JP2018116805A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で、組み立てがより容易で、放熱性に優れた二次電池モジュールの提供。【解決手段】二次電池モジュール１は、樹脂成形体から構成された筐体２と、筐体２に収容された複数の電池セル１０と、筐体２に収容され、複数の電池セル１０を仕切る複数の仕切り部１２と、筐体２に収容され、電池セル１０及び仕切り部１２の間にこれらの部材と接触した状態で配置された複数の熱伝導性発泡体１４と、筐体２の内面に取り付けられた熱膨張性耐火材１６とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池モジュールに関する。

リチウムイオン電池は出力密度が高いために従来からパソコンや携帯電話等の小型電子機器に用いられてきた。近年になってＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＥＶ（電気自動車）に用いられ始めており、さらには、出力の大きい建設機械等の重機に搭載する試みも進められている。また、太陽光発電や風力発電等の出力の不安定な発電設備の電力平準化用蓄電池としての用途を期待されている。これらの用途に用いる場合、単電池（電池セル）を複数組み合わせた組電池、即ち、電池モジュールとして電力供給システムの中に組み込むことになる。

リチウムイオン電池の出力を大きくするためにより多くの電池セルを使用すると、電池セルの作動により生じた熱が電池の内部にこもりやすくなる。

電池内部の熱を効率的に外部に放出するために、特許文献１は、金属又はセラミックスを含む放熱部材を備えたリチウムイオン電池モジュールについて開示している。

特開2012-138315

しかしながら、特許文献１の放熱部材は金属又はセラミックス製であるため、リチウムイオン電池モジュールの重さが重くなる。また、特許文献１の放熱部材は電極積層部の四方を囲む枠型の構造をしており、これを電池ごとに逐一嵌めこむ必要があり、リチウムイオン電池モジュールの組み立てが煩雑である。

本発明の目的は、軽量で、組み立てがより容易で、放熱性に優れた二次電池モジュールを提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成すべく、熱伝導性の樹脂成形体から構成された仕切り部を筐体内に設けることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明によれば、以下の構成が提供される。

項１．熱伝導性を有する樹脂の成形体から構成された筐体と、
前記筐体に収容された複数の電池セルと、
前記筐体内に設けられ、前記複数の電池セルを仕切る仕切り部と、
を備え、
前記仕切り部が熱伝導性を有する樹脂から構成され、前記筐体の一部と接するように設けられている、二次電池モジュール。

項２．前記複数の仕切り部が前記筐体と一体成形されている項１に記載の二次電池モジュール。

項３．各仕切り部の一端が、前記二つの壁部のうちの一方に接続しており、前記仕切り部の一端が接続された壁部に複数の孔が形成されている項１又は２に記載の二次電池モジュール。

項４．前記筐体内に収容され、前記電池セル及び前記仕切り部の間にこれらの部材と接触した状態で配置された熱伝導性発泡体を備えている項１〜３のいずれかに記載の二次電池モジュール。

項５．前記筐体内に収容され、前記電池セル及び前記筐体との間に配置された熱伝導性発泡体を備えている項１〜４のいずれかに記載の二次電池モジュール。

項６．前記筐体の内面に取り付けられた熱膨張性耐火材を備えている項１〜５のいずれかに記載の二次電池モジュール。

項７．前記仕切り部が、前記筐体の互いに向かい合う二つの壁部の間に延びるように設けられ、
熱伝導性発泡体が、前記二つの壁部の少なくとも一方の内面側に配置され、
前記熱膨張性耐火材が、前記二つの壁部とは異なる、筐体における互いに向かい合う二つの側壁部の内面に取り付けられている項６に記載の二次電池モジュール。

項８．前記筐体がスパッタ処理されている項１〜７のいずれかに記載の二次電池モジュール。

項９．前記筐体が、熱可塑性樹脂と黒鉛粒子とを含み、
前記黒鉛粒子の体積平均粒子径が、０．１μｍ以上、４０μｍ未満であり、
前記熱可塑性樹脂１００重量部に対する前記黒鉛粒子の含有量が、１０重量部以上、２００重量部以下であり、
前記筐体の主壁部において、任意の方向をｘ方向及び該ｘ方向に直交する方向をｙ方向とし、前記筐体の厚み方向をｚ方向としたときに、
前記ｘ方向の熱伝導率λｘ、前記ｙ方向の熱伝導率λｙ及び前記ｚ方向の熱伝導率λｚが、ｍｉｎ（λｘ，λｙ）／λｚ≧３を満たしている、項１〜８のいずれかに記載の二次電池モジュール。

本発明によれば、軽量かつ組み立てが容易な構成で、二次電池モジュールの内部で発生した熱を効果的に放熱することができる。

本発明の第１実施形態のリチウムイオン電池の部分破断斜視図。 図１の２−２線におけるリチウムイオン電池の縦断面図。 図１のリチウムイオン電池を反対側の側面から見た斜視図。

本明細書において、「電池」とは、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル・水素電池、リチウム・硫黄電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池、鉛蓄電池、空気電池等の二次電池を意味する。

