CN109986855B - 电池用包装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供以下的技术,即,在包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的膜状的叠层体的电池用包装材料中,耐电解液性优异,而且在成型时不易产生裂纹和针孔,具有优异的成型性。本发明的解决方案在于:提供一种电池用包装材料,其包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体,上述基材层由至少包含聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成,上述基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均在85~130%的范围,上述基材层的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比在1.0~1.4的范围,上述基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂强度均在250MPa以上。
Description
本案是申请日为2014年12月1日、申请号为201480065933.7(PCT/JP2014/ 081718)、发明名称为“电池用包装材料”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在成型时不易产生针孔和裂纹、具有优异的成型性、进一步具有优异的耐电解液性的电池用包装材料。
背景技术
目前,开发了各种类型的电池,但在所有电池中,为了封装电极、电解质等电池元件,包装材料是不可欠缺的部件。目前,作为电池用包装,大多使用金属制的包装材料。
另一方面,近年来,随着电动汽车、混合动力电动汽车、个人电脑、照相机、移动电话等的高性能化,对电池要求具有多样的形状,并要求薄型化、轻量化。但是,现有大多使用的金属制的电池用包装材料存在难以应对形状的多样化,而且在轻量化方面也有限度的缺点。
因此,近年来,作为容易加工为多样的形状、能够实现薄型化、轻量化的电池用包装材料,提出了依次叠层有基材/金属层/密封层的膜状的叠层体。但是,这样的膜状的包装材料比金属制的包装材料薄,在成型时存在容易产生针孔或裂纹的缺点。在电池用包装材料产生针孔、裂纹时,电解液浸透到金属层,从而形成金属析出物,其结果是,很可能产生短路,因此对于膜状的电池用包装材料,具有在成型时不易产生针孔的特性、即优异的成型性是必须的。
目前,为了提高膜状的电池用包装材料的成型性,着眼于用于使金属层粘接的粘接层,进行了各种研究。例如,专利文献1公开了具有由树脂膜构成的内层、第一粘接剂层、金属层、第二粘接剂层和由树脂膜构成的外层的叠层型包装材料,上述第一粘接剂层和第二粘接剂层的至少一者由含有侧链具有活性氢基的树脂、多官能异氰酸酯类和多官能胺化合物的粘接剂组合物形成,由此能够得到对更深的成型可靠性高的包装材料。
如专利文献1所代表的现有的包括膜状的叠层体的电池用包装材料中,着眼于使金属层和其他的层粘接的粘接层的配合成分,对提高成型性的技术进行了各种研究,但关于着眼于金属层的物性提高成型性的技术,几乎没有报道。
另外,已知:通常屈服强度低、拉伸强度大的金属材料容易变形,并且在深拉深中不易产生褶皱,具有优异的加工性(参照非专利文献1),目前,即使是包括膜状的叠层体的电池用包装材料中,作为金属层也通常采用屈服强度低的金属原料。
进一步而言,对电池用包装材料要求高的耐电解液性,例如,作为电池用包装材料的基材层使用聚酯膜,由此能够更加提高耐电解液性。但是,聚酯膜与聚酰胺膜等相比,成型性低,在将聚酯膜用于基材层时,具有在成型时容易产生针孔的问题。因此,为了提高耐电解液性,将聚酯膜用于基材层时,提高电池用包装材料的成型性是特别困难的。
另外,从提高电池用包装材料的成型性的观点考虑,作为基材,广泛地使用尼龙膜(例如参照专利文献2)。但是,在利用基材使用尼龙膜的电池用包装材料制造电池时,如果基材表面附着电解液,则存在基材表面白化或熔融等问题。
另一方面,如上所述,从提高基材表面的耐电解液性的观点考虑,作为基材,考虑使用耐电解液性优异的聚酯膜(例如、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜)。但是,聚酯膜的成型性低,因此具有在成型时容易产生针孔的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-287971号公报
专利文献2:日本特开2008-288117号公报非专利文献
非专利文献1:太田哲著、加压加工技术指南(プレス加工技术マニュアル)、日刊工业新闻社出版、昭和56年7月30日出版、1-3页
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的第一方式的目的在于:提供以下的技术,即,在包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的膜状的叠层体的电池用包装材料中,基材层包括聚酯膜,由此使耐电解液性进一步提高,在包括聚酯膜的基材层的成型时不易产生裂纹和针孔,具有优异的成型性。
另外,本发明的第二方式的目的在于:提供以下的技术,即,在包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的膜状的叠层体的电池用包装材料中,耐电解液性优异,进一步而言在成型时不易产生裂纹和针孔,具有优异的成型性。
用于解决课题的方法
本发明的发明人为了解决关于本发明的第一方式的课题,进行了精心地研究,在现有技术中,尽管金属层所使用的铝箔被认为其屈服强度越低其越具有优异的加工性,但是将具有进行相对于轧制方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度为55~140N/mm2这样的高屈服强度的铝箔用于金属层而得到的电池用包装材料中,意外地发现即使基材层包括聚酯膜的情况,也能够使电池用包装材料具有非常优异的成型性,能够大幅度地减少成型时的针孔和裂纹的产生率。进一步而言,通过使上述铝箔叠层的基材层包括聚酯膜,耐电解液性也优异。本发明的第一方式是基于这些发现进一步反复研究而完成的发明。
另外,本发明的发明人为了解决关于本发明的第二方式的课题,进行了精心地研究。其结果是,发现了在包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体的电池用包装材料中,利用至少包括聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成基材层,将基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均设定在85~130%的范围,进一步将基材层的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)设定为1.0~1.4的范围,由此在电池用包装材料中能够兼具优异的耐电解液性和优异的成型性。本发明的第二方式是基于这些发现进一步反复研究而完成的发明。
即,本发明的第一方式提供下述方式的电池用包装材料和电池。
项1A.一种电池用包装材料,其包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体,
上述基材层包括聚酯膜,
上述金属层是进行相对于轧制方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度为55~140N/mm2的铝箔。
项2A.如项1A所述的电池用包装材料,其中,上述基材层包括聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体。
项3A.如项2A所述的电池用包装材料,其中,上述聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体是双轴拉伸聚酯膜和双轴拉伸聚酰胺膜的叠层体。
项4A.如项2A所述的电池用包装材料,其中,上述聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体是聚酯树脂和聚酰胺树脂的共挤出叠层体。
项5A.如项1A~4A中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述铝箔在进行相对于轧制方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度为65~90N/mm2。
