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公開番号2025047292
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023155711
出願日2023-09-21
発明の名称バッテリーパック用断熱材およびその製造方法
出願人住友理工株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/658 20140101AFI20250326BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】多孔質構造体の粉末を有する組成物の加圧成形体を用いて、圧縮に対する変形性および除荷後の復元性に優れるバッテリーパック用断熱材、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】バッテリーパック用断熱材は、複数の一次粒子が連結して骨格をなし、該骨格間に細孔を有する多孔質構造体の粉末を有する組成物の加圧成形体1を備える。該多孔質構造体は、シロキサン結合数が異なる二種類以上のシラン化合物を有する溶液のゾル-ゲル反応により製造されており、該多孔質構造体の粉末は、該多孔質構造体を粉砕処理して得られた形状および大きさが異なる粒子10からなる。該組成物における該多孔質構造体の粉末の含有量は、該組成物の固形分を100質量%とした場合の65質量%以上であり、該加圧成形体の空隙率は、20%以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の一次粒子が連結して骨格をなし、該骨格間に細孔を有する多孔質構造体の粉末を有する組成物の加圧成形体を備えるバッテリーパック用断熱材であって、
該多孔質構造体は、シロキサン結合数が異なる二種類以上のシラン化合物を有する溶液のゾル－ゲル反応により製造されており、該多孔質構造体の粉末は、該多孔質構造体を粉砕処理して得られた形状および大きさが異なる粒子からなり、
該組成物における該多孔質構造体の粉末の含有量は、該組成物の固形分を１００質量％とした場合の６５質量％以上であり、
該加圧成形体の空隙率は、２０％以下であることを特徴とするバッテリーパック用断熱材。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記多孔質構造体の粉末の平均粒子径は、３０μｍ以上１５０μｍ以下である請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項３】
前記加圧成形体において、前記多孔質構造体の粒子はランダムに積み重なっている請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項４】
前記シラン化合物は、４官能シラン化合物および３官能シラン化合物である、または４官能シラン化合物および１官能シラン化合物である請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項５】
前記シラン化合物が、前記４官能シラン化合物および前記３官能シラン化合物である場合、該３官能シラン化合物の含有割合は、該シラン化合物の全体を１００質量％とした場合の５０質量％以上である請求項４に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項６】
前記シラン化合物が、前記４官能シラン化合物および前記１官能シラン化合物である場合、該１官能シラン化合物の含有割合は、該シラン化合物の全体を１００質量％とした場合の１０質量％以上４０質量％未満である請求項４に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項７】
前記組成物は、赤外線遮蔽粒子、無機繊維、および分散剤から選ばれる一種類以上を有する請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項８】
前記多孔質構造体は、シリカエアロゲルである請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項９】
前記組成物は、前記加圧成形体の構成成分を結着するバインダーを有しない請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材。
【請求項１０】
請求項１に記載のバッテリーパック用断熱材の製造方法であって、
シロキサン結合数が異なる二種類以上のシラン化合物を有する溶液のゾル－ゲル反応により製造された前記多孔質構造体と、分散剤と、水と、を有する組成物を粉砕処理して、形状および大きさが異なる粒子からなる前記多孔質構造体の粉末を製造する第一工程と、
該粉砕処理後の組成物を成形型に入れ加圧成形する第二工程と、
を有することを特徴とするバッテリーパック用断熱材の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数のバッテリーセルが収容されるバッテリーパックにおいて、隣接するバッテリーセル間などに配置される断熱材であって、特にエアロゲルなどの多孔質構造体を用いた断熱材に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車には、複数のバッテリーセルを収容したバッテリーパックが搭載される。バッテリーパックにおいては、複数のバッテリーセルが積層されてなるバッテリーモジュールが、積層方向の両側から締結部材により固定された状態で筐体内に収容される。隣り合うバッテリーセル間などには、バッテリーセルが異常に発熱した場合に熱の移動を抑制し、熱暴走を抑制するために、断熱材が配置される。バッテリーセルは、充放電に伴い膨張、収縮する。したがって、バッテリーセル間に配置される断熱材においては、バッテリーセルの膨張、収縮に追従して変形し、断熱性を維持できることが望ましい。より詳細には、バッテリーセルが充電され膨張した場合、その圧縮力により断熱材の厚さが薄くなると同時に、ある値以上の反力を発生させてバッテリーセルを付勢して、断熱材の位置ずれなどを回避することが必要になる。また、バッテリーセルが放電され収縮した場合（元の厚さに戻った場合）、断熱材の厚さも復元することが必要になる。
