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 積水化学工業は2022年3月31日、高容量リチウムイオン2次電池の発火事故に備えて熱と炎を貫通させない軽量な複合材料を開発したと発表した。難燃性プラスチックである塩素化ポリ塩化ビニル(CPVC、塩素化塩ビ)をガラス繊維のマットに含浸させた(図1)。電気自動車(EV)の客室床下に搭載されているリチウムイオン2次電池が発火しても客室内の乗員や可燃物が炎にさらされないようにする効果を期待でき、実際に電池セルを熱暴走させる試験で確認した。

図1 積水化学工業が開発した複合材料
図1 積水化学工業が開発した複合材料
塩素化ポリ塩化ビニルをガラス繊維のマットに含浸させた。(出所:積水化学工業)
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 CPVCは通常のポリ塩化ビニル(PVC)よりも塩素の含有量が多く、熱可塑性プラスチックの1種だが難燃性が高い。PVC系のプラスチックは溶融状態でも粘度が高いため、繊維へ含浸させるのが難しかった。積水化学工業は「独自のプラスチック複合技術を駆使して、繊維の比率が高い状態での複合化を可能にした」(同社)という。シート状の材料を熱プレスで成形する加工が可能で、使用後はリサイクルできる。

 開発した材料のシートに片側からバーナーの炎(1200℃)を当てたところ、炎と反対側の表面温度は2分後でも300℃以下にとどまり、7分経過しても穴は開かなかった(図2)。EVへの搭載を想定した実験では、電池パック模型の蓋部分をアルミニウム合金のみと開発品とでそれぞれ作製し、内部にセットした電池セルを熱暴走させた。アルミ合金の場合は発火後2秒で穴が開いて炎が貫通したが、開発品の場合は貫通しなかった(図3)。

図2 バーナーの炎を当てる試験
図2 バーナーの炎を当てる試験
燃えずに、7分経過しても穴が開かなかった。(出所:積水化学工業)
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図3 電池パックを模擬した熱暴走の試験
図3 電池パックを模擬した熱暴走の試験
アルミ合金では穴がすぐに開くが、開発品は穴が開かず、炎が貫通しなかった。(出所:積水化学工業)
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 これまで、電池発火事故への対策に無機鉱物含有シートや無機多孔質シートなどを使った例があるが、シートからの無機物粒子の脱落や、電池パックカバーへ貼る際の形状への追従性に問題があったという。新開発の複合材料はこれらの弱点がなく、さらに軽量化を図れる。例えば、アルミニウム合金と無機鉱物含有シートの組み合わせ(それぞれ厚さ1mm)と比べて、3割程度軽くなるとしている。

 同社はEV向けに開発を進める他、住宅に定置する電池や、航空機や太陽光発電所などの電池システムのきょう体などへ応用していく考え。