电池组用绝热材料以及电池组的制作方法

1.本发明涉及在容纳有多个电池单元的电池组中配置于电池单元之间的绝热材料。


背景技术：

2.在混合动力汽车、电动汽车中搭载有容纳有多个电池单元的电池组。在电池组中，层叠多个电池单元而成的电池模块以从层叠方向的两侧被紧固构件固定的状态容纳在框体内。例如，在专利文献1中记载了夹设于相邻的电池单元之间的复合片。该复合片具有绝热层，在一个电池单元的温度上升时，抑制热向相邻的电池单元传递。绝热层是在无纺布上负载二氧化硅干凝胶而形成的。
3.二氧化硅干凝胶、二氧化硅气凝胶是二氧化硅微粒连结而形成骨架且具有10～50nm左右的大小的细孔结构的多孔质材料。这种多孔质材料的导热率比空气的导热率小。因此，这种多孔质材料作为绝热材料的材料被广泛使用。例如在专利文献2中记载了一种物品，其包含通过水分散性聚氨基甲酸酯而结合的二氧化硅气凝胶，且导热率为0.025w/m
·
k以下。在像该物品那样使用二氧化硅气凝胶的情况下，为了将其固定而抑制脱落，使用氨基甲酸酯树脂等粘合剂。然而，若在500℃左右的高温气氛下使用利用了氨基甲酸酯粘合剂的以往的绝热材料，则存在作为有机成分的氨基甲酸酯粘合剂分解、劣化而产生气体、或者产生裂纹而无法保持形状的隐患。另外，由于氨基甲酸酯粘合剂比较软质，因此存在如下问题：若被压缩，则绝热材料被压垮而难以维持绝热结构。
4.另一方面，例如在专利文献3～6中，提出了使用硅酸盐等无机化合物作为粘合剂的复合材料。即，在专利文献3中记载了具有二氧化硅气凝胶、有机粘合剂或无机粘合剂以及玻璃纤维的复合材料，作为无机粘合剂，记载了水玻璃(硅酸钠)。在专利文献4中记载了使用水溶性粘合剂以及粉末硅酸钠等无机粘合剂使气凝胶固体化而得到的绝热材料。在专利文献5中记载了在无纺布(棉胎)上形成有具有气凝胶以及硅酸钠等无机粘合剂的层的挠性绝缘结构体。在专利文献6中记载了具有二氧化硅气凝胶、能够通过水热反应形成晶体的陶瓷原料液、表面活性剂以及增强纤维的绝热材料组合物。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：国际公开第2017/159527号
8.专利文献2：日本特表2013-534958号公报
9.专利文献3：日本特表平11-513349号公报
10.专利文献4：日本特开2004-10423号公报
11.专利文献5：日本特开2017-155402号公报
12.专利文献6：国际公开第2013/141189号


技术实现要素：

13.发明所要解决的问题
14.如上所述，容纳于电池组的多个电池单元被紧固构件从层叠方向两侧加压。因此，对于夹设于电池单元之间的绝热材料，要求即使被压缩也不易被压垮而能够维持绝热性。
15.另外，在使用多孔质材料作为构成绝热材料的绝热层的材料的情况下，对于绝热层，要求即使在高温气氛下使用也能够保持形状(耐热性)、以及即使被压缩也不易发生压垮、破裂而能够维持绝热性(耐压缩性)这两者。然而，若使用无机化合物作为粘合剂，则由粘合剂的分解、劣化引起的问题得到改善，但成形体变硬、变脆。在上述专利文献3～5中，仅记载了使用无机粘合剂，因此，仅靠此难以提高耐热性以及耐压缩性。在上述专利文献6中，使用能够通过水热反应而形成晶体的陶瓷原料液，对包含该陶瓷原料液的绝热材料组合物进行脱水、加热以及加压，由此在二氧化硅气凝胶以及增强纤维的表面进行陶瓷晶体的合成。所形成的陶瓷晶体发挥作为将二氧化硅气凝胶彼此结合的粘合剂的作用。根据专利文献6中记载的制造方法，需要绝热材料组合物的制备、向模具内的注入以及脱水、所得到的一次成形体的加热以及加压这样的工序。因此，工时多，繁杂且耗费成本。除此之外，由于使用模具进行成形，因此难以薄膜化。另外，所形成的陶瓷晶体是具有针状、纤维状等形状、粒径为1～50μm左右的块状晶体(专利文献6的段落[0028]、[0057])。因此，所得到的绝热材料不满足所期望的耐热性以及耐压缩性。
[0016]
本发明是鉴于这样的实际情况而完成的，其问题在于提供一种电池组用绝热材料，其具有不仅绝热性优异而且耐热性以及耐压缩性也很优异的绝热层。另外，本发明的问题在于提供一种具有该电池组用绝热材料的电池组。
[0017]
用于解决问题的手段
[0018]
