CN108140749A - 蓄电装置用封装材料、及使用其的蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

蓄电装置用封装材料(10)具备依次层叠被覆层(21)、阻隔层(22)、密封剂粘接层(16)以及密封剂层(17)而成的结构,其中,阻隔层(22)具有铝箔层(14)、以及设置于铝箔层(14)的密封剂层(17)侧并面对密封剂粘接层(16)的防腐蚀处理层(15b)。铝箔层(14)在密封剂层(17)侧的面在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为690以下,并且铝箔层(14)在密封剂层(17)侧的面在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下。

Description

蓄电装置用封装材料、及使用其的蓄电装置
技术领域
本发明涉及蓄电装置用封装材料、及使用了该蓄电装置用封装材料的蓄电装置。
背景技术
作为蓄电装置,已知有(例如)锂离子电池、镍氧电池及铅蓄电池等二次电池、以及双电层电容器等电化学电容器。因便携设备的小型化或设置空间的限制等,要求蓄电装置的进一步小型化,当今,能量密度高的锂离子电池备受关注。作为锂离子电池中所使用的封装材料,一直以来使用金属制罐体,但逐渐改用轻量、散热性高且能够以低成本制作的多层膜。
在将上述多层膜用于封装材料的锂离子电池中,为了防止水分向内部渗入,采用由包含铝箔层的封装材料覆盖电池内容物(正极、隔板、负极、电解液等)的构成。采用这种构成的锂离子电池被称为铝层压型锂离子电池。
就铝层压型锂离子电池而言,例如已知有在封装材料的一部分上通过冷成型形成凹部,将电池内容物收容于该凹部内,再将封装材料的其余部分折回并用热封密封周缘部分而成的压花型锂离子电池(例如,参照专利文献1)。在这样的钾离子电池中,通过冷成型形成的凹部越深,越能够容纳更多的电池内容物,因此能够进一步提高能量密度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-101765号公报
发明内容
发明所要解决的课题
当蓄电装置用于汽车或电动摩托等需要高可靠性的应用时,作为严酷试验,进行了压缩电池单元的压缩试验。在此,即使在其他评价项目中没有表现出性能差异的封装材料,压缩试验的结果可能也会因为某种原因而表现出差异。
因此,本发明的目的在于提供一种在电池单元的压缩试验中显示出良好结果的蓄电装置用封装材料、以及使用了该蓄电装置用封装材料的蓄电装置。
用于解决课题的手段
本发明提供一种蓄电装置用封装材料,其具备依次层叠被覆层、阻隔层、密封剂粘接层以及密封剂层而成的结构,其中,阻隔层具有铝箔层、以及设置于铝箔层的密封剂层侧并面对密封剂粘接层的防腐蚀处理层,铝箔层在密封剂层侧的面在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为690以下,并且在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下。
根据本发明人的研究可知,当电池单元在压缩试验中破裂时,阻隔层与密封剂粘接层之间的界面容易剥离,并且由于阻隔层所具有的铝箔层的光泽度不同而使得密封剂粘接层的密合性发生变化。铝箔层的光泽度被认为是反映了铝箔层的表面粗糙度。因此,若表面粗糙度不同,则基于此的锚定效果的强度也不同,因而据推测这是密封剂粘接层的密合性发生变化的原因。通过使面对密封剂粘接层的铝箔层在密封剂层侧的光泽度以及光泽度差满足上述数值范围,从而使铝箔层的表面粗糙度反映在防腐蚀处理层的表面上,由本发明的蓄电装置用封装材料所制作的电池单元的压缩试验显示出良好的结果。
在此,铝箔层在密封剂层侧的面在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度电可以均为150以下,并且铝箔层在密封剂层侧的面在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差也可以为50以下。在这种情况下,也充分地发挥了本发明的效果。
另外,本发明提供一种蓄电装置用封装材料,其具备依次层叠被覆层、阻隔层、密封剂粘接层以及密封剂层而成的结构,其中,阻隔层具有铝箔层、以及设置于铝箔层的密封剂层侧并面对密封剂粘接层的防腐蚀处理层,在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为590以下,并且在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下。
根据本发明人的研究可知,当电池单元在压缩试验中破裂时,阻隔层与密封剂粘接层之间的界面容易剥离,并且由于阻隔层中的设置有防腐蚀处理层的铝箔层的光泽度的不同而使得密封剂粘接层的密合性发生变化。在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层的光泽度被认为是反映了铝箔层的表面粗糙度。因此,若表面粗糙度不同,则基于此的锚定效果的强度也不同,因而据推测这是密封剂粘接层的密合性发生变化的原因。通过使在设置有面对密封剂粘接层的防腐蚀处理层的状态下的铝箔层的光泽度以及光泽度之差满足上述数值范围,从而由本发明的蓄电装置用封装材料所制作的电池单元的压缩试验显示出良好的结果。
在此,在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度也可以均为120以下,并且在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差也可以为40以下。在这种情况下,也充分地发挥了本发明的效果。
另外,本发明提供一种蓄电装置,其具备:包含电极的电池元件、从上述电极延伸出来的引线、以及容纳上述电池元件的容器,其中,容器由上述任意一种蓄电装置用封装材料以使密封剂层成为内侧的方式而形成。该蓄电装置在电池单元的压缩试验中显示出良好的结果。
此外,本发明提供一种蓄电装置用封装材料,其中,在依次层叠至少1层基材层、粘接层、至少在一个面上设置有防腐蚀处理层的铝箔层、密封剂粘接层以及密封剂层而成的层叠体中,表示铝箔层在密封剂层侧的表面粗糙度的算术平均高度Sa为4.6μm以上10.0μm以下。
另外,本发明提供一种蓄电装置,其具备:包含电极的电池元件、从上述电极延伸出来的引线、以及容纳上述电池元件的容器,其中,容器由上述蓄电装置用封装材料以使密封剂层成为内侧的方式而形成。
发明效果
根据本发明,可提供一种在电池单元的压缩试验中显示出良好结果的蓄电装置用封装材料、以及使用其的蓄电装置。
附图简要说明
[图1]为本发明一个实施方案的蓄电装置用封装材料的示意性剖视图。
[图2]为示出使用根据本发明一个实施方案的蓄电装置用封装材料所得到的压花型封装材料的图,(a)为其立体图;(b)为沿(a)所示的压花型封装材料的IIb-IIb线的纵剖视图。
[图3]为示出使用根据本发明一个实施方案的蓄电装置用封装材料来制造二次电池的步骤的立体图,(a)表示制备蓄电装置用封装材料的状态;(b)表示制备被加工为压花型的蓄电装置用封装材料与电池元件的状态;(c)表示翻折蓄电装置用封装材料的一部分并将端部熔融的状态;(d)表示将翻折后的部分的两侧朝上方翻折的状态。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明优选的实施方案进行详细说明。需要说明的是,各图中,对于相同部分或相当部分标注同一符号并省略重复的说明。
[蓄电装置用封装材料]
图1为示意性地表示本发明的蓄电装置用封装材料的一个实施方案的剖面图。如图1中所示的那样,本实施方案的封装材料(蓄电装置用封装材料)10为依次层叠被覆层21、在该被覆层21的一个面上设置的阻隔层22、在该阻隔层22的与被覆层21相对侧设置的密封剂粘接层16、在该密封剂粘接层16的与阻隔层22相对侧设置的密封剂层17而成的层叠体。
