1)在Tm℃时的弹性模量相对于第一有机纤维(1)在23℃时的弹性模量为0.1%以上。
Description
技术领域
本实用新型涉及热传递抑制片和具有该热传递抑制片的电池组。
背景技术
近年来,从环境保护的观点出发,由电动马达驱动的电动汽车或混合动力车等的开发正在盛行。在该电动汽车或混合动力车等中,搭载有用于成为驱动用电动马达的电源的、由多个电池单元串联或并联连接而成的电池组。
另外,在该电池单元中主要使用与铅蓄电池、镍氢电池等相比能够具有高容量且能够进行高输出的锂离子二次电池。并且,在因电池的内部短路、过充电等而引起某个电池单元急剧升温、之后也持续发热这样的热失控的情况下,来自发生了热失控的电池单元的热会向相邻的其他电池单元传播,由此,可能引起其他电池单元的热失控。
作为抑制来自上述那样的发生了热失控的电池单元的热的传播的方法,一般进行在电池单元间夹设绝热片的方法。
例如,在专利文献1中公开了一种电池组用的绝热片,该绝热片包含由二氧化硅纳米颗粒构成的第一颗粒和由金属氧化物构成的第二颗粒,并且限定了第一颗粒的含量。另外,在专利文献1中记载了绝热片可以包含由从纤维、粘合剂和耐热树脂中选择出的至少1种构成的结合材料。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2021-34278号公报
实用新型内容
实用新型要解决的课题
然而,在电池组用的绝热片中,要求即使在电池单元为更高温的情况下,也保持形状而持续存在于电池单元之间。特别是,在近年来的电池组中,电池单元的容量进一步提高,因此,充放电时的膨胀率上升。因此,在因电池单元的异常而使绝热片暴露于高温的情况下,无法维持绝热片整体的强度,绝热性能降低,由此,有时产生热连锁。
上述专利文献1中记载的绝热片即使是压缩应力增加的情况也维持了优异的绝热性,但要求与强度相关的进一步的改良。
本实用新型是鉴于上述问题点而完成的,其目的在于提供一种即使在热传递抑制片暴露于高温的情况下,也能够维持其形状,由此,能够抑制绝热性能的降低的热传递抑制片以及具有该热传递抑制片的电池组。
用于解决课题的手段
本实用新型的上述目的通过热传递抑制片的下述结构[1]的结构来达成。
结构[1].一种热传递抑制片,其特征在于,包含:
第一有机纤维;
第一无机颗粒;以及
树脂粘合剂,
所述第一有机纤维的相互的接触部位被粘接而形成骨架,
所述第一有机纤维与所述第一无机颗粒通过所述树脂粘合剂而被粘接,并保持为片状。
另外,关于热传递抑制片的本实用新型的优选的实施方式与以下的结构[2]~[14]相关。
结构[2].结构[1]的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片具有第二有机纤维,
在所述第二有机纤维的相互接触的部位形成有熔接部,
所述第一有机纤维和所述第一无机颗粒固定于所述第二有机纤维而形成立体的骨架。
结构[3].结构[1]或[2]的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片还具有平均纤维直径和形状中的至少1种互不相同的第一无机纤维和第二无机纤维。
结构[4].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的平均纤维直径大于所述第二无机纤维的平均纤维直径,
所述第一无机纤维为线状或针状,所述第二无机纤维为树枝状或卷曲状。
结构[5].结构[1]或[2]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机颗粒包含从纳米颗粒、中空颗粒以及多孔质颗粒中选择出的至少1种。
结构[6].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二无机纤维以与所述第一无机颗粒和所述第一无机纤维交织的状态存在。
结构[7].结构[1]或[2]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一有机纤维的平均纤维长度为0.5mm以上且10mm以下。
结构[8].结构[2]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二有机纤维的平均纤维长度为0.5mm以上且10mm以下。
结构[9].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的平均纤维直径为1μm以上且20μm以下。
结构[10].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的平均纤维直径为3μm以上且15μm以下。
结构[11].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二无机纤维的平均纤维直径小于1μm。
结构[12].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二无机纤维的平均纤维直径为0.1μm以下。
结构[13].结构[3]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的纤维长度为0.1mm以上且100mm以下,
所述第二无机纤维的纤维长度为0.1mm以下。
结构[14].结构[1]或[2]的热传递抑制片,其中,
所述热传递抑制片的厚度为0.05mm以上且10mm以下。
另外,本实用新型的上述目的通过涉及电池组的下述结构[15]的结构来达成。
结构[15].一种电池组,其具有:
多个电池单元;以及结构[1]~[14]中任一项所述的热传递抑制片,该多个电池单元串联连接或并联连接。
另外,本实用新型的电池组与下述结构[16]~[18]相关。
结构[16].结构[15]的电池组,其特征在于,
所述热传递抑制片介于所述多个电池单元彼此之间。
结构[17].结构[16]的电池组,其特征在于,
所述多个电池单元及所述热传递抑制片收容于电池壳体中。
结构[18].结构[17]的电池组,其特征在于,
所述热传递抑制片被配置在各所述电池单元与所述电池壳体之间。
实用新型效果
根据本实用新型的热传递抑制片,即使是热传递抑制片暴露于高温的情况,也能够保持其形状,其结果为,能够实现优异的压缩特性和热传递抑制效果的兼顾,能够抑制绝热性能的降低。
根据本实用新型的电池组,具备如上所述具有优异的压缩特性和热传递抑制效果的热传递抑制片,因此,能够抑制电池组中的电池单元的热失控。
附图说明
图1是表示本实用新型的第一实施方式的热传递抑制片的构造的示意图。
图2是表示本实用新型的实施方式的电池组的示意图。
图3是表示本实用新型的第二实施方式的热传递抑制片的构造的示意图。
图4A、图4B和图4C是按照工序顺序表示本实用新型的实施方式的热传递抑制片的制造方法的示意图。
标号说明
1:第一有机纤维;
2:第一无机颗粒;
3:第二无机颗粒;
4:第二有机纤维;