(1)为了解决上述问题，本发明的电池组用绝热材料的特征在于，所述电池组用绝热材料具备绝热层和配置为夹着该绝热层的第一基材以及第二基材，该绝热层具有多个颗粒连结而形成骨架、在内部具有细孔、且在表面以及内部中的至少表面具有疏水部位的多孔质结构体、增强纤维、以及作为粘合剂的金属氧化物的纳米颗粒，在500℃下保持30分钟的热重量分析中的该绝热层的质量减量率为10％以下，在进行以该绝热层、该第一基材以及该第二基材的层叠方向为厚度方向而在该厚度方向上施加15mpa的载荷而进行压缩的压缩试验的情况下，该压缩试验后的厚度相对于该压缩试验前的厚度的变化率小于70％。
[0019]
(2)为了解决上述问题，本发明的电池组的特征在于，所述电池组具有：多个电池单元，它们由锂离子电池构成；以及电池组用绝热材料，其配置于相邻的该电池单元之间，具有上述(1)的构成。
[0020]
发明效果
[0021]
(1)根据本发明的电池组用绝热材料(以下，有时简称为“本发明的绝热材料”)，具有多孔质结构体的绝热层被夹持于两个基材之间。由此，抑制多孔质结构体的脱落(掉粉)。另外，在对本发明的绝热材料进行在厚度方向上施加15mpa的载荷而进行压缩的压缩试验的情况下，该压缩试验后的厚度相对于该压缩试验前的厚度的变化率小于70％。即，本发明的绝热材料即使被压缩也不易被压垮，能够维持所期望的绝热性。
[0022]
在构成绝热层的多孔质结构体中，多个颗粒连结而形成骨架，在内部具有细孔，在表面以及内部中的至少表面具有疏水部位。在多孔质结构体的骨架与骨架之间形成的细孔的大小为10～50nm左右，细孔大多为50nm以下的所谓的中孔。中孔比空气的平均自由行程小，因此热的移动受到阻碍。因此，具有该绝热层的本发明的绝热材料发挥优异的绝热效
果。
[0023]
绝热层具有金属氧化物的纳米颗粒作为使构成成分结合的粘合剂。由于不使用有机材料作为粘合剂，因此即使在高温气氛下使用，也不会产生由粘合剂的分解、劣化引起的气体的产生、裂纹的产生。因此，绝热层即使在高温下也能够保持形状，质量不易减少。即，在将绝热层在500℃下保持30分钟的情况下，根据其前后的质量计算出的质量减量率为10％以下。
[0024]
若使用金属氧化物的纳米颗粒作为粘合剂，则与使用氨基甲酸酯树脂等有机材料的情况相比，能够使绝热层变得硬质。因此，即使被压缩，绝热层也不易被压垮，能够维持绝热结构。另外，通过使粘合剂形成为纳米颗粒(纳米级的颗粒)而不是上述专利文献6中记载的块状晶体，能够改善因具有无机化合物而导致的较硬、较脆的缺点。
[0025]
除此之外，绝热层具有增强纤维。通过金属氧化物的纳米颗粒和增强纤维这两者的作用，高温下的形状保持性(耐热性)提高，即使被压缩也不易被压垮而不易破裂(即，耐压缩性提高)。由此，绝热层即使被压缩也能够维持绝热性。另外，通过具有增强纤维，用于形成绝热层的涂料的稳定性、成膜性提高，因此绝热层的强度以及耐热性提高。综上所述，本发明的电池组用绝热材料的绝热性、耐热性以及耐压缩性优异。
[0026]
(2)根据本发明的电池组，在相邻的电池单元之间夹设有本发明的绝热材料。如上所述，本发明的绝热材料即使被压缩也不易被压垮。因而，根据本发明的电池组，即使从层叠方向两侧对多个电池单元进行加压，绝热材料的绝热性也不易降低。另外，构成本发明的绝热材料的绝热层不仅绝热性优异，而且高温下的形状保持性(耐热性)也很优异。除此之外，即使被压缩也不易被压垮而不易破裂(即，耐压缩性优异)。因而，根据本发明的电池组，即使一个电池单元的温度上升，通过在该电池单元与相邻的电池单元之间夹设本发明的绝热材料，也能够抑制相邻的电池单元之间的热的传递，能够抑制温度上升的连锁。
附图说明
[0027]
图1是第一实施方式的电池组的截面示意图。
28.图2是容纳于该电池组的绝热材料的剖视图。
[0029]
图3是该绝热材料的主视图。
[0030]
图4是第二实施方式的绝热材料的剖视图。
具体实施方式
[0031]
以下，对本发明的电池组用绝热材料以及电池组的实施方式进行说明。
[0032]
《第一实施方式》
[0033]
首先，对第一实施方式的电池组用绝热材料(以下，在实施方式的说明中，有时简称为“绝热材料”)以及电池组的构成进行说明。在图1中示出了用于对本实施方式的电池组的构成进行说明的截面示意图。在图2中示出了容纳于该电池组的绝热材料的剖视图。在图3中示出了该绝热材料的主视图。在图3中，为了便于说明，透过绝热层而以虚线表示。如图1、图2所示，电池组1具有框体10、多个电池单元2以及绝热材料3。
