JP2015185277A - 電池用包装材料 - Google Patents

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Abstract

【課題】意匠性または識別性を有する電池用包装材料であって、成形後の隠蔽性及び密着性に優れ、かつ、耐電解液性及び表面絶縁性にも優れた電池用包装材料を提供する。【解決手段】少なくとも、装飾層5、基材層1、金属層3、及びシーラント層4が順次積層された積層体からなり、装飾層5は、基材層1側から順に、少なくとも第1装飾層5a及び第2装飾層5bを有しており、装飾層5が着色剤及びマット化剤を含み、第1装飾層5a及び第2装飾層5bは、各々、樹脂の割合が60質量%以上である電池用包装材料。【選択図】図1

Description

本発明は、意匠性または識別性を有する電池用包装材料であって、成形後の隠蔽性及び密着性に優れ、かつ、耐電解液性及び表面絶縁性にも優れた電池用包装材料に関する。
従来、様々なタイプの電池が開発されているが、あらゆる電池において、電極や電解質等の電池素子を封止するために包装材料が不可欠な部材になっている。従来、電池用包装として金属製の包装材料が多用されていたが、近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、パソコン、カメラ、携帯電話等の高性能化に伴い、電池には、多様な形状が要求されると共に、薄型化や軽量化が求められている。しかしながら、従来多用されていた金属製の電池用包装材料では、形状の多様化に追従することが困難であり、しかも軽量化にも限界があるという欠点がある。
そこで、多様な形状に加工が容易で、薄型化や軽量化を実現し得る電池用包装材料として、基材層/接着層/金属層/シーラント層が順次積層されたフィルム状の積層体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなフィルム状の電池用包装材料では、シーラント層同士を対向させて周縁部をヒートシールにて熱溶着させることにより電池素子を封止できるように形成されている。
また、近年、偽造防止などの観点から、電池の外観には、意匠性、識別性などを付与することが求められる場合があり、電池用包装材料の最外層に位置する層に顔料などを配合して装飾性を付与することがある。例えば、特許文献2には、基材層の一方の面側に、少なくとも第1接着層、金属箔層、第2接着層及びシーラント層が順次積層され、基材層の他方の面側に、識別のための光沢度3.0以下の樹脂層である識別層を有し、該識別層は、識別のための顔料を含み、該顔料の粒子は樹脂で被覆されており、該顔料の体積固有抵抗は5×10-2Ω・m以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用外装材が開示されている。
特開2008−287971号公報 特開2013−235719号公報
電池用包装材料の最外層に位置する層には、上述のような意匠性、識別性などの装飾性を付与するための顔料だけでなく、電池表面の耐電解液性などの観点から、電解液耐性のある樹脂にフィラーなどのマット化剤を添加したものが用いられることもある。しかしながら、本発明者が検討したところ、特許文献2に開示されたような識別層に、固体粒子である顔料などの着色剤に加えて、フィラーなどのマット化剤を配合すると、耐電解液性や、成形後における識別層の密着性が低下するという問題があることが明らかとなった。一方、耐電解液性の低下を抑制するために、顔料などの着色剤やマット化剤の配合割合を小さくすると、電池用包装材料を成形した後における隠蔽性が低下しやすくなるという問題がある。
このような状況下、本発明は、意匠性または識別性を有する電池用包装材料であって、成形後の隠蔽性及び密着性に優れ、かつ、耐電解液性及び表面絶縁性にも優れた電池用包装材料を提供することを主な目的とする。
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、少なくとも、装飾層、基材層、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、装飾層が、基材層側から順に、少なくとも第1装飾層及び第2装飾層を有しており、装飾層が顔料及びマット化剤を含み、第1装飾層及び第2装飾層の樹脂の割合が、それぞれ60質量%以上である電池用包装材料は、意匠性または識別性を有し、成形後の隠蔽性及び密着性に優れ、かつ、耐電解液性及び表面絶縁性にも優れていることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて、更に検討を重ねることにより完成したものである。
即ち、本発明は、下記に掲げる態様の電池用包装材料及び電池を提供する。
項1. 少なくとも、装飾層、基材層、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、
前記装飾層は、前記基材層側から順に、少なくとも第1装飾層及び第2装飾層を有しており、
前記装飾層が、着色剤及びマット化剤を含み、
前記第1装飾層及び第2装飾層は、それぞれ、樹脂の割合が60質量%以上である、電池用包装材料。
項2. 前記第1装飾層における前記マット化剤の割合が1〜30質量%である、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記第1装飾層が、着色剤として顔料を1〜30質量%含む、項1または2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記第1装飾層における前記樹脂の割合が65質量%以上である、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記第2装飾層における前記マット化剤の割合が1〜30質量%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2装飾層が、着色剤として顔料を1〜30質量%含む、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記第2装飾層における前記樹脂の割合が65質量%以上である、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 前記装飾層を形成する前記樹脂が、2液硬化型樹脂である、項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
