JP2000067823A - 二次電池用外装材料の製造方法 - Google Patents
二次電池用外装材料の製造方法Info
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Abstract
外装材料を得ることのできる製造方法を提供する。 【解決手段】 表面に絶縁層13が設けられた金属箔1
0を準備する。この絶縁層13上に、酸変成ポリオレフ
ィンを固形分とするオルガノゾルを塗布し、乾燥して接
着性皮膜11を形成せしめる。次いで、オルガノゾル中
の酸変成ポリオレフィンと同種の酸変成ポリオレフィン
フィルムを少なくとも含有するポリオレフィン系フィル
ム12を準備する。そして、このポリオレフィン系フィ
ルム12の酸変成ポリオレフィンフィルムと接着性皮膜
11とを圧着して、金属箔10とポリオレフィン系フィ
ルム12とを貼着する。以上のようにして、二次電池用
外装材料を得る。絶縁層13は、金属箔本体14に、ガ
ラス転移点が少なくとも200℃以上の耐熱性ポリマー
とカップリング剤とを含む絶縁ワニスを塗布し、乾燥す
ることによ設けることもできる。
Description
次電池の外装材として好適に使用しうる外装材料料の製
造方法に関し、特にポリマー電解質や電解質溶液等の各
種電解質が封入されてなる、シート状で薄型のリチウム
イオン二次電池の外装材として、好適に使用しうる外装
材料の製造方法に関するものである。
ン二次電池等の二次電池は、近年、移動体通信機器,ノ
ートブック型パソコン,ヘッドフォンステレオ,カムコ
ーダー等のエレクトロニクス機器の小型軽量化に伴い、
その駆動源として重宝されている。この二次電池は、例
えば、図1に示したような構成となっている。即ち、正
極集電体2,正極3,隔離材(セパレーター)4,負極
5,負極集電体6の順で積層された積層体を、外装材
1,1で包装収納した構成となっている。そして、外装
材1,1は、端部7,7において熱封緘されている。
に、外装材本体8と熱封緘層9とが積層貼合された態様
となっている。外装材本体8としては、金属箔,金属蒸
着フィルム,耐熱性フィルム等が用いられている。ま
た、熱封緘層9としては、酸変成ポリオレフィンフィル
ムが用いられている。外装材本体8と熱封緘層9とは、
直接、貼合される場合もあるし、ポリウレタン系接着剤
等の接着剤層(図示せず)を介して、貼合される場合も
ある。
で、熱封緘層9を溶融させて熱封緘される。しかし、し
ばしば、熱封緘層9と外装材本体8とが剥離(デラミと
も言う)を起こし、液漏れを起こすということがあっ
た。このような液漏れは、二次電池が組み込まれたエレ
クトロニクス機器に、致命的な障害を与えるものであ
る。
9と外装材本体8とが、何故に剥離するのか検討した。
その結果、二次電池に収納されている積層体は、イオン
性塩を含む電解質が含浸された状態となっており,この
イオン性塩が、熱封緘層2を透過し、外装材本体8を腐
食するためであることが判明した。即ち、イオン性塩と
して、特に伝導度の大きいLiPF6を用いると、若干
の水分と反応してフッ酸(オキシフッ化リン化合物等を
含む酸性物質)を生成し、これが熱封緘層2を透過し、
外装材本体8と熱封緘層2との密着を破壊し、剥離を生
じることが判明した。また、熱封緘層9と外装材本体8
との間に、接着剤層が介在していても、フッ酸は接着剤
層をも透過し、前記と同様の原理によって剥離が生じる
ことも判明した。
た特許第2567360号に係る発明を、二次電池用の
外装材料の製造方法に利用することによって、熱封緘層
9と外装材本体8との剥離を防止したものである。換言
すれば、本発明は、特許第2567360号に係る発明
が、二次電池用外装材料の製造方法にも利用しうること
を見出し、その結果なされたものである。
絶縁層が設けられた金属箔の該絶縁層上に、酸変成ポリ
オレフィンを固形分とするオルガノゾルを塗布した後、
該オルガノゾルを乾燥して接着性皮膜を形成せしめ、次
いで、該オルガノゾル中の酸変成ポリオレフィンと同種
の酸変成ポリオレフィンフィルムを少なくとも含有する
ポリオレフィン系フィルムの該酸変成ポリオレフィンフ
ィルムと該接着性皮膜とを圧着して、該金属箔と該ポリ