本明細書において、「電池セル」は、正極材、負極材、セパレータ、正極タブ、負極タブ、等が外装フィルムに収容されているラミネート型の電池の構成単位を指す。外装フィルムとしては例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムが積層されたアルミニウムフィルム等が挙げられる。

本明細書において、「二次電池モジュール」とは複数の二次電池を筐体に収容したバッテリーの構成単位を指す。

以下、本発明の実施の形態を図１〜３を参照しながら説明する。便宜上、図における上下方向を「上」及び「下」、左右方向を「左」及び「右」とする。
［二次電池モジュール］
図１及び図２に示すように、二次電池モジュールとしての第１実施形態のリチウムイオン電池モジュール１は、熱伝導性の樹脂の成形体から構成された筐体２と、筐体２に収容された複数の電池セル１０と、筐体２内に設けられ、複数の電池セル１０を仕切る複数の仕切り部１２と、筐体２内に収容され、電池セル１０と仕切り部１２の間にこれらの部材１０，１２と接触した状態で配置された複数の熱伝導性発泡体１４と、下側壁部３及び上側壁部４とは垂直な筐体２の向かい合う２つの壁部５，６の内面に取り付けられた熱膨張性耐火材１６とを備えている。本実施形態では仕切り部１２は、筐体２の向かい合う下側壁部３と上側壁部４との間を下側壁部３及び上側壁部４に対して略垂直方向に延びる複数の仕切り部１２であり、樹脂成形体から構成されている。熱膨張性耐火材１６の厚みは通常０．１〜２ｍｍ厚程度である。下側壁部３は第一壁部を構成し、上側壁部４は第二壁部を構成する。壁部５，６の内面への熱膨張性耐火材１６の取り付けは、粘着剤、接着テープ、接着シート等の公知の接着手段（非図示）により取り付けることができ、ここではアクリル系粘着剤の層を備えた難燃性の接着テープ１７を使用している。粘着剤としてはアクリル系粘着剤が周知である。粘着テープ又は接着シートとしては、例えば、アクリル系粘着剤の層を積層させた接着テープ若しくは接着シート、又は不織布等の基材の片面又は両面にアクリル系粘着剤の層を積層させた接着テープ若しくは接着シートが挙げられる。

リチウムイオン電池モジュール１の寸法は特に限定されないが、例えば幅１００〜１０００ｍｍ、奥行き１００〜５００ｍｍ、高さ５０〜３００ｍｍ程度である。なお、筐体２は上側壁部４と、４つの側壁部５〜８と、下側壁部３とから構成され、図３に示すように、４つの側壁のうちの一つ（図では側壁８）に開口部８ａが設けられており、開口部８ａを介して電池セル１０の交換や筐体２の内部の要素の保守を行うことができる。通常、開口部８ａは蓋板９を被せて閉じられている。

本実施形態では、各電池セル１０の幅広の放熱面の両面に熱伝導性発泡体１４が取り付けられている。熱伝導性発泡体１４は電池セル１０に合う形状の略矩形のシートであり、電池セル１０への熱伝導性発泡体１４の取り付けは、粘着剤、接着テープ、接着シート等の公知の接着手段（非図示）により取り付けることができる。熱伝導性発泡体１４の厚みは通常０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍ厚程度である。粘着剤としてはアクリル系粘着剤が周知である。粘着テープ又は接着シートとしては、例えば、アクリル系粘着剤の層を積層させた接着テープ若しくは接着シート、又は不織布等の基材の片面又は両面にアクリル系粘着剤の層を積層させた接着テープ若しくは接着シートが挙げられる。粘着テープ又は接着シートの厚みは通常０．１〜２ｍｍ厚程度である。接着テープ若しくは接着シートには耐火性をさらにもたせてもよい。熱伝導性発泡体１４を取り付けた電池セル１０は、熱伝導性発泡体１４における電池セル１０を取り付けた側とは反対側の面で、仕切り部１２に取り付けられる。仕切り部１２への熱伝導性発泡体１４の取り付けも、粘着剤、接着テープ、接着シート等の公知の接着手段（非図示）により取り付けることができる。熱伝導性発泡体１４の取り付けに使用される接着テープ若しくは接着シートは、熱伝導性発泡体１４との接着性に優れた熱伝導性発泡体１４であることが好ましい。

複数の仕切り部１２は筐体２の下側壁部３と、同じ熱伝導性の樹脂組成物から一体成形されている。各仕切り部１２は断面直線状の平板部分１２ａ（図２参照）と、平板部分１２ａから略垂直に延出する両端部１２ｂ，ｃとからなり、下側の端部１２ｂは筐体２と連続し、上側の端部１２ｃの上端は上側壁部４と離間している。本実施形態では、各仕切り部１２の平板部分１２ａの両面に熱伝導性発泡体１４を介して電池セル１０が取り付けられている。また、隣り合う仕切り部１２の間の２つの電池セル１０の間にも熱伝導性発泡体１４が取り付けられている。両端部１２ｂ，ｃにおいて下側壁部３及び上側壁部４に対する接触面積が拡大しているため、各仕切り部１２は該仕切り部１２に取り付けられた電池セル１０及び熱伝導性発泡体１４をより安定的に支持する。

