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JP7670515B2 - Thermal control sheet for battery pack and battery pack - Google Patents
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JP7670515B2 - Thermal control sheet for battery pack and battery pack - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、電気自動車又はハイブリッド車などを駆動する電動モータの電源となる組電池に好適に用いられる組電池用熱制御シート及び該組電池用熱制御シートを用いた組電池に関する。 The present invention relates to a thermal control sheet for a battery pack suitable for use in a battery pack that serves as a power source for an electric motor that drives an electric vehicle or hybrid vehicle, and to a battery pack using the thermal control sheet for a battery pack.

近年、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など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などには、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などに比べて、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が、電池の内部短絡や過充電などが原因で1つの電池セルに熱暴走が生じた場合(すなわち「異常時」の場合)、隣接する他の電池セルへ熱の伝播が起こることで、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 mainly use lithium-ion secondary batteries, which have higher capacity and power output than lead-acid batteries or nickel-metal hydride batteries. However, if thermal runaway occurs in one battery cell due to an internal short circuit or overcharging (i.e., in the event of an "abnormality"), heat may be transmitted to other adjacent battery cells, potentially causing thermal runaway in the other battery cells.

例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池のような複数の蓄電素子間において、効果的な断熱を実現することができる蓄電装置が開示されている。上記特許文献1に記載の蓄電装置は、互いに隣り合う第一蓄電素子と第二蓄電素子との間に、断熱性を有する第一板材及び第二板材が配置されたものである。また、第一板材と第二板材との間には、これら第一板材及び第二板材よりも熱伝導率が低い物質の層である低熱伝導層が形成されている。 For example, Patent Document 1 discloses an electricity storage device that can achieve effective insulation between multiple electricity storage elements such as lithium ion secondary batteries. The electricity storage device described in Patent Document 1 has a first plate material and a second plate material having thermal insulation properties arranged between a first electricity storage element and a second electricity storage element adjacent to each other. In addition, a low thermal conductivity layer, which is a layer of a material having a lower thermal conductivity than the first plate material and the second plate material, is formed between the first plate material and the second plate material.

このように構成された特許文献1に係る蓄電装置において、第一蓄電素子から第二蓄電素子に向かう輻射熱、又は、第二蓄電素子から第一蓄電素子に向かう輻射熱の一部は、第一板材及び第二板材によって遮断される。また、これら2枚の板材の一方から他方への熱の移動は、低熱伝導層によって抑制される。 In the energy storage device of Patent Document 1 configured in this manner, the radiant heat from the first energy storage element toward the second energy storage element, or a portion of the radiant heat from the second energy storage element toward the first energy storage element, is blocked by the first plate material and the second plate material. In addition, the transfer of heat from one of these two plate materials to the other is suppressed by the low thermal conductivity layer.

特開2015-211013号公報JP 2015-211013 A

ところで、組電池化した電池セルに対し充放電サイクルを行う場合(すなわち「通常使用時」の場合)において、電池セルの充放電性能を十分に発揮させるためには、電池セル表面の温度を所定値以下(例えば、150℃以下)に維持する必要がある。
また、電池セルが、例えば200℃以上の温度となるような異常事態が発生した場合に、電池セルを効果的に冷却するとともに、隣接する電池セルへの熱の伝播を抑制し、熱暴走を阻止する必要がある。
Incidentally, when a charge/discharge cycle is performed on battery cells assembled into a battery pack (i.e., during "normal use"), in order to fully utilize the charge/discharge performance of the battery cells, it is necessary to maintain the temperature of the battery cell surface below a predetermined value (e.g., below 150°C).
Furthermore, in the event of an abnormal situation in which a battery cell reaches a temperature of, for example, 200° C. or higher, it is necessary to effectively cool the battery cell while suppressing the transfer of heat to adjacent battery cells and preventing thermal runaway.

しかしながら、上記蓄電装置は、第一蓄電素子と第二蓄電素子との間に断熱性を有する部材及び低熱伝導層が設けられているのみであるため、充放電サイクル時に発生した熱を効率的に外部に拡散することができない。また、1つの電池セルに熱暴走が生じた場合に、上記構造のみでは、熱暴走の連鎖を効果的に抑制することが困難である。
このように、通常使用時において、発生した熱を効率的に外部に拡散することができるとともに、熱暴走の連鎖を抑制することができる熱制御の手段については、近時、更なる改良が要求されている。
However, the above-mentioned energy storage device only has a heat insulating member and a low thermal conductive layer between the first and second energy storage elements, and therefore cannot efficiently dissipate heat generated during charge and discharge cycles to the outside. Furthermore, when thermal runaway occurs in one battery cell, it is difficult to effectively suppress the chain reaction of thermal runaway with only the above-mentioned structure.
As such, there has been a demand in recent years for further improvements in heat control means that can efficiently diffuse generated heat to the outside during normal use and suppress a chain reaction of thermal runaway.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、通常使用時において発生した熱を効率的に外部に拡散することができるとともに、異常時における各電池セル間の熱の伝播を抑制し、熱暴走の連鎖を防止することができる、組電池用熱制御シート及び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 problems, and aims to provide a thermal control sheet for a battery pack and a battery pack that can be used in a battery pack in which multiple battery cells are connected in series or parallel, and that can efficiently diffuse heat generated during normal use to the outside, while suppressing the transfer of heat between the battery cells in the event of an abnormality, and preventing a chain reaction of thermal runaway.

本発明の上記目的は、組電池用熱制御シートに係る下記[1]の構成により達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following configuration [1] relating to a thermal control sheet for a battery pack.

[1] 複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、前記電池セル間に介在される組電池用熱制御シートであって、
少なくとも1層の複合層と、
少なくとも1層の断熱材と、を有し、
前記複合層は、セラミック又はグラファイトからなる基層と、前記基層の両面に配設された金属層と、を有し、
前記金属層は、前記断熱材よりも放射率が低く、
前記金属層及び前記基層のいずれか一方は、前記断熱材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする組電池用熱制御シート。
[1] A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the sheet being interposed between the battery cells,
At least one composite layer;
At least one layer of insulation;
The composite layer includes a base layer made of ceramic or graphite and a metal layer disposed on both sides of the base layer;
The metal layer has a lower emissivity than the thermal insulation material,
A thermal control sheet for a battery pack, wherein one of the metal layer and the base layer has a thermal conductivity higher than that of the insulating material.

また、組電池用熱制御シートに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の[2]~[14]に関する。 Furthermore, preferred embodiments of the present invention relating to the thermal control sheet for a battery pack relate to the following [2] to [14].

[2] 2層以上の前記断熱材と、
隣り合う前記断熱材の間に配設された前記複合層と、を有することを特徴とする[1]に記載の組電池用熱制御シート。
[2] Two or more layers of the insulating material;
The thermal control sheet for a battery pack according to [1], further comprising: the composite layer disposed between adjacent ones of the insulating materials.

[3] 2層以上の前記複合層と、
隣り合う前記複合層の間に配設された前記断熱材と、を有することを特徴とする[1]に記載の組電池用熱制御シート。
[3] Two or more composite layers,
The thermal control sheet for a battery pack according to [1], further comprising: the insulating material disposed between adjacent ones of the composite layers.

[4] 前記基層は、AlN、SiC、TiN及びグラファイトから選択された1種からなることを特徴とする[1]~[3]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [4] The thermal control sheet for a battery pack described in any one of [1] to [3], characterized in that the base layer is made of one material selected from AlN, SiC, TiN, and graphite.

[5] 前記断熱材の熱伝導率は1(W/m・K)未満であることを特徴とする[1]~[4]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [5] A thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [4], characterized in that the thermal conductivity of the insulating material is less than 1 (W/m·K).

[6] 前記金属層の熱伝導率は、前記断熱材の熱伝導率の10倍以上であることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [6] The thermal control sheet for a battery pack described in any one of [1] to [5], characterized in that the thermal conductivity of the metal layer is 10 times or more the thermal conductivity of the insulating material.

[7] 前記金属層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された1種の金属により構成されることを特徴とする[1]~[6]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [7] The thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [6], characterized in that the metal layer is made of one metal selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy.

[8] さらに、少なくとも1層の放熱層を有し、
前記放熱層と前記複合層との間には前記断熱材が配設されており、
前記放熱層は、前記断熱材よりも放射率が低いとともに、前記断熱材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする、[1]~[7]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。
[8] Further, the device has at least one heat dissipation layer,
The heat insulating material is disposed between the heat dissipation layer and the composite layer,
The thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [7], wherein the heat dissipation layer has a lower emissivity than the insulating material and a higher thermal conductivity than the insulating material.

[9] 一対の前記放熱層と、
前記一対の放熱層の間に配設された前記複合層と、
前記放熱層と前記複合層との間にそれぞれ配設された断熱材と、を有することを特徴とする[8]に記載の組電池用熱制御シート。
[9] A pair of the heat dissipation layers;
the composite layer disposed between the pair of heat dissipation layers;
The thermal control sheet for a battery pack according to [8], further comprising a heat insulating material disposed between the heat dissipation layer and the composite layer.

[10] 一対の前記複合層と、
前記一対の複合層の間に配設された前記放熱層と、
前記複合層と前記放熱層との間にそれぞれ配設された断熱材と、を有することを特徴とする[8]に記載の組電池用熱制御シート。
[10] A pair of the composite layers;
the heat dissipation layer disposed between the pair of composite layers;
The thermal control sheet for a battery pack according to [8], further comprising a heat insulating material disposed between the composite layer and the heat dissipation layer.

[11] 前記放熱層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された1種の金属により構成されることを特徴とする[8]~[10]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [11] The thermal control sheet for a battery pack according to any one of [8] to [10], characterized in that the heat dissipation layer is made of one metal selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy.

[12] 前記放熱層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された2種以上の金属が積層されたものであることを特徴とする[8]~[10]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [12] The thermal control sheet for a battery pack according to any one of [8] to [10], characterized in that the heat dissipation layer is a laminate of two or more metals selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy.