被覆层21具有基材层11和粘接层13,粘接层13面对阻隔层22。阻隔层22具有铝箔层14、在其两面上设置的防腐蚀处理层15a和15b。在此,防腐蚀处理层15a以面对的方式设置于粘接层13上,防腐蚀处理层15b以面对的方式设置于密封剂粘接层16上。在此,所谓的“面对”是指面彼此直接接触。
封装材料10中,基材层11为最外层,密封剂层17为最内层。即,封装材料10以基材层11面向蓄电装置的外部侧、密封剂层17面向蓄电装置的内部侧的方式而使用。以下,对各层进行说明。
(基材层11)
基材层11为这样的层:其用于对封装材料10赋予在制造蓄电装置时后述的加压热熔接步骤中的耐热性以及针对从其他蓄电装置漏出的电解液的耐电解液性、并且抑制加工或流通时可能发生的针孔的产生。另外,基材层11为由聚酰胺膜构成的层。
从可获得更优异的深冲压成型性的观点出发,基材层11优选为由双轴拉伸聚酰胺膜构成的层。
作为构成双轴拉伸聚酰胺膜的聚酰胺树脂,可列举出(例如)尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚间苯二甲基己二酰胺(MXD6)、尼龙11、尼龙12等。这些之中,从耐热性、刺穿强度及冲击强度优异的观点出发,优选尼龙6(ONy)。
作为双轴拉伸膜的拉伸方法,可列举出(例如)逐次双轴拉伸法、管式双轴拉伸法、同时双轴拉伸法等。从可获得更优异的深冲压成型性的观点出发,双轴拉伸膜优选为采用管式双轴拉伸法拉伸而成的膜。
基材层11的厚度优选为6至40μm,更优选为10至30μm。通过基材层11的厚度为6μm以上,从而存在能够提高蓄电装置用封装材料10的耐针孔性及绝缘性的倾向。如果基材层11的厚度超过40μm,则蓄电装置用封装材料10的总厚度变大,有时不得不使电池的电容量变小。
(粘接层13)
粘接层13是将基材层11与阻隔层22粘接的层。粘接层13具有用来牢固地粘接基材层11与阻隔层22所需的密合力,同时也具有在进行冷成型时用来抑制因基材层11导致阻隔层22断裂的追随性(即使部件变形、伸缩,也不会发生剥离,从而在部件上可靠地形成粘接层13的性能)。
作为构成粘接层13的粘接剂,可使用(例如)双液固化型聚氨酯系粘接剂,其具有包含聚酯多元醇、聚醚多元醇、丙烯酸多元醇等多元醇的主剂、以及包含芳香族系或脂肪族系异氰酸酯的固化剂。上述粘接剂中,固化剂的异氰酸酯基与主剂的羟基的摩尔比(=NCO/OH)优选为1至10,更优选为2至5。
对于上述聚氨酯系粘接剂,在涂布后,通过(例如)在40℃下进行4天以上的老化,使主剂的羟基与固化剂的异氰酸酯基发生反应,可以使基材层11与阻隔层22更牢固地粘接。
从获得所期望的粘接强度、追随性和加工性等的观点出发,粘接层13的厚度优选为1至10μm,更优选为2至6μm。
(铝箔层14)
从作为金属箔的防湿性及延展性等加工性、以及成本方面出发,铝箔层14是优异的。铝箔可为一般的软质铝箔,从耐针孔性及成形时的延展性优异的观点出发,优选为含铁的铝箔。
在含铁的铝箔(100质量%)中,铁的含量优选为0.1至9.0质量%,更优选为0.5至2.0质量%。通过铁的含量为0.1质量%以上,可以得到具有更优良的耐针孔性及延展性的封装材料10。通过铁的含量为9.0质量%以下,可以得到柔软性更优良的封装材料10。
另外,作为铝箔,从可赋予所希望的成型时的延展性的观点出发,更优选为进行过退火处理的软质铝箔(例如由JIS规格中被称为8021材、8079材所构成的铝箔)。
对于铝箔层14中所使用的铝箔,为了获得所希望的耐电解液性,优选对其进行(例如)脱脂处理。此外,为了简化制造步骤,作为上述铝箔,优选为表面未经蚀刻的铝箔。作为上述脱脂处理,可采用(例如)湿式脱脂处理或干式脱脂处理,但从简化制造步骤的观点出发,优选为干式脱脂处理。
作为上述干式脱脂处理,可列举出(例如)在对铝箔进行退火处理的步骤中,通过延长处理时间来进行脱脂处理的方法。在实施为了使铝箔变软而进行的退火处理的时候同时进行脱脂处理,也可获得充分的耐电解液性。
另外,作为上述干式脱脂处理,也可采用上述退火处理以外的处理即火焰处理及电晕处理等处理。此外,作为上述干式脱脂处理,也可采用(例如)以下的脱脂处理:利用对铝箔照射特定波长的紫外线时所产生的活性氧,从而将污染物质氧化分解并去除。
作为上述湿式脱脂处理,可采用(例如)酸脱脂处理或碱脱脂处理等的处理。作为上述酸脱脂处理所使用的酸,可使用(例如)硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸等无机酸。这些酸可单独使用一种,也可并用两种以上。此外,作为碱脱脂处理所使用的碱,可使用(例如)蚀刻效果高的氢氧化钠。另外,也可使用配合有弱碱系材料和表面活性剂等的材料来进行碱脱脂处理。上述说明的湿式脱脂处理可通过(例如)浸渍法或喷雾法来进行。
铝箔层14在MD方向(压延时的挤出方向)上的60°光泽度以及在TD方向(垂直于MD方向的方向)上的60°光泽度均为690以下,优选均为680以下,更优选均为670以下。铝箔层14的光泽度被认为是反映了铝箔层14的表面粗糙度。因此,若表面粗糙度不同,则基于此的锚定效果的强度也不同,因而据推测铝箔层14与密封剂粘接层16之间的密合性发生变化。通过使上述光泽度均为690以下,则由蓄电装置用封装材料10制作的电池单元的压缩试验显示出良好的结果。
一般而言,由于在铝箔的制造阶段产生与MD方向平行的划痕,因而铝箔在TD方向及MD方向上产生光泽度差异。铝箔层14在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下,优选为80以下,更优选为65以下。若两个光泽度之差为100以下,则无论铝箔层14的面内方向如何,表面粗糙度的均衡性均良好,从而可获得与密封剂粘接层16的良好密合性。若两个光泽度之差超过100,则表面粗糙度的各向异性变强,在由蓄电装置用封装材料10所制作的电池单元的压缩试验中,负荷容易在局部集中。因此,在这种情况下,蓄电装置用封装材料10的耐久性容易降低。
铝箔通常具有光泽度较大的光泽面以及光泽度较小的消光面。一般而言,在制作蓄电装置用封装材料的情况下,虽然通常使消光面面向基材层11侧,但是也可以使消光面面向密封剂层17侧。在这种情况下,在上述MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度可以均为150以下,优选均为140以下,更优选均为130以下。另外,在这种情况下,两个光泽度之差可以为50以下,优选为45以下,更优选为35以下。
另外,也可以在设置有后述的防腐蚀处理层15b的状态下测定铝箔层14的光泽度。在设置有防腐蚀处理层15b的状态下的铝箔层14在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为590以下,优选均为580以下,更优选均为570以下。在设置有防腐蚀处理层15b的状态下的铝箔层14的光泽度被认为是反映了铝箔层14的表面粗糙度。因此,若表面粗糙度不同,则基于此的锚定效果的强度也不同,因而据推测设置有防腐蚀处理层15b的铝箔层14与密封剂粘接层16之间的密合性发生变化。通过使上述光泽度均为590以下,则由蓄电装置用封装材料10制作的电池单元的压缩试验显示出良好的结果。
另外,在设置有防腐蚀处理层15b的状态下的铝箔层14在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下,优选为70以下,更优选为55以下。若两个光泽度之差为100以下,则无论铝箔层14的面内方向如何,表面粗糙度的均衡性均良好,从而可获得与密封剂粘接层16的良好密合性。若两个光泽度之差超过100,则表面粗糙度的各向异性变强,在由蓄电装置用封装材料10制作的电池单元的压缩试验中,负荷容易在局部集中。因此,在这种情况下,蓄电装置用封装材料10的耐久性容易降低。
