JP2020045431A - 電池用粘着シートおよびリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
〔電池用粘着シート〕
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る電池用粘着シート1は、基材11と、基材11の一方の面側に設けられた絶縁性気相成長膜12と、絶縁性気相成長膜12における基材11とは反対側に設けられた粘着剤層13と、粘着剤層13における絶縁性気相成長膜12とは反対側に設けられた剥離シート14とから構成される。
1−1.基材
本実施形態に係る電池用粘着シート1では、基材11は、絶縁破壊を生じる最小の電圧が高いことが好ましく、例えば、当該電圧が、1kV以上であることが好ましく、特に2kV以上であることが好ましく、さらには5kV以上であることが好ましい。当該電圧が1kV以上であることにより、基材11の絶縁破壊が生じ難く、電池用粘着シート1の信頼性がより高いものとなる。
本実施形態に係る電池用粘着シート1の絶縁性気相成長膜12の形成方法は、前述した通り、気相(乾式)成長法である。気相成長法としては、物理気相成長法(PVD)であってもよいし、化学気相成長法(CVD)であってもよい。物理気相成長法としては、真空蒸着、分子線エピタキシー、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられ、化学気相成長法としては、熱CVD、プラズマCVD等が挙げられ、上記基材11に対して絶縁性の薄膜が形成できれば特に限定されない。上記の中でも、真空蒸着、スパッタリング、熱CVD等が好ましく、特にスパッタリングが好ましい。
粘着剤層13を構成する粘着剤としては特に限定されず、電解液への溶出性、難燃性、耐熱性、絶縁性等の観点から適宜選択することができる。特に、粘着剤層13を構成する粘着剤としては、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤およびウレタン系粘着剤が好ましい。また、当該粘着剤は、エマルション型、溶剤型または無溶剤型のいずれでもよく、架橋タイプまたは非架橋タイプのいずれであってもよい。上記の中でも、絶縁性気相成長膜12や電極等との密着性、粘着力の微妙な調整の容易さ等の観点から、アクリル系粘着剤が好ましく、特に架橋タイプのアクリル系粘着剤が好ましく、さらには溶剤型の架橋タイプのアクリル系粘着剤が好ましい。
(1−1)(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が1〜20の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含有することで、好ましい粘着性を発現することができる。アルキル基の炭素数が1〜20の(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸n−デシル、(メタ)アクリル酸n−ラウリル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸パルミチル、(メタ)アクリル酸ステアリル等が挙げられる。中でも、粘着性をより向上させる観点から、アルキル基の炭素数が2〜16の(メタ)アクリル酸エステルが好ましく、特にアルキル基の炭素数が3〜12の(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
架橋剤(B)としては、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)が有する反応性官能基と反応するものであればよく、例えば、イソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤、アミン系架橋剤、メラミン系架橋剤、アジリジン系架橋剤、ヒドラジン系架橋剤、アルデヒド系架橋剤、オキサゾリン系架橋剤、金属アルコキシド系架橋剤、金属キレート系架橋剤、金属塩系架橋剤、アンモニウム塩系架橋剤等が挙げられる。架橋剤(B)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
粘着性組成物Pは、所望により、アクリル系粘着剤に通常使用されている各種添加剤、例えば粘着付与剤、酸化防止剤、軟化剤、充填剤などを含有することができる。なお、後述の重合溶媒や希釈溶媒は、粘着性組成物Pを構成する添加剤に含まれないものとする。
粘着性組成物Pは、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)を製造し、得られた(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)に、所望により、架橋剤(B)、添加剤等を加えることで製造することができる。
粘着剤層13を構成する粘着剤は、前述した粘着性組成物Pを架橋することにより得られる。粘着性組成物Pの架橋は、通常は加熱処理により行うことができる。なお、この加熱処理は、所望の対象物に塗布した粘着性組成物Pの塗膜から希釈溶剤等を揮発させる際の乾燥処理で兼ねることもできる。
粘着剤層13の厚さ(JIS K7130に準じて測定した値)は、下限値として、1μm以上であることが好ましく、特に3μm以上であることが好ましく、さらには5μm以上であることが好ましい。粘着剤層13の厚さの下限値が上記であることにより、電池用粘着シート1は良好な粘着力を発揮することができる。また、粘着剤層13の厚さは、上限値として、50μm以下であることが好ましく、特に15μm以下であることが好ましく、さらには10μm以下であることが好ましい。粘着剤層13の厚さの上限値が上記であることにより、粘着剤層13の端部から浸入する電解液の量を効果的に低減することができる。