項9. 前記着色剤が、黒色顔料である、項1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料。
項10. 前記金属層が、アルミニウム箔により形成されている、項1〜9のいずれかに記載の電池用包装材料。
項11. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜10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。
本発明の電池用包装材料によれば、意匠性または識別性を有する電池用包装材料であって、成形後の隠蔽性及び密着性に優れ、かつ、耐電解液性及び表面絶縁性にも優れた電池用包装材料を提供することができる。さらに、本発明によれば、当該電池用包装材料を用いた電池を提供することができる。
本発明の電池用包装材料の断面構造の一例を示す図である。 本発明の電池用包装材料の断面構造の一例を示す図である。
本発明の電池用包装材料は、少なくとも、装飾層、基材層、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、装飾層が、基材層側から順に、少なくとも第1装飾層及び第2装飾層を有しており、装飾層が着色剤及びマット化剤を含み、第1装飾層及び第2装飾層は、それぞれ、樹脂の割合が60質量%以上であることを特徴とする。以下、本発明の電池用包装材料について詳述する。
1.電池用包装材料の積層構造
電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、装飾層5、基材層1、金属層3、及びシーラント層4が順次積層された積層体からなる。装飾層5は、基材層1側から順に、少なくとも第1装飾層5a及び第2装飾層5bを有する。本発明の電池用包装材料において、装飾層5が最外層になり、シーラント層4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4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。
本発明の電池用包装材料は、図1に示すように、基材層1と金属層3との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着層2が設けられていてもよい。また、図2に示すように、金属層3とシーラント層4との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着層6が設けられていてもよい。
2.電池用包装材料を形成する各層の組成
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は、最外層に位置する装飾層5の内側に位置する基材となる層である。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、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂、フェノール樹脂、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。
ポリエステルとしては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリカーボネート、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステル、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステル等が挙げられる。また、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルとしては、具体的には、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体としてエチレンイソフタレートと重合する共重合体ポリエステル(以下、ポリエチレン(テレフタレート/イソフタレート)にならって略す)、ポリエチレン(テレフタレート/イソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/アジペート)、ポリエチレン(テレフタレート/ナトリウムスルホイソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/ナトリウムイソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/フェニル−ジカルボキシレート)、ポリエチレン(テレフタレート/デカンジカルボキシレート)等が挙げられる。また、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルとしては、具体的には、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体としてブチレンイソフタレートと重合する共重合体ポリエステル(以下、ポリブチレン(テレフタレート/イソフタレート)にならって略す)、ポリブチレン(テレフタレート/アジペート)、ポリブチレン(テレフタレート/セバケート)、ポリブチレン(テレフタレート/デカンジカルボキシレート)、ポリブチレンナフタレート等が挙げられる。これらのポリエステルは、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。ポリエステルは、耐電解液性に優れ、電解液の付着に対して白化等が発生し難いという利点があり、基材層1の形成素材として好適に使用される。
