KR102434960B1 - 열전달 억제 시트 및 조전지 - Google Patents

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Abstract

열전달 억제 효과가 우수함과 동시에, 무기입자의 유지성 및 고온시의 형상유지성이 우수한 열전달 억제 시트, 및 상기 열전달 억제 시트를 전지셀 사이에 개재시킨 조전지를 제공한다. 열전달 억제 시트(10)는 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)를 포함한다. 제1 무기섬유(30)는 비정질 섬유이고, 제2 무기섬유(31)는 제1 무기섬유(30)보다 유리전이점이 높은 비정질 섬유 및 결정질의 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함한다.

Description

열전달 억제 시트 및 조전지
본 발명은 열전달 억제 시트 및 상기 열전달 억제 시트를 전지셀 사이에 개재시킨 조전지에 관한 것이다.
최근, 환경보호의 관점에서 전동모터로 구동하는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 전기자동차 또는 하이브리드 차량 등에는, 구동용 전동 모터의 전원이 되기 위해 복수의 전지셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 조전지가 탑재되어 있다.
또한, 이의 전지셀로는, 납 축전지나 니켈수소 전지 등에 비해, 고용량이면서 고출력이 가능한 리튬이온 이차전지가 주로 사용되고 있다. 그리고, 전지의 내부 단락이나 과충전 등이 원인이 되어, 한 전지셀의 온도가 급격히 올라가고, 그 후에도 발열을 계속하는 열폭주를 일으키는 경우, 열폭주를 일으킨 전지셀로부터의 열이 인접하는 다른 전지셀에 전파됨으로써, 다른 전지셀의 열폭주를 일으킬 우려가 있다.
상기와 같은 열폭주를 일으킨 전지셀로부터의 열의 전파를 억제하기 위한 기술로서, 전지셀 사이에 열전달 억제 시트를 개재(介在, intervention)시키는 것이 실시되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 광물계 분체 및 난연제 중 적어도 하나와, 열경화성 수지나 열가소성 엘라스토머, 고무로부터 선택되는 매트릭스 수지를 포함하는 열전달 억제 시트가 제안되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 제2018-206605호 공보
이러한 열전달 억제 시트에 있어서는, 열전달 억제 효과를 갖는 분체(粉體)를 양호하게 유지하는 것(즉, 분체의 떨어짐을 억제하는 것), 및 전지셀이 열폭주하여 고온이 된 경우에 있어서도, 형상을 유지하여 전지셀 사이에 계속 존재하는 것이 요구된다. 특허문헌 1에 기재된 열전달 억제 시트에서는, 광물계 분체 및 난연제를 유지하기 위해 매트릭스 수지를 사용하고 있으나, 이러한 매트릭스 수지는 고온이 되었을 때에 용융되어 버린다. 따라서, 특허문헌 1에 기재된 열전달 억제 시트로는 전지셀의 열폭주시에 형상을 유지할 수 없게 될 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 열전달 억제 효과를 갖는 분체 등의 탈락을 억제할 수 있으면서, 고온시의 형상유지성이 우수한 열전달 억제 시트 및 열전달 억제 시트를 전지셀 사이에 개재시킨 조전지의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적은, 본 발명에 관한 하기 (1)의 열전달 억제 시트에 의해 달성된다.
(1) 무기입자와, 제1 무기섬유와, 제2 무기섬유를 포함하고,
상기 제1 무기섬유는 비정질의 섬유이며,
상기 제2 무기섬유는, 상기 제1 무기섬유보다 유리전이점이 높은 비정질의 섬유 및 결정질의 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, 열전달 억제 시트.
또한, 본 발명에 관한 열전달 억제 시트는, 하기 (2) 내지 (17)인 것이 바람직하다.
(2) 상기 제1 무기섬유의 유리전이점이 700℃ 미만인, (1)에 기재된 열전달 억제 시트.
(3) 상기 제1 무기섬유 및 상기 제2 무기섬유 중 어느 하나의 평균 섬유직경이, 다른 하나의 평균 섬유직경보다도 큰, (1) 또는 (2)에 기재된 열전달 억제 시트.
(4) 상기 제1 무기섬유의 평균 섬유직경이, 상기 제2 무기섬유의 평균 섬유직경보다 큰, (3)에 기재된 열전달 억제 시트.
(5) 상기 제1 무기섬유는 SiO2를 포함하는 섬유이고,
상기 제2 무기섬유는 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 실리케이트 섬유, 지르코니아 섬유 및 광물계 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 섬유인, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(6) 상기 제1 무기섬유가 유리 섬유이고,
상기 제2 무기섬유가 광물계 섬유인, (5)에 기재된 열전달 억제 시트.
(7) 상기 무기입자의 평균 2차입자 직경이 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인, (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(8) 상기 무기입자가 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(9) 상기 무기입자가 산화물 입자를 포함하는 (8)에 기재된 열전달 억제 시트.
(10) 상기 산화물 입자의 평균 1차입자 직경이 0.001㎛ 이상 50㎛ 이하인, (9)에 기재된 열전달 억제 시트.
(11) 상기 산화물 입자가, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르콘, 티탄산바륨, 산화아연 및 알루미나로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (8)∼(10) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(12) 상기 무기입자가, 나노입자, 중공 입자 및 다공질 입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는, (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(13) 상기 무기입자가 나노입자를 포함하는 (12)에 기재된 열전달 억제 시트.
