JP5379238B2

JP5379238B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5379238B2
Application number: JP2011538189A
Authority: JP
Inventors: 康成杉田; 智彦横山; 啓介清水; 万郷藤川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JPWO2011121901A1; US20120028107A1; CN102356483A; WO2011121901A1; KR20110126714A; EP2555276A1; CN102356483B; US8592076B2

Description

本発明は、複数の電池を備えた電池パックに関し、特に、電池パックの構造の改良に関する。

近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器の普及により、その電源である電池の需要が高まっている。特に、小型かつ軽量で、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の需要が高まっている。
このような需要に対して、非水電解質二次電池の研究開発が活発に行われている。この非水電解質二次電池は、ポータブル機器の高機能化に伴って、より大きなエネルギーを保有するようになってきており、異常時に発熱する量も大きなものとなっている。

このような電池を収納する電池パックにおいて、特定の電池がなんらかの原因で異常に発熱した際、その熱が隣接する電池に伝わることを抑制するための構造が提案されている。
特許文献１では、複数の電池間に、絶縁性および断熱性を有する、ポリプロピレンおよびポリカーボネートのような樹脂製の隔離板を配置することが提案されている。この隔離板により、異常発熱した特定の電池の熱が、隣接する電池に伝わるのが抑制される。

特許文献２では、隔離板の難燃性を高めるために、マイカやセラミックスなどの無機耐火材料を用いることが提案されている。
特許文献３では、ポリエチレンおよびポリプロピレンのような可燃性樹脂製の隔離板に内腔を設け、その内腔にリン酸二水素アンモニウム等の消火剤を充填することが提案されている。異常発熱した電池の熱により、隔離板の一部（低融点部）が溶解して開口すると、その開口から外部へ消火剤が流出し、空洞となった隔離板の内腔が断熱部となる。

特開２００８−１９２５７０号公報特開２００８−２１８２１０号公報特開２００９−４３６２号公報

特許文献１〜３の隔離板は、電池パック作製時においてある程度の厚みを要するため、体積効率が低い。よって、電池パックのサイズを小さくすることが困難である。
また、電池パック内にて特定の電池が異常に発熱することにより生じた多量の熱が局所的に集中して隔離板に伝播すると、隔離板が損傷し、隣接する電池へその熱が伝播する場合がある。

そこで、本発明は、高い断熱効果を有し、電池パック内に収納された電池のうちのいずれかが異常に発熱することにより電池パック内にて多量の熱が局所的に集中して生じたとしても、他の電池への熱伝導を効果的に抑えることができる、安全性が高く、小型軽量の電池パックを提供する。

本発明は、複数個の電池、前記複数個の電池を収納する筐体、および前記複数個の電池を相互に隔離する、少なくとも１つの隔離板を備えた電池パックであって、前記少なくとも１つの隔離板は、金属メッシュ体、および前記金属メッシュ体の両面に配された断熱層を含み、前記金属メッシュ体の厚みは、０．０２ｍｍ〜１ｍｍであり、前記断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大し、前記隔離板の前記発泡材料が発泡する前の厚みは、０．１ｍｍ〜５ｍｍである。

本発明によれば、金属メッシュ体の両面に断熱層が配された隔離板が熱せられると、断熱層内の発泡材料が発泡し、多数の気泡が発生し、断熱層が膨張することにより、隔離板は優れた断熱性を発揮する。隔離板は金属メッシュ体を含むため、隔離板にて熱を効率よく分散させることができる。よって、隣り合う電池の間に隔離板を配置することにより、電池パック内に収納された電池のいずれかが異常に発熱することにより電池パック内にて多量の熱が局所的に集中して生じたとしても、他の電池への熱伝導を効果的に抑えることができる。また、断熱層は金属メッシュ体に安定して保持されるため、隔離板の厚みを薄くすることができる。このような隔離板を用いることにより、高い断熱効果を有し、安全性が高く、小型軽量の電池パックを提供することができる。

本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本発明の一実施形態である電池パックの概略縦断面図である。図１のII−II線に沿った断面図である。

