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WO2023149212A1 - 二次電池 - Google Patents

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WO2023149212A1
WO2023149212A1 PCT/JP2023/001427 JP2023001427W WO2023149212A1 WO 2023149212 A1 WO2023149212 A1 WO 2023149212A1 JP 2023001427 W JP2023001427 W JP 2023001427W WO 2023149212 A1 WO2023149212 A1 WO 2023149212A1
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WO
WIPO (PCT)
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foam sheet
secondary battery
resin
sheet
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/001427
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English (en)
French (fr)
Inventor
健一 藤崎
恭一 豊村
輝一 浅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DIC Corp
Original Assignee
DIC Corp
Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Publication date
Application filed by DIC Corp, Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd filed Critical DIC Corp
Priority to JP2023578460A priority Critical patent/JP7601268B2/ja
Publication of WO2023149212A1 publication Critical patent/WO2023149212A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to secondary batteries.
  • lithium ion secondary batteries for example, are also used as onboard power sources for electric vehicles or hybrid vehicles, and various performance improvements have been made.
  • the capacity of secondary batteries has increased, and each component of a lithium-ion secondary battery, such as positive electrode material, negative electrode material, separator, and electrolyte, is housed and sealed in multiple battery cells to form a unit.
  • a secondary battery (secondary battery module) is disclosed which is made into and connected in series or in parallel using a bus spar (see, for example, Patent Document 1).
  • the battery cells In order to suppress the expansion or contraction of the battery cells, for example, it has a frame-shaped frame that constrains the battery cell units in the stacking direction, and separator frames at the ends arranged at both ends of the battery cell units in the stacking direction.
  • a secondary battery in which a gap is provided between each corner provided in the opposite direction and between each corner of the separator at the end and each corner of the frame facing each other (see Patent Document 2); battery cell A specific cell stack structure including a plate member, an elastic member, and a connecting member capable of creep deformation at one end in the stacking direction of a plurality of stacked cells (see Patent Document 3) has been proposed.
  • Patent Document 2 still has room for improvement in the ease of assembly of the secondary battery, depending on the rigidity of the frame. is required, and there are still problems such as manufacturing costs.
  • the structure of Patent Document 2 still has room for improvement in the ease of assembly of the secondary battery, depending on the rigidity of the frame. is required, and there are still problems such as manufacturing costs.
  • the temperature of the secondary battery rises due to the heat generated during high-speed charging or high-power discharging, it will cause deterioration of the secondary battery, as well as rapid temperature rise and thermal runaway. There is a risk of fire or damage to the battery due to Therefore, there is a demand for development of a method for improving the safety of secondary batteries and suppressing their deterioration.
  • the present invention relates to the following (1) to (6).
  • a secondary battery having a structure capable of absorbing expansion and contraction due to deterioration over time of battery cells constituting the secondary battery. Further, according to the present invention, there is provided a secondary battery having a structure capable of absorbing expansion and contraction due to deterioration of battery cells over time, and preventing deterioration of the secondary battery due to heat generation and ignition and damage due to thermal runaway. can.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a secondary battery of the invention
  • FIG. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a secondary battery according to a second embodiment of the present invention
  • 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a foam sheet included in a secondary battery of the invention
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a foam sheet included in a secondary battery of the invention
  • FIG. It is a stress-compression strain curve of sheets 1 to 6 obtained in Examples 1 to 6.
  • the secondary battery of the present invention comprises two or more battery cells, a case for housing the battery cells, a foam sheet arranged on the inner surface of the case, and foam arranged so as to separate the adjacent battery cells. have either or both of the sheets.
  • the foam sheet is arranged so as to separate adjacent battery cells, the foam sheet is preferably sandwiched between the battery cells.
  • the type of secondary battery is not particularly limited, and examples include lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lead storage batteries, nickel/hydrogen storage batteries, nickel/cadmium storage batteries, nickel/iron storage batteries, nickel/zinc storage batteries, and silver oxide/zinc storage batteries. , metal-air batteries, polyvalent cation batteries, condensers, capacitors, and the like. Among them, lithium-ion batteries can be mentioned as suitable applications.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the secondary battery of the present invention.
  • a secondary battery 100 shown in FIG. 1 is, for example, a secondary battery that is mounted on a vehicle or the like, and has a plurality of battery cells 1 and a case 10 that houses the battery cells 1 .
  • a battery cell 1 constituting a secondary battery uses, for example, a battery exterior film as an exterior material, and a battery element including at least a positive electrode material, a negative electrode material, a separator, a positive electrode terminal, a negative electrode terminal, etc. is enclosed in the exterior material. can be any battery cell.
  • the exterior material is formed, for example, by heat-sealing the sealant layers of the exterior film for a battery, and has a flange portion (region where the sealant layers are in close contact with each other by heat-sealing) on the periphery.
  • a secondary battery 100 of the present embodiment is configured by housing a plurality of such battery cells 1 in a case 10 .
  • the case can be formed of, for example, aluminum, iron, or a metal material containing these, or a resin material such as polyphenylene sulfide. Forming the case from a resin material contributes to the weight reduction of the secondary battery and improves adhesion with the foam sheet. can also be increased.
  • the case 10 is a box-shaped member having a bottom and peripheral walls, and is fitted with a lid (not shown) so as to close the opening.
  • the cover has, in a state of being attached to the case 10, an external connection positive electrode terminal collectively connected to the plurality of positive electrode tabs 29 and an external connection negative electrode terminal collectively connected to the plurality of negative electrode tabs 39. is provided.
  • a foam sheet 20 is arranged on the inner surface of the case 10, and a foam sheet 30 is preferably arranged so as to be sandwiched between the battery cells so as to separate the adjacent battery cells.
  • the foam sheet is preferably arranged both on the inner surface of the case and between the battery cells.
  • a non-foam sheet may be used as a sheet having a wide range of effective strain due to stress and a large compressibility calculated from a stress-compressive strain curve obtained in a compression test. can.
  • a foamed sheet is extremely preferable as a form that exhibits such cushioning properties.
  • the foam sheet When the foam sheet is sandwiched between the battery cells, it can suppress the effect of temperature between the battery cells due to its heat insulating properties. can be absorbed, and the increase in internal pressure of the secondary battery can be easily alleviated.
  • the foam sheet may be sandwiched between all the two or more battery cells, or may be sandwiched between some of the battery cells.
  • the foamed sheet constituting the secondary battery of the present invention may be a sheet made of a resin foam, or may be a single-layer sheet further containing a resin as a matrix and a heat-absorbing agent and a heat-storage material, which will be described later. Moreover, it may be a laminate further comprising an adhesive layer, a flame-shielding layer, or any other layer, which will be described later, on the foam sheet layer.
  • a single-layer sheet consisting only of a resin-containing layer will be referred to as a "foamed sheet”.
  • the foam sheet When arranging the foam sheet on the inner surface of the case that houses the battery cells or when arranging it so as to separate adjacent battery cells, for example, adhesives, fusion (ultrasonic fusion, high frequency fusion, heat fusion bonding), an adhesive, or the like can be used.
  • adhesives for example, adhesives, fusion (ultrasonic fusion, high frequency fusion, heat fusion bonding), an adhesive, or the like can be used.
  • the foam sheet is a laminate having an adhesive layer on both sides of the outermost layer, it is possible to omit the additional use of an adhesive or a pressure-sensitive adhesive, particularly when sandwiching the foam sheet between battery cells, and from the viewpoint of workability.
  • Advantageous Since the battery cells are fixed by the adhesive layer, it is possible to prevent the battery cells from shifting.
  • the foam sheet is a foam sheet further having a flame-shielding layer, or a foam sheet containing one or more of a heat-absorbing agent or a heat-storage material described later, or having a flame-shielding layer and a heat-absorbing agent or
  • a foam sheet containing one or more heat storage materials can absorb expansion and contraction due to deterioration of battery cells over time, and can prevent secondary battery deterioration due to heat generation and ignition and damage due to thermal runaway. . In other words, it suppresses the heat generated during high-speed charging and high-power discharge, and the rapid temperature rise of the secondary battery due to internal short circuits, etc., and minimizes the secondary battery deterioration due to heat generation and the ignition and damage due to thermal runaway. It is possible to provide a secondary battery having a structure capable of preventing or delaying successive explosions in other battery cells by limiting the amount of heat generated to the abnormally high temperature battery cells and extinguishing the heat.
  • thermoplastic resins include thermoplastic resins, thermosetting resins and elastomer resins.
  • thermoplastic resins include polyolefin resins such as polypropylene resin, polyethylene resin, poly(1-butene) resin, polyisobutylene resin and polypentene resin; polyester resins such as polyethylene terephthalate; polystyrene resins and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS).
  • thermosetting resins include synthetic resins such as epoxy resins, urethane resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, and polyimides.
  • Elastomer resins include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-propylene rubber, natural rubber, polybutadiene rubber, polyisoprene rubber, polystyrene-polybutadiene diblock copolymer or hydrogenated products thereof, polystyrene- Polybutadiene-polystyrene triblock copolymer or hydrogenated products thereof, polystyrene-polyisoprene diblock copolymer or hydrogenated products thereof, polystyrene-polyisoprene-polystyrene triblock copolymers or hydrogenated products thereof, and the like.
  • thermoplastic resin is preferable among the above.
  • the foam sheet when the foam sheet further contains a heat-absorbing agent and a heat storage material, which will be described later, it is easy to form a structure having voids, and from the viewpoint that it is easy to secure the porosity, the voids are formed by mechanical foaming as the resin.
  • Emulsion resins are preferred.
  • emulsion resins include acrylic emulsion resins, urethane emulsion resins, ethylene-vinyl acetate emulsion resins, vinyl chloride emulsion resins, and epoxy emulsion resins. Among them, acrylic emulsion resins are preferable because they are excellent in heat resistance and heat insulation.
  • acrylic resins include resins obtained by polymerizing monomer components containing (meth)acrylic acid alkyl esters.
  • (meth)acryl is a generic term for acryl, methacryl, and both of them.
  • (Meth)acrylate is a generic term for acrylate, methacrylate and both.
  • (meth)acrylic acid alkyl esters include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, isopropyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, and isobutyl (meth)acrylate.
  • t-butyl (meth)acrylate pentyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, heptyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, n-octyl (meth)acrylate, isooctyl (meth)acrylate, nonyl (meth)acrylate, decyl (meth)acrylate, undecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, tridecyl (meth)acrylate, tetradecyl (meth)acrylate and the like. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • a polar group-containing monomer may be included in addition to the (meth)acrylic acid alkyl ester described above.
