JP2016028402A - 二次電池および二次電池用熱接着性絶縁フィルム - Google Patents
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Abstract
【課題】電極部分の膨張や剥がれを防止しつつ、電池内への異物混入が効果的に防止された二次電池およびその製造方法ならびに二次電池用熱接着性絶縁フィルムを提供する。
【解決手段】正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池であって、正極部材および負極部材はそれぞれ、集電体と、該集電体上の一端側を覆うように形成された活物質層とからなり、常温で粘着性を示さない絶縁材料からなる絶縁体が、正極部材または負極部材を構成する集電体上に１Ｎ／１５ｍｍ以上の接着力にて貼付され、正極部材または負極部材の周縁が、集電体と絶縁体とを含む切断面を有することを特徴とする二次電池。また、ポリオレフィンからなる基材層と、不飽和カルボン酸またはその誘導体を用いて変性されたポリオレフィンからなる接着層を有することを特徴とする二次電池用熱接着性絶縁フィルム。
【選択図】図１
【解決手段】正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池であって、正極部材および負極部材はそれぞれ、集電体と、該集電体上の一端側を覆うように形成された活物質層とからなり、常温で粘着性を示さない絶縁材料からなる絶縁体が、正極部材または負極部材を構成する集電体上に１Ｎ／１５ｍｍ以上の接着力にて貼付され、正極部材または負極部材の周縁が、集電体と絶縁体とを含む切断面を有することを特徴とする二次電池。また、ポリオレフィンからなる基材層と、不飽和カルボン酸またはその誘導体を用いて変性されたポリオレフィンからなる接着層を有することを特徴とする二次電池用熱接着性絶縁フィルム。
【選択図】図１
Description
本発明は二次電池に関し、より詳しくは電極間における短絡の発生の防止に優れた二次電池およびその製造方法ならびに二次電池用熱接着性絶縁フィルムに関する。
リチウムイオン二次電池等の二次電池が幅広く普及し大容量化が進むにつれ、安全性に対してより高い信頼性が求められている。そこで、正極集電箔の未塗布部と負極活物質塗布部分が相対する部分にイオン透過性を有さない絶縁フィルムを配置することにより、リチウムイオン二次電池が充放電を繰り返しても電解液であるイオン液体の負極活物質へのインターカレーションを抑制し、負極の膨張や剥がれを防止できることが特許文献１に記載されている。特許文献１には絶縁フィルムとしてポリイミドの粘着性テープの例示があるが、このような粘着性テープの他の例として、特許文献２には二軸延伸ポリプロピレンフィルムなどのフィルムにアクリル系やシリコン系の粘着剤を塗布した粘着性のテープが開示されている。
しかしながら、従来の絶縁テープを貼付して使用する場合、絶縁テープが貼付した状態で電極をカッター等で切断して成形すると、カッターの刃に絶縁テープの粘着剤が付着し、付着した粘着剤自体が又は粘着剤が周辺のゴミを拾って電池内に異物が混入し、電池の性能に影響を与える欠点があった。
上記のような問題に鑑み、本発明の課題は、電池内への異物混入が効果的に防止された二次電池およびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る二次電池は、正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池であって、前記正極部材および前記負極部材はそれぞれ、集電体と、該集電体上の一端側を覆うように形成された活物質層とからなり、常温で粘着性を示さない絶縁材料からなる絶縁体が、前記正極部材または前記負極部材を構成する集電体上に１Ｎ／１５ｍｍ以上の接着力にて貼付され、前記正極部材または前記負極部材の周縁が、前記集電体と前記絶縁体とを含む切断面を有することを特徴とするものからなる。このような二次電池においては、電池内部における短絡を防止する絶縁体が、常温でタック性（粘着性）を示さない絶縁材料から形成されているので、集電体を絶縁体とともに切断することにより正極部材または負極部材の周縁を成形する際に、切断に用いられる切断金型やカッターの刃等に粘着性物質が付着することに伴う電池内部への異物混入が効果的に防止可能となる。なお、常温で粘着性を示さないとは、通常の作業環境である３０℃以下の温度において、被着体に絶縁材料を接触させた際に接着しないことをいう。
本発明の二次電池において、前記集電体上の他端側に端子部材が接続され、該端子部材の一部が前記外装体の外部に露出していることが好ましい。端子部材をこのように構成することにより、より少ない部品で電極端子を簡素な構成にて形成することが可能となる。
