JP6781227B2 - 電池被覆シートおよび電池パック - Google Patents
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Description
[電池被覆シートおよびシート被覆電池]
本開示に係る電池被覆シートは、無機充填材を含有する樹脂組成物により形成されたシート材であり、電池の外面の形状に沿って当該外面の少なくとも一部を被覆可能とする柔軟性を有する構成であればよい。
本開示に係る電池被覆シート10を構成する樹脂組成物は、樹脂成分および無機充填材を含有しているものであればよい。樹脂成分としては、電池パックの分野で公知の種々の樹脂(高分子またはプラスチック)を好適に用いることができる。代表的な樹脂成分としては、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびメラミン樹脂などを挙げることができる。これら樹脂は少なくとも1種類のみが用いられてもよいし、2種類以上が適宜組み合わせて(例えばポリマーブレンドまたはポリマーアロイ等として)用いられてもよい。
本開示に係る電池被覆シート10は、前記の通り、無機充填材を含有する樹脂組成物により少なくとも構成されていればよいが、さらに繊維製基材を備えてもよい。この繊維製基材を構成する繊維の具体的な種類は特に限定されず、公知の繊維材料を好適に用いることができる。具体的には、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、バサルト繊維等の無機系繊維;ポリエステル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、BPO繊維、ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維、ポリイミド繊維等の有機系樹脂繊維;フッ素繊維;等が挙げられる。これら繊維材料は1種類のみを用いてもよいし2種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
本開示に係る電池パックは、前述した電池被覆シート10が被覆された電池により構成されていればよく、その具体的な構成は特に限定されない。代表的には、個々の電池に電池被覆シート10を被覆してシート被覆電池30Aを構成してから、このシート被覆電池30Aを複数配列して電池パックを製造する手法を挙げることができる。これにより、電池パックのパッケージの形状などに合わせて、シート被覆電池30Aの配列のさせ方またはまとめ方を調整することができる。そのため、電池パックの製造時の汎用性、応用性またはデザイン性を向上することが可能となる。
前記実施の形態1では、電池被覆シート10の被覆対象となる電池として、円筒型リチウムイオン電池20Aを挙げて本開示について説明したが、本開示はこれに限定されない。本実施の形態2では、電池被覆シート10の被覆対象となる電池は、図4(A)に示すように、ラミネート型リチウムイオン電池20Bであってもよいし、図4(B)に示すように、角型リチウムイオン電池20Cであってもよい。
18650型リチウムイオン電池(放電容量3Ah)の両端面を除く外周面に、実施例または比較例の電池被覆シートを被覆して接着テープとしてのイミドテープにより固定することによりシート被覆電池を構成した。このシート被覆電池を3本並列させて固定して試験用電池パックを作製した(図3(B)参照)。
縦140mm、横55mm、厚さ4.5mm、放電容量3Ahのラミネート型リチウムイオン電池を作製し、これを4枚重ねた状態で、1枚の電池被覆シートをつづら折り状に巻き回して試験用電池パックを作製した(図5参照)。
JIS K7075に準じて、硝酸および硫酸分解法により、試験片であるシート材から樹脂分のみを取り除いて、無機充填材を含有する樹脂組成物の質量(樹脂組成物量)を算出した。この樹脂組成物量とシート材の質量とから繊維質量含有率Wfを算出した。このWfと、シート材の密度ρcと、シート材に用いられるガラス繊維またはポリエステル繊維の密度ρfとから、式:Vf=(Wf×ρc)/ρfにより繊維体積含有率Vfを算出した。
樹脂成分としてウレタン樹脂(商品名:エイムフレックスEF−243、第一工業製薬株式会社製)、無機充填材として水酸化アルミニウムを用い、無機充填材の含有量が65質量%のウレタン樹脂組成物を調製(製造)した。繊維製基材として、ポリエステル繊維製の不織布(ポリエステル不織布、品番:B045S0−00X、タピルス株式会社製)を用い、所定の厚さのスリット成形型に2枚または3枚のポリエステル不織布を積層したもの(積層体)を入れ、当該スリット成形型の内部にウレタン樹脂組成物を真空注入することにより、ポリエステル不織布にウレタン樹脂組成物を含浸させてシート状に成形した。これにより、厚さが2.0mmで繊維体積含有率Vfが5%(ポリエステル不織布3枚)、および、厚さが1.0mmでVfが8%(ポリエステル不織布2枚)の2種類のシート材を作製(製造)し、それぞれ実施例1の電池被覆シートとした。