上側壁部４と仕切り部１２の上端部１２ｃの間には熱伝導性発泡体１４と同じ材料から構成された熱伝導性発泡体１８が配置されている。また、隣り合う下側の端部１２ｂの間で下側壁部３の上には熱伝導性発泡体１４と同じ材料から構成された熱伝導性発泡体２０が配置されている。上側壁部４への熱伝導性発泡体１８の取り付け及び下側壁部３への熱伝導性発泡体２０の取り付けは、粘着剤、接着テープ、接着シート等の公知の接着手段（非図示）により取り付けることができる。粘着剤としてはアクリル系粘着剤が周知である。粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤の層を積層させた接着テープ若しくは接着シート、又は不織布等の基材の片面又は両面にアクリル系粘着剤の層を積層させた接着テープ若しくは接着シートが挙げられる。

熱伝導性発泡体１８や熱伝導性発泡体２０を設けることにより、電池セル１０と筐体２との間の放熱性と緩衝性の両方を高めることができる。

筐体２の上側壁部４には筐体２の短手方向に沿って略平行に延びる複数のリブ４ａが設けられている。複数のリブ４ａは、筐体２の表面積を拡張することにより、筐体２の内部で発生した熱の放熱性を高めるように機能する。筐体３の下側壁部４には、下側壁部４の短手方向に貫通形成された断面略矩形の複数の孔３ａが設けられている。孔３ａも筐体２の内部で発生した熱を冷却し、かつ放熱性を高めるように機能する。なお、壁部５及び壁部６にも略平行に延びる複数のリブ５ａ及びリブ６ａがそれぞれ設けられている。

電池セル１０が作動により熱を発生した場合、電池セル１０から発生した熱は、電池セル１０に貼り付けられた熱伝導性発泡体１４及び仕切り部１２に伝わり、仕切り部１２の平板部分１２ａからさらに上下方向に仕切り部１２の両端部１２ｂ，ｃへと伝わる。仕切り部１２の上側の端部１２ｃに伝わった熱は、熱伝導性発泡体１８を介して上側壁部４へ伝わり、筐体２の外部へと放出される。仕切り部１２の下側の端部１２ｂに伝わった熱は、下側壁部３に伝わり、一部は孔３ａを介し、一部は下側壁部３の下端又は側面に達し、筐体２の外部へと放出される。

また、筐体２の長手方向（図２で左右方向）の両端の電池セル１０は、熱伝導性発泡体１４を介してさらに熱膨張性耐火材１６と接続している。熱膨張性耐火材１６は火災等の熱により膨張する断熱層として機能し、例えば筐体２内で発火した場合に、熱膨張性耐火材１６が筐体２と隣り合う筐体２又は別の装置に火が及ぶのを防止することができる。また、熱膨張性耐火材１６は、隣り合う筐体２からの火災等による加熱を防止する。熱膨張性耐火材１６は仕切り部１２の延びる方向と略平行に設けられ、仕切り部１２の両端部１２ｂ，１２ｃには設けられていないため、電池セル１０から発生した熱の放出を妨げない。

以上説明した構成により、第１実施形態のリチウムイオン電池モジュール１は、軽量かつ組み立てが容易な構成で、二次電池モジュールの内部で発生した熱を効果的に放熱することができる。

ここで、リチウムイオン電池モジュール１の各構成要素の詳細について説明する。
［筐体］
まず、筐体２について説明する。筐体２は任意の樹脂材料から構成されてもよいが、好ましくは、優れた放熱性を有するため、マトリックス成分としての熱可塑性樹脂と、黒鉛粒子とを含む。黒鉛粒子は熱伝導性を付与する。さらに好ましくは、筐体が、熱可塑性樹脂と黒鉛粒子とを含み、黒鉛粒子の体積平均粒子径が、０．１μｍ以上、４０μｍ未満であり、熱可塑性樹脂１００重量部に対する黒鉛粒子の含有量が、１０重量部以上、２００重量部以下であり、筐体２の主壁部、つまり上側壁部４において、任意の方向をｘ方向及び該ｘ方向に直交する方向をｙ方向とし、筐体２の厚み方向（図２において上下方向）をｚ方向としたときに、ｘ方向の熱伝導率λｘ、ｙ方向の熱伝導率λｙ及びｚ方向の熱伝導率λｚが、ｍｉｎ（λｘ，λｙ）／λｚ≧３を満たしている。このような筐体２は平均粒子径が特定の範囲にある黒鉛粒子を特定の割合で含むため、放熱性及び耐衝撃性の双方に優れている。なお、主壁部とは、筐体の外表面における複数の面のうち最も面積の大きい面を指す。