また、ポリアミドとしては、具体的には、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン12、ナイロン46、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体等の脂肪族系ポリアミド;テレフタル酸及び/又はイソフタル酸に由来する構成単位を含むナイロン6I、ナイロン6T、ナイロン6IT、ナイロン6I6T(Iはイソフタル酸、Tはテレフタル酸を表す)等のヘキサメチレンジアミン−イソフタル酸−テレフタル酸共重合ポリアミド、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)等の芳香族を含むポリアミド;ポリアミノメチルシクロヘキシルアジパミド(PACM6)等の脂環系ポリアミド;さらにラクタム成分や、4,4’−ジフェニルメタン−ジイソシアネート等のイソシアネート成分を共重合させたポリアミド、共重合ポリアミドとポリエステルやポリアルキレンエーテルグリコールとの共重合体であるポリエステルアミド共重合体やポリエーテルエステルアミド共重合体;これらの共重合体等が挙げられる。これらのポリアミドは、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。延伸ポリアミドフィルムは延伸性に優れており、成形時の基材層1の樹脂割れによる白化の発生を防ぐことができ、基材層1の形成素材として好適に使用される。
基材層1は、1軸又は2軸延伸された樹脂フィルムで形成されていてもよく、また未延伸の樹脂フィルムで形成してもよい。中でも、1軸又は2軸延伸された樹脂フィルム、とりわけ2軸延伸された樹脂フィルムは、配向結晶化することにより耐熱性が向上しているので、基材層1として好適に使用される。また、基材層1は、上記の素材を金属層3上にコーティングして形成されていてもよい。
これらの中でも、基材層1を形成する樹脂フィルムとして、好ましくはナイロン、ポリエステル、更に好ましくは2軸延伸ナイロン、2軸延伸ポリエステル、特に好ましくは2軸延伸ナイロンが挙げられる。
基材層1は、耐ピンホール性及び電池の包装体とした時の絶縁性を向上させるために、異なる素材の樹脂フィルム及びコーティングの少なくとも一方を積層化することも可能である。具体的には、ポリエステルフィルムとナイロンフィルムとを積層させた多層構造や、2軸延伸ポリエステルと2軸延伸ナイロンとを積層させた多層構造等が挙げられる。基材層1を多層構造にする場合、各樹脂フィルムは接着剤を介して接着してもよく、また接着剤を介さず直接積層させてもよい。接着剤を介さず接着させる場合には、例えば、共押出し法、サンドラミ法、サーマルラミネート法等の熱溶融状態で接着させる方法が挙げられる。また、接着剤を介して接着させる場合、使用する接着剤は、2液硬化型接着剤であってもよく、また1液硬化型接着剤であってもよい。更に、接着剤の接着機構についても、特に制限されず、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型、熱圧型、UVやEBなどの電子線硬化型等のいずれであってもよい。接着剤の成分としてポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、アミノ樹脂、ゴム、シリコン系樹脂が挙げられる。
基材層1の厚さとしては、例えば、10〜50μm、好ましくは15〜30μmが挙げられる。
[接着層2]
本発明の電池用包装材料において、接着層2は、基材層1と金属層3とを接着させるために、必要に応じて設けられる層である。
接着層2は、基材層1と金属層3とを接着可能である接着剤によって形成される。接着層2の形成に使用される接着剤は、2液硬化型接着剤であってもよく、また1液硬化型接着剤であってもよい。更に、接着層2の形成に使用される接着剤の接着機構についても、特に制限されず、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型、熱圧型等のいずれであってもよい。
接着層2の形成に使用できる接着剤の樹脂成分としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリカーボネート、共重合ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリエーテル系接着剤;ポリウレタン系接着剤;エポキシ系樹脂;フェノール樹脂系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、共重合ポリアミド等のポリアミド系樹脂;ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂;ポリ酢酸ビニル系樹脂;セルロース系接着剤;(メタ)アクリル系樹脂;ポリイミド系樹脂;尿素樹脂、メラミン樹脂等のアミノ樹脂;クロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム等のゴム;シリコーン系樹脂;フッ化エチレンプロピレン共重合体等が挙げられる。これらの接着剤成分は1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。2種以上の接着剤成分の組み合わせ態様については、特に制限されないが、例えば、その接着剤成分として、ポリアミドと酸変性ポリオレフィンとの混合樹脂、ポリアミドと金属変性ポリオレフィンとの混合樹脂、ポリアミドとポリエステル、ポリエステルと酸変性ポリオレフィンとの混合樹脂、ポリエステルと金属変性ポリオレフィンとの混合樹脂等が挙げられる。これらの中でも、展延性、高湿度条件下における耐久性や応変抑制作用、ヒートシール時の熱劣化抑制作用等が優れ、基材層1と金属層3との間のラミネーション強度の低下を抑えてデラミネーションの発生を効果的に抑制するという観点から、好ましくはポリウレタン系2液硬化型接着剤;ポリアミド、ポリエステル、又はこれらと変性ポリオレフィンとのブレンド樹脂が挙げられる。
また、接着層2は異なる接着剤成分で多層化してもよい。接着層2を異なる接着剤成分で多層化する場合、基材層1と金属層3とのラミネーション強度を向上させるという観点から、基材層1側に配される接着剤成分を基材層1との接着性に優れる樹脂を選択し、金属層3側に配される接着剤成分を金属層3との接着性に優れる接着剤成分を選択することが好ましい。接着層2は異なる接着剤成分で多層化する場合、具体的には、金属層3側に配置される接着剤成分としては、好ましくは、酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィン、ポリエステルと酸変性ポリオレフィンとの混合樹脂、共重合ポリエステルを含む樹脂等が挙げられる。
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。
[金属層3]
本発明の電池用包装材料において、金属層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。金属層3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3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。
