JP2010067524A - 蓄電装置用容器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の蓄電装置用容器1は、発電要素を収容するための容器であって、(A)開口部21を備える樹脂製(例えば、プロピレンホモポリマーとプロピレン−エチレンブロック共重合体との混合物等)の容器本体2と、(B)アルミ箔層を有する積層フィルム(例えば、ポリプロピレン層とアルミ箔層とポリプロピレン層とが順次積層された積層体等)によって形成されており、且つ容器本体2の外表面を被覆する被覆層3と、(C)容器本体2における開口部21を塞ぐ蓋体4と、(D)蓋体4の外表面を被覆する蓋体被覆層42と、を備える。
【選択図】図1
Description
しかしながら、前記特許文献1の容器においても、十分な防湿性を備えているとは言えず、リチウムイオン二次電池等の非水系の電解液を用いたものには使用することができないという問題がある。更に、機械的強度等においても、十分と言えるものではない。
[1]発電要素を収容するための蓄電装置用容器であって、
(A)開口部を備える樹脂製の容器本体と、(B)アルミ箔層を有する積層フィルムによって形成されており、且つ前記容器本体の外表面を被覆する被覆層と、(C)前記容器本体における前記開口部を塞ぐ蓋体と、(D)前記蓋体の外表面を被覆する蓋体被覆層と、を備えていることを特徴とする蓄電装置用容器。
[2]前記積層フィルムにおける前記アルミ箔層の耐力が120〜300N/mm2であり、且つ伸びが2.0〜10.0%である前記[1]に記載の蓄電装置用容器。
[3]前記容器本体を構成する樹脂が、ポリプロピレン系重合体である前記[1]又は[2]に記載の蓄電装置用容器。
[4]前記ポリプロピレン系重合体が、プロピレンホモポリマー、又はプロピレンホモポリマーとプロピレン−エチレンブロック共重合体との混合物である前記[3]に記載の蓄電装置用容器。
[5]前記積層フィルムが、熱可塑性樹脂層とアルミ箔層と熱可塑性樹脂層とが順次積層された積層体からなる前記[1]乃至[4]のいずれかに記載の蓄電装置用容器。
[6]前記容器本体を構成する樹脂が、プロピレンホモポリマーとプロピレン−エチレンブロック共重合体との混合物であり、前記被覆層はポリプロピレン層とアルミ箔層とポリプロピレン層とが順次積層された積層体からなる積層フィルムによって形成されている前記[1]又は[2]に記載の蓄電装置用容器。
[7]前記容器本体と前記蓋体との継ぎ目部にシール層を備えており、且つ該シール層は、アルミ箔層を有する積層フィルムによって形成されている前記[1]乃至[6]のいずれかに記載の蓄電装置用容器。
[8]前記被覆層が、前記容器本体の外表面に前記積層フィルムを螺旋状に巻回することによって形成されている前記[1]乃至[7]のいずれかに記載の蓄電装置用容器。
また、前記アルミ箔層の耐力が120〜300N/mm2であり、且つ伸びが2.0〜10.0%である場合には、アルミ箔層を有する被覆層が防湿部材としてだけでなく、容器本体の補強部材として作用するため、容器における耐圧性等の強度をより向上させることができる。更には、耐圧性等の強度を十分に保持させたまま、容器本体を構成する樹脂の厚みを薄く設定することができる(例えば、厚み0.9〜1.1mm)。そのため、蓄電装置用容器の寸法を小さくすることができると共に、容器を軽量化することができる。特に、百本以上のリチウムイオン二次電池が搭載される自動車分野等においては、容器の小サイズ化及び軽量化によって、二次電池に必要な設置スペースを低減させることができると共に、大幅な軽量化を図ることができる。
更に、容器本体を構成する樹脂をポリプロピレン系重合体とする場合には、他の樹脂を用いた場合よりも、防湿性、耐薬品性及び耐熱性をより向上させることができ、且つ比較的大きな強度を得ることができる。
