JP2018073473A

JP2018073473A - リード部材

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Publication number: JP2018073473A
Application number: JP2016207824A
Authority: JP
Inventors: 岡田　智之; Tomoyuki Okada; 智之岡田; 圭太郎宮澤; Keitaro Miyazawa; 友多佳松村; Yutaka Matsumura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-24
Also published as: CN107978721A; JP6759970B2; KR20180044818A

Abstract

【課題】表面処理されていないアルミニウムを用いて、耐電解液性に優れるリード部材を提供する。【解決手段】リード導体２と樹脂フィルム３とを備え、前記リード導体２が表面処理されていないアルミニウムであり、前記樹脂フィルム３が１以上の層を有し、前記１以上の層のうちの前記リード導体２に接触する層３ａが、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を含有する、リード部材１である。【選択図】図２

Description

本発明は、リード部材に関するものである。

特許文献１には、金属層を有する封入容器と、封入容器の内部から外部に伸びるリード導体とを有し、封入容器とリード導体とがシール部で熱融着されてなる電気部品であって、シール部の少なくとも一部において、金属層とリード導体との間であってリード導体と接する部分に、縮合リン酸アルミニウムを含有する熱融着層を有する電気部品が開示されている。

特開２０１２−１８６００７号公報

リード部材の金属層にアルミニウムを使用する場合、電池内の電解液に接触することでアルミニウムと樹脂フィルムが剥離するおそれがある。この剥離を防止するために、アルミニウムをベーマイト処理又はクロメート処理等により表面処理する方法が知られている。しかし、製造上の観点から表面処理されてないアルミニウムを用いて、電解液に長時間浸しても樹脂フィルムが金属層から剥がれないリード部材を得ることが望ましい。

本発明の目的は、表面処理されていないアルミニウムを用いて、耐電解液性に優れるリード部材を提供することにある。

本発明のリード部材は、リード導体と樹脂フィルムとを備え、
前記樹脂フィルムが、前記リード導体の幅方向において、前記リード導体より幅が広く形成され、前記リード導体の幅方向の両側部からはみ出すように前記リード導体の両面に貼られるとともに、前記両側部からはみ出した両面の前記樹脂フィルム同士が貼り合わされており、かつ、前記リード導体の長手方向において、前記リード導体より長さが短く形成され、前記リード導体の長手方向の端には貼られてなく、
前記リード導体が表面処理されていないアルミニウムであり、
前記樹脂フィルムが１以上の層を有し、
前記１以上の層のうちの前記リード導体に接触する層が、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を含有する。

本発明によれば、表面処理されていないアルミニウムを用いて、耐電解液性に優れるリード部材を提供することができる。

リード部材付電池の構成例を示す外観図である。本発明によるリード部材の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は幅方向の断面図、（Ｃ）は長手方向の断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係るリード部材は、
（１）リード導体と樹脂フィルムとを備え、
前記樹脂フィルムが、前記リード導体の幅方向において、前記リード導体より幅が広く形成され、前記リード導体の幅方向の両側部からはみ出すように前記リード導体の両面に貼られるとともに、前記両側部からはみ出した両面の前記樹脂フィルム同士が貼り合わされており、かつ、前記リード導体の長手方向において、前記リード導体より長さが短く形成され、前記リード導体の長手方向の端には貼られてなく、
前記リード導体が表面処理されていないアルミニウムであり、
前記樹脂フィルムが１以上の層を有し、
前記１以上の層のうちの前記リード導体に接触する層が、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を含有する。
この構成によれば、表面処理されていないアルミニウムを用いて、耐電解液性に優れるリード部材を提供することができる。

（２）また、（１）のリード部材は、
前記リード導体に接触する層が、さらにホスホン酸カルシウムを含む組成物を含有してもよい。
この構成によれば、より耐電解液性に優れるリード部材を提供することができる。

（３）また、（１）又は（２）のリード部材は、
前記リード導体に接触する層が、さらにリン酸亜鉛を含む組成物を含有してもよい。
この構成によれば、より耐電解液性に優れるリード部材を提供することができる。

（４）また、（１）〜（３）のいずれかのリード部材は、
前記リード導体に接触する層が、前記リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を、３質量％以上８質量％以下の割合で含有してもよい。
この構成によれば、特に耐電解液性に優れる電池用包装材料を提供することができる。

（５）また、（２）のリード部材は、
前記リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物と、前記ホスホン酸カルシウムを含む組成物との質量比が、１：２〜２：１でもよい。
この構成によれば、特に耐電解液性に優れる電池用包装材料を提供することができる。