5:第一无机纤维;
6:第二无机纤维;
9:树脂粘合剂;
11:骨架;
10、20:热传递抑制片;
100:电池组;
101:电池单元;
110:电池壳体。
具体实施方式
本实用新型的发明人等对能够解决上述课题的热传递抑制片进行了深入研究。
结果发现,热传递抑制片通过具有无机颗粒、树脂粘合剂、以及在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度的第一有机纤维,即使是热传递抑制片暴露于高温的情况下,也能够保持其形状,其结果为,能够维持优异的绝热性能。
首先,一边参照附图一边对本实用新型的实施方式的热传递抑制片的构造进行详细说明。此外,附图所记载的实施方式为了清楚地说明本实用新型而被示意化,未必准确地表示实际的尺寸、比例尺。
另外,本实用新型并不限定于以下说明的实施方式,在不脱离本实用新型的主旨的范围内,能够任意地变更而实施。
[1.热传递抑制片]
<1-1.热传递抑制片的结构>
图1是表示本实用新型的第一实施方式的热传递抑制片的结构的示意图。另外,图2是表示本实用新型的实施方式的电池组的示意图。
如图1所示,第一实施方式的热传递抑制片10具有第一有机纤维1、第一无机颗粒2以及树脂粘合剂9。另外,虽然在本实用新型中不是必需的材料,但在本实施方式中,还具有第二无机颗粒3和第二有机纤维4。此外,第一有机纤维1为在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度的有机纤维,例如为结晶性的聚对苯二甲酸乙酯(PET)纤维。另外,第二有机纤维4是具有比树脂粘合剂的玻璃化转变温度高的玻璃化转变温度的有机纤维,例如为聚乙烯醇(PVA)纤维。并且,第一无机颗粒2例如为二氧化硅纳米颗粒,第二无机颗粒例如为二氧化钛。并且,第一有机纤维1、第一无机颗粒2、第二无机颗粒3及第二有机纤维4通过树脂粘合剂9而保持为片状。
作为该热传递抑制片10的具体的使用例,如图2所示,列举出在多个电池单元101之间夹设有热传递抑制片10的例子。并且,在多个电池单元101彼此串联连接或并联连接的状态(连接的状态省略图示)下,收纳于电池壳体110中而构成电池组100。此外,电池单元101例如适合使用锂离子二次电池,但并不特别限定于此,也可以应用于其他二次电池。
在这样构成的热传递抑制片10中,第一无机颗粒2、第二无机颗粒3均为耐热性的材料,并且,在颗粒之间、颗粒与纤维之间、以及纤维之间形成无数微小的空间,还发挥基于空气的绝热效果,因此,能够得到优异的热传递抑制性能。
另外,热传递抑制片10中包含在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度的第一有机纤维1。第一有机纤维1在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度,表示在从室温至低于120℃的温度范围内第一有机纤维1不会软化。即使是电池单元101产生异常、成为第二有机纤维4软化那样的高温的情况下,第一有机纤维1也会成为骨架,能够维持热传递抑制片的强度,能够支承片形状。因此,能够抑制热传递抑制片的厚度的降低、以及基于上述那样的微小的空间的降低导致的绝热性能的降低。
另外,通过含有在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度的第一有机纤维1,即使在常温时,第一有机纤维1也作为热传递抑制片的骨架发挥作用。因此,能够提高热传递抑制片的柔软性和处理性。
另外,本实施方式的热传递抑制片10还含有具有比树脂粘合剂的玻璃化转变温度高的玻璃化转变温度的第二有机纤维4,第二有机纤维4在后述的制造工序中的加热时,第二有机纤维的表面的至少一部分熔融。因此,通过之后进行冷却,第二有机纤维4彼此熔接,并且第一有机纤维1、第一无机颗粒2和第二无机颗粒3熔接于第二有机纤维4,而形成更高强度的立体的骨架。因此,通过第一有机纤维1与第二有机纤维4的协同效果,能够得到形状保持性极其优异的热传递抑制片10。
并且,本实施方式的热传递抑制片10包含由二氧化硅纳米颗粒构成的第一无机颗粒2和由二氧化钛等金属氧化物构成的第二无机颗粒3。二氧化硅纳米颗粒为低密度,因此,抑制了传导传热,并且空隙微细地分散,因此,具有抑制对流传热的优异的绝热性。因此,在通常的常温区域的电池使用时,能够抑制相邻的二氧化硅纳米颗粒间的热的传导。
另外,由金属氧化物构成的第二无机颗粒3的折射率高,使光漫反射的效果高,因此,特别是在异常发热等高温度区域中能够抑制辐射传热。因此,若这些第一无机颗粒2和第二无机颗粒3包含于热传递抑制片10中,则在从电池的通常使用时的温度至500℃以上的高温的大温度区域中,能够得到优异的绝热性。
此外,在上述第一实施方式中,表示了除了第一有机纤维1、第一无机颗粒2和树脂粘合剂9以外,在热传递抑制片10中还包含第二有机纤维4和第二无机颗粒3的例子,但本实用新型并不限定于这样的结构。如上所述,只要包含至少1种无机颗粒、上述特定的有机纤维、和树脂粘合剂即可,例如,优选在热传递抑制片10中包含不同的2种无机纤维。
如上所述,若在热传递抑制片10中包含规定的有机纤维,则即使是热传递抑制片10暴露于高温的情况,也能够发挥形状保持性。另外,即使是热传递抑制片10中包含的有机纤维上升至燃烧的温度的情况,有机纤维也不会完全烧毁而会有一部分残留,因此,通过残留的有机纤维,能够保持热传递抑制片10的强度。
并且,如以下所示,若在热传递抑制片10中包含无机纤维,则即使是一部分有机纤维燃烧的情况也能够保持作为无机纤维的形状,因此,能够进一步提高热传递抑制片10的高温强度。特别是,若包含具有互不相同的性状的2种以上的无机纤维,则还能够提高无机颗粒的保持性。以下,对在热传递抑制片10中含有具有互不相同的性状的第一无机纤维及第二无机纤维的例子进行说明。
图3是表示本实用新型的第二实施方式的热传递抑制片的构造的示意图。在图3所示的第二实施方式中,对与图1所示的第一实施方式相同的部分标注相同标号,省略其详细的说明。另外,第二实施方式的热传递抑制片与第一实施方式一样,能够用于图2所示的电池组,因此,以下,使第二实施方式的热传递抑制片20介于多个电池单元101之间,对其效果等进行说明。
如图3所示,第二实施方式的热传递抑制片20含有第一有机纤维1和第一无机颗粒2,还含有第一无机纤维5和第二无机纤维6,它们通过树脂粘合剂9而保持。第一无机纤维5和第二无机纤维6是从平均纤维直径、形状和玻璃化转变温度中选择出的至少1种性状互不相同的纤维。例如,第一无机纤维5的平均纤维直径比第二无机纤维6的平均纤维直径大,第一无机纤维5为线状或针状,第二无机纤维6为树枝状或卷曲状。
在这样构成的第二实施方式中,与第一实施方式一样,由于包含第一有机纤维1,因此即使是电池单元101的温度上升的情况,第一有机纤维1也为骨架,能够支承热传递抑制片的片形状。另外,热传递抑制片20包含由二氧化硅纳米颗粒构成的第一无机颗粒2,因此,能够抑制传导传热及对流传热,能够得到优异的绝热性。
