JP2016001537A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、水蒸気バリア性を更に向上させつつ、端部での短絡を防止することのできる二次電池を提供する。【解決手段】二次電池10は、金属箔層24及び熱融着樹脂層27が積層されて形成された金属箔ラミネートフィルム20と、非導電性バリア層32及び熱融着樹脂層34が積層されて形成された非導電性ラミネートフィルム30とを備えており、両ラミネートフィルム20,30間に電池要素40が収容されている。二次電池10では、熱融着樹脂層27,34が対向するように金属箔ラミネートフィルム20の端部28が非導電性ラミネートフィルム30に貼り合わされており、非導電性ラミネートフィルム30は、金属箔ラミネートフィルム20の当該貼合せ端部28を上下で被覆している。【選択図】図1
Description
本発明は、二次電池に関する。
近年、携帯電話、スマートフォン又は音楽再生機器などの携帯機器やハイブリッド電気自動車又は電気自動車などの自動車の普及が進んでいる。これらの電源や動力源である電気を供給するための電池として、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられている。携帯機器用の二次電池では、軽量化やコンパクト化が求められ、車載用の二次電池では、軽量化やコンパクト化に加え、更に、高エネルギー化又は高出力化に伴う並列又は直列配置による多層化に対応することが求められている。このような二次電池では、用途や使用環境により金属缶やラミネートフィルム外装材が使い分けられているが、軽量化や形状自由度の観点からラミネートフィルム外装材が注目されている。ラミネートフィルム外装材には、二次電池の外部からの水分の浸入を防ぐため、バリア層にアルミニウム箔やステンレス箔などに代表される金属箔が用いられている。このような金属箔により、二次電池内部への水分の浸入が抑制される。
また、二次電池にラミネートフィルム外装材が使われる場合、例えば、二次電池を携帯機器内に収納する際、よりコンパクトに機器内に収納するため、二次電池の金属端子を外装材側へと折り曲げることがある。この場合、金属箔層からなるバリア層と金属端子とが接触し、二次電池が短絡してしまう可能性がある。特に、車載用途などで使用される場合、複数個の二次電池を並べて又は重ねて実装されるため、隣り合う二次電池の端部同士が接触し、二次電池が短絡するなどの虞があった。そこで、このような二次電池の端部での短絡を防止する方法として、例えば、特許文献1に記載されているように、二次電池の端部において各フィルムそれぞれを外側に折り返した状態で金属端子に熱融着させるといった封止方法などが提案されている。
近年普及が進んでいる二次電池、例えばリチウムイオン二次電池では、電池外部から内部に水分が浸入することにより、電解質であるリチウム塩が発熱等してしまう虞があった。そこで、上述した従来技術では、ラミネートフィルム外装材にアルミニウム箔やステンレス箔などの金属箔を用いることにより、かかる水分の浸入を抑制している。しかしながら、金属箔を含むラミネートフィルム外装材を用いる場合であっても、何れかの端部をヒートシールにより熱融着させているため、かかる端部でのフィルム層の間から水分が少なからず内部に浸入しており、水蒸気バリア性を更に向上することが求められている。
また、二次電池の端部において絶縁性が保てないことにより電池性能が低下してしまうこともあった。例えば、特許文献1に記載の方法では、二次電池の端部を折り返すだけであり、ラミネートフィルムのバリア層に使われる金属箔の端部が依然として露出したままであった。このため、ラミネートフィルムのバリア層と金属端子とが短絡してしまう虞があり、また二次電池を複数個並べた場合には、他の二次電池のラミネートフィルムのバリア層と金属端子とが接触して、短絡してしまう虞があった。
更に、上述したような水蒸気バリア性の向上や短絡の防止を、コストや生産性を考慮しながら、行うことは難しかった。
そこで、本発明では、端部での短絡を防止して絶縁性を確保すると共に、水蒸気バリア性を更に向上させることのできる二次電池を提供することを目的とする。
本発明に係る二次電池は、その一側面として、金属箔を含む金属箔バリア層と第1のシーラント層とが少なくとも積層されて形成された金属箔ラミネートフィルムと、非導電性バリア層と第2のシーラント層とが少なくとも積層されて形成された非導電性ラミネートフィルムと、を備え、金属箔ラミネートフィルム及び非導電性ラミネートフィルムの間に電池要素が収容され、第1及び第2のシーラント層が対向するように金属箔ラミネートフィルムの端部が非導電性ラミネートフィルムに貼り合わされており、非導電性ラミネートフィルムは、金属箔ラミネートフィルムの当該貼合せ端部を被覆していることを特徴としている。
上述した二次電池では、金属箔ラミネートフィルムの端部が非導電性ラミネートフィルムに貼り合わされており、非導電性ラミネートフィルムが金属箔ラミネートフィルムの当該貼合せ端部を被覆している。この場合、金属箔ラミネートフィルムの貼合せ端部が非導電性ラミネートフィルムによって被覆されているため、金属箔ラミネートフィルム中の金属箔バリア層がリード等に短絡してしまうことを防止することが可能である。つまり、本発明に係る二次電池によれば、電池端部での短絡を防止して絶縁性を確保することができる。また、本発明に係る二次電池では、非導電性ラミネートフィルムが金属箔ラミネートフィルムの貼合せ端部を被覆するように押し返されてヒートシール等されているため、金属箔ラミネートフィルムと非導電性ラミネートフィルムとの貼合せ面の電池内部から外部への総距離(幅)を長くすることができ、これにより、ラミネートフィルムの貼合せ面間から浸入する水分(水蒸気)の量を抑制することができる。つまり、水蒸気バリア性を向上させることができる。
また、上述した二次電池では、簡易な構成により短絡の防止と水蒸気バリア性の向上を図っているため、二次電池のコスト低減や生産性の向上等も容易に行うことが可能となる。なお、この二次電池では、一方のラミネートフィルムとして非導電性ラミネートフィルムを用いているため、非導電性ラミネートフィルムによる短絡をそもそも考慮する必要がなくなるため、例えばリード上において非導電性ラミネートフィルム側に配置するタブシーラント等の厚みを薄くする(又は無くす)ことも可能となる。これにより、上記構成によれば、ヒートシール部を含む二次電池の厚みを全体として薄膜化することが可能となる。
上記の二次電池において、非導電性バリア層は無機酸化物を含むバリア層であってもよい。これにより、非導電性バリア層において高い水蒸気バリア性を確保することが可能となる。
上記の二次電池において、金属箔ラミネートフィルムは、金属箔バリア層に対し第1のシーラント層とは積層方向の反対側に積層されるポリオレフィン樹脂層を更に含むことが好ましい。この場合、金属箔ラミネートフィルムの貼合せ端部が、被覆される領域全般(端部の上下等)において非導電性ラミネートフィルムに確実に熱融着(接着)されてシールさせることができる。つまり、貼合せ面間に水分が浸入することをより確実に抑制できる。
上記の二次電池において、金属箔ラミネートフィルムは、少なくとも一部が凹形状を呈していてもよい。ラミネートフィルムに対する成型加工等により、フィルムを凹形状にすることが可能であるが、このような形状に加工することにより、収容する電池要素の容積を増やすことが可能となる。なお、上記二次電池では、成型加工されるラミネートフィルムのバリア層が金属箔層を含んでいるため、成型加工してもバリア層が破損しにくい。このため、より深い成型深さ、つまり内包される電池要素の容積増加を水蒸気バリア性を損なうことなく容易に行うことが可能となる。
上記の二次電池において、非導電性ラミネートフィルムは、貼合せ端部に対応する領域に切欠き部又は切抜き部を有していることが好ましい。この場合、両ラミネートフィルム間のヒートシール状態を維持しつつ、電池要素から外部に引き出される金属端子(タブ電極)を確実に外部に引き出すようにすることができ、また、金属端子の折り返しも可能となる。
上記の二次電池において、非導電性ラミネートフィルムは、貼合せ端部を覆うように折り返された形状を呈し、金属箔ラミネートフィルムの貼合せ端部を挟み込むようにして熱溶融されていることが好ましい。この場合、金属箔ラミネートフィルムの端部を非導電性ラミネートフィルムで折り返して被覆しヒートシールされることで、貼合せ端部の表裏両面をヒートシールすることができ、二次電池の端部の絶縁性がより確実に確保され、しかも、高い水蒸気バリア性を得ることが可能となる。