铝箔通常具有光泽度较大的光泽面以及光泽度较小的消光面。一般而言,在制作蓄电装置用封装材料的情况下,虽然通常使消光面面向基材层11侧,但是也可以使消光面面向密封剂层17侧。在这种情况下,在上述MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度可以均为120以下,优选均为110以下,更优选均为100以下。另外,在这种情况下,两个光泽度之差可以为40以下,优选为35以下,更优选为30以下。
需要说明的是,上述说明的光泽度是制作封装材料10之前的材料的光泽度,并且为使用光泽计进行测定而得的值。
对于铝箔层14的厚度,从阻隔性、耐针孔性及加工性的观点出发,其优选为9至200μm,更优选为15至150μm,进一步优选为15至100μm。通过铝箔层14的厚度为9μm以上,即使因成型加工而施加了应力,其也不易断裂。通过铝箔层14的厚度为200μm以下,可以降低封装材料的质量增加,能够抑制蓄电装置的重量能量密度下降。
需要说明的是,作为其他的实施方案,不论光泽度的值如何,关于铝箔的密封剂层侧的表面粗糙度,也可以为算术平均高度Sa为4.6μm以上10.0μm以下的实施方案。从压缩试验结果的好坏的观点出发,Sa优选为4.6μm以上。从不易产生铝箔的针孔、以及在成型时不易发生铝箔的断裂的观点出发,Sa优选为10.0μm以下。
(防腐蚀处理层15a、15b)
防腐蚀处理层15a、15b起到对由电解液或者由电解液与水分的反应而产生的氢氟酸所引起的铝箔层14的腐蚀进行抑制的作用。另外,防腐蚀处理层15a起到提高铝箔层14与粘接层13的密合力的作用。另外,防腐蚀处理层15b起到提高铝箔层14与密封剂粘接层16的密合力的作用。防腐蚀处理层15a和防腐蚀处理层15b可以是相同构成的层,也可以是不同构成的层。
防腐蚀处理层15a、15b可以通过(例如)以下方式形成:对成为防腐蚀处理层15a、15b的母材的层实施脱脂处理、水热转化处理、阳极氧化处理、化学转化处理、涂布具有防腐蚀能力的涂布剂的涂布型防腐蚀处理,或者实施将这些处理组合后的防腐蚀处理。
上述处理当中的脱脂处理、水热转化处理、阳极氧化处理(特别是水热转化处理和阳极氧化处理)是用处理剂使金属箔(铝箔)表面溶解、形成耐腐蚀性优异的金属化合物(铝化合物(勃姆石、耐酸铝))的处理。因此,对于这样的处理,由于其得到了从铝箔层14到防腐蚀处理层15a、15b形成共连续结构的结构,因此有时也包含在化学转化处理的定义中。
作为脱脂处理,可列举出酸脱脂、碱脱脂。作为酸脱脂,可列举出使用酸脱脂的方法等,其中该酸脱脂单独利用上述的硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸等无机酸或者利用通过将它们混合而得到的酸。另外,作为酸脱脂,通过使用采用上述无机酸使一钠二氟化铵等含氟化合物溶解而成的酸脱脂剂,不仅有铝箔层14的脱脂效果,而且能够形成钝态金属的氟化物,在耐氢氟酸性方面是有效的。作为碱脱脂,可列举出使用氢氧化钠等的方法。
作为上述水热转化处理,可采用(例如)通过在添加有三乙醇胺的沸水中对铝箔层14进行浸渍处理而得到的勃姆石处理。作为上述阳极氧化处理,可采用(例如)耐酸铝处理。另外,作为上述化学转化处理,可采用(例如)铬酸盐处理、锆处理、钛处理、钒处理、钼处理、磷酸钙处理、氢氧化锶处理、铈处理、钌处理、或者将这些以两种以上组合而成的处理。对于这些水热转化处理、阳极氧化处理、化学转化处理而言,优选预先实施上述的脱脂处理。
需要说明的是,作为上述化学转化处理,并不限于湿式法,也可采用(例如)将这些处理中所使用的处理剂与树脂成分混合并进行涂布的方法。另外,作为上述防腐蚀处理,从使其效果最大化以及废液处理的观点出发,优选为涂布型铬酸盐处理。
作为在涂布具有防腐蚀性能的涂布剂的涂布型防腐蚀处理中使用的涂布剂,可列举出含有选自由稀土类元素氧化物溶胶、阴离子性聚合物、阳离子性聚合物所组成的组中的至少1种的涂布剂。特别是,优选使用含有稀土类元素氧化物溶胶的涂布剂的方法。
使用含有稀土类元素氧化物溶胶的涂布剂的方法是纯粹的涂布型防腐蚀处理,通过使用该方法,即使是一般的涂布方法,也可以对铝箔层14赋予防腐蚀效果。另外,使用稀土类元素氧化物溶胶形成的层具有铝箔层14的防腐蚀效果(抑制剂效果),并且为从环境方面出发也适合的材料。
在稀土类元素氧化物溶胶中,在液体分散介质中分散有稀土类元素氧化物的微粒(例如,平均粒径为100nm以下的粒子)。作为稀土类元素氧化物,可列举出氧化铈、氧化钇、氧化钕、氧化镧等。其中优选氧化铈。由此,能够进一步提高与铝箔层14之间的密合性。作为稀土类元素氧化物溶胶的液体分散介质,例如可以使用水、醇系溶剂、烃系溶剂、酮系溶剂、酯系溶剂、醚系溶剂等各种溶剂。其中优选水。防腐蚀处理层15a、15b中所含的稀土类元素氧化物可以单独地使用1种或者将2种以上组合使用。
为了使稀土类元素氧化物粒子的分散稳定化,稀土类元素氧化物溶胶优选含有硝酸、盐酸、磷酸等无机酸,醋酸、苹果酸、抗坏血酸、乳酸等有机酸,它们的盐等作为分散稳定剂。这些分散稳定剂当中,特别优选使用磷酸或磷酸盐。由此,能够期待下述效果:不仅稀土类元素氧化物粒子的分散稳定化,而且在锂离子电池用封装材料的用途中,利用了磷酸的螯合能力提高了与铝箔层14之间的密合性,由捕捉因氢氟酸的影响而溶出的金属物离子(钝态形成)从而赋予耐电解液性,由即使在低温下也容易引起磷酸的脱水缩合而产生的稀土类元素氧化物层的凝聚力提高等。作为可用作分散稳定剂的磷酸或磷酸盐,可列举出(例如)正磷酸、焦磷酸、偏磷酸、它们的碱金属盐、铵盐等。其中,三偏磷酸、四偏磷酸、六偏磷酸、超偏磷酸等缩合磷酸或者它们的碱金属盐和铵盐对于作为锂离子电池用封装材料的功能实现而言是优选的。特别地,如果考虑到使用包含稀土类元素氧化物溶胶的涂布组合物、采用各种涂布法形成包含稀土类氧化物的层时的干燥造膜性(干燥能力、热量),则优选低温下的反应性优异的试剂,从低温下的脱水缩合性优异的方面出发,优选钠盐。作为磷酸盐,优选水溶性的盐。防腐蚀处理层15a、15b中所含的磷酸或磷酸盐可以单独地使用1种或者将2种以上组合使用。
在稀土类元素氧化物溶胶中,作为磷酸或其盐的配合量,相对于100质量份的稀土类元素氧化物,优选为1质量份以上,更优选为5质量份以上。如果为1质量份以上,则溶胶的稳定化良好,同时容易满足作为锂离子电池用封装材料的功能。对于磷酸或其盐相对于100质量份稀土类元素氧化物的配合上限,只要是不伴有稀土类元素氧化物溶胶的功能下降的范围即可,相对于100质量份的稀土类元素氧化物,上述配合上限优选为100质量份以下,更优选为50质量份以下,进一步优选为20质量份以下。
不过,因为由上述稀土类元素氧化物溶胶形成的层为无机粒子的集合体,因此即使经过干燥固化的步骤,该层自身的凝聚力也较低。因此,为了补充该层的凝聚力,优选用阴离子性聚合物使其复合化。
作为阴离子性聚合物,可列举出具有羧基的聚合物,例如,可列举出聚(甲基)丙烯酸(或其盐)、或者使以聚(甲基)丙烯酸为主成分共聚得到的共聚物。作为该共聚物的共聚成分,可以列举以下单体:(甲基)丙烯酸烷基酯系单体(烷基为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、2-乙基己基、环己基等);(甲基)丙烯酰胺、N-烷基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺(烷基为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、2-乙基己基、环己基等)、N-烷氧基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二烷氧基(甲基)丙烯酰胺(烷氧基为甲氧基、乙氧基、丁氧基、异丁氧基等)、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺和N-苯基(甲基)丙烯酰胺等含酰胺基单体;(甲基)丙烯酸2-羟乙酯和(甲基)丙烯酸2-羟丙酯等含羟基单体;(甲基)丙烯酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油基醚等含缩水甘油基单体;(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷等含硅烷单体;(甲基)丙烯酰氧基丙基异氰酸酯等含异氰酸酯基单体等。另外,可列举出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚、马来酸、马来酸烷基单酯、富马酸、富马酸烷基单酯、衣康酸、衣康酸烷基单酯、(甲基)丙烯腈、偏二氯乙烯、乙烯、丙烯、氯乙烯、醋酸乙烯酯、丁二烯等。