[0034]
框体10为金属制且呈箱状。多个电池单元2由锂离子电池构成。多个电池单元2分别呈矩形薄板状，且沿厚度方向层叠。绝热材料3配置于相邻的电池单元2之间。绝热材料3
具有绝热层30、第一基材31以及第二基材32。
[0035]
绝热层30具有二氧化硅气凝胶、玻璃纤维以及二氧化硅颗粒。二氧化硅颗粒是平均粒径为12nm的纳米颗粒。二氧化硅气凝胶以及玻璃纤维经由二氧化硅颗粒而结合。绝热层30呈厚度为2mm的矩形片状。将绝热层30在500℃下保持30分钟的情况下的质量减量率为10％。
[0036]
第一基材31配置于绝热层30的厚度方向的一侧。第一基材31由玻璃布构成。第一基材31的厚度为0.1mm，面方向上的大小比绝热层30的大一圈。在绝热层30与第一基材31的接触面，绝热层30浸渍于第一基材31的网眼。由此，绝热层30与第一基材31粘接。第二基材32夹着绝热层30而配置于与第一基材31相反的一侧。第二基材32也由与第一基材31相同的玻璃布构成。第二基材32的厚度为0.1mm，面方向上的大小比绝热层30的大一圈。在绝热层30与第二基材32的接触面，绝热层30浸渍于第二基材32的网眼。由此，绝热层30与第二基材32粘接。
[0037]
第一基材31以及第二基材32的材质、形状以及大小全部相同。在绝热层30的周围，第一基材31以及第二基材32熔接。即，如图3所示，绝热材料3具有主体部33和周缘部34。主体部33是绝热层30、第一基材31以及第二基材32沿厚度方向重叠的部分。周缘部34是在绝热层30的周围第一基材31和第二基材32重叠的部分。在周缘部34配置有通过第一基材31与第二基材32的熔接而形成的熔接部35。这样，绝热层30容纳于由第一基材31以及第二基材32形成的袋状的封闭空间内。
[0038]
将绝热层30、第一基材31以及第二基材32的层叠方向作为厚度方向，在进行对绝热材料3在厚度方向上施加15mpa的载荷而进行压缩的压缩试验的情况下，绝热材料3的压缩试验后的厚度相对于压缩试验前的厚度的变化率为59％。
[0039]
电池组1还具有未图示的紧固构件。紧固构件将多个电池单元2夹着绝热材料3层叠而成的电池模块在层叠方向上紧固固定。
[0040]
接着，对本实施方式的绝热材料以及电池组的作用效果进行说明。绝热材料3具有包含二氧化硅气凝胶(多孔质结构体)的绝热层30。因此，绝热材料3发挥优异的绝热效果。绝热层30容纳于由两片玻璃布(第一基材31以及第二基材32)形成的袋状的封闭空间内。由此，抑制二氧化硅气凝胶的脱落(掉粉)。
[0041]
在绝热层30中，将二氧化硅气凝胶等构成成分结合的粘合剂为二氧化硅颗粒。由于不使用有机材料作为粘合剂，因此即使在高温气氛下使用，也不会产生由粘合剂的分解、劣化引起的气体的产生、裂纹的产生。因此，绝热层30即使在高温下也能够保持形状，质量不易减少。另外，若使用二氧化硅颗粒作为粘合剂，则与使用氨基甲酸酯树脂等有机材料的情况相比，绝热层30变得硬质。因此，即使被压缩，绝热层30也不易被压垮，能够维持绝热结构。另外，二氧化硅颗粒不是块状晶体，而是纳米颗粒，因此即使具有无机化合物，绝热层30也不会变得过硬，不易变脆。
[0042]
绝热层30具有玻璃纤维(增强纤维)。通过二氧化硅颗粒和玻璃纤维这两者的作用，高温下的形状保持性(耐热性)提高，即使被压缩也不易被压垮而不易破裂(耐压缩性提高)。具体而言，进行预定的压缩试验的情况下的绝热材料3的厚度的变化率小于70％。因而，绝热材料3即使被压缩也不易被压垮，能够维持所期望的绝热性。另外，通过具有玻璃纤维，用于形成绝热层30的涂料的稳定性、成膜性提高。这也有助于绝热层30的强度以及耐热
性的提高。
[0043]
在电池组1中，在相邻的电池单元2之间夹设绝热材料3。绝热材料3即使被压缩也不易被压垮。因而，根据电池组1，即使从层叠方向两侧对多个电池单元2进行加压，绝热材料3的绝热性也不易降低。另外，绝热层30不仅绝热性以及耐压缩性优异，而且高温下的形状保持性(耐热性)也很优异。因而，根据电池组1，即使一个电池单元2的温度上升，通过在该电池单元2与相邻的电池单元2之间夹设绝热材料3，也能够抑制相邻的电池单元2之间的热的传递，能够抑制温度上升的连锁。