项6A.如项1A~5A中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述铝箔的厚度为20~55μm。
项7A.如项1A~6A中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述金属层的至少一个面实施了化学法(金属)表面处理。
项8A.如项1A~7A中任一项所述的电池用包装材料,其为二次电池用的包装材料。
项9A.一种电池,其在项1A~8A中任一项所述的电池用包装材料内收容有至少具有正极、负极和电解质的电池元件。
另外,本发明的第二方式提供下述方式的电池用包装材料和电池。
项1B.一种电池用包装材料,其包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体,
上述基材层由至少包含聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成,
上述基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均在85~130%的范围,
上述基材层的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)在1.0~1.4的范围。
项2B.如项1B所述的电池用包装材料,其中,上述基材层由至少是聚酯树脂和聚酰胺树脂共挤出而成的双轴拉伸膜形成。
项3B.如项1B或2B所述的电池用包装材料,其中,上述基材层由依次叠层有聚酯树脂层、粘接性树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成。
项4B.如项1B~3B中任一项所述的电池用包装材料,其中,在上述基材层中,上述聚酯树脂层位于与上述密封层相反侧的最外层。
项5B.如项1B~4B中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂强度均在250MPa以上。
项6B.如项1B~5B中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述基材层的MD方向的拉伸断裂强度相对于TD方向的拉伸断裂强度之比(MD/TD)在0.8~1.1的范围。
项7B.如项1B~6B中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述金属层是进行相对于MD方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度和进行相对于TD方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度均在55~140N/mm2的范围的铝箔。
项8B.如项1B~7B中任一项所述的电池用包装材料,其中,上述金属层的至少一个面实施了化学法表面处理。
项9B.如项1B~8B中任一项所述的电池用包装材料,其为二次电池用的包装材料。
项10B.一种电池,其在项1B~9B中任一项所述的电池用包装材料内收容有至少具有正极、负极和电解质的电池元件。
发明效果
根据本发明的第一方式的电池用包装材料,金属层是进行相对于轧制方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度为55~140N/mm2的铝箔,由此金属层能够在成型时适当地追随模具的形状,因此能够抑制针孔和裂纹等的产生。这样,本发明的第一方式的电池用包装材料具有优异的成型性,因此也能够有助于提高生产率。进一步而言,使金属层叠层的基材层包括聚酯膜,由此耐电解液性也优异。
另外,根据本发明的第二方式的电池用包装材料,基材层由至少包含聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成,基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均在85~130%的范围,基材层的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)在1.0~1.4的范围,由此具有优异的成型性,因此能够抑制在电池用包装材料的成型时产生针孔和裂纹等。进一步而言,通过具有该特征,具有优异的耐电解液性,因此能够有效地抑制在基材层表面附着有电解液时的基材层的溶解等。
附图说明
图1是表示本发明的第一方式的电池用包装材料的剖面结构的一例的图。
图2是表示本发明的第一方式的电池用包装材料的剖面结构的一例的图。
图3是表示本发明的第二方式的电池用包装材料的剖面结构的一例的图。
图4是表示本发明的第二方式的电池用包装材料的剖面结构的一例的图。
具体实施方式
本发明的第一方式的电池用包装材料A的特征在于:包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体,基材层包括聚酯膜,金属层是进行相对于轧制方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度为55~140N/mm2的铝箔。
另外,本发明的第二方式的电池用包装材料B的特征在于:包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体,基材层由至少包含聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成,基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均在85~130%的范围,基材层的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)在1.0~1.4的范围。以下对本发明的电池用包装材料进行详细阐述。
以下对本发明的第一方式的电池用包装材料A和第二方式的电池用包装材料B依次进行详细阐述。
1A.第一方式的电池用包装材料A的叠层结构
第一方式的电池用包装材料A如图1所示,包括至少依次叠层有基材层1、粘接层2、金属层3和密封层4的叠层体。在第一方式的电池用包装材料A中,基材层1为最外层,密封层4为最内层。即,在组装电池时,位于电池元件的周边的密封层4彼此进行热熔接,密封电池元件,由此电池元件被封装。
另外,第一方式电池用包装材料A如图2所示,在金属层3与密封层4之间,以提高这些层的粘接性为目的,可以根据需要设置有粘接层5。
2A.形成第一方式的电池用包装材料A的各层的组成
[基材层1]
在第一方式的电池用包装材料A中,基材层1是形成最外层的层,具有绝缘性。在第一方式中,基材层1包括聚酯膜。作为构成聚酯膜的聚酯树脂,具体而言,可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。从对电池用包装材料A赋予优异的成型性和耐电解液性的观点考虑,聚酯膜优选为双轴拉伸聚酯膜,更优选为双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等双轴拉伸聚酯膜是公知的,其制造方法也是公知的。具体而言,双轴拉伸聚酯膜可以通过如下的方法得到,例如,对由含有聚酯的原料构成的未拉伸坯料膜,以流动方向(MD)和垂直方向(TD)各自的拉伸倍率为2.0~6.0倍的条件进行双轴拉伸后,以210~230℃进行热处理,由此得到双轴拉伸聚酯膜。作为双轴拉伸方法,可以采用管膜方式、拉幅机方式的同步双轴拉伸或逐步双轴拉伸。
从进一步提高电池用包装材料A的成型性和耐电解液性的观点考虑,基材层1更优选包括聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体。基材层1包括聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体时,从提高耐电解液性的观点考虑,在电池用包装材料A中,聚酰胺膜优选位于后述的密封层4一侧。在该叠层体中,作为聚酯膜,可以使用与上述同样的聚酯膜。另外,作为构成聚酰胺膜的聚酰胺树脂,优选列举尼龙树脂。作为尼龙树脂的具体例,可以列举尼龙6、尼龙6,6、尼龙6和尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚已二酰间苯二甲胺(MXD尼龙)等。从对电池用包装材料A赋予优异的成型性和优异的耐电解液性的观点考虑,聚酰胺膜优选为双轴拉伸聚酰胺膜,更优选为双轴拉伸尼龙膜。双轴拉伸尼龙膜等双轴拉伸聚酰胺膜是公知的,其制造方法也是公知的。具体而言,具有这样的物性的双轴拉伸聚酰胺膜可以通过如下的方法得到,例如,对由含有聚酰胺的原料构成的未拉伸坯料膜,以流动方向(MD)和垂直方向(TD)各自的拉伸倍率为3.0~3.5倍的条件进行双轴拉伸后,以150~200℃进行热处理,由此得到双轴拉伸聚酰胺膜。作为双轴拉伸方法,可以采用管膜方式、拉幅机方式的同步双轴拉伸或逐步双轴拉伸,优选列举利用管膜法的同步双轴拉伸。
