JP2014022080A - 電池用包装材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも基材層1、易接着層2、接着層3、金属層4、及びシーラント層5が順次積層された積層体からなる電池用包装材料において、前記基材層1と前記接着層3との間に、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びメラミン樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を架橋反応させた架橋樹脂により形成された易接着層2を設け、かつ前記接着層3を熱溶融型接着樹脂により形成する。
【選択図】図1
Description
項1. 少なくとも、基材層、易接着層、接着層、金属層、及びシーラント層が順次積層された積層体からなり、
前記易接着層が、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びメラミン樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を架橋反応させた架橋樹脂により形成されており、且つ
前記接着層が熱溶融型接着樹脂により形成されている、
ことを特徴とする、電池用包装材料。
項2. 前記易接着層が、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、及びフェノール樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂が、硬化剤により架橋されてなる架橋樹脂である、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記硬化剤が、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びイソシアネート樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種である、項2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記易接着層が、イソシアネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びメラミン樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂が自己架橋されてなる架橋樹脂である、項1に記載の電池用包装材料。
項5. 前記熱溶融型接着樹脂が、ポリウレタン樹脂、酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィン、共重合ポリアミド、共重合ポリエステル、及びフッ化エチレンプロピレン共重合体よりなる群から選択される少なくとも1種である、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記易接着層、接着層、及び金属層が、サーマルラミネーション又はサンドラミネーションにより積層されている、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記金属層がアルミニウムである、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 前記金属層の少なくとも一方の面に化成処理が施されている、項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
項9. 二次電池用の包装材料である、項1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料。
項10. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜9のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容さている、電池。
電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、基材層1、易接着層2、接着層3、金属層4、及びシーラント層5が順次積層された積層体からなる。本発明の電池用包装材料において、基材層1が最外層になり、シーラント層5は最内層になる。即ち、電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置するシーラント層5同士が熱溶着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は最外層を形成する層である。基材層1を形成する素材については、絶縁性を備えるものであることを限度として特に制限されるものではない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリフェニルサルフォン樹脂、ポリフェニルサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びこれらの混合物や共重合物等が挙げられる。
本発明の電池用包装材料において、易接着層2は、基材層1と接着層3の間に設けられる層であり、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びメラミン樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を架橋反応させた架橋樹脂により形成されている。
本発明の電池用包装材料において、接着層3は、易接着層2と金属層4との間に、設けられる樹脂層であり、熱溶融型接着樹脂により形成されている。このように、基材層1と金属層4との間に、特定の易接着層2と特定の接着層3を介在させることによって、本発明の電池用包装材料は、優れた耐久性を備え、且つデラミネーションやピンホールの発生を効果的に抑制させることが可能になっている。
本発明の電池用包装材料において、金属層4は、包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光等が侵入するのを防止するためのバリア層として機能する層である。金属層4を形成する金属としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス、チタン等の金属箔が挙げられる。これらの中でも、アルミニウムが好適に使用される。包装材料の製造時にしわやピンホールを防止するために、本発明において金属層4として、軟質アルミニウム、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS A8021P−O)又は(JIS A8079P−O)等を用いることが好ましい。
