JP2014086310A - リチウムイオン電池用外装材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材保護層18、第3接着層17、基材層11、第1接着層12、金属箔層13、腐食防止処理層14、第2接着層15、シーラント層16がこの順に積層され、基材保護層18が、85℃において、水、またはアルコール類を含むアルコール水溶液100質量部に対して1質量部以上溶解する水溶性多糖類(A)を含有し、かつ多糖類以外で、85℃において、水、またはアルコール類を含むアルコール水溶液100質量部に対して1質量部以上溶解し、分子量10,000以上の水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)から選ばれる1種以上を含有するリチウムイオン電池用外装材1。
【選択図】図1
Description
しかし、特許文献1の外装材は、充分な電解液耐性が得られるものの、特に車載用として充分な耐擦傷性を得ることが困難である。
また、基材層の外側に基材層を保護する層を形成する場合、該層と基材層の密着性が良好で、さらに延伸性、成型性が充分に高く、冷間成型後も電解液耐性を維持できることが求められる。
前記基材層の第1の面側に設けられた第1接着層と、
前記第1接着層の前記基材層と反対側に設けられた金属箔層と、
前記金属箔層の前記第1接着層と反対側に設けられた腐食防止処理層と、
前記腐食防止処理層の前記金属箔層と反対側に設けられた第2接着層と、
前記第2接着層の前記腐食防止処理層と反対側に設けられたシーラント層と、
前記基材層の第2の面側に設けられた基材保護層と、を有し、
前記基材保護層が下記水溶性多糖類(A)を含有し、かつ下記水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする。
水溶性多糖類(A):85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する多糖類。
水溶性高分子(B):多糖類以外で、85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する、分子量10,000以上の化合物。
前記基材層の第1の面側に設けられた第1接着層と、
前記第1接着層の前記基材層と反対側に設けられた金属箔層と、
前記金属箔層の前記第1接着層と反対側に設けられた腐食防止処理層と、
前記腐食防止処理層の前記金属箔層と反対側に設けられた第2接着層と、
前記第2接着層の前記腐食防止処理層と反対側に設けられたシーラント層と、
前記基材層の第2の面側に設けられた第3接着層と、
前記第3接着層の前記基材層と反対側に設けられた基材保護層と、を有し、
前記基材保護層が前記水溶性多糖類(A)を含有し、かつ前記水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする。
以下、本発明のリチウムイオン電池用外装材の一例を示して詳細に説明する。
本実施形態のリチウムイオン電池用外装材1(以下、単に「外装材1」という。)は、図1に示すように、基材層11と、基材層11の第1の面11a側に設けられた第1接着層12と、第1接着層12の基材層11の反対側に設けられた金属箔層13と、金属箔層13の第1接着層12と反対側に設けられた腐食防止処理層14と、腐食防止処理層14の金属箔層13と反対側に設けられた第2接着層15と、第2接着層15の腐食防止処理層14と反対側に設けられたシーラント層16と、基材層11の第2の面11b側に設けられた第3接着層17と、第3接着層17の基材層11と反対側に設けられた基材保護層18と、を有する。すなわち、外装材1は、基材保護層18、第3接着層17、基材層11、第1接着層12、金属箔層13、腐食防止処理層14、第2接着層15、シーラント層16がこの順に積層された積層体である。
外装材1は、電池に使用する際は、基材保護層18を外側、シーラント層16を内側として使用される。
基材保護層18は、基材層11を保護し、基材層11が電解液によって劣化したり、傷付いたりすることを抑制する役割を果たす。
基材保護層18は、水溶性多糖類(A)を含有し、かつ水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する。基材保護層18が水溶性多糖類(A)を含むことで、良好な耐擦傷性および電解液耐性が得られる。また、基材保護層18が水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することで、優れた延伸性、成型性が得られ、延伸後も優れた電解液耐性を維持することができる。
なお、本発明において、多糖類が溶解するとは、多糖類が完全に分子分散した溶解状態に加えて、多糖類が膨潤または分散することにより、均一な溶解状態を示すことも含むものとする。
水溶性多糖類(A)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
基材保護層18の形成に使用するセルロースの水分散体は、水中でセルロースに機械的処理を施し、微細化することにより得られる。前記機械的処理としては、特に限定されず、ミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、グラインダー磨砕、凍結粉砕、メディアミル等を用いる処理が挙げられる。また、機械的処理を行う前工程として、セルロースを化学処理してもよい。
