JP2014186982A - 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、第1接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなる電池用包装材料において、当該第1接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物の硬化物であり、且つ当該積層体に含まれる少なくとも1つの層に吸光発熱物質を含有させることにより、基材層とバリア層の間に設ける接着層を短時間で硬化させて優れた密着強度を備えさせることができ、リードタイムを短縮化できる。
【選択図】なし
Description
項1. 少なくとも、基材層、第1接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記第1接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物の硬化物であり、且つ
前記積層体に含まれる少なくとも1つの層が、吸光発熱物質を含有することを特徴とする、電池用包装材料。
項2. 前記第1接着層が、吸光発熱物質を含有する、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びアルキド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1又は2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記硬硬化促進剤が、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、及び第3級アミン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記吸光発熱物質が、金属粉末、無機顔料、カーボン、及び有機色素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. 前記第1接着層の形成に使用される樹脂組成物が、更に、エラストマー樹脂を含む、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記バリア層が金属箔である、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 前記第1接着層とは反対側の基材層上に、基材層側から、第3接着層、絶縁層、及びコーティング層をこの順に有し、
前記コーティング層、絶縁層、第3接着層、基材層、第1接着層、及びシーラント層よりなる群から選択される少なくとも1つの層が、吸光発熱物質を含有する、項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
項9. 少なくとも、基材層、第1接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に積層させる積層工程を含み、当該積層工程中に、下記第1工程及び第2工程を含む、電池用包装材料の製造方法:
少なくとも、基材層、未硬化第1接着層、及びバリア層をこの順に有する積層体であって、前記未硬化第1接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物であり、且つ前記積層体に含まれる少なくとも1つの層が吸光発熱物質を含有する積層体を形成する第1工程、並びに
前記第1工程で得られた積層体に対して、前記吸光発熱物質が発熱可能な波長の光を照射しつつ加熱して、前記未硬化第1接着層に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、前記未硬化第1接着層を第1接着層に変換する第2工程。
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1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容されている、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、第1接着層2、バリア層3、及びシーラント層4をこの順に有する積層体からなる積層構造を有する。即ち、本発明の電池用包装材料は、基材層1が外側に位置し、シーラント層4が最内層になる。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4同士を接面させて熱溶着することにより電池素子が密封され、電池素子が封止される。
本発明の電池用包装材料において、少なくとも1つの層は吸光発熱物質を含有する。このように吸光発熱物質を含有させることにより、第1接着層2の形成に使用される樹脂組成物を加熱してクイックキュアさせる際に光照射を行うと、当該樹脂組成物の全体に安定で均一な熱量を供給でき、硬化状態にバラツキが生じるのを抑制し、優れた密着強度を備える第1接着層2の形成が可能になる。
[基材層1]
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、ポリアミド、エポキシ、アクリル、フッ素樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂、フェノール、ポリエーテルイミド、ポリイミド、及びこれらの混合物や共重合物等が挙げられる。
第1接着層2は、基材層1とバリア層3との間に、これらの層を接着させるために設けられる層であり、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物の硬化物で形成される。このように、第1接着層2の形成に特定組成の樹脂組成物を使用し、且つ積層体中の少なくとも1つの層に吸光発熱物質を含有させることにより、当該吸光発熱物質が発熱可能な波長の光を照射しつつ加熱するという簡便な手法で、短時間でしかも優れた密着強度を有する第1接着層を形成することが可能になる。
第1接着層2の形成に使用される樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を含有する。熱硬化性樹脂は、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成して硬化するものであればよい。第1接着層2の形成に使用される熱硬化性樹脂として、具体的には、エポキシ樹脂、アミノ樹脂(メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等)、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
第1接着層2の形成に使用される樹脂組成物は、硬化促進剤を含有する。このように、熱硬化性樹脂と共に硬化促進剤を共存させることにより、製造時に高温条件でのエージングを要することなく短時間で硬化させて、リードタイムを短縮することが可能になる。
第1接着層2に吸光発熱物質を含有させる場合、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、吸光発熱物質とを含有する樹脂組成物を用いて第1接着層2を形成すればよい。
第1接着層2の形成に使用される樹脂組成物には、前述する成分の他に、必要に応じて、溶剤、エラストマー樹脂等の他の添加剤が含まれてもよい。特に、当該樹脂組成物において、更にエラストマー樹脂を含有させることによって、第1接着層2が硬化時に収縮するのを抑制しつつ、第1接着層2に適度な柔軟性を付与し、電池用包装材料に優れた成形性を備えさせることが可能になる。
第1接着層2の厚さについては、例えば、2〜50μm、好ましくは3〜25μmが挙げられる。
本発明の電池用包装材料において、バリア層3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。バリア層3の材質としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス、チタン等の金属箔;酸化珪素、アルミナ等の無機化合物を蒸着したフィルム等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは金属箔、更に好ましくはアルミニウム箔が挙げられる。電池用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、本発明においてバリア層3として、軟質アルミニウム箔、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)箔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、シーラント層4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において、第2接着層5は、バリア層3とシーラント層4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、絶縁層6は、絶縁性を高めるために、基材層1の外側(第1接着層とは反対側)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、第3接着層7は、基材層1と絶縁層6との接着性を高めるために、必要に応じて、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、コーティング層8は、耐薬品性、スリップ性、耐傷性等の機能性を付与する目的で、基材層1の外側((第1接着層とは反対側)又は絶縁層6を設ける場合には当該絶縁層6の外側(基材層1とは反対側)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、少なくとも、基材層1、第1接着層2、バリア層3、及びシーラント層4をこの順に積層させる積層工程を含み、当該積層工程中に、下記第1工程及び第2工程を含むが挙げられる。
