CN219066972U - 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,该电池组具有该热传递抑制片,热传递抑制片即使在因电池单元的膨胀而被挤压的情况下也能够维持形状,由此,能够抑制绝热性能的降低。热传递抑制片包含:第一无机颗粒(1)、树脂粘合剂(6)和有机纤维(3),有机纤维(3)的相互的接触部位被粘接而形成骨架(8),树脂粘合剂固化在该骨架的表面,树脂粘合剂(9)熔接于骨架(8)的一部分以及第一无机颗粒(1)的至少一部分,第一无机颗粒(1)的至少一部分粘接于骨架(8)。

Description

热传递抑制片以及电池组
技术领域
本实用新型涉及热传递抑制片以及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
但是,在电池组用的绝热片中,要求即使在电池单元热失控而成为高温的情况下,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电池单元的温度上升的情况下,难以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所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是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及其制造方法、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,
所述热传递抑制片包含第一无机颗粒、树脂粘合剂以及有机纤维,
所述有机纤维的相互的接触部位被粘接而形成骨架,所述树脂粘合剂固化在该骨架的表面,
所述树脂粘合剂熔接于所述骨架的一部分和所述第一无机颗粒的至少一部分,所述第一无机颗粒的至少一部分粘接于所述骨架。
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,
所述有机纤维的至少一部分相互熔接而形成立体的骨架。
结构[3].结构[1]或[2]的热传递抑制片,其特征在于,
所述有机纤维的平均纤维长度为0.5mm以上且10mm以下。
结构[4].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[5].结构[4]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。
结构[6].结构[4]的热传递抑制片,其特征在于,
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[7].结构[4]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[8].结构[4]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[9].结构[8]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[10].结构[4]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1nm以上且小于1μm。
结构[11].结构[10]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10nm以上且0.1μm以下。
结构[12].结构[4]的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片包含直径比所述第一无机颗粒大的第二无机颗粒。
结构[13].结构[12]的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机颗粒、所述第二无机颗粒、所述第一无机纤维及所述第二无机纤维粘接于所述骨架。
结构[14].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电池组涉及的下述结构[15]的结构来达成。
结构[15].一种电池组,其特征在于,所述电池组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,热传递抑制片包含热传递抑制效果优异的第一无机颗粒,因此,热传递抑制效果优异。另外,根据本实用新型的热传递抑制片,利用有机纤维而形成骨架,通过树脂粘合剂来加强骨架。因此,能够实现优异的压缩特性和热传递抑制效果的兼顾,由此,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、以及火焰向电池壳体的外侧扩大。
附图说明
图1A、图1B和图1C是按照工序顺序表示本实用新型的第一实施方式的热传递抑制片的制造方法的示意图。
图2是表示本实用新型的第二实施方式的热传递抑制片的示意图。
图3是表示本实用新型的实施方式的电池组的示意图。
图4A、图4B和图4C是按照工序顺序表示比较例1的试验材料的制造方法的示意图。
图5是表示压缩特性试验方法的示意图。
图6是表示热传递性试验方法的示意图。
图7是表示将横轴设为压缩率、将纵轴设为压缩应力的情况下,各试验材料中的压缩应力相对于压缩率的关系的图表。
图8是表示将横轴设为经过时间、将纵轴设为下表面温度的情况下,各试验材料中的下表面温度相对于经过时间的关系的图表。
图9是表示将横轴设为压缩应力、将纵轴设为热阻率的情况下,各试验材料中的热阻率相对于压缩应力的关系的图表。
标号说明
1:第一无机颗粒;
2:乳液;
3:有机纤维;
4、14:无机纤维;
5、15:分散液;
6、9、16、19:树脂粘合剂;
7:熔接部;
8:骨架;
10:热传递抑制片;
12:第二无机颗粒;
20a、20b、20c:电池单元;
30:电池壳体;
31:第一无机纤维;
32:第二无机纤维;
100:电池组。
具体实施方式