本発明の二次電池において、前記絶縁体が熱接着性絶縁フィルムからなることが好ましい。より具体的には、熱接着性絶縁フィルムが、ポリプロピレン等のポリオレフィンからなる基材層と、不飽和カルボン酸またはその誘導体を用いて変性されたポリプロピレン等の変性ポリオレフィンからなる熱接着層を有することが好ましい。このような材質にて絶縁体を形成することにより、二次電池製造過程の熱接着工程において、熱接着層は集電体と熱接着しながら、基材層がヒートシーラーの熱板等に融着することが効果的に防止可能となる。
また、本発明の二次電池において、前記絶縁体が、前記集電体の露出面と前記活物質層との境界を覆うように熱接着されていることが好ましい。このような部位に絶縁体が熱接着されることにより、正極部材の周縁の一部、例えば正極端子が設けられるリード部側の１辺に、集電体、活物質層および絶縁体がこの順に積層された切断面を容易に形成することができるので、活物質の露出面積を最大限に利用しつつ、絶縁体の剥がれを効果的に防止することが可能となる。
本発明の二次電池は、前記外装体内にリチウムイオンを含有する電解液が注入されるリチウムイオン二次電池として構成されることが好ましい。また、前記絶縁体が前記正極部材を構成する集電体上に貼付され、該集電体がアルミニウムからなることが好ましい。このような、アルミニウムからなる集電体を有するリチウムイオン二次電池に本発明を適用することにより、安定した電池性能を備えた二次電池が提供可能となる。
また、本発明に係る二次電池においては、絶縁体が少なくとも集電体上に熱接着し、正極部材または負極部材は、少なくとも集電体と絶縁体とを含む切断面を有することにより、絶縁体が設けられた集電体を切断して成形する際においても、切断用のカッターの刃等に異物が付着し電池内に混入して電池性能に悪影響を与えることを抑制できる。また、集電体が電解液に接触するような環境下においても、集電体に接着された絶縁体の剥離に対する耐性を向上することができる。
また、上記課題を解決するために、本発明に係る二次電池の製造方法は、正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池の製造方法であって、活物質を箔上に塗布することにより該箔の一端側を覆う活物質層を形成し、絶縁体を少なくとも前記箔の露出面に接着した後に、切断面が前記絶縁体を含むように前記箔を切断することによって前記正極部材または前記負極部材を形成し、前記箔を端子部材の一端と接続し、該端子部材の他端が前記外装体から露出するように前記電極体を前記外装体内に格納することを特徴とする方法からなる。
このような本発明に係る二次電池の製造方法によれば、絶縁体が接着された箔を絶縁体とともに切断することにより、切断に用いられる切断金型やカッターの刃等に粘着性物質が付着することに伴う電池内部への異物混入が効果的に防止可能となる。
本発明に係る二次電池の製造方法において、前記絶縁体を前記活物質層と前記箔の露出面との境界を覆うように接着した後に、切断面が前記絶縁体と前記活物質層とが積層された部位を含むように前記箔を切断することによって前記正極部材または前記負極部材を形成し、前記外装体内に電解液を注入することが好ましい。絶縁体が箔や活物質に密着した状態にて箔を切断することで、切断時における積層部分の剥離が防止可能となる。このような製造工程を経ることにより、正極部材または負極部材の周縁の一部に、集電体、活物質層および絶縁体がこの順に積層された切断面を容易に形成することができるので、絶縁体の剥がれを効果的に防止しつつ、活物質と電解液との接触面積を十分に確保することができる。
本発明に係る二次電池およびその製造方法によれば、絶縁体が設けられた集電体を切断して成形する際においても、切断用のカッターの刃等に異物が付着し電池内に混入して電池性能に悪影響を与えることを抑制できる。また、集電体が電解液に接触するような環境下においても、集電体に接着された絶縁体の剥離に対する耐性を向上することができる。
また、本発明に係る二次電池の製造方法において、少なくとも箔の露出面上に絶縁体を接着した後に、切断面が絶縁体を含む位置で切断することで集電体を成形することにより、活物質層の露出面積を極力大きくして電池の性能を保持することが可能である。また、絶縁体と活物質層の接着部分にカッター等のせん断応力が加わるような環境下においても、絶縁体の剥離を効果的に防止することができる。
まず、図１の１は正極部材であり、後述するように正極集電箔の両面に正極活物質が塗布されている。２は負極部材であり、負極集電箔の両面に負極活物質が塗布され、正極１より面積的に広いサイズで形成されている。３はセパレータ部材であり、正極と負極の間に配置され、少なくとも負極部材２と同じまたはそれ以上の広さのサイズで形成されている。各部材１〜３は、正極部材１、セパレータ部材３、負極部材２、セパレータ部材３、正極部材１、セパレータ部材３、負極部材２の順で、複数層積層されている（不図示）。