本発明によれば、端部での短絡を防止しつつ、水蒸気バリア性を更に向上させることができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る二次電池の実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いる場合があり、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示す断面図であり、図2は、ラミネートフィルムの貼合せ端部のシール状態を模式的に示す概略断面図である。図3は、金属箔ラミネートフィルムの層構成を示す断面図であり、図4は、非導電性ラミネートフィルムの層構成を示す断面図である。二次電池10は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図1〜図4に示すように、金属箔層24(金属箔バリア層)及び熱融着樹脂層27(第1のシーラント層)等が積層されて形成される金属箔ラミネートフィルム20と、非導電性バリア層32及び熱融着樹脂層34(第2のシーラント層)が積層されて形成される非導電性ラミネートフィルム30と、電池要素40と、を備えて構成されている。電池要素40は、例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、又は、炭酸エチルメチルなどの非プロトン性の溶媒に、電解質(リチウム塩)を溶解した電解液、若しくは該電解液を含浸させたポリマーゲルからなる電解質層を含んで構成されている。
二次電池10では、金属箔ラミネートフィルム20と非導電性ラミネートフィルム30との間に電池要素40が収容されている。より詳細には、金属箔ラミネートフィルム20の成型凹部29内に電池要素40が配置されている。そして、図2に示されるように、二次電池10の端部シール領域15では、両ラミネートフィルム20,30のシーラント層である熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34とが対向するように金属箔ラミネートフィルム20の端部28が非導電性ラミネートフィルム30に貼り合わされており、非導電性ラミネートフィルム30は、金属箔ラミネートフィルム20の当該貼合せ端部28を被覆するように折り返されている。この折り返しにより、両ラミネートフィルム20,30のシーラント層である熱融着樹脂層21と熱融着樹脂層34とが対向するように、非導電性ラミネートフィルム30の端部38が金属箔ラミネートフィルム20の端部28の図示上面20aに貼り合わされる。このようなラミネートフィルム20,30は、端部28,38がまとめてヒートシールされて熱溶融しており、電池内部が気密になるように、各貼合せ面20a,20b,30bが互いに貼り合わされている。
[金属箔ラミネートフィルム20]
ここで、二次電池10を構成する一方の外装材である金属箔ラミネートフィルム20の構成について、図3を参照して、詳細に説明する。
ここで、二次電池10を構成する一方の外装材である金属箔ラミネートフィルム20の構成について、図3を参照して、詳細に説明する。
金属箔ラミネートフィルム20は、シート状をなす金属箔層24の一方の面(図示下方)側に、腐食防止処理層25、接着剤層26及び熱融着樹脂層27が順次積層され、金属箔層24の他方の面(図示上方)側に接着剤層22を介し、熱融着樹脂層21が積層された積層体である。なお、金属箔層24と接着剤層22との間に腐食防止処理層23を更に設けてもよい。このような金属箔ラミネートフィルム20は、熱融着樹脂層21が最外層、熱融着樹脂層27が最内層である。すなわち、金属箔ラミネートフィルム20は、熱融着樹脂層21を二次電池10の外部側、熱融着樹脂層27を二次電池10の内部側にして使用され、金属箔ラミネートフィルム20の表面20aが二次電池10の外表面を構成し、表面20bが二次電池10の内側の面や非導電性ラミネートフィルム30との貼合せ面を構成する。
金属箔ラミネートフィルム20は、公知のドライラミネート法、押出しサンドラミネート法、共押出しラミネート法などで形成されるが、その工法は特に限定されるものではない。なお、図1に示す金属箔ラミネートフィルム20は、例えばドライラミネート法により形成されたフィルムである。
次に、金属箔ラミネートフィルム20を構成する各層の詳細について説明する。
(熱融着樹脂層21)
熱融着樹脂層21は、金属箔層24上に接着剤層22を介して形成される。接着剤層22上に熱融着樹脂層21が積層されることで、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層21と、非導電性ラミネートフィルム30の端部38を折り返して熱融着樹脂層34とを対向させ、熱融着樹脂層21と熱融着樹脂層34の融解温度以上で加熱貼り合わせ(ヒートシール)をすることにより、二次電池10の端部15を覆いながら密閉することができる。
熱融着樹脂層21は、金属箔層24上に接着剤層22を介して形成される。接着剤層22上に熱融着樹脂層21が積層されることで、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層21と、非導電性ラミネートフィルム30の端部38を折り返して熱融着樹脂層34とを対向させ、熱融着樹脂層21と熱融着樹脂層34の融解温度以上で加熱貼り合わせ(ヒートシール)をすることにより、二次電池10の端部15を覆いながら密閉することができる。
ここで、熱融着樹脂層21としては、ポリオレフィン樹脂が挙げられ、このポリオレフィン樹脂としては、低密度、中密度、又は高密度のポリエチレン、ホモ、ブロック、又はランダムポリプロピレンなどが挙げられる。また、このようなポリオレフィン樹脂にアクリル酸又はメタクリル酸などの極性分子を共重合した共重合体、架橋ポリオレフィンなどのポリマーなどが挙げられ、分散、共重合などを実施した樹脂を採用することができる。熱融着樹脂層21としては、これらポリオレフィン樹脂は、1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。熱融着樹脂層21は、耐熱性の観点から、使用するポリオレフィン樹脂はポリエチレンよりもポリプロピレンであることが好ましい。熱融着樹脂層21は、スリップ剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、造核剤、顔料、又は、染料等の各種添加剤が含有されていてもよい。これらの添加剤は、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。
熱融着樹脂層21の厚さは、10μm以上100μm以下が好ましく、膜厚が10μm以上だと熱融着樹脂層21にピンホールが発生してしまうことを抑制でき、ヒートシールをした際の密着不良を防止することができる。一方、膜厚が100μm以下であると、材料コストを抑えることができる。なお、熱融着樹脂層21は、25μm以上40μm以下であることがより好ましく、膜厚が25μm以上だと熱融着樹脂層21にピンホールが発生することを更に抑制でき、ヒートシールをした際の密着不良をより一層防止することができる。一方、膜厚が40μm以下であると、材料コストを更に抑えることができる。
(接着剤層22)
接着剤層22は、熱融着樹脂層21と金属箔層24との間に形成される。接着剤層22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、又は、ポリオレフィンなどを主剤とし、芳香族系や脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした2液硬化型接着剤を使用することができる。接着剤層22の膜厚は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。接着剤層22の膜厚が1μm未満では、密着力が低下するため、必要なラミネート強度が得られない。一方、膜厚が5μmを越える場合では、膜が厚くなることで、膜割れが発生しやすくなる。
接着剤層22は、熱融着樹脂層21と金属箔層24との間に形成される。接着剤層22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、又は、ポリオレフィンなどを主剤とし、芳香族系や脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした2液硬化型接着剤を使用することができる。接着剤層22の膜厚は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。接着剤層22の膜厚が1μm未満では、密着力が低下するため、必要なラミネート強度が得られない。一方、膜厚が5μmを越える場合では、膜が厚くなることで、膜割れが発生しやすくなる。