水中で分散させたセルロースに、ニトロキシラジカルと臭化ナトリウム(臭化物)とを添加し、室温で撹拌しながら次亜塩素酸ナトリウム(酸化剤)の水溶液を添加してセルロースの酸化を行う。酸化反応中に水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液を添加し、反応系内のpHを9〜11に制御する。このとき、セルロース繊維表面のC6位の水酸基がカルボキシル基へと酸化され、TEMPO酸化セルロースが得られる。処理後に充分水洗し、得られたTEMPO酸化セルロースを水に繊維状に分散させ、適宜固形分濃度を調整したものが、水分散体の構成材料として使用できる。
酸化剤としては、次亜ハロゲン酸またはその塩、亜ハロゲン酸またはその塩が使用でき、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。
臭化物としては、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化ナトリウム等が挙げられ、臭化ナトリウムが好ましい。
水溶性多糖類(A)の重合度は、銅エチレンジアミン溶液を用いた粘度法により測定される。
基材保護層18が2層以上の場合、基材層11と反対側の水溶性多糖類(A)の重合度が、基材層11側の水溶性多糖類(A)の重合度に比べて高いことが好ましい。これにより、基材保護層18と基材層11の特に優れた密着性と、特に優れた耐擦傷性を両立できる。
基材層11の反対側の水溶性多糖類(A)の重合度が基材層11側の水溶性多糖類(A)の重合度に比べて高い基材保護層18は、例えば、重合度が異なる水溶性多糖類(A)を含む複数の塗工液を調製し、それら塗工液を、重合度が低い水溶性多糖類(A)を含む塗工液から順に塗工、乾燥することにより形成できる。
例えば、重合度が300の水溶性多糖類(A)を含む層、重合度が500の水溶性多糖類(A)を含む層、および重合度が700の水溶性多糖類(A)を含む層が基材層11側から順に積層された多層の基材保護層18等が挙げられる。
水溶性高分子(B)は、多糖類以外で、85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する、分子量10,000以上の化合物である。
なお、本発明において、化合物が溶解するとは、化合物が完全に分子分散した溶解状態に加えて、化合物が膨潤または分散することにより、均一な溶解状態を示すことも含むものとする。
なお、水溶性高分子(B)の分子量は、JIS K6726に記載の方法により測定される質量平均分子量である。
タンパク質としては、ゼラチン、カゼイン、コンドロイチン硫酸ナトリウム等が挙げられる。
ビニル系樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン/ビニルアセテート共重合体等が挙げられる。
アクリル系樹脂としては、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシビニルポリマー、ポリアクリルアミド、アクリルアミド/アクリレート共重合体等が挙げられる。
ポリエチレン系樹脂としては、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール等が挙げられる。
水溶性高分子(B)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
可塑剤(C)としては、フタル酸エステル系可塑剤、芳香族カルボン酸エステル系可塑剤、脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤、脂肪族エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、エポキシ系可塑剤、含塩素系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、グリコール系可塑剤、糖アルコール系可塑剤等が挙げられる。
フタル酸エステル系可塑剤としては、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソオクチル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジトリデシル等が挙げられる。
芳香族カルボン酸エステル系可塑剤としては、トリメリット酸トリオクチル、ジエチレングリコールジベンゾエート、オキシ安息香酸オクチル等が挙げられる。
脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤としては、コハク酸ジオクチル、コハク酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソデシル、アゼライン酸ジオクチル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジオクチル、テトラヒドロフタル酸ジオクチル等が挙げられる。
脂肪酸エステル系可塑剤としては、オレイン酸ブチル、アセチルリシノール酸メチル、ペンタエリスリトールエステル、ジペンタエリスリトールヘキサエステル等が挙げられる。
リン酸エステル系可塑剤としては、リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル、リン酸オクチジフェニル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクロルエチル、リン酸クレジルジフェニル等が挙げられる。
エポキシ系可塑剤としては、エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸ベンジル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル等が挙げられる。
