JP2001176460A

JP2001176460A - ポリマー電池用包装材料

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Publication number: JP2001176460A
Application number: JP35822999A
Authority: JP
Inventors: Takanori Yamashita; 孝典山下; Masataka Okushita; 正隆奥下; Kazuki Yamada; 一樹山田; Rikiya Yamashita; 力也山下; Hiroshi Miyama; 洋宮間
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP4867063B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンボスタイプのポリマー電池包装に用いる材
料として、ポリマー電池の保護物性とともに、成形加工
性に優れた材料を、安定した製造法により提供する。【解決手段】エンボスタイプの外装体を形成する積層体
であって、少なくとも基材層、接着層、化成処理層、ア
ルミニウム、化成処理層、接着層、最内層からなるポリ
マー電池用包装材料であって、化成処理がリン酸クロメ
ート処理であること、前記最内層がキャストポリプロピ
レンからなること、前記接着層がドライラミネート法に
より形成されたことを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防湿性、耐内容物
性及び成形性を有する、固体有機電解質（高分子ポリマ
ー電解質）を持つポリマー電池用包装材料及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリマー電池とは、リチウム２次電池と
もいわれ、高分子ポリマー電解質を持ち、リチウムイオ
ンの移動で電流を発生する電池であって、正極・負極活
物質が高分子ポリマーからなるものを含むものである。
リチウム２次電池の構成は、正極集電材（アルミニウ
ム、ニッケル）／正極活性物質層（金属酸化物、カーボ
ンブラック、金属硫化物、電解液、ポリアクリロニトリ
ル等の高分子正極材料）／電解質層（プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、炭酸ジメチル、エチレ
ンメチルカーボネート等のカーボネート系電解液リチウ
ム塩からなる無機固体電解質、ゲル電解質）／負極活性
物質（リチウム金属、合金、カーボン、電解液、ポリア
クリロニトリル等の高分子負極材料）／負極集電材
（銅、ニッケル、ステンレス）及びそれらを包装する外
装体からなる。ポリマー電池の用途としては、パソコ
ン、携帯端末装置（携帯電話、ＰＤＡ等）、ビデオカメ
ラ、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、
衛星等に用いられる。前記ポリマー電池の外装体として
は、金属をプレス加工して円筒状または直方体状に容器
化した金属製缶、あるいは、基材層／アルミニウム／シ
ーラント層から構成される積層体を袋状にしたものが用
いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、ポリマー電
池の外装体として、次のような問題があった。金属製缶
においては、容器外壁がリジッドであるため、電池自体
の形状が決められてしまう。そのため、ハード側を電池
に合わせる設計をするため、該電池を用いるハードの寸
法が電池により決定されてしまい形状の自由度が少なく
なる。そこで、積層体を袋状にしてポリマー電池本体を
収納するパウチタイプまたは、前記積層体をプレス成形
して凹部を形成し、該凹部にポリマー電池を収納するエ
ンボスタイプが開発されている。エンボスタイプは、パ
ウチタイプと比較して、よりコンパクトな包装が得られ
る。いずれのタイプの外装体であっても、ポリマー電池
としての防湿性あるいは耐突き刺し性等の強度、絶縁性
等は、ポリマー電池の外装体として欠かせないものであ
るが、エンボスタイプとする場合には、用いられる積層
体としては、さらにプレス成形における適性が重要であ
る。例えば、エンボスタイプのポリマー電池用包装材料
として、具体的には、ナイロン、接着層、アルミニウ
ム、接着層、キャストポリプロピレンからなる積層体を
挙げることができる。そして、前記接着層が、安定して
接着強度の大きい接着が得られるドライラミネート法を
用いても、エンボス成形の際、ポリマー電池を包装材料
に収納してその周縁部をヒートシールする際に、ナイロ
ンとアルミニウムとの間においてデラミネーションが発
生することがあった。また、ポリマー電池の電解質成分
と水分との反応により生成するフッ化水素によりアルミ
ニウムとキャストポリプロピレンとの間においてもデラ
ミネーションが発生することがあった。本発明の目的
は、エンボスタイプのポリマー電池包装に用いる材料と
して、ポリマー電池の保護物性とともに、成形加工性に
優れた材料を、安定した製造法により提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンボスタイ
プの外装体を形成する積層体であって、少なくとも基材
層、接着層、化成処理層、アルミニウム、化成処理層、
接着層、最内層からなるポリマー電池用包装材料であっ
て、化成処理がリン酸クロメート処理であること、前記
最内層がキャストポリプロピレンからなること、前記接
着層がドライラミネート法により形成されたことを含む
ものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のポリマー電池用包装材料
は、ポリマー電池本体を収納する凹部を形成することを
特徴とするエンボスタイプの外装体となるものである。
以下、本発明について、図面を参照して説明する。図１
は、本発明のポリマー電池用包装材料の実施例を示す層
構成断面図である。図２は、ポリマー電池の包装タイプ
を説明する、（ａ）パウチタイプ、（ｂ）エンボスタイ
プのそれぞれの斜視図である。図３は、エンボスタイプ
における成形を説明する、（ａ）斜視図、（ｂ）Ｘ−Ｘ
部断面図、（ｃ）Ｙ部拡大図である。図４は、ポリマー
電池用包装材料とタブとの接着における接着性フィルム
の装着方法を説明する斜視図である。