本発明は、複数個（２個以上）の電池、前記複数個の電池を収納する筐体、および前記複数個の電池を相互に隔離する、少なくとも１つの隔離板を備えた電池パックに関する。

複数個の筒状の電池を、隣り合う電池の側面同士が向かい合うように筐体内に収納する場合、前記少なくとも１つの隔離板を、前記隣り合う電池の少なくとも前記側面の間に配置すればよい。
筒状の電池としては、例えば、円筒型、角型等が挙げられる。円筒型電池または角型電池は、円柱体または四角柱体であり、その一端面に正極端子およびその他端面に負極端子が設けられている。複数個の円筒型電池または角型電池が、隣り合う電池の側面同士が向かい合うように横一列に配置される場合、前記側面の間に隔離板が配置される。隣り合う電池の端面同士が向かい合う場合、前記端面の間には、隔離板を配置してもよく、配置しなくてもよい。

本発明は、上記の隔離板が下記（１）〜（３）の特徴を有する。
（１）隔離板が、伝熱層、および伝熱層の両面に配された断熱層で構成されている。
（２）伝熱層が、金属メッシュ体である。
（３）断熱層が、１１０℃以上２００℃未満の温度（以下、第１の温度）で発泡可能な発泡材料を含み、その発泡材料の発泡により断熱層の厚みが増大する。

本発明の電池パックにおける隔離板は、金属メッシュ体および発泡材料を含む断熱層を組み合わせることにより、バランス良く、効果的に、熱拡散および熱吸収を行うことが可能であり、電池パックの安全性が大幅に向上する。具体的には、２つの断熱層で熱を効果的に吸収し、金属メッシュ体にて熱を効果的に拡散させることにより、異常に発熱した電池の熱が、隣接する電池に伝播するのを抑制することができる。多量の熱が局所的に集中して隔離板に伝播した場合でも、隔離板は損傷することがなく、その熱が隣接する電池に伝播するのを確実に抑制することができる。

断熱層は、第１の温度で発泡する材料を含む。第１の温度とは、電池が異常に発熱して断熱層が熱せられた際の断熱層の温度である。電池パックの使用環境、および電池が異常に発熱した際の電池温度の観点から、１１０℃以上で発泡可能な発泡材料を用いる必要がある。後述するアルカリ金属の珪酸塩が発泡する温度は、１１０℃以上２００℃未満である。断熱層の温度を、電池が自己発熱する温度以下とするためには、第１の温度は１５０℃以下であるのが好ましい。

正常状態には、発泡材料は発泡しないので、断熱層は膨張することなく、薄い層として存在する。電池パックに収納された複数の電池のうちのいずれかが異常発熱をしたときには、その電池に接し、または近接する断熱層が熱せられて発泡材料が発泡し、断熱層内部に多数の気泡が発生し、断熱層の厚みが増大する。その多数の気泡によって、優れた断熱性が発揮され、隣り合う正常な電池に熱が伝わることを効果的に抑制することができる。
異常発熱した電池から高温ガスが噴出する等により、隔離板に多量の熱が局所的に集中して伝播した場合でも、金属メッシュ体にて熱を効率よく分散させることができるため、隔離板は損傷しない。

伝熱層がメッシュ体であるため、隔離板にて熱を効率よく分散させることができ、隔離板にて局所的に熱が集中するのを効果的に抑制することができる。
伝熱層が金属メッシュ体であり、また、金属メッシュ体に断熱層が安定して保持されるため、隔離板を薄くすることができる。よって、電池パックの小型軽量化が可能である。

金属メッシュ体および発泡材料を含む断熱層からなる隔離板は、マイカやセラミックスのような無機耐火材料を主材料として含む隔離板に比べて、一般的に安価かつ軽量であり、また、その製造も容易であることから、高い断熱効果を有する電池パックの軽量化、低価格化を可能とする。
また、本発明では、断熱層を構成する材料に発泡材料を用いるため、無機耐火材料を用いる場合でも、少量の無機耐火材料の使用で十分な断熱効果が得られる。