オレフィン系フィルムとを貼着することを特徴とする二
次電池用外装材料の製造方法に関するものである。
面に絶縁層13が設けられた金属箔10を準備する。金
属箔本体14は導電性を有するため、表面に絶縁層13
を設けて、二次電池が短絡するのを防止するのである。
金属箔本体14としては、一般的には、安価で軽量なア
ルミニウム箔が用いられるが、その他に、ステンレス
箔,鉄箔或いは銅箔であっても差し支えない。絶縁層1
3としては、金属箔表面が酸化されることによって生成
する酸化皮膜を、そのまま用いても良いし、また、金属
箔を表面処理することによって得られる、比較的厚みの
厚い陽極酸化皮膜を用いても良い。しかしながら、多く
の場合、本発明においては、以下のような塗膜を絶縁層
13として設けるのが好ましい。即ち、ガラス転移点が
少なくとも200℃以上の耐熱性ポリマーとカップリン
グ剤とを含む絶縁ワニスを、塗布して得られた塗膜を絶
縁層13として設けるのが好ましい。
耐熱性ポリマーとしては、従来公知のポリイミド系樹
脂,ポリアミドイミド系樹脂又はポリエーテルイミド系
樹脂が単独で又は混合して用いられる。特に、これらの
樹脂のうちでも、ガラス転移点が260℃以上のものを
用いるのが好ましい。ガラス転移点の高い耐熱性ポリマ
ーを用いる理由は、二次電池が蓄熱したときに、軟化す
るのを防止するためである。一方、カップリング剤とし
ては、従来公知のシラン系カップリング剤,チタネート
系カップリング剤,アルミニウムカップリング剤等が用
いられる。このカップリング剤は、絶縁層13と金属箔
本体14との密着性、及び絶縁層13と接着性皮膜11
との密着性を向上させるためのものである。
とカップリング剤とを、溶媒に溶解又は分散させた溶液
である。溶媒としては、耐熱性ポリマーを溶解させやす
い、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホ
ルムアミド,テトラヒドロフラン等の極性溶媒を用いる
のが好ましい。絶縁ワニス中における耐熱性ポリマーの
含有量は、固形分で5〜50重量%であるのが好まし
い。一方、絶縁ワニス中におけるカップリング剤の含有
量は、固形分で0.5〜30重量%であるのが好まし
く、特に1〜10重量%であるのがより好ましい。この
ような絶縁ワニスを、金属箔本体14の表面に塗布し、
乾燥(焼付)することによって、絶縁層13を得ること
ができる。乾燥(焼付)条件は、温度180〜250℃
程度であるのが好ましく、時間は5〜50秒であるのが
好ましい。
合、金属箔本体14表面に、従来公知の下地化成処理を
しておいても良い。この処理は、金属箔本体14表面に
化成皮膜を形成させ、金属箔本体14に耐蝕性を付与す
るためのものである。従って、下地化成処理の具体的方
法としては、ジルコニウム塩又はクロム酸塩と、高分子
物質とを含む溶液(一般的には水溶液)を塗布するのが
好ましい。ジルコニウム塩を用いるときは、高分子物質
として、ポリアクリル酸やポリビニルアルコール等を用
いるのが好ましい。また、クロム酸塩を用いるときは、
ポリアクリル酸等を用いるのが好ましい。
リオレフィンを固形分とするオルガノゾルが塗布され
る。ここで、酸変成ポリオレフィンとは、ポリエチレン
又はポリプロピレンの側鎖にジカルボン酸を付加したも
のであり、一般的にはポリプロピレンの側鎖にマレイン
酸又は無水マレイン酸を付加させたものである。また、
酸変成ポリオレフィンを固形分とするオルガノゾルと
は、有機液体中に酸変成ポリオレフィンがコロイド状で
分散しているコロイド溶液である。有機液体としては、
炭化水素系の液体が用いられ、主としてトルエンが用い
られる。また、オルガノゾルの固形分濃度は5〜50重
量%程度である。
た後、乾燥工程に導入し、オルガノゾルを乾燥する。乾
燥条件は、温度150〜220℃、時間5〜40秒程度
である。この乾燥工程により、オルガノゾルは固化し接
着性皮膜11となる。オルガノゾルは酸変成ポリオレフ
ィンがコロイド状となって分散しているので、絶縁層1
3表面上に比較的均一に塗布され、均一な接着性皮膜1
1が得られる。
フィン系フィルム12が重合され、圧着することによっ
て絶縁層13(即ち、金属箔10)とポリオレフィン系
