JP2019215954A

JP2019215954A - 外装体

Info

Publication number: JP2019215954A
Application number: JP2016198978A
Authority: JP
Inventors: 萩乃藤田; Hagino Fujita; 充由斉藤; Mitsuyoshi Saito
Original assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2019-12-19
Also published as: WO2018066645A1

Abstract

【課題】優れた耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性（耐電解性）、耐ガス透過性等を有するリチウムイオン電池等の物品の外装体を提供する。【解決手段】金属箔４と、前記金属箔４の一方の面にシリコーンゴム層５を有する積層シートＳからなり、前記シリコーンゴム層５を内面にして収納密封する外装体１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池、キャパシタ、電気二重層キャパシタ等の電気化学セル本体等の外装体に関するものであり、より詳細には、耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性（耐電解性）、耐ガス透過性（ガスバリヤー性）等を有する外装体に関する。

例えば、近年、リチウムイオン電池（リチウムイオン二次電池）はエネルギー密度が高く、容易に高電圧が得られ、大容量、長寿命であるため、携帯電話やスマートフォン、ノートパソコン等のバッテリーとして広く使用されている。
また、リチウムイオン電池は、航空機の各部に圧縮空気や油圧、電力を供給する補助動力装置（ＡＰＵ）用のバッテリーとしても使用されている。
そして、前述したリチウムイオン電池を密封収納する外装体は、耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性、耐ガス透過性等が要求される。

前述したリチウムイオン電池を密封収納する外装体として、少なくとも基材層、接着層（化成処理層）、アルミニウム、化成処理層、接着層、ヒートシール層からなる積層体により形成され、電池本体を挿入し周縁部をヒートシールにより密封する電池の外装体であって、基材層がヒートシール層と接着できる電池用外装体、包装方法が提案されている（特許文献１）。

また、電池外装用包装材として、正極活物質及び正極集電体から成る正極と、負極活物質及び負極集電体から成る負極と、正極及び負極間に充填される電解質と、を含む電気化学セル本体を収納し周縁部をヒートシールして密封収納する外装体に用いられ、基材層と、表面に化成処理が施された金属箔層と、酸変性ポリオレフィン層と、熱接着性樹脂層とを、少なくとも順次積層して構成される電気化学セル用包装材料で、酸変性ポリオレフィン層が、融点が１４５℃〜１６５℃である酸変性ポリプロピレンにより形成されており、熱接着性樹脂層が、ポリプロピレンにより形成されている電池外装用包装材が提案されている（特許文献２）。

一方、本出願人らは、導電シートと該導電シートの一方の面に形成された厚みが２０μｍ以上のシリコーン樹脂からなる耐熱性積層シートであって、前記シリコーン樹脂層が、シリコーンシートとシリコーン塗料層からなり、該シリコーン塗料層が前記導電シート側に形成されており、ＩＨ調理器用発熱シートとして使用される耐熱性積層シートを提案した（特許文献３）。

特開２００３−２４２９４２号特開２０１０−０８６７４４号特許第５９８９８４６号

そして、特許文献１の電池用外装体、特許文献２の電池外装用包装材においては、耐熱性が低いオレフィン樹脂が用いられており、リチウムイオン電池の外装体として発熱に対する耐熱性（断熱性）、発火に対する難燃性が不十分である。
また、前述した航空機の補助動力装置（ＡＰＵ）用のリチウムイオン電池は、低温環境下（上空等）でのリチウムイオン電池の外装体の振動等に対する強度低下を防止する必要があり、リチウムイオン電池の外装体として耐寒性も備えていなければならない。
そこで、本出願人は、前述したＩＨ調理器用発熱シートの導電シートの金属箔が耐ガス透過性等を有し、一方、シリコーン樹脂層が耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性等を有するといった構成に着目して、本発明のリチウムイオン電池、キャパシタ、電気二重層キャパシタ等の電気化学セル本体等の外装体に至った。

従って、本発明の目的は、優れた耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性、耐ガス透過性等を有する電気化学セル本体等の外装体を提供することにある。

本発明によれば、金属箔と、前記金属箔の一方の面にシリコーンゴム層を有する積層シートからなり、前記シリコーンゴム層を内面にして収納密封することを特徴とする外装体が提供される。