含塩素系可塑剤としては、塩素化パラフィン、塩素化ジフェニル、塩素化脂肪酸メチル、メトキシ塩素化脂肪酸メチル等が挙げられる。
ポリエステル系可塑剤としては、ポリプロピレンアジペート、ポリプロピレンセバケート等が挙げられる。
グリコール系可塑剤としては、例えば、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、チレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブチルフタリルグリコレート、トリエチレングリコール−2−エチルブチレート等が挙げられる。なかでも、耐熱性、揮発性の点から、ポリグリセリン(重合度5〜10)が特に好ましい。
糖アルコール系可塑剤は、糖のアルデヒド基を還元し、末端をアルコールに変化させた化合物のことである。糖アルコール系可塑剤としては、例えば、ソルビトール、マルチトール、キシリトール、エリスリトール、ラクチトール、マンニトール、イソマルト等が挙げられる。糖アルコール系可塑剤を含有した基材保護層18は、電解液耐性を維持しやすく、可塑化効率が高いため、好ましい。
水溶性多糖類(A)と可塑剤(C)の相溶性が低いと、延伸性、成型性の向上効果が得られ難く、水溶性多糖類(A)と可塑剤(C)とが分離して、表面に可塑剤がにじみ出る(浸出)、汗をかいたような現象(発汗)、透明度がなくなる現象(失透)、白濁が起こることがある。
可塑剤(C)としては、水溶性多糖類(A)との相溶性が高く、透明性が良好で、発汗性が見られない点から、グリコール系可塑剤、糖アルコール系可塑剤がより好ましい。
基材保護層18が界面活性剤(D)を含むことにより、界面活性剤(D)の疎水基が基材保護層18の表面に向き、基材保護層18に撥水性が生じるため、特に良好な電解液耐性が得られる。
界面活性剤(D)の疎水基を与える材料としては、例えば、炭化水素系材料、炭化フッ素系材料、有機ケイ素系材料が挙げられる。
炭化水素系材料としては、トリグリセリド、脂肪酸、脂肪アルコール、脂肪酸誘導体、樹脂酸類、ナフテン酸、α−オレフィン、ポリオレフィン、アルキルベンゼン、アルキルフェノール、アルコール、ポリオキシアルキレングリコール等が挙げられる。
炭化フッ素系材料としては、完全フッ化脂肪酸、部分フッ化脂肪酸、完全フッ化脂肪アルコール、部分フッ化脂肪アルコール等が挙げられる。
有機ケイ素系材料としては、ポリシロキサン類等が挙げられる。
陰イオン型材料としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩、ホスホン酸塩等が挙げられる。
陽イオン型材料としては、アミン塩、四級アンモニウム塩、ピリジニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ポリエチレンポリアミン等が挙げられる。
両性型材料としては、アミノ酸、ベタイン、アミノ硫酸、エステル、スルホベタイン等が挙げられる。
非イオン型材料としては、多価アルコール、アミノアルコール、ポリエチレングリコール、アミンオキシド、スルホキシド、アミンイミド等が挙げられる。
界面活性剤(D)は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、界面活性剤(D)は、高分子化合物(B)や可塑剤(C)と併用してもよい。
滑剤としては、例えば、脂肪酸アミド(例えば、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド等。)等が挙げられる。
滑剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体、スチレン・エチレン・プロピレン・スチレン共重合体等が挙げられる。
ポリエステル系エラストマーのハードセグメントとしては、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の結晶性ポリエステルが挙げられ、ポリブチレンテレフタレートが特に好ましい。ポリエステル系エラストマーのソフトセグメントとしては、ポリテトラメチレングリコール等のポリオキシアルキレングリコール類、または、ポリカプロラクトン、ポリブチレンアジペート等のポリエステルが挙げられ、ポリテトラメチレングリコールが特に好ましい。
エラストマー成分は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
有機フィラーとしては、例えば、プラスチックの粉末や微粒子を用いることができる。
プラスチックとしては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、塩化ビニル、塩化ビニリデン、メラミン等が挙げられる。
無機フィラーとしては、カーボン、シリカ、ガラスビーズ、ガラス粉、珪酸アルミニウム、クレー、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、窒化硼素、マイカ等の微粒子等が挙げられる。
顔料は、基材保護層18と基材層11の密着性を損なわない範囲であれば特に限定されず、有機顔料でもよく、無機顔料でもよい。
有機顔料としては、例えば、アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アンスラキノン系、ジオキサジン系、インジゴチオインジゴ系、ペリノン−ペリレン系、イソインドレニン系等が挙げられる。
無機顔料としては、カーボンブラック系、酸化チタン系、カドミウム系、鉛系、酸化フローム系等が挙げられる。また、マイカ(雲母)の微粉末、魚鱗箔等を使用してもよい。
