JP2016072212A - 電池用包装材料 - Google Patents
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Abstract
Description
項1. 少なくとも、基材層、金属層、コート層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記コート層は、酸変性ポリオレフィンと硬化剤とを含む樹脂組成物により形成されている、電池用包装材料。
項2. 前記コート層は、温度23℃及び相対湿度70%下におけるマルテンス硬さが50N/mm2以上である、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 電池が昇温された際に、常圧下で120℃に到達するまでは前記金属層と前記シーラント層との間で包装材料が開封せず、電池の発火または反応暴走を防止するように設計された電池に使用される電池用包装材料である、項1または2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記シーラント層が、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が6g/10分以下である酸変性ポリオレフィンにより形成された層を含んでいる、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記シーラント層が、軟化点が100℃以上である酸変性ポリオレフィンにより形成された層を含んでいる、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記シーラント層の厚みが、60μm以上である、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記金属層が、アルミニウム箔である、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜7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は、少なくとも、基材層、金属層、コート層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、コート層は、酸変性ポリオレフィンと硬化剤とを含む樹脂組成物により形成されてい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。
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、金属層3、コート層4、及びシーラント層5をこの順に有する積層体からなる。即ち、本発明の電池用包装材料は、基材層1が最外層になり、シーラント層5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5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。図1に示すように、本発明の電池用包装材料は、基材層1と金属層3との間に接着層2を有していてもよい。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は最外層を形成する層である。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、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。
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との接着性を高めることなどを目的として、必要に応じて設けられる層である。基材層1と金属層3とは直接積層されていてもよい。
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。
本発明の電池用包装材料においては、金属層3とシーラント層5とを強固に接着させ、電池が高温下に曝された場合でも、電池用包装材料が開封することを抑制するために設けられる層である。コート層4は、1層により形成されていてもよいし、複数層により形成されていてもよい。
で表される繰り返し単位を有するポリカルボジイミド化合物、
下記一般式(6):
で表される繰り返し単位を有するポリカルボジイミド化合物、
及び下記一般式(7):
で表されるポリカルボジイミド化合物が挙げられる。一般式(4)〜(7)において、nは、通常30以下の整数であり、好ましくは3〜20の整数である。
本発明の電池用包装材料において、シーラント層5は、最内層に該当し、電池の組み立て時にシーラント層5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5は、複数の層により形成されていてもよい。
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。
本発明の電池用包装材料は、電池が高温下に曝された場合にも、電池用包装材料が開封することが効果的に抑制されている。従って、本発明の電池用包装材料は、電池が昇温された際に、常圧下で例えば120℃、更には130℃という高温に到達するまでは金属層とシーラント層との間で包装材料が開封せず、電池の発火または反応暴走を防止するように設計された電池に好適に使用される。
[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の片面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ40μm)からなる金属層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、2液型ウレタン接着剤(ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、金属層3上に接着層2(厚さ4μm)を形成した。次いで、金属層3上の接着層2と基材層1を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、基材層1/接着層2/金属層3の積層体を調製した。なお、金属層3として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥重量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
実施例1〜6及び比較例2,3の電池用包装材料において、電池用包装材料の端部において、コート層に圧子を押し当て、コート層のマルテンス硬さを以下のようにして測定した。結果を表1に示す。マルテンス硬さの測定装置として、Hysitron製のTriboIndenter TI950を用いた。圧子として、Berkovichを用い、測定温度23℃、相対湿度70%、押し込み深さ(設定値)150nm、負荷・除荷速度10nm/sec、荷重保持時間5secの条件で測定した。なお、マルテンス硬さとは、以下の式により算出される値である。
マルテンス硬さ[N/mm2]=荷重[μN]/(24.5×(深さ最大値hmax(μm)2)
電池用包装材料の密封性の評価を、JIS C 8714の規定に準拠した方法により行った。実施例1〜3及び比較例1〜4で得られた各電池用包装材料を80mm(TD方向)×160mm(MD方向)に裁断した後、35mm×50mmの口径の成型金型(メス型)とこれに対応した成型金型(オス型)にて、0.4MPaで3.0mmの深さに冷間成型し、その中心部分に凹部を形成した。成型後の電池用包装材料を2つ折りにし、シーラント層同士が重なり合っている縁部をヒートシール(175℃、3秒、面圧1.4MPa)した。この際、ダミーセルとしてアルミニウム板(厚さ3mm)、電解液(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=1:1:1の液に1molの6フッ化リン酸リチウムを添加)1gを密封して、内部空間(圧力1atm)を有するケース状にした試験用電池を作製した。次に、ヒートシールした部分を幅3mmとなるようにカットした。次に、図2に示されるようにして、試験用電池を2枚のステンレス鋼板で挟み、固定用スペーサーで固定した。このとき、2枚のステンレス鋼板の間隔wは、3.0mmとした。次に、この状態で、試験用電池を減圧可能なオーブンに入れて、オーブン内の圧力が0atmになるように設定し、5℃±2℃/分の昇温速度で130℃±5℃になるまで昇温した。130℃になっても開封しなかった場合には、130℃の温度をそのまま保持した。130℃に到達してから、電池用包装材料の金属層とシーラント層との間で剥離が生じて開封するまでの時間を目視にて確認した。結果を表1に示す。なお、当該JISの規定では、オーブン温度を基準としているが、本実施例では、より詳細に密封性を評価するために、サンプルの温度を基準とした。また、真空引きを行ったのは、実際の電池の内部ではガスが発生して内圧が上昇することを想定したためである。さらに、ステンレス鋼板と固定用スペーサーを用いて電池を押さえたのは、電池は、通常、ケースなどで固定されているからである。
2 接着層
3 金属層
4 コート層
5 シーラント層
5a 酸変性ポリオレフィン層
5b ポリオレフィン層
10 試験用電池
20 固定用スペーサー
21 ステンレス鋼板
Claims (8)
- 少なくとも、基材層、金属層、コート層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記コート層は、酸変性ポリオレフィンと硬化剤とを含む樹脂組成物により形成されている、電池用包装材料。 - 前記コート層は、温度23℃及び相対湿度70%下におけるマルテンス硬さが50N/mm2以上である、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 電池が昇温された際に、常圧下で120℃に到達するまでは前記金属層と前記シーラント層との間で包装材料が開封せず、電池の発火または反応暴走を防止するように設計された電池に使用される電池用包装材料である、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
- 前記シーラント層が、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が6g/10分以下である酸変性ポリオレフィンにより形成された層を含んでいる、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記シーラント層が、軟化点が100℃以上である酸変性ポリオレフィンにより形成された層を含んでいる、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記シーラント層の厚みが、60μm以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記金属層が、アルミニウム箔である、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 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1〜7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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