JP2007168184A - 樹脂被覆ステンレス鋼箔,容器及び2次電池 - Google Patents

樹脂被覆ステンレス鋼箔,容器及び2次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】 電解液中でも強固なフィルムとの密着力を維持して良好な耐腐食性を有し,かつ加工性,意匠性,耐突き刺し性にも優れる樹脂被覆ステンレス鋼箔,これを用いた容器,及び2次電池を提供する。
【解決手段】 ステンレス鋼箔の少なくとも一方の面に,2nm以上200nm以下のクロメート処理層を有し,該クロメート処理層の上に,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)層を少なくとも有することを特徴とする樹脂被覆ステンレス鋼箔,これを用いた容器,及び2次電池。
【選択図】 図1

Description

本発明は,耐腐食性,加工性,意匠性,耐突き刺し性に優れた樹脂被覆ステンレス鋼箔,容器,及び2次電池に関する。
電子機器及び電子部品,特に携帯電話,ノート型パーソナルコンピュータ,ビデオカメラ,衛星,電気・ハイブリッド自動車に,ニッケル−カドニウム電池,ニッケル−水素電池,リチウムイオン電池等の2次電池が広く使用されている。従来,ニッケル−カドニウム,ニッケル−水素等の強アルカリ電解質を使用する2次電池では,ニッケルめっきした冷延鋼板からなるケースやプラスチックケースが使用されてきた。また,リチウムイオン電池のように非水電解質を使用する電池でも,アルミニウムパウチに内蔵された電解質をプラスチックケースで包んだり,ニッケルめっき鋼板やステンレス鋼板ケースが使用されたりしている。
近年,電子・電気部品の小型化に伴い,2次電池にも小型化・軽量化が要望されるようになってきた。これらの動向の中で,2次電池容器の薄肉化は,限定された容積により多くの電解液やイオンを搭載し,電池容量を増大できるツールとして注目されている。しかし,薄肉化により容器の強度が低下すると,外力や突き刺しが加えられた際に変形,あるいは破壊して内容物である電解液の液漏れが発生する危険性がある。電解液の液漏れは,2次電池が内蔵された装置に甚大な障害を与える可能性が高い。そのため,容器の部材がプラスチックやアルミニウムである場合,肉厚が200μm以下では強度が不十分であり,さらなる薄肉化には強度の高い材料が必要である。また,量産を考慮すると汎用材料であることが好ましい。
これらの要求特性を満たす材料としてステンレス鋼箔がある。ステンレス鋼箔は,ステンレス鋼を200μm厚み以下にまで薄肉化した箔であり,ステンレス鋼の引張強さ,ビッカース硬さは,一般にプラスチックやアルミニウムの2〜10倍で高強度であるため,2次電池容器の薄肉材料として有望である。
しかし,金属箔は,電解液中での耐腐食性に劣り,電池の筐体やリード線に使用する場合,電解液により腐食する場合があった。金属箔の耐腐食性の弱点をカバーする方策として,クロメート処理したアルミニウム箔に腐食原因物質バリア性のある酸変性ポリオレフィンフィルムを積層した金属箔(例えば,特許文献1を参照)が開示されている。この技術により加工性や耐腐食性がある程度まで改善できるが,クロメート処理層の厚さが不適切だと十分なフィルムの密着力を発揮できない場合がある。また,クロメート処理層が必要以上に厚いと,環境負荷が大きいクロメートを無駄に使用するというデメリットがある。また,特にステンレス鋼箔においては,クロメート処理層と母材のステンレス鋼との間の密着力が弱いために,クロメート処理層が母材から欠落してフィルムが剥離する等の課題があった。
また,ステンレス鋼を200μm厚み以下にまで延伸したステンレス鋼箔が,薄肉で機械的強度に優れた素材として注目され,冷蔵庫の断熱パウチ等の家電部品,ハードディスクドライブのアーム,ロードビーム,フレキシャー,カバー等のOA器具部品,2次電池のリード線やパウチ用素材として広く適用されている。しかしながら,ステンレス鋼箔の一般的な課題として加工性があり,これを改善するために組成と熱処理を適切化する技術(例えば,特許文献2を参照)等が公知である。しかし,それでも絞り加工等の成形時には潤滑剤を必要とする場合が多く,加工前後に脱脂,潤滑油塗布,潤滑油除去の3工程が必要であった。この結果,成形時にこれらの工程が増加するのみならず,除去水と潤滑油との分離工程も必要となる場合が多かった。また,潤滑剤を使用しても金型磨耗を十分に防止できず,金型寿命も十分長くできない場合もあった。
さらに,上記のように最近の2次電池の使用用途はモバイル製品用途が多く,モバイル製品においてはユーザー個人が電池交換する機会が多いため,良好な意匠性へのニーズが高い。しかし,ステンレス鋼箔への直接印刷で鮮明に印字したり,カラーバリエーションを揃えることは技術的に煩雑であり,コスト的に割高であるため,ステンレス鋼箔に高い意匠性を付与することは困難であった。
特開2000−357494号公報 特開2004−52100号公報
そこで,本発明は,このような問題に鑑みてなされたもので,その目的は,電解液中でも強固なフィルムとの密着力を維持して良好な耐腐食性を有し,かつ加工性,意匠性,耐突き刺し性にも優れるステンレス鋼箔,これを用いた容器,及びこの容器を用いた2次電池を提供することにある。
本発明者らは,酸変性ポリオレフィンフィルム等の極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂組成物を被覆するクロメート処理を施したステンレス鋼箔の電解液中での剥離状況を詳細に解析した結果,クロメート処理層が薄過ぎると樹脂組成物との強固な密着力を発揮できず,厚過ぎると加工時にめっき処理層に割れ・剥がれ等の欠陥が発生すると言うことを見出し,この知見に基づいて本発明に至った。即ち,本発明は,クロメート処理層と極性を持つ官能基を含有するポリオレフィンフィルム間の密着力とクロメート処理層自体の質が,共にクロメート処理層の厚みと相関があることに着目し,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィンフィルムとの実用上必要十分である密着力と,実用上必須である加工性の双方を満たすクロメート処理層の厚みの最適範囲を実現し,かつ既存の装置でも困難無く工業生産が可能な技術である。また,ニッケルストライクめっき等の適切な下地処理を行なうことで,クロメート処理層がより強固にステンレス鋼箔に密着するため,より耐腐食性を向上させ,かつ実操業上,安定生産することが可能な技術である。
このように,本発明は,クロメート処理層を適切な範囲の厚みに制御し,好ましくはニッケルストライクめっき等の適切な下地処理を行い,かつ適切な樹脂組成物のフィルムを片面または両面に被覆したステンレス鋼箔を要旨とする。
すなわち,本発明の趣旨は,以下のとおりである。
(1) ステンレス鋼箔の少なくとも一方の面に,2nm以上200nm以下のクロメート処理層を有し,該クロメート処理層の上に,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)層を少なくとも有することを特徴とする,樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(2) 前記ステンレス鋼箔の一方の面に,2nm以上200nm以下のクロメート処理層を有し,該クロメート処理層の上に,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)層を少なくとも有すると共に,前記ステンレス鋼箔の他方の面に樹脂層を有することを特徴とする,(1)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(3) 前記ポリオレフィン系樹脂(A)中の前記極性を持つ官能基の含有量が0.0005〜5mmol/gであることを特徴とする,(1)又は(2)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(4) 前記ポリオレフィン系樹脂(A)中に,層状無機物(B)が0.01〜50質量%分散されることを特徴とする,(1)〜(3)のいずれかに記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(5) 前記層状無機物(B)の最長径が1μm以下であることを特徴とする,(4)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(6) 前記層状無機物(B)がモンモリロナイトであることを特徴とする,(4)又は(5)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(7) 前記クロメート処理層と前記ステンレス鋼箔との間に,ストライクめっき層を有することを特徴とする,(1)〜(6)のいずれかに記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(8) 前記ストライクめっきのめっき種がニッケルであることを特徴とする,(7)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(9) 前記ステンレス鋼箔の他方の面の樹脂層が,ポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,及びポリイミドからなる群より選ばれる1種又は2種以上を主成分とする樹脂組成物からなる少なくとも1層の樹脂層であることを特徴とする,(2)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(10) 前記ステンレス鋼箔の他方の面の樹脂層が,極性基を含有するビニル重合体(C)でカプセル化したゴム状弾性体樹脂(D)が微細分散されたポリエステル系樹脂(E)からなる少なくとも1層の樹脂層であることを特徴とする,(2)又は(9)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(11) 前記ステンレス鋼箔の他方の面の樹脂層と前記ステンレス鋼箔との間に,下地処理層を有することを特徴とする,(2),(9)又は(10)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(12) 前記下地処理層が,クロメート処理層,化成処理層または接着剤層の1種又は2種以上であることを特徴とする,(11)に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