本实用新型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第一无机颗粒、树脂粘合剂和具有比该树脂粘合剂高的玻璃化转变温度的有机纤维,能够提高针对挤压的强度,其结果为,能够维持优异的绝热性能。
具体而言,在热传递抑制片的制造时,在对包含上述材料的湿润片进行加热时,若适当地控制加热温度,则有机纤维为半熔融状态。并且,通过之后的冷却,玻璃化转变温度高的有机纤维先固化,因此,相互接触的部位粘接而形成骨架。然后,通过进一步进行冷却,树脂粘合剂在由有机纤维形成的骨架的表面固化,骨架得以加强。这样,本实用新型的热传递抑制片具有结实的骨架,即使是热传递抑制片因电池单元的膨胀而被挤压的情况,也能够维持其形状,能够抑制绝热性能的降低。
首先,参照附图对本实用新型的实施方式的热传递抑制片的制造方法进行详细说明。之后,对本实施方式的热传递抑制片以及构成热传递抑制片的材料进行详细说明。并且,对本实施方式的电池组进行说明。
此外,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.热传递抑制片的制造方法]
图1A~图1C是按照工序顺序表示本实用新型的第一实施方式的热传递抑制片的制造方法的示意图。
如图1A所示,准备第一无机颗粒1、使树脂粘合剂分散于水中的乳液2、具有比树脂粘合剂高的玻璃化转变温度的有机纤维3、以及无机纤维4,将它们混合并搅拌,由此,得到分散液5。接着,通过对分散液5进行脱水(脱液)来制作湿润片。
之后,对湿润片进行加热。此时,如图1B所示,随着温度的上升,乳液2中的水分蒸发,并且得到熔融的树脂粘合剂6。然后,通过进一步对片进行加热,有机纤维3的表面的至少一部分熔融。
然后,通过对片进行冷却,如图1C所示,有机纤维3相互熔接而形成熔接部7。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。
在通过如上那样的制造方法制造出的本实施方式的热传递抑制片中,使用了含有树脂粘合剂的乳液2,因此,材料整体均匀地分散,在这些分散液中,有机纤维3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,之后,玻璃化转变温度高的有机纤维3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,有机纤维3中的熔融的表面部分先固化,在有机纤维3彼此的相互接触的部位形成熔接部7。
如上所述,在混合了原料的分散液中,有机纤维3以不规则的方向存在。因此,在有机纤维3的表面的一部分熔融后,当冷却至比有机纤维3的玻璃化转变温度低的温度时,有机纤维3的至少一部分相互熔接,形成立体的骨架8。其结果为,得到的骨架8保持热传递抑制片整体的形状。
之后,在片冷却至比树脂粘合剂的玻璃化转变温度低的温度时,熔融的树脂粘合剂在骨架8的表面固化,并且在骨架8与第一无机颗粒1之间以及在骨架8与无机纤维4之间固化。由此,第一无机颗粒1和无机纤维4粘接于骨架8,骨架8通过固化的树脂粘合剂9得以加强。
这样,本实施方式的热传递抑制片具有结实的骨架8,即使是热传递抑制片因电池单元的膨胀而被挤压的情况,也能够维持其形状,能够抑制绝热性能的降低。
此外,在本实施方式中,以第一无机颗粒1、含有树脂粘合剂的乳液2、具有比树脂粘合剂高的玻璃化转变温度的有机纤维3、以及无机纤维4为材料,但无机纤维4不一定是必需的。关于通过添加无机纤维4而得到的效果,在后面进行叙述。另外,关于含有树脂粘合剂的乳液2,并非必须为乳液的形态,只要用某种方法将树脂粘合剂均匀地分散在液体中即可,更优选的是,在分散液中所有的材料都均匀地分散。因此,将第一无机颗粒1、树脂粘合剂(未图示)、有机纤维3、无机纤维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。
<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有机纤维3的玻璃化转变温度高出10℃以上且50℃以下的范围。
即,在将湿润片的加热温度设为t(℃),将有机纤维3的玻璃化转变温度设为Tg(℃)时,若为t<Tg+10的关系,则有机纤维3的表面的熔融变得不充分,有机纤维3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,则有机纤维3因加热而完全熔融,无法构成作为骨架的形状。
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设为Tg+50(℃)以下,优选为Tg+30(℃)以下。
[2.热传递抑制片]
(第一实施方式)
如图1C所示,第一实施方式的热传递抑制片包含第一无机颗粒1、树脂粘合剂9、有机纤维3以及无机纤维4。另外,有机纤维3的玻璃化转变温度比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高。
在这样构成的第一实施方式的热传递抑制片中,第一无机颗粒1为耐热性的材料,另外,在热传递抑制片的内部形成无数不存在熔融后固化的树脂粘合剂9、第一无机颗粒1、有机纤维3和无机纤维4的微小的空间,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效果。
另外,有机纤维3的玻璃化转变温度比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高,因此,如上述制造方法中说明的那样,在制造过程中的加热、冷却时,有机纤维3形成骨架,并且,骨架通过树脂粘合剂9得以加强。
详细而言,本实施方式的热传递抑制片的有机纤维3的至少一部分相互熔接,由此形成立体的骨架8。另外,树脂粘合剂9熔接于骨架8的表面的一部分,并且也熔接于第一无机颗粒1、无机纤维4的一部分,因此,第一无机颗粒1和无机纤维4粘接于骨架,骨架8得以加强。
因此,本实施方式的热传递抑制片具有高强度,即使是施加了挤压力的情况也能够抑制绝热性能的降低。
(第二实施方式)
