JP2014063587A - リチウムイオン電池用外装材及びそれを用いたリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
熱封緘時の電解液の侵入による接着強度の低下や、接着樹脂層の発泡や、金属箔層の露出による絶縁性の低下を防止できるリチウムイオン電池用外装材及びこれを用いたリチウムイオン電池を提供することを目的とする。
【解決手段】
少なくとも、基材層、金属箔層、腐食防止処理層、接着樹脂層、熱融着層を順次積層してなるリチウムイオン電池用外装材であって、
前記熱融着層のメルトフロレートが前記接着樹脂層のメルトフロレートより小さいことを特徴とするリチウムイオン電池用外装材である。
【選択図】図2
Description
前記熱融着層のメルトフロレートが前記接着樹脂層のメルトフロレートより小さいことを特徴とするリチウムイオン電池用外装材である。
ることができ、金属箔層の露出により生じる金属箔同士の短絡や、電極端子との短絡のない優れた絶縁性を有するリチウムイオン電池用外装材を提供することができる。
本発明に係る基材層10は、加工や流通の際に起こり得るピンホール対策に加え、金属箔層20の破断防止の目的で設ける層である。また、金属層20と他の金属との接触を防ぐための絶縁性、およびヒートシール時の耐熱性も求められる。このような樹脂層としては、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられ、成形性を向上させるという点で、延伸フィルムがより好ましい。また、基材層10の厚さは、耐ピンホール性、加工性を考慮して6〜40μmが好ましく、10〜30μmがより好ましい。
接着剤層15は、基材層10と金属箔層20を接着する層であり、これらの密着性に加えて、冷間成型時の金属箔層20の破断抑制するための追従性も求められる。接着剤層15を構成する接着剤としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオールなどの主剤に、硬化剤として2官能以上の芳香族系または脂肪族系イソシアネートを作用させる2液硬化型のウレタン系接着剤が好ましい。また、ウレタン系接着剤による接着層12の厚さは、接着強度、追随性、加工性などの点から、1〜10μmが好ましく、3〜7μmがより好ましい。また、主剤の水酸基に対する硬化剤のイソシアネート基のモル比(NCO/OH)は追従性および耐劣化性の点から1〜10が好ましく、2〜5がより好ましい。
金属箔層15としては、アルミニウム、ステンレス鋼等の各種金属箔を使用することができ、防湿性、延展性等の加工性、コストの面から、アルミニウム箔が好ましい。アルミニウム箔としては、一般の軟質アルミニウム箔を用いることができ、脱脂処理を施したアルミニウム箔を用いるのが好ましい。また、耐ピンホール性、および成型時の延展性を付与できる点から、鉄を含むアルミニウム箔を用いた層が好ましい。また、金属箔層15の厚さは、バリア性、耐ピンホール性、加工性の点から、9〜200μmが好ましく、15〜100μmがより好ましい。
腐食防止処理層25は、金属箔層20と接着樹脂層30の密着力を向上させるとともに、電解液や電解液と水分との反応により発生するフッ酸による金属箔層20の腐食を抑制する役割を果たす。腐食防止処理層25は、塗布型、又は浸漬型の耐酸性の腐食防止処理剤により形成された塗膜であることが好ましく、腐食防止処理層25が前記塗膜であれば、金属箔層20の酸に対する腐食の防止効果が向上する。さらに、金属箔層20上にアンカーが形成されることで金属箔層20と接着樹脂層25の密着力がより強固になり、電解液などの内容物に対する耐性が向上する。
接着樹脂層30は、熱融着層35と、腐食防止処理層25が形成された金属箔層20とを接着する層である。接着樹脂層30を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリオレフィン系樹脂、エラストマー樹脂、ポリオレフィン系樹脂に無水マレイン酸等の酸をグラフト変性させた酸変性エラストマー樹脂等が挙げられる。なかでも金属箔層20との優れた接着性から酸変性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。
ィン系樹脂は耐電解液性に優れており、フッ酸発生時でも接着樹脂の劣化による密着力低下を抑制しやすい。
熱融着層35は、外装材1の最内層であり、電池組み立て時にヒートシールされる層である。熱融着層35を構成する樹脂としては耐衝撃性および熱封緘性に優れることから熱可塑性樹脂が好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂が好ましく、例えば、ポリプロピレンとしてはホモ、ブロック、またはランダムポリプロピレンが挙げられる。
以下、本発明に係る外装材1の製造方法について説明する。ただし、外装材1の製造方法は以下に記載する方法に限定されるものではない。
(1)金属箔層20の一方の面に腐食防止処理層25を形成する工程。
(2)上記金属箔層20の他方の面に接着剤層15を介して基材層10を貼り合わせる工程。
(3)上記金属箔層20の一方の面の腐食防止処理層25に、接着樹脂層30を介して熱融着層35を貼りあわせる工程。
金属箔層20の一方の面に、腐食防止処理剤を塗布した後、乾燥して腐食防止処理層25を形成する。前記腐食防止処理剤としては、例えば、前記したセリアゾール処理用の腐食防止処理剤、クロメート処理用の腐食防止処理剤などが挙げられる。腐食防止処理剤の塗布方法は特に限定されず、グラビアコート、リバースコート、ロールコート、バーコートなど、各種方法を採用できる。
金属箔層20の他方の面に、接着剤層15介して、ドライラミネーション等の手法で基材層10を貼り合わせる。その後、密着性を向上させる目的で、室温〜100℃の範囲でエージング処理を行ってもよい。
基材層10、接着剤層15、金属箔層20、腐食防止処理層25が順次積層された積層体の腐食防止処理層25側に、押出ラミネート法によって、接着樹脂層30を形成する接着樹脂を介して熱融着層35を貼り合わせる。熱融着層35積層は、サンドイッチラミネーションまたは、接着樹脂層30と熱融着層35を形成する樹脂をそれぞれ押出して貼り合せる、または共押出することで多層フィルムを作製し、該積層フィルムを前記積層体の腐食防止処理層25上に熱ラミネートにより積層させてもよい。その後、密着性を向上させる目的で、室温〜100℃の範囲でエージング処理や熱ラミネートを行ってもよい。
