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JP7525321B2 - Heat insulating sheet for battery pack and battery pack - Google Patents
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JP7525321B2 - Heat insulating sheet for battery pack and battery pack - Google Patents

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Description

本発明は、組電池の電池セル間に介在させる組電池用断熱シート、及び組電池用断熱シートを電池セル間に介在させた組電池に関する。 The present invention relates to an insulating sheet for a battery pack that is interposed between battery cells of the battery pack, and to a battery pack in which an insulating sheet for a battery pack is interposed between battery cells.

従来より、発熱体から他の物体への熱伝達を抑制するために、発熱体に近接させ、又は少なくとも一部を発熱体に接触させて用いる断熱シートが用いられている。 Conventionally, heat insulating sheets have been used in close proximity to a heating element or with at least a portion in contact with the heating element to suppress heat transfer from the heating element to other objects.

また、近年では、環境保護の観点から電動モータで駆動する電気自動車又はハイブリッド車等の開発が盛んに進められている。この電気自動車又はハイブリッド車等には、駆動用電動モータの電源となるための、複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池が搭載されている。 In recent years, from the perspective of environmental protection, there has been active development of electric vehicles and hybrid vehicles that are driven by electric motors. These electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with a battery pack in which multiple battery cells are connected in series or parallel to serve as the power source for the driving electric motor.

この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池等に比べて、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。そして、高容量かつ高出力が可能な電池において、電池の内部短絡や過充電等が原因で、ある電池セルが急激に昇温し、その後も発熱を継続するような熱暴走を起こした場合、熱暴走を起こした電池セルからの熱が隣接する他の電池セルに伝播することで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。 These battery cells are mainly lithium-ion secondary batteries, which are capable of higher capacity and power output than lead-acid batteries or nickel-metal hydride batteries. In batteries capable of high capacity and power output, if a battery cell experiences thermal runaway, where the temperature rises suddenly and continues to generate heat due to an internal short circuit or overcharging, the heat from the battery cell experiencing thermal runaway may propagate to other adjacent battery cells, causing thermal runaway in the other battery cells.

上記のような組電池の分野において、熱暴走を起こした電池セルから隣接する電池セルへの熱の伝播を抑制し、熱暴走の連鎖を防ぐために、電池セル間に介在させる種々の断熱シートが提案されている。特許文献1には、断熱シートを電池セルなどに挟み込んで使う場合に、特に高荷重下において、エアロゲルが圧縮されて潰れることにより、低荷重時と比較して断熱効果が大きく低下するという課題に対する解決を図った断熱シートの製造方法が開示されている。上記製造方法は、水ガラス組成物に炭酸エステルを加えて作製した塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、前記複合体に含まれる液体を、前記液体の臨界温度未満及び臨界圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含む。そして、前記断熱シートの0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下に規定されている。 In the field of battery packs as described above, various insulating sheets have been proposed to be interposed between battery cells in order to suppress the transfer of heat from a battery cell that has experienced thermal runaway to adjacent battery cells and prevent a chain reaction of thermal runaway. Patent Document 1 discloses a method for manufacturing an insulating sheet that solves the problem that when an insulating sheet is sandwiched between battery cells, etc., the aerogel is compressed and crushed, especially under high load, resulting in a significant decrease in the insulating effect compared to when the load is low. The manufacturing method includes a complex formation step in which a basic sol produced by adding a carbonate ester to a water glass composition is impregnated into nonwoven fabric fibers to form a hydrogel-nonwoven fabric fiber complex, a surface modification step in which the complex is mixed with a silylation agent to modify the surface, and a drying step in which the liquid contained in the complex is removed by drying below the critical temperature and critical pressure of the liquid. The compressibility of the insulating sheet at 0.30 to 5.0 MPa is specified to be 40% or less.

特開2019-99984号公報JP 2019-99984 A

しかしながら、上記特許文献1に記載された製造方法により得られた断熱シートは、もともと潰れやすいエアロゲルに不織布繊維を組み合わせて、所定の面圧下における圧縮率が40%以下となるように調整しているので、シートの反発力は主に不織布繊維によるものである。このため、強い圧力が加わったときには、厚みが薄くなり断熱性能が低下する。また、特に圧縮されやすいエアロゲル成分に歪みが生じることにより、無数のクラックが発生し、粒子脱落の発生原因となる。一旦クラックが発生すると、繰り返し発生する膨張収縮によって、エアロゲル成分が減少し、断熱性能が低下する。 However, the heat insulating sheet obtained by the manufacturing method described in Patent Document 1 combines aerogel, which is inherently easily crushed, with nonwoven fabric fibers and adjusts the compression rate under a specified surface pressure to 40% or less, so the resilience of the sheet is mainly due to the nonwoven fabric fibers. Therefore, when strong pressure is applied, the thickness becomes thin and the heat insulating performance decreases. In addition, distortion occurs in the aerogel component, which is particularly easily compressed, causing countless cracks to occur, which causes particles to fall off. Once cracks occur, the aerogel component decreases due to repeated expansion and contraction, and the heat insulating performance decreases.

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、強い圧縮力が加わっても変形しにくく、粒子脱落が発生しにくい構造であり、長期間安定して断熱性能を発揮できる組電池用断熱シート及び組電池用断熱シートを電池セル間に介在させた組電池を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide an insulating sheet for a battery assembly that is resistant to deformation even when a strong compressive force is applied, has a structure that is less susceptible to particle shedding, and can provide stable insulating performance for a long period of time, and an assembled battery in which the insulating sheet for a battery assembly is interposed between battery cells.

上記の目的は、本発明に係る下記(1)の断熱シートにより達成される。 The above object is achieved by the heat insulating sheet according to the present invention (1).

(1) 複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池における、前記電池セル間に介在される組電池用断熱シートであって、
シリカナノ粒子からなる第1粒子と、前記第1粒子間に分散する金属酸化物からなる第2粒子と、前記第1粒子と前記第2粒子とを結合するバインダと、を含み、
前記第1粒子の含有量は、前記組電池用断熱シート全質量に対して30質量%以上80質量%以下であり、
面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kが5%以上40%以下である、組電池用断熱シート。
(1) A heat insulating sheet for a battery assembly, which is interposed between a plurality of battery cells in a battery assembly having the battery cells connected in series or parallel, comprising:
The composition includes first particles made of silica nanoparticles, second particles made of a metal oxide dispersed between the first particles, and a binder that binds the first particles and the second particles,
A content of the first particles is 30 mass% or more and 80 mass% or less with respect to a total mass of the insulating sheet for a battery assembly,
A heat insulating sheet for a battery pack, having a compression rate k of 5% or more and 40% or less when the surface pressure p is 5 MPa.

また、本発明の断熱シートは、下記(2)~(12)であることが好ましい。 The heat insulating sheet of the present invention is preferably one of the following (2) to (12).

(2) 前記第1粒子は、平均粒子径が1nm以上100nm以下である、(1)に記載の組電池用断熱シート。
(3) 前記第2粒子は、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも1種である、(1)又は(2)に記載の組電池用断熱シート。
(4) 前記第2粒子はチタニアである、(3)に記載の組電池用断熱シート。
(5) 前記第2粒子は、平均粒子径が1μm以上50μm以下である、(1)~(4)のいずれか1つに記載の組電池用断熱シート。
(6) 前記バインダの含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して3質量%以上30質量%以下である、(1)~(5)のいずれか1つに記載の組電池用断熱シート。
(7) 前記バインダは、メチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びこれらの誘導体から選択された少なくとも1種である(1)~(6)のいずれか1つに記載の組電池用断熱シート。
(2) The insulating sheet for a battery pack according to (1), wherein the first particles have an average particle diameter of 1 nm or more and 100 nm or less.
(3) The heat insulating sheet for a battery pack according to (1) or (2), wherein the second particles are at least one type selected from the group consisting of titania, zirconia, zircon, barium titanate, zinc oxide, and alumina.
(4) The insulating sheet for a battery pack according to (3), wherein the second particles are titania.
(5) The insulating sheet for a battery pack according to any one of (1) to (4), wherein the second particles have an average particle diameter of 1 μm or more and 50 μm or less.
(6) The insulating sheet for a battery pack according to any one of (1) to (5), wherein the content of the binder is 3 mass % or more and 30 mass % or less based on the total mass of the insulating sheet for a battery pack.
(7) The insulating sheet for a battery pack according to any one of (1) to (6), wherein the binder is at least one selected from the group consisting of methyl cellulose, water-soluble cellulose ether, hydroxypropyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, and derivatives thereof.