接着剤層22と金属箔層24の間に、成型性、耐熱性、耐突き刺し性、及び、絶縁性を向上させるために、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂又はポリオレフィン樹脂等の延伸又は未延伸フィルム等の基材層(不図示)を設けてもよい。この場合、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を主剤とし、芳香族系や脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした2液硬化型接着剤を介して、ポリエステル樹脂等からなる基材層を設けてもよい。このような基材層としては、2軸延伸ポリアミドや2軸延伸ポリエステルを用いることが好ましい。また、基材層は、1枚のフィルムである単一フィルムであってもよく、2枚以上のフィルムを貼り合わせた複合フィルムであってもよい。
(金属箔層24)
金属箔層24は、接着剤層22と接着剤層26との間に形成される。金属箔層24は、水分(水蒸気)の電池内への浸入を防止するために高い水蒸気バリア性を有しており、また、成型をするために所定の延伸性を有している。金属箔層24としては、アルミニウム、ステンレス鋼、又は銅等の各種金属箔を使用することができるが、重量(比重)、防湿性、及び、コストの面から、アルミニウム箔を用いることが好ましい。アルミニウム箔としては、公知の軟質アルミニウム箔を使用でき、耐ピンホール性、及び成型時の延展性の観点から、鉄を含むアルミニウム箔が好ましい。アルミニウム箔中の鉄の含有量は、0.1質量%以上9.0質量%以下が好ましく、特に0.5質量%以上2.0質量%以下であることがより好ましい。鉄の含有量が下限値以上であれば、耐ピンホール性や延伸性が向上し、鉄の含有量が上限値以下であれば、柔軟性が向上する。金属箔層24の厚さは、バリア性、耐ピンホール性及び加工性の点から、10μm以上100μm以下が好ましく、15μm以上80μm以下がより好ましい。
金属箔層24は、接着剤層22と接着剤層26との間に形成される。金属箔層24は、水分(水蒸気)の電池内への浸入を防止するために高い水蒸気バリア性を有しており、また、成型をするために所定の延伸性を有している。金属箔層24としては、アルミニウム、ステンレス鋼、又は銅等の各種金属箔を使用することができるが、重量(比重)、防湿性、及び、コストの面から、アルミニウム箔を用いることが好ましい。アルミニウム箔としては、公知の軟質アルミニウム箔を使用でき、耐ピンホール性、及び成型時の延展性の観点から、鉄を含むアルミニウム箔が好ましい。アルミニウム箔中の鉄の含有量は、0.1質量%以上9.0質量%以下が好ましく、特に0.5質量%以上2.0質量%以下であることがより好ましい。鉄の含有量が下限値以上であれば、耐ピンホール性や延伸性が向上し、鉄の含有量が上限値以下であれば、柔軟性が向上する。金属箔層24の厚さは、バリア性、耐ピンホール性及び加工性の点から、10μm以上100μm以下が好ましく、15μm以上80μm以下がより好ましい。
金属箔層24には、未処理の金属箔を用いてもいいが、脱脂処理を施した金属箔を用いることが好ましい。脱脂処理としては、大きく区分するとウェットタイプとドライタイプが挙げられる。ウェットタイプの脱脂処理としては、例えば、酸脱脂やアルカリ脱脂などが挙げられる。酸脱脂に使用する酸としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、又はフッ酸などの無機酸が挙げられる。これらの酸は、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、金属箔のエッチング効果が向上する点から、必要に応じて鉄(III)イオンやセリウム(III)イオンなどの供給源となる各種金属塩を配合してもよい。アルカリ脱脂に使用するアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウムなどの強エッチングタイプのアルカリが挙げられる。また、弱アルカリ系や界面活性剤を配合したものを用いてもよい。ウェットタイプの脱脂処理は浸漬法やスプレー法で行われる。
ドライタイプの脱脂処理としては、例えば金属箔層をアルミニウム箔とした場合、アルミニウムを焼鈍処理する工程において、その処理時間を長くすることで脱脂処理を行う方法が挙げられる。また、該脱脂処理の他にも、フレーム処理やコロナ処理などが挙げられる。さらに、特定波長の紫外線を照射して発生する活性酸素により、汚染物質を酸化分解・除去する脱脂処理を採用してもよい。
(腐食防止処理層23,25)
腐食防止処理層25は、金属箔層24の熱融着樹脂層27側に形成される。腐食防止処理層25は、例えばリチウムイオン二次電池では電解質と水分の反応により発生するフッ酸による金属箔層24の表面の腐食を防止するため、熱融着樹脂層27側に形成される。なお、電解液付着などにより熱融着樹脂層21側の金属箔層24の表面も腐食するため、腐食防止処理層23を設け、金属箔層24の両面に腐食防止処理層23,25を形成することがより好ましい。また、腐食防止処理層23,25は、腐食防止機能だけでなく、接着剤層22,26との接着におけるアンカー層としても機能する。腐食防止処理層23,25は、例えば、クロム酸塩、リン酸塩、又は、フッ化物と各種熱硬化性の樹脂とからなる腐食防止処理剤であるクロメート処理や、希土類元素の酸化物である酸化セリウム又はリン酸塩と各種熱硬化性樹脂とからなる腐食防止処理剤であるセリアゾル処理などを使用して形成することができる。腐食防止処理層23,25は、金属箔層24の耐腐食性を満たす塗膜であれば、上記処理で形成した塗膜には限定されず、例えば、リン酸塩処理やベーマイト処理などを使用して形成してもよい。また、腐食防止処理層23,25は、単層であることに限定されず、腐食防止機能をもつ塗膜上にオーバーコート剤として樹脂をコーティングするなど2層以上で耐腐食性を有する構成としてもよい。腐食防止処理層23,25の厚さは、腐食防止機能とアンカー層としての機能の点から、5nm以上11μm以下が好ましく、10nm以上200nm以下であることがより好ましい。
腐食防止処理層25は、金属箔層24の熱融着樹脂層27側に形成される。腐食防止処理層25は、例えばリチウムイオン二次電池では電解質と水分の反応により発生するフッ酸による金属箔層24の表面の腐食を防止するため、熱融着樹脂層27側に形成される。なお、電解液付着などにより熱融着樹脂層21側の金属箔層24の表面も腐食するため、腐食防止処理層23を設け、金属箔層24の両面に腐食防止処理層23,25を形成することがより好ましい。また、腐食防止処理層23,25は、腐食防止機能だけでなく、接着剤層22,26との接着におけるアンカー層としても機能する。腐食防止処理層23,25は、例えば、クロム酸塩、リン酸塩、又は、フッ化物と各種熱硬化性の樹脂とからなる腐食防止処理剤であるクロメート処理や、希土類元素の酸化物である酸化セリウム又はリン酸塩と各種熱硬化性樹脂とからなる腐食防止処理剤であるセリアゾル処理などを使用して形成することができる。腐食防止処理層23,25は、金属箔層24の耐腐食性を満たす塗膜であれば、上記処理で形成した塗膜には限定されず、例えば、リン酸塩処理やベーマイト処理などを使用して形成してもよい。また、腐食防止処理層23,25は、単層であることに限定されず、腐食防止機能をもつ塗膜上にオーバーコート剤として樹脂をコーティングするなど2層以上で耐腐食性を有する構成としてもよい。腐食防止処理層23,25の厚さは、腐食防止機能とアンカー層としての機能の点から、5nm以上11μm以下が好ましく、10nm以上200nm以下であることがより好ましい。
(接着剤層26)
接着剤層26は、熱融着樹脂層27と腐食防止処理層25との間に形成される。接着剤層26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、又は、ポレオレフィンなどを主剤とし、芳香族系又は脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした2液硬化型接着剤を使用することができる。接着剤層26の膜厚は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。接着剤層26の膜厚が1μm未満では、密着力が低下するため、必要なラミネート強度を得ることが難しくなる。一方、接着剤層26の膜厚が5μmを越える場合では、膜が厚くなることで、膜割れが発生しやすくなる。
接着剤層26は、熱融着樹脂層27と腐食防止処理層25との間に形成される。接着剤層26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、又は、ポレオレフィンなどを主剤とし、芳香族系又は脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした2液硬化型接着剤を使用することができる。接着剤層26の膜厚は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。接着剤層26の膜厚が1μm未満では、密着力が低下するため、必要なラミネート強度を得ることが難しくなる。一方、接着剤層26の膜厚が5μmを越える場合では、膜が厚くなることで、膜割れが発生しやすくなる。