この理由は以下のように説明することができる。筐体２に衝撃を与えたとき、黒鉛粒子及び樹脂の間で界面剥離し、筐体２が破壊される。ここで、微小な界面剥離が生じたときにも、１つの黒鉛粒子分までは剥離が促進されると考えられるが、１つの黒鉛粒子の面積が小さければ剥離面積を小さくすることができる。また、含有量に関しては、黒鉛粒子の含有量が少なければ、破壊の起点となる黒鉛粒子及び樹脂の界面の面積を小さくすることができる。本発明においては、平均粒子径が上記上限未満の黒鉛粒子を、上記上限以下の含有量で含有しているので、耐衝撃性が高められている。

また、かかる筐体２は、平均粒子径が上記下限以上の黒鉛粒子を上記下限以上の含有量で含有しているので、放熱性に優れている。

特に、筐体２は、ｘ方向の熱伝導率λｘ、ｙ方向の熱伝導率λｙ及びｚ方向の熱伝導率λｚが、ｍｉｎ（λｘ，λｙ）／λｚ≧３を満たしている。

上記ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の各方向における熱伝導率は、それぞれ、下記式（１）を用いて計算することができる。

熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））＝熱拡散率×比重×比熱 …（１）
式（１）において、上記ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の各方向における熱拡散率は、例えば、べテル社製、品番名：ＴＡ３３を用いて測定することができる。

上記ｍｉｎ（λｘ，λｙ）とは、λｘ及びλｙのうち、熱伝導率が低い方の値を意味するものとする。従って、ｍｉｎ（λｘ，λｙ）／λｚ≧３は、λｘ及びλｙのうち、低い方の熱伝導率のλｚに対する比が、３以上であることを意味している。

かかる筐体２は、ｍｉｎ（λｘ，λｙ）／λｚ≧３であるので、面方向の熱伝導率が、厚み方向の熱伝導率より高くなっている。従って、筐体２は、面方向における放熱性に優れている。

なお耐衝撃性はＪＩＳ Ｋ ７１１１に準拠し、かつノッチ付き試験片にて、２３℃環境下でシャルピー耐衝撃性試験を行うことにより評価することができる。

また筐体２は好ましくは、電磁両立性（ＥＭＣ）のためにスパッタ処理されていることが好ましい。スパッタ処理は通常、Cu等の金属膜、Cu合金膜等の金属合金膜、ITO膜、SiO₂及びTiO₂等の酸化膜、TiN 、SiN及びSiON等の窒化膜等を、筐体２の表面に成膜することにより施される。また、電磁両立性（ＥＭＣ）のために筐体２の表面に電磁波シールド性能を有する材料を貼付しても構わない。電磁波シールド性能を有する材料としては、例えば、不織布や織繊布等の繊維基材と、当該繊維基材の片面又は両面に成膜された金属皮膜とを有する電磁波シールド材料を例示することができる。

筐体２は、熱可塑性樹脂と、黒鉛粒子とを含む樹脂組成物を、例えば、プレス加工、押出加工、押出ラミ加工、または射出成形などの方法によって成形することで得ることができる。
［熱伝導性発泡体］
次に、熱伝導性発泡体１４について説明する。熱伝導性発泡体１４は、電子セル１０から発せられた熱を伝達する任意の材料から構成されてもよいが、マトリックス成分としての樹脂と、熱伝導性材料とを含むことが好ましく、例えば、特開２０１３−２３１１６６に記載されたエラストマーを含む樹脂及び熱伝導性フィラーを含む樹脂組成物を発泡させてなり、２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下である熱伝導性発泡体、及びＷＯ２０１４／０８３８９０Ａ１に記載されたエラストマー樹脂１００質量部に対する熱伝導性フィラーの含有量が１００〜５００質量部であり、２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下である熱伝導性発泡体を使用することができる。２５％圧縮強度が２００ｋＰａ以下であると、熱伝導性発泡体１４の柔軟性の点で好ましい。

熱伝導性発泡体１４を形成するエラストマーとしては、熱可塑性エラストマーが好適であり、シロキサン系化合物を含まない化合物であることが好ましい。

熱可塑性エラストマーとしては、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、液状エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、液状エチレン−プロピレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、液状アクリロニトリルブタジエンゴム、天然ゴム（ＮＲ）、液状天然ゴム、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、液状ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、液状ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＢＲ）、液状スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＥＢ）、液状水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、液状水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体（ＳＥＰ）、液状水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体、水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、液状水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体等から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。

なかでも、電子線架橋或いは化学架橋がしやすく架橋促進剤としてのモノマーが必要ないという利点からアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を用いることが好ましい。また、ニトリルゴムは、圧縮永久歪みが小さいため、使用期間の経過による気密性の低下も少なく、好ましい。

上述した熱可塑性エラストマーは、一般にガラス転移温度が室温以下（例えば２０℃以下）であるため、熱伝導性発泡体１４の柔軟性及び形状追随性を高めることができる。これにより、熱伝導性発泡体１４が、発熱する電池セル１０の形状に追従するように変形することができ、電池セル１０との接触面積が多くなる。従って、筐体２の熱伝導効率を高めることができる。