另外,在热传递抑制片20中,细径且树枝状或卷曲状的第二无机纤维6以与第一无机颗粒2及粗径的第一无机纤维5交织的状态存在,因此,能够良好地保持无机颗粒。
并且,第一无机纤维5及第二无机纤维6即使在电池单元的热失控时的温度也不会熔融,因此,即使是热传递抑制片20暴露于高温的情况,也能够维持形状,能够维持绝热效果。
此外,能够选择为不同的2种无机纤维的性状并不限定于上文所述,作为第一无机纤维5,能够使用非晶质且具有比第二无机纤维6的平均纤维直径大的平均纤维直径的无机纤维。另外,作为第二无机纤维6,能够使用从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的非晶质的纤维中选择出的至少1种无机纤维。
晶质的无机纤维的熔点通常比非晶质的无机纤维的玻璃化转变温度高。因此,第一无机纤维5暴露于高温时,其表面比第二无机纤维6先软化,将第一无机颗粒2、第一有机纤维1及第二无机纤维6粘结,因此,能够提高热传递抑制片20的机械强度。
另外,若第二无机纤维6由晶质的纤维构成,或玻璃化转变温度比第一无机纤维5高,则在暴露于高温时,即使第一无机纤维5软化,第二无机纤维6也不会熔融或软化。因此,即使在电池单元的热失控时也能够维持形状,能够持续存在于电池单元间。
此外,平均纤维直径粗的(粗径的)第一无机纤维5具有提高热传递抑制片20的机械强度、形状保持性的效果。通过使第一无机纤维5为粗径,在暴露于高温的情况下能够仅使表面软化,因此,能够进一步提高粘结第一无机颗粒2、第一有机纤维1及第二无机纤维6的效果。
并且,优选的是,作为第一无机颗粒2而包含从纳米颗粒、中空颗粒及多孔质颗粒中选择出的至少1种,作为不同的2种无机纤维中的第一无机纤维5使用非晶质的纤维,作为第二无机纤维使用从晶质的纤维和玻璃化转变温度比所述第一无机纤维高的非晶质的纤维中选择出的至少1种无机纤维。
<1-2.热传递抑制片的厚度>
本实施方式的热传递抑制片的厚度没有特别限定,但优选为0.05mm以上且10mm以下。厚度为0.05mm以上时,能够得到充分的压缩强度。另一方面,厚度为10mm以下时,能够得到热传递抑制片的良好的绝热性。
[2.热传递抑制片的制造方法]
接着,作为热传递抑制片的制造方法例,对本实用新型的第二实施方式的热传递抑制片的制造方法及其条件进行详细说明。
<2-1.热传递抑制片的制造方法>
图4A~图4C是按照制造工序顺序表示本实用新型的第二实施方式的热传递抑制片的构造的示意图。此外,在图4A~图4C中,关于图1所示的第二无机颗粒3,省略记载。
如图4A所示,准备第一有机纤维1、第一无机颗粒2、使树脂粘合剂分散于水中的乳液7、和具有比树脂粘合剂高的玻璃化转变温度的第二有机纤维4,将它们混合并搅拌,由此,得到分散液8。接着,对分散液8进行脱水(脱液),由此,制作湿润片。
然后,对湿润片进行加热。此时,如图4B所示,随着温度的上升,乳液7中的水分蒸发,并且得到熔融的树脂粘合剂13。并且,通过进一步对片进行加热,第二有机纤维4的表面的至少一部分熔融。
然后,通过对片进行冷却,如图4C所示,第二有机纤维4相互熔接而形成熔接部12。另外,通过进一步对片进行冷却,形成固化的树脂粘合剂9,能够得到本实施方式的热传递抑制片。
在通过上述那样的制造方法制造出的第二实施方式的热传递抑制片中,使用了包含树脂粘合剂的乳液7,因此,材料整体均匀地分散,在这些分散液中,第一有机纤维1和第二有机纤维4以不规则的方向存在。
并且,在湿润片被加热至规定的温度的过程中,树脂粘合剂完全熔融,然后,玻璃化转变温度高的第二有机纤维4的表面的一部分熔融。
并且,在对加热后的片进行冷却的过程中,第二有机纤维4中的熔融的表面部分先固化,在第二有机纤维4彼此的相互接触的部位形成熔接部12。
如上所述,在混合了原料的分散液中,第一有机纤维1及第二有机纤维4以不规则的方向存在。因此,在第二有机纤维4的表面的一部分熔融后,若冷却至比第二有机纤维4的玻璃化转变温度低的温度,则第二有机纤维4的至少一部分相互熔接,并且形成立体的骨架11。其结果为,得到的骨架11保持热传递抑制片整体的形状。
另外,随着冷却,与第二有机纤维4的表面接触的第一有机纤维1、第一无机颗粒2和未图示的第二无机颗粒固定于第二有机纤维4的表面,因此,骨架11变得更结实。
之后,若片冷却至比树脂粘合剂的玻璃化转变温度低的温度,则熔融的树脂粘合剂在骨架11的表面固化,并且在第一有机纤维1彼此、第一无机颗粒2彼此、第二无机颗粒彼此、以及各纤维与各颗粒之间固化。由此,第一有机纤维1、第一无机颗粒2及第二无机颗粒粘接于骨架11,通过固化的树脂粘合剂9进一步加强骨架11。
通过这样进行制造,本实施方式的热传递抑制片具有结实的骨架11。另外,在本实施方式中,在120℃以下的温度不具有玻璃化转变温度的第一有机纤维1以不规则的方向存在于热传递抑制片中,因此,在热传递抑制片的使用时,即使在暴露于高温而使第二有机纤维4软化的情况下,也能够维持其形状和强度,能够抑制绝热性能的降低。
此外,在本实施方式中,将第一有机纤维1、第一无机颗粒2、未图示的第二无机颗粒、包含树脂粘合剂的乳液7、和具有比树脂粘合剂高的玻璃化转变温度的第二有机纤维4作为材料,但第二无机颗粒及第二有机纤维4并非是必需的。例如,如上述的第二实施方式所示,可以包含第一无机纤维、第二无机纤维,也可以包含第二无机颗粒、第二有机纤维4、第一无机纤维和第二无机纤维全部。另外,包含树脂粘合剂的乳液7并非必须为乳液的形态,只要通过某种方法使树脂粘合剂均匀地分散于液体中即可,更优选全部材料均匀地分散在分散液中。因此,将第一有机纤维1、第一无机颗粒2、第二无机颗粒、树脂粘合剂、第二有机纤维4和用于制作分散液的液体混合并使之分散即可。此外,作为供树脂粘合剂分散的液体,从降低环境负荷的观点出发,优选使用水。
接着,对本实施方式的热传递抑制片的制造方法中的条件进行说明。
<2-2.湿润片的加热温度>
在对上述湿润片进行加热的工序中,其加热温度设定为比第二有机纤维4的玻璃化转变温度高出10℃以上且50℃以下的范围。
即,将湿润片的加热温度设为t(℃),将第二有机纤维4的玻璃化转变温度设为Tg(℃)时,若为t<Tg+10的关系,则第二有机纤维4的表面的熔融变得不充分,第二有机纤维4彼此的粘接力变弱,因此,无法形成结实的骨架。
另一方面,若为t<Tg+50的关系,则仅第二有机纤维4的表面因加热而熔融,能够构成作为骨架的形状。但是,即使为t≥Tg+50,熔融的第二有机纤维4也会在第一有机纤维1的表面熔融,能够形成基于第一有机纤维1的结实的骨架。
因此,湿润片的加热温度t设为Tg+10(℃)以上,优选为Tg+15(℃)以上。另外,湿润片的加热温度t优选为Tg+50(℃)以下,更优选为Tg+30(℃)以下。
[3.构成热传递抑制片的材料及其含量]
接着,以下对构成上述第一和第二实施方式的热传递抑制片的第一有机纤维1、第二有机纤维4、第一无机颗粒2、第二无机颗粒3、第一无机纤维5、第二无机纤维6、树脂粘合剂9进行详细说明。