阴离子性聚合物起到提高使用稀土类元素氧化物溶胶而得到的防腐蚀处理层15a、15b(氧化物层)的稳定性的作用。其通过以下效果而实现,即,通过丙烯酸系树脂成分来保护硬而脆的氧化物层的效果、以及捕获来自稀土类元素氧化物溶胶中所包含的磷酸盐的离子污染物(特别是钠离子)的(阳离子捕获器)效果。也就是说,在使用稀土类元素氧化物溶胶而得的防腐蚀处理层15a、15b中,特别地,若包含钠等碱金属离子或碱土类金属离子,则以包含该离子的位置为起点,防腐蚀处理层15a、15b容易劣化。因此,通过借助阴离子性聚合物将稀土类元素氧化物溶胶中所包含的钠离子等固定,防腐蚀处理层15a、15b的耐久性得以提高。
对于将阴离子性聚合物和稀土类元素氧化物溶胶组合而得的防腐蚀处理层15a、15b,其具有与对铝箔层14实施铬酸盐处理而形成的防腐蚀处理层15a、15b相同的防腐蚀性能。阴离子性聚合物优选为将基本上水溶性的聚阴离子性聚合物进行交联而得的结构。作为用于形成该结构的交联剂,可列举出(例如)具有异氰酸酯基、缩水甘油基、羧基和噁唑啉基的化合物。也可以进一步使用硅烷偶联剂而导入具有硅氧烷键的交联部位。
作为具有异氰酸酯基的化合物,可列举出(例如)甲苯二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯或其氢化物、六亚甲基二异氰酸酯、4,4’二苯基甲烷二异氰酸酯或其氢化物、异佛尔酮二异氰酸酯等二异氰酸酯类;或者使这些异氰酸酯类与三羟甲基丙烷等多元醇反应而成的加合物、通过与水反应而得到的缩二脲体、或作为三聚物的异氰尿酸酯体等聚异氰酸酯类;或者用醇类、内酰胺类、肟类等对这些聚异氰酸酯类进行封闭而得到的封闭聚异氰酸酯等。
作为具有缩水甘油基的化合物,可列举出(例如)使乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、聚丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇等二醇类与环氧氯丙烷反应而成的环氧化合物;使甘油、聚甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇等多元醇类与环氧氯丙烷反应而成的环氧化合物;使邻苯二甲酸、对苯二甲酸、草酸、己二酸等二羧酸与环氧氯丙烷反应而成的环氧化合物等。
作为具有羧基的化合物,可列举出各种脂肪族或芳香族二羧酸等,另外,也可使用聚(甲基)丙烯酸及聚(甲基)丙烯酸的碱(土类)金属盐。
作为具有噁唑啉基的化合物,可列举出(例如)具有两个以上的噁唑啉单元的低分子化合物,或者在使用异丙烯基噁唑啉之类的聚合性单体的情况下,使其与(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯等丙烯酸系单体共聚而成的化合物。
作为硅烷偶联剂,可列举出(例如)γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、β-(3,4-环氧环已基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷,特别是考虑到与阴离子性聚合物的反应性,优选环氧基硅烷、氨基硅烷、异氰酸酯基硅烷。
相对于100质量份的阴离子性聚合物,交联剂的配合量优选为1至50质量份,更优选为10至20质量份。如果相对于阴离子性聚合物100质量份,交联剂的比率为1质量份以上,则容易充分地形成交联结构。如果相对于阴离子性聚合物100质量份,交联剂的比率为50质量份以下,则涂液的适用期(pot life)提高。
使阴离子性聚合物交联的方法并不限于上述交联剂,也可以是使用钛、锆化合物来形成离子交联的方法等。另外,这些材料可应用形成防腐蚀处理层15a的涂布组合物。
在以上说明的防腐蚀处理层15a、15b中,为了形成与铝箔层14的倾斜结构,通过以铬酸盐处理为代表的化学转化处理而得到的防腐蚀处理层15a、15b通过以下方式形成:特别地使用配合了氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸或它们的盐的化学转化处理剂对铝箔层14实施处理,然后使其与铬或非铬系的化合物作用从而在铝箔层14上形成化学转化处理层。然而,由于上述化学转化处理在化学转化处理剂中使用了酸,因而伴随有作业环境的恶化以及涂布装置的腐蚀。
另一方面,与以铬酸盐处理为代表的化学转化处理不同,前述的涂布型防腐蚀处理层15a、15b不必对于铝箔层14形成倾斜结构。因此,涂布剂的性状不会受到酸性、碱性或中性等的制约,从而可实现良好的作业环境。而且,从使用铬化合物的铬酸盐处理在环境卫生方面需要替代方案的观点出发,涂布型防腐蚀处型层15a、15b也是优选的。
根据需要,防腐蚀处理层15a、15b可进一步形成层叠有阳离子性聚合物的层叠结构。作为阳离子性聚合物,可列举出聚乙烯亚胺、由聚乙烯亚胺和具有羧酸的聚合物构成的离子高分子配合物、在丙烯酸系主骨架中使伯胺接枝而成的伯胺接枝丙烯酸系树脂、聚烯丙胺或它们的衍生物、氨基苯酚树脂等。
作为形成离子高分子配合物的“具有羧酸的聚合物”,可列举出(例如)聚羧酸(盐)、在聚羧酸(盐)中导入了共聚单体而得到的共聚物、具有羧基的多糖类等。作为聚羧酸(盐),可列举出(例如)聚丙烯酸或其离子盐等。作为具有羧基的多糖类,可列举出(例如)羧甲基纤维素或其离子盐等。作为离子盐,可列举出碱金属盐、碱土类金属盐等。
伯胺接枝丙烯酸系树脂为使伯胺接枝到丙烯酸系主骨架中而成的树脂。作为该丙烯酸系主骨架,可列举出聚(甲基)丙烯酸等上述的丙烯酸系多元醇中使用的各种单体。作为在该丙烯酸系主骨架中接枝的伯胺,可列举出乙烯亚胺等。
作为聚烯丙胺或其衍生物,可以使用烯丙胺、烯丙胺酰胺硫酸盐、二烯丙胺、二甲基烯丙胺等的均聚物或共聚物,进而,就这些胺而言,游离的胺和用醋酸或盐酸形成的稳定化物都可以使用。另外,作为进一步的共聚物成分,也可以使用马来酸、二氧化硫等。进而也可以使用通过使伯胺部分甲氧基化而赋予了热交联性的类型。这些阳离子性聚合物可以单独地使用1种,也可以将2种以上并用。作为阳离子性聚合物,在上述当中,优选选自由聚烯丙基胺及其衍生物所组成的组中的至少1种。
阳离子性聚合物优选与具有羧基、缩水甘油基等可以与胺/亚胺反应的官能团的交联剂并用。作为与阳离子性聚合物并用的交联剂,也可以使用具有与聚乙烯亚胺形成离子高分子配合物的羧酸的聚合物,可列举出(例如)聚丙烯酸或其离子盐等聚羧酸(盐)、或者在它们中导入了共聚单体的共聚物、羧基甲基纤维素或其离子盐等具有羧基的多糖类等。
本实施方案中,阳离子性聚合物也记载为用于构成防腐蚀处理层15a、15b的一个构成要素。其理由在于,为了赋予锂离子电池用封装材料所要求的耐电解液性、耐氢氟酸性而使用各种化合物进行了深入研究,结果发现,阳离子性聚合物自身也可以为赋予耐电解液性、耐氢氟酸性的化合物。其主要原因据推测是因为通过阳离子性基团捕获氟离子(阴离子捕获器),从而抑制了铝箔层14的损伤。另外,阳离子性聚合物在提高防腐蚀处理层15b与密封剂粘接层16的粘接性方面也是非常优选的。另外,阳离子性聚合物与前述的阴离子性聚合物同样地为水溶性的,因此通过使用上述交联剂形成交联结构,从而能够提高耐水性。这样,即使使用阳离子性聚合物也能够形成交联结构,因此在将稀土类氧化物溶胶用于防腐蚀处理层15a、15b的形成的情况下,作为其保护层,也可以使用阳离子性聚合物来代替上述阴离子性聚合物。