  • polar group-containing monomers include carboxylic acids having an ethylenically unsaturated group such as (meth)acrylic acid and itaconic acid; 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, 4-hydroxybutyl (Meth)acrylates having hydroxyl groups such as (meth)acrylates, caprolactone-modified (meth)acrylates, polyoxyethylene (meth)acrylates, polyoxypropylene (meth)acrylates; (meth)acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, N-vinyl Caprolactam, N-vinyllauryllactam, (meth)acryloylmorpholine, (meth)acrylamide, dimethyl (meth)acrylamide, N-methylol (meth)acryl
  • the acrylic resin polymethyl (meth)acrylate and polyethyl (meth)acrylate are preferred, polymethyl (meth)acrylate is more preferred, and polymethyl methacrylate (PMMA) is even more preferred.
  • the weight-average molecular weight of the acrylic resin is preferably 1,000 to 100,000, more preferably 5,000 to 90,000, from the viewpoints of easily improving the mechanical strength of the foam sheet and facilitating the dispersion of heat-absorbing agents, heat storage materials, etc. in the foam sheet. 20,000 to 80,000 are more preferred.
  • the weight average molecular weight is the weight average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • the average particle size of the emulsion resin is preferably 30 nm to 1,500 nm, more preferably 50 to 1,000 nm, from the viewpoint of facilitating the coating of the heat-absorbing agent and the resin-coated heat-absorbing agent. .
  • the average particle diameter of the emulsion resin is 50% median diameter measured by a dynamic light scattering method, for example, 50% by volume measured by a Microtrac UPA type particle size distribution analyzer manufactured by Nikkiso Co., Ltd. The median diameter can be taken as the average particle diameter.
  • the foam sheet may be a foamed body of the resin described above, or may have a structure in which a heat absorbing agent and a heat storage material, which will be described later, are dispersed in the resin as a matrix and have voids.
  • the specific gravity of the foamed sheet is preferably 0.15 to 1.6, more preferably 0.2 to 1.0.
  • the specific gravity of the foamed sheet constituting the secondary battery of the present invention is within the above range, the effect of temperature between battery cells can be suppressed by heat insulation, and the cushioning property acts as a cushioning material for volume changes due to expansion of the battery cells. , it is easy to alleviate the internal pressure rise of the secondary battery. Furthermore, the weight of the foamed sheet can be easily reduced, and workability is improved.
  • the endothermic agent examples include inorganic hydrates, metal hydroxides, carbonates, and the like, which preferably have an endothermic peak at a temperature of 80°C or higher.
  • the endothermic agent include inorganic hydrates, metal hydroxides, carbonates, and the like, which preferably have an endothermic peak at a temperature of 80°C or higher.
  • at least one selected from the group consisting of calcium sulfate dihydrate, sodium hydrogen carbonate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide and calcium carbonate is preferable, and more than calcium sulfate dihydrate, sodium hydrogen carbonate and aluminum hydroxide. At least one selected from the group consisting of is more preferable.
  • One type of endothermic agent may be used alone, or two or more types may be used in combination
  • the endothermic starting temperature of the endothermic agent is preferably in the range of 60°C to 750°C, more preferably in the range of 80°C to 450°C, even more preferably in the range of 80°C to 300°C.
  • the endothermic peak temperature of the endothermic agent is preferably in the range of 80°C to 800°C, more preferably in the range of 100°C to 500°C, even more preferably in the range of 100°C to 350°C.
  • the endothermic amount of the endothermic agent is preferably in the range of 100 J/g to 1200 J/g, more preferably in the range of 300 J/g to 1200 J/g.
  • the endothermic start temperature, endothermic peak temperature, and endothermic amount of each endothermic agent are values obtained by the method described later in Examples using a differential scanning calorimeter (DSC).
  • the foam sheet may contain one kind of endothermic agent alone, or may contain two or more kinds of endothermic agents.
  • two or more endothermic agents When two or more endothermic agents are contained, it is preferable to combine two or more endothermic agents having different endothermic start temperatures or different endothermic peak temperatures.
  • an endothermic agent endothermic agent 1 having a relatively low endothermic start temperature or endothermic peak temperature and an endothermic agent (endothermic agent 2) having a relatively high endothermic start temperature or endothermic peak temperature
  • an endothermic reaction is continuously generated, and thermal runaway can be effectively suppressed.
  • the electrolyte often burns, and the electrolyte burns when ignited or ignited.
  • the endothermic starting temperatures of the endothermic agent 1 and the endothermic agent 2 preferably differ by 50° C. or more, more preferably by 100° C. or more.
  • the endothermic peak temperatures of the endothermic agent 1 and the endothermic agent 2 preferably differ by 50°C or more, more preferably by 100°C or more.
  • the particle size of the endothermic agent is preferably in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably in the range of 1 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the particle diameter of the endothermic agent is the value of the median diameter (D50) measured with a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.
  • the content thereof is 10% by mass to 95% by mass with respect to all components of the foam sheet containing the endothermic agent and the resin as the matrix, from the viewpoint of easily realizing suitable endothermic properties. It is preferably in the range of % by mass, more preferably in the range of 50% by mass to 90% by mass, and even more preferably in the range of 65% by mass to 90% by mass.
  • the content of the resin in the foam sheet is preferably in the range of 5 to 90% by mass, more preferably 10 to 50% by mass, from the viewpoint of easily adjusting the content of the voids and the heat-absorbing agent and improving the content of both. is more preferred, and a range of 10 to 35% by mass is even more preferred.
  • the amount ratio of the heat absorbing agent and the resin is preferably 80/20 to 15/85 in terms of the solid content mass ratio represented by the heat absorbing agent/resin. It is preferably 70/30 to 30/70, more preferably.
  • the foam sheet may further contain a heat storage material.
  • the endothermic agent described above is a substance that decomposes by absorbing heat.
  • the heat storage material is positioned as a substance that absorbs heat when the phase changes from solid to liquid, and releases heat when the phase changes from liquid to solid. If a heat storage material with a relatively high temperature (that is, melting point) that causes a phase change is selected, the heat generated during charging of the secondary battery can be absorbed by the heat storage material, thereby suppressing a rapid temperature rise of the secondary battery. It is possible to prevent deterioration and ignition of the secondary battery.
  • a heat storage material that causes a phase change at a relatively low temperature when the temperature of the secondary battery drops as the ambient temperature drops, the heat stored in the heat storage material is released, can prevent the temperature from dropping.
  • the melting point of the heat storage material is preferably 15° C. to 60° C., more preferably 20° C. to 50° C., from the viewpoint of suppressing a rapid temperature rise of the secondary battery and better absorbing heat generated during charging. is more preferred, and 30°C to 45°C is even more preferred.
  • the heat storage material is not particularly limited, but examples thereof include fatty acid esters and alkanes (paraffins). These compounds may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • fatty acid esters include methyl myristate, methyl palmitate, ethyl palmitate, methyl stearate, and ethyl stearate. Among them, preferred are methyl palmitate, ethyl palmitate, methyl stearate and ethyl stearate, and more preferred is methyl stearate.
  • alkanes examples include hexadecane, heptadecane, octadecane, nonadecane, icosane, henicosane, and docosane.
  • heptadecane, octadecane, nonadecane, icosane, henicosane and docosane are preferred, nonadecane, icosane, henicosane and docosane are more preferred, and icosane, henicosane and docosane are even more preferred.
  • Such a heat storage material is preferably in the form of coated particles coated with a shell made of an organic material such as melamine resin, acrylic resin, or urethane resin.
  • the average particle size of the coated particles is not particularly limited, but is preferably 10 ⁇ m to 3000 ⁇ m. By using coated particles having an average particle diameter within this range, voids can be easily formed between the coated particles in the foamed sheet, and good moldability can be easily realized.
  • the average particle size is more preferably 30 ⁇ m or more, still more preferably 50 ⁇ m or more, and particularly preferably 100 ⁇ m or more.
  • the average particle size is more preferably 2000 ⁇ m or less, and even more preferably 1000 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the primary particles is within the above range.
  • the average particle diameter of the coated particles is measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., "LA-950V2"), and the obtained median diameter (the particle diameter corresponding to 50% of the volume cumulative distribution : 50% particle size).
  • thermomemory FP-16, FP-25, FP-31, FP-39 (all trade names) manufactured by Mitsubishi Paper Mills, and Riken Resin PMCD-15SP manufactured by Miki Riken Kogyo Co., Ltd., as those having an outer shell made of melamine resin.
  • 25SP, 32SP all trade names
  • Riken resins LA-15, LA-25, LA-32 (all trade names) manufactured by Miki Riken Kogyo Co., Ltd., etc. as those having an outer shell made of silica
  • Polymethyl methacrylate Micronal DS5001X, 5040X both trade names) manufactured by BASF, etc. as those having an outer shell made of resin
  • NJ2721 both are trade names
  • the foam sheet may contain other additives as necessary.
  • Other additives include, for example, flame retardants, harmful substance adsorbents such as formaldehyde, deodorants, color pigments, and the like.
  • flame retardant organic flame retardants and inorganic flame retardants can be used as appropriate.
  • organic flame retardant include phosphorus compounds, halogen compounds, and guanidine compounds, and specific examples include primary ammonium phosphate, secondary ammonium phosphate, triester phosphate, phosphite, and phosphonium.
  • inorganic flame retardants include antimony and aluminum compounds, boron compounds, and ammonium compounds. ammonium sulfate, ammonium sulfamate and the like. A flame retardant may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • the thickness of the foamed sheet is preferably 100 ⁇ m to 20000 ⁇ m, more preferably 100 ⁇ m to 6000 ⁇ m, even more preferably 100 ⁇ m to 3000 ⁇ m, even more preferably 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m. In this case, it is possible to further improve handling properties such as cushioning properties, mechanical strength, and workability of the foamed sheet.
  • the 25% compressive strength of the foam sheet is preferably 10 kPa or more, more preferably 10 kPa to 1000 kPa, more preferably 15 kPa to 700 kPa, and 15 kPa to 600 kPa. It is more preferable from the viewpoint of Here, the 25% compressive strength was determined according to JIS K 6767 by setting a foam sheet cut into 30 mm squares and having a thickness of about 1 mm, and compressing the foam sheet at a rate of 0.5 mm/min at 23°C to about 0.00. It refers to the value obtained by measuring the strength when compressed to 25 mm (25% of the original thickness).
  • the foam sheet should preferably have a mandrel diameter of 25 mm or less, more preferably 20 mm or less, and 16 mm or less at which cracks occur in a bending resistance test in accordance with JIS K5600-5-1 (1999). is more preferred.
  • a foam sheet that satisfies these requirements can ensure suitable flexibility and excellent conformability to the surfaces of various members.
  • the tensile strength in the machine direction and width direction of the foam sheet is preferably 100 kPa or more, more preferably 200 kPa to 18000 kPa. In this case, it is possible to obtain a tough foam sheet while having flexibility. In addition, such a foamed sheet is less likely to crack during processing, transportation, and the like, and is preferable because it can exhibit suitable workability, handleability, transportation suitability, bending suitability, and the like.