また、本発明ではマトリックス成分として、上述したエラストマーに限定されず、例えば、シリコーン樹脂やアクリル樹脂などを使用することもできる。

シリコーン樹脂を用いた熱伝導性発泡体としては、例えば、ＷＯ２０１６／０５２５９９に記載された熱伝導性発泡体を用いることができる。

また、アクリル樹脂としては、アクリル酸および／またはメタクリル酸エステル（以下に、（メタ）アクリレートとも称する）を含むモノマーを重合したものである。（メタ）アクリレートは、通常、炭素数が１２以下のアルキル基を有し、具体的には、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−アミル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、ｎ−ノニル（メタ）アクリレート、イソノニル（メタ）アクリレート、ｎ−デシル（メタ）アクリレートが挙げられる。また、上記アクリレートモノマーと重合可能な他のモノマーとして、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、酢酸ビニル、ヒドロキシアルキルアクリレート、アクリルアミドおよびメタクリルアミド等を用いることができる。なお、本発明のアクリル樹脂放熱発泡体シートに粘着性を付与する場合には、このようなモノマーは、例えばアクリル樹脂発泡体に粘着性を付与するために十分な量で用いられ、その量は、限定するわけではないが、一般に、（メタ）アクリレート１００質量部当たり３０質量部以下である。

また、アクリル樹脂を構成するモノマーには、１，６−ヘキサンジオールジアクリレートのような多官能性（メタ）アクリレートを若干量で含むことができる。これらの中で、アクリル樹脂（Ａ）が炭素数３〜１２のアルキル基を有するアルキル（メタ）アクリレート由来の構成単位を有するもので、前記炭素数３〜１２のアルキル基を有するアルキル（メタ）アクリレート由来の構成単位は、アクリル樹脂(Ａ)中に７０〜１００質量％含まれることが好ましく、８０〜１００質量％含まれることがさらに好ましく、９０〜１００質量％含まれることが特に好ましい。

上記熱伝導性フィラーとしては、絶縁性を有する材料であることが好ましく、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、タルク、窒化アルミから選択される少なくとも１つが挙げられる。なかでも、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。

このほかにも、グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ及びカーボンナノホーンなどの炭素質材料は、熱伝導率が高く、熱伝導性フィラーとして有用である。

前記熱伝導性フィラーの含有量は、樹脂１００質量部に対して１００〜５００質量部が好ましく、１２０〜４００質量部が好ましく、１５０〜３５０質量部がより好ましい。熱伝導性フィラーの含有量が前記範囲内であると、柔軟性の低下を抑制しつつ、熱伝導性発泡体１４に十分な熱伝導性を付与することができる。

熱伝導性発泡体１４においては、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて各種の添加成分を含有させることができる。

この添加成分の種類は特に限定されず、発泡成形に通常使用される各種添加剤を用いることができる。このような添加剤として、例えば、滑剤、収縮防止剤、気泡核剤、結晶核剤、可塑剤、着色剤（顔料、染料等）、紫外線吸収剤、酸化防止剤、老化防止剤、上記導電付与材を除いた充填剤、補強剤、難燃剤、難燃助剤、帯電防止剤、界面活性剤、加硫剤、表面処理剤等が挙げられる。添加剤の添加量は、気泡の形成等を損なわない範囲で適宜選択でき、通常の樹脂の発泡・成形に用いられる添加量を採用できる。かかる添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて用いることができる。

熱伝導性発泡体１４の熱伝導率は、０．０１〜１０Ｗ／ｍ・Ｋが好ましく、０．０５〜２Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましい。熱伝導性発泡体１４トの熱伝導率が前記範囲内であれば、筐体２内部の熱を外部へ効率的に放熱することが可能となる。

熱伝導性発泡体１４は、公知の化学発泡法又は物理的発泡法により製造することができ、製造方法に特に制限はない。詳しくは特開２０１３−２３１１６６及びＷＯ２０１４／０８３８９０Ａ１を参照されたい。
［熱膨張性耐火材］
次に、熱膨張性耐火材１６について説明する。 熱膨張性耐火材１６を構成する樹脂組成物は、マトリックス樹脂及び熱膨張性黒鉛を含有する。

マトリックス樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、ゴム物質、およびそれらの組み合わせが挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ（１−）ブテン樹脂、ポリペンテン樹脂等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ノボラック樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイソブチレン等の合成樹脂が挙げられる。

熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリウレタン、ポリイソシアネート、ポリイソシアヌレート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等の合成樹脂が挙げられる。

エラストマーの例としてはオレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、これらの組み合わせ等が挙げられる
ゴム物質としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、塩素化ブチルゴム、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（EPDM）、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、多加硫ゴム、非加硫ゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のゴム物質等が挙げられる。

これらの合成樹脂及び／又はゴム物質は、一種もしくは二種以上を使用することができる。これらの合成樹脂及び／又はゴム物質の中でも、およびエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリオレフィン樹脂等がより好ましい。