从以上内容可知,作为上述涂布型防腐蚀处理的组合的例子,可列举出:(1)只有稀土类氧化物溶胶;(2)只有阴离子性聚合物;(3)只有阳离子性聚合物;(4)稀土类氧化物溶胶+阴离子性聚合物(层叠复合化);(5)稀土类氧化物溶胶+阳离子性聚合物(层叠复合化);(6)(稀土类氧化物溶胶+阴离子性聚合物:层叠复合化)/阳离子性聚合物(多层化);(7)(稀土类氧化物溶胶+阳离子性聚合物:层叠复合化)/阴离子性聚合物(多层化),等。这些当中,优选(1)以及(4)至(7),更优选(4)至(7)。另外,在防腐蚀处理层15a的情况下,由于能够进一步实现防腐蚀效果和锚定效果(密合性提高效果),因此特别优选(6)。另外,在防腐蚀处理层15b的情况下,由于变得更容易保持密封剂层17侧的耐电解液性,因此特别优选(6)及(7)。然而,本实施方案并不限于上述组合。例如,作为防腐蚀处理的选择的例予,从与在后述的密封剂粘接层16的说明中所列举出的改性聚烯烃树脂的粘接性良好的观点出发,阳离子性聚合物是非常优选的材料,因而在密封剂粘接层16由改性聚烯烃树脂构成的情况下,可以有这样的设计:在接触密封剂粘接层16的面上设置阳离子性聚合物(例如,构成(5)及(6)等的构成)。
不过,防腐蚀处理层15a、15b并不限于上述的层。例如,如作为公知技术的涂布型铬酸盐那样,也可通过使用在树脂粘结剂(氨基苯酚树脂等)中掺合磷酸与铬化合物而成的处理剂来形成。若使用该处理剂,则可形成兼备防腐蚀功能与密合性这两者的层。另外,对于上述的化学转化处理层(通过脱脂处理、水热转化处理、阳极氧化处理、化学转化处理或者这些处理的组合而形成的层),为了提高密合性,也可以使用上述的阳离子性聚合物和/或阴离子性聚合物来实施复合处理,或者对于这些处理的组合而言可以将阳离子性聚合物和/或阴离子性聚合物层叠作为多层结构。另外,虽然需要考虑涂液的稳定性,但是可以使用将上述稀土类氧化物溶胶与阳离子性聚合物或阴离子性聚合物事先进行一液化而成的涂布剂,来形成兼备防腐蚀功能与密合性这两者的层。
防腐蚀处理层15a、15b的每单位面积的质量优选为0.005至0.200g/m2的范围内,更优选为0.010至0.100g/m2的范围内。若上述每单位面积的质量为0.005g/m2以上,则易于给铝箔层14赋予防腐蚀功能。另外,即使上述每单位面积的质量超过0.200g/m2,防腐蚀功能饱和,也不会有太大变化。另一方面,在使用稀土类氧化物溶胶的情况下,若涂膜较厚,则利用干燥时的热进行的固化变得不充分,从而可能会伴随有凝聚力下降。需要说明的是,上述内容中用每单位面积的质量进行了记载,但如果知道比重的话,也可以由其换算厚度。
从防腐蚀功能及作为锚固剂的功能的方面出发,防腐蚀处理层15a、15b的厚度(例如)优选为10nm至5μm,更优选为20nm至500nm。密封剂层17侧的防腐蚀处理层15b的厚度优选为铝箔层14的表面粗糙度的凹凸不能被掩盖的程度的厚度,优选为在铝箔层14的表面上所形成的凹凸高度的0.1至10%的厚度,更优选为0.5至5%的厚度。
(密封剂粘接层16)
密封剂粘接层16是将形成有防腐蚀处理层15b的铝箔层14与密封剂层17粘接的层。根据形成密封剂粘接层16的粘接成分,封装材料10被大体分成热层压结构和干式层压结构。
热层压结构中的形成密封剂粘接层16的粘接成分优选为将聚烯烃系树脂用酸接枝改性而成的酸改性聚烯烃系树脂。酸改性聚烯烃系树脂中,由于在非极性的聚烯烃系树脂的一部分中导入了极性基团,所以可以使由非极性的聚烯烃系树脂膜等构成时的密封剂层17、与大多具有极性的防腐蚀处理层15b这两者牢固地密合。另外,通过使用酸改性聚烯烃系树脂,封装材料10相对于电解液等内容物的耐性提高,即使在电池内部产生氢氟酸,也能容易地防止由密封剂粘接层16的劣化所导致的密合力降低。
作为酸改性聚烯烃系树脂的聚烯烃系树脂,可列举出(例如)低密度、中密度及高密度聚乙烯;乙烯-α烯烃共聚物;聚丙烯;以及丙烯-α烯烃共聚物等。为共聚物时的聚烯烃树脂可以为嵌段共聚物,也可以为无规共聚物。另外,作为聚烯烃树脂,也可以使用使上述物质与丙烯酸或者甲基丙烯酸等极性分子共聚合而成的共聚物、或交联聚烯烃等的聚合物等。作为将聚烯烃系树脂改性的酸,可列举出羧酸、环氧化合物及酸酐等,优选为马来酸酐。密封剂粘接层16所使用的酸改性聚烯烃系树脂可以为1种,也可以为2种以上。
热层压结构的密封剂粘接层16可以通过用挤出装置挤出上述粘接成分而形成。热层压结构的密封剂粘接层16的厚度优选为2至50μm。
作为形成干式层压结构的密封剂粘接层16的粘接成分,可列举出(例如)与粘接层13中所列举的相同的粘接剂。这种情况下,为了抑制电解液所引起的膨润以及氢氟酸所引起的水解,优选将粘接剂的组成设计成主剂具有不易水解的骨架、且可提高交联密度的组成。
在提高交联密度的情况下,可将(例如)二聚脂肪酸、二聚脂肪酸的酯或氢化物、二聚脂肪酸的还原二醇、二聚脂肪酸的酯或氢化物的还原二醇添加到粘接剂中。上述二聚脂肪酸为将各种不饱和脂肪酸二聚化而成的酸,作为其结构,可例示出非环型、单环型、多环型、芳香环型。
作为二聚脂肪酸的起始物质的脂肪酸没有特别的限定。另外,也可以以这种二聚脂肪酸作为必要成分,导入如一般聚酯多元醇中所使用的二元酸。作为针对构成密封剂粘接层16的主剂的固化剂,可使用(例如)也可用作聚酯多元醇的链延长剂的异氰酸酯化合物。由此,粘接剂涂膜的交联密度提高,导致溶解性及膨润性提高,同时由于氨基甲酸酯基浓度提高,也可期待基材密合性的提高。
干式层压结构的密封剂粘接层16由于具有酯基及氨基甲酸酯基等水解性高的键合部位,因此,在要求更高可靠性的用途中,优选使用热层压结构的粘接成分作为密封剂粘接层16。例如,通过在将酸改性聚烯烃树脂用甲苯、甲基环己烷(MCH)等溶剂溶解或者分散而成的涂液中配合上述各种固化剂,并涂布、干燥,从而形成密封剂粘接层16。
通过挤出成型形成密封剂粘接层16时,由于挤出成型时所产生的应力等,使粘接树脂容易朝MD方向(挤出方向)取向。在这种情况下,为了缓和密封剂粘接层16的各向异性,也可将弹性体掺合到密封剂粘接层16中。作为掺合到密封剂粘接层16中的弹性体,可使用(例如)烯烃系弹性体、苯乙烯系弹性体等。
上述弹性体的平均粒径优选为可提高弹性体与粘接树脂的相溶性、并可提高缓和密封剂粘接层16的各向异性的效果的粒径。具体而言,上述弹性体的平均粒径优选为(例如)200nm以下。
需要说明的是,弹性体的平均粒径(例如)可通过以下方式求出:利用电子显微镜拍摄弹性体组合物的剖面经放大后的照片,其后通过影像解析,测定分散的交联橡胶成分的平均粒径。上述弹性体可单独使用一种,也可并用两种以上。
对于在将弹性体掺合到密封剂粘接层16中的情况下,添加到密封剂粘接层16(100质量%)中的弹性体的掺合量优选为(例如)1至25质量%,更优选为10至20质量%。通过将弹性体的掺合量设定为1质量%以上,具有在提高与粘接树脂的相溶性的同时还可提高缓和密封剂粘接层16的各向异性的效果的倾向。另外,通过将弹性体的掺合量设定为25质量%以下,则具有可提高抑制密封剂粘接层16被电解液膨润的效果的倾向。
作为密封剂粘接层16,也可使用(例如)使粘接树脂分散在有机溶剂中而成的分散型粘接树脂液。
就密封剂粘接层16的厚度而言,在为热层压结构的情况下,优选为8μm以上50μm以下,更优选为20μm以上40μm以下。通过密封剂粘接层16的厚度为8μm以上,容易获得设置有防腐蚀处理层15b的铝箔层14与密封剂层17的充分的粘接强度,通过为50μm以下,可以容易地降低从封装材料端面渗入至内部的电池元件中的水分量。另外,就密封剂粘接层16的厚度而言,在干式层压结构的情况下,优选为1μm以上5μm以下。通过密封剂粘接层16的厚度为1μm以上,容易获得设置有防腐蚀处理层15b的铝箔层14与密封剂层17的充分的粘接强度,通过为5μm以下,能够抑制密封剂粘接层16的裂纹的产生。