フィルム12とが貼着される。ポリオレフィン系フィル
ム12は、少なくとも酸変成ポリオレフィンを含有する
ものである。従って、酸変成ポリオレフィンフィルム単
独でもよいし、酸変成ポリオレフィンフィルムと他のポ
リオレフィンフィルムとが共押出によって貼合された二
層構造フィルムでもよい。また、酸変成ポリオレフィン
フィルムとポリアミドフィルムやポリエステルフィルム
とが貼合された二層構造フィルムであっても良い。更
に、所望により三層構造や四層構造であっても良い。な
お、図3に示したポリオレフィン系フィルム12は、一
層構造のもので、酸変成ポリオレフィンフィルム単独よ
りなるものが示されている。
ポリオレフィンフィルムは、オルガノゾル中の酸変成ポ
リオレフィンと同種のものが用いられる。従って、オル
ガノゾル中の酸変成ポリオレフィンとして、無水マレイ
ン酸変成ポリプロピレンを用いた場合には、ポリオレフ
ィンフィルム12中の酸変成ポリオレフィンフィルムと
して無水マレイン酸変成ポリプロピレンを用いなければ
ならない。
性皮膜11表面上に積層する場合には、ポリオレフィン
系フィルム12が多層構造であれば、酸変成ポリオレフ
ィンフィルム面を接着性皮膜11と積層させなければな
らない。勿論、ポリオレフィン系フィルム12が酸変成
ポリオレフィンフィルム単独よりなる場合には、そのま
ま積層すれば良い。酸変成ポリオレフィンフィルム面を
接着性皮膜11に積層させる理由は、接着性皮膜11と
の親和性を考慮したためである。
接着性皮膜11面とポリオレフィン系フィルム12の酸
変成ポリオレフィンフィルム面とが当接するようにして
積層し、接着性皮膜11と酸変成ポリオレフィンフィル
ムとを圧着することにより、貼着する。この圧着は、一
般的に加熱下で行われる。加熱条件は、160〜240
℃程度である。また、圧着条件は、圧力0.5〜2kg
/cm2であり、時間0.5〜3秒程度である。
膜11,ポリオレフィン系フィルム12の順で積層一体
化された二次電池用外装材料が得られる。この二次電池
用外装材料を用いて、二次電池を得る方法の一例として
は、以下のような方法が挙げられる。即ち、二次電池用
外装材料を所望の大きさに裁断した外装材2枚を用い
て、ポリオレフィン系フィルム12同士が当接するよう
にして積層する。そして、一部を残し、他の端部7を熱
封緘(即ち、ポリオレフィン系フィルム部分の溶融圧着
による接着)して、袋を得る。そして、この袋の口か
ら、正極集電体2,正極3,隔離材4,負極5,負極集
電体6の順で積層された積層体を電解質で含浸し活性化
させた二次電池本体部分を収納する。最後に、二次電池
本体部分から延びているリード線を外部に出すようにし
て、袋の口を再度、熱封緘すれば、二次電池が得られる
のである。なお、二次電池用外装材料の金属箔10の他
面、即ち、接着性皮膜11の不存在面に文字や模様等を
印刷したり、合成樹脂製のオーバーコート層をポリウレ
タン系接着剤等で貼合しても良いことは、言うまでもな
い。
備する。一方、絶縁ワニスとして、芳香族ポリアミドイ
ミド樹脂20重量部、シランカップリング剤3重量部、
N−メチル−2−ピロリドンとキシレンからなる混合溶
媒80重量部からなるものを準備する。そして、アルミ
ニウム箔の片面に、絶縁ワニスをバーコーターで塗布
し、220℃で20秒間の条件で乾燥(焼付)した。こ
のようにして、アルミニウム箔表面に厚さ2μmの絶縁
層が形成された金属箔が得られた。次に、平均粒径6〜
8μmの無水マレイン酸変成ポリプロピレン20重量部
とトルエン80重量部よりなるオルガノゾルを準備し
た。そして、これを絶縁層表面に塗布し、200℃で2
0秒間の条件で乾燥し、厚さ2μmの接着性皮膜を得
た。最後に、ポリオレフィン性フィルムとして、厚さ3
0μmのポリプロピレンフィルムの両面に、厚さ10μ
mの無水マレイン酸変成ポリプロピレンフィルムが貼合
された、三層共押出フィルムを準備した。そして、これ
を、温度200℃、圧力2kg/cm2、時間1秒間の
圧着条件で、接着性皮膜表面に圧着し、二次電池用外装
材料を得た。
4mmで横69mmの大きさの四辺形状片2枚を裁断し
た。そして、三層共押出フィルム面が当接するようにし
て、この2枚の四辺形状片を積層し、三方の端部を巾1