  • the tensile elongation at break in the tensile test of the foam sheet is preferably 5% to 1500% in the machine direction, more preferably 30% to 1000%, still more preferably 50% to 950%, Especially preferred is 60% to 800%.
  • the tensile elastic modulus and tensile elongation of the foamed sheet are within the above ranges, it is possible to achieve excellent flexibility while being strong, and workability and workability in assembling the secondary battery of the present invention are favorable.
  • the tensile strength in the machine direction and width direction of the foam sheet was measured according to JIS K 6251 by using a Tensilon tensile tester to test the foam sheet cut into dumbbell No. 1 at 23 ° C. and 50% RH. It is the maximum strength measured under the conditions of a tensile speed of 500 mm/min in the environment.
  • the foam sheet that constitutes the secondary battery of the present invention preferably has a wide range of effective strain due to stress and a large compressibility, which is calculated from a stress-compression strain curve obtained in a compression test of the foam sheet.
  • the average cell diameter in the machine direction and width direction of the foamed sheet is preferably in the range of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably in the range of 30 ⁇ m to 400 ⁇ m, even more preferably in the range of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the cushioning property is excellent.
  • the ratio of the average cell diameters in the machine direction and the width direction of the foamed sheet is preferably 0.2 to 4, more preferably 0.3 to 3, and further It is preferably 0.4 to 1. Within the above ratio range, variation in flexibility and tensile strength in the machine direction and width direction of the foam sheet is less likely to occur.
  • the average cell diameter in the thickness direction of the foamed sheet is preferably in the range of 3 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably in the range of 5 ⁇ m to 80 ⁇ m, even more preferably in the range of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the average cell diameter in the thickness direction of the foam sheet is preferably 1/2 or less, more preferably 1/3 or less, of the thickness of the foam sheet.
  • the ratio of the average cell diameter in the width direction to the diameter (average cell diameter in the width direction/average cell diameter in the thickness direction) is preferably 1 or more, more preferably 3 or more, and 4. ⁇ 25 is more preferred.
  • the foam sheet has such a ratio of average cell diameters, the sheet has excellent flexibility in the thickness direction and further excellent adhesion to the case and battery cells.
  • the average cell diameter in the width direction, flow direction, and thickness direction of the foam sheet can be measured in the following manner. First, the foam sheet is cut to a size of 1 cm in the width direction and 1 cm in the machine direction. Next, a digital microscope (trade name “KH-7700”, manufactured by HiROX) is set at a magnification of 200 times to observe a cut surface of the foam sheet in the width direction or the machine direction. At that time, all the bubble diameters of the bubbles existing within a range of 1.5 mm in the flow direction or width direction of the cut surface are measured. Next, the range of 1.5 mm is changed, and all the bubble diameters of the bubbles existing in arbitrary ten ranges are measured. Let the value which calculated the average value of the bubble diameter measured above be an average bubble diameter.
  • the use of a foam sheet having a closed-cell structure is preferable from the viewpoint of effectively preventing water infiltration or dust from the cut surface of the foam sheet.
  • the shape of the cells forming such a closed cell structure is such that the average cell diameter in the flow direction, width direction, or both directions is larger than the average cell diameter in the thickness direction, so that moderate cushioning properties can be obtained. It is preferable to obtain
  • the apparent density of the foam sheet is 0.08 g/cm 3 to 0.7 g/cm 3 , since it is easy to achieve both impact resistance and adhesion by adjusting the compressive strength, average cell diameter, etc. within the above ranges.
  • 0.1 g/cm 3 to 0.65 g/cm 3 more preferably 0.2 g/cm 3 to 0.65 g/cm 3 , particularly preferably 0.3 g/cm 3 to 0.6 g/cm 3 be.
  • the apparent density is a value calculated by measuring the mass of a foam sheet cut into a rectangle of 4 cm ⁇ 5 cm in accordance with JIS K 6767 and preparing about 15 cm 3 .
  • the density, compressive strength, tensile strength, etc. of the foam sheet can be appropriately adjusted depending on the material and foam structure of the foam sheet.
  • the foam sheet provided in the secondary battery of the present invention can be produced by a method including mechanical foaming or chemical foaming.
  • the foamed sheet can be produced by mechanically foaming the emulsion resin described above, or a resin composition further containing a heat-absorbing agent, a heat-storage material, etc. in addition to the emulsion resin described above, followed by coating, casting, and drying. .
  • the resin composition may be cured by heat, ultraviolet rays, or the like, if necessary, after being dried.
  • the resin composition further containing a thermal decomposition type foaming agent and a foaming aid is supplied to an extruder and melt-kneaded to obtain a sheet.
  • a sheet is obtained by extruding into a shape, and a thermally decomposable foaming agent in the sheet is foamed.
  • the thermal decomposition type foaming agent includes azodicarbonamide, N,N'-dinitrosopentamethylenetetramine, p-toluenesulfonyl semicarbazide, etc., and may be used alone or in combination of two or more. .
  • the amount of the thermally decomposable foaming agent added is usually preferably 1 part by mass to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin, from the viewpoint of easily adjusting the foaming ratio, tensile strength, compression recovery rate, etc. within the desired range. , more preferably 1 to 30 parts by mass.
  • the method for foaming the thermally decomposable foaming agent in the sheet is not particularly limited, and examples thereof include a method of heating with hot air, infrared rays, a salt bath, or an oil bath.
  • the content of the heat-absorbing agent in the resin composition is such that the amount ratio of heat-absorbing agent/resin in the foam sheet is within the above range, that is, the solid content represented by heat-absorbing agent/resin
  • the weight ratio is preferably 80/20 to 15/85, more preferably 70/30 to 30/70.
  • the resin composition may optionally be mixed with a surfactant, a thickener, a flame retardant, a cross-linking agent, and the like.
  • a surfactant can be mixed in the resin composition for the purpose of miniaturizing and stabilizing foamed foam.
  • the surfactant is preferably an anionic surfactant, and more preferably a fatty acid ammonium surfactant such as ammonium stearate.
  • Surfactant may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • the content thereof is preferably 30 parts by mass or less relative to 100 parts by mass (solid content) of the resin, since it facilitates obtaining suitable foaming properties. 5 to 20 parts by mass is more preferable, and 3 to 15 parts by mass is even more preferable.
  • a thickening agent can be mixed in order to improve the stability and film-forming properties of the foamed foam.
  • thickeners include acrylic acid-based thickeners, urethane-based thickeners, polyvinyl alcohol-based thickeners, and the like. Among them, acrylic acid-based thickeners and urethane-based thickeners are preferred.
  • the content is preferably 0.1 to 10 parts by mass, and 0.5 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass (solid content) of the resin. more preferred.
  • a curing agent may be mixed with the resin composition.
  • the curing agent can be appropriately selected according to the type of resin used, and examples thereof include epoxy curing agents, melamine curing agents, isocyanate curing agents, carbodiimide curing agents, oxazoline curing agents and the like.
  • the foam sheet may be a laminate having adhesive layers on both outermost layers, as shown in FIG. 3, for example. . That is, in the secondary battery of the present invention, a plurality of battery cells may be fixed by the adhesive layer further included in the foam sheet.
  • adhesives capable of forming an adhesive layer include those containing resins such as natural rubber, synthetic rubber, acrylic resins, silicone resins, urethane resins, and vinyl ether resins as binders.
  • the form of the pressure-sensitive adhesive may be any of solvent-based, emulsion-based, water-based, hot-melt-type, and non-solvent-based, such as active energy ray-curable type such as ultraviolet rays and electron beams.
  • the respective adhesive layers may have the same adhesive strength or different adhesive strengths.
  • one of the adhesive layers may be a so-called strong adhesive layer and the other may be a weak adhesive layer.
  • each adhesive layer may have the same composition or different compositions.
  • the adhesive strength of the adhesive layer can also be designed in consideration of disassembly of the secondary battery.
  • the pressure-sensitive adhesive that can form the pressure-sensitive adhesive layer preferably contains a solvent from the viewpoint of maintaining good coating workability. Examples of the solvent that can be used include toluene, xylene, ethyl acetate, butyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, and hexane.
  • the aqueous solvent which consists mainly of water or water can be used.
  • the pressure-sensitive adhesive capable of forming the pressure-sensitive adhesive layer may contain a tackifying resin, a cross-linking agent, other additives, etc., if necessary.
  • tackifying resins include rosin, polymerized rosin, polymerized rosin ester, rosin phenol, stabilized rosin ester, disproportionated rosin ester, terpene, terpene phenol fat, petroleum resin, and the like.
  • tackifying resins include rosin, polymerized rosin, polymerized rosin ester, rosin phenol, stabilized rosin ester, disproportionated rosin ester, terpene, terpene phenol fat, petroleum resin, and the like.
  • Various tackifying resins can be mentioned.
  • cross-linking agents examples include known cross-linking agents such as isocyanate-based, epoxy-based, aziridine-based, polyvalent metal salt-based, metal chelate-based, keto-hydrazide-based, oxazoline-based, carbodiimide-based, silane-based, and glycidyl (alkoxy)epoxysilane-based agents. agents, which can be used for the purpose of improving the cohesive strength of the adhesive layer.
  • Other additives include known foaming agents, plasticizers, softeners, antioxidants, fillers such as glass and plastic fibers, balloons, beads, and metal powders, colorants such as pigments and dyes, and pH adjusters. agents, film forming aids, leveling agents, thickeners, water repellents, antifoaming agents and the like. These other additives can be added within a range that does not impair the desired effects of the present invention.
  • the thickness of the adhesive layer is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably in the range of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the adhesive layer may contain the endothermic agent described above.
  • the foam sheet may also be a laminate having a flame barrier layer. If the foam sheet has a flame-blocking layer, even if the secondary battery catches fire due to rapid heat generation or temperature rise, the flame is blocked, which is effective in preventing or delaying the spread of fire to other battery cells.
  • the flame shielding layer is provided inside the adhesive layer.
  • the flame-shielding layer woven fabrics, non-woven fabrics, inorganic fiber sheets made of inorganic fibers, non-combustible paper, and the like can be suitably used.
  • the flame-shielding layer can be provided, for example, by laminating an inorganic fiber sheet on one surface of the foam sheet, as shown in FIG.
  • the inorganic fiber sheet that can be applied to the flame barrier layer include glass cloth made of glass wool, rock wool, glass fiber, or the like.
  • An inorganic fiber sheet may be used independently or may be used in combination of 2 or more types.
  • the thermal conductivity of the inorganic fiber sheet that can be applied to the flame barrier layer is preferably 0.1 W/m ⁇ K or less, more preferably 0.05 W/m ⁇ K or less, from the viewpoint of exhibiting good flame barrier properties. preferable.
  • the thermal conductivity of glass wool is about 0.045 W/m ⁇ K.