また、熱可塑性樹脂層とアルミ箔層と熱可塑性樹脂層とが順次積層された積層体からなる積層フィルムにより被覆層が形成されている場合には、容器本体の外表面に熱融着等により容易に接合することができる。
更に、容器本体と蓋体との継ぎ目部に、アルミ箔層を有する積層フィルムによって形成されたシール層を備える場合には、蓄電装置用容器の防湿性をより向上させることができる。
また、蓄電装置用容器における被覆層が、容器本体の外表面に積層フィルムを螺旋状に巻回することによって形成されている場合には、耐圧性及び耐クリープ性をより向上させることができる。更には、内圧に対する容器全体の強度をより均一なものとすることができる。
本発明の蓄電装置用容器は、発電要素を収容するための容器であって、(A)開口部を備える樹脂製の容器本体と、(B)該容器本体の外表面に形成された被覆層と、(C)前記開口部を塞ぐ蓋体と、(D)該蓋体の外表面に形成された被覆層と、を備えている。
前記ポリプロピレン系重合体としては、プロピレンホモポリマーを含有するものが好ましく用いられる。尚、このポリプロピレン系重合体は、プロピレンホモポリマーのみにより構成されていてもよいし、プロピレンホモポリマーと他のポリマーとの混合物であってもよい。
前記他のポリマーとしては、ポリプロピレンホモポリマーの重合の第一工程で得られるプロピレンホモポリマー部分と、重合の第二工程以降でプロピレン、エチレン及び/又は少なくとも1つの他のα−オレフィン(例えば、ブテン−1、ヘキセン−1等)を共重合して得られるプロピレン−エチレンランダム共重合体部分と、を有するプロピレン−エチレンブロック共重合体が挙げられる。また、前記他のポリマーとしては、上記ポリプロピレンホモポリマー及び/又はプロピレン−エチレンランダム共重合体と、α,β−不飽和カルボン酸又はその誘導体とをラジカル発生剤の存在下で反応させることによって得られる公知の変性ポリプロピレンでもよい。
これらのなかでも、プロピレン−エチレンブロック共重合体が好ましい。尚、前記他のポリマーは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記プロピレン−エチレンブロック共重合体のGPCにより測定される重量平均分子量は、200,000〜800,000であることが好ましく、より好ましくは400,000〜700,000である。更に、このプロピレン−エチレンブロック共重合体のMw/Mnは、3.0〜7.5であることが好ましい。
尚、この降伏点応力は、室温(23℃)において、JIS K 7113−1995 試験片2号、試験速度10mm/minによって測定した値である。
また、前記開口部の形成位置、形成数、開口形状は特に限定されない。特に、容器本体が筒状体である場合には、その一端又は両端が開口した開口部が形成されていることが好ましい。
本発明においては、前記容器本体の厚み、即ち本体を構成する樹脂の厚みを、例えば、0.5〜1.5mm、特に0.8〜1.2mm、更には0.9〜1.1mmとすることができる。
前記積層フィルムとしては、アルミ箔層と樹脂層との積層体からなるものが好ましい。前記積層体としては、例えば、熱可塑性樹脂層とアルミ箔層との積層体等を挙げることができ、通常、熱可塑性樹脂層側が、前記容器本体の外表面に熱融着等により接合される。特に、このような積層フィルムとしては、熱可塑性樹脂層とアルミ箔層と熱可塑性樹脂層とが順次積層された積層体が好ましい。尚、積層フィルムが、複数の熱可塑性樹脂層を有している場合、各熱可塑性樹脂層は、同一の樹脂から構成されていてもよいし、異なる樹脂から構成されていてもよい。また、両面側が熱可塑性樹脂層である場合には、どちら側が容器本体の外表面に接合されていてもよい。
また、前記熱可塑性樹脂層を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。
特に、本発明に用いられる具体的な積層フィルムとしては、ポリプロピレン層とアルミ箔層とポリプロピレン層とが順次積層された積層体からなるもの等を挙げることができる。