<3-1.第一有机纤维>
如上所述,优选的是,第一有机纤维1在低于120℃的温度不具有玻璃化转变温度,即,第一有机纤维1为玻璃化转变温度为120℃以上的结晶性的有机纤维和不具有玻璃化转变温度的有机纤维中的至少1种。通过在热传递抑制片中包含这样的第一有机纤维1,即使是在热传递抑制片中产生了异常的情况,也能够保持片形状。
所谓不具有玻璃化转变温度的有机纤维,在使用弹性模量和强度将机械行为表示为图表的情况下,表示这样的行为:若使温度从常温上升至熔点Tm,则弹性模量平缓地下降,在熔点Tm处急剧地降低。具体而言,结晶无间隙地排列,即使使温度上升至熔点Tm的附近,也会成为结晶也难以活动那样的结晶状态。
这样的状态能够用与弹性模量相关的下式来表示。
第一有机纤维1在200℃以上的温度具有熔点Tm的情况下,第一有机纤维的Tm℃时的弹性模量G1相对于第一有机纤维的23℃时的弹性模量G0的比例,即(G1/G0)×100优选为0.1%以上。
若(G1/G0)×100小于0.1%,则在使温度从23℃上升的情况下,在达到熔点Tm之前弹性模量大幅降低,有时难以充分得到保持热传递抑制片的形状的效果。
例如,关于结晶性的聚对苯二甲酸乙酯纤维(PET纤维),调查上述弹性模量的比例,常温(23℃)时的弹性模量G0为50,000MPa,熔点Tm(约230℃)时的弹性模量G1为200MPa,因此,(G1/G0)×100=0.4(%)。
(《SPS双轴拉伸膜弹性模量的温度依赖性》参照:idemitsu.com,SPS双轴拉伸膜-膜的特征-SPS双轴拉伸膜弹性模量的温度依赖性,出光兴产株式会社,[online],[令和3年12月21日检索],因特网<URL:https://www.idemitsu.com/jp/business/ipc/products/sps/oshidashi/nizikuenshin_2.ht ml>)
作为第一有机纤维1,具体而言,优选选择从聚对苯二甲酸乙酯纤维、聚对苯二甲酸丁二酯纤维、聚对苯二甲酸丙二酯纤维、聚缩醛纤维、聚四氟乙烯纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维中选择出的至少1种。
(3-1-1.第一有机纤维的含量)
若第一有机纤维1的含量过少,则有时无法充分得到保持热传递抑制片的形状的效果。另一方面,若第一有机纤维1的含量过多,则作为其他必须成分的第一无机颗粒2及树脂粘合剂9的含量降低,难以得到所期望的绝热效果及基于树脂粘合剂9的对第一无机颗粒2等的保持效果。因此,第一有机纤维1的含量相对于热传递抑制片总质量优选为1质量%以上且10质量%以下。
(3-1-2.第一有机纤维的平均纤维长度)
第一有机纤维1的纤维长度没有特别限定,从确保成形性、加工性的观点出发,第一有机纤维1的平均纤维长度优选为10mm以下。
另一方面,从使第一有机纤维1作为骨架发挥功能、确保热传递抑制片的压缩强度的观点出发,第一有机纤维1的平均纤维长度优选为0.5mm以上。
<3-2.第二有机纤维>
作为能够在本实施方式中使用的第二有机纤维4,能够使用具有玻璃化转变温度且具有比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高的玻璃化转变温度的纤维。例如,能够使用包含从聚乙烯醇(PVA)纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚氨酯纤维和乙烯-乙烯醇共聚物纤维中选择出的至少1种的有机纤维。
此外,在第一有机纤维1具有玻璃化转变温度的情况下,作为具有玻璃化转变温度的第二有机纤维4,能够使用具有比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高且比第一有机纤维1的玻璃化转变温度低的玻璃化转变温度的纤维。
另外,在第一有机纤维1不具有玻璃化转变温度的情况下,作为具有玻璃化转变温度的第二有机纤维4,能够使用具有比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高的玻璃化转变温度的纤维。
在热传递抑制片的制造时,难以使加热温度比250℃高,因此,第二有机纤维4的玻璃化转变温度优选为250℃以下,更优选为200℃以下。
第二有机纤维4的玻璃化转变温度的下限值没有特别限定,但如果与树脂粘合剂9的玻璃化转变温度之差为10℃以上,则在制造时的冷却工序中,半熔融状态的有机纤维完全固化后,树脂粘合剂固化,因此,能够充分得到基于树脂粘合剂9的对骨架的加强效果。因此,树脂粘合剂9的玻璃化转变温度与第二有机纤维4的玻璃化转变温度之差优选为10℃以上,更优选为30℃以上。
另一方面,若第二有机纤维4与树脂粘合剂9的玻璃化转变温度之差为130℃以下,则能够适当地调整从第二有机纤维4完全固化到树脂粘合剂开始固化为止的时间,树脂粘合剂以良好的分散状态固化,因此,能够进一步得到骨架11的加强效果。因此,树脂粘合剂9的玻璃化转变温度与第二有机纤维4的玻璃化转变温度之差优选为130℃以下,更优选为120℃以下,进一步优选为100℃以下,更进一步优选为80℃以下,特别优选为70℃以下。
在上述第一实施方式中,包含第一有机纤维1和第二有机纤维4这2种有机纤维,但在第一有机纤维1具有玻璃化转变温度的情况下,第一有机纤维1的玻璃化转变温度优选比第二有机纤维4的玻璃化转变温度高10℃以上,更优选高20℃以上。另外,根据需要,也可以进一步包含其他有机纤维。
(3-2-1.第一有机纤维和第二有机纤维合计的含量)
在本实施方式中,若适当地控制第一有机纤维1及第二有机纤维4的含量,则能够充分地获得基于有机纤维的作为骨架的功能。除了第一有机纤维1以外,还包含第二有机纤维4及其他有机纤维的情况下,全部有机纤维合计的含量相对于热传递抑制片的总质量优选为0.5质量%以上,更优选为1质量%以上。另外,优选为12质量%以下,更优选为8质量%以下。
(3-2-2.第二有机纤维的平均纤维长度)
第二有机纤维4的纤维长度也没有特别限定,从确保成形性、加工性的观点出发,第二有机纤维4的平均纤维长度优选为10mm以下。
另一方面,与第一有机纤维1一样,从使第二有机纤维4作为骨架发挥功能、确保热传递抑制片的压缩强度的观点出发,第二有机纤维4的平均纤维长度优选为0.5mm以上。
(3-2-3.第一有机纤维和第二有机纤维的水中溶解温度)
此外,如上所述,在本实施方式中,作为使树脂粘合剂分散的液体,优选使用水。因此,在使用水作为分散液的情况下,作为第一有机纤维和第二有机纤维,优选使用对水的溶解度低的有机纤维。在本实施方式中,作为表示对水的溶解度的指标,使用水中溶解温度。即,第一有机纤维和第二有机纤维的水中溶解温度优选为60℃以上,更优选为70℃以上,进一步优选为80℃以上。
<3-3.树脂粘合剂>