  • non-combustible paper that can be applied to the flame barrier layer include paper coated with, impregnated with, or internally added with a flame retardant to impart self-extinguishing properties and suppress the spread of flames.
  • the flame retardant include metal oxides such as magnesium hydroxide and aluminum hydroxide, basic compounds such as phosphates, borates and stefamates, and glass fibers.
  • the thickness of the flame barrier layer is not particularly limited, and can be set as appropriate within a range of, for example, 10 to 1000 ⁇ m. Further, the weight per unit area of the inorganic fiber sheet as the flame barrier layer is preferably 1 to 1000 mg/cm 2 .
  • the foam sheet is a laminate further comprising a layer containing a heat-absorbing agent and a resin as a matrix, and an adhesive layer, a flame-shielding layer, an adhesive layer, or other arbitrary layers, such a laminate
  • a method of applying the above-described adhesive to the surface of the release sheet, forming an adhesive layer by drying or the like, and transferring the adhesive layers to both surfaces of the foam sheet A step of superimposing a flame barrier layer via an adhesive layer according to the above, and transferring a prefabricated adhesive layer to the other surface of the foam sheet and the surface of the flame barrier layer, respectively; a heat absorbing material on the flame barrier layer It can be produced through a step of foaming by applying and heating a resin containing.
  • such a laminate can be produced by directly coating the above-described adhesive on both surfaces of the foam sheet and drying to form an adhesive layer.
  • adhesives capable of forming the adhesive layer include urethane resin adhesives, acrylic resin adhesives, polyester resin adhesives, and the like.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a second embodiment of the secondary battery of the present invention.
  • the secondary battery 100 of the second embodiment will be described below, but the description will focus on the differences from the secondary battery 100 of the first embodiment, and the description of the same items will be omitted.
  • a plurality of cylindrical battery cells 1 are arranged inside a rectangular case 10 .
  • a foam sheet 20 is arranged on the inner surface of the case 10 .
  • the plurality of battery cells 1 are accommodated (arranged) in the case 10 in a matrix with the longitudinal direction (axial direction) being the thickness direction (height direction) of the case 10 .
  • an external connection positive electrode terminal 12 collectively connected to the plurality of positive electrode tabs 29 and an external connection negative electrode terminal 13 collectively connected to the plurality of negative electrode tabs 39 are provided. It is
  • each battery cell 1 can also be a normal cylindrical battery cell.
  • the outer periphery of each battery cell 1 may be covered with the foam sheet 30 , or a plurality of battery cells 1 arranged in a row may be collectively covered with the foam sheet 30 .
  • the foam sheet 30 having a flame barrier layer only on one side, the surface of the flame barrier layer faces the battery cell 1 (for example, the flame barrier layer is in contact with the battery cell 1).
  • the foam sheet 30 is preferably arranged.
  • the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments.
  • any configuration for any other purpose may be added to the configurations of the above-described embodiments, or may be replaced with any configuration that exhibits similar functions.
  • the foam sheet 20 and the foam sheet 30 may each be a laminate in which a plurality of sheets are laminated.
  • foam sheet 100 parts by mass of resin 1 (water-dispersible acrylic resin emulsion), 6 parts by mass of foam stabilizer 1 (sulfonic acid-type anionic surfactant), and 3 parts by mass of cross-linking agent 1 (oxazoline group-containing polymer) are blended and stirred with a disper. Mixed (2000 rpm, 3 minutes) to make a mechanical foam binder. The prepared binder was stirred and foamed so that the foaming ratio was doubled, and the stirring was continued for 5 minutes to obtain a foamable mixture. The resulting foamable mixture was applied onto a polyethylene terephthalate (PET) film with an applicator. Next, after heating for 5 minutes at 105° C.
  • resin 1 water-dispersible acrylic resin emulsion
  • foam stabilizer 1 sulfonic acid-type anionic surfactant
  • cross-linking agent 1 oxazoline group-containing polymer
  • Sheet 1 had a specific gravity of 0.23 and a mass of 230 g/m 2 .
  • a cross section obtained by cutting the sheet 1 was confirmed with an electron microscope (Digital Microscope VHX-900 manufactured by Keyence Corporation).
  • Example 2 100 parts by mass of resin 1 (water-dispersible acrylic resin emulsion), 6 parts by mass of foam stabilizer 1 (sulfonic acid-type anionic surfactant), and 3 parts by mass of cross-linking agent 1 (oxazoline group-containing polymer) are blended and stirred with a disper. Mixed (2000 rpm, 3 minutes) to make a mechanical foam binder. The prepared binder was stirred and foamed so that the foaming ratio was doubled, and 240 parts by mass of aluminum hydroxide as an endothermic agent was added thereto, and stirring was continued for 5 minutes to obtain an foamable mixture. . The resulting foamable mixture was applied onto a polyethylene terephthalate (PET) film with an applicator.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the sheet was heated at 120° C. for 3 minutes, turned over, and further heat-treated at 120° C. for 3 minutes for curing to produce a foamed sheet 2 having a thickness of 1 mm. .
  • the sheet 2 had a specific gravity of 0.64, a mass of 640 g/m 2 , and a mass of the endothermic agent in the sheet 2 of 514 g/m 2 .
  • a cross section obtained by cutting the sheet 2 was confirmed with an electron microscope (Digital Microscope VHX-900 manufactured by Keyence Corporation).
  • Examples 3-4 Sheets 3 and 4, which are foamed sheets, were produced in the same manner as in Example 2, except that the types and blending amounts of resin 1, foam stabilizer 1, cross-linking agent 1, and endothermic agent were as shown in Table 1.