(熱融着樹脂層27)
熱融着樹脂層27は、腐食防止処理層25上に接着剤層26を介して形成される。接着剤層26上に熱融着樹脂層27が積層されることで、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層27と非導電性ラミネートフィルム30の熱融着樹脂層34とを対向させ、熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34の融解温度以上でヒートシールすることにより、両フィルム20,30を密閉することができる。熱融着樹脂層27としては、ポリオレフィン樹脂が挙げられ、このポリオレフィン樹脂としては、低密度、中密度、高密度のポリエチレン、ホモ、ブロック、又はランダムポリプロピレンなどが挙げられる。また、このようなポリオレフィン樹脂にアクリル酸やメタクリル酸などの極性分子を共重合した共重合体、架橋ポリオレフィンなどのポリマーなどが挙げられ、分散、共重合などを実施した樹脂を採用することができる。これらポリオレフィン樹脂は、1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。熱融着樹脂層27は、耐熱性の観点から、使用するポリオレフィン樹脂はポリエチレンよりもポリプロピレンが好ましい。さらに、熱融着樹脂層27は、スリップ剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、造核剤、顔料、又は染料等の各種添加剤が含有されていてもよい。これらの添加剤は、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。熱融着樹脂層27の厚さは、20μm以上90μm以下が好ましい。
熱融着樹脂層27は、腐食防止処理層25上に接着剤層26を介して形成される。接着剤層26上に熱融着樹脂層27が積層されることで、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層27と非導電性ラミネートフィルム30の熱融着樹脂層34とを対向させ、熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34の融解温度以上でヒートシールすることにより、両フィルム20,30を密閉することができる。熱融着樹脂層27としては、ポリオレフィン樹脂が挙げられ、このポリオレフィン樹脂としては、低密度、中密度、高密度のポリエチレン、ホモ、ブロック、又はランダムポリプロピレンなどが挙げられる。また、このようなポリオレフィン樹脂にアクリル酸やメタクリル酸などの極性分子を共重合した共重合体、架橋ポリオレフィンなどのポリマーなどが挙げられ、分散、共重合などを実施した樹脂を採用することができる。これらポリオレフィン樹脂は、1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。熱融着樹脂層27は、耐熱性の観点から、使用するポリオレフィン樹脂はポリエチレンよりもポリプロピレンが好ましい。さらに、熱融着樹脂層27は、スリップ剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、造核剤、顔料、又は染料等の各種添加剤が含有されていてもよい。これらの添加剤は、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。熱融着樹脂層27の厚さは、20μm以上90μm以下が好ましい。
次に、金属箔ラミネートフィルム20の製造方法について、実施形態の一例を示して説明する。金属箔ラミネートフィルム20の製造方法としては、例えば、下記工程(I)から(III)の方法が挙げられる。
(I)金属箔層24上の両面に、腐食防止処理層23,25を塗工形成する。
(II)続いて、金属箔層24の腐食防止処理層23の面に接着剤層22を介して熱融着樹脂層21をドライラミネート法を使用して貼り合せ、熱融着樹脂層21、接着剤層22、腐食防止処理層23、金属箔層24及び腐食防止処理層25からなる積層体を形成する。
(III)(II)で形成された積層体の金属箔層24の熱融着樹脂層21とは反対側の面に、接着剤層26を介して熱融着樹脂層27を、ドライラミネート法を使用して貼り合せ、金属箔ラミネートフィルム20を形成する。
(I)金属箔層24上の両面に、腐食防止処理層23,25を塗工形成する。
(II)続いて、金属箔層24の腐食防止処理層23の面に接着剤層22を介して熱融着樹脂層21をドライラミネート法を使用して貼り合せ、熱融着樹脂層21、接着剤層22、腐食防止処理層23、金属箔層24及び腐食防止処理層25からなる積層体を形成する。
(III)(II)で形成された積層体の金属箔層24の熱融着樹脂層21とは反対側の面に、接着剤層26を介して熱融着樹脂層27を、ドライラミネート法を使用して貼り合せ、金属箔ラミネートフィルム20を形成する。
なお、上記の金属箔ラミネートフィルム20の製造方法の一例では、ドライラミネート法による製造方法を示したが、それ以外の製造方法、例えば押出しサンドラミネート法、又は、共押出しラミネート法などの既に公知の方法によって形成でき、またそれぞれの方法の組み合わせによって形成してもよく、その方法は特に限定されるものではない。
[非導電性ラミネートフィルム30]
次に、二次電池10を構成する他方の外装材である非導電性ラミネートフィルム30の構成について、図4を参照して説明する。
次に、二次電池10を構成する他方の外装材である非導電性ラミネートフィルム30の構成について、図4を参照して説明する。
非導電性ラミネートフィルム30は、図4に示すように、基材層31の一方の面(図示下方)に、非導電性バリア層32を積層し、接着剤層33、熱融着樹脂層34が順に積層された積層体である。非導電性ラミネートフィルム30は、基材層31が最外層、熱融着樹脂層34が最内層である。すなわち、非導電性ラミネートフィルム30は、基材層31を二次電池10の外部側、熱融着樹脂層34を二次電池10の内部側にして使用され、非導電性ラミネートフィルム30の表面30aが二次電池10の外表面を構成し、表面30bが二次電池10の内側の面や金属箔ラミネートフィルム20との貼合せ面を構成する。なお、基材層31の外側の表面には、所望の特性に応じてコーティング層を更に追加してもよい。
(基材層31)
基材層31は、特に限定されるものでなく公知のものを使用することができ、例えば、ポリエステル系フィルム(ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)、ポリアミド系フィルム(ナイロン−6、ナイロン−66等)、ポリスチレン系フィルム、ポリ塩化ビニル系フィルム、ポリイミド系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、ポリエーテルスルホン系フィルム、アクリル系フィルム、又は、セルロース系フィルム(トリアセチルセルロース又はジアセチルセルロース等)などを用いることができる。基材層31は、材料は特に限定されないが、熱収縮率が低いフィルムであることが好ましく、その中でも耐薬液性に優れたフィルムが好ましい。基材層31としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド類、ポリエーテルスルホンなど、ガスバリア性が高い材料を用いることが好ましい。また、基材層31のフィルム厚さは特に限定されるものではない。なお、基材層31には、バリア性を損なわない範囲で、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理などの各種前処理を施してもよいし、易接着層やアンカーコート層などの各種コート層を設けてもよい。
基材層31は、特に限定されるものでなく公知のものを使用することができ、例えば、ポリエステル系フィルム(ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)、ポリアミド系フィルム(ナイロン−6、ナイロン−66等)、ポリスチレン系フィルム、ポリ塩化ビニル系フィルム、ポリイミド系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、ポリエーテルスルホン系フィルム、アクリル系フィルム、又は、セルロース系フィルム(トリアセチルセルロース又はジアセチルセルロース等)などを用いることができる。基材層31は、材料は特に限定されないが、熱収縮率が低いフィルムであることが好ましく、その中でも耐薬液性に優れたフィルムが好ましい。基材層31としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド類、ポリエーテルスルホンなど、ガスバリア性が高い材料を用いることが好ましい。また、基材層31のフィルム厚さは特に限定されるものではない。なお、基材層31には、バリア性を損なわない範囲で、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理などの各種前処理を施してもよいし、易接着層やアンカーコート層などの各種コート層を設けてもよい。