架橋剤としては、例えば、オキサゾリン、ジビニルスルホン、カルボジイミド、ジヒドラジン、ジヒドラジド、エピクロルヒドリン等が挙げられる。前記架橋剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
また、基材保護層18には、前記したもの以外にも、難燃剤、アンチブロッキング剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤、帯電防止剤等の添加剤が含有されてもよい。
第3接着層17は、基材層11と基材保護層18を接着する層である。基材層11と基材保護層18とを、第3接着層17を介して接着することにより、基材層11と基材保護層18の密着性、成型性、引張り強度が向上する。
第3接着層17としては、接着樹脂(E)を含む塗工液を塗工して形成された層が挙げられる。
接着樹脂(E)としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂およびポリスチレン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
接着樹脂(E)としては、密着性が良好な点から、アクリル樹脂、ポリビニル系樹脂が好ましい。
第3接着層17の厚さは、接着強度の点から、0.1〜5.0μmが好ましい。
第3接着層17と基材保護層18の合計の厚さは、接着強度、成型性の点から、1.0〜6.0μmが好ましい。
基材層11は、ナイロンフィルムからなる層である。
前記ナイロンフィルムは、延伸フィルムであってもよく、無延伸フィルムであってもよい。ナイロンフィルムを形成するナイロンとしては、例えば、ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612等が挙げられる。
基材層11の第2の面11bは、コロナ処理、プラズマ処理等の表面処理が施されていることが好ましい。すなわち、基材層11を形成するナイロンフィルムは、基材保護層18を設ける側の表面にコロナ処理、プラズマ処理等の表面処理が施されていることが好ましい。これにより、基材層11と基材保護層18の密着性がより良好になる。
基材層11の第1接着層12側の面には、接着強度の向上を補助するためにカップリング剤をコーティングしてもよい。
第1接着層12は、基材層11と金属箔層13を接着する層である。
第1接着層12を構成する接着成分としては、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等の主剤に、硬化剤として2官能以上の芳香族系又は脂肪族系イソシアネート化合物を作用させる2液硬化型のウレタン系接着剤が好ましい。
前記ウレタン系接着剤は、塗工後、例えば40℃で4日以上のエージングを行うことで、主剤の水酸基と硬化剤のイソシアネート基の反応が進行して強固な接着が可能となる。
第1接着層12の厚さは、接着強度、追随性、加工性の点から、1〜10μmが好ましく、3〜7μmがより好ましい。
金属箔層13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る。なかでも、耐ピンホール性、および成型時の延展性に優れる点から、鉄を含むアルミニウム箔が好ましい。
鉄を含むアルミニウム箔(100質量%)中の鉄の含有量は、0.1〜9.0質量%が好ましく、0.5〜2.0質量%がより好ましい。鉄の含有量が0.1質量%以上であれば、外装材1は耐ピンホール性、延展性に優れる。鉄の含有量が9.0質量%以下であれば外装材1は柔軟性に優れる。
金属箔層13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14は、電解液や、電解液と水分の反応により発生するフッ酸による金属箔層13の腐食を抑制する役割を果たす。リチウムイオン電池の電解液に用いられるLiPF6、LiBF4等のリチウム塩は、水分による加水分解反応によりフッ酸が発生する。腐食防止処理層14を設けることで、金属箔層13の内側がフッ酸によって腐食されることも抑制され、該金属箔層の内側での層間剥離を抑制できる。また、腐食防止処理層14は、金属箔層13と第2接着層15との密着力を高める役割も果たす。
腐食防止処理層14としては、塗布型、又は浸漬型の耐酸性の腐食防止処理剤によって形成された塗膜が好ましい。前記塗膜は、金属箔層13の酸に対する腐食防止効果に優れる。また、アンカー効果によって金属箔層13と第2接着層15の密着力をより強固にするので、電解液等の内容物に対して優れた耐性が得られる。
なお、腐食防止処理層14は、金属箔層13の耐食性が充分に得られる塗膜であれば、前記塗膜には限定されない。例えば、リン酸塩処理、ベーマイト処理等によって形成した塗膜であってもよい。
腐食防止処理層14の厚さは、腐食防止機能、およびアンカーとしての機能の点から、10nm〜5μmが好ましく、20〜500nmがより好ましい。
第2接着層15は、腐食防止処理層14が形成された金属箔層13とシーラント層16を接着する層である。外装材1は、第2接着層15を形成する接着成分によって、熱ラミネート構成とドライラミネート構成に大きく分けられる。
熱ラミネート構成における第2接着層15を形成する接着成分としては、ポリオレフィン系樹脂を無水マレイン酸等の酸でグラフト変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。酸変性ポリオレフィン系樹脂は、無極性であるポリオレフィン系樹脂の一部に極性基が導入されていることから、シーラント層16が無極性のポリオレフィン系樹脂フィルム等で形成され、腐食防止処理層14が極性を有する塗膜である場合に、それらの両方に強固に密着できる。また、酸変性ポリオレフィン系樹脂を使用することで、電解液等の内容物に対する耐性が向上し、電池内部でフッ酸が発生しても第2接着層15の劣化による密着力の低下を防止しやすい。