作为能够在本实施方式中使用的树脂粘合剂9,例如,在使热传递抑制片10含有上述第二有机纤维4的情况下,能够使用具有比第二有机纤维4的玻璃化转变温度低的玻璃化转变温度的树脂粘合剂。例如,能够使用包含从苯乙烯-丁二烯树脂、丙烯酸树脂、有机硅-丙烯酸树脂和苯乙烯树脂中选择出的至少1种的树脂粘合剂9。
树脂粘合剂9的玻璃化转变温度没有特别规定,但优选为-10℃以上。
此外,若树脂粘合剂9的玻璃化转变温度为室温以上,则在室温使用具有树脂粘合剂9的热传递抑制片的情况下,能够更进一步提高热传递抑制片的强度。
因此,树脂粘合剂9的玻璃化转变温度例如更优选为20℃以上,进一步优选为30℃以上,更进一步优选为50℃以上,特别优选为60℃以上。
(3-3-1.树脂粘合剂的含量)
在本实施方式中,若适当地控制树脂粘合剂9的含量,则能够充分地得到基于有机纤维的骨架的加强效果。
树脂粘合剂9的含量相对于热传递抑制片的总质量优选为0.5质量%以上,更优选为1质量%以上。另外,优选为20质量%以下,更优选为10质量%以下。
此外,在本实施方式的热传递抑制片中,即使第一有机纤维1及其他有机纤维与树脂粘合剂9的合计的含量与以往的绝热片中的有机材料的含量同等,通过上述构造,相对于压缩的强度也变高,能够实现绝热性能和强度的兼顾。
<3-4.无机颗粒>
作为无机颗粒,可以使用单一的无机颗粒,也可以组合使用2种以上的无机颗粒(第一无机颗粒2及第二无机颗粒3)。作为第一无机颗粒2和第二无机颗粒3,从热传递抑制效果的观点出发,优选使用由从氧化物颗粒、碳化物颗粒、氮化物颗粒和无机水合物颗粒中选择出的至少1种无机材料构成的颗粒,更优选使用氧化物颗粒。另外,第一无机颗粒2和第二无机颗粒3的形状也没有特别限定,优选包含从纳米颗粒、中空颗粒和多孔质颗粒中选择出的至少1种,具体而言,也能够使用二氧化硅纳米颗粒、金属氧化物颗粒、微孔颗粒、中空二氧化硅颗粒等无机中空球、由热膨胀性无机材料构成的颗粒、由含水多孔质体构成的颗粒等。以下,将小径的无机颗粒作为第一无机颗粒2,将大径的无机颗粒作为第二无机颗粒3,对无机颗粒进行更详细的说明。
此外,若并用2种以上的热传递抑制效果互不相同的无机颗粒,则能够多级地对发热体进行冷却,能够在更宽的温度范围内显现吸热作用。因此,在使用纳米颗粒作为第一无机颗粒2的情况下,作为其他无机颗粒,优选包含由金属氧化物构成的后述的第二无机颗粒3。
接着,以下对能够用作第一无机颗粒2的颗粒的材质或形状的一例进行详细的说明。
<3-4-1.第一无机颗粒>
(氧化物颗粒)
氧化物颗粒的折射率高,使光漫反射的效果强,因此,使用氧化物颗粒作为无机颗粒时,特别是在异常发热等高温度区域中能够抑制辐射传热。作为氧化物颗粒,能够使用从二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、锆石、钛酸钡、氧化锌和氧化铝中选择出的至少1种颗粒。即,可以仅使用能够用作无机颗粒的上述氧化物颗粒中的1种,也可以使用2种以上的氧化物颗粒。特别是,二氧化硅是绝热性高的成分,二氧化钛是与其他金属氧化物相比折射率较高的成分,在500℃以上的高温度区域中使光漫反射而遮挡辐射热的效果好,因此,最优选使用二氧化硅和二氧化钛作为氧化物颗粒。
(氧化物颗粒的平均一次粒径:0.001μm以上且50μm以下)
氧化物颗粒的粒径有时会对反射辐射热的效果造成影响,因此,若将平均一次粒径限定为规定的范围,则能够得到更高的绝热性。
即,氧化物颗粒的平均一次粒径为0.001μm以上时,与有助于加热的光的波长相比足够大,使光高效地漫反射,因此,在500℃以上的高温度区域中,热传递抑制片内的热的辐射传热得以抑制,能够进一步提高绝热性。
另一方面,氧化物颗粒的平均一次粒径为50μm以下时,即使被压缩,颗粒间的触点、数量也不会增加,难以形成传导传热的通路,因此,特别是能够减小传导传热对支配性的通常温度区域的绝热性的影响。
此外,在本实用新型中,关于平均一次粒径,能够通过用显微镜观察颗粒,与标准尺度进行比较,取任意10个颗粒的平均,由此来求出平均一次粒径。
(纳米颗粒)
在本实用新型中,纳米颗粒表示球形或接近球形的平均一次粒径小于1μm的纳米级的颗粒。纳米颗粒为低密度,因此,抑制了传导传热,若使用纳米颗粒作为无机颗粒,则空隙进一步细小地分散,因此,能够得到抑制对流传热的优异的绝热性。因此,从在通常的常温区域的电池使用时能够抑制相邻的纳米颗粒间的热的传导的方面来说,优选使用纳米颗粒。
并且,作为氧化物颗粒,若使用平均一次粒径小的纳米颗粒,则即使是热传递抑制片因伴随电池单元的热失控的膨胀而被压缩、使得内部的密度上升的情况下,也能够抑制热传递抑制片的传导传热的上升。其原因被认为在于,纳米颗粒因静电的斥力而容易在颗粒间形成细小的空隙,体积密度低,因此,颗粒被以具有缓冲性的方式填充。
此外,在本实用新型中,在使用纳米颗粒作为无机颗粒的情况下,只要符合上述纳米颗粒的定义,则材质没有特别限定。例如,二氧化硅纳米颗粒为绝热性高的材料,而且颗粒彼此的触点小,因此,通过二氧化硅纳米颗粒传导的热量与使用了粒径大的二氧化硅颗粒的情况相比变小。另外,一般获得的二氧化硅纳米颗粒的体积密度为0.1(g/cm3)左右,因此,例如即使是配置于绝热片的两侧的电池单元热膨胀,对绝热片施加了大的压缩应力的情况,二氧化硅纳米颗粒彼此的触点的大小(面积)、数量也不会显著变大,能够维持绝热性。因此,作为纳米颗粒,优选使用二氧化硅纳米颗粒。作为二氧化硅纳米颗粒,能够使用湿式二氧化硅、干式二氧化硅和气凝胶等。
(纳米颗粒的平均一次粒径:1nm以上且100nm以下)
若将纳米颗粒的平均一次粒径限定为规定的范围,则能够得到更高的绝热性。
即,若将纳米颗粒的平均一次粒径设为1nm以上且100nm以下,则特别是在低于500℃的温度区域中,能够抑制热传递抑制片内的热的对流传热及传导传热,能够进一步提高绝热性。另外,即使是施加了压缩应力的情况,残留在纳米颗粒间的空隙和多个颗粒间的触点也能够抑制传导传热,能够维持热传递抑制片的绝热性。
此外,纳米颗粒的平均一次粒径更优选为2nm以上,进一步优选为3nm以上。另一方面,纳米颗粒的平均一次粒径更优选为50nm以下,进一步优选为10nm以下。
(无机水合物颗粒)
无机水合物颗粒受到来自发热体的热而达到热分解开始温度以上时进行热分解,释放自身具有的结晶水而降低发热体及其周围的温度,显现所谓的“吸热作用”。另外,在释放了结晶水后成为多孔质体,通过无数的空气孔来显现绝热作用。
作为无机水合物的具体例,列举出氢氧化铝(Al(OH)3)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化锌(Zn(OH)2)、氢氧化铁(Fe(OH)2)、氢氧化锰(Mn(OH)2)、氢氧化锆(Zr(OH)2)、氢氧化镓(Ga(OH)3)等。
例如,氢氧化铝具有约35%的结晶水,如下述式所示,热分解而释放结晶水,显现吸热作用。并且,在释放了结晶水后成为作为多孔质体的氧化铝(Al2O3),作为绝热材料发挥功能。
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O
