CN220341331U - 热传递抑制片及电池组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种热传递抑制片及电池组,所述热传递抑制片具有能够保持热传递抑制片的形状的强度,并且无机颗粒的保持性能高,由此,能够维持优异的隔热性能。所述热传递抑制片具有:无机颗粒;由第一有机材料构成的有机纤维;和包覆所述有机纤维的外周面的熔覆部,所述熔覆部包含第二有机材料和所述无机颗粒,相邻的所述有机纤维通过所述熔覆部而彼此熔接,所述有机纤维和所述熔覆部形成立体的骨架。
Description
技术领域
本实用新型涉及热传递抑制片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,正在积极地进行由电动马达驱动的电动汽车或混合动力车等的开发。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、将多个电池单元串联连接或并联连接而构成的电池组。
另外,该电池单元主要使用与铅蓄电池、镍氢电池等相比能够高容量且高输出的锂离子二次电池。而且,在由于电池的内部短路、过充电等原因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向相邻的其他电池单元传播,从而有可能引起其他电池单元的热失控。
作为抑制来自发生了上述那样的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隔热片的方法。
例如,专利文献1中公开了一种电池组用的隔热片,其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,并限定了第一颗粒的含量。另外,专利文献1中记载了如下内容:隔热片可以包含由选自纤维、粘合剂和耐热树脂中的至少1种构成的结合材料。
另外,上述专利文献1中记载了如下内容:作为第一颗粒,可以使用干式二氧化硅或湿式二氧化硅,该隔热片可以通过干式成型法或湿式抄造法来制造。
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
实用新型所要解决的技术问题
另外,作为制造隔热片时的粘合剂,例如可举出湿热粘接粘合剂纤维,但湿热粘接粘合剂纤维为了体现其粘接性,而需要在制造时成为湿润状态。因此,在使用湿热粘接粘合剂纤维的情况下,需要通过湿式抄造法来制造隔热片。
但是,在以进一步提高隔热性能为目的,而使用热传导率低的干式二氧化硅、二氧化硅气凝胶的情况下,存在无法通过湿式抄造法制造隔热片的问题。这是因为,若通过湿式抄造法将包含干式二氧化硅的材料成型为片状,则干式二氧化硅因水而凝聚,热传导率会上升。另外,通常二氧化硅气凝胶难以分散于水中,因此若通过湿式抄造法对包含二氧化硅气凝胶的材料进行成型,则无法得到材料均匀分散的隔热片,成为品质降低的原因。
另一方面,当使用干式二氧化硅或二氧化硅气凝胶等无机颗粒,通过干式成型法制造隔热片时,有时由于压力、冲击等而发生无机颗粒的脱落(以下也称为粉末脱落)。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有所上升。因此,在将隔热片配置于电池组的电池单元间的情况下,若隔热片整体的强度低,则在电池单元的充放电时等,由于电池单元的膨胀,而隔热片被压缩从而产生粉末脱落,隔热性能会降低。其结果为,在电池单元热失控而成为高温的情况下,无法发挥隔热片的效果,有时产生热连锁。由此,要求研发如下的隔热片及其制造方法:具有能够持续保持形状的高强度、能够抑制粉末脱落、并且能够维持优异的隔热性。
上述专利文献1中记载的隔热片即使在压缩应力增加的情况下,也能够维持优异的隔热性,但关于隔热性、强度和抑制粉末脱落的性能,要求进一步的改良。
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热传递抑制片的制造方法、热传递抑制片及具有该热传递抑制片的电池组,所述热传递抑制片具有即使在对热传递抑制片施加了压缩应力的情况下也能够保持其形状的强度,并且无机颗粒的保持性能高,由此能够维持优异的隔热性能。
用于解决技术问题的手段
另外,本实用新型的上述目的通过热传递抑制片涉及的下述[1]的构成来实现。
[1]、一种热传递抑制片,其特征在于,所述热传递抑制片具有:无机颗粒;由第一有机材料构成的有机纤维;和包覆所述有机纤维的外周面的熔覆部,
所述熔覆部包含第二有机材料和所述无机颗粒,
相邻的所述有机纤维通过所述熔覆部而彼此熔接,所述有机纤维和所述熔覆部形成立体的骨架。
另外,热传递抑制片涉及的本实用新型的优选实施方式涉及以下的[2]~[5]。
[2]、在[1]的热传递抑制片中,其特征在于,所述无机颗粒为氧化物颗粒、碳化物颗粒、氮化物颗粒及无机水合物颗粒中的1种由无机材料构成的颗粒。
[3]、在[2]的热传递抑制片中,其特征在于,所述无机颗粒包含干式二氧化硅颗粒和二氧化硅气凝胶中的1种颗粒。
[4]、在[3]的热传递抑制片中,其特征在于,所述无机颗粒还包含二氧化钛、锆石、氧化锆、碳化硅、氧化锌和氧化铝中的1种颗粒。
[5]、在[1]至[4]中任一项的热传递抑制片,其特征在于,所述第一有机材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及尼龙中的1种,所述第二有机材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯及尼龙中的1。
另外,本实用新型的上述目的通过电池组涉及的下述[6]的构成来实现。
[6]一种电池组,其特征在于,所述电池组具有[1]至[5]中任一项的热传递抑制片和多个电池单元,所述多个电池单元串联连接或并联连接。
实用新型效果
另外,根据本实用新型的热传递抑制片,由于包含热传递抑制效果优异的无机颗粒,因此能够得到优异的隔热性。另外,根据本实用新型的热传递抑制片,具有有机纤维和包覆其外周面的熔覆部,通过该熔覆部,有机纤维的表观上的纤维直径***,因此能够提高由有机纤维构成的骨架的强度。因此,能够得到优异的强度,由此,能够防止粉末脱落,并且能够维持优异的隔热性能。
根据本实用新型的电池组,由于具备如上述那样具有高强度和优异的隔热性能的热传递抑制片,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外侧扩大。
附图说明
图1是示出本实用新型的第一实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法的一部分的示意图,是示出原料混合后的状态的示意图。
图2是示出通过根据本实用新型的第一实施方式涉及的制造方法制造的热传递抑制片的结构的示意图。
图3是示出通过本实用新型的第一实施方式涉及的制造方法制造的热传递抑制片的结构的示意性截面图。
