JP2016042476A - 蓄電デバイス用外装材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る蓄電デバイス用外装材1は、自在に変形可能な金属箔層12と、260℃より高い温度の耐熱性を有する接着剤層11と、金属箔層12の一方の面側に積層されて、260℃より高い融点を有する耐熱性樹脂からなる基材層10と、金属箔層12の他方の面側に積層されて、260℃より高い融点を有する熱可塑性樹脂からなるシーラント層14と、を備え、金属箔層12と、シーラント層14および/または基材層10との間に接着剤層11を有するものである。
【選択図】図1
Description
上記のように基材層、シーラント層ともにリフロー温度より高い融点を有することにより、最も高温耐性が要求されると思われる鉛フリーのはんだリフロー時においても蓄電デバイスの外装としての状態を維持することが可能となる。
上記のように融点が260℃より高い耐熱性樹脂は数少ないが、その中でもポリイミド樹脂を使用することにより、高耐熱、高絶縁、低熱膨張といった特徴を活かし、要求される特性を満足する外装材を提供することが可能となる。
これによれば、耐熱性が最も高温耐性が要求されると思われる鉛フリーのはんだリフロー時の温度にも耐えうる、信頼性の高い外装材が提供できる。
上記のように融点が260℃より高い熱可塑性樹脂としては、スーパーエンジニアリングプラスチックに分類される各種樹脂の中でも数少ないが、上記樹脂を使用することによって、はんだリフロー時の温度にも耐えうる外装材が提供できる。
上記鉄の含有量が0.1質量%以上であれば耐ピンホール性、延展性が向上し、また9.0質量%以下であれば、柔軟性が向上する、成型性に優れた外装材が提供できる。
上記腐食防止層は、電解質であるリチウム塩(LiPF6、LiBF4)と水分との加水分解反応により発生するフッ酸により、金属箔面の腐食や金属層フィルム間のラミネート強度が低下する問題を改善できる。
図1は、本発明に係る蓄電デバイス用外装材の実施形態を示す断面図である。図1に示す蓄電デバイス用外装材1は、基材層10が260℃より高い融点を有する耐熱性樹脂であり、接着剤層11を介して金属箔層12に積層されている。そして金属箔層12上に腐食防止層13を形成し、シーラント層14として260℃より高い融点を有する熱可塑性樹脂が順次積層している。
基材層10は、蓄電デバイスを製造する際のシール工程における耐熱性を付与し、成型加工や流通の際に金属箔層12にピンホールが発生するのを抑制する役割を果たす。また、基材層10は、はんだリフロー時等における高温の状態でも金属箔層12との密着を維持し、蓄電デバイスの外装としての機能を維持する役割を果たす。
接着剤層11は、耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではないが、エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤、ポリイミド系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、アクリル系接着剤等を用いることができる。これらの中でも、特に、少なくともエポキシ硬化成分を系内に有している熱硬化性接着剤が望ましい。これは、熱可塑性接着剤が融点以上の加工温度で再び可塑性を示してしまうのに対して、エポキシ硬化成分を系内に有する熱硬化性接着剤は、積層後に熱硬化させることにより耐熱性を向上させることができ、信頼性に優れる硬化物を与えることができるからである。少なくともエポキシ硬化成分を含有する接着剤としては、エポキシ系接着剤はもちろんのこと、アクリル系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤、ポリイミド系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤、ゴム系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤等を例示するこができる。また、アクリル変性、シロキサン変性などのように変性したものでもよい。しかし、これらに限定されるものではなく、エポキシ硬化成分が少しでも含有されている接着剤であれば何れの接着剤でも構わない。
金属箔層12としては、アルミニウム、ステンレス綱等の各種金属を用いる事ができ、防湿性、延展性等の加工性、コスト等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、例えば、公知のアルミニウム箔が使用でき、耐ピンホール性、及び成形時の延展性の点から、鉄を含む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100質量%の鉄の含有量は、0.1〜9.0質量%が好ましく、0.5〜2.0質量%が特に好ましい。鉄の含有量が0.1質量%以上であれば耐ピンホール性、延展性が向上する。鉄の含有量が9.0質量%以下であれば、柔軟性が向上する。