第2接着層15に使用する酸変性ポリオレフィン系樹脂は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
前記ポリオレフィン系樹脂を変性する酸としては、カルボン酸、エポキシ化合物、酸無水物等が挙げられ、無水マレイン酸が特に好ましい。
無水マレイン酸変性ポリプロピレンの無水マレイン酸による変性率(無水マレイン酸変性ポリプロピレンの総質量に対する無水マレイン酸に由来する部分の質量)は、0.1〜20質量%が好ましく、0.3〜5質量%がより好ましい。
熱ラミネート構成の第2接着層15の接着成分のメルトフローレート(MFR)は、230℃、2.16kgfの条件において4〜30g/10分が好ましい。
熱ラミネート構成の第2接着層15の厚さは、2〜50μmが好ましい。
ドライラミネート構成の第2接着層15は、エステル基やウレタン基等の加水分解性を有する結合部を有しているので、より高い信頼性が求められる用途には熱ラミネート構成の第2接着層15が好ましい。
シーラント層16は、外装材1においてヒートシールによる封止性を付与する層である。
シーラント層16としては、ポリオレフィン系樹脂、又は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ポリオレフィン系樹脂からなる樹脂フィルムが挙げられる。
前記ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度、中密度又は高密度のポリエチレン;エチレン・α−オレフィン共重合体;ホモ、ブロック、又はランダムポリプロピレン;プロピレン・α−オレフィン共重合体等が挙げられる。これらポリオレフィン系樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、第2接着層15で挙げたものと同じものが挙げられる。
また、シーラント層16は、難燃剤、滑剤、アンチブロッキング剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤等の各種添加材が配合されてもよい。
シーラント層16の厚さは、10〜100μmが好ましく、20〜60μmがより好ましい。
以下、外装材1の製造方法について説明する。ただし、外装材1の製造方法は以下の方法に限定されない。外装材1の製造方法としては、例えば、下記工程(X1)〜(X4)を有する方法が挙げられる。
(X1)金属箔層13上に、腐食防止処理層14を形成する工程。
(X2)金属箔層13における腐食防止処理層14を形成した側と反対側に、第1接着層12を介して基材層11を積層する工程。
(X3)基材層11の第1接着層12と反対側に、第3接着層17を介して基材保護層18を積層する工程。
(X4)金属箔層13の腐食防止処理層14側に、第2接着層15を介してシーラント層16を積層する工程。
例えば、金属箔層13の一方の面に、腐食防止処理剤を塗布、乾燥して腐食防止処理層14を形成する。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等が挙げられる。
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、バーコート等、各種方法を採用できる。
金属箔層13における腐食防止処理層14を形成した側と反対側に、第1接着層12を形成する接着剤を用いて、ドライラミネーション等の手法で基材層11を貼り合わせる。
工程(X2)では、接着性の促進のため、室温〜100℃の範囲でエージング(養生)処理を行ってもよい。
例えば、基材層11における第1接着層12と反対側に、接着樹脂(E)および必要に応じて使用する添加剤等の成分を含む塗工液を塗工、乾燥して第3接着層17を形成する。さらに、水溶性多糖類(A)と、水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種とを含み、必要に応じて、滑剤、エラストマー成分等を含む塗工液を塗工、乾燥して基材保護層18を形成する。このとき、複数層からなる基材保護層18は、例えば、重合度が異なる水溶性多糖類(A)を含む複数の塗工液を調製し、それら塗工液を、重合度が低い水溶性多糖類(A)を含む塗工液から順に塗工、乾燥することにより形成できる。
また、基材保護層18は、基材保護層18を形成する材料を用いてフィルムを形成し、該フィルムをラミネートして積層してもよい。
基材保護層18を形成する塗工液の固形分濃度は、0.5〜20質量%が好ましく、1〜10質量%がより好ましい。前記固形分濃度が下限値以上であれば、塗工後の乾燥が容易になる。前記固形分濃度が上限値以下であれば、塗工性がより良好になる。
ドライラミネート構成の場合は、例えば、第1接着層12を形成する接着剤と同じものを使用し、腐食防止処理層14における金属箔層13と反対側に、ドライラミネーション、ノンソルベントラミネーション、ウェットラミネーション等の手法により、第2接着層15を介してシーラント層16を貼り合わせる。
熱ラミネート構成の場合、ドライプロセスでは、例えば、熱ラミネート用の接着成分を用いて、腐食防止処理層14における金属箔層13と反対側に押出ラミネート法によって第2接着層15を形成し、サンドイッチラミネーションによってシーラント層16を積層する。