金属層3の厚さについては、例えば、10〜200μm、好ましくは20〜100μmが挙げられる。
また、金属層3は、接着の安定化、溶解や腐食の防止等のために、少なくとも一方の面、好ましくは少なくともシーラント層4側の面、更に好ましくは両面が化成処理されていることが好ましい。ここで、化成処理とは、金属層3の表面に耐酸性皮膜を形成する処理である。化成処理は、例えば、硝酸クロム、フッ化クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、蓚酸クロム、重リン酸クロム、クロム酸アセチルアセテート、塩化クロム、硫酸カリウムクロム等のクロム酸化合物を用いたクロム酸クロメート処理;リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸等のリン酸化合物を用いたリン酸クロメート処理;下記一般式(1)〜(4)で表される繰り返し単位からなるアミノ化フェノール重合体を用いたクロメート処理等が挙げられる。
一般式(1)〜(4)中、Xは水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリル基又はベンジル基を示す。また、R1及びR2は、同一又は異なって、ヒドロキシル基、アルキル基、又はヒドロキシアルキル基を示す。一般式(1)〜(4)において、X、R1、R2で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖又は分枝鎖状アルキル基が挙げられる。また、X、R1、R2で示されるヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等のヒドロキシ基が1個置換された炭素数1〜4の直鎖又は分枝鎖状アルキル基が挙げられる。一般式(1)〜(4)において、Xは、水素原子、ヒドロキシル基、及び、ドロキシアルキル基のいずれかであることが好ましい。一般式(1)〜(4)で表される繰り返し単位からなるアミノ化フェノール重合体の数平均分子量は、例えば、約500〜約100万、好ましくは約1000〜約2万が挙げられる。
また、金属層3に耐食性を付与する化成処理方法として、リン酸中に、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化スズ等の金属酸化物や硫酸バリウムの微粒子を分散させたものをコーティングし、150℃以上で焼付け処理を行うことにより、金属層3の表面に耐食処理層を形成する方法が挙げられる。また、耐食処理層の上には、カチオン性ポリマーを架橋剤で架橋させた樹脂層を形成してもよい。ここで、カチオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミンとカルボン酸を有するポリマーからなるイオン高分子錯体、アクリル主骨格に1級アミンをグラフトさせた1級アミングラフトアクリル樹脂、ポリアリルアミンまたはその誘導体、アミノフェノール等が挙げられる。これらのカチオン性ポリマーは1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、架橋剤としては、例えば、イソシアネート基、グリシジル基、カルボキシル基、及びオキサゾリン基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物、シランカップリング剤等が挙げられる。これらの架橋剤は1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの化成処理は、1種の化成処理を単独で行ってもよく、2種以上の化成処理を組み合わせて行ってもよい。更に、これらの化成処理は、1種の化合物を単独で使用して行ってもよく、また2種以上の化合物を組み合わせて使用して行ってもよい。これらの中でも、好ましくはクロム酸クロメート処理、更に好ましくはクロム酸化合物、リン酸化合物、及びアミノ化フェノール重合体を組み合わせたクロメート処理が挙げられる。
化成処理において金属層3の表面に形成させる耐酸性皮膜の量については、特に制限されないが、例えばクロム酸化合物、リン酸化合物、及びアミノ化フェノール重合体を組み合わせてクロメート処理を行う場合であれば、金属層3の表面1m2当たり、クロム酸化合物がクロム換算で約0.5〜約50mg、好ましくは約1.0〜約40mg、リン化合物がリン換算で約0.5〜約50mg、好ましくは約1.0〜約40mg、及びアミノ化フェノール重合体が約1〜約200mg、好ましくは約5.0〜150mgの割合で含有されていることが望ましい。
化成処理は、耐酸性皮膜の形成に使用する化合物を含む溶液を、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、浸漬法等によって、金属層3の表面に塗布した後に、金属層3の温度が70〜200℃程度になるように加熱することにより行われる。また、金属層3に化成処理を施す前に、予め金属層3を、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法等による脱脂処理に供してもよい。このように脱脂処理を行うことにより、金属層3の表面の化成処理を一層効率的に行うことが可能になる。
[シーラント層4]
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。
シーラント層4に使用される樹脂成分については、熱溶着可能であることを限度として特に制限されないが、例えば、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、カルボン酸変性環状ポリオレフィンが挙げられる。
前記ポリオレフィンとしては、具体的には、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン等のポリエチレン;ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー)、ポリプロピレンのランダムコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー)等のポリプロピレン;エチレン−ブテン−プロピレンのターポリマー;等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくはポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられる。