また、アルミニウム箔としては成形時の延展性を付与できる点から、焼鈍処理を施した軟質アルミニウム箔がさらに好ましい。
特に好ましい金属箔層12は、厚さ15〜150μmの焼鈍処理した軟質アルミニウム箔である。具体的にはJIS規格では8021−0材や8079−0材が好ましい。
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に分けられ、製造工程の簡便化の点から、ドライタイプが好ましい。
腐食防止層13は、金属箔層12とシーラント層14を強固に密着させると共に、金属箔層12を、電解液や電解液から発生するフッ酸から保護する役割を果たす。
腐食防止層13は、例えば、熱水変成処理、陽極酸化処理、化成処理、あるいはこれら処理の組み合わせにより形成することができる。
熱水変成処理としては、例えば、トリエタノールアミンを添加した沸騰水中にアルミニウム箔を浸漬処理するベーマイト処理が挙げられる。陽極酸化処理としては、例えば、アルマイト処理が挙げられる。化成処理としては、例えば、クロメート処理、ジルコニウム処理、チタニウム処理、バナジウム処理、モリブデン処理、リン酸カルシウム処理、水酸化ストロンチウム処理、セリウム処理、ルテニウム処理あるいは、これらの混合相からなる各種化成処理が挙げられる。また、これらの化成処理は湿式型に限らず、これらの処理剤を樹脂成分と混合した塗布型も適用することができる。
以上これらの腐食防止処理の中では、その効果が最も高く且つ廃液処理の観点からも、塗布型クロメート処理が最も好ましい。
シーラント層14は、蓄電デバイス用外装材1の内層を構成する熱溶着性のフィルムからなる層であって、蓄電デバイスの組み立て時にはこのシーラント層14同士が熱溶着される。
シーラント層14を構成する成分としては、はんだリフローの温度に耐えうる融点が260℃より高い樹脂であり、さらにヒートシールも行うため、熱硬化性樹脂ではなく、熱可塑製樹脂である必要がある。このような樹脂としては、スーパーエンジニアリングプラスチックに分類されるがその中でもより高温耐性のある、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアミドイミド(PAI)、及び熱可塑性ポリイミドのうち少なくともひとつを使用することが好ましい。
次に、図1示す本発明の蓄電デバイス用外装材1の製造方法について記載するが、本製造方法には限定されない。
金属箔層12の少なくともシーラント層14側に塗布型クロメート処理液を塗工し、乾燥・硬化・焼き付けを行うことにより、腐食防止層13を形成させる。
塗工方法としては、公知の方法が用いられるが、例えば、グラビアコーター、グラビアリバースコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、ダイコーター、バーコーター、キスコーター、コンマコーターなどが挙げられる。
なお、金属箔層12は、未処理の金属箔を用いても充分機能を満足することが出来るが、ウェットタイプまたはドライタイプにて脱脂もしくは酸化物除去処理を施した金属箔を用いてもよい。
なお、腐食防止層13は、シーラント層14側は電解液耐性を付与するためにも必須であるが、基材層10側については塗工しなくてもかまわない。
基材層10となる260℃より高い融点を有する耐熱性樹脂の積層方法は、腐食防止層13を積層した金属箔層12に、接着剤層11を介して基材層10を積層する。
貼り合わせの方法としては、接着剤層11として例示した接着剤を使用して、ドライラミネーションなどの各種積層方法によって積層する。
基材層10、接着剤層11、金属箔層12、及び腐食防止層13からなる積層体の上に、シーラント層14を積層する。シーラント層14は、材料自体が接着性を有する熱可塑性樹脂を用いることにより接着剤層を新たに設けることなく単体でも積層することができる。シーラント層14の積層方法としては、熱可塑性樹脂を押し出しラミネーションする方法や、あらかじめ熱可塑製樹脂をフィルム化しておき、熱ラミネーションを行う方法がある。
また、シーラント層14の積層方法としては、基材層10と金属箔層12の接着で使用した接着剤層11の材料を使用して、ドライラミネーション等の方法で積層することもできる。
以下の試験例に用いた共通の材料は下記の通りである。
<基材層>
ポリイミドフィルム(25μm)。
<接着剤層>
エポキシ系熱硬化型接着剤
<金属箔層>
焼鈍処理した軟質アルミニウム箔8079材(40μm)。
<アルミニウム保護層>
塗布型クロメート処理
<シーラント層>
熱可塑性ポリイミドフィルム(50μm)
[蓄電デバイス用外装材(リチウムイオン電池用外装材)の作成]
本実施例では、蓄電デバイス用外装材を以下の通り作成した。