(密封剂层17)
密封剂层17是对封装材料10赋予由热封产生的密封性的层,即在蓄电装置的组装时配置在内侧并被热熔接的层。作为密封剂层17,可列举出由聚烯烃系树脂、或由对聚烯烃系树脂用马来酸酐等酸进行接枝改性而成的酸改性聚烯烃系树脂所构成的树脂膜。其中,优选为可提高水蒸气的阻隔性、且在不会因热封而过度变形的情况下构成蓄电装置形态的聚烯烃系树脂,特别优选为聚丙烯。
作为聚烯烃系树脂,可列举出(例如)低密度、中密度及高密度的聚乙烯;乙烯-α烯烃共聚物;聚丙烯;以及丙烯-α烯烃共聚物等。作为共聚物时的聚烯烃树脂,可以为嵌段共聚物,也可以为无规共聚物。这些聚烯烃系树脂可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
另外,也可将低结晶性的乙烯-丁烯共聚物、低结晶性的丙烯-丁烯共聚物、由乙烯、丁烯及丙烯这三种成分的共聚物构成的三元聚合物、二氧化硅、沸石、丙烯酸树脂珠等抗粘连剂(AB剂)、脂肪酸酰胺系增滑剂等添加至上述各类型的聚丙烯,即,无规聚丙烯、均聚丙烯、嵌段聚丙烯中。
作为酸改性聚烯烃系树脂,可列举出(例如)与密封剂粘接层16中举出的树脂相同的树脂。
密封剂层17可以为单层膜,也可以为多层膜,只要根据所需的功能选择即可。例如,在赋予防湿性这一点上,可以使用插入有乙烯-环状烯烃共聚物及聚甲基戊烯等树脂的多层膜。
另外,密封剂层17也可以含有阻燃剂、增滑剂、抗粘连剂、抗氧化剂、光稳定剂及粘接赋予剂等各种添加材料。
在使用通过挤出成型而形成的热熔接性膜作为密封剂层17的情况下,有朝着该热熔接性膜的挤出方向而取向的倾向。因此,从缓和取向所引起的密封剂层17的各向异性的观点出发,也可在热熔接性膜中掺合弹性体。由此,在对蓄电装置用封装材料10进行冷成型而形成凹部的时候,可抑制密封剂层17发生白化。
作为构成密封剂层17的弹性体,可使用(例如)与示出作为构成密封剂粘接层16的弹性体的材料相同的材料。在密封剂层17为多层膜结构的情况下,也可以下述方式构成:构成多层膜结构的多个层当中的至少一层包含弹性体。例如,在密封剂层17具有由层叠的无规聚丙烯层/嵌段聚丙烯层/无规聚丙烯层构成的3层层叠结构的情况下,弹性体可仅掺合到嵌段聚丙烯层中,可仅掺合到无规聚丙烯层中,也可掺合到无规聚丙烯层和嵌段聚丙烯层这两者中。
另外,为了对密封剂层17赋予平滑性,也可使其含有增滑剂。如此,在通过冷成型而在蓄电装置用封装材料10中形成凹部的时候,通过使密封剂层17含有增滑剂,可抑制蓄电装置用封装材料10中作为拉伸率较高的凹部的边或角的部分被过度拉伸的情形。由此,可抑制铝箔层14与密封剂粘接层16之间发生剥离、或抑制在密封剂层17与密封剂粘接层16中由裂纹导致的断裂或白化的发生。
在使密封剂层17含有增滑剂的情况下,密封剂层17(100质量%)中增滑剂的含量优选为0.001质量%至0.5质量%。若增滑剂的含量为0.001质量%以上,则有可进一步抑制冷成型时密封剂层17发生白化的倾向。另外,若增滑剂的含量为0.5质量%以下,则有可抑制密封剂层17的面和与其接触的其他层的面之间的密合强度降低的倾向。
密封剂层17的厚度优选为10至100μm,更优选为20至60μm。通过密封剂层17的厚度为20μm以上,可以得到充分的热封强度,通过为90μm以下,可以降低水蒸气从封装材料端部的渗入量。
[封装材料的制造方法]
接下来,对封装材料10的制造方法进行说明。需要说明的是,封装材料10的制造方法不限于以下的方法。
作为封装材料10的制造方法,可举出(例如)具有下述步骤S11至S13的方法。
步骤S11:在铝箔层14的一个面上形成防腐蚀处理层15a、在铝箔层14的另一个面上形成防腐蚀处理层15b的步骤。
步骤S12:经由粘接层13将防腐蚀处理层15a的与层叠有铝箔层14的一侧相对侧的面与基材层11的面贴合的步骤。
步骤S13:经由密封剂粘接层16在防腐蚀处理层15b的与层叠有铝箔层14的一侧相对侧的面上形成密封剂层17的步骤。
(步骤S11)
在步骤S11中,在铝箔层14的一个面上形成防腐蚀处理层15a,在铝箔层14的另一个面上形成防腐蚀处理层15b。防腐蚀处理层15a及15b可以各自单独地形成,也可以将两者一次地形成。具体而言,例如,通过在铝箔层14的两个面上涂布防腐蚀处理剂(防腐蚀处理层的母材),然后,依次进行干燥、固化、烧结,从而一次地形成防腐蚀处理层15a及15b。另外,可以在铝箔层14的一个面上涂布防腐蚀处理剂,依次进行干燥、固化、烧结,形成了防腐蚀处理层15a后,在铝箔层14的另一个面上同样地形成防腐蚀处理层15b。防腐蚀处理层15a及15b的形成顺序并无特别限制。另外,关于防腐蚀处理剂,在防腐蚀处理层15a和防腐蚀处理层15b中可使用不同的防腐蚀处理剂,也可使用相同的防腐蚀处理剂。作为上述防腐蚀处理剂,可使用(例如)涂布型铬酸盐处理用的防腐蚀处理剂等。防腐蚀处理剂的涂布方法没有特别限定,可以采用(例如)凹版涂布法、凹版逆转涂布法、辊涂布法、逆辊涂布法、模头涂布法、棒涂布法、吻合涂布法、逗号涂布法等方法。需要说明的是,作为铝箔层14,可使用未经处理的铝箔层,也可使用通过湿式脱脂处理或干式脱脂处理而进行了脱脂处理的铝箔层。
(步骤S12)
在步骤S12中,使用用于形成粘接层13的粘接剂并采用干式层压等方法,从而将防腐蚀处理层15a的与层叠有铝箔层14的一侧相对侧的面和基材层11的面贴合。在步骤S12中,为了促进粘接性,可在室温至100℃的范围内进行老化(养护)处理。老化时间(例如)为1至10天。
(步骤S13)
步骤S12后,经由密封剂粘接层16,在将基材层11、粘接层13、防腐蚀处理层15a、铝箔层14及防腐蚀处理层15b依次层叠而成的层叠体当中的、防腐蚀处理层15b的与层叠有铝箔层14的一侧相对侧的面上形成密封剂层17。密封剂层17可通过干式层压和夹心式层压等来层叠,也可以与密封剂粘接层16一起通过共挤出法来层叠。从粘接性提高的观点出发,密封剂层17优选(例如)通过夹心式层压来层叠、或者与密封剂粘接层16一起通过共挤出法来层叠,更优选通过夹心式层压来层叠。
通过以上说明的步骤S11至S13,得到了封装材料10。需要说明的是,封装材料10的制造方法的步骤顺序并不限于依次实施上述步骤S11至S13的方法。可适当地改变实施步骤的顺序,例如,在进行步骤S13后进行步骤S12等。
[蓄电装置]
其次,对具备封装材料10作为容器的蓄电装置进行说明。蓄电装置具备:包含电极的电池元件1、从上述电极延伸的引线2、以及容纳电池元件1的容器,上述容器由蓄电装置用封装材料10以密封剂层17为内侧的方式形成。上述容器可以将两个封装材料以密封剂层17彼此对向的方式重合,并将重合后的封装材料10的周缘部进行热熔接而得到,另外,也可以将一个封装材料折回并重合,并同样地将封装材料10的周缘部进行热熔接而得到。另外,蓄电装置可具备封装材料20作为容器。作为蓄电装置,可列举出(例如)锂离子电池、镍氢电池以及铅蓄电池等二次电池、以及双电层电容器等电化学电容器。
引线2由以密封剂层17为内侧而形成容器的封装材料10夹持并密封。引线2也可以经由接头片密封剂而由封装材料10夹持。
[蓄电装置的制造方法]
其次,对使用上述的封装材料10制造蓄电装置的方法进行说明。需要说明的是,在此,以使用压花型封装材料30制造二次电池40的情形为例进行说明。图2是表示上述压花型封装材料30的图。图3的(a)~(d)是表示使用了封装材料10的单侧成型加工电池的制造步骤的立体图。作为二次电池40,也可以为设有两个压花型封装材料30那样的封装材料,并将这样的封装材料彼此一边调整对准度一边进行贴合而制成的两侧成型加工电池。另外,压花型封装材料30也可使用封装材料20来形成。