以下、本発明に係る一実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態の電池パック１は、図１および２に示すように、円筒型二次電池である電池３および電池４と、電池３および電池４を収納する角型の樹脂製の筐体２と、電池３と電池４との間に配された隔離板５とを備える。隔離板５は、シート状の金属メッシュ体６、および金属メッシュ体６の両面に配された断熱層７ａおよび断熱層７ｂからなる。断熱層７ａが電池３側に、断熱層７ｂが電池４側に、それぞれ配される。金属メッシュ体６の両面に断熱層７ａおよび断熱層７ｂが配されるため、電池３および電池４のどちらが異常に発熱しても、効率よく熱を吸収することができる。なお、図示しないが、電池パックは、上記以外にも、電池３および電池４の電気的な接続のための部材（リード等）および電池パックから外部へ電気を取り出すための部材（外部端子等）のような電池パックの構成に必要な部材を備える。これらの部材には、従来から電池パックで用いられているものを適宜用いればよい。
電池３および電池４は、円柱体であり、その一端面に正極端子が設けられ、その他端面に負極端子が設けられている。電池３および電池４は、互いに側面同士を対向させて、同じ向きに配置されている。電池３および電池４の側面同士の間に隔離板５が配置されている。電池３および電池４の端面同士は互いに対向しないので、電池３および電池４の端面同士の間での熱伝導は起こり難い。

金属メッシュ体６は、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、および銅からなる群より選択される少なくとも１種からなるのが好ましい。これらのなかでも、金属メッシュ体の強度、電池パックの小型軽量化、およびコストの面から、これらの中でも、ステンレス鋼が特に好ましい。
異常発熱した電池から高温ガスが噴出する等により、多量の熱が隔離板（断熱層）に局所的に集中して伝播した場合でも、熱を効率よく吸収し、分散させることができる。よって、多量の熱が局所的に集中して伝播することによる隔離板５の損傷を抑制することができる。

金属メッシュ体の断熱層保持性および強度の観点から、金属メッシュ体６は、５〜６５メッシュであるのが好ましい。金属メッシュ体は、例えば、金属の線材からなる、多数の網目（孔）を有する金網である。金網としては、平織金網、綾織金網、および亀甲金網のような織金網が挙げられる。金属メッシュ体の面方向において均一な熱拡散性を得るためには、金網を構成する線材の直径が一定であり、網目の形状およびサイズが一定であるのが好ましい。金属メッシュ体の熱拡散性および強度の観点から、線材の直径は、０．０２〜０．７ｍｍが好ましい。網目の形状は、正方形、長方形、菱形などの四角形および六角形（亀甲形）のような多角形が挙げられる。金属メッシュ体の熱拡散性および断熱層保持性の観点から、これらの中でも、網目形状は、四角形が好ましい。金属メッシュ体の熱拡散性および断熱層保持性の観点から、網目の大きさ（目開き）は、０．０２〜４．３８ｍｍが好ましい。金属メッシュ体の熱拡散性および断熱層保持性の観点から、金属メッシュの開口率は、２５〜７５％が好ましい。また、金属メッシュ体として、エキスパンドメタルを用いてもよい。

Ｌｉと合金化可能な負極活物質を用いた非水電解質二次電池のような、容量が比較的大きい電池を用いる場合、電池が異常に発熱した際の電池温度が非常に高くなる。このような電池を用いる場合、金属メッシュ体６には、ステンレス鋼およびチタンのような融点の高い材料を用いるのが好ましい。

断熱層７ａおよび断熱層７ｂは、主に、アルカリ金属の珪酸塩を含む。安価であり、珪酸塩を製造し易い点から、そのアルカリ金属は、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、およびリチウム（Ｌｉ）からなる群より選択される少なくとも１種であるのが好ましい。
結着力の観点からはＮａ＞Ｋ＞Ｌｉの順であり、耐水性の観点からはＬｉ＞Ｋ＞Ｎａの順である。これら３種のアルカリ金属の珪酸塩を、電池パックの使用機器にあわせて、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

アルカリ金属の珪酸塩は、多くの結晶水を有する。結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩は、例えば、式：Ｍ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂・ｘＨ₂Ｏで表される組成を有する。式中、Ｍは、Ｎａ、Ｋ、およびＬｉからなる群より選択される少なくとも１種である。ＭがＮａまたはＬｉの場合、ｎは０．５〜４である。ＭがＫの場合、ｎは０．４〜４である。ｘは、結晶水の量を示す値であり、結晶水の量により任意の値を取り得る。例えば、メタ珪酸ナトリウムの場合、Ｍ＝Ｎａおよびｎ＝１である。メタ珪酸カリウムの場合、Ｍ＝Ｋおよびｎ＝１である。メタ珪酸リチウムの場合、Ｍ＝Ｌｉおよびｎ＝１である。