（６）また、（３）のリード部材は、
前記リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物と、前記リン酸亜鉛を含む組成物との質量比が、１：２〜２：１でもよい。
この構成によれば、特に耐電解液性に優れる電池用包装材料を提供することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
続いて、添付図面を参照しながら、本発明のリード部材に係る実施の形態について説明する。
図１は、リード部材付電池の構成例を示す外観図である。図２は、本発明によるリード部材の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は幅方向の断面図、（Ｃ）は長手方向の断面図である。図中、１はリード部材、２はリード導体、３は樹脂フィルム、４は封入体、５はシール部、６はリード部材付電池を示す。

図１のリード部材付電池６は、より具体的には、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した積層電極群（図示省略）と電解液を、金属箔を含む多層フィルムからなる封入体４に収納し、正極板に接続したリード部材１ａ、負極板に接続したリード部材１ｂを、樹脂フィルム３を介して封入体４のシール部から密閉封止した状態で取り出して構成される。封入体４に用いる多層フィルムは、金属箔の両面に樹脂フィルムを貼り合わせて形成される。

リード部材１（１ａ、１ｂ）は、リード導体２と樹脂フィルム３とを備えている。

リード導体２は、表面処理されていないアルミニウムが使用される。ここでいう表面処理とは、アルミニウムの、表面に被膜を形成する処理や表面積を広げる処理であり、例えば、硝酸クロム、フッ化クロム、硫酸クロム、酢酸クロム等のクロム酸化合物を用いたクロム酸クロメート処理；リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等のリン酸化合物を用いたリン酸クロメート処理；ベーマイト処理；又は粗面化処理等を指す。

樹脂フィルム３は、リード部材１が封入体４にヒートシールされて封着される部分に設けられ、リード導体２の両面を挟むように接着または融着により貼り付けて形成される。また、樹脂フィルム３は、リード導体２よりも幅が広く、リード導体２の幅方向の両側部からはみ出すように樹脂フィルム３同士が貼り合わせられている。さらに、樹脂フィルム３はリード導体２よりも長さが短く、リード導体２の長手方向の端には貼られない。

樹脂フィルム３は複数の層３ａ、３ｂを有している。この樹脂フィルム３はあくまで実施形態の１例であり、１以上の層を有する樹脂フィルムであってもよい。ここで、２以上の層を有する樹脂フィルムは、他の層の組成と異なる組成からなる層を複数有する樹脂フィルムを表す。具体的には、樹脂フィルムを形成する一つの層に含まれる成分が他の層に含まれる成分と異なっている、または一つの層に含まれる成分の比率が他の層に含まれる成分の比率と異なっている樹脂フィルムを表す。

樹脂フィルム３の樹脂材料として用いるポリオレフィン系樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、変性ポリオレフィン等が例示され、リード導体２や樹脂フィルム３同士との接着性の点から接着性ポリオレフィン樹脂が好ましく使用される。なお、接着性ポリオレフィン樹脂とは、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等のカルボン酸や、エポキシ等で変性されて接着性の官能基を持つポリオレフィン樹脂をいう。特に、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂は金属との接着性、シール性に優れているので好ましい。これらのポリオレフィン系樹脂は熱可塑性樹脂であり、ヒートシール時に加熱により溶融して封入体４とリード導体２とを樹脂フィルム３を介して接着させる。

樹脂フィルム３の樹脂材料として用いるエラストマーとしては、ポリブタジエン、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、アクリルゴム、熱可塑性エラストマー等が例示され、水添スチレン・ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン等が好ましく使用できる。他に、ポリオレフィン樹脂と相溶性が良いエラストマーを使用できる。

樹脂フィルム３のうちのリード導体２に接触している層３ａは、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物（以下、組成物（１）とする。）を含有する。この特定の組成物を含有することで、電解液と接触することによる樹脂フィルム３のリード導体２からの剥離を抑制することができる。

前述のリード導体２に接触している層３ａは、組成物（１）を３質量％〜８質量％の割合で含有するとよい。これによれば、アルミニウム（リード導体２）を表面処理しなくても、リード部材１を電解液に長時間浸した時に絶縁フィルム３がアルミニウムからより剥離しにくくなる。組成物（１）の含有量が３質量％未満であると、剥離が生じるおそれがあり、８質量％より多いと当該層の見た目や強度に悪影響を及ぼすおそれがあり好ましくない。

また、組成物（１）は、リン酸マグネシウムを５質量％〜６５質量％、酸化マグネシウムを５質量％〜５０質量％、有機アミンを３質量％〜５０質量％の割合で含有することが好ましく、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを合計で９９質量％以上の割合で含有することが好ましい。有機アミンには、複素環式アミンやアルコール基含有アミンが挙げられる。複素環式アミンには、モルホリン、ヘキサメチレンテトラミン、トリエノールアミンなどが挙げられる。

また、前述のリード導体２に接触している層３ａは、組成物（１）と併せて、ホスホン酸カルシウムを含む組成物（以下、組成物（２）とする。）を含有してもよい。この特定の組成物をさらに含有することで、電解液と接触することによる樹脂フィルム３とリード導体２との剥離をより抑制することができる。

