JP2012234816A - 爆発安全性を持つセルパウチ及びその製造方法 - Google Patents

爆発安全性を持つセルパウチ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】セルから発生した熱や圧力を外部に逃がして除去して、爆発危険性を抑えたセルパウチおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ガスバリア層及びシーラント層を含み、前記シーラント層が、封止樹脂、及び熱によって膨張して気孔を形成する熱膨張性マイクロカプセルを含むセルパウチ及びその製造方法が提供される。これによると、セルから発生した熱や圧力などがマイクロカプセルの熱膨張によって形成された気孔から外部に逃がされ、爆発危険性が抑えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、セルパウチ及びその製造方法に係り、より詳しくは熱や圧力などによる爆発危険がある場合、シーラント層に形成された気孔から熱や圧力などが外部に逃がされることで爆発危険に対して安全性を持つセルパウチ及びその製造方法に関する。
一般に、リチウムイオン２次電池などの電池（ｃｅｌｌ）は金属缶(Metal can)に内蔵されている。金属缶は、主にアルミニウム（Ａｌ）からなり、プレス加工にて円筒形や角形（直方体など）の形状を有する。
しかしながら、金属缶はその外壁が硬質であるため、セル自体の形状が金属缶の形状によって決められるという制約がある。このような制約を克服すべくフレキシブルなセルパウチが開発され使用されている。一般に、セルパウチは、ガスバリア性（ガス遮断性）及び耐電解液性などを考慮して多層構造で製造されている。
図１は、従来技術に係るセルパウチの断面構成（積層構造）を示す図である。
図１を参照すると、一般に、セルパウチＰは、ガスバリア層( gas barrier layer)1とシーラント層(sealant layer)２とを含む。また、ガスバリア層１上に形成された最外層として表面保護層３をさらに含むこともある。
前記ガスバリア層１は、ガスの出入りを遮断するためのものであって、主にアルミニウム薄膜(Al foil)からなる。前記シーラント層２は、最内層に位置して内容物、すなわちセルと接触する。また、前記表面保護層３は、耐磨耗性及び耐熱性などを考慮して主にナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂からなる。
セルパウチＰは、前記のような積層構造のフィルムが袋状に加工されてなり、陽極、陰極、及びセパレータ(separator)などのセル構成要素が電解液に含浸されてから内蔵される。このようにセル構成要素が内蔵された後、図１に示すようにセルパウチＰの入口においてシーラント層２同士が熱接着（熱封着）されて封止(sealing)される。このとき、シーラント層２は、セル構成要素と接触するため絶縁性と共に耐電解液性などを持たなければならず、また外部との密閉のために高い封止性を持たなければならない。すなわち、シーラント層（２）同士が熱接着された封止部位は、優れた熱接着強度（封止性）を持たなければならない。一般に、シーラント層２は、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂からなる。特に、ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性と耐電解液性などに優れており、セルパウチＰのシーラント層２に主に使用されている。
しかしながら、従来技術に係るセルパウチＰは、爆発危険性に関連して安全性がないという問題点がある。一般に、セルでは電気を生成／放出（充電/放電）する過程（酸化還元反応など）において熱や圧力が発生するが、このとき、セル内部の異常反応による過充電やショート(short)などの理由から高い熱や圧力を発生することがある。このような高い熱や圧力によりセルパウチＰが爆発する場合もあるが、従来のセルパウチＰでは、かかる爆発危険性を抑えられる技術的手段が講じられておらず、爆発危険性に露出しているという問題点がある。
また、従来技術に係るセルパウチＰでは、シーラント層２の熱接着強度（封止性）が良好ではなく、層間付着力が弱いという問題点がある。特に、ガスバリア層１は、Ａｌなどの金属からなるが、かかる金属のガスバリア層１とシーラント層２との層間付着力が弱いという問題点がある。
韓国特許出願公開第2009-0076280号公報