此外,如后所述,本实施方式的热传递抑制片10例如优选夹设于电池单元间,但在发生热失控的电池单元中,急剧上升至超过200℃的温度,温度持续上升至700℃附近。因此,作为无机颗粒,优选由热分解开始温度为200℃以上的无机水合物构成。
关于上述列举的无机水合物的热分解开始温度,氢氧化铝为约200℃、氢氧化镁为约330℃、氢氧化钙为约580℃、氢氧化锌为约200℃、氢氧化铁为约350℃、氢氧化锰为约300℃、氢氧化锆为约300℃、氢氧化镓为约300℃,均与发生热失控的电池单元的急剧的升温的温度范围大致重叠,能够高效地抑制温度上升,因此,可以说是优选的无机水合物。
(无机水合物颗粒的平均二次粒径:0.01μm以上且200μm以下)
另外,在使用无机水合物颗粒作为第一无机颗粒2的情况下,若其平均粒径过大,则位于热传递抑制片10的中心附近的第一无机颗粒2(无机水合物)至达到其热分解温度为止需要一定程度的时间,因此,存在片中心附近的第一无机颗粒2无法完全热分解的情况。因此,无机水合物颗粒的平均二次粒径优选为0.01μm以上且200μm以下,更优选为0.05μm以上且100μm以下。
(由热膨胀性无机材料构成的颗粒)
作为热膨胀性无机材料,能够列举出蛭石、膨润土、云母、珍珠岩等。
(由含水多孔质体构成的颗粒)
作为含水多孔质体的具体例,列举出沸石、高岭石、蒙脱石、酸性白土、硅藻土、湿式二氧化硅、干式二氧化硅、气凝胶、云母、蛭石等。
(无机中空球)
本实用新型中使用的绝热材料可以包含无机中空球作为无机颗粒。
若包含无机中空球,则在低于500℃的温度区域中,能够抑制绝热材料内的热的对流传热或传导传热,能够进一步提高绝热材料的绝热性。
作为无机中空球,能够使用从白砂中空球、二氧化硅中空球、飞灰中空球、重晶石中空球和玻璃中空球中选择出的至少1种。
(无机中空球的含量:相对于绝热材料总质量为60质量%以下)
作为无机中空球的含量,相对于绝热材料总质量,优选为60质量%以下。
(无机中空球的平均粒径:1μm以上且100μm以下)
作为无机中空球的平均粒径,优选为1μm以上且100μm以下。
<3-4-2.第二无机颗粒>
在热传递抑制片中含有2种无机颗粒的情况下,第二无机颗粒3只要材质、粒径等与第一无机颗粒2不同,就没有特别限定。作为第二无机颗粒3,能够使用氧化物颗粒、碳化物颗粒、氮化物颗粒、无机水合物颗粒、二氧化硅纳米颗粒、金属氧化物颗粒、微孔颗粒或中空二氧化硅颗粒等无机中空球、由热膨胀性无机材料构成的颗粒、由含水多孔质体构成的颗粒等,它们的详细情况如上所述。
此外,纳米颗粒的传导传热极小,并且即使是对热传递抑制片施加了压缩应力的情况,也能够维持优异的绝热性。另外,二氧化钛等金属氧化物颗粒遮挡辐射热的效果高。并且,若使用大径的无机颗粒和小径的无机颗粒,则小径的无机颗粒会进入大径的无机颗粒彼此的间隙中,由此,成为更致密的构造,能够提高热传递抑制效果。因此,在使用纳米颗粒作为上述第一无机颗粒2的情况下,优选进一步使热传递抑制片中含有由直径比第一无机颗粒2大的金属氧化物构成的颗粒作为第二无机颗粒3。
作为金属氧化物,能够列举氧化硅、氧化钛、氧化铝、钛酸钡、氧化锌、锆石、氧化锆等。特别是,氧化钛(二氧化钛)是与其他金属氧化物相比折射率高的成分,在500℃以上的高温度区域中使光漫反射而遮挡辐射热的效果高,因此,最优选使用二氧化钛。
(第二无机颗粒的平均一次粒径)
在使热传递抑制片中含有由金属氧化物构成的第二无机颗粒3的情况下,若第二无机颗粒3的平均一次粒径为1μm以上且50μm以下,则能够在500℃以上的高温度区域中高效地抑制辐射传热。第二无机颗粒3的平均一次粒径进一步优选为5μm以上且30μm以下,最优选为10μm以下。
<3-5.第一无机纤维和第二无机纤维>
本实施方式的热传递抑制片优选具有从平均纤维直径、形状和玻璃化转变温度中选择出的至少1种性状互不相同的第一无机纤维5和第二无机纤维6。如在上述第二实施方式中说明的那样,通过含有性状互不相同的2种无机纤维,能够提高热传递抑制片的机械强度和无机颗粒的保持性。
(3-5-1.平均纤维直径和纤维形状不同的2种无机纤维)
在热传递抑制片含有2种无机纤维的情况下,优选的是,第一无机纤维5的平均纤维直径比第二无机纤维6的平均纤维直径大,第一无机纤维5为线状或针状,第二无机纤维6为树枝状或卷曲状。平均纤维直径大的(粗径的)第一无机纤维5具有使热传递抑制片的机械强度、形状保持性提高的效果。通过使2种无机纤维中的一方,例如第一无机纤维5的直径比第二无机纤维6的直径粗,能够得到上述效果。由于存在来自外部的冲击作用于热传递抑制片的情况,因此通过在热传递抑制片中包含第一无机纤维5,使得耐冲击性提高。作为来自外部的冲击,例如是基于电池单元的膨胀的挤压力、电池单元的起火引起的风压等。
另外,为了提高热传递抑制片的机械强度、形状保持性,特别优选第一无机纤维5为线状或针状。此外,线状或针状的纤维是指后述的卷曲度例如小于10%、优选为5%以下的纤维。
更具体而言,为了提高热传递抑制片的机械强度、形状保持性,第一无机纤维5的平均纤维直径优选为1μm以上,更优选为3μm以上。若第一无机纤维5过粗,则向热传递抑制片的成形性、加工性可能降低,因此,第一无机纤维5的平均纤维直径优选为20μm以下,更优选为15μm以下。
此外,若第一无机纤维5过长,成形性、加工性也可能降低,因此,优选将纤维长度设为100mm以下。并且,若第一无机纤维5过短,形状保持性、机械强度也会降低,因此,优选将纤维长度设为0.1mm以上。
另一方面,平均纤维直径细的(细径的)第二无机纤维6具有提高第一有机纤维1和第一无机颗粒2等的保持性、并且提高热传递抑制片的柔软性的效果。因此,优选使第二无机纤维6的直径比第一无机纤维5的直径细。
更具体而言,为了提高第一有机纤维1和第一无机颗粒2等的保持性,优选第二无机纤维6容易变形且具有柔软性。因此,细径的第二无机纤维6的平均纤维直径优选小于1μm,更优选为0.1μm以下。但是,若细径的无机纤维过细,则容易断裂,第一有机纤维1及第一无机颗粒2等的保持能力降低。另外,不保持第一有机纤维1和第一无机颗粒2等、纤维以交织的状态存在于热传递抑制片中的比例变多,除了第一有机纤维1和第一无机颗粒2等的保持能力降低以外,成形性、形状保持性也变差。因此,第二无机纤维6的平均纤维直径优选为1nm以上,更优选为10nm以上。
此外,若第二无机纤维6过长,则成形性、形状保持性降低,因此,第二无机纤维6的纤维长度优选为0.1mm以下。并且,若第二无机纤维6过短,则形状保持性和机械强度降低,因此,第二无机纤维6的纤维长度优选为1μm以上。
另外,第二无机纤维6优选为树枝状或卷曲状。若第二无机纤维6为这样的形状,则在热传递抑制片中,会与第一有机纤维1及第一无机颗粒2等交织。因此,第一有机纤维1及第一无机颗粒2等的保持能力提高。另外,在热传递抑制片受到挤压力、风压时,第二无机纤维6的滑动移动得以抑制,由此,特别是抵抗来自外部的挤压力、冲击的机械强度会提高。