(8) 前記面圧pを前記圧縮率kで微分することにより得られる微分値をdp/dkとしたとき、前記圧縮率kに対する前記dp/dkが極大値を有する、(1)~(7)のいずれか1つに記載の組電池用断熱シート。
(9) 前記圧縮率kが5%以上40%以下の範囲で、前記dp/dkが最初に極大となる第1の極大値が出現する、(8)に記載の組電池用断熱シート。
(10) 前記第1の極大値は50MPa以上100MPa以下である、(9)に記載の組電池用断熱シート。
(11) さらに、前記第1粒子及び前記第2粒子間に分散される繊維を含む、(1)~(10)のいずれか1つに記載の組電池用断熱シート。
(12) 前記繊維は無機繊維又は有機繊維である、(11)に記載の組電池用断熱シート。
(8) The insulating sheet for a battery assembly according to any one of (1) to (7), wherein, when a differential value obtained by differentiating the surface pressure p with respect to the compression rate k is defined as dp/dk, the dp/dk with respect to the compression rate k has a maximum value.
(9) The insulating sheet for a battery assembly according to (8), wherein a first maximum value at which the dp/dk first becomes maximum appears when the compression rate k is in the range of 5% or more and 40% or less.
(10) The insulating sheet for a battery pack according to (9), wherein the first maximum value is 50 MPa or more and 100 MPa or less.
(11) The insulating sheet for a battery pack according to any one of (1) to (10), further comprising fibers dispersed between the first particles and the second particles.
(12) The insulating sheet for a battery pack according to (11), wherein the fibers are inorganic fibers or organic fibers.

上記の目的は、本発明に係る下記(13)の組電池により達成される。 The above object is achieved by the battery pack according to the present invention as set forth below in (13).

(13)複数の電池セルが、(1)~(12)のいずれか1つに記載の組電池用断熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池。 (13) A battery pack in which multiple battery cells are arranged via a heat insulating sheet for a battery pack described in any one of (1) to (12), and the multiple battery cells are connected in series or parallel.

本発明の組電池用断熱シートによれば、第1粒子と第2粒子とがバインダで結合されているので、バインダの弾力によって、断熱シートに反発力が与えられる。このため、組電池用断熱シートが圧縮されても一定の厚さを確保することができ、断熱性を維持することができる。また、バインダが第1粒子及び第2粒子を保持しているため、断熱シートが圧縮されても、第1粒子及び第2粒子の脱落を防止することができる。 According to the insulating sheet for battery packs of the present invention, the first particles and the second particles are bound by a binder, so that the elasticity of the binder provides a repulsive force to the insulating sheet. Therefore, even if the insulating sheet for battery packs is compressed, a certain thickness can be ensured and the insulating properties can be maintained. In addition, because the binder holds the first particles and the second particles, the first particles and the second particles can be prevented from falling off even if the insulating sheet is compressed.

また、本発明の組電池用断熱シートによれば、第1粒子の含有量を適切に調整しているため、断熱性を確保することができるとともに、所望量の第2粒子及びバインダを含有させることができる。したがって、第2粒子により輻射伝熱を遮ることができ、バインダによって所定の面圧pと圧縮率kとの関係を確保し、粒子脱落を防止することができる。 In addition, the battery pack insulating sheet of the present invention has an appropriately adjusted content of the first particles, ensuring thermal insulation and allowing the desired amounts of the second particles and binder to be contained. Therefore, the second particles can block radiative heat transfer, and the binder can ensure a relationship between a predetermined surface pressure p and compression rate k, preventing particle falloff.

さらに、本発明の組電池用断熱シートによれば、面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kが40%以下であり、高い反発力を有しているので、電池の膨張により圧縮が生じても、潰れにくく一定の厚みを確保でき、断熱性を確保することができる。また、面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kを5%以上としているので、電池セルが膨張したり、外力が加わって歪みが生じても、組電池用断熱シートには大きな応力が加わりにくく、割れを防止することができる。 Furthermore, according to the insulating sheet for battery packs of the present invention, the compression rate k is 40% or less when the surface pressure p is 5 MPa, and it has a high resilience, so even if compression occurs due to battery expansion, it is difficult to collapse, a constant thickness can be ensured, and thermal insulation properties can be ensured. Also, since the compression rate k is 5% or more when the surface pressure p is 5 MPa, even if the battery cells expand or an external force is applied and distortion occurs, the insulating sheet for battery packs is unlikely to be subjected to large stress, and cracks can be prevented.

本発明の組電池によれば、上記組電池用断熱シートを使用しているので、電池に膨張が生じても断熱シートが一定の厚さで保持され、断熱性を継続して確保できる。したがって、個々の電池の熱暴走トラブルが、隣接する電池へ伝播することを防止することができる。 The battery pack of the present invention uses the insulating sheet for the battery pack, so even if the battery expands, the insulating sheet maintains a constant thickness and the insulating properties can be continuously ensured. Therefore, it is possible to prevent thermal runaway problems in individual batteries from spreading to adjacent batteries.

図1は、本発明の実施形態に係る組電池用断熱シートの構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a heat insulating sheet for a battery pack according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す組電池用断熱シートを用いた第1の実施形態に係る組電池を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view that illustrates a battery pack according to a first embodiment that uses the heat insulating sheet for a battery pack shown in FIG. 図3は、繊維を含む組電池用断熱シートを用いた第2の実施形態に係る組電池を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view that illustrates a battery pack according to a second embodiment that uses a thermal insulating sheet for a battery pack that includes fibers. 図4は、縦軸を面圧pとし、横軸を圧縮率kとした場合における、圧縮率kに対する面圧pの変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the change in surface pressure p versus compression ratio k, where the vertical axis represents surface pressure p and the horizontal axis represents compression ratio k. 図5は、縦軸を微分値dp/dkとし、横軸を圧縮率kとした場合における、圧縮率kに対する微分値dp/dkの変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the change in the differential value dp/dk with respect to the compression ratio k, where the vertical axis represents the differential value dp/dk and the horizontal axis represents the compression ratio k.

本発明者らは、強い圧縮力が加わっても変形しにくく、粒子脱落が発生しにくい構造で、長期間安定して断熱性能を発揮できる組電池用断熱シートを提供するために鋭意検討を行った結果、シリカナノ粒子からなる第1粒子と、第1粒子間に分散する金属酸化物からなる第2粒子とが、バインダで結合されていることが重要であることを見出した。
すなわち、組電池用断熱シートが上記構造であるとともに、第1粒子の含有量及び所定の面圧下における断熱シートの圧縮率kを適切に調整することにより、強い圧縮力が加わっても変形しにくく、粒子脱落が発生しにくい構造で、長期間安定して断熱性能を発揮できる組電池用断熱シートを提供することができる。
The inventors conducted extensive research in order to provide an insulating sheet for a battery pack that has a structure that is resistant to deformation even when a strong compressive force is applied, is less susceptible to particle shedding, and can provide stable insulating performance for a long period of time. As a result, they discovered that it is important that first particles made of silica nanoparticles and second particles made of a metal oxide that are dispersed between the first particles are bound together by a binder.
In other words, by providing an insulating sheet for an assembled battery with the above-described structure and by appropriately adjusting the content of the first particles and the compression rate k of the insulating sheet under a specified surface pressure, it is possible to provide an insulating sheet for an assembled battery that is resistant to deformation even when a strong compressive force is applied, has a structure that is resistant to particle fall-off, and can exhibit stable insulating performance for a long period of time.

<組電池用断熱シートの基本構成>
図1は、本発明の実施形態に係る組電池用断熱シート10の構成を示す模式図である。また、図2は、図1に示す組電池用断熱シート10を用いた第1の実施形態に係る組電池100を模式的に示す断面図である。断熱シート10には、シリカナノ粒子からなる第1粒子21と、金属酸化物からなる第2粒子22と、上記第1粒子21と上記第2粒子22とを結合するバインダと、が含まれている。バインダは図示されていないが、第1粒子21及び第2粒子22を互いに固定するよう粒子間に存在している。
なお、上記シリカナノ粒子としては、平均粒子径が1nm以上100nm以下であるシリカナノ粒子を用いることが好ましい。また、上記第1粒子21の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して30質量%以上80質量%以下である。また、この組電池用断熱シート10は、面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kが5%以上40%以下である。
<Basic structure of heat insulating sheet for battery pack>
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a heat insulating sheet 10 for a battery pack according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a cross-sectional view showing a battery pack 100 according to a first embodiment using the heat insulating sheet 10 for a battery pack shown in Fig. 1. The heat insulating sheet 10 includes first particles 21 made of silica nanoparticles, second particles 22 made of metal oxide, and a binder that binds the first particles 21 and the second particles 22. Although the binder is not shown, it exists between the particles to fix the first particles 21 and the second particles 22 to each other.
The silica nanoparticles preferably have an average particle size of 1 nm to 100 nm. The content of the first particles 21 is 30% by mass to 80% by mass based on the total mass of the insulating sheet for a battery pack. The insulating sheet for a battery pack 10 has a compressibility k of 5% to 40% when the surface pressure p is 5 MPa.