また、ウェットプロセスでは、熱ラミネート用の接着成分を溶媒に分散させた接着樹脂液を腐食防止処理層14における金属箔層13と反対側に塗工し、接着成分の融点以上の温度で溶媒を揮発させ、接着成分を溶融軟化させて焼き付けを行った後、第2接着層15上にシーラント層16を熱ラミネーション等の熱処理により積層する。
なお、外装材1の製造方法は、前記工程(X1)〜(X4)を順次実施する方法に限定されない。例えば、工程(X2)を行ってから工程(X1)を行ってもよい。また、工程(X4)を行ってから工程(X3)を行ってもよい。
なお、本発明の外装材は、前記外装材には限定されない。例えば、本発明の外装材は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば第3接着層を有していなくてもよい。具体的には、図2に例示したリチウムイオン電池用外装材2(以下、「外装材2」という。)であってもよい。
外装材2は、基材層11と、基材層11の第1の面11a側に設けられた第1接着層12と、第1接着層12の基材層11と反対側に設けられた金属箔層13と、金属箔層13の第1接着層12と反対側に設けられた腐食防止処理層14と、腐食防止処理層14の金属箔層13と反対側に設けられた第2接着層15と、第2接着層15の腐食防止処理層14と反対側に設けられたシーラント層16と、基材層11の第2の面11b側に設けられた基材保護層18と、を有する。すなわち、外装材2は、基材保護層18、基材層11、第1接着層12、金属箔層13、腐食防止処理層14、第2接着層15、シーラント層16がこの順に積層された積層体である。
外装材2のように第3接着層を設けない場合、優れた密着性が得られやすい点から、基材保護層に水溶性高分子(B)が含まれていることが好ましく、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム等が含まれていることがより好ましい。
また、本発明の外装材は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、基材保護層の外側に別の層を有していてもよい。本発明の外装材としては、電解液耐性および耐擦傷性に優れる効果が得られやすい点から、基材保護層が最表層であることが好ましい。
また、ヒートシールによる封止性が良好に得られる点から、シーラント層も最表層であることが好ましい。
リチウムイオン電池は、例えば、本発明の外装材を袋状等にした容器体内に、正極、セパレータ、負極、電解液、並びにリードおよびタブシーラントからなるタブを有する電池内容物を、前記タブの一部が外部に位置するように収容して密封することで製造される。リチウムイオン電池は、本発明の外装材を有する以外は、公知の形態を採用できる。
(基材保護層18)
水溶性多糖類A−1:以下に示す方法で得たTEMPO酸化セルロース。
(1)試薬・材料
セルロース:漂白クラフトパルプ(フレッチャー チャレンジ カナダ「Machenzie」)、
TEMPO:市販品(東京化成工業株式会社製、98%)、
次亜塩素酸ナトリウム:市販品(和光純薬株式会社製、C1:5%)、
臭化ナトリウム:市販品(和光純薬株式会社製)。
(2)セルロースのTEMPO酸化反応
2Lのガラスビーカー中に、乾燥質量10gの漂白クラフトパルプとイオン交換水500mlとを投入して一晩静置し、パルプを膨潤させた。これを温調付きウォーターバスにより40.0℃に温度調整し、TEMPO0.1gと臭化ナトリウム1gを添加して撹拌し、パルプ懸濁液とした。さらに撹拌しながら、セルロース質量当たり5mmol/gの次亜塩素酸ナトリウムを添加した。この際、約1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してパルプ懸濁液のpHを約10.5に保持した。その後、3時間反応を行い、イオン交換水でパルプを充分に水洗して、TEMPO酸化セルロース(水溶性多糖類A−1)を得た。
得られたTEMPO酸化セルロースを凍結乾燥したものを、銅エチレンジアミン溶液を用いた粘度法により分子量測定したところ、重合度は480であった。また、蒸留水100質量部に対して、得られたTEMPO酸化セルロースを1質量部加えて撹拌したところ、TEMPO酸化セルロースが完全に分子分散した溶解状態となった。
水溶性高分子B−1:ポリビニルアルコール(重合度:2400、分子量約100,000、商品名「PVA124」、クラレ株式会社製)。蒸留水100質量部に対して、該ポリビニルアルコール(PVA124)を1質量部加えて撹拌したところ、ポリビニルアルコール(PVA124)が完全に分子分散した溶解状態となった。
水溶性高分子B−2:ポリビニルアルコール(重合度:500、分子量約22,000、商品名「PVA205」、クラレ株式会社製)。蒸留水100質量部に対して、該ポリビニルアルコール(PVA205)を1質量部加えて撹拌したところ、ポリビニルアルコール(PVA205)が完全に分子分散した溶解状態となった。
可塑剤C−1:ソルビトール(商品名「ソルビット T−70」、三菱商事フードテック株式会社製)。
可塑剤C−2:ポリグリセリン(商品名「ポリグリセリン♯500」、阪本薬品工業株式会社製)。
界面活性剤D−1:ショ糖脂肪酸エステル(商品名「ショ糖ラウリン酸モノエステル LWA−1570」、三菱化学フーズ株式会社製)。
界面活性剤D−2:ポリグリセリン脂肪酸エステル(商品名「デカグリセリンラウリン酸エステル L−7D」、阪本薬品工業株式会社製)。
(第3接着層17)
接着成分E−1:変性ポリビニルアルコール(商品名「Dポリマー DF17」、日本酢ビ・ポバール株式会社製)に、アジピン酸ジヒドラジド(商品名「アジピン酸ジヒドラジド」、大塚化学株式会社製)を変性ポリビニルアルコールの固形分に対し、5質量%混合した。