(14) 상기 나노입자가 실리카 나노입자인 (12) 또는 (13)에 기재된 열전달 억제 시트.
(15) 상기 나노입자의 평균 1차입자 직경이 1㎚ 이상 100㎚ 이하인, (12) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(16) 상기 산화물 입자가 티타니아를 포함하는, (11) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
(17) 열전달 억제 시트 전체 중량에 대하여,
상기 무기입자의 함유량이 30중량% 이상 94중량% 이하,
상기 제1 무기섬유의 함유량이 3중량% 이상 30중량% 이하, 및
상기 제2 무기섬유의 함유량이 3중량% 이상 30중량% 이하인, (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트.
또한, 본 발명의 상기 목적은, 조전지에 관한 하기 (18)의 구성에 의해 달성된다.
(18) 복수의 전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 조전지에 있어서, (1) ~ (17) 중 어느 하나에 기재된 열전달 억제 시트를 상기 전지셀 사이에 개재시킨 조전지.
본 발명의 열전달 억제 시트는, 열전달 억제 효과가 우수한 무기입자 및 무기섬유를 포함하기 때문에, 열전달 억제 효과가 우수하다.
또한, 본 발명의 열전달 억제 시트에 있어서, 제1 무기섬유와 제2 무기섬유가 서로 얽혀 네트워크를 형성하기 때문에, 네트워크 내에 무기입자를 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 열전달 억제 시트가 고온에 노출되면, 유리전이점이 낮고 비정질 섬유인 제1 무기섬유의 표면이 비교적 조기에 연화되어, 무기입자나 제2 무기섬유와 결착된다. 이에 의해, 본 발명의 열전달 억제 시트는, 고온시의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 열전달 억제 시트는 전지셀의 열폭주에 수반하는 팽창에 의해 가압력을 받거나, 전지셀의 발화에 수반하는 풍압을 받거나 하는 경우가 있지만, 본 발명의 열전달 억제 시트는 고온시의 기계적 강도가 우수하기 때문에, 이들 외력에 저항할 수 있다.
본 발명의 조전지는, 상기 열전달 억제 시트가 전지셀 사이에 개재되어 있다. 따라서, 본 발명의 조전지는 전지셀이 열폭주의 피해를 최소한으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 열전달 억제 시트의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 건식 압출성형법에 의해 제조된 본 발명의 실시형태에 따른 열전달 억제 시트의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 조전지의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명에 관한 열전달 억제 시트 및 조전지의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 도면에 있어서, 동일한 작용을 하는 부재나 위치에 대해서 동일한 부호를 붙여 설명하는 경우가 있고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 도면에 기재된 실시형태는, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 모식화되어 있고, 실제의 사이즈나 축척을 반드시 정확하게 나타내는 것은 아니다.
[1. 열전달 억제 시트]
도 1은 본 발명의 열전달 억제 시트의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도시된 열전달 억제 시트(10)는 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)를 포함한다. 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)는 모두 내열성의 재료이고, 또한, 입자간, 입자와 섬유 사이, 섬유사이에 미소한 공간이 무수하게 형성되어 공기에 의한 단열효과도 발휘되기 때문에, 열전달 억제 성능이 우수하다.
<1-1. 무기입자>
무기입자의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 열전달 억제 효과의 관점에서, 무기입자(20)는 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 산화물 입자를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 무기입자(20)의 형상 및 크기에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 나노입자, 중공 입자 및 다공질 입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 나노입자를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 무기입자(20)로서, 하나의 무기입자를 사용해도 되고, 2종 이상의 무기입자(20)를 조합하여 사용할 수도 있다. 2종 이상의 열전달 억제 효과가 서로 다른 무기입자(20)를 병용하면, 발열체를 다단으로 냉각할 수 있어, 흡열작용을 보다 넓은 온도 범위에서 발현할 수 있다.
또한, 무기입자(20)는, 직경이 큰 입자와 직경이 작은 입자를 혼합하여 사용하는 것도 바람직하다. 직경이 큰 무기입자(20)끼리의 간극에 직경이 작은 무기입자(20)가 끼어들어가게 되면, 보다 치밀한 구조가 되어, 열전달 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
무기입자(20)의 평균 2차 입자 직경이 0.01㎛ 이상이면, 입수가 용이하고, 제조비용의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 200㎛ 이하이면, 원하는 단열 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 무기입자(20)의 평균 2차입자 직경은 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.05㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이어서, 무기입자(20)로서 사용할 수 있는 입자의 재질 또는 형상의 일례를 이하에서 상세히 설명한다.
(1-1-1. 산화물 입자)
산화물 입자는 굴절률이 높고, 광을 난반사시키는 효과가 강하기 때문에, 무기입자로서 산화물 입자를 사용하면, 특히 이상 발열 등의 고온 영역에서 복사열 전달을 억제할 수 있다. 산화물 입자로서는, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르콘, 티탄산바륨, 산화아연 및 알루미나로부터 선택된 적어도 1종의 입자를 사용할 수 있다. 즉, 무기입자로서 사용할 수 있는 상기 산화물 입자 중 1종만을 사용해도 되고, 2종 이상의 산화물 입자를 사용할 수도 있다. 특히, 실리카는 단열성이 높은 성분이고, 티타니아는 다른 금속 산화물과 비교하여 굴절률이 높은 성분이며, 500℃ 이상의 고온 영역에서 빛을 난반사시켜 복사열을 차단하는 효과가 높기 때문에, 산화물 입자로서 실리카 및 티타니아를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
(산화물 입자의 평균 1차입자 직경: 0.001㎛ 이상 50㎛ 이하)
산화물 입자의 입자 직경은 복사열을 반사하는 효과에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 평균 1차입자 직경을 소정의 범위로 한정하면, 한층 더 높은 단열성을 얻을 수 있다.