結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩が高温に曝されると、アルカリ金属の珪酸塩は約１１０℃付近から結晶水を放し始め、それと同時に発泡し始める。このため、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの内部に気泡が多数形成され、その厚みが増大して、その断熱性が高められる。
例えば、電池パック１において、電池３が異常に発熱した場合、断熱層７ａおよび断熱層７ｂが第１の温度に熱せられると、断熱層７ａおよび断熱層７ｂ中のアルカリ金属の珪酸塩が発泡し、断熱層７ａおよび断熱層７ｂは気泡を生じながら膨張する。その結果、気泡を多数含む、膨張した断熱層７ａおよび断熱層７ｂによって、電池３から隣接する電池４への熱伝導が抑制され、電池３の異常な発熱が電池４に及ぶことが阻止される。

異常発熱した電池３の熱は、断熱層７ａ、金属メッシュ体６、および断熱層７ｂの順に伝播する。断熱層７ａより金属メッシュ体６に伝播した熱は隔離板全体に拡散するため、断熱層７ｂにて、効率よく熱を吸収することができる。たとえ、異常発熱した電池３から高温ガスが噴出する等により、隔離板５に多量の熱が局所的に伝播した場合でも、金属メッシュ体６において熱が分散するため、隔離板に多量の熱が集中して伝播することによる隔離板の損傷が抑制される。

電池パック１のスペースおよび隔離板５の断熱性の観点から、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの厚み方向の膨張率は、３０〜６００％が好ましく、５０〜３００％がより好ましい。
なお、膨張率は、下記式で表される。
膨張率（％）＝（断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み）／（断熱層の膨張前の厚み）×１００
断熱層の膨張の程度は、例えば、発泡材料の種類および含有割合、ならびに後述する発泡促進剤の含有割合に応じて調整することができる。なお、断熱層の厚みは、隔離板の厚み方向に沿った厚み寸法を指す。

さらに、断熱層７ａおよび断熱層７ｂは、アルカリ金属の珪酸塩が結晶水を放つ際の潜熱で電池を冷却する効果も有する。よって、アルカリ金属の珪酸塩は、断熱層を構成する材料として非常に好ましい。発泡材料がアルカリ金属の珪酸塩である場合、発泡材料の発泡による断熱効果だけでなく、さらに上記の冷却効果が得られるため、電池３の熱が電池４へ伝わるのをより抑制することができる。
隔離板５は、発火点、引火点を有さない不燃材料で主に構成されているため、電池パック１の信頼性を高める上で適したものである。隔離板５において、金属メッシュ体の両面は、絶縁性を有する断熱層で覆われるため、隔離板５により電池の外部短絡を生じることはない。

アルカリ金属の珪酸塩が発泡する第１の温度を超える温度に断熱層が熱せられた場合に、より効果的に断熱することができるように、断熱層７ａおよび断熱層７ｂは、さらに、２００℃以上の温度（以下、第２の温度）で発泡可能な発泡促進剤を含むのが好ましい。
発泡促進剤には、アルカリ金属の珪酸塩が結晶水を放し、それが水蒸気となって発泡する温度より高い温度で気体を放出する材料を用いるのが好ましい。発泡促進剤は、電池の異常発熱により第１の温度を超えるまで断熱層が熱せられた時に気体を放出する。これにより、断熱層７ａおよび断熱層７ｂにおいて発泡に寄与する気体がより多く発生する。このため、断熱層が発泡促進剤を含まない場合に比べて、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの発泡材料が発泡した後の厚みをより増大させることができる。これにより、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの断熱効果をさらに高めることができる。

発泡促進剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸バリウムからなる群より選択される少なくとも１種を用いることがより好ましい。なお、発泡促進剤としてアルカリ金属の珪酸塩が結晶水を放し、気体が供給されて発泡する温度より、高い温度（第２の温度）で気体を放出する材料を選択するのが好ましい。

