JP2017079198A

JP2017079198A - 電池外装用フィルム

Info

Publication number: JP2017079198A
Application number: JP2015208064A
Authority: JP
Inventors: 晋一前岨; Shinichi Maeso
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-04-27

Abstract

【課題】深絞り等により凹部を形成したとしても、凹部を形成した位置に亀裂が生じるのが的確に抑制または防止された電池外装用フィルムを提供すること。【解決手段】本発明の電池外装用フィルム１００は、シーラント層１１と、アルミニウム箔１２と、外層１４とがこの順で積層され、シーラント層１１を電池本体側にして、この電池本体を外装して電池を得る際に用いられ、外層１４は、未延伸または弱延伸のポリエステルフィルムで構成され、外層１４を、１００℃において、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びが２００％以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、電池外装用フィルムに関するものである。

近年、太陽光発電のような自然エネルギーにより発電された電気、電気自動車を駆動させる電気を貯蔵するための蓄電池として、二次電池が着目され、特に、エネルギー密度が高く、小型化が実現できることから、リチウムイオン電池が着目されている。

かかるリチウムイオン電池において、電池セル、活物質および電解質を含む電池本体を収納する電池外装材として、従来、金属製の金属缶が提案されてきたが、軽量化およびより放熱性を高めるという観点から、アルミニウム箔と樹脂層とを積層した多層フィルムが新たに提案されている。

この多層フィルムで構成される電池外装材では、アルミニウム箔を備えることにより、電池外装材の外側から電池本体の内部への水分の浸入を防止している。そして、一般的に、このアルミニウム箔の電池本体側の面には接着層を介してシーラント層が積層され、さらに、電池本体と反対側の面には接着層を介して外層が積層されており、シーラント層により、電池本体に電池外装材が接合され、外層により、アルミニウム箔が保護されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、このような多層フィルム（電池外装材）による、リチウムイオン電池の外装への適用は、電池外装材を深絞りすることで形成された凹部を備えるものとし、この凹部内に電池本体を収納した状態で、熱封止することにより行われている。

かかる構成のリチウムイオン電池では、形成される凹部をより深く深絞りすることで、より大きい電池本体、すなわち、より多くの活物質および電解質を収納することが可能となり、より高いエネルギー密度を得ることができる。

しかしながら、深絞りにより深い凹部を形成すると、多層フィルム（電池外装材）が備える樹脂層、特に、より優れた延展性が求められる電池本体よりも遠い位置、すなわち、電池本体の反対側に位置する外層に、亀裂が生じる。これに起因して、電池本体への水分の浸入が許容され、その結果、リチウムイオン電池の寿命が短くなるという問題があった。

なお、このような問題は、リチウムイオン電池に限らず、各種二次電池についても同様に生じている。

特開２０１２−３３３９４号公報

本発明の目的は、深絞り等により凹部を形成したとしても、凹部を形成した位置に亀裂が生じるのが的確に抑制または防止された電池外装用フィルムを提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（９）に記載の本発明により達成される。
（１）シーラント層と、アルミニウム箔と、外層とがこの順で積層され、前記シーラント層を電池本体側にして、該電池本体を外装して電池を得る際に用いられる電池外装用フィルムであって、
前記外層は、未延伸または弱延伸のポリエステルフィルムで構成され、前記外層を、１００℃において、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びが２００％以上であることを特徴とする電池外装用フィルム。

（２）前記延伸力を付与する方向は、ＭＤ方向またはＴＤ方向である上記（１）に記載の電池外装用フィルム。

（３）前記外層は、その平均厚さが１０μｍ以上１００μｍ以下である上記（１）または（２）に記載の電池外装用フィルム。

（４）前記シーラント層は、ポリオレフィン樹脂または酸変性ポリオレフィン樹脂を主材料として含有するフィルムで構成される上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の電池外装用フィルム。

（５）前記シーラント層は、その平均厚さが、１０μｍ以上１００μｍ以下である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の電池外装用フィルム。

（６）前記アルミニウム箔は、その平均厚さが、２０μｍ以上１００μｍ以下である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の電池外装用フィルム。

（７）さらに、前記アルミニウム箔と前記外層との間に、内層を備える上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の電池外装用フィルム。

（８）前記内層は、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂を主材料として含有するフィルムで構成される上記（７）に記載の電池外装用フィルム。

（９）前記内層は、その平均厚さが、６μｍ以上４０μｍ以下である上記（７）または（８）に記載の電池外装用フィルム。

本発明の電池外装用フィルムによれば、深絞り等により凹部を形成したとしても、凹部を形成した位置に亀裂が生じるのを的確に抑制または防止した状態で、電池を外装することができる。