樹脂成分として実施例1と同じウレタン樹脂を用いるとともに、無機充填材として水酸化アルミニウムを用い、無機充填材の含有量が65質量%のウレタン樹脂組成物を調製(製造)した。繊維製基材として、ガラス繊維(商品名:マルチエンドロービング 品番:ER 550E−2400、ダイソーケミカル株式会社製)を用い、このガラス繊維を並列配置した状態で連続して送り出し、これにウレタン樹脂組成物を含浸してシート状に成形した。これにより、厚さが2.0mmで繊維体積含有率Vfが20%、および、厚さが1.0mmでVfが20%の2種類のシート材を作製(製造)し、それぞれ実施例2の電池被覆シートとした。これら2種類の電池被覆シートを用いて構成される試験用電池パックでは、実施例1と同様に、電池間距離はそれぞれ4.0mmおよび2.0mmとなる。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
繊維製基材(ポリエステル不織布)を用いなかった以外は実施例1と同様にして、厚さ2.0mmおよび厚さ1.0mmの2種類のシート材(なお、Vfはいずれも0%)を作製し、それぞれ実施例3の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
無機充填材として水酸化マグネシウムを用いた以外は実施例1と同様にして、厚さが2.0mmでVfが5%、および、厚さが1.0mmでVfが8%の2種類のシート材を作製し、それぞれ実施例4の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
繊維製基材(ポリエステル不織布)を用いなかった以外は実施例4と同様にして、厚さ2.0mmおよび厚さ1.0mmの2種類のシート材(なお、Vfはいずれも0%)を作製し、それぞれ実施例5の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
無機充填材として炭酸水素ナトリウムを用いた以外は実施例1と同様にして、厚さが2.0mmでVfが5%、および、厚さが1.0mmでVfが8%の2種類のシート材を作製し、それぞれ実施例6の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
繊維製基材(ポリエステル不織布)を用いなかった以外は実施例6と同様にして、厚さ2.0mmおよび厚さ1.0mmの2種類のシート材(なお、Vfはいずれも0%)を作製し、それぞれ実施例7の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
無機充填材として硫酸マグネシウムを用いた以外は実施例1と同様にして、厚さが2.0mmでVfが5%、および、厚さが1.0mmでVfが8%の2種類のシート材を作製し、それぞれ実施例8の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
無機充填材として、水酸化アルミニウムおよび炭酸水素ナトリウムを1:1で混合したものを用いた以外は実施例1と同様にして、厚さが2.0mmでVfが5%、および、厚さが1.0mmでVfが8%の2種類のシート材を作製し、それぞれ実施例9の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
無機充填材として、水酸化マグネシウムおよび炭酸水素ナトリウムを1:1で混合したものを用いた以外は実施例1と同様にして、厚さが2.0mmでVfが5%、および、厚さが1.0mmでVfが8%の2種類のシート材を作製し、それぞれ実施例10の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
無機充填材を含有させなかった(すなわち無機充填材を配合せずウレタン樹脂のみを用いた)以外は実施例1と同様にして、厚さが2.0mmでVfが5%、および、厚さが1.0mmでVfが8%の2種類のシート材を作製し、比較例1の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
繊維製基材であるポリエステル不織布またはガラス繊維を用いず、無機充填材を配合しないウレタン樹脂のみを用いて、実施例1と同様にして、厚さ2.0mmおよび厚さ1.0mmの2種類のシート材を作製し、比較例2の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表1に示す。