즉, 산화물 입자의 평균 1차입자 직경이 0.001㎛ 이상이면, 가열에 기여하는 광의 파장보다 충분히 크고, 광을 효율적으로 난반사시키기 때문에, 500℃ 이상의 고온 영역에서 열전달 억제 시트 내에서의 열의 복사전달이 억제되어, 한층 더 단열성을 향상시킬 수 있다.
한편, 산화물 입자의 평균 1차입자 직경이 50㎛ 이하이면, 압축되어더라도 입자간의 접점이나 수가 증가하지 않고, 전도열의 경로를 형성하기 어렵기 때문에, 특히 전도열이 지배적인 통상적 온도 영역의 단열성에 대한 영향을 작게 할 수 있다.
2종 이상의 산화물 입자를 사용하는 경우에, 대직경 입자와 소직경 입자(나노입자)를 혼합하여 사용하는 것도 바람직하고, 이러한 경우의 대직경 입자의 평균 1차입자 직경은, 1㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5㎛ 이상 30㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하며, 10㎛ 이하인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 평균 1차입자 직경은, 현미경으로 입자를 관찰하고, 표준 스케일과 비교하여, 임의의 입자 10개의 평균을 통해 구할 수 있다.
(1-1-2. 나노입자)
본 발명에 있어서, 나노입자란, 구형 또는 구형에 가까운 평균 1차입자 직경이 1㎛ 미만인 나노미터 수준의 입자를 나타낸다. 나노입자는 밀도가 낮기 때문에 전도열을 억제하고, 무기입자로서 나노입자를 사용하면, 더욱 공극이 미세하게 분산되기 때문에, 대류열 전달을 억제하는 우수한 단열성을 얻을 수 있다. 이 때문에, 통상적 상온영역에서 전지를 사용시, 인접하는 나노입자 사이의 열의 전도를 억제할 수 있는 점에서, 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 무기입자로서 선택되는 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자 중 적어도 1종이 나노입자인 것이 바람직하다.
또한, 산화물 입자로서 평균 1차입자 직경이 작은 나노입자를 사용하면, 전지셀의 열폭주에 수반된는 팽창에 의해 열전달 억제 시트가 압축되어 내부의 밀도가 올라간 경우라도, 열전달 억제 시트의 전도열의 상승을 억제할 수 있다. 이것은, 나노입자가 정전기에 의한 반발력으로 입자 사이에 미세한 공극이 생기기 쉽고, 부피밀도가 낮아 쿠션성이 있도록 입자가 충전되기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 본 발명에 있어서, 무기입자로서 나노입자를 사용하는 경우에, 상기 나노입자의 정의에 따른 것이라면, 재질에 대해서 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 실리카 나노입자는 단열성이 높은 재료이면서 입자끼리의 접점이 작기 때문에, 실리카 나노입자에 의해 전도되는 열량은, 입자 직경이 큰 실리카 입자를 사용한 경우에 비해 작게 된다. 또한, 일반적으로 구입하는 실리카 나노입자는 부피밀도가 0.1g/㎤ 정도이기 때문에, 예를 들면, 단열 시트의 양측에 배치된 전지셀이 열팽창하여, 단열시트에 대하여 큰 압축 응력이 가해진 경우라도, 실리카 나노입자끼리의 접점의 크기(면적)나 수가 현저하게 커지지 않고, 단열성을 유지할 수 있다. 따라서, 나노입자로서 실리카 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다. 실리카 나노입자로서는 습식 실리카, 건식 실리카, 에어로겔 등을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 티타니아는 복사열을 차단하는 효과가 높고, 실리카 나노입자는 열전도가 극히 적으면서, 단열시트에 압축응력이 가해진 경우라도, 우수한 단열성을 유지할 수 있기 때문에, 무기입자로서 티타니아 및 실리카 나노입자를 모두 사용하는 것이 가장 바람직하다.
(나노입자의 평균 1차입자 직경: 1nm 이상 100nm 이하)
나노입자의 평균 1차입자 직경을 소정의 범위로 한정하면, 한층 더 높은 단열성을 얻을 수 있다.
즉, 나노입자의 평균 1차입자 직경을 1nm 이상 100nm 이하로 하면, 특히 500℃ 미만의 온도 영역에 있어서, 열전달 억제 시트 내에서의 열의 대류전달 및 열전도를 억제할 수 있어, 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 압축 응력이 인가된 경우라도, 나노입자 사이에 남은 공극과, 많은 입자간의 접점이 전도열을 억제하여, 열전달 억제 시트의 단열성을 유지할 수 있다
또한, 나노입자의 평균 1차입자 직경은 2nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 3nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 나노입자의 평균 1차입자 직경은 50nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 10nm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(1-1-3. 무기 수화물 입자)
무기 수화물 입자는, 발열체로부터 열을 받아 열분해 개시 온도 이상이 되면 열분해하고, 자신이 가지는 결정수를 방출하여 발열체 및 그 주위의 온도를 낮추는, 소위 「흡열작용」을 나타낸다. 또한, 결정수를 방출한 후에는 다공질체가 되어, 무수한 공기 구멍에 의해 단열작용을 나타낸다.