本発明の電池外装用フィルムの実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の電池外装用フィルムについて詳細に説明する。
＜電池外装用フィルム＞
図１は、本発明の電池外装用フィルムの実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

電池外装用フィルム１００は、図１に示すように、シーラント層１１と、アルミニウム箔１２と、内層１３と、外層１４とを有しており、これらが、電池外装用フィルム１００で外装すべき電池本体に対して、シーラント層１１側からこの順で積層されている。そして、電池外装用フィルム１００は、これら各層の間に、各層同士を接着する、接着層２１と、接着層２２と、接着層２３とを有している。

この電池外装用フィルム１００は、電池本体を外装して電池を得る際に用いられるものであり、より具体的には、シーラント層１１側を電池本体側（内側）にして深絞り成形して凹部を形成し、そして、この凹部内に電池本体を収納した状態で、周縁部をヒートシールして密封することにより、リチウムイオン電池のような電池を得るために用いられるものである。

かかる構成の電池外装用フィルムは、本発明では、外層１４は、未延伸または弱延伸のポリエステルフィルムで構成され、この外層１４を、１００℃において、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びが２００％以上であることを特徴する。

このような破断伸びを備えることで、電池本体を外装して電池を得る際に、より高いエネルギー密度を有する電池に適用するために、シーラント層１１側を電池本体側（内側）にして深絞り成形して、より深い凹部を形成したとしても、延展性が求められる外層１４に亀裂が生じるのを的確に抑制または防止することができる。したがって、電池本体への水分の浸入が許容されるのが、的確に抑制または防止されるため、リチウムイオン電池の長寿命化が図られる。

以下、このような電池外装用フィルム１００が有する、各層について、詳述する。
＜外層１４＞
外層１４は、この外層１４よりも内側（シーラント層１１側）に位置する層（特に、アルミニウム箔１２）を保護する機能を発揮する。

外層１４は、本発明では、未延伸または弱延伸のポリエステルフィルムで構成され、この外層１４を、１００℃において、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びが２００％以上であるものである。

外層１４が、このような破断伸びを備えることで、電池本体を外装して電池を得る際に、より高いエネルギー密度を有する電池に適用するために、シーラント層１１側を電池本体側（内側）にして深絞り成形して、より深い凹部を形成したとしても、延展性が求められる外層１４に亀裂が生じるのを的確に抑制または防止することができる。したがって、電池本体への水分の浸入が許容されるのが、的確に抑制または防止されるため、リチウムイオン電池の長寿命化が図られる。

また、外層１４に延伸力を付与する方向は、外層１４すなわちポリエステルフィルムのＭＤ方向またはＴＤ方向の何れであってもよく、これらのうちの一方の方向に対する破断伸びが２００％以上であればよいが、双方の方向に対する破断伸びが２００％以上であることが好ましい。これにより、より深い凹部を形成したとしても、延展性が求められる外層１４に亀裂が生じるのをより的確に抑制または防止することができる。

さらに、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の外層１４の破断伸びは、２００％以上であれば良いが、２５０％以上であることが好ましく、３００％以上３５０％以下であることがより好ましい。これにより、より深い凹部を形成したとしても、延展性が求められる外層１４に亀裂が生じるのをより的確に抑制または防止することができる。また、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の外層１４の破断伸びは、例えば、ＪＩＳＫ７１２７に準拠して、引張破断伸度として求めることができる。

また、外層１４の８０℃における動的粘弾性率は、１．０×１０^７Ｐａ以下であることが好ましく、１．０×１０^６Ｐａ以上７．０×１０^６Ｐａ以下であることがより好ましい。これにより、より深い凹部を形成したとしても、外層１４に亀裂が生じるのをより的確に抑制または防止することができる。また、外層１４の動的粘弾性率は、例えば、ＪＩＳＫ７１９８に準拠して求めることができる。

未延伸または弱延伸のポリエステルフィルムは、前記破断伸びが２００％以上であるものであれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリトリメチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムおよびポリブチレンナフタレートフィルム等が挙げられる。

また、外層１４は、その平均厚さが、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。これにより、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びが２００％以上であるものと確実にすることができる。

＜接着層２３＞
接着層２３は、外層１４と内層１３とを接着するものである。

この接着層２３に含まれる接着剤としては、特に制限されないが、例えば、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、酸変性ポリオレフィン接着剤等が挙げられる。