从进一步提高电池用包装材料A的成型性和耐电解液性的观点考虑,作为聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体特别优选的方式,可以列举双轴拉伸聚酯膜和双轴拉伸聚酰胺膜的叠层体、聚酯树脂和聚酰胺树脂的共挤出叠层体等。例如,双轴拉伸聚酯膜和双轴拉伸尼龙膜可以通过粘接剂,利用干式层压法、夹层层压法等公知的方法进行叠层。另外,关于聚酯树脂和尼龙树脂的共挤出叠层体,也可以使聚酯树脂和尼龙树脂隔着粘接层共挤出而进行叠层。关于所使用的粘接层的种类、量等,与后述的粘接层2或粘接层5的情况同样。
基材层1可以只由上述的聚酯膜和上述的叠层体中的至少一者形成,也可以还具有其他的树脂膜层。另外,在基材层1中,上述的聚酯膜和上述的叠层体可以分别只是1层,也可以是多层。其中,作为构成其他的树脂膜层的其他树脂,可以列举环氧树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、酚醛树脂和这些的混合物、共聚物等。另外,作为构成其他的树脂膜层的树脂,也可以列举这些其他树脂与聚酯树脂和聚酰胺树脂中的至少一者的混合物、共聚物等。
在基材层1中,作为聚酯膜的厚度,从进一步提高电池用包装材料A的成型性和耐电解液性的观点考虑,优选列举5~20μm左右,更优选列举9~12μm左右。另外,作为聚酰胺膜的厚度,从同样的观点考虑,优选列举10~30μm左右,更优选列举12~25μm左右。进一步而言,从同样的观点考虑,基材层1包括聚酯膜和聚酰胺膜的叠层体时,聚酯膜与聚酰胺膜的厚度之比(聚酯膜/聚酰胺膜)优选为1/3~1/1左右。作为基材层1的总厚度,优选列举10~50μm左右,更优选为15~30μm左右。
[粘接层2]
在第一方式的电池用包装材料A中,粘接层2是为了使基材层1与金属层3牢固粘接而设置于这些层之间的层。
粘接层2由能够使基材层1与金属层3粘接的粘接剂形成。用于粘接层2的形成的粘接剂可以是双液固化型粘接剂,另外也可以是单液固化型粘接剂。进而,对用于粘接层2的形成的粘接剂的粘接机理也没有特别限制,可以是化学反应型、溶剂挥发型、热熔融型、热压型等中的任意种。
作为能够用于粘接层2的形成的粘接剂成分,具体而言,可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、共聚聚酯等聚酯系树脂;聚醚系粘接剂;聚氨酯系粘接剂;环氧系树脂;酚醛树脂系树脂;尼龙6、尼龙66、尼龙12、共聚聚酰胺等聚酰胺系树脂;聚烯烃、羧酸改性聚烯烃、金属改性聚烯烃等聚烯烃系树脂、聚乙酸乙烯酯系树脂;纤维素系粘接剂;(甲基)丙烯酸系树脂;聚酰亚胺系树脂;尿素树脂、三聚氰胺树脂等氨基树脂;氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶等橡胶;有机硅系树脂等。这些粘接剂成分可以仅使用1种,另外也可以组合使用2种以上。这些粘接剂成分中,优选列举聚氨酯系粘接剂。
关于粘接层2的厚度,例如可以列举1~10μm,优选列举2~5μm。
[金属层3]
在第一方式的电池用包装材料A中,金属层3除了提高包装材料的强度以外,还是作为用于防止水蒸气、氧、光等侵入电池内部的阻挡层发挥功能的层。在第一方式的电池用包装材料A中,金属层3由进行相对于轧制方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度为55~140N/mm2的铝箔形成。这样通过将屈服强度高的铝箔作为金属层3使用,能够使第一方式的电池用包装材料A具有优异的成型性。
作为金属层3所使用的铝箔,进行相对于轧制方向的平行方向(MD)的拉伸试验时的0.2%屈服强度只要满足55~140N/mm2即可,从具有更加优异的成型性的观点考虑,作为该0.2%屈服强度,优选列举65~90N/mm2。
另外,在该铝箔中,关于相对于轧制方向进行垂直方向(TD)和45°方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度没有特别限制,分别优选列举55~140N/mm2左右,进一步优选列举65~90N/mm2左右。
在该铝箔中,作为进行相对于轧制方向的平行方向(MD)的拉伸试验时的拉伸断裂强度,例如可以列举90~130N/mm2左右,优选列举95~125N/mm2左右,进一步优选列举100~110N/mm2左右。由于具有这样的拉伸断裂强度,能够更加有效地具有优异的成型性。
另外,在该铝箔中,作为相对于轧制方向进行垂直方向(TD)和45°方向的拉伸试验时的拉伸断裂强度,没有特别限制,分别例如列举90~124N/mm2左右,优选列举94~122N/mm2左右,进一步列举96~105N/mm2左右。
上述0.2%屈服强度、拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率是通过JIS Z2241所规定的拉伸试验(总伸长法)而测得的值。
作为金属层3所使用的铝箔只要具有上述的0.2%屈服强度,可以仅是纯铝,但优选为铝合金。作为该铝箔所使用的铝合金,例如列举铝-Fe系合金、铝-Mn系合金等,优选列举铝-Fe系合金。作为金属层3所使用的铝箔的适当例子,可以列举软质铝、例如、进行过退火处理的铝(JIS A8021H-O)或(JIS A8079H-O)等。
具有上述特性的铝箔是公知的,其制造方法也是公知的。具体而言,具有这样的特性的铝箔例如可以经由以下工序而制造,即:以500~600℃左右、1~2小时左右的条件对铝金属或铝合金进行均质化处理的工序;以400~500℃左右进行热轧处理的工序;进行冷轧的工序;以300~450℃左右、1~10小时左右的条件进行中间退火的工序;进行冷轧的工序;和以250~400℃左右、30~100小时左右的条件进行最终退火的工序。
作为金属层3(铝箔)的厚度,优选列举20~55μm左右,更优选列举30~40μm左右。
另外,为了粘接的稳定化、防止溶解和腐蚀等,金属层3优选对至少一个面、优选两面进行化学法表面处理。其中,所谓化学法表面处理,是在金属层的表面形成耐酸性覆膜的处理。化学法表面处理例如可以列举使用硝酸铬、氟化铬、硫酸铬、乙酸铬、草酸铬、磷酸二氢铬、乙酰乙酸铬、氯化铬、硫酸钾铬等铬酸化合物进行铬酸铬酸盐处理;使用磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵、多聚磷酸等磷酸化合物进行的磷酸铬酸盐处理;使用具有下述通式(1)~(4)所示的重复单元的氨基化酚聚合物进行的铬酸盐处理等。其中,在该氨基化酚聚合物中,下述通式(1)~(4)所示的重复单元可以仅含有1种,也可以是2种以上的任意组合。
通式(1)~(4)中,X表示氢原子、羟基、烷基、羟烷基、烯丙基或苄基。另外,R1和R2相同或不同,表示羟基、烷基或羟烷基。在通式(1)~(4)中,作为X、R1、R2所示的烷基,例如可以列举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等碳原子数1~4的直链或支链状烷基。另外,作为X、R1、R2所示的羟烷基,例如可以列举羟甲基、1-羟乙基、2-羟乙基、1-羟丙基、2-羟丙基、3-羟丙基、1-羟丁基、2-羟丁基、3-羟丁基、4-羟丁基等取代有1个羟基的碳原子数1~4的直链或支链状烷基。在通式(1)~(4)中,X优选为氢原子、羟基和羟烷基中的任一种。具有通式(1)~(4)所示的重复单元的氨基化酚聚合物的数均分子量例如可以列举约500~约100万,优选列举约1000~约2万。
另外,作为对金属层3赋予耐腐蚀性的化学法表面处理方法,可以列举通过涂敷使氧化铝、氧化钛、氧化铈、氧化锡等金属氧化物、硫酸钡的微粒分散在磷酸中而得到的物质,以150℃以上进行烘烤处理,由此在金属层3的表面形成耐腐蚀处理层的方法。并且,还可以在上述耐腐蚀处理层之上形成用交联剂交联有阳离子型聚合物的树脂层。其中,作为阳离子型聚合物,例如可以列举:聚乙烯亚胺、包括聚乙烯亚胺和具有羧酸的聚合物的离子高分子配位化合物、在丙烯酸主骨架接枝有伯胺的伯胺接枝丙烯酸树脂、聚烯丙胺或其衍生物、氨基苯酚等。作为这些阳离子型聚合物,可以仅使用1种,另外也可以组合使用2种以上。另外,作为交联剂,例如可以列举:具有选自异氰酸酯基、环氧丙基、羧基和噁唑啉基中的至少1种官能团的化合物、硅烷偶联剂等。这些交联剂可以仅使用1种,另外也可以组合使用2种以上。
