JP2016031360A - Hermetic secondary battery deformation detection sensor, hermetic secondary battery, and hermetic secondary battery deformation detection method - Google Patents
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Abstract
【課題】単電池の膨れによる密閉型二次電池の変形を高感度に検出できると共に、放熱性に優れた密閉型二次電池の変形検出センサ、密閉型二次電池、及び、密閉型二次電池の変形検出方法を提供すること。【解決手段】密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、高分子マトリックス層と、検出部とを備え、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有し、前記検出部は前記外場の変化を検出し、前記高分子マトリックス層は、前記フィラーに加えてさらに熱伝導性フィラーを含有する密閉型二次電池の変形検出センサ。【選択図】図2A deformation detection sensor, a sealed secondary battery, and a sealed secondary for a sealed secondary battery that can detect deformation of the sealed secondary battery due to swelling of a single cell with high sensitivity and have excellent heat dissipation. To provide a battery deformation detection method. A deformation detection sensor for a sealed secondary battery includes a polymer matrix layer and a detection unit, and the polymer matrix layer changes an external field according to deformation of the polymer matrix layer. A deformation detection sensor for a sealed secondary battery that contains a filler in a dispersed manner, the detection unit detects a change in the external field, and the polymer matrix layer further contains a thermally conductive filler in addition to the filler. . [Selection] Figure 2
Description
本発明は、密閉型二次電池の変形を検出するセンサと、それが取り付けられた密閉型二次電池と、密閉型二次電池の変形を検出する方法とに関する。 The present invention relates to a sensor for detecting deformation of a sealed secondary battery, a sealed secondary battery to which the sensor is attached, and a method for detecting deformation of the sealed secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池に代表される密閉型二次電池(以下、単に「二次電池」と呼ぶことがある)は、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自動車やハイブリッド車といった電動車両用の電源としても利用されている。二次電池を構成する単電池(セル)は、正極と負極をそれらの間にセパレータを介して捲回または積層してなる電極群と、その電極群を収容する外装体とを備える。一般には、外装体としてラミネートフィルムや金属缶が用いられ、その内部の密閉空間に電極群が電解液とともに収容される。 In recent years, sealed secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries (hereinafter sometimes referred to simply as “secondary batteries”) are not only mobile devices such as mobile phones and laptop computers, but also electric vehicles and hybrids. It is also used as a power source for electric vehicles such as cars. A single battery (cell) that constitutes a secondary battery includes an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound or stacked with a separator interposed therebetween, and an outer package that houses the electrode group. In general, a laminate film or a metal can is used as an exterior body, and an electrode group is accommodated together with an electrolytic solution in an enclosed space.
二次電池は、上述した電動車両用の電源のように高電圧が必要とされる用途において、複数の単電池を含む電池モジュールまたは電池パックの形態で用いられる。電池モジュールでは、直列に接続された複数の単電池が筐体内に収容され、例えば4つの単電池が2並列2直列に、或いは4直列に接続される。また、電池パックでは、直列に接続された複数の電池モジュールに加えて、コントローラなどの諸般の機器が筐体内に収容される。電動車両用の電源に用いられる二次電池では、電池パックの筐体が車載に適した形状に形成されている。 The secondary battery is used in the form of a battery module or a battery pack including a plurality of single cells in an application where a high voltage is required, such as the power source for an electric vehicle described above. In the battery module, a plurality of single cells connected in series are accommodated in a housing, and, for example, four single cells are connected in two parallel two series or four series. In addition, in the battery pack, various devices such as a controller are accommodated in the casing in addition to the plurality of battery modules connected in series. In a secondary battery used as a power source for an electric vehicle, a battery pack housing is formed in a shape suitable for in-vehicle use.
かかる二次電池には、過充電などに起因して電解液が分解されると、その分解ガスによる内圧の上昇に伴って単電池が膨らみ、二次電池が変形するという問題がある。その場合、充電電流または放電電流が停止されないと発火を起こし、最悪の結果として二次電池の破裂に至る。したがって、二次電池の破裂を未然に防止するうえでは、充電電流や放電電流を適時に停止できるように、単電池の膨れによる二次電池の変形を高感度に検出することが重要になる。 Such a secondary battery has a problem that when the electrolytic solution is decomposed due to overcharge or the like, the single battery swells as the internal pressure increases due to the decomposition gas, and the secondary battery is deformed. In that case, if the charging current or discharging current is not stopped, it will ignite and the secondary battery will burst as the worst result. Therefore, in order to prevent the secondary battery from bursting, it is important to detect the deformation of the secondary battery due to the swelling of the single cell with high sensitivity so that the charging current and the discharging current can be stopped in a timely manner.
特許文献1には、複数の単電池を有する電池モジュールにおいて、単電池の温度を検知する温度センサを取り付けるために、電池モジュール内にセンサ挿入空間を形成する方法が記載されている。しかし、このような温度センサを利用する手法では、それを取り付けるための空間が別途に設けられることから、二次電池の容積が必要以上に圧迫されてしまう。
また、特許文献2には、単電池のケース(外装体の一例)の表面にストレインゲージを接着し、そのケースの膨れに応じたストレインゲージの抵抗値変化を検出することで、二次電池の充電電流または放電電流を減少させる方法が記載されている。しかし、このようなストレインゲージを利用する手法では、特に長期間での使用において、振動によりストレインゲージが位置ずれを起こすなどしてセンサ特性がばらつき、安定性が低下する恐れがある。
Further, in
ところで、リチウムイオン二次電池などは特にエネルギー密度が高いため、異常時のみならず通常の充放電時においても発熱する。したがって、発熱に起因した蓄熱を防止する観点から、二次電池の放熱性を向上することが市場において要求されるのが実情であった。 By the way, since a lithium ion secondary battery etc. have especially high energy density, it generate | occur | produces not only at the time of abnormality but at the time of normal charging / discharging. Therefore, from the viewpoint of preventing heat storage due to heat generation, it is a fact that the market demands to improve the heat dissipation of the secondary battery.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単電池の膨れによる密閉型二次電池の変形を高感度に検出できると共に、放熱性に優れた密閉型二次電池の変形検出センサ、密閉型二次電池、及び、密閉型二次電池の変形検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to detect deformation of a sealed secondary battery due to swelling of a single cell with high sensitivity and to deform a sealed secondary battery excellent in heat dissipation. An object of the present invention is to provide a detection sensor, a sealed secondary battery, and a deformation detection method for the sealed secondary battery.
上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち本発明は、密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、高分子マトリックス層と、検出部とを備え、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有し、前記検出部は前記外場の変化を検出し、前記高分子マトリックス層は、前記フィラーに加えてさらに熱伝導性フィラーを含有することを特徴とする密閉型二次電池の変形検出センサに関する。 The above object can be achieved by the present invention as described below. That is, the present invention provides a deformation detection sensor for a sealed secondary battery, comprising a polymer matrix layer and a detection unit, and the polymer matrix layer changes in the external field according to the deformation of the polymer matrix layer. The filler is dispersed and contained, the detection unit detects a change in the external field, and the polymer matrix layer further contains a thermally conductive filler in addition to the filler. The present invention relates to a deformation detection sensor for a secondary battery.
高分子マトリックス層は、例えば互いに隣り合う単電池の間で、単電池とそれを収容する筐体との間で、挟まれて装着される。あるいは、電池パックに含まれる電池モジュールの筐体とその隣の電池モジュールの筐体との間で、さらには、電池モジュールの筐体と電池パックの筐体との間隙内で、挟まれて装着される。いずれの場合であっても、高分子マトリックス層は圧縮状態で装着されても良い。 The polymer matrix layer is mounted so as to be sandwiched between the unit cells and the housing that houses the unit cells, for example, between the unit cells adjacent to each other. Alternatively, the battery module is sandwiched between the battery module housing included in the battery pack and the battery module housing adjacent to the battery module housing, and further, in the gap between the battery module housing and the battery pack housing. Is done. In any case, the polymer matrix layer may be attached in a compressed state.
単電池の膨れにより二次電池が変形を生じると、それに応じて高分子マトリックス層が変形する。検出部は、その高分子マトリックス層の変形に伴う外場の変化を検出する。これにより、二次電池の変形を高感度に検出することができる。上記のように装着された高分子マトリックス層は、二次電池の容積を圧迫しないうえ、振動などによる位置ずれが抑えられることでセンサ特性が安定したものになる。 When the secondary battery is deformed by the swelling of the unit cell, the polymer matrix layer is deformed accordingly. A detection part detects the change of the external field accompanying the deformation | transformation of the polymer matrix layer. Thereby, the deformation of the secondary battery can be detected with high sensitivity. The polymer matrix layer attached as described above does not compress the volume of the secondary battery and suppresses displacement due to vibration or the like, thereby stabilizing the sensor characteristics.