[0044]
《第二实施方式》
[0045]
本实施方式的绝热材料以及电池组与第一实施方式的绝热材料以及电池组的不同点在于，在绝热材料的周缘部配置有固定构件而不是熔接部。在此，主要对不同点进行说明。在图4中示出了本实施方式的绝热材料的剖视图。图4与上述图2对应，对于与图2相同的部位以相同的附图标记进行表示。
[0046]
如图4所示，绝热材料3具有绝热层30、第一基材31以及第二基材32。绝热层30被夹持在由玻璃布构成的第一基材31与第二基材32之间。绝热材料3具有主体部33和周缘部34。在周缘部34、即绝热层30的周围的、第一基材31与第二基材32之间配置有固定构件36。固定构件36由热塑性弹性体制成的粘接剂构成。固定构件36的厚度与绝热层30的厚度大致相同。通过固定构件36，将第一基材31和第二基材32粘接。
[0047]
本实施方式的绝热材料以及电池组与第一实施方式的绝热材料以及电池组在构成所共通的部分具有相同的作用效果。根据本实施方式的绝热材料3，在周缘部34配置有固定构件36。固定构件36由热塑性弹性体制成，因此具有弹性。除此之外，固定构件36的厚度与绝热层30的厚度大致相同。由此，绝热材料3能够吸收电池单元2的层叠方向上的载荷。因此，绝热材料3对于在电池模块的紧固后产生的回弹的追随性较高。
[0048]
《其他实施方式》
[0049]
以上，对实施本发明的绝热材料以及电池组的两个方式进行了说明。然而，实施方式并不限定于上述方式。本发明的绝热材料以及电池组能够以施加了本领域技术人员能够进行的变更、改良等的各种方式来实施。
[0050]
[电池组用绝热材料]
[0051]
本发明的电池组用绝热材料具备绝热层和配置为夹着该绝热层的第一基材以及第二基材。
[0052]
(1)绝热层
[0053]
绝热层具有多孔质结构体、增强纤维以及作为粘合剂的金属氧化物的纳米颗粒。在多孔质结构体中，多个颗粒连结而形成骨架，在内部具有细孔，在表面以及内部中的至少表面具有疏水部位。多孔质结构体的结构、形状、大小等没有特别限定。例如，形成骨架的颗粒(一次颗粒)的直径优选为2～5nm左右，在骨架与骨架之间形成的细孔的大小优选为10～50nm左右。
[0054]
在将多孔质结构体的最大长度设为粒径的情况下，多孔质结构体的平均粒径优选为1～200μm左右。多孔质结构体的粒径越大，表面积越小，细孔(空隙)容积越大，因此提高绝热性的效果变大。例如，优选为平均粒径为10μm以上的多孔质结构体。另一方面，若考虑到用于形成绝热层的涂料的稳定性、涂布的容易性，则优选为平均粒径为100μm以下的多孔
质结构体。另外，若并用粒径不同的两种以上的多孔质结构体，则小径的多孔质结构体进入大径的多孔质结构体之间的间隙中，因此能够增加填充量，使得提高绝热性的效果变大。
[0055]
多孔质结构体的种类没有特别限定。作为一次颗粒，例如，可列举为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛等。其中，从化学稳定性优异的观点出发，优选为一次颗粒为二氧化硅的多孔质结构体。例如，可列举为多个二氧化硅颗粒连结而形成骨架的二氧化硅气凝胶。需要说明的是，根据制造气凝胶时的干燥方法的不同，有时将在常压下进行干燥的情况称为“干凝胶”，将在超临界下进行干燥的情况称为“气凝胶”，但在本说明书中，将这两者包含在内称为“气凝胶”。
[0056]
多孔质结构体在表面以及内部中的至少表面具有疏水部位。若在表面具有疏水部位，则能够抑制水分等的渗入，因此维持细孔结构，不易损害绝热性。例如，至少在表面具有疏水部位的二氧化硅气凝胶能够在制造过程中实施赋予疏水基等的疏水化处理来制造。
[0057]
多孔质结构体的含量只要考虑到绝热层的导热率、硬度、耐压缩性等适当决定即可。例如，从减小导热率、实现所期望的耐压缩性的观点出发，以除了多孔质结构体以及增强纤维以外的成分为100质量份计，多孔质结构体的含量优选为25质量份以上。更优选为50质量份以上。另一方面，若多孔质结构体过多，则成膜性降低或容易掉粉。因此，以除了多孔质结构体以及增强纤维以外的成分为100质量份计，多孔质结构体的含量优选为280质量份以下。
[0058]