(13) (1)〜(12)のいずれかに記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔を成形加工してなる容器。
(14) (13)に記載の容器を用いてなる2次電池。
本発明によれば,電解液中でも強固なフィルムとの密着力を維持して良好な耐腐食性を有し,かつ加工性,意匠性,耐突き刺し性にも優れるステンレス鋼箔,これを用いた容器,及びこの容器を用いた2次電池を提供することができる。
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明に使用するステンレス鋼は,オーステナイト系(SUS301,304,316L等),フェライト系(SUS430等),マルテンサイト系(SUS410等)のいずれでもよく,熱処理,圧延も自由に行なうことができ,箔としては,厚さが10μm以上200μm以下であることが好ましい。
本発明においては,当該ステンレス鋼箔の片面又は両面にクロメート処理皮膜が設けられる。当該クロメート処理皮膜は従来公知のクロメート処理によって形成されるものであるが,クロメート皮膜の厚みを2nm以上200nm以下,好ましくは5nm以上60nm以下,さらに好ましくは8nm以上40nm以下に制御する。
一般に,クロメート処理は単位面積当りの処理皮膜の質量(mg/m等)や,電解クロメート処理時間の通電量(C/dm)で定量化するが,当該手法は皮膜の膜厚を規定していない。一般的な連続クロメート処理ラインにおいては,めっき浴におけるステンレス鋼箔の出入り口はシール部材でシールされており,処理後のステンレス鋼箔がシール部を通過すると,処理後間もない不安定なクロメート処理皮膜の厚みに不均一性をもたらす場合がある。従って,単位面積当りの処理皮膜の質量(mg/m等)や,処理時間の通電量(C/dm)からの推定でクロメート処理層を管理するのでは無く,実際の皮膜厚みでクロメート処理層を管理する必要がある。
皮膜の厚みが均一に2nmより薄い,もしくは不均一で部分的に2nmより薄い,もしくはピンホールがある場合,電解液中でのポリオレフィンフィルムとステンレス鋼箔との密着力が不十分で剥離の原因となる場合がある。また,200nmよりも厚いと,ステンレス鋼箔を加工したときに処理層に割れが発生し,また,電解液中でのポリオレフィンフィルムとステンレス鋼箔との密着力が不十分となって剥離の原因となる可能性がある。また,クロメート処理層が必要以上に厚いと,環境負荷が大きいクロメートを無駄に使用するというデメリットもある。
本発明において,皮膜の厚みは,XPS分析(X線光電子分光分析)により元素の存在状態を調査することで測定し,Fe元素が検出されるまでの表層からの深さをクロメート処理皮膜厚みとしている。表面に樹脂皮膜がある場合は鋭利な刃物で表面を斜めに切断し,その断面をXPS分析する。
具体的なクロメート処理の方法としては,酸化クロムを主成分とする水溶液や酸化クロムとリン酸を主成分とする水溶液等を塗布,又は電解クロメート処理する方法が例示できる。その他にも,従来公知のクロメート処理方法として酸化クロムとポリアクリル酸とを主成分とする水溶液を塗布して加熱及び乾燥する方法等も例示できるが,これらに限定されるものではない。
また,クロメート処理を施す面には下地処理を施すのが好ましく,中でもストライクめっき処理が好ましく,さらにはニッケルストライクめっき処理を施すのがより好ましい。ストライクめっき処理には,ニッケルストライクめっき,金ストライクめっき,金合金ストライクめっき,パラジウムストライクめっき,銅ストライクめっき,銀ストライクめっき等が例示できるが,これらに限定されるものではない。この中で,ニッケルストライクめっきは,ステンレス鋼箔表面の酸化皮膜を除去しながらステンレス鋼表面にニッケルめっきを析出させる。この結果,ステンレス鋼とニッケルめっき間に酸化皮膜の介在が無いため,強固なニッケルめっきとなる。ニッケルめっきはクロメート処理層との密着力が強いため,ニッケルストライクめっき処理を下地処理することで,強固なクロメート処理層をステンレス鋼箔上に形成することが可能である。ステンレス鋼箔への直接のクロメート処理では,処理液が乾燥する前は皮膜が不安定なため,容易に皮膜が剥離してしまう恐れがある。このため,安定的に工業生産するには乾燥工程を厳密に管理する等煩雑であったが,ステンレス鋼箔表面にニッケルストライクめっきを下地処理することで,容易に剥離しない強固かつ電解液中でも劣化しないクロメート処理層を形成することができ,クロメート処理層の厚みを制御できる安定工業生産が可能になる。ストライクめっき処理には従来公知の方法が使用できる。
ニッケルストライクめっき処理の方法の具体的例としては,塩化ニッケルと塩酸を主成分とする水溶液からなる全塩化物ニッケルストライクめっき浴を使用し,0.1〜15A/dmの陰極電流密度で1〜600秒間通電する方法等が例示されるが,これに限定されるものではない。また全面,もしくは表面の一部にニッケルストライクめっきが施されていればよく,具体的な目付量は特に規定するものではないが,0.1nm〜5μmの範囲の厚みでめっきされているのが好ましい。
本発明で使用する極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)とは,下記(式1)の繰り返し単位を有する樹脂を主成分にし,かつ極性を持つ官能基を含有する樹脂である。主成分とは,(式1)の繰り返し単位を有する樹脂が,50質量%以上を構成することである。
−CRH−CR− (式1)
(式1中,R,Rは各々独立に炭素数1〜12のアルキル基または水素を示し,Rは炭素数1〜12のアルキル基,アリール基又は水素を示す)
本発明で使用するポリオレフィンは,これらの構成単位の単独重合体でも,2種類以上の共重合体であってもよい。繰り返し単位は,5個以上化学的に結合していることが好ましい。5個未満では高分子効果(例えば,柔軟性,伸張性など)が発揮し難い。
上記繰り返し単位を例示すると,プロペン,1−ブテン,1−ペンテン,4−メチル−1−ペンテン,1−ヘキセン,1−オクテン,1−デセン,1−ドデセン等の末端オレフィンを付加重合した時に現われる繰り返し単位,イソブテンを付加したときの繰り返し単位等の脂肪族オレフィンや,スチレンモノマーの他に,o−メチルスチレン,m−メチルスチレン,p−メチルスチレン,o−エチルスチレン,m−エチルスチレン,o−エチルスチレン,o−t−ブチルスチレン,m−t−ブチルスチレン,p−t−ブチルスチレン等のアルキル化スチレン,モノクロロスチレン等のハロゲン化スチレン,末端メチルスチレン等のスチレン系モノマー付加重合体単位等の芳香族オレフィン等が挙げられる。
このような繰り返し単位の単独重合体を例示すると,末端オレフィンの単独重合体である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,直鎖状低密度ポリエチレン,架橋型ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリブテン,ポリペンテン,ポリへキセン,ポリオクテニレン,ポリイソプレン,ポリブタジエン等が挙げられる。また,上記繰り返し単位の共重合体を例示すると,エチレン−プロピレン共重合体,エチレン−ブテン共重合体,エチレン−プロピレン−ヘキサジエン共重合体,エチレン−プロピレン−5−エチリデン−2−ノルボーネン共重合体等の脂肪族ポリオレフィンや,スチレン系共重合体等の芳香族ポリオレフィン等が挙げられるが,これらに限定されるものではなく,上記の繰り返し単位を満足していればよい。また,ブロック共重合体でもランダム共重合体でもよい。また,これらの樹脂は単独もしくは2種類以上混合して使用してもよい。
取扱性,腐食原因物質のバリア性から最も好ましいのは,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,直鎖状低密度ポリエチレン,架橋型ポリエチレン,ポリプロピレン又はこれらの2種類以上の混合物である。