特に本発明に係る密閉型二次電池の変形検出センサを構成する高分子マトリックス層は、その変形に応じて外場に変化を与えるフィラーに加えて、さらに熱伝導性フィラーを含有する。このため、二次電池が発熱しても放熱性に優れる。 In particular, the polymer matrix layer constituting the deformation detection sensor of the sealed secondary battery according to the present invention further contains a heat conductive filler in addition to the filler that changes the external field according to the deformation. For this reason, even if a secondary battery heat | fever-generates, it is excellent in heat dissipation.
本発明に係る密閉型二次電池の変形検出センサでは、前記高分子マトリックス層が、前記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、前記検出部が、前記外場としての磁場の変化を検出するものが好ましい。かかる構成によれば、高分子マトリックス層の変形に伴う磁場の変化を配線レスで検出することができる。また、感度領域が広いホール素子を検出部として利用できることから、より広範囲にわたって高感度な検出が可能となる。 In the deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to the present invention, the polymer matrix layer contains a magnetic filler as the filler, and the detection unit detects a change in the magnetic field as the external field. preferable. According to this configuration, it is possible to detect a change in the magnetic field accompanying the deformation of the polymer matrix layer without wiring. In addition, since a Hall element having a wide sensitivity region can be used as the detection unit, highly sensitive detection can be performed over a wider range.
前記密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、前記高分子マトリックス層は、厚み方向に前記磁性フィラーが偏在するものであって、厚み方向の二次電池側領域での前記磁性フィラー濃度が、厚み方向の前記検出部側領域に比して高いことが好ましい。かかる構成によれば、単電池の膨れによる密閉型二次電池の変形を、より高感度に検出できる。 In the deformation detection sensor of the sealed secondary battery, the polymer matrix layer has the magnetic filler unevenly distributed in the thickness direction, and the concentration of the magnetic filler in the secondary battery side region in the thickness direction is the thickness. It is preferable that it is higher than the direction of the detection unit side in the direction. According to such a configuration, deformation of the sealed secondary battery due to the swelling of the single battery can be detected with higher sensitivity.
前記密閉型二次電池の変形検出センサにおいて、前記熱伝導性フィラーの比重が、前記磁性フィラーの比重よりも低いことが好ましく、前記熱伝導性フィラーの平均粒子径が0.5〜50μmであることがより好ましい。かかる構成によれば、磁性フィラーが高分子マトリックス層の厚み方向で一方向に偏在し易くなる。このため、磁性フィラーが多く偏在した側が二次電池側となるように高分子マトリックス層を配置することにより、単電池の膨れによる密閉型二次電池の変形を、より高感度に検出できる。 In the deformation detection sensor of the sealed secondary battery, the specific gravity of the heat conductive filler is preferably lower than the specific gravity of the magnetic filler, and the average particle diameter of the heat conductive filler is 0.5 to 50 μm. It is more preferable. According to this configuration, the magnetic filler tends to be unevenly distributed in one direction in the thickness direction of the polymer matrix layer. For this reason, by arranging the polymer matrix layer so that the side where the magnetic filler is unevenly distributed becomes the secondary battery side, the deformation of the sealed secondary battery due to the swelling of the single battery can be detected with higher sensitivity.
本発明に係る密閉型二次電池は、上述した変形検出センサが取り付けられたものであり、その形態は単一の電池モジュールでもよいが、複数の電池モジュールを含む電池パックであってもよい。かかる密閉型二次電池では、単電池の膨れによる変形が変形検出センサにより高感度に検出される。それでいて、二次電池の容積は変形検出センサによって圧迫されず、そのセンサ特性は安定したものになる。 The sealed secondary battery according to the present invention is provided with the above-described deformation detection sensor, and may be a single battery module or a battery pack including a plurality of battery modules. In such a sealed secondary battery, deformation due to swelling of the single battery is detected with high sensitivity by a deformation detection sensor. Nevertheless, the volume of the secondary battery is not compressed by the deformation detection sensor, and the sensor characteristics become stable.
本発明に係る密閉型二次電池の変形検出方法は、密閉型二次電池の変形検出方法において、前記密閉型二次電池が有する間隙内に高分子マトリックス層を装着し、前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有し、かつ前記フィラーに加えてさらに熱伝導性フィラーを含有するものであり、前記高分子マトリックス層の変形に伴う前記外場の変化を検出し、それに基づいて前記密閉型二次電池の変形を検出するものである。 The deformation detection method for a sealed secondary battery according to the present invention is the deformation detection method for a sealed secondary battery, wherein a polymer matrix layer is mounted in a gap of the sealed secondary battery, and the polymer matrix layer Contains a filler that changes the external field according to deformation of the polymer matrix layer, and further contains a thermally conductive filler in addition to the filler. A change in the external field due to deformation is detected, and deformation of the sealed secondary battery is detected based on the change.
高分子マトリックス層は、密閉型二次電池が有する間隙内に装着される。単電池の膨れにより二次電池が変形を生じると、それに応じて高分子マトリックス層が変形し、その高分子マトリックス層の変形に伴う外場の変化を検出することにより、二次電池の変形を高感度に検出できる。特に本発明においては、高分子マトリックス層が、その変形に応じて外場に変化を与えるフィラーに加えて、熱伝導性フィラーを含有しているため、単電池の膨れによる密閉型二次電池の変形を、高感度に検出することができるだけでなく、放熱性にも優れる。 The polymer matrix layer is mounted in the gap of the sealed secondary battery. When the secondary battery is deformed by the swelling of the cell, the polymer matrix layer is deformed accordingly, and the deformation of the secondary battery is detected by detecting the change in the external field accompanying the deformation of the polymer matrix layer. It can be detected with high sensitivity. In particular, in the present invention, the polymer matrix layer contains a thermally conductive filler in addition to a filler that changes the external field according to its deformation. Not only can deformation be detected with high sensitivity, it also has excellent heat dissipation.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1,2に示した電池モジュール1は、その筐体11の内部に複数の単電池2を有する。本実施形態では、4つの単電池2が直列に(例えば2並列2直列に、または4直列に)接続されている。詳しく図示しないが、単電池2は、正極と負極をそれらの間にセパレータを介して捲回または積層してなる電極群と、その電極群を収容する外装体とを備える。外装体の内部の密閉空間には、電極群が電解液とともに収容されている。単電池2の外装体には、アルミラミネート箔などのラミネートフィルムが用いられるが、これに代えて円筒型または角型の金属缶を使用してもよい。
The
この電池モジュール1は、電動車両用の電源として使用され得るリチウムイオン二次電池であり、車両には電池パックの形態で搭載される。電池パックでは、直列に接続された複数の電池モジュール1が、コントローラなどの諸般の機器と共に筐体内に収容される。電池パックの筐体は、車載に適した形状に、例えば車両の床下形状に合わせた形状に形成される。なお、本発明において、密閉型二次電池は、リチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池に限られず、ニッケル水素電池などの水系電解液二次電池であっても構わない。
The
図2に示すように、密閉型二次電池には変形検出センサが取り付けられ、その変形検出センサは高分子マトリックス層3と検出部4とを備えている。高分子マトリックス層3は、単電池2の表面(外装体の外面)に貼り付けられ、その貼付には必要に応じて接着剤や接着テープが用いられる。高分子マトリックス層3はシート状に形成されていて、二次電池における間隙内、例えば単電池2とそれを収容する筐体11との間に配置される。ただし、本発明においては図示は省略するが、互いに隣り合う単電池2の間隙内や、高分子マトリックス層3を折り曲げるようにして、単電池2や筐体11の角部に貼り付けることも可能である。
As shown in FIG. 2, a deformation detection sensor is attached to the sealed secondary battery, and the deformation detection sensor includes a polymer matrix layer 3 and a
高分子マトリックス層3は、その高分子マトリックス層3の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有する。検出部4は、その外場の変化を検出する。検出部4は、外場の変化を検出可能な程度で高分子マトリックス層3から離して配置され、好ましくは単電池2の膨れによる影響を受けにくい比較的堅固な箇所に貼り付けられる。本実施形態では、筐体11の外面に検出部4を貼り付けているが、これに限られず、筐体11の内面や電池パックの筐体に検出部4を貼り付けても構わない。これらの筐体は、例えば金属またはプラスチックにより形成され、電池モジュールの筐体にはラミネートフィルムが用いられる場合もある。
The polymer matrix layer 3 contains a filler that disperses the external field according to deformation of the polymer matrix layer 3 in a dispersed manner. The
図2で示した高分子マトリックス層3は、単電池2とそれを収容する筐体11との間において、挟まれて圧縮状態で装着されている。その高分子マトリックス層3の非圧縮状態での厚みは、それが配置される間隙G2よりも大きく、高分子マトリックス層3は厚み方向に圧縮されている。
The polymer matrix layer 3 shown in FIG. 2 is sandwiched and mounted in a compressed state between the
単電池2が膨れると、それに応じて高分子マトリックス層3が変形し、その高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化が検出部4によって検出される。検出部4から出力された検出信号は不図示の制御装置に送られ、設定値以上の外場の変化が検出部4により検出された場合には、その制御装置に接続された不図示のスイッチング回路が通電を遮断し、充電電流または放電電流を停止する。このようにして、単電池2の膨れによる二次電池の変形が高感度に検出され、二次電池の破裂が未然に防止される。この変形検出センサは、二次電池の容積を圧迫せず、位置ずれが抑えられることでセンサ特性が安定する。
When the
図2の例では、それぞれ高分子マトリックス層3と検出部4を1つずつ示しているが、二次電池の形状や大きさなどの諸条件に応じて、それらを複数使用してもよい。その際、複数の高分子マトリックス層3を同じ単電池2に貼り付けたり、複数の検出部4によって同じ高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化を検出するように構成したりしてもよい。
In the example of FIG. 2, one polymer matrix layer 3 and one
本実施形態では、高分子マトリックス層3が上記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、検出部4が上記外場としての磁場の変化を検出する。この場合、高分子マトリックス層3は、エラストマー成分からなるマトリックスに磁性フィラーが分散してなる磁性エラストマー層であることが好ましい。
In this embodiment, the polymer matrix layer 3 contains a magnetic filler as the filler, and the
磁性フィラーとしては、希土類系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、酸化物系などが挙げられるが、より高い磁力が得られる希土類系が好ましい。磁性フィラーの形状は、特に限定されるものではなく、球状、扁平状、針状、柱状および不定形のいずれであってよい。磁性フィラーの平均粒径は、好ましくは0.02〜500μm、より好ましくは0.1〜400μm、更に好ましくは0.5〜300μmである。平均粒径が0.02μmより小さいと、磁性フィラーの磁気特性が低下する傾向にあり、平均粒径が500μmを超えると、磁性エラストマー層の機械的特性が低下して脆くなる傾向にある。 Examples of the magnetic filler include rare earth-based, iron-based, cobalt-based, nickel-based, and oxide-based materials, but a rare earth-based material that can obtain higher magnetic force is preferable. The shape of the magnetic filler is not particularly limited, and may be spherical, flat, needle-like, columnar, or indefinite. The average particle size of the magnetic filler is preferably 0.02 to 500 μm, more preferably 0.1 to 400 μm, and still more preferably 0.5 to 300 μm. When the average particle size is smaller than 0.02 μm, the magnetic properties of the magnetic filler tend to be lowered, and when the average particle size exceeds 500 μm, the mechanical properties of the magnetic elastomer layer tend to be lowered and become brittle.