熱膨張性黒鉛は、加熱時に膨張する従来公知の物質であり、天然鱗状グラファイト、熱分解グラファイト、キッシュグラファイト等の粉末を濃硫酸、硝酸、セレン酸等の無機酸と濃硝酸、過塩素酸、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、過酸化水素等の強酸化剤とで処理してグラファイト層間化合物を生成させたもので、炭素の層状構造を維持したままの結晶化合物である。

熱膨張性黒鉛は任意選択で中和処理されてもよい。つまり、上記のように酸処理して得られた熱膨張性黒鉛を、更にアンモニア、脂肪族低級アミン、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等で中和する。上記のように酸処理して得られた熱膨張性黒鉛は、更にアンモニア、脂肪族低級アミン、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等でさらに中和してもよい。

本発明の熱膨張性耐火材１６における熱膨張性黒鉛の含有量は特に限定されないが、１５質量％以上である。１５質量％以上であることがより好ましい。熱膨張性黒鉛の含有量が１５質量％以上であると、火の通過を阻止するのに適した膨張が得られる。熱膨張性黒鉛の含有量の上限値は特に限定されないが、機械的強度の観点から、５０質量％以下であることが好ましい。

熱膨張性黒鉛の粒度は、２０〜２００メッシュが好ましい。粒度が２００メッシュかそれより小さいと、黒鉛の膨張度が膨張断熱層を得るのに十分であり、また粒度が２０メッシュかそれより大きいと、樹脂に配合する際の分散性が良く、物性が良好である。

本発明の熱膨張性耐火材１６を構成する樹脂組成物は、無機充填剤をさらに含むことができる。無機充填剤は、膨張断熱層が形成される際、熱容量を増大させ伝熱を抑制するとともに、骨材的に働いて膨張断熱層の強度を向上させる。無機充填剤としては特に限定されず、例えば、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化錫、酸化アンチモン、フェライト等の金属酸化物；水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ハイドロタルサイト等の金属水酸化物；塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム等の金属炭酸塩；難燃剤としての無機リン酸塩；硫酸カルシウム、石膏繊維、ケイ酸カルシウム等のカルシウム塩；シリカ、珪藻土、ドーソナイト、硫酸バリウム、タルク、クレー、マイカ、モンモリロナイト、ベントナイト、活性白土、セピオライト、イモゴライト、セリサイト、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ系バルーン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、炭素バルーン、木炭粉末、各種金属粉、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、アルミニウムボレート、硫化モリブデン、炭化ケイ素、ステンレス繊維、ホウ酸亜鉛、各種磁性粉、スラグ繊維、フライアッシュ、脱水汚泥等が挙げられる。これらの無機充填剤は一種もしくは二種以上を使用することができる。

熱膨張性耐火材１６における無機充填剤の含有量は特に限定されないが、１〜５０重量％であることが好ましい。

また、熱膨張性耐火材１６における熱膨張性黒鉛及び無機充填剤の合計含有量は、５〜８０重量％であることが好ましい。燃焼後の残渣量を満足して十分な耐火性能が得る点で５重量％以上であることが好ましく、機械的物性を維持する点で８０重量％以下であることが好ましい。

さらに、本発明の熱膨張性耐火材１６を構成する樹脂組成物は、膨張断熱層の強度を増加させ防火性能を向上させるために、前記の各成分に加えて、さらにリン化合物を含むことができる。リン化合物としては、特に限定されず、例えば、赤リン；トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、キシレニルジフェニルホスフェート等の各種リン酸エステル；リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウム等のリン酸金属塩；ポリリン酸アンモニウム；下記化学式（１）で表される化合物等が挙げられる。これらのうち、防火性能の観点から、赤リン、ポリリン酸アンモニウム、及び、下記化学式（１）で表される化合物が好ましく、性能、安全性、コスト等の点においてポリリン酸アンモニウムがより好ましい。

化学式（１）中、Ｒ¹およびＲ³は、同一又は異なって、水素、炭素数１〜１６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または、炭素数６〜１６のアリール基を示す。Ｒ²は、水酸基、炭素数１〜１６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素数１〜１６の直鎖状あるいは分岐状のアルコキシル基、炭素数６〜１６のアリール基、または、炭素数６〜１６のアリールオキシ基を示す。

赤リンとしては、市販の赤リンを用いることができるが、耐湿性、混練時に自然発火しない等の安全性の点から、赤リン粒子の表面を樹脂でコーティングしたもの等が好適に用いられる。ポリリン酸アンモニウムとしては特に限定されず、例えば、ポリリン酸アンモニウム、メラミン変性ポリリン酸アンモニウム等が挙げられるが、取り扱い性等の点からポリリン酸アンモニウムが好適に用いられる。市販品としては、例えば、クラリアント社製「ＡＰ４２２」、「ＡＰ４６２」、Ｂｕｄｅｎｈｅｉｍ Ｉｂｅｒｉｃａ社製「ＦＲ ＣＲＯＳ ４８４」、「ＦＲ ＣＲＯＳ ４８７」等が挙げられる。