5mmで熱封緘し、四辺形状袋を作成した。熱封緘の条
件は、温度200℃、圧力2kg/cm2、時間1秒間
とした。そして、この袋の口から、エチレンカーボネー
ト50重量部、ジエチレンカーボネート40重量部、L
iPF610重量部からなる溶液を注入した。最後に、
袋の口を、前の条件と同一の条件で熱封緘し、試験体を
得た。なお、この試験体を2個準備した。
封緘部の初期剥離強度(g/15mm巾)を測定した。
他の1個の試験体については、温度20℃で湿度50%
RHの雰囲気下で24時間放置するという処理を施した
後、熱封緘部の処理後剥離強度(g/15mm巾)を測
定した。この測定結果、及び保持率(%)として〔(処
理後剥離強度/初期剥離強度)×100〕の値を表1に
示した。なお、剥離強度(g/15mm巾)の測定方法
は、熱封緘部から巾15mmの試料片を採取し、剥離角
度180°で、剥離速度200mm/minの条件で測
定したものである。また、他の1個の試験体について
は、二次電池用外装材の各層間の状況を目視で観察し、
剥離が認められるか否かを評価した。各層間剥離が認め
られたものを「有り」、認められなかったものを「無
し」と評価し、表1に示した。更に、他の1個の試験体
については、二次電池用外装材の熱封緘部外の区域か
ら、一枚の試料片を採取し、この試料片の表裏に直流を
印加し、絶縁破壊強度(V)を測定し、絶縁破壊強度
(V)が4000V程度以上で使用上問題が無いものを
「良好」と評価し、絶縁破壊強度(V)が4000V程
度以下で使用上問題を生じる恐れがあるものを「不良」
と評価し、その結果を表1に示した。なお、参考のた
め、二次電池用外装材料として、極めて優れているもの
を「◎」、優れているものを「○」、好ましくないもの
を「×」として総合評価を行い、その結果も表1に示し
た。
ド樹脂を使用した他は、実施例1と同様の方法で二次電
池用外装材料を得た。そして、実施例1と同一の方法で
試験を行い、その結果を表1に示した。
ウム箔面に、以下のような下地化成処理を行う他は、実
施例1と同様の方法で二次電池用外装材料を得た。そし
て、実施例1と同一の方法で試験を行い、その結果を表
1に示した。下地化成処理の具体的方法は、アンモニウ
ムジルコニウムカーボネートとポリアクリル酸とを含有
する水溶液を、バーコーターで塗布し、温度150℃で
15秒間の条件で乾燥した。これにより、ジルコニウム
換算で50mg/m2の厚さの化成皮膜が得られた。
含有する水溶液を用いる他は、実施例3と同様の方法で
二次電池用外装材料を得た。そして、実施例1と同一の
方法で試験を行い、その結果を表1に示した。なお、下
地化成処理の乾燥条件も、実施例3と同一の150℃で
15秒間の条件であり、化成皮膜の厚さもクロム換算で
50mg/m2である。
例2の方法で絶縁層を設け、その後は、実施例1と同一
の方法で二次電池用外装材料を得た。そして、実施例1
と同一の方法で試験を行い、その結果を表1に示した。
剤を塗布し、80℃で20秒間の条件で乾燥し、厚さ5
μmの接着性皮膜を形成した。実施例1で用いた三層構
造のポリオレフィン系フィルムの片面をコロナ処理し、
このコロナ処理面と接着性皮膜とを、温度60℃で線圧
1kg/mmのロール間を通して、圧着した。その後、
60℃で72時間熟成し、二次電池用外装材料を得た。
そして、実施例1と同一の方法で試験を行い、その結果
を表1に示した。
用した下地化成処理を施した他は、比較例1と同一の方
法で二次電池用外装材料を得た。そして、実施例1と同
一の方法で試験を行い、その結果を表1に示した。
用した下地化成処理を施した他は、比較例1と同一の方
法で二次電池用外装材料を得た。そして、実施例1と同
一の方法で試験を行い、その結果を表1に示した。
〜5に係る方法で得られた二次電池用外装材料は、比較
例1〜3に係る方法で得られた二次電池用外装材料と比
較して、LiPF6を含む溶液を封入した後において
も、熱封緘部の剥離強度を高く維持しうるものである。
また、実施例に係るものは、各層間の剥離も認められ
ず、絶縁破壊強度の高いものであった。
に係る方法で得られた二次電池用外装材料は、オルガノ
ゾルより形成された酸変成ポリオレフィンからなる接着
