JP2012022821A

JP2012022821A - 二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム

Info

Publication number: JP2012022821A
Application number: JP2010158364A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Nishijima; 一樹西嶋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: JP5720132B2

Abstract

【課題】架橋の様な工程の追加を必要とせず、リードとシーラントの熱接着時の形状安定性を向上させるとともに、接着性も確保可能な二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムを提供する。
【解決手段】二次電池の正極または負極に接続された金属端子２３を被覆する単層または積層された二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムにおいて、前記樹脂フィルムを構成する少なくとも１層の樹脂のメルトフローレートが７g/１０min以下であることを特徴とする二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱時の形状安定性と接着性に優れた二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムに関する。

従来のニッケル水素、鉛蓄電池といった水系電池は水の電気分解電圧による制約からセル単位の電圧は１．２Ｖ程度が限界であった。しかし昨今は、携帯機器の小型化や自然発電エネルギーの有効活用が必要とされており、より高い電圧が得られエネルギー密度が高いリチウムイオン電池の必要性が増してきている。このようなリチウムイオン電池に用いられる外装材として、従来は金属製の缶が用いられてきたが、製品の薄型化や多様化の要求に対し、低コストで対応できるアルミニウム箔に樹脂フィルムを積層したものを袋状にしたラミネート包装材が用いられるようになってきた。

二次電池用ラミネート包装材（以下、包装材）は、図１に示すようにアルミニウム箔と樹脂との積層体であり、一般には、内層から順にポリオレフィン樹脂層１１、内層側接着剤層１２、化成処理層１３、アルミニウム箔層１４、化成処理層１３、外層側接着剤層１５、外層１６（ナイロン、ＰＥＴ等）の構成となっている。

このような包装材で構成されるリチウムイオン電池から電力を供給するために、タブと呼ばれる電極端子が必要となる。タブは図２に示すように、金属端子２３（リード）と、金属端子被覆樹脂フィルム２１（シーラント）から構成される。正極のリードにはアルミニウムが用いられ、腐食防止表面処理２２がされていることが多い。負極にはニッケルあるいは銅が用いられている。シーラントにおいてはリードと包装材間との接着性を得ることが目的であることから、主に以下２点の特性が要求されている。１つは金属とポリオレフィン樹脂双方との接着性を有することである。これに対してはシーラントに用いられるポリオレフィン樹脂であるポリプロピレンやポリエチレンを酸変性させ、極性基を導入する手法が一般的に用いられている。もうひとつの要求特性は加熱時の形状安定性である。具体的にはリードとシーラントの熱接着時にシーラントの変形を抑えることである。これらの要求特性に対しての従来技術は特許文献１，２にあるように、樹脂の架橋工程を設けて耐熱性を高める手法や、耐熱層にポリエステル系樹脂を使用して形状安定性を高める方法が提案されている。しかしながら、車載や発電等に代表されるような大型電池の用途ではより一層のシーラントの寸法精度の向上や、リードとシーラント間の接着性の向上が求められている。

特許３１１４１７４号特開２００８−２３０６２０号公報

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、架橋の様な工程の追加を必要とせず、リードとシーラントの熱接着時の形状安定性を向上させるとともに、接着性も確保可能な二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムの提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、二次電池の正極または負極に接続された金属端子を被覆する単層または積層された二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムにおいて、前記樹脂フィルムを構成する少なくとも１層の樹脂のメルトフローレートが７g/１０min以下であることを特徴とする二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムである。メルトフローレート（MＭＦＲ）をこの範囲にすることで、加熱時のシーラントの変形を低減させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムの全層が、ポリオレフィン樹脂により構成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムである。この構成によれば、包装材の内層との熱接着性を確保することができる。なお、本発明の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム（以下、単に樹脂フィルムということがある）の構成が複数層で構成される場合であっても、層間の接着性も確保するために同種の樹脂（ポリオレフィン樹脂）で構成されていることが好ましい。また、同種の樹脂を積層した樹脂フィルムの場合、共押出し成型法等により、簡便にフィルムを作ることが可能となる。