本発明の外装体においては、
（１）前記シリコーンゴム層がシリコーンゴムシートとシリコーン塗料層からなり、前記シリコーン塗料層が金属箔側に形成されていること、
（２）前記シリコーンゴム層は、２０μｍ以上の厚みを有すること
（３）前記シリコーンゴム層は、５０〜２００μｍの厚みを有すること
（４）前記外装体は、電気化学セル本体の外装体であること、
が好適である。

本発明の金属箔とシリコーン樹脂層からなる外装体によれば、金属箔とシリコーンゴム層の積層シートからなる外装体が、優れた耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性、耐ガス透過性等を有し、電気化学セル本体等の外装体として好適に用いることができる。

本発明の実施形態に係る外装体の参考図。本発明の実施形態に係る外装体の積層構造を示す概略断面図。本発明の実施形態に係る外装体を備えるリチウムイオン電池の製造例を示す参考図。本発明の実施形態に係る外装体を用いてリチウムイオン電池本体を密封収納する参考図。

以下、本発明の外装体を、一例としてリチウムイオン電池に適用した実施形態に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態におけるリチウムイオン電池Ｐの外装体１は、リチウムイオン電池本体２を収納し、シール部３で密封してリチウムイオン電池Ｐとする。
そして、リチウムイオン電池Ｐの外装体１としては、前述したように耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性、耐ガス透過性等といった特性が求められる。

図２に示すように、リチウムイオン電池Ｐの外装体１、すなわち、リチウムイオン電池本体２を密封収納する外装体１は、金属箔４とシリコーンゴム（シリコーンラバー）層５との積層シートＳからなる。そして、外装体１の金属箔４は、アルミ箔等に代表される金属箔から形成され、耐ガス透過性等を有する。一方、シリコーンゴム層５は、例えば、−５５℃〜３００℃の温度域で使用でき、オレフィン系樹脂などと比較して耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性等に優れている。このため外装体１は、リチウムイオン電池Ｐの外装体１として、耐ガス透過性、発熱に対する耐熱性、発火等に対する難燃性、低温状況下での耐寒性を備えることが可能となる。

本実施形態の外装体１においては、シリコーンゴム層５の厚みは２０μｍ以上、好ましくは２０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜２００μｍの範囲に設定するのが好ましい。即ち、シリコーンゴム層５を、このように厚く形成することにより、前述した優れた耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性等をより一層、有効に発揮することができる。例えば、シリコーンゴム層５の厚みが、前記厚みよりも薄いと、シリコーンゴム層５の耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性等によりもたらされる効果が低減してしまう。一方、シリコーンゴム層５の厚みが厚くなると、格別の効果が生じることはなく、コストの点で不利となる。

ところで、耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性等の良好なシリコーンゴムは、ポリアルキルシロキサンの硬化物であり、ＳｉＯ連鎖に枝分かれが導入されて緻密となった構造を有するものであるが、一般に、金属箔４に対する接着性が低く、このようなシリコーンゴム層の厚みを厚くすることは容易ではない。例えば、従来公知のアルミ箔とシリコーンゴム層との積層体においては、シリコーンゴムを薄く形成しており、その厚みはかなり薄い。

このため、本実施形態の外装体１におけるシリコーンゴム層５では、ビニル基を多く含み、架橋剤を混合させたシリコーンゴム形成用のシリコーン塗料（溶剤系塗料）をアルミ箔等の金属箔４に塗布し、適宜加熱し、架橋させて薄いシリコーン塗料層６とする。その後、この架橋させたシリコーン塗料面６に、ビニル基を多く含み、遅延剤、架橋剤を順次混合したシリコーン樹脂から形成された厚みの厚い架橋前のシリコーンゴムシート７を押圧、積層して積層シートＳとする。そして、この積層シートＳを用いて、後述するようにリチウムイオン電池の外装体１とする際に、シリコーン塗料層６とシリコーンゴムシート７を一体化してシリコーンゴム層５とする。