剥離シート14は、電池用粘着シート1の使用時まで粘着剤層を保護するものであり、電池用粘着シート1を使用するときに剥離される。本実施形態に係る電池用粘着シート1において、剥離シート14は必ずしも必要なものではない。
(1)粘着力
本実施形態に係る電池用粘着シート1のアルミニウム板に対する粘着力は、下限値として0.5N/25mm以上であることが好ましく、1.0N/25mm以上であることがより好ましく、特に2.0N/25mm以上であることが好ましく、さらには2.5N/25mm以上であることが好ましい。電池用粘着シート1の粘着力の下限値が上記であることにより、電池用粘着シート1が被着体(特に金属部材)から剥離する不具合が発生し難い。上記粘着力の上限値は特に限定されないが、通常は50N/25mm以下であることが好ましく、特に40N/25mm以下であることが好ましく、さらには30N/25mm以下であることが好ましい。なお、本明細書における粘着力は、基本的にはJIS Z0237:2009に準じた180°引き剥がし法により測定した粘着力をいい、詳細な測定方法は後述する試験例にて示す通りである。
電池用粘着シート1(剥離シート14は除く)について、JIS C8714:2007に準拠して電池の強制内部短絡試験を行ったときの電池側面の上昇温度は、標準サイズ(高さ0.2mm,幅0.1mm,一辺1mmのL字形,角度90°)のニッケル小片を用いた場合、30℃以下であることが好ましく、特に20℃以下であることが好ましく、さらには15℃以下であることが好ましい。また、標準サイズより大きいサイズ(高さ0.5,幅0.2mm,一辺3mmのL字形,角度90°)のニッケル小片を用いた場合、100℃以下であることが好ましく、特に50℃以下であることが好ましく、さらには30℃以下であることが好ましい。この強制内部短絡試験の詳細は、後述する試験例に示す通りである。
電池用粘着シート1の厚さ(剥離シート14の厚さを除く)は、10μm以上であることが好ましく、特に15μm以上であることが好ましく、さらには20μm以上であることが好ましい。また、電池用粘着シート1の厚さは、250μm以下であることが好ましく、特に110μm以下であることが好ましく、さらには45μm以下であることが好ましい。電池用粘着シート1の厚さが上記の範囲にあることにより、電池用粘着シート1は粘着力および絶縁性を両立した、より好適なものとなる。
本実施形態に係る電池用粘着シート1は、例えば、基材11と絶縁性気相成長膜12との積層体、および粘着剤層13と剥離シート14との積層体をそれぞれ作製し、絶縁性気相成長膜12と粘着剤層13とが接するようにこれらの積層体を貼合することで製造することができる。
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池は、電池の内部にて、前述した電池用粘着シート1を用いて、2つ以上の導電体同士が接触した状態で固定されているものである。2つ以上の導電体の少なくとも1つはシート状であり、少なくとも1つは線状またはテープ状であることが好ましい。以下、好ましい実施形態に係るリチウムイオン電池について説明する。
1.基材への絶縁性気相成長膜の形成
基材としてのポリイミドフィルム(東レデュポン社製,製品名「カプトン100H」,厚さ25μm,UL94規格の難燃レベルV−0)の一方の面に、スパッタ装置(SCREENファインソリューションズ社製,製品名「VS−R400F」)を用いて、酸化アルミニウム(アルミナ)を製膜材料とし、スパッタリングを行った。これにより、厚さ100nmのアルミナからなる絶縁性気相成長膜が基材の片面に形成された第1の積層体を得た。
アクリル酸2−エチルヘキシル80質量部、メタクリル酸ラウリル15質量部およびアクリル酸5質量部を溶液重合法により共重合させて、(メタ)アクリル酸エステル重合体を調製した。この重合体の分子量を後述するゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定したところ、重量平均分子量(Mw)は75万であった。
上記の通り作製した第1の積層体の絶縁性気相成長膜側の面と、上記の通り作製した第2の積層体の粘着性組成物の塗膜側の面とを貼合し、その後、23℃、50%RHで7日間養生した。これにより、粘着性組成物の塗膜が粘着剤層となった電池用粘着シートを得た。なお、粘着剤層の厚さは9μmであった。当該粘着剤層の厚さは、電池用粘着シートの総厚を求め、当該総厚から第1の積層体および上記剥離シートの厚さを差し引くことにより算出した。
スパッタリングにおける製膜材料を酸化チタニウム(チタニア)に変更し、厚さ100nmのチタニアからなる絶縁性気相成長膜を基材に形成する以外、実施例1と同様にして第1の積層体を製造した。そして、当該第1の積層体を使用して、実施例1と同様にして電池用粘着シートを製造した。
基材に絶縁性気相成長膜を形成することなく、剥離シート上の粘着剤層を直接基材に積層する以外、実施例1と同様にして電池用粘着シートを製造した。
実施例1と同様にして得た(メタ)アクリル酸エステル重合体100質量部と、イソシアネート系架橋剤としてのトリメチロールプロパン変性トリレンジイソシアネート(トーヨーケム社製,製品名「BHS8515」)3.72質量部と、アルミナ微粒子(デンカ社製,製品名「ASFP−20」,平均粒径:0.26μm)155質量部とを混合し、酢酸エチルで希釈することにより、粘着性組成物の塗布液を調製した。
<測定条件>
・測定装置:東ソー社製,HLC−8320
・GPCカラム(以下の順に通過):東ソー社製
TSK gel superH−H
TSK gel superHM−H
TSK gel superH2000
・測定溶媒:テトラヒドロフラン
・測定温度:40℃