무기 수화물의 구체예로서, 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화아연(Zn(OH))2), 수산화철(Fe(OH)2), 수산화망간(Mn(OH)2), 수산화지르코늄(Zr(OH)2), 수산화갈륨(Ga(OH)3) 등을 들 수 있다.
예를 들면, 수산화알루미늄은 약 35%의 결정수를 갖고 있고, 하기 식에 나타내는 바와 같이, 열분해하여 결정수를 방출하는 흡열작용을 나타낸다. 그리고, 결정수를 방출한 후는 다공질체인 알루미나(Al2O3)가 되어, 단열재로서 기능한다.
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
또한, 후술하는 바와 같이 본 발명의 조전지에서는, 열전달 억제 시트(10)가 전지셀 사이에 개재되지만, 열폭주를 일으킨 전지셀에서는, 200℃를 초과하는 온도로 급상승하여, 700℃ 부근까지 온도 상승을 계속한다. 따라서, 무기입자는 열분해 개시 온도가 200℃ 이상인 무기 수화물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열거한 무기 수화물의 열분해 개시 온도는 수산화알루미늄이 약 200℃, 수산화마그네슘은 약 330℃, 수산화칼슘은 약 580℃, 수산화아연은 약 200℃, 수산화철은 약 350℃, 수산화망간은 약 300℃, 수산화지르코늄은 약 300℃, 수산화갈륨은 약 300℃이며, 모두 열폭주를 일으킨 전지셀의 급격한 승온의 온도 범위와 거의 겹치고, 온도 상승을 효율적으로 억제할 수 있기 때문에, 바람직한 무기 수화물이라고 할 수 있다.
또한, 무기입자(20)로서 무기 수화물 입자를 사용한 경우에, 평균 입자 직경이 지나치게 크면, 열전달 억제 시트(10)의 중심 부근에 있는 무기입자(20)(무기 수화물)가, 열분해 온도에 도달하기까지 어느 정도의 시간이 필요하므로, 시트 중심 부근의 무기입자(20)가 모두 열분해되지 않을 수 있다. 이 때문에, 무기 수화물 입자의 평균 2차입자 직경은 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.05㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
<1-2. 제1 무기섬유>
제1 무기섬유(30)는 비정질 섬유이고, 제2 무기섬유는 제1 무기섬유보다 유리전이점이 높은 비정질 섬유 및 결정질 섬유로부터 선택된 적어도 1 종으로 구성된 섬유이다. 또한, 결정질의 무기섬유의 융점은 통상 비정질의 무기섬유의 유리전이점보다 높다. 따라서, 제1 무기섬유(30)는 고온에 노출되면, 그 표면이 제2 무기섬유(31)보다 먼저 연화되어, 무기입자(20)나 제2 무기섬유(31)와 결착되기 때문에, 열전달 억제 시트(10)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
제1 무기섬유(30)로서는, 구체적으로는, 융점이 700℃ 미만인 무기섬유가 바람직하고, 많은 비정질의 무기섬유를 사용할 수 있다. 그 중에서도, SiO2를 포함하는 섬유인 것이 바람직하고, 저렴하고, 구입이 용이하고, 취급성 등이 우수한 점에서, 유리섬유인 것이 보다 바람직하다.
<1-3. 제2 무기섬유>
제2 무기섬유(31)는, 상술한 바와 같이, 제1 무기섬유보다 유리전이점이 높은 비정질의 섬유, 및 결정질의 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 섬유이다. 제2 무기섬유(31)로서는, 많은 결정성의 무기섬유를 사용할 수 있다.
제2 무기섬유(31)가 결정질 섬유로 이루어지거나, 또는 제1 무기섬유(30)보다 유리전이점이 높은 것이면, 고온에 노출되었을 때 제1 무기섬유(30)가 연화되더라도, 제2 무기섬유(31)는 용융 또는 연화되지 않는다. 따라서, 전지셀의 열폭주시에도 형상을 유지할 수 있고, 전지셀 사이에 계속 존재할 수 있다.
또한, 제2 무기섬유(31)가 용융 또는 연화되지 않으면, 무기입자(20) 사이, 무기입자(20)와 제1 무기섬유와 제2 무기섬유의 사이, 제1 무기섬유와 제2 무기섬유 사이의 미세한 공간이 유지되기 때문에, 공기에 의한 단열효과가 발휘되어, 우수한 열전달 억제 성능을 유지할 수 있다.
제2 무기섬유(31)가 결정질인 경우에, 제2 무기섬유(31)로서는, 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 실리케이트 섬유 및 지르코니아 섬유 등의 세라믹스계 섬유, 및 록울(rock wool), AES(Alkaline Earth Silicate) 섬유, 지르코니아 섬유, 티탄산칼륨 섬유 및 규회석(wollastonite) 등의 광물계 섬유 등을 들 수 있다.