前記環状ポリオレフィンは、オレフィンと環状モノマーとの共重合体であり、前記環状ポリオレフィンの構成モノマーであるオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン、等が挙げられる。また、前記環状ポリオレフィンの構成モノマーである環状モノマーとしては、例えば、ノルボルネン等の環状アルケン;具体的には、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくは環状アルケン、更に好ましくはノルボルネンが挙げられる。
前記カルボン酸変性ポリオレフィンとは、前記ポリオレフィンをカルボン酸でブロック重合又はグラフト重合することにより変性したポリマーである。変性に使用されるカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
前記カルボン酸変性環状ポリオレフィンとは、環状ポリオレフィンを構成するモノマーの一部を、α,β―不飽和カルボン酸又はその無水物に代えて共重合することにより、或いは環状ポリオレフィンに対してα,β―不飽和カルボン酸又はその無水物をブロック重合又はグラフト重合することにより得られるポリマーである。カルボン酸変性される環状ポリオレフィンについては、前記と同様である。また、変性に使用されるカルボン酸としては、前記酸変性シクロオレフィンコポリマーの変性に使用されるものと同様である。
これらの樹脂成分の中でも、好ましくはカルボン酸変性ポリオレフィン;更に好ましくはカルボン酸変性ポリプロピレンが挙げられる。
シーラント層4は、1種の樹脂成分単独で形成してもよく、また2種以上の樹脂成分を組み合わせたブレンドポリマーにより形成してもよい。更に、シーラント層4は、1層のみで成されていてもよいが、同一又は異なる樹脂成分によって2層以上で形成されていてもよい。
また、シーラント層4の厚さとしては、適宜選定することができるが、10〜100μm程度、好ましくは15〜50μm程度が挙げられる。
[装飾層5]
本発明の電池用包装材料において、装飾層5は、電池用包装材料に意匠性、識別性などの装飾性を付与すること、及び、耐電解液性を付与することを目的として設けられる層であり、電池を組み立てた時に、基材層1の外側(最外層)に位置する層である。
装飾層5は、基材層1側から順に、少なくとも第1装飾層5a及び第2装飾層5bを有している。装飾層5は、第2装飾層5bよりもさらに外側、または第1装飾層5aと第2装飾層5bとの間に、第3装飾層5c、第4装飾層5dなどの1または2以上の装飾層を有していてもよい。すなわち、装飾層5が、第1装飾層5a及び第2装飾層5bに加えて、さらに他の装飾層を備える場合には、当該他の装飾層は、第1装飾層5aの外側の任意の位置に設けられていてよい。
本発明の電池用包装材料においては、装飾層5が着色剤及びマット化剤を含み、かつ、装飾層5が第1装飾層5aと第2装飾層5とを備えている。本発明においては、装飾層5がこのような構成を有することにより、成形後の隠蔽性及び密着性に優れ、かつ、耐電解液性及び表面絶縁性にも優れた電池用包装材料とすることができる。すなわち、装飾層5が着色剤を含むことに基づく成形後における高い隠蔽性と、マット化剤を含むことによる高い耐電解液性とが備えられている。さらに、第1装飾層5a及び第2装飾層5bにおける樹脂の割合を、それぞれ60質量%以上に設定することにより、成形後における密着性と、耐電解液性とが効果的に高められている。隠蔽性、密着性、耐電解液性、及び表面絶縁性をより一層向上させる観点からは、第1装飾層5aが基材層1上に位置しており、第2装飾層5bが電池用包装材料の最外層に位置していることが好ましい。
装飾層5に含まれる着色剤としては、装飾層5を着色できるものであれば特に制限されないが、好ましくは顔料及び染料が挙げられ、より好ましくは顔料が挙げられる。着色剤は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
顔料としては、電池用包装材料に意匠性、識別性などの装飾性を付与できるものであれば特に制限されず、例えば、黒色顔料などが挙げられる。黒色顔料としては、特に制限されないが、好ましくはカーボンブラックなどが挙げられる。顔料は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
顔料の粒子径としては、特に制限されないが、好ましくは1nm〜20μm程度が上げられる。なお、顔料の粒子径は、レーザー回折散乱法によって測定した値を意味する。
染料としては、ニトロ染料、アゾ系染料、スチルベン染料、カルポニウム染料、キノリン染料、メチン染料、チアゾール染料、キインイミン染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料、及びフタロシアニン染料などが挙げられる。染料は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
マット化剤としては、電池用包装材料に耐電解液性を付与できるものであれば特に制限されず、例えば、粒子径が1nm〜20μm程度の微粒子が挙げられる。なお、マット化剤の粒子径は、レーザー回折散乱法によって測定した値を意味する。
マット化剤(フィラー)の材質については、特に制限されないが、例えば、金属、金属酸化物、無機物、有機物等が挙げられる。また、マット化剤の形状についても、特に制限されないが、例えば、球状、繊維状、板状、不定形、バルーン状等が挙げられる。マット化剤として、具体的には、タルク,シリカ,カオリン、モンモリロイド、モンモリロナイト、合成マイカ、ハイドロタルサイト、シリカゲル、ゼオライト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化亜鉛,酸化マグネシウム,酸化アルミニウム,酸化ネオジウム,酸化アンチモン、酸化チタン、酸化セリウム、硫酸カルシウム,硫酸バリウム、炭酸カルシウム,ケイ酸カルシウム、炭酸リチウム、安息香酸カルシウム,シュウ酸カルシウム,ステアリン酸マグネシウム、アルミナ、高融点ナイロン、架橋アクリル、架橋スチレン、架橋ポリエチレン、ベンゾグアナミン、金、アルミニウム、銅、ニッケル、樹脂ビーズ、着色樹脂ビーズ等が挙げられる。これらのマット化剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらのマット化剤の中でも、分散安定性やコスト等の観点から、好ましくはりシリカ、硫酸バリウム、酸化チタンが挙げられる。また、マット化剤には、表面に絶縁処理、高分散性処理等の各種表面処理を施しておいてもよい。
