JP2004087359A - 樹脂製電池セル - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂を用いた角型電池セル筐体を提供する。
【解決手段】角型電池セルが、少なくとも一層の金属層を有する射出成形体からなる樹脂製角型電池セル筐体。
【選択図】 選択図なし
【解決手段】角型電池セルが、少なくとも一層の金属層を有する射出成形体からなる樹脂製角型電池セル筐体。
【選択図】 選択図なし
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、角型電池の形態に関する。更に詳しくはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の角型電池の筐体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
角型薄型電池セルは、耐薬品性、ガスバリアー性、剛性、重量等の観点から、一般に、薄肉のアルミ板、或いは鉄鋼板をしごき絞り加工した筐体や薄肉のアルミ板、或いは鉄鋼板を貼り合わせ加工した筐体が用いられている。しかしながら、この方法では、筐体が金属であるため、セル内部で筐体と電極が接触しないように絶縁加工をしたり、又蓋と筐体のシールにレーザー溶着が必要など、煩雑な工程やコストのかかる工程を有する問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、インモールド成形により、樹脂をラミネートした金属複合フィルムを金型内で貼り合せ成形した複合樹脂成形品を組み合わせて、接着加工して成る樹脂製の角型電池セル筐体で、廉価で、且つ加工性、軽量性に優れた角型電池セルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、角型電池セルの筐体の形態について鋭意検討した結果、金属層を有する複合射出成形品から成る樹脂製角型電池は、二次電池セルに要求される水蒸気バリア性を維持し、且つ加工が容易であることを見出し本発明に至った。すなわち、本発明は、１．角型電池セルの筐体が、少なくとも一層の金属層を有する多層構造の樹脂成形体から成る樹脂製角型電池セル筐体、
２．インモールド成形で金属層を積層して成る樹脂半割体を組み合わせ、貼り合わせて構成して成る上記１に記載の樹脂製角型電池セル筐体、
３．該電池に使用される有機電解液に接する面から順に、樹脂層、金属層および接着層から構成される上記１または２に記載の金属複合フィルム、
４．金属複合フィルムをプレスして半割体の内面に合わせた形状にプリフォームした後、金型内にインサートし、次いで金型内に溶融樹脂を射出成形して半割体を得、さらに得られた半割体の一組を勘合し、貼り合わせて樹脂製角型電池セル筐体を得る製造方法、
５．金属複合フィルムの金属が、アルミであることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の樹脂製角型電池セル筐体、
６．金属複合フィルムの金属が、アルミであることを特徴とする上記４に記載の樹脂製角型電池セル筐体を得る製造方法、である。
【０００５】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１、図２に本発明の樹脂製角型電池セルの断面模式図を示す。断面模式図は本発明の形状の一例であり、形状はなんら限定を受けるものではない。
図１および２において、Ａ，Ｂは金属層を有する筐体の半割体を示し、金属複合フィルムは、ｄ、ｅおよびｆから構成される。金属複合フィルムは、半割体Ａ、Ｂを射出成形する際、インモールド成形で表面に接着される。金属複合フィルムを積層された半割体Ａ、Ｂは、▲１▼を接着面として、超音波接着等で溶融接着、或いは接着剤、溶剤等接着して、電池セルの筐体となる。
【０００６】
図２は、特公平２−０３８３７７号公報に記載された方法で成形した半割体であり、本発明の好適な一例として用いられる。
金属複合フィルムに於いて、ｄは樹脂層を示し、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の結晶性樹脂が良好に用いられる。ｄの樹脂層は、耐化学薬品性が要求されるものが使用される。例えば、リチウムイオン二次電池では、電池に使用される有機電解液に耐性にある樹脂が、ニッケル水素電池では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に耐性のある樹脂が用いられる。これらの電池に共通して最も良好用いられる樹脂はポリプロピレンである。樹脂層の厚さは、５〜２００μｍの範囲が好ましく、２０〜１００μｍの厚さが最も好ましい。また、樹脂層は電池セル壁面の電気絶縁膜として機能し、電極との接触をした際に電池セルと電極の間を絶縁する。