また,本発明に使用するポリオレフィンは,上記のオレフィン単位が主成分であればよく,上記の単位の置換体であるビニルモノマー,極性ビニルモノマー,ジエンモノマーがモノマー単位もしくは樹脂単位で共重合されていてもよい。共重合組成としては,上記オレフィン単位に対して50質量%以下,好ましくは30質量%以下である。50質量%超では腐食原因物質に対するバリア性等のオレフィン系樹脂としての特性が低下する。
上記極性ビニルモノマーの例としては,アクリル酸,アクリル酸メチル,アクリル酸エチル等のアクリル酸誘導体,メタクリル酸,メタクリル酸メチル,メタクリル酸エチル等のメタクリル酸誘導体,アクリロニトリル,無水マレイン酸,無水マレイン酸のイミド誘導体,塩化ビニル等が挙げられる。
含有される官能基とは,ポリオレフィンに共有結合でグラフトした極性の高い化学構造を有する化学修飾基のことである。極性を持つ官能基とは,ポーリングの電気陰性度の差が0.33(eV)0.5以上ある元素が結合した官能基である。極性を持つ官能基の例としては,酸無水物基,水酸基,カルボキシル基,アミド基,アミノ基,ウレタン基,エステル基,イミド基,マレイミド基,ハロゲン基,エーテル基,チオール基,エポキシ基等が挙げられる。上記官能基がオレフィン系オリゴマーに共有結合している部位は,オリゴマー分子の末端でも,分子鎖の途中であっても良い。ステンレス鋼箔との密着性を考慮すると,上記の各種の官能基の内,水素結合性や高い極性相互作用を有する官能基である酸無水物基,水酸基,カルボキシル基,アミド基,ウレタン基,イミド基,マレイミド基,チオール基等が好ましく,中でも無水マレイン酸基が特に好ましい。上記極性を持つ官能基の含有量は,ポリオレフィン系樹脂(A)の物性に影響を及ぼさず,かつステンレス鋼箔と良好な密着性を有するには,0.0005mmol/g以上5mmol/g以下が好ましく,より好ましくは0.001mmol/g以上1.0mmol/g以下である。
本発明で被覆する極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)は,単層でも複層でも構わない。また,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)の上層に,ポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,ポリイミド等の樹脂を被覆して複数層になっても構わない。電池用途での電解液に対する耐久性の観点から,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)のステンレス鋼箔と接触していない方の面の表層には,極性を持つ官能基を含有しないポリオレフィンを被覆するのが好ましい。
本発明で被覆するポリオレフィン系樹脂(A)層の好ましい厚みの範囲は0.5〜200μmであり,さらに好ましくは15〜100μmである。また,ポリオレフィン系樹脂(A)層の上層にポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,ポリイミドを積層する場合であっても,積層された全層厚みの範囲は0.5〜200μmが好ましく,さらに好ましくは15〜100μmである。全層厚みが0.5μm未満では腐食原因物質の透過防止が不十分になる場合があり,200μmより厚いと加工性が悪くなる場合がある等,2次電池容器用部材として不適切であり,経済メリットも発現し難い(コストが割高となってしまう)。
本発明に使用する層状無機物(B)とは,板状の無機物が積層されたものである。マトリックスポリマー中に分散することによる物性改善の効果を高めるために,無機物結晶一層の厚さに対する長辺のアスペクト比は10〜100000,好ましくは50〜5000,さらに好ましくは100〜500である。無機物結晶は天然物でも人工的に合成したものでもよい。天然物としては粘土鉱物が広く例示される。粘土鉱物はイオン交換性,非イオン交換性のいずれでもよく,イオン交換性においてはカチオン交換性,アニオン交換性のいずれでもよい。カチオン交換性層状粘土鉱物はスメクタイト系粘土鉱物等であり,モンモリロナイト,バイデライト,ノントロナイト,ボルコンスコアイト,サポナイト,鉄サポナイト,ソーコライト,ヘクトライト,スティブンライト等が挙げられる。アニオン交換性粘土鉱物としてはハイドロタルサイトが挙げられる。また,イオン交換性ではない粘土鉱物として,雲母,カオリナイト,緑泥石,バーミキュライト,パイロフィライト,ブルサイト等が挙げられる。ただし,本発明においては板状の無機物結晶であればよいので,これらに限定はされない。
本発明の樹脂組成物に含有する層状無機物(B)の分散径は,特に規定するものではないが,層状無機物(B)の粒子径が小さく,長辺と厚みのアスペクト比が大きいほど,樹脂相との界面面積が増加するので,少量の層状無機物(B)の添加でも剛性や機械強度の改善効果が大きくなる。具体的には1μm以下の粒径となって分散していることが好ましい。層状無機物(B)の粒径が1μm超では,樹脂との界面強度が不十分で,脆性破壊する場合がある。さらに好ましい層状無機物(B)の分散径は200nm以下であり,より好ましくは,200nm以下,さらに好ましくは50nm以下,最も好ましくは,層状無機物(B)の各層間に樹脂分子がインターカレートし,層状無機物(B)が単位層厚みの粒径となって樹脂相内に分散することが好ましい。長辺と厚みのアスペクト比は10〜100000,好ましくは50〜5000,さらに好ましくは100〜500である。この結果,ステンレス鋼箔の腐食原因物質が,被覆した樹脂組成物中を透過する際に,層状無機物(B)が障害物となって透過率が減少したり(迂回効果),層状無機物(B)が,樹脂組成物分子の運動の障害物となって運動性を拘束して部材の線膨張係数を低減(寸法精度向上)させたり,引張り強度や弾性率を向上させたり,耐クリープ性が向上したりする。
詳しくは後述するが,種々の樹脂組成物を被覆したステンレス鋼箔の電解液中での剥離試験において,層状無機物(B)を上記のように分散させた樹脂組成物は,分散していないものと比較して耐剥離性が向上していることが判明した。即ち,当該樹脂組成物を被覆した樹脂被覆ステンレス鋼箔を使用すると,2次電池容器用部材に必要な耐腐食性を向上させ,より長寿命な2次電池を提供することができる。
さらに,本発明の層状無機物(B)は,樹脂組成物全体に分散していても,マトリックス相や分散相のいずれか一部に分散していてもよいし,分散が偏在していてもよい。しかし,最も好ましいのは,マトリックス樹脂に層状無機物(B)が均一分散している構造である。連続相がバルクの機械特性を支配している場合が多く,マトリックス相に層状無機化合物を均一分散することにより剛性や機械強度向上効果を発現し易いためである。
層状無機物(B)の分散径や分散状態を確認する方法としては,電子顕微鏡で直接観察する方法や,広角X線回折による特定結晶面のピークにより面間距離を算出する方法等が挙げられる。広角X線回折では,樹脂分子が層状無機物(B)の層間にインターカレーションすれば,結晶面ピークが低角側にシフトしたりブロードになったりするので,インターカレーションの程度が分かり,分散状態が予測できる。特に,結晶ピークが消滅した場合は,樹脂分子による層状無機物(B)の層間へのインターカレーションが進行して層が剥離したことを意味し,層状無機物(B)が単位層厚みで樹脂内に分散している構造に対応する。
また,本発明で使用する層状無機物(B)は1種又は2種以上の粘土鉱物であっても構わない。
次に,上記ポリオレフィン樹脂(A)層を一方の面に被覆したステンレス鋼箔の他方の面に被覆する樹脂層について説明する。
ステンレス鋼箔の他方の面に被覆する樹脂層については,特に限定するものではなく,熱可塑性樹脂,熱硬化性樹脂,紫外線硬化樹脂,電子線硬化樹脂等,各種樹脂組成物が適用できる。その中でも,ポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,ポリイミドから選ばれる1種又は2種以上を主成分とする樹脂組成物を用いることが好ましい。特に,極性基を有するビニル重合体(C)でカプセル化したゴム状弾性体樹脂(D)が微細分散されたポリエステル系樹脂(E)を用いることが好ましい。ポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,ポリイミド,ポリエステル系樹脂(E)から選ばれる1種又は2種以上を主成分とする樹脂組成物を他方の面に被覆することで,ステンレス鋼箔に加工性,意匠性等を付与できる場合が多く,さらに絶縁性等も付与できる場合がある。樹脂層は単層であっても複層であってもよく,全層厚みで0.5〜200μmの範囲が好ましく,さらに好ましくは15〜100μmの範囲である。0.5μm未満では加工性,意匠性,絶縁性等の機能の付与が不十分である場合があり,200μmより厚いと加工性が悪くなる場合がある等,2次電池容器用部材として不適切となる恐れがあり,経済メリットも発現し難い。
本発明に使用するポリオレフィンとは,上記(式1)に示すような繰り返し単位を有する樹脂を主成分にする樹脂である。