組成物（２）はホスホン酸カルシウム以外にＳｉＯ_２、ＣａＳｉＯ_３、ＣａＣＯ_３を含んでもよい。この場合、組成物（２）は、ＣａＨＯ_３Ｐ（ホスホン酸カルシウム）を１質量％〜３０質量％、好ましくは５質量％〜１５質量％、ＳｉＯ_２を１質量％〜３０質量％、好ましくは５質量％〜１５質量％、ＣａＳｉＯ_３を１質量％〜３０質量％、好ましくは５質量％〜１５質量％、ＣａＣＯ_３を残り全量、好ましくは５０質量％〜８０質量％の質量比で含有するとよい。

また、この場合、組成物（１）と組成物（２）の質量比は１：２〜２：１であることが好ましい。

また、前述のリード導体２に接触している層３ａは、組成物（１）と併せて、リン酸亜鉛を含む組成物（以下、組成物（３）とする。）を含有してもよい。この特定の組成物をさらに含有することで、電解液と接触することによる樹脂フィルム３とリード導体２との剥離をより抑制することができる。

組成物（３）は、リン酸亜鉛以外にＳｉＯ_２、ＣａＳｉＯ_３、ＣａＣＯ_３を含んでもよい。この場合、組成物（３）は、ＳｉＯ_２を１質量％〜３０質量％、好ましくは１質量％〜１０質量％、ＣａＳｉＯ_３を１質量％〜３０質量％、好ましくは１質量％〜１０質量％、ＣａＣＯ_３を１質量％〜３０質量％、好ましくは５質量％〜１５質量％、Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２（リン酸亜鉛）を残り全量、好ましくは７５質量％〜８５質量％の質量比で含有するとよい。

また、この場合、組成物（１）と組成物（３）の質量比は１：２〜２：１であることが好ましい。

そして、樹脂フィルム３のうちのリード導体２に接触している層３ａは、組成物（１）と併せて、組成物（２）及び組成物（３）の両方を含有してもよい。この場合、組成物（１）と組成物（２）の質量比は１：２〜２：１、組成物（１）と組成物（３）の質量比は１：２〜２：１であることが好ましい。

なお、樹脂フィルム３のうちのリード導体２に接触している層３ａ以外の層（本実施形態では層３ｂ。）が、前述の組成物（１）〜組成物（３）の少なくてもいずれかを含有していてもよい。

樹脂フィルム３の各層３ａ、３ｂには必要に応じて酸化防止剤、銅害防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、滑材等の各種添加剤を混合することが出来る。これらの材料を、オープンロール、加圧ニーダー、単軸混合器、２軸混合器等の既知の混合装置を用いて混合し、押出成形等によって樹脂フィルム３の各層３ａ、３ｂを作成する。

樹脂フィルム３の各層３ａ、３ｂは、架橋して使用することもできる。樹脂を架橋することで耐熱性を高めることができ、使用時の温度が上がった場合の接着力の低下や、リード導体２と封入体４の金属箔との短絡を防止することが出来る。生産性向上の観点から、電離放射線の照射による架橋を行うことが好ましい。

樹脂フィルム３の厚さは、適宜選択することができる。特に、樹脂フィルム３の厚さが２０μｍ以上であると、薄過ぎて破損するといった不具合が生じ難く、リード導体２と封入体４（特に金属箔）との間の絶縁を良好に確保できて好ましい。樹脂フィルム３の厚さが厚いほど、破損し難い。しかし、樹脂フィルム３が厚過ぎると、リード部材１の厚肉化、ひいては電池６の大型化や厚肉化を招く。従って、樹脂フィルム３の厚さは、２０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。ここでの樹脂フィルム３の厚さとは、リード導体２の一面にのみ設けられた樹脂フィルム３の複数層の合計厚さとする。

封入体４の最内層のフィルムは、例えば、樹脂フィルム３と同種の樹脂フィルムが用いられる。

次に発明を実施するための形態を実施例により説明する。実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

（例１）
表面処理されていないアルミニウムの両面を、酸変性ランダムポリプロピレンを主成分とし、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を５質量％の割合で含有する樹脂フィルムで覆ったリード部材を作成した。当該リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物としては、リン酸マグネシウムを５９質量％、酸化マグネシウムを３６質量％、有機アミンを４質量％の割合で含有する組成物を使用した。

（例２）
酸変性ランダムポリプロピレンを主成分とし、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を４質量％、ホスホン酸カルシウムを含む組成物を２質量％の割合で含有する樹脂フィルムを使用した以外は、例１と同様であるリード部材を作成した。当該ホスホン酸カルシウムを含む組成物としては、ＣａＨＯ_３Ｐを１０質量％、ＳｉＯ_２を１０質量％、ＣａＳｉＯ_３を１０質量％、ＣａＣＯ_３を７０質量％の割合で含有する組成物を使用した。