增强纤维在多孔质结构体的周围物理性地缠绕地存在，抑制多孔质结构体的脱落，并且提高成膜性以及耐热性。增强纤维的种类没有特别限定，从在高温下使用时抑制有机成分的分解、劣化的观点出发，优选为无机系的纤维材料。例如，优选为玻璃纤维、氧化铝纤维等陶瓷纤维。
[0059]
增强纤维的大小只要考虑到绝热层的绝热性、耐热性、形成绝热层时的成膜性等适当决定即可。例如，若增强纤维过细，则容易凝集，因此存在导致用于形成绝热层的涂料的粘度上升而使成膜性降低的隐患。优选的增强纤维的直径为6.5μm以上。相反，若增强纤维过粗，则增强效果变小，因此成膜性、耐热性降低，或者容易形成热的传递路径，因此存在导热率变大、绝热性降低的隐患。优选的增强纤维的直径为18μm以下。另外，若增强纤维过短，则增强效果变小，因此存在成膜性、耐热性降低的隐患。优选的长度为3mm以上。相反，若增强纤维过长，则容易凝集，因此存在导致用于形成绝热层的涂料的粘度上升而成膜性降低的隐患。另外，由于容易形成热的传递路径，因此存在导热率变大、绝热性降低的隐患。优选的增强纤维的长度为25mm以下。
[0060]
增强纤维的含量只要考虑到绝热层的成膜性、耐热性等适当决定即可。例如，从确保成膜性、实现所期望的耐热性的观点出发，以除了多孔质结构体以及增强纤维以外的成分为100质量份计，增强纤维的含量优选为5质量份以上。另一方面，若增强纤维过多，则存在凝集而导致用于形成绝热层的涂料的粘度上升而成膜性降低的隐患。另外，由于容易形成热的传递路径，因此存在导热率变大、绝热性降低的隐患。因此，以除了多孔质结构体以及增强纤维以外的成分为100质量份计，增强纤维的含量优选为200质量份以下，进一步优选为130质量份以下。
[0061]
金属氧化物的纳米颗粒是使多孔质结构体、增强纤维等绝热层的构成成分结合的粘合剂。金属氧化物的种类没有特别限定，可列举为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化锆
等。其中，从容易与多孔质结构体、增强纤维相容、廉价且容易获得的理由出发，优选为二氧化硅。即，金属氧化物的纳米颗粒优选为二氧化硅颗粒。
[0062]
绝热层在500℃下保持30分钟的热重量分析中的质量减量率为10％以下。作为热重量分析(tga)，将绝热层的样品在500℃下的空气气氛下保持30分钟并对加热前后的质量进行测定。质量减量率通过下式(i)来进行计算。
[0063]
质量减量率(％)＝(w
0-w1)/w0×
100
…(i)[0064]
[w0：加热前的样品质量，w1：加热后的样品质量]
[0065]
绝热层除了多孔质结构体、增强纤维、金属氧化物的纳米颗粒以外，还可以具有其他成分。例如，可列举为在制备用于形成绝热层的涂料时为了提高多孔质结构体的分散性而添加的增稠剂、分散剂、表面活性剂等。
[0066]
(2)第一基材以及第二基材
[0067]
第一基材配置于绝热层的一侧，第二基材夹着绝热层而配置于与第一基材相反的一侧。在材质、形状、大小等方面，第一基材与第二基材可以相同也可以不同。作为第一基材以及第二基材，使用布帛、无纺布、片材等即可，其中优选为导热率比较小的材料。另外，优选为即使在高温下形状保持性也较高、且具有阻燃性的材料。例如，可列举为由玻璃纤维、金属纤维等无机纤维制造的布帛、无纺布。特别优选为玻璃布。第一基材以及第二基材可以由一层构成，也可以是两层以上的层叠体。
[0068]
本发明的绝热材料能够构成为具有夹着绝热层而层叠有第一基材以及第二基材的主体部、以及在绝热层的周围第一基材与第二基材重叠的周缘部。在该情况下，通过在周缘部将第一基材和第二基材固定，能够将绝热层容纳在由两个基材形成的袋状的空间内。被固定的周缘部可以是一部分也可以是全部。若将周缘部的全部固定，则能够将绝热层容纳于封闭空间内，因此对于抑制多孔质结构体的掉粉是有效的。固定方法没有特别限定，例如使用激光等将第一基材与第二基材熔接即可。或者，也可以使用粘接剂、夹子构件、铆接构件、板簧构件等固定构件。另外，也可以通过粘接剂将由热塑性弹性体以及橡胶等弹性体、树脂、金属构成的构件固定来作为固定构件。作为粘接剂，可列举为使用了弹性体或树脂的有机系的粘接剂。例如，若粘接剂具有弹性，则在对绝热材料在层叠方向(厚度方向)上进行压缩的情况下，能够吸收其载荷。另外，也能够追随在电池模块的紧固后产生的回弹。在该情况下，若使粘接剂的厚度为绝热层的厚度以上，则对于绝热层的破裂的抑制是有效的。另外，从提高阻燃性的观点出发，如果是有机系的粘接剂，则优选使用氟橡胶等具有阻燃性的有机系的粘接剂、无机系的粘接剂。