这些化学法表面处理可以单独进行1种化学法表面处理,也可以组合进行2种以上的化学法表面处理。进而,这些化学法表面处理可以单独使用1种化合物进行,另外也可以组合使用2种以上的化合物进行。在这些化学法表面处理中,优选列举铬酸铬酸盐处理,更优选列举组合有铬酸化合物、磷酸化合物和上述氨基化酚聚合物的铬酸盐处理等。
在化学法表面处理中,关于在金属层3的表面所形成的耐酸性覆膜的量,没有特别限制,例如如果是组合铬酸化合物、磷酸化合物和上述氨基化酚聚合物进行铬酸盐处理时,则以以下比例含有为理想:对金属层的表面每1m2,铬酸化合物以铬换算为约0.5~约50mg,优选为约1.0~约40mg;磷化合物以磷换算为约0.5~约50mg,优选为约1.0~约40mg;以及上述氨基化酚聚合物为约1~约200mg,优选为约5.0~150mg。
化学法表面处理可以通过以下的方法进行:通过棒涂法、辊涂法、凹版涂布法、浸渍法等,将包含用于形成耐酸性覆膜的化合物的溶液涂布于金属层的表面之后,将金属层的温度加热至70~200℃左右,从而进行化学法表面处理。另外,在对金属层实施化学法表面处理之前,可以预先通过碱浸渍法、电解清洗法、酸清洗法、电解酸清洗法等对金属层进行脱脂处理。通过如此进行脱脂处理,能够进一步有效地进行金属层的表面的化学法表面处理。
[密封层4]
在第一方式的电池用包装材料A中,密封层4为最内层,是在组装电池时使密封层彼此热熔接从而密封电池元件的层。
关于密封层4所使用的树脂成分,只要能够进行热熔接就没有特别限制,例如可以列举聚烯烃、环状聚烯烃、羧酸改性聚烯烃、羧酸改性环状聚烯烃。
作为上述聚烯烃,具体而言,可以列举低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯等聚乙烯;均聚丙烯、聚丙烯的嵌段共聚物(例如、丙烯和乙烯的嵌段共聚物)、聚丙烯的无规共聚物(例如、丙烯和乙烯的无规共聚物)等聚丙烯;乙烯-丁烯-丙烯的三元共聚物等。这些聚烯烃中,优选列举聚乙烯和聚丙烯。
上述环状聚烯烃是烯烃和环状单体的共聚物,作为上述环状聚烯烃的构成单体的烯烃,例如可以列举乙烯、丙烯、4-甲基-1-戊烯、苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等。另外,作为上述环状聚烯烃的构成单体的环状单体,例如可以列举:降冰片烯等环状烯烃;具体而言,可以列举环戊二烯、二环戊二烯、环己二烯、降冰片二烯等环状二烯等。这些聚烯烃中,优选列举环状烯烃,进一步优选列举降冰片烯。
所谓上述羧酸改性聚烯烃,是指利用羧酸通过嵌段聚合或接枝聚合对上述聚烯烃进行改性而得到的聚合物。作为用于改性的羧酸,例如可以列举马来酸、丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸酐、衣康酸酐等。
所谓上述羧酸改性环状聚烯烃,是指通过以下方法得到的聚合物:将构成环状聚烯烃的单体的一部分替代为α,β-不饱和羧酸或其酸酐,进行共聚;或者对环状聚烯烃,将α,β-不饱和羧酸或其酸酐进行嵌段聚合或接枝聚合。关于要被羧酸改性的环状聚烯烃,与上述相同。另外,作为用于改性的羧酸,与上述酸改性环状烯烃共聚物的改性所使用的羧酸相同。
在这些树脂成分中,优选列举羧酸改性聚烯烃;更优选列举羧酸改性聚丙烯。
密封层4可以单独由1种树脂成分形成,另外也可以通过组合2种以上的树脂成分而得到的共混聚合物形成。进而,密封层4可以仅以1层形成,也可以由相同或不同的树脂成分以2层以上形成。
另外,作为密封层4的厚度,可以适当选定,可以列举10~100μm左右,优选列举15~50μm左右。
[粘接层5]
在第一方式的电池用包装材料A中,粘接层5是为了使金属层3与密封层4牢固粘接而根据需要设置于这些层之间的层。
粘接层5由能够粘接金属层3与密封层4的粘接剂形成。关于用于粘接层5的形成的粘接剂,其粘接机理、粘接剂成分的种类等与上述粘接层2的情况同样。作为粘接层5所使用的粘接剂成分,优选列举聚烯烃系树脂,进一步优选列举羧酸改性聚烯烃,特别优选列举羧酸改性聚丙烯。
关于粘接层5的厚度,例如可以列举2~50μm左右,优选列举20~30μm左右。
3A.第一方式的电池用包装材料A的制造方法
关于第一方式的电池用包装材料A的制造方法,只要能够得到使规定的组成的各层叠层而成的叠层体,就没有特别限制,例如可以例示以下的方法。
首先,形成依次叠层有基材层1、粘接层2和金属层3的叠层体(以下也有时记载为“叠层体A”)。叠层体A的形成可以通过以下的干式层压法进行:具体而言,在基材层1上或根据需要表面经过化学法表面处理的金属层3,利用挤出法、凹版涂布法、辊涂法等涂布方法涂布粘接层2的形成所使用的粘接剂并干燥,之后使该金属层3或基材层1叠层,使粘接层2固化。另外,在基材层1为聚酯树脂和聚酰胺树脂的共挤出叠层体时,在金属层3之上涂布粘接剂后,在粘接剂之上共挤出聚酯树脂和聚酰胺树脂,由此能够形成叠层体A。也可以利用预先共挤出聚酯树脂和聚酰胺树脂而得到的膜来形成叠层体A。在共挤出聚酯树脂和聚酰胺树脂时,为了更牢固地粘接聚酯树脂和聚酰胺树脂,可以在聚酯树脂与聚酰胺树脂之间配置粘接性树脂。
接着,在叠层体A的金属层3上叠层密封层4。在金属层3上直接叠层密封层4时,可以通过凹版涂布法、辊涂法等方法,在叠层体A的金属层3上涂布构成密封层4的树脂成分。另外,在金属层3与密封层4之间设置粘接层5时,例如可以列举以下的方法:(1)在叠层体A的金属层3上,通过共挤出粘接层5和密封层4而进行叠层的方法(共挤出层压法);(2)另外形成叠层有粘接层5和密封层4的叠层体,将其通过热层压法叠层在叠层体A的金属层3上的方法;(3)在叠层体A的金属层3上,将用于形成粘接层5的粘接剂利用挤出法或溶液涂敷、在高温下干燥再烘烤的方法等进行叠层,在该粘接层5上通过热层压法将预先制膜为片状的密封层4叠层的方法;(4)一边在叠层体A的金属层3与预先制膜为片状的密封层4之间流入熔融的粘接层5,一边隔着粘接层5使叠层体A与密封层4贴合的方法(夹层层压法)等。
如上所述,形成由基材层1/粘接层2/根据需要表面经过化学法表面处理的金属层3/根据需要设置的粘接层5/密封层4构成的叠层体,为了使粘接层2和根据需要设置的粘接层5的粘接性牢固,可以进一步进行热辊接触式、热风式、近红外线式或远红外线式等的加热处理。作为这样的加热处理的条件,例如可以列举150~250℃、1~5分钟。
在第一方式的电池用包装材料A中,为了使制膜性、叠层化加工、最终产品2次加工(袋(pouch)化、压花成型)适应性等提高或稳定化,对构成叠层体的各层,根据需要,也可以实施电晕处理、喷砂处理、氧化处理、臭氧处理等表面活性化处理。
4A.第一方式的电池用包装材料A的用途
第一方式的电池用包装材料A可以作为用于密封并收容正极、负极、电解质等电池元件的包装材料而使用。
具体而言,将至少具备正极、负极和电解质的电池元件,在使与上述正极和负极的各自连接的金属端子向外侧突出的状态下,以能够在电池元件的边缘形成凸缘部(密封层彼此接触的区域)的方式,用第一方式的电池用包装材料A进行包覆,将上述凸缘部的密封层彼此热封,使其密封,由此提供使用了电池用包装材料A的电池。其中,在使用第一方式的电池用包装材料A收容电池元件时,以第一方式的电池用包装材料A的密封部分成为内侧(与电池元件接触的面)的方式使用。
第一方式的电池用包装材料A可以用于一次电池、二次电池中的任意种,优选为二次电池。关于适用第一方式的电池用包装材料A的二次电池的种类,没有特别限制,例如可以列举:锂离子电池、锂离子聚合物电池、铅蓄电池、镍/氢蓄电池、镍/镉蓄电池、镍/铁蓄电池、镍/锌蓄电池、氧化银/锌蓄电池、金属空气电池、多价阳离子电池、电容器(condenser)和电容器(capacitor)等。这些二次电池中,作为适用第一方式的电池用包装材料A的对象,可以列举锂离子电池和锂离子聚合物电池。
1B.第二方式的电池用包装材料B的叠层结构
第二方式的电池用包装材料B如图3所示,包括至少依次叠层有基材层1、粘接层2、金属层3和密封层4的叠层体。在第二方式的电池用包装材料B中,基材层1为最外层,密封层4为最内层。即,在组装电池时,位于电池元件的边缘的密封层4彼此热熔接,将电池元件密封,由此电池元件被封装。