  • Example 5 After applying 100 parts by mass of resin 2 (vinyl chloride resin paste) onto a PET film with an applicator, pre-drying was performed by heating at 100 ° C. for 5 minutes, followed by heat treatment at 140 ° C. for 10 minutes to cure. Sheet 5 was produced.
  • a plastisol coating solution was prepared by mixing 100 parts by mass of resin 2 (vinyl chloride resin paste) and 120 parts by mass of aluminum hydroxide as an endothermic agent, and this plastisol coating solution was applied onto a PET film using an applicator. After that, after heating for 5 minutes at 100° C. for preliminary drying, it was cured by heat treatment at 140° C. for 10 minutes to produce a sheet 6 having a thickness of 1 mm.
  • Example 1 Using the foam sheet 1 obtained in Example 1, a secondary battery of the first embodiment was produced.
  • Examples 2 to 4 Secondary battery modules were produced in the same manner as in Example 1 using the foamed sheets 2 to 4 obtained in Examples 2 to 4, respectively.
  • Example 5 A glass cloth (thickness: 140 ⁇ m) was laminated on one surface of the foamed sheet 1 obtained in Example 1 via an adhesive layer to obtain a laminate.
  • a secondary battery module was produced by sandwiching the obtained laminate between battery cells.
  • the inflection point at which the stress fluctuation range during compression begins to become ⁇ 10% is defined as the yield point
  • the point at which the stress against compression begins to increase again is defined as the effective strain end point
  • the compressibility at the effective strain end point was determined.
  • the stress-compressive strain curve of Example 1 illustrates the yield point and effective strain endpoint. Table 1 shows the results.
  • sheets 1 to 4 have a wide range of effective strain due to stress (from the yield point to the effective strain end point) and have a large compressibility at the effective strain end point. It is preferable as a sheet that can absorb the expansion of
  • the secondary battery of the present invention has a structure capable of absorbing expansion and contraction accompanying deterioration over time of the battery cells that constitute such a secondary battery. That is, it is useful in various applications as a secondary battery with improved battery safety as well as ensuring battery performance and battery life.

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Abstract

本発明が解決しようとする課題は、二次電池を構成するバッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収し得うる構造を有する、二次電池を提供することである。本発明は、2つ以上のバッテリーセルと、前記バッテリーセルを収納するケースと、前記ケースの内面に配置された発泡シート及び隣り合う前記バッテリーセル同士を隔離するように配置された発泡シートのいずれか又は両方を有することを特徴とする二次電池に関するものである。

Description

二次電池
 本発明は、二次電池に関する。
 パソコン、携帯電話、ビデオカメラ等の小型化に対応し、電池にも小型軽量化の要求が高まり、高性能な二次電池が普及している。また、例えばリチウムイオン二次電池は電気自動車又はハイブリッド車の車載電源としても用いられ、各種性能の向上が図られている。近年は二次電池の高容量化が進んでおり、リチウムイオン二次電池を構成する正極材、負極材、セパレータ、電解液等の各構成要素を収容し密封したバッテリーセルを複数積層してユニット化し、バスパーを用いて直列又は並列に接続した二次電池(二次電池モジュール)が開示されている(例えば特許文献1参照)。
 二次電池を構成するバッテリーセルは、経時的な劣化により、バッテリーセル内の内圧が上昇してバッテリーセルのケースが膨張することが知られている。バッテリーセルのケースが膨張すると、複数のバッテリーセルを積層した二次電池ではバッテリーセルのケース外面が膨出し、二次電池モジュールの外形が変化する不具合を生じ、二次電池の性能が低下する。
 バッテリーセルの膨張又は収縮を抑制するため、例えば、バッテリーセルユニットを積層方向に拘束した枠状のフレームを有し、バッテリーセルユニットの積層方向の両端部に配置される端部のセパレータのフレームと対向する方向に設けられる各々の角部と、端部のセパレータの各々の角部と対向するフレームの各々の角部との間に隙間を設けた二次電池(特許文献2参照);バッテリーセルが複数積層された積層方向における一端部にプレート材、伸縮部材及びクリープ変形し得る接続部材を備える特定のセルスタック構造(特許文献3参照)等が提案されている。
特開2013-161681号公報 特開2017-162810号公報 特開2021-111573号公報
 しかしながら、特許文献2の構造は、フレームの剛性によっては二次電池の組立性に依然として改良の余地があり、特許文献3の構造は、二次電池ケースに伸縮部材や接続部材等の特殊な機構を必要とし、製造コスト等になお課題がある。
 また、二次電池の高容量化に伴い、高速充電時や高出力放電時の発熱によって二次電池の温度が上昇すると、二次電池の劣化の原因となるほか、急激な温度上昇や熱暴走による発火や電池の破損の危険性が生じる。したがって、二次電池の安全性を高め、劣化を抑制する方法の開発も求められている。
 本発明の目的は、二次電池を構成するバッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収し得うる構造を有する、二次電池を提供することにある。本発明の目的はまた、バッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収できると共に、発熱による二次電池劣化や、熱暴走による発火や破損を防止し得る構造を有する二次電池を提供することにある。
 本発明は、下記(1)~(6)に関する。
(1) 2つ以上のバッテリーセルと、前記バッテリーセルを収納するケースと、該ケースの内面に配置された発泡シート及び隣り合う前記バッテリーセル同士を隔離するように配置された発泡シートのいずれか又は両方を有する、二次電池。(2) 前記発泡シートが、さらに両側の最外層に粘着層を有する発泡シートであり、前記バッテリーセルが前記粘着層によって固定されている、(1)に記載の二次電池。(3) 前記発泡シートが、さらに遮炎層を有する発泡シートである、(1)又は(2)に記載の二次電池。(4) 前記発泡シートが、吸熱剤又は蓄熱材の1種以上を含有する発泡シートである、(1)~(3)のいずれかに記載の二次電池。(5) 各前記バッテリーセルが、各前記バッテリーセルが有する正極端子及び負極端子が露出した状態で、前記発泡シートで被覆されている、(1)~(4)のいずれかに記載の二次電池。(6) 前記発泡シートの厚さが、100~20000μmである、(1)~(5)のいずれかに記載の二次電池。
 本発明によれば、二次電池を構成するバッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収し得うる構造を有する、二次電池を提供できる。また本発明によれば、バッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収できると共に、発熱による二次電池劣化や、熱暴走による発火や破損を防止し得る構造を有する二次電池を提供できる。
本発明の二次電池の第1実施形態を示す斜視図である。 本発明の二次電池の第2実施形態を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 本発明の二次電池が備える発泡シートの一例の模式的断面図である。 本発明の二次電池が備える発泡シートの一例の模式的断面図である。 例1~例6で得たシート1~6の応力-圧縮歪曲線である。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
 本発明の二次電池は、2以上のバッテリーセルと、前記バッテリーセルを収納するケースと、該ケースの内面に配置された発泡シート及び隣り合う前記バッテリーセル同士を隔離するように配置された発泡シートのいずれか又は両方を有する。
 ここで、隣り合うバッテリーセル同士を隔離するように発泡シートが配置されている場合、好適にはかかる発泡シートはバッテリーセル間に挟持されている。
 二次電池の種類は特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサー、キャパシター等が挙げられる。中でも、好適な適用対象として、リチウムイオン電池が挙げられる。
 以下、本発明の二次電池について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
 <第1実施形態>
 まず、本発明の二次電池の第1実施形態について説明する。
 図1は、本発明の二次電池の第1実施形態を示す斜視図である。
 図1に示す二次電池100は、例えば、車両等に搭載される二次電池であり、複数のバッテリーセル1と、バッテリーセル1を収納するケース10とを有している。
 二次電池を構成するバッテリーセル1は、例えば電池用外装フィルムを外装材として、該外装材内に、少なくとも正極材、負極材、セパレータ、正極端子、及び負極端子等を備えた電池素子を封入したバッテリーセルであることができる。
 該外装材は、例えば電池用外装フィルムのシーラント層同士がヒートシールされることで形成されており、周縁にフランジ部(シーラント層同士がヒートシールにより密着している領域)を有する。また、該フランジ部から、正極材及び負極材の各々に接続された正極タブ(正極端子)29及び負極タブ(負極端子)39が外部に突出しており、図1に示すように、正極タブ29および負極タブ39が露出した状態で、封止体5により封止されている。
 本実施形態の二次電池100は、かかるバッテリーセル1の複数個をケース10に収納して構成されている。なお、ケースは例えばアルミニウム、鉄、又はこれらを含む金属材料、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂材料により形成でき、樹脂材料で形成すると、二次電池の軽量化に寄与すると共に、発泡シートとの密着性を高めることもできる。
 ケース10は、底部と周壁部とを有する箱状の部材で構成され、開口部を塞ぐように蓋体(図示せず。)が装着される。蓋体には、ケース10に装着した状態で、複数の正極タブ29に一括して接続される外部接続用正極端子と、複数の負極タブ39に一括して接続される外部接続用負極端子とが設けられている。
 このケース10の内面に発泡シート20が配置され、また隣り合う前記バッテリーセル同士を隔離するように、好ましくはバッテリーセル間に挟持された態様で発泡シート30が配置されている。
 本発明の二次電池では、発泡シートはケースの内面及びバッテリーセル間の両方に配置されているのが好ましい。
 かかる構成により、二次電池の経時劣化に伴うバッテリーセルの膨張又は収縮を、発泡シートが有するクッション性により吸収することができる。
 ここで、本願明細書において、シートのクッション性とは、シートの柔軟性、耐衝撃性、圧縮試験における復元性が良好であることに限られず、特に、シートの圧縮試験において得られる応力-圧縮歪曲線より算出される、応力による有効歪の範囲が広く、また圧縮率が大きいことを意味する。