この積層フィルムにおける前記アルミ箔層の膜厚は特に限定されず、必要に応じて適宜調整することができる。この膜厚は、例えば、20〜70μm、特に20〜60μm、更には30〜50μmとすることができる。
また、この積層フィルムにおける前記樹脂層の膜厚(単層での膜厚)は特に限定されず、必要に応じて適宜調整することができる。この膜厚は、例えば、10〜55μm、特に13〜30μm、更には15〜25μmとすることができる。尚、積層フィルムにおける各樹脂層の厚みは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
尚、前記耐力及び伸びは、それぞれ、テンシロン(オリエンテック社製、AMF/RTA−100)を用いて、幅15mmの積層フィルムをチャック間長さ10mmとなるようにセットし、25℃、65%RHの条件下において、引張速度1mm/分で引張試験を行うことにより測定した値である。
更に、耐圧性及び耐クリープ性をより向上させ、且つ内圧に対する容器全体の強度をより均一なものとするため、図7に示すように、被覆層3は、容器本体の外表面に積層フィルムを重ね代部34が形成されるように螺旋状に巻回することによって形成されたもの等とすることができる。
この透湿度が、0.95mg/m2・24hr以下である場合には、蓄電装置用容器として大容量でありながら長期間使用しても、その間に透過される水分の積算量を非常に少なく抑えることができ、車両に搭載された環境下でも蓄電装置用容器として使用できる。
前記蓋体は、通常、樹脂により構成されており、樹脂の種類としては特に限定されず、ポリプロピレン系重合体等の一般的な樹脂を挙げることができる。特に、熱融着や超音波融着等の方法により、前記容器本体に容易に接合させることができ、且つ容器本体と隙間無く接合可能なものが好ましい。
前記蓋体が、容器本体における開口部の外径全体を覆い、その外径に一致する径の端部を備える場合には、積層フィルムにより、全体を被覆することができると共に、容器本体の開口部が外気に触れることを十分に防止することができ、高い耐湿性(防湿性)を得ることができる。
更に、前記蓋体が、前記開口部に内挿される筒状の接触部を備える場合には、蓋体と容器本体との密着性及び嵌合強度をより高めることができる。
前記蓋体被覆層は、アルミ箔層を有する積層フィルムによって形成されたものとすることができる。この積層フィルムとしては、前述の容器本体を被覆する被覆層を形成する積層フィルムと同様のものを挙げることができる。
尚、容器本体を被覆する被覆層を構成する積層フィルムと、蓋体被覆層を構成する積層フィルムは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
尚、前記接触部の断面の外径は、接合した際に筒状体との間に隙間が形成されない限り限定されないが、熱融着や超音波融着時における樹脂の溶融による体積変化を考慮し、通常、筒状体の開口部の内径よりも、接着代の分だけ大きく設計される。
本発明においては、蓋体に貫通孔が形成されていても、蓋体と容器本体との接合を前述の嵌合構造とすることにより、蓄電装置用容器の強度を向上させ、防湿性に優れると共に、耐薬品性、耐圧性及び耐クリープ性の性能バランスに優れる蓄電装置用容器とすることができる。
このシール層は、通常、容器本体と蓋体との継ぎ目部が被覆されるように、シール層となる積層フィルムを容器本体に巻回し、加熱融着することによって形成することができる。このようなシール層を備える場合には、前記蓋体4に接合補強部421(図4及び図5参照)が形成されていない場合であっても、十分な防湿性を確保することができる。更に、前記接合補強部421が形成されている場合であっても、シール層(図1のシール層5参照)を設けることで、より高い防湿性を得ることができる。特に、蓋体頭部の周縁部に丸みがついている場合には、接合補強部により容器本体を被覆し、且つ前記積層フィルムを巻回して継ぎ目部にシール層を形成することが好ましい。