磁性フィラーは、着磁後にエラストマー中に導入しても構わないが、エラストマーに導入した後に着磁することが好ましい。エラストマーに導入した後に着磁することで、磁石の極性の制御が容易となり、磁場の検出が容易になる。 The magnetic filler may be introduced into the elastomer after magnetization, but is preferably magnetized after being introduced into the elastomer. Magnetization after introduction into the elastomer facilitates control of the polarity of the magnet and facilitates detection of the magnetic field.
本発明に係る変形検出センサを構成する高分子マトリックスは、高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラー、好適には磁性フィラーに加えて、さらに熱伝導性フィラーを含有する点が特徴である。熱伝導性フィラーをさらに含有することにより、高分子マトリックス層の放熱性が向上する。十分な放熱性を高分子マトリックス層に付与するためには、高分子マトリックス層を構成する高分子(エラストマー)成分100重量部に対し、熱伝導性フィラーの量は1〜300重量部であることが好ましく、3〜200重量部であることがより好ましい。また、高分子マトリックス層の放熱性を十分に確保するためには、高分子マトリックス層の熱伝導率を0.5W/mK以上とすることが好ましく、0.6W/mK以上とすることがより好ましい。 The polymer matrix constituting the deformation detection sensor according to the present invention further contains a thermally conductive filler in addition to a filler that changes the external field according to the deformation of the polymer matrix layer, preferably a magnetic filler. Is a feature. By further containing a thermally conductive filler, the heat dissipation of the polymer matrix layer is improved. In order to impart sufficient heat dissipation to the polymer matrix layer, the amount of the thermally conductive filler is 1 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer (elastomer) component constituting the polymer matrix layer. Is more preferable, and it is more preferable that it is 3-200 weight part. Moreover, in order to ensure sufficient heat dissipation of the polymer matrix layer, the thermal conductivity of the polymer matrix layer is preferably 0.5 W / mK or more, more preferably 0.6 W / mK or more. preferable.
熱伝導性フィラーとしては、具体的には、例えば、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、マイカ、チタン酸カリウム、酸化鉄、タルクなどの酸化物粒子、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物粒子、炭化ケイ素などの炭化物粒子、銀、銅、アルミニウムなどの金属粒子、カーボンナノチューブ、カーボンブラックなどの炭素化合物などが挙げられる。 Specific examples of the thermally conductive filler include oxide particles such as aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, mica, potassium titanate, iron oxide, and talc, and nitrides such as boron nitride, silicon nitride, and aluminum nitride. Material particles, carbide particles such as silicon carbide, metal particles such as silver, copper, and aluminum, and carbon compounds such as carbon nanotubes and carbon black.
高分子マトリックス層の厚み方向で磁性フィラーを一方向に偏在し易くするためには、熱伝導性フィラーの比重は、磁性フィラーの比重よりも低いことが好ましく、磁性フィラーと熱伝導性フィラーとの比重差が2以上であることがより好ましく、3以上であることがさらに好ましく、4以上であることが特に好ましい。同様の観点から、熱伝導性フィラーの平均粒子径は0.3〜300μmであることが好ましく、0.4〜200μmであることがより好ましく、0.5〜50μmであることが特に好ましい。 In order to make the magnetic filler unevenly distributed in one direction in the thickness direction of the polymer matrix layer, the specific gravity of the heat conductive filler is preferably lower than the specific gravity of the magnetic filler. The specific gravity difference is more preferably 2 or more, further preferably 3 or more, and particularly preferably 4 or more. From the same viewpoint, the average particle size of the thermally conductive filler is preferably 0.3 to 300 μm, more preferably 0.4 to 200 μm, and particularly preferably 0.5 to 50 μm.
一方、高分子マトリックスとしては、例えばエラストマー成分を使用することができ、エラストマー成分としては、任意のものを使用可能である。エラストマー成分としては、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーまたはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。また、熱硬化性エラストマーとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系合成ゴム、および天然ゴム等を挙げることができる。このうち好ましいのは熱硬化性エラストマーであり、これは電池の発熱や過負荷に伴う磁性エラストマーのへたりを抑制できるためである。更に好ましくは、ポリウレタンゴム(ポリウレタンエラストマーともいう)またはシリコーンゴム(シリコーンエラストマーともいう)である。 On the other hand, as the polymer matrix, for example, an elastomer component can be used, and any elastomer component can be used. As the elastomer component, a thermoplastic elastomer, a thermosetting elastomer, or a mixture thereof can be used. Examples of the thermoplastic elastomer include a styrene thermoplastic elastomer, a polyolefin thermoplastic elastomer, a polyurethane thermoplastic elastomer, a polyester thermoplastic elastomer, a polyamide thermoplastic elastomer, a polybutadiene thermoplastic elastomer, a polyisoprene thermoplastic elastomer, A fluororubber-based thermoplastic elastomer can be used. Examples of the thermosetting elastomer include polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, styrene-butadiene rubber, polychloroprene rubber, nitrile rubber, ethylene-propylene rubber and other diene synthetic rubbers, ethylene-propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, Non-diene synthetic rubbers such as polyurethane rubber, fluorine rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, and natural rubber can be mentioned. Among these, a thermosetting elastomer is preferable because it can suppress the sag of the magnetic elastomer accompanying heat generation and overload of the battery. More preferred is polyurethane rubber (also referred to as polyurethane elastomer) or silicone rubber (also referred to as silicone elastomer).
ポリウレタンエラストマーは、活性水素含有化合物とイソシアネート成分とを反応させることにより得られる。ポリウレタンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、活性水素含有化合物と磁性フィラーとを混合し、ここにイソシアネート成分を混合させて混合液を得る。また、イソシアネート成分に磁性フィラーを混合し、活性水素含有化合物を混合させることで混合液を得ることも出来る。その混合液を離型処理したモールド内に注型し、その後硬化温度まで加熱して硬化することにより、磁性エラストマーを製造することができる。また、シリコーンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、シリコーンエラストマーの前駆体に磁性フィラーを入れて混合し、型内に入れ、その後加熱して硬化させることにより磁性エラストマーを製造することができる。なお、必要に応じて溶剤を添加してもよい。 The polyurethane elastomer is obtained by reacting an active hydrogen-containing compound with an isocyanate component. When using a polyurethane elastomer as an elastomer component, an active hydrogen-containing compound and a magnetic filler are mixed, and an isocyanate component is mixed therein to obtain a mixed solution. Moreover, a liquid mixture can also be obtained by mixing a magnetic filler with an isocyanate component and mixing an active hydrogen-containing compound. A magnetic elastomer can be produced by casting the mixed solution into a mold subjected to a release treatment, and then curing by heating to a curing temperature. When a silicone elastomer is used as an elastomer component, a magnetic elastomer can be produced by adding a magnetic filler to a silicone elastomer precursor, mixing it, putting it in a mold, and then heating and curing it. In addition, you may add a solvent as needed.