【０００６】エンボスタイプのポリマー電池の構成は、
図２（ａ）または図２（ｂ）に示すように、ポリマー電
池用包装材料の積層体を、ポリマー電池本体を収納する
凹部をプレス成形等によって成形する。図２（ｂ）およ
び図２（ｃ）はいずれも両面エンボスタイプであるが、
周縁シールの違いであり、４方シールと３方シールを示
す。そして、ポリマー電池は、図２（ｄ）に示すよう
に、成形された外装体本体１５ａに成形された凹部７に
ポリマー電池本体を収納して外装体蓋体１５ｔを被覆
し、周縁のシール部９をヒートシールすることによって
完成する。この際、成形される側壁部８は、できるだけ
屹立させて、ポリマー電池本体２がタイトに収納される
ことが望ましく、そのために前記積層体は、プレス成形
における展延性、すなわち成形性の良いものでなければ
ならない。包装材料が、例えばナイロン／接着層／アル
ミニウム／接着層／キャストポリプロピレンであり、前
記接着層がドライラミネート法により形成されている
と、ブレス成形において、前記側壁部においてアルミニ
ウムと基材層との間が剥離するデラミネーションがおこ
ることが多く、また、ポリマー電池本体を外装体に収納
してその周縁をヒートシールする部分においてもデラミ
ネーションの発生があった。また、電池の構成要素であ
る電解質と水分との反応により生成するフッ化水素酸に
より、アルミニウムの内面側表面が侵され、デラミネー
ションを起こすことがあった。

【０００７】そこで、本発明者らは、エンボス成形時、
ヒートシール時において、デラミネーションの発生のな
い積層体であって、また、耐内容物性のあるポリマー電
池用の外装体として満足できる包装材料について鋭意研
究の結果、アルミニウムの両面に化成処理を施すことに
よって、前記課題を解決できることを見出し本発明を完
成するに到った。

【０００８】本発明のポリマー電池用包装材料の層構成
は、図１に示すように、少なくとも基材層１１、接着層
１５（１）、化成処理層１４（１）、アルミニウム１
２、化成処理層１４（２）、接着層１５（２）、ヒート
シール層１３からなる積層体であり、アルミニウム両面
に施された化成処理を特徴とするものである。

【０００９】本発明におけるポリマー電池用包装材料の
基材層１１は、ポリエステルまたはナイロンフィルムか
らなることが好ましい。、この時、ポリエステル樹脂と
しては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテ
レフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレ
ンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネー
ト等が挙げられる。またナイロンとしては、ポリアミド
樹脂、すなわち、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロ
ン６とナイロン６，６との共重合体、ナイロン６，１
０、ポリメタキシリレンアジパミド（ＭＸＤ６）等が挙
げられる。

【００１０】前記基材層１１は、ポリマー電池として用
いられる場合、ハードと直接接触する部位であるため、
基本的に絶縁性を有する樹脂がよい。フィルム単体での
ピンホールの存在、およびエンボス加工時のピンホール
の発生等を考慮すると、基材層は６μｍ以上の厚さが必
要であり、好ましい厚さとしては１２〜２５μｍであ
る。