在第二方式中,基材层1至少包括聚酯树脂层1a和聚酰胺树脂层1b。在聚酯树脂层1a与聚酰胺树脂层1b之间,以提高这些层的粘接性等为目的,根据需要,可以叠层粘接性树脂层1c。从提高电池用包装材料B的耐电解液性的观点考虑,在基材层1中,聚酯树脂层1a优选位于与密封层4相反侧的最外层。另外,第二方式的电池用包装材料B如图4所示,在金属层3与密封层4之间,以提高这些层的粘接性为目的,根据需要,可以设置粘接层5。另外,没有图示,可以在基材层1的表面(与密封层4相反侧的表面)设置涂敷层。
2B.形成第二方式的电池用包装材料B的各层的组成
[基材层1]
在第二方式的电池用包装材料B中,基材层1是形成最外层、具有绝缘性的层。在第二方式中,基材层1通过至少包含聚酯树脂层1a和聚酰胺树脂层1b的双轴拉伸膜而形成。
作为形成聚酯树脂层1a的聚酯树脂,具体而言,可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。作为共聚聚酯,可以列举对苯二甲酸乙二醇酯/间苯二甲酸乙二醇酯共聚物、对苯二甲酸丁二醇酯/间苯二甲酸丁二醇酯共聚物等。形成聚酯树脂层1a的聚酯树脂可以单独是1种,也可以是2种以上的组合。
从提高第二方式的电池用包装材料B的耐电解液性的观点考虑,聚酯树脂层1a优选位于基材层1的与密封层4相反侧的最外层。即,在电池用包装材料B的最外层存在聚酯树脂层1a,由此不仅能够有效抑制附着电解液时的溶解,而且关于电池用包装材料表面B的白化也能够有效地抑制。
从兼顾第二方式的电池用包装材料B的优异的成型性和优异的耐电解液性的观点考虑,作为聚酯树脂层1a的厚度,优选列举1~15μm左右,更优选列举3~12μm左右。
作为形成聚酰胺树脂层1b的聚酰胺树脂,可以列举尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚已二酰间苯二甲胺(MXD6)以及它们中的至少2种的共聚物等,在这些之中,优选尼龙6。
从兼具电池用包装材料B的优异的成型性和优异的耐电解液性的观点考虑,作为聚酰胺树脂层1b的厚度,优选列举10~25μm左右,更优选列举12~15μm左右。
从兼具电池用包装材料B的优异的成型性和优异的耐电解液性的观点考虑,作为聚酰胺树脂层1b的厚度相对于聚酯树脂层1a的厚度之比(聚酰胺树脂层1b/聚酯树脂层1a),优选列举0.8以上,更优选列举1.2~5.0的范围。
在聚酯树脂层1a与聚酰胺树脂层1b之间,以提高这些层的粘接性等为目的,根据需要,可以叠层粘接性树脂层1c。在叠层粘接性树脂层1c时,基材层1优选由依次叠层有聚酯树脂层、粘接性树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成。作为形成粘接性树脂层1c的树脂,只要是能够提高聚酯树脂层1a与聚酰胺树脂层1b的粘接性的树脂,就没有特别限制,例如可以列举改性聚酯系弹性体树脂、酸改性聚烯烃树脂等。
基材层1除了聚酯树脂层1a、聚酰胺树脂层1b、根据需要设置的粘接性树脂层1c以外,还可以具有其他的层。作为形成其他的层的树脂,可以列举环氧树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、酚醛树脂和它们的混合物、共聚物等。
在第二方式中,通过至少含有聚酯树脂层1a和聚酰胺树脂层1b的双轴拉伸膜形成基材层1,进一步将基材层1(构成基材层1的树脂膜)的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均设定为85~130%的范围,将后述的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)设定为1.0~1.4的范围,由此能够制成兼具优异的耐电解液性和优异的成型性的电池用包装材料B。
由至少含有聚酯树脂层1a和聚酰胺树脂层1b的双轴拉伸膜形成基材层1,进一步使基材层1的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率满足如上述那样的关系,由此具有优异的耐电解液性,并能够抑制成型时产生针孔和裂纹等,发挥优异的成型性,对于其机理的详细未必清楚,但例如考虑如下。即,考虑:通过基材层1的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率满足如上述那样的关系,能够适当地控制电池用包装材料B的成型时的金属层3的应力变化,能够使金属层3的变形(伸长)缓慢地变化,抑制电池用包装材料B的急剧变形(伸长)。因此,可以认为:在电池用包装材料B的成型时,能够使金属层3适当地追逐模具的形状,抑制针孔和裂纹等的产生。拉伸断裂伸长率过低时,阻碍金属层3的变形(伸长),其结果容易产生针孔和裂纹等,相反在拉伸断裂伸长率过高时,不能控制金属层3的变形(伸长),容易产生针孔或裂纹等。另外,因为基材层1含有聚酯树脂层1b,所以能够发挥优异的耐电解液性。
从对第二方式的电池用包装材料B赋予优异的耐电解液性,并更有效地抑制成型时的针孔和裂纹的产生,进一步提高成型性的观点考虑,基材层1的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率优选均在90~120%的范围。其中,基材层1的拉伸断裂伸长率是通过基于JISK7127的方法所测得的值。
在第二方式中,基材层1的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)在1.0~1.4的范围。通过拉伸断裂伸长率满足如上述那样的关系,能够发挥优异的成型性,对其机理的详细未必清楚,但考虑:在该范围内时,MD方向/TD方向的平衡良好,因此在电池用包装材料B的成型时,能够实现更均匀的变形,能够抑制针孔和裂纹等的产生。从对第二方式的电池用包装材料B赋予优异的耐电解液性,并更有效地抑制成型时的针孔和裂纹的产生,使成型性更加提高的观点考虑,该拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)优选为1.0~1.3的范围。
另外,在第二方式中,作为基材层1的MD方向和TD方向的拉伸断裂强度,优选列举均在250MPa以上,更优选列举260~290MPa的范围。另外,作为基材层的MD方向的拉伸断裂强度相对于TD方向的拉伸断裂强度之比(MD/TD),优选列举0.8~1.1的范围,更优选列举0.9~1.0的范围。通过基材层1的拉伸断裂强度具有这样的值,能够具有优异的耐电解液性,并能够更有效地抑制成型时的针孔和裂纹的产生,能够使成型性更加提高。其中,基材层1的拉伸断裂强度是通过基于JIS K7127的方法测得的值。
从更加提高第二方式的电池用包装材料B的成型性和耐电解液性的观点考虑,基材层1特别优选为至少将聚酯树脂和聚酰胺树脂共挤出而构成的双轴拉伸膜。将聚酯树脂和聚酰胺树脂共挤出而构成的双轴拉伸膜例如可以通过将聚酯树脂的粒料和聚酰胺树脂的粒料加热熔融,从T模以2层或2层以上的层共挤出而得到。在聚酯树脂层1a与聚酰胺树脂层1b之间叠层粘接性树脂层1c时,可以将粘接性树脂的粒料加热熔融,与聚酯树脂和聚酰胺树脂一起共挤出。通过对共挤出而得到的复合膜适用拉幅机方式的逐步双轴拉伸法,由此能够得到构成基材层1的双轴拉伸膜。其中,上述的拉伸断裂伸长率、拉伸断裂强度等的基材层1的各种物性能够通过调整得到双轴拉伸膜时的从T模的挤出宽度、拉伸倍率、热处理温度、各层的厚度比等来控制。
在形成基材层1的各层中,根据需要,可以添加抗氧化剂、滑爽剂、抗粘连剂、拨水剂等添加剂。
关于基材层1的总厚度,只要发挥作为基材层的功能、并使电池用包装材料B满足上述的物性,就没有特别限制,例如可以列举10~50μm左右,优选列举15~25μm左右。
[粘接层2]
在第二方式的电池用包装材料B中,粘接层2是为了使基材层1和金属层3牢固粘接而设置于这些层之间的层。第二方式的电池用包装材料B的粘接层2与上述的第一方式的电池用包装材料A的粘接层2同样。
[金属层3]
在电池用包装材料B中,金属层3除了提高电池用包装材料B的强度以外,还是作为用于防止水蒸气、氧、光等侵入电池内部的阻挡层发挥功能的层。作为构成金属层3的金属,具体而言,可以列举铝、不锈钢、钛等,优选列举铝。金属层3能够由金属箔、金属蒸镀等形成,优选由金属箔形成,进一步优选由铝箔形成。在制造电池用包装材料B时,从防止金属层3产生褶皱和针孔的观点考虑,例如更优选由进行过退火处理的铝(JIS A8021P-O、JISA8079P-O)等软质铝箔形成。
作为金属层3所使用的铝箔优选进行相对于MD方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度和进行相对于TD方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度均在55~140N/mm2的范围,更优选在60~100N/mm2的范围。其中,该0.2%屈服强度是通过JIS Z 2241所规定的拉伸试验(总伸长法)所测定的值。
