JP2018129311A - 電池用包装材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、基材層、金属層、及びシーラント層が順次積層された積層体からなり、
前記金属層は、引張試験によって、下記式で算出されるr値が0.9以上である、電池用包装材料。
r値=log(WA/WB)/log(tA/tB)
WA=(XA0+XA45×2+XA90)/4
WB=(XB0+XB45×2+XB90)/4
XA0,XA45,XA90:それぞれ、引張試験前における面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張方向中央部の幅
XB0,XB45,XB90:それぞれ、前記面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張試験後における引張方向中央部の幅
tA:引張試験前の試験片の厚み
tB:引張試験後の試験片の厚み
【選択図】なし
Description
項1. 少なくとも、基材層、金属層、及びシーラント層が順次積層された積層体からなり、
前記金属層は、下記引張試験によって、下記式で算出されるr値が0.9以上である、電池用包装材料。
<引張試験>
前記金属層の圧延方向に対してそれぞれ面内0°、45°、90°の3方向で採取した厚み1.0mmのJIS 5号試験片を用いる。前記各試験片に対してインストロン形万能試験機で引張試験速度5mm/分の条件にて一軸方向の引張試験を行い、各試験片に15%の伸びを加える。前記各試験片の引張試験前における面内平均幅WA、及び引張試験後における面内平均幅WBを下記式にて算出する。
WA=(XA0+XA45×2+XA90)/4
WB=(XB0+XB45×2+XB90)/4
XA0,XA45,XA90:それぞれ、引張試験前における面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張方向中央部の幅
XB0,XB45,XB90:それぞれ、前記面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張試験後における引張方向中央部の幅
<r値>
r値=log(WA/WB)/log(tA/tB)
tA:引張試験前の試験片の厚み
tB:引張試験後の試験片の厚み
項2. 前記基材層は、MD方向における50%伸長時の応力/5%伸長時の応力の値Aと、TD方向における50%伸長時の応力/5%伸長時の応力の値Bとの和(A+B)が、A+B≧3.5の関係を充足する、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記r値が、0.9〜1.2の範囲にある、項1または2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記金属層の少なくとも一方の面に化成処理が施されている、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記金属層が、アルミニウム箔またはステンレス鋼箔により構成されている、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記基材層が、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂の少なくとも一方により構成されている、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 二次電池用の包装材料である、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。
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、及びシーラント層4が順次積層された積層体からなる。本発明の電池用包装材料において、基材層1が最外層になり、シーラント層4は最内層になる。即ち、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4同士が熱溶着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
[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、絶縁性を備えてい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、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、及びこれらの混合物や共重合物等の樹脂フィルムが挙げられる。これらの中でも、好ましくはポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂が挙げられ、より好ましくは2軸延伸ポリエステル樹脂、2軸延伸ポリアミド樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート等が挙げられる。また、ポリアミド樹脂としては、具体的には、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体、ナイロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)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を強固に接着させるために、これらの間に設けられる層である。