（例３）
酸変性ランダムポリプロピレンを主成分とし、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を３質量％、ホスホン酸カルシウムを含む組成物を３質量％の割合で含有する樹脂フィルムを使用した以外は、例１と同様であるリード部材を作成した。

（例４）
酸変性ランダムポリプロピレンを主成分とし、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を３質量％、リン酸亜鉛を含む組成物を３質量％の割合で含有する樹脂フィルムを使用した以外は、例１と同様であるリード部材を作成した。当該リン酸亜鉛を含む組成物としては、Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２を８０質量％、ＳｉＯ_２を５質量％、ＣａＳｉＯ_３を５質量％、ＣａＣＯ_３を１０質量％の割合で含有する組成物を使用した。

（例５）
酸変性ランダムポリプロピレンから成る樹脂フィルムを使用した以外は、例１と同様であるリード部材を作成した。

（剥離性評価）
作製したリード部材（例１〜例５）の全体を以下の電解液に所定時間浸漬した後、１８０度ピール試験を行った。電解液として、リチウムイオン二次電池の電解液に利用されているものを用意した。ここでは、電解質がＬｉＰＦ６（電解質のモル濃度１ｍｏｌ／Ｌ）、溶媒がＥＣ：ＤＭＣ：ＤＥＣ＝１：１：１（Ｖ／Ｖ）の混合有機溶媒であるもの（キシダ化学株式会社製電解液）を用意した。Ｖ／Ｖは、体積比を意味する。恒温槽を利用して、電解液の温度を６５℃に維持した。

所定時間経過後、電解液からリード部材を取り出し、リード部材の中心部を横１ｃｍ、縦５ｃｍのシート片に切り出して、縦方向末端の樹脂フィルムをアルミニウムから少しだけ剥がし、つかみしろを確保した。そして、引張試験装置に把持して、互いに反対方向に引っ張り、樹脂フィルムとアルミニウムの１８０度剥離強度を測定した。また、電解液に浸漬させていないリード部材の、樹脂フィルムとアルミニウムの１８０度剥離強度も測定した。

長さ２０ｍｍ剥がす時の最大強度（単位Ｎ）をアルミニウムの幅で割った値（単位はＮ／ｃｍ）を剥離強度として算出し、これが１５以上のものをＡ、５以上１５未満のものをＢ、５未満のものをＣとした。また、密着が強く、剥離試験で材料が破壊されてしまったものは材破と表現した。結果を表１に示す。

例１〜例４では、剥離強度が強く、電解液との接触による密着性の低下が抑制されているとわかる。これに対し、例５においては電解液と接触させることにより剥離強度が弱くなり、層間の密着性が低下していることがわかる。

これらの結果より、本実施形態の樹脂フィルムを使用したリード部材は、表面処理を施していないアルミニウムを使用していても、電解液との接触による樹脂フィルムの剥離を抑制することができ、良好な耐電解液性を有することがわかる。

１：リード部材、１ａ：正極板に接続したリード部材、１ｂ：負極板に接続したリード部材、２：導体、２ａ：正極板に接続した導体、２ｂ：負極板に接続したリード導体、３：樹脂フィルム、３ａ：接着層、３ｂ：最外層、４：封入体、５：シール部、６：リード部材付電池

Claims

リード導体と樹脂フィルムとを備え、
前記樹脂フィルムが、前記リード導体の幅方向において、前記リード導体より幅が広く形成され、前記リード導体の幅方向の両側部からはみ出すように前記リード導体の両面に貼られるとともに、前記両側部からはみ出した両面の前記樹脂フィルム同士が貼り合わされており、かつ、前記リード導体の長手方向において、前記リード導体より長さが短く形成され、前記リード導体の長手方向の端には貼られてなく、
前記リード導体が表面処理されていないアルミニウムであり、
前記樹脂フィルムが１以上の層を有し、
前記１以上の層のうちの前記リード導体に接触する層が、リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を含有する、
リード部材。
前記リード導体に接触する層が、さらにホスホン酸カルシウムを含む組成物を含有する、請求項１に記載のリード部材。
前記リード導体に接触する層が、さらにリン酸亜鉛を含む組成物を含有する、請求項１又は請求項２に記載のリード部材。
前記リード導体に接触する層が、前記リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物を、３質量％以上８質量％以下の割合で含有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のリード部材。
前記リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物と、前記ホスホン酸カルシウムを含む組成物との質量比が、１：２〜２：１である、請求項２に記載のリード部材。
前記リン酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び有機アミンを含む組成物と、前記リン酸亜鉛を含む組成物との質量比が、１：２〜２：１である、請求項３に記載のリード部材。