図１において、４は、正極部材１と接続されて外装体の外の回路（不図示）と電気的に接続するための端子部材であり、負極側にも同様の端子部材がある。５は、正極部材１と端子部材４とを超音波溶接して接続する箇所としての接続部を示している。正極部材１は複数の集電箔より成るため、端子部材４上に複数の正極集電箔を重ね両側から超音波溶接して一体化している。６は、端子部材４の周囲に形成された絶縁樹脂層であり、図示したように端子部材４の幅方向の周囲を囲むように形成されている。７は外装体であり、２枚のラミネートフィルムの周辺部を熱融着することで形成されるが、１辺は端子部材４と絶縁樹脂層６を間に挟んでいる。なお、電解液が、正極部材１、セパレータ部材３、負極部材２を含む外層体７の内部に注液されている。
図２に示す正極部材１は、集電箔１０、正極活物質１１で構成され、集電箔１０の一部として構成される正極集電箔のリード部１２を有している。正極集電箔のリード部１２は、縦（β＋γ）ｍｍ、横Ｙｍｍの長方形部分をいう。負極部材２の構成の詳細は省略するが、サイズが大きい点と負極集電箔リード部１２が図の左側に位置する点を除いて正極部材１と同様の構成となっている。
更に、正極部材１表面には、熱接着性絶縁フィルム１３が形成され、図２（Ａ）に示すように逆Ｌ形状をなしており、縦αｍｍ、横（Ｘ＋Ｙ）ｍｍからなる第一の領域と、縦βｍｍ、横Ｙｍｍからなる第２の領域とで構成されている。また、セパレータ部材３の端部は、第２の領域の縦方向の任意の位置に来るように配置されている。
図２（Ｂ）に示したＢ−Ｂ断面は、上から熱接着性絶縁フィルム１３、正極活物質１１、正極集電箔１０、正極活物質１１、熱接着性絶縁フィルム１３の５層構造になっている。熱接着性絶縁テープが表面に貼付された長方形状の箔材料をＬ形カッター等で切断して正極部材１を形成する際に、このような５層構造の断面露出部分が、正極部材１のリード部１２側の１辺（長さＸｍｍ）と当該１辺の一端に接続しつつ当該１辺に垂直な方向に延びるリード部１２の側端辺の一部（長さβｍｍ）からなるＬ字部分に形成されることにより、外装体のサイズを大きくすることなく活物質層の露出面積を極力大きくして電池性能の向上を図ることが可能である。
図２（Ｃ）に示すように、熱接着性絶縁フィルム１３の端部は、正極活物質１１上から正極集電箔１０上に渡って形成され、正極活物質１１の端部を覆うように形成されている。ただし、このような熱接着性絶縁フィルム１３の形成例は単なる一例であって、熱接着性絶縁フィルム１３が正極活物質１１上から正極集電箔１０上に渡らない変形例を採用することも可能である。例えば、正極集電箔１０上のみに熱接着性絶縁フィルム１３を形成することによっても短絡防止が可能である。
図３に基づき、リチウムイオン二次電池の製造方法を説明する。
まず、正極集電箔１０（図３（Ａ））に、正極活物質１１を塗布、乾燥させ、正極活物質１１の端部を覆うように熱接着性絶縁フィルム１３を１４０℃から１６０℃の温度で熱接着する。この際、熱接着性絶縁フィルム１３を接着せずに正極集電箔１０の表面が露出する部分を残す（図３（Ｂ））。次に、上述した第一の領域とリード部１２を残してカッター等で切断することで、正極部材１を成形する（図３（Ｃ））。熱接着性絶縁フィルム１３は常温でタック性（粘着性）を示さない絶縁材料から形成されているため、正極部材１の切断時にもカッターの刃等に熱接着性絶縁フィルム１３が付着することがない。従って、カッターの刃等に異物が付着することが防止され、ひいては電池内への異物混入が効果的に防止される。
まず、正極集電箔１０（図３（Ａ））に、正極活物質１１を塗布、乾燥させ、正極活物質１１の端部を覆うように熱接着性絶縁フィルム１３を１４０℃から１６０℃の温度で熱接着する。この際、熱接着性絶縁フィルム１３を接着せずに正極集電箔１０の表面が露出する部分を残す（図３（Ｂ））。次に、上述した第一の領域とリード部１２を残してカッター等で切断することで、正極部材１を成形する（図３（Ｃ））。熱接着性絶縁フィルム１３は常温でタック性（粘着性）を示さない絶縁材料から形成されているため、正極部材１の切断時にもカッターの刃等に熱接着性絶縁フィルム１３が付着することがない。従って、カッターの刃等に異物が付着することが防止され、ひいては電池内への異物混入が効果的に防止される。
負極側も、負極集電箔１０に負極活物質１１を塗布・乾燥させ、カッター等で切断し負極部材２を成形する。負極部材２、セパレータ部材３、正極部材１の順に積層し、集電箔１０のリード部１２と絶縁樹脂層６が付いた端子部材４とを溶接することで、電池要素を製作する。
次に、二枚のラミネートフィルムの間に電池要素を配置し、三辺封止をする。この際、封止する三辺の一辺は、端子部材４の幅方向周囲を囲んだ絶縁層を間に配置した状態で、二枚のラミネートフィルムに挟んで熱融着する（図３（Ｄ））。
