JP2020080214A

JP2020080214A - 組電池用緩衝材

Info

Publication number: JP2020080214A
Application number: JP2018212196A
Authority: JP
Inventors: 丹下　勝博; Katsuhiro Tange; 勝博丹下; 浩行植村; Hiroyuki Uemura
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-28

Abstract

【課題】単電池の温度調整を容易にすること。
【解決手段】組電池用緩衝材１０は、複数の単電池５１を所定方向に配列してなる組電池５０に用いられる。組電池用緩衝材１０は、発泡層１１の両面に金属層２１を積層して備える。発泡層１１は、その厚さ方向が上記所定方向を向くように配置されて単電池５１に挟まれ、上記所定方向から見て単電池５１と重なる重なり部１１Ａと該重なり部１１Ａから単電池５１の外側へ延びる延出部１１Ｂとを有する。金属層２１は、重なり部１１Ａと延出部１１Ｂとに跨って配置される。
【選択図】図３

Description

本開示は、複数の単電池を所定方向に配列してなる組電池に用いられる組電池用緩衝材に関する。

特許文献１に開示の組電池用緩衝材は、シリコーンゴムで構成され、単電池どうしの間に挟まれることで単電池どうしの接触を防止する。

特開第４５０８２２１号（段落［００１６］〜［００２０］）

ところで、組電池においては、単電池の温度が適温に調整されていると、充放電効率の低下や電池寿命の短縮が抑えられる。しかしながら、特許文献１の組電池用緩衝材では、単電池の温度調整が難しいという問題があり、単電池の温度調整を容易にすることが求められていた。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、複数の単電池を所定方向に配列してなる組電池に用いられる組電池用緩衝材において、発泡層の両面に金属層を積層して備え、前記発泡層は、その厚さ方向が前記所定方向を向くように配置されて前記単電池に挟まれ、前記所定方向から見て前記単電池と重なる重なり部と該重なり部から前記単電池の外側へ延びる延出部とを有し、前記金属層は、前記重なり部と前記延出部とに跨って配置されている、組電池用緩衝材である。

請求項２の発明は、前記発泡層の表層部には、前記発泡層の内層部よりも密度が高い表皮層が形成されていて、前記金属層は、金属溶射によって前記表皮層の上に形成されている、請求項１に記載の組電池用緩衝材である。

請求項３の発明は、前記金属層を構成する金属粒子どうしが結合剤で結合されている、請求項２に記載の組電池用緩衝材である。

請求項４の発明は、前記金属層は、前記発泡層の弾発力によって前記単電池に押し付けられる、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の組電池用緩衝材である。

請求項１の発明では、単電池に接触する金属層が単電池と重なる位置から外側へ延びているので、単電池からの熱を外部に放熱したり、外部から単電池に熱を伝達したりすることが可能となる。しかも、組電池用緩衝材の２つの金属層どうしの間では、発泡層によって熱の伝達が抑制される。これらにより、外部からの単電池の温度調整が容易となる。また、金属層は、発泡層の両面の上に積層されているので、単電池の膨張又は収縮に伴って発泡層が膨張又は収縮しても、金属層を発泡層の変形に追従させることができる。

金属層は、蒸着により形成されてもよいし、金属溶射により形成されてもよい。後者の場合には、金属層を厚くすることが可能となる。この場合、発泡層の表層部には、発泡層の内層部よりも密度が高い表皮層が形成されていることが好ましい（請求項２の発明）。発泡層が表皮層を有することで、金属を溶射するときに、表皮層の上に金属粒子が堆積し易くなり、金属層の目付量の低下が抑制される。その結果、金属層の伝熱性能の向上が図られる。

また、金属層を構成する金属粒子どうしが結合剤で結合される構成とすれば、金属層にクラックが発生したり、金属粒子が脱落したりすることが抑制されるので、金属層の熱伝達効率の低下が抑えられる（請求項３の発明）。

金属層は、単電池と接触すればよく、発泡層の一部を覆うように形成されてもよいし、発泡層の全体を覆うように形成されてもよい。ここで、金属層が発泡層の弾発力によって単電池に押し付けられれば、金属層を単電池に確実に接触させることが可能となる（請求項４の発明）。

（Ａ）本開示に係る組電池用緩衝材の断面図、（Ｂ）金属層の拡大断面図組電池用緩衝材の使用状態を示す斜視図単電池に挟まれた組電池緩衝材の断面図単電池が膨張したときの組電池用緩衝材の断面図他の実施形態に係る組電池用緩衝材の平面図

図１（Ａ）に示されるように、本実施形態の組電池用緩衝材１０（以下、単に「緩衝材１０」という。）は、発泡層１１の表裏の両面に金属層２１を有する積層構造をなしている。

発泡層１１は、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂又はこれらのブレンド等によって構成されている。発泡層１１の表層部には、内層部１３よりも密度が高くなって通気性が低くなった表皮層１２が形成されている。本実施形態では、発泡層１１が連続気泡構造の発泡シートで構成されていて、表皮層１２は、発泡シートの表層部に形成されたスキン層によって構成されている。