제2 무기섬유(31)로서 들 수 있는 섬유 중, 융점이 1000℃를 초과하는 것이면, 전지셀의 열폭주가 발생해도, 제2 무기섬유(31)는 용융 또는 연화하지 않고, 그 형상을 유지할 수 있기 때문에, 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2 무기섬유(31)로서 들 수 있는 섬유 중, 예를 들면, 실리카 섬유, 알루미나 섬유 및 알루미나 실리케이트 섬유 등의 세라믹스계 섬유, 및 광물계 섬유를 사용하는 것이 보다 바람직하고, 그 중에서도 융점이 1000℃를 초과하는 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 제2 무기섬유(31)가 비정질인 경우라도, 제1 무기섬유(30)보다 유리전이점이 높은 섬유이면, 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 무기섬유(30)보다 유리전이점이 높은 유리 섬유를 제2 무기섬유(31)로서 사용할 수 있다.
또한, 제2 무기섬유(31)로서는, 예시한 각종 무기섬유를 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다
또한, 상술한 바와 같이, 제1 무기섬유(30)는 제2 무기섬유(31)보다 유리전이점이 낮고, 고온에 노출되었을 때에, 제1 무기섬유(30)가 먼저 연화되기 때문에, 제1 의 무기섬유(30)로 무기입자(20) 및 제2 무기섬유(31)와 결착될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 제2 무기섬유(31)가 비정질이고, 그 섬유직경이 제1 무기섬유(30)의 섬유직경보다 얇은 경우에, 제1 무기섬유(30)와 제2 무기섬유(31)의 유리전이점이 가까워지면, 제2 무기섬유(31)가 먼저 연화될 우려가 있다.
따라서, 제2 무기섬유(31)가 비정질 섬유인 경우, 제2 무기섬유(31)의 유리전이점은 제1 무기섬유(30)의 유리전이점보다 100℃ 이상 높은 것이 바람직하며, 300℃ 이상 높은 것이 보다 바람직하다.
<1-4. 무기섬유의 평균 섬유직경>
본 발명에 있어서, 평균 섬유직경이 굵은(대직경의) 무기섬유는, 열전달 억제 시트(10)의 기계적 강도나 보형성을 향상시키는 효과를 갖는다. 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31) 중 어느 한쪽을 대직경으로 함으로써, 상기 효과를 얻을 수 있다. 열전달 억제 시트(10)에는, 외부로부터의 충격이 작용하는 경우가 있기 때문에, 대직경의 무기섬유를 포함함으로써 내충격성이 높아진다. 외부로부터의 충격으로는, 예를 들면 전지셀의 팽창에 의한 가압력이나, 전지셀의 발화에 의한 풍압 등이 있다.
또한, 열전달 억제 시트(10)의 기계적 강도나 보형성을 향상시키기 위해서는, 대직경의 무기섬유는 선형상 또는 바늘형상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 선형상 또는 바늘형상의 섬유란, 후술하는 권축도가 예를 들면 10% 미만, 바람직하게는 5% 이하인 섬유를 말한다.
보다 구체적으로는, 열전달 억제 시트(10)의 기계적 강도나 보형성을 향상시키기 위해서는, 대직경의 무기섬유의 평균 섬유직경은 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 3㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 단, 대직경의 무기섬유가 지나치게 굵으면, 열전달 억제 시트(10)에 대한 성형성, 가공성이 저하될 우려가 있기 때문에, 평균 섬유직경은 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 대직경의 무기섬유는 지나치게 길어도 성형성이나 가공성이 저하될 우려가 있으므로, 섬유 길이를 100㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 대직경의 무기섬유는 지나치게 짧아도 보형성이나 기계적 강도가 저하되기 때문에, 섬유길이를 0.1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 평균 섬유직경이 가는(세직경의) 무기섬유는, 무기입자(20)의 유지성을 향상시킴과 동시에, 열전달 억제 시트(10)의 유연성을 높이는 효과를 갖는다. 따라서, 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31) 중 다른 쪽을 세직경으로 함으로써, 상기 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 무기입자(20)의 유지성을 향상시키기 위해서는, 세직경의 무기섬유는 변형이 용이하고, 유연성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 세직경의 무기섬유는 평균 섬유직경이 1㎛ 미만인 것이 바람직하고, 0.1㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 단, 세직경의 무기섬유가 지나치게 얇으면 파단되기 쉬워, 무기입자(20)의 유지능력이 저하된다. 또한, 무기입자(20)를 유지하지 않고 섬유가 서로 얽힌 채로 시트 중에 존재하는 비율이 많아지고, 무기입자(20)의 유지능력 저하와 더불어, 성형성이나 보형성도 떨어지게 된다. 그 때문에, 세직경의 무기섬유의 평균 섬유직경은 1㎚ 이상이 바람직하고, 10㎚ 이상이 보다 바람직하다.
또한, 세직경의 무기섬유는, 너무 길어지면 성형성이나 보형성이 저하되므로, 섬유길이는 0.1㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 미세 직경의 무기섬유는 수지(樹枝)형상 또는 권축(捲縮)형상인 것이 바람직하다. 세직경의 무기섬유가 이러한 형상이면, 열전달 억제 시트(10)에 있어서, 대직경의 무기섬유나 무기입자(20)와 서로 얽히게 된다. 이 때문에, 무기입자(20)의 유지능력이 향상된다. 또한, 열전달 억제 시트가 가압력이나 풍압을 받았을 때, 세직경의 무기섬유가 미끄러져 이동하는 것이 억제되고, 이것에 의해, 특히 외부로부터의 가압력이나 충격에 저항하는 기계적 강도가 향상된다.