图2是表示本实用新型的第二实施方式的热传递抑制片的示意图。
如图2所示,第二实施方式的热传递抑制片10包含第一无机颗粒1、树脂粘合剂9、有机纤维3、第二无机颗粒12、第一无机纤维31以及第二无机纤维32。另外,有机纤维3的玻璃化转变温度比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高。另外,第一无机颗粒1及第二无机颗粒12是热传递抑制效果互不相同的无机颗粒,第一无机纤维31及第二无机纤维32是具彼此不同的性状的无机纤维。
在这样构成的第二实施方式的热传递抑制片中,有机纤维3的玻璃化转变温度比树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高,因此,与第一实施方式一样,有机纤维3的至少一部分相互熔接,由此形成立体的骨架8。
另外,树脂粘合剂9熔接于骨架8的表面的一部分,并且第一无机颗粒1、第二无机颗粒12、第一无机纤维31及第二无机纤维32粘接于骨架,骨架8得以加强。
因此,第二实施方式的热传递抑制片也具有高强度,即使是施加了挤压力的情况也能够抑制绝热性能的降低。
另外,在本实施方式中,并用了热传递抑制效果互不相同的第一无机颗粒1及第二无机颗粒12,因此,能够多级地对发热体进行冷却,能够在更大的温度范围内显现吸热作用,能够进一步提高绝热性能。
并且,在本实施方式中,具有从平均纤维直径、形状及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31及第二无机纤维32,因此,能够提高热传递抑制片10的机械强度、以及第一无机颗粒1及第二无机颗粒12的保持性。
以下,对本实施方式的热传递抑制片中使用的材料进行详细说明。
<2-1.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,只要具有比后述的有机纤维3的玻璃化转变温度低的玻璃化转变温度,就没有特别限定。例如,可以使用包含从苯乙烯-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,则在室温时使用了具有树脂粘合剂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。
(2-1-1.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3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10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10中,即使有机纤维3和树脂粘合剂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,通过上述结构,针对压缩的强度也变高,能够实现绝热性能和强度的兼顾。
<2-2.有机纤维>
作为能够在本实施方式中使用的有机纤维3,只要具有比上述树脂粘合剂9的玻璃化转变温度高的玻璃化转变温度,就没有特别限定。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3。
此外,在热传递抑制片的制造时,难以使加热温度高于250℃,因此,有机纤维3的玻璃化转变温度优选设为250℃以下,更优选设为200℃以下。
有机纤维3的玻璃化转变温度的下限值也没有特别限定,但若与上述树脂粘合剂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,在半熔融状态的有机纤维3完全固化后,树脂粘合剂固化,因此,能够充分地得到树脂粘合剂9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有机纤维3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,若两者的玻璃化转变温度之差为130℃以下,则能够适当地调整从有机纤维3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,能够更进一步得到骨架8的加强效果。因此,树脂粘合剂9的玻璃化转变温度与有机纤维3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。
在本实施方式的热传递抑制片中,在包含2种以上的有机纤维的情况下,只要至少1种有机纤维是作为骨架发挥作用的有机纤维,即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即可。此外,与上述一样,树脂粘合剂9的玻璃化转变温度与至少1种有机纤维的玻璃化转变温度之差优选为10℃以上,更优选为30℃以上,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。
在本实施方式中,若适当地控制有机纤维3及树脂粘合剂9的含量,则能够充分地得到作为基于有机纤维3的骨架的功能,并且能够充分地得到树脂粘合剂9对骨架的加强效果。有机纤维3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。此外,在热传递抑制片包含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多个有机纤维的情况下,这些多个有机纤维的合计量优选为上述有机纤维3的含量的范围内。
如上所述,在本实施方式的热传递抑制片中,在包含2种以上的有机纤维的情况下,只要至少1种有机纤维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即可,但作为其他有机纤维,优选含有不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维。
不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维不具有软化点,因此,即使是在本实施方式中暴露于成为骨架的有机纤维软化那样的高温的情况下,也能够维持热传递抑制片整体的强度。