[0069]
(3)电池组用绝热材料的耐压缩性
[0070]
本发明的电池组用绝热材料在进行以绝热层、第一基材以及第二基材的层叠方向为厚度方向、在厚度方向上施加15mpa的载荷而进行压缩的压缩试验的情况下，压缩试验后的厚度相对于压缩试验前的厚度的变化率小于70％。
[0071]
压缩试验如下进行。首先，将预先测定了厚度的绝热材料以3mm/min的速度压缩至压缩压力达到15mpa，在压缩压力达到15mpa后就这样保持1分钟。之后，以同样的速度返回至压缩压力成为0mpa(无负荷)的状态。然后，对绝热材料的厚度进行测定，通过下式(ii)计算出厚度变化率。厚度变化率更优选为65％以下，进一步优选为60％以下。
[0072]
厚度变化率(％)＝(t
0-t1)/t0×
100
…
(ii)
[0073]
[t0：压缩前的绝热层的厚度，t1：压缩后的绝热层的厚度]
[0074]
(4)电池组用绝热材料的制造方法
[0075]
本发明的绝热材料可以通过将具有多孔质结构体、增强纤维以及金属氧化物的纳米颗粒的组合物固体化并利用第一基材以及第二基材对该固体化后的组合物进行夹持来制造。作为本发明的绝热材料的制造方法的一个例子，可以列举为具有如下工序的方法：涂料制备工序，在该涂料制备工序中，制备具有多孔质结构体、增强纤维以及使金属氧化物的纳米颗粒分散于液体而成的分散液的绝热层用涂料；涂布工序，在该涂布工序中，将该绝热层用涂料涂布于第一基材；以及固化工序，在该固化工序中，在所形成的涂膜上重叠第二基材而形成层叠体后，使该涂膜固化。
[0076]
在该制造方法中，如上述专利文献6所记载的那样，不需要在绝热层的制造过程中使水热反应进行来合成块状晶体，也不需要使用模具。因此，能够比较简单地制造绝热层，并且由于采用涂布绝热层用涂料的方法，因此绝热层的薄膜化容易。另外，由于绝热层用涂料具有增强纤维，因此稳定性、成膜性优异。因此，能够制造强度以及耐热性优异的绝热层。
[0077]
在涂料制备工序中，绝热层用涂料只要在使金属氧化物的纳米颗粒分散于液体而成的分散液中加入多孔质结构体、增强纤维以及根据需要而添加的成分并搅拌来制备即可。构成分散液的液体(分散介质)没有特别限定，从抑制向多孔质结构体的细孔的浸入的观点出发，优选不使用疏水性的液体而使用水(包括纯水、自来水等)等亲水性的液体。例如，在金属氧化物的纳米颗粒为二氧化硅颗粒的情况下，可列举为硅酸钠水溶液、以水作为分散介质的胶体二氧化硅等。在金属氧化物的纳米颗粒为二氧化钛颗粒的情况下，可列举为二氧化钛的水分散液等。搅拌可以是叶片搅拌，也可以积极地施加剪切力或施加超声波。也可以使用自转公转搅拌装置、介质型搅拌装置。
[0078]
在涂布工序中，为了涂布绝热层用涂料，使用棒涂机、模涂机、逗号涂布机(注册商标)、辊涂机等涂布机、喷雾器等即可。或者，也可以在绝热层用涂料中浸渍第一基材后使其干燥。在涂布、浸渍的任一方法中，在第一基材由布帛等多孔质的材料构成的情况下，也可以使绝热层用涂料的一部分浸渍于第一基材的内部。另外，为了提高第一基材与绝热层的粘接性，也可以在对第一基材的表面实施偶联处理等前处理后，再涂布绝热层用涂料。
[0079]
在固化工序中，形成由[第一基材/绝热层用涂料的涂膜/第二基材]构成的层叠体后，使涂膜固化。例如，使层叠体干燥而使涂膜固化即可。干燥根据绝热层用涂料的分散介质适当进行即可，例如在为水的情况下，在室温～150℃左右的温度下保持预定时间即可。
[0080]
[电池组]
[0081]
可以使多个电池单元与本发明的绝热材料层叠而构成电池组。电池单元的种类没有特别限定，例如可列举为锂离子电池等。作为使用了本发明的绝热材料的电池组的一个例子，本发明的电池组具有由锂离子电池构成的多个电池单元和配置于相邻的该电池单元之间的本发明的绝热材料。本发明的电池组中的其他构成没有限定。本发明的电池组也可以具有从层叠方向的两侧对多个电池单元与本发明的绝热材料层叠而成的电池模块进行紧固的紧固构件、对电池模块进行容纳的框体等。
[0082]
实施例
[0083]
