JP2010092658A

JP2010092658A - シール用成形材料およびこれを用いて成形された二次電池用のシールならびにこれを備えた二次電池

Info

Publication number: JP2010092658A
Application number: JP2008259698A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Kusama; 和幸草間; Hiroyoshi Nagai; 裕喜永井; Akikazu Nagano; 朗一長野; Naoto Ishii; 直人石井
Original assignee: Arai Seisakusho Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Arai Seisakusho Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: JP5265293B2

Abstract

【課題】二次電池の製品寿命を向上させることができるシール用成形材料およびこれを用いて成形された二次電池用のシールならびにこれを備えた二次電池を提供すること。
【解決手段】二次電池の電解質または電解液を封止するためのシールの成形に用いられるシール用成形材料であって、シール母材に板状の充填剤が含有されてなること。ここで、シール母材にはエチレン−αオレフィン系共重合ゴムが用いられ、板状の充填剤としては硫酸バリウムが好適に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール用成形材料およびこれを用いて成形された二次電池用のシールならびにこれを備えた二次電池に係り、特に、二次電池の電解液を封止するのに好適なシール用成形材料およびこれを用いて成形された二次電池用のシールならびにこれを備えた二次電池に関する。

近年、低公害車として、電気自動車、燃料電池自動車またはハイブリッド自動車などの電気エネルギーによって稼働するモータを動力源として備えた自動車が提案されるようになった。

また、このような電気エネルギーを利用した自動車には、モータを稼働させるための電源として、リチウムイオン二次電池等の二次電池が用いられていた。

この種の自動車に搭載される二次電池には、大容量であることともに、長寿命であることが求められており、このような製品寿命に関する要求を満足させるためには、二次電池の電解液を確実に封止して、外部から電解液に水分が浸透することによる電界質または電解液の劣化を回避することが重要であった。

このため、従来から、二次電池には、電解液を封止するためのシール技術に関する種々の提案がなされていた（例えば、特許文献１参照）。

ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ２００４／１０５１６０Ａ１

前述した特許文献１においては、二次電池の電解液に対する耐液性を考慮して、有機過酸化物、カーボンブラックを含有するエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）組成物が使用されている。

出願人は、このような特許文献１に記載の発明よりもさらに二次電池の製品寿命を向上させるために好適な手段を見出すべく鋭意研究した結果、特許文献１に記載の発明よりも液体透過率の低減に優れた本願発明をなすに至った。

本発明は、二次電池の製品寿命を向上させることができるシール用成形材料およびこれを用いて成形された二次電池用のシールならびにこれを備えた二次電池を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係るシール用成形材料は、二次電池の電解液を封止するためのシールの成形に用いられるシール用成形材料であって、シール母材に板状の充填剤が含有されてなることを特徴としている。

また、請求項２に係るシール用成形材料は、請求項１において、前記シール母材が、エチレン−αオレフィン系共重合ゴムとされ、前記充填剤が、硫酸バリウムとされていることを特徴としている。

さらに、請求項３に係る二次電池用のシールは、請求項１または２に記載のシール用成形材料を用いて成形されたことを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る二次電池は、請求項３に記載のシールを備えたことを特徴としている。

そして、このような構成によれば、シール母材に、液体の流動を妨げるのに好適な板状の充填剤を含有させたことによって、外部からの液体の透過に起因する電解液の劣化を抑制することができ、ひいては、二次電池の製品寿命を向上させることができる。さらに、充填剤として、カーボンブラックに比較して水分吸着性が少ない硫酸バリウムを選定することによって、外部からの液体（水分等）の透過をさらに有効に防止することができ、電解液の劣化をさらに確実に抑制することができる。なお、水中２５℃、３０日間での水分吸着量として、カーボンブラック（ＳＲＦカーボン）は１９．０％を示すのに対して、硫酸バリウムは０．５％と良好な値を示す。

また、請求項５に係る二次電池は、請求項４において、リチウムイオン二次電池とされていることを特徴としている。

そして、このような構成によれば、さらに長寿命の電池にすることができる。

本発明によれば、電解液の劣化を抑制することによって二次電池の製品寿命を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本実施形態におけるシール用成形材料は、二次電池の電解液を封止するためのシール（二次電池用のシール）の成形に用いられるようになっている。