第1装飾層5aに顔料が含まれる場合、第1装飾層5aにおける顔料の割合としては、上記の隠蔽性、密着性、耐電解液性、及び表面絶縁性をより一層向上させる観点から、好ましくは1〜30質量%程度、より好ましくは5〜25質量%程度が挙げられる。また、第2装飾層5bに顔料が含まれる場合、第2装飾層5bにおける顔料の割合としては、同様の観点から、好ましくは1〜30質量%程度、より好ましくは5〜25質量%程度が挙げられる。本発明においては、第1装飾層5a及び第2装飾層5bにおける樹脂の割合が、共に60質量%以上に設定されていることにより、固体粒子である顔料及びマット化剤が装飾層5に含まれている場合にも、成形後における密着性と、耐電解液性とが効果的に高められている。このため、本発明は、着色剤として顔料を用いた加飾シートに対して特に有効である。
また、第1装飾層5aにマット化剤が含まれる場合、第1装飾層5aにおけるマット化剤の割合としては、上記の隠蔽性、密着性、耐電解液性、及び表面絶縁性をより一層向上させる観点から、好ましくは1〜30質量%程度、より好ましくは5〜15質量%程度が挙げられる。第2装飾層5bにマット化剤が含まれる場合、第2装飾層5bにおけるマット化剤の割合としては、同様の観点から、好ましくは1〜30質量%程度、より好ましくは5〜15質量%程度が挙げられる。
着色剤として顔料を用いる場合、装飾層5全体における顔料の割合としては、好ましくは1〜30質量%程度、より好ましくは5〜25質量%程度が挙げられる。装飾層5全体におけるマット化剤の割合としては、好ましくは1〜30質量%程度、より好ましくは5〜15質量%程度が挙げられる。
第1装飾層5a及び第2装飾層5bにおける樹脂の割合は、60質量%以上であれば特に制限されないが、上記の隠蔽性、密着性、耐電解液性、及び表面絶縁性をより一層向上させる観点から、好ましくは65質量%以上、より好ましくは70質量%〜85質量%程度が挙げられる。さらに、同様の観点から、装飾層5全体における樹脂の割合としては、好ましくは60質量%以上、より好ましくは65質量%以上、さらに好ましくは70質量%〜85質量%程度が挙げられる。
装飾層5を形成する樹脂としては、特に制限されず、例えば、2液硬化型樹脂が挙げられる。2液硬化型樹脂としては、耐電解液性を有するものであれば、特に制限されないが、例えば、2液硬化型ウレタン樹脂、2液硬化型アクリル樹脂、2液硬化型ポリエステル樹脂、2液硬化型エポキシ樹脂などが挙げられる。装飾層5を形成する樹脂は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
装飾層5を形成する樹脂としては、これらの2液硬化型樹脂の中でも、ポリオールとイソシアネート系硬化剤とを含む2液硬化型ウレタン樹脂が好ましい。
ポリオールの具体例としては、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリウレタンポリオールなどが挙げられる。また、イソシアネート系硬化剤の具体例としては、メチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,2,4−もしくは2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソプロピリデンジシクロヘキシル−4,4’−ジイソシアネート等が挙げられる。また、イソシアネート系硬化剤は、これらイソシアネート化合物のアダクト体、ビューレット体、イソシアヌレート体などであってもよい。
装飾層5は、必要に応じて、スリップ剤、難燃剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤、レベリング剤、消泡剤等の添加剤を含んでいてもよい。スリップ剤としては、特に制限されないが、例えば、脂肪酸アマイド、金属石鹸、親水性シリコーン、シリコーンをグラフトしたアクリル、シリコーンをグラフトしたエポキシ、シリコーンをグラフトしたポリエーテル、シリコーンをグラフトしたポリエステル、ブロック型シリコーンアクリル共重合体、ポリグリセロール変性シリコーン、パラフィン等が挙げられる。これらのスリップ剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
装飾層5を形成する方法としては、特に制限されないが、例えば、装飾層5を形成する樹脂と、着色剤及びマット化剤の少なくとも一方と、溶剤などとを含むインキを基材層1の一方の表面上に塗布、印刷する方法が挙げられる。マット化剤を配合する場合には、2液硬化型樹脂にマット化剤を添加して混合した後、塗布すればよい。
装飾層5は、装飾性及び耐電解液性を奏することが可能な程度に薄く形成されていることが好ましく、装飾層5の総厚みとしては、好ましくは10μm以下、より好ましくは2〜8μm程度、さらに好ましくは3〜6μm程度が挙げられる。第1装飾層5aの厚みとしては、例えば、1〜4μm程度、好ましくは2〜3μm程度が挙げられる。また、第2装飾層5bの厚みとしては、例えば、1〜4μm程度、好ましくは2〜3μm程度が挙げられる。
装飾層5が、上記のような第3装飾層5cなどの他の装飾層をさらに有する場合、当該他の装飾層における着色剤、マット化剤、樹脂などの割合は、第1装飾層5aまたは第2装飾層5bと同様とすることができる。また、厚みについても同様とすることができる。
電池用包装材料には高い絶縁性が要求される。本発明の電池用包装材料においては、最外層に位置する装飾層5の表面抵抗値としては、例えば104Ω/sq以上、好ましくは106Ω/sq以上である。なお、本発明の電池用包装材料の装飾層5の表面抵抗値は、ハイレスタUP「三菱化学社製、商品名」を用いて、22℃、相対湿度が40%の条件で測定した値である。
[接着層6]
本発明の電池用包装材料において、接着層6は、金属層3とシーラント層4を強固に接着させるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