そこで、本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するためのものであって、セルから発生した熱や圧力などを外部に逃がして除去することで、熱や圧力などによる爆発危険性を抑えたセルパウチ及びその製造方法を提供することである。また、本発明は、シーラント層の熱接着強度（封止性）に優れており、層間付着力が向上したセルパウチ及びその製造方法を提供することである。
本発明は、ガスバリア層及びシーラント層を含み、前記シーラント層は、封止(sealing) 樹脂、及び熱によって膨張して気孔を形成する熱膨張性マイクロカプセル(microcapsule)を含むセルパウチに関する。
このとき、前記シーラント層は、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アクリル樹脂、及び変性アクリル樹脂からなる群より選択された１つ以上の樹脂をさらに含むことが好ましい。
また、本発明は、ガスバリア層上にシーラント層を形成するステップを含み、前記シーラント層を形成するステップは、シーラント組成物をガスバリア層上に押出して形成し、前記シーラント組成物は、封止樹脂、及び熱によって膨張して気孔を形成する熱膨張性マイクロカプセルを含むセルパウチの製造方法に関する。
本発明によると、セルから発生した熱や圧力などがマイクロカプセルの熱膨張によって形成された気孔から外部に逃されて除去されることで、爆発危険性が抑えられるという効果を示す。
また、本発明によると、シーラント層が優れた熱接着強度（封止性）を有し、ガスバリア層とシーラント層との層間付着力が改善されるという効果を示す。
図１は、従来技術に係るセルパウチの断面構成図である。 図２は、本発明の第１の実施態様に係るセルパウチの断面構成図である。 図３は、本発明の実施態様に使用される熱膨張性マイクロカプセルの切断斜視図である。 図４は、本発明の実施態様に使用される熱膨張性マイクロカプセルの熱膨張メカニズムを示す概路図である。 図５は、本発明の第２の実施態様に係るセルパウチの断面構成図である。 図６は、本発明の第３の実施態様に係るセルパウチの断面構成図である。 図７は、本発明の実施例において使用された熱膨張性マイクロカプセルの膨張前と膨張後の電子顕微鏡写真である。 図８は、本発明に実施例に従って製造されたセルパウチの各温度による膨張倍率（倍）を示すグラフと、各温度による断面写真と表面写真を示す図である。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳しく説明する。
先ず、図２を参照して説明すると、本発明の第１の実施態様に係るセルパウチは、ガスバリア層(gas barrier layer)１０及びシーラント層(sealant layer)２０を含む。前記シーラント層２０は、ガスバリア層１０のいずれか片面または両面に形成されていてよい。 このとき、前記シーラント層２０は、ガスバリア層１０と当接して形成されているか、または他の層を挟んで形成されていてよい。例えば、ガスバリア層１０とシーラント層２０との間には中間層４０（図６参照）がさらに形成されていてよい。
本発明に係るセルパウチは、ガスバリア層１０とシーラント層２０を含んで、少なくとも２層以上の多層構造を有する。また、本発明の実施態様に係るセルパウチは、ガスバリア層１０とシーラント層２０に加えて、他の層をさらに含んでいてよい。例えば、図２に例示したように、前記ガスバリア層１０上に形成された樹脂層３０をさらに含んでいてよい。
また、図６に例示したように、ガスバリア層１０とシーラント層２０との間に形成された中間層４０をさらに含んでいてよい。
図２は、本発明の第１の実施態様に従い、下からシーラント層２０、ガスバリア層１０及び樹脂層３０が順次形成された積層構造を示している。図２に示した積層構造は、例えば、小型電池などを内蔵する用途として使用できる。
前記ガスバリア層１０は、ガスバリア性を有するものであれば特に制限されない。具体的に、ガスバリア層１０は、外部の湿気や空気、さらには内部で発生したガスの出入りを遮断することができるものであればよい。ガスバリア層１０は、気体不透過性のプラスチックフィルム、金属薄膜及び蒸着層などから選択された一つ以上を含むものであればよい。このとき、前記金属薄膜は、例えば１μｍないし３００μｍの厚さを有する金属箔(metal foil)などを使用することができ、これは、シーラント層２０と接着剤を介して貼り合わされていてよい。また、前記蒸着層は、金属及び金属酸化物から選択された一つ以上が蒸着されて形成されたものであって、これは、シーラント層２０上に真空蒸着されて形成されるか、または別途のプラスチックフィルム、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などのフィルムに真空蒸着されて形成されていてよい。さらには、蒸着層は、例えば１ｎｍないし３００μｍの厚さを有していてよい。