[13] 前記断熱材は、無機繊維、有機繊維、無機粒子及び有機粒子から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[1]~[12]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [13] The thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [12], characterized in that the insulating material contains at least one selected from inorganic fibers, organic fibers, inorganic particles, and organic particles.

[14] 前記断熱材は、アルミナファイバ、カーボンファイバ、マイカ、バサルトファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材、マイクロポーラス粒子、中空シリカ粒子、熱膨張性無機材料及びエアロゲルから選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[13]に記載の組電池用熱制御シート。 [14] The thermal control sheet for a battery pack according to [13], characterized in that the heat insulating material contains at least one selected from alumina fiber, carbon fiber, mica, basalt fiber, soluble fiber, refractory ceramic fiber, glass fiber, aerogel composite material, microporous particles, hollow silica particles, thermally expandable inorganic material, and aerogel.

また、本発明の上記目的は、組電池に係る下記[15]の構成により達成される。 The above object of the present invention is also achieved by the following configuration [15] relating to the battery pack.

[15] 電池ケースと、
前記電池ケースの内部に格納され、直列または並列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セル間に介在される[1]~[14]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シートと、を有することを特徴とする組電池。
[15] A battery case;
A plurality of battery cells housed inside the battery case and connected in series or parallel;
and a thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [14] interposed between the plurality of battery cells.

本発明の組電池用熱制御シートは、基層と金属層とを有する複合層を備え、金属層は断熱材よりも放射率が低く、金属層及び基層のいずれか一方は熱伝導率が高いため、電池セルから発生した熱は、複合層を介して、放射伝熱の抑制効果と伝導伝熱による熱の拡散効果により減少する。その結果、一方の電池セルから発生した熱が、隣接する電池セルに伝播することを抑制することができ、熱暴走の連鎖を防止することができる。 The thermal control sheet for battery packs of the present invention comprises a composite layer having a base layer and a metal layer, and since the metal layer has a lower emissivity than the insulating material and either the metal layer or the base layer has a high thermal conductivity, the heat generated from the battery cells is reduced by the suppression effect of radiative heat transfer through the composite layer and the heat diffusion effect of conductive heat transfer. As a result, the heat generated from one battery cell can be suppressed from propagating to an adjacent battery cell, preventing a chain reaction of thermal runaway.

本発明の組電池は、上記熱制御シートを複数の電池セル間に介在させているため、通常使用時及び異常時において、効率的に熱拡散することができるとともに、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。 The battery pack of the present invention has the above-mentioned thermal control sheet interposed between multiple battery cells, which allows for efficient heat diffusion during normal use and in the event of an abnormality, while also suppressing the transfer of heat between battery cells, preventing a chain reaction of thermal runaway.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view that illustrates a thermal control sheet for a battery pack according to a first embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施形態に係る組電池用熱制御シートを適用した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 schematic diagram of a battery pack to which the thermal control sheet for a battery pack according to the first embodiment is applied. 図3は、本発明の第2の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view that illustrates a thermal control sheet for a battery pack according to a second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第3の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view that illustrates a thermal control sheet for a battery pack according to a third embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第4の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view that illustrates a thermal control sheet for a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention. 図6は、熱制御の影響の評価方法を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view that illustrates a method for evaluating the effect of thermal control. 図7は、本実施例において使用した熱制御シートのサイズを示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing the size of the thermal control sheet used in this embodiment.

本発明者らは、高温の熱が発生する異常時における各電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、比較的低温の熱が発生する通常使用時においても、電池セルから発生した熱を効率的に外部に拡散することができる組電池用熱制御シートを提供するため、鋭意検討を行った。 The inventors have conducted extensive research to provide a thermal control sheet for a battery pack that can efficiently diffuse heat generated from battery cells to the outside even during normal use when relatively low-temperature heat is generated, while suppressing the transfer of heat between battery cells during abnormal conditions when high-temperature heat is generated.

その結果、本発明者らは、複数の電池セル間に介在させる組電池用熱制御シートにおいて、セラミック又はグラファイトからなる基層と、この基層の両面に配設された金属層と、を有する複合層と、断熱材とを用い、金属層を断熱材よりも放射率が低くするとともに、金属層及び基層のいずれか一方を熱伝導率が高いものとすることにより、上記課題を解決できることを見出した。 As a result, the inventors discovered that the above problems can be solved by using a thermal control sheet for a battery pack, which is interposed between multiple battery cells, that uses a composite layer having a base layer made of ceramic or graphite and metal layers disposed on both sides of the base layer, and a thermal insulating material, and by making the metal layer have a lower emissivity than the thermal insulating material and making either the metal layer or the base layer have a high thermal conductivity.

すなわち、ある電池セルの温度が上昇し、熱が組電池用熱制御シートに到達した場合に、金属層は断熱材よりも放射率が低いため、電池セルからの放射伝熱を抑制する。また、基層及び金属層のいずれか一方は、断熱材よりも熱伝導率が高いため、組電池用熱制御シート到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を有する。また、断熱材を介することにより、熱の伝達が低減される。このようにして、ある電池セルから発生した熱は、金属層及び基層と断熱材とを介し、隣接する電池セルに到達するまでに、放射伝熱が抑制されるとともに、伝導伝熱により拡散することができる。
したがって、ある電池セルが高温になった場合に、隣接する電池セルに到達するまでに段階的に熱伝達が抑制され、また、熱を外部に拡散することができるため、熱暴走の連鎖を抑制することができる。
That is, when the temperature of a battery cell rises and the heat reaches the thermal control sheet for a battery pack, the metal layer has a lower emissivity than the insulating material, and therefore suppresses radiative heat transfer from the battery cell. In addition, either the base layer or the metal layer has a higher thermal conductivity than the insulating material, and therefore has the effect of diffusing the heat that reaches the thermal control sheet for a battery pack by conductive heat transfer. In addition, the heat transfer is reduced by passing through the insulating material. In this way, the heat generated from a battery cell can be diffused by conductive heat transfer while suppressing radiative heat transfer by passing through the metal layer, base layer, and insulating material before reaching an adjacent battery cell.
Therefore, if a battery cell becomes too hot, heat transfer is gradually suppressed before it reaches an adjacent battery cell, and the heat can be diffused to the outside, thereby preventing a chain reaction of thermal runaway.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below, and can be modified as desired without departing from the spirit of the present invention.

[1.組電池用熱制御シート]
以下、本発明の実施形態に係る組電池用熱制御シートについて、第1~第4の実施形態を順に説明する。その後、本実施形態に係る組電池用熱制御シートを構成する金属層、基層、断熱材等について説明する。さらに、本実施形態に係る組電池用熱制御シートの製造方法について説明する。
[1. Thermal control sheet for battery packs]
Hereinafter, the thermal control sheet for a battery assembly according to the embodiment of the present invention will be described in order from the first to fourth embodiments. After that, the metal layer, base layer, insulating material, etc. constituting the thermal control sheet for a battery assembly according to the present embodiment will be described. Furthermore, the manufacturing method of the thermal control sheet for a battery assembly according to the present embodiment will be described.

<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。以下、組電池用熱制御シートを、単に「熱制御シート」ということがある。
第1の実施形態に係る組電池用熱制御シート10は、一対の断熱材13a、13bと、断熱材13aと断熱材13bとの間に配設された複合層12と、を有する。
複合層12は、基層14と、基層14の両面に配設された金属層11a、11bとを有する。なお、基層14の両面とは、基層14の厚さ方向に直交する2面をいう。
First Embodiment
1 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a thermal control sheet for a battery assembly according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, the thermal control sheet for a battery assembly may be simply referred to as a "thermal control sheet."
The thermal control sheet 10 for a battery pack according to the first embodiment includes a pair of heat insulating materials 13a, 13b, and a composite layer 12 disposed between the heat insulating materials 13a and 13b.
The composite layer 12 has a base layer 14 and metal layers 11a, 11b disposed on both sides of the base layer 14. Note that the two sides of the base layer 14 refer to two sides that are perpendicular to the thickness direction of the base layer 14.

第1の実施形態において、金属層11a、11bは、断熱材13a、13bよりも放射率が低い材料からなるものであり、例えばアルミニウムからなる。アルミニウムは、断熱材13a、13bよりも熱伝導率が高い材料でもある。また、基層14はセラミック又はグラファイトからなるものであり、例えばAlNである。断熱材13a、13bは、例えばアルミナファイバである。 In the first embodiment, the metal layers 11a and 11b are made of a material having a lower emissivity than the insulating materials 13a and 13b, for example, aluminum. Aluminum is also a material having a higher thermal conductivity than the insulating materials 13a and 13b. The base layer 14 is made of ceramic or graphite, for example, AlN. The insulating materials 13a and 13b are, for example, alumina fiber.

図2は、第1の実施形態に係る組電池用熱制御シートを適用した組電池を模式的に示す断面図である。組電池100は、電池ケース30と、電池ケース30の内部に格納された複数の電池セル20a、20b、20cと、電池セル20aと電池セル20bとの間、及び電池セル20bと電池セル20cとの間に介在された熱制御シート10と、を有する。複数の電池セル20a、20b、20cは、不図示のバスバー等により、直列又は並列に接続されている。
なお、電池セル20a、20b、20c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。
2 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a battery pack to which the thermal control sheet for a battery pack according to the first embodiment is applied. The battery pack 100 includes a battery case 30, a plurality of battery cells 20a, 20b, and 20c stored inside the battery case 30, and a thermal control sheet 10 interposed between the battery cells 20a and 20b and between the battery cells 20b and 20c. The plurality of battery cells 20a, 20b, and 20c are connected in series or in parallel by bus bars (not shown) or the like.
The battery cells 20a, 20b, and 20c are preferably, for example, lithium ion secondary batteries, but are not limited thereto and may be other secondary batteries.