発泡材料と発泡促進剤との組み合わせの代表例として、ナトリウムの珪酸塩に対して水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムが選択される。ナトリウムの珪酸塩は約１３０〜１５０℃に加熱されると結晶水を放し、それが水蒸気となって発泡する。これに対して、水酸化アルミニウムは約２００〜３００℃程度に加熱されると熱分解により水蒸気を生じる。また、水酸化マグネシウムは約４００℃以上に加熱されると熱分解により水蒸気を生じる。このような組み合わせにより、断熱層の温度がナトリウムの珪酸塩が水蒸気を放出する温度を超えると、発泡促進剤である水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムの熱分解により水蒸気が生じる。このため、断熱層の温度がナトリウムの珪酸塩が水蒸気を放出する温度より高くなっても、断熱層内にて気泡の発生を持続させることができる。

断熱層７ａおよび断熱層７ｂにおける発泡促進剤の含有割合Ｗａは、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５〜９５質量部であることが好ましく、２０〜８０質量部であることがより好ましい。
断熱層７ａおよび断熱層７ｂにおける発泡促進剤の含有割合Ｗａを、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５質量部以上とすることで、発泡促進剤の効果が十分に得られる。断熱層７ａおよび断熱層７ｂにおける発泡促進剤の含有割合Ｗａを、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して９５質量部以下とすることで、発泡材料が相対的に占める割合を十分に確保することができる。よって、断熱層７ａおよび断熱層７ｂによる断熱効果が十分に得られる。また、後述の構造材を用いる場合、構造材が相対的に占める割合を十分に確保することができ、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの結着力が十分に得られる。その結果、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの金属メッシュ体６からの部分的な剥落等を防ぐことができる。

高温環境下における断熱層の形状安定性を改善するために、断熱層７ａおよび断熱層７ｂは、さらに、第２の温度で発泡しない無機粒子からなる構造材を含むことが好ましい。断熱層７ａおよび断熱層７ｂは、さらに、発泡促進剤および構造材の両方を含むのがより好ましい。
無機粒子は、断熱層内にて均一に分散している。無機粒子は、耐熱性および断熱層の形状安定性の観点からセラミックスの粒子であるのが好ましい。
セラミックスには、珪酸アルミニウム、ケイフッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも１種を用いるのがより好ましい。

粒子の形状は、例えば、球状、薄片状、繊維状が挙げられる。構造材が繊維状の場合、平均繊維長０．１〜１００μｍ、および平均繊維径０．０１〜１０μｍが好ましい。構造材が球状の場合、平均粒径０．１〜１００μｍが好ましい。構造材が薄片状の場合、例えば、厚み０．０１〜１０μｍおよび最大径０．０５〜１００μｍが好ましい。

断熱層７ａおよび断熱層７ｂ中の構造材の含有割合Ｗｂは、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５〜７０質量部であることが好ましく、１０〜５０質量部であることがさらに好ましい。
断熱層７ａおよび断熱層７ｂ中の構造材の含有割合Ｗｂを、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５質量部以上とすることで、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの膨張時に、断熱層７ａおよび断熱層７ｂの厚みを均一化することができる。よって、得られる発泡層（膨張した断熱層）による断熱効果が十分に得られる。断熱層７ａおよび断熱層７ｂ中の構造材の含有割合Ｗｂを、アルカリ金属の珪酸塩（結晶水を含まない）１００質量部に対して５０質量部以下とすることで、発泡材料および発泡促進剤が相対的に占める割合を十分に確保することができる。よって、断熱層７ａおよび断熱層７ｂによる断熱効果が十分に得られる。

金属メッシュ体６は多数の孔（網目）を有するため、電池パックの小型軽量化が可能である。また、隔離板作製時において、金属メッシュ体６の孔内に、後述する断熱層形成組成物が密に充填され、金属メッシュ体６の孔内に断熱層（図示しない）が形成される。孔内に形成された断熱層を介して、断熱層７ａおよび断熱層７ｂは一体化している。よって、断熱層７ａおよび断熱層７ｂは、金属メッシュ体６に安定して保持される。金属メッシュ体６からの断熱層７ａおよび断熱層７ｂの剥がれおよび脱落が抑制される。
金属メッシュ体６は、孔の形状およびサイズが一定であるため、その孔内に断熱層を均一に充填することができる。よって、隔離板５の面方向において、金属メッシュ体の熱拡散性および断熱層の熱吸収性を均一化することができる。
これに対して、伝熱層が多孔質体（発泡体）である場合、孔の形状およびサイズが一定に形成されていない。多孔質体の表面で開口する部分が小さく、かつ厚み方向に延びていない孔が存在する。また、多孔質体は、孔が占める割合が少ない。よって、多孔質体の孔に断熱層を密に安定して形成することが難しく、多孔質体の表面にて断熱層を安定して保持することが難しい。多孔質体内にて断熱層を均一に充填することが難しい。多孔質体の面方向において熱拡散性および熱吸収性のばらつきを生じ易い。