图4是示出通过本实用新型的第二实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法制造的热传递抑制片的结构的示意图。
图5是示出湿式二氧化硅和干式二氧化硅在各温度的热传导率的变化的曲线图。
图6是示出本实用新型的实施方式涉及的电池组的示意图。
图7是示出飞散率的测定方法的示意图。
图8是示出比较例3和实施例1在各温度的热传导率的变化的曲线图。
图9是示出在设纵轴为飞散率、设横轴设为击打次数的情况下的、伴随击打次数的飞散率的变化的曲线图。
标号说明
1:芯部;
2:鞘部;
3:粘合剂纤维;
4:无机颗粒;
5:熔覆部;
6:纤维部;
7:第二有机材料;
8:母材部;
9:混合物;
10、13:热传递抑制片;
12:裂纹;
16:固化部;
17:固化层;
20a、20b、20c:电池单元;
30:电池壳体;
100:电池组。
具体实施方式
本实用新型的发明人等对能够解决上述技术问题的热传递抑制片进行了深入研究。
其结果发现,通过使用具有高熔点的芯部和低熔点的鞘部的芯鞘构造的粘合剂纤维,利用干式法制造热传递抑制片,能够将芯部作为骨架而得到高强度,并且鞘部熔融而保持无机颗粒,由此能够抑制粉末脱落。
具体而言,在热传递抑制片的制造时,在加热片材料时,若以不使芯部熔融的方式设定加热温度,则能够仅使低熔点的鞘部熔融。然后,通过冷却,鞘部在包含周围的无机颗粒的状态下再次熔覆于芯部。因此,冷却后,芯部和包含无机颗粒的熔覆部成为骨架,能够提高热传递抑制片的强度。另外,鞘部熔融而与无机颗粒一起熔覆于芯部,由此热传递抑制片的表面的无机颗粒被保持于片表面,因此能够抑制粉末脱落。其结果是,即使在对热传递抑制片施加了压力、冲击的情况下,也能够维持高隔热性能。
以下,对本实用新型的实施方式的热传递抑制片的制造方法、热传递抑制片及电池组进行详细说明。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]
<第一实施方式>
图1是表示本实用新型的第一实施方式涉及的热传递抑制片制造方法的一部分中原料混合后的状态的示意图。图2是表示通过本实用新型的第一实施方式涉及的制造方法制造的热传递抑制片的结构的示意图,图3是其剖视图。
(加工工序)
如图1所示,首先,将无机颗粒4和具有芯鞘构造的粘合剂纤维3以规定的比例投入到V型混合机等混合机中,制作混合物9。在本实施方式中,由于通过干式法制造热传递抑制片,因此在混合物9中不添加通过湿式法成型时所需的水等溶剂。但是,在热传递抑制片的制造时,为了防止无机颗粒等粉体飞舞而使原料的处理变得困难,在本实施方式中,也可以在成为干式法的范围内添加少量的水等溶剂。例如,通过在混合物9中添加水等少量的溶剂,能够进一步抑制制造时的无机颗粒的飞散。
并且,粘合剂纤维3具有沿纤维的长度方向延伸的芯部1和以包覆芯部1的外周面的方式形成的鞘部2,芯部1由第一有机材料构成,鞘部2由第二有机材料构成。另外,第一有机材料的熔点高于第二有机材料的熔点。
然后,将得到的混合物9投入到规定的模具内,利用冲压机等进行加压,对得到的成型体(未图示)进行加热。此时,通过加热,粘合剂纤维3的鞘部2熔融,形成包含存在于芯部1的周围的无机颗粒的未图示的熔融部。然后,如图2和图3所示,通过冷却加热后的混合物,熔融的鞘部2再次熔覆于芯部1,形成包含熔覆部5以及芯部1的纤维部6,该熔覆部5包含构成鞘部2的第二有机材料7和无机颗粒4。另外,在多个纤维部6之间形成有包含无机颗粒4的母材部8。由此,能够得到被加工成片状的热传递抑制片10。
根据本实施方式的制造方法,构成芯部1的第一有机材料的熔点比构成鞘部2的第二有机材料的熔点高,因此在加热混合物9时,能够保留芯部1而使鞘部2熔融。因此,通过芯部1,能够确保热传递抑制片10的强度。另外,在冷却后,芯部1的外周面被包含无机颗粒4的第二有机材料7包覆,形成熔覆部5,因此能够保持无机颗粒4。另外,所得到的纤维部6通过芯部1和熔覆部5而成为具有较粗的纤维直径的结构,因此与只有芯部1的强度相比成为更高强度。并且,在混合物9中,粘合剂纤维3以不规则的方向存在,有时粘合剂纤维3在一部分彼此接触。于是,如图2的接触部11所示,在熔融的鞘部2被冷却时,相邻的芯部1彼此通过熔覆部5而相互熔接,形成立体的骨架。其结果是,能够将热传递抑制片整体的形状保持为更高强度。
并且,作为热传递抑制片的原料,也可以在混合物9中含有热熔粉末等粘接剂,详细情况将在后文叙述。通过适当地调整混合物9中含有的粘接剂的种类和含量,能够提高无机颗粒4的保持力,进一步抑制粉末脱落。
并且,作为粘合剂纤维,即使在使用不具有芯鞘构造的有机纤维的情况下,也可以通过温度设定,而保留粘合剂纤维的芯部而仅使表面熔融,使无机颗粒被覆于表面。但是,在热传递抑制片的制造时,通常从与厚度方向垂直的单面侧或两面侧进行加热,由于使用隔热性能高的材料,因此在片的表面侧和厚度方向的中心侧难以上升至相同程度的温度。即,在片材的表面侧,在设定为仅使有机纤维的表面熔融的温度的情况下,在片材的中心侧,有机纤维的表面不会熔融,无机颗粒4的保持力降低。另外,当在片材的中心侧设定为使有机纤维的表面熔融的温度的情况下,则在片材的表面侧会熔融至有机纤维的径向中心部,难以确保片材的强度。
与此相对,在本实施方式中,构成芯部1的第一有机材料的熔点比构成鞘部2的第二有机材料的熔点高,因此能够极其容易地设定用于保留芯部1而使鞘部2熔融的温度。而且,所得到的热传递抑制片在表面侧及中心侧的任一侧,芯部1都成为保持片的强度的骨架,从而具有在芯部1的表面形成有包含无机颗粒4的熔覆部5的理想的结构。
其结果是,通过本实施方式涉及的制造方法制造的热传递抑制片10具有牢固的骨架,即使在对热传递抑制片施加了按压力或冲击的情况下,也能够维持其形状,能够抑制粉末脱落,并且能够维持优异的隔热性能。
并且,为了进一步抑制粉末脱落,也可以用膜等包覆热传递抑制片10的表面。作为高分子膜,可举出由聚酰亚胺、聚碳酸酯、PET、对亚苯硫醚、聚醚酰亚胺、交联聚乙烯、阻燃氯丁二烯橡胶、聚氟乙烯、硬质氯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、PTFE、PFA、FEP、ETFE、硬质PCV、阻燃性PET、聚苯乙烯、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等形成的膜。并且,对于用膜包覆热传递抑制片10的表面的方法没有特别限定,可列举出利用粘接剂等进行粘贴的方法、用膜包裹热传递抑制片10的方法、在袋状的膜中收容热传递抑制片10的方法等。
<第二实施方式>