本発明の電池用包装材料において、金属層3は、電池用包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光などが侵入することを防止するためのバリア層として機能する層である。本発明においては、前記金属層は、下記引張試験によって、下記式で算出されるr値が0.9以上である。
<引張試験>
前記金属層の圧延方向に対してそれぞれ面内0°、45°、90°の3方向で採取した厚み1.0mmのJIS 5号試験片を用いる。次に、各試験片に対してインストロン形万能試験機で引張試験速度5mm/分の条件にて一軸方向の引張試験を行い、各試験片に15%の伸びを加える。次に、各試験片の引張試験前における面内平均幅WA、及び引張試験後における面内平均幅WBを下記式にて算出する。なお、各試験片の幅と厚みは、それぞれマイクロメータにより測定することができる。
WA=(XA0+XA45×2+XA90)/4
WB=(XB0+XB45×2+XB90)/4
XA0,XA45,XA90:それぞれ、引張試験前における面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張方向中央部の幅
XB0,XB45,XB90:それぞれ、前記面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張試験後における引張方向中央部の幅
<r値>
r値=log(WA/WB)/log(tA/tB)
tA:引張試験前の試験片の厚み
tB:引張試験後の試験片の厚み
所定のr値を有するAl−Fe系アルミニウム箔は、溶解、鋳造、スラブ、面削、ホモゲナイズ(均質化処理)、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延、箔圧延、最終焼鈍の各工程を行うことにより製造することができる。溶解工程及び鋳造工程においては、例えば、アルミニウム合金の組成がFe含有量:0.7〜1.3質量%、Si含有量:0.05〜0.3質量%、Cu含有量:0.05質量%以下、Zn含有量:0.10質量%以下、残りがAl及びその他不可避不純物からなる材料(例えば、JIS規格A8079H−O)を溶解し、鋳塊を作製する。次に、スラブ工程において、鋳塊をスラブ状に加工する。スラブ状に加工する際の材料の厚さは、例えば500〜600mmとする。続いて、面削工程において、スラブ状に加工した合金材料の4〜6面を均一に削り、不純物を除去する。本工程においては、例えば6〜12mm/片面で合金材料の切削を行う。
本発明の電池用包装材料において、シーラント層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時にシーラント層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
本発明の電池用包装材料において、接着層5は、金属層3とシーラント層4を強固に接着させために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
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、正極、負極、電解質等の電池素子を密封して収容するための包装材料として使用される。
基材層1/接着層2/金属層3が順に積層された積層体に対して、サーマルラミネート法で接着層5及びシーラント層4を積層させることにより、基材層1/接着層2/金属層3/接着層5/シーラント層4が順に積層された積層体からなる電池用包装材料を製造した。電池用包装材料の具体的な製造条件は、以下に示す通りである。
基材層1:2軸延伸ナイロン樹脂
金属層3…アルミニウム箔(r値=1.00、東洋アルミニウム株式会社製、A8079)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.05−0.30質量%、Fe含有量0.70−1.30質量%、Cu含有量0.05質量%、Zn含有量0.10質量%
基材層1…2軸延伸ナイロン樹脂
金属層3…アルミニウム箔(r値=0.94、東洋アルミニウム株式会社製、A3004)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.30質量%、Fe含有量0.70質量%、Cu含有量0.25質量%、Mn含有量1.0−1.5質量%、Mg含有量0.8−1.3質量%、Zn含有量0.25質量%
基材層1…外側から順に、2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)/2軸延伸ナイロン樹脂
金属層3…アルミニウム箔(r値=1.00、東洋アルミニウム株式会社製、A8079)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.05−0.30質量%、Fe含有量0.70−1.30質量%、Cu含有量0.05質量%、Zn含有量0.10質量%
基材層1:2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)
金属層3…アルミニウム箔(r値=1.00、東洋アルミニウム株式会社製、A8079)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.05−0.30質量%、Fe含有量0.70−1.30質量%、Cu含有量0.05質量%、Zn含有量0.10質量%
基材層1:2軸延伸ポリブチレンテレフタレート(PBT)
金属層3…アルミニウム箔(r値=1.00、東洋アルミニウム株式会社製、A8079)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.05−0.30質量%、Fe含有量0.70−1.30質量%、Cu含有量0.05質量%、Zn含有量0.10質量%