一辺を熱融着していない状態で融着していない一辺から電解液を注液する。注液完了後、残り一辺も熱融着し内部を密閉する。その後、充放電等の検査を行い、リチウムイオン二次電池として完成させる。
ここで、熱接着性絶縁フィルム１３について説明する。
熱接着性絶縁フィルム１３は、基材層（ａ）と接着層（ｂ）からなる少なくとも２層以上の複合フィルムであって、基材層（ａ）は、電解液に溶解せず、電池の性能を低下させないためにはポリオレフィン樹脂が好ましい。ポリオレフィン樹脂の代表的なものとしてはポリエチレンやポリプロピレン（ＰＰ）などがあるが、熱板式のヒートシーラーで熱接着をするときに基材層が熱板に融着しないために基材層（ａ）と接着層（ｂ）の融点が（ａ）≧（ｂ）であることが好ましく、基材層（ａ）は融点が高いポリプロピレン樹脂が好ましい。ポリプロピレン樹脂とはプロピレンの単独重合体であるホモのポリプロピレン樹脂（以下、ホモＰＰと略称することがある。）や、エチレンを共重合したランダムコポリマー樹脂（以下、ＥＰＣと略称することがある。）、ポリプロピレンの重合時にエチレン・プロピレン共重合体のエラストマー成分を分子レベルでブレンドしたブロックコポリマー樹脂（以下、ブロックＰＰと略称することがある。）が例示される。ＥＰＣ樹脂の融点は１４０℃前後であり、ホモＰＰとブロックＰＰの融点は１６０℃から１６５℃である。熱接着温度が１４０℃から１６０℃で熱板に融着しないためには、基材層のポリプロピレン樹脂はホモＰＰかブロックＰＰがより好ましい。
熱接着性絶縁フィルム１３は、基材層（ａ）と接着層（ｂ）からなる少なくとも２層以上の複合フィルムであって、基材層（ａ）は、電解液に溶解せず、電池の性能を低下させないためにはポリオレフィン樹脂が好ましい。ポリオレフィン樹脂の代表的なものとしてはポリエチレンやポリプロピレン（ＰＰ）などがあるが、熱板式のヒートシーラーで熱接着をするときに基材層が熱板に融着しないために基材層（ａ）と接着層（ｂ）の融点が（ａ）≧（ｂ）であることが好ましく、基材層（ａ）は融点が高いポリプロピレン樹脂が好ましい。ポリプロピレン樹脂とはプロピレンの単独重合体であるホモのポリプロピレン樹脂（以下、ホモＰＰと略称することがある。）や、エチレンを共重合したランダムコポリマー樹脂（以下、ＥＰＣと略称することがある。）、ポリプロピレンの重合時にエチレン・プロピレン共重合体のエラストマー成分を分子レベルでブレンドしたブロックコポリマー樹脂（以下、ブロックＰＰと略称することがある。）が例示される。ＥＰＣ樹脂の融点は１４０℃前後であり、ホモＰＰとブロックＰＰの融点は１６０℃から１６５℃である。熱接着温度が１４０℃から１６０℃で熱板に融着しないためには、基材層のポリプロピレン樹脂はホモＰＰかブロックＰＰがより好ましい。
接着層（ｂ）と集電箔で十分な接着力を得るためには、接着層（ｂ）のポリオレフィン樹脂は、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性されていることが必要である。変性量は特に限定しないが、カッターでの切断時に熱接着性絶縁フィルム１３が剥離しないためには集電体との接着力が１０Ｎ／１５ｍｍ以上であることが好ましく、熱接着温度が１４０℃から１６０℃で１０Ｎ／１５ｍｍ以上の接着力を得るためには変性量が０．０１重量％以上であることが好ましく、フィルム加工時の熱安定性の観点からは４重量％以下であることが好ましい。不飽和カルボン酸又はその誘導体としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸などの不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などの不飽和ジカルボン酸、およびこれらの無水物である無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、不飽和モノカルボン酸とアルコールのエステルであるアクリル酸エチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等の１種あるいは２種以上の混合物が挙げられ、市販の変性樹脂としては三井化学製の「アドマー（登録商標）」や三菱化学製の「モディック（登録商標）」などが知られている。変性するポリオレフィン樹脂としてはポリプロピレンやポリエチレンなどの樹脂があるが、基材層（ａ）の樹脂がポリプロピレン系樹脂である場合は、接着層（ｂ）の樹脂もポリプロピレン系樹脂に変性したものを使用した方が基材層（ａ）との層間接着力が強くなり好ましい。
上記の基材層（ａ）と接着層（ｂ）からなるポリオレフィン系樹脂積層フィルムを製造する方法としては、Ｔ−ダイ法やインフレーション法などの共押出成形法がある。押出したフィルムを延伸する方法もあるが、延伸フィルムは延伸による配向結晶化が進み、電極活物質や金属箔との接着力が低下する。このため、配向のパラメーターである複屈折率が１×１０−２以下の無延伸フィルムであることが好ましい。