金属メッシュ体６の厚みは、０．０２ｍｍ〜１ｍｍであるのが好ましい。なお、この金属メッシュ体６の厚みは、金属メッシュ体６の厚み方向に沿った断面における、最大の厚み寸法を指す。金属メッシュ体の厚みが０．０２ｍｍ以上であると、異常に発熱した電池からの熱の吸収および分散を効果的に行うことができる。電池パックの小型軽量化の観点から、金属メッシュ体６の厚みが１ｍｍ以下であると、電池パックの小型軽量化が容易である。金属メッシュ体６の厚みは、より好ましくは０．０２〜０．５ｍｍであり、特に好ましくは０．０２〜０．１ｍｍである。

断熱層の形状安定性および電池パックの小型軽量化の観点から、断熱層７ａの厚み（発泡材料が発泡する前の厚み）、および断熱層７ｂの厚み（発泡材料が発泡する前の厚み）は、好ましくは０．０４〜２ｍｍ、より好ましくは０．０４〜１ｍｍ、特に好ましくは０．０４〜０．５ｍｍである。

隔離板５の厚みは、０．１〜５ｍｍであるのが好ましい。なお、この隔離板５の厚みは、発泡材料が発泡する前の厚み寸法を指す。隔離板５の厚みが０．１ｍｍ以上であると、隔離板５の断熱性を十分に確保することができる。隔離板５の厚みは５ｍｍ以下であると、電池パックの小型軽量化が容易である。隔離板５の厚みは、０．１〜２．５ｍｍであるのがより好ましい。

隔離板５の幅（隔離板の電池の軸方向に垂直な面における面方向の長さ）は、電池３および電池４を収納した状態で電池の直径（電池の設置面（筐体の内底面）からの高さ）以上の寸法とするのが好ましい。これにより、断熱層７ａおよび断熱層７ｂによる断熱効果がより高められる。
隔離板５の電池の軸方向の長さは、電池の軸方向の長さ以上の寸法とするのが好ましい。これにより、断熱層７ａおよび断熱層７ｂによる断熱効果がより高められる。
円筒型電池の代わりに角型電池を筐体内に収納する場合、隔離板５の幅（隔離板５の電池の軸方向に垂直な面における面方向の長さ）は、角型電池の設置面（筐体の内底面）からの高さ以上の寸法とするのが好ましい。

電池パック１の製造方法は、例えば、
（Ａ）筐体２を準備する工程と、
（Ｂ）アルカリ金属の珪酸塩を含む断熱層形成用組成物を作製する工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）で作製した断熱層形成用組成物を、金属メッシュ体６の両面に一定の厚みで層状になるよう塗布した後、乾燥して断熱層７ａおよび断熱層７ｂを形成し、隔離板５を作製する工程と、
（Ｄ）電池３と電池４との間に隔離板５が配置されるように、筐体２内に、電池３、電池４、および隔離板５を収納する工程と、
を含む。

以下、工程（Ａ）について説明する。
筐体は、例えば、樹脂成型により得られる。筐体の成型に用いられる樹脂材料には、ＵＬ−９４規格のＶ−０以上の難燃性樹脂を使用することが好ましい。「ノート型ＰＣにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」（（社）電子情報技術産業協会、（社）電池工業会）では、筐体の樹脂材料に上記の難燃性樹脂を用いることが推奨されている。筐体の構成材料には、難燃化処理された高分子材料を用いるのが好ましい。その高分子材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのいずれかに難燃化処理を施したものを用いるのが好ましい。

以下、工程（Ｂ）について説明する。
断熱層形成用組成物は、例えば、アルカリ金属の珪酸塩に、溶媒または分散媒を加えることにより得られる。必要に応じて、断熱層形成用組成物に、さらに発泡促進剤および構造材のうちの少なくとも一方を加えてもよい。溶媒または分散媒には、例えば、水や有機溶媒が用いられる。
作業上の観点から、断熱層形成用組成物として、水ガラス（珪酸ナトリウムの水溶液）を用いるのが好ましい。水ガラスとしては、例えば、JIS規格（JIS K 1408）の１〜３号の珪酸ナトリウムが用いられる。