此外,树枝状是指2维或3维地分支的构造,例如为羽毛状、四针状形状、放射线状、立体网眼状。
在第二无机纤维6为树枝状的情况下,其平均纤维直径能够通过利用SEM对干部和支部的直径进行多点测定并计算它们的平均值而得到。
另外,卷曲状是指纤维向各个方向弯曲的构造。作为对卷曲形态定量的方法之一,已知根据电子显微镜照片计算其卷曲度,例如能够根据下述式进行计算。
卷曲度(%)=(纤维长度-纤维末端间距离)/(纤维长度)×100
在此,纤维长度、纤维末端间距离均为电子显微镜照片上的测定值。即,是向2维平面上投影的纤维长度、纤维末端间距离,比现实的值短。根据该式,第二无机纤维6的卷曲度优选为10%以上,更优选为30%以上。若卷曲度小,则第一有机纤维1及第一无机颗粒2等的保持能力降低,难以形成第二无机纤维6彼此、第一无机纤维5与第二无机纤维6之间的交织(网络)。
在上述实施方式中,作为提高热传递抑制片的机械强度、形状保持性、以及第一有机纤维1和第一无机颗粒2等的保持性的方法,使用平均纤维直径和纤维形状互不相同的第一无机纤维5和第二无机纤维6。但是,通过使用玻璃化转变温度、平均纤维直径互不相同的第一无机纤维5和第二无机纤维6,也能够提高热传递抑制片的机械强度、形状保持性和颗粒的保持性。
如上所述,在本实施方式中,为了提高热传递抑制片的机械强度、形状保持性及颗粒的保持性,优选使用各种组合的无机纤维。以下,对与上述图3所示的第二实施方式不同的组合的第一无机纤维及第二无机纤维进行说明,但在本说明书中,为了方便,使用图3对与无机纤维相关的其他实施方式进行说明。
(3-5-2.玻璃化转变温度互不相同的2种无机纤维)
在热传递抑制片含有2种无机纤维的情况下,优选的是,第一无机纤维5为非晶质的纤维,第二无机纤维6为从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的非晶质的纤维中选择出的至少1种纤维。另外,通过与上述2种无机纤维一起使用包含从纳米颗粒、中空颗粒和多孔质颗粒中选择出的至少1种的第一无机颗粒2,能够进一步提高绝热性能。
晶质的无机纤维的熔点通常比非晶质的无机纤维的玻璃化转变温度高。因此,若第一无机纤维5暴露于高温,则其表面比第二无机纤维6先软化,将第一有机纤维1和第一无机颗粒2等粘结起来。因此,通过使热传递抑制片含有上述那样的第一无机纤维5,能够提高绝热层的机械强度。
作为第一无机纤维5,具体而言,优选熔点低于700℃的无机纤维,可以使用很多非晶质的无机纤维。其中,优选包含SiO2的纤维,从价格便宜、也容易获得、且处理性等优异的方面出发,更优选玻璃纤维。
如上所述,第二无机纤维6是由从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的非晶质的纤维中选择出的至少1种构成的纤维。作为第二无机纤维6,能够使用很多结晶性的无机纤维。
若第二无机纤维6由晶质的纤维构成,或玻璃化转变温度比第一无机纤维5高,则在暴露于高温时,即使第一无机纤维5软化,第二无机纤维6也不会熔融或软化。因此,即使在电池单元热失控时也能够维持形状,并持续存在于电池单元间。
另外,若第二无机纤维6不熔融或不软化,则热传递抑制片中含有的各颗粒间、颗粒与纤维之间、及各纤维间的微小空间得以维持,因此,能够发挥基于空气的绝热效果,能够保持优异的热传递抑制性能。
在第二无机纤维6为晶质的情况下,作为第二无机纤维6,能够使用氧化铝纤维、硅酸铝纤维及氧化锆纤维等陶瓷系纤维、二氧化硅纤维、玻璃纤维、玻璃棉、石棉、碳纤维、巴玄武岩纤维、可溶性纤维、耐火陶瓷纤维、气凝胶复合材料、硅酸镁纤维、碱土硅酸盐纤维、氧化锆纤维、钛酸钾纤维,作为上述以外的矿物系纤维,能够使用硅灰石等天然矿物系纤维等。
若是作为第二无机纤维6而列举出的纤维中的、熔点超过1000℃的纤维,则即使产生电池单元的热失控,第二无机纤维6也不会熔融或软化,能够维持其形状,因此,能够适合地使用。
此外,更优选使用作为上述第二无机纤维6而列举出的纤维中的、例如二氧化硅纤维、氧化铝纤维及硅酸铝纤维等陶瓷系纤维、以及天然矿物系纤维,其中,进一步优选使用熔点超过1000℃的纤维。
另外,即使是第二无机纤维6为非晶质的情况,只要是玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的纤维,就能够使用。例如,也可以将玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的玻璃纤维用作第二无机纤维6。
此外,作为第二无机纤维6,可以单独使用例示的各种无机纤维,也可以混合使用2种以上。
如上所述,第一无机纤维5的玻璃化转变温度比第二无机纤维6低,在暴露于高温时,第一无机纤维5先软化,因此,能够利用第一无机纤维5将第一有机纤维1和第一无机颗粒2等粘结。但是,例如在第二无机纤维6为非晶质且其纤维直径比第一无机纤维5的纤维直径细的情况下,若第一无机纤维5与第二无机纤维6的玻璃化转变温度接近,则第二无机纤维6可能先软化。
因此,在第二无机纤维6为非晶质的纤维的情况下,第二无机纤维6的玻璃化转变温度优选比第一无机纤维5的玻璃化转变温度高100℃以上,更优选高300℃以上。
此外,第一无机纤维5的纤维长度优选为100mm以下,优选为0.1mm以上。第二无机纤维6的纤维长度优选为0.1mm以下。这些理由如上所述。
(3-5-3.玻璃化转变温度和平均纤维直径互不相同的2种无机纤维)
在热传递抑制片含有2种无机纤维的情况下,优选的是,第一无机纤维5为非晶质的纤维,第二无机纤维6为从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的非晶质的纤维中选择出的至少1种纤维,第一无机纤维5的平均纤维直径比第二无机纤维6的平均纤维直径大。
如上所述,在本实施方式的热传递抑制片含有2种无机纤维的情况下,优选第一无机纤维5的平均纤维直径比第二无机纤维6大。另外,优选的是,粗径的第一无机纤维5为非晶质的纤维,细径的第二无机纤维6为由从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的非晶质的纤维中选择出的至少1种构成的纤维。由此,第一无机纤维5的玻璃化转变温度低,先行软化,因此,随着温度的上升而成为膜状而***。另一方面,若细径的第二无机纤维6为由从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维5高的非晶质的纤维中选择出的至少1种构成的纤维,则即使温度上升,细径的第二无机纤维6也以纤维的形状残留,因此,能够保持热传递抑制片的构造,能够防止掉粉。
此外,即使是该情况,第一无机纤维5的纤维长度也优选为100mm以下,优选为0.1mm以上。第二无机纤维6的纤维长度优选为0.1mm以下。这些理由如上所述。
另外,在本实施方式的热传递抑制片中,除了上述第一无机纤维5和第二无机纤维6以外,还可以包含不同的无机纤维。
(3-5-4.第一无机纤维和第二无机纤维各自的含量)