另外,通过含有不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维,在常温时,该有机纤维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、处理性。
此外,作为不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维,列举出聚酯(PET)纤维。
另外,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,在使用水的情况下,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,有机纤维3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。
有机纤维3的纤维长度也没有特别限定,但从确保成形性、加工性的观点出发,有机纤维3的平均纤维长度优选为10mm以下。
另一方面,从使有机纤维3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,有机纤维3的平均纤维长度优选为0.5mm以上。
<2-3.无机颗粒>
无机颗粒的平均二次粒径为0.01μm以上时,容易获得,能够抑制制造成本的上升。另外,无机颗粒的平均二次粒径为为200μm以下时,能够得到所希望的绝热效果。因此,无机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。
作为无机颗粒,可以使用单一的无机颗粒,也可以组合2种以上的无机颗粒(第一无机颗粒1及第二无机颗粒12)来使用。作为第一无机颗粒1及第二无机颗粒12,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、氮化物颗粒及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1和第二无机颗粒12的形状也没有特别限定,但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、以及由含水多孔质体构成的颗粒等。
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,能够在更大的温度范围内显现吸热作用。具体而言,优选混合使用大径颗粒和小径颗粒。例如,在使用纳米颗粒作为一方无机颗粒的情况下,作为另一方无机颗粒,优选包含由金属氧化物构成的无机颗粒。以下,将小径的无机颗粒作为第一无机颗粒1、将大径的无机颗粒作为第二无机颗粒12,对无机颗粒进行更详细的说明。
<2-3-1.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第一无机颗粒1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,颗粒间的接点、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第一无机颗粒1,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第一无机颗粒1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,而且颗粒彼此的接点小,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接点的大小(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接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1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1(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1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第一无机颗粒1。
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。
<2-3-2.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12只要材质、粒径等与第一无机颗粒1不同,就没有特别限定。作为第二无机颗粒12,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1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1大的金属氧化物构成的颗粒作为第二无机颗粒12。
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12的情况下,若第二无机颗粒12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12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。
<2-4.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31和第二无机纤维32。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第一无机颗粒1、第二无机颗粒12的保持性。