以下、工程（Ｃ）について説明する。
例えば、金属メッシュ体６に、断熱層形成用組成物を塗布し、塗膜を形成した後、塗膜を乾燥させて、塗膜中の溶媒または分散媒を除去することにより、金属メッシュ体６に断熱層７ａおよび断熱層７ｂを形成する。例えば、断熱層形成用組成物に水ガラスを用いる場合、結晶水を有する固形状の珪酸ナトリウムを含む断熱層を形成することができる。
断熱層形成用組成物の塗布方法には、浸漬塗布法、ローラ塗布法、スプレー塗布法、ドクターブレード塗布法等の、従来から公知の塗布方法が用いられる。

工程（Ｃ）により、金属メッシュ体の両面だけでなく、金属メッシュ体の孔内にも容易に組成物を充填することができる。よって、金属メッシュ体６の両面に断熱層７ａおよび断熱層７ｂを形成するだけでなく、金属メッシュ体６の孔内にも容易に断熱層（図示しない）を形成することができ、断熱層７ａおよび断熱層７ｂを金属メッシュ体６に強固に保持させることができる。

以下、工程（Ｄ）について説明する。
工程（Ｄ）では、例えば、工程（Ａ）において、筐体２を、ケース本体および蓋体で構成する場合、ケース本体の開口部より電池３および電池４を収納し、さらに電池３と電池４との間に隔離板５を挿入した後、接着剤または熱溶着によりケース本体に蓋体を装着する。このようにして、筐体２内に電池３、電池４、および隔離板５を収納する。
また、工程（Ａ）において、ケース本体の内面の所定箇所に、隔離板の端部を嵌合させるための溝を形成する場合、工程（Ｄ）において、ケース本体に電池を収納する前に、予め隔離板の端部を溝に嵌合させ、隔離板をケース本体の所定位置に設置させてもよい。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
本発明の電池パックの安全性を評価するため、以下の手順で、電池の代わりに金属円柱体を用いて評価用パックを作製し、評価した。

《実施例１》
（１）隔離板の作製
長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、および厚み０．４ｍｍのニッケル製のメッシュ体（（株）ニラコ製、ニッケル／金網、２０メッシュ、品番ＮＩ−３１８０２０）の両面に、断熱層形成用組成物を均一塗布し、一昼夜放置して自然乾燥させ、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層（一層あたりの厚み０．３ｍｍ）を形成した。このようにして、隔離板Ａ（厚み１．０ｍｍ）を作製した。断熱層形成用組成物には、珪酸ソーダ（大阪硅曹株式会社製、商品名:３号珪酸ソーダ）８０質量部に水２０質量部を加えて得られた珪酸ナトリウムの水溶液を用いた。Ｎａ₂Ｏ：ＳｉＯ₂のモル比は１：３であった。

（２）評価用パックの作製
内部空間の長さ６７ｍｍ、幅４１ｍｍ、深さ２０ｍｍ、厚み１ｍｍのポリカーボネート製筐体内に、電池３および４の代わりに、ＳＵＳ３０４製の円柱体（長さ６５ｍｍ、外径１８ｍｍ）を２個収納した。上記で得られた隔離板Ａを、筐体内の円柱体間に配置した。
具体的には、筐体を、有底角筒状のケース本体と四角板状の蓋体とで構成した。ケース本体に円柱体の２個を収納し、さらに、２個の円柱体の間に隔離板を挿入した。その後、ケース本体に蓋体を取り付けた。このようにして、筐体内に隔離板および２個の円柱体を収納した。なお、後述の評価試験のためにケース本体と蓋体とを接合せずに電池パックを構成した。