このように構成された第1の実施形態において、例えば、電池セル20aの温度が上昇した場合に、まず、断熱材13aを介することにより、熱の伝達が低減される。次に、熱は複合層12の金属層11aに到達するが、金属層11aは、断熱材13a、13bよりも放射率が低いため、基層14側への放射伝熱を抑制することができる。また、金属層11aは、断熱材13a、13bよりも熱伝導率が高いため、金属層11aに伝播された熱の一部は、金属層11aの面方向に伝播され、熱制御シート10の外部に拡散される。このようにして、電池セル20aから発生した熱量は、金属層11aを介することにより低減される。
なお、金属層11aの面方向とは、金属層11aの厚さ方向に直交する面の方向をいう。
In the first embodiment configured as described above, for example, when the temperature of the battery cell 20a rises, the heat transfer is first reduced by passing through the heat insulating material 13a. Next, the heat reaches the metal layer 11a of the composite layer 12, but since the metal layer 11a has a lower emissivity than the heat insulating materials 13a and 13b, the heat transfer by radiation to the base layer 14 side can be suppressed. Furthermore, since the metal layer 11a has a higher thermal conductivity than the heat insulating materials 13a and 13b, a part of the heat transferred to the metal layer 11a is transferred in the surface direction of the metal layer 11a and diffused to the outside of the thermal control sheet 10. In this way, the amount of heat generated from the battery cell 20a is reduced by passing through the metal layer 11a.
The planar direction of the metal layer 11a refers to the direction of a plane perpendicular to the thickness direction of the metal layer 11a.

その後、金属層11aを介して低減された熱は、基層14を介して、さらに金属層11bに到達し、金属層11bの面方向に拡散されて外部に放出されるため、断熱材13b側への熱伝達が抑制される。本実施形態において、基層14はAlNからなるものであり、優れた熱伝導性を有するため、金属層11aと同様に、熱を面方向に拡散する効果を得ることができ、金属層11bに向かう伝導伝熱を低減することができる。このようにして、複合層12によって低減された残部の熱は、断熱材13bを介することによりさらに低減される。
したがって、電池セル20aと電池セル20bとが、一対の断熱材13a、13bと複合層12とを介して配置されることにより、電池セル20aから熱が発生した場合に、効率的に熱を拡散することができるとともに、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。
The heat reduced through the metal layer 11a then reaches the metal layer 11b through the base layer 14, where it is diffused in the surface direction of the metal layer 11b and released to the outside, suppressing heat transfer to the heat insulating material 13b. In this embodiment, the base layer 14 is made of AlN and has excellent thermal conductivity, so that it can obtain the effect of diffusing heat in the surface direction, similar to the metal layer 11a, and can reduce conductive heat transfer toward the metal layer 11b. In this way, the remaining heat reduced by the composite layer 12 is further reduced through the heat insulating material 13b.
Therefore, by arranging the battery cells 20a and 20b via a pair of insulating materials 13a, 13b and the composite layer 12, when heat is generated from the battery cell 20a, the heat can be efficiently diffused and the transmission of heat between the battery cells can be suppressed, thereby preventing a chain reaction of thermal runaway.

また、AlNからなる基層14は耐火性に優れているため、仮に、ある電池セルが発火した場合であっても、基層14を有する熱制御シート10を介することにより、他の領域に影響を及ぼすことを抑制することができる。 In addition, the base layer 14 made of AlN has excellent fire resistance, so even if a battery cell were to catch fire, the thermal control sheet 10 having the base layer 14 can be used to prevent the fire from affecting other areas.

なお、熱制御シート10は、複合層12の基層14を中心として厚み方向に対称に構成されている。したがって、電池セル20bから熱が発生した場合であっても、この熱は電池セル20a側に向かって、断熱材13b、金属層11b、基層14、金属層11a及び断熱材13aをこの順に介することにより段階的に低減され、電池セル20aへの熱の伝播を抑制することができる。
同様に、電池セル20bから発生した熱は、電池セル20c側に向かって、断熱材13a、金属層11a、基層14、金属層11b及び断熱材13bをこの順に介することにより段階的に低減されるため、電池セル20cへの熱の伝播を抑制することができる。
The thermal control sheet 10 is configured symmetrically in the thickness direction with respect to the base layer 14 of the composite layer 12. Therefore, even if heat is generated from the battery cell 20b, this heat is gradually reduced toward the battery cell 20a by passing through the insulating material 13b, the metal layer 11b, the base layer 14, the metal layer 11a, and the insulating material 13a in this order, thereby suppressing the propagation of heat to the battery cell 20a.
Similarly, the heat generated from battery cell 20b is gradually reduced by passing through insulation material 13a, metal layer 11a, base layer 14, metal layer 11b and insulation material 13b in this order toward battery cell 20c, thereby suppressing the transmission of heat to battery cell 20c.

上記第1の実施形態においては、断熱材13aと断熱材13bとの間に、1層の複合層12が配設された構成としたが、複合層は1層に限定されない。図示は省略するが、断熱材13aと断熱材13bとの間に、2層以上の複合層を配設し、隣り合う複合層の間に断熱材が配設されたものであっても、上記効果を得ることができる。 In the first embodiment, one composite layer 12 is disposed between the insulating material 13a and the insulating material 13b, but the number of composite layers is not limited to one. Although not shown in the figures, the above effect can be obtained even if two or more composite layers are disposed between the insulating material 13a and the insulating material 13b, and insulating materials are disposed between adjacent composite layers.

<第2の実施形態>
図3は、本発明の第2の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。なお、以下に示す第2~第4の実施形態において、上記第1の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。また、第2~第4の実施形態は、図2に示す組電池100に記載の熱制御シート10に代えて使用することができるため、第2~第4の実施形態に係る熱制御シートを組電池100に適用したものとして、以下にその効果等を説明する。
Second Embodiment
3 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a thermal control sheet for a battery assembly according to a second embodiment of the present invention. In the second to fourth embodiments shown below, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and their description will be omitted or simplified. In addition, since the second to fourth embodiments can be used in place of the thermal control sheet 10 described in the battery assembly 100 shown in FIG. 2, the effects and the like will be described below assuming that the thermal control sheets according to the second to fourth embodiments are applied to the battery assembly 100.

第2の実施形態に係る組電池用熱制御シート40は、一対の複合層12a、12bと、複合層12aと複合層12bとの間に配設された断熱材13と、を有する。
複合層12a、12bの構成、並びに金属層11a、11b及び基層14の材料は、上記第1の実施形態に係る複合層12と同様である。
The thermal control sheet 40 for a battery pack according to the second embodiment has a pair of composite layers 12a, 12b, and a heat insulating material 13 disposed between the composite layers 12a and 12b.
The configuration of the composite layers 12a and 12b and the materials of the metal layers 11a and 11b and the base layer 14 are similar to those of the composite layer 12 according to the first embodiment.

このように構成された第2の実施形態において、例えば、電池セル20aの温度が上昇した場合に、まず、複合層12aの金属層11aにより、基層14側への放射伝熱を抑制することができるとともに、金属層11aの面方向に熱を伝播し、熱制御シート40の外部に熱を放出する。その後、熱は基層14を介することにより、金属層11aにおける場合と同様に、基層14の面方向に伝播し、熱制御シート40の外部に放出され、金属層11bに到達する。その後、金属層11bにより、断熱材13側への放射伝熱を抑制することができるとともに、金属層11bの面方向に熱が伝播され、熱制御シート40の外部に熱が放出される。このようにして、電池セル20aから発生した熱は、複合層12aを介することにより低減され、断熱材13に到達する。
その後、熱は断熱材13を介してさらに低減された後、複合層12bに到達する。複合層12bでは、複合層12aの場合と同様に、金属層11a、基層14及び金属層11bにより放射伝熱が抑制されるとともに、伝導伝熱により熱制御シート40の外部に熱が放出される。
In the second embodiment configured as described above, for example, when the temperature of the battery cell 20a rises, the metal layer 11a of the composite layer 12a can suppress the radiative heat transfer to the base layer 14 side, and the heat is propagated in the surface direction of the metal layer 11a and released to the outside of the thermal control sheet 40. Then, the heat is propagated in the surface direction of the base layer 14 through the base layer 14 in the same manner as in the case of the metal layer 11a, and is released to the outside of the thermal control sheet 40, and reaches the metal layer 11b. Then, the metal layer 11b can suppress the radiative heat transfer to the heat insulating material 13 side, and the heat is propagated in the surface direction of the metal layer 11b, and the heat is released to the outside of the thermal control sheet 40. In this way, the heat generated from the battery cell 20a is reduced through the composite layer 12a and reaches the heat insulating material 13.
The heat is then further reduced through the heat insulating material 13 and reaches the composite layer 12b. In the composite layer 12b, similar to the composite layer 12a, the metal layer 11a, the base layer 14, and the metal layer 11b suppress radiative heat transfer, and the heat is released to the outside of the thermal control sheet 40 by conductive heat transfer.

したがって、電池セル20aと電池セル20bとが、一対の複合層12a、12bと断熱材13とを介して配置されることにより、電池セル20aから熱が発生した場合に、効率的に熱を拡散することができるとともに、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。 Therefore, by arranging the battery cells 20a and 20b via a pair of composite layers 12a, 12b and the insulating material 13, when heat is generated from the battery cell 20a, the heat can be efficiently diffused and the transfer of heat between the battery cells can be suppressed, preventing a chain reaction of thermal runaway.

