TOUSEN バッテリーパックの安全システム管理 (二） --バッテリーの熱暴走管理のための先端材料--

著者: CHACE /Tousen Thermal Management Engineering Team

2025-10-28

TOUSEN バッテリーパック安全システム管理 (二）

--バッテリーの熱暴走対策に向けた先端材料--

熱暴走管理

バッテリーパックの絶縁

エアロゲル複合材

セラミック化シリコンフォーム

断熱シリコーンフォーム

新エネルギーバッテリーシステムに取り組む熱管理エンジニアにとって、熱暴走を軽減することは設計上の最重要課題です。適切な断熱材とバリア材の選択は、細胞間の伝播を阻止し、パック全体の安全性を確保するために重要です。この技術レビューでは、重要な用途向けに広範な検証を経た TOUSEN の 3 つの高性能素材、エアロゲルコンポーネント GA-60 、セラミック化シリコンフォーム TC-400 、および断熱シリコーンフォーム HI-370を検証します。

各材料は独自の作用メカニズムを提供し、バッテリーパックの熱管理戦略内の特定の役割に適しています。この分析により、エンジニアリングの観点から詳細な技術仕様、パフォーマンス指標、およびアプリケーションシナリオが提供されます。

エアロゲルコンポーネント GA-60

コンパクトな空間でも優れた断熱性を発揮

超低熱伝導率

製品概要とアプリケーションのコンテキスト

エアロゲルコンポーネント GA-60 は、限られたスペースで最高レベルの熱性能が要求される用途向けに設計されたエアロゲル複合断熱シートです。そのコアは、ナノ多孔質シリカエアロゲルとケイ酸アルミニウムセラミックファイバーベースを複合することによって作成されたセラミックファイバーエアロゲル断熱フェルトです。このコアは、ホットメルト接着剤を使用して PET カバーフィルムでカプセル化され、平らで埃のない丈夫なシートが得られます。

エンジニアリングの観点:密集したモジュール内での伝導による熱伝達を最小限に抑えることが主な目的の場合、GA-60 は頼りになる材料です。セル間またはモジュール間のバリアとして、バッテリーボックスライナー内、またはスペースが重要なカバーの下に設置するのが理想的です。

主な技術的特徴と利点

優れた断熱性:シリカエアロゲルコアのナノ多孔質構造により、GA-60 の熱伝導率が非常に低くなり、熱の流れに対して非常に効果的なバリアを形成します。これは、暴走イベント中の熱伝播を遅らせるために非常に重要です。
高温回復力:極低温条件から高温までの広い温度範囲にわたって構造の完全性と絶縁特性を維持し、通常条件および障害条件下で信頼性の高いパフォーマンスを保証します。
軽量で堅牢:複合設計により低密度が実現し、バッテリーパックへの追加重量が最小限に抑えられ、またカプセル化により衝撃、湿気、ほこりに対する優れた耐性が得られます。
難燃性:この材料は本質的に難燃性を備えており、バッテリーシステム全体の火災安全性に貢献します。

代表的なパラメータ

パラメータ	仕様
芯材	セラミックファイバーエアロゲル断熱フェルト
カプセル化	ホットメルト接着剤付きPETカバーフィルム
キーのプロパティ	超低熱伝導率
処理パラメータ	高速プレス (温度: 80 ～ 100°C、圧力: 10kg/m²) により一体化が容易

セラミック化シリコンフォーム TC-400

アクティブ防火バリアと膨張シール

高温セラミック化

製品概要とアプリケーションのコンテキスト

セラミック化シリコンフォーム TC-400 は、受動的防火のためのスマートな材料技術を代表します。室温では、標準的なシリコーンフォームと同様に動作し、柔らかく圧縮可能で、シールや公差の補正に優れています。ただし、その重要な機能は極度の熱の下で活性化します。炎などの温度 (最高 800°C) にさらされると、セラミック化プロセスが起こり、柔らかい発泡体から硬質で硬いセラミックの炭化層に変化します。

エンジニアリングの観点: TC-400 は理想的な防火壁です。隙間、バスバー通路、モジュールの通気口のシールに最適です。通常の動作では、シールと低レベルの絶縁を提供します。熱暴走が発生した場合、断熱性と耐火性を備えたセラミックバリアを形成し、炎や高温ガスの伝播を防ぎ、防火区画を効果的に形成します。