本発明に使用するポリエステルとは,ヒドロキシカルボン酸化合物残基のみを構成ユニットとする熱可塑性ポリエステル,ジカルボン酸残基及びジオール化合物残基を構成ユニットとする熱可塑性ポリエステル,あるいは,ヒドロキシカルボン酸化合物残基とジカルボン酸残基及びジオール化合物残基とをそれぞれ構成ユニットとする熱可塑性ポリエステルである。また,これらの混合物であっても良い。
ヒドロキシカルボン酸化合物残基の原料となるヒドロキシカルボン酸化合物を例示すると,p−ヒドロキシ安息香酸,p−ヒドロキシエチル安息香酸,2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(4´−カルボキシフェニル)プロパン等が挙げられ,これらは単独で使用しても,また,2種類以上を混合して使用しても良い。
また,ジカルボン酸残基を形成するジカルボン酸化合物を例示すると,テレフタル酸,イソフタル酸,オルソフタル酸,1,4−ナフタレンジカルボン酸,2,3−ナフタレンジカルボン酸,2,6−ナフタレンジカルボン酸,2,7−ナフタレンジカルボン酸,ジフェン酸,ジフェニルジカルボン酸,ジフェノキシエタンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸及びアジピン酸,ピメリン酸,セバシン酸,アゼライン酸,デカンジカルボン酸,マロン酸,コハク酸,リンゴ酸,クエン酸等の脂肪族ジカルボン酸,シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸等が挙げられ,これらは単独で使用しても,また,2種類以上を混合して使用しても良い。
次に,ジオール残基を形成するジオール化合物を例示すると,2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(以下,「ビスフェノールA」と略称する),ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン,ビス(2−ヒドロキシフェニル)メタン,o−ヒドロキシフェニル−p−ヒドロキシフェニルメタン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル,ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド,ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン,ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン,ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン,ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エーテル,ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)スルホン,ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)スルフィド,1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン,1,1−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン,1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン,1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン,1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン,ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン,2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン,2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン,2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン,2,2−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン,2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン,2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン,2,2−ビス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン,2,2−ビス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン,1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン,4,4´−ビフェノール,3,3´,5,5´−テトラメチル−4,4´−ジヒドロキシビフェニル,4,4´−ジヒドロキシベンゾフェノン等の芳香族ジオール及びエチレングリコール,トリメチレングリコール,プロピレングリコール,テトラメチレングリコール,1,4−ブタンジオール,ペンタメチレングリコール,ネオペンチルグリコール,ヘキサメチレングリコール,ドデカメチレングリコール,ジエチレングリコール,トリエチレングリコール,テトラエチレングリコール,ポリエチレングリコール,水添ビスフェノールA等の脂肪族ジオール,シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ジオール等が挙げられ,これらは単独で使用することも,また,2種類以上を混合して使用することもできる。また,これらから得られるポリエステル樹脂を単独で使用しても,2種類以上混合して使用しても良い。
本発明に使用するポリエステルは,これらの化合物又はその組合せにより構成されていれば良いが,中でも芳香族ジカルボン酸残基とジオール残基より構成される芳香族ポリエステル樹脂であることが,加工性,熱的安定性の観点から好ましい。
また,本発明に使用するポリエステルは,トリメシン酸,ピロメリット酸,トリメチロールエタン,トリメチロールプロパン,トリメチロールメタン,ペンタエリスリトール等の多官能化合物から誘導される構成単位を少量,例えば2mol%以下の量を含んでいても良い。
また,耐熱性や加工性の面から,これらのジカルボン酸化合物,ジオール化合物の組合せの中で最も好ましい組合せは,テレフタル酸50〜95mol%,イソフタル酸及び/又はオルソフタル酸50〜5mol%のジカルボン酸化合物と,炭素数2〜5のグリコールのジオール化合物との組合せである。
本発明に使用する好ましいポリエステルを例示すると,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,ポリヘキサメチレンテレフタレート,ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート,ポリエチレン−2,6−ナフタレート,ポリブチレン−2,6−ナフタレート等が挙げられるが,中でも適度の機械特性,ガスバリア性,及び金属密着性を有する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−2,6−ナフタレート,ポリブチレン−2,6−ナフタレートが最も好ましい。
本発明に使用するポリエステルは,ガラス転移温度(Tg,サンプル量約10mg,昇温速度10℃/分の示差型熱分析装置(DSC)で測定)が,通常50〜120℃,好ましくは60〜100℃であることが望ましい。このポリエステルは,非晶性であっても結晶性であっても良く,結晶性である場合には,結晶融解温度(Tm)が,通常210〜265℃,好ましくは210〜245℃であり,低温結晶化温度(Tc)が,通常110〜220℃,好ましくは120〜215℃であることが望ましい。Tmが210℃の場合や,Tcが110℃未満の場合は,耐熱性が不充分であるために,絞り加工時にフィルム形状を保持できない場合がある。また,Tmが265℃超の場合や,Tcが220℃超の場合は,ステンレス鋼箔の表面凹凸に充分樹脂が入り込めず,密着不良となる場合がある。
本発明に使用するポリアミドとは,例えば,ナイロン6,ナイロン66,ナイロン69,ナイロン46,ナイロン610,ナイロン12,ポリメタキシレンアジバミドやこれら各成分を共重合したものやブレンドしたもの等を挙げることができる。
本発明に使用するポリイミドとは,ポリイミド系樹脂全般を指し,ポリイミド,ポリアミドイミド,ポリエーテルイミド,ポリシロキサンイミド,ポリベンズイミダゾールイミド等,構造中にイミド基を有するポリマーからなる樹脂を言う。
本発明に使用する上述のポリエステル樹脂の中で,極性基を有するビニル重合体(C)でカプセル化したゴム状弾性体樹脂(D)が微細分散されたポリエステル系樹脂(E)とは,ビニル重合体−ゴム状弾性体樹脂−ポリエステル樹脂の3成分を有する樹脂組成物である。
