先進的な耐火性ポリマー複合材料

電気自動車は、世界の移動のあり方を変えつつあります。しかし、普及が加速するにつれ、その安全性を高めるという業界の責任も増しています。EV 設計における最も重要な課題の 1 つは、熱暴走への対策です。熱暴走とは、バッテリー セルが過熱した際に発生する危険な連鎖反応であり、隣接するセルが発火し、バッテリー パック全体に火災が急速に広がるおそれがあります。TE Connectivity では、当社の材料科学者が、単に火災に耐えるだけでなく、火災にさらされると性質が変化する画期的なソリューションを開発しました。

TE のコーポレート テクノロジー センター（CTC）の材料チームが開発したこの先進的な耐火性ポリマー複合材料は、絶縁バリアとして機能するよう設計されており、たとえば EV のバッテリー モジュール間に配置されます。通常の動作条件下では、プラスチックのような特性を示します。加工や成形が容易で、機械的な柔軟性を持たせることができ、射出成形や押出成形などの標準的な製造技術にも対応しています。しかし、バッテリー火災時のような極度の高温にさらされると、この材料はその場で性質が変化します。

綿密に設計されたその場での化学反応により、反応性無機充填材がポリマー マトリックスと相互作用し、緻密で亀裂のないセラミック状のバリア層を形成します。このバリア層は、構造的な絶縁性を維持しながら、最高 1,200 ℃ の火炎に少なくとも 10 分間直接さらされても耐えることができます。EV バッテリー用途では、このようなバリアにより、熱暴走発生時の延焼リスクを低減できる可能性があります。 

これまで、火災対策を設計するエンジニアは、難しいトレードオフに直面してきました。従来のセラミック製バリアは脆く、急激な温度変化（熱衝撃）によって亀裂が生じやすく、複雑な形状に成形することも困難です。マイカ系ソリューションは効果的である一方、コストが大幅に高く、加工上の制約もあります。一方、一般的なポリマー材料は、火災にさらされると溶融したり崩壊したりします。まさに保護が最も必要とされる状況で、このような問題が発生します。

TE の耐火性ポリマー複合材料は、これらすべての欠点に同時に対応します。

• 柔軟性と耐久性：硬質セラミックとは異なり、この材料は火炎にさらされる前は柔軟性を維持し、亀裂を生じることなく最大 90 度まで曲げられるため、複雑な製品構造にも容易に組み込むことができます。

• 優れた耐熱衝撃性：試験の結果、熱衝撃試験において、従来のアルミナ（Al₂O₃）セラミックスよりも優れた性能を発揮することが確認されました。

• 拡張性とコスト効率に優れた製造：二軸押出機、射出成形機、カレンダー加工装置などの標準的な産業設備に対応しているため、この複合材料は大規模でもコスト効率よく生産できます。

• コスト面での優位性：この技術は、設計されたポリマー システムによって高性能な防火機能を実現し、高価格帯のマイカ系ソリューションと比較して、より経済的な選択肢を提供します。

TE の耐火性ポリマー複合材料技術は、シリコーン ゴム系と熱可塑性樹脂系（ナイロン、ポリプロピレンなど）の両方の複合材料プラットフォームを基盤として構築でき、さまざまな電気用途や熱管理用途において設計の柔軟性を提供します。シリコーン系材料は、柔軟なフィルムや板状材料に成形でき、耐火性能を発揮しながら曲げやすさを維持します。熱可塑性樹脂系材料は、射出成形部品の製造など、一般的な大量生産方式で加工できます。EV バッテリー保護用のセパレータやバリア材に加え、これらの材料は、耐火性高電圧コネクタ ハウジングや延焼抑制用部品など、その他の用途にも対応できます。耐火システムに関するご要望がございましたら、当社のエンジニアリング チームにお問い合わせいただき、お客様に適したソリューションの設計についてご相談ください。

TE では、お客様が直面する最も困難な課題を理解することからイノベーションが始まります。そして、材料科学、エンジニアリング、製造に関する深い専門知識を活用して、それらの課題を解決します。このように、TE は将来を見据えた、より安全で信頼性の高い電動化技術の実現を支えています。