ポリウレタンエラストマーに使用できるイソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を使用できる。例えば、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートを挙げることができる。これらは1種で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。また、イソシアネート成分は、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、及びイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。好ましいイソシアネート成分は、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジシソシアネート、より好ましくは2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネートである。
As the isocyanate component that can be used in the polyurethane elastomer, compounds known in the field of polyurethane can be used. For example, 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 2,2′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, p-phenylene Aromatic diisocyanates such as diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-xylylene diisocyanate, m-xylylene diisocyanate, aliphatic diisocyanates such as ethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 1,6-
本発明においては活性水素含有化合物として、ポリウレタンの分野において公知の化合物を使用できる。例えば、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体等に代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート、3−メチル−1,5−ペンタンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオール等の高分子量ポリオールを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 In the present invention, compounds known in the field of polyurethane can be used as the active hydrogen-containing compound. For example, polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol, polyether polyols typified by copolymers of propylene oxide and ethylene oxide, polybutylene adipates, polyethylene adipates, and 3-methyl-1,5-pentane adipates Polyester polyol such as polyester polyol, polycaprolactone polyol, reaction product of polyester glycol and alkylene carbonate such as polycaprolactone, and the like. Polyester polycarbonate polyol reacted with dicarboxylic acid, esterification of polyhydroxyl compound and aryl carbonate High molecular weight polyol polycarbonate polyols obtained by the reaction can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
活性水素含有化合物として上述した高分子量ポリオール成分の他に、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、2,2,6,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノール、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオール成分、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミン成分を用いてもよい。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。更に、4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(MOCA)、2,6−ジクロロ−p−フェニレンジアミン、4,4’−メチレンビス(2,3−ジクロロアニリン)、3,5−ビス(メチルチオ)−2,4−トルエンジアミン、3,5−ビス(メチルチオ)−2,6−トルエンジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,4−ジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,6−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−p−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、N,N’−ジ−sec−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトライソプロピルジフェニルメタン、m−キシリレンジアミン、N,N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、及びp−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類を混合することもできる。好ましい活性水素含有化合物は、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体、3−メチル−1,5−ペンタンアジペート、より好ましくはポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体である。 In addition to the high molecular weight polyol component described above as the active hydrogen-containing compound, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) benzene, trimethylolpropane, glycerin, 1,2,6- Hexanetriol, pentaerythritol, tetramethylolcyclohexane, methylglucoside, sorbitol, mannitol, dulcitol, sucrose, 2,2,6,6-tetrakis (hydroxymethyl) cyclohexanol, and triethanolamine Low molecular weight polyol component equal, ethylenediamine, tolylenediamine, diphenylmethane diamine, may be used low molecular weight polyamine component of diethylenetriamine. These may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, 4,4′-methylenebis (o-chloroaniline) (MOCA), 2,6-dichloro-p-phenylenediamine, 4,4′-methylenebis (2,3-dichloroaniline), 3,5-bis ( Methylthio) -2,4-toluenediamine, 3,5-bis (methylthio) -2,6-toluenediamine, 3,5-diethyltoluene-2,4-diamine, 3,5-diethyltoluene-2,6- Diamine, trimethylene glycol-di-p-aminobenzoate, polytetramethylene oxide-di-p-aminobenzoate, 1,2-bis (2-aminophenylthio) ethane, 4,4'-diamino-3,3 ' -Diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane, N, N'-di-sec-butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diamy −3,3′-diethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-diethyl-5,5′-dimethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-diisopropyl-5,5′- Dimethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3 ′, 5,5′-tetraethyldiphenylmethane, 4,4′-diamino-3,3 ′, 5,5′-tetraisopropyldiphenylmethane, m-xylylenediamine, Polyamines exemplified by N, N′-di-sec-butyl-p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-xylylenediamine and the like can also be mixed. Preferred active hydrogen-containing compounds are polytetramethylene glycol, polypropylene glycol, a copolymer of propylene oxide and ethylene oxide, 3-methyl-1,5-pentane adipate, more preferably a copolymer of polypropylene glycol, propylene oxide and ethylene oxide. It is a coalescence.
ポリウレタンエラストマーを用いる場合、そのNCO indexは、好ましくは0.3〜1.2、より好ましくは0.35〜1.1、更に好ましく0.4〜1.05である。NCO indexが0.3より小さいと、磁性エラストマーの硬化が不十分になる傾向にあり、NCO indexが1.2より大きいと、弾性率が高くなり、センサ感度が低下する傾向にある。 When using a polyurethane elastomer, the NCO index is preferably 0.3 to 1.2, more preferably 0.35 to 1.1, and still more preferably 0.4 to 1.05. When the NCO index is smaller than 0.3, the magnetic elastomer tends to be insufficiently cured. When the NCO index is larger than 1.2, the elastic modulus increases and the sensor sensitivity tends to decrease.
磁性エラストマー中の磁性フィラーの量は、エラストマー成分100重量部に対して、好ましくは1〜450重量部、より好ましくは2〜400重量部である。これが1重量部より少ないと、磁場の変化を検出することが難しくなる傾向にあり、450重量部を超えると、磁性エラストマー自体が脆くなる場合がある。 The amount of the magnetic filler in the magnetic elastomer is preferably 1 to 450 parts by weight, more preferably 2 to 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the elastomer component. If it is less than 1 part by weight, it tends to be difficult to detect a change in the magnetic field, and if it exceeds 450 parts by weight, the magnetic elastomer itself may become brittle.
磁場の変化を検出する検出部4には、例えば、磁気抵抗素子、ホール素子、インダクタ、MI素子、フラックスゲートセンサなどを用いることができる。磁気抵抗素子としては、半導体化合物磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子(AMR)、巨大磁気抵抗素子(GMR)、トンネル磁気抵抗素子(TMR)が挙げられる。このうち好ましいのはホール素子であり、これは広範囲にわたって高い感度を有する検出部4として有用なためである。
For example, a magnetoresistive element, a Hall element, an inductor, an MI element, a fluxgate sensor, or the like can be used as the
高分子マトリックス層3の非圧縮状態での厚みは、好ましくは300〜3000μm、より好ましくは400〜2000μm、更に好ましくは500〜1500μmである。上記の厚みが300μmよりも小さいと、所要量のフィラーを添加しようとした際に脆くなってハンドリング性が悪化する傾向にある。一方、上記の厚みが3000μmよりも大きいと、上記の如き間隙内に配置する際に高分子マトリックス層3が過度に圧縮されて変形しにくくなり、センサ感度が低下する場合がある。 The thickness of the polymer matrix layer 3 in an uncompressed state is preferably 300 to 3000 μm, more preferably 400 to 2000 μm, and still more preferably 500 to 1500 μm. When the thickness is smaller than 300 μm, the handling property tends to be deteriorated due to brittleness when a required amount of filler is added. On the other hand, when the thickness is larger than 3000 μm, the polymer matrix layer 3 is excessively compressed and hardly deformed when disposed in the gap as described above, and the sensor sensitivity may be lowered.
高分子マトリックス層3は、気泡を含まない無発泡体であっても構わないが、安定性やセンサ感度を高める観点から、更には軽量化の観点から、気泡を含有する発泡体であってもよい。その発泡体には、一般の樹脂フォームを用いることができるが、圧縮永久歪などの特性を考慮すると熱硬化性樹脂フォームを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂フォームとしては、ポリウレタン樹脂フォーム、シリコーン樹脂フォームなどが挙げられ、このうちポリウレタン樹脂フォームが好適である。ポリウレタン樹脂フォームには、上掲したイソシアネート成分や活性水素含有化合物を使用できる。 The polymer matrix layer 3 may be a non-foamed body that does not contain bubbles, but may be a foam containing bubbles from the viewpoint of improving stability and sensor sensitivity, and further from the viewpoint of weight reduction. Good. A general resin foam can be used for the foam, but it is preferable to use a thermosetting resin foam in consideration of characteristics such as compression set. Examples of the thermosetting resin foam include a polyurethane resin foam and a silicone resin foam. Among these, a polyurethane resin foam is preferable. The above-mentioned isocyanate component and active hydrogen-containing compound can be used for the polyurethane resin foam.