なお、熱制御シート40は、断熱材13を中心として厚み方向に対称に構成されている。したがって、電池セル20bから熱が発生した場合であっても、この熱は電池セル20a側に向かって、複合層12b、断熱材13b及び複合層12aをこの順に介することにより段階的に低減され、電池セル20aへの熱の伝播を抑制することができる。
同様に、電池セル20bから発生した熱は、電池セル20c側に向かって、複合層12a、断熱材13及び複合層12bをこの順に介することにより段階的に低減されるため、電池セル20cへの熱の伝播を抑制することができる。
The thermal control sheet 40 is configured symmetrically in the thickness direction with the insulating material 13 at the center. Therefore, even if heat is generated from the battery cell 20b, this heat is gradually reduced toward the battery cell 20a by passing through the composite layer 12b, the insulating material 13b, and the composite layer 12a in this order, and the propagation of heat to the battery cell 20a can be suppressed.
Similarly, the heat generated from battery cell 20b is gradually reduced by passing through composite layer 12a, insulation material 13, and composite layer 12b, in that order, toward battery cell 20c, thereby suppressing the transmission of heat to battery cell 20c.

上記第2の実施形態においては、複合層12aと複合層12bとの間に、1層の断熱材13が配設された構成としたが、本発明はこれに限定されない。図示は省略するが、3層以上の複合層を準備し、隣り合う複合層の間に断熱材が配設されたものであっても、上記効果を得ることができる。 In the second embodiment, one layer of insulating material 13 is disposed between composite layer 12a and composite layer 12b, but the present invention is not limited to this. Although not shown in the figures, the above effect can be obtained even if three or more composite layers are prepared and insulating material is disposed between adjacent composite layers.

<第3の実施形態>
図4は、本発明の第3の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。図4に示す熱制御シート50は、一対の複合層12a、12bの間に放熱層15が配設されている。また、複合層12aと放熱層15との間、及び複合層12bと放熱層15との間に、それぞれ断熱材13a、13bが配設されている。複合層12a、12bの構成及び材料は、図3に示す第2の実施形態と同様である。
なお、放熱層15は、断熱材13a、13bよりも放射率が低く、熱伝導率が高い材料からなるものであり、例えばステンレス鋼板である。
Third Embodiment
Fig. 4 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a thermal control sheet for a battery pack according to a third embodiment of the present invention. In the thermal control sheet 50 shown in Fig. 4, a heat dissipation layer 15 is disposed between a pair of composite layers 12a and 12b. Insulating materials 13a and 13b are disposed between the composite layer 12a and the heat dissipation layer 15, and between the composite layer 12b and the heat dissipation layer 15, respectively. The configuration and material of the composite layers 12a and 12b are the same as those of the second embodiment shown in Fig. 3.
The heat dissipation layer 15 is made of a material having a lower emissivity and a higher thermal conductivity than the heat insulating materials 13a and 13b, for example a stainless steel plate.

このように構成された第3の実施形態において、例えば、電池セル20aの温度が上昇した場合に、第2の実施形態と同様に、複合層12aを介することにより、放射伝熱が抑制されるとともに、金属層11a、11b及び基層14により、これらの面方向に熱が伝達され、熱制御シート50の外部に熱が放出される。 In the third embodiment configured in this manner, for example, if the temperature of the battery cell 20a rises, radiative heat transfer is suppressed through the composite layer 12a, as in the second embodiment, and heat is transferred in the planar direction by the metal layers 11a, 11b and the base layer 14, and the heat is released to the outside of the thermal control sheet 50.

そして、複合層12aによって低減された残部の熱は、断熱材13aを介することによりさらに低減された後、放熱層15に到達する。放熱層15は、断熱材13a、13bよりも放射率が低いため、次の層、すなわち断熱材13bへの放射伝熱を抑制することができる。また、放熱層15は、断熱材13a、13bよりも熱伝導率が高いため、放熱層15に到達した熱の一部は、放熱層15の面方向に伝播され、熱制御シート50の外部に拡散される。 The remaining heat reduced by the composite layer 12a is further reduced by passing through the insulating material 13a before reaching the heat dissipation layer 15. The heat dissipation layer 15 has a lower emissivity than the insulating materials 13a and 13b, and therefore can suppress radiative heat transfer to the next layer, i.e., the insulating material 13b. In addition, the heat dissipation layer 15 has a higher thermal conductivity than the insulating materials 13a and 13b, and therefore some of the heat that reaches the heat dissipation layer 15 is propagated in the surface direction of the heat dissipation layer 15 and diffused to the outside of the thermal control sheet 50.

さらに同様にして、放熱層15によって低減された熱は、断熱材13b及び複合層12bを介することによりさらに低減される。
このように、電池セル20aと電池セル20bとが、熱制御シート50を介して配置されることにより、電池セル20aから熱が発生した場合に、効率的に熱を拡散することができるとともに、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。
Similarly, the heat dissipated by the heat dissipation layer 15 is further reduced by the heat insulating material 13b and the composite layer 12b.
In this way, by arranging battery cell 20a and battery cell 20b via thermal control sheet 50, when heat is generated from battery cell 20a, the heat can be efficiently diffused and the transmission of heat between the battery cells can be suppressed, thereby preventing a chain reaction of thermal runaway.

なお、熱制御シート50は、放熱層15を中心として厚み方向に対称に構成されている。したがって、電池セル20bから熱が発生した場合であっても、この熱は電池セル20a側に向かって、複合層12b、断熱材13b、放熱層15、断熱材13a及び複合層12aをこの順に介することにより段階的に低減され、電池セル20aへの熱の伝播を抑制することができる。
同様に、電池セル20bから発生した熱は電池セル20c側に向かって、複合層12a、断熱材13a、放熱層15、断熱材13b及び複合層12bをこの順に介することにより段階的に低減されるため、電池セル20cへの熱の伝播を抑制することができる。
The thermal control sheet 50 is configured symmetrically in the thickness direction with respect to the heat dissipation layer 15. Therefore, even if heat is generated from the battery cell 20b, this heat is gradually reduced toward the battery cell 20a by passing through the composite layer 12b, the insulating material 13b, the heat dissipation layer 15, the insulating material 13a, and the composite layer 12a in this order, thereby making it possible to suppress the propagation of heat to the battery cell 20a.
Similarly, the heat generated from battery cell 20b is gradually reduced by passing through composite layer 12a, insulating material 13a, heat dissipation layer 15, insulating material 13b, and composite layer 12b, in that order, toward battery cell 20c, thereby suppressing the transmission of heat to battery cell 20c.

上記第1及び第2の実施形態で示す複合層と同様に、熱制御シート50の放熱層15は2層以上であってもよい。例えば、図4に示す熱制御シート50において、複合層12aと複合層12bとの間に、2層以上の放熱層と、隣り合う放熱層の間に配設された断熱材と、を有していてもよい。
また、熱制御シート50における複合層12a、12bの外側、すなわち、断熱材13a、13bと反対側に、さらに断熱材を有していてもよい。
Similar to the composite layer shown in the first and second embodiments, the heat dissipation layer 15 of the thermal control sheet 50 may be two or more layers. For example, the thermal control sheet 50 shown in Fig. 4 may have two or more heat dissipation layers and a heat insulating material disposed between adjacent heat dissipation layers between the composite layer 12a and the composite layer 12b.
Further, the thermal control sheet 50 may further include a heat insulating material on the outer side of the composite layers 12a, 12b, that is, on the side opposite to the heat insulating materials 13a, 13b.

<第4の実施形態>
図5は、本発明の第4の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。第4の実施形態に係る組電池用熱制御シート60は、一対の放熱層15a、15bの間に、複合層12が配設されている。また、放熱層15aと複合層12との間、及び放熱層15bと複合層12との間に、それぞれ断熱材13a、13bが配設されている。複合層12の構成及び材料、放熱層15a、15bの材料は、図4に示す第3の実施形態と同様である。
Fourth Embodiment
5 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a thermal control sheet for a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention. In a thermal control sheet for a battery pack 60 according to the fourth embodiment, a composite layer 12 is disposed between a pair of heat dissipation layers 15a, 15b. Insulating materials 13a, 13b are disposed between the heat dissipation layer 15a and the composite layer 12, and between the heat dissipation layer 15b and the composite layer 12, respectively. The configuration and material of the composite layer 12, and the material of the heat dissipation layers 15a, 15b are the same as those in the third embodiment shown in FIG. 4.

このように構成された第4の実施形態においても、電池セル20aの温度が上昇した場合に、熱は放熱層15a、断熱材13a、複合層12、断熱材13b及び放熱層15bをこの順に介することにより、電池セル20b側に向かう放射伝熱を抑制することができる。また、放熱層15a、15b及び金属層11a、11bは、断熱材よりも熱伝導率が高いため、到達した熱を面方向に伝播し、熱制御シート60の外部に拡散する。 Even in the fourth embodiment configured in this way, when the temperature of the battery cell 20a rises, the heat can be prevented from radiating heat toward the battery cell 20b by passing through the heat dissipation layer 15a, the insulation material 13a, the composite layer 12, the insulation material 13b, and the heat dissipation layer 15b in this order. In addition, the heat dissipation layers 15a, 15b and the metal layers 11a, 11b have a higher thermal conductivity than the insulation material, so the heat that reaches them is propagated in the planar direction and diffused to the outside of the thermal control sheet 60.

したがって、電池セル20aから発生した熱は、熱制御シート60を介して、隣接する電池セル20bまでの間に、段階的に放射伝熱が抑制されるとともに、伝導伝熱により熱拡散される。したがって、電池セル間の熱の伝播を効率的に抑制することができ、熱暴走の連鎖を抑制することができる。 The heat generated from the battery cell 20a is gradually suppressed by radiation heat transfer through the thermal control sheet 60 to the adjacent battery cell 20b, and is thermally diffused by conductive heat transfer. This makes it possible to efficiently suppress the transfer of heat between battery cells and to suppress a chain reaction of thermal runaway.