接着，列举实施例对本发明进行更具体的说明。
[0084]
(1)电池组用绝热材料的制造
[0085]
首先，按照后述的表1、表2所示的配合量(单位为质量份)制备各种绝热层用涂料。接着，将所制备的绝热层用涂料以2mm的涂膜厚度为目标涂布于第一玻璃布的表面。然后，在涂膜上重叠第二玻璃布而形成层叠体，将其放入热风烘箱中，在80℃下保持1小时后，升温至100℃，干燥至质量不再减少的状态。这样，制造由[第一玻璃布/绝热层/第二玻璃布]构成的片状的绝热材料的样品。第一玻璃布包含在本发明的第一基材的概念中，第二玻璃布包含在本发明的第二基材的概念中。以下，对各样品中的绝热层用涂料的制备方法进行详细说明。
[0086]
[实施例1～实施例15、实施例17]
[0087]
在胶体二氧化硅(二氧化硅颗粒的水分散液，sigma-aldrich公司制造的“ludox(注册商标)ls”)中添加作为增稠剂的聚环氧乙烷(住友精化(株)制造的“peo(注册商标)-29”)并搅拌。接着，添加二氧化硅气凝胶的粉碎处理品并搅拌，之后进一步添加玻璃纤维并搅拌，制备绝热层用涂料。需要说明的是，在需要对绝热层用涂料的粘度进行调整的情况下，利用水对胶体二氧化硅进行稀释来使用。二氧化硅气凝胶的粉碎处理品是使用家庭用搅拌机对在表面以及内部具有疏水部位的二氧化硅气凝胶(cabot corporation制造的“p200”)进行粉碎处理而得到的，其平均粒径为100μm。关于玻璃纤维，从日本电气硝子(株)制造的“短切原丝”中选择长径比(长度/直径)不同的五种(a～e)来使用。
[0088]
[实施例16]
[0089]
代替二氧化硅气凝胶的粉碎处理品而使用未经粉碎处理的二氧化硅气凝胶(cabot corporation制造的“p200”)，除此以外，按照与实施例2同样的方式制备绝热层用涂料。实施例1～17的绝热层用涂料包含在本发明的绝热层用涂料的概念中。
[0090]
[比较例1]
[0091]
作为粘合剂，不使用无机粘合剂而使用以往的有机粘合剂，并且不添加玻璃纤维地制备绝热层用涂料。即，在水中添加作为粘合剂的氨基甲酸酯树脂乳液(三洋化成工业(株)制造的“permarin(注册商标)ua-368”、固体成分50质量％)以及作为增稠剂的聚环氧乙烷(同上)并搅拌后，添加二氧化硅气凝胶的粉碎处理品并搅拌，制备比较例1的绝热层用涂料。
[0092]
[比较例2]
[0093]
不添加二氧化硅气凝胶，除此以外，按照与实施例1～5同样的方式，制备比较例2的绝热层用涂料。
[0094]
[比较例3]
[0095]
不添加玻璃纤维，除此以外，按照与实施例2、实施例6～15、实施例17同样的方式，制备比较例3的绝热层用涂料。
[0096]
[比较例4]
[0097]
不添加玻璃纤维，除此以外，按照与实施例16(使用未经粉碎处理的二氧化硅气凝胶)同样的方式，制备比较例4的绝热层用涂料。
[0098]
[0099][0100]
(2)绝热层的质量减量率
[0101]
在本实施例的绝热材料的样品中，除了绝热层以外，包含两片玻璃布。因此，从绝
热材料的样品中仅切出质量为3～5mg的绝热层，将其作为质量减量率测定用样品，按照如下方式计算出绝热层的质量减量率。首先，将质量减量率测定用样品放入热重量分析装置(ta instruments公司制造的“q500”)，在空气气氛下以80℃/分钟的升温速度从室温加热至500℃。达到500℃后就这样保持30分钟，然后取出质量减量率测定用样品，对质量进行测定。然后，将质量减量率测定用样品的初始质量设为w0，将在500℃下保持30分钟后的质量设为w1，通过上述式(i)计算出绝热层的质量减量率。将这样得到的绝热层的质量减量率汇总示于上述表1、表2。
[0102]
(3)绝热材料的评价方法
[0103]
对于所制造的绝热材料的样品，通过以下方法对成膜性、绝热性、耐压缩性以及耐热性进行评价。
[0104]
[成膜性]
[0105]
目视观察绝热材料的样品的外观，调查裂纹的有无。在上述的表1、表2中，作为评价结果，将未确认到裂纹的情况以
○
标记示出，将确认到裂纹的情况以
×
标记示出。
[0106]
[绝热性]
[0107]