この組電池用断熱シート10の具体的な使用形態としては、図2に示すように、複数の電池セル20間に、組電池用断熱シート10が介在され、複数の電池セル20同士が直列又は並列に接続された状態(接続された状態は図示を省略)で、電池ケース30に格納されて組電池100が構成される。なお、電池セル20は、例えば、リチウムイオン二次電池が好適に用いられるが、特にこれに限定されず、その他の二次電池にも適用され得る。 As a specific example of how the insulating sheet 10 for a battery pack is used, as shown in FIG. 2, the insulating sheet 10 for a battery pack is interposed between a number of battery cells 20, and the battery cells 20 are stored in a battery case 30 in a state in which they are connected in series or parallel (the connected state is not shown) to form the battery pack 100. Note that, for example, lithium ion secondary batteries are preferably used as the battery cells 20, but the present invention is not limited to this and can also be applied to other secondary batteries.

以下に示す説明では、断熱シート10の一方の面10a側に発熱した電池セル20が存在している場合を想定している。このように構成された断熱シート10において、電池セル20が発熱すると、断熱シート10の一方の面10a側から入射した熱の一部は、図1において矢印15aで示すように、互いに接触した第1粒子21を媒介して、断熱シート10の他方の面10bに向かって伝導(固体伝導)される。このとき、第1粒子21として、断熱性を有するシリカナノ粒子を用いているため、断熱シート10の他方の面10bに近づくにしたがって、伝熱量が低減される。 The following description assumes that a heated battery cell 20 is present on one side 10a of the insulating sheet 10. In the insulating sheet 10 configured in this manner, when the battery cell 20 generates heat, a portion of the heat incident from one side 10a of the insulating sheet 10 is conducted (solid conduction) toward the other side 10b of the insulating sheet 10 via the first particles 21 that are in contact with each other, as shown by arrow 15a in FIG. 1. At this time, because silica nanoparticles having insulating properties are used as the first particles 21, the amount of heat transfer decreases as it approaches the other side 10b of the insulating sheet 10.

また、電池セル20が発熱して、輻射により熱の一部が第2粒子22に到達すると、矢印15bに示すように、金属酸化物である第2粒子22により乱反射されるため、第2粒子22の存在により、断熱シート10の他方の面10bに熱が伝播されることを抑制することができる。さらに、本実施形態では、第1粒子21としてシリカナノ粒子を用いており、粒子同士の接点が小さいため、シリカナノ粒子により伝導される熱量は、粒子径が大きいシリカ粒子を使用した場合と比較して小さくなる。
さらに上記組電池100において、電池セル20が、使用を繰り返すうちに内部でガスが発生し膨張しても、断熱シート10の内部では、第1粒子21と第2粒子22とを結合するバインダが反発し、電池セル20の膨れに対抗する。したがって、バインダの反発力により、断熱シート10には復元力が与えられ、断熱シート10は一定の厚さを確保することができる。このため、電池セル20が熱暴走しても断熱シートとしての断熱性を維持することができる。
Furthermore, when the battery cell 20 generates heat and some of the heat reaches the second particles 22 by radiation, as shown by arrow 15b, the heat is diffusely reflected by the second particles 22, which are metal oxides, and the presence of the second particles 22 can prevent the heat from being transmitted to the other surface 10b of the heat insulating sheet 10. Furthermore, in this embodiment, silica nanoparticles are used as the first particles 21, and since the contact points between the particles are small, the amount of heat conducted by the silica nanoparticles is smaller than when silica particles with a large particle diameter are used.
Furthermore, in the battery pack 100, even if the battery cells 20 generate gas inside and expand as they are repeatedly used, the binder binding the first particles 21 and the second particles 22 inside the insulating sheet 10 repels the first particles 21 and the second particles 22, resisting the expansion of the battery cells 20. Therefore, the repulsive force of the binder provides the insulating sheet 10 with a restoring force, and the insulating sheet 10 can ensure a constant thickness. Therefore, even if the battery cells 20 experience thermal runaway, the insulating properties of the insulating sheet can be maintained.

また、本実施形態の組電池用断熱シート10によれば、第1粒子21中に第2粒子22が分散し、更にバインダで固定されているので、全体として強度にばらつきがなく、圧縮されても粒子脱落する脆い部分がない。このため、発塵を防止することができるとともに、繰り返しの使用によって粒子脱落による薄肉化が起こりにくく、断熱性の低下を防止することができる。 In addition, according to the insulating sheet 10 for battery packs of this embodiment, the second particles 22 are dispersed in the first particles 21 and are further fixed with a binder, so there is no variation in strength overall, and there are no brittle parts where particles may fall off even when compressed. This makes it possible to prevent dust generation, and the sheet is less likely to become thin due to particle fall-off with repeated use, preventing a decrease in insulating properties.

以上より、本実施形態によれば、ある電池セル20が膨張した場合であっても粒子脱落を防止するとともに、優れた断熱性を維持することができる。 As described above, according to this embodiment, even if a battery cell 20 expands, particle falling off can be prevented and excellent insulation properties can be maintained.

なお、本実施形態においては、第1粒子21としてシリカナノ粒子を用いており、粒子同士の接点が小さいため、シリカナノ粒子により伝導される熱量は、粒子径が大きいシリカ粒子を使用した場合と比較して小さくなる。また、一般的に入手されるシリカナノ粒子は、空隙を多く含み、かさ密度が0.5g/cm程度であるため、例えば、断熱シート10の両側に配置された電池セル20が熱膨張し、その圧力によって断熱シート10が若干変形した場合であっても、粒子同士とバインダの作用により反発力で空隙は残り、シリカ同士の接点の大きさ(面積)が著しく大きくなることはなく、断熱性を維持することができる。 In this embodiment, silica nanoparticles are used as the first particles 21, and since the contact points between the particles are small, the amount of heat conducted by the silica nanoparticles is smaller than that when silica particles with a large particle diameter are used. In addition, since commonly available silica nanoparticles contain many voids and have a bulk density of about 0.5 g/cm 3 , even if the battery cells 20 arranged on both sides of the heat insulating sheet 10 thermally expand and the heat insulating sheet 10 is slightly deformed by the pressure, the voids remain due to the repulsive force between the particles and the binder, and the size (area) of the contact points between the silica particles does not increase significantly, and the heat insulating properties can be maintained.

さらに、本実施形態において、シリカナノ粒子の粒子間に形成される空隙部は、数10nm程度にとどまるため、空隙部においては、矢印15cで示すような小さな対流が起こるのみであり、空気の移動は妨げられ、対流伝熱を抑制することができる。したがって、第1粒子21としてシリカナノ粒子を用いることにより、断熱シート10の表裏を貫通する伝熱が発生しにくくなり、断熱シート10の断熱性をより一層高めることができる。 Furthermore, in this embodiment, the gaps formed between the silica nanoparticles are only a few tens of nanometers in size, so that only small convection currents occur in the gaps as shown by arrows 15c, preventing air movement and suppressing convective heat transfer. Therefore, by using silica nanoparticles as the first particles 21, heat transfer that penetrates from the front to the back of the insulating sheet 10 is less likely to occur, and the insulating properties of the insulating sheet 10 can be further improved.

<組電池用断熱シートの詳細>
次に、組電池用断熱シート10を構成する第1粒子21、第2粒子22及びバインダについて詳細に説明する。
<Details of the heat insulating sheet for battery packs>
Next, the first particles 21, the second particles 22, and the binder that constitute the battery pack insulating sheet 10 will be described in detail.

(第1粒子の種類)
本実施形態において、第1粒子21としてはシリカナノ粒子を用いる。シリカナノ粒子としては、湿式シリカ、乾式シリカ及びエアロゲル等を使用することができる。
また、本実施形態においてシリカナノ粒子とは、球形又は球形に近い平均粒子径が1μm未満のナノメートルオーダーのシリカの粒子である。
(Type of First Particle)
In this embodiment, silica nanoparticles are used as the first particles 21. As the silica nanoparticles, wet silica, dry silica, aerogel, or the like can be used.
In the present embodiment, the silica nanoparticles are silica particles that are spherical or nearly spherical and have an average particle size of less than 1 μm on the nanometer order.