請求項３に記載の発明は、前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムの最表層が、酸変性させたポリオレフィン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムである。この構成によれば、リードとの接着性を確保できる。

請求項４に記載の発明は、前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムが、５℃以上の融点差を有する複数の樹脂を積層した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムである。この構成によれば、本発明の樹脂フィルムとリードとの熱接着時において、樹脂フィルムの変形を低減させることができる。

請求項５に記載の発明は、前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムが、ポリオレフィン系樹脂を少なくとも片側の最表層に有する二次電池用包装材と接してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムである。この構成によれば、包装材と本発明の樹脂フィルムとの接着性が良好となる。

本発明によれば、架橋の様な工程の追加を必要とせず、また異種材料の積層に伴う接着強度の低下を防ぐことができ、さらにリードと本発明の樹脂フィルムとの熱接着時における形状の安定性と剥離強度の向上が期待できる二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムを提供できる。

リチウムイオン電池用ラミネート包装材の一例の断面図である。一般的なタブの一例の断面図である。本発明のシーラントの実施形態を示す断面図である。タブの一例の断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。本発明の樹脂フィルム（シーラント）は前述のように加熱時の形状安定性を維持するために高温での流動性が低く、かつ、金属とポリオレフィン樹脂双方に接着性を有する接着性樹脂を用いるのがよい。より絶縁性や形状安定性を向上させる場合には、接着性樹脂に対し融点が高い樹脂を耐熱層として接着層と積層した構成にするのがよい。図３は耐熱層と接着層とを積層した構成の本発明のシーラントの実施形態を示す断面図であり、接着層３１と耐熱層３２を積層している。

＜接着層＞
接着層３１は、リードとポリオレフィン樹脂双方との接着性に優れた樹脂が好ましい。例えば、ポリオレフィン樹脂に無水マレイン酸などをグラフト変性させた酸変性ポリオレフィン樹脂が好ましい。接着層３１の厚みは１層あたり１０〜２００μｍ程度が好ましく、金属端子と包装材との良好な密着性を得るためには２０〜１５０μｍがより好ましい。樹脂の融点は高いほど生産性を損なう恐れがあり、低い場合は信頼性を低下させる可能性があるため、一般的に包装材で用いられる接着層での融点を考慮すると１２０〜１５０℃程度が好ましい。また、加熱時の形状安定性を向上するためにＭＦＲが低い方が好ましい。具体的には、７ｇ/１０ｍｉｎ以下が好ましい。
なお本発明でいうＭＦＲは、ＡＳＴＭＤ１２３８、１９０℃、２．１６ｋｇにて測定した値である。

＜耐熱層＞
耐熱層３２は、包装材や、前記接着層３１との接着性を考慮すると、ポリオレフィン樹脂であることが好ましい。また、リードとシーラントとの熱接着時の形状の安定性を向上させるために、接着温度よりも高い融点が好ましく、具体的には１５０〜１６５℃程度の融点をもつ樹脂（ホモ、ブロック）が好ましい。また、加熱時の形状安定性を向上するためにＭＦＲが低い方が好ましいが、前述した理由により７ｇ/１０ｍｉｎ以下が好ましい。

上記で作成したシーラントとリードの接着には加熱による接着層の溶融と、加圧によるシーラントとリードとの密着を同時に行い熱接着する。十分な剥離強度を得るために、加熱温度は接着層の融点温度以上が必要となる。また、耐熱層がある場合には、加熱温度は、耐熱層の融点温度以下が好ましく、耐熱層がない場合にも、包装材の外層を構成する樹脂の融点温度以下であることが好ましい。具体的には、１４０℃〜１７０℃程度が適当である。加熱、加圧時間も剥離強度と生産性を考慮して決定する必要があり、１ｓ〜１０ｓ程度が好ましい。

図４は、タブの一例の断面図である。接着層４１および耐熱層４２が交互に積層されてなる本発明のシーラントにより、リード４３が被覆されている。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明は下記例に限定されるわけではない。