【００１１】本発明においては、基材層１１は耐ピンホ
ール性および電池の外装体とした時のハードとの絶縁性
を向上させるために、積層化させることも可能である。
基材層１１を積層化する場合、基材層１１が２層以上の
樹脂層を少なくとも一つ含み、各層の厚みが６μｍ以
上、好ましくは１２〜２５μｍである。基材層を積層化
する例としては、図示はしないが、次の１）〜７）が挙
げられる。１）ポリエチレンテレフタレート／ナイロン２）ナイロン／ポリエチレンテレフタレートまた、包装材料の機械適性（加工機械、包装機械の中で
の搬送の安定性）、表面保護性（耐熱性、耐電解質
性）、２次加工として、ポリマー電池用の外装体をエン
ボスタイプとする際に、エンボス時の金型と基材層との
摩擦抵抗を小さくする目的で、基材層を多層化する、ま
たは、基材層表面に、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、
シリコーン系樹脂等を設けてもよい。例えば、３）フッ素系樹脂／ポリエチレンテレフタレート（フッ
素系樹脂は、フィルム状物、または液状コーティング後
乾燥で形成）４）シリコーン系樹脂／ポリエチレンテレフタレート
（シリコーン系樹脂は、フィルム状物、または液状コー
ティング後乾燥で形成）５）フッ素系樹脂／ポリエチレンテレフタレート／ナイ
ロン（フッ素系樹脂は、フィルム状物、または液状コー
ティング後乾燥で形成）６）シリコーン系樹脂／ポリエチレンテレフタレート／
ナイロン７）アクリル系樹脂／ナイロン（アクリル系樹脂は、フ
ィルム状物、または液状コーティング後乾燥で形成）

【００１２】前記基材層は、ドライラミネート法、押出
ラミネート法、その他の方法でバリア層とラミネートさ
れる。

【００１３】本発明のポリマー電池用包装材料における
バリア層１２は、外部からポリマー電池の内部に特に水
蒸気が浸入することを防止するための層で、バリア層１
２単体のピンホール、及び加工適性（パウチ化、エンボ
ス成形性）を安定化し、かつ耐ピンホールをもたせるた
めに厚さ１５μｍ以上のアルミニウム、ニッケルなどの
金属、又は、無機化合物、例えば、酸化珪素、アルミナ
等を蒸着したフィルムなども挙げられるが、バリア層１
２として好ましくは２０〜８０μｍのアルミニウムであ
る。ピンホールの発生をさらに改善し、ポリマー電池の
外装体のタイプをエンボスタイプとする場合、エンボス
部におけるクラックなどの発生のないものとするため
に、本発明者らは、バリア層として用いるアルミニウム
の材質が、鉄含有量が０．３〜９．０重量％、好ましく
は０．７〜２．０重量％とすることによって、鉄を含有
していないアルミニウムと比較して、アルミニウムの展
延性がよく、積層体として折り曲げによるピンホールの
発生がすくなくなり、かつ前記エンボスタイプの外装体
をエンボスする時に側壁の形成も容易にできることを見
出した。前記鉄含有量が、０．３重量％未満の場合は、
ピンホールの発生の防止、エンボス成形性の改善等の効
果が認められず、前記アルミニウムの鉄含有量が９．０
重量％を超える場合は、アルミニウムとしての柔軟性が
阻害され、積層体として製袋性が悪くなる。

【００１４】また、冷間圧延で製造されるアルミニウム
は焼きなまし（いわゆる焼鈍処理）条件でその柔軟性・
腰の強さ・硬さが変化するが、本発明において用いるア
ルミニウムは焼きなましをしていない硬質処理品より、
多少または完全に焼きなまし処理をした軟質傾向にある
アルミニウムがよい。前記、アルミニウムの柔軟性・腰
の強さ・硬さの度合い、すなわち焼きなましの条件は、
加工適性（パウチ化、エンボス成形）に合わせ適宜選定
すればよい。たとえば、エンボス成形時のしわやピンホ
ールを防止するためには、成形の程度に応じた焼きなま
しされた軟質アルミニウムを用いることができる。

【００１５】本発明者らは、アルミニウム表面を、リン
酸塩、クロム酸塩、フッ化物、トリアジンチオール化合
物等により、化成処理を施して耐酸性皮膜を形成するこ
とによって、本発明の課題である、エンボス成形時のア
ルミニウムと基材層との間のデラミネーション防止と、
ポリマー電池の電解質と水分とによる反応で生成するフ
ッ化水素により、アルミニウム表面の溶解、腐食、特に
アルミニウムの表面に存在する酸化アルミが溶解、腐食
することを防止し、アルミニウムと最内層との接着力の
安定化を図る課題に対して効果のあることを見出した。
種々の方法を検討した結果、前記化成処理は、特に３価
のリン酸クロムを主成分とするリン酸クロメート処理が
顕著な効果を示した。