前記のようにシリコーン塗料とシリコーンゴムシートとを用いてシリコーンゴム層５を形成する場合、一般的には、金属箔４上に塗布するシリコーン塗料の厚みは、乾燥膜厚で０．０５〜２．０μｍ程度とし、この上にシリコーンゴムシート７を架橋して積層一体化したシリコーンゴム層５の厚みが、２０μｍ以上、好ましくは２０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜２００μｍとなるように、シリコーンゴムシート７の厚みが設定される。

このようにして金属箔４に、厚みの厚いシリコーンゴム層５が形成された外装体１は、耐熱性、難燃性、耐寒性、耐薬品性、耐ガス透過性等に優れ、外装体として、特にリチウムイオン電池等の物品の外装体として好適に使用される。また、本実施形態における外装体１は、シリコーンゴム層５が金属箔４に良好に接着固定されているため、積層シートＳを用いてパウチタイプとして、或いは積層シートＳを絞り成形し、同様の積層シートＳのシール材用いて、図１に示すリチウムイオン電池Ｐ等の物品の外装体１とすることができる。尚、前述した図１の外装体１は、積層シートＳを用いてパウチタイプとした例を示している。

図３は、本発明の外装体を備えるリチウムイオン電池の製造例を示す参考図であって、リチウムイオン電池本体２を、前述した積層シートＳのシリコーンゴム層５（シリコーンゴムシート７）上に載置する（図３ａ）。次いで、その上方からシリコーン樹脂層５を下面にした同様の積層シートＳで覆い、それぞれのシリコーンゴム層５が内面となるように、リチウムイオン電池本体２を避けてヒートシール、レーザ照射、高周波誘導加熱等の適宜手段で加熱シールを行ってシール部３とする。この際、シール部３のシリコーンゴムシート７は、加熱によって架橋し、シリコーン塗料層６と一体化してシリコーンゴム層５が形成される。さらに、シール部３の周囲部分を切断してリチウムイオン電池本体２を密封収納した外装体１とし、この外装体１を常温でエージングすることにより、リチウムイオン電池本体２を収納したシ加熱シール部３以外のリコーンゴムシート７を架橋させ、シリコーン塗料層６と一体化してシリコーンゴム層５を形成する。そして、このシリコーンゴム層５を内面とした外装体１に、リチウムイオン電池本体２を密封収納してリチウムイオン電池Ｐとする（図３ｂ）。

図４は、本実施形態の外装体１を用いてリチウムイオン電池本体２を密封収納する参考図であり、図４（ａ）は、シール部３のシリコーン塗料層６とシリコーンゴムシート７が加熱よりシールされると共に架橋されて一体化している状態を示している。また、図４（ｂ）は、リチウムイオン電池本体２を密封収納した外装体１のエージング後の参考図であり、エージングによってシリコーン塗料層６とシリコーンゴムシート７が架橋されて一体化したシリコーンゴム層５が示されている。

このように、本実施形態のリチウムイオン電池Ｐの製造においては、リチウムイオン電池本体２を避けて加熱シールが行われるため、加熱シール時のリチウムイオン電池本体２の爆発が防止され、また、加熱シール時に、電極が架橋前の粘土状のシリコーンゴム層５（シリコーンゴムシート７）にシールされるため、電極のシールが良好に行われる。

以上、本発明の実施形態について説明述したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限定されるものではない。

１：外装体
２：リチウムイオン電池本体
３：シール部
４：金属箔
５：シリコーンゴム層
６：シリコーン塗料層
７：シリコーンゴムシート
Ｐ：リチウムイオン電池（物品）
Ｓ：積層シート

Claims

金属箔と、前記金属箔の一方の面にシリコーンゴム層を有する積層シートからなり、前記シリコーンゴム層を内面にして収納密封することを特徴とする外装体。
前記シリコーンゴム層が、シリコーンゴムシートとシリコーン塗料層からなり、前記シリコーン塗料層が金属箔側に形成されている請求項１に記載の外装体。
前記シリコーンゴム層は、２０μｍ以上の厚みを有する請求項１または２に記載の外装体。
前記シリコーンゴム層は、５０〜２００μｍの厚みを有する請求項１〜３の何れかに記載の外装体。
前記外装体は、電気化学セル本体の外装体である請求項１〜４の何れかに記載の外装体。