 本発明の二次電池では、圧縮試験において得られる応力-圧縮歪曲線より算出される、応力による有効歪みの範囲が広く、圧縮率が大きいシートとして、発泡体ではない態様のシートを用いることもできる。但し、かかるクッション性をより奏する態様としては発泡シートが極めて好ましい。
 発泡シートがバッテリーセル間に挟持されていると、バッテリーセル間の温度影響を断熱性により抑制でき、そのクッション性によりバッテリーセルの膨張による体積変化の緩衝材として作用し、例えば積層厚み方向の膨張を吸収でき、二次電池の内部圧力上昇を緩和しやすい。なお、本発明の二次電池において、発泡シートは2以上の全てのバッテリーセル間に挟持される態様であってもよく、一部のバッテリーセル間に挟持されている態様であってもよい。
[発泡シート]
 本発明の二次電池を構成する発泡シートは、樹脂の発泡体からなるシートであってよく、マトリックスとしての樹脂及び後述する吸熱剤、蓄熱材をさらに含有する単層のシートであってよい。また、発泡シート層に、後述する粘着剤層、遮炎層、又は他の任意の構成からなる層をさらに備える積層体であってもよい。
 以下、特に断らない場合は、樹脂を含有する層のみからなる単層のシートを「発泡シート」と称する。
 発泡シートを、バッテリーセルを収納するケースの内面に配置する際、又は隣り合うバッテリーセル同士を隔離するように配置する際に、例えば接着剤、融着(超音波融着、高周波融着、熱融着)、粘着剤等を用いることができる。発泡シートがさらに両側の最外層に粘着層を有する積層体である場合には、特にバッテリーセル間へ発泡シートを挟持するに際して、接着剤や粘着剤のさらなる使用を省略でき、作業性の観点から有利である。そして、バッテリーセルがかかる粘着層によって固定されるため、バッテリーセルのずれを防止できる。
 また、前記発泡シートが、さらに遮炎層を有する発泡シートであるか、後述する吸熱剤又は蓄熱材の1種以上を含有する発泡シートであるか、遮炎層を有し、かつ吸熱剤又は蓄熱材の1種以上を含有する発泡シートであると、バッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収できると共に、発熱による二次電池劣化や、熱暴走による発火や破損を防止し得る。
 換言すれば、高速充電時や高出力放電時の発熱や、内部短絡等による二次電池の急激な温度上昇を抑制し、発熱による二次電池劣化や、熱暴走による発火や破損の被害を最小限に抑え、異常高温になったバッテリーセルの熱を吸熱及び消火することで、他のバッテリーセルへの連爆を防止又は遅延し得る構造を有する二次電池を提供できる。
<樹脂>
 発泡シートの材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及びエラストマー樹脂が挙げられる。
 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、ポリイソブチレン樹脂、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、アクリル樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ノボラック樹脂、ポリウレタン樹脂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、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、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。
 エラストマー樹脂としては、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、エチレン-プロピレンゴム、天然ゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、ポリスチレン-ポリブタジエンジブロック共重合体又はその水素添加物、ポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレントリブロック共重合体又はその水素添加物、ポリスチレン-ポリイソプレンジブロック共重合体又はその水素添加物、ポリスチレン-ポリイソプレン-ポリスチレントリブロック共重合体又はその水素添加物等が挙げられる。
 これらの樹脂は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。発泡シートの機械的強度や、後述する吸熱剤、蓄熱材等の樹脂中の分散性を向上させる観点から、上記した中でも熱可塑性樹脂が好ましい。
 また、発泡シートが後述する吸熱剤、蓄熱材をさらに含有する場合、空隙部を有する構造を形成しやすく、また空隙率の確保が容易である観点から、樹脂として、機械発泡により空隙部を形成し得るエマルジョン樹脂が好ましい。エマルジョン樹脂としては、例えばアクリル系エマルジョン樹脂、ウレタン系エマルジョン樹脂、エチレン-酢酸ビニル系エマルジョン樹脂、塩化ビニル系エマルジョン樹脂、エポキシ系エマルジョン樹脂等が挙げられる。中でも、アクリル系エマルジョン樹脂は、耐熱性や断熱性に優れることから好ましい。
 アクリル樹脂としては、例えば(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含むモノマー成分を重合した樹脂が挙げられる。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」はアクリル、メタアクリル及びそれらの双方を総称する用語である。「(メタ)アクリレート」はアクリレート、メタアクリレート及びそれらの双方を総称する用語である。
 (メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(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、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらは1種類を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 また、アクリル樹脂を得るためのモノマー成分として、上記した(メタ)アクリル酸アルキルエステルの他に、極性基含有モノマーを含んでもよい。極性基含有モノマーとしては、例えば(メタ)アクリル酸、イタコン酸等のエチレン性不飽和基を有するカルボン酸;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリレート;(メタ)アクリロニトリル、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルラウリロラクタム、(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート等のエチレン性不飽和基を有する含窒素モノマーが挙げられる。
 アクリル樹脂としては、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレートが好ましく、ポリメチル(メタ)アクリレートがより好ましく、ポリメチルメタクリレート(PMMA)が更に好ましい。
 アクリル樹脂の重量平均分子量は、発泡シートの機械的強度を向上させやすく、また吸熱剤、蓄熱材等を発泡シート中に分散させやすい観点から、1000~100000が好ましく、5000~90000がより好ましく、20000~80000が更に好ましい。ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量である。
 エマルジョン樹脂の平均粒子径は、上記吸熱剤の被覆や、樹脂で被覆された吸熱剤を好適に結着しやすい観点から、30nm~1500nmであることが好ましく、50~1000nmであることがより好ましい。なお、エマルジョン樹脂の平均粒子径は、動的光散乱法により測定される50%メジアン径、例えば、日機装(株)製マイクロトラックUPA型粒度分布測定装置により測定される、体積基準での50%メジアン径を平均粒子径とすることができる。
 発泡シートは、上記した樹脂の発泡体であってもよく、後述する吸熱剤、蓄熱材がマトリックスとしての上記樹脂中に分散し、かつ空隙部を有する構造であってもよい。この場合、発泡シートの比重は0.15~1.6であることが好ましく、0.2~1.0であることがより好ましい。本発明の二次電池を構成する発泡シートの比重が前記範囲であると、バッテリーセル間の温度影響を断熱性により抑制でき、またクッション性によりバッテリーセルの膨張による体積変化の緩衝材として作用し、二次電池の内部圧力上昇を緩和しやすい。さらに、発泡シートの軽量化が容易であり、加工性も良好となる。
<吸熱剤>
 吸熱剤としては、好ましくは80℃以上の温度に吸熱ピークを有する無機水和物、金属水酸化物及び炭酸塩等が挙げられる。具体的には、例えば硫酸カルシウム2水和物、硫酸マグネシウム7水和物、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、ハイドロタルサイト、ホウ酸亜鉛の水和物等が挙げられる。中でも、硫酸カルシウム2水和物、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及び炭酸カルシウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、硫酸カルシウム2水和物、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。吸熱剤は1種類を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 吸熱剤の吸熱開始温度は60℃~750℃の範囲が好ましく、80℃~450℃の範囲がより好ましく、80℃~300℃の範囲がさらに好ましい。
 吸熱剤の吸熱ピーク温度は80℃~800℃の範囲が好ましく、100℃~500℃の範囲がより好ましく、100℃~350℃の範囲がさらに好ましい。
 吸熱剤の吸熱量は100J/g~1200J/gの範囲が好ましく、300J/g~1200J/gの範囲がより好ましい。
 なお、各吸熱剤の吸熱開始温度、吸熱ピーク温度及び吸熱量は、示差走査熱量分析装置(DSC)を用いて、後述する実施例の方法で求めた値である。
 発泡シートは、1種類の吸熱剤を単独で含有していてもよく、2種以上の吸熱剤を含有していてもよい。2種以上の吸熱剤を含有する場合、異なる吸熱開始温度又は異なる吸熱ピーク温度を有する、2種以上の吸熱剤を組み合わせるのが好ましい。例えば吸熱開始温度又は吸熱ピーク温度が相対的に低い吸熱剤(吸熱剤1)と、吸熱開始温度又は吸熱ピーク温度が相対的に高い吸熱剤(吸熱剤2)を混合して用いる場合、温度上昇する過程で吸熱反応を連続的に生じさせ、効果的に熱暴走を抑制できる。また、二次電池は例えば電解液が燃焼することが多く、電解液は引火又は発火により燃焼するが、2種以上の吸熱剤を含有させると、引火点及び発火点それぞれに対応した吸熱開始温度を有する吸熱剤を使用することで、より効果的な消火が可能となる。
 吸熱剤1と吸熱剤2の吸熱開始温度が、50℃以上異なることが好ましく、100℃以上異なることがより好ましい。あるいは、吸熱剤1と吸熱剤2の吸熱ピーク温度が50℃以上異なることが好ましく、100℃以上異なることがより好ましい。
 2種以上の吸熱剤を含有する場合、例えば吸熱剤1と吸熱剤2を含有する場合の各吸熱剤の含有質量比は特に限定されず、吸熱剤1/吸熱剤2の質量比として10/90~90/10の範囲を適宜設定できる。
 吸熱剤の粒径は1μm~100μmの範囲が好ましく、1μm~80μmの範囲がより好ましい。吸熱剤の粒径が前記範囲内であると、発泡シート中において吸熱剤が均一に分散しやすくなり、配合量を多くできる観点から有利である。
 なお、吸熱剤の粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定したメジアン径(D50)の値である。
 発泡シートが吸熱剤を含有する場合、その含有量は、好適な吸熱性を実現しやすい観点から、吸熱剤及びマトリックスとしての樹脂を含有する発泡シートの全成分に対して、10質量%~95質量%の範囲であることが好ましく、50質量%~90質量%の範囲がより好ましく、65質量%~90質量%の範囲がさらに好ましい。
 発泡シート中の樹脂の含有量は、空隙部及び吸熱剤の含有量の調整や、双方の含有量を向上させやすい観点から5~90質量%の範囲であることが好ましく、10~50質量%の範囲がより好ましく、10~35質量%の範囲がさらに好ましい。また、好適な保温性や断熱性を得やすいことから、吸熱剤と樹脂との量比は、吸熱剤/樹脂で表される固形分質量比で、80/20~15/85であることが好ましく、70/30~30/70であることがより好ましい。
<蓄熱材>
 発泡シートは、蓄熱材をさらに含有していてもよい。前記した吸熱剤は熱を吸収することにより分解する物質である。これに対して蓄熱材は、固体から液体へ相変化する際に熱を吸収し、一方で液体から固体へ相変化する際に熱を放出する物質であると位置づけられる。相変化を生じる温度(すなわち、融点)が比較的高い蓄熱材を選択すれば、二次電池の充電時等における発熱を蓄熱材が吸収することで、二次電池の急激な温度上昇等を抑制でき、二次電池の劣化や発火等を防止できる。一方、相変化を生じる温度が比較的低い蓄熱材を選択すれば、周辺温度の低下に伴って二次電池の温度が低下した場合、蓄熱材が蓄えた熱を放出することで、二次電池の温度の低下等を防止できる。
 二次電池の急激な温度上昇等を抑制し、充電時等における発熱をより良好に吸収する観点から、蓄熱材の融点は15℃~60℃であることが好ましく、20℃~50℃であることがより好ましく、30℃~45℃であることがさらに好ましい。
 蓄熱材としては特に限定されないが、例えば脂肪酸エステル、アルカン(パラフィン)等が挙げられる。これらの化合物は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
 脂肪酸エステルとしては、例えばミリスチン酸メチル、パルミチン酸メチル、パルミチン酸エチル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸エチル等が挙げられる。中でもパルミチン酸メチル、パルミチン酸エチル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸エチルが好ましく、ステアリン酸メチルがより好ましい。