接着成分E−2:変性ポリオレフィン樹脂(商品名「アローベース SD1200」、ユニチカ株式会社製)。
(基材層11)
フィルムF−1:厚さ25μmのナイロン6フィルム。
(第1接着層12)
接着成分G−1:ウレタン系接着剤(商品名「A525/A50」、三井化学ポリウレタン株式会社製)。
(金属箔層13)
金属箔H−1:軟質アルミニウム箔8079材(東洋アルミニウム株式会社製、厚さ40μm)。
(腐食防止処理層14)
処理剤I−1:溶媒として蒸留水を使用し、固形分濃度10質量%に調整した「ポリリン酸ナトリウム安定化酸化セリウムゾル」。酸化セリウム100質量部に対して、リン酸塩は10質量部とした。
(第2接着層15)
接着成分J−1:無水マレイン酸でグラフト変性したポリプロピレン系樹脂(商品名「アドマー」、三井化学株式会社製)。
(シーラント層16)
フィルムK−1:無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ40μm)の内面となる側の面をコロナ処理したフィルム。
金属箔H−1の一方の面に処理剤I−1を塗布、乾燥して、金属箔層13の一方の面に腐食防止処理層14(厚さ200μm)を形成した。次いで、金属箔層13における腐食防止処理層14の反対側に、接着成分G−1を用いたドライラミネート法によりフィルムF−1を貼り合わせ、第1接着層12(厚さ4μm)を介して基材層11を積層した。その後、60℃、6日間のエージングを行った。
次に、基材層11の第1接着層12と反対側に、接着成分E−1と蒸留水を混合した塗工液(固形分濃度5質量%)をグラビアコート法にて塗工し、乾燥させて第3接着層17(厚さ0.5μm)を形成した。その後、水溶性多糖類A−1と水溶性高分子B−1と固形分濃度7:3の比で蒸留水に混合した塗工液(固形分濃度2質量%)、第3接着層17の基材層11と反対側に、グラビアコート法にて塗工、乾燥して基材保護層18(厚さ150μm)を形成した。
次に、得られた積層体の腐食防止処理層14側に、押出し装置にて接着成分J−1を押出して第2接着層15(厚さ4μm)を形成し、フィルムK−1を貼り合わせてサンドイッチラミネーションすることでシーラント層16を形成した。その後、得られた積層体に対し、160℃、4kg/cm2、2m/分の条件で加熱圧着することで外装材を得た。
水溶性高分子B−1の代わりに水溶性高分子B−2を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
水溶性高分子B−1の代わりに可塑剤C−1を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
水溶性高分子B−1の代わりに可塑剤C−2を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
水溶性高分子B−1の代わりに界面活性剤D−1を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
水溶性高分子B−1の代わりに界面活性剤D−2を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
水溶性高分子B−1の代わりに、可塑剤C−1と界面活性剤D−1の混合物(固形分濃度比29:1)を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
接着樹脂E−1の代わりに接着樹脂E−2を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
第3接着層を設けなかった以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
第3接着層17、基材保護層18を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
基材保護層18を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
基材保護層18に水溶性高分子B−1を使用しなかった以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
基材保護層18に水溶性多糖類A−1を使用しなかった以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
基材保護層18に水溶性多糖類A−1を使用せず、水溶性高分子B−1の代わりに可塑剤C−1を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
基材保護層18に水溶性多糖類A−1を使用せず、水溶性高分子B−1の代わりに界面活性剤D−1を使用した以外は、実施例1と同様にして外装材を得た。
各例で得られた外装材の外表面(基材層側の表面)に対して、#0000スチールウール(日本スチールウール製)を150g/cm2の荷重を加えながら10往復させて擦り、レーザー変位計によって傷の深さを測定した。耐擦傷性の評価は、以下の基準に従って行った。
「○」:表面の傷の深さが1μm未満である。
「×」:表面の傷の深さが1μm以上である。
各例で得られた外装材の外表面(基材層側の表面)に電解液(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート/ジエチルカーボネート=1/1/1(質量比)の混合液に対し、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1.5Mになるように調整して溶解した電解液)を数滴滴下し、25℃、65%RHの環境下で24時間放置し、電解液を拭き取り、表面の変質をレーザー顕微鏡(オリンパス株式会社製)にて確認した。電解液耐性の評価は、以下の基準に従って行った。