【００１６】本発明のポリマー電池用包装材料において
は、化成処理を施したアルミニウムは、ドライラミネー
ト法を用いて最内層とラミネートする。

【００１７】本発明のポリマー電池用包装材料における
最内層１３は、最内層１３同士がヒートシール性を有
し、耐熱性、防湿性およびプレス成形性などの必要物性
を有するキャストポリプロピレン（以下、ＣＰＰと記載
する）、あるいは、耐寒衝撃性に優れた融点１１５℃以
上の線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高
密度ポリエチレンを用いることが望ましい。

【００１８】本発明のポリマー電池用包装材料の積層体
として、前記、基材層、バリア層、最内層（ＣＰＰ）の
他に、バリア層と最内層との間に中間層を設けてもよ
い。中間層は、ポリマー電池用包装材料としての強度向
上、バリア性の改善安定化などのために積層されること
がある。

【００１９】本発明のポリマー電池用包装材料は、基材
層、バリア層および最内層であるＣＰＰを順次積層して
形成する。前記積層の前に、アルミニウムの表面に、化
成処理を施す。化成処理は、表面、裏面にそれぞれ別に
行う。例えば、前記リン酸クロメートによる化成処理
は、前記物質の溶液を、ロールコート等の方法により、
アルミニウム表面に塗布し、アルミニウム表面温度が１
７０〜２００℃に到達する条件にして皮膜形成をする。

【００２０】次に、基材と前記化成処理を施したアルミ
ニウムの片面に基材をラミネートし、アルミニウムの他
の化成処理面にヒートシール層をラミネートすることに
よって、本発明のポリマー電池用包装材料とすることが
できる。前記ラミネートは、押出ラミネート、ドライラ
ミネート法、熱ラミネート法等を利用できるが、生産
性、耐内容物性の面から、ドライラミネートが好まし
い。

【００２１】本発明のポリマー電池用包装材料の積層体
を貼り合わせるドライラミネートに用いる接着剤として
は、ポリエステル系、ポリエチレンイミン系、ポリエー
テル系、ポリエーテルウレタン系、ポリエステルウレタ
ン系、エポキシ系などの接着剤が利用できるが、中で
も、ポリエーテルウレタン系、ポリエステルウレタン系
等が好適に用いられる。

【００２２】ポリマー電池用包装材料の積層体を成形し
てエンボスタイプの外装体とする場合、図３（ａ）に示
すように、オス型２１、メス型２２によるプレス成形に
より行うことができる。エンボスタイプは、片面エンボ
スタイプと両面エンボスタイプとがあり、片面エンボス
タイプの方がより深く成形する必要がある。

【００２３】本発明のポリマー電池用包装材料の積層体
における最内層には、ＣＰＰが好適に用いられる。最内
層にＣＰＰを用いるのは、ＣＰＰ同士でのヒートシール
性がよいこと、防湿性、耐熱性等のポリマー電池用包装
材料の最内層としての要求される保護物性を有し、ま
た、ラミネート加工性の良さ、エンボス成形性の良さ等
により、望ましい材質である。ただし、ＣＰＰは金属に
対するヒートシールがないため、ポリマー電池のタブ４
をヒートシールする際には、図４（ａ）、図４（ｂ）お
よび図４（ｃ）に示すように、タブ４と積層体１０の最
内層との間に、金属とＣＰＰとの双方に対してヒートシ
ール性を有する接着フィルム６を介在させることによ
り、タブ部での密封性も確実となる。前記接着フィルム
６は、図４（ｄ）図４（ｅ）図４（ｆ）に示すように、
タブ４の所定の位置に巻き付けても良い。