(2-4-1.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31的平均纤维直径比第二无机纤维32的平均纤维直径大,第一无机纤维31为线状或针状,第二无机纤维32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31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31的直径比第二无机纤维32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31,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31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31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31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31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31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31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32具有提高有机纤维3和第一无机颗粒1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32的直径比第一无机纤维31的直径细。
更具体而言,为了提高有机纤维3和第一无机颗粒1等的保持性,优选第二无机纤维32容易变形且具有柔软性。因此,细径的第二无机纤维32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,有机纤维3及第一无机颗粒1等的保持能力会降低。另外,不保持有机纤维3和第一无机颗粒1等、纤维以交织的状态存在于热传递抑制片中的比例变多,除了有机纤维3和第一无机颗粒1等的保持能力降低以外,成形性、形状保持性也会变差。因此,第二无机纤维32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32过长,则成形性、形状保持性降低,因此,第二无机纤维32的纤维长度优选为0.1mm以下。此外,若第二无机纤维32过短,则形状保持性、和机械强度降低,因此,第二无机纤维32的纤维长度优选为1μm以上。
另外,第二无机纤维32优选为树枝状或卷曲状。若第二无机纤维32为这样的形状,则在热传递抑制片中,会与有机纤维3及第一无机颗粒1等交织。因此,有机纤维3及第一无机颗粒1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32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32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32的卷曲度优选为10%以上,更优选为30%以上。若卷曲度小,则有机纤维3及第一无机颗粒1等的保持能力降低,难以形成第二无机纤维32彼此、第一无机纤维31与第二无机纤维32之间的交织(网)。
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、以及有机纤维3和第一无机颗粒1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31和第二无机纤维32。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31和第二无机纤维32,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2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2对与无机纤维相关的其他实施方式进行说明。
(2-4-2.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31为非晶质的纤维,第二无机纤维32为从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维31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1,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31暴露于高温,则其表面比第二无机纤维32先软化,将有机纤维3和第一无机颗粒1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31,能够提高绝热层的机械强度。
作为第一无机纤维31,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32是由从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维31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32,能够使用很多结晶性的无机纤维。