「○」:表面の変質(白化)が見られない。
「×」:表面の変質(白化)が見られる。
各例で得られた外装材から短冊状の試験片を切り出し、引張試験機(製品名「4443」、INSTRON社製)を用いて、試料幅15mm、標点間距離50mm、引張速度200mm/分の条件で引張試験を行い、顕微鏡(製品名「LEXT」、オリンパス株式会社製)にて、クラックの有無を観察した。延伸性の評価は、以下の基準に従って行った。
「○」:延伸部分にクラックが見られない。
「×」:延伸部分にクラックが見られる。
前記延伸性の評価記載の引張試験後の試験片の外表面(基材層側の表面)に、電解液(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート/ジエチルカーボネート=1/1/1(質量比)の混合液に対し、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1.5Mになるように調整して溶解した電解液)を数滴滴下し、前記した電解液耐性の評価と同じ評価方法、同じ基準にて評価を行った。
各例で得られた外装材を、150mm×190mmのブランク形状に切り取り、成型深さ5mmにて冷間成型し、剥離の有無を確認した。パンチとしては、形状が100mm×150mm、パンチコーナーR(RCP)が1.5mm、パンチ肩R(RP)が0.75mm、ダイ肩R(RD)が0.75mmのものを使用した。評価は、以下の基準に従って行った。
「○」:成型により剥離が生じない。
「×」:成型により剥離が生じる。
比較例1〜2、4〜5では、充分な耐擦傷性と電解液耐性が得られなかった。比較例3では、充分な耐擦傷性と電解液耐性を有していたが、延伸性が充分でなく、延伸後には充分な電解液耐性を有していなかった。
11 基材層
12 第1接着層
13 金属箔層
14 腐食防止処理層
15 第2接着層
16 シーラント層
17 第3接着層
18 基材保護層
Claims (4)
- ナイロンフィルムからなる基材層と、
前記基材層の第1の面側に設けられた第1接着層と、
前記第1接着層の前記基材層と反対側に設けられた金属箔層と、
前記金属箔層の前記第1接着層と反対側に設けられた腐食防止処理層と、
前記腐食防止処理層の前記金属箔層と反対側に設けられた第2接着層と、
前記第2接着層の前記腐食防止処理層と反対側に設けられたシーラント層と、
前記基材層の第2の面側に設けられた基材保護層と、を有し、
前記基材保護層が下記水溶性多糖類(A)を含有し、かつ下記水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とするリチウムイオン電池用外装材。
水溶性多糖類(A):85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する多糖類。
水溶性高分子(B):多糖類以外で、85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する、分子量10,000以上の化合物。 - ナイロンフィルムからなる基材層と、
前記基材層の第1の面側に設けられた第1接着層と、
前記第1接着層の前記基材層と反対側に設けられた金属箔層と、
前記金属箔層の前記第1接着層と反対側に設けられた腐食防止処理層と、
前記腐食防止処理層の前記金属箔層と反対側に設けられた第2接着層と、
前記第2接着層の前記腐食防止処理層と反対側に設けられたシーラント層と、
前記基材層の第2の面側に設けられた第3接着層と、
前記第3接着層の前記基材層と反対側に設けられた基材保護層と、を有し、
前記基材保護層が下記水溶性多糖類(A)を含有し、かつ下記水溶性高分子(B)、可塑剤(C)および界面活性剤(D)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とするリチウムイオン電池用外装材。
水溶性多糖類(A):85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する多糖類。
水溶性高分子(B):多糖類以外で、85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する、分子量10,000以上の化合物。 - 前記第3接着層が、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂およびポリスチレン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の接着樹脂(E)を含む、請求項2に記載のリチウムイオン電池用外装材。
- 前記可塑剤(C)が、フタル酸エステル系可塑剤、芳香族カルボン酸エステル系可塑剤、脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤、脂肪族エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、エポキシ系可塑剤、含塩素系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、グリコール系可塑剤および糖アルコール系可塑剤からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用外装材。
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