基材層と接着層に用いる樹脂のメルトフローレートは、フィルムとして製膜できる範囲にあれば特に制限はされないが、製膜時の安定性安定性からメルトフローレート（ＪＩＳ Ｋ−７２１０に準拠し、プロピレン系重合体は温度２３０℃で、ポリエチレン系重合体は温度１９０℃で、荷重２１．１８Ｎで測定した値）が１〜２０ｇ／１０分の範囲が好ましく、基材層と接着層の積層安定性の点からはそれぞれのメルトフローレートの差が１０ｇ／１０分以下であることが好ましい。
ポリオレフィン系樹脂積層フィルムの厚みは特に制限されないが、製膜安定性からフィルムの厚みは２０〜１００μｍの範囲であることが好ましく、絶縁体が集電箔に重なる部分の厚みの増加を防ぎ、電極の積層枚数を増加させて二次電池の容量を増加させるためには出来るだけフィルムの厚みは薄い方が好ましい。
接着層（ｂ）の厚みが１μｍ以下の場合は、ヒートシールの熱と圧力で、溶融した樹脂が流れて接着層（ｂ）の厚みが薄くなり、金属箔との接着力が低下する場合がある。このため、接着層（ｂ）の厚みは厚い方が接着では有利であるが、経済性の面から接着層（ｂ）の厚みは１〜１０μｍであることが好ましい。
ヒートシールしたときに熱板に基材層（ａ）が融着しないためには基材層（ａ）と接着層（ｂ）の融点は（ａ）≧（ｂ）であることが好ましく、基材層（ａ）の融点以下でヒートシールすることが好ましい。接着層の樹脂に官能基が導入されている場合は融点以下でも接着されることがあるため、これらの樹脂の代表である不飽和カルボン酸又はその誘導体でグラフト変性したポリオレフィン樹脂を接着層に用い、基材との融点に温度差がない場合であっても、基材層および接着層の融点以下で基材層の熱変形や融着もなく強固な接着が出来ることがある。基材層（ａ）の樹脂がホモのポリプロピレンである場合、接着層（ｂ）の樹脂はプロピレンにエチレンやブテンなどの成分を共重合して融点を下げたランダムコポリマーに不飽和カルボン酸又はその誘導体でグラフト変性したものが好ましい。
基材層（ａ）または接着層（ｂ）に、接着性や電池の性能を低下させない範囲で、低温衝撃性や折り曲げ白化性を改善する目的のエラストマー成分などを添加しても良い。
基材層（ａ）または接着層（ｂ）に、接着性や電池の性能を低下させない範囲で、フィルムの滑り性を付与する有機滑剤やブロッキングを防止する無機系や有機系のアンチブロッキング剤を添加しても良い。
接着層（ｂ）の樹脂単独で製膜し、二軸延伸ＰＰフィルムや、二軸延伸ポリエステルフィルムなどのフィルムと接着剤でドライラミネートする方法もあるが、製造コストが高くなり、接着剤の電池に対する影響もあることから、基材層との複合製膜が好ましい。
［実施例１］
図３に示した製造過程に従って、正極集電箔に圧延アルミ箔を、負極集電箔に電解銅箔をそれぞれ使用してリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質は、遷移金属リチウム酸としてＬｉＭｎ２Ｏ４を主成分にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）をバインダとしたものをアルミ箔上に塗布し乾燥させ、ロールプレスして形成した。負極活物質は、グラファイトを主成分にポリフッ化ビニリデンをバインダとしたものを電解銅箔上に塗布し乾燥させ、ロールプレスして形成した。電解液はジエチルカーボネートとエチレンカーボネートを主成分とした混合液を溶媒とし、電解質塩ＬｉＰＦ６を溶解したものを使用した。なお、絶縁フィルムをアルミ箔に接着した部分を２ｍｍ幅で切り出し、絶縁フィルムとアルミ箔間の接着力を、オリエンテック社製テンシロンを使用して３００ｍｍ／分の引張速度で測定し、１５ｍｍ幅の値に換算した。また、絶縁フィルムの熱接着時の目視による観察により、シールバーとの粘着の有無を判断し、集電箔をカッターで切断した際のカッターの刃を目視観察してカッターの刃への粘着剤の付着の有無を判断した。
図３に示した製造過程に従って、正極集電箔に圧延アルミ箔を、負極集電箔に電解銅箔をそれぞれ使用してリチウムイオン二次電池を製造した。正極活物質は、遷移金属リチウム酸としてＬｉＭｎ２Ｏ４を主成分にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）をバインダとしたものをアルミ箔上に塗布し乾燥させ、ロールプレスして形成した。負極活物質は、グラファイトを主成分にポリフッ化ビニリデンをバインダとしたものを電解銅箔上に塗布し乾燥させ、ロールプレスして形成した。電解液はジエチルカーボネートとエチレンカーボネートを主成分とした混合液を溶媒とし、電解質塩ＬｉＰＦ６を溶解したものを使用した。なお、絶縁フィルムをアルミ箔に接着した部分を２ｍｍ幅で切り出し、絶縁フィルムとアルミ箔間の接着力を、オリエンテック社製テンシロンを使用して３００ｍｍ／分の引張速度で測定し、１５ｍｍ幅の値に換算した。また、絶縁フィルムの熱接着時の目視による観察により、シールバーとの粘着の有無を判断し、集電箔をカッターで切断した際のカッターの刃を目視観察してカッターの刃への粘着剤の付着の有無を判断した。