使用英弘精机(株)制造的导热率测定器“quick lambda”对绝热材料的样品的导热率进行测定。该导热率测定器使用将导热率已知的物质作为检定用标准试样进行了校准的检定曲线而相对地计算出导热率。因此，首先，作为标准试样，通过与比较例1的样品的制造方法相同的方法，制造二氧化硅气凝胶的配合量不同的三种绝热材料的样品。各样品中的二氧化硅气凝胶的配合量为153质量份、230质量份、307质量份。接着，利用依据jis a1412-2(1999)的热流计法的英弘精机(株)制造的热通量计“hc-074”对各样品(标准试样)的导热率进行测定，使用该导热率的值进行导热率测定器的校准。在上述的表1、表2中，作为评价结果，将导热率为0.045w/m
·
k以下的情况以
○
标记示出，将大于0.045w/m
·
k的情况以
×
标记示出。
[0108]
[耐压缩性]
[0109]
从绝热材料的样品中切出直径为60mm的圆板状的样品，作为压缩试验用样品。将压缩试验用样品设置于压缩试验机，以3mm/min的速度压缩至压缩压力达到15mpa。在压缩压力达到15mpa后保持1分钟，之后，以同样的速度恢复至压缩压力成为0mpa(无负荷)的状态。
[0110]
使用上述导热率测定器对压缩后的压缩试验用样品的导热率进行测定。在上述的表1、表2中，作为评价结果，将导热率为0.045w/m
·
k以下的情况以
○
标记示出，将大于0.045w/m
·
k的情况以
×
标记示出。
[0111]
对压缩前和压缩后的压缩试验用样品的厚度进行测定，通过上述式(ii)计算出厚度变化率。在上述的表1、表2中，作为评价结果，将厚度变化率小于70％的情况以
○
标记示出，将厚度变化率为70％以上的情况以
×
标记示出。
[0112]
[耐热性]
[0113]
将制造绝热材料的样品时制备的绝热层用涂料流入体积为1cm3的长方体状的模具中，放入热风烘箱中，在80℃下保持1小时后，升温至100℃，干燥至质量不再减少的状态，进行脱模。将所得到的成形体进一步在600℃下保持10分钟，调查破裂的有无。在上述的表1、表2中，作为评价结果，将未确认到破裂的情况以
○
标记示出，将确认到破裂的情况以
×
标记示出。
[0114]
(4)绝热材料的评价结果
[0115]
将绝热材料的评价结果汇总示于上述表1、表2。首先，如表1所示，在使用无机粘合剂(二氧化硅颗粒)且具有增强纤维(玻璃纤维)的实施例1～5的样品中，绝热层的质量减量率均为10％以下，成膜性、绝热性、耐压缩性以及耐热性良好。即，在实施例1～5的样品中，形成了没有裂纹的薄膜状的绝热层，导热率比较小，即使被压缩也不易被压垮，能够维持绝热性。另外，即使在高温下保持也不会破裂，能够保持形状。而且，可观察到若二氧化硅气凝胶的配合量变多则导热率变小(绝热性提高)的倾向，但是可观察到由压缩导致的厚度变化变大的倾向。
[0116]
与此相对地，在使用了有机粘合剂的比较例1的样品中，绝热层的质量减量率大于10％，成膜性以及绝热性良好，但因压缩而被压垮，无法对导热率进行测定，成为耐压缩性较差的结果。另外，若在高温下保持，则产生破裂，成为耐热性也较差的结果。另外，在不具有二氧化硅气凝胶的比较例2的样品中，无法得到所期望的绝热性。在不具有增强纤维的比较例3、比较例4的样品中，除了成膜性降低以外，也无法在高温下保持形状。
[0117]
接着，如表2所示，在实施例6～17的样品中，绝热层的质量减量率也为10％以下，成膜性、绝热性、耐压缩性以及耐热性良好。对改变了增强纤维的配合量的实施例6～11的样品进行比较，确认到若增强纤维的配合量变多则观察到由压缩导致的厚度变化变小的倾向，耐压缩性提高。需要说明的是，在增强纤维的配合量最多的实施例17的样品中，可观察到绝热层用涂料的粘度上升而加工性降低。在实施例12～15的样品中，增强纤维的种类(长径比)不同，但成膜性、绝热性、耐压缩性以及耐热性均很良好。实施例16的样品相对于实施例2的样品，二氧化硅气凝胶的粉碎处理的有无不同。如实施例2那样使用粉碎处理品时，绝热层用涂料的粘度变低。由此，能够缩短制备涂料时的混合分散时间，能够期待加工性的提高。另外，还可以确认到二氧化硅气凝胶的掉粉抑制效果、形状保持性的提高。
[0118]
附图标记说明
[0119]
1：电池组；10：框体；2：电池单元；3：绝热材料；30：绝热层；31：第一基材；32：第二基材；33：主体部；34：周缘部；35：熔接部；36：固定构件。