本発明の電池用包装材料において、接着層6は、金属層4とシーラント層5を強固に接着させために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
本発明の電池用包装材料において、シーラント層5は、最内層に該当し、電池の組み立て時にシーラント層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
本発明の電池用包装材料の製造方法については、所定の組成の各層を積層させた積層体が得られる限り、特に制限されないが、例えば、以下の方法が例示される。
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質等の電池素子を密封して収容するための包装材料として使用される。
基材層1として2軸延伸ポリアミド(ナイロン6、厚さ25μm)を用い、当該2軸延伸ポリアミドの一方面に対して、ポリエーテルポリオールからなるプレポリマーを脂肪族ポリイソシアネートで反応させて得られたポリウレタン樹脂100重量部と、硬化剤としてトリメチロールメラミン樹脂5重量部とを混合した樹脂組成物をグラビアコート法により塗布し、40℃で5日間エージング処理することにより、ポリウレタン樹脂を架橋させた易接着層2(厚さ0.05μm)を形成させ、基材層1/易接着層2からなる積層体を得た。また、金属層として両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ40μm)を用い、当該アルミニウム箔の一方面に対して、接着層3としてマレイン酸変性ポリプロピレン(熱溶融型接着樹脂)を厚さ10μmとなるように溶融押出しを行い、前記で調製した基材層1/易接着層2の積層体の易接着層2と、当該接着層3をサンドラミネート法により積層させ、基材層1/易接着層2/接着層3/化成処理された金属層4からなる積層体を得た。
ポリエステルポリオールからなるプレポリマーを芳香族ポリイソシアネートで反応させて得られたポリウレタン樹脂100重量部に対して硬化剤としてトルエンジイソシアネート2重量部とトリスメトキシメチルメラミン樹脂5重量部を混合した樹脂組成物を用いて、易接着層2の形成を行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(厚さ15μm)を使用したこと、ポリエーテルエステルポリオールからなるプレポリマーを脂肪族ポリイソシアネートで反応させて得られたポリウレタン樹脂100重量部に対して硬化剤としてヘキサメチレンジイソシアネート10重量部を混合した樹脂組成物を用いて、厚さ2.0μmの易接着層2の形成を行ったこと、並びにポリエステルポリアミド共重合体(熱溶融型接着樹脂)を用いて接着層3を形成したこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1としてポリブチレンテレフタレート(厚さ20μm)を使用したこと、アクリル酸エステル共重合体100重量部に対して硬化剤としてメチル化ベンゾグアナミン樹脂10重量部を混合した樹脂組成物を用いて、厚さ1μmの易接着層2の形成を行ったこと、並びにポリエステルポリオールからなるプレポリマーを芳香族ポリイソシアネートで反応させて得られた熱溶融型ポリウレタン樹脂(熱溶融型接着樹脂)を用いて接着層3を形成したこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1としてポリカーボネート(厚さ18μm)を使用したこと、エポキシ樹脂100重量部に対して硬化剤としてメチル化メラミン樹脂15重量部を混合した樹脂組成物を用いて、厚さ0.5μmの易接着層2の形成を行ったこと、並びにエチレン−メタクリル酸共重合体をナトリウム金属で変性させた金属変性ポリエチレン樹脂(熱溶融型接着樹脂)を用いて接着層3を形成したこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1としてポリエーテルイミド(厚さ15μ)を使用したこと、エポキシ樹脂100重量部に対して硬化剤としてジフェニルメタンジイソシアネート10重量部を混合した樹脂組成物を用いて厚さ5μmの易接着層2の形成を行ったこと、マレイン酸変性ポリエチレン(熱溶融型接着樹脂)を用いて厚さ5μの接着層3を形成したこと、並びに基材層1/易接着層2の積層体の易接着層2と金属層4との積層を、接着層3を介したサーマルラミネート法により行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として、2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(12μm)と2軸延伸ポリアミド(ナイロン6、15μm)をドライラミネーション法で積層させたものを使用したこと、マレイン酸変性環状ポリオレフィンコポリマーを用いて接着層3を形成したこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。なお、当該基材層1は、具体的には、2軸延伸ポリエチレンテレフタレート上にポリエステルポリオール(主剤)とトルエンジイソシアネート(硬化剤)の2液型ウレタン接着剤を用いて接着樹脂層を厚さ4μmとなるように形成し、ナイロン6側と加圧加熱貼合した後、60℃で24時間のエージング処理を実施することにより調製した。
基材層1として2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(厚さ15μm)を使用したこと、アミノ化フェノール樹脂100重量部に対して硬化剤としてトリメチロールメラミン樹脂8重量部を混合した樹脂組成物を用いて、厚さ0.1μmの易接着層2の形成を行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として2軸延伸ポリアミド(厚さ25μm)を使用したこと、ジフェニルメタンジイソシアナート樹脂(自己架橋させた樹脂)からなる厚さ0.05μmの易接着層2の形成を行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として2軸延伸ポリアミド(厚さ25μm)を使用したこと、メチル化ベンゾグアナミン樹脂(自己架橋させた樹脂)からなる厚さ0.05μmの易接着層2の形成を行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として2軸延伸ポリアミド(厚さ25μm)を使用したこと、トリメチロールメラミン樹脂(自己架橋させた樹脂)からなる厚さ0.05μmの易接着層2の形成を行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