本発明の実施態様における、前記ガスバリア層１０に適用される金属、具体的に前記金属薄膜や蒸着層を構成する金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、及び鉄（Ｆｅ）などからなる群より選択された一つ以上（単一金属または単一金属の混合）、またはこれらから選択された２以上の合金(alloy)などが挙げられるが、必ずしもこれらに制限されるものではない。金属は、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金から選択されるものであればよい。また、前記蒸着層に使用できる金属酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）などから選択されるものであればよい。
前記シーラント層２０は、セルが内蔵（包装）された後、熱によって接着（熱融着）されて封止性を与えるものであって、これは、本発明に従って封止樹脂(sealing resin)と熱膨張性マイクロカプセル(microcapsule)２５を含む。このとき、前記封止樹脂は、熱接着性（封止性）を与え、前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、セルから発生した熱や圧力などによる爆発危険性を抑える。
前記封止樹脂は、熱によって溶融、封止されて熱接着性（封止性）を与えることができ、絶縁性を持つ樹脂なら特に制限されない。封止樹脂は、好ましくは、低温で熱封着が可能な低融点樹脂から選択されるものであればよい。前記封止樹脂は、例えば３００℃以下、好ましくは、２７０℃以下、より具体的には１２０〜２７０℃で溶融されて熱封着できる樹脂を使用すればよい。封止樹脂としては、より具体的に例を挙げると、ポリプロピレン（ＰＰ）系やポリエチレン（ＰＥ）系などのポリオレフィン系及びこれらの誘導体、そしてエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などから選択された一つ以上を使用すればよい。また、封止樹脂としては、他の例を挙げると、ターポリマー（ｔｅｒ−ｐｏｌｙｍｅｒ）として、エチレン／プロピレン／ブタジエンの三元共重合体などのように融点が低く封止性に優れた樹脂を使用すればよい。
前記封止樹脂は、好ましくは、ポリプロピレン（ＰＰ）系を含むものであればよく、具体的に例を挙げると、ホモポリプロピレン（ｈｏｍｏ ＰＰ）、ポリプロピレン共重合体(PP co-polymer)、及びポリプロピレンターポリマー(PP ter-polymer)などから選択された一つ以上のポリプロピレン（ＰＰ）系を含むものであればよい。前記ポリプロピレン（ＰＰ）系は、封止性及び絶縁性に優れており、且つ、引張強度、剛性及び表面硬度などの機械的物性と、耐電解液性などの耐化学性に優れており、本発明に有用に使用できる。
前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、爆発危険性を抑えるためのものであって、これは、熱によって膨張されて気孔(pore)を形成させる。具体的に、前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、セルから必要以上の高い熱や圧力が発生した場合、熱によって体積が膨張して微細気孔を形成させる。このとき、前記微細気孔は、シーラント層２０に、より具体的にシーラント層２０同士に熱接着されてなる封止部位、すなわち、シーラント層２０間の接着界面に形成され、このような微細気孔によって爆発の原因になる熱や圧力、そしてガスなどが吸収されたり、特にシーラント層２０間の接着界面に形成された微細気孔から熱や圧力、そしてガスなどが外部に逃がされて爆発の危険性が抑えられる。
図３は、本発明において使用される熱膨張性マイクロカプセル２５の一例を示す切断斜視図であり、図４は、本発明において使用される熱膨張性マイクロカプセル２５の熱膨張メカニズム(heat expansion mechanism)を示す概路図である。
前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、セルから発生した熱によって体積が膨張して気孔を形成できるものであれば特に制限されない。前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、その断面が円形または楕円形などの形状を有していてよいが、これに限定されるものではない。図３及び図４では、その断面が円形である熱膨張性マイクロカプセル２５を例示している。