(非導電性バリア層32)
非導電性バリア層32は、バリア性の高い材料として酸化アルミニウム(AlOx)、酸化珪素(SiOx)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化マグネシウム(MgO)、又はインジウム−スズ酸化物(ITO)などを用い、蒸着法により形成することができる。非導電性バリア層32としては、材料コスト、バリア性能、及び透明性の点から無機酸化物である酸化アルミニウム又は酸化珪素を用いることが好ましい。また、バリア性の向上や耐キズ性の向上の目的で蒸着薄膜層上にガスバリア性層を塗工してもよく、耐薬品性の向上を目的に腐食防止処理を施してもよい。非導電性バリア層32の厚みは、10nm未満では薄膜の連続性に問題があり、また300nmを超えるとカールやクラックが発生しやすくバリア性に悪影響を与え、かつ可撓性が低下するため、10nm以上300nm以下が好ましく、20nm以上200nm以下であることがより好ましい。
非導電性バリア層32は、バリア性の高い材料として酸化アルミニウム(AlOx)、酸化珪素(SiOx)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化マグネシウム(MgO)、又はインジウム−スズ酸化物(ITO)などを用い、蒸着法により形成することができる。非導電性バリア層32としては、材料コスト、バリア性能、及び透明性の点から無機酸化物である酸化アルミニウム又は酸化珪素を用いることが好ましい。また、バリア性の向上や耐キズ性の向上の目的で蒸着薄膜層上にガスバリア性層を塗工してもよく、耐薬品性の向上を目的に腐食防止処理を施してもよい。非導電性バリア層32の厚みは、10nm未満では薄膜の連続性に問題があり、また300nmを超えるとカールやクラックが発生しやすくバリア性に悪影響を与え、かつ可撓性が低下するため、10nm以上300nm以下が好ましく、20nm以上200nm以下であることがより好ましい。
非導電性バリア層32の成膜には、真空蒸着法、スパッタリング法、又は、化学的気相成長法(CVD法)などの公知の方法が適用できるが、成膜速度が早く生産性が高いことから真空蒸着法を用いることが好ましく、特に成膜材料の電子ビーム加熱による成膜手段を用いることが好ましい。
(接着剤層33)
接着剤層33は、非導電性バリア層32を介して基材層31と熱融着樹脂層34とを接着するための層であり、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、又は、これらの樹脂の共重合体樹脂からなる任意の接着剤を用いることができる。接着剤層33は、いわゆる周知のドライラミネート法やノンソルベントラミネート法などの公知の方法によって基材層31と熱融着樹脂層34とを貼り合せることが可能であるが、接着剤層33による接着強度が十分であれば、特にその工法は限定されるものではない。
接着剤層33は、非導電性バリア層32を介して基材層31と熱融着樹脂層34とを接着するための層であり、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、又は、これらの樹脂の共重合体樹脂からなる任意の接着剤を用いることができる。接着剤層33は、いわゆる周知のドライラミネート法やノンソルベントラミネート法などの公知の方法によって基材層31と熱融着樹脂層34とを貼り合せることが可能であるが、接着剤層33による接着強度が十分であれば、特にその工法は限定されるものではない。
接着剤層33の膜厚は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。接着剤層33の膜厚が1μm未満の場合、密着力が低下するため、必要なラミネート強度を得ることが難しくなる。一方、接着剤層33の膜厚が5μmを越える場合では、膜が厚くなることで、膜割れが発生しやすくなることがある。
(熱融着樹脂層34)
熱融着樹脂層34は、非導電性バリア層32上に接着剤層33を介して形成される。接着剤層33上に熱融着樹脂層34が積層されることで、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層27と非導電性ラミネートフィルム30の熱融着樹脂層34とを対向させ、熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34の融解温度以上でヒートシールをすることにより、両フィルム20,30を密閉することができる。また、図2に示すように、非導電性ラミネートフィルム30の端部38を折り返して、金属箔ラミネートフィルム20の外側(面20a側)にある熱融着樹脂層21と、非導電性ラミネートフィルム30の内側(面30b側)にある熱融着樹脂層34とをヒートシールをすることにより、二次電池10の端部15を覆いながら密閉することができる。このように、熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34、熱融着樹脂層21と熱融着樹脂層34の二箇所を一度にヒートシールをすることで、水蒸気の浸入経路(貼合せ面の長さ)が長くなり、高い水蒸気バリア性を得ることができる。また、二次電池10の端部15を覆うようにヒートシールをすることで、二次電池10の端部15の絶縁性を得ることが可能となる。
熱融着樹脂層34は、非導電性バリア層32上に接着剤層33を介して形成される。接着剤層33上に熱融着樹脂層34が積層されることで、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層27と非導電性ラミネートフィルム30の熱融着樹脂層34とを対向させ、熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34の融解温度以上でヒートシールをすることにより、両フィルム20,30を密閉することができる。また、図2に示すように、非導電性ラミネートフィルム30の端部38を折り返して、金属箔ラミネートフィルム20の外側(面20a側)にある熱融着樹脂層21と、非導電性ラミネートフィルム30の内側(面30b側)にある熱融着樹脂層34とをヒートシールをすることにより、二次電池10の端部15を覆いながら密閉することができる。このように、熱融着樹脂層27と熱融着樹脂層34、熱融着樹脂層21と熱融着樹脂層34の二箇所を一度にヒートシールをすることで、水蒸気の浸入経路(貼合せ面の長さ)が長くなり、高い水蒸気バリア性を得ることができる。また、二次電池10の端部15を覆うようにヒートシールをすることで、二次電池10の端部15の絶縁性を得ることが可能となる。
熱融着樹脂層34としては、ポリオレフィン樹脂が挙げられ、このポリオレフィン樹脂としては、低密度、中密度、又は高密度のポリエチレン、ホモ、ブロック、又はランダムポリプロピレンなどが挙げられる。また、熱融着樹脂層34としては、これらポリオレフィン樹脂にアクリル酸やメタクリル酸などの極性分子を共重合した共重合体や、架橋ポリオレフィンなどのポリマーなどが挙げられ、分散、共重合などを実施した樹脂を適用することができる。これらポリオレフィン樹脂は、1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。熱融着樹脂層34に用いられるポリオレフィン樹脂は、耐熱性の観点からポリエチレンよりも、ポリプロピレンが好ましい。なお、熱融着樹脂層34には、スリップ剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、造核剤、顔料、又は染料等の各種添加剤が含有されていてもよい。これらの添加剤は、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。
次に、非導電性ラミネートフィルム30の製造方法について、実施形態の一例を示して説明する。非導電性ラミネートフィルム30の製造方法としては、例えば、下記工程(I)から(III)の方法が挙げられる。
(I)基材層31に真空成膜にて蒸着薄膜層32を成膜し、蒸着薄膜層32を成膜する。真空成膜には、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長法(CVD法)などの公知の方法があるが、成膜速度が早く生産性が高いことから真空蒸着法が好ましく、特に成膜材料の電子ビーム加熱による成膜手段がより好ましい。