金属層２１は、発泡層１１の上に金属が溶射されることで形成されている。本実施形態では、金属層２１は、発泡層１１の表裏の両面の全体を覆うように形成されている。金属層２１の目付量は、６０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、９０ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましい。

なお、金属溶射では、発泡層１１の表面に多数の金属粒子２２を衝突させ、金属層２１は、扁平に潰れた金属粒子２２が発泡層１１の上に堆積することで形成される（図１（Ｂ）参照）。金属溶射で用いられる金属の種類は、例えば、亜鉛、アルミニウム、銅又はこれらの金属の合金等である。

緩衝材１０では、金属層２１を構成する金属粒子２２どうしが結合剤３１にて結合されている。結合剤３１は、例えば、ホットメルトで構成されている。ホットメルトの種類としては、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン／エチレン・アクリル酸共重合体の混合物（ＰＥ／ＥＡＡ）等が挙げられる。なお、結合剤３１は、金属層２１の一部又は全部を覆ってもよいし、金属層２１の内部に入り込んで金属層２１の全体を露出させてもよい。

緩衝材１０を製造するには、まず、両面にスキン層を有する発泡シートを準備する。両面にスキン層を有する発泡シートの作製方法としては、連続的にシート状に発泡させる方法、成形型内で発泡させる方法、あらかじめ成形された発泡シートの表面を熱等により処理を行う方法等が挙げられる。

次いで、発泡シートの各スキン層の上に金属を溶射する。すると、発泡層１１の両面に金属層２１が積層された積層シートが得られる。ここで、スキン層は、発泡シートの内層部よりも密度が高くなっているので、溶射された金属粒子２２が発泡シートの内部に入り込むことが抑制され、金属層２１の目付量の低下が抑制されると共に、金属層２１の厚みの均一化が図られる。その結果、金属層２１の伝熱性能の向上が図られる。なお、金属溶射としては、燃焼ガスを熱源とするフレーム式溶射、高速フレーム式溶射、爆発溶射や電気を熱源とするアーク式溶射、プラズマ溶射、ＲＦプラズマ溶射、線爆溶射等を用いることができる。なかでもアーク溶射は、金属層２１の形成速度が速く、金属層２１の目付量を精度よく制御できる点で好ましい。

次いで、金属層２１の上にホットメルトを塗布して、金属層２１を構成する金属粒子２２どうしを結合剤３１で結合する。なお、具体的な塗布方法としては、ホットスプレー、ロールコーター、ホットメルトフィルムとのラミネート等の方法が挙げられる。

緩衝材１０は、図２に示される組電池５０に組み付けられる。組電池５０は、複数の単電池５１を所定方向に配列してなる。具体的には、各単電池５１は、扁平な矩形板状に形成されていて、複数の単電池５１は、厚み方向で重なるように配置される。そして、緩衝材１０は、隣り合う２つの単電池５１に挟まれるように組み付けられる。なお、各単電池５１の長手方向の一端面には、電極部５２が突設されていて、複数の単電池５１は、電極部５２が同じ側（図２では、上側）を向くように配置される。ここで、図２において、単電池５１及び緩衝材１０について、複数の単電池５１及び緩衝材１０が配列する方向を厚み方向とし、矩形形状に形成された単電池５１の長辺方向を長手方向とし、短辺方向を幅方向とする。

ここで、図３に示されるように、緩衝材１０の発泡層１１は、単電池５１の厚み方向から見て単電池５１の外側にはみ出るように配置される。即ち、発泡層１１は、厚み方向で単電池５１と重なる重なり部１１Ａと、重なり部１１Ａから単電池５１の外側へと延びる延出部１１Ｂと、を有することになる。また、緩衝材１０の各金属層２１は、上述したように発泡層１１の表裏の両面の全体を覆うように形成されている。したがって、金属層２１は、発泡層１１の重なり部１１Ａと延出部１１Ｂとに跨って配置されることになる。

なお、具体的には、発泡層１１は平面視長方形状に形成されていて、その長手方向の長さは、単電池５１の長手方向の長さよりも長くなっていて、その幅方向の長さは、単電池５１の幅方向の長さと略同じになっている。そして、緩衝材１０は、発泡層１１の長手方向の一端が単電池５１の長手方向の一端と一致するように配置される。この配置では、延出部１１Ｂは、発泡層１１の長手方向の他端部によって構成される。

ところで、組電池５０の単電池５１には、安定した電池性能を発揮するための適した温度範囲が存在するが、単電池５１は充放電時に発熱又は吸熱するので、充放電時に発熱した場合には、単電池５１の熱を外部に放熱する必要がある。本実施形態では、単電池５１どうしの間に挟まれる緩衝材１０の両面に金属層２１が形成されていて、この金属層２１は、単電池５１の厚み方向から見て、単電池５１と重なる位置から単電池５１の外側へと延びている。従って、金属層２１が単電池５１に接触すると、単電池５１からの熱が金属層２１を介して外部に放熱される。しかも、緩衝材１０において２つの金属層２１に挟まれる発泡層１１は金属層２１よりも断熱性に優れるので、緩衝材１０を挟む２つの単電池５１のうち一方の電池５１から金属層２１に伝わった熱が、発泡層１１を通って他方の単電池５１に伝達されることが抑制される。