性皮膜表面に、同種の酸変成ポリオレフィンフィルムを
圧着するので、接着性皮膜と酸変成ポリオレフィンフィ
ルムとの親和性が大きく、接着性皮膜と酸変成ポリオレ
フィンフィルムとの接着強度は向上する。従って、酸変
成ポリオレフィンフィルムを含有するポリオレフィン系
フィルムと、接着性皮膜が形成された金属箔とは強固に
貼着される。依って、この二次電池用外装材料を用い
て、端部をポリオレフィン系フィルムの熱融着によって
熱封緘した二次電池を作成すれば、この熱封緘部は剥離
しにくく、二次電池の液漏れを良好に防止しうるという
効果を奏する。特に、二次電池として、電解質中に導電
性の大きいLiPF6を用いても、LiPF6から生成す
るフッ酸によって、熱封緘部が侵されにくく、熱封緘部
が剥離しにくいという効果を奏する。
以上の耐熱性ポリマーとカップリング剤とを含む絶縁ワ
ニスを塗布し、絶縁層が設けられた金属箔を使用する場
合には、絶縁破壊強度も高く、二次電池用外装材料とし
て好適である。更に、ジルコニウム塩又はクロム酸塩
と、高分子物質とを含む耐蝕性皮膜を、金属箔本体と絶
縁層との間に設けた場合には、耐蝕性が向上し、電解質
溶液によって、更に侵されにくくなるという効果も奏す
る。
電池用外装材料は、リチウム金属二次電池,リチウムイ
オン二次電池,ポリマーリチウムイオン二次電池等の外
装材として有益であり、また、シート状の二次電池の外
装材としても有益である。
電池の内部構造の一例を示した模式的断面図である。
図である。
装材料の一例を示した模式的断面である。
Claims (5)
- 【請求項1】 表面に絶縁層が設けられた金属箔の該絶
縁層上に、酸変成ポリオレフィンを固形分とするオルガ
ノゾルを塗布した後、該オルガノゾルを乾燥して接着性
皮膜を形成せしめ、次いで、該オルガノゾル中の酸変成
ポリオレフィンと同種の酸変成ポリオレフィンフィルム
を少なくとも含有するポリオレフィン系フィルムの該酸
変成ポリオレフィンフィルムと該接着性皮膜とを圧着し
て、該金属箔と該ポリオレフィン系フィルムとを貼着す
ることを特徴とする二次電池用外装材料の製造方法。 - 【請求項2】 金属箔本体に、ガラス転移点が少なくと
も200℃以上の耐熱性ポリマーとカップリング剤とを
含む絶縁ワニスを塗布した後、乾燥することにより絶縁
層を設ける請求項1記載の二次電池用外装材料の製造方
法。 - 【請求項3】 耐熱性ポリマーが、ポリイミド系樹脂,
ポリアミドイミド系樹脂及びポリエーテルイミド系樹脂
からなる群より選ばれた少なくとも1種であり、絶縁ワ
ニス中のカップリング剤の含有量が、固形分で0.5〜
30重量%である請求項2記載の二次電池用外装材料の
製造方法。 - 【請求項4】 金属箔本体と絶縁層との間に、ジルコニ
ウム塩又はクロム酸塩と、高分子物質とを含む耐蝕性皮
膜が設けられている請求項2又は3記載の二次電池用外
装材料の製造方法。 - 【請求項5】 酸変成ポリオレフィンが無水マレイン酸
変成ポリオレフィンである請求項1乃至5のいずれか一
項に記載の二次電池用外装材料の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP23570498A JP3580405B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 二次電池用外装材料の製造方法 |
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---|---|---|---|
JP23570498A JP3580405B2 (ja) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | 二次電池用外装材料の製造方法 |
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JP3580405B2 JP3580405B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=16990002
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