[1]蓄電装置用容器(リチウムイオン二次電池用容器)の構成
<実施形態1>
図1〜3に示すように、本実施形態1のリチウムイオン二次電池用容器1は、樹脂製であり、円筒状の容器本体2と、この容器本体2の外表面に形成された被覆層3と、この容器本体2の開口部21に内挿された樹脂製の蓋体4と、この蓋体4の外表面に形成された蓋体被覆層42と、シール層5と、を備えている。
前記容器本体2は、押出成形法により形成されたものであり、その寸法は、筒長;194mm、外径;23.5mm、樹脂の厚み;1.00mmである。
また、前記容器本体2を構成する樹脂は、プロピレンホモポリマー、又は、プロピレンホモポリマーとプロピレン−エチレンブロック共重合体との混合物である。
前記被覆層3は、図1〜3に示すように、ポリプロピレン層31とアルミ箔層32とポリプロピレン層33とが順次積層された積層体〔各層の厚み;20/30〜50/20(μm)〕からなる積層フィルムにより形成されており、ポリプロピレン層31が容器本体2の外周面に熱融着によって接合されている。
また、前記蓋体4を構成する樹脂は、ポリプロピレン系重合体である。
更に、前記蓋体被覆層42は、ポリプロピレン層とアルミ箔層とポリプロピレン層とが順次積層された積層体〔各層の厚み;20/30/20(μm)〕からなる積層フィルムにより形成されており、容器本体2に形成された被覆層3の外周面に熱融着可能な接合補強部421を備えている。
また、両端に配設された各蓋体4には、リチウムイオン二次電池における電極を配設するための貫通孔43が各端面の中心位置に1個形成されている。
そして、この蓋体4は、容器本体2の開口部21の内周面及び端面に、それぞれ、接触部411の外周面(図6におけるa面参照)及び端部412の裏面の一部(図6における端部412のb面参照)が、熱融着によって接合されている。尚、接触部411の外周面(前記a面)の接合面積は、486mm2である。更に、端部412の裏面の一部(前記b面)の接合面積は、70mm2である。
下記構成を有する試験例1〜15の蓄電装置用容器を製造し、後述の各種性能評価を行った。
<試験例1〜15>
前記実施形態1における容器本体2を構成する樹脂、及び被覆層3を構成するアルミ箔層として、表1に示すものを使用したこと以外は、実施形態1と同様の構成を有する試験例1〜15のリチウムイオン二次電池用容器を得た。
尚、表1におけるアルミ箔層の「耐力」及び「伸び」は、前述の測定方法により測定したものである。また、表1には、容器本体2を構成する各樹脂の「破壊強度」及び「降伏点応力」を併記した。この破壊強度は、被覆層を形成する前の容器本体を、60℃の温水中において、水圧テストポンプを用いて容器が破壊するまで容器内を加圧し続け、破壊した際の圧力を測定したものである。また、降伏点応力は、前述の測定方法により測定したものである。
<防湿性>
温度40℃×相対湿度90%の雰囲気下に、20日間静置させた際に変化した重量(mg)を、(A)容器内に吸湿材(塩化カルシウム)を充填して、両端の蓋体における貫通孔を密封した場合、及び、(B)吸湿材を投入せず、両端側の貫通孔を密封した場合において測定し、それらの差[(B)−(A)]から透湿度(mg/m2・24hr)を求めた。
試験片を60℃のエチレンカーボネートと10%フッ酸溶液〔エチレンカーボネート及びフッ酸の混合溶液(フッ酸濃度;10体積%)〕に2週間浸漬し、浸漬前後の試験片の引張り強度の変化率を調べた。試験片は、JISに準拠したダンベル3号であり、引張り速度10mm/min、チャック間距離70mmとした。そして、下記の基準で、耐薬品性を評価した。
「◎」;引張り強度の変化率が10%以下の場合
「×」;引張り強度の変化率が10%を超える場合
容器の一端をメクラ栓で封止した後、他端に水圧テストポンプのホースを取り付け、水漏れのないように封止する。その後、60℃の温水中において、容器に水道水を送り続けることにより、容器内を加圧し続け、容器が破壊するまで水を送り、破壊時の水圧(破壊強度)を測定し、下記の基準で耐圧性を評価した。