 アルカンとしては、例えばヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、イコサン、ヘンイコサン、ドコサン等が挙げられる。中でもヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、イコサン、ヘンイコサン、ドコサンが好ましく、ノナデカン、イコサン、ヘンイコサン、ドコサンがより好ましく、イコサン、ヘンイコサン、ドコサンがさらに好ましい。
 かかる蓄熱材は、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂のような有機材料からなる外殻で被覆された被覆粒子の形態であることが好ましい。この場合、被覆粒子の平均粒子径は特に限定されないが、10μm~3000μmであることが好ましい。かかる範囲の平均粒子径を有する被覆粒子を使用することにより、発泡シートにおいて、被覆粒子同士の間に空隙部を形成しやすく、かつ良好な成形性を実現しやすくなる。
 平均粒子径は30μm以上がより好ましく、50μm以上がさらに好ましく、100μm以上が特に好ましい。また、好適な空隙部の形成や良好な成形性とともに、被覆粒子を発泡シートに保持しやすい観点から、平均粒子径は2000μm以下がより好ましく、1000μm以下がさらに好ましい。なお、一次粒子の平均粒子径が上記範囲であることが好ましい。
 被覆粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、「LA-950V2」)により測定して、得られたメジアン径(体積累積分布の50%に相当する粒径:50%粒径)とすることができる。
 このような被覆粒子としては市販品を用いてもよい。例えば、メラミン樹脂からなる外殻を有するものとして、三菱製紙社製サーモメモリーFP-16,FP-25,FP-31,FP-39(いずれも商品名)、三木理研工業社製リケンレジンPMCD-15SP,25SP,32SP(いずれも商品名)等;シリカからなる外殻を有するものとして、三木理研工業社製リケンレジンLA-15,LA-25,LA-32(いずれも商品名)等;ポリメチルメタクリレート樹脂からなる外殻を有するものとして、BASF社製MicronalDS5001X,5040X(いずれも商品名)等;ウレタン樹脂からなる外殻を有するものとして、JSR社製の「CALGRIP(登録商標)」シリーズのNJ2021,NJ2721(いずれも商品名)等が挙げられる。
<他の添加剤>
 発泡シートは、必要に応じてさらに他の添加剤を含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば難燃剤、ホルムアルデヒド等の有害物質吸着剤、消臭剤、着色顔料等が挙げられる。
 難燃剤としては有機系難燃剤、無機系難燃剤を適宜使用できる。
 有機系難燃剤としては、例えばリン系化合物、ハロゲン化合物、グアニジン化合物であることが好ましく、具体的にはリン酸第一アンモニウム、リン酸第二アンモニウム、リン酸トリエステル、亜リン酸エステル、ホスホニウム塩、リン酸トリアミド、塩素化パラフィン、臭化アンモニウム、デカブロモビスフェノール、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモエタン、デカブロモジフェニルオキシド、ヘキサブロモフェニルオキシド、ペンタブロモフェニルオキシド、ヘキサブロモベンゼン、塩酸グアニジン、炭酸グアニジン、リン酸グアニル尿素等が挙げられる。
 無機系難燃剤としては、例えばアンチモンやアルミニウムの化合物、ホウ素化合物、アンモニウム化合物であることが好ましく、具体的には五酸化アンチモン、三酸化アンチモン、四ホウ酸ナトリウム十水和物(ホウ砂)、硫酸アンモニウム、スルファミン酸アンモニウム等が挙げられる。
 難燃剤は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
<発泡シートの物性>
 発泡シートの厚さは、100μm~20000μmであることが好ましく、100μm~6000μmであることがより好ましく、100μm~3000μmであることがさらに好ましく、100μm~1000μmであることがよりさらに好ましい。この場合、発泡シートのクッション性、力学的強度、及び加工性等の取扱い性をより向上できる。
 発泡シートの25%圧縮強度は10kPa以上であることが好ましく、10kPa~1000kPaであることがより好ましく、15kPa~700kPaであることがより好ましく、15kPa~600kPaであることが、良好なクッション性を発現する観点よりさらに好ましい。
 ここで、25%圧縮強度は、JIS K 6767に準じて、30mm角に切断した厚さ約1mmの発泡シートを設置し、23℃下で0.5mm/分の速度で発泡シートを約0.25mm(もとの厚さの25%分)に圧縮した時の強度を測定して得た値を指す。
 発泡シートは、JIS K5600-5-1(1999)に準拠した耐屈曲性試験において割れの生じるマンドレル直径が、25mm以下であることが好ましく、20mm以下であることがより好ましく、16mm以下であることがさらに好ましい。かかる要件を満たす発泡シートは、好適な柔軟性や各種部材の表面への優れた追従性を確保できる。
 発泡シートの流れ方向及び幅方向の引張強さは、それぞれ100kPa以上であることが好ましく、より好ましくは200kPa~18000kPaである。この場合、柔軟性を有しながらも強靭な発泡シートとすることができる。また、かかる発泡シートは、加工時や搬送時等にも割れが生じ難く、好適な加工性や取扱い性、搬送適正、曲げ適性等を発揮し得るため好ましい。
 発泡シートの引張試験における切断時の引張伸度は、流れ方向の引張伸度が5%~1500%であることが好ましく、より好ましくは30%~1000%、さらに好ましくは50%~950%、特に好ましくは60%~800%である。発泡シートの引張弾性率や引張伸度が当該範囲であると強靭でありながら優れた柔軟性を実現でき、加工性や本発明の二次電池の組立における作業性が良好である。
 なお、発泡シートの流れ方向及び幅方向の引張強さは、JIS K 6251に準じて、ダンベル上1号形に裁断した前記発泡シートを、テンシロン引張試験機を用い、23℃及び50%RHの環境下において、引張速度500mm/minの測定条件で測定した最大強度である。
 さらに、本発明の二次電池を構成する発泡シートとして、発泡シートの圧縮試験において得られる応力-圧縮歪曲線より算出される、応力による有効歪の範囲が広くまた圧縮率が大きいことが好ましい。かかる構成により、二次電池の経時劣化に伴うバッテリーセルの、例えば積層厚み方向の膨張又は収縮を、発泡シートが有するクッション性により吸収することができる。
 発泡シートの流れ方向及び幅方向の平均気泡径は10μm~500μmの範囲が好ましく、30μm~400μmの範囲がより好ましく、50μm~300μmの範囲がさらに好ましい。発泡シートの流れ方向及び幅方向の平均気泡径が前記範囲であると、クッション性に優れる。また、発泡シートの流れ方向及び幅方向の平均気泡径の比(流れ方向における平均気泡径/幅方向における平均気泡径)は0.2~4が好ましく、より好ましくは0.3~3、さらに好ましくは0.4~1である。上記比率範囲であると発泡シートの流れ方向及び幅方向の柔軟性や引張強度のばらつきが生じにくい。
 発泡シートの厚さ方向の平均気泡径は3μm~100μmの範囲が好ましく、5μm~80μmの範囲がより好ましく、5μm~50μmの範囲がさらに好ましい。また、発泡シートの厚さ方向の平均気泡径は、発泡シートの厚さの1/2以下であることが好ましく、1/3以下であることがより好ましい。厚さ方向の平均気泡径や厚さとの比率が当該範囲であると、発泡シートのクッション性に優れると共に、ケースやバッテリーセルとの優れた密着性を実現しやすく、また発泡シートの密度や強度を確保しやすい。
 発泡シートとしては、その厚さ方向の平均気泡径に対する、その流れ方向の平均気泡径の比(流れ方向の平均気泡径/厚さ方向の平均気泡径)、及び、その厚さ方向の平均気泡径に対する、その幅方向の平均気泡径の比(幅方向の平均気泡径/厚さ方向の平均気泡径)が、いずれも1以上であるものが好ましく、3以上であるものがより好ましく、4~25であるものがさらに好ましい。発泡シートがこのような平均気泡径の比を備えると、シートの厚さ方向の柔軟性に優れ、かつケースやバッテリーセルとの密着性により一層優れる。
 なお、発泡シートの幅方向、流れ方向及び厚さ方向の平均気泡径は、下記の要領で測定できる。まず発泡シートを幅方向1cm及び流れ方向1cmの大きさに切断する。次に、デジタルマイクロスコープ(商品名「KH-7700」、HiROX社製)を倍率200倍に設定し、前記発泡シートの幅方向又は流れ方向の切断面を観察する。その際、前記切断面の流れ方向又は幅方向にて1.5mmの範囲に存在する気泡の気泡径を全て測定する。次に、前記1.5mmの範囲を変更し、任意の10か所の範囲に存在する気泡の気泡径を全て測定する。前記で測定した気泡径の平均値を算出した値を平均気泡径とする。
 発泡シートとして独立気泡構造を有するものを用いると、発泡シートの切断面からの浸水又は粉塵を効果的に防止できる観点で好ましい。かかる独立気泡構造を形成する気泡の形状は、その流れ方向又は幅方向、若しくはその両方向の平均気泡径が、その厚さ方向の平均気泡径よりも大きい形状であることが、適度なクッション性を得る上で好ましい。
 発泡シートの見かけ密度は、圧縮強度、平均気泡径等を上記範囲に調整し、耐衝撃性や密着性の両立を実現しやすいことから、0.08g/cm~0.7g/cm、好ましくは0.1g/cm~0.65g/cm、より好ましくは0.2g/cm~0.65g/cm、特に好ましくは0.3g/cm~0.6g/cmである。
 なお、見かけ密度は、JIS K 6767に準じて、4cm×5cmの長方形に切断した発泡シートを約15cm分用意し、その質量を測定して算出した値である。
 発泡シートの密度、圧縮強度及び引張強さ等は、発泡シートの材料や発泡構造により適宜調整できる。
<発泡シートの製造方法>
 本発明の二次電池が備える発泡シートは、機械発泡又は化学発泡を含む方法により作製できる。
 発泡シートは、好ましくは前記したエマルジョン樹脂、又は前記したエマルジョン樹脂に加えて吸熱剤及び蓄熱材等をさらに含有する樹脂組成物を機械発泡させた後、塗布や注型し、乾燥して作製できる。発泡シートの作製に際しては、樹脂組成物は、乾燥した後に、必要に応じて、熱や紫外線等により硬化させてもよい。
 一方、化学発泡による発泡シートの製造方法としては、発泡シートの材料とする樹脂に熱分解型発泡剤や発泡助剤をさらに含有する上記樹脂組成物を押出機に供給して溶融混練し、シート状に押出してシートを得、さらにシート中の熱分解型発泡剤を発泡させる方法が挙げられる。熱分解型発泡剤としてはアゾジカルボンアミド、N,N’-ジニトロソペンタメチレンテトラミン、p-トルエンスルホニルセミカルバジド等が挙げられ、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。熱分解型発泡剤の添加量は、発泡倍率、引張強さ、圧縮回復率等を所望の範囲に調整しやすい観点から、通常、樹脂100質量部に対して1質量部~40質量部が好ましく、1質量部~30質量部がより好ましい。また、シート中の熱分解型発泡剤を発泡させる方法は特に限定されず、例えば熱風、赤外線、塩浴又はオイルバスで加熱する方法等が挙げられる。
 発泡シートが例えば吸熱剤をさらに含有する場合、樹脂組成物中の吸熱剤の含有量は、発泡シート中の吸熱剤/樹脂の量比が上記範囲、すなわち吸熱剤/樹脂で表される固形分質量比で、好ましくは80/20~15/85、より好ましくは70/30~30/70となるように配合すればよい。
 発泡シートを作製する際に、樹脂組成物には、必要に応じて界面活性剤、増粘剤、難燃剤、架橋剤等を混合してもよい。
 例えば、起泡した泡の微細化や安定化のために、樹脂組成物に界面活性剤を混合することができる。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤等のいずれを使用してもよい。
 特に、起泡した泡の安定性を高める観点から、界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤が好ましく、ステアリン酸アンモニウム等の脂肪酸アンモニウム性界面活性剤がより好ましい。界面活性剤は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
 樹脂組成物に界面活性剤を混合する場合、その含有量は、好適な発泡性を得やすいことから、樹脂100質量部(固形分)に対して30質量部以下であることが好ましく、0.5~20質量部がより好ましく、3~15質量部がさらに好ましい。
 起泡した泡の安定性や成膜性を向上させるために、増粘剤を混合することができる。増粘剤としては、例えばアクリル酸系増粘剤、ウレタン系増粘剤、ポリビニルアルコール系増粘剤等が挙げられる。中でもアクリル酸系増粘剤、ウレタン系増粘剤が好ましい。樹脂組成物に増粘剤を混合する場合、その含有量は、樹脂100質量部(固形分)に対して、0.1~10質量部であることが好ましく、0.5~8質量部がより好ましい。
 また、発泡シートの機械的強度を向上させる観点から、樹脂組成物に硬化剤を混合してもよい。硬化剤は、使用する樹脂の種類に応じて適宜選択でき、例えばエポキシ系硬化剤、メラミン系硬化剤、イソシアネート系硬化剤、カルボジイミド系硬化剤、オキサゾリン系硬化剤等が挙げられる。
[粘着層]
 本発明の二次電池における各バッテリーセル間の密着性をより一層向上させる観点から、例えば図3に示すように、発泡シートはその両側の最外層にさらに粘着層を有する積層体であってよい。すなわち、本発明の二次電池において、発泡シートがさらに有する前記粘着層によって複数のバッテリーセルが固定されている態様でもよい。
 粘着層を形成し得る粘着剤としては、例えば天然ゴム、合成ゴム、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、ビニルエーテル系樹脂等の樹脂をバインダーとして含有するものが挙げられる。かかる粘着剤の形態は、溶剤系、エマルジョン型、水系、ホットメルト型、紫外線や電子線等の活性エネルギー線硬化型等の無溶剤系のいずれであってもよい。