化学式（１）で表される化合物としては特に限定されず、例えば、メチルホスホン酸、メチルホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸ジエチル、エチルホスホン酸、ｎ−プロピルホスホン酸、ｎ−ブチルホスホン酸、２−メチルプロピルホスホン酸、ｔ−ブチルホスホン酸、２，３−ジメチル−ブチルホスホン酸、オクチルホスホン酸、フェニルホスホン酸、ジオクチルフェニルホスホネート、ジメチルホスフィン酸、メチルエチルホスフィン酸、メチルプロピルホスフィン酸、ジエチルホスフィン酸、ジオクチルホスフィン酸、フェニルホスフィン酸、ジエチルフェニルホスフィン酸、ジフェニルホスフィン酸、ビス（４−メトキシフェニル）ホスフィン酸等が挙げられる。中でも、ｔ−ブチルホスホン酸は、高価ではあるが、高難燃性の点において好ましい。前記のリン化合物は、一種もしくは二種以上を使用することができる。

前記リン化合物の添加量は、熱膨張性耐火材１６中に０〜２００質量％であることが好ましく、１０〜１００質量％であることがより好ましい。

さらに、本発明の熱膨張性耐火材１６を構成する樹脂組成物は、可塑剤をさらに含有することができる。

前記可塑剤は、一般にポリ塩化ビニル樹脂成形体を製造する際に使用されている可塑剤であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、ジ−２−エチルヘキシルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジヘプチルフタレート（ＤＨＰ）、ジイソデシルフタレート（ＤＩＤＰ）等のフタル酸エステル可塑剤、
ジ−２−エチルヘキシルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソブチルアジペート（ＤＩＢＡ）、ジブチルアジペート（ＤＢＡ）等の脂肪酸エステル可塑剤；エポキシ化大豆油等のエポキシ化エステル可塑剤；アジピン酸エステル、アジピン酸ポリエステル等のポリエステル可塑剤；トリー２−エチルヘキシルトリメリテート（ＴＯＴＭ）、トリイソノニルトリメリテート（ＴＩＮＴＭ）等のトリメリット酸エステル可塑剤；鉱油等のプロセスオイルなどが挙げられる。可塑剤は一種もしくは二種以上を使用することができる。

前記可塑剤の含有量は、少ないと押出成形性が低下する傾向があり、多くなると得られた成形体が柔らかくなり過ぎる傾向がある。このため可塑剤の含有量は限定されないが、熱膨張性耐火材１６中に０〜４０質量％であることが好ましく、５〜３５質量％であることがより好ましい。

本発明の熱膨張性耐火材１６に含有することができる上記その他の成分の例としては、その物性を損なわない範囲で、更に、フェノール系、アミン系、イオウ系等の酸化防止剤、金属害防止剤、帯電防止剤、安定剤、架橋剤、滑剤、軟化剤、顔料等が挙げられる。

また、熱膨張性耐火材１６は、火災時などの高温にさらされた際にその膨張層により断熱し、かつその膨張層の強度があるものであれば特に限定されない。５０ｋＷ／ｍ²の加熱条件下で３０分間加熱した後の膨張倍率が３〜５０倍のものであれば好ましい。膨張倍率が３倍以上であると、膨張倍率がマトリックス成分の焼失部分を十分に埋めることができ、また５０倍以下であると、膨張層の強度が維持され、火炎の貫通を防止する効果が保たれる。なお、膨張倍率は熱膨張性耐火材１６の試験片の（加熱後の試験片の厚さ）／（加熱前の試験片の厚さ）として算出される。

熱膨張性耐火材１６は、上記のマトリックス成分、熱膨張性黒鉛、及び任意選択のその他の成分を単軸押出機、二軸押出機、射出成型機、バンバリーミキサー、ニーダーミキサー、混練ロール、ライカイ機、遊星式撹拌機等の公知の装置を用いて混合した耐火性樹脂組成物を、塗工又は成形することにより製造することができる。成形にはプレス成形、押出し成形、射出成形が含まれる。塗工又は成形は当該技術分野において周知である。

ここまで、本発明を第１実施形態を例にとって説明してきたが、本発明はこれに限られず、以下のような種々の変形が可能である。

第１実施形態では、仕切り部１２の上側の端部１２ｃの上端は上側壁部４と離間しているが、上側の端部１２ｃの上端が上側壁部４と接触していてもよい。さらには、仕切り部１２の上側の端部１２ｃ、平板部分１２ａ、及び下側の端部１２ｂが連続して筐体２と一体成形されてもよい。

第１実施形態では、仕切り部１２の各仕切り部１２の平板部分１２ａの両面に熱伝導性発泡体１４を介して電池セル１０が取り付けられているが、仕切り部１２の各仕切り部１２の平板部分１２ａの片面にのみ電池セル１０が取り付けられていてもよい。