(II)蒸着薄膜層32上に、接着剤層33を介して熱融着樹脂層34を、ドライラミネート法を使用して貼り合せ、非導電性ラミネートフィルム30を製作する。
(I)基材層31に真空成膜にて蒸着薄膜層32を成膜し、蒸着薄膜層32を成膜する。真空成膜には、真空蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長法(CVD法)などの公知の方法があるが、成膜速度が早く生産性が高いことから真空蒸着法が好ましく、特に成膜材料の電子ビーム加熱による成膜手段がより好ましい。
(II)蒸着薄膜層32上に、接着剤層33を介して熱融着樹脂層34を、ドライラミネート法を使用して貼り合せ、非導電性ラミネートフィルム30を製作する。
なお、非導電性ラミネートフィルム30の製造方法の上記の例では、ドライラミネート法による製造方法を示したが、それ以外の製造方法、例えば押出しサンドラミネート法、又は共押出しラミネート法などの公知の方法により形成してもよく、又それぞれの方法の組み合わせにより形成してもよく、その方法は特に限定されない。
ここで、図2に戻り、二次電池10の端部シール領域15の形成方法について説明する。
まず、二次電池10を構成する一方の外装材である金属箔ラミネートフィルム20に、冷間成型等により、電池要素40を収容できる成型凹部29を形成する。そして、成型凹部29に電池要素40を収容すると共に、図2の(a)に示すように、成型凹部29を有する金属箔ラミネートフィルム20の端部28に対して、非導電性ラミネートフィルム30の端部38が少し外側にずれた状態(余った状態)で、且つ、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層27と非導電性ラミネートフィルム30の熱融着樹脂層34とが対向する、即ち、金属箔ラミネートフィルム20の面20bと非導電性ラミネートフィルム30の面30bとが対向した状態で、金属箔ラミネートフィルム20と非導電性ラミネートフィルム30とを位置合わせする。
続いて、図2の(b)に示すように、非導電性ラミネートフィルム30の端部38を、金属箔ラミネートフィルム20の端部28を覆うように金属箔ラミネートフィルム20側に折り返し、金属箔ラミネートフィルム20の熱融着樹脂層21と非導電性ラミネートフィルム30の熱融着樹脂層34とが対向する状態とする。即ち、金属箔ラミネートフィルム20の面20aと非導電性ラミネートフィルム30の面30bとが対向する状態となるように、金属箔ラミネートフィルム20と非導電性ラミネートフィルム30とを位置合わせする。なお、この際、非導電性ラミネートフィルム30の先端が、金属箔ラミネートフィルム20の凹部29が形成された領域に達するように、非導電性ラミネートフィルム30を折り返すことが好ましいが、凹部29が形成された領域に達せずに折り返されていてもよい。そして、このように、金属箔ラミネートフィルム20と非導電性ラミネートフィルム30とが配置された後に、両者をまとめてヒートシールすることにより、各ラミネートフィルム20,30の貼合せ面20a,20b,30b間が、二次電池10の内部の気密性が確保されるように、接着固定される。なお、個別にヒートシールしてもよい。また、上述したヒートシールは、ラミネートフィルム20,30の各辺において実施される。
このように、本実施形態に係る二次電池10では、熱融着樹脂層27及び34が対向するように金属箔ラミネートフィルム20の端部28が非導電性ラミネートフィルム30に貼り合わされており、非導電性ラミネートフィルム30が金属箔ラミネートフィルム20の当該貼合せ端部28を被覆している。このため、金属箔ラミネートフィルム20による短絡を非導電性ラミネートフィルム30の折り返しにより防止することが可能となる。なお、非導電性ラミネートフィルム30では導電性の層を用いていないため、短絡がそもそも発生しない。また、金属箔ラミネートフィルム20の貼合せ端部28が非導電性ラミネートフィルム30によって被覆されているため、両ラミネートフィルム20,30の貼合せ面20b,30bの電池内部から外部への距離を長くすることができ、これにより、ラミネートフィルムの貼合せ面20b,30b間から電池内部に浸入する水分(水蒸気)の量を抑制することができる。つまり、水蒸気バリア性を向上させることができる。
また、この二次電池10では、上述したように、簡易な構成により水蒸気バリア性の向上や短絡の防止を図っているため、二次電池10のコスト低減や生産性の向上等も容易に行うことが可能となる。また、この二次電池10では、一方のラミネートフィルムとして非導電性ラミネートフィルム30を用いており、非導電性ラミネートフィルム30による短絡をそもそも考慮する必要がないため、例えば非導電性ラミネートフィルム30側に配置するタブシーラント等の厚みを薄くする(又は無くす)ことも可能となる。このため、二次電池10によれば、ヒートシール部を含む二次電池の厚みを全体として薄膜化することも可能となる。
また、二次電池10において、非導電性ラミネートフィルム30のバリア層32が非導電性であることから、金属箔ラミネートフィルム20の端部28を被覆する非導電性ラミネートフィルム30による短絡を発生させないようにできることに加え、金属箔を含むバリア層は一般的に水蒸気の透過防止性能が高い傾向にあるため、この二次電池10によれば、水蒸気バリア性を高めに維持しつつ両ラミネートフィルム20,30による短絡も防止することが可能となる。なお、非導電性バリア層32が無機酸化物を含むバリア層である場合、非導電性のバリア層において高い水蒸気バリア性を確保することが可能となる。
また、二次電池10では、金属箔ラミネートフィルム20は、金属箔層24に対し熱融着樹脂層27とは積層方向の反対側に積層される熱融着樹脂層21(ポリオレフィン樹脂層)を更に含んでいる。このため、金属箔ラミネートフィルム20の貼合せ端部28が、被覆される領域全般(貼合せ端部の上下両面)において非導電性ラミネートフィルム30に確実に熱融着(接着)されてシールさせることができる。つまり、貼合せ面20b,30b間に水分が浸入することを抑制できることに加え、貼合せ面20a,30b間に水分が浸入することも抑制することができる。
また、二次電池10では、金属箔ラミネートフィルム20は、一部が凹形状を呈しており、凹部29を有している。ラミネートフィルムに対する成型加工等により、フィルムを凹形状にすることが可能であるが、このような形状に加工することにより、収容する電池要素の容積を増やすことが可能となる。なお、金属箔ラミネートフィルム20のバリア層が金属箔層24であるため、成型加工してもバリア層が破損しにくく、より深い成型深さ、つまり内包される電池要素40の容積増加を、水蒸気バリア性を損なうことなく、容易に行うことが可能となる。
また、二次電池10では、非導電性ラミネートフィルム30は、貼合せ端部28を覆うように折り返された形状を呈し、金属箔ラミネートフィルム20の貼合せ端部28を挟み込むようにして熱溶融されている。このため、金属箔ラミネートフィルム20の端部28を非導電性ラミネートフィルム30で折り返してその全体を被覆しヒートシールされることで、貼合せ端部28の表裏両面20a,20bをヒートシールすることができ、二次電池10の端部15の絶縁性がより確実に確保され、しかも、高い水蒸気バリア性を得ることが可能となる。
なお、二次電池10は、電池要素40の他に金属端子であるリード42を備えている。このリードを二次電池10の内部から外部に引き出すために、二次電池10の端部シール領域15の付近に、図5に示すように、矩形形状の切欠き部36を設けるようにしてもよい。図5の(a)に示すように、この切欠き部36は、非導電性ラミネートフィルム30の端部38にリード42に対応して形成されており、この切欠き部36にリード42やタブシーラント44等を通し、図5の(b)に示すように、切欠き部36が形成されていない領域37等を金属箔ラミネートフィルム20側に折り返して、上述したのと同様にヒートシールすることにより、リード42等を二次電池10の外部に引き出しつつ、二次電池10の内部を気密状態に保つことが可能となる。
このようなリード42等を引き出すための形状としては、図6に示すように、三角形状の切欠き部36aでもよく、この場合は、切欠き部36aにリード42やタブシーラント44等を通し、図6の(b)に示すように、切欠き部36aが形成されていない領域37a等を金属箔ラミネートフィルム20側に折り返して、上述したのと同様にヒートシールすることにより、リード42等を二次電池10の外部に引き出しつつ、二次電池10の内部を気密状態に保つことが可能となる。