图4是示出通过本实用新型的第二实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法制造的热传递抑制片的结构的示意图。并且,第二实施方式仅材料与第一实施方式不同,制造工序与第一实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法相同,因此在图4中,对与图1至3所示的部分相同的部分标注相同的标号,并省略或简化其说明。
(加工工序)
如图1所示,首先,将具有芯鞘构造的粘合剂纤维3、无机颗粒4和未图示的热熔粉末以规定的比例投入到V型混合机等混合机中,制作混合物。热熔粉末是将第三有机材料、例如乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA:Ethylene-vinyl acetate)成型为粉末状而成的。并且,热熔粉末的熔点比构成芯部1的第一有机材料的熔点低。
然后,将所获得的混合物投入至规定的模具内,利用冲压机等进行加压,对所获得的成型体进行加热,由此粘合剂纤维3的鞘部2熔融,并且热熔粉末熔融。然后,通过对加热后的混合物进行冷却,熔融的鞘部2再次熔覆于芯部1,形成包含构成鞘部2的第二有机材料7和无机颗粒4的熔覆部5。熔覆部5包覆芯部1的表面的至少一部分,该熔覆部5与芯部1一起构成纤维部6。另外,熔融的热熔粉末在包含周围的无机颗粒4的状态下固化,在多个纤维部6之间的所有区域中,形成包含构成热熔粉末的第三有机材料和无机颗粒4的固化部16。这样,能够得到第二实施方式的热传递抑制片13。
并且,如上所述,作为热传递抑制片的材料,若追加热熔粉末,则通过加热而熔融的热熔粉末容易在成型体的表面发生偏析。因此,在热传递抑制片13的表面形成较薄的固化层17。并且,固化部16包含分散于多个区域的较薄的固化层17,有时在多个固化层17之间形成裂纹12。
根据第二实施方式的制造方法,构成芯部1的第一有机材料的熔点高于构成鞘部2的第二有机材料的熔点和构成热熔粉末的第三有机材料的熔点,因此,在对混合物9进行加热时,能够保留芯部1而使鞘部2和热熔粉末熔融。因此,通过芯部1,能够确保热传递抑制片13的强度。
另外,通过冷却,鞘部2在包含周围的无机颗粒4的状态下再次熔覆于芯部1,形成熔覆部5,并且热熔粉末在包含周围的无机颗粒4的状态下固化,形成固化部16。因此,不仅通过熔覆部5保持无机颗粒4,而且在除熔覆部5以外的区域中,也能够通过固化部16保持无机颗粒4。特别是,如上所述,通过加热而熔融的热熔粉末容易在成型体的表面发生偏析,热传递抑制片13的表面成为被较薄的固化层17包覆的状态,因此能够进一步抑制无机颗粒4的脱落。
进而,在本实施方式中,若在分散于多个区域的较薄的固化层17之间形成有裂纹12,则在多个电池单元之间配置有热传递抑制片13的情况下,伴随着充放电时的电池单元的膨胀收缩,热传递抑制片13容易变形。因此,能够抑制热传递抑制片13的破损,并且也能够降低对相邻的电池单元的负荷。
此外,在由纤维部6构成的骨架之间,包含热熔粉末和无机颗粒4的固化部16支承骨架,因此能够将热传递抑制片整体的形状保持为更高强度,其结果是,即使在对热传递抑制片施加了压力、冲击的情况下,也能够维持高隔热性能。
并且,在第二实施方式中,为了进一步抑制粉末脱落,也可以用膜等包覆热传递抑制片13的表面。关于膜的种类及用膜包覆的方法,内容与前文一样。
接着,对本实施方式的热传递抑制片的制造方法中使用的粘合剂纤维和加热条件进行说明。
<粘合剂纤维>
作为能够在本实施方式中使用的粘合剂纤维3,只要具有芯鞘构造且构成芯部1的第一有机材料的熔点比构成鞘部2的第二有机材料的熔点高,则没有特别限定。作为成为芯部1的第一有机材料,可以选择从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和尼龙中选择出的至少1种。另外,作为成为鞘部2的第二有机材料,可以选择从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯及尼龙中选择出的至少1种。
若构成芯部1的第一有机材料的熔点充分高于构成鞘部2的第二有机材料的熔点,则能够扩大加热工序中的加热温度的设定裕度,能够更容易地进行用于得到所期望的结构的温度设定。例如,第一有机材料的熔点优选比第二有机材料的熔点高出60℃以上,更优选高出70℃以上,进一步优选高出80℃以上。
并且,具有上述那样的芯鞘构造的粘合剂纤维通常在市场上销售,构成芯部和鞘部的材质可以相同也可以互不相同。作为芯部1及鞘部2为相同材质且具有不同熔点的粘合剂纤维的例子,例如可举出:芯部1及鞘部2由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成的粘合剂纤维;芯部1及鞘部2由聚丙烯构成的粘合剂纤维;芯部1及鞘部2由尼龙构成的粘合剂纤维等。作为芯部1及鞘部2由互不相同的材质构成的粘合剂纤维的例子,可列举:芯部1由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成、鞘部2由聚乙烯构成的粘合剂纤维;芯部1由聚丙烯构成、鞘部2由聚乙烯构成的粘合剂纤维等。
在本实施方式中,构成粘合剂纤维的鞘部的第二有机材料的熔点表示第二有机材料开始熔解变形的熔解温度,而伴有形状变化的软化也判断为熔解变形的1种。粘合剂纤维的鞘部的熔点例如可以通过以下的方法进行测定。
将作为测定对象的粘合剂纤维以与熔点更高的玻璃纤维接触的方式配置,以5℃/分钟的升温速度从室温加热至例如200℃,然后冷却至室温。此时,若粘合剂纤维的表面发生熔解变形而在与玻璃纤维接触的部分发生融合、或者粘合剂纤维的截面形状发生变化,则能够判断为构成鞘部的第二有机材料的熔点为200℃以下。在本实施方式中,使加热温度进行各种变化,利用上述方法观察冷却后的粘合剂纤维与玻璃纤维的融合状态、或粘合剂纤维的截面形状,由此可确定构成鞘部的第二有机材料的熔点。
(粘合剂纤维的含量)
在本实施方式中,若适当地控制混合物9中的粘合剂纤维3的含量,则能够充分地得到所得到的热传递抑制片10中的骨架的加强效果。
粘合剂纤维3的含量相对于混合物9的总质量优选为5质量%以上,更优选为10质量%以上。另外,若粘合剂纤维3的含量过多,则无机颗粒4的含量相对减少,因此为了得到所期望的隔热性能,粘合剂纤维3的含量相对于混合物9的总质量优选为25质量%以下,更优选为20质量%以下。
<无机颗粒>
关于本实施方式中能够使用的无机颗粒4的种类,在后面叙述。
(无机颗粒的含量)
在本实施方式中,若适当地控制混合物9中的无机颗粒4的含量,则能够充分地确保所得到的热传递抑制片10的隔热性。
混合物9中含有的全部无机颗粒4的含量相对于混合物9的总质量优选为60质量%以上,更优选为70质量%以上。另外,若无机颗粒4的含量过多,则粘合剂纤维3的含量相对减少,因此为了充分得到骨架的加强效果,无机颗粒4的含量相对于混合物9的总质量优选为95质量%以下,更优选为90质量%以下。
<热熔粉末>