若第二无机纤维32由晶质的纤维构成,或玻璃化转变温度比第一无机纤维31高,则在暴露于高温时,即使第一无机纤维31软化,第二无机纤维32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32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32为晶质的情况下,作为第二无机纤维32,能够使用二氧化硅纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维、碳纤维、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、钛酸钾纤维等陶瓷系纤维、玻璃纤维、玻璃棉等玻璃系纤维、石棉、玄武岩纤维,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32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32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32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32为非晶质的情况,只要是玻璃化转变温度比第一无机纤维31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31高的玻璃纤维用作第二无机纤维32。
此外,作为第二无机纤维32,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31的玻璃化转变温度比第二无机纤维32低,在暴露于高温时,第一无机纤维31先软化,因此,能够利用第一无机纤维31将有机纤维3和第一无机颗粒1等粘结。但是,例如在第二无机纤维32为非晶质且其纤维直径比第一无机纤维31的纤维直径细的情况下,若第一无机纤维31与第二无机纤维32的玻璃化转变温度接近,则第二无机纤维32可能先软化。
因此,在第二无机纤维32为非晶质的纤维的情况下,第二无机纤维32的玻璃化转变温度优选比第一无机纤维31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31的纤维长度优选为100mm以下,优选为0.1mm以上。第二无机纤维32的纤维长度优选为0.1mm以下。这些理由如上所述。
(2-4-3.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31为非晶质的纤维,第二无机纤维32为从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维31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31的平均纤维直径比第二无机纤维32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31的平均纤维直径比第二无机纤维32大。另外,优选的是,粗径的第一无机纤维31为非晶质的纤维,细径的第二无机纤维32为由从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维31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31的玻璃化转变温度低,提早软化,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32为由从晶质的纤维和玻璃化转变温度比第一无机纤维31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32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31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32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31和第二无机纤维32以外,还可以包含不同的无机纤维。
(2-4-4.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31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32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31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32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,平衡良好地体现了基于第一无机纤维31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32的无机颗粒的保持能力。
<2-5.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。
[3.电池组]
图3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具有多个电池单元20a、20b、20c和本实施方式的热传递抑制片,该多个电池单元串联连接或并联连接。
例如,如图3所示,本实施方式的热传递抑制片10夹设于电池单元20a与电池单元20b之间、以及电池单元20b与电池单元20c之间。并且,电池单元20a、20b、20c以及热传递抑制片10收纳在电池壳体30中。
此外,关于热传递抑制片10,与上文所述相同。
在这样构成的电池组100中,即使是某个电池单元20a为高温的情况下,在其与电池单元20b之间存在具有热传递抑制效果的热传递抑制片10,因此,也能够抑制热向电池单元20b的传播。
另外,本实施方式的热传递抑制片10具有高的压缩强度,因此,即使在电池单元20a、20b、20c的充放电时,也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30的负荷。