基材層1:2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)
金属層3:ステンレス鋼箔(r値=1.00、新日鐵住金株式会社製、SUS304)、ステンレス鋼に含まれるFe以外の成分:Ni含有量8−10.5質量%、Cr含有量18−20質量%
基材層1…2軸延伸ナイロン樹脂
金属層3…アルミニウム箔(r値=0.84、東洋アルミニウム株式会社製、A5052)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.25質量%、Fe含有量0.40質量%、Cu含有量0.10質量%、Mn含有量0.10質量%、Mg含有量2.2−2.8質量%、Cr含有量0.15−0.35質量%、Zn含有量0.10質量%
基材層1…2軸延伸ナイロン樹脂
金属層3…アルミニウム箔(r値=0.80、東洋アルミニウム株式会社製、A1100)、アルミニウム箔に含まれるAl以外の成分:Si含有量0.95質量%、Cu含有量0.05−0.20質量%、Mn含有量0.05質量%、Zn含有量0.10質量%
実施例1−6及び比較例1,2で用いた金属層3について、それぞれ、次のようにして一軸引張試験を行い、下記式で算出されるr値を求めた。結果を表1に示す。
WA=(XA0+XA45×2+XA90)/4
WB=(XB0+XB45×2+XB90)/4
XA0,XA45,XA90:それぞれ、引張試験前における面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張方向中央部の幅(mm)
XB0,XB45,XB90:それぞれ、前記面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張試験後における引張方向中央部の幅(mm)
r値=log(WA/WB)/log(tA/tB)
tA:引張試験前の試験片の厚み(mm)
tB:引張試験後の試験片の厚み(mm)
実施例1−6及び比較例1,2で得られた電池用包装材料を裁断して、120×80mmの短冊片を作製し、これを試験サンプルとした。30×50mmの矩形状の雄型とこの雄型とのクリアランスが0.5mmの雌型からなるストレート金型を用い、雄型側に熱接着性樹脂層側が位置するように雌型上に上記試験サンプルを載置し、試験サンプルを0.1MPaの押え圧(面圧)で押えて、冷間成形(引き込み1段成形)した。成形深さは、0.5mm単位で変えて、各成形深さにおいて、それぞれ10枚の試験サンプルについて、金属層のピンホール及びクラックの発生の有無を確認した。10枚全ての試験サンプルにシワや、ピンホール及びクラックがない場合の成形深さを限界成形深さとし、下記の基準で成形性を評価した。結果を表1に示す。
○:限界成形深さ6.0mm以上
△:限界成形深さ4.0mm〜5.5mm
×:限界成形深さ3.5mm以下
B:TD方向における50%伸長時応力/5%伸長時応力
2 接着層
3 金属層
4 シーラント層
5 接着層
Claims (8)
- 少なくとも、基材層、金属層、及びシーラント層が順次積層された積層体からなり、
前記金属層は、下記引張試験によって、下記式で算出されるr値が0.9以上である、電池用包装材料。
<引張試験>
前記金属層の圧延方向に対してそれぞれ面内0°、45°、90°の3方向で採取した厚み1.0mmのJIS 5号試験片を用いる。前記各試験片に対してインストロン形万能試験機で引張試験速度5mm/分の条件にて一軸方向の引張試験を行い、各試験片に15%の伸びを加える。前記各試験片の引張試験前における面内平均幅WA、及び引張試験後における面内平均幅WBを下記式にて算出する。
WA=(XA0+XA45×2+XA90)/4
WB=(XB0+XB45×2+XB90)/4
XA0,XA45,XA90:それぞれ、引張試験前における面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張方向中央部の幅
XB0,XB45,XB90:それぞれ、前記面内0°,45°,90°方向で採取した試験片の引張試験後における引張方向中央部の幅
<r値>
r値=log(WA/WB)/log(tA/tB)
tA:引張試験前の試験片の厚み
tB:引張試験後の試験片の厚み - 前記基材層は、MD方向における50%伸長時の応力/5%伸長時の応力の値Aと、TD方向における50%伸長時の応力/5%伸長時の応力の値Bとの和(A+B)が、A+B≧3.5の関係を充足する、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記r値が、0.9〜1.2の範囲にある、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
- 前記金属層の少なくとも一方の面に化成処理が施されている、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記金属層が、アルミニウム箔により構成されている、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記基材層が、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂の少なくとも一方により構成されている、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 二次電池用の包装材料である、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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