在本实施方式中,除了上述粘合剂纤维3和无机颗粒4以外,也可以在混合物9中含有未图示的热熔粉末。热熔粉末例如是含有与上述第一有机材料和第二有机材料不同的第三有机材料且具有通过加热而熔融的性质的粉体。通过使混合物9中含有热熔粉末并进行加热,热熔粉末会熔融,之后进行冷却时,在包含周围的无机颗粒4的状态下固化,形成固化部16。如上所述,固化部16在热传递抑制片13的表面包含分散于多个区域的较薄的固化层17,热传递抑制片13的表面被较薄的固化层覆盖,因此能够进一步抑制无机颗粒4从热传递抑制片13脱落。
作为热熔粉末,可举出具有各种熔点的热熔粉末,但考虑所使用的粘合剂纤维3的芯部1及鞘部2的熔点,选择具有适当熔点的热熔粉末即可。例如,若热熔粉末的熔点比芯部1的熔点低,则能够设定用于保留芯部1而使鞘部2和热熔粉末熔融的加热温度。进而,若热熔粉末的熔点在鞘部2的熔点以下,则制造时的加热温度只要设定在芯部1的熔点与鞘部2的熔点之间即可,因此能够更容易地设定加热温度。
另一方面,也能够以热熔粉末的熔点处于芯部1的熔点与鞘部2的熔点之间的方式选择所使用的热熔粉末的种类。若使用具有这样的熔点的热熔粉末,则在鞘部2及热熔粉末均熔融后,在被冷却而固化时,存在于除了有机纤维(芯部1)及其周围的熔融的鞘部2以外的所有区域的热熔粉末先固化。其结果为,能够固定有机纤维的位置,之后,熔融的鞘部2熔覆于有机纤维,由此容易形成立体的骨架。因此,能够进一步提高片材整体的强度。
如果构成热熔粉末的第三有机材料的熔点比构成芯部1的第一有机材料的熔点充分低,则能够扩大加热工序中的加热温度的设定裕度,能够使用于得到更期望的结构的温度设定变得容易。例如,第一有机材料的熔点优选比第三有机材料的熔点高出60℃以上,更优选高出70℃以上,进一步优选高出80℃以上。
并且,作为构成热熔粉末的成分,可列举出聚乙烯、聚酯、聚酰胺、乙烯乙酸乙烯酯共聚物等。
(热熔粉末的含量)
为了抑制无机颗粒的脱落,在混合物9中含有热熔粉末的情况下,即使其含量为微量,也能够得到抑制粉末脱落的效果。因此,热熔粉末的含量相对于混合物9的总质量优选为0.5质量%以上,更优选为1质量%以上。
另一方面,若增加热熔粉末的含量,则无机颗粒4的含量相对减少,因此为了得到所希望的隔热性能,热熔粉末的含量相对于混合物9的总质量优选为5质量%以下,更优选为4质量%以下。
<加热条件>
作为将上述混合物9加工成片状的工序,可举出对混合物9进行加压的工序和对混合物9进行加热的工序。加热工序中的加热温度优选设为高于构成鞘部2的第二有机材料的熔点且低于构成芯部1的第一有机材料的熔点的温度。通过设定为这样的加热温度,如上所述,在片的表面侧及中心侧的任一侧,都能够利用芯部1确保片的强度,并且能够利用熔覆部5保持无机颗粒4。
并且,若构成芯部1的第一有机材料的熔点比构成鞘部2的第二有机材料的熔点充分高,则能够扩大加热工序中的加热温度的设定裕度,能够更容易地进行用于得到所希望的结构的温度设定。例如,第一有机材料的熔点优选比第二有机材料的熔点高出60℃以上,更优选高出70℃以上,进一步优选高出80℃以上。
另外,加热工序中的加热温度优选设定为比构成鞘部2的第二有机材料的熔点高出10℃以上,更优选设定为高出20℃以上。另一方面,加热温度优选被设定为比构成芯部1的第一有机纤维的熔点低10℃以上,更优选设定为低20℃以上。
关于加热时间并无特别限定,优选设定用于使鞘部2能够充分熔融的加热时间。例如,能够设定为3分钟以上且15分钟以内。
如上述第二实施方式所示,在包含热熔粉末作为热传递抑制片的材料的情况下,加热工序中的加热温度优选被设定为比构成鞘部2的第二有机材料的熔点及构成热熔粉末的第三有机材料的熔点中的任一较高者高出10℃以上,更优选设定为高出20℃以上。另一方面,加热温度优选设定为比构成芯部1的第一有机材料的熔点低10℃以上,更优选设定为低20℃以上。通过设定为这样的加热温度,如上所述,能够利用由纤维部6构成的骨架和固化部16进一步提高片的强度,并且能够利用熔覆部5和固化层17防止无机颗粒4的脱落。
[2.热传递抑制片]
(第一实施方式)
以下,对通过上述第一实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法制造的热传递抑制片的第一实施方式进行说明。
如图2至图3所示,本实施方式涉及的热传递抑制片具有无机颗粒4、包含第一有机材料的有机纤维(芯部1)、以及包覆该有机纤维的外周面的熔覆部5。如上所述,熔覆部5包含具有比第一有机材料的熔点低的熔点的第二有机材料7、和无机颗粒4。
在这样构成的本实施方式涉及的热传递抑制片10中,如上述[1.热传递抑制片的制造方法]中说明过的那样,有机纤维(芯部1)和熔覆部5作为骨架发挥作用,因此能够得到优异的强度和形状保持性。另外,在热传递抑制片10的表面侧及中心侧的任一侧,包覆有机纤维的外周面的熔覆部5都使无机颗粒4固着于有机纤维(芯部1),因此能够抑制粉末脱落。因此,例如,在后述的多个电池单元之间配置本实施方式的热传递抑制片10,即使在电池单元膨胀而对热传递抑制片10施加了压缩应力或冲击的情况下,也能够维持优异的隔热性能。
在本实施方式中,对于能够抑制无机颗粒4从片表面脱落(粉末脱落)的机理并不确定,但认为其理由之一在于,有机纤维(芯部1)和熔覆部5形成立体且牢固的骨架,保持了热传递抑制片10的形状,因此抑制了热传递抑制片10的变形或压缩。另外,由在片表面露出的有机纤维(芯部1)和熔覆部5构成的纤维部6能够吸收对热传递抑制片10施加的冲击,这也被认为是保持无机颗粒4的理由。
并且,在热传递抑制片10中,熔覆部5无需完全包覆有机纤维(芯部1)的外周面,有机纤维(芯部1)也可以局部露出。在本实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法中,由于使用了芯鞘构造的粘合剂纤维3,因此在制造工序中鞘部2有时会剥离,但即使在有机纤维(芯部1)局部露出的情况下,也能够充分地得到本实用新型的效果。
(第二实施方式)
以下,对通过上述第二实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法制造的热传递抑制片的第二实施方式进行说明。如图4所示,关于热传递抑制片13,与第一实施方式涉及的热传递抑制片的例子同样地,芯鞘构造的粘合剂纤维的鞘部再次熔覆于芯部1。具体而言,由包含构成鞘部的第二有机材料和无机颗粒4的熔覆部5、和芯部1构成纤维部6。另外,相邻的芯部1彼此通过熔覆部5而相互熔接,形成接触部11。而且,在除了多个纤维部6之外的区域中,形成有固化部16,该固化部16包含构成热熔粉的第三有机材料和无机颗粒。进而,固化部16在热传递抑制片13的表面具有多个固化层17,在多个固化层17之间形成有裂纹12。