第１実施形態では、仕切り部１２が下側壁部３と一体成形されているが、仕切り部１２と下側壁部３とを別部材から構成して、仕切り部１２を下側部材３に対し、機械的結合、熱溶着、粘着剤、粘着テープ、接着シート等の公知の接着手段により接合してもよい。

第１実施形態では、隣り合う仕切り部１２の間の２つの電池セル１０の間に熱伝導性発泡体１４が取り付けられているが、熱伝導性発泡体１４とは異なる組成の熱伝導性部材が設けられていてもよいし、２つの電池セル１０は互いに空間を隔てて設けられていてもよい。

筐体２は、側壁に開口部８ａを備えていなくてもよく、上側壁部４と４つの側壁とからなる蓋部分が、下側壁部３に着脱可能に固定される構成であってもよい。

熱膨張性耐火材１６は、電池セル２と熱伝導性発泡体１８との間の空間や、電池セル２と熱伝導性発泡体２０との間の空間にさらに配置されてもよい。

上側壁部４の表面は、平面の代わりに、曲面であってもよい。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

下記の構成要素を用いてリチウムイオン電池モジュールを製造した。

リチウムイオン電池モジュールの筐体は、幅５００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ×高さ１５０ｍｍの樹脂成形体より構成した。仕切り部は筐体と一体形成した。熱膨張性耐火材は、幅１０００ｍｍ×長さ１ｍ（厚さ０．３ｍｍ）のシート状のロール品を切断して使用した。熱伝導性発泡体は、幅４１０ｍｍ×長さ５ｍ（厚さ０．５ｍｍ）のシート状のロール品を切断して使用した。熱膨張性耐火材の固定用の粘着シートは、Ａ４サイズ（厚さ０．７ｍｍ厚）のアクリル系粘着剤を含む粘着シートを切断して使用した。熱伝導性発泡体の固定用の粘着シートは、Ａ４サイズ 又は幅３００もしくは４００ｍｍ×長さ５０ｍ（厚さ０．１３ｍｍ）のアクリル系粘着剤を含む粘着シートを切断して使用した。

熱伝導性発泡体の固定用の粘着シートを用いて、市販の電池セルに熱伝導性発泡体を貼り付け、さらにこれを仕切り部に取り付けた。熱膨張性耐火材の固定用の粘着シートを用いて、熱膨張性耐火材を筐体に取り付けた。

１・・・二次電池モジュールとしてのリチウムイオン電池モジュール、２…筐体、３，４…二つの壁部、３ａ…孔、５，６…二つの壁部とは異なる向かい合う二つの壁部、１０…電池セル、１２…仕切り部、１２ｂ，ｃ・・・仕切り部の端部、１４…熱伝導性発泡体、１６…熱膨張性耐火材。

Claims (9)

1. 熱伝導性を有する樹脂の成形体から構成された筐体と、
   前記筐体に収容された複数の電池セルと、
   前記筐体内に設けられ、前記複数の電池セルを仕切る仕切り部と、
   を備え、
   前記仕切り部が熱伝導性を有する樹脂から構成され、前記筐体の一部と接するように設けられている、二次電池モジュール。
2. 前記複数の仕切り部が前記筐体と一体成形されている請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 各仕切り部の一端が、前記二つの壁部のうちの一方に接続しており、前記仕切り部の一端が接続された壁部に複数の孔が形成されている請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。
4. 前記筐体内に収容され、前記電池セル及び前記仕切り部の間にこれらの部材と接触した状態で配置された熱伝導性発泡体を備えている請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池モジュール。
5. 前記筐体内に収容され、前記電池セル及び前記筐体との間に配置された熱伝導性発泡体を備えている請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池モジュール。
6. 前記筐体の内面に取り付けられた熱膨張性耐火材を備えている請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池モジュール。
7. 前記仕切り部が、前記筐体の互いに向かい合う二つの壁部の間に延びるように設けられ、
   熱伝導性発泡体が、前記二つの壁部の少なくとも一方の内面側に配置され、
   前記熱膨張性耐火材が、前記二つの壁部とは異なる、筐体における互いに向かい合う二つの側壁部の内面に取り付けられている請求項６に記載の二次電池モジュール。
8. 前記筐体がスパッタ処理されている請求項１〜７のいずれかに記載の二次電池モジュール。
9. 前記筐体が、熱可塑性樹脂と黒鉛粒子とを含み、
   前記黒鉛粒子の体積平均粒子径が、０．１μｍ以上、４０μｍ未満であり、
   前記熱可塑性樹脂１００重量部に対する前記黒鉛粒子の含有量が、１０重量部以上、２００重量部以下であり、
   前記筐体の主壁部において、任意の方向をｘ方向及び該ｘ方向に直交する方向をｙ方向とし、前記筐体の厚み方向をｚ方向としたときに、
   前記ｘ方向の熱伝導率λｘ、前記ｙ方向の熱伝導率λｙ及び前記ｚ方向の熱伝導率λｚが、ｍｉｎ（λｘ，λｙ）／λｚ≧３を満たしている、請求項１〜８のいずれかに記載の二次電池モジュール。