또한, 수지형상이란, 2차원적 또는 3차원적으로 가지가 나뉜 구조이며, 예를 들면 깃털 형상, 테트라포드 형상, 방사선 형상, 입체망 형상이다.
세직경의 무기섬유(31)가 수지형상인 경우, 평균 섬유직경은 SEM에 의해 줄기부 및 가지부의 직경을 다수개 측정하고, 이들의 평균값을 산출함으로써 얻을 수 있다.
또한, 「권축형상」이란 섬유가 다양한 방향으로 굴곡된 구조이다. 권축 형태를 정량화하는 방법의 하나로서, 전자현미경 사진으로부터 그 권축도를 산출하는 것이 알려져 있고, 예를 들면 하기 식으로부터 산출할 수 있다.
권축도(%) = (섬유 길이 - 섬유말단간 거리) / (섬유 길이) × 100
여기서, 섬유길이, 섬유말단간 거리는 모두 전자현미경 사진상에서의 측정값이다. 즉, 2차원 평면 상에 투영된 섬유길이, 섬유말단간 거리이며, 현실의 값보다 짧아지게 된다. 이 식에 기초하여, 제2 무기섬유(31)의 권축도는 10% 이상이 바람직하고, 30% 이상이 보다 바람직하다. 권축도가 작으면, 무기입자(20)의 유지능력이나, 제2 무기섬유(31)끼리 또는 제1 무기섬유(30)와의 서로 얽힘(네트워크)이 형성되기 어려워진다.
상술한 바와 같이, 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31) 중 어느 하나의 평균 섬유직경은 다른 쪽의 평균 섬유직경보다 큰 것이 바람직하지만, 본 발명에서는 제1 무기섬유 섬유(30)의 평균 섬유직경이 제2 무기섬유(31)의 평균 섬유직경보다 큰 것이 보다 바람직하다. 제1 무기섬유(30)의 평균 섬유직경이 대직경이면, 제1 무기섬유(30)의 유리전이점이 낮고, 빨리 연화되기 때문에, 온도의 상승에 따라 막형상이 되어 경화된다. 반면, 제2 무기섬유(31)의 평균 섬유직경이 세직경이면, 온도가 상승해도 세직경의 제2 무기섬유(31)가 섬유의 형상으로 잔존하기 때문에, 열전달 억제 시트(10)의 구조를 유지하고, 분체의 탈락을 방지할 수 있다.
또한, 제1 무기섬유(30)로서, 대직경이면서 선형 또는 바늘 형상의 무기섬유와 세직경이면서 수지형상 또는 권축형상의 무기섬유의 양쪽이 사용되고, 무기섬유(31)로서, 대직경이면서 선형 또는 바늘 형상의 무기섬유와, 세직경이면서 수지형상 또는 권축형상의 무기섬유의 양쪽이 사용되면, 무기입자의 유지효과, 기계적 강도 및 보형성을 더욱 높일 수 있기 때문에 가장 바람직하다.
<1-5. 무기입자, 제1 무기섬유 및 제2 무기섬유의 각 함유량>
상기 무기입자(20)의 함유량은 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여 30중량% 이상 94중량% 이하인 것이 바람직하고, 제1 무기섬유(30)의 함유량은 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여 3중량% 이상 30중량% 이하인 것이 바람직하며, 제2 무기섬유(31)의 함유량은, 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여 3중량% 이상 30중량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 더욱 바람직하게는, 열전달 억제 시트(10)의 전체 중량에 대하여, 무기입자(20)의 함유량이 60중량% 이상 90중량% 이하이고, 제1 무기섬유(30)의 함유량이 5중량% 이상 15중량% 이하이며, 제2 무기섬유(31)의 함유량이 5중량% 이상 15중량% 이하이다. 이러한 함유량을 가짐으로써, 무기입자(20)에 의한 흡열·단열 효과, 제1 무기섬유(30)에 의한 보형성이나 가압력 내성, 항풍압성, 및 제2 무기섬유(31)에 의한 무기입자(20)의 유지능력이 균형있게 발현된다.
<1-6. 기타 배합 재료>
열전달 억제 시트(10)에는, 필요에 따라, 유기섬유나 유기바인더 등을 배합할 수 있다. 이들은 모두 열전달 억제 시트(10)의 보강이나 성형성의 향상을 목적으로 하는 데에 유용하고, 시트 전체중량에 대하여 합계량으로, 10중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 사용하는 유기 섬유 및 유기 바인더 등의 종류가 특별히 제한되지 않지만, 유기섬유로서는, 펄프 및 폴리에스테르 섬유 등을 들 수 있다. 또한, 유기바인더로서, 제조방법에 따라 바람직한 바인더를 선택할 수 있다. 본 발명에서 선택할 수 있는 유기 바인더에 대해서는 후술한다.
<1-7. 열전달 억제 시트의 두께>
열전달 억제 시트(10)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.05㎜ 이상 5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.05mm 미만이면 충분한 기계적 강도를 열전달 억제 시트(10)에 부여할 수 없다. 반면, 두께가 5㎜를 초과하면, 열전달 억제 시트(10)의 성형 자체가 곤란해질 우려가 있다.