ポリウレタン樹脂フォームに用いられる触媒としては、公知の触媒を限定なく使用することができるが、トリエチレンジアミン(1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン)、N,N,N’,N’‐テトラメチルヘキサンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル等の第3級アミン触媒、オクチル酸錫、オクチル酸鉛、オクチル酸亜鉛、オクチル酸ビスマス等の金属触媒を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the catalyst used for the polyurethane resin foam, a known catalyst can be used without limitation, but triethylenediamine (1,4-diazabicyclo [2,2,2] octane), N, N, N ′, N ′. -Tertiary amine catalysts such as tetramethylhexanediamine and bis (2-dimethylaminoethyl) ether, and metal catalysts such as tin octylate, lead octylate, zinc octylate, and bismuth octylate can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
上記触媒の市販品として、東ソー社製の「TEDA−L33」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製の「NIAX CATALYST A1」、花王社製の「カオーライザー NO.1」、「カオーライザー NO.30P」、エアプロダクツ社製の「DABCO T−9」、東栄化工社製の「BTT−24」、日本化学産業社製の「プキャット25」などが挙げられる。 As commercial products of the above-mentioned catalyst, “TEDA-L33” manufactured by Tosoh Corporation, “NIAX CATALYST A1” manufactured by Momentive Performance Materials, “Caorizer NO.1”, “Kaorizer NO.30P” manufactured by Kao Corporation. "DABCO T-9" manufactured by Air Products, "BTT-24" manufactured by Toei Chemical Co., "Pucat 25" manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., and the like.
ポリウレタン樹脂フォームに用いられる整泡剤としては、例えば、シリコーン系整泡剤、フッ素系整泡剤など、通常のポリウレタン樹脂フォームの製造に用いられるものを使用することができる。上記シリコーン系整泡剤やフッ素系整泡剤として用いられるシリコーン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤は、分子内に、ポリウレタン系に可溶な部分と、不溶な部分とが存在し、上記不溶な部分がポリウレタン系材料を均一に分散し、ポリウレタン系の表面張力を下げることによって、気泡を発生させやすく、割れにくくするものであり、もちろん、上記表面張力を下げ過ぎると気泡が発生しにくくなる。本発明の樹脂フォームにおいては、例えば、上記シリコーン系界面活性剤を用いる場合、上記不溶な部分としてのジメチルポリシロキサン構造によって、気泡径を小さくしたり、気泡数を多くしたりすることが可能となるのである。 As a foam stabilizer used for a polyurethane resin foam, what is used for manufacture of a normal polyurethane resin foam, such as a silicone type foam stabilizer and a fluorine type foam stabilizer, can be used, for example. The silicone-based surfactant and fluorine-based surfactant used as the silicone-based foam stabilizer and the fluorine-based foam stabilizer have a polyurethane-soluble part and an insoluble part in the molecule. The insoluble part uniformly disperses the polyurethane material and lowers the surface tension of the polyurethane system, so that bubbles are easily generated and are hard to break. Of course, if the surface tension is too low, bubbles are not easily generated. Become. In the resin foam of the present invention, for example, when the silicone surfactant is used, the dimethylpolysiloxane structure as the insoluble part can reduce the cell diameter or increase the number of cells. It becomes.
上記シリコーン系整泡剤の市販品としては、例えば、東レ・ダウコーニング社製の「SF−2962」、「SRX 274DL」、「SF−2965」、「SF−2904」、「SF−2908」、「SF−2904」、「L5340」、エボニック・デグサ社製の「テゴスターブ(TegostabR) B8017、B−8465,B−8443」などが挙げられる。また、上記フッ素系整泡剤の市販品としては、例えば、3M社製の「FC430」、「FC4430」、大日本インキ化学工業社製の「FC142D」、「F552」、「F554」、「F558」、「F561」、「R41」などが挙げられる。 Examples of commercially available silicone foam stabilizers include “SF-2962”, “SRX 274DL”, “SF-2965”, “SF-2904”, “SF-2908” manufactured by Toray Dow Corning, "SF-2904", "L5340", Evonik Degussa AG of "Tegosutabu (Tegostab R) B8017, B- 8465, B-8443 " and the like. Moreover, as a commercial item of the said fluorine-type foam stabilizer, "FC430", "FC4430" by 3M company, "FC142D", "F552", "F554", "F558" by Dainippon Ink & Chemicals, Inc. are mentioned, for example. ”,“ F561 ”,“ R41 ”, and the like.
上記整泡剤の配合量は、樹脂成分100質量部に対して、好ましくは1〜15質量部、より好ましくは2〜12質量部である。整泡剤の配合量が1質量部未満であると発泡が十分ではなく、15質量部を超えるとブリードアウトする可能性がある。 The blending amount of the foam stabilizer is preferably 1 to 15 parts by mass, more preferably 2 to 12 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component. If the blending amount of the foam stabilizer is less than 1 part by mass, foaming is not sufficient, and if it exceeds 15 parts by mass, bleeding may occur.
高分子マトリックス層3を形成する発泡体の気泡含有率は、20〜80体積%であることが好ましい。気泡含有率が20体積%以上であると、高分子マトリックス層3が柔軟で変形しやすくなり、センサ感度を良好に高められる。また、気泡含有率が80体積%以下であると、高分子マトリックス層3の脆化が抑えられ、ハンドリング性や安定性が高められる。気泡含有率は、JIS Z−8807−1976に準拠して比重測定を行い、この値と無発泡体の比重の値から算出される。 The foam content of the foam forming the polymer matrix layer 3 is preferably 20 to 80% by volume. When the bubble content is 20% by volume or more, the polymer matrix layer 3 is flexible and easily deformed, and the sensor sensitivity can be improved satisfactorily. Further, when the bubble content is 80% by volume or less, embrittlement of the polymer matrix layer 3 is suppressed, and handling properties and stability are improved. The bubble content is calculated based on the specific gravity measured in accordance with JIS Z-8807-1976, and the specific gravity value of the non-foamed material.
高分子マトリックス層3を形成する発泡体の平均気泡径は、好ましくは50〜300μmである。また、その発泡体の平均開口径は、好ましくは15〜100μmである。平均気泡径が50μm未満または平均開口径が15μm未満であると、整泡剤量の増大に起因してセンサ特性の安定性が悪化する傾向にある。また、平均気泡径が300μmを超え、または平均開口径が100μmを超えると、検出対象である単電池などとの接触面積が減少し、安定性が低下する傾向にある。平均気泡径及び平均開口径は、高分子マトリックス層の断面をSEMにより100倍の倍率で観察し、得られた画像について画像解析ソフトを用いて上記断面の任意範囲内に存在する全ての気泡の気泡径、及び全ての連続気泡の開口径を測定し、その平均値から算出される。 The average cell diameter of the foam forming the polymer matrix layer 3 is preferably 50 to 300 μm. The average opening diameter of the foam is preferably 15 to 100 μm. When the average bubble diameter is less than 50 μm or the average opening diameter is less than 15 μm, the stability of the sensor characteristics tends to deteriorate due to an increase in the amount of the foam stabilizer. On the other hand, when the average bubble diameter exceeds 300 μm or the average opening diameter exceeds 100 μm, the contact area with a single cell to be detected tends to decrease and stability tends to decrease. The average bubble diameter and the average opening diameter were determined by observing the cross section of the polymer matrix layer with a SEM at a magnification of 100 times, and using the image analysis software for the obtained image, all the bubbles present in the arbitrary range of the cross section The bubble diameter and the opening diameter of all open bubbles are measured and calculated from the average value.
高分子マトリックス層3を形成する発泡体の独立気泡率は、5〜70%であることが好ましい。これにより、高分子マトリックス層3の圧縮されやすさを確保しつつ、優れた安定性を発揮できる。また、高分子マトリックス層3を形成する発泡体に対するフィラー(本実施形態では磁性フィラー)の体積分率は、1〜30体積%であることが好ましい。 The closed cell ratio of the foam forming the polymer matrix layer 3 is preferably 5 to 70%. Thereby, excellent stability can be exhibited while ensuring ease of compression of the polymer matrix layer 3. Moreover, it is preferable that the volume fraction of the filler (this embodiment magnetic filler) with respect to the foam which forms the polymer matrix layer 3 is 1-30 volume%.
上述したポリウレタン樹脂フォームは、磁性フィラーを含有すること以外は、通常のポリウレタン樹脂フォームの製造方法により製造できる。その磁性フィラーを含有するポリウレタン樹脂フォームの製造方法は、例えば以下の工程(i)〜(v)を含む。
(i)ポリイソシアネート成分および活性水素成分からイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを形成する工程
(ii)該イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、整泡剤、触媒および磁性フィラーを混合、予備撹拌して、非反応性気体雰囲気下で、気泡を取り込むように激しく撹拌する一次撹拌工程
(iii)更に活性水素成分を加えて、二次撹拌して、磁性フィラーを含む気泡分散ウレタン組成物を調製する工程
(iv)該気泡分散ウレタン組成物を所望の形状に成形し、硬化して、磁性フィラーを含むウレタン樹脂フォームを作製する工程
(v)該ウレタン樹脂フォームを着磁して磁性ウレタン樹脂フォームを形成する工程
The polyurethane resin foam described above can be produced by an ordinary method for producing a polyurethane resin foam except that it contains a magnetic filler. The method for producing a polyurethane resin foam containing the magnetic filler includes, for example, the following steps (i) to (v).