この内,極性基を含有するビニル重合体(C)とは,ポーリングの電気陰性度の差が0.33(eV)0.5以上ある元素が結合した基を有するユニットを1質量%以上含有するビニル重合体である。極性基を有するユニットが1質量%未満では,ゴム状弾性体樹脂(D)を極性基を含有するビニル重合体(C)でカプセリングしてもステンレス鋼箔との十分な密着性を発現できない。
ポーリングの電気陰性度の差が0.33(eV)0.5以上ある元素が結合した基を具体的に例示すると,−C−O−,−C=O,−COO−,エポキシ基,C,CN−,−CN,−NH,−NH−,−X(X:ハロゲン),−SO−,等が挙げられる。
極性基を有するユニットを例示すると,−C−O−基を有する例としてビニルアルコール,−C=O基を有する例としてビニルクロロメチルケトン,−COO−基を有する例としてアクリル酸,メタクリル酸,酢酸ビニル,プロピオン酸ビニル等のビニル酸及びその金属塩若しくはエステル誘導体,エポキシ基を有する例としてはアクリル酸グリシジル,メタクリル酸グリシジル,エタクリル酸グリシジル,イタクリル酸グリシジル等のα,β−不飽和酸のグリシジルエステル,C基を有する例として無水マレイン酸,CN−基を有する例として無水マレイン酸のイミド誘導体,−CN基を有する例としてアクリロニトリル,−NH基を有する例としてアクリルアミン,−NH−基を有する例としてアクリルアミド,−X基を有する例として塩化ビニル,−SO−基を有する例としてスチレンスルホン酸,等が挙げられ,これらが単独で又は複数でビニル重合体(C)に含有されていても良い。ビニル重合体(C)に含有される極性基を有するユニットは,ポーリングの電気陰性度の差が0.33(eV)0.5以上ある元素が結合した基を有するユニットであれば良く,上記の具体例に限定されるものではない。
本発明に使用する極性基を含有するビニル重合体(C)を例示すると,上記の極性基含有ユニットの単独若しくは2種類以上の重合体,及び上記極性基含有ユニットと下記一般式(式2)で示される無極性ビニルモノマーとの共重合体等が挙げられる。
−RCH=CR− (式2)
(式2中,R,Rは各々独立に炭素数1〜12のアルキル基若しくは水素を,Rは炭素数1〜12のアルキル基,フェニル基若しくは水素を示す。)
一般式(式2)の無極性ビニルモノマーを具体的に示すと,エチレン,プロピレン,1−ブテン,1−ペンテン,4−メチル−1−ペンテン,1−ヘキセン,1−オクテン,1−デセン,1−ドデセン等のα−オレフィン,イソブテン,イソブチレン等の脂肪族ビニルモノマー,スチレンモノマーの他にo−メチルスチレン,m−メチルスチレン,p−メチルスチレン,o−エチルスチレン,m−エチルスチレン,p−エチルスチレン,t−ブチルスチレン等のアルキル化スチレン,α−メチルスチレン等のスチレン系モノマーの付加重合体単位等の芳香族ビニルモノマー等が挙げられる。
極性基含有ユニットの単独重合体を例示すると,ポリビニルアルコール,ポリメチルメタクリレート,ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。また,極性基含有ユニットと無極性ビニルモノマーとの共重合体を例示すると,エチレン−メタクリル酸共重合体,エチレン−アクリル酸共重合体,エチレン−酢酸ビニル共重合体及びこれらの共重合体中のカルボン酸の一部若しくは全部を金属イオンで中和したアイオノマー樹脂,エチレン−アクリル酸メチル共重合体,エチレン−アクリル酸エチル共重合体,エチレン−メタクリル酸メチル共重合体,エチレン−メタクリル酸エチル共重合体,エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体,エチレン−無水マレイン酸共重合体,ブテン−エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体,スチレン−メタクリル酸メチル共重合体,スチレン−アクリロニトリル共重合体,スチレン−無水マレイン酸共重合体等が挙げられる。バリア性確保の観点から,α−オレフィンと極性基を有するユニットとの共重合体が好ましい組合せである。
なお,本発明に使用する極性基を含有するビニル重合体(C)は,極性基を有するユニットを1質量%以上含有するビニル重合体であれば良く,上記の具体例に限定されるものではない。また,極性基を含有するビニル重合体(C)の分子量は特に限定するものではないが,数平均分子量で2000以上500000以下が好ましい。2000未満や500000超では,ゴム状弾性体樹脂(D)を十分にカプセリングできない場合がある。
本発明に使用するゴム状弾性体樹脂(D)とは,公知のゴム状弾性体樹脂を広く使用できる。中でも,ゴム弾性発現部のガラス転移温度(Tg,サンプル量約10mg,昇温速度10℃/分の示差型熱分析装置(DSC)で測定)が50℃以下,常温でのヤング率が1000MPa以下,及び破断伸びが50%以上であるゴム状弾性体樹脂が好ましい。ゴム弾性発現部のTgが50℃超,常温でのヤング率が1000MPa超,及び破断伸びが50%未満では,十分な加工性を発現できない。低温での加工性を確保するためには,Tgが10℃以下,より望ましくは−30℃以下であることが好ましい。また,より確実な加工性を確保するためには,常温でのヤング率は100MPa以下,より望ましくは10MPa以下であることが好ましく,破断伸びは100%以上,より望ましくは300%以上であることが好ましい。
本発明に使用するゴム状弾性体樹脂(D)を具体的に例示すると,ポリオレフィン樹脂や,ブタジエン−スチレン共重合体(SBR),アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBR),ポリイソプレン(IPR),ポリブタジエン(BR)等のジエン系エラストマー,スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SBS)及びその水添物(SEBS),ゴム変性スチレン(HIPS),アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体(ABS)等のスチレン系エラストマー,ジメチルシロキサンを主成分とするシリコンエラストマー,芳香族ポリエステル−脂肪族ポリエステル共重合体もしくは芳香族ポリエステル−ポリエーテル共重合体等のポリエステルエラストマー,ナイロンエラストマー等が挙げられる。中でも,ポリオレフィン樹脂は水蒸気透過性が低いため好ましい。ポリオレフィン樹脂として加工強度を付与するために最も好ましい樹脂は,エチレン−プロピレン共重合体,エチレン−1−ブテン共重合体,エチレン−1−ペンテン共重合体,エチレン−3−エチルペンテン共重合体,エチレン−1−オクテン共重合体等のエチレンと炭素数3以上のα−オレフィンの共重合体,もしくは,上記2元共重合体にブタジエン,イソプレン,5−メチレイデン−2−ノルボーネン,5−エチリデン−2−ノルボーネン,ジングロペンタジエン,1,4−ヘキサジエン等を共重合したエチレン,炭素数3以上のα−オレフィン及び非共役ジエンからなる3元共重合体である。中でも,ハンドリングのし易さから,エチレン−プロピレン共重合体やエチレン−1−ブテン共重合体の2元共重合体,若しくは,エチレン−プロピレン共重合体やエチレン−1−ブテン共重合体に,非共役ジエンとして5−メチレイデン−2−ノルボーネン,5−エチリデン−2−ノルボーネン,ジングロペンタジエン,1,4−ヘキサジエンを使用し,α−オレフィン量を20〜60mol%,非共役ジエンを0.5〜10mol%共重合した樹脂が最も好ましい。
本発明に使用するポリエステル系樹脂(E)は,上記ポリエステルのマトリックス中に極性基を含有するビニル重合体(C)でカプセル化したゴム状弾性体樹脂(D)が分散した樹脂組成物である。本発明の金属板被覆用樹脂組成物は,固有粘度が0.5〜2.0dl/gであるポリエステル,ゴム状弾性体樹脂(D),極性基を含有するビニル重合体(C)を含み,ポリエステルマトリックス中にゴム状弾性体樹脂(D)が微細分散され,かつ少なくともゴム状弾性体樹脂(D)の一部がビニル重合体(C)でカプセル化された構造を有していることが好ましい。
ここで,微細分散とは,ゴム状弾性体樹脂(D)が100μm以下の平均分散径でポリエステルマトリックス中に分散している状態である。ゴム状弾性体樹脂(D)の平均分散径が100μm超では,本発明の樹脂組成物をフィルムに加工することが困難となる。好ましくは1μm以下,より好ましくは0.5μm以下の平均分散径であることが望ましい。1μm超では,十分な加工性を発揮できない場合がある。
ゴム状弾性体(D)の分散径は以下の方法で測定される。シート断面を任意の方向に切り出し,ゴム状弾性体(D)相とそれ以外の相をそれぞれ識別可能な方法により識別観察し,分散径を測定する。具体的には,ゴム状弾性体(D)相のみを染色する溶媒で染色した後,透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し,ゴム状弾性体(D)相の分散径を測定する。測定する際に観察するゴム状弾性体(D)相の数は特に規定しないが,統計上の有意性から20個以上が好ましく,より好ましくは30個以上の相を抽出して判別することが望ましい。