关于金属层3的厚度,只要发挥作为金属层的功能,就没有特别限制,例如为10μm~50μm左右,优选为20μm~40μm左右。
另外,为了粘接的稳定化、防止溶解和腐蚀等,金属层3与上述的第一方式的电池用包装材料A同样,优选对至少一个面、优选两面进行化学法表面处理。关于金属层3的化学法表面处理,与上述的第一方式的电池用包装材料A同样。
[密封层4]
在第二方式的电池用包装材料B中,密封层4为最内层,是在组装电池时使密封层彼此热熔接从而密封电池元件的层。第二方式的电池用包装材料B的密封层4与上述的第一方式的电池用包装材料A的密封层4相同。
[粘接层5]
在第二方式的电池用包装材料B中,粘接层5是为了使金属层3和密封层4牢固粘接而根据需要设置于这些层之间的层。第二方式的电池用包装材料B的粘接层5与上述的第一方式的电池用包装材料A的粘接层5相同。
[涂敷层]
在第一方式的电池用包装材料A和第二方式的电池用包装材料B中,分别以提高设计性、耐电解液性、耐擦伤性、成型性等为目的,在基材层1之上(基材层1的与金属层3相反侧)可以根据需要设置涂敷层。涂敷层是在组装电池时位于最外层的层。
涂敷层例如可以由聚偏氯乙烯、聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等形成。涂敷层在这些中优选由双液固化型树脂形成。作为形成涂敷层的双液固化型树脂,例如可以列举双液固化型聚氨酯树脂、双液固化型聚酯树脂、双液固化型环氧树脂等。另外,在涂敷层中可以配合消光剂。
作为消光剂,例如可以列举粒径为0.5nm~5μm左右的微粒。关于消光剂的材质,没有特别限制,例如可以列举金属、金属氧化物、无机物、有机物等。另外,关于消光剂的形状,也没有特别限制,例如可以列举球状、纤维状、板状、不定形、气球状(balloon)等。作为消光剂,具体而言,可以列举滑石、硅石、石墨、高岭土、蒙脱土(モンモリロイド)、蒙脱石、合成云母、水滑石、硅胶、沸石、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、氧化镁、氧化铝、氧化钕、氧化锑、氧化钛、氧化铈、硫酸钙、硫酸钡、碳酸钙、硅酸钙、碳酸锂、苯甲酸钙、草酸钙、硬脂酸镁、矾土、炭黑、碳纳米管类、高熔点尼龙、交联丙烯酸、交联苯乙烯、交联聚乙烯、苯代三聚氰二胺、金、铝、铜、镍等。这些消光剂可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。这些消光剂中,从分散稳定性和成本等的观点考虑,优选列举硅石、硫酸钡、氧化钛。并且,对于消光剂,可以对其表面实施绝缘处理、高分散性处理等各种表面处理。
作为形成涂敷层的方法,没有特别限制,例如可以列举:将形成涂敷层的双液固化型树脂涂布于基材层1的一个表面上的方法。在配合消光剂时,在双液固化型树脂中添加消光剂进行混合后,进行涂布即可。
作为涂敷层的厚度,只要发挥作为涂敷层的上述功能,就没有特别限制,例如可以列举0.5~10μm左右,优选列举1~5μm左右。
3B.第二方式的电池用包装材料B的制造方法
关于第二方式的电池用包装材料B的制造方法,与上述的“第一方式的电池用包装材料A的制造方法”同样。其中,在基材层1的表面设置涂敷层时,在基材层1的与金属层3相反侧的表面叠层涂敷层。涂敷层例如可以通过将形成涂敷层的上述树脂涂布于基材层1的表面而形成。其中,在基材层1的表面叠层金属层3的工序和在基材层1的表面叠层涂敷层的工序的顺序没有特别限制。例如可以在基材层1的表面形成涂敷层后,在基材层1的与涂敷层相反侧的表面形成金属层3。
4B.第二方式的电池用包装材料B的用途
第二方式的电池用包装材料B的用途与上述的“4A.第二方式的电池用包装材料A的用途”相同。
实施例
以下示出实施例和比较例,对本发明的第一方式和第二方式进行详细地说明。但本发明不限定于实施例。
<第一方式的电池用包装材料的制造>
利用热层压法,相对依次叠层有基材层1/粘接层2/金属层3的叠层体,使粘接层5和密封层4叠层,由此制造包括依次叠层有基材层1/粘接层2/金属层3/粘接层5/密封层4的叠层体的电池用包装材料。电池用包装材料的制造条件的详细内容如以下所示。
实施例1A~4A和比较例1A~2A
在实施例1A~4A和比较例1A~2A中,作为构成基材层1的树脂膜,使用双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(厚度12μm)。双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜通过以下的方法制造,即:对由含有聚对苯二甲酸乙二醇酯的原料构成的未拉伸坯料膜,以流动方向(MD)和宽度方向(TD)各自的拉伸倍率为2.0~6.0倍的条件,利用拉幅机法进行逐步双轴拉伸后,以210~230℃进行热处理,从而制得上述双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。
在双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的电晕处理面,以3μm形成由聚酯系的主剂和异氰酸酯系的固化剂的双液型聚氨酯粘接剂构成的粘接层2,作为金属层,使用后述的铝箔,与金属层的化学法表面处理面进行加压加热贴合(热层压),制作依次叠层有双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜/粘接层/铝箔的叠层体。
并且,另外共挤出构成粘接层5的酸改性聚丙烯树脂(利用不饱和羧酸接枝改性得到的不饱和羧酸接枝改性无规聚丙烯(以下称为PPa)和构成密封层4的聚丙烯(无规共聚物(以下称为PP)),由此制作由厚度20μm的粘接层5和20μm的密封层4构成的2层共挤出膜。
接着,在上述的由双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜/粘接层/铝箔构成的叠层体的金属层(铝箔)上,以与上述制作的2层共挤出膜的粘接层5相接的方式进行重叠,将金属层3加热成120℃,进行热层压,由此得到依次叠层有基材层1(双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜)/粘接层2/金属层3/粘接层5/密封层4的叠层体。将得到的叠层体暂时冷却后,加热到180℃,以1分钟保持该温度,实施热处理,由此得到电池用包装材料。
实施例5A~8A和比较例3A~4A
在实施例1A~4A和比较例1A~2A所使用的双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(厚度12μm)的电晕处理面上,以厚度3μm形成由聚酯系的主剂和异氰酸酯系的固化剂的双液型聚氨酯粘接剂构成的粘接层,将粘接层与双轴拉伸尼龙膜(厚度15μm)加压加热贴合,得到双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和双轴拉伸尼龙膜的叠层体。接着,在得到的叠层体的双轴拉伸尼龙膜侧,以厚度3μm形成同样的由双液型聚氨酯粘接剂形成的粘接层,作为金属层使用后述的铝箔,与金属层的化学法表面处理面加压加热贴合,制作依次叠层有双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜/粘接层/双轴拉伸尼龙膜/粘接层/铝箔的叠层体。
其中,实施例5A~8A和比较例3A~4A所使用的双轴拉伸尼龙膜通过以下的方法制造,即,对由含有尼龙的原料构成的未拉伸坯料膜,以流动方向(MD)和宽度方向(TD)各自的拉伸倍率为3.0~3.5倍的条件,利用管膜法进行同步双轴拉伸后,以150~200℃进行热处理,从而制得上述双轴拉伸尼龙膜。
并且,另外共挤出构成粘接层5的PPa和构成密封层4的PP,由此制作由厚度20μm的粘接层5和20μm的密封层4构成的2层共挤出膜。
接着,在上述的由双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜/粘接层/双轴拉伸尼龙膜/粘接层/铝箔构成的叠层体的金属层(铝箔)上,以与上述制作的2层共挤出膜的粘接层5相接的方式而进行重叠,将金属层加热成120℃,进行热层压,由此得到依次叠层有基材层1(双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜/粘接层/双轴拉伸尼龙膜)/粘接层2/金属层3/粘接层5/密封层4的叠层体。将得到的叠层体暂时冷却后,加热到180℃,保持该温度1分钟,实施热处理,由此得到电池用包装材料。