并且,若在材料的混合物中含有热熔粉末,则热熔粉末存在于成型体的所有区域,因此若在制造工序中在加热后进行冷却,则有时在熔覆部5中包含作为热熔粉末的成分的第三有机材料。同样地,在有机纤维的附近,有时在固化部16中包含作为鞘部2的成分的第二有机材料。无论在哪种情况下,都不会影响本实用新型的效果。
在这样构成的第二实施方式涉及的热传递抑制片13中,与上述第一实施方式同样地,在骨架之间包含热熔粉末和无机颗粒4的固化部16支承骨架,因此能够将热传递抑制片整体的形状保持为更高强度。另外,有机纤维的外周面被熔覆部5包覆,在除熔覆部5以外的区域也形成有固化部16,因此能够保持无机颗粒4。进而,在热传递抑制片13的表面形成较薄的固化层17,因此能够得到很高的粉末脱落抑制效果。此外,当形成有裂纹12时,热传递抑制片13容易跟随伴随充放电时的电池单元的膨胀收缩的变形。因此,例如,在后述的多个电池单元之间配置本实施方式的热传递抑制片13,即使在电池单元膨胀而对热传递抑制片13施加了压缩应力、冲击的情况下,也能够维持优异的隔热性能。
以下,对构成本实施方式的热传递抑制片的材料进行详细说明。
<有机纤维>
在热传递抑制片10中,由第一有机材料构成的芯部1作为保持片的强度和形状的有机纤维发挥作用。构成有机纤维的第一有机材料只要比存在于有机纤维的外周面的第二有机材料的熔点高,就没有特别限定。作为第一有机材料,可举出从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和尼龙中选择出的至少1种。
(有机纤维的含量)
在本实施方式中,若适当地控制热传递抑制片10中的有机纤维的含量,则能够充分地获得骨架的加强效果。
有机纤维的含量相对于热传递抑制片10的总质量优选为2质量%以上,更优选为4质量%以上。另外,若有机纤维的含量过多,则无机颗粒4的含量相对减少,因此为了得到所期望的隔热性能,有机纤维的含量相对于热传递抑制片10的总质量优选为10质量%以下,更优选为8质量%以下。
(有机纤维的纤维长度)
对于有机纤维的纤维长度没有特别限定,从确保成型性、加工性的观点出发,有机纤维的平均纤维长度优选为10mm以下。
另一方面,从使有机纤维作为骨架发挥功能、确保热传递抑制片的压缩强度的观点出发,有机纤维的平均纤维长度优选为0.5mm以上。
<熔覆部>
熔覆部5是具有芯鞘构造的粘合剂纤维3的鞘部2通过加热而暂时熔融后进行冷却而形成的,包含第二有机材料7和无机颗粒4。
(第二有机材料)
第二有机材料只要比构成上述有机纤维的第一有机材料的熔点低,就没有特别限定。作为第二有机材料,可举出从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯和尼龙中选择出的至少1种。
并且,第二有机材料的熔点优选为90℃以上,更优选为100℃以上。另外,第二有机材料的熔点优选为150℃以下,更优选为130℃以下。
<固化部>
作为热传递抑制片的材料,在含有热熔粉末的情况下,所制造出的热传递抑制片具有固化部16。固化部16是热熔粉末通过加热而暂时熔融后被冷却而形成的,包含构成热熔粉末的第三有机材料和无机颗粒4。
(第三有机材料)
如上所述,作为构成热熔粉末的成分的第三有机材料只要比构成上述有机纤维的第一有机材料的熔点低,就没有特别限定。为了使制造时的加热温度的控制变得容易,热熔粉末(第三有机材料)的熔点优选在构成鞘部的第二有机材料的熔点以下。但是,为了形成更立体的骨架、提高热传递抑制片的强度这一目的,也可以使第三有机材料的熔点处于第一有机材料的熔点与第二有机材料的熔点之间。
并且,热熔粉末(第三有机材料)的熔点优选为80℃以上,更优选为90℃以上。另外,热熔粉末(第三有机材料)的熔点优选为180℃以下,更优选为150℃以下。另外,构成热熔粉末的第三有机材料优选为从聚乙烯、聚酯、聚酰胺和乙烯乙酸乙烯酯共聚物中选择出的至少1种。
(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。作为无机颗粒的种类,从热传递抑制效果的观点出发,优选使用从氧化物颗粒、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种由无机材料构成的颗粒,更优选使用氧化物颗粒。另外,对于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,也可以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。
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,在为200μm以下时,能够得到所期望的隔热效果。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。
并且,若并用2种以上的热传递抑制效果互不相同的无机颗粒,则能够多级地冷却发热体,能够在更大的温度范围内表现吸热作用。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,将大径的无机颗粒作为第二无机颗粒,对无机颗粒进行更详细的说明。
<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时,特别是在异常发热等的高温度区域中能够抑制辐射传热。作为氧化物颗粒,可以使用从二氧化硅、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,可以作为无机颗粒使用的上述氧化物颗粒中,可以仅使用1种,也可以使用2种以上的氧化物颗粒。特别是,二氧化硅是隔热性高的成分,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℃以上的高温度区域使光漫反射而遮蔽辐射热的效果高,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,则能够得到更高的隔热性。
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充分大,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到抑制,能够进一步提高隔热性。
另一方面,在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路径,因此,特别是能够减小传导传热处于支配性地位的通常温度区域的对隔热性的影响。
并且,本实用新型中,平均一次粒径可以通过用显微镜观察颗粒,与标准尺度进行比较,并取任意10个颗粒的平均来求出。
(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。由于纳米颗粒为低密度,因此抑制了传导传热,若使用纳米颗粒作为第一无机颗粒,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隔热性。因此,在通常的常温区域的电池使用时,从能够抑制相邻的纳米颗粒间的热传导的方面考虑,优选使用纳米颗粒。