なお、二次電池としては、例えば、大容量化とされているリチウムイオン二次電池を用いることができる。

このような本実施形態におけるシール用成形材料は、シール母材としてのエチレン−αオレフィン系共重合ゴムに、板状の充填剤として、板状の硫酸バリウムが含有（充填）されることによって形成されている。

エチレン−αオレフィン系共重合ゴムとしては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）を用いることができる。この他にも、エチレン−αオレフィン系共重合ゴムとして、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）等のゴムを用いるようにしてもよい。

また、板状の硫酸バリウムとしては、例えば、板厚０．１〜１．０〔μｍ〕かつ直径５〜１０〔μｍ〕（但し、平面形状がほぼ円形の場合）、あるいは、板厚０．１〜１．０〔μｍ〕かつ５〜１０〔μｍ〕×５〜１０〔μｍ〕四方（但し、平面形状がほぼ矩形の場合）のものを用いるようにしてもよい。

このようなシール成形用材料を用いて成形されるシールは、二次電池の封口部の封止に使用されるＯリング、パッキンまたはガスケット等の所望の形状に形成されたものであってよい。

次に、図１は、本発明に係るシール用成形材料を用いて成形されたシールを備えた二次電池としてのリチウムイオン二次電池１の実施形態を示すものである。

図１に示すように、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池１は、金属製の有底円筒形状のケース２を有しており、このケース２内における底部側（図１における下側）には、電解液３が収容されている。なお、電解液３としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４またはＬｉＡｓＦ_６等のリチウム塩を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートまたはジエチルカーボネート等の有機溶媒に溶解させた有機電解液を用いることができる。

また、図１に示すように、電解液３中には、渦巻状の電極構造体４が浸漬されており、この電極構造体４は、帯状の正極板および負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回することによって形成されている。なお、正極板としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４またはこれらの複合酸化物を用いることができる。また、負極板としては、例えば、黒鉛や炭素材料を用いることができる。

さらに、図１に示すように、電極構造体４には、短冊状のリード５が接続されており、このリード５は、電極構造体４からケース２の上部開口側に向かって延出されている。

リード５の図１における上端部には、電極端子６が接続されており、この電極端子６は、ケース２の上部開口を遮蔽するプラスチック製の蓋板７を貫通するようにして蓋板７と一体的に形成されている。

また、図１に示すように、ケース２における上部開口位置には、その内径がケース２における他の部位よりも大きく形成された大径部８が形成されており、この大径部８の下端には、段部９が、上端には、径方向における内側にヘアピン状に屈曲した屈曲部１０が、それぞれ連設されている。

さらに、図１に示すように、蓋板７における上面側には、その外径が大径部８の内径とほぼ同寸に形成された円環状のフランジ部１１が形成されており、このフランジ部１１は、大径部８に嵌合されている。

さらにまた、蓋板７における下面には、ケース２内に嵌合する筒状部１２が形成されており、この筒状部１２と電極構造体４との間には、スペーサ１３が介在されている。

そして、図１に示すように、筒状体１２とケース２の内周面とによって囲まれた空間内には、本実施形態におけるシールとしてのＯリング１４が配設されている。

さらに、図１に示すように、屈曲部１０と蓋板７との間にも、本実施形態におけるシールとしてのガスケット１５が配設されている。

このような構成を有するリチウムイオン二次電池１によれば、Ｏリング１４およびガスケット１５によって電解液３を確実に封止することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。

なお、以下の表１は、シール成形用材料の試料として、実施例１〜３と、比較例１〜３との合計６種類の試料についての配合材および測定された物性を示したものであり、表２は、表１の各試料のそれぞれに充填されている各充填剤の構成を示したものである。