此外,本实施方式的电池组100并不限定于图3所例示的电池组,不仅在电池单元20a与电池单元20b之间、以及电池单元20b与电池单元20c之间,还可以在电池单元20a、20b、20c与电池壳体30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30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,除了将热传递抑制片10夹设于各电池单元间,还能够将热传递抑制片10配置在电池单元20a、20b、20c与电池壳体30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20a、20b、20c与电池壳体30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20a、20b、20c之间具有间隙,则即使是多个电池单元中的、任一电池单元的温度上升、体积膨胀的情况下,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,而能够容易地弯曲。因此,不受电池单元20a、20b、20c以及电池壳体30的形状影响,而能够应对任何形状的结构。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。
[实施例]
以下,列举实施例和比较例对本实用新型进行详细说明,但本实用新型并不限定于这些实施例和比较例。
<试验材料的制作>
(实施例1)
作为有机纤维,准备了作为不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维的聚酯(PET)纤维、以及具有玻璃化转变温度的聚乙烯醇(PVA)纤维,作为树脂粘合剂,准备了玻璃化转变温度为58℃的胶乳溶液,作为第一无机颗粒、第二无机颗粒,准备了二氧化硅颗粒、氧化钛颗粒,并且作为其他成分,准备了作为无机纤维的二氧化硅系纤维、玻璃纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·聚酯纤维(3份):0.1分特×3mm(平均纤维长度)
·PVA纤维(5份):VPB 053(株式会社可乐丽制造)、0.55分特×3mm
·胶乳溶液(苯乙烯-丁二烯树脂成分5份):玻璃化转变温度58℃
·第一无机颗粒、第二无机颗粒(合计70份):二氧化硅颗粒及氧化钛颗粒
·第一无机纤维(7份):二氧化硅系纤维
·第二无机纤维(10份):玻璃纤维、CS 3J-888S(日东纺株式会社制造)、纤维直径10μm×纤维长度6mm
利用碎浆机使上述材料分散于水中,调制均匀的抄纸浆料(分散液)后,使用抄纸机进行脱水,由此,得到湿润片。
然后,使用表面温度为140℃的杨克式干燥机进行干燥后,通过热风干燥加热至250℃,得到干燥片。然后,对干燥片进行冷却,由此,制作基重为600(g/m2)、厚度为1.5mm的实施例1的试验材料。
此外,相对于得到的实施例1的试验材料总质量,聚酯纤维的含量为3质量%,PVA纤维的含量为5质量%,树脂粘合剂(苯乙烯-丁二烯树脂)的含量为5质量%。
(实施例2)
作为有机纤维,准备作为不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维的聚酯(PET)纤维、及具有玻璃化转变温度的聚乙烯醇(PVA)纤维,作为树脂粘合剂准备玻璃化转变温度为-9℃的胶乳溶液,作为无机颗粒准备二氧化硅颗粒,并且作为其他成分准备作为无机纤维的二氧化硅系纤维、玻璃纤维。
·聚酯纤维(3份):0.1分特×3mm
·PVA纤维(5份):VPB 053(株式会社可乐丽制造)、0.55分特×3mm(平均纤维长度)
·胶乳溶液(丙烯酸树脂成分5份):玻璃化转变温度为-9℃
·第一无机颗粒、第二无机颗粒(合计70份):二氧化硅颗粒及氧化钛颗粒
·第一无机纤维(7份):二氧化硅系纤维
·第二无机纤维(10份):玻璃纤维、CS 3J-888S(日东纺株式会社制造)、纤维直径10μm×纤维长度6mm
然后,与实施例1一样地制作湿润片,对其进行加热,使其干燥后进行冷却,由此制作基重为600(g/m2)、厚度为1.5mm的实施例2的试验材料。
此外,相对于得到的实施例2的试验材料总质量,聚酯纤维的含量为3质量%,PVA纤维的含量为5质量%,树脂粘合剂(丙烯酸树脂)的含量为5质量%。
(比较例1)
为了明确与实施例的差异,参照附图对比较例1的制造方法进行说明。图4A~图4C是按照工序顺序表示比较例1的试验材料的制造方法的示意图。
如图4A所示,作为树脂粘合剂,准备了玻璃化转变温度为-9℃的胶乳溶液,作为无机颗粒11,准备了二氧化硅颗粒及氧化钛颗粒,并且作为其他成分,准备了作为无机纤维14的二氧化硅系纤维、玻璃纤维。
·聚酯纤维(3份):0.1分特×3mm
·胶乳溶液(丙烯酸树脂成分10份):玻璃化转变温度为-9℃
·无机颗粒11(第一无机颗粒、第二无机颗粒)(合计70份):二氧化硅颗粒及氧化钛颗粒
·无机纤维14(第一无机纤维、第二无机纤维):二氧化硅系纤维(7份)、玻璃纤维(10份)、CS 3J-888S(日东纺株式会社制造)、纤维直径10μm×纤维长度6mm
利用碎浆机使上述材料分散于水中,调制均匀的抄纸浆料(分散液15)后,使用抄纸机进行脱水,由此,得到湿润片。
然后,使用表面温度为140℃的杨克式干燥机进行干燥后,用热风干燥机加热至250℃。由此,如图4B所示,水分随着温度的上升而蒸发,并且得到熔融的树脂粘合剂16。
然后,通过进行冷却,如图4C所示,无机颗粒11和无机纤维14通过固化的树脂粘合剂19而粘接。
这样,制作基重为600(g/m2)、厚度为1.5mm的比较例1的试验材料。
关于各试验材料中使用的材料的玻璃化转变温度,示于下述表1。
此外,树脂粘合剂和有机纤维的玻璃化转变温度能够通过差示扫描量热测定(DSC:Differential Scanning Calorimetry)、动态粘弹性测定(DMA:Dynamic MechanicalAnalysis)、热机械分析(TMA:ThermoMechanical Analysis)计算。
其中,上述实施例和比较例中使用的2种有机纤维中的、聚酯(PET)纤维如上所述是不具有玻璃化转变温度的结晶状态的有机纤维,因此,下述表1所示的有机纤维的玻璃化转变温度表示具有玻璃化转变温度的聚乙烯醇(PVA)纤维的玻璃化转变温度。
[表1]
Figure BDA0004000763840000241
<试验材料的评价方法>