并且,作为氧化物颗粒,如果使用平均一次粒径小的纳米颗粒,则即使在热传递抑制片因伴随电池单元的热失控的膨胀而被压缩、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,纳米颗粒因静电所产生的斥力而容易在颗粒间形成细小的空隙,体积密度低,因此颗粒以具有缓冲性的方式被填充。
并且,在本实用新型中,在使用纳米颗粒作为第一无机颗粒的情况下,只要符合上述纳米颗粒的定义,则对材质没有特别限定。例如,二氧化硅纳米颗粒为隔热性高的材料,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粒径大的二氧化硅颗粒的情况相比变小。另外,通常获得的二氧化硅纳米颗粒的体积密度为0.1(g/cm3)左右,因此例如即使在配置于隔热片的两侧的电池单元热膨胀、对隔热片施加了大的压缩应力的情况下,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,能够维持隔热性。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,可举出湿式二氧化硅、干式二氧化硅及气凝胶等,以下对特别适合于本实施方式的二氧化硅纳米颗粒进行说明。
另外,图5是表示湿式二氧化硅和干式二氧化硅在各温度的热传导率的变化的曲线图。湿式二氧化硅的颗粒凝聚在一起,与此相对,干式二氧化硅能够使颗粒分散。在300℃以下的温度范围内,热的传导中传导传热占支配性地位,因此,如图5所示,与湿式二氧化硅相比,能够使颗粒分散的干式二氧化硅能够得到优异的隔热性能。
并且,在本实施方式涉及的热传递抑制片的制造方法中,通过干式法将包含材料的混合物加工成片状。因此,作为无机颗粒,优选使用热传导率低的干式二氧化硅、二氧化硅气凝胶等。
(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,则能够得到更高的隔热性。
即,将纳米颗粒的平均一次粒径设为1nm以上且100nm以下时,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,能够进一步提高隔热性。另外,即使在施加了压缩应力的情况下,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,维持热传递抑制片的隔热性。
另外,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发生热分解,释放自身所具有的结晶水而降低发热体及其周围的温度,表现出所谓的“吸热作用”。另外,在释放出结晶水后成为多孔质体,通过无数的空气孔表现出隔热作用。
作为无机水合物的具体例,可举出氢氧化铝(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,其进行热分解而放出结晶水,表现出吸热作用。而且,在放出结晶水后成为作为多孔质体的氧化铝(Al2O3),作为隔热件发挥功能。
2Al(OH)3→Al 2O3+3H2O
此外,如后所述,本实施方式所涉及的热传递抑制片10例如优选介于电池单元之间,但在发生了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℃,均与发生了热失控的电池单元的急剧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(无机水合物)在达到其热分解温度之前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,可以举出蛭石、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,可举出沸石、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隔热件可以含有无机中空球作为第一无机颗粒。
若含有无机中空球,则在低于500℃的温度区域中,能够抑制隔热件内的热的对流传热或传导传热,能够进一步提高隔热件的隔热性。
作为无机中空球,可以使用选自白砂中空球、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的至少1种。
(无机中空球的含量:相对于隔热件的总质量为60质量%以下)
作为无机中空球的含量,相对于隔热件的总质量,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。
<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,第二无机颗粒只要材质、粒径等与第一无机颗粒不同,就没有特别限定。作为第二无机颗粒,可以使用氧化物颗粒、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。
并且,纳米颗粒的传导传热极小,并且即使在对热传递抑制片施加了压缩应力的情况下,也能够维持优异的隔热性。另外,二氧化钛等金属氧化物颗粒遮蔽辐射热的效果高。进而,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,由此成为更致密的结构,能够提高热传递抑制效果。因此,在使用例如纳米颗粒作为上述第一无机颗粒的情况下,优选使热传递抑制片中进一步含有由直径比第一无机颗粒大的金属氧化物构成的颗粒作为第二无机颗粒。
作为金属氧化物,可列举氧化硅、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℃以上的高温度区域使光漫反射而遮蔽辐射热的效果高,因此最优选使用二氧化钛。
在使用从干式二氧化硅颗粒和二氧化硅气凝胶中选择出的至少1种颗粒作为第一无机颗粒、使用从二氧化钛、锆石、氧化锆、碳化硅、氧化锌和氧化铝中选择出的至少1种颗粒作为第二无机颗粒的情况下,为了在300℃以下的温度范围内得到优异的隔热性能,第一无机颗粒相对于无机颗粒的总质量优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上、进一步优选为70质量%以上。另外,第一无机颗粒相对于无机颗粒的总质量优选为95质量%以下,更优选为90质量%以下,进一步优选为80质量%以下。
另一方面,为了在超过300℃的温度范围内得到优异的隔热性能,第二无机颗粒相对于无机颗粒的总质量优选为5质量%以上,更优选为10质量%以上,进一步优选为20质量%以上。另外,第二无机颗粒相对于无机颗粒的总质量优选为50质量%以下,更优选为40质量%以下,进一步优选为30质量%以下。
(第二无机颗粒的平均一次粒径)