【０００７】
ｅは金属層を示し、水蒸気バリアー、水素、酸素等のガスバリアー層として機能する。金属層としては、アルミ、銅、スチール、ステンレスあるいはアモルファス合金など、好ましくはアルミ箔が用いられ、通常は１〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍである。ピンホールの無いものが好ましい。また、バリアー層としての機能が充足される樹脂フィルムに金属を蒸着した蒸着フィルム、を用いることができる。
【０００８】
ｆはインモールド成形の際、金属複合フィルムと射出成形する樹脂との接着を強固にする接着層である。接着層の種類は射出成形する樹脂によって決定され、射出成形する樹脂と接着性の良い材料を用いる。接着層の厚さは、５〜２００μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍである。接着層の材料は、筐体の樹脂材料の種類により、好適なものが選ばれる。例えば、筐体にポリプロピレン系樹脂を用いた場合には、ポリプロピレン系コポリマーが用いられる。またスチレン系の樹脂を用いた場合には、スチレン・ブタジエンの共重合体、或いはその水添共重合体を主成分とするゴム状接着剤や、ポリ酢酸ビニル（ＥＶＡ）等を主成分とする、いわゆるホットメルト接着剤等が良好に用いられる。
【０００９】
電池セルの筐体を形成する半割体Ａ、Ｂに使用される樹脂材料は、熱可塑性樹脂が好ましく、ＰＥ、ＰＰ、ＰＭＰ等のオレフィン樹脂、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２等のポリアミド系樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の結晶性樹脂、及びそれらのアロイ樹脂やＰＳ、ＰＣ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＡＢＳ、ＡＳ、変性ＰＰＥ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ等の非結晶性樹脂、及びそれらのアロイ樹脂が用いられる。
【００１０】
本発明においては、金属複合フィルムが水蒸気バリアー、水素、酸素等のガスバリアー層として機能するが、品質安全の観点、例えば半割体Ａ、Ｂの接合部等の金属層がカバーできない部分や金属層の欠陥を補う目的で、半割体Ａ、Ｂに使用する樹脂はバリアー性の大きい結晶性樹脂を用いる。例えば、オレフィン系樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹脂及びそれらのアロイ樹脂が良好に用いられる。
製品肉厚が薄く、非強化樹脂では剛性、強度が不足する場合は、上述の樹脂に、ガラス繊維、ガラスフレーク、マイカ等の無機充填剤や炭素繊維等が剛性、強度付与剤として添加して用いられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施例、比較例について説明するが、形状はこれに限定されるものではない。
【００１２】
【実施例１】
ＰＰ／ＰＰＥアロイ樹脂（旭化成株式会社、商標ＥＶ１０２）を用い、ＰＰフィルムとアルミ箔の界面をウレタン系接着剤を用いてドライラミネートした、ＰＰ／アルミ箔／ＰＰ＝５０μｍ／１０μｍ／５０μｍのアルミ複合フィルムをインモールド成形して、図３の筐体の半割体の射出成形品を得た。
ＰＰ／ＰＰＥアロイ樹脂はシリンダー温度２４０℃設定で成形した。
【００１３】
インモールド成形は、予め、アルミ複合フィルムをプレス型で半割体の内面に合わせた形状にプリフォーム加工し、半割体を射出成形する前に、該プリフォームを金型にインサートして行った。図３の半割体を二つ合わせ、超音波接着を行い、内面全体にアルミ層を有する図４の有底直方体（筐体）を得た。
内面に電気絶縁層としてのＰＰ層を有し、且つ水蒸気バリアー層としてアルミ層する二次電池用の角型電池セルに最適な筐体を得た。
半割体射出成形品を切り取り、ＡＳＴＭ Ｅ１２４９に準拠して水蒸気透過度を測定した。全く水蒸気の透過が見られなかった。
【００１４】
【比較例１】