(第1粒子の含有量:断熱シート全質量に対して、30質量%以上80質量%以下)
本実施形態の第1粒子21の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、30質量%以上80質量%以下である。
断熱シート10中に第1粒子21として含まれるシリカナノ粒子は低密度であるため伝導伝熱を抑制し、更に空隙が細かく分散しているため、空気の移動を起こりにくくし対流伝熱を抑制する優れた断熱性を有している。
本実施形態の組電池用断熱シート10では、第1粒子21の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して30質量%以上とすることにより、断熱性を確保し、第1粒子21の含有量を80質量%以下とすることにより、第2粒子及びバインダを含有させる空間を十分に確保でき、輻射伝熱を第2粒子22によって遮り、バインダによって所定の面圧pと圧縮率kとの関係を確保できる。
なお、第1粒子21の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、45質量%以上であることが好ましく、75質量%以下であることが好ましい。また、第1粒子21の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して、55質量%以上であることがより好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。
(Content of first particles: 30% by mass or more and 80% by mass or less with respect to the total mass of the heat insulating sheet)
The content of the first particles 21 in this embodiment is 30 mass % or more and 80 mass % or less with respect to the total mass of the insulating sheet for a battery pack.
The silica nanoparticles contained as the first particles 21 in the insulating sheet 10 have a low density, which suppresses conductive heat transfer, and furthermore, because the voids are finely dispersed, they have excellent insulating properties that make it difficult for air to move, suppressing convective heat transfer.
In the battery pack insulating sheet 10 of this embodiment, the content of the first particles 21 is 30 mass% or more relative to the total mass of the battery pack insulating sheet, thereby ensuring thermal insulation, and the content of the first particles 21 is 80 mass% or less, thereby ensuring sufficient space for containing the second particles and binder, blocking radiative heat transfer by the second particles 22, and ensuring a relationship between a predetermined surface pressure p and compression rate k by the binder.
The content of the first particles 21 is preferably 45% by mass or more and 75% by mass or less based on the total mass of the insulating sheet for a battery pack. The content of the first particles 21 is more preferably 55% by mass or more and 70% by mass or less based on the total mass of the insulating sheet for a battery pack.

(第1粒子の平均粒子径:1nm以上100nm以下)
上述のとおり、第1粒子21の粒子径は、断熱シート10の断熱性に影響を与えることがあるため、第1粒子21の平均粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、第1粒子21の平均粒子径を1nm以上100nm以下とすると、特に500℃未満の温度領域において、断熱シート10内における熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制することができ、断熱性をより一層向上させることができる。
なお、第1粒子21の平均粒子径は、2nm以上であることがより好ましく、3nm以上であることが更に好ましい。また、第1粒子21の平均粒子径は、50nm以下であることがより好ましく、10nm以下であることが更に好ましい。
(Average particle size of first particles: 1 nm or more and 100 nm or less)
As described above, the particle size of the first particles 21 can affect the insulating properties of the insulating sheet 10, so by limiting the average particle size of the first particles 21 to a predetermined range, even higher insulating properties can be obtained.
In other words, by setting the average particle diameter of the first particles 21 to be 1 nm or more and 100 nm or less, convective heat transfer and conductive heat transfer within the insulating sheet 10 can be suppressed, particularly in the temperature range below 500°C, thereby further improving the insulation properties.
The average particle diameter of the first particles 21 is more preferably 2 nm or more, and even more preferably 3 nm or more. The average particle diameter of the first particles 21 is more preferably 50 nm or less, and even more preferably 10 nm or less.

(第2粒子の種類)
本実施形態において、第2粒子22を構成する金属酸化物としては、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、アルミナ等を使用することができる。特に、チタニアは他の金属酸化物と比較して屈折率が高い成分であり、500℃以上の高温度領域において熱を乱反射する効果が高いため、チタニアを用いることが最も好ましい。
(Type of second particle)
In this embodiment, titania, zirconia, zircon, barium titanate, zinc oxide, alumina, etc. can be used as the metal oxide constituting the second particles 22. In particular, titania is a component with a higher refractive index than other metal oxides, and has a high effect of diffusely reflecting heat in a high temperature range of 500° C. or more, so it is most preferable to use titania.

(第2粒子の平均粒子径:1μm以上50μm以下)
第2粒子22の粒子径は、熱を反射する効果に影響を与えることがあるため、第2粒子22の平均粒子径を所定の範囲に限定すると、より一層高い断熱性を得ることができる。
すなわち、第2粒子22の平均粒子径が1μm以上であると、加熱に寄与する光の波長よりも十分に大きく、光を効率よく乱反射させ、本実施形態における第2粒子22の存在範囲(質量比)において、500℃以上の高温度領域において断熱シート10内における熱の輻射伝熱が抑制され、より一層断熱性を向上させることができる。第2粒子22の平均粒子径が50μm以下であると、粒子間の接点や数が増えず、伝導伝熱のパスを形成しにくく、特に伝導伝熱が支配的な500℃未満の通常温度域の断熱性への影響を小さくすることができる。
(Average particle size of second particles: 1 μm or more and 50 μm or less)
Since the particle size of the second particles 22 can affect the heat reflecting effect, by limiting the average particle size of the second particles 22 to a predetermined range, even higher heat insulation can be obtained.
That is, when the average particle diameter of the second particles 22 is 1 μm or more, it is sufficiently larger than the wavelength of light that contributes to heating, and efficiently diffuses light, and in the presence range (mass ratio) of the second particles 22 in this embodiment, the radiative heat transfer in the heat insulating sheet 10 is suppressed in the high temperature region of 500° C. or more, and the heat insulating property can be further improved. When the average particle diameter of the second particles 22 is 50 μm or less, the number and number of contact points between the particles do not increase, making it difficult to form a path for conductive heat transfer, and the effect on the heat insulating property in the normal temperature range of less than 500° C. where conductive heat transfer is dominant can be reduced.

なお、第2粒子22の平均粒子径は、3μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることが更に好ましい。また、第2粒子22の平均粒子径は、30μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが更に好ましい。
本実施形態において第1粒子21及び第2粒子22の平均粒子径は、顕微鏡で粒子を観察し、標準スケールと比較し、任意の粒子10個の平均をとることから求めることができる。
The average particle diameter of the second particles 22 is more preferably 3 μm or more, and even more preferably 5 μm or more. The average particle diameter of the second particles 22 is more preferably 30 μm or less, and even more preferably 10 μm or less.
In this embodiment, the average particle size of the first particles 21 and the second particles 22 can be obtained by observing the particles under a microscope, comparing with a standard scale, and taking the average of any 10 particles.

(第2粒子22の含有量:断熱シートの全質量に対して5質量%以上40質量%以下)
本実施形態においては、500℃以上の高温度領域における断熱性を向上させるために、断熱シート10が第2粒子22を含んでいるが、第2粒子22の添加量は少量であっても、熱の放射伝導を抑制する効果を得ることができる。また、第1粒子21によって、熱の対流伝熱及び伝導伝熱を抑制する効果を得るためには、第1粒子21の添加量を増加させた方が好ましい。このように、第2粒子22の質量比は、通常温度から500℃以上の高温度までの領域における断熱性に影響するため、本実施形態において、第2粒子22の質量比を適切に調整することが好ましい。
(Content of second particles 22: 5% by mass or more and 40% by mass or less with respect to the total mass of the heat insulating sheet)
In this embodiment, the heat insulating sheet 10 contains the second particles 22 in order to improve the heat insulating property in the high temperature region of 500°C or more, but even if the amount of the second particles 22 added is small, the effect of suppressing the radiation conduction of heat can be obtained. Also, in order to obtain the effect of suppressing the convection heat transfer and the conduction heat transfer by the first particles 21, it is preferable to increase the amount of the first particles 21 added. As described above, since the mass ratio of the second particles 22 affects the heat insulating property in the region from normal temperature to high temperature of 500°C or more, in this embodiment, it is preferable to appropriately adjust the mass ratio of the second particles 22.

本実施形態の断熱シート10において、望ましい第2粒子22の質量比は、断熱シート全質量に対して5質量%以上である。第2粒子22の含有量が、断熱シート全質量に対して、5質量%以上であると、特に500℃以上の輻射の影響が大きくなる温度領域で輻射伝熱を抑制でき、高い断熱性が得られると考えられる。
一方、本実施形態の断熱シート10の望ましい第2粒子22の質量比は、断熱シート全質量に対し40質量%以下である。第2粒子22の含有量が、断熱シート全質量に対して40質量%を超えると、第1粒子21及び第2粒子22による十分な効果が得られないことがあり、500℃未満の温度領域において、断熱シート10内における熱の対流伝導又は固体伝導を抑制することが困難となり、断熱性が低下することがある。
In the heat insulating sheet 10 of the present embodiment, the mass ratio of the second particles 22 is preferably 5 mass% or more relative to the total mass of the heat insulating sheet. When the content of the second particles 22 is 5 mass% or more relative to the total mass of the heat insulating sheet, it is considered that radiation heat transfer can be suppressed, particularly in a temperature range of 500°C or more where the effect of radiation is large, and high heat insulation can be obtained.
On the other hand, the mass ratio of the second particles 22 in the heat insulating sheet 10 of this embodiment is preferably 40 mass% or less with respect to the total mass of the heat insulating sheet. If the content of the second particles 22 exceeds 40 mass% with respect to the total mass of the heat insulating sheet, the first particles 21 and the second particles 22 may not provide sufficient effects, and it may become difficult to suppress the convective conduction or solid conduction of heat in the heat insulating sheet 10 in a temperature range below 500°C, which may result in a decrease in heat insulation.