在热传递抑制片含有2种无机纤维的情况下,第一无机纤维5的含量相对于热传递抑制片的总质量优选为3质量%以上且30质量%以下,第二无机纤维6的含量相对于热传递抑制片的总质量优选为3质量%以上且30质量%以下。
另外,第一无机纤维5的含量相对于热传递抑制片的总质量更优选为5质量%以上且15质量%以下,第二无机纤维6的含量相对于热传递抑制片的总质量更优选为5质量%以上且15质量%以下。通过设为这样的含量,平衡良好地显现了基于第一无机纤维5的形状保持性、挤压力耐性、抗风压性、以及基于第二无机纤维6的无机颗粒的保持能力。
[4.电池组]
图2是表示本实用新型的实施方式的电池组的示意图。本实施方式的电池组100是将多个电池单元101串联连接或并联连接而成的。另外,在电池单元101间例如夹设本实施方式的热传递抑制片10。并且,电池单元101和热传递抑制片10收纳在电池壳体110中。
此外,热传递抑制片10如上所述。
这样,在热传递抑制片10夹设在各电池单元101之间的情况下,热传递抑制片10具有抑制热传递的效果,因此,能够抑制热向与成为高温的电池单元相邻的电池单元传播。
另外,本实施方式的热传递抑制片10具有高压缩强度,因此,在电池单元101的充放电时,能够抑制这些电池单元的热膨胀。因此,能够确保电池单元间的距离,能够抑制绝热性能的降低,能够防止电池单元的热失控。另外,通过抑制热膨胀的效果,能够防止电池单元的变形,因此,能够抑制对电池壳体110的负荷。
此外,本实施方式的电池组100并不限定于图2所例示的电池组,也可以不仅在电池单元101之间,还在电池单元101与电池壳体110之间配置热传递抑制片10。
在这样构成的电池组100中,在某个电池单元起火的情况下,能够抑制火焰向电池壳体110的外侧扩散。
例如,本实施方式的电池组100有时用于电动汽车(EV:Electric Vehicle)等,配置于搭乘者的地板下。该情况下,假设即使电池单元起火,也能够确保搭乘者的安全。
另外,除了能够使热传递抑制片10夹设于各电池单元之间,还能够使热传递抑制片10配置在电池单元101与电池壳体110之间,因此,不需要重新制作防焰材料等,能够容易地构成低成本且安全的电池组100。
在本实施方式的电池组中,配置于电池单元101与电池壳体110之间的热传递抑制片10与电池单元101可以接触,也可以具有间隙。但是,若在热传递抑制片10与电池单元101之间具有间隙,则即使是多个电池单元中的任一个电池单元的温度上升、体积膨胀的情况,也能够允许电池单元的变形。
此外,本实施方式的热传递抑制片10根据材料的种类及厚度的选择的不同,能够容易地弯曲。因此,不受电池单元101及电池壳体110的形状影响,能够应对任何形状。具体而言,除了方型电池以外,也能够应用于圆筒形电池、平板型电池等。
以上,对各种实施方式进行了说明,但本实用新型当然并不限定于这样的例子。作为本领域技术人员,显然能够在申请文件所记载的范畴内想到各种变更例或修改例,应该了解的是这些当然也属于本实用新型的技术范围。另外,在不脱离实用新型的主旨的范围内,可以任意组合上述实施方式中的各构成要素。
Claims (18)
1.一种热传递抑制片,其特征在于,包含:
第一有机纤维;
第一无机颗粒;以及
树脂粘合剂,
所述第一有机纤维的相互的接触部位被粘接而形成骨架,
所述第一有机纤维与所述第一无机颗粒通过所述树脂粘合剂而被粘接,并保持为片状。
2.根据权利要求1所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片具有第二有机纤维,
在所述第二有机纤维的相互接触的部位形成有熔接部,
所述第一有机纤维和所述第一无机颗粒固定于所述第二有机纤维而形成立体的骨架。
3.根据权利要求1或2所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片还具有平均纤维直径和形状中的至少1种互不相同的第一无机纤维和第二无机纤维。
4.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的平均纤维直径大于所述第二无机纤维的平均纤维直径,
所述第一无机纤维为线状或针状,所述第二无机纤维为树枝状或卷曲状。
5.根据权利要求1或2所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机颗粒包含从纳米颗粒、中空颗粒以及多孔质颗粒中选择出的至少1种。
6.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二无机纤维以与所述第一无机颗粒和所述第一无机纤维交织的状态存在。
7.根据权利要求1或2所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一有机纤维的平均纤维长度为0.5mm以上且10mm以下。
8.根据权利要求2所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二有机纤维的平均纤维长度为0.5mm以上且10mm以下。
9.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的平均纤维直径为1μm以上且20μm以下。
10.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的平均纤维直径为3μm以上且15μm以下。
11.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二无机纤维的平均纤维直径小于1μm。
12.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第二无机纤维的平均纤维直径为0.1μm以下。
13.根据权利要求3所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机纤维的纤维长度为0.1mm以上且100mm以下,
所述第二无机纤维的纤维长度为0.1mm以下。
14.根据权利要求1或2所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片的厚度为0.05 mm以上且10mm以下。
15.一种电池组,其特征在于,
所述电池组具有多个电池单元和权利要求1~14中任一项所述的热传递抑制片,该多个电池单元串联连接或并联连接。
16.根据权利要求15所述的电池组,其特征在于,
所述热传递抑制片介于所述多个电池单元彼此之间。
17.根据权利要求16所述的电池组,其特征在于,
所述多个电池单元及所述热传递抑制片收容于电池壳体中。
18.根据权利要求17所述的电池组,其特征在于,
所述热传递抑制片被配置在各所述电池单元与所述电池壳体之间。
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