なお、複合層12を2層以上とし、隣り合う複合層12の間に、断熱材を配設した構成であっても、本発明の効果を得ることができる。さらに、隣り合う複合層12の間に、放熱層を配設してもよく、これらの最表面に断熱材を配設してもよい。
ただし、層を増加させることにより、熱制御シートの全体としての厚さが増加したり、断熱材1枚の厚さが減少したりすることになるため、要求される性能に応じて、複合層及び放熱層の層数、並びに断熱材の厚さ等を適切に選択することが好ましい。
The effects of the present invention can be obtained even if the composite layer 12 is made up of two or more layers and a heat insulating material is disposed between adjacent composite layers 12. Furthermore, a heat dissipation layer may be disposed between adjacent composite layers 12, and a heat insulating material may be disposed on the outermost surface of these.
However, increasing the number of layers will increase the overall thickness of the thermal control sheet and decrease the thickness of each sheet of insulation, so it is preferable to appropriately select the number of composite layers and heat dissipation layers, as well as the thickness of the insulation, etc., depending on the required performance.

次に、本発明に係る組電池用熱制御シートを構成する複合層、断熱材、放熱層等について、詳細に説明する。 Next, we will explain in detail the composite layer, heat insulating material, heat dissipation layer, etc. that make up the thermal control sheet for battery packs according to the present invention.

<複合層>
本実施形態に係る組電池用熱制御シートに用いられる複合層は、セラミック又はグラファイトからなる基層と、基層の両面に配設された金属層と、を有する。
<Composite layer>
The composite layer used in the thermal control sheet for a battery pack according to this embodiment has a base layer made of ceramic or graphite, and metal layers disposed on both sides of the base layer.

(基層)
基層がセラミックからなる場合に、セラミックは耐火性が高く、電池セルの温度が著しく上昇した場合であっても、溶融等により他の領域に影響を及ぼすことを抑制することができる。
また、基層がグラファイトからなる場合に、特に、層状の結晶構造を有するグラファイトシートを使用すると、グラファイトシートは面方向の熱伝導率が極めて高いため、複合層に到達した熱をより一層効率的に外部に拡散することができる。
なお、グラファイトは、大気雰囲気中においては、耐火性が200℃~450℃であり、セラミックと比較して低くなる。しかし、本実施形態においては、基層は一対の金属層に挟まれており、非酸化雰囲気中に配置されているとみなすことができるため、耐火性は約3000℃となり、基層として、セラミックと同様に好適に使用することができる。
(Base layer)
When the base layer is made of ceramic, ceramic has high fire resistance, and even if the temperature of the battery cell rises significantly, it is possible to suppress the influence on other regions due to melting or the like.
Furthermore, when the base layer is made of graphite, particularly when a graphite sheet having a layered crystal structure is used, the graphite sheet has extremely high thermal conductivity in the plane direction, so that the heat that reaches the composite layer can be diffused to the outside more efficiently.
In addition, the fire resistance of graphite in an air atmosphere is 200° C. to 450° C., which is lower than that of ceramics. However, in this embodiment, the base layer is sandwiched between a pair of metal layers and can be considered to be placed in a non-oxidizing atmosphere, so the fire resistance is about 3000° C., and graphite can be used as a base layer in the same manner as ceramics.

本実施形態においては、複合層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を得るため、金属層及び基層のいずれか一方は、断熱材より熱伝導率が高いものとする。基層が断熱材よりも熱伝導率が高い場合に、基層の熱伝導率の具体的な値としては、10(W/m・K)以上であることが好ましく、100(W/m・K)以上であることがより好ましい。 In this embodiment, in order to obtain the effect of diffusing the heat that reaches the composite layer by conductive heat transfer, either the metal layer or the base layer has a higher thermal conductivity than the insulating material. When the base layer has a higher thermal conductivity than the insulating material, the specific value of the thermal conductivity of the base layer is preferably 10 (W/m·K) or more, and more preferably 100 (W/m·K) or more.

基層として用いることができるセラミックとしては、AlN、SiC、TiN等が挙げられる。これらのうち、AlN及びSiCは、熱伝導率が高いため、基層に到達した熱を面方向に伝播する効果が高く、より一層熱伝達を抑制することができる。
また、上述のとおり、本実施形態においては、基層の材料として、グラファイトも好適に使用することができる。
Examples of ceramics that can be used as the base layer include AlN, SiC, TiN, etc. Among these, AlN and SiC have high thermal conductivity, and therefore are highly effective in propagating heat that reaches the base layer in the planar direction, and can further suppress heat transfer.
As described above, in this embodiment, graphite can also be suitably used as the material for the base layer.

基層の厚さは、30μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましい。一方、熱制御シートとしての全体の厚さを考慮し、金属層の厚さは300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the base layer is preferably 30 μm or more, and more preferably 100 μm or more. On the other hand, taking into consideration the overall thickness of the thermal control sheet, the thickness of the metal layer is preferably 300 μm or less, and more preferably 200 μm or less.

(金属層)
金属層は、電池セルからの放射伝熱を抑制する効果を有するため、金属層は、後述する断熱材よりも放射率が低いものとする。金属層の放射率の具体的な値としては、0.5未満であることが好ましく、0.2未満であることがより好ましい。
また、本実施形態においては、複合層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を有するため、金属層及び基層のいずれか一方は、断熱材より熱伝導率が高いものとする。金属層が断熱材よりも熱伝導率が高い場合に、金属層の熱伝導率の具体的な値としては、10(W/m・K)以上であることが好ましく、100(W/m・K)以上であることがより好ましい。
(Metal Layer)
Since the metal layer has the effect of suppressing radiative heat transfer from the battery cell, the metal layer is assumed to have a lower emissivity than the insulating material described below. The specific value of the emissivity of the metal layer is preferably less than 0.5, and more preferably less than 0.2.
In this embodiment, in order to have the effect of diffusing the heat that reaches the composite layer by conductive heat transfer, one of the metal layer and the base layer is made to have a higher thermal conductivity than the insulating material. When the metal layer has a higher thermal conductivity than the insulating material, the specific value of the thermal conductivity of the metal layer is preferably 10 (W/m·K) or more, and more preferably 100 (W/m·K) or more.

金属層が電池セルの近傍に配置される場合に、異常時に電池セルの温度が著しく上昇しても、金属層が溶融等によって損傷することを抑制するために、金属層を構成する材料は、融点が600℃以上である金属であることが好ましい。また、金属層を構成する材料は、融点が900℃以上である金属であることがより好ましい。 When the metal layer is disposed near the battery cell, in order to prevent the metal layer from being damaged by melting, etc., even if the temperature of the battery cell rises significantly in the event of an abnormality, the material constituting the metal layer is preferably a metal with a melting point of 600°C or higher. Furthermore, it is more preferable that the material constituting the metal layer is a metal with a melting point of 900°C or higher.

金属層の材料として、具体的には、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された1種の金属を使用することが好ましい。これらの材料のうち、ステンレス鋼及び銀は、それぞれ融点がそれぞれ約1400℃、約960℃であり、電池セルが高温になった場合であっても溶融するおそれがないため、電池セルの近傍で使用することができる。また、ステンレス鋼及び銀は、他の金属と比較して酸化しにくく、高温に晒されても放射率の上昇が少ない。したがって、複合層を電池セルの近傍に配置する場合は、金属層の材料として、ステンレス鋼、銀又は銀合金を好適に使用することができる。 As the material for the metal layer, it is preferable to use one metal selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy. Of these materials, stainless steel and silver have melting points of approximately 1400°C and approximately 960°C, respectively, and are unlikely to melt even if the battery cell becomes hot, so they can be used near the battery cell. Furthermore, stainless steel and silver are less likely to oxidize than other metals, and their emissivity increases less even when exposed to high temperatures. Therefore, when the composite layer is placed near the battery cell, stainless steel, silver, or a silver alloy can be preferably used as the material for the metal layer.

一方、複合層を電池セルから離隔した位置に配置する場合には、熱による酸化及び溶融の影響を考慮する必要がないため、金属層の材料として、熱伝導率が優れたアルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金、銀又は銀合金を好適に使用することができる。 On the other hand, when the composite layer is disposed at a position away from the battery cell, there is no need to consider the effects of oxidation and melting due to heat, so aluminum or aluminum alloys, copper or copper alloys, and silver or silver alloys, which have excellent thermal conductivity, can be suitably used as materials for the metal layer.

金属層の材料として上述した金属の熱伝導率は、10~450(W/m・K)であり、後述する断熱材の熱伝導率(例えば、0.05(W/m・K))よりも十分に大きいため、金属層に到達した熱を効率的に拡散することができる。断熱材と比較した場合の具体的な熱伝導率としては、金属層の熱伝導率は、断熱材の熱伝導率の10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。 The thermal conductivity of the metals mentioned above as materials for the metal layer is 10 to 450 (W/m·K), which is sufficiently greater than the thermal conductivity of the insulating material described below (e.g., 0.05 (W/m·K)), and therefore the heat that reaches the metal layer can be efficiently diffused. In terms of specific thermal conductivity compared to the insulating material, the thermal conductivity of the metal layer is preferably 10 times or more, and more preferably 100 times or more, of the thermal conductivity of the insulating material.

また、金属層による放射伝熱の抑制効果及び伝導伝熱による熱の拡散効果を十分に得るためには、金属層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましく、30μm以上であることがさらにより好ましく、50μm以上であることが特に好ましい。一方、熱制御シートとしての全体の厚さを考慮し、金属層の厚さは300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。 In order to fully obtain the effect of suppressing radiative heat transfer by the metal layer and the effect of diffusing heat by conductive heat transfer, the thickness of the metal layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, even more preferably 20 μm or more, even more preferably 30 μm or more, and particularly preferably 50 μm or more. On the other hand, taking into consideration the overall thickness of the thermal control sheet, the thickness of the metal layer is preferably 300 μm or less, and more preferably 200 μm or less.

上記複合層は、例えば、中心となる基層の両面に、湿式めっき又は蒸着等により金属層を形成する方法や、基層の両面に金属箔を積層する方法により得ることができる。 The above composite layer can be obtained, for example, by forming a metal layer on both sides of a central base layer by wet plating or vapor deposition, or by laminating metal foil on both sides of the base layer.