図３に示したような、耐熱層３２を接着層３１で挟んだ３層構成のフィルムを作成した。耐熱層３２はホモポリマーのポリプロピレンを用いた。融点は１６０℃であり、ＭＦＲは３ｇ/１０ｍｉｎである。接着層３１はポリプロピレンに無水マレイン酸をグラフト変性させた樹脂を使用した。融点は１４０℃であり、ＭＦＲは耐熱層３２と同様に３ｇ/１０ｍｉｎである。上記樹脂を用いた耐熱層３２の厚みを４０μｍとし、接着層３１の１層あたりの厚みを３０μｍとして、総厚１００μｍのシーラントを押し出し成型にて作成した。上記各シーラントを９ｍｍ×２０ｍｍに切出し、２枚のシーラントでリードをはさみ、加圧しながらフィルムとリードとを１９０℃、３秒で熱接着してタブを製作した。リードは軟質アルミニウムで、寸法は５ｍｍ×３０ｍｍ、厚みは１００μｍを用いた。

比較例１

実施例１と同様に、耐熱層を接着層で挟んだ３層構成のフィルムを作成した。耐熱層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。融点は２６４℃であり、厚みは２５μｍとした。接着層はポリプロピレンに無水マレイン酸をグラフト変性させた樹脂を使用した。融点は１４０℃とし、ＭＦＲは実施例１と同様に３ｇ/１０ｍｉｎである。上記ＰＥＴ樹脂に接着層をサンドラミネーションして接着層の１層あたりの厚みは３０μｍとし、総厚８５μｍのフィルムを作成した。また、作成したフィルムを用いて実施例１と同様にしてタブを作成した。

比較例２

耐熱層および接着層のＭＦＲが８ｇ/１０ｍｉｎであること以外は、実施例１と同様にシーラントとタブを作成した。

＜評価１：形状安定性の評価＞
上記で作成したタブのシーラント部の寸法変動を計測し、±３００μｍ以下を適合品とした。

＜評価２：剥離強度の評価＞
上記で作成したタブを包装材で挟持し、加熱、加圧して熱接着後に包装材を互いに１８０度方向に引張り、剥離強度を測定した。

＜評価結果＞
表１に評価結果を示す。形状安定性（寸法変動）に関しては実施例１と比較例１が適合品であったが、比較例２が非適合品となった。実施例１と比較例２との違いは樹脂のＭＦＲのみであるため、最適なＭＦＲの選択が重要であることが確認された。また、比較例１の形状安定性においては、融点が高い樹脂（ＰＥＴ）を耐熱層として使用したため、加熱時の変形を受けにくかったためと考えられる。剥離強度においては比較例１のみ低い結果であった。これは、耐熱層と接着層との樹脂の相溶性が低いためであると考えられることから、シーラントは、全層ポリオレフィン系の同種の樹脂を積層することが必要であることが確認された。以上より、実施例１の構成にて加熱時の形状安定性と剥離強度の確保の両立が可能であることから、本発明の有効性が確認された。

１１ポリオレフィン樹脂層、１２内層側接着剤層、１３化成処理層、１４アルミニウム箔層、１５外層側接着剤層、１６外層（ナイロン、ＰＥＴ等）、２１シーラント、２２化成処理層、２３リード、３１接着層、３２耐熱層、４１接着層、４２耐熱層、４３リード。

Claims

二次電池の正極または負極に接続された金属端子を被覆する単層または積層された二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムにおいて、
前記樹脂フィルムを構成する少なくとも１層の樹脂のメルトフローレートが７g/１０min以下であることを特徴とする二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム。
前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムの全層が、ポリオレフィン樹脂により構成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム。
前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムの最表層が、酸変性させたポリオレフィン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム。
前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムが、５℃以上の融点差を有する複数の樹脂を積層した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム。
前記二次電池用金属端子被覆樹脂フィルムが、ポリオレフィン系樹脂を少なくとも片側の最表層に有する二次電池用包装材と接してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池用金属端子被覆樹脂フィルム。