また,ビニル重合体(C)でカプセル化されたゴム状弾性体樹脂(D)とは,ゴム状弾性体樹脂(D)界面の80%以上,好ましくは95%以上をビニル重合体(C)が被覆し,ポリエステルとゴム状弾性体樹脂(D)との直接接触面積を20%未満とした構造である。このような構造とすることにより,ゴム状弾性体樹脂(D)が金属板に接してもビニル重合体(C)が金属板との密着性を有するため,樹脂組成物と金属板との密着性を確保できる。
ゴム状弾性体樹脂(D)の全てがビニル重合体(C)でカプセル化されている必要はなく,少なくとも体積比で70%以上のゴム状弾性体樹脂(D)がビニル重合体(C)でカプセル化されていれば良い。カプセル化されていないゴム状弾性体樹脂(D)が体積比で30%超存在する場合は,樹脂組成物を金属板に被覆した際に,金属板に直接接触するゴム状弾性体樹脂(D)の比率が増加してしまい,樹脂組成物と金属板との密着性を確保できなくなる。カプセル化されていないゴム状弾性体樹脂(D)の平均分散径は特に規定するものではないが,加工性の観点から0.5μm以下が望ましい。
また,過剰量のビニル重合体(C)が,ゴム状弾性体樹脂(D)をカプセル化しないで,単独でポリエステルマトリックス中に分散していても良い。カプセル化しないビニル重合体(C)の量,径は,特に制限するものではないが,全ビニル重合体(C)の体積比で20%以下,平均分散径で0.5μm以下であることが望ましい。体積比で20%超では,樹脂組成物の耐熱性等の基本特性が変化する場合がある。また,平均分散径が0.5μm超では,加工性が低下する場合がある。
本発明で用いるステンレス鋼箔被覆用樹脂組成物は,上記の構造を有していれば良く,組成を特に限定するものではないが,ポリエステル系樹脂(E)100質量部に対して,ゴム状弾性体樹脂(D)が1〜50質量部,及びビニル重合体(C)が1〜50質量部からなり,さらに樹脂組成物100質量部に対し酸化防止剤を0.001〜7質量部含有するステンレス鋼箔被覆用樹脂組成物であることが好ましい。ゴム状弾性体樹脂(D)が1質量部未満では十分な加工性を付与できない場合があり,50質量部超では耐熱性が低下する場合がある。ビニル重合体(C)が1質量部未満ではゴム状弾性体樹脂(D)を十分にカプセル化しきれない場合があり,50質量部超では耐熱性が低下する場合がある。
本発明に使用するポリエステル系樹脂(E)の固有粘度は0.5〜2.0dl/g,好ましくは0.65〜1.7dl/g,より好ましくは0.8〜1.5dl/gである。固有粘度が0.5dl/g未満の場合は,ゴム状弾性体樹脂(D)や極性モノマー含有ビニル重合体(C)と均一に混合しないため機械強度や加工性が低く,一方,固有粘度が2.0dl/gを越える場合には成形性が不良となり,何れも好ましくない。
上記固有粘度は,25℃のo−クロロフェノール中,0.5%の濃度で測定し,下記(i)式によって求められる。式(i)中,Cは溶液100ml当たりの樹脂のg数で表わした濃度を,tは溶媒の流下時間を,tは溶液の流下時間を各々表す。
固有粘度={ln(t/t)}/C (i)
極性基を有するビニル重合体(C)でカプセル化したゴム状弾性体樹脂(D)が微細分散されたポリエステル系樹脂(E)は,従来のポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,ポリイミド等と比較すると,ステンレス鋼箔への密着性が良好であり,被覆した箔を加工しても割れや剥離が発生せず,良好な加工性を有する。これは,ゴム状弾性体樹脂(D)を,極性基を含有するビニル重合体(C)でカプセル化することで,ゴム状弾性体樹脂(D)を微細に分散させることが可能となったためである。このため,マトリックスのポリエステルを適度に柔かくし,かつ割れやクラックの伝播を抑制して加工性の飛躍的向上を実現できる。この結果,2次電池容器用ステンレス鋼箔へ被覆して加工した場合において,ラミネートフィルムがほぼ無欠陥の状態を保つことが可能となり,ラミネート金属材料への強加工が可能となった。また,絞り加工等の成形時の潤滑剤を省略することが可能となり,加工前後に脱脂,潤滑油塗布,潤滑油除去の3工程を省略することが実現できる。また,潤滑剤を使用しても十分に防止できなかった金型磨耗の抑制が可能となり,金型の長寿命化も実現できる。
また,ポリエステル系樹脂(E)は,極性を含有するビニル重合体(C)が微細分散されているため,予期せぬことに印刷用インクとのなじみがよく,印刷性に優れ,本来意匠性を付与することが困難な2次電池容器用ステンレス鋼箔への意匠性付与を実現した。また,ポリエステル系樹脂(E)に限らず,ステンレス鋼箔に被覆する樹脂組成物の印刷面にはコロナ処理を施すのが好ましい。
このように,ステンレス鋼箔の一方の面に,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)を被覆し,他方の面に,ポリエステル系樹脂(E)を被覆することは,昨今の2次電池の要求特性である電解液中での耐腐食性,加工性,意匠性,耐突き刺し性を全てクリアする部材の安定工業生産での提供がより容易に可能となる,より好ましい組合せである。
さらに,本発明で使用する各種樹脂組成物には,目的に応じて,上述した酸化防止剤に加えて,熱安定剤,光安定剤,離型剤,滑剤,顔料,難燃剤,可塑剤,帯電防止剤,抗菌抗カビ剤等を適正量添加することも可能である。
ポリオレフィン系樹脂(A)を被覆する側のステンレス鋼箔の表面には,厚みを2nm以上200nm以下,好ましくは5nm以上60nm以下,さらに好ましくは8nm以上40nm以下に制御したクロメート処理層を設けるが,他の樹脂を被覆する側の表面にも下地処理をしておくことが好ましい。下地処理をすることにより,樹脂組成物とステンレス鋼箔との化学的な密着力を増加できる。具体的には,必要に応じてステンレス鋼箔表面の油分,スケール除去処理をした後,化成処理する方法が下地処理として挙げられる。スケール除去処理法を例示すると,酸洗,サンドブラスト処理,グリッドブラスト処理等,化成処理法を例示するとクロメート処理,Cr+6を使用しないノンクロメート処理,ストライクめっき処理,エポキシプライマー処理,シランカップリング処理,チタンカップリング処理等が挙げられる。中でも酸洗,サンドブラスト処理後,クロメート処理又はノンクロメート処理,ストライクめっき処理,エポキシプライマー処理を併用した下地処理が,樹脂組成物とステンレス鋼箔との化学的な密着力を強化する観点から好ましい。
さらに,樹脂組成物とステンレス鋼箔との化学的な密着力を一層増加するために,ステンレス鋼箔表面上,より好ましくは,上記の下地処理をしたステンレス鋼箔表面上に接着剤層を設け,その上層に樹脂組成物を積層することが好ましい。接着剤層には公知の接着剤を広く使用できる。具体的な樹脂系は,ステンレス鋼箔の表面性状や被覆する樹脂組成物の成分系に応じて決定されるが,極性基としてカルボキシル基,カルボキシル基の金属塩,酸無水物基,アミド基,アミノ基,エポキシ基,アルコール基の中の1種または複数を含有するポリオレフィン系樹脂が,好適に接着剤として使用できる。ステンレス鋼箔表面上に,接着剤層,本発明の樹脂フィルムの順で積層する方法を具体的に例示すると,2層押し出し等の方法で下層に接着剤樹脂,もしくは本発明のポリオレフィン系樹脂(A)のような接着性の優れた樹脂,上層にポリオレフィンフィルム,もしくは本発明のポリエステル系樹脂(E)をステンレス鋼箔表面に積層する方法,接着剤樹脂及び本樹脂シート又はフィルムを単独で成形し,ステンレス鋼箔表面ラミネートする際に積層する方法等が挙げられ,生産効率の面から前者が好ましい。積層時には,接着剤層樹脂を可塑化して十分なアンカー効果を発現したり,鋼材/接着剤間の化学的な相互作用を増強するために,接着剤樹脂の融点以上にステンレス鋼箔を加熱したりすることが好ましい。
以下,上述のように表面処理を施したステンレス鋼箔への上記の各種樹脂組成物の被覆方法を述べる。
上記の各種樹脂組成物をTダイス付きの押し出し機等で溶融混練してシート又はフィルムに成形する。この場合は1軸もしくは2軸方向に延伸してもよく,特に限定されるものではない。次いで,当該シートやフィルムを熱圧着又は熱プレス等によりステンレス鋼箔に被覆する。シートやフィルムは単層又は複層で積層してもよい。具体的には,最表面層には,アクリルフィルム等を積層して耐候性を向上させたり,ポリエステル系のフィルムを積層して表面硬度を向上させたり,また印刷層を設けて意匠性を向上させたり,あるいは難燃,可塑,帯電防止,抗菌抗カビ層を積層させたりすることもできる。
本発明の被覆用樹脂組成物の形態は,ステンレス鋼箔に被覆した際に層状に被覆されていればよく,特に厚みや被覆前の形状を規定するものではないが,上述したように,被覆樹脂層の厚みは0.5μm以上200μm以下が好ましい。
本発明では,各種樹脂組成物をステンレス鋼箔に被覆する際には,公知の方法を使用できる。具体的には,(1)樹脂組成物をTダイス付きの押し出し機で溶融混練してフィルム状にし,押し出し直後にステンレス鋼箔に熱圧着する方法,(2)事前に押し出しもしくは成形したシート又はフィルム(この場合は1軸もしくは2軸方向に延伸してもよい)を熱圧着,もしくは接着剤等を使用して圧着する方法,(3)樹脂組成物を溶融してバーコータやロールでコーティングする方法,(4)溶融した樹脂組成物にステンレス鋼箔を浸漬させる方法,(5)樹脂組成物を溶媒に溶解してスピンコートする方法等によりステンレス鋼箔に被覆することが可能であり,被覆方法は特に限定されるものではない。中でも,作業能率からステンレス鋼箔への被覆方法として最も好ましいのは,上記(1)及び(2)の方法である。