(第二无机颗粒的平均一次粒径)
在热传递抑制片中含有由金属氧化物构成的第二无机颗粒的情况下,若第二无机颗粒的平均一次粒径为1μm以上且50μm以下,则能够在500℃以上的高温区域高效地抑制辐射传热。第二无机颗粒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。
(无机颗粒的含量)
在本实施方式中,若适当地控制热传递抑制片10中的无机颗粒4的含量,则能够充分地确保热传递抑制片10的隔热性。
无机颗粒4的含量相对于热传递抑制片10的总质量优选为60质量%以上,更优选为70质量%以上。另外,无机颗粒4的含量过多时,有机纤维和熔覆部的含量相对减少,因此为了充分得到骨架的加强效果和无机颗粒的保持效果,无机颗粒4的含量相对于热传递抑制片10的总质量优选为95质量%以下,更优选为90质量%以下。并且,热传递抑制片10中的无机颗粒的含量例如可以如下算出:将热传递抑制片在800℃下加热,将有机成分分解后,测定剩余部分的质量,由此算出热传递抑制片10中的无机颗粒的含量。
另外,本实施方式的热传递抑制片中,除了上述有机纤维、熔覆部5和无机颗粒4以外,还可以包含由与上述第一有机材料不同的有机材料构成的有机纤维、无机纤维等。另外,母材部8也可以存在与上述第一有机材料及第二有机材料不同的有机材料,无机颗粒也可以保持于该有机材料。
<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,可以得到热传递抑制片的良好的隔热性。
[3.电池组]
图6是表示本实用新型的实施方式涉及的电池组的示意图。本实施方式的电池组100具有多个电池单元20a、20b、20c和本实施方式涉及的热传递抑制片,该多个电池单元串联连接或并联连接。
例如,如图6所示,本实施方式涉及的热传递抑制片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。此外,电池单元20a、20b和20c以及热传递抑制片10被容纳在电池壳体30中。
并且,关于热传递抑制片10,其内容如上所述。
在这样构成的电池组100中,即使在某个电池单元20a成为高温的情况下,由于在其与电池单元20b之间存在具有热传递抑制效果的热传递抑制片10,所以也能够抑制热向电池单元20b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,能够维持优异的隔热性能,能够防止电池单元的热失控。另外,由于具有抑制粉末脱落的效果,因此能够容易地进行处理。
此外,本实施方式的电池组100并不限定于图6所例示的电池组,也可以不仅在电池单元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,本实施方式涉及的电池组100有时用于电动汽车(EV:Electric Vehicle)等,配置于搭乘者的地板下。在该情况下,即使电池单元起火,也能够确保搭乘者的安全。
另外,由于热传递抑制片10不仅能够介于各电池单元之间,还能够配置在电池单元20a、20b、20c与电池壳体30之间,因此不需要重新制作防火件等,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可以与电池单元接触,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,则即使在多个电池单元中的任一个电池单元的温度上升而体积膨胀的情况下,也能够允许电池单元的变形。
并且,本实施方式的热传递抑制片10可以通过其制造方法制作成各种形状。因此,不受电池单元20a、20b、20c以及电池壳体30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,也可以应用于圆筒形电池、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1]
使用各种材料,通过干式法或湿式法制作热传递抑制片的试验件,评价隔热性能和粉末脱落抑制性能(飞散率)。
<试验件的制作>
(实施例1)
作为无机颗粒,准备干式二氧化硅和二氧化钛,并且准备芯鞘构造的粘合剂纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:干式二氧化硅(60质量%,平均一次粒径:0.012μm)
·无机颗粒:二氧化钛(25质量%,平均一次粒径:8μm)
·粘合剂纤维(15质量%,平均纤维长度:5mm)
芯部:聚对苯二甲酸乙二酯(熔点:240℃)
鞘部:低熔点聚对苯二甲酸乙二醇酯(熔点:110℃)
将上述材料投入到混合机中,制作混合物。然后,将得到的混合物投入到规定的模具内,利用冲压机等进行加压并进行加热、冷却,由此得到基重为740(g/m2)、厚度为2mm的实施例1的试验件。并且,加热条件设为150℃时的15分钟。另外,所得到的试验件中的有机纤维(芯部)的含量相对于试验件的总质量为7质量%。
(比较例1)
作为无机颗粒,准备干式二氧化硅和二氧化钛,并且准备单成分的粘合剂纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:干式二氧化硅(60质量%,平均一次粒径:0.012μm)
·无机颗粒:二氧化钛(25质量%,平均一次粒径:8μm)
·粘合剂纤维:低熔点聚对苯二甲酸乙二酯(15质量%、熔点:130℃、平均纤维长度:5mm)
然后,通过与实施例1同样的干式法,制作基重为740(g/m2)、厚度为2mm的比较例1的试验材。并且,加热条件设为160℃时的15分钟。
(比较例2)
作为无机颗粒,准备湿式二氧化硅和二氧化钛,并且准备单成分的粘合剂纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:湿式二氧化硅(60质量%,平均一次粒径:0.014μm)
·无机颗粒:二氧化钛(25质量%,平均一次粒径:8μm)
·粘合剂纤维:低熔点聚对苯二甲酸乙二酯(15质量%、熔点:130℃、平均纤维长度:5mm)
然后,通过与实施例1同样的干式法,制作基重为740(g/m2)、厚度为2mm的比较例2的试验件。并且,加热条件设为160℃时的15分钟。
(比较例3)
作为无机颗粒,准备湿式二氧化硅和二氧化钛,并且准备单成分的粘合剂纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:湿式二氧化硅(60质量%,平均一次粒径:0.014μm)
·无机颗粒:二氧化钛(25质量%,平均一次粒径:8μm)
·粘合剂纤维:低熔点聚对苯二甲酸乙二酯(15质量%、熔点:130℃、平均纤维长度:5mm)