アルミ複合フィルムをインモールド成形しない以外は、実施例１と全く同様に図４の有底直方体（筐体）を得た。半割体射出成形品を切り取り、実施例１と同様の方法で、水蒸気透過度を測定した。得られた透過度の値は０．４３ｇ／（ｍ２・２４ｈｒ）（ａｔ４０℃）で、リチウムイオン二次電池のセル筐体に要求される厳しい水蒸気バリアー性を満足するものでなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、二次電池セルに使用される要求される、電解液に対する耐化学薬品性、水蒸気、及びガスバリアー性を満足する角型電池セル用の樹脂製筐体の実用的な形態を提供するもので、また廉価で、且つ加工性、軽量性に優れた角型電池セル筐体を提供する。本発明は、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の携帯用機器の二次電池セルに使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合面が、超音波溶着された角型電池セルの筐体断面図である。
【図２】接合面の勘合部が溶着された、別のタイプの角型電池セルの筐体断面図である。
【図３】実施例、比較例で使用した半割体の概念図である。
【図４】実施例、比較例で使用した半割体を接合して得られた角型電池セル筐体の概念図である。
【符号の説明】
Ａ 金属層を有する半割体
Ｂ 金属層を有する半割体
Ｃ 射出成形された勘合部分
ｄ 樹脂層
ｅ 金属層
ｆ 接着層
【産業上の利用分野】
本発明は、角型電池の形態に関する。更に詳しくはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の角型電池の筐体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
角型薄型電池セルは、耐薬品性、ガスバリアー性、剛性、重量等の観点から、一般に、薄肉のアルミ板、或いは鉄鋼板をしごき絞り加工した筐体や薄肉のアルミ板、或いは鉄鋼板を貼り合わせ加工した筐体が用いられている。しかしながら、この方法では、筐体が金属であるため、セル内部で筐体と電極が接触しないように絶縁加工をしたり、又蓋と筐体のシールにレーザー溶着が必要など、煩雑な工程やコストのかかる工程を有する問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、インモールド成形により、樹脂をラミネートした金属複合フィルムを金型内で貼り合せ成形した複合樹脂成形品を組み合わせて、接着加工して成る樹脂製の角型電池セル筐体で、廉価で、且つ加工性、軽量性に優れた角型電池セルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、角型電池セルの筐体の形態について鋭意検討した結果、金属層を有する複合射出成形品から成る樹脂製角型電池は、二次電池セルに要求される水蒸気バリア性を維持し、且つ加工が容易であることを見出し本発明に至った。すなわち、本発明は、１．角型電池セルの筐体が、少なくとも一層の金属層を有する多層構造の樹脂成形体から成る樹脂製角型電池セル筐体、
２．インモールド成形で金属層を積層して成る樹脂半割体を組み合わせ、貼り合わせて構成して成る上記１に記載の樹脂製角型電池セル筐体、
３．該電池に使用される有機電解液に接する面から順に、樹脂層、金属層および接着層から構成される上記１または２に記載の金属複合フィルム、
４．金属複合フィルムをプレスして半割体の内面に合わせた形状にプリフォームした後、金型内にインサートし、次いで金型内に溶融樹脂を射出成形して半割体を得、さらに得られた半割体の一組を勘合し、貼り合わせて樹脂製角型電池セル筐体を得る製造方法、
５．金属複合フィルムの金属が、アルミであることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の樹脂製角型電池セル筐体、
６．金属複合フィルムの金属が、アルミであることを特徴とする上記４に記載の樹脂製角型電池セル筐体を得る製造方法、である。
【０００５】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１、図２に本発明の樹脂製角型電池セルの断面模式図を示す。断面模式図は本発明の形状の一例であり、形状はなんら限定を受けるものではない。
図１および２において、Ａ，Ｂは金属層を有する筐体の半割体を示し、金属複合フィルムは、ｄ、ｅおよびｆから構成される。金属複合フィルムは、半割体Ａ、Ｂを射出成形する際、インモールド成形で表面に接着される。金属複合フィルムを積層された半割体Ａ、Ｂは、▲１▼を接着面として、超音波接着等で溶融接着、或いは接着剤、溶剤等接着して、電池セルの筐体となる。
【０００６】
図２は、特公平２−０３８３７７号公報に記載された方法で成形した半割体であり、本発明の好適な一例として用いられる。