易接着層2の形成を行わなかったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(厚さ15μm)を使用したこと、易接着層2の形成を行わなかったこと、ポリエステルポリオール(主剤)とトルエンジイソシアネート(硬化剤)の2液型ウレタン接着剤を用いて厚さ4μmの接着樹脂層3を形成したこと、並びに基材層1と金属層4との積層を接着層3を介したドライラミネート法により行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
基材層1として2軸延伸ポリアミド(厚さ25μm)を使用したこと、ポリエステルポリオール(主剤)とトルエンジイソシアネート(硬化剤)の2液型ウレタン接着剤を用いて厚さ4μmの接着樹脂層3を形成したこと、並びに基材層1と金属層4との積層を接着層3を介したドライラミネート法により行ったこと以外は、実施例1と同条件で電池用包装材料を製造した。
上記で得られた各電池用包装材料について、耐久性及び成形性の評価を行った。具体的な評価方法は、以下に示す通りである。
耐久性の評価は、各電池用包装材料を65℃、相対湿度95%の条件下で1000時間保管した後、基材層1側から接着層3が黄変しているか否かを目視により観察した。また、基材層1と金属層4とのラミネーション強度を保管前後に測定し、保管後のラミネーション強度の減少率(5)を算出した。ラミネーション強度は、引っ張り強度試験機(島津製作所AUTOGRAPH AG−I)を用い、測定幅15mm、剥離長さ15mm、180度剥離、引っ張り速度300mm/minの条件で測定した。
<応変の判定基準>
○:全く黄変が認められない。
△:僅かに黄変が認められる。
×:明らかな黄変が認められる。
成型性の評価は、各電池用包装材料を80mm×120mmに裁断した後、35mm×50mmの口径の成型金型(メス型)とこれに対応した成型金型(オス型)にて、0.1MPaで6.0mmの深さに冷間成型し、包装材料の基材層側の表面にピンホールが発生しているか否かを目視により観察した。また、成型後の各電池用包装材料をヒートシール(190℃、10秒、面圧2MPa)して65℃、相対湿度95%の条件下で1000時間保管した後、基材層とバリア層の間にデラミネーションが発生しているか否かを目視により観察した。本評価では、各電池用包装材料について10体ずつプレス成型し、ピンホールの発生率及びデラミネーションの発生率を算出した。なお、プレス成型前に包装材料の表面にシワが発生しているかについて確認後、プレス成型を行った。
得られた結果を表1に示す。この結果から、実施例1〜11の電池用包装材料は黄変が観察されず、且つ、ラミネーション強度の減少率も20%以下であり、比較例1〜3と比較して著しく低かった。また、実施例1〜11の電池用包装材料では、ピンホール及びデラミネーションの発生は確認されなかった。一方、比較例1の電池用包装材料は、基材層1と接着層3の界面で剥離し、著しくラミネーション強度が低下しており、成形時のピンホールも多数発生していた。また、比較例2及び3の電池用包装材料では、ラミネーション強度の減少率及びデラミネーションの発生率が高いことに加え、他の電池用包装材料と比較してシワの発生率が高かった。更に、比較例2及び3の電池用包装材料では、シワが起因となるピンホールが発生していた。
2 易接着層
3 接着層
4 金属層
5 シーラント層
Claims (10)
- 少なくとも、基材層、易接着層、接着層、金属層、及びシーラント層が順次積層された積層体からなり、
前記易接着層が、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びメラミン樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂を架橋反応させた架橋樹脂により形成されており、且つ
前記接着層が熱溶融型接着樹脂により形成されている、
ことを特徴とする、電池用包装材料。 - 前記易接着層が、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、及びフェノール樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂が、硬化剤により架橋されてなる架橋樹脂である、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記硬化剤が、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びイソシアネート樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項2に記載の電池用包装材料。
- 前記易接着層が、イソシアネート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、及びメラミン樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂が自己架橋されてなる架橋樹脂である、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記熱溶融型接着樹脂が、ポリウレタン樹脂、酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィン、共重合ポリアミド、共重合ポリエステル、及びフッ化エチレンプロピレン共重合体よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記易接着層、接着層、及び金属層が、サーマルラミネーション又はサンドラミネーションにより積層されている、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記金属層がアルミニウムである、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記金属層の少なくとも一方の面に化成処理が施されている、請求項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 二次電池用の包装材料である、請求項1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1〜9のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容さている、電池。
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