JP2