絶縁フィルムは、基材層にＤＳＣ（示差走査熱量計）による融点が１６１℃であるホモＰＰを使用し、接着層はＤＳＣによる融点が１２１℃のポリプロピレン系の変性樹脂である三菱化学製の「モディック（登録商標）」Ｐ６１４Ｖを使用し、基材層と接着層のそれぞれの厚みが２７μｍと３μｍにしたものをＴダイ法で積層複合し、室温において粘着性を示さないものを作成した。この絶縁フィルムを１５０℃で正極集電箔であるアルミ箔と熱接着を行い、リチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであった。
［実施例２］
絶縁フィルムの基材層を、ＤＳＣによる融点が１６１℃であるブロックＰＰに変更した以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものも、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。なお、この絶縁フィルムも常温で粘着性を示さないものであり、以下に示す実施例３〜９および比較例１についても、絶縁フィルムは常温で粘着性を示さないものであった。
絶縁フィルムの基材層を、ＤＳＣによる融点が１６１℃であるブロックＰＰに変更した以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものも、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。なお、この絶縁フィルムも常温で粘着性を示さないものであり、以下に示す実施例３〜９および比較例１についても、絶縁フィルムは常温で粘着性を示さないものであった。
［実施例３］
絶縁フィルムの接着層を、ＤＳＣによる融点が１６１℃の変性樹脂である三菱化学製のモディック（登録商標）Ｐ５５５に変更した事以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力が若干低い傾向が見られた。
絶縁フィルムの接着層を、ＤＳＣによる融点が１６１℃の変性樹脂である三菱化学製のモディック（登録商標）Ｐ５５５に変更した事以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力が若干低い傾向が見られた。
［実施例４］
絶縁フィルムと正極集電箔であるアルミ箔との熱接着温度を１７０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。
絶縁フィルムと正極集電箔であるアルミ箔との熱接着温度を１７０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。
［実施例５］
絶縁フィルムと正極集電箔であるアルミ箔との熱接着温度を１３０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力が若干低い傾向が見られた。
絶縁フィルムと正極集電箔であるアルミ箔との熱接着温度を１３０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力が若干低い傾向が見られた。
［実施例６］
絶縁フィルムの基材層を、ＤＳＣによる融点が１４０℃であるＥＰＣに変更したこと以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。
絶縁フィルムの基材層を、ＤＳＣによる融点が１４０℃であるＥＰＣに変更したこと以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。
［実施例７］
実施例３と同じ絶縁フィルムを用い、熱接着温度を１７０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。
実施例３と同じ絶縁フィルムを用い、熱接着温度を１７０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が十分であり、切断時の剥がれや電池性能の低下もないものであったが、若干ながらシールバーへ融着する傾向が見られた。
［実施例８］
実施例６と同じ絶縁フィルムを用い、熱接着温度を１３０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力が若干低い傾向が見られた。
実施例６と同じ絶縁フィルムを用い、熱接着温度を１３０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力が若干低い傾向が見られた。
［実施例９］