【００２４】

【実施例】本発明のポリマー電池用包装材料について、
実施例によりさらに具体的に説明する。実施例および比
較例共に基材層はナイロン２５μｍ、バリア層はアルミ
ニウム４０μｍ、最内層はキャストポリプロピレン３０
μｍとした。化成処理は、いずれも、処理液として、フ
ェノール樹脂、フッ化クロム（■）化合物、リン酸から
なる水溶液を用い、ロールコート法により、塗布し、皮
膜温度が１８０℃以上となる条件において焼付けた。ク
ロムの塗布量は１０ｍｇ/ｍ²（乾燥重量）である。な
お、各例とも、タブのシール部には、接着フィルムとし
て、厚さ５０μｍの不飽和カルボン酸グラフトランダム
プロピレンフィルムをタブのシール部に巻き付けてヒー
トシールした。［実施例１］アルミニウムの両面に化成処理を施し、一
方の化成処理面にドライラミネート法により基材を貼り
合わせ、他の化成処理面に、ドライラミネート法により
キャストポリプロピレンを積層体して検体実施例１を得
た。＜エンボス成形、包装＞得られた各検体をプレス成形
し、ポリマー電池本体を包装して、下記の評価を行っ
た。［比較例１］化成処理を儲けないこと以外は、実施例１
と同一条件により検体比較例１を得た。＜評価方法＞１）成形時のデラミネーション成形直後に基材層とアルミニウムとのデラミネーション
の有無を確認した。２）耐内容物性保存条件として、各検体を、６０℃、９０％ＲＨの恒温
槽に、７日間保存した後に、アルミニウムとキャストポ
リプロピレンとのデラミネーションの有無を確認した。３）ヒートシール時のデラミネーションヒートシール直後に、基材とアルミニウムとのデラミネ
ーションの有無を確認した。＜結果＞実施例１の積層体においては、成形時、ヒート
シール時ともに問題なく、基材とアルミニウムとのデラ
ミネーションは見られなかった。また、耐内容物性のデ
ラミネーションも無かった。しかし、比較例において
は、成形時、ヒートシール時それぞれの段階で１００検
体の内、４５検体において、デラミネーションが見られ
た。耐内容物性においては、１００検体中、すべての検
体にデラミネーションが観察された。

【００２５】

【発明の効果】本発明のポリマー電池用包装材料におけ
るアルミニウムの両面に施した化成処理によって、エン
ボス成形時、及びヒートシール時の基材層とアルミニウ
ムとの間でのデラミネーションの発生を防止することが
でき、また、ポリマー電池の電解質と水分との反応によ
り発生するフッ化水素によるアルミニウム面の腐食を防
止できることにより、アルミニウムとの内容物側の層と
のデラミネーションをも防止できる顕著な効果を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリマー電池用包装材料の実施例を示
す層構成断面図である。

【図２】外装体がエンボスタイプのポリマー電池を説明
する、（ａ）片面エンボスタイプの斜視図、（ｂ）、
（ｃ）両面エンボスタイプの斜視図、（ｄ）片面エンボ
スタイプの構造説明図、（ｅ）Ｘ₁−Ｘ₁部断面図であ
る。

【図３】エンボスタイプにおける成形を説明する、
（ａ）斜視図、（ｂ）エンボス成形された外装体本体、
（ｃ）Ｘ₂−Ｘ₂部断面図、（ｄ）Ｙ₁部拡大図である。

【図４】ポリマー電池用包装材料とタブとの接着におけ
る接着性フィルムの装着方法を説明する斜視図である。

【符号の説明】

１ポリマー電池２ポリマー電池本体３セル（蓄電部）４タブ（電極）５外装体６接着フィルム（タブ部）７凹部８側壁部９シール部１０積層体（ポリマー電池用包装材料）１１基材層１２アルミニウム（バリア層）１３最内層１４化成処理層１５接着層２０プレス成形部２１オス型２２メス型２３キャビティ

フロントページの続き (72)発明者山田一樹東京都新宿区市ヶ谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者山下力也東京都新宿区市ヶ谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者宮間洋東京都新宿区市ヶ谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内Ｆターム(参考） 4F100 AA22B AA22D AB10C AK07E AK48 AR00B AR00D AT00A AT00E BA10A BA10E CB00 EJ68B EJ68D EJ69B EJ69D GB15 JD04 5H011 AA02 CC02 CC06 CC10 DD01 DD09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンボスタイプの外装体を形成する積層体
であって、少なくとも基材層、接着層、化成処理層、ア
ルミニウム、化成処理層、接着層、最内層からなること
を特徴とするポリマー電池用包装材料。
【請求項２】化成処理がリン酸クロメート処理であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のポリマー電池用包装材
料。
【請求項３】前記最内層がキャストポリプロピレンから
なることを特徴とする請求項１または２に記載のポリマ
ー電池用包装材料。
【請求項４】前記接着層がドライラミネート法により形
成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
かに記載のポリマー電池用包装材料。