[2. 열전달 억제 시트의 제조 방법]
열전달 억제 시트(10)는 적어도 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31)를 포함하는 재료를 건식성형법 또는 습식성형법에 의해 틀성형하여 제조된다. 건식성형법으로는, 예를 들면 프레스 성형법(건식 프레스 성형법) 및 압출 성형법(건식 압출 성형법)을 사용할 수 있다.
<2-1. 건식 프레스 성형법을 이용한 제조 방법>
건식 프레스 성형법에서는, 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31), 및 필요에 따라 유기섬유 및 유기바인더 등을 소정의 비율로 V형 혼합기 등의 혼합기에 투입한다. 그리고, 혼합기에 투입된 재료를 충분히 혼합한 후, 이 혼합물을 소정의 틀 내에 투입하고, 프레스 성형함으로써, 열전달 억제 시트(10)를 얻을 수 있다. 프레스 성형시, 필요에 따라 가열할 수도 있다.
또한, 프레스 성형시의 프레스압은, 0.98MPa 이상 9.80MPa 이하의 범위인 것이 바람직하다. 프레스압이 0.98MPa 미만이면, 얻어지는 열전달 억제 시트(10)가 강도를 유지할 수 없어 부서질 우려가 있다. 한편, 프레스압이 9.80MPa를 초과하면, 과도한 압축에 의해 가공성이 저하되거나 부피 밀도가 높아지기 때문에 고체 전열이 증가하여 단열성이 저하될 우려가 있다.
또한, 건식 프레스 성형법을 사용하는 경우, 유기바인더로서 폴리비닐알코올(PVA:PolyVinyl Alcohol)을 사용하는 것이 바람직하지만, 건식 프레스 성형법을 사용하는 경우에 일반적으로 사용되는 유기바인더라면, 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
<2-2. 건식 압출 성형법을 이용한 제조 방법>
건식 압출 성형법에서는, 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31), 및 필요에 따라 결합재인 유기섬유 및 유기바인더 등에 물을 첨가하고, 혼련기로 혼련함으로써 페이스트를 제조한다. 그 후, 얻어진 페이스트를 압출 성형기를 사용하여 슬릿 형상의 노즐로부터 압출하고, 다시 건조시킴으로써 열전달 억제 시트(10)를 얻을 수 있다. 건식 압출 성형법을 사용하는 경우에는, 유기바인더로서 메틸셀룰로오스 및 수용성 셀룰로오스 에테르 등을 사용하는 것이 바람직하지만, 건식 압출 성형법을 사용하는 경우에 일반적으로 사용되는 유기바인더라면, 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
도 2는 건식 압출 성형법에 의해 제조된 본 발명의 실시형태와 관련한 열전달 억제 시트의 단면을 나타내는 SEM 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열전달 억제 시트는 무기입자(20), 대직경의 제1 무기섬유(30) 및 세직경의 제2 무기섬유(31)를 포함한다. 무기입자(20)의 입자간, 무기입자(20)와 무기섬유(30, 31) 사이, 및 무기섬유(30, 31) 사이에는, 미소한 공간이 무수하게 형성되어 있어, 공기에 의한 단열 효과도 발휘되기 때문에, 열전달 억제 성능이 우수하다.
<2-3. 습식성형법을 이용한 제조 방법>
습식성형법에서는, 무기입자(20), 제1 무기섬유(30) 및 제2 무기섬유(31), 및 필요에 따라 결합재인 유기바인더를 수중에서 혼합하고, 교반기로 교반함으로써, 혼합액을 제조한다. 그 후, 얻어진 혼합액을 바닥면에 여과용 메쉬가 형성된 성형기에 흘려 넣고, 메쉬를 통해 혼합액을 탈수함으로써, 습윤 시트를 제작한다. 그 후, 얻어진 습윤 시트를 가열함과 동시에 가압함으로써, 열전달 억제 시트(10)를 얻을 수 있다.
또한, 가열 및 가압 공정 전에, 습윤시트에 열풍을 통기시켜, 시트를 건조하는 통기건조 처리를 실시해도 되지만, 통기건조 처리를 실시하지 않고, 습윤한 상태에서 가열 및 가압해도 된다.
또한, 습식성형법을 사용하는 경우에는, 유기바인더로서 양이온화 전분이나 아크릴 수지를 선택할 수 있다.
[3. 조전지]
본 발명에 따른 조전지는, 전지셀 사이에 상기 열전달 억제 시트(10)를 개재시킨 것이다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 조전지(100)는, 복수개의 전지셀(101)을 병설하고, 직렬 또는 병렬로 연결하여 전지 케이스(110)에 수용한 것으로, 전지셀(101) 사이에 열전달 억제 시트(10)가 개재되어 있다.
이러한 조전지(100)에서는, 하나의 전지셀(101)이 열폭주하여 고온이 되고, 팽창하거나 발화한 경우에서도, 열전달 억제 효과 및 고온시의 강도가 우수한 상기 열전달 억제 시트(10)에 의해, 인접하는 다른 전지셀(101)에 미치는 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조전지에서는 전지셀의 열폭주의 연쇄가 억제되고, 하나의 전지셀(101)이 열폭주하더라도 피해가 최소한으로 억제된다.