(バインダの種類)
上述のとおり、本実施形態に係る組電池用断熱シート10は、面圧pと圧縮率kとの良好な関係を確保するために、バインダの種類等を適切に選択することが好ましい。バインダとしては、有機バインダ及び無機バインダ等を用いることができる。本実施形態においては、特に、有機バインダとして、メチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、アクリルエマルジョン及びこれらの誘導体等を使用することが好ましい。また、無機バインダの種類について特に制限しないが、無機バインダとしては、例えばアルミナゾル、シリカゾル等を使用することができる。
(Type of binder)
As described above, in order to ensure a good relationship between the surface pressure p and the compressibility k, it is preferable to appropriately select the type of binder in the insulating sheet 10 for a battery pack according to this embodiment. As the binder, an organic binder, an inorganic binder, or the like can be used. In this embodiment, it is particularly preferable to use methyl cellulose, water-soluble cellulose ether, hydroxypropyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, acrylic emulsion, and derivatives thereof as the organic binder. There is no particular restriction on the type of inorganic binder, but examples of the inorganic binder that can be used include alumina sol and silica sol.

(バインダの含有量:3質量%以上30質量%以下)
本実施形態において、断熱シート10は、シリカナノ粒子からなる第1粒子21と、金属酸化物からなる第2粒子22とを含み、更に、第1粒子21と第2粒子22とを結合するバインダを含むが、断熱シートの形状を保持するため、バインダの含有量は適切に調整されていることが好ましい。
断熱シート10の全質量に対して、バインダの含有量が3質量%以上であると、断熱シート10からのシリカナノ粒子の脱落を少なくすることができる。また、断熱シート10の全質量に対するバインダの含有量は、5質量%以上であることが好ましい。
(Binder content: 3% by mass or more and 30% by mass or less)
In this embodiment, the insulating sheet 10 includes first particles 21 made of silica nanoparticles and second particles 22 made of metal oxide, and further includes a binder that bonds the first particles 21 and the second particles 22, but it is preferable that the content of the binder is appropriately adjusted in order to maintain the shape of the insulating sheet.
When the binder content is 3 mass% or more relative to the total mass of the heat insulating sheet 10, it is possible to reduce the falling off of silica nanoparticles from the heat insulating sheet 10. In addition, the binder content relative to the total mass of the heat insulating sheet 10 is preferably 5 mass% or more.

一方、断熱シート10の全質量に対して、バインダの含有量が30質量%を超えると、第1粒子21と第2粒子22との接点が増加しすぎて、固体伝導を抑制する効果が弱くなり、断熱性が低下するおそれがある。したがって、断熱シート全質量に対するバインダの含有量は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態においては、以下に示すとおり、面圧pを5MPaとした場合の断熱シートの圧縮率kを5%以上40%以下に限定しているため、圧縮率kがこの範囲となるように適宜バインダ量を調整することが好ましい。
On the other hand, if the binder content exceeds 30% by mass relative to the total mass of the heat insulating sheet 10, the number of contact points between the first particles 21 and the second particles 22 increases too much, which weakens the effect of suppressing solid conduction and may result in reduced heat insulation. Therefore, the binder content relative to the total mass of the heat insulating sheet is preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less.
In this embodiment, as shown below, the compression rate k of the heat insulating sheet when the surface pressure p is 5 MPa is limited to 5% or more and 40% or less, so it is preferable to adjust the amount of binder appropriately so that the compression rate k is within this range.

(面圧pを5MPaとした場合の断熱シートの圧縮率k:5%以上40%以下)
本実施形態における組電池用断熱シート10は、面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kを40%以下としており、高い反発力を有しているので、電池の膨張により圧縮が生じても、潰れにくく一定の厚みを確保でき、断熱性を確保することができる。一方、面圧pを5MPaとした場合の断熱シート10の圧縮率kを5%以上とすることにより、電池が膨張して歪みが生じたり、振動や衝撃、外部からの変形によって組電池用断熱シート10に歪みが加わった場合であっても、組電池用断熱シート10には大きな応力が発生しにくく、割れを防止することができる。
したがって、面圧pを5MPaとした場合の断熱シート10の圧縮率kは、5%以上40%以下とする。
(Compressibility k of the heat insulating sheet when the surface pressure p is 5 MPa: 5% or more and 40% or less)
The insulating sheet 10 for a battery pack in this embodiment has a compression rate k of 40% or less when the surface pressure p is 5 MPa, and has a high resilience, so that even if compression occurs due to battery expansion, the insulating sheet is not easily crushed and can maintain a constant thickness, thereby ensuring thermal insulation. On the other hand, by setting the compression rate k of the insulating sheet 10 at a surface pressure p of 5 MPa to 5% or more, the insulating sheet 10 for a battery pack is less likely to experience large stress and can be prevented from cracking, even if the insulating sheet 10 for a battery pack expands and becomes distorted, or if the insulating sheet 10 for a battery pack is distorted due to vibration, impact, or external deformation.
Therefore, when the surface pressure p is set to 5 MPa, the compression rate k of the heat insulating sheet 10 is set to be 5% or more and 40% or less.

なお、面圧pを5MPaとした場合の断熱シートの圧縮率kは、例えば、万能材料試験機(5567型試験機:インストロンジャパン カンパニイリミテッド製)を使用することにより、測定することができる。 The compression ratio k of the insulating sheet when the surface pressure p is 5 MPa can be measured, for example, by using a universal material testing machine (Model 5567 testing machine: manufactured by Instron Japan Company Limited).

(圧縮率kに対するdp/dkが極大値を有すること)
断熱シート10に印加する面圧pを圧縮率kで微分することにより得られる微分値をdp/dkとしたとき、圧縮率kに対するdp/dkが極大値を有していると、面圧pの増加に伴って断熱シート10の反発力が徐々に強くなり、一定の反発力が継続しながら圧縮される。したがって、圧縮率kに対するdp/dkが極大値を有すると、電池セル20に挟まれた組電池用断熱シート10は、圧縮されることにより完全に潰れた状態にはならず、自身の保持力を確保することができる。
(dp/dk has a maximum value with respect to the compression ratio k)
When the differential value obtained by differentiating the surface pressure p applied to the insulating sheet 10 with respect to the compression rate k is dp/dk, if dp/dk with respect to the compression rate k has a maximum value, the repulsive force of the insulating sheet 10 gradually increases as the surface pressure p increases, and the insulating sheet 10 is compressed while maintaining a constant repulsive force. Therefore, when dp/dk with respect to the compression rate k has a maximum value, the insulating sheet 10 for a battery pack sandwiched between the battery cells 20 is not completely crushed by compression, and is able to maintain its own holding force.

(圧縮率kに対するdp/dkの最初の極大値(第1の極大値):圧縮率kが5%以上40%以下の範囲に存在すること)
上記のとおり、圧縮率kに対するdp/dkが極大値を有していると、面圧pの増加に伴って断熱シート10の反発力が徐々に強くなる。面圧p及び圧縮率kが0であるとき、dp/dkも0である。そして、圧縮率kが5%以上40%以下の範囲で、最初にdp/dkが極大値となる点(第1の極大値)が出現すると、断熱シート10が完全に潰れる前に、十分な反発力を発揮することができる。このため、組電池用断熱シート10の内部の気孔を確保したまま、強い弾力性が得られ、断熱性を確保するとともに、粒子脱落を防止できる。
(The first maximum value of dp/dk with respect to the compression ratio k (first maximum value): the compression ratio k is in the range of 5% to 40%).
As described above, when dp/dk has a maximum value with respect to the compression rate k, the repulsive force of the insulating sheet 10 gradually increases with an increase in the surface pressure p. When the surface pressure p and the compression rate k are 0, dp/dk is also 0. When the point where dp/dk first reaches a maximum value (first maximum value) appears within the range of the compression rate k of 5% to 40%, the insulating sheet 10 can exert a sufficient repulsive force before being completely crushed. Therefore, strong elasticity can be obtained while maintaining the internal pores of the insulating sheet 10 for a battery pack, and the insulating properties can be ensured and particle falling off can be prevented.

(dp/dkの第1の極大値:50MPa以上100MPa以下)
第1の極大値が50MPa以上100MPa以下であると、十分な保持力を確保するとともに外部からの変形などが加わっても大きな力が加わりにくく、粒子脱落やクラックを防止することができる。
(First maximum value of dp / dk: 50 MPa or more and 100 MPa or less)
When the first maximum value is 50 MPa or more and 100 MPa or less, a sufficient holding force is ensured, and even if deformation or the like is applied from the outside, a large force is unlikely to be applied, and particle falling off and cracks can be prevented.