对各试验材料实施压缩特性试验、热传递性试验及绝热性能试验,评价压缩特性及绝热性能。
(压缩特性试验)
如图5所示,使用万能试验机,在上板21与下板22之间配置试验材料23,使上板21向下方移动,由此,挤压试验材料23。此外,将试验材料23的尺寸设为25mm×25mm×1.5mm,将压缩速度设为0.5(mm/分钟),将最大压缩应力设为5MPa。
然后,将试验材料23的初始厚度设为D0(mm),将压缩量(减少的厚度)设为Dd(mm),通过下式计算压缩率C(%)。
C=Dd/D0×100
此外,压缩特性试验针对实施例1和比较例1实施。
(热传递性试验)
如图6所示,准备铁制的上盘24和下盘25,在下盘25之上载置试验材料26。接着,将加热至800℃的上盘24配置于试验材料26的上表面26a,以3.5MPa的压力向下方加压。此时,在试验材料26的下表面26b与下盘25之间设置温度传感器(未图示),测定下表面温度Tc(℃),并且在试验材料26的上表面26a与上盘24之间设置温度传感器(未图示),测定上表面温度Th(℃)。并且,观察下表面温度Tc(℃)相对于时间的变化。
(绝热性能试验)
关于绝热性能,首先,使用导热率的测定方法中的相当于非稳态法的热线法,测定常温下的导热率λ(W/m·K),得到试验材料的导热率λ(W/m·K)。
然后,使用试验材料的导热率λ(W/m·K)、初始厚度D0(m)和压缩率C(%),通过下式计算热阻值R(m2·K/W)。
R=D0/λ×(100-C)/100
<试验材料的评价结果>
(压缩特性试验结果)
图7是表示将横轴设为压缩率,将纵轴设为压缩应力的情况下,各试验材料中的压缩应力相对于压缩率的关系的图表。
如图7所示,示出了这样的情况:实施例1和实施例2中,与比较例1相比,施加相同压力的情况下的压缩率低,压缩特性优异。特别是,实施例1与实施例2相比,树脂粘合剂的玻璃化转变温度为20℃以上,并且有机纤维与树脂粘合剂的玻璃化转变温度之差为62℃,均在本实用新型的优选范围内,因此,能够得到优异的压缩特性。
(热传递性试验结果)
图8是表示将横轴设为经过时间、将纵轴设为下表面温度的情况下,各试验材料中的下表面温度相对于经过时间的关系的图表。
如图8所示,实施例1与比较例1相比,下表面温度的峰值低。即,示出了实施例1具有优异的绝热性。
此外,如图4C所示,比较例1没有形成基于有机纤维的骨架,因此,通过用800℃的上盘24进行加热,试验材料的强度劣化,并且通过挤压,形成缺陷29,压缩强度降低。
(绝热性能试验结果)
图9是表示将横轴设为压缩应力、将纵轴设为热阻率的情况下,各试验材料中的热阻率相对于压缩应力的关系的图表。
如图9所示,与比较例1相比,实施例1和实施例2中,在任意压缩应力下均示出高的热阻率。特别是,实施例1与实施例2相比,树脂粘合剂的玻璃化转变温度、及有机纤维与树脂粘合剂的玻璃化转变温度之差均在本实用新型的优选范围内,因此,即使使压缩应力增加,热阻率的降低程度也很小。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,显然能够在权利要求书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,
所述热传递抑制片包含第一无机颗粒、树脂粘合剂以及有机纤维,
所述有机纤维的相互的接触部位被粘接而形成骨架,所述树脂粘合剂固化在该骨架的表面,
所述树脂粘合剂熔接于所述骨架的一部分和所述第一无机颗粒的至少一部分,所述第一无机颗粒的至少一部分粘接于所述骨架。
2.根据权利要求1所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述有机纤维的至少一部分相互熔接而形成立体的骨架。
3.根据权利要求1或2所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述有机纤维的平均纤维长度为0.5mm以上且10mm以下。
4.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。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求4所述的热传递抑制片,其特征在于,
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。
7.根据权利要求4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。
8.根据权利要求4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。
9.根据权利要求8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。
10.根据权利要求4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1nm以上且小于1μm。
11.根据权利要求10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10nm以上且0.1μm以下。
12.根据权利要求4所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片包含直径比所述第一无机颗粒大的第二无机颗粒。
13.根据权利要求12所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述第一无机颗粒、所述第二无机颗粒、所述第一无机纤维及所述第二无机纤维粘接于所述骨架。
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0.05mm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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