また、このようなリード42等を引き出すための形状としては、図7に示すように、スリット状の切抜き部36bでもよく、この場合は、切抜き部36bにリード42やタブシーラント44等を通し、図7の(b)に示すように、切抜き部36bが形成されていない領域37b等を金属箔ラミネートフィルム20側に折り返して、上述したのと同様にヒートシールすることにより、リード42等を二次電池10の外部に引出しつつ、二次電池10の内部を気密状態に保つことが可能となる。
以上のように、二次電池10の端部15に対応する領域に切欠き部36,36a又は切抜き部36bを形成することにより、両ラミネートフィルム20,30間のヒートシール状態を維持しつつ、電池要素40から外部に引き出されるリード42(電極)を確実に外部に引き出すようにすることができ、また、リード42の折り返しも可能となる。上記では、切欠き部36,36a及び切抜き部36bの例を示したが、タブシーラント44周りの端部15を覆いヒートシールが可能であれば、特にその形状は上記の例に限定されるものではない。また、切欠き部36,36a又は切抜き部36bの大きさは、使用されるリード42やタブシーラント44の形状や大きさに依存されるため、その大きさは特に限定されるものではない。なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変形することが可能である。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
まず、最初に以下の外装材A−1〜A−5を準備した。外装材A−1,A−2は、アルミラミネートフィルムであり、外装材A−3〜A−5は、非導電性ラミネートフィルムであった。
[使用材料]
外装材A−1:アルミラミネートフィルム
外装材A−1の層構成は、図3に示す積層体における熱融着樹脂層21、接着剤層22、金属箔層24、腐食防止処理層25、接着剤層26、熱融着樹脂層27に対応しており、以下の順に積層されていた。なお、括弧内は各層の厚みであり、以下同様である。
ポリプロピレンフィルム(25μm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/アルミニウム箔(40μm)/腐食防止処理膜/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(40μm)
外装材A−1:アルミラミネートフィルム
外装材A−1の層構成は、図3に示す積層体における熱融着樹脂層21、接着剤層22、金属箔層24、腐食防止処理層25、接着剤層26、熱融着樹脂層27に対応しており、以下の順に積層されていた。なお、括弧内は各層の厚みであり、以下同様である。
ポリプロピレンフィルム(25μm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/アルミニウム箔(40μm)/腐食防止処理膜/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(40μm)
外装材A−2:アルミラミネートフィルム
外装材A−2の層構成は、外装材A−1と同様に、図3に示す積層体に対応しており、以下の順に積層されていた。
ナイロンフィルム(25μm)/ウレタン系接着剤(3μm)/アルミニウム箔(40μm)/腐食防止処理膜/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(40μm)
外装材A−2の層構成は、外装材A−1と同様に、図3に示す積層体に対応しており、以下の順に積層されていた。
ナイロンフィルム(25μm)/ウレタン系接着剤(3μm)/アルミニウム箔(40μm)/腐食防止処理膜/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(40μm)
外装材A−3:非導電性ラミネートフィルム
外装材A−3の層構成は、図4に示す積層体における基材層31、非導電性バリア層32、接着剤層33、熱融着樹脂層34に対応しており、以下の順に積層されていた。
PET(25μm)/アルミナ蒸着膜(60nm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(80μm)
外装材A−3の層構成は、図4に示す積層体における基材層31、非導電性バリア層32、接着剤層33、熱融着樹脂層34に対応しており、以下の順に積層されていた。
PET(25μm)/アルミナ蒸着膜(60nm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(80μm)
外装材A−4:非導電性ラミネートフィルム
外装材A−4の層構成は、外装材A−3と同様に、図4に示す積層体に対応しており、以下の順に積層されていた。
PET(25μm)/ポリ塩化ビニリデン(1μm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(80μm)
外装材A−4の層構成は、外装材A−3と同様に、図4に示す積層体に対応しており、以下の順に積層されていた。
PET(25μm)/ポリ塩化ビニリデン(1μm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(80μm)
外装材A−5:非導電性ラミネートフィルム
外装材A−5の層構成は、外装材A−3,A−4と同様に、図4に示す積層体に対応しており、以下の順に積層されていた。但し、外装材A−5では、基材層31の上にコーティング層が更に積層されていた。
ポリエチレンコーティング層(5μm)/PET(25μm)/アルミナ蒸着膜(60nm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(80μm)
外装材A−5の層構成は、外装材A−3,A−4と同様に、図4に示す積層体に対応しており、以下の順に積層されていた。但し、外装材A−5では、基材層31の上にコーティング層が更に積層されていた。
ポリエチレンコーティング層(5μm)/PET(25μm)/アルミナ蒸着膜(60nm)/ポリオレフィン系接着剤(3μm)/ポリプロピレンフィルム(80μm)
続いて、実施例1に係る二次電池として、図1に示す二次電池10と同様の構成の二次電池を作製した。具体的には、まず、二次電池を構成する一方のラミネートタイプのフィルム外装材S1として、外装材A−1を150mm×190mmのブランク形状に切り取り、露点温度−35℃(温度23℃)の成型環境下で成型深さが5mmとなるように成型加工を行った。これにより、電池要素を収容するための深さ5mmの凹部が形成された。なお、成型加工に用いるパンチとしては、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。
また、二次電池を構成する他方のラミネートタイプのフィルム外装材S2として、外装材A−3を120mm×170mmに切り取った。フィルム外装材S2に対しては、成型加工を行わず、シート状のままとした。
続いて、成型加工したフィルム外装材S1(外装材A−1)を110mm×160mmに更に切り出し、成型加工部に電極部材(電池要素)を収容し、片面にタブシーラントを熱圧着したリードを、フィルム外装材S1とタブシーラントが接するように配置した。その後、120mm×170mmに切り出したフィルム外装材S2(外装材A−3)を、電極部材を覆い、且つ、フィルム外装材S1に対して片側5mm余るようにして配置し、フィルム外装材S2のリードを有する辺をタブシーラントの幅に合わせ、切り欠いた。
さらに、リードを有する辺を含む3辺において、フィルム外装材S2の5mmの剰余部でフィルム外装材S1の端部を被覆するように折りたたみ(図2の(a)及び(b)参照)、5mm幅でヒートシールを行った。その後、ヒートシールをしていない残りの一辺から電解液を注液した。電解液を注液した後、この残りの1辺に対し、フィルム外装材S2の5mmの剰余部でフィルム外装材S1の端部を被覆するように折りたたみ(図2の(a)及び(b)参照)、5mm幅でヒートシールし、実施例1に係る二次電池を得た。
続いて、実施例1と同様にして、実施例2に係る二次電池を作製した。実施例2に係る二次電池では、フィルム外装材S1として外装材A−1を用い、フィルム外装材S2として外装材A−4を用いた。なお、実施例2に係る二次電池の具体的な製造方法は、用いる外装材が上記のとおり異なる以外は、実施例1に係る二次電池と同様であった。
また、比較例1として、フィルム外装材S2によるフィルム外装材S1の端部の被覆を行わない構成の二次電池を作製した。比較例1に係る二次電池では、フィルム外装材S1として外装材A−1を用い、フィルム外装材S2として外装材A−3を用いた。比較例1に係る二次電池の具体的な製造方法は、フィルム外装材S2の5mmの余剰部でフィルム外装材S1の端部を覆わなかった点以外は、実施例1に係る二次電池と同様であった。すなわち、比較例1に係る二次電池では、例えば図1及び図2に示す折り返し構成を採用せず、各フィルム外装材S1,S2を互いに対向させて対向面間で単に熱融着させたものであった。