利用碎浆机使上述材料分散于水中,调制出均匀的抄纸浆料(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,然后,通过热风干燥加热至250℃,得到干燥片。然后,将干燥片冷却,由此制作出基重为740(g/m2)、厚度为2mm的比较例3的试验件。
(比较例4)
作为无机颗粒,准备与实施例1同样的干式二氧化硅和二氧化钛,并且准备芯鞘构造的粘合剂纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:干式二氧化硅(60质量%,平均一次粒径:0.012μm)
·无机颗粒:二氧化钛(25质量%,平均一次粒径:8μm)
·粘合剂纤维(15质量%,平均纤维长度:5mm)
芯部:聚对苯二甲酸乙二酯(熔点:240℃)
鞘部:低熔点聚对苯二甲酸乙二醇酯(熔点:110℃)
然后,通过与比较例3同样的湿式法,制作基重为740(g/m2)、厚度为2mm的比较例4的试验件。并且,加热条件也设为与比较例3相同的条件。
<试验件的评价>
对于各试验件,测定热传导率,评价隔热性能,并且测定飞散率,评价粉末脱落抑制性能。试验件的制作条件和评价结果示于下述表1。
(热传导率的测定)
在室温(25℃)时测定热传导率(W/m·K)。并且,热传导率按照ISO8894-1,利用非稳态热线法测定。并且,将热传导率为0.05以下的情况判断为隔热性良好。另外,将热传导率超过0.05的情况判断为隔热性不良。
(飞散率的测定)
图7是表示飞散率的测定方法的示意图。如图7所示,使用了这样的装置:以在支柱24的顶点运转的方式安装臂25并在该臂25的末端安装试验件23。首先,在臂25的末端安装试验件23后,将臂25提起并固定至任意的角度,然后解除固定并使其落下,由此使支柱24与臂25碰撞而施加冲击。另外,试验件23的尺寸为50mm×50mm,臂的长度为915mm,施加冲击的次数为1次,支柱与臂的角度为90°。然后,将冲击前的试验件23的质量设为F0(g),将冲击后的试验件23的质量设为Fw(g),通过下式算出飞散率E(无机颗粒的脱落量)(质量%)。
飞散率E=(F0-Fw)/F0
在上述评价方法中,如果飞散率E为0.15质量%以下,则判断为粉末脱落抑制性能良好。
[表1]
图8是表示比较例3和实施例1在各温度时的热传导率的变化的曲线图。如表1和图8所示,实施例1是通过干式法制作热传递抑制片的试验件的例子,因此与比较例相比,能够得到优异的隔热性。另外,由于使用二氧化钛作为无机颗粒,因此即使在300℃以上的温度区域,也可得到优异的隔热性。进而,实施例1由于含有芯鞘构造的粘合剂纤维作为材料,因此飞散率E为0.15质量%以下,能够得到良好的粉末脱落抑制性能。
与此相对,比较例1至4使用单成分粘合剂纤维作为材料,或者通过湿式法制作试验件,因此隔热性及粉末脱落抑制性能的至少1种的评价结果为差。
[试验2]
接着,对于通过脱离本实用新型的制造方法制造的比较例5的试验件和上述实施例1的试验件,为了确认构造,通过扫描型电子显微镜(SEM:Scanning ElectronMicroscope)拍摄照片。
并且,比较例5的试验件包含湿式二氧化硅和玻璃纤维,并通过湿式法进行制造。
基于SEM的比较例5和实施例1的表面和截面的观察的结果是可知:在比较例5中,由于使用了玻璃纤维,因此在纤维的表面没有熔覆无机颗粒,另外,纤维彼此也没有熔接。另外,由于通过湿式法制作试验件,因此无机颗粒凝聚在一起。与此相对,在实施例1中可知:由于使用了芯鞘构造的粘合剂纤维,因此在作为芯部的有机纤维的外周面形成有包含无机颗粒的熔覆部,得到了粗径的纤维部。另外,能够观察到:在多个有机纤维彼此接近的部位,多个有机纤维被熔覆部固定,因此能够观察到粗径的纤维部形成了立体且牢固的骨架。
[试验3]
对基于热熔粉末的有无的粉末脱落抑制性能进行了比较。
<试验件的制作>
(实施例2)
作为无机颗粒,准备干式二氧化硅和二氧化钛,并且准备芯鞘构造的粘合剂纤维。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:干式二氧化硅(60质量%,平均一次粒径:0.012μm)
·无机颗粒:二氧化钛(25质量%,平均一次粒径:8μm)
·粘合剂纤维:PET/低熔点PET纤维(TJ04CN:帝人Frontier株式会社制:15质量%、平均纤维长度:5mm)
芯部:聚对苯二甲酸乙二酯(熔点:240℃)
鞘部:低熔点聚对苯二甲酸乙二醇酯(熔点:110℃)
然后,通过与实施例1同样的干式法,得到基重为740(g/m2)、厚度为2mm的实施例2的试验件。并且,加热条件设为150℃时的15分钟。
(实施例3)
准备在上述实施例2的材料中添加了热熔粉末的材料。各成分的具体含量及名称如下所示。
·无机颗粒:干式二氧化硅(57.7质量%,平均一次粒径:0.012μm)
·无机颗粒:二氧化钛(24.7质量%,平均一次粒径:8μm)
·热熔粉末:粉末树脂(PR D60C-Z:东京油墨株式会社制,2.6质量%,熔点:100℃)·粘合剂纤维:PET/低熔点PET纤维(TJ04CN:帝人Frontier株式会社制,15质量%,平均纤维长度:5mm)
芯部:聚对苯二甲酸乙二酯(熔点:240℃)
鞘部:低熔点聚对苯二甲酸乙二醇酯(熔点:110℃)
然后,通过与实施例1同样的干式法,得到基重为740(g/m2)、厚度为2mm的实施例3的试验件。并且,加热条件设为150℃时的15分钟。
<试验件的评价>
对于各试验件,通过与上述试验1中实施的飞散率的测定同样的方法,实施多次飞散率的测定,比较粉末脱落抑制性能。图9是表示设纵轴为飞散率、设横轴为击打次数的情况下的、伴随击打次数的飞散率的变化的曲线图。如图9所示,实施例3是使用含有热熔粉末的材料来制作热传递抑制片的试验件的例子,因此与不含热熔粉末的实施例2相比,能够得到优异的粉末脱落抑制性能。
Claims (3)
1.一种热传递抑制片,其特征在于,
所述热传递抑制片具有:由第一有机材料构成的有机纤维;和包覆所述有机纤维的外周面的熔覆部,
所述熔覆部包含第二有机材料和分散的无机颗粒,
所述第一有机材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及尼龙中的1种,
所述第二有机材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯及尼龙中的1种,
相邻的所述有机纤维通过所述熔覆部而彼此熔接,所述有机纤维和所述熔覆部形成立体的骨架。
2.根据权利要求1所述的热传递抑制片,其特征在于,
所述无机颗粒为氧化物颗粒、碳化物颗粒、氮化物颗粒及无机水合物颗粒中的1种由无机材料构成的颗粒。
3.一种电池组,其特征在于,
所述电池组具有权利要求1或2所述的热传递抑制片和多个电池单元,所述多个电池单元串联连接或并联连接。
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