主な技術的特徴と利点

セラミックバリアの形成:主要な差別化要因。結果として得られるセラミック層は、優れた断熱性と火の分離を提供し、長期間の燃え抜けに耐えます。
適合性とシール:初期のフォーム状態により、不規則な隙間を確実に埋めることができ、環境シールと公差補正の両方を提供します。
高温耐久性:直接の炎の衝突に耐性があり、パック内の最も重要な火災の危険性のあるエリアに適しています。
環境安定性:紫外線、オゾン、温度サイクルに対する優れた耐性を備え、長期的な信頼性を保証します。 UL94 V-0 難燃性評価を取得しています。

代表的なパラメータ

パラメータ	仕様
基材	シリコーンゴムフォーム
キー変換	高温でセラミック化して絶縁性の炭化物を形成します
難燃性	燃え抜けずに最大 800°C の火炎温度に耐えます
難燃性	UL94 V-0

断熱シリコーンフォーム HI-370

極度の高温下でも一貫したパフォーマンスを発揮

安定した熱伝導率

製品概要とアプリケーションのコンテキスト

断熱シリコーンフォーム HI-370 は、継続的な高温暴露下での安定した弾性断熱を必要とする用途向けに設計されています。 TC-400 とは異なり、HI-370 はセラミック化されません。その代わりに、 500℃もの高温でもエラストマーフォームの特性と、最も重要な低い熱伝導率を維持するように設計されています。

エンジニアリングの観点: HI-370 は、バッテリーパック内の高温ゾーンに耐久性のある長期的な絶縁ソリューションを必要とする熱エンジニアにとって非常に価値があります。常に高温になっているコンポーネントの周囲の熱障壁として、緩衝および断熱のためのセル間隔の充填剤として、または機械的応力や振動に対処するために高温での柔軟性と弾性を維持する必要がある領域に使用できます。

主な技術的特徴と利点

安定した熱伝導率:際立った特徴は、その熱伝導率 (~0.07 W/(m・K)) が室温から 500°C までほぼ一定のままであることです。この予測可能なパフォーマンスは、正確な熱モデリングと設計に不可欠です。
高温弾性:優れた耐圧縮永久歪み性とゴムのような特性を保持し、熱サイクル下でも脆くなったり劣化したりするのを防ぎます。
難燃性と安全性: UL94 V-0 規格に適合し、燃焼生成物は低煙と低毒性の要件に準拠しています。
耐環境性:紫外線やオゾンへの曝露などの過酷な条件下でも安定して動作します。

代表的なパラメータ

パラメータ	仕様
基材	シリコーンゴムフォーム
キーのプロパティ	室温から500℃まで安定した低い熱伝導率（0.07 W/(m・K)）
温度耐性	500℃までの特性を維持
難燃性	UL94 V-0

材料比較分析

特性	エアロゲル GA-60	セラミック化シリコン TC-400	断熱シリコーン HI-370
主なメカニズム	ナノ多孔質構造による超低熱伝導	高温でのセラミック化により、強固な防火壁が形成されます	高温下でも弾性と安定した熱伝導率を維持
最適なアプリケーション	スペースに制約のあるセル/モジュール間バリア	隙間、水路、通気口のアクティブ防火壁	継続的に高温になる場所でも長期安定した断熱効果を発揮
温度範囲	極低温から高温までワイドレンジ	室温～800℃（直火衝突）	室温～500℃（連続暴露）
機械的性質	硬質シート、耐衝撃性	柔らかく圧縮可能 (RT)、セラミック化後に硬化	弾力性と柔軟性を維持します
難燃性	優れた難燃性	UL94 V-0	UL94 V-0

結論: 用途に適した材料の選択

GA-60、TC-400、HI-370 のいずれを選択するかは、バッテリーパックの熱管理システム内の特定の機能要件によって異なります。これらの先進的な材料の独特の特性とメカニズムを理解することで、熱管理エンジニアは情報に基づいた意思決定を行い、将来の電気モビリティに向けて、より安全で信頼性が高く、より堅牢なバッテリーパックを設計できます。