(I) Step of forming isocyanate group-containing urethane prepolymer from polyisocyanate component and active hydrogen component (ii) Mixing and pre-stirring the isocyanate group-containing urethane prepolymer, foam stabilizer, catalyst and magnetic filler, and non-reacting A primary stirring step of vigorously stirring so as to take in bubbles in a natural gas atmosphere (iii) a step of further adding an active hydrogen component and secondary stirring to prepare a cell-dispersed urethane composition containing a magnetic filler (iv) A step of forming the urethane-dispersed urethane composition into a desired shape and curing to produce a urethane resin foam containing a magnetic filler. (V) A step of magnetizing the urethane resin foam to form a magnetic urethane resin foam.
ポリウレタン樹脂フォームの製造方法としては、水などの反応型発泡剤を用いる化学的発泡法が知られているが、上記工程(ii)、(iii)のような、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、整泡剤、触媒および磁性フィラーを含有する混合物と、活性水素成分とを、非反応性気体雰囲気下で機械的撹拌する機械的発泡法を用いることが好ましい。機械的発泡法によれば、化学的発泡法に比べて成形操作が簡便であり、発泡剤として水を用いないので、微細な気泡を有する強靭で反発弾性(復元性)などに優れた成形体が得られる。 As a method for producing a polyurethane resin foam, a chemical foaming method using a reactive foaming agent such as water is known. However, an isocyanate group-containing urethane prepolymer such as steps (ii) and (iii) described above, It is preferable to use a mechanical foaming method in which a mixture containing a foaming agent, a catalyst and a magnetic filler and an active hydrogen component are mechanically stirred in a non-reactive gas atmosphere. According to the mechanical foaming method, the molding operation is simpler than the chemical foaming method, and water is not used as the foaming agent. Therefore, the molded product has tough and excellent resilience (restorability) with fine bubbles. Is obtained.
まず、上記工程(i)のように、ポリイソシアネート成分および活性水素成分からイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを形成し、上記一次撹拌工程(ii)のように、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、整泡剤、触媒および磁性フィラーを混合、予備撹拌して、非反応性気体雰囲気下で、気泡を取り込むように激しく撹拌し、上記二次撹拌工程(iii)のように、更に該活性水素成分を加えて激しく撹拌して、磁性フィラーを含む気泡分散ウレタン組成物を調製する。上記工程(i)〜(iv)のように、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタン樹脂フォームにおいて、予めイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを形成してからポリウレタン樹脂フォームを形成する方法は当業者に公知であり、製造条件は配合材料によって適宜選択することができる。 First, an isocyanate group-containing urethane prepolymer is formed from a polyisocyanate component and an active hydrogen component as in the step (i), and an isocyanate group-containing urethane prepolymer and a foam stabilizer as in the primary stirring step (ii). Then, the catalyst and the magnetic filler are mixed, pre-stirred, and vigorously stirred so as to take in bubbles in a non-reactive gas atmosphere, and the active hydrogen component is further added as in the secondary stirring step (iii). Stir vigorously to prepare a cell-dispersed urethane composition containing a magnetic filler. In the polyurethane resin foam containing the polyisocyanate component, the active hydrogen component and the catalyst as in the above steps (i) to (iv), the method of forming the polyurethane resin foam after forming the isocyanate group-containing urethane prepolymer in advance is as follows. It is known to those skilled in the art, and the production conditions can be appropriately selected depending on the compounding material.
上記工程(i)の形成条件としては、まず、ポリイソシアネート成分および活性水素成分の配合比率は、ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基と活性水素成分中の活性水素基との比(イソシアネート基/活性水素基)が、1.5〜5、好ましくは1.7〜2.3となるように選択する。また、反応温度は60〜120℃が好ましく、反応時間は3〜8時間が好ましい。更に、従来公知のウレタン化触媒、有機触媒、例えば東栄化工株式会社から商品名「BTT−24」で市販されているオクチル酸鉛、東ソー株式会社製の「TEDA−L33」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製の「NIAX CATALYST A1」、花王株式会社製の「カオーライザー NO.1」、「エアプロダクツ社製の「DABCO T−9」、などを用いてもよい。上記工程(i)に用いられる装置としては、上記のような条件で上記材料を撹拌混合して反応させることができるものであれば使用でき、通常のポリウレタン製造に用いられるものを使用することができる。 As the formation conditions of the above step (i), first, the blending ratio of the polyisocyanate component and the active hydrogen component is the ratio of the isocyanate group in the polyisocyanate component to the active hydrogen group in the active hydrogen component (isocyanate group / active hydrogen). Group) is selected to be 1.5 to 5, preferably 1.7 to 2.3. The reaction temperature is preferably 60 to 120 ° C., and the reaction time is preferably 3 to 8 hours. Furthermore, conventionally known urethanization catalysts and organic catalysts such as lead octylate commercially available from Toei Chemical Co., Ltd. under the trade name “BTT-24”, “TEDA-L33” manufactured by Tosoh Corporation, Momentive Performance Material "NIAX CATALYST A1" manufactured by FUJITSU LIMITED, "Caorizer No. 1" manufactured by Kao Corporation, "DABCO T-9" manufactured by Air Products, and the like may be used. As an apparatus used in the step (i), any apparatus can be used as long as it can react by stirring and mixing the above materials under the above-described conditions, and an apparatus used for ordinary polyurethane production can be used. it can.
上記工程(ii)の一次撹拌を行う方法としては、液状樹脂とフィラーを混合することができる一般的な混合機を用いる方法が挙げられ、例えばホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリーミキサなどが挙げられる。 Examples of the method of performing the primary stirring in the step (ii) include a method using a general mixer capable of mixing a liquid resin and a filler, and examples thereof include a homogenizer, a dissolver, and a planetary mixer.
上記工程(ii)において、整泡剤をイソシアネート基含有ウレタンプレポリマー側に加えて撹拌(一次撹拌)し、上記工程(iii)において、更に上記活性水素成分を加えて二次撹拌することによって、反応系内に取り込んだ気泡が抜けにくくなり、効率的な発泡を行うことができるため好ましい。 In the step (ii), the foam stabilizer is added to the isocyanate group-containing urethane prepolymer side and stirred (primary stirring), and in the step (iii), the active hydrogen component is further added and the secondary stirring is performed. It is preferable because bubbles taken into the reaction system are difficult to escape and efficient foaming can be performed.
上記工程(ii)における非反応性気体としては可燃性でないものが好ましく、具体的には窒素、酸素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴンなどの希ガス、これらの混合気体が例示され、乾燥して水分を除去した空気の使用が最も好ましい。また、上記一次撹拌および二次撹拌、特に一次撹拌の条件についても、通常の機械的発泡法によるウレタンフォーム製造時の条件を用いることができ、特に限定されないが、撹拌翼または撹拌翼を備えた混合機を用いて、回転数1000〜10000rpmで1〜30分間激しく撹拌する。そのような装置として、例えばホモジナイザー、ディゾルバー、メカニカルフロス発泡機などが挙げられる。 The non-reactive gas in the step (ii) is preferably a non-flammable gas, and specifically, nitrogen, oxygen, carbon dioxide gas, helium, argon and other rare gases, and mixed gases thereof are exemplified, and dried to moisture. It is most preferable to use air from which air has been removed. Further, the conditions for the primary stirring and the secondary stirring, particularly the primary stirring, can be used at the time of urethane foam production by a normal mechanical foaming method, and are not particularly limited. Using a mixer, the mixture is vigorously stirred for 1 to 30 minutes at a rotational speed of 1000 to 10,000 rpm. Examples of such an apparatus include a homogenizer, a dissolver, and a mechanical floss foaming machine.
上記工程(iv)において、上記気泡分散ウレタン組成物をシート状など所望の形状に成形する方法も特に限定されず、例えば、上記混合液を離型処理したモールド内に注入し、硬化させるバッチ式成形方法、離型処理した面材上に上記気泡分散ウレタン組成物を連続的に供給し硬化させる連続成形方法を用いることができる。また、上記硬化条件も、特に限定されず、60〜200℃で10分間〜24時間が好ましく、硬化温度が高すぎると上記樹脂フォームが熱劣化してしまい機械的強度が悪化し、硬化温度が低すぎると上記樹脂フォームの硬化不良が生じてしまう。また、硬化時間が長すぎると上記樹脂フォームが熱劣化してしまい機械的強度が悪化し、硬化時間が短すぎると上記樹脂フォームの硬化不良が生じてしまう。 In the step (iv), the method of forming the cell-dispersed urethane composition into a desired shape such as a sheet is not particularly limited. For example, a batch type in which the mixed solution is injected into a mold subjected to a release treatment and cured. A molding method or a continuous molding method in which the cell-dispersed urethane composition is continuously supplied and cured on a release-treated face material can be used. Also, the curing conditions are not particularly limited, and preferably from 60 to 200 ° C. for 10 minutes to 24 hours. If the curing temperature is too high, the resin foam is thermally deteriorated, the mechanical strength is deteriorated, and the curing temperature is If it is too low, curing failure of the resin foam will occur. On the other hand, if the curing time is too long, the resin foam is thermally deteriorated and mechanical strength is deteriorated. If the curing time is too short, the resin foam is poorly cured.