이상, 도면을 참조하면서 각종 실시형태를 설명했으나, 본 발명이 이러한 예에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있음이 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또한, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시형태의 각 구성 요소를 임의로 조합할 수도 있다.
또한, 본 출원은, 2020년 7월 10일 출원의 일본 특허출원(특원 2020-119430)에 근거하는 것이며, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.
10 : 열전달 억제 시트
20 : 무기입자
30 : 제1 무기섬유
31 : 제2 무기섬유
100 : 조전지
110 : 전지케이스

Claims (18)

  1. 무기입자와, 제1 무기섬유와, 제2 무기섬유를 포함하고,
    상기 제1 무기섬유는 비정질의 섬유이며,
    상기 제2 무기섬유는, 상기 제1 무기섬유보다 유리전이점이 높은 비정질의 섬유 및 결정질의 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하고,
    상기 제1 무기섬유의 평균 섬유직경이, 상기 제2 무기섬유의 평균 섬유직경보다 큰,
    열전달 억제 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유의 유리전이점이 700℃ 미만인, 열전달 억제 시트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유는 SiO2를 포함하는 섬유이고,
    상기 제2 무기섬유는 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 실리케이트 섬유, 지르코니아 섬유 및 광물계 섬유로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 섬유인,
    열전달 억제 시트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 무기섬유가 유리섬유이고,
    상기 제2 무기섬유는 광물계섬유인, 열전달 억제 시트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기입자의 평균 2차입자 직경이 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하인,
    열전달 억제 시트.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기입자는 산화물 입자, 탄화물 입자, 질화물 입자 및 무기 수화물 입자로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무기입자가 산화물 입자를 포함하는, 열전달 억제 시트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산화물 입자의 평균 1차입자 직경이 0.001㎛ 이상 50㎛ 이하인,
    열전달 억제 시트.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 산화물 입자가 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르콘, 티탄산 바륨, 산화아연 및 알루미나로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 무기입자가 나노입자, 중공 입자 및 다공질 입자로부터 선택된 적어도 1 종을 포함하는,
    열전달 억제 시트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무기입자가 나노입자를 포함하는, 열전달 억제 시트.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 나노입자가 실리카 나노입자인, 열전달 억제 시트.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 나노입자의 평균 1차입자 직경이 1nm 이상 100nm 이하인,
    열전달 억제 시트.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 산화물 입자가 티타니아를 포함하는, 열전달 억제 시트.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    열전달 억제 시트 전체 중량에 대하여,
    상기 무기입자의 함유량이 30 중량% 이상 94 중량% 이하,
    상기 제1 무기섬유의 함유량이 3 중량% 이상 30 중량% 이하, 및
    상기 제2 무기섬유의 함유량이 3 중량% 이상 30 중량% 이하인,
    열전달 억제 시트.
  16. 복수의 전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 조전지에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 열전달 억제 시트를 상기 전지셀 사이에 개재시킨, 조전지.
  17. 삭제
  18. 삭제
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN219066973U (zh) * 2021-12-21 2023-05-23 揖斐电株式会社 绝热片和电池组
JP7364739B2 (ja) * 2021-12-28 2023-10-18 イビデン株式会社 熱伝達抑制シート及び組電池
WO2023145883A1 (ja) * 2022-01-31 2023-08-03 イビデン株式会社 防炎構造体及びその製造方法、並びに電池モジュール
JP2023111799A (ja) * 2022-01-31 2023-08-10 イビデン株式会社 熱伝達抑制シートの製造方法、熱伝達抑制シート及び組電池
JP7364722B2 (ja) * 2022-03-11 2023-10-18 イビデン株式会社 熱伝達抑制シートの製造方法、熱伝達抑制シート及び組電池
CN114976258A (zh) * 2022-05-17 2022-08-30 哈尔滨工业大学 一种有助于均匀锂沉积的复合聚合物电解质及其制备方法和应用
JP2023174131A (ja) * 2022-05-27 2023-12-07 イビデン株式会社 熱伝達抑制シート及び組電池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019204637A (ja) 2018-05-22 2019-11-28 イビデン株式会社 組電池用熱伝達抑制シートおよび組電池
JP2020165065A (ja) 2019-03-29 2020-10-08 王子ホールディングス株式会社 耐熱断熱シートとその製造方法、及び組電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107075805B (zh) * 2015-02-24 2021-04-20 尤尼弗瑞克斯 I 有限责任公司 耐高温隔热垫
JP6885791B2 (ja) 2017-06-05 2021-06-16 積水化学工業株式会社 熱暴走防止シート
JP7115906B2 (ja) 2018-05-22 2022-08-09 イビデン株式会社 組電池用熱伝達抑制シートおよび組電池
JP7182123B2 (ja) * 2018-08-24 2022-12-02 イビデン株式会社 組電池用吸熱シートおよび組電池
JP2020119430A (ja) 2019-01-28 2020-08-06 シャープ株式会社 電気機器、電気機器における状態管理プログラムおよび状態管理方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019204637A (ja) 2018-05-22 2019-11-28 イビデン株式会社 組電池用熱伝達抑制シートおよび組電池
JP2020165065A (ja) 2019-03-29 2020-10-08 王子ホールディングス株式会社 耐熱断熱シートとその製造方法、及び組電池

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