また、酸変性ポリオレフィンとしては、例えば、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。

接着層２３は、その平均厚さが１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。これにより、外層１４と内層１３とを十分高い接着力で接着させることができる。そのため、電池外装用フィルム１００を絞り成形した際に、稜線部や変形部における接着が維持されることから、外層１４と内層１３とが層間剥離するのを的確に抑制または防止することができる。

なお、外層１４と内層１３とにそれぞれ含まれる構成材料の組み合わせによっては、接着層２３の形成を省略することができる。

＜内層１３＞
内層１３は、電池本体を電池外装用フィルム１００でヒートシールする際に、電池外装用フィルム１００に耐熱性を付与し、電池外装用フィルム１００におけるピンホールの発生を抑制する機能を発揮する。

この内層１３は、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂を主材料として含有するフィルム（層）が挙げられる。中でも、未延伸ポリアミドフィルム、未延伸ナイロンフィルムまたは未延伸ポリエステルフィルムであることが好ましく、未延伸ポリエステルフィルムであることがより好ましい。これにより、電池外装用フィルム１００の成形性を向上させることができる。
なお、内層１３は、単層であってもよく、複数層であってもよい。

さらに、内層１３は、その平均厚さが、６μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。これにより、電池外装用フィルム１００のリチウムイオン電池等の電解液に対する耐熱性、耐ピンホール性と、成形性との両立を図ることができる。

＜接着層２２＞
接着層２２は、内層１３とアルミニウム箔１２とを接着するものである。

この接着層２２としては、前述した接着層２３と同様の構成のものとすることができる。

なお、内層１３を構成する構成材料によっては、接着層２２の形成を省略することができる。

＜アルミニウム箔１２＞
アルミニウム箔１２は、電池外装用フィルム１００に防水性および遮光性を付与するために、シーラント層１１と外層１４との間に配置されている金属層である。

このアルミニウム箔１２としては、例えば、軟質アルミニウム箔が用いられ、中でも、アルミニウム−鉄系合金からなる層、すなわち、鉄を含むアルミニウム箔であることが好ましい。これにより、アルミニウム箔１２に対して、優れた耐ピンホール性、および成形時の延展性を付与することができる。

アルミニウム箔１２中の鉄の含有量は、０．１ｗｔ％以上９．０ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下であることがより好ましい。鉄の含有量を０．１質量％以上とすることで、アルミニウム箔１２の耐ピンホール性、延展性を向上させることができ、さらに、鉄の含有量を９．０質量％以下とすることで、アルミニウム箔１２の柔軟性が向上する。

また、アルミニウム箔１２は、その平均厚さが２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上６０μｍ以下であることがより好ましい。平均厚さが、かかる範囲内であることで、アルミニウム箔１２は、優れた防水性および遮光性を発現するとともに、深絞りによる凹部の加工性も優れたものとなる。

＜接着層２１＞
接着層２１は、アルミニウム箔１２とシーラント層１１とを接着するものである。

この接着層２１としては、前述した接着層２３と同様の構成のものとすることができる。

なお、内層１３を構成する構成材料によっては、接着層２１の形成を省略することができる。

＜シーラント層１１＞
シーラント層１１は、接着層２１を介して、アルミニウム箔１２に接着され、電池外装用フィルム１００を用いて電池本体をヒートシール（密封）した際に最内層となり、電池本体と接して、電池本体の封止性を付与するためのものである。

このシーラント層１１は、例えば、ポリオレフィン樹脂または酸変性ポリオレフィン樹脂を主材料として含有するフィルム（層）が挙げられる。これらで構成されるシーラント層１１は、リチウムイオン電池等の電解液に対する耐食性に優れ、かつヒートシール性に優れることからシーラント層１１の構成材料として好ましく用いられる。

ポリオレフィン樹脂としては、例えば、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、ポリプロピレン、プロピレン−αオレフィン共重合体等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、酸変性ポリオレフィン樹脂としては、ポリオレフィン樹脂に無水マレイン酸等をグラフト変性させたものが挙げられる。

また、シーラント層１１には、難燃剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤等の添加剤が添加されていてもよい。

さらに、シーラント層１１は、その平均厚さが、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。これにより、リチウムイオン電池等の電解液に対する耐食性とヒートシール性との両立を図ることができる。

以上のような電池外装用フィルム１００は、シーラント層１１側を電池本体側（内側）にして深絞り成形して凹部を形成した際に、この凹部の深さが３ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。このような電池外装用フィルム１００は、深掘り成形し得る電池外装用フィルムと言うことができ、外層１４に亀裂が生じるのを的確に抑制または防止して、より高いエネルギー密度を有する電池の外装に適用することができる。