(繊維)
本実施形態の組電池用断熱シートは、更に繊維を含むことが好ましい。繊維を含む組電池用断熱シートを用いた第2の実施形態に係る組電池について、図3を参照して説明する。なお、図3において、図2と同一のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図3に示すように、断熱シート40は、第1粒子21と第2粒子22とを含むとともに、これらの間に分散する繊維23を有している。断熱シート40が繊維23を含んでいると、外力などによりクラックが生じても、繊維23により全体形状を保持することができるため、崩壊を防ぎ、電池ケース30内で所定の位置に保持することができる。繊維23としては、無機繊維又は有機繊維を用いることができる。無機繊維又は有機繊維は熱伝導率が低いため、第1粒子21及び第2粒子22間に分散させた場合であっても、断熱性が低下することがなく、断熱シート40として好適に利用できる。
(fiber)
The insulating sheet for a battery assembly of this embodiment preferably further contains fibers. A battery assembly according to a second embodiment using the insulating sheet for a battery assembly containing fibers will be described with reference to Fig. 3. In Fig. 3, the same components as those in Fig. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
As shown in Fig. 3, the heat insulating sheet 40 includes the first particles 21 and the second particles 22, and has fibers 23 dispersed therebetween. When the heat insulating sheet 40 includes the fibers 23, even if a crack occurs due to an external force or the like, the fibers 23 can maintain the overall shape, preventing collapse and allowing the sheet to be held in a predetermined position within the battery case 30. As the fibers 23, inorganic fibers or organic fibers can be used. Since inorganic fibers or organic fibers have low thermal conductivity, even if the inorganic fibers or organic fibers are dispersed between the first particles 21 and the second particles 22, the heat insulating properties are not reduced, and the heat insulating sheet 40 can be suitably used.

(繊維の含有量:断熱シート全質量に対して、5質量%以上30質量%以下)
上記第2の実施形態に示すように、組電池用断熱シート40が繊維23を含有する場合に、繊維23の含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
繊維23の含有量が5質量%以上であると、クラックが入っても十分に形状を保持することができる。また繊維23の含有量が30質量%以下であると、断熱性の高い第1粒子21を充填する空間を十分に確保でき、断熱性を確保することができる。
(Fiber content: 5% by mass or more and 30% by mass or less based on the total mass of the heat insulating sheet)
As shown in the second embodiment, when the insulating sheet 40 for a battery pack contains the fibers 23, the content of the fibers 23 is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total mass of the insulating sheet for a battery pack.
When the content of the fibers 23 is 5% by mass or more, the shape can be sufficiently maintained even if cracks occur. When the content of the fibers 23 is 30% by mass or less, a sufficient space can be secured to fill the first particles 21 having high thermal insulation properties, and thermal insulation can be ensured.

(繊維の平均繊維径:1μm以上20μm以下)
繊維23は、線状又は針状の太径の繊維であり、断熱シート40の電池セル20からの圧力に対する機械的強度及び保形性の向上に寄与する。このような効果を得るために、その平均繊維径が1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。ただし、繊維23が太すぎると、断熱シート40への成形性、加工性が低下するおそれがあるため、20μm以下とすることが好ましく、15μm以下とすることがより好ましい。
(Average fiber diameter: 1 μm or more and 20 μm or less)
The fibers 23 are linear or needle-like fibers with a large diameter, which contribute to improving the mechanical strength and shape retention of the heat insulating sheet 40 against pressure from the battery cells 20. To achieve this effect, the average fiber diameter is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. However, if the fibers 23 are too thick, there is a risk of reduced moldability and processability into the heat insulating sheet 40, so the average fiber diameter is preferably 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less.

(繊維の平均繊維長:0.1mm以上300mm以下)
組電池用断熱シート40に繊維23を含有させると、断熱シート40として成形したときに繊維23同士が好適に絡み合い、充分な面圧を得ることができる。このような効果を得るために、繊維23を含有させる場合には、その平均繊維長が0.1mm以上(100μm以上)であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましい。ただし、繊維23、第1粒子21及び第2粒子22をいったん混合し、後から成形するプロセスを採る場合、繊維23の平均繊維長が長すぎると、原材料の調製時に、繊維23同士の絡み合いが強くなりすぎることがあり、シート状に成形した後に繊維23が不均一に集積しやすくなることがある。したがって、繊維23の平均繊維長は300mm以下であることが好ましく、60mm以下であることがより好ましく、20mm以下であることが更に好ましい。
なお、繊維23の繊維径及び繊維長は、組電池用断熱シート40中のバインダ成分を、溶媒を用いて除去したのち、ピンセットを使用して、成形後のシートから繊維23を破断しないように抜き取り、標準スケールと比較し得ることができる。必要に応じて光学顕微鏡で観察することにより測定することができる。
(Average fiber length: 0.1 mm or more and 300 mm or less)
When the fibers 23 are contained in the insulating sheet 40 for a battery pack, the fibers 23 are preferably entangled with each other when the insulating sheet 40 is formed, and sufficient surface pressure can be obtained. In order to obtain such an effect, when the fibers 23 are contained, the average fiber length is preferably 0.1 mm or more (100 μm or more), and more preferably 1 mm or more. However, when adopting a process in which the fibers 23, the first particles 21, and the second particles 22 are mixed once and then formed, if the average fiber length of the fibers 23 is too long, the fibers 23 may be too strongly entangled with each other during preparation of the raw material, and the fibers 23 may be easily accumulated non-uniformly after being formed into a sheet. Therefore, the average fiber length of the fibers 23 is preferably 300 mm or less, more preferably 60 mm or less, and even more preferably 20 mm or less.
The fiber diameter and fiber length of the fibers 23 can be measured by removing the binder component in the insulating sheet for a battery pack 40 using a solvent, then using tweezers to remove the fibers 23 from the molded sheet without breaking them, and comparing them with a standard scale. If necessary, the fiber diameter and fiber length can be measured by observing with an optical microscope.

(組電池用断熱シートの製造方法)
続いて、本実施形態に係る組電池用断熱シートの製造方法について詳細に説明する。
本実施形態に係る断熱シート10,40は、第1粒子21、第2粒子22及びバインダと、必要に応じて繊維を含む断熱シート用材料を使用して、押出成形法、湿式抄造法、プレス成形法などにより成形して製造することができる。以下に、断熱シート10,40をそれぞれの成形法により得る場合の製造方法について説明する。
(Method of manufacturing a heat insulating sheet for a battery pack)
Next, a method for producing the insulating sheet for a battery assembly according to this embodiment will be described in detail.
The heat insulating sheets 10 and 40 according to the present embodiment can be manufactured by using the first particles 21, the second particles 22, and a binder, and a material for heat insulating sheets containing fibers as necessary, and molding the material by an extrusion molding method, a wet papermaking method, a press molding method, etc. The manufacturing methods for obtaining the heat insulating sheets 10 and 40 by each molding method will be described below.

[押出成形法による断熱シートの製造方法]
押出成形法では、まず、第1粒子21、第2粒子22及びバインダに、必要に応じて繊維及び助剤等を添加したものに、水などの溶媒を加え混練することにより、ペースト状の原料を調製する。その後、得られたペースト状の原料を、押出成形機のノズルから押し出すことによってグリーンシートを得ることができる。さらに得られたグリーンシートを乾燥させ、適当なサイズに裁断することによって、組電池用断熱シート10,40を得ることができる。上述のとおり、バインダとしては、メチルセルロース及び水溶性セルロースエーテル等を使用することが好ましいが、押出成形法を用いる場合に一般的に使用される有機バインダであれば、特に限定されずに使用することができる。
[Method of manufacturing heat insulating sheet by extrusion molding]
In the extrusion molding method, first, the first particles 21, the second particles 22, and the binder are mixed with fibers and auxiliary agents as necessary, and then a solvent such as water is added to prepare a paste-like raw material. The obtained paste-like raw material is then extruded from the nozzle of an extruder to obtain a green sheet. The obtained green sheet is then dried and cut to an appropriate size to obtain the insulating sheet for battery packs 10, 40. As described above, it is preferable to use methyl cellulose, water-soluble cellulose ether, etc. as the binder, but any organic binder that is generally used when using the extrusion molding method can be used without any particular limitation.

なお、押出成形法による製造方法においては、助剤として、押出時に型となる金属面からの離型性を良好にするための滑剤を使用することができる。滑剤としては、ステアリン、ブチルステアレート、オクチルステアレート、グリセリンモノステアレート等を使用することができる。 In addition, in the manufacturing method using the extrusion molding method, a lubricant can be used as an auxiliary agent to improve the releasability from the metal surface that becomes the mold during extrusion. Examples of lubricants that can be used include stearin, butyl stearate, octyl stearate, and glycerin monostearate.