樹脂成分として実施例1と同じウレタン樹脂を用いるとともに、無機充填材として水酸化アルミニウムを用い、無機充填材の含有量が65質量%のウレタン樹脂組成物を調製(製造)した。繊維製基材として、実施例1と同じポリエステル不織布を用い、実施例1と同様にして、スリット成形型により2枚、3枚、または4枚のポリエステル不織布を積層したもの(積層体)にウレタン樹脂組成物を含浸させてシート状に成形した。これにより、厚さが3.0mmでVfが5%(ポリエステル不織布4枚)、厚さが2.0mmでVfが5%(ポリエステル不織布3枚)、および、厚さが1.0mmでVfが8%(ポリエステル不織布2枚)の3種類のシート材を作製(製造)し、それぞれ実施例11の電池被覆シートとした。
樹脂成分として実施例1と同じウレタン樹脂を用いるとともに、無機充填材として水酸化アルミニウムを用い、無機充填材の含有量が65質量%のウレタン樹脂組成物を調製(製造)した。繊維製基材として、実施例2のガラス繊維を用い、このガラス繊維を並列配置した状態で連続して送り出し、これにウレタン樹脂組成物を含浸してシート状に成形した。これにより、厚さが3.0mmでVfが10%、厚さが2.0mmでVfが15%、および、厚さが1.0mmでVfが20%の3種類のシート材を作製(製造)し、それぞれ実施例12の電池被覆シートとした。
繊維製基材(ポリエステル不織布)を用いなかった以外は実施例11と同様にして、厚さ3.0mm、2.0mmおよび厚さ1.0mmの3種類のシート材(なお、Vfはいずれも0%)を作製し、それぞれ実施例13の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表2に示す。
無機充填材として水酸化マグネシウムを用いた以外は実施例11と同様にして、厚さが3.0mmでVfが5%、厚さが2.0mmでVfが5%、並びに、厚さが1.0mmでVfが8%の3種類のシート材を作製し、それぞれ実施例14の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表2に示す。
繊維製基材(ポリエステル不織布)を用いなかった以外は実施例14と同様にして、厚さ3.0mm、2.0mmおよび厚さ1.0mmの3種類のシート材(なお、Vfはいずれも0%)を作製し、それぞれ実施例15の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表2に示す。
無機充填材として炭酸水素ナトリウムを用いた以外は実施例11と同様にして、厚さが3.0mmでVfが5%、厚さが2.0mmでVfが5%、並びに、厚さが1.0mmでVfが8%の3種類のシート材を作製し、それぞれ実施例16の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表2に示す。
繊維製基材(ポリエステル不織布)を用いなかった以外は実施例16と同様にして、厚さ3.0mm、2.0mmおよび厚さ1.0mmの3種類のシート材(なお、Vfはいずれも0%)を作製し、それぞれ実施例17の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表2に示す。
無機充填材として硫酸マグネシウムを用いた以外は実施例11と同様にして、厚さが3.0mmでVfが5%、厚さが2.0mmでVfが5%、並びに、厚さが1.0mmでVfが8%の3種類のシート材を作製し、それぞれ実施例18の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表3に示す。
無機充填材として、水酸化アルミニウムおよび炭酸水素ナトリウムを1:1で混合したものを用いた以外は実施例11と同様にして、厚さが3.0mmでVfが5%、厚さが2.0mmでVfが5%、並びに、厚さが1.0mmでVfが8%の3種類のシート材(なお、Vfはいずれも40%)を作製し、それぞれ実施例19の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表3に示す。
無機充填材として、水酸化マグネシウムおよび炭酸水素ナトリウムを1:1で混合したものを用いた以外は実施例11と同様にして、厚さが3.0mmでVfが5%、厚さが2.0mmでVfが5%、並びに、厚さが1.0mmでVfが8%の3種類のシート材を作製し、それぞれ実施例20の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表3に示す。