上記工程(v)において、磁性フィラーの着磁方法は特に限定されず、通常用いられる着磁装置、例えば電子磁気工業株式会社製の「ES−10100−15SH」、株式会社玉川製作所製の「TM−YS4E」などを用いて行うことができる。通常、磁束密度1〜3Tを有する磁場を印加する。磁性フィラーは、着磁後に磁性フィラー分散液を形成する上記工程(ii)において添加してもよいが、途中の工程での磁性フィラーの取り扱い作業性などの観点から、上記工程(v)において着磁することが好ましい。 In the step (v), the method of magnetizing the magnetic filler is not particularly limited, and a commonly used magnetizing apparatus, for example, “ES-10100-15SH” manufactured by Electromagnetic Industry Co., Ltd., “TM” manufactured by Tamagawa Manufacturing Co., Ltd. -YS4E "or the like. Usually, a magnetic field having a magnetic flux density of 1 to 3T is applied. The magnetic filler may be added in the step (ii) for forming the magnetic filler dispersion after magnetization, but from the viewpoint of handling workability of the magnetic filler in the intermediate step, the magnetic filler is added in the step (v). It is preferable to magnetize.
本実施形態では、既述の通り、図2のように互いに隣り合う単電池2の間で、または図3のように単電池2とそれを収容する筐体11との間で挟むようにして高分子マトリックス層3を圧縮状態で装着する。そして、単電池2が膨れて高分子マトリックス層3が変形した場合には、その高分子マトリックス層3の変形に伴う外場の変化を検出し、それに基づいて二次電池の変形を検出する。
In the present embodiment, as described above, the polymer is sandwiched between the
本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
前述の実施形態では、高分子マトリックス層3が、単電池2と筐体11との間隙内で挟まれる例(図2参照)を示したが、これに限定されない。例えば、電池パックに含まれる電池モジュールの筐体とその隣の電池モジュールの筐体との間で、即ち互いに隣り合う電池モジュールの筐体の間隙内で、高分子マトリックス層が挟まれてもよく、特にラミネートフィルム型の電池モジュールにおいて有用である。或いは、電池モジュールの筐体と電池パックの筐体との間隙内で、高分子マトリックス層が挟まれるものでもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the polymer matrix layer 3 is sandwiched in the gap between the
前述の実施形態では、磁場の変化を利用した例を示したが、電場などの他の外場の変化を利用する構成でもよい。例えば、高分子マトリックス層がフィラーとして金属粒子、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性フィラーを含有し、検出部が外場としての電場の変化(抵抗および誘電率の変化)を検出する構成が考えられる。 In the above-described embodiment, an example in which a change in a magnetic field is used has been described. However, a configuration in which a change in another external field such as an electric field is used may be used. For example, the polymer matrix layer may contain conductive fillers such as metal particles, carbon black, and carbon nanotubes as fillers, and the detector may detect changes in the electric field (changes in resistance and dielectric constant) as external fields. It is done.
本発明においては、高分子マトリックス層の柔軟性を損ねない程度に封止材を設けても良い。封止材としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、エチレン・アクリル酸エチルコポリマー、エチレン・酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリブタジエン等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系ゴム、天然ゴム、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。 In the present invention, a sealing material may be provided to such an extent that the flexibility of the polymer matrix layer is not impaired. As the sealing material, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or a mixture thereof can be used. Examples of the thermoplastic resin include styrene-based thermoplastic elastomers, polyolefin-based thermoplastic elastomers, polyurethane-based thermoplastic elastomers, polyester-based thermoplastic elastomers, polyamide-based thermoplastic elastomers, polybutadiene-based thermoplastic elastomers, polyisoprene-based thermoplastic elastomers, Fluorine-based thermoplastic elastomer, ethylene / ethyl acrylate copolymer, ethylene / vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyethylene, fluororesin, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polystyrene, polybutadiene Etc. Examples of the thermosetting resin include polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, styrene / butadiene rubber, polychloroprene rubber, diene-based synthetic rubber such as acrylonitrile / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, butyl rubber, Non-diene rubbers such as acrylic rubber, polyurethane rubber, fluorine rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, natural rubber, polyurethane resin, silicone resin, epoxy resin and the like can be mentioned.
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
高分子マトリックス層となる磁性ポリウレタンエラストマーの製造には、以下の原料を用いた。
TDI−80:トルエンジイソシアネート(三井化学社製、2,4−体=80%、コスモネートT−80)
ポリオールA:グリセリンを開始剤にプロピレンオキサイドを付加したポリオキシプロピレングリコール、OHV56、官能基数3(旭硝子社製、EX−3030)。
ポリオールB:プロピレングリコールを開始剤にプロピレンオキサイドを付加したポリオキシプロピレングリコール、OHV56、官能基数2(旭硝子社製、EX−2020)。
Nd−Fe−B微粉:MF−15P(平均粒径:133μm, 比重7.5, 愛知製鋼社製)
窒化アルミニウム:WJB(平均粒径:1.5μm, 比重3.3, 東洋アルミニウム社製)
窒化アルミニウム:W15(平均粒径:15μm, 比重3.3, 東洋アルミニウム社製)
銀:Ag−HWQ(平均粒径5μm, 比重10.5, 福田金属箔粉工業社製)
オクチル酸鉛:BTT−24(東栄化工社製)
The following raw materials were used for the production of the magnetic polyurethane elastomer to be the polymer matrix layer.
TDI-80: Toluene diisocyanate (Mitsui Chemicals, 2,4-body = 80%, Cosmonate T-80)
Polyol A: polyoxypropylene glycol obtained by adding propylene oxide to glycerol as an initiator, OHV56, functional group number 3 (EX-3030, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.).
Polyol B: Polyoxypropylene glycol obtained by adding propylene oxide to propylene glycol as an initiator, OHV56, number of functional groups 2 (Asahi Glass Co., Ltd., EX-2020).
Nd—Fe—B fine powder: MF-15P (average particle size: 133 μm, specific gravity 7.5, manufactured by Aichi Steel Corporation)
Aluminum nitride: WJB (average particle size: 1.5 μm, specific gravity 3.3, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.)
Aluminum nitride: W15 (average particle size: 15 μm, specific gravity 3.3, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.)
Silver: Ag-HWQ (average particle size 5 μm, specific gravity 10.5, manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Industry Co., Ltd.)
Lead octylate: BTT-24 (manufactured by Toei Chemical Company)
また、プレポリマーには、表1に示すプレポリマーAを用いた。 Moreover, the prepolymer A shown in Table 1 was used for the prepolymer.