作为单侧成型加工电池的二次电池40(例如)可以通过以下的步骤S21至S25来制造。
步骤S21:制备封装材料10、包含电极的电池元件1、以及从上述电极延伸的引线2的步骤。
步骤S22:在封装材料10的单面上形成用于配置电池元件1的凹部32的步骤(参照图3(a)及图3(b))。
步骤S23:在压花型封装材料30的成型加工区域(凹部32)中配置电池元件1,以盖部34覆盖凹部32的方式折回压花型封装材料30并重叠,并以夹持从电池元件1延伸的引线2的方式将压花型封装材料30的一边进行加压热熔接的步骤(参照图3(b)及图3(c))。
步骤S24:留下夹持引线2的边以外的一边,将其他边进行加压热熔接,其后,从留存的一边注入电解液,并在真空状态下将留存的一边进行加压热熔接的步骤(参照图3(c))。
步骤S25:切除夹持引线2的边以外的加压热熔接边端部,并向成型加工区域(凹部32)侧弯折的步骤(参照图3(d))。
(步骤S21)
在步骤S21中,制备封装材料10、包含电极的电池元件1、以及从上述电极延伸的引线2。封装材料10基于上述的实施方案来制备。作为电池元件1及引线2,没有特别限制,可以使用周知的电池元件1及引线2。
(步骤S22)
在步骤S22中,在封装材料10的密封剂层17侧形成用于配置电池元件1的凹部32。凹部32的平面形状作成与电池元件1的形状一致的形状,例如俯视呈矩形。凹部32(例如)通过将具有矩形的压力面的按压部件相对于封装材料10的一部分沿其厚度方向按压而形成。另外,按压的位置,即凹部32形成在距切成长方形的封装材料10的中央处偏向封装材料10的长度方向的一端部的位置处。由此,在成型加工后可以将未形成凹部32的另一端部侧折回而形成盖(盖部34)。
作为形成凹部32的方法,更具体而言可举出使用模具的成型加工(深冲压成型)。作为成型方法,可举出使用配置成具有封装材料10的厚度以上的间隙的母模和公模,将公模与封装材料10一同向母模压入的方法。通过调整公模的压入量,可以将凹部32的深度(深冲压量)调整成所需的量。通过在封装材料10中形成凹部32,得到压花型封装材料30。该压花型封装材料30具有(例如)如图2所示的形状。在此,图2(a)是压花型封装材料30的立体图;图2(b)是沿着图2(a)所示的压花型封装材料30的IIb-IIb线的纵剖视图。
(步骤S23)
在步骤S23中,在压花型封装材料30的成型加工区域(凹部32)内配置由正极、隔板及负极等构成的电池元件1。另外,从电池元件1延伸并与正极及负极分别接合的引线2从成型加工区域(凹部32)向外部引出。其后,压花型封装材料30在其长度方向的大致中央处折回,并以密封剂层17彼此为内侧的方式重合,并将压花型封装材料30的夹持引线2的一边进行加压热熔接。加压热熔接通过温度、压力及时间这三个条件控制,可以适宜设定。加压热熔接的温度优选为使密封剂层17熔解的温度以上。
需要说明的是,密封剂层17热熔接前的厚度相对于引线2的厚度优选为40%以上80%以下。通过密封剂层17的厚度为上述下限值以上,有热熔接树脂可以充分填充引线2端部的倾向,通过为上述上限值以下,可以适度抑制二次电池40的封装材料10端部的厚度,能够降低水分从封装材料10端部的渗入量。
(步骤S24)
在步骤S24中,留下夹持引线2的边以外的一边,进行其他边的加压热熔接。其后,从留存的一边注入电解液,并在真空状态下将留存的一边进行加压热熔接。加压热熔接的条件与步骤S23相同。
(步骤S25)
切除夹持引线2的边以外的周缘加压热熔接边端部,去除从端部露出的密封剂层17。之后,将周缘加压热熔接部向成型加工区域32侧折回,形成折回部42,由此得到二次电池40。
以上,对于本发明的蓄电装置用封装材料及蓄电装置的制造方法的优选实施方案已经进行了详述,但本发明不受所述特定的实施方案所限定,在权利要求所记载的本发明要旨的范围内,可进行各种变形、改变。
例如,虽然在上述实施方案中示出了经由粘接层13将基材层11粘接到阻隔层22的实施方案,但是基材层11也可以通过涂布到阻隔层22来进行设置。在这种情况下,可以将基材层11的材料树脂直接地涂布并干燥,也可以将其溶解于适当溶剂再进行涂布和干燥。在这种情况下,被覆层21仅由基材层11构成,没有粘接层13。
另外,虽然在上述实施方案中示出了阻隔层22具有防腐蚀处理层15a、15b的实施方案,但是也可以将阻隔层22构成为不具有防腐蚀处理层15a、15b中的至少一者。
[实施例]
以下列举出实施例及比较例以对本发明的内容进行更具体地说明。需要说明的是,本发明不限于以下实施例。
<材料>
构成蓄电装置用封装材料的各材料如下所述。
(基材层)
厚度5μm的PET与厚度为25μm的Ny(尼龙6)的共挤出双轴拉伸膜。
(粘接层)
聚氨酯系粘接剂。
(铝箔层)
·实施例1至16、以及比较例1至16···光泽度不同的软质铝箔(8079材、厚度40μm、東洋アルミニウ厶株式会社制)。
·实施例101至106、以及比较例101至110···表面粗糙度不同的软质铝箔(8079材、厚度40μm、東洋アルミ二ウ厶株式会社制)。关于软质铝箔的密封剂层侧的表面粗糙度,其以算术平均高度Sa计为3.4至5.5μm。
(防腐蚀处理层)
防腐蚀处理层A:使用蒸馏水作为溶剂将这样的组合物作为基底,该组合物由固体成分浓度调整为10质量%的“氧化铈溶胶”90质量%以及缩合磷酸Na盐10质量%构成。在该基底上设置这样的组合物的处理层,该组合物以蒸馏水作为溶剂、由最终固体成分浓度调整为5重量%的“聚烯丙胺聚合物”/“缩水甘油基化合物”=90/10构成。
防腐蚀处理层B:将在包含聚丙烯酸和含噁唑啉基丙烯酸树脂的树脂组合物中配合CrF3和磷酸而得的涂布型化学转化处理剂(最终固体成分浓度5质量%)作为基底。在该基底上设置这样的组合物的处理层,该组合物以蒸馏水作为溶剂、由最终固体成分浓度调整为5重量%的“聚烯丙胺聚合物”/“缩水甘油基化合物”=90/10构成。
(密封剂粘接层)
相对于100质量份(固体成分比)的溶解于甲苯中的马来酸酐改性聚烯烃树脂配合10质量份(固体成分比)的聚异氰酸酯化合物而得的干式层压用粘接剂组合物。
(密封剂层)
由无规丙烯/嵌段丙烯/无规丙烯构成的2种3层的多层膜(厚度80μm、オカモᅡ社制)
<测定和评价>
(光泽度)
分别在TD方向和MD方向上,测定铝箔层单独的60°光泽度、以及在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层的60°光泽度。测定时,通过将光泽计的光源光的入射面配置为分别与TD方向和MD方向一致的方式进行测定。
(算术平均高度Sa的测定)
在表示表面粗糙度的算术平均高度Sa的测定中,使用激光显微镜LEXT OL 4000(オリンパス社制),并在10倍物镜和10倍目镜的条件下测定了通过将作为测定对象的铝箔切割成1cm见方而制作的测定用试样。
(压缩试验)
将所制作的模拟单元配置在压力机的平板之间。逐渐地施加压力,当达到目标压力时停止加压,并在该压力下保持3分钟。
·压缩试验的评价
○:施加2.2MPa压力时电池单元不从内部破裂。
×:施加2.2MPa压力时电池单元从内部破裂。
·综合评价
○:作为锂离子电池在实际使用中具有耐受性
×:作为锂离子电池在实际使用中不具有耐受性
<实施例1>
(蓄电装置用封装材料的制作)
首先,准备厚度为40μm的软质铝箔8079材(東洋アルミニウ厶株式会社制)作为铝箔层,并测定了成为密封剂层侧的面的60°光泽度。MD方向上的60°光泽度为77.1,TD方向上的60°光泽度为110.3。
然后,通过凹版涂布将防腐蚀处理层A或防腐蚀处理层B的母材涂布于铝箔层的两面。
接着,在使所涂布的母材干燥之后,依次进行烧成处理,从而形成了防腐蚀处理层。此时,作为烧成条件,将温度设为150℃,处理时间设为30秒。
然后,对作为基材层的PET/Ny共挤出双轴拉伸膜的一个面进行电晕处理。