以下,上述したステンレス鋼箔を使用した容器の説明をする。
ステンレス鋼箔の容器形状への成形方法は,プレス加工,扱き加工,絞り加工等,従来の方法が使用でき,特に限定されるものではない。容器の形状は,直方体の角筒形状,円筒形状等,特に限定されるものではない。また,容器としての使用においては,蓋と底とを合わせて密閉するのが好ましい。この際,プレス加工等で絞られたステンレス鋼箔同士を貼り合せても良いし,片方だけ絞られていても良い。また,密閉する方法としては,従来の接着方法を使用することができ,具体的には接着剤を使用して接着する方法,ヒートシールにより熱融着で接着する方法等が挙げられ,特に限定されるものではないが,生産性の面からヒートシールが好ましい。ヒートシールする場合には,ポリオレフィン系樹脂(A)が被覆されている面同士を合わせるのが好ましい。
以下,上述したステンレス鋼箔を成型加工してなる容器を使用した2次電池の説明をする。
上述した容器に,正極,負極,セパレーター等の電池素子,電解液等の電池内容部を収容して2次電池とする。電池素子の形状は限定されるものではないが,捲回,扁平化して薄くしたものがコンパクトで好ましい。2次電池の種類も特に限定するものではなく,リチウムイオン電池,リチウムポリマー電池,ニッケル水素電池,ニッケルカドミウム電池等が例示できる。
以上説明したように,従来2次電池容器用金属箔として採用されてきたアルミ箔等と比較して,ステンレス鋼箔を2次電池容器用途に適用するのは耐腐食性,加工性,意匠性の観点から困難であった。しかし,本発明のように好適な下地処理を施し,ステンレス鋼箔との良好な密着性と良好な加工性を有するフィルムに印刷を施し,被覆することで,予期せぬことに現代の2次電池容器用部材に求められている耐腐食性,加工性,意匠性の全てを有する樹脂被覆ステンレス鋼箔を生産することができる。本発明の樹脂被覆ステンレス鋼箔では,長期間電解液中に浸漬しても被覆したポリオレフィン系樹脂が剥離せず,従来の2次電池容器用金属箔よりも耐腐食性が格段に向上している。また,自由な形状に加工でき,良好な意匠性を有する。また,従来2次電池容器用金属箔として採用されてきたアルミ箔等と比較して圧倒的に高強度であるため,耐突き刺し性に優れる。
これらの結果,従来以上に過酷な使用環境下においても使用可能な上に長寿命で,かつ生産性と意匠性も両立させた従来技術には無い樹脂被覆ステンレス鋼箔,容器及び2次電池を提供することができる。
次に,実施例及び比較例に基づいて,本発明をより具体的に説明するが,本発明は下記実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1〜16)
本実施例に使用するステンレス鋼箔は,50μm厚の新日本製鐵(株)製SUS316LブライトAを使用した。
実施例9〜16,及び比較例2〜4におけるニッケルストライクめっきは,以下のようにして実施した。30mol%硫酸水溶液で酸洗い,15mol%塩酸水溶液で酸洗い,ニッケルストライクめっき浴は,塩化ニッケル240g/L,塩酸(比重1.18)125mL/Lで,5A/dmの陰極電流密度を5秒間通電した。全て常温にて処理した。
クロメート処理は無水クロム酸25g/L,硫酸3g/L,硝酸4g/Lからなる常温の浴に,適宜リン酸,塩酸,フッ化アンモニウム等を加えて用い,陰極電流密度25A/dmでクロメート処理層を形成した。クロメート処理の目付量を多くする場合は処理時間を長く,少なくする場合は処理時間を短くした。具体的には,処理層を200nmにするには360秒間,15nmにするには20秒間,1.4nmにするには1秒間,それぞれ通電した。膜厚と通電時間が比例せず,通電量や推定反応量等では膜厚を制御できないため,XPS分析(PHI社製Quantum2000型,X線源はAlKα(1486.7eV)単色化,X線出力は15kV 1.6mA)によりクロメート処理層の厚さを直接測定し,制御した。本実施例,及び比較例においてはクロメート処理は片面にのみ行い,ニッケルストライクめっきを施した場合はニッケルストライクめっき処理の上層としてクロメート処理した。
ステンレス鋼箔に被覆する樹脂組成物を表1に示す。表1の樹脂(1)を86.9質量%,極性基を含有するビニル重合体(C)(三井デュポン(株)製 ハイミラン1706)を3質量%,ゴム状弾性体樹脂(D)(JSR(株)製EBM2041P)を10質量%,酸化防止剤としてテトラキス[メチレン(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシハイドロシンナメート)]メタンを0.1質量%,V型ブレンダーを使用してドライブレンドし,この混合物を日本製鋼所(株)製2軸混練押出機TEXを使用して260℃で溶融混練して,樹脂組成物ペレットを得た。これを表1の樹脂(11)のポリエステル系樹脂(E)とした。樹脂(11)の樹脂組成物からミクロトームで超薄切片を切り出した後,ルテニウム酸で染色し,樹脂(11)中のゴム状弾性体樹脂(D),ビニル重合体(C)の分散状態を透過型電子顕微鏡(TEM)で解析した。この結果,何れもゴム状弾性体樹脂(D)はビニル重合体(C)でほぼ100%カプセル化されており,ゴム状弾性体樹脂(D)の平均分散径は1μm以下でマトリックス中に微細分散していた。
窒素流通下,セパラブルフラスコにキシレンを満たし,そこに表1の樹脂(3)と無水マレイン酸を質量比99.98:0.02の割合でドライブレンドしたものを入れた。キシレンと無水マレイン酸は特級試薬を用いた。常温にて30分撹拌した後,120℃に昇温した。次に,キシレンに溶解させた化薬アクゾ製カヤヘキサAD50Cを数滴滴下し,さらに4時間撹拌した。この溶液を100℃に冷却してアセトン中に流し込み,かき混ぜた後,ろ過乾燥して樹脂を得た。さらに,当該樹脂をアセトンで十分に抽出して,未反応の無水マレイン酸を除去した。これを表1の樹脂(5)とした。さらに,樹脂(3)と無水マレイン酸の仕込み質量比をそれぞれ80:20,30:70として,同様の手順で作成した樹脂を,それぞれ表1の樹脂(6),樹脂(7)とした。
樹脂(4)〜(7)の極性を持つ官能基は無水マレイン酸基であるため,中和滴定により当該官能基の含有量を測定した。その結果,樹脂(4)は0.01mmol/g,樹脂(5)は0.0002mmol/g,樹脂(6)は0.15mmol/g,樹脂(7)は5.5mmol/gの含有量であった。
表1の樹脂(4)を99.995,95,45質量%,層状無機物(B)としてモンモリロナイト(ホージュン(株)製エスベンNX)を0.005,5,55質量%を,それぞれ,V型ブレンダーを使用してドライブレンドし,この混合物を日本製鋼所(株)製2軸混練押出機TEXを使用して溶融混練して樹脂組成物ペレットを得た(混練時間:6分,混練温度:245℃,平均せん断速度:50/s)。これらをそれぞれ表1の樹脂(9),(10),(11)とした。ミクロトーム及びRuO染色超薄切片法にて超薄切片(50nm厚)を作成し,透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。マトリックスポリマー中に層状無機物(B)が50〜300nmの範囲でナノスケールで微細分散していた。
Figure 2007168184
表1の樹脂(1),(2),(11)は280℃,それ以外は250℃の押出し温度で,Tダイスを装着した押出し成形機にてフィルム形状(幅300mm,厚み25μm)に無延伸成形した。また,2軸延伸ポリアミドフィルムとして出光ユニテック(株)製ユニロンG−100#25を使用した。さらに,樹脂(3),(4)を250℃の押出し温度で,Tダイスを装着した共押出し成形機にて2層フィルム形状(幅300mm,樹脂(3)の層15μm,樹脂(4)の層10μm)に無延伸成形した。それぞれ表2のようにフィルム(1)〜(13)とした。
Figure 2007168184
表2のフィルムを使用して,表3の組合せでステンレス鋼箔に200℃,10kg/cmで熱圧着した(便宜上表中に,本発明のポリオレフィン系樹脂(A)を被覆した側の面を表面と表記する)。電池ケースとして当該ステンレス鋼箔を使用する場合は,ポリオレフィン系樹脂(A)側(表面)が電池ケース内面,他面樹脂(例えば,ポリエステル樹脂(E))層側(裏面)が電池ケース外面となるように成形した。フィルム(12)を熱圧着する際は,樹脂(4)がステンレス鋼箔と密着するように熱圧着した。フィルム(13)はウレタン系接着剤(東亞合成(株)製アロンマイティPU7000D)を塗布し,25℃,90分の硬化条件でステンレス鋼箔に圧着した。これらを表3に示すように実施例1〜16とした。
Figure 2007168184
(比較例1〜5)
実施例と同様にして,表3に示す組合せで比較例1〜5を作成した。比較例5のアルミ箔は厚さ100μmの純Al製の箔を使用した。
上記で作製した樹脂被覆ステンレス鋼箔について,以下に示す各種試験に供した。
(a) 一次密着強度試験