図３及び図４を参照すると、前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、内部に熱膨張性物質が捕集されたカプセル形態であって、これは、具体的に外部膜としてのシェル(shell)２５ａと、前記シェル２５ａ内部に形成されたコア(core)２５ｂを含み、前記コア２５ｂには、熱膨張性物質が捕集（充填）されている。このとき、前記熱膨張性物質は、熱によって膨張してシェル２５ａに圧力をかけるものであればよく、好ましくは、炭化水素などから選択されるものであればよい。前記炭化水素は、液状及び／または気状を含み、好ましくは、液化炭化水素から選択されるものであればよい。さらに、前記シェル２５ａは、熱可塑性高分子として、例えばアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリエチレン、及びポリプロピレンなどから選択された一つ以上からなるものであればよい。前記シェル２５ａは、封止樹脂と融点が異なるものを使用すればよく、好ましくは、封止樹脂よりも融点が大きいものから選択されるものであればよい。
また、前記シェル２５ａは、０．０１〜５０μｍの厚さＴ25aを有することがよい。このとき、シェル２５ａの厚さＴ25aが０．０１μｍ未満であれば、封止の際にシェル２５ａが破断するおそれがあり、５０μｍを超過すると熱膨張性が弱くなるため気孔生成率が微々たるものになることがある。このような点を考慮して、シェル２５ａは、０．２〜１０μｍの厚さＴ25aを有するのが好ましく、より好ましくは、１〜５μｍの厚さＴ25aを有するのがよい。
さらに、前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、例えば０．１〜２００μｍの大きさ（外径）を有していてよい。このとき、熱膨張性マイクロカプセル２５の大きさＴ25が０．１μｍ未満と小さすぎると、すなわち外径が小さすぎると、熱膨張によって形成される気孔の大きさが小さくなり、熱や圧力の吸収、除去効率が微々たるものになることがあり、２００μｍを超過して大きさＴ25が大きすぎると、シーラント層２０の封止性（熱接着強度）を落とすことがある。このような点を考慮するとき、熱膨張性マイクロカプセル２５の大きさＴ25、すなわち外径は、０．５〜１００μｍであるのが好ましく、２〜５０μｍであるのがより好ましい。
例示的な実施態様において、前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、２次電池の爆発安定性を考慮するとき、常温(25℃)での粒径を基準にして、１３０〜１８０℃での粒径が１〜５倍であり、１４０〜１８０℃での粒径が２〜５倍であるのが好ましい。
また、図４に例示したように、前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、熱によって最大に膨張した後、さらに熱を受けると、シェル２５ａの破断などの理由から体積が縮小(shrinking)するものを使用することができる。前記熱膨張性マイクロカプセル２５は、商業用に販売されているものを使用すればよく、例えば、日本の松本油脂製薬株式会社製のＦ−シリーズ製品（Ｆ−３６、Ｆ−４８、Ｆ−５０及びＦ−８５など）や、韓国の東進セミケム株式会社製のＭ−シリーズ製品（ＭＳ１３１、ＭＳ１６１など）などを使用すればよい。
本発明の実施態様において、前記シーラント層２０は、上述したような封止樹脂と熱膨張性マイクロカプセル２５を含み、封止樹脂１００重量部に対して熱膨張性マイクロカプセル２５を１〜４０重量部含むのが好ましく。前記熱膨張性マイクロカプセル２５の含量が１重量部未満であると、気孔生成率が小さいため熱や圧力の吸収、除去効率が微々たるものになることがある。また、熱膨張性マイクロカプセル２５の含量が４０重量部を超過して過量になると、相対的に封止樹脂の含量が小さくなることで熱接着強度（封止性）が低くなり、粘度の増加によりシーラント層２０の加工性（コーティング性、押出成形性など）が劣化することがある。シーラント層２０は、好ましくは、封止樹脂１００重量部に対して熱膨張性マイクロカプセル２５を５〜２０重量部含むのがよい。
なお、前記シーラント層２０は、封止樹脂及び熱膨張性マイクロカプセル２５に加えて、他の機能性成分をさらに含んでいてよい。シーラント層２０は、例えば熱接着強度（封止性）を増加させることができる成分；耐化学性（耐電解液性など）を増加させることができる成分；及びガスバリア層１０との層間付着力を増加させることができる成分などから選択された一つ以上をさらに含んでいてよい。