接着層6は、金属層3とシーラント層4とを接着可能である接着剤によって形成される。接着層6の形成に使用される接着剤について、その接着機構、接着剤成分の種類等は、前記接着層2の場合と同様である。接着層6に使用される接着剤成分として、好ましくはポリオレフィン系樹脂、更に好ましくはカルボン酸変性ポリオレフィン、特に好ましくはカルボン酸変性ポリプロピレンが挙げられる。
接着層6の厚さについては、例えば、2〜50μm、好ましくは15〜30μmが挙げられる。
3.電池用包装材料の製造方法
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。
まず、基材層1、接着層2、金属層3が順に積層された積層体(以下、「積層体A」と表記することもある)を形成する。積層体Aの形成は、具体的には、基材層1上又は必要に応じて表面が化成処理された金属層3に接着層2の形成に使用される接着剤を、押出し法、グラビアコート法、ロールコート法等の塗布方法で塗布・乾燥した後に、当該金属層3又は基材層1を積層させて接着層2を硬化させるドライラミネーション法によって行うことができる。
次いで、積層体Aの金属層3上に、シーラント層4を積層させる。金属層3上にシーラント層4を直接積層させる場合には、積層体Aの金属層3上に、シーラント層4を構成する樹脂成分をグラビアコート法、ロールコート法等の方法により塗布すればよい。また、金属層3とシーラント層4の間に接着層6を設ける場合には、例えば、(1)積層体Aの金属層3上に、接着層6及びシーラント層4を共押出しすることにより積層する方法(共押出しラミネーション法)、(2)別途、接着層6とシーラント層4が積層した積層体を形成し、これを積層体Aの金属層3上に熱ラミネーション法により積層する方法、(3)積層体Aの金属層3上に、接着層6を形成させるための接着剤を押出し法や溶液コーティングした高温で乾燥さらには焼き付ける方法等により積層させ、この接着層6上に予めシート状に製膜したシーラント層4をサーマルラミネーション法により積層する方法、(4)積層体Aの金属層3と、予めシート状に製膜したシーラント層4との間に、溶融させた接着層6を流し込みながら、接着層6を介して積層体Aとシーラント層4を貼り合せる方法(サンドラミネーション法)等が挙げられる。
さらに、基材層1の上に、装飾層5を第1装飾層5a、第2装飾層5bの順に印刷することにより、第2装飾層5b/第1装飾層5a/基材層1/必要に応じて設けられる接着層2/必要に応じて表面が化成処理された金属層3/必要に応じて設けられる接着層6/シーラント層4からなる積層体が形成される。なお、接着層2及び必要に応じて設けられる接着層6の接着性を強固にするために、更に、熱ロール接触式、熱風式、近又は遠赤外線式等の加熱処理に供してもよい。このような加熱処理の条件としては、例えば150〜250℃で1〜5分間が挙げられる。
本発明の電池用包装材料において、積層体を構成する各層は、必要に応じて、製膜性、積層化加工、最終製品2次加工(パウチ化、エンボス成形)適性等を向上又は安定化するために、コロナ処理、ブラスト処理、酸化処理、オゾン処理等の表面活性化処理を施していてもよい。
4.電池用包装材料の用途
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。
具体的には、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を、本発明の電池用包装材料で、前記正極及び負極の各々に接続された金属端子が外側に突出させた状態で、電池素子の周縁にフランジ部(シーラント層同士が接触する領域)が形成できるようにして被覆し、前記フランジ部のシーラント層同士をヒートシールして密封させることによって、電池用包装材料を使用した電池が提供される。なお、本発明の電池用包装材料を用いて電池素子を収容する場合、本発明の電池用包装材料のシーラント部分が内側(電池素子と接する面)になるようにして用いられる。
本発明の電池用包装材料は、一次電池、二次電池のいずれに使用してもよいが、好ましくは二次電池である。本発明の電池用包装材料が適用される二次電池の種類については、特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサー、キャパシター等が挙げられる。これらの二次電池の中でも、本発明の電池用包装材料の好適な適用対象として、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池が挙げられる。
以下に実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。但し本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例1〜4及び比較例1〜4
<電池用包装材料の製造>
アルミニウム箔(厚さ30μm)の両面に化成処理を施し、一方の化成処理面に、延伸ナイロンフィルム(厚さ15μm)を接着剤層の厚さが約3μmとなるようにポリエステル系接着剤を介してドライラミネート法により貼り合わせた。次に、他方の化成処理面に酸変性ポリプロピレン(厚さ15μm)/ポリプロピレン(厚さ15μm)を溶融押出して、延伸ナイロンフィルム/ポリエステル系接着剤/両面化成処理が施されたアルミニウム/酸変性ポリプロピレン/ポリプロピレンから構成される積層体を得た。化成処理は、いずれも、処理液として、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、リン酸からなる水溶液を用い、ロールコート法により塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件において焼付けた。また、クロムの塗布量は10mg/m2(乾燥重量)とした。
次に、実施例1〜4及び比較例1〜3においては、得られた積層体の延伸ナイロンフィルムの表面に、表1に記載の組成を有するインキを順にグラビアコート法にて印刷して、第1装飾層(厚さ4μm)及び第2装飾層(4μm)を順に形成し、第2装飾層/第1装飾層/延伸ナイロンフィルム/ポリエステル系接着剤/両面化成処理が施されたアルミニウム/酸変性ポリプロピレン/ポリプロピレンが順に積層された積層体を形成した。得られた積層体を40℃下で3日間放置してエージングを行い、実施例1〜4及び比較例1〜3の電池用包装材料を得た。