実施例1〜16及び比較例1〜5の樹脂被覆金属箔を10mm×120mmに切り出し,被覆した表面側の樹脂層の密着強度をピール試験(23℃,180°ピール:JIS K6854−2と同形式,引張り速度20mm/min)で測定した。10N/cm以上の密着強度を有することが好ましい。
(b) 加工性評価試験
実施例1〜16及び比較例1〜5の樹脂被覆金属箔を,電池ケースとしてよく使用される形状である角筒形状に絞り加工した。角筒絞りのプレス加工は以下の条件にて実施した。ダイス142mm×142mmでコーナー部径4mm,ポンチ140mm×140mmでコーナー部径4mm,しわ押え力6トン,潤滑剤はJohnson WAX122とマシン油を1:1に混合したものを用い,プレス速度60mm/分で,ブランクサイズ200mm×200mmの供試材を,表面側をポンチ側にして,深さ5mmにプレス加工した。
プレス加工後の樹脂被覆金属箔の外観を以下のようにして評価して,加工性評価とした。角筒絞り加工の折り曲げ部位全域における被覆樹脂,及び被覆樹脂と金属箔との界面の亀裂や剥離を20倍ルーペで観察した。加工性評価結果は以下のようにした。◎:亀裂,剥離が認められない,○:亀裂が認められない,△:微細な亀裂が認められる,×:亀裂が認められる。ここで,○以上の評価を合格とした。
(c) 耐腐食性評価試験
(b)の加工性評価試験で得られた角筒を用いて,角筒内面(金属箔の表面)の電解液中での耐腐食性を以下のようにして評価した。角筒絞り加工済みの各金属箔の底面から試料片を10mm×120mmに切り出し,蓋を用いて密閉できるガラス製の瓶中で電解液に完全に浸漬して75℃で1週間保持した。その後,一次密着試験と同様にして,ピール試験で密着強度を測定し,20倍ルーペで樹脂剥離面を観察して腐食の有無を確認した。なお,電解液は,六フッ化リン酸リチウム(LiPF)をエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1に混合した溶媒で1mol/Lの濃度に希釈したものを用いた。
(d) 突き刺し強度試験
突き刺し強度は以下のようにして測定した。樹脂被覆金属箔を固定し,表面側に垂直に長さ50mm,直径0.5mm,先端半径0.15mmの針を突立てて荷重をかけ,針が貫通するまでの最大荷重を突き刺し強度とした。電池ケースとして要求される強度は1200g以上が好ましく,2000g以上がさらに好ましい。
Figure 2007168184
表4に評価結果を示す。実施例1〜16のいずれにおいても電解液浸漬後の密着力が,1次密着力からの低下率が最大でも25%前後の良好な密着力を保持し,かつ腐食も発生せず,かつ良好な加工性を示した。特に,実施例2,6〜8を比較すると,極性を持つ官能基含有量が0.001mmol/g以上3.0mmol/g以下の範囲である実施例2,7は強固な密着力を発揮してより好ましい。また,実施例12,14〜16においては他面樹脂層のポリエステル系樹脂(E)は印刷性に優れているため,良好な意匠性を有するのでより好ましい。加えて,ステンレス鋼箔とダイスが直接接触するよりもポリエステル系樹脂(E)を被覆して緩衝材とすることで,加工性が特に良好となるため,成形時の潤滑剤を省略することが可能となる。この結果,加工前後に脱脂,潤滑油塗布,潤滑油除去の3工程を省略でき,かつ潤滑剤を使用しても十分に防止できなかった金型磨耗を抑制し,金型を長寿命化することが可能となるため,より好ましい。また,特に実施例15においては,ポリオレフィン系樹脂(A)の密着力が特に優れ,電解液浸漬後でも殆ど低下しないため,長耐久性の電池ケース容器を製造することが可能であるので好ましい。また,特に実施例9〜16においてはニッケルストライクめっき処理を施しているため,クロメート処理層を安定的に被覆でき,電池ケースとして有用な特性を有するステンレス鋼箔の安定的連続製造が可能であるので好ましい。
一方,これに対し,比較例1,2においては,クロメート処理層厚みが2nm以下であり,この場合電解液浸漬後の極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)の密着力が全く不十分であり,腐食が発生した。また,比較例3ではクロメート処理層厚みが200nm以上であり,電解液浸漬後の極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)の密着力が不十分であり,かつ腐食が発生した。また,加工性を評価したところ,被覆フィルムとステンレス鋼箔の界面で剥離,割れが観察された。これらは,角筒絞り加工での折り曲げ部位においてクロメート処理層に割れが発生し,クロメート処理層が不良なためである。比較例4では,極性を持つ官能基を含有しないPPを使用したところ,熱圧着では全くステンレス鋼箔に密着しなかった。比較例5において,ステンレス鋼箔の代わりにアルミ箔を使用したところ,突き刺し強度がステンレス鋼箔に比較して大幅に不足した。
以上,実施例1〜16と比較例1〜5の比較により,本発明のステンレス鋼箔は,従来の2次電池容器用金属箔よりも耐腐食性,加工性,意匠性,耐突き刺し性に優れていることを確認できた。
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は,耐腐食性,加工性,意匠性,耐突き刺し性に優れた樹脂被覆ステンレス鋼箔,容器,及び2次電池に適用可能である。
本発明の樹脂被覆ステンレス鋼箔の一例を示す断面模式図である。

Claims (14)

  1. ステンレス鋼箔の少なくとも一方の面に,2nm以上200nm以下のクロメート処理層を有し,該クロメート処理層の上に,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)層を少なくとも有することを特徴とする,樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  2. 前記ステンレス鋼箔の一方の面に,2nm以上200nm以下のクロメート処理層を有し,該クロメート処理層の上に,極性を持つ官能基を含有するポリオレフィン系樹脂(A)層を少なくとも有すると共に,
    前記ステンレス鋼箔の他方の面に樹脂層を有することを特徴とする,請求項1に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  3. 前記ポリオレフィン系樹脂(A)中の前記極性を持つ官能基の含有量が0.0005〜5mmol/gであることを特徴とする,請求項1又は2に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  4. 前記ポリオレフィン系樹脂(A)中に,層状無機物(B)が0.01〜50質量%分散され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被覆ステンレス鋼箔。
  5. 前記層状無機物(B)の最長径が1μm以下であることを特徴とする,請求項4に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  6. 前記層状無機物(B)がモンモリロナイトであることを特徴とする,請求項4又は5に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  7. 前記クロメート処理層と前記ステンレス鋼箔との間に,ストライクめっき層を有することを特徴とする,請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  8. 前記ストライクめっきのめっき種がニッケルであることを特徴とする,請求項7に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  9. 前記ステンレス鋼箔の他方の面の樹脂層が,ポリオレフィン,ポリエステル,ポリアミド,及びポリイミドからなる群より選ばれる1種又は2種以上を主成分とする樹脂組成物からなる少なくとも1層の樹脂層であることを特徴とする,請求項2に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  10. 前記ステンレス鋼箔の他方の面の樹脂層が,極性基を含有するビニル重合体(C)でカプセル化したゴム状弾性体樹脂(D)が微細分散されたポリエステル系樹脂(E)からなる少なくとも1層の樹脂層であることを特徴とする,請求項2又は9に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  11. 前記ステンレス鋼箔の他方の面の樹脂層と前記ステンレス鋼箔との間に,下地処理層を有することを特徴とする,請求項2,9又は10に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  12. 前記下地処理層が,クロメート処理層,化成処理層または接着剤層の1種又は2種以上であることを特徴とする,請求項11に記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔。
  13. 請求項1〜12のいずれかに記載の樹脂被覆ステンレス鋼箔を成形加工してなる容器。
  14. 請求項13に記載の容器を用いてなる2次電池。
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