[湿式抄造法による断熱シートの製造方法]
湿式抄造法では、まず、第1粒子21、第2粒子及びバインダと、必要に応じて含有させる繊維及び助剤等とを水中で混合し、撹拌機で撹拌することにより、混合液を調製する。その後、得られた混合液を、底面に濾過用のメッシュが形成された成形器に流し込み、メッシュを介して混合液を脱水することにより、湿潤シートを作製する。なお、混合液に含有されるバインダは大半が流出してしまうため、抄造後、バインダを含浸してバインダ量を調整してもよい。
また、加熱及び加圧工程の前に、湿潤シートに熱風を通気させて、シートを乾燥する通気乾燥処理を実施してもよいが、この通気乾燥処理を実施せず、湿潤した状態で加熱及び加圧してもよい。
[Method of manufacturing heat insulating sheet by wet papermaking method]
In the wet papermaking method, first, the first particles 21, the second particles, and the binder are mixed in water with fibers and auxiliary agents to be added as necessary, and the mixture is prepared by stirring with a stirrer. The mixture is then poured into a former having a filtering mesh formed on the bottom, and the mixture is dehydrated through the mesh to produce a wet sheet. Since most of the binder contained in the mixture flows out, the binder amount may be adjusted by impregnating the mixture after papermaking.
In addition, before the heating and pressurizing step, a through-drying treatment may be performed in which hot air is passed through the wet sheet to dry the sheet, but the sheet may also be heated and pressed in a wet state without this through-drying treatment.

[プレス成形法による断熱シートの製造方法]
プレス成形法では、まず、第1粒子21、第2粒子22、バインダ及び溶媒と、必要に応じて繊維及び助剤等とを、撹拌機で撹拌することにより、スラリー状の原料を調製する。得られた原料をプレス成形することによって本実施形態の組電池用断熱シート10,40を得ることができる。
[Method of manufacturing heat insulating sheet by press molding]
In the press molding method, first, the first particles 21, the second particles 22, a binder, a solvent, and, if necessary, fibers, auxiliary agents, etc. are stirred with a stirrer to prepare a slurry-like raw material. The obtained raw material is press molded to obtain the insulating sheet for a battery pack 10, 40 of the present embodiment.

本実施形態の組電池用断熱シート10,40は、どのような製造方法を用いてもよいが、面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kが5%以上40%以下となるよう適宜バインダ量を調整することができる。
また、本実施形態の組電池用断熱シート10,40は、上記製造方法に限定されず、どのような製造方法を用いても製造することができる。
The insulating sheets 10, 40 for battery packs of this embodiment may be manufactured by any method, but the amount of binder can be appropriately adjusted so that the compression rate k when the surface pressure p is 5 MPa is 5% or more and 40% or less.
Furthermore, the manufacturing method of the heat insulating sheets 10, 40 for battery packs of the present embodiment is not limited to the above, and any manufacturing method can be used to manufacture the sheets.

<組電池>
図2に例示したように、上記第1の実施形態に係る組電池100は、複数の電池セル20間に、上記の組電池用断熱シート10が介在されており、複数の電池セル20が直列又は並列に接続された状態で、電池ケース30に格納されたものである。
断熱シート10は、圧縮された状態で電池セル20間に保持されている。このため断熱シート10は、電池セル20に挟まれて位置ずれしにくくすることができる。
<Battery pack>
As illustrated in FIG. 2 , the battery pack 100 according to the first embodiment has the insulating sheet for a battery pack 10 interposed between a plurality of battery cells 20, and is stored in a battery case 30 with the plurality of battery cells 20 connected in series or in parallel.
The heat insulating sheet 10 is held in a compressed state between the battery cells 20. Therefore, the heat insulating sheet 10 is sandwiched between the battery cells 20 and is less likely to shift position.

また、図3に例示したように、上記第2の実施形態に係る組電池110は、複数の電池セル20が上記の組電池用断熱シート40を介して配置され、複数の電池セル20が直列又は並列に接続された状態で、金属製の電池ケース30に格納されたものである。
断熱シート40は、繊維23により全体形状が保持され、圧縮された状態で電池セル間に保持されている。このため断熱シート40は、電池セル20に挟まれて位置ずれしにくくすることができるとともに、高温時においても崩壊を防止することができる。
As illustrated in FIG. 3 , the battery pack 110 according to the second embodiment has a plurality of battery cells 20 arranged via the insulating sheet 40 for the battery pack, and is stored in a metal battery case 30 with the plurality of battery cells 20 connected in series or in parallel.
The insulation sheet 40 has its overall shape maintained by the fibers 23 and is held in a compressed state between the battery cells. This makes it difficult for the insulation sheet 40 to shift position when sandwiched between the battery cells 20, and also prevents it from collapsing even at high temperatures.

以下に、本実施形態に係る組電池用断熱シートの実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Below, examples of the insulating sheet for a battery pack according to this embodiment are described, but the present invention is not limited to these examples.

下記に表1に示す第1粒子、第2粒子、バインダ、繊維及び助剤を準備し、これらの材料を十分に攪拌混合して、原材料とした。
次に、上記原材料に水を加え、ペースト状にした後に押出成形した後、これを乾燥させることにより、断熱シートNo.1を得た。また、上記原材料に水を加えてスラリーを調整し、得られたスラリーをシート状に成形し、これを乾燥させることにより、断熱シートNo.5を得た。更に、上記スラリーをシート状に成形した後にプレスして密度を調整し、これを乾燥させることにより断熱シートNo.2~4を得た。ただし、断熱シートNo.2~4は、密度が0.4~0.65g/cmとなるようにプレス圧を調整した。また、断熱シートNo.1~5の乾燥は全て110℃で実施し、得られた断熱シートのサイズは、幅が80mm、長さが80mm、厚さが1mmであった。断熱シートの密度を下記表1に併せて示す。
The first particles, second particles, binder, fibers, and auxiliary agents shown in Table 1 below were prepared, and these materials were thoroughly stirred and mixed to prepare raw materials.
Next, water was added to the raw materials, which were then extruded into a paste and dried to obtain heat insulating sheet No. 1. Water was also added to the raw materials to prepare a slurry, which was then molded into a sheet and dried to obtain heat insulating sheet No. 5. The slurry was then molded into a sheet, which was then pressed to adjust the density, and the sheet was dried to obtain heat insulating sheets No. 2 to 4. However, the pressing pressure of heat insulating sheets No. 2 to 4 was adjusted so that the density was 0.4 to 0.65 g/cm 3. Heat insulating sheets No. 1 to 5 were all dried at 110° C., and the size of the obtained heat insulating sheets was 80 mm wide, 80 mm long, and 1 mm thick. The densities of the heat insulating sheets are also shown in Table 1 below.

なお、第1粒子としてシリカナノ粒子(平均粒子径5nm)、第2粒子としてチタニア(平均粒子径8μm)、バインダとして熱可塑性樹脂、繊維として無機繊維(平均繊維径5μm、平均繊維長100μm=0.1mm)を使用した。また、押出成形のNo.1の断熱シートでは、助剤として滑剤を使用し、プレスにより密度を変化させたNo.2~5の断熱シートでは、助剤として凝集剤を使用した。 The first particles were silica nanoparticles (average particle diameter 5 nm), the second particles were titania (average particle diameter 8 μm), the binder was thermoplastic resin, and the fibers were inorganic fibers (average fiber diameter 5 μm, average fiber length 100 μm = 0.1 mm). In addition, in the insulation sheet No. 1 made by extrusion molding, a lubricant was used as an auxiliary agent, and in the insulation sheets No. 2 to 5 whose density was changed by pressing, a flocculant was used as an auxiliary agent.

Figure 0007525321000001
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各断熱シートについて、圧縮しながら面圧を測定した。面圧は、万能材料試験機(5567型試験機:インストロンジャパン カンパニイリミテッド製)を使用することにより測定した。なお、サンプルサイズは25mm×25mmとし、圧縮速度は0.5mm/分として測定した。
縦軸を面圧pとし、横軸を圧縮率kとした場合における、圧縮率kに対する面圧pの変化を図4に示し、縦軸を微分値dp/dkとし、横軸を圧縮率kとした場合における、圧縮率kに対する微分値dp/dkの変化を図5に示す。
The surface pressure of each heat insulating sheet was measured while compressing it. The surface pressure was measured using a universal material testing machine (5567 model testing machine: manufactured by Instron Japan Co., Ltd.). The sample size was 25 mm x 25 mm, and the compression speed was 0.5 mm/min.
FIG. 4 shows the change in surface pressure p versus compression ratio k, with the vertical axis representing surface pressure p and the horizontal axis representing compression ratio k. FIG. 5 shows the change in differential value dp/dk versus compression ratio k, with the vertical axis representing differential value dp/dk and the horizontal axis representing compression ratio k.