実施例１と同じ基材層樹脂と接着層樹脂で、それぞれの層の厚みを２９μｍと１μｍにした絶縁フィルムを用いた以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力にバラツキが見られた。
実施例１と同じ基材層樹脂と接着層樹脂で、それぞれの層の厚みを２９μｍと１μｍにした絶縁フィルムを用いた以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、切断時の剥がれやシールバーとの融着はなく、電池性能の低下もないものであったが、アルミ箔との接着力にバラツキが見られた。
［比較例１］
実施例１と同じ基材層樹脂に、変性をしていないＥＰＣ樹脂を積層し、それ以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が０．２Ｎ／１５ｍｍであり、アルミ箔との接着力非常に低く、切断時に剥がれが生じた。
実施例１と同じ基材層樹脂に、変性をしていないＥＰＣ樹脂を積層し、それ以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力が０．２Ｎ／１５ｍｍであり、アルミ箔との接着力非常に低く、切断時に剥がれが生じた。
［比較例２］
厚み２０μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムに５μｍのアクリル系粘着剤を塗布した粘着テープを用い、室温で圧着して接着した以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力に問題は無いレベルであったが、切断時に粘着剤の付着や電池の性能が低下する傾向が見られた。
厚み２０μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムに５μｍのアクリル系粘着剤を塗布した粘着テープを用い、室温で圧着して接着した以外は実施例１と同じ条件でリチウムイオン二次電池を製造した結果を表１に示す。なお、この条件で実施したものは、アルミ箔との接着力に問題は無いレベルであったが、切断時に粘着剤の付着や電池の性能が低下する傾向が見られた。
表１の実施例において、熱接着性絶縁フィルムをアルミ箔に熱接着することにより、カッターに粘着剤を付着させることなく、性能の安定したリチウムイオン二次電池が製造された。
表１の比較例において、粘着テープの貼り付け操作は、テープを電極活物質の端面上に引き出し、貼り付けロールで押さえ付けることにより行なった。粘着テープはテープを引き出す時のタック性（粘着性）でテープの引き出す速度に制約があり、貼り付けた後のテープをロールの往復で密着させるため、貼着作業に時間がかかり、圧着ムラも生じやすかった。また、粘着テープの巻き長さが短い物が多く、テープの取替えの作業ロスが多かった。
本発明に係る二次電池およびその製造方法は、リチウムイオン二次電池等として利用可能である。
１ 正極部材
２ 負極部材
３ セパレータ部材
４ 端子部材
５ 接続部
６ 絶縁樹脂層
７ 外装体
１０ 集電箔
１１ 活物質
１２ リード部
１３ 熱接着性絶縁フィルム
２ 負極部材
３ セパレータ部材
４ 端子部材
５ 接続部
６ 絶縁樹脂層
７ 外装体
１０ 集電箔
１１ 活物質
１２ リード部
１３ 熱接着性絶縁フィルム
ここで、熱接着性絶縁フィルム１３について説明する。
熱接着性絶縁フィルム１３は、基材層（ａ）と接着層（ｂ）からなる少なくとも２層以上の積層フィルムであって、基材層（ａ）は、電解液に溶解せず、電池の性能を低下させないためにはポリオレフィン樹脂が好ましい。ポリオレフィン樹脂の代表的なものとしてはポリエチレンやポリプロピレン（ＰＰ）などがあるが、熱板式のヒートシーラーで熱接着をするときに基材層が熱板に融着しないために基材層（ａ）と接着層（ｂ）の融点が（ａ）≧（ｂ）であることが好ましく、基材層（ａ）は融点が高いポリプロピレン樹脂が好ましい。ポリプロピレン樹脂とはプロピレンの単独重合体であるホモのポリプロピレン樹脂（以下、ホモＰＰと略称することがある。）や、エチレンを共重合したランダムコポリマー樹脂（以下、ＥＰＣと略称することがある。）、ポリプロピレンの重合時にエチレン・プロピレン共重合体のエラストマー成分を分子レベルでブレンドしたブロックコポリマー樹脂（以下、ブロックＰＰと略称することがある。）が例示される。ＥＰＣ樹脂の融点は１４０℃前後であり、ホモＰＰとブロックＰＰの融点は１６０℃から１６５℃である。熱接着温度が１４０℃から１６０℃で熱板に融着しないためには、基材層のポリプロピレン樹脂はホモＰＰかブロックＰＰがより好ましい。