第1工程:少なくとも、基材層1、未硬化第1接着層2’、及びバリア層3をこの順に有する積層体であって、前記未硬化第1接着層2’が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物であり、且つ前記積層体に含まれる少なくとも1つの層が吸光発熱物質を含有する積層体を形成する。
第2工程:前記第1工程で得られた積層体に対して、前記吸光発熱物質が発熱可能な波長の光を照射しつつ加熱して、前記未硬化第1接着層2’に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、前記未硬化第1接着層2’を第1接着層2に変換する。
以下、工程毎に、本発明の電池用包装材料の製造方法について説明する。
第1工程では、基材層1、未硬化第1接着層2’、及びバリア層3をこの順に有する積層体であって、前記未硬化第1接着層2’が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物であり、且つ前記積層体に含まれる少なくとも1つの層が吸光発熱物質を含有する積層体(以下、「積層体A」と表記することもある)を形成する。ここで、未硬化第1接着層2’は、第1接着層2が硬化していない状態の層であり、硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物で形成される。
第2工程では、前記第1工程で得られた積層体に対して、前記吸光発熱物質が発熱可能な波長の光を照射しつつ加熱して、前記未硬化第1接着層2’に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、前記未硬化第1接着層2’を第1接着層2に変換する。
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。
[電池用包装材料の製造]
二軸延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)からなる基材層1の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ40μm)からなるバリア層3をドライラミネーション法により積層させた。具体的には、アルミニウム箔の一方面に、表1〜4に示す樹脂組成物を塗布し、バリア層3上に未硬化第1接着層2’(厚さ4μm)を形成した。次いで、バリア層3上の第1接着層2と基材層1を加圧加熱貼合した後、下記の硬化条件で、未硬化第1接着層2’中の熱硬化性樹脂を硬化させて、基材層1/第1接着層2/バリア層3の積層体を調製した。
硬化条件A:光照射せず、到達温度60℃で7日間
硬化条件B:基材層1側からハロゲンランプを光源として照射出力7.2W・cm-2にて光照射を行いつつ、到達温度190℃で1秒間
硬化条件C:基材層1側からハロゲンランプを光源として照射出力4.0W・cm-2にて光照射を行いつつ、到達温度140℃で1秒間
上記で得られた各電池用包装材料について、目視にてシワの発生の有無を確認し、電池用包装材料50枚当たり、シワが発生していた枚数の割合(熱ジワ不良率:%)を算出した。
上記で得られた各電池用包装材料を裁断して15mm幅に切断し、基材層1とバリア層3の層間を、50mm/分の剥離速度で剥離するのに要する力の最大値を測定することにより、基材層1とバリア層3の層間の密着強度(剥離強度)を測定した。密着強度が6.0N/15mm以上である場合は○、6.0N/15mmである場合は×として判定した。
得られた結果を表5〜8に示す。この結果から、基材層とバリア層を接着させる第1接着層を、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、吸光発熱物質とを含有する樹脂組成物を用いて光照射条件下で硬化させた場合には、均一な硬化状態を短時間で形成できているため、熱によるシワの発生を抑制でき、しかも基材層とバリア層との間で高い密着強度が認められた(実施例1〜35)。一方、第1接着層を熱硬化性樹脂のみで形成した場合には、基材層とバリア層の高い密着性が認められたが、硬化するのに長時間のエージングを要し、熱によるシワの発生が認められた(比較例1)。また、第1接着層を、熱硬化性樹脂と吸光発熱物質とを含有する樹脂組成物を用いて光照射条件下で硬化させた場合には、基材層とバリア層の高い密着強度が劣っており、クイックキュアで満足できる密着強度を得ることができなかった(比較例2〜15)。
なお、上記実施例及び比較例において、使用した熱硬化性樹脂の主剤や硬化剤、硬化促進剤は、同じ作用を持つ他の化合物に置換しても、同様の結果が得られることが確認できている。
2 第1接着層
3 バリア層
4 シーラント層
Claims (10)
- 少なくとも、基材層、第1接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記第1接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物の硬化物であり、且つ
前記積層体に含まれる少なくとも1つの層が、吸光発熱物質を含有することを特徴とする、電池用包装材料。 - 前記第1接着層が、吸光発熱物質を含有する、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びアルキド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1又は2に記載の電池用包装材料。
- 前記硬化促進剤が、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、及び第3級アミン化合物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1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記吸光発熱物質が、金属粉末、無機顔料、カーボン、及び有機色素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。
- 前記第1接着層の形成に使用される樹脂組成物が、更に、エラストマー樹脂を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記バリア層が金属箔である、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記第1接着層とは反対側の基材層上に、基材層側から、第3接着層、絶縁層、及びコーティング層をこの順に有し、
前記コーティング層、絶縁層、第3接着層、基材層、第1接着層、及びシーラント層よりなる群から選択される少なくとも1つの層が、吸光発熱物質を含有する、請求項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。 - 少なくとも、基材層、第1接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に積層させる積層工程を含み、当該積層工程中に、下記第1工程及び第2工程を含む、電池用包装材料の製造方法:
少なくとも、基材層、未硬化第1接着層、及びバリア層をこの順に有する積層体であって、前記未硬化第1接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを含有する樹脂組成物であり、且つ前記積層体に含まれる少なくとも1つの層が吸光発熱物質を含有する積層体を形成する第1工程、並びに
前記第1工程で得られた積層体に対して、前記吸光発熱物質が発熱可能な波長の光を照射しつつ加熱して、前記未硬化第1接着層に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、前記未硬化第1接着層を第1接着層に変換する第2工程。 - 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1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容されている、電池。
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