[基材層] 基材フィルムA−1:
ポリエステルフィルム(12μm)/ポリウレタン系接着剤(3μm)/
ナイロン6フィルム(25μm)
[接着剤層] 接着剤B−1:ポリウレタン系接着剤(3μm)
[金属箔層] 金属箔C−1:軟質アルミニウム箔8079材(40μm)
[腐食防止処理層] 処理剤D−1:酸化セリウム、リン酸、アクリル系樹脂を主体と
した塗布型セリアゾール処理用の処理剤。
[接着樹脂層] 接着樹脂E−1:無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂
[熱融着層] 熱融着樹脂F−1:ポリプロピレン樹脂
金属箔C−1の両面に処理剤D−1を塗布、乾燥して、金属箔層20の両面に腐食防止処理層25を形成した。次に、一方の腐食防止処理層25にドライラミネート法により、接着剤B−1を用いて基材フィルムA−1を貼り合わせ、接着剤層15を介して基材層10を積層した。その後、60℃、6日間のエージングを行った。次に、他方の腐食防止処理層25側に押出装置にて、メルトフロレート(MFR)が10g/10分の接着樹脂E−1を膜厚20μmで押出した後、MFRが7g/10分の熱融着樹脂F−1を重ねて膜厚60μmで押出した。その後、160℃、4kg/cm2、2m/分の条件下で熱圧着処理して外装材を作製した。
上記外装材を80mm×200mmをカットし、2つ折りにした。次に、5mm幅のシールバーを用いて、200mm辺を温度190℃、面圧0.5MPa、時間3secで熱封緘した。その後、40mm辺にタブシーラントとNi製のタブを挟み、接着樹脂層と熱融着層の膜厚が元の膜厚の80%になるようにギャップを挟んだ状態で、10mm幅のシールバーを用いて温度190℃、面圧1.0MPa、時間3secの条件で熱封緘した。
接着樹脂E−1のMFRが13g/10分、膜厚20μm、熱融着樹脂F−1のMFRが10g/10分、膜厚60μmである以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが10g/10分、膜厚20μm、熱融着樹脂F−1のMFRが7g/10分、膜厚20μmである以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが10g/10分、膜厚20μm、熱融着樹脂F−1のMFRが7g/10分、膜厚40μmである以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが10g/10分、膜厚20μm、熱融着樹脂F−1のMFRが7g/10分、膜厚60μmである以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが10g/10分、膜厚40μm、熱融着樹脂F−1のMFRが7g/10分、膜厚40μmである以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが5g/10分である以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが7g/10分、熱融着樹脂F−1のMFRが10g/10分、である以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
熱融着樹脂F−1のMFRが15g/10分、である以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが20g/10分、熱融着樹脂F−1のMFRが15g/10分、である以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
接着樹脂E−1のMFRが10g/10分、膜厚40μm、熱融着樹脂F−1のMFRが7g/10分、膜厚20μmである以外は、実施例1と同様にしてパウチを作製した。
実施例および比較例で作製したパウチについて、以下の方法で電気絶縁性を評価した。パウチの接着樹脂層30および熱融着層35にピンホール等が生じることにより金属箔層との絶縁性が低下したことを検知するために、基材層10を削り、金属箔20を露出させた。その後、タブと露出させた金属箔20にテスターを接続し、熱融着層30と金属箔層間35の電気抵抗値の測定を行った。その際、電圧25Vを5秒間かけ抵抗を測定し、99.9GΩ以上である場合を良品とし、99.9GΩ未満を不良品とした。各サンプル50個に対して実施し、良品数をカウントした。評価結果を以下の表1に示す。
実施例1〜6で得られた本発明品は、電気絶縁性評価において、良品数が実施例4の40/50以外はいずれも50/50の100%と実用レベルの良好な結果が得られた。一方、比較例1〜5で得られた比較例品は同評価の良品数が20/50以下と50%となり、いずれも実用レベルには達しなかった。
10 ・・・ 基材層
15 ・・・ 接着剤層
20 ・・・ 金属箔層
25 ・・・ 腐食防止処理層
30 ・・・ 接着樹脂層
35 ・・・ 熱融着層
50 ・・・ 電極体
55 ・・・ 負極端子・正極端子
60 ・・・ タブシーラント
65 ・・・ 熱封緘部(ヒートシール部)
70 ・・・脱気と同時に熱封緘したヒートシール部
Claims (4)
- 少なくとも、基材層、金属箔層、腐食防止処理層、接着樹脂層、熱融着層を順次積層してなるリチウムイオン電池用外装材であって、
前記熱融着層のメルトフロレートが前記接着樹脂層のメルトフロレートより小さいことを特徴とするリチウムイオン電池用外装材。 - 前記熱融着層のメルトフロレートが10g/10分以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池用外装材。
- 前記接着樹脂層に対する前記熱融着層の膜厚比が1.0以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン電池外装材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン電池外装材を用いてなることを特徴とするリチウムイオン電池。
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