比較例4では、得られた積層体の延伸ナイロンフィルムの表面に、表1に記載の組成を有するインキをグラビアコート法にて印刷して、装飾層が1層積層された積層体(装飾層/延伸ナイロンフィルム/ポリエステル系接着剤/両面化成処理が施されたアルミニウム/酸変性ポリプロピレン/ポリプロピレンが順に積層された積層体)を得た。得られた積層体を40℃下で3日間放置してエージングを行い、比較例4の電池用包装材料を得た。
[隠蔽性の評価]
実施例1〜4及び比較例1〜43で得られた電池用包装材料を一軸方向に100%延伸した後、第2装飾層側から観察して、下地の露出の有無を目視で確認した。下地が露出していた場合を隠蔽性が低い(×)、下地が露出していなかった場合を隠蔽性が高い(○)と評価した。結果を表1に示す。
[密着性の評価]
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られた電池用包装材料を一軸方向に100%延伸した後、第2装飾層及び第1装飾層における剥がれ、浮き、クラックなどの有無を目視で確認した。剥がれ、浮き、クラックなどが生じていた場合を密着性が低い(×)、生じていなかった場合を密着性が高い(○)と評価した。結果を表1に示す。
[表面絶縁性の評価]
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られた電池用包装材料の最外層に位置する第2装飾層の表面抵抗値を、ハイレスタUP「三菱化学社製、商品名」を用いて、22℃、相対湿度が40%の条件で測定した。評価基準は以下の通りである。
○:表面抵抗値が106Ω/sq以上であり、表面絶縁性が高い。
△:表面抵抗値が104Ω/sq以上106Ω/sq未満であり、表面絶縁性がやや低い。
×:表面抵抗値が104Ω/sq未満であり、表面絶縁性が低い。
[耐電解液性の評価]
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られた電池用包装材料の第2装飾層表面に電解液(電解液の組成:1MのLiPF6を含む、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート(容積比で1:1:1)の混合液)を滴下し、25℃、湿度50%の環境下で1時間放置した後、エタノールを含ませたウエスで電解液を拭き取った後の表面状態を観察した。表面に変化があった場合を耐電解液性が低い(×)、表面に変化が無かった場合を耐電解液性が高い(○)と評価した。結果を表1に示す。
なお、表1の注釈を以下に示す。
黒色顔料:カーボンブラック(粒径約0.3〜0.4μm)
マット化剤:シリカ粒子(粒径約0.1〜3.0μm)
樹脂:ポリエステルポリオール(80質量%)、イソシアネート系硬化剤(20質量%)
表1に示される結果から明らかな通り、装飾層が所定量の顔料及びマット化剤を含み、第1装飾層及び第2装飾層における樹脂の割合が、共に70質量%以上である実施例1〜4の電池用包装材料においては、成形後の隠蔽性及び密着性に優れており、かつ、表面絶縁性及び耐電解液性にも優れていた。一方、第1装飾層及における樹脂の割合が50質量%である比較例1の電池用包装材料においては、密着性が低くなった。また、最外層に位置する第2装飾層及における樹脂の割合が50質量%である比較例2の電池用包装材料においては、当該第2装飾層にマット化剤を含むにも拘わらず、耐電解液性が低くなった。また、最外層に位置する第2装飾層及における樹脂の割合が40質量%以下である比較例3の電池用包装材料においては、隠蔽性を高めるために当該第2装飾層の黒色顔料の割合を高めたためか、耐電解液性だけでなく、表面絶縁性も低下した。また、実施例1で形成した第1装飾層及び第2装飾層を混合した組成に対応する装飾層を1層設けた比較例4の電池用包装材料においては、成形後の隠蔽性が不十分であった。また、比較例4のように1層を形成した場合には、マット化剤によるマット化効果も低かった。
1 基材層
2 接着層
3 金属層
4 シーラント層
5 装飾層
5a 第1装飾層
5b 第2装飾層
6 接着層

Claims (11)

  1. 少なくとも、装飾層、基材層、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、
    前記装飾層は、前記基材層側から順に、少なくとも第1装飾層及び第2装飾層を有しており、
    前記装飾層が、着色剤及びマット化剤を含み、
    前記第1装飾層及び第2装飾層は、それぞれ、樹脂の割合が60質量%以上である、電池用包装材料。
  2. 前記第1装飾層における前記マット化剤の割合が1〜30質量%である、請求項1に記載の電池用包装材料。
  3. 前記第1装飾層が、着色剤として顔料を1〜30質量%含む、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
  4. 前記第1装飾層における前記樹脂の割合が65質量%以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
  5. 前記第2装飾層における前記前記マット化剤の割合が1〜30質量%である、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
  6. 前記第2装飾層が、着色剤として顔料を1〜30質量%含む、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
  7. 前記第2装飾層における前記樹脂の割合が65質量%以上である、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
  8. 前記装飾層を形成する前記樹脂が、2液硬化型樹脂である、請求項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
  9. 前記着色剤が、黒色顔料である、請求項1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料。
  10. 前記金属層が、アルミニウム箔により形成されている、請求項1〜9のいずれかに記載の電池用包装材料。
  11. 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1〜10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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