前記シーラント層２０は、好ましくは、変性ポリエチレン（変性ＰＥ）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、アクリル樹脂（アクリレートなど）、変性アクリル樹脂（変性アクリレートなど）、エポキシ系樹脂及びフェノール系樹脂などからなる群より選択された一つ以上の接着性樹脂をさらに含んでいてよい。前記挙げられた接着性樹脂は、シーラント層２０に含まれて熱接着強度（封止性）、耐化学性（耐電解液性など）、及び／またはガスバリア層１０との層間付着力を増加させる。例えば、前記アクリル樹脂（または変性アクリル樹脂）の場合は、熱接着強度と層間付着力を増加させ、前記変性ＰＥや変性ＰＰの場合は、層間付着力や耐化学性を増加させることができる。また、前記挙げられた接着性樹脂は、封止樹脂（特に、ポリプロピレン系などのポリオレフィン系）との互換性がよい。このとき、前記挙げられた接着性樹脂における変性樹脂は、基材樹脂（ＰＥ、ＰＰまたはアクリル樹脂）に不飽和カルボン酸（及び／またはその誘導体）やビニル単量体などが重合（例えば、グラフト重合）されて変性されたものであって、好ましくは、封止樹脂よりも融点が低いものから選択されていてよい。さらに、シーラント層２０は、封止樹脂１００重量部に対して前記挙げられた接着性樹脂を、例えば０．１〜４０重量部含んでいてよい。
また、前記挙げられた接着性樹脂は、本発明の実施態様に係るセルパウチに別途の層にて含まれていてよい。例えば、前記挙げられた接着性樹脂は、ガスバリア層１０とシーラント層２０との間に別途の層にて形成され、ガスバリア層１０とシーラント層２０との層間付着力の改善を図ったり、シーラント層２０の表面（図２中下面）に形成されて熱接着強度（封止性）と耐化学性の改善を図ったりすることができる。
なお、前述したように、前記ガスバリア層１０上には樹脂層３０がさらに形成されていてよいが、このとき、前記樹脂層３０は、ガスバリア層１０を保護することができるものであればよく、例えば、耐熱性、耐寒性、耐ピンホール性、絶縁性、及び／または耐溶剤性などの特性を持つ樹脂を含んでいてよい。前記樹脂層３０は、具体的にナイロン樹脂(Nylon resin)、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びポリオレフィン（ＰＥ、ＰＥなど）などから選択された一つ以上の樹脂を含んでいてよい。樹脂層３０は、前記挙げられたような樹脂を含む組成物が前記ガスバリア層１０上にコーティング（または押出）されて形成されるか、前記挙げられたような樹脂を含むフィルムがガスバリア層１０上に１層または２層以上貼り合わせ（接着）されて形成されていてよい。
前記樹脂層３０は、好ましくは、ナイロン樹脂及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から選択された一つ以上を含んでいてよい。例えば、前記樹脂層３０は、ナイロン樹脂層、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層またはこれらの複合層で構成されていてよい。このとき、前記樹脂層３０は、ガスバリア層１０上にコーティングまたは共押出にて形成されていてよい。また、前記樹脂層３０とガスバリア層１０との間には、これらの層間付着力のための別途の接着剤層が形成されていてよい。
図５は、本発明の第２の実施態様に係るセルパウチの断面構成を示す図である。図５を参照すると、本発明の実施態様に係るセルパウチは、シーラント層２０、前記シーラント層２０上に形成されたガスバリア層１０、及び前記ガスバリア層１０上に形成された樹脂層３０を含み、前記樹脂層３０は、２層以上の多層構造を有していてよい。
例えば、前記樹脂層３０は、図５に示すようにガスバリア層１０上に形成された第１の樹脂層３１、及び前記第１の樹脂層３１上に形成された最外層としての第２の樹脂層３２を含んでいてよい。このとき、好適な実施態様に従い、前記第１の樹脂層３１は、ナイロン樹脂を含み、前記第２の樹脂層３２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリオレフィン（ＰＥ、ＰＥなど）から選択された一つ以上の樹脂を含んでいてよい。より具体的に、前記第１の樹脂層３１は、ナイロン樹脂層から構成され、前記第２の樹脂層３２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層から構成されていてよい。図５に示す積層構造は、例えば中型電池や大型電池などを内蔵する用途として使用できる。