また、面圧pを5MPaとしたときの圧縮率kを算出するとともに、上記微分値dp/dkが極大値を有する場合に、最初の極大値(第1の極大値)が出現したときの圧縮率kとその極大値を観測した。更に、5MPaの面圧を印加したときに、粒子の脱落の有無を確認するとともに、5MPaの面圧を解除した後に各断熱シートの厚さを測定し、元の厚さに対する比(復元率)を算出した。復元率は、70%以上であると、変形が防止され、断熱性の低下を抑制することができると判断した。
測定結果を下記表2に示す。
In addition, the compression ratio k was calculated when the surface pressure p was set to 5 MPa, and when the differential value dp/dk had a maximum value, the compression ratio k and the maximum value were observed when the first maximum value (first maximum value) appeared. Furthermore, when a surface pressure of 5 MPa was applied, the presence or absence of particle dropout was confirmed, and the thickness of each heat insulating sheet was measured after the surface pressure of 5 MPa was released, and the ratio to the original thickness (restoration rate) was calculated. It was determined that a restoration rate of 70% or more would prevent deformation and suppress deterioration of heat insulating properties.
The measurement results are shown in Table 2 below.

Figure 0007525321000002
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断熱シートNo.1は、押出成形により圧力が加わりながら成形されているため、シート状に成形した後に種々の密度となるようにプレスした断熱シートNo.2~5と同等に高密度化されたものとなった。また、断熱シートNo.1~5は、原材料にバインダが含まれているため、圧縮されても粒子脱落は確認されなかった。さらに、断熱シートNo.1~4は、所定の第1粒子、第2粒子及びバインダを含有し、第1粒子の含有量が所定の範囲内であるとともに、面圧pを5MPaとしたときの圧縮率kが5%以上40%以下となった実施例である。したがって、70%以上の復元率を確保することができ、粒子の脱落は確認されなかった。すなわち、断熱シートNo.1~4については、5MPaの面圧が加わって圧縮されても、元に復元する力が大きいため、断熱性の低下を抑制することができることが確認された。 Since heat insulation sheet No. 1 was molded while pressure was applied by extrusion molding, it was as dense as heat insulation sheets No. 2 to 5, which were pressed to various densities after being molded into a sheet. In addition, since heat insulation sheets No. 1 to 5 contain a binder in the raw materials, no particle loss was observed even when compressed. Furthermore, heat insulation sheets No. 1 to 4 are examples that contain a specified first particle, a second particle, and a binder, the content of the first particle is within a specified range, and the compression ratio k when the surface pressure p is 5 MPa is 5% to 40%. Therefore, a recovery rate of 70% or more can be ensured, and no particle loss was observed. In other words, it was confirmed that heat insulation sheets No. 1 to 4 have a large force of recovery to the original even when compressed with a surface pressure of 5 MPa, so that a decrease in heat insulation can be suppressed.

また、実施例の断熱シートのうち、特に、断熱シートNo.1及び2は、面圧を測定した範囲(0~10MPa)内で微分値dp/dkの極大値が確認された。また、最初に極大となる第1の極大値は圧縮率kの大きさが5%以上40%以下の範囲にあり、その大きさは50MPa~100MPaの範囲にあることが確認された。したがって、復元率が90%を超え、他の実施例と比較して、断熱性の低下を抑制する効果をより一層得ることができた。
断熱シートNo.3~5は、微分値dp/dkの極大値が確認されなかったため、表2中において「-」と表記している。
In addition, among the heat insulating sheets of the examples, especially heat insulating sheets No. 1 and No. 2, the maximum value of the differential value dp/dk was confirmed within the range (0 to 10 MPa) in which the surface pressure was measured. In addition, it was confirmed that the first maximum value, which is the first maximum, is in the range of the compression ratio k of 5% to 40%, and the magnitude is in the range of 50 MPa to 100 MPa. Therefore, the recovery rate exceeds 90%, and the effect of suppressing the deterioration of the heat insulating property can be further obtained compared to other examples.
For heat insulating sheets No. 3 to 5, no maximum value of the differential value dp/dk was confirmed, and therefore they are indicated with "-" in Table 2.

一方、断熱シートNo.5は、面圧pを5MPaとしたときの圧縮率kが40%を超えている比較例であり、バインダが含有されているので、粒子の脱落は確認されなかったが、復元率が61.7%と著しく低くなり、断熱性の低下を抑制することができないものとなった。 On the other hand, insulation sheet No. 5 is a comparative example in which the compression ratio k exceeds 40% when the surface pressure p is 5 MPa. Since it contains a binder, no particle loss was observed, but the recovery rate was extremely low at 61.7%, and it was not possible to suppress the decrease in insulation properties.

10、40 断熱シート
10a、10b 面
20 電池セル
21 第1粒子
22 第2粒子
23 繊維
30 電池ケース
100、110 組電池
Reference Signs List 10, 40: Heat insulating sheets 10a, 10b; Surface 20: Battery cell 21: First particle 22: Second particle 23: Fiber 30: Battery case 100, 110: Assembled battery

Claims (13)

複数の電池セルを直列又は並列に接続した組電池における、前記電池セル間に介在される組電池用断熱シートであって、
シリカナノ粒子からなる第1粒子と、前記第1粒子間に分散する金属酸化物からなる第2粒子と、前記第1粒子と前記第2粒子とを結合するバインダと、を含み、
前記第1粒子の含有量は、前記組電池用断熱シート全質量に対して30質量%以上80質量%以下であり、
面圧pを5MPaとした場合の圧縮率kが5%以上40%以下である、組電池用断熱シート。
A heat insulating sheet for a battery assembly, which is interposed between a plurality of battery cells in a battery assembly in which the battery cells are connected in series or in parallel,
The composition includes first particles made of silica nanoparticles, second particles made of a metal oxide dispersed between the first particles, and a binder that binds the first particles and the second particles,
A content of the first particles is 30 mass% or more and 80 mass% or less with respect to a total mass of the insulating sheet for a battery assembly,
A heat insulating sheet for a battery pack, having a compression rate k of 5% or more and 40% or less when the surface pressure p is 5 MPa.
前記第1粒子は、平均粒子径が1nm以上100nm以下である、請求項1に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to claim 1, wherein the first particles have an average particle diameter of 1 nm or more and 100 nm or less. 前記第2粒子は、チタニア、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛及びアルミナから選択された少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to claim 1 or 2, wherein the second particles are at least one selected from the group consisting of titania, zirconia, zircon, barium titanate, zinc oxide, and alumina. 前記第2粒子はチタニアである、請求項3に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to claim 3, wherein the second particles are titania. 前記第2粒子は、平均粒子径が1μm以上50μm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 4, wherein the second particles have an average particle diameter of 1 μm or more and 50 μm or less. 前記バインダの含有量は、組電池用断熱シート全質量に対して3質量%以上30質量%以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of the binder is 3% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total mass of the insulating sheet for a battery pack. 前記バインダは、メチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びこれらの誘導体から選択された少なくとも1種である、請求項1~6のいずれか1項に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 6, wherein the binder is at least one selected from methyl cellulose, water-soluble cellulose ether, hydroxypropyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, and derivatives thereof. 前記面圧pを前記圧縮率kで微分することにより得られる微分値をdp/dkとしたとき、前記圧縮率kに対する前記dp/dkが極大値を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 7, wherein when the differential value obtained by differentiating the surface pressure p with respect to the compression rate k is dp/dk, the dp/dk has a maximum value with respect to the compression rate k. 前記圧縮率kが5%以上40%以下の範囲で、前記dp/dkが最初に極大となる第1の極大値が出現する、請求項8に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to claim 8, wherein the first maximum value at which the dp/dk first becomes maximum appears when the compression rate k is in the range of 5% to 40%. 前記第1の極大値は50MPa以上100MPa以下である、請求項9に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to claim 9, wherein the first maximum value is 50 MPa or more and 100 MPa or less. さらに、前記第1粒子及び前記第2粒子間に分散される繊維を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 10, further comprising fibers dispersed between the first particles and the second particles. 前記繊維は無機繊維又は有機繊維である、請求項11に記載の組電池用断熱シート。 The insulating sheet for a battery pack according to claim 11, wherein the fibers are inorganic fibers or organic fibers. 複数の電池セルが、請求項1~12のいずれか1項に記載の組電池用断熱シートを介して配置され、該複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池。 A battery pack in which multiple battery cells are arranged via the insulating sheet for a battery pack described in any one of claims 1 to 12, and the multiple battery cells are connected in series or parallel.
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