熱接着性絶縁フィルム１３は、基材層（ａ）と接着層（ｂ）からなる少なくとも２層以上の積層フィルムであって、基材層（ａ）は、電解液に溶解せず、電池の性能を低下させないためにはポリオレフィン樹脂が好ましい。ポリオレフィン樹脂の代表的なものとしてはポリエチレンやポリプロピレン（ＰＰ）などがあるが、熱板式のヒートシーラーで熱接着をするときに基材層が熱板に融着しないために基材層（ａ）と接着層（ｂ）の融点が（ａ）≧（ｂ）であることが好ましく、基材層（ａ）は融点が高いポリプロピレン樹脂が好ましい。ポリプロピレン樹脂とはプロピレンの単独重合体であるホモのポリプロピレン樹脂（以下、ホモＰＰと略称することがある。）や、エチレンを共重合したランダムコポリマー樹脂（以下、ＥＰＣと略称することがある。）、ポリプロピレンの重合時にエチレン・プロピレン共重合体のエラストマー成分を分子レベルでブレンドしたブロックコポリマー樹脂（以下、ブロックＰＰと略称することがある。）が例示される。ＥＰＣ樹脂の融点は１４０℃前後であり、ホモＰＰとブロックＰＰの融点は１６０℃から１６５℃である。熱接着温度が１４０℃から１６０℃で熱板に融着しないためには、基材層のポリプロピレン樹脂はホモＰＰかブロックＰＰがより好ましい。
Claims (12)
- 正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池であって、前記正極部材および前記負極部材はそれぞれ、集電体と、該集電体上の一端側を覆うように形成された活物質層とからなり、常温で粘着性を示さない絶縁材料からなる絶縁体が、前記正極部材または前記負極部材を構成する集電体上に１Ｎ／１５ｍｍ以上の接着力にて貼付され、前記正極部材または前記負極部材の周縁が、前記集電体と前記絶縁体とを含む切断面を有することを特徴とする二次電池。
- 前記集電体上の他端側に端子部材が接続され、該端子部材の一部が前記外装体の外部に露出している、請求項１に記載の二次電池。
- 前記絶縁体が熱接着性絶縁フィルムからなる、請求項１または２に記載の二次電池。
- 前記熱接着性絶縁フィルムが、ポリオレフィンからなる基材層と、不飽和カルボン酸またはその誘導体を用いて変性されたポリオレフィンからなる熱接着層を有する、請求項３に記載の二次電池。
- 前記基材層がポリプロピレンからなり、前記熱接着層が不飽和カルボン酸またはその誘導体を用いて変性されたポリプロピレンからなる、請求項４に記載の二次電池。
- 前記絶縁体が、前記集電体の露出面と前記活物質層との境界を覆うように熱接着されている、請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
- 前記外装体内にリチウムイオンを含有する電解液が注入されている、請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池。
- 前記絶縁体が前記正極部材を構成する集電体上に貼付され、該集電体がアルミニウムからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の二次電池。
- 正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池であって、前記正極部材および前記負極部材はそれぞれ、集電体と、該集電体上の一端側を覆うように形成された活物質層とを有し、絶縁体が少なくとも、前記正極部材または前記負極部材を構成する集電体上に熱接着され、前記正極部材または前記負極部材は、少なくとも前記集電体と前記絶縁体とを含む切断面を有することを特徴とする二次電池。
- 正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池の製造方法であって、活物質を箔上に塗布することにより該箔の一端側を覆う活物質層を形成し、絶縁体を少なくとも前記箔の露出面に接着した後に、切断面が前記絶縁体を含むように前記箔を切断することによって前記正極部材または前記負極部材を形成し、前記箔を端子部材の一端と接続し、該端子部材の他端が前記外装体から露出するように前記電極体を前記外装体内に格納することを特徴とする二次電池の製造方法。
- 前記絶縁体を前記活物質層と前記箔の露出面との境界を覆うように接着した後に、切断面が前記絶縁体と前記活物質層とが積層された部位を含むように前記箔を切断することによって前記正極部材または前記負極部材を形成し、前記外装体内に電解液を注入する、請求項１０に記載の二次電池の製造方法。
- 正極部材、セパレータ部材および負極部材をこの順序で積層した電極体を外装体内に格納した二次電池において、前記正極部材および負極部材がそれぞれ、集電箔と、該集電箔上の一端を覆うように形成された活物質層とからなり、前記正極部材あるいは前記負極部材の少なくとも前記箔の露出部分に熱接着により貼付された後に、前記箔および活物質と共に切断される絶縁フィルムであって、基材層と接着層の少なくとも２層からなる積層フィルムであり、基材層がポリオレフィン樹脂からなり、接着層が不飽和カルボン酸又はその誘導体を用いて変性されたポリオレフィン樹脂からなる絶縁フィルム。
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