「◎」;破壊強度が3.0MPa以上の場合
「○」;破壊強度が2.8MPa以上、3.0MPa未満の場合
「△」;破壊強度が2.6MPa以上、2.8MPa未満の場合
「×」;破壊強度が2.6MPa未満の場合
容器の一端をメクラ栓で封止した後、他端に水圧テストポンプのホースを取り付け、水漏れのないように封止する。その後、60℃の温水中において、水圧テストポンプを用いて30分おきに1.0MPaと1.5MPaの圧力を容器内に交互にかけ、最高で500時間破壊試験を行った。即ち、1.0MPa−1.5MPa各30分の加圧を1サイクルとして、最高で500サイクル行った。そして、下記の基準で耐クリープ性を評価した。
「◎」;破壊せず、或いは500〜700サイクルで破壊
「○」;200〜499サイクルで破壊
「△」;100〜199サイクルで破壊
「×」;99サイクル以下で破壊
表2によれば、試験例1〜15の二次電池用容器は、相当に高い透湿度(0.92〜0.95mg/m2・24hr)を有しており、樹脂のなかでは防湿性に優れると言われているポリエチレンやポリプロピレン等の透湿度(非特許文献1参照)と比べると、1000倍以上の差があることが分かる。このことは、両者の単位の違いからも明らかである[試験例における二次電池用容器の透湿度の単位;mg/m2・24hr、前記樹脂の透湿度(水蒸気透過度)の単位;g/m2・24hr]。従って、試験例の各二次電池用容器は、長期間使用した場合に、透過される水分の積算量を非常に少なく抑えることができる。
また、これらの二次電池用容器は樹脂製であるため、金属材料よりも軽量であり、且つ低コストで製造可能である。
特に、表2によれば、試験例2〜9、13及び14の二次電池用容器は、耐薬品性、耐圧性及び耐クリープ性の性能バランスにも優れていることが分かる。そのため、自動車分野等において長期間使用されるリチウムイオン二次電池用の容器としても好適である。
Claims (8)
- 発電要素を収容するための蓄電装置用容器であって、
(A)開口部を備える樹脂製の容器本体と、
(B)アルミ箔層を有する積層フィルムによって形成されており、且つ前記容器本体の外表面を被覆する被覆層と、
(C)前記容器本体における前記開口部を塞ぐ蓋体と、
(D)前記蓋体の外表面を被覆する蓋体被覆層と、を備えていることを特徴とする蓄電装置用容器。 - 前記積層フィルムにおける前記アルミ箔層の耐力が120〜300N/mm2であり、且つ伸びが2.0〜10.0%である請求項1に記載の蓄電装置用容器。
- 前記容器本体を構成する樹脂が、ポリプロピレン系重合体である請求項1又は2に記載の蓄電装置用容器。
- 前記ポリプロピレン系重合体が、プロピレンホモポリマー、又はプロピレンホモポリマーとプロピレン−エチレンブロック共重合体との混合物である請求項3に記載の蓄電装置用容器。
- 前記積層フィルムが、熱可塑性樹脂層とアルミ箔層と熱可塑性樹脂層とが順次積層された積層体からなる請求項1乃至4のいずれかに記載の蓄電装置用容器。
- 前記容器本体を構成する樹脂が、プロピレンホモポリマーとプロピレン−エチレンブロック共重合体との混合物であり、前記被覆層はポリプロピレン層とアルミ箔層とポリプロピレン層とが順次積層された積層体からなる積層フィルムによって形成されている請求項1又は2に記載の蓄電装置用容器。
- 前記容器本体と前記蓋体との継ぎ目部にシール層を備えており、且つ該シール層は、アルミ箔層を有する積層フィルムによって形成されている請求項1乃至6のいずれかに記載の蓄電装置用容器。
- 前記被覆層が、前記容器本体の外表面に前記積層フィルムを螺旋状に巻回することによって形成されている請求項1乃至7のいずれかに記載の蓄電装置用容器。
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