 発泡シートが、その両側の面の最外層に粘着層を有する場合、それぞれの粘着層は同一の粘着力を有するものであっても、異なる粘着力を有するものであってもよい。具体的には、いずれか一方の粘着層がいわゆる強粘着剤層であり、他方が弱粘着剤層であってもよい。また、それぞれの粘着層は同一の組成であっても、異なる組成からなるものであってもよい。二次電池の解体性を考慮して、粘着層の粘着力を設計することもできる。
 粘着層を形成し得る粘着剤は、良好な塗工作業性等を維持する観点で溶媒を含有していることが好ましい。前記溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、ヘキサン等を使用できる。また、水系粘着剤組成物とする場合には、水又は水を主体とする水性溶媒を使用できる。
 粘着層を形成し得る粘着剤は、必要に応じて粘着付与樹脂、架橋剤、その他の添加剤等を含有していてもよい。
 粘着付与樹脂としては、例えば、ロジン系、重合ロジン系、重合ロジンエステル系、ロジンフェノール系、安定化ロジンエステル系、不均化ロジンエステル系、テルペン系、テルペンフェノール系脂、石油樹脂系等の各種粘着付与樹脂が挙げられる。
 架橋剤としては、イソシアネート系、エポキシ系、アジリジン系、多価金属塩系、金属キレート系、ケト・ヒドラジド系、オキサゾリン系、カルボジイミド系、シラン系、グリシジル(アルコキシ)エポキシシラン系等の公知の架橋剤が挙げられ、粘着層の凝集力を向上させることを目的に使用できる。
 その他の添加剤としては、公知の発泡剤、可塑剤、軟化剤、酸化防止剤、ガラスやプラスチック製の繊維・バルーン・ビーズ・金属粉末等の充填剤、顔料・染料等の着色剤、pH調整剤、皮膜形成補助剤、レベリング剤、増粘剤、撥水剤、消泡剤等が挙げられる。これらのその他の添加剤は、本発明の所望の効果を阻害しない範囲で添加できる。
 粘着層の厚さは10μm以下であることが好ましく、1μm~5μmの範囲がより好ましい。なお、粘着層が前記した吸熱剤を含有していてもよい。
[遮炎層]
 発泡シートは、さらに遮炎層を有する積層体であってもよい。発泡シートが遮炎層を有すると、急激な発熱や温度上昇により二次電池が発火した場合でも炎を遮り、他のバッテリーセルへの延焼の防止や遅延に有効である。なお、発泡シートが、前記した粘着層及び遮炎層の両方をさらに有する場合は、遮炎層は粘着層の内側に設けられる。
 遮炎層としては、無機繊維の織布、不織布、抄造物等からなる無機繊維シート、不燃紙を好適に用いることができる。遮炎層は、例えば図4に示すように、発泡シートの一方の表面に無機繊維シートを積層することにより設けることができる。
 遮炎層に適用できる無機繊維シートの具体例としては、グラスウール、ロックウール、ガラス繊維等からなるガラスクロスが挙げられる。無機繊維シートは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 遮炎層に適用できる無機繊維シートの熱伝導率は、良好な遮炎性を発現する観点から、0.1W/m・K以下が好ましく、0.05W/m・K以下であることがより好ましい。例えば、グラスウールの熱伝導率は0.045W/m・K程度である。
 遮炎層に適用できる不燃紙の具体例としては、紙に難燃剤を塗布、含浸または内添して自己消火性を持たせ、炎が広がることを抑えたものが挙げられる。ここで難燃剤としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の金属酸化物、リン酸塩、ホウ酸塩、ステファミン酸塩等の塩基性化合物、ガラス繊維等が挙げられる。
 遮炎層の厚みは特に限定されず、例えば10~1000μmの範囲で適宜設定できる。また、遮炎層としての無機繊維シートの単位面積当たりの重量は1~1000mg/cmであることが好ましい。
 発泡シートが、吸熱剤及びマトリックスとしての樹脂を含有する層に加え、粘着層、遮炎層、又は接着層等の他の任意の構成からなる層をさらに備える積層体である場合、かかる積層体の製造方法に特に制限はない。例えば、離型シートの表面に前記した粘着剤を塗工して乾燥等により粘着層を形成し、発泡シートの両方の表面に粘着層をそれぞれ転写する方法;発泡シートの一方の表面に、必要に応じて接着剤層を介して遮炎層を重ね合わせ、発泡シートのもう一方の表面及び遮炎層の表面に、予め作製した粘着層をそれぞれ転写する工程;遮炎層の上に吸熱材を含有する樹脂を塗工して加熱する事で発泡成形する工程;を経て製造できる。また、発泡シートの両方の表面に、前記した粘着剤を直接塗工及び乾燥して粘着層を形成することでも、かかる積層体を製造できる。
 なお、上記した接着剤層を形成可能な接着剤としては、例えばウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ポリエステル樹脂系接着剤等が挙げられる。
 <第2実施形態>
 図2は、本発明の二次電池の第2実施形態を部分的に切り欠いて示す斜視図である。
 以下、第2実施形態の二次電池100について説明するが、上記第1実施形態の二次電池100との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
 図2に示す二次電池100では、矩形状のケース10内に複数の円筒状のバッテリーセル1が配置されている。そして、ケース10の内面に発泡シート20が配置されている。
 複数のバッテリーセル1は、長手方向(軸方向)をケース10の厚さ方向(高さ方向)として行列状(マトリクス状)にケース10に収納(配置)されている。また、ケース10の側面には、複数の正極タブ29に一括して接続される外部接続用正極端子12と、複数の負極タブ39に一括して接続される外部接続用負極端子13とが設けられている。
 さらに、バッテリーセル1内にセパレータを配置して巻回するようにしてもよい。すなわち、各バッテリーセル1には、通常の円筒状のバッテリーセルを使用することもできる。この場合、各バッテリーセル1の外周を発泡シート30で被覆するようにしてもよく、一列に並ぶ複数のバッテリーセル1を一括して、発泡シート30で被覆するようにしてもよい。前記発泡シート30として、片面にのみ遮炎層を有するものを使用する場合、前記遮炎層の面がバッテリーセル1側となるように(例えば遮炎層が前記バッテリーセル1に接するように)、前記発泡シート30を配置することが好ましい。
 以上、本発明の二次電池について説明したが、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されない。例えば、本発明の二次電池は、上述した実施形態の構成において、他の任意の目的の構成を追加してもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。また、発泡シート20及び発泡シート30は、それぞれ複数が積層された積層体であってもよい。
 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。本実施例等で使用した化合物を以下に示す。
<樹脂>
・樹脂1:「ボンコート5400EF」(製品名、水分散アクリル樹脂エマルション、不揮発分50%、DIC社製)・樹脂2:「CNペースト1805」(製品名、塩化ビニル系樹脂ペースト、DIC北日本ポリマー社製)<整泡剤>・整泡剤1:「DICNAL M-40」(製品名、スルホン酸型アニオン界面活性剤、DIC社製)<架橋剤>・架橋剤1:「DICNAL GX」(製品名、オキサゾリン基含有ポリマー、DIC社製)<吸熱剤>・水酸化アルミニウム:(製品名「水酸化アルミニウム 鹿1級」、関東化学社製)・硫酸カルシウム2水和物:(製品名「硫酸カルシウム2水和物 特級」、関東化学社製)・炭酸水素ナトリウム:(製品名「炭酸水素ナトリウム 特級」、関東化学社製)
1.発泡シートの製造例
[例1]
 樹脂1(水分散アクリル樹脂エマルション)100質量部、整泡剤1(スルホン酸型アニオン界面活性剤)6質量部、架橋剤1(オキサゾリン基含有ポリマー)3質量部を配合してディスパーにて攪拌混合し(2000rpm、3分)、機械発泡用バインダーを作成した。作成した前記バインダーを、発泡倍率が2倍になるように撹拌して泡立て、更に5分間攪拌を続行して発泡性混合物を得た。
 得られた発泡性混合物をポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケーターにて塗布した。次いで予備乾燥として105℃で5分間加熱後、120℃で3分間加熱し、これを裏返して更に120℃で3分間熱処理して硬化させ、厚さ1mmの、発泡シートであるシート1を製造した。
 シート1の比重は0.23、質量は230g/mであった。シート1を切断した断面を電子顕微鏡(キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-900)で確認した。
[例2]
 樹脂1(水分散アクリル樹脂エマルション)100質量部、整泡剤1(スルホン酸型アニオン界面活性剤)6質量部、架橋剤1(オキサゾリン基含有ポリマー)3質量部を配合してディスパーにて攪拌混合し(2000rpm、3分)、機械発泡用バインダーを作成した。作成した前記バインダーを、発泡倍率が2倍になるように撹拌して泡立て、これに吸熱剤として水酸化アルミニウム240質量部を配合して、更に5分間攪拌を続行して発泡性混合物を得た。
 得られた発泡性混合物をポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケーターにて塗布した。次いで予備乾燥として105℃で5分間加熱後、120℃で3分間加熱し、これを裏返して更に120℃で3分間熱処理して硬化させ、厚さ1mmの、発泡シートであるシート2を製造した。
 シート2の比重は0.64、質量は640g/m、シート2中の吸熱剤の質量は514g/mであった。シート2を切断した断面を電子顕微鏡(キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-900)で確認した。
[例3~4]
 樹脂1、整泡剤1、架橋剤1、吸熱剤の種類と配合量を表1に示すとおりとした以外は例2と同様にして、発泡シートであるシート3~4を製造した。[例5]
 樹脂2(塩化ビニル系樹脂ペースト)100質量部をPETフィルム上にアプリケーターにて塗布した後、予備乾燥として100℃で5分間加熱後、140℃で10分間熱処理して硬化させ、厚さ1mmのシート5を製造した。[例6]
 樹脂2(塩化ビニル系樹脂ペースト)100質量部、及び吸熱剤として水酸化アルミニウム120質量部を混合してプラスチゾル塗工液を調製し、このプラスチゾル塗工液をPETフィルム上にアプリケーターにて塗布した後、予備乾燥として100℃で5分間加熱後、140℃で10分間熱処理して硬化させ、厚さ1mmのシート6を製造した。
[実施例1]
 例1で得られた発泡シート1を用い、第1実施形態の二次電池を作成した。
[実施例2~4]
 例2~4で得られた発泡シート2~4をそれぞれ用い、実施例1と同様にして二次電池モジュールを作成した。[実施例5]
 例1で得た発泡シート1の一方の表面に、接着剤層を介してガラスクロス(厚さ140μm)を積層して積層体を得た。得られた積層体をバッテリーセル間に挟持して、二次電池モジュールを作成した。
2.シートの評価
 例1~6で得られた各シートについて、25%圧縮強度および有効歪終点での圧縮率をそれぞれ測定した。25%圧縮強度は、JIS K 6767に準じて、30mm角に切断した厚さ約1mmの発泡シートを設置し、23℃下で0.5mm/分の速度で発泡シートを約0.25mm(もとの厚さの25%分)にまで圧縮した時の強度を測定して得た値である。また、圧縮率に対する応力を測定することで、図5に示すとおりの応力-圧縮歪曲線を得た。ここで、圧縮時の応力の変動範囲が±10%となり始める変曲点を降伏点とし、圧縮に対する応力が再び増加し始める点を有効歪終点として、有効歪終点における圧縮率を求めた。例1の応力-圧縮歪曲線には、降伏点と有効歪終点を具体的に示している。結果を表1に示す。
 特にシート1~4は、応力による有効歪の範囲(降伏点から有効歪終点までの間)が広く、また有効歪終点の圧縮率が大きいため、二次電池のバッテリーセルの(厚さ方向)の膨張を吸収できるシートとして好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明の二次電池は、かかる二次電池を構成するバッテリーセルの経時的な劣化に伴う膨張や収縮を吸収し得うる構造を有する。すなわち、電池性能及び電池寿命の確保と共に、電池の安全性が向上した二次電池として、各種用途に有用である。
 100 二次電池
 1   バッテリーセル
 29  正極タブ
 39  負極タブ
 5   封止体
 10  ケース
 12  外部接続用正極端子
 13  外部接続用負極端子
 20  発泡シート
 30  発泡シート
 61  発泡シート
 62  粘着層
 63  遮炎層

 

Claims (6)

  1.  2つ以上のバッテリーセルと、前記バッテリーセルを収納するケースと、該ケースの内面に配置された発泡シート及び隣り合う前記バッテリーセル同士を隔離するように配置された発泡シートのいずれか又は両方を有する、二次電池。
  2.  前記発泡シートが、さらに両側の最外層に粘着層を有する発泡シートであり、前記バッテリーセルが前記粘着層によって固定されている、請求項1に記載の二次電池。
  3.  前記発泡シートが、さらに遮炎層を有する発泡シートである、請求項1又は2に記載の二次電池。
  4.  前記発泡シートが、吸熱剤又は蓄熱材の1種以上を含有する発泡シートである、請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池。
  5.  各前記バッテリーセルが、各前記バッテリーセルが有する正極端子及び負極端子が露出した状態で、前記発泡シートで被覆されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池。
  6.  前記発泡シートの厚さが、100~20000μmである、請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池。
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