比较例5A
代替双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,使用双轴拉伸尼龙膜,除此以外,与比较例1A同样,得到叠层有基材层1(双轴拉伸尼龙膜)/粘接层2/金属层3/粘接层5/密封层4的叠层体。将得到的叠层体暂时冷却后,加热到180℃,保持该温度1分钟,实施热处理,由此得到电池用包装材料。
在实施例1A~8A和比较例1A~5A中,作为构成金属层3的铝箔,使用对表1A所示的物性的由软质铝((JIS H4160A8021H-O)构成的AL箔1~6(厚度40μm)的两面进行化学法表面处理而得到的铝箔。AL箔1~6的化学法表面处理通过利用辊涂法将含有酚醛树脂、氟化铬化合物和磷酸的处理液涂布于金属层的两面,以覆膜温度为180℃以上的条件烘烤20秒而进行。
[表1A]
其中,在表1A中,AL箔1~6是经过以下的工序制造得到的铝箔,即:以500~600℃左右、1~2小时左右的条件对铝合金进行均质化处理的工序;以400~500℃左右进行热轧处理的工序;进行冷轧的工序;以300~450℃左右、1~10小时左右的条件进行中间退火的工序;进行冷轧的工序;和以250~400℃左右、30~100小时左右的条件进行最终退火的工序。
在实施例1A~8A和比较例1A~5A中,AL箔1~6的0.2%屈服强度、拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率通过JIS Z 2241所规定的拉伸试验(总伸长法)进行测定。将实施例1A~8A和比较例1A~5A中的基材层和金属层的组合表示在表2A中。
[表2A]
基材层 | 金属层 | |
实施例1A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 | AL箔1 |
实施例2A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 | AL箔2 |
实施例3A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 | AL箔3 |
实施例4A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 | AL箔4 |
实施例5A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/双轴拉伸尼龙膜 | AL箔1 |
实施例6A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/双轴拉伸尼龙膜 | AL箔2 |
实施例7A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/双轴拉伸尼龙膜 | AL箔3 |
实施例8A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/双轴拉伸尼龙膜 | AL箔4 |
比较例1A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 | AL箔5 |
比较例2A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯 | AL箔6 |
比较例3A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/双轴拉伸尼龙膜 | AL箔5 |
比较例4A | 双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/双轴拉伸尼龙膜 | AL箔6 |
比较例5A | 双轴拉伸尼龙膜 | AL箔5 |
<成型性的评价>
将实施例1A~8A和比较例1A~5A所得到的电池用包装材料裁断,制作120mm×80mm的长条片,将其作为试验样品。使用30×50mm的成型模具,以成型深度为5mm或6mm的方式进行冷轧成型。其中,深度5mm的试验在实施例1A~4A和比较例1A、2A、5A中实施,深度6mm的试验在实施例5A~8A和比较例3A~5A中实施。确认所成型的电池用包装材料中的金属层是否产生针孔和裂纹,算出产生率(%)。关于针孔和裂纹的产生率,将即使在1处确认产生的情况都判断为不良,利用30个样品实施。将结果表示表3A和表4A中。
<耐电解液性的评价>
向实施例1A~8A和比较例1A~5A所得到的电池用包装材料的基材层表面滴加电解液(电解液的组成:含有1M的LiPF6的碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯(容积比为1﹕1﹕1)的混合液),在5分钟后、30分钟后、1小时后,分别观察擦去电解液后的表面状态。评价基准如下。
◎…1小时后没有白化
○…30分钟后没有白化
△…5分钟后没有白化
×…5分钟后有白化
由表3A可知,以成型深度5mm进行成型时,作为基材层使用双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、并且将具有相对于轧制方向的平行方向的0.2%屈服强度为55~140N/mm2这样的高屈服强度的铝箔作为金属层使用的电池用包装材料中,显著抑制了针孔和裂纹的产生,并且耐电解液性也优异(实施例1A~4A)。另一方面,在使用相对于轧制方向的平行方向的0.2%屈服强度不足55N/mm2以及超过140N/mm2的铝箔的比较例1A和2A中,因为作为基材层使用双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,所以耐电解液性优异,但以成型深度5mm进行成型时,针孔和裂纹的产生率高,相比于实施例1A-4A,在成型性方面差。另外,在作为基材层只使用双轴拉伸尼龙膜的比较例5A中,耐电解液性差。
另外,由表4A可知,以成型深度6mm这样更严酷的条件进行成型时,作为基材层使用双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和双轴拉伸尼龙膜的叠层体、并且将相对于轧制方向的平行方向的0.2%屈服强度为55~140N/mm2这样的高屈服强度的铝箔作为金属层使用的电池用包装材料中,显著抑制了针孔和裂纹的产生,并且耐电解液性也优异(实施例5A~8A)。另一方面,在使用相对于轧制方向的平行方向的0.2%屈服强度不足55N/mm2以及超过140N/mm2的铝箔的比较例3A和4A中,因为作为基材层使用双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,所以耐电解液性优异,但以成型深度6mm进行成型时,针孔和裂纹的产生率高,与实施例5A~8A相比,在成型性方面差。另外,在作为基材层只使用双轴拉伸尼龙膜的比较例5A中,耐电解液性差。
[表3A]
[表4A]
<第二方式的电池用包装材料的制造>
实施例1B-5B和比较例1B-4B
首先,作为形成基材层1的树脂膜,使用以下的树脂膜A~I,制作依次叠层有基材层1/粘接层2/金属层3的叠层体。具体而言,在基材层1的一个面以3μm形成以下的粘接层2,与以下的金属层3的化学法表面处理面加压加热贴合,制作依次叠层有基材层1/粘接层2/金属层3的叠层体。其中,在形成基材层1的树脂膜A~G中,聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层位于基材层1的与密封层4相反侧的最外层。
另外共挤出构成粘接层5的酸改性聚丙烯树脂(利用不饱和羧酸接枝改性得到的不饱和羧酸接枝改性无规聚丙烯)和构成密封层4的聚丙烯(无规共聚物),由此制造由粘接层5和密封层4构成的2层共挤出膜。接着,在上述制作的由基材层1/粘接层2/金属层3构成的叠层体的金属层上,以与上述制作的2层共挤出膜的粘接层5相接的方式进行重叠,将金属层3加热成120℃,进行热层压,由此制作依次叠层有基材层1/粘接层2/金属层3/粘接层5/密封层4的叠层体。将得到的叠层体暂时冷却后,加热到180℃,保持该温度1分钟,实施热处理,由此得到实施例1B-5B和比较例1B-4B的电池用包装材料。
(基材层1)
树脂膜A
通过T模法将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂和尼龙6挤出,制作共挤出膜,利用逐步拉伸法在MD、TD方向进行双轴拉伸后,以200℃进行热处理,由此制造树脂膜A。拉伸倍率的条件为流动方向(MD)3.4倍、宽度方向(TD)3.8倍。树脂膜A的叠层结构为聚对苯二甲酸乙二醇酯(5μm)/尼龙6(20μm)。