【０００３】
断熱材の材料としては、熱伝導率が小さいシリカエアロゲルなどが知られている。例えば、特許文献１には、圧縮力に対し柔軟性および難破壊性に優れるエアロゲルパウダーとして、シラン化合物の加水分解縮合物であるエアロゲルからなるエアロゲルパウダーが記載されている。原料のシラン化合物は、４官能シラン化合物、３官能シラン化合物、２官能シラン化合物の質量百分率を順にＱｘ、Ｔｘ、Ｄｘとした場合に、０≦Ｑｘ≦７０、３０≦Ｔｘ≦１００、０≦Ｄｘ＜３０（ただしＱｘ＋Ｔｘ＋Ｄｘ＝１００）を満足するものである。特許文献２には、複数の一次粒子が連結して骨格をなし該骨格間に細孔を有する多孔質構造体と、バインダーと、を有する断熱材において、多孔質構造体同士の間に存在する空隙の体積割合を１０％以上５５％以下にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１６５３８７号公報
特開２０２０－１２２５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、エアロゲルパウダー自体の柔軟性および加工時の難破壊性の向上を目的として、所定のシラン化合物を原料にすることが記載されている。しかしながら、同文献の段落［０１０９］に、エアロゲルパウダーの用途として、断熱窓、断熱建材などへの充填が挙げられているように、特許文献１には、エアロゲルパウダーを加圧成形して、バッテリーパック用断熱材として用いることは記載されていない。よって、特許文献１においては、エアロゲルパウダーの「加圧成形体」における圧縮時の変形性、発生する反力、および除荷後に元の形状に戻る復元性については検討されていない。また、「加圧成形体」の空隙率を示唆する記載もない。
【０００６】
他方、上記特許文献２に記載されている断熱材は、多孔質構造体をバインダー液に分散させた塗料を、塗料中の気体の状態を調整してから基材に塗布、乾燥して製造される。この製造方法においては、多孔質構造体間に積極的に空隙を存在させることにより、乾燥時の収縮歪みを低減し、ひび割れの発生などを抑制している。特許文献２に記載されている断熱材は、多孔質構造体の粉末を加圧成形した「加圧成形体」ではない。特許文献２に規定された空隙の体積割合は、塗料の乾燥時の収縮歪みを低減するという目的で特定されたものであり、バッテリーパック用断熱材に要求される特性を満足するものではない。
【０００７】
本開示は、このような実情に鑑みてなされたものであり、多孔質構造体の粉末を有する組成物の加圧成形体を用いて、圧縮に対する変形性および除荷後の復元性に優れるバッテリーパック用断熱材、およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記課題を解決するため、本開示のバッテリーパック用断熱材（以下、単に「本開示の断熱材」と称する場合がある）は、複数の一次粒子が連結して骨格をなし、該骨格間に細孔を有する多孔質構造体の粉末を有する組成物の加圧成形体を備えるバッテリーパック用断熱材であって、該多孔質構造体は、シロキサン結合数が異なる二種類以上のシラン化合物を有する溶液のゾル－ゲル反応により製造されており、該多孔質構造体の粉末は、該多孔質構造体を粉砕処理して得られた形状および大きさが異なる粒子からなり、該組成物における該多孔質構造体の粉末の含有量は、該組成物の固形分を１００質量％とした場合の６５質量％以上であり、該加圧成形体の空隙率は、２０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
例えば、多孔質構造体の粉末が球状で同程度の大きさの粒子から構成される場合、当該粉末の加圧成形体においては、粒子同士が主に点で接触して規則的に充填される。これにより、充填された粒子の剛性が大きくなり、外部からの圧縮力に対する反力が大きくなるため、圧縮された時の厚さの変化は極めて小さい。これに対して、本開示の断熱材に使用する多孔質構造体の粉末は、多孔質構造体を粉砕処理して得られたものであり、形状および大きさが異なる粒子からなる。このような異形状、異サイズの粒子からなる粉末の加圧成形体においては、粒子同士が点だけでなく線または面でも接触し、配置形態に規則性はない。この場合、外部から圧縮された時に、粒子同士がずれるようにして動くことにより、厚さ方向の変形量が比較的大きくなる。また、加圧成形体に空隙が存在する場合には、粒子が移動しやすくなり、より変形量が大きくなる。
【００１０】
また、多孔質構造体は、シロキサン結合数が異なる二種類以上のシラン化合物を有する溶液のゾル－ゲル反応により製造される。本明細書において、シラン化合物のシロキサン結合とは、ケイ素原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）との結合（Ｓｉ－Ｏ結合）を意味する。そして、シロキサン結合数とは、一つのケイ素原子に結合している酸素原子の数であり、シラン化合物は、シロキサン結合数が１～４の四種類に分けられる。本発明者は、シラン化合物のシロキサン結合数が、製造される多孔質構造体の弾性に影響するという知見に基づいて、シロキサン結合数が異なる複数のシラン化合物を混合して使用することにより、所望の弾性を有する多孔質構造体、より詳細には、圧縮時に所望の反力を生じさせつつ変形し、かつ除荷後に元の形状に戻る復元性を有する多孔質構造体を実現した。そして、得られた多孔質構造体を粉砕処理し、形状および大きさが異なる粒子から構成される粉末を用いることにより、バッテリーセルの充電時の僅かな膨張にも対応して変形可能な断熱材を実現した。このように、本開示の断熱材は、圧縮に対する変形性および除荷後の復元性に優れる。本開示の断熱材によると、バッテリーセルが膨張、収縮しても、位置ずれなどが生じにくく高い断熱性を維持することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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