なお、複合層における各層の熱伝導率は、下記(1)~(3)に示すように、レーザフラッシュ法及び示差走査熱量測定(DSC:Differential Scanning Calorimetry)法により算出することができる。
(1)JIS H 7801に記載の「金属のレーザフラッシュ法による熱拡散率の測定方法」に準拠し、熱拡散率を測定する。
(2)JIS R 1672に記載の「長繊維強化セラミックス複合材料の示差走査熱量法による比熱容量測定方法」に準拠し、比熱容量を測定する。
(3)(1)及び(2)で得られた値に基づいて、熱伝導率を算出する。
また、複合層の放射率は、JIS R 1693に記載の「ファインセラミックス及びセラミックス複合材料の放射率測定方法」に準拠して、測定することができる。
The thermal conductivity of each layer in the composite layer can be calculated by a laser flash method and a differential scanning calorimetry (DSC) method, as shown in the following (1) to (3).
(1) Thermal diffusivity is measured in accordance with the "Method for measuring thermal diffusivity of metals by laser flash method" described in JIS H 7801.
(2) The specific heat capacity is measured in accordance with "Method for measuring specific heat capacity of long fiber reinforced ceramic composite material by differential scanning calorimetry" described in JIS R 1672.
(3) Calculate the thermal conductivity based on the values obtained in (1) and (2).
The emissivity of the composite layer can be measured in accordance with "Method of measuring emissivity of fine ceramics and ceramic composite materials" described in JIS R 1693.

<断熱材>
本実施形態に係る組電池用熱制御シートに用いられる断熱材としては、断熱効果を有するものであれば、特に限定されない。断熱効果を表す指標として、熱伝導率を挙げることができるが、本実施形態においては、断熱材の熱伝導率は1(W/m・K)未満であることが好ましく、0.5(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.2(W/m・K)未満であることがより好ましい。さらに、断熱材の熱伝導率は0.1(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.05(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.02(W/m・K)未満であることが特に好ましい。
このような断熱材として、例えば、無機繊維、有機繊維、無機粒子及び有機粒子から選択された少なくとも1種を含有するものを用いることができる。
<Thermal insulation>
The heat insulating material used in the thermal control sheet for a battery pack according to the present embodiment is not particularly limited as long as it has a heat insulating effect. Thermal conductivity can be cited as an index showing the heat insulating effect, and in the present embodiment, the heat conductivity of the heat insulating material is preferably less than 1 (W/m·K), more preferably less than 0.5 (W/m·K), and even more preferably less than 0.2 (W/m·K). Furthermore, the heat conductivity of the heat insulating material is more preferably less than 0.1 (W/m·K), more preferably less than 0.05 (W/m·K), and particularly preferably less than 0.02 (W/m·K).
As such a heat insulating material, for example, a material containing at least one selected from inorganic fibers, organic fibers, inorganic particles, and organic particles can be used.

なお、断熱材の熱伝導率は、JIS R 2251に記載の「耐火物の熱伝導率の試験方法」に準拠して、測定することができる。 The thermal conductivity of the insulating material can be measured in accordance with the "Test method for thermal conductivity of refractories" described in JIS R 2251.

無機繊維としては、アルミナファイバ、カーボンファイバ、バサルトファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材等を使用することができる。
有機繊維としては、セルロースファイバ等を使用することができる。
なお、これらの繊維については、単一の繊維を使用してもよいし、2種以上の繊維を組み合わせて使用してもよい。
As the inorganic fiber, alumina fiber, carbon fiber, basalt fiber, soluble fiber, refractory ceramic fiber, glass fiber, aerogel composite material, and the like can be used.
As the organic fiber, cellulose fiber or the like can be used.
In addition, these fibers may be used alone or in combination of two or more kinds.

無機粒子としては、マイカ、マイクロポーラス粒子、中空シリカ粒子、熱膨張性無機材料及びエアロゲルを使用することができる。
熱膨張性無機材料としては、バーミキュライト、ベントナイト、雲母、パーライト等を挙げることができる。
有機粒子としては、中空ポリスチレン粒子等を使用することができる。
As inorganic particles, mica, microporous particles, hollow silica particles, thermally expandable inorganic materials, and aerogels can be used.
Examples of the thermally expandable inorganic material include vermiculite, bentonite, mica, and perlite.
As the organic particles, hollow polystyrene particles or the like can be used.

これらの断熱材としての材料のうち、アルミナファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材等を、好適に使用することができる。 Among these insulating materials, alumina fiber, glass fiber, aerogel composites, etc. can be preferably used.

<放熱層>
本実施形態に係る組電池用熱制御シートにおいては、上記複合層及び断熱材の他に、放熱層を有していてもよい。放熱層は、次の層への放射伝熱を抑制する効果と、放熱層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を有する。したがって、放熱層は、断熱材よりも放射率が低く、熱伝導率が高いものとする。放熱層の放射率の具体的な値としては、0.5未満であることが好ましく、0.2未満であることがより好ましい。また、放熱層の熱伝導率の具体的な値としては、5(W/m・K)以上であることが好ましく、15(W/m・K)以上であることがより好ましい。
なお、放熱層の熱伝導率及び放射率は、上記複合層と同様にして、算出することができる。
<Heat dissipation layer>
The thermal control sheet for a battery pack according to this embodiment may have a heat dissipation layer in addition to the composite layer and the heat insulating material. The heat dissipation layer has the effect of suppressing radiative heat transfer to the next layer and the effect of diffusing heat that has reached the heat dissipation layer by conductive heat transfer. Therefore, the heat dissipation layer has a lower emissivity and a higher thermal conductivity than the heat insulating material. The specific value of the emissivity of the heat dissipation layer is preferably less than 0.5, and more preferably less than 0.2. In addition, the specific value of the thermal conductivity of the heat dissipation layer is preferably 5 (W/m·K) or more, and more preferably 15 (W/m·K) or more.
The thermal conductivity and emissivity of the heat dissipation layer can be calculated in the same manner as for the composite layer.

放熱層としては、例えば、金属又はセラミックにより構成されているものであることが好ましい。放熱層の材料として、金属を用いる場合には、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された1種の金属を使用することが好ましい。 The heat dissipation layer is preferably made of, for example, a metal or ceramic. When a metal is used as the material for the heat dissipation layer, it is preferable to use one metal selected from, for example, aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy.

なお、上記放熱層の材料から選択された2種以上の金属を積層した積層材を、放熱層とすることもできる。放熱層として積層材を採用する場合は、上記2種以上の金属層は、いずれも断熱材よりも放射率が低いとともに、断熱材よりも熱伝導率が高いものを選択する。このような放熱層としては、例えば、[アルミニウム/銅/アルミニウム]放熱層、[アルミニウム/銀/アルミニウム]放熱層、[ニッケル/ステンレス鋼/ニッケル]放熱層、[銀/ステンレス鋼/銀]放熱層等が挙げられる。上記放熱層におけるアルミニウム、銅、銀は、それぞれ合金の形であってもよい。
上記積層材は、中心となる金属板の両面に、湿式めっき又は蒸着等により金属膜を形成する方法や、異なる材料からなる金属箔を積層する方法により得ることができる。
The heat dissipation layer may be a laminated material obtained by laminating two or more metals selected from the materials of the heat dissipation layer. When a laminated material is used as the heat dissipation layer, the two or more metal layers are selected to have a lower emissivity than the insulating material and a higher thermal conductivity than the insulating material. Examples of such heat dissipation layers include an aluminum/copper/aluminum heat dissipation layer, an aluminum/silver/aluminum heat dissipation layer, a nickel/stainless steel/nickel heat dissipation layer, and a silver/stainless steel/silver heat dissipation layer. The aluminum, copper, and silver in the heat dissipation layer may each be in the form of an alloy.
The laminated material can be obtained by forming metal films on both sides of a central metal plate by wet plating or vapor deposition, or by laminating metal foils made of different materials.

また、放熱層の材料として、セラミックを用いる場合には、上記複合層における基層として好適であるAlN、SiC、TiN等を使用することができる。 When ceramic is used as the material for the heat dissipation layer, AlN, SiC, TiN, etc., which are suitable as the base layer in the above composite layer, can be used.

図5に示すように、放熱層が電池セルの近傍に配置される場合に、異常時に電池セルの温度が著しく上昇しても、放熱層が溶融等によって損傷することを抑制するために、金属層を構成する材料は、融点が600℃以上である金属であることが好ましい。また、金属層を構成する材料は、融点が900℃以上である金属であることがより好ましい。 As shown in FIG. 5, when the heat dissipation layer is disposed near the battery cell, in order to prevent the heat dissipation layer from being damaged by melting, etc., even if the temperature of the battery cell rises significantly in the event of an abnormality, the material constituting the metal layer is preferably a metal with a melting point of 600°C or higher. Furthermore, it is more preferable that the material constituting the metal layer is a metal with a melting point of 900°C or higher.

放熱層を電池セルの近傍に配置する場合は、金属層と同様の理由により、ステンレス鋼、銀又は銀合金を、放熱層の材料として好適に使用することができる。なお、同様の理由でAlN、SiC、TiN等のセラミックも好適に使用することができる。 When the heat dissipation layer is disposed near the battery cell, stainless steel, silver, or a silver alloy can be suitably used as the material for the heat dissipation layer for the same reasons as for the metal layer. For the same reasons, ceramics such as AlN, SiC, and TiN can also be suitably used.