まず、アルミニウム箔上に、塗布型クロメート処理液をマイクログラビアコートにより塗工し、乾燥ユニットにて150〜250℃で焼き付け処理を施すことにより、アルミニウム箔コイル上に腐食防止層を積層させた。
次いで、アルミニウム箔の腐食防止層とは反対側の面に、ドライラミネート手法により、エポキシ系熱硬化型接着剤を用いて基材層を積層した。これら基材層を積層した積層体と熱可塑性ポリイミドフィルムをラミネート温度300℃の熱ラミネートをおこない、蓄電デバイス用外装材を作成した。
実施例1の基材層にナイロンを使用し、接着剤層にウレタン系接着剤を用いて積層を行った。またシーラント層にはポリプロピレンを使用して、マレイン酸変性ポリプロピレンを介して熱ラミネートを行った。
得られた蓄電デバイス用外装材に対して以下の評価を行った。
得られた蓄電デバイス用外装材を折り返してヒートシールを行い、パウチ形状を作成した。ついで、はんだリフローを行う、コンベア型リフロー炉に260℃の温度条件下で10秒間投入し、その後ヒートシール部分の開放や強度劣化を確認した。
ことができる蓄電デバイス用外装材を提供することが出来る。
10:基材層
11:接着剤層
12:金属箔層
13:腐食防止層
14:シーラント層
Claims (6)
- 蓄電デバイス用外装材であって、
自在に変形可能な金属箔層と、
260℃より高い温度の耐熱性を有する接着剤層と、
前記金属箔層の一方の面側に積層されて、260℃より高い融点を有する耐熱性樹脂からなる基材層と、
前記金属箔層の他方の面側に積層されて、260℃より高い融点を有する熱可塑性樹脂からなるシーラント層と、
を備え、
前記金属箔層と、シーラント層および/または基材層との間に前記接着剤層を有することを特徴とする蓄電デバイス用外装材。 - 前記基材層が、酸無水物とアミンとを反応させ、イミド化して形成されるポリイミド樹脂からなり、前記酸無水物がピロメリット酸無水物、ビフタル酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、オキシジフタル酸無水物、ハイドロフランジフタル酸無水のうちの少なくとも1つを含み、前記アミンがメトキシジアミノベンゼン、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、3,3’−オキシジアニリン、ビスジアニリノメタン、3,3’−ジアミノゼンゾフェノン、p,p−アミノフェノキシベンゼン、p,m−アミノフェノキシベンゼン、m,p−アミノフェノキシベンゼン、m,m−アミオフェノキシベンゼン、クロル−m−アミノフェノキシベンゼン、p−ピリジンアミノフェノキシベンゼン、m−ピリジンアミノフェノキシベンゼン、p−アミノフェノキシビフェニル、m−アミノフェノキシビフェニル、p−ビスアミノフェノキシベンジスルホン、m−ビスアミノフェノキシベンジスルフォン、p−ビスアミノフェノキシベンジルケトン、m−ビスアミノフェノキシベンジルケトン、p−ビスアミノフェノキシベンジルヘキサフルオロプロパン、m−ビスアミノフェノキシベンジルヘキサフルオロプロパン、m−ビスアミノフェノキシベンジルヘキサフルオロプロパン、p−ビスアミノフェノキシベンジルプロパン、o−ビスアミノフェノキシベンジルプロパン、m−ビスアミノフェノキシベンジルプロパン、p−ジアミノフェノキシベンジルチオエーテル、m−ジアミノフェノキシベンジルチオエーテル、インダンジアミン、スピロビジアミン、ジケトンジアミンのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2に記載の蓄電デバイス用外装材。
- 前記接着剤層が、エポキシ系接着剤、アクリル系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤、ポリイミド系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤、ゴム系材料にエポキシ硬化成分を含有した接着剤のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電デバイス用外装材。
- 前記シーラント層が、ポリフェニレンスルファイド及びポリアミドイミドの少なくともいずれか1つからなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用外装材。
- 前記金属箔層が、0.1質量%以上9.0質量%以下の含有量の鉄を含む軟質アルミニウム箔からなることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用外装材。
- 前記金属箔層の前記シーラント層側に、前記金属箔層の腐食を防止する腐食防止層が介在することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用外装材。
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