表１に示すように、各試料は、いずれも、エチレン−αオレフィン−ジエンゴムとして、エスプレン３０１Ａ（住友化学工業社製）を用いている。

また、表１に示すように、充填剤としては、実施例１〜３の各試料においては、板状硫酸バリウムＡ（堺化学工業株式会社製）が、比較例１の試料においては、硫酸バリウムＢＭＨ−６０（堺化学工業株式会社製）が、比較例２の試料においては、沈降性硫酸バリウムＮｏ３００（堺化学工業株式会社製）が、比較例３の試料においては、ＳＲＦカーボンブラック（旭カーボン株式会社製）が、それぞれ用いられている。

その他、各試料には、いずれも、エチレングリコールジメタクリラート（Ethylene Glycol Dimethacrylate）および過酸化ジクミル（Dicumylperoxide：ＤＣＰ）が配合されている。

これら実施例１〜３及び比較例１〜３における加硫ゴムの物性試験は、以下の方法で実施した。

本試験に用いる測定用の加硫成型ゴムシート（各試料）は、表１に示す各配合剤を８インチオープンロールで混練りを行い、未加硫ゴムを得た後、この未加硫ゴムをプレスにて１７０℃、１０分間加圧成型することによってそれぞれ作成した。

また、常態物性におけるデュロメータかたさは、ＪＩＳＫ６２５３「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムのかたさ試験法」に準拠し、引張強さ及び伸び測定は、ＪＩＳＫ６２５１「加硫ゴムの引張り試験方法」に準拠して測定した。

さらに、水透過性は、開口部φ１８ｍｍのＳＵＳ製カップに蒸留水を入れ、厚さ１ｍｍの加硫成型ゴムシートを用いて蓋をし、その状態で、カップを６０℃の恒温槽中に置き、内封された蒸留水の減少量より透過係数を算出した。

このような各試料については、水の透過性に関して、表１の最下欄および図２に示すような測定結果が得られた。

ここで、図２に示すように、実施例１〜３の試料の方が、比較例１〜３の試料よりも水透過性が低いこと、すなわち、水分の透過の防止に優れていることが分かる。

これは、実施例１〜３における試料が、充填剤として板状硫酸バリウムを用いていることによるものと考えられる。

さらに、上記測定結果から、好適な板状硫酸バリウムＡの含有比率は、ゴム１００に対して１５０〜２８０ｐｈｒであることが分かった。すなわち、板状硫酸バリウムＡの含有比率が１５０ｐｈｒを下回ると、水透過係数が大きくなり、一方、２８０ｐｈｒを上回ると物性（伸び）の低下が大きくなり製品使用上圧縮に対する割れなどの不具合が起きやすくなる。

また、実施例１の板状硫酸バリウムを使用した場合には、リチウムイオン電池に使用している電解液の透過量は６０℃で７０時間において０．０９５ｇ／ｃｍ^２であるのに対して、カーボンブラックを使用した比較例３においては０．１３ｇ／ｃｍ^２となった。ただし、本電解液の透過量は、水透過係数と同様の方法で蒸留水の代りに電解液を封入して電解液の減少量より測定した。

以上述べたように、本実施形態によれば、エチレン−αオレフィン−ジエンゴムに板状の硫酸バリウムが充填されたシール成形用材料を用いることによって、外部からの液体（水分等）の透過に起因する二次電池の電解液の劣化を抑制することができ、ひいては、二次電池の製品寿命を向上させることができる。

また、このようなシール成形用材料は、電解液を有する二次電池を用いる場合には、電解液の外部への透過による揮発をも抑制することが期待できる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明の実施形態において、リチウムイオン二次電池を示す構成図本発明の実施形態において、実施例および比較例の各試料についての水透過性の測定結果を示すグラフ

符号の説明

１リチウムイオン二次電池
１４Ｏリング
１５ガスケット

Claims

二次電池の電解液を封止するためのシールの成形に用いられるシール用成形材料であって、
シール母材に板状の充填剤が含有されてなること
を特徴とするシール用成形材料。
前記シール母材が、エチレン−αオレフィン系共重合ゴムとされ、前記充填剤が、硫酸バリウムとされていること
を特徴とする請求項１に記載のシール用成形材料。
請求項１または２に記載のシール用成形材料を用いて成形されたことを特徴とする二次電池用のシール。
請求項３に記載のシールを備えたことを特徴とする二次電池。
リチウムイオン二次電池とされていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。