一方、放熱層を電池セルから離隔した位置に配置する場合には、金属層と同様の理由により、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金、銀又は銀合金を、放熱層の材料として好適に使用することができる。
ただし、放射率は、物質の種類と表面の状態により変化するため、放射伝熱を抑制する効果をより一層向上させるためには、表面状態等も考慮して放熱層の材料を選択することが好ましい。
On the other hand, when the heat dissipation layer is positioned at a position separated from the battery cell, for the same reasons as for the metal layer, aluminum or an aluminum alloy, copper or a copper alloy, or silver or a silver alloy can be suitably used as the material for the heat dissipation layer.
However, since the emissivity varies depending on the type of material and the surface condition, in order to further improve the effect of suppressing radiative heat transfer, it is preferable to select the material of the heat dissipation layer taking into consideration the surface condition, etc.

なお、金属層と同様に、放熱層の熱伝導率は、断熱材の熱伝導率の10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。 As with the metal layer, the thermal conductivity of the heat dissipation layer is preferably at least 10 times, and more preferably at least 100 times, the thermal conductivity of the insulating material.

また、伝導伝熱による熱の拡散効果を十分に得るために、放熱層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましく、30μm以上であることがさらにより好ましく、50μm以上であることが特に好ましい。一方、熱制御シートとしての全体の厚さを考慮し、放熱層の厚さは300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。
さらに、放熱層は、図4及び図5に示すように、一層からなるものであっても、同一の材料からなる薄膜が複数層積層されたものでもよい。同一の材料からなる薄膜が積層されて放熱層を構成する場合に、複数層の合計の厚さは、一層からなる放熱層の厚さと同じであれば、同様の効果が得られる。したがって、放熱層が複数層からなる場合であっても、その合計の厚さは上記範囲であることが好ましい。
In order to obtain a sufficient heat diffusion effect by conductive heat transfer, the thickness of the heat dissipation layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, even more preferably 20 μm or more, even more preferably 30 μm or more, and particularly preferably 50 μm or more. On the other hand, in consideration of the overall thickness of the thermal control sheet, the thickness of the heat dissipation layer is preferably 300 μm or less, and more preferably 200 μm or less.
Furthermore, the heat dissipation layer may be a single layer or may be a laminate of multiple thin films made of the same material, as shown in Figures 4 and 5. When the heat dissipation layer is made of laminated thin films made of the same material, the same effect can be obtained as long as the total thickness of the multiple layers is the same as the thickness of the heat dissipation layer made of a single layer. Therefore, even if the heat dissipation layer is made of multiple layers, it is preferable that the total thickness is within the above range.

<熱制御シートの厚さ>
本実施形態において、熱制御シートの厚さは特に限定されないが、0.05~6mmの範囲にあることが好ましい。熱制御シートの厚さが0.05mm以上であると、充分な機械的強度を熱制御シートに付与することができる。一方、熱制御シートの厚さが6mm以下であると、良好な組付け性を得ることができる。
<Thickness of thermal control sheet>
In this embodiment, the thickness of the thermal control sheet is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.05 to 6 mm. If the thickness of the thermal control sheet is 0.05 mm or more, sufficient mechanical strength can be imparted to the thermal control sheet. On the other hand, if the thickness of the thermal control sheet is 6 mm or less, good assembly properties can be obtained.

続いて、本実施形態に係る組電池用熱制御シートの製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method of the thermal control sheet for the battery pack according to this embodiment.

<熱制御シートの製造方法>
本実施形態に係る熱制御シートは、例えば、上記した方法により複合層を作製するとともに、断熱材と、必要に応じて放熱層とを準備し、これらを所望の順序で配置することにより得ることができる。これらの各層同士は接合しても接合しなくてもよく、接合する場合は、例えば、積層されたシートの周縁部を接着又は溶着等により固定する方法を利用することができる。
<Method of manufacturing the thermal control sheet>
The thermal control sheet according to the present embodiment can be obtained, for example, by preparing a composite layer by the above-mentioned method, preparing a heat insulating material and, if necessary, a heat dissipation layer, and arranging them in a desired order. These layers may or may not be bonded to each other. If they are bonded, for example, a method of fixing the peripheral portions of the laminated sheets by adhesion or welding can be used.

[2.組電池]
本実施形態に係る組電池は、複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池であって、本実施形態に係る組電池用熱制御シートが、電池セル間に介在されたものである。具体的には、例えば、図3に示すように、組電池100は、複数個の電池セル20a、20b、20cが並設され、直列又は並列に接続されて電池ケース30に格納されたものであり、電池セル20a、20b、20c間に、熱制御シート10が介在されている。
[2. Battery pack]
The battery pack according to the present embodiment is a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, and the thermal control sheet for a battery pack according to the present embodiment is interposed between the battery cells. Specifically, for example, as shown in Fig. 3, a battery pack 100 is a battery pack in which a plurality of battery cells 20a, 20b, 20c are arranged side by side, connected in series or parallel, and stored in a battery case 30, and the thermal control sheet 10 is interposed between the battery cells 20a, 20b, 20c.

このような組電池100では、各電池セル20a、20b、20cの間に、熱制御シート10が介在されているため、通常使用時において、各電池セル20a、20b、20c間の熱の伝播を抑制することができる。
また、複数の電池セル20a、20b、20cのうち、1つの電池セルが熱暴走して高温になり、膨張したり発火したりする場合でも、本実施形態に係る熱制御シート10が存在することにより、電池セル20a、20b、20c間の熱の伝播を抑制することができる。したがって、熱暴走の連鎖を阻止することができ、他の電池セルへの悪影響を最小限に抑えることができる。
In such a battery pack 100, the thermal control sheet 10 is interposed between each of the battery cells 20a, 20b, and 20c, so that during normal use, the transfer of heat between each of the battery cells 20a, 20b, and 20c can be suppressed.
Furthermore, even if one of the multiple battery cells 20a, 20b, and 20c experiences thermal runaway, becomes too hot, expands, or catches fire, the presence of the thermal control sheet 10 according to this embodiment can suppress the transfer of heat between the battery cells 20a, 20b, and 20c, thereby preventing a chain reaction of thermal runaway and minimizing adverse effects on other battery cells.

なお、本実施形態に係る熱制御シートは、複合層及び断熱材の種類及び厚さの選択によっては、容易に屈曲可能なものとなる。したがって、電池セル20a、20b、20c及び電池ケース30の形状に影響されず、どのような形状のものにも対応させることができる。具体的には、角型電池の他、円筒形電池、平板型電池等にも適用することができる。 The thermal control sheet according to this embodiment can be easily bent depending on the type and thickness of the composite layer and the insulating material. Therefore, it can be adapted to any shape, regardless of the shape of the battery cells 20a, 20b, 20c and the battery case 30. Specifically, it can be applied to cylindrical batteries, flat batteries, etc., in addition to square batteries.

以下、本実施形態に係る組電池用熱制御シートの発明例及び比較例について説明する。 Below, we will explain an example of the invention and a comparative example of the thermal control sheet for a battery pack according to this embodiment.

複合層12として、AlNからなる基層14の両面に、アルミニウム層からなる金属層11a、11bを形成したものを準備し、放熱層15a、15bとしてステンレス鋼板を準備した。また、断熱材13a、13bとしてアルミナファイバシートを準備し、図5に示すように、複合層12、放熱層15a、15b及び断熱材13a、13bを積層することにより、発明例となる組電池用熱制御シート60を作製した。また、比較例として、発明例の複合層12を除いた熱制御シート、断熱材のみからなる熱制御シートを作製した。断熱材として、アルミナファイバシートの他、エアロゲルブランケットからなる断熱材と、グラスファイバからなる断熱材を準備した。その後、得られた熱制御シートに対して、金属層又は放熱層の有無による熱制御の影響を評価した。 The composite layer 12 was prepared by forming metal layers 11a and 11b made of aluminum on both sides of a base layer 14 made of AlN, and stainless steel plates were prepared as heat dissipation layers 15a and 15b. In addition, alumina fiber sheets were prepared as heat insulating materials 13a and 13b, and a thermal control sheet for a battery pack 60 was prepared as an example of the invention by laminating the composite layer 12, the heat dissipation layers 15a and 15b, and the heat insulating materials 13a and 13b as shown in FIG. 5. In addition, as a comparative example, a thermal control sheet excluding the composite layer 12 of the example of the invention and a thermal control sheet made only of a thermal insulating material were prepared. As a thermal insulating material, in addition to the alumina fiber sheet, a thermal insulating material made of an aerogel blanket and a thermal insulating material made of glass fiber were prepared. After that, the effect of thermal control on the presence or absence of a metal layer or a heat dissipation layer was evaluated for the obtained thermal control sheet.

図6は、熱制御の影響の評価方法を模式的に示す断面図である。また、図7は、本実施例において使用した熱制御シートのサイズを示す斜視図である。
図6に示すように、作製した熱制御シート60の一方の面(放熱層15aの表面)上に、電気炉により800℃に加熱したFe治具16を、電気炉からの移動が5秒以内となるように載置した。その後、熱制御シート60の他方の面(放熱層15bの表面)に配置した熱電対17により、載置から90秒後の温度を測定し、熱制御の影響を評価した。比較例についても同様に、図6及び図7に示す熱制御シート60を比較例の試験片に変えて、熱制御の影響を評価した。
Fig. 6 is a cross-sectional view showing a typical method for evaluating the effect of thermal control, and Fig. 7 is a perspective view showing the size of the thermal control sheet used in this example.
As shown in Fig. 6, an Fe jig 16 heated to 800 ° C. in an electric furnace was placed on one side (surface of the heat dissipation layer 15a) of the thermal control sheet 60 so that it was moved from the electric furnace within 5 seconds. Then, the temperature 90 seconds after placement was measured by a thermocouple 17 placed on the other side (surface of the heat dissipation layer 15b) of the thermal control sheet 60, and the effect of thermal control was evaluated. Similarly, for the comparative example, the thermal control sheet 60 shown in Figs. 6 and 7 was replaced with a test piece of the comparative example to evaluate the effect of thermal control.