本試験例による電池用粘着シートの粘着力は、以下に示す操作以外、JIS Z0237:2009に準じて測定した。
実施例および比較例で得られた電池用粘着シートを幅11mm、長さ30mmに裁断した後、剥離シートを剥離した。次いで、露出した粘着剤層を、23℃、50%RHの環境下で、被着体としてのアルミニウム板に2kgゴムローラーを用いて貼付し、これを試験片とした。この試験片を、電解液としての、炭酸エチレンおよび炭酸ジエチルを1:1の体積比で混合した混合液にヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を1mol/Lの濃度で溶解させた調製液とともにアルミラミネート袋に封入し、80℃の環境下で3日間加熱した。その後、試験片を取り出して、電池用粘着シートをアルミニウム板からピンセットで剥離し、そのときの剥がれ易さを確認した。そして、以下の判断基準に基づいて耐電解液性を評価した。結果を表1に示す。
3…粘着剤層と被着体との界面で剥離した。
2…粘着剤層が膨潤し、凝集破壊または転着した。
1…アルミラミネート袋中で剥離した。
(1)正極の作製
正極活物質である100質量部のLiNi0.82Co0.15Al0.03O2と、1.0質量部のアセチレンブラックと、0.9質量部のポリフッ化ビニリデン(結着剤)と、適量のNMPを混合して、正極ペーストを調製した。得られた正極ペーストを、正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、圧延して、幅58mmの帯状の正極を作製した。ただし、正極の長手方向における中央付近の両面に、正極集電体の幅方向の一端部から他端部までが露出するスリット状の露出部を設けた。このとき、露出部の幅Wは、6.5mmとした。
負極活物質である平均粒子径が約20μmの鱗片状の人造黒鉛100質量部と、1質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR)(結着剤)と、1質量部のカルボキシメチルセルロース(増粘剤)と、水とを混合して、負極ペーストを調製した。得られた負極ペーストを、負極集電体となる厚さ8μmの銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、圧延して、幅59mmの帯状の負極を作製した。ただし、負極の巻き終わり側の端部の両面に、負極集電体の幅方向の一端部から他端部までが露出する露出部を設けた。
上記で得られた正極および負極を、セパレータを介して積層し、捲回して電極群を形成した。このとき、電極群の一方の端面から正極リードの引き出し部を、他方の端面から負極リードの引き出し部を突出させた。
エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとの混合溶媒(体積比1:1:8)に、LiPF6を1.4mol/Lの濃度となるように溶解させて非水電解質を調製した。
内面にニッケルメッキを施した鉄製の電池ケース(直径18mm,高さ65mm)に、下部絶縁リングと上部絶縁リングで挟まれた電極群を収納した。このとき、負極リードを下部絶縁リングと電池ケースの底部との間に介在させた。また、正極リードに、上部絶縁リングの中心の貫通孔を通過させた。次に、電極群の中心の中空部と下部絶縁リングの中心の貫通孔に電極棒を通して、負極リードの一端部を電池ケースの内底面に溶接した。また、上部絶縁リングの貫通孔から引き出された正極リードの一端部を、周縁部にガスケットを具備する封口板の内面に溶接した。その後、電池ケースの開口付近に溝入れを行い、電池ケースに非水電解質を注液し、電極群に含浸させた。次に、封口板で電池ケースの開口を塞ぎ、電池ケースの開口端部を、ガスケットを介して封口板の周縁部に加締め、円筒型の非水電解質二次電池(エネルギー密度700Wh/L)を完成させた。
上記で得られた非水電解質二次電池を使用し、JIS C8714:2007に準拠して電池の強制内部短絡試験を行った。ニッケル小片としては、標準サイズ(高さ0.2mm,幅0.1mm,一辺1mmのL字形,角度90°)のものと、標準サイズより大きいサイズ(高さ0.5,幅0.2mm,一辺3mmのL字形,角度90°)のものとを用意した。それらニッケル小片を、当該ニッケル小片が電池用粘着シートを貫通するように、電池用粘着シートとセパレータとの間に配置した。そして強制内部短絡試験を行い、電池側面の上昇温度(℃)を熱電対で測定した。結果を表1に示す。
11…基材
12…絶縁性気相成長膜
13…粘着剤層
14…剥離シート
2…リチウムイオン電池
21…外装体
22…正極端子
23…負極端子
24…電極体
241…正極集電体
241a…正極活物質層
242…負極集電体
242a…負極活物質層
243…セパレータ
244…電極取り出しタブ
Claims (3)
- 基材と、
前記基材の一方の面側に設けられた絶縁性気相成長膜と、
前記絶縁性気相成長膜における前記基材とは反対の面側に設けられた粘着剤層と
を備えたことを特徴とする電池用粘着シート。 - 前記絶縁性気相成長膜を形成する材料が、酸化アルミニウム、酸化チタニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素および硫酸バリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の電池用粘着シート。
- 電池の内部にて、請求項1または2のいずれか一項に記載の電池用粘着シートを用いて、2つ以上の導電体同士が接触した状態で固定されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
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