ここで、結合剤３１の融点は、単電池５１の表面温度以上であればよく、具体的には、８０℃以上、より好ましくは１００℃以上であることが好ましい。また、単電池５１からの熱を効率よく外部へ放熱するためには、結合剤３１の塗布厚みは、８０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましい。

このように、本実施形態の緩衝材１０では、発泡層１１が２つの金属層２１に挟まれた構造になっているので、単電池５１からの熱を、金属層２１が形成されている方向（緩衝材１０の長手方向及び幅方向）に伝達して外部に放熱する一方で、単電池５１からの熱を層間方向（厚み方向）には遮断することが可能となっている。

ここで、発泡層１１の厚みを単電池５１どうしの間隔以上に設定すれば、発泡層１１の弾発力で金属層２１を単電池５１に押し付けることが可能となる。これにより、金属層２１と単電池５１を密に接触させることが可能となり、単電池５１からの熱を金属層２１に効率よく伝達させることが可能となる。

具体的には、図３及び図４に示されるように、単電池５１は、充放電に伴って膨張、収縮する。したがって、緩衝材１０を挟む２つの単電池５１が共に収縮したとき（図３参照）の単電池５１どうしの間隔以上に発泡層１１の厚みが設定されていれば、常に金属層２１を単電池５１に接触させることが可能となる。

発泡層１１が弾性変形する場合、その弾性変形に伴う金属層２１の破損（例えば、割れや折れ）が問題となり得る。金属層２１が破損すると、金属層２１の熱伝達効率の低下を招く可能性もある。しかしながら、本実施形態では、金属層２１を構成する金属粒子２２どうしが結合剤３１で結合される（図１（Ｂ）参照）ことにより、金属層２１の破損が抑制されている。

なお、組電池５０が寒冷地で稼働する場合には、ヒーター等の温調装置によって単電池５１を適切な温度に保つことが考えられる。このような場合においても、温調装置からの熱が金属層２１を介して単電池５１に伝達されるので、単電池５１の充放電効率の低下や電池寿命の短縮を抑制可能となる。

本実施形態の緩衝材１０では、単電池５１に接触する金属層２１が単電池５１と重なる位置から外側へ延びているので、単電池５１の熱を外部に放熱したり、外部から単電池５１に熱を伝達したりすることが可能となる。しかも、緩衝材１０の２つの金属層２１どうしの間では、発泡層１１によって熱の伝達が抑制される。これらにより、外部からの単電池５１の温度調整が容易となる。また、金属層２１は、発泡層１１の両面の上に積層されているので、単電池５１の膨張又は収縮に伴って発泡層１１が膨張又は収縮しても、金属層２１を発泡層１１の変形に追従させることができる。

［他の実施形態］
（１）発泡層１１の表皮層１２は、連続気泡構造の発泡シートの表面を平板やロール等を用いた加熱プレスにより溶融させることで形成されてもよい。

（２）金属層２１は、金属蒸着によって形成されてもよい。

（３）上記実施形態では、金属層２１は、発泡層１１の全体を覆うように形成されていたが、図５の（Ａ）〜（Ｃ）に例示されるように、発泡層１１の一部を覆うように積層されてもよい。このような構成であっても、金属層２１が、発泡層１１の重なり部１１Ａと延出部１１Ｂとに跨って配置されていれば、金属層２１を介して、単電池５１からの熱を外部に放熱したり、外部からの熱を単電池５１に伝達したりすることができる。なお、図５では、発泡層１１と金属層２１の区別を容易にするために、金属層２１が灰色で示されている。

（４）金属層２１は、単電池５１の充電時にだけ単電池５１と接触するように構成されてもよい。具体的には、緩衝材１０は、収縮時の単電池５１どうしの間の隙間よりも薄く形成されてもよい。この場合であっても、単電池５１が充電時に膨張したときに、金属層２１が単電池５１と接触すれば、単電池５１からの熱を外部に放熱することが可能となる。

１０組電池用緩衝材
１１発泡層
１２表皮層
２１金属層
２２金属粒子
３１結合剤
５０組電池
５１単電池

Claims

複数の単電池を所定方向に配列してなる組電池に用いられる組電池用緩衝材において、
発泡層の両面に金属層を積層して備え、
前記発泡層は、その厚さ方向が前記所定方向を向くように配置されて前記単電池に挟まれ、前記所定方向から見て前記単電池と重なる重なり部と該重なり部から前記単電池の外側へ延びる延出部とを有し、
前記金属層は、前記重なり部と前記延出部とに跨って配置されている、組電池用緩衝材。
前記発泡層の表層部には、前記発泡層の内層部よりも密度が高い表皮層が形成されていて、
前記金属層は、金属溶射によって前記表皮層の上に形成されている、請求項１に記載の組電池用緩衝材。
前記金属層を構成する金属粒子どうしが結合剤にて結合されている、請求項２に記載の組電池用緩衝材。
前記金属層は、前記発泡層の弾発力によって前記単電池に押し付けられる、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の組電池用緩衝材。