なお、本実施形態では、電池外装用フィルム１００は、シーラント層１１と、アルミニウム箔１２と、内層１３と、外層１４とを有する場合について説明したが、シーラント層１１と、アルミニウム箔１２と、外層１４との組み合わせによっては、内層１３を省略することができる。さらに、必要に応じて、シーラント層１１と、アルミニウム箔１２との間に他の層を介挿させるようにしてもよい。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
なお、本発明はこれらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。

１．外層の破断伸びの測定
厚さ３０μｍの未延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（三菱化学社製、「ノバペックスＧＭ７００Ｚ」）、厚さ２０μｍの未延伸ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）フィルム（三菱エンジニアリングプラスチックス社製、「ノバデュラン５０２０」）および厚さ３０μｍの未延伸共重合ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）フィルム（イーストマンケミカル社製、「ＥａｓｔａｒＧＮ０７１」）を、それぞれ、外層として用意し、これら外層の１００℃におけるＭＤ方向およびＴＤ方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びを、ＪＩＳＫ７１２７に準拠して、恒温槽付オートグラフ装置（島津製作所社製、「ＡＧＳ−Ｘ」）を用いて測定した。

その結果、未延伸ＰＥＴフィルム、未延伸ＰＢＴフィルムおよび未延伸ＰＥＴGフィルムのＭＤ方向における破断伸びは、それぞれ、５８０％、６００％および６００％であり、さらに、ＴＤ方向における破断伸びは、それぞれ、５４０％、６１０％および５９０％であり、いずれのフィルムもＭＤ方向およびＴＤ方向の双方の破断伸びが２００％以上を満足するものであった。

２．外層の成形評価
前記１で用意した未延伸ＰＥＴフィルムと、二軸延伸ＰＥＴフィルム（厚さ２５μｍ）とを、それぞれ、縦３５ｍｍ×横６５ｍｍ×高さ４０ｍｍの成形型（四角型）、及びφ３２ｍｍ（Ｒ＝１６ｍｍ）、高さ６０ｍｍのプラグ型を用いて、フィルムに凹部を形成する成形を実施した。

なお、二軸延伸ＰＥＴフィルムの上記ＭＤ方向およびＴＤ方向における破断伸びは、それぞれ、１８０％および１０５％であった。

そして、凹部における破れの有無を目視にて確認して、以下の評価基準に基づいて評価した。

＜凹部に生じた破れの評価基準＞
〇：凹部に破れが認められない。
×：凹部に破れが認められる。
評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、フィルムの破断伸びが２００％以上となっている未延伸ＰＥＴフィルムでは、フィルムに凹部を形成したとしても、かかる凹部に破れが生じるのを的確に防止することができた。

これに対して、フィルムの破断伸びが２００％未満になっている二軸延伸ＰＥＴフィルムでは、フィルムに凹部を形成することにより、かかる凹部を形成した領域に破れが生じる結果を示した。

１１シーラント層
１２アルミニウム箔
１３内層
１４外層
２１接着層
２２接着層
２３接着層
１００電池外装用フィルム

Claims

シーラント層と、アルミニウム箔と、外層とがこの順で積層され、前記シーラント層を電池本体側にして、該電池本体を外装して電池を得る際に用いられる電池外装用フィルムであって、
前記外層は、未延伸または弱延伸のポリエステルフィルムで構成され、前記外層を、１００℃において、一軸方向に伸ばす延伸力を付与した際の破断伸びが２００％以上であることを特徴とする電池外装用フィルム。
前記延伸力を付与する方向は、ＭＤ方向またはＴＤ方向である請求項１に記載の電池外装用フィルム。
前記外層は、その平均厚さが１０μｍ以上１００μｍ以下である請求項１または２に記載の電池外装用フィルム。
前記シーラント層は、ポリオレフィン樹脂または酸変性ポリオレフィン樹脂を主材料として含有するフィルムで構成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池外装用フィルム。
前記シーラント層は、その平均厚さが、１０μｍ以上１００μｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電池外装用フィルム。
前記アルミニウム箔は、その平均厚さが、２０μｍ以上１００μｍ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池外装用フィルム。
さらに、前記アルミニウム箔と前記外層との間に、内層を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電池外装用フィルム。
前記内層は、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂を主材料として含有するフィルムで構成される請求項７に記載の電池外装用フィルム。
前記内層は、その平均厚さが、６μｍ以上４０μｍ以下である請求項７または８に記載の電池外装用フィルム。