《実施例２》
長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、および厚み０．２５ｍｍのステンレス鋼製のメッシュ体（（株）ニラコ製、ステンレスＳＵＳ３０４／金網、３０メッシュ、品番ＮＩ−７５８０３０）の両面に、株式会社アクセス製のアクセラコートＦ（珪酸ソーダベース、構造材他含有）を塗布し、一昼夜放置して自然乾燥させ、結晶水を有する珪酸ナトリウムを含む断熱層（一層あたりの厚み０．３ｍｍ）を形成した。このようにして、隔離板Ｂ（厚み０．８５ｍｍ）を得た。Ｎａ₂Ｏ：ＳｉＯ₂のモル比は１：３．２であった。
隔離板Ａの代わりに、隔離板Ｂを用いた以外、実施例１と同様の方法により、評価用パックを作製した。

《比較例１》
隔離板Ｃとして、ポリカーボネート（ＰＣ）製の板（長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍ）を用意した。
隔離板Ａの代わりに、隔離板Ｃを用いた以外、実施例１と同様の方法により、評価用パックを作製した。

［評価］
実施例１〜２および比較例１について、以下の評価を行った。
セラミックヒーター（坂口電熱（株）製、ＭＳ−Ｍ５）を準備した。筐体から蓋を取り外し、一方の円柱体の一端面にセラミックヒーターの板状の発熱体を当接し、この発熱体から延びる一対のリード線を端子間電圧６Ｖの電源に接続した。ヒーター温度を７００℃に設定した。ヒーター温度が７００℃に達してから１０分後に、他方の円柱体の温度を熱電対で測定した。

また、実施例１および２については、デジタルノギスを用いて、ヒーターにて加熱する前における断熱層の膨張前の厚み、およびヒーターにて加熱した後における断熱層の膨張後の厚みを測定した。そして、下記式より膨張率を求めた。
膨張率（％）＝（断熱層の膨張後の厚み−断熱層の膨張前の厚み）／（断熱層の膨張前の厚み）×１００
その結果を表１に示す。表１の断熱層の膨張率は、金属メッシュ体の両面に配された２つの断熱層の膨張率の平均値とした。

本発明の実施例１および２の評価用パックは、比較例１の評価用パックに比べて、断熱効果に優れていることがわかった。実施例１および２の隔離板を用いた場合、隣り合った電池間の熱伝導が効果的に抑制され、安全性が非常に高い電池パックが得られることがわかった。比較例１の評価用パックでは、隔離板Ｃが一部溶融して破損した。また、隔離板Ｃは発泡材料を含まないため、実施例１および２のような発泡材料の発泡による膨張は起こらなかった。

本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

本発明に係る電池パックは、特定の電池が、万一異常により発熱が生じたとき、その熱が隣り合った電池に伝導することを効果的に抑制することができ、パーソナルコンピュータ用電池パックや携帯電話用電池パック等として有用である。また、大型の定置用電池または電気自動車用電池のパッケージ等の用途にも応用可能である。

Claims

複数個の電池、前記複数個の電池を収納する筐体、および前記複数個の電池を相互に隔離する、少なくとも１つの隔離板を備えた電池パックであって、
前記少なくとも１つの隔離板は、金属メッシュ体、および前記金属メッシュ体の両面に配された断熱層を含み、
前記金属メッシュ体の厚みは、０．０２ｍｍ〜１ｍｍであり、
前記断熱層は、１１０℃以上２００℃未満の温度で発泡可能な発泡材料を含み、前記発泡材料の発泡により当該断熱層の厚みが増大し、
前記隔離板の前記発泡材料が発泡する前の厚みは、０．１ｍｍ〜５ｍｍである、電池パック。
前記発泡材料は、結晶水を有するアルカリ金属の珪酸塩を含む請求項１記載の電池パック。
前記アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、およびリチウムからなる群より選択される少なくとも１種である請求項２記載の電池パック。
前記断熱層が、さらに２００℃以上の温度で発泡可能な発泡促進材と、２００℃以上の温度で発泡しない無機粒子からなる構造材とを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パック。
前記発泡促進材は、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸バリウムからなる群より選択される少なくとも１種である請求項４に記載の電池パック。
前記構造材は、珪酸アルミニウム、ケイフッ化ナトリウム、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ムライト、珪藻土、アルミナ、シリカ、雲母、酸化チタン、バーミキュライト、パーライト、マグライト、セピオライト、タルク、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、硫酸カルシウム、およびセメントからなる群より選択される少なくとも１種である請求項４に記載の電池パック。
前記金属メッシュ体は、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、および銅からなる群より選択される少なくとも１種からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池パック。