接着,将作为粘接层的聚氨酯系粘接剂涂布在设置有铝箔层的防腐蚀处理层的一个面上。然后,通过干式层压法,经由粘接层使铝箔层与基材层的经电晕处理后的面粘接。其后,将由基材层、粘接层、防腐蚀处理层、铝箔层以及防腐蚀处理层构成的结构体在温度为60℃的气氛中放置6天,从而进行了老化处理。
随后,在铝箔层的与设置有基材层的一侧相反侧的面上,涂布作为密封剂粘接层原料的粘接剂组合物。接着,通过干式层压法,经由密封剂粘接层使由无规丙烯/嵌段丙烯/无规丙烯构成的并成为密封剂层17的2种3层的多层膜与铝箔层粘接。其后,通过将由基材层、粘接层、防腐蚀处理层、铝箔层、防腐蚀处理层、密封剂粘接层以及密封剂层构成的结构体在温度为40℃的气氛中放置6天,从而进行了老化处理。由此,制作了蓄电装置用封装材料。
(锂离子电池模拟单元的制作)
考虑到使密封部分成为6mm(高)×51mm×43mm的单元尺寸,对蓄电装置用封装材料进行切割成型(图2的凹部32为相当于成型加工后的单元尺寸的区域)。作为内容物,以成为6mm×51mm×43mm的方式制备卷绕的铝箔,并将其配置于所成型的封装材料内,留下一边后进行密封。然后,注入12ml的水以代替电解液,并将所留下的一边密封,从而制作了模拟单元。
制作5个这种电池单元,并分别对其进行压缩试验。压缩试验的结果示于表1中。需要说明的是,在表1中,“n”表示在压缩试验中所使用的试样编号。
<实施例2至8、比较例1至8>
与实施例1同样地制作蓄电装置用封装材料及锂离子电池模拟单元,并进行压缩试验,不同之处在于:使用了密封剂层侧的光泽度、以及防腐蚀处理层如表1所示地不同的各种铝箔。此处的光泽度是作为单独的铝箔层所测定的光泽度。
根据这些结果可知,关于用于锂离子电池模拟单元的制作的铝箔层,当作为单独的铝箔层在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为690以下,并且在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下时,压缩试验的结果良好。
<实施例9至16、比较例9至16>
与实施例1同样地制作蓄电装置用封装材料及锂离子电池模拟单元,并进行压缩试验,不同之处在于:使用了密封剂层侧的光泽度、以及防腐蚀处理层如表2所示地不同的各种铝箔。此处的光泽度是当形成有防腐蚀处理层时所测定的作为“设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层”的值。另外,对于实施例9至16、比较例9至16中所使用的铝箔,其分别使用了与实施例1至8、比较例1至8中所使用铝箔的批次相同的铝箔。
根据这些结果可知,关于用于锂离子电池模拟单元的制作的铝箔层,当作为在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为590以下,并且在MD方向上的60°光泽度与在TD方向上的60°光泽度之差为100以下时,压缩试验的结果良好。
<实施例101>
(蓄电装置用封装材料的制作)
首先,作为铝箔层,准备了厚度为40μm的软质铝箔8079材(東洋アルミ二ウ厶株式会社制),并测定了成为密封剂层侧的面的算术平均高度Sa。密封剂层侧的表面粗糙度以算术平均高度Sa计为5.5μm。
其后的步骤与实施例1相同,从而制作了蓄电装置用封装材料。
(锂离子电池模拟单元的制作)
与实施例1同样地,制作了蓄电装置用封装材料。
制作5个这种电池单元,并分别对其进行压缩试验。压缩试验的结果示于表3中。需要说明的是,在表3中,“n”表示在压缩试验中所使用的试样编号。
<实施例102至106>
与实施例101同样地制作蓄电装置用封装材料及锂离子电池模拟单元,并进行压缩试验,不同之处在于:使用了密封剂层侧的防腐蚀处理层、以及表示表面粗糙度的算术平均高度Sa如表3所示地不同的各种铝箔。此处的光泽度是作为单独的铝箔层所测定的光泽度。
[表3]
根据这些结果可知,关于用于钾离子电池模拟单元的制作的铝箔层,当作为单独的铝箔层的表示表面粗糙度的算术平均高度Sa为4.6μm以上时,压缩试验良好。
<比较例101至110>
与实施例1同样地制作蓄电装置用封装材料及锂离子电池模拟单元,并进行压缩试验,不同之处在于:使用了密封剂层侧的光泽度、以及防腐蚀处理层如表3所示地不同的各种铝箔。此处的表示表面粗糙度的算术平均高度Sa是当形成有防腐蚀处理层时所测定的作为“设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层”的值。另外,对于比较例101至110中所使用的铝箔,其使用了分别与实施例101至106中所使用的铝箔的批次相同的铝箔。
根据这些结果可知,关于用于锂离子电池模拟单元的制作的铝箔层,当作为在设置有防腐蚀处理层的状态下的铝箔层的表示表面粗糙度的算术平均高度Sa小于4.6μm时,压缩试验不好。
符号说明
1…电池元件;2…引线;10…封装材料(蓄电装置用封装材料);11…基材层;13…粘接层;14…铝箔层;15a、15b…防腐蚀处理层;16…密封剂粘接层;17…密封剂层;30…压花型封装材料;32…成型加工区域(凹部);34…盖部;40…二次电池。

Claims (7)

1.一种蓄电装置用封装材料,其具备依次层叠被覆层、阻隔层、密封剂粘接层以及密封剂层而成的结构,
所述阻隔层具有铝箔层、以及设置于所述铝箔层的所述密封剂层侧并且面对所述密封剂粘接层的防腐蚀处理层,
所述铝箔层在所述密封剂层侧的面在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为690以下,并且
所述铝箔层在所述密封剂层侧的面在所述MD方向上的60°光泽度与在所述TD方向上的60°光泽度之差为100以下。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置用封装材料,
所述铝箔层在所述密封剂层侧的面在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为150以下,并且
所述铝箔层在所述密封剂层侧的面在所述MD方向上的60°光泽度与在所述TD方向上的60°光泽度之差为50以下。
3.一种蓄电装置用封装材料,其具备依次层叠被覆层、阻隔层、密封剂粘接层以及密封剂层而成的结构,
所述阻隔层具有铝箔层、以及设置于所述铝箔层的所述密封剂层侧并且面对所述密封剂粘接层的防腐蚀处理层,
在设置有所述防腐蚀处理层的状态下的所述铝箔层在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为590以下,并且
在设置有所述防腐蚀处理层的状态下的所述铝箔层在所述MD方向上的60°光泽度与在所述TD方向上的60°光泽度之差为100以下。
4.根据权利要求3所述的蓄电装置用封装材料,
在设置有所述防腐蚀处理层的状态下的所述铝箔层在MD方向上的60°光泽度以及在TD方向上的60°光泽度均为120以下,并且
在设置有所述防腐蚀处理层的状态下的所述铝箔层在所述MD方向上的60°光泽度与在所述TD方向上的60°光泽度之差为40以下。
5.一种蓄电装置,其具备:包含电极的电池元件、从所述电极延伸出来的引线、以及容纳所述电池元件的容器,
所述容器由权利要求1至4中任一项所述的蓄电装置用封装材料以使所述密封剂层成为内侧的方式而形成。
6.一种蓄电装置用封装材料,其中,在依次层叠至少1层基材层、粘接层、至少在一个面上设置有防腐蚀处理层的铝箔层、密封剂粘接层以及密封剂层而成的层叠体中,
表示所述铝箔层的所述密封剂层侧的表面粗糙度的算术平均高度Sa为4.6μm以上10.0μm以下。
7.一种蓄电装置,其具备:包含电极的电池元件、从所述电极延伸出来的引线、以及容纳所述电池元件的容器,
所述容器由权利要求6所述的蓄电装置用封装材料以使所述密封剂层成为内侧的方式而形成。
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