実施例1
反応容器に、ポリオールA(グリセリンを開始剤にプロピレンオキサイドを付加したポリオキシプロピレングリコール、OH価56、官能基数3、旭硝子社製、EX−3030)42.6重量部と、ポリオールB(グリセリンを開始剤にプロピレンオキサイドを付加したポリオキシプロピレングリコール、OH価56、官能基数2、旭硝子社製、EX−2020)42.6重量部を入れ、撹拌しながら減圧脱水を1時間行った。その後、反応容器内を窒素置換した。次いで、反応容器にトルエンジイソシアネート(三井化学社製、2,4体=80%、コスモネートT−80)14.8重量部を添加して、反応容器内の温度を80℃に保持しながら3時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーA(NCO%=3.58%)を合成した。
Example 1
In a reaction vessel, 42.6 parts by weight of polyol A (polyoxypropylene glycol obtained by adding propylene oxide to glycerol as an initiator, OH value 56, number of functional groups 3, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., EX-3030) and polyol B (glycerol) Polyoxypropylene glycol with propylene oxide added to the initiator, OH value 56, number of
次に、ポリオールA213.1重量部、オクチル酸鉛(東栄化工社製、BTT−24)0.65重量部およびトルエン62.6重量部の混合液に、Nd−Fe−B微粉(愛知製鋼社製、MF−15P、平均粒径133μm)670.9重量部および窒化アルミニウム(東洋アルミニウム社製、WJB、平均粒径1.5μm)147.6重量部を添加し、フィラー分散液を調製した。このフィラー分散液に減圧脱泡した上記プレポリマーA100.0重量部を添加して、自転・公転ミキサー(シンキー社製)にて混合および脱泡し、磁性フィラーを含有するウレタン組成物を調製した。このウレタン組成物を1.0mmのスペーサーを有する離型処理したPETフィルム上に滴下し、ニップロールにて厚み1.0mmに調整した。その後、室温で5分間静置して偏在処理を施し、80℃で1時間硬化を行って、磁性フィラーを含有するポリウレタン樹脂を得た。得られたポリウレタン樹脂を着磁装置(電子磁気工業株式会社製)にて2.0Tで着磁することにより、磁性ポリウレタン樹脂を得た。配合および製造条件を表2に示す。なお、表2中、「配置」の項目で示した「電池側」および「センサ側」は、それぞれ得られた高分子マトリックス層を使用して密閉型二次電池の変形検出センサを製造した際、磁性フィラーの高濃度面(つまり、厚み方向で高濃度に偏在する領域)が、電池側(二次電池領域)かセンサ側(検出部側領域)のいずれであるかを示す。 Next, Nd-Fe-B fine powder (Aichi Steel Co., Ltd.) was added to a mixed solution of 213.1 parts by weight of polyol A, 0.65 part by weight of lead octylate (manufactured by Toei Chemical Co., Ltd., BTT-24) and 62.6 parts by weight of toluene. Manufactured, MF-15P, average particle size 133 μm) 670.9 parts by weight and aluminum nitride (Toyo Aluminum Co., Ltd., WJB, average particle size 1.5 μm) 147.6 parts by weight were added to prepare a filler dispersion. 100.0 parts by weight of the above prepolymer A degassed under reduced pressure was added to this filler dispersion, and mixed and defoamed with a rotation / revolution mixer (manufactured by Sinky) to prepare a urethane composition containing a magnetic filler. . This urethane composition was dropped onto a release-treated PET film having a 1.0 mm spacer and adjusted to a thickness of 1.0 mm with a nip roll. Then, it left still at room temperature for 5 minutes, the uneven distribution process was performed, and it hardened | cured at 80 degreeC for 1 hour, and obtained the polyurethane resin containing a magnetic filler. The obtained polyurethane resin was magnetized at 2.0 T with a magnetizing apparatus (manufactured by Electronic Magnetic Industry Co., Ltd.) to obtain a magnetic polyurethane resin. The formulation and production conditions are shown in Table 2. In Table 2, “Battery side” and “Sensor side” shown in the “Arrangement” item are those when the deformation detection sensor of the sealed secondary battery is manufactured using the obtained polymer matrix layer, respectively. The high concentration surface of the magnetic filler (that is, the region that is unevenly distributed in the thickness direction) is either the battery side (secondary battery region) or the sensor side (detection unit side region).
実施例2〜5、比較例1
表2の配合および製造条件に基づき、実施例1と同様にして磁性ポリウレタン樹脂を得た。
Examples 2-5, Comparative Example 1
Based on the formulation and production conditions in Table 2, a magnetic polyurethane resin was obtained in the same manner as in Example 1.
(熱伝導率の測定)
熱伝導率は、縦100mm×横100mm×厚さ10mmのサンプルの厚さ方向についてJISA 1412−2に従って熱流計法によって測定した。上記の熱伝導率測定装置は、熱流計(江藤電気製:M55A、2300A)、ラバーヒーター(サミコン230、SBX3030K1S)を組み合わせ作製した装置を用いて性能評価を行った。
(Measurement of thermal conductivity)
The thermal conductivity was measured by a heat flow meter method according to JISA 1412-2 in the thickness direction of a sample of 100 mm long × 100 mm wide × 10 mm thick. The above-mentioned thermal conductivity measuring device was evaluated for performance using a device produced by combining a heat flow meter (manufactured by Eto Electric: M55A, 2300A) and a rubber heater (Samcon 230, SBX3030K1S).
(フィラー偏在率)
作製した磁性ポリウレタン樹脂の断面(厚み:1.0mm)を、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析装置(SEM−EDS)(SEM:株式会社日立ハイテクノロジーズ社製S−3500N、EDS:堀場製作所製EMAX モデル7021−H)を用いて、加速電圧25kV、真空度50Pa、WD15mmの条件で100倍の倍率で観察した。そして、その厚み方向全体と、その断面を厚み方向に2等分した2つの領域に対し、それぞれの元素分析により磁性フィラー固有のFe元素の存在量を求めた。この存在量について、厚み方向全体の領域に対する、検出部とは反対側の領域の比率を算出し、これを磁性フィラー偏在率とした。
また、同様の方法にて磁性ポリウレタン樹脂中の Al 元素(アルミニウム元素)の存在量を求め、この存在量について、厚み方向全体の領域に対する、検出部とは反対側の領域の比率を算出し、これを熱伝導性フィラー偏在率とした。
(Filler uneven distribution rate)
A cross section (thickness: 1.0 mm) of the produced magnetic polyurethane resin was obtained by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray analyzer (SEM-EDS) (SEM: S-3500N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, EDS: Horiba) Using an EMAX model 7021-H) manufactured by Seisakusho, observation was performed at a magnification of 100 times under the conditions of an acceleration voltage of 25 kV, a degree of vacuum of 50 Pa, and a WD of 15 mm. Then, the abundance of Fe element specific to the magnetic filler was determined by elemental analysis of the entire thickness direction and two regions whose sections were equally divided in the thickness direction. For this abundance, the ratio of the region on the opposite side of the detection portion to the entire region in the thickness direction was calculated, and this was used as the magnetic filler uneven distribution rate.
Further, the amount of Al element (aluminum element) in the magnetic polyurethane resin is obtained in the same manner, and the ratio of the region on the side opposite to the detection portion to the region in the entire thickness direction is calculated for this amount of the presence, This was made into the thermal conductive filler uneven distribution rate.
(センサ特性の評価)
作製した磁性ポリウレタン樹脂(サイズ:10mm×10mm)の大きさに切り出し、ステンレス板に両面テープ(積水化学工業社製、ダブルタックテープ#5782)で貼り付けた。この試験片に20mm×20mmの大きさを有する面圧子を用いて圧力を印加し、初期値に対する磁束密度の変化を測定した(試験数はn=5)。表には、歪み量が10%となったときの磁束密度変化を示す。この値が大きいほど、センサとしての感度が高いことを示す。
(Evaluation of sensor characteristics)
It cut out to the magnitude | size of the produced magnetic polyurethane resin (size: 10 mm x 10 mm), and affixed on the stainless steel plate with the double-sided tape (Sekisui Chemical Co., Ltd. make, double tack tape # 5782). A pressure was applied to the test piece using a surface indenter having a size of 20 mm × 20 mm, and the change in magnetic flux density relative to the initial value was measured (the number of tests was n = 5). The table shows changes in magnetic flux density when the strain amount is 10%. It shows that the sensitivity as a sensor is so high that this value is large.
表2の結果から、実施例1〜5に係る高分子マトリックス層を備える密閉型二次電池の変形検出センサは、二次電池の変形を高感度に検出できると共に、放熱性に優れることがわかる。 From the results in Table 2, it can be seen that the deformation detection sensor of the sealed secondary battery including the polymer matrix layers according to Examples 1 to 5 can detect the deformation of the secondary battery with high sensitivity and is excellent in heat dissipation. .
1 電池モジュール
2 単電池
3 高分子マトリックス層
4 検出部
6 容器
11 筐体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
高分子マトリックス層と、検出部とを備え、
前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有し、前記検出部は前記外場の変化を検出し、
前記高分子マトリックス層は、前記フィラーに加えてさらに熱伝導性フィラーを含有することを特徴とする密閉型二次電池の変形検出センサ。 In a deformation detection sensor for a sealed secondary battery,
A polymer matrix layer and a detector;
The polymer matrix layer contains dispersed fillers that change the external field according to deformation of the polymer matrix layer, and the detection unit detects the change in the external field,
The polymer matrix layer further contains a heat conductive filler in addition to the filler, and the deformation detection sensor for a sealed secondary battery.
前記検出部は、前記外場としての磁場の変化を検出する請求項1に記載の密閉型二次電池の変形検出センサ。 The polymer matrix layer contains a magnetic filler as the filler,
The deformation detection sensor for a sealed secondary battery according to claim 1, wherein the detection unit detects a change in a magnetic field as the external field.
前記密閉型二次電池が有する間隙内に高分子マトリックス層を装着し、
前記高分子マトリックス層は、その高分子マトリックス層の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有し、かつ前記フィラーに加えてさらに熱伝導性フィラーを含有するものであり、
前記高分子マトリックス層の変形に伴う前記外場の変化を検出し、それに基づいて前記密閉型二次電池の変形を検出することを特徴とする密閉型二次電池の変形検出方法。
In a method for detecting deformation of a sealed secondary battery,
A polymer matrix layer is mounted in the gap of the sealed secondary battery,
The polymer matrix layer contains dispersed fillers that change the external field according to deformation of the polymer matrix layer, and further contains a thermally conductive filler in addition to the fillers,
A method for detecting deformation of a sealed secondary battery, comprising: detecting a change in the external field accompanying deformation of the polymer matrix layer, and detecting deformation of the sealed secondary battery based on the change.
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