金属複合フィルムに於いて、ｄは樹脂層を示し、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の結晶性樹脂が良好に用いられる。ｄの樹脂層は、耐化学薬品性が要求されるものが使用される。例えば、リチウムイオン二次電池では、電池に使用される有機電解液に耐性にある樹脂が、ニッケル水素電池では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に耐性のある樹脂が用いられる。これらの電池に共通して最も良好用いられる樹脂はポリプロピレンである。樹脂層の厚さは、５〜２００μｍの範囲が好ましく、２０〜１００μｍの厚さが最も好ましい。また、樹脂層は電池セル壁面の電気絶縁膜として機能し、電極との接触をした際に電池セルと電極の間を絶縁する。
【０００７】
ｅは金属層を示し、水蒸気バリアー、水素、酸素等のガスバリアー層として機能する。金属層としては、アルミ、銅、スチール、ステンレスあるいはアモルファス合金など、好ましくはアルミ箔が用いられ、通常は１〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍである。ピンホールの無いものが好ましい。また、バリアー層としての機能が充足される樹脂フィルムに金属を蒸着した蒸着フィルム、を用いることができる。
【０００８】
ｆはインモールド成形の際、金属複合フィルムと射出成形する樹脂との接着を強固にする接着層である。接着層の種類は射出成形する樹脂によって決定され、射出成形する樹脂と接着性の良い材料を用いる。接着層の厚さは、５〜２００μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍである。接着層の材料は、筐体の樹脂材料の種類により、好適なものが選ばれる。例えば、筐体にポリプロピレン系樹脂を用いた場合には、ポリプロピレン系コポリマーが用いられる。またスチレン系の樹脂を用いた場合には、スチレン・ブタジエンの共重合体、或いはその水添共重合体を主成分とするゴム状接着剤や、ポリ酢酸ビニル（ＥＶＡ）等を主成分とする、いわゆるホットメルト接着剤等が良好に用いられる。
【０００９】
電池セルの筐体を形成する半割体Ａ、Ｂに使用される樹脂材料は、熱可塑性樹脂が好ましく、ＰＥ、ＰＰ、ＰＭＰ等のオレフィン樹脂、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２等のポリアミド系樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の結晶性樹脂、及びそれらのアロイ樹脂やＰＳ、ＰＣ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＡＢＳ、ＡＳ、変性ＰＰＥ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ等の非結晶性樹脂、及びそれらのアロイ樹脂が用いられる。
【００１０】
本発明においては、金属複合フィルムが水蒸気バリアー、水素、酸素等のガスバリアー層として機能するが、品質安全の観点、例えば半割体Ａ、Ｂの接合部等の金属層がカバーできない部分や金属層の欠陥を補う目的で、半割体Ａ、Ｂに使用する樹脂はバリアー性の大きい結晶性樹脂を用いる。例えば、オレフィン系樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹脂及びそれらのアロイ樹脂が良好に用いられる。
製品肉厚が薄く、非強化樹脂では剛性、強度が不足する場合は、上述の樹脂に、ガラス繊維、ガラスフレーク、マイカ等の無機充填剤や炭素繊維等が剛性、強度付与剤として添加して用いられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施例、比較例について説明するが、形状はこれに限定されるものではない。
【００１２】
【実施例１】
ＰＰ／ＰＰＥアロイ樹脂（旭化成株式会社、商標ＥＶ１０２）を用い、ＰＰフィルムとアルミ箔の界面をウレタン系接着剤を用いてドライラミネートした、ＰＰ／アルミ箔／ＰＰ＝５０μｍ／１０μｍ／５０μｍのアルミ複合フィルムをインモールド成形して、図３の筐体の半割体の射出成形品を得た。
ＰＰ／ＰＰＥアロイ樹脂はシリンダー温度２４０℃設定で成形した。
【００１３】
インモールド成形は、予め、アルミ複合フィルムをプレス型で半割体の内面に合わせた形状にプリフォーム加工し、半割体を射出成形する前に、該プリフォームを金型にインサートして行った。図３の半割体を二つ合わせ、超音波接着を行い、内面全体にアルミ層を有する図４の有底直方体（筐体）を得た。
内面に電気絶縁層としてのＰＰ層を有し、且つ水蒸気バリアー層としてアルミ層する二次電池用の角型電池セルに最適な筐体を得た。