なお、図7に示すように、作製した熱制御シート60は、1辺が50mmの正方形であり、合計の厚さは1.5mmであった。また、熱制御シート60の一方の面において、Fe治具16との接触領域Aの幅は25mmであり、幅方向に直交する方向の長さは、熱制御シート60の1辺から対向する辺までの50mmとした。 As shown in FIG. 7, the thermal control sheet 60 produced was a square with sides of 50 mm and a total thickness of 1.5 mm. On one side of the thermal control sheet 60, the width of the contact area A with the Fe jig 16 was 25 mm, and the length in the direction perpendicular to the width direction was 50 mm from one side of the thermal control sheet 60 to the opposing side.

詳細な測定条件を下記表1に示し、積層条件及び測定結果を下記表2に示す。以下に示す表において、「SUS」はステンレス鋼を表し、[Al/AlN/Al]は、[アルミニウム/窒化アルミニウム(セラミック)/アルミニウム]複合層を表す。また、「AF」はアルミナファイバを表し、「AG-F」はエアロゲルブランケットを表し、SHENZHEN AEROGEL TECHNOLOGY CO.,LTD.製の商品名である。「GF」はグラスファイバを表す。さらに、厚さの欄における「-」は、対象となる層を形成していないことを表す。 Detailed measurement conditions are shown in Table 1 below, and lamination conditions and measurement results are shown in Table 2 below. In the table below, "SUS" stands for stainless steel, and [Al/AlN/Al] stands for [aluminum/aluminum nitride (ceramic)/aluminum] composite layer. Also, "AF" stands for alumina fiber, and "AG-F" stands for aerogel blanket, both trade names of SHENZHEN AEROGEL TECHNOLOGY CO., LTD. "GF" stands for glass fiber. Furthermore, "-" in the thickness column indicates that the target layer was not formed.

複合層において、金属層の材料として使用したアルミニウム板の熱伝導率は200(W/m・K)であり、放熱層の材料として使用したステンレス鋼板の熱伝導率は16(W/m・K)であった。また、アルミニウム板、ステンレス鋼板の放射率は、いずれも約0.2であった。
さらに、使用したアルミナファイバの熱伝導率は0.05(W/m・K)であり、放射率は0.8であった。エアロゲルブランケット(AG-F)の熱伝導率は0.02(W/m・K)であり、放射率は0.8であった。グラスファイバ(GF)の熱伝導率は0.05(W/m・K)であり、放射率は0.8であった。
In the composite layer, the thermal conductivity of the aluminum plate used as the material of the metal layer was 200 (W/m·K), and the thermal conductivity of the stainless steel plate used as the material of the heat dissipation layer was 16 (W/m·K). The emissivity of both the aluminum plate and the stainless steel plate was approximately 0.2.
Furthermore, the thermal conductivity of the alumina fiber used was 0.05 (W/m K) and the emissivity was 0.8. The thermal conductivity of the aerogel blanket (AG-F) was 0.02 (W/m K) and the emissivity was 0.8. The thermal conductivity of the glass fiber (GF) was 0.05 (W/m K) and the emissivity was 0.8.

Figure 0007670515000001
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Figure 0007670515000002
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上記表2に示すように、発明例No.1は、本発明の実施形態に係る熱制御シートであるため、複合層及び放熱層により、放射伝熱を抑制する効果と、伝導伝熱による拡散効果とを得ることができ、断熱効果が優れたものとなった。
これに対し、比較例No.1~4は、複合層を積層していないか、断熱材のみからなるものであるため、発明例と比較して、断熱効果が低いものとなった。
As shown in Table 2 above, since Example No. 1 is a thermal control sheet according to an embodiment of the present invention, the composite layer and the heat dissipation layer can suppress radiative heat transfer and provide a diffusion effect through conductive heat transfer, resulting in excellent heat insulation.
In contrast, Comparative Examples Nos. 1 to 4 did not have a composite layer or were made of only a heat insulating material, and therefore had a lower heat insulating effect than the invention examples.

なお、発明例No.1と、比較例No.1とを比較すると、断熱材の合計の坪量は等しく、放熱層も共通であって、複合層の有無が異なっているのみであるが、発明例No.1の方が著しく優れた断熱効果を示した。これにより、複合層が断熱効果に大きく影響を与えていることが示された。 When comparing Example No. 1 and Comparative Example No. 1, the total basis weight of the insulating material is the same, the heat dissipation layer is also the same, and the only difference is the presence or absence of a composite layer, but Example No. 1 showed a significantly better insulating effect. This shows that the composite layer has a significant impact on the insulating effect.

10,40,50,60 組電池用熱制御シート
11a,11b 金属層
12,12a,12b 複合層
13a,13b 断熱材
14 基層
15,15a,15b 放熱層
17 熱電対
20a,20b,20c 電池セル
30 電池ケース
100 組電池
10, 40, 50, 60 Thermal control sheet for assembled battery 11a, 11b Metal layer 12, 12a, 12b Composite layer 13a, 13b Heat insulating material 14 Base layer 15, 15a, 15b Heat dissipation layer 17 Thermocouple 20a, 20b, 20c Battery cell 30 Battery case 100 Battery assembly

Claims (15)

複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、前記電池セル間に介在される組電池用熱制御シートであって、
少なくとも1層の複合層と、
少なくとも1層の断熱材と、を有し、
前記複合層は、セラミック又はグラファイトからなる基層と、前記基層の両面に配設された金属層と、を有し、
前記金属層は、前記断熱材よりも放射率が低く、
前記金属層及び前記基層の両方が、前記断熱材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする組電池用熱制御シート。
A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the thermal control sheet being interposed between the battery cells,
At least one composite layer;
At least one layer of insulation;
The composite layer includes a base layer made of ceramic or graphite and a metal layer disposed on both sides of the base layer;
The metal layer has a lower emissivity than the thermal insulation material,
A thermal control sheet for a battery pack, characterized in that both the metal layer and the base layer have a thermal conductivity higher than that of the insulating material.
2層以上の前記断熱材と、
隣り合う前記断熱材の間に配設された前記複合層と、を有することを特徴とする請求項1に記載の組電池用熱制御シート。
Two or more layers of the insulation material;
2. The thermal control sheet for a battery pack according to claim 1, further comprising: the composite layer disposed between adjacent ones of the insulating materials.
2層以上の前記複合層と、
隣り合う前記複合層の間に配設された前記断熱材と、を有することを特徴とする請求項1に記載の組電池用熱制御シート。
Two or more of the composite layers;
2. The thermal control sheet for a battery pack according to claim 1, further comprising: the heat insulating material disposed between adjacent ones of the composite layers.
前記基層は、AlN、SiC、TiN及びグラファイトから選択された1種からなることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the base layer is made of one material selected from AlN, SiC, TiN, and graphite. 前記断熱材の熱伝導率は1(W/m・K)未満であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thermal conductivity of the insulating material is less than 1 (W/m·K). 前記金属層の熱伝導率は、前記断熱材の熱伝導率の10倍以上、かつ、10~450(W/m・K)であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the thermal conductivity of the metal layer is 10 times or more the thermal conductivity of the insulating material and is 10 to 450 (W/m·K) . 前記金属層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された1種の金属により構成されることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the metal layer is made of one metal selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy. さらに、少なくとも1層の放熱層を有し、
前記放熱層と前記複合層との間には前記断熱材が配設されており、
前記放熱層は、前記断熱材よりも放射率が低いとともに、前記断熱材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。
Further, the device has at least one heat dissipation layer,
The heat insulating material is disposed between the heat dissipation layer and the composite layer,
The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat dissipation layer has a lower emissivity than the insulating material and a higher thermal conductivity than the insulating material.
一対の前記放熱層と、
前記一対の放熱層の間に配設された前記複合層と、
前記放熱層と前記複合層との間にそれぞれ配設された断熱材と、を有することを特徴とする請求項8に記載の組電池用熱制御シート。
A pair of the heat dissipation layers;
the composite layer disposed between the pair of heat dissipation layers;
9. The thermal control sheet for a battery pack according to claim 8, further comprising a heat insulating material disposed between the heat dissipation layer and the composite layer.
一対の前記複合層と、
前記一対の複合層の間に配設された前記放熱層と、
前記複合層と前記放熱層との間にそれぞれ配設された断熱材と、を有することを特徴とする請求項8に記載の組電池用熱制御シート。
A pair of the composite layers;
the heat dissipation layer disposed between the pair of composite layers;
9. The thermal control sheet for a battery pack according to claim 8, further comprising a heat insulating material disposed between the composite layer and the heat dissipation layer.
前記放熱層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された1種の金属により構成されることを特徴とする請求項8~10のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the heat dissipation layer is made of one metal selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy. 前記放熱層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金及びチタン又はチタン合金から選択された2種以上の金属が積層されたものであることを特徴とする請求項8~10のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the heat dissipation layer is a laminate of two or more metals selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, and titanium or a titanium alloy. 前記断熱材は、無機繊維、有機繊維、無機粒子及び有機粒子から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the insulating material contains at least one selected from inorganic fibers, organic fibers, inorganic particles, and organic particles. 前記断熱材は、アルミナファイバ、カーボンファイバ、マイカ、バサルトファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材、マイクロポーラス粒子、中空シリカ粒子、熱膨張性無機材料及びエアロゲルから選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項13に記載の組電池用熱制御シート。 The thermal control sheet for a battery pack according to claim 13, characterized in that the heat insulating material contains at least one selected from alumina fiber, carbon fiber, mica, basalt fiber, soluble fiber, refractory ceramic fiber, glass fiber, aerogel composite material, microporous particles, hollow silica particles, thermally expandable inorganic material, and aerogel. 電池ケースと、
前記電池ケースの内部に格納され、直列または並列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セル間に介在される請求項1~14のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シートと、を有することを特徴とする組電池。
A battery case;
A plurality of battery cells housed inside the battery case and connected in series or parallel;
A battery pack comprising: the thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 14, which is interposed between the plurality of battery cells.
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