無機充填材を含有させなかった(すなわち無機充填材を配合せずウレタン樹脂のみを用いた)以外は実施例11と同様にして、厚さが3.0mmでVfが5%、厚さが2.0mmでVfが5%、並びに、厚さが1.0mmでVfが8%の3種類のシート材を作製し、比較例3の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表3に示す。
繊維製基材であるポリエステル不織布またはガラス繊維を用いず、無機充填材を配合しないウレタン樹脂のみを用いて、実施例11と同様にして、厚さ3.0mm、2.0mmおよび厚さ1.0mmの3種類のシート材を作製し、比較例4の電池被覆シートとした。これら電池被覆シートについて前記の通り耐類焼試験を実施した。その結果を表3に示す。
実施例1〜20の結果から明らかなように、本実施例に係る電池被覆シートであれば、耐類焼試験によっても類焼が発生せず、良好な難燃性および放熱性を実現できることがわかる。また、類焼試験後においても、電池被覆シートには溶融流動は実質的に発生せず、また、電池被覆シートの破断もほとんど発生しない(繊維製基材を含有せず、かつ、厚さが小さい場合のみ発生が確認された)。それゆえ、本実施例に係る電池被覆シートは、良好な安定性を有することがわかる。また、電池被覆シートが繊維製基材を含む場合、ポリエステル不織布であってもガラス繊維であっても、良好な難燃性、放熱性、安定性を有することがわかる。
10a:つなぎ目
11:接着テープ(固定部材)
12:接着剤(固定部材)
20A:円筒型リチウムイオン電池(電池)
20B:ラミネート型リチウムイオン電池(電池)
20C:角型リチウムイオン電池(電池)
21:端子キャップ
22:封口体
23:電極群
24:外装体
30A〜30C:シート被覆電池
31A,31B,32:電池パックユニット
32:デッドスペース
Claims (11)
- 無機充填材を含有する樹脂組成物により形成されたシート材であり、
電池の外面の形状に沿って当該外面の少なくとも一部を被覆可能とする柔軟性を有することを特徴とする、
電池被覆シート。 - 前記樹脂組成物に含有される前記無機充填材は、前記樹脂組成物の全量を100質量%としたときに30〜95質量%の範囲内であることを特徴とする、
請求項1に記載の電池被覆シート。 - 前記シート材の厚さは、0.5〜3.0mmの範囲内であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の電池被覆シート。 - 前記樹脂組成物は、樹脂成分として、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびメラミン樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含有していることを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電池被覆シート。 - 前記無機充填材は、二価もしくは三価の金属水酸化物、二価の金属硫酸塩水和物、亜鉛のオキソ酸塩、シリカ、アルミナ、ドーソナイト、および炭酸水素ナトリウムからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の電池被覆シート。 - 前記シート材は、さらに繊維製基材を備えていることを特徴とする、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電池被覆シート。 - 前記繊維製基材を構成する繊維は、ガラス繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリアレリート繊維、BPO繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維からなる群から選択される少なくとも1種の繊維であることを特徴とする、
請求項6に記載の電池被覆シート。 - 前記繊維製基材は、組物、織物、編物、不織布、単繊維、またはロービングのいずれかで構成されていることを特徴とする、
請求項6または7に記載の電池被覆シート。 - 前記シート材における繊維体積含有率Vfは、0.5〜50%の範囲内であることを特徴とする、
請求項6から8のいずれか1項に記載の電池被覆シート。 - 電池の外面の少なくとも一部が、請求項1から9のいずれか1項に記載の電池被覆シートにより被覆されている構造を含むことを特徴とする、
電池パック。 - 前記電池被覆シートは、前記電池の外面のうち端面を除く周面全体を被覆した状態で固定されていることを特徴とする、
請求項10に記載の電池パック。
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