半割体射出成形品を切り取り、ＡＳＴＭ Ｅ１２４９に準拠して水蒸気透過度を測定した。全く水蒸気の透過が見られなかった。
【００１４】
【比較例１】
アルミ複合フィルムをインモールド成形しない以外は、実施例１と全く同様に図４の有底直方体（筐体）を得た。半割体射出成形品を切り取り、実施例１と同様の方法で、水蒸気透過度を測定した。得られた透過度の値は０．４３ｇ／（ｍ２・２４ｈｒ）（ａｔ４０℃）で、リチウムイオン二次電池のセル筐体に要求される厳しい水蒸気バリアー性を満足するものでなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、二次電池セルに使用される要求される、電解液に対する耐化学薬品性、水蒸気、及びガスバリアー性を満足する角型電池セル用の樹脂製筐体の実用的な形態を提供するもので、また廉価で、且つ加工性、軽量性に優れた角型電池セル筐体を提供する。本発明は、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の携帯用機器の二次電池セルに使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合面が、超音波溶着された角型電池セルの筐体断面図である。
【図２】接合面の勘合部が溶着された、別のタイプの角型電池セルの筐体断面図である。
【図３】実施例、比較例で使用した半割体の概念図である。
【図４】実施例、比較例で使用した半割体を接合して得られた角型電池セル筐体の概念図である。
【符号の説明】
Ａ 金属層を有する半割体
Ｂ 金属層を有する半割体
Ｃ 射出成形された勘合部分
ｄ 樹脂層
ｅ 金属層
ｆ 接着層
Claims (6)
- 角型電池セルの筐体が、少なくとも一層の金属層を有する多層構造の樹脂成形体から成る樹脂製角型電池セル筐体。
- インモールド成形で金属層を積層して成る樹脂半割体を組み合わせ、貼り合わせて構成して成る請求項１に記載の樹脂製角型電池セル筐体。
- 該電池に使用される有機電解液に接する面から順に、樹脂層、金属層および接着層から構成される請求項１または２に記載の金属複合フィルム。
- 金属複合フィルムをプレスして半割体の内面に合わせた形状にプリフォームした後、金型内にインサートし、次いで金型内に溶融樹脂を射出成形して半割体を得、さらに得られた半割体の一組を勘合し、貼り合わせて樹脂製角型電池セル筐体を得る製造方法。
- 金属複合フィルムの金属が、アルミであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂製角型電池セル筐体。
- 金属複合フィルムの金属が、アルミであることを特徴とする請求項４に記載の樹脂製角型電池セル筐体を得る製造方法。
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| JP2004087359A true JP2004087359A (ja) | 2004-03-18 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007227121A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Techno Polymer Co Ltd | 電池セル筐体およびその製造方法 |
| KR101465197B1 (ko) | 2005-10-18 | 2014-11-25 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 방향족 아민, 및 방향족 아민을 사용한 발광소자, 발광 장치, 전자기기, 조명장치 |
| KR101483811B1 (ko) | 2010-03-19 | 2015-01-16 | 주식회사 엘지화학 | 고강도의 벌크 비정질 합금 셀 커버 및 이를 포함하는 전지팩 |
| JP2015505128A (ja) * | 2011-12-15 | 2015-02-16 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 防湿層を有するハードシェルセルハウジング |
| EP3633757A4 (en) * | 2017-10-31 | 2020-09-02 | LG Chem, Ltd. | SECONDARY BATTERY WITH INJECTED BATTERY HOUSING |
-
2002
- 2002-08-28 JP JP2002248332A patent/JP2004087359A/ja active Pending
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