また、比較例2に係る二次電池では、フィルム外装材S1として外装材A−1を用い、フィルム外装材S2としても外装材A−1を用いた。比較例3に係る二次電池では、フィルム外装材S1として外装材A−2を用い、フィルム外装材S2として外装材A−3を用いた。比較例4に係る二次電池では、フィルム外装材S1として外装材A−5を用い、フィルム外装材S2として外装材A−3を用いた。なお、比較例2〜比較例4に係る二次電池の具体的な製造方法は、用いる外装材が上記のとおり異なる以外は、実施例1に係る二次電池と同様であった。つまり、比較例2〜4に係る二次電池では、図1等に示す折り返し構成を採用した。
続いて、このようにして作製した実施例1〜2及び比較例1〜4に係る二次電池に対して、絶縁性及び水分透過量の評価を行った。具体的な評価方法及び評価基準は次のとおりであった。
[絶縁性の評価方法]
得られた二次電池の対向する辺の端部をテスター(菊水電子工業株式会社製、「耐圧試験機用電極(SPEC 80216)」)に接続し、電気抵抗値の測定を行った。その際、電圧25Vを5秒間印加して抵抗を測定し、下記基準にて絶縁性評価を行った。
「◎」:99.9GΩ以上。
「×」:99.9GΩ未満。
得られた二次電池の対向する辺の端部をテスター(菊水電子工業株式会社製、「耐圧試験機用電極(SPEC 80216)」)に接続し、電気抵抗値の測定を行った。その際、電圧25Vを5秒間印加して抵抗を測定し、下記基準にて絶縁性評価を行った。
「◎」:99.9GΩ以上。
「×」:99.9GΩ未満。
[水分透過量の評価方法]
得られた二次電池を60℃、95%RHの環境下に4週間保存し、保存後の電解液に含まれる水分量をカールフィッシャー水分計(平沼産業株式会社製、「平沼微量水分測定装置(AQ−2100)」)にて測定し、この測定値を二次電池の電池内部への水分透過量評価とした。評価基準は、以下に従って行った。
「◎」:水分透過量が10−2g/day・m2以下。
「○」:水分透過量が10−1g/day・m2以下。
「×」:水分透過量が10−1g/day・m2より大きい。
得られた二次電池を60℃、95%RHの環境下に4週間保存し、保存後の電解液に含まれる水分量をカールフィッシャー水分計(平沼産業株式会社製、「平沼微量水分測定装置(AQ−2100)」)にて測定し、この測定値を二次電池の電池内部への水分透過量評価とした。評価基準は、以下に従って行った。
「◎」:水分透過量が10−2g/day・m2以下。
「○」:水分透過量が10−1g/day・m2以下。
「×」:水分透過量が10−1g/day・m2より大きい。
[評価結果]
実施例1〜2に係る二次電池、及び比較例1〜4に係る二次電池における絶縁性及び水分透過量の評価結果を以下の表1に示す。
実施例1〜2に係る二次電池、及び比較例1〜4に係る二次電池における絶縁性及び水分透過量の評価結果を以下の表1に示す。
表1に示すように、フィルム外装材S2(A−3)でフィルム外装材S1(A−1)の端部を被覆した実施例1では、優れた端部絶縁性と水分バリア性とを示した。また、フィルム外装材S2に用いる非導電性ラミネートフィルムのバリア層がポリ塩化ビニリデン(S−4)の実施例2では、実施例1と比較して、水分バリア性がやや低下したものの、優れた端部絶縁性と良好な水分バリア性を示した。
一方、フィルム外装材S2(A−3)でフィルム外装材S1(A−1)の端部を被覆しなかった比較例1では、アルミニウム箔が露出してしまうため端部絶縁性が低下した。また、フィルム外装材S1とフィルム外装材S2とにアルミラミネートフィルム(A−1)を用いた比較例2では、優れた水分バリア性を示したものの、フィルム外装材S1を被覆したフィルム外装材S2の端部においてアルミニウム箔が露出しているため、端部絶縁性が低下した。
また、フィルム外装材S1に用いるアルミラミネートフィルムの基材層がナイロンフィルムの比較例3(外装材A−2)では、折り返し部があるため、ある程度の水分バリア性を確保することができたものの、フィルム外装材S1のナイロンフィルムとフィルム外装材S2の熱融着樹脂層とが確実に接着せず、フィルム外装材S2でフィルム外装材S1の端部を完全に被覆できなかったため、端部からの水分透過量がやや増加し、水分バリア性が低下した。しかも、フィルム外装材S1の端部においてアルミニウム箔が露出しているため端部絶縁性が低下した。
また、フィルム外装材S1とフィルム外装材S2の両方に非導電性ラミネートフィルムを用いた比較例4では、優れた端部絶縁性を示したが、フィルム外装材S1のバリア層に成型加工により割れが生じ、水分バリア性が大幅に低下した。
以上から、非導電性のフィルム外装材S2で、金属箔を含むフィルム外装材S1の端部を被覆することで、優れた端部絶縁性と良好な水分バリア性とを得ることができた。
10…二次電池、20…金属箔ラミネートフィルム、24…金属箔層、27…熱融着樹脂層、28,38…端部、30…非導電性ラミネートフィルム、32…非導電性バリア層、34…熱融着樹脂層、36,36a…切欠き部、36b…切抜き部、40…電池要素。
Claims (6)
- 金属箔を含む金属箔バリア層と第1のシーラント層とが少なくとも積層されて形成された金属箔ラミネートフィルムと、
非導電性バリア層と第2のシーラント層とが少なくとも積層されて形成された非導電性ラミネートフィルムと、を備え、
前記金属箔ラミネートフィルム及び非導電性ラミネートフィルムの間に電池要素が収容され、前記第1及び第2のシーラント層が対向するように前記金属箔ラミネートフィルムの端部が前記非導電性ラミネートフィルムに貼り合わされており、
前記非導電性ラミネートフィルムは、前記金属箔ラミネートフィルムの当該貼合せ端部を被覆していることを特徴とする、二次電池。 - 前記非導電性バリア層は無機酸化物を含むバリア層であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
- 前記金属箔ラミネートフィルムは、前記金属箔バリア層に対し前記第1のシーラント層とは積層方向の反対側に積層されるポリオレフィン樹脂層を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池。
- 前記金属箔ラミネートフィルムは、少なくとも一部が凹形状を呈することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の二次電池。
- 前記非導電性ラミネートフィルムは、前記貼合せ端部に対応する領域に切欠き部又は切抜き部を有していることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の二次電池。
- 前記非導電性ラミネートフィルムは、前記貼合せ端部を覆うように折り返された形状を呈し、前記金属箔ラミネートフィルムの前記貼合せ端部を挟み込むようにして熱溶融されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の二次電池。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014120713A JP2016001537A (ja) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | 二次電池 |
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JP (1) | JP2016001537A (ja) |
Cited By (1)
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CN111542944A (zh) * | 2017-12-05 | 2020-08-14 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池 |
-
2014
- 2014-06-11 JP JP2014120713A patent/JP2016001537A/ja active Pending
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CN111542944A (zh) * | 2017-12-05 | 2020-08-14 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池 |
CN111542944B (zh) * | 2017-12-05 | 2023-05-02 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池 |
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