树脂膜B~D、F、G
通过T模法将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、热塑性聚酯系弹性体和尼龙6挤出,制作共挤出膜,利用逐步拉伸法在MD、TD方向进行双轴拉伸后,以200℃进行热处理,由此制造树脂膜B~D、F、G。拉伸倍率和叠层结构分别如下。另外,树脂膜B~D、F、G的叠层结构为聚对苯二甲酸乙二醇酯(5μm)/粘接层(1μm)/尼龙6(20μm)。
树脂膜B:流动方向(MD)3.4倍、宽度方向(TD)3.8倍
树脂膜C:流动方向(MD)3.6倍、宽度方向(TD)3.6倍
树脂膜D:流动方向(MD)3.4倍、宽度方向(TD)3.4倍
树脂膜F:流动方向(MD)3.0倍、宽度方向(TD)3.4倍
树脂膜G:流动方向(MD)3.2倍、宽度方向(TD)3.8倍
树脂膜E
利用拉幅机法,将由以聚对苯二甲酸乙二醇酯为主要成分的原料构成的未拉伸坯料膜,以流动方向(MD)3.2倍、宽度方向(TD)3.2倍进行逐步双轴拉伸后,以210℃进行热处理,由此制造双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,通过管膜法,将由以尼龙6为主要成分的原料构成的未拉伸坯料膜,以流动方向(MD)3.0倍、宽度方向(TD)3.3倍进行同步双轴拉伸,以200℃进行热处理,由此制造双轴拉伸尼龙膜,利用粘接剂将上述的双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和双轴拉伸尼龙膜进行干式层压,由此制造树脂膜E。树脂膜E的叠层结构为聚对苯二甲酸乙二醇酯(9μm)/粘接层(3μm)/尼龙6(15μm)。
树脂膜H
利用管膜法,将由以尼龙6为主要成分的原料构成的未拉伸坯料膜进行同步双轴拉伸后,以200℃进行热处理,由此制造树脂膜H。以拉伸倍率为流动方向(MD)3.0倍、宽度方向(TD)3.3倍的条件进行制造。树脂膜H由尼龙6膜(25μm)一层形成。
树脂膜I
利用拉幅机法,将由以聚对苯二甲酸乙二醇酯为主要成分的原料构成的未拉伸坯料膜进行逐步双轴拉伸后,以210℃进行热处理,由此制造树脂膜I。以拉伸倍率为流动方向(MD)3.2倍、宽度方向(TD)3.2倍的条件进行制造。树脂膜I由聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(12μm)一层形成。
(金属层3)
使用具有以下的物性的铝箔(ALM1:8021材料)。其中,拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率分别是利用基于JIS K7127的规定的方法测得的值。另外,0.2%屈服强度是通过JIS Z2241所规定的拉伸试验(总伸长法)测得的值。
·拉伸断裂强度:MD方向102.2MPa、TD方向100.9MPa
·拉伸断裂伸长率:MD方向9.8%、TD方向9.5%
·0.2%屈服强度:MD方向70.8MPa、TD方向68.5MPa
(粘接层2)
作为将基材层1与金属层3粘接的粘接层2,使用以下的粘接剂。
以1﹕3的比率混合玻璃化转变温度-5~5℃、重均分子量10~40×103、羟基当量0.7~1.9个/mol的多元醇化合物和以甲苯二异氰酸酯(TDI)的三羟甲基丙烷(TMP)加合物为主要成分的芳香族异氰酸酯,得到聚氨酯树脂系粘接剂。
<拉伸断裂伸长率和拉伸断裂强度的测定>
上述得到的电池用包装材料的拉伸断裂伸长率和拉伸断裂强度分别利用基于JISK7127的规定的方法进行测定。其中,测定条件为:样品宽度为15mm、标线间距离为50mm、拉伸速度为100mm/分钟。将结果表示在表1B中。
<成型性的评价>
将上述得到的电池用包装材料裁断,制作120×80mm的长条片,将其作为试验样品。使用由30×50mm的矩形状的阳模和与该阳模的间隙为0.5mm的阴模构成的直模,以热粘接性树脂层侧位于阳模侧的方式,在阴模上载置上述试验样品,分别以成型深度7mm、8mm,以0.1MPa的压杆压(表面压力)冲压该试验样品,进行冷轧成型(引入一次成型)。确认所成型的电池用包装材料中的金属层是否产生针孔和裂纹,算出针孔和裂纹的产生率(%)。关于针孔和裂纹的产生率,在进行上述成型后,即使1处确认到针孔或裂纹的情况都将其判断为成型次品,求出以上述条件将30个试验样品成型时所产生的成型次品的比例。将结果表示在表1B。
<耐电解液性的评价>
向上述得到的电池用包装材料的基材层1侧的表面滴加添加了水1000ppm的电解液(在碳酸亚乙酯﹕碳酸二乙酯﹕碳酸二甲酯=1﹕1﹕1的液体中添加1mol的六氟磷酸锂)3cc,经过30分钟,利用浸有异丙醇(IPA)的拭纸擦去滴加的电解液,通过目测观察电池用包装材料的表面是否白化。将结果表示在表1B中。
[表1B]
由表1B所述的结果可知,以成型深度7mm、进一步以成型深度8mm这样非常严酷的条件进行成型时,基材层1由含有聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成、基材层1的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均在85~130%的范围、基材层1的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比(MD/TD)在1.0~1.4的范围的实施例1B-5B的电池用包装材料中,完全没有看到针孔和裂纹,能够显著地抑制针孔和裂纹的产生。另外,在实施例1B-5B的电池用包装材料中,耐电解液性也优异。另一方面,虽然基材层1由含有聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成、但是不满足上述的拉伸断裂伸长率的条件的比较例1B-2B的电池用包装材料中,虽然耐电解液性优异,但是成型性差。特别而言,以成型深度8mm这样非常严酷的条件进行成型时,针孔的产生率非常高。另外,在由尼龙膜形成基材层1的比较例3B的电池用包装材料中,成型性非常优异,但耐电解液性差。另一方面,由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成基材层1的比较例4B的电池用包装材料中,耐电解液性优异,但成型性非常差。
符号说明
1 基材层
1a 聚酯树脂层
1b 聚酰胺树脂层
1c 粘接性树脂层
2 粘接层
3 金属层
4 密封层
5 粘接层
Claims (9)
1.一种电池用包装材料,包括至少依次叠层有基材层、粘接层、金属层和密封层的叠层体,该电池用包装材料的特征在于:
所述基材层由至少包含聚酯树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成,
所述基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂伸长率均在85~130%的范围,
所述基材层的MD方向的拉伸断裂伸长率相对于TD方向的拉伸断裂伸长率之比在1.0~1.4的范围,
所述基材层的MD方向和TD方向的拉伸断裂强度均在250MPa以上。
2.如权利要求1所述的电池用包装材料,其特征在于:
所述基材层由至少是聚酯树脂和聚酰胺树脂共挤出而成的双轴拉伸膜形成。
3.如权利要求1或2所述的 电池用包装材料,其特征在于:
所述基材层由依次叠层有聚酯树脂层、粘接性树脂层和聚酰胺树脂层的双轴拉伸膜形成。
4.如权利要求1或2所述的电池用包装材料,其特征在于:在所述基材层中,所述聚酯树脂层位于与所述密封层相反侧的最外层。
5.如权利要求1或2所述的电池用包装材料,其特征在于:所述基材层的MD方向的拉伸断裂强度相对于TD方向的拉伸断裂强度之比在0.8~1.1的范围。
6.如权利要求1或2所述的电池用包装材料,其特征在于:所述金属层是进行相对于MD方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度和进行相对于TD方向的平行方向的拉伸试验时的0.2%屈服强度均在55~140N/mm2的范围的铝箔。
7.如权利要求1或2所述的电池用包装材料,其特征在于:所述金属层的至少一个面实施了化学法表面处理。
8.如权利要求1或2所述的电池用包装材料,其特征在于:其为二次电池用的包装材料。
9.一种电池,其特征在于:
在权利要求1~8中任一项所述的电池用包装材料内收容有至少具有正极、负极和电解质的电池元件。
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