図６は、本発明の第３の実施態様に係るセルパウチの断面構成を示す図である。図６に示すように、本発明の実施態様に係るセルパウチは、前記ガスバリア層１０とシーラント層２０との間に形成された中間層４０をさらに含んでいてよい。具体的な例として、図６に示すようにシーラント層２０、前記シーラント層２０上に形成された中間層４０、前記中間層４０上に形成されたガスバリア層１０、及び前記ガスバリア層１０上に形成された樹脂層３０を含む積層構造を有していてよい。また、他の実施態様に従い、前記中間層４０は、ガスバリア層１０と樹脂層３０との間に形成されていてよい。
前記中間層４０は、例えば絶縁性、耐熱性、耐寒性、及び／または耐化学性（耐電解液性など）などの特性を持つ樹脂を含んでいてよい。好ましくは、前記中間層４０は、ガスバリア層１０とシーラント層２０との層間付着力が高められる樹脂を含んでいてよい。前記中間層４０は、具体的な例として、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、変性アクリル樹脂、及びエポキシ系樹脂などから選択された一つ以上を含んでいてよい。前記ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられ、前記変性ポリオレフィン樹脂は、変性ポリエチレン（変性ＰＥ）及び変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）などであって、前述したとおりである。このとき、前記挙げられた樹脂のうちナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリオレフィン（ＰＥ、ＰＰなど）などは、絶縁性、耐熱性、耐寒性、及び／または耐化学性などに有利であり、前記変性ポリオレフィン（変性ＰＥや変性ＰＰなど）、アクリル樹脂、変性アクリル樹脂、及びエポキシ系樹脂などは、耐化学性、特にガスバリア層１０とシーラント層２０との層間付着力を高める上で有用に使用できる。
一方、本発明の実施態様に係るセルパウチは、上述したような多層構造を有し、各層は、特に限定するものではないが、共押出(co-extrusion)にて製造すればよい。具体的に、前記シーラント層２０は、ガスバリア層１０上に共押出して形成すればよい。このとき、前記シーラント層２０は、ガスバリア層１０との層間付着力に優れているように、封止樹脂及び熱膨張性マイクロカプセル２５に加えて、前記挙げられたような接着性樹脂（変性ＰＥ、変性ＰＰ、アクリル樹脂、変性アクリル樹脂、エポキシ系樹脂及びフェノール系樹脂など）をさらに含むシーラント組成物が共押出されて形成されたものであってよい。さらに、前記樹脂層３０及び中間層４０の場合にも、ガスバリア層１０上に共押出されて形成されていてよい。
また、前記シーラント層２０、樹脂層３０、及び中間層４０のうち選択された一つ以上は、これらを構成する基材樹脂に加えて、添加剤をさらに含んでいてよい。前記添加剤は、防曇剤、スリップ剤、及びアンチブロッキング剤などから選択された一つ以上が挙げられる。添加剤は特に制限されず、上述した添加剤の他、当業界において通常に使用されているものや、その他の機能性成分から選択されていてよい。このような添加剤は、各層２０、３０、４０を構成する基材樹脂１００重量部に対して、例えば０．０１〜２０重量部、より具体的には、０．０５〜１０重量部含まれていてよい。
前記防曇剤は、各層２０、３０、４０の表面に空気中の水分が凝縮して垂れ落ちることを防止するものであり、これは、例えば界面活性剤などから選択されていてよい。防曇剤は、具体的な例として、モノオレイン酸ソルビタン、モノラウリン酸ソルビタン、モノベヘン酸ソルビタン、モノステアリン酸ソルビタンなどのソルビタン脂肪酸エステル；モノオレイン酸グリセリン、モノステアリン酸グリセリンなどのグリセリン脂肪酸エステル；ラウリルジエタノールアミンなどの脂肪族アミン；オレイン酸アミドなどの脂肪酸アミドなどが挙げられる。このような防曇剤は、特に限定するものではないが、各層２０、３０、４０を構成する基材樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部、より具体的には、０．１〜５重量部で含まれていてよい。
前記スリップ剤は、押出の際にスリップ性（または、離型性）を与え得るものであって、これは、例えばシリコン、シロキサン、シラン、ワックス系及びオレイン酸アミドなどから選択された一つ以上を使用していてよい。スリップ剤は、前記挙げられたものなどの他、各層２０、３０、４０の表面に潤滑性を与え且つ摩擦系数を減らし得るものであれば、特に制限されずに使用可能であり、特に限定するものではないが、各層２０、３０、４０を構成する基材樹脂１００重量部に対して０．０５〜１５重量部、より具体的には、０．１〜１０重量部含まれていてよい。
前記アンチブロッキング剤は、押出後の巻き取りの際に、セルパウチフィルム間の付着を防止することができるものであって、これは、例えばシリカ、珪藻土、カオリン、及びタルクなどのような無機物粒子などから選択された一つ以上を使用していてよい。アンチブロッキング剤は、シーラント層２０や樹脂層３０にはできる限り含まれていてよく、特に限定するものではないが、各層２０、３０、４０を構成する基材樹脂１００重量部に対して０．０５〜１５重量部、より具体的には、０．１〜１０重量部含まれていてよい。
また、前記各層１０、２０、３０、４０の厚さにおいて、前記ガスバリア層１０の場合は、例えば０．１μｍないし３００μｍの厚さを有していてよく、前記シーラント層２０の場合は、例えば０．１μｍないし５００μｍの厚さを有していてよい。シーラント層２０は、好ましくは、良好な熱接着強度（封止性）のために３．０μｍ以上、具体的には３．０μｍないし５００μｍ、より好ましくは、３．０μｍないし３００μｍの厚さを有していてよい。さらに、前記樹脂層３０と中間層４０は、特に限定するものではないが、例えば０．１μｍないし３００μｍ、好ましくは、０．５μｍないし２００μｍの厚さを有していてよい。
一方、本発明の実施態様に係るセルパウチの製造方法は、ガスバリア層１０上にシーラント層２０を形成するステップを含み、前記シーラント層２０を形成するステップは、シーラント組成物をガスバリア層１０上に押出、形成する方法で行なわれる。このとき、前記シーラント組成物は、上述したような封止樹脂及び熱膨張性マイクロカプセル２５を含む。好ましくは、前記シーラント組成物は、封止樹脂１００重量部に対して熱膨張性マイクロカプセル２５を１〜４０重量部を含んでいてよい。
さらに、前記シーラント組成物は、上述したような接着性樹脂、すなわち変性ポリエチレン（変性ＰＥ）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、アクリル樹脂（アクリレートなど）、変性アクリル樹脂（変性アクリレートなど）、エポキシ系樹脂、及びフェノール系樹脂などからなる群より選択された一つ以上の接着性樹脂をさらに含んでいてよい。このとき、シーラント組成物は、封止樹脂１００重量部に対して前記挙げられた接着性樹脂を例えば、０．１〜４０重量部含んでいてよい。
また、前記シーラント組成物は、ガスバリア層１０上に共押出されるものであって、例えば３５０℃以下の温度で共押出されていてよい。具体的な例としては、１５０〜３５０℃、より具体的には、２００〜３００℃の温度で共押出されていてよい。
以下、実施例にて本発明の実施態様をより詳細に説明する。
ガスバリア層（アルミニウム薄）上にシーラント樹脂（プロピレン樹脂）１００重量部及びマイクロカプセル１０重量部からなるシーラント層を塗布してセルパウチを製造した。マイクロカプセルの大きさは２０〜３０μｍであり、マイクロカプセルのコアの熱膨張性物質は炭化水素であり、シェルの材質はアクリロニトリル共重合体である。シェルは２〜５μｍの厚さを有する。
添付の図７は、本発明の実施例において使用されたマイクロカプセル２５の膨張前と膨張後(170℃)の電子顕微鏡写真である。また、添付の図８は、本発明の実施例に従って製造されたセルパウチの温度による膨張倍率（倍）を示すものである。すなわち、図８は、各温度によるマイクロカプセルの膨張倍率（倍）をグラフで示したものである。また、図８には、本発明の実施例に従って製造されたセルパウチの拡大写真として、各温度による断面写真と表面写真が一緒に示されている。図８のグラフに示すように、温度が増加するにつれて膨張倍率が増加していき、最大に膨張した後、シェルの破断により縮まる(shrinking)ことが分かる。特に、図８の断面写真から分かるように、マイクロカプセルの膨張によってマイクロカプセルの周りに微細気孔が形成されていることが分かる。
上述した本発明の実施態様に係るセルパウチは、電池(cell)、例えば充・放電が可能な２次電池としてのリチウムイオン電池、ニッケル−水素電池、及び電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの２次電池を内蔵するのに使用される。
また、上述したように、本発明の実施態様に係るセルパウチは、内部から発生した熱や圧力などを吸収し、除去して爆発危険性を抑える。具体的に、セルから必要以上の高い熱や圧力が発生した場合、シーラント層２０に含まれた熱膨張性マイクロカプセル２５が熱によって膨張して微細気孔を形成する。具体的に、シーラント層２０同士が熱接着された封止部位、すなわちシーラント層２０間の接着界面に微細気孔を形成する。このとき、微細気孔は、図８に示すように熱膨張されたマイクロカプセル２５の周り、すなわちマイクロカプセル２５同士の間に分布する。そして爆発の原因になる熱や圧力、さらにはガスなどが前記微細気孔の内部に吸収され、特に前記微細気孔から外部に逃がされて除去される。その結果、熱や圧力などによる爆発の危険性を抑える。
また、シーラント層２０に上述したような接着性樹脂、すなわち変性ＰＥ、変性ＰＰ、アクリル樹脂、及び変性アクリル樹脂などがさらに含まれている場合、熱接着強度（封止性）は勿論、ガスバリア層１０との層間付着力などが向上する。
１０ ガスバリア層
２０ シーラント層
３０ 樹脂層
３１ 第１の樹脂層
３２ 第２の樹脂層
４０ 中間層

Claims (16)

  1. ガスバリア層及びシーラント層を含み、
    前記シーラント層は、封止樹脂、及び熱によって膨張して気孔を形成する熱膨張性マイクロカプセルを含むことを特徴とするセルパウチ。
  2. 前記熱膨張性マイクロカプセルが、０．１〜２００μｍの大きさを有することを特徴とする請求項１に記載のセルパウチ。
  3. 前記シーラント層が、封止樹脂１００重量部に対して熱膨張性マイクロカプセル１〜４０重量部を含むことを特徴とする請求項１に記載のセルパウチ。
  4. 前記封止樹脂がポリプロピレン系を含むことを特徴とする請求項１に記載のセルパウチ。
  5. 前記シーラント層が、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アクリル樹脂及び変性アクリル樹脂、エポキシ系樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選択された一つ以上の樹脂をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセルパウチ。
  6. 前記セルパウチが、シーラント層、前記シーラント層上に形成されたガスバリア層、及び前記ガスバリア層上に形成された樹脂層を含むことを特徴とする請求項１に記載のセルパウチ。
  7. 前記樹脂層が、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、及びポリオレフィンから選択された一つ以上の樹脂を含むことを特徴とする請求項６に記載のセルパウチ。
  8. 前記樹脂層が、ガスバリア層上に形成された第１の樹脂層、及び前記第１の樹脂層上に形成された第２の樹脂層を含むことを特徴とする請求項６に記載のセルパウチ。
  9. 前記第１の樹脂層はナイロン樹脂を含み、前記第２の樹脂層はポリエチレンテレフタレート及びポリオレフィンから選択された一つ以上の樹脂を含むことを特徴とする請求項８に記載のセルパウチ。
  10. 前記セルパウチが、ガスバリア層とシーラント層との間に形成された中間層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセルパウチ。
  11. 前記セルパウチが、ガスバリア層と樹脂層との間に形成された中間層をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のセルパウチ。
  12. 前記中間層が、ポリオレフィン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、変性アクリル樹脂、及びエポキシ系樹脂から選択された一つ以上の樹脂を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載のセルパウチ。
  13. 前記熱膨張性マイクロカプセルは、常温での粒径を基準にして、１４０〜１８０℃での粒径が２〜５倍であることを特徴とする請求項１に記載のセルパウチ。
  14. ガスバリア層上にシーラント層を形成するステップを含み、
    前記シーラント層を形成するステップでは、シーラント組成物をガスバリア層上に押出して形成し、
    前記シーラント組成物が、封止樹脂、及び熱によって膨張して気孔を形成する熱膨張性マイクロカプセルを含むことを特徴とするセルパウチの製造方法。
  15. 前記シーラント組成物が、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アクリル樹脂、変性アクリル樹脂、エポキシ系樹脂、及びフェノール系樹脂からなる群より選択された一つ以上の樹脂をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のセルパウチの製造方法。
  16. 前記シーラント組成物が、封止樹脂１００重量部に対して熱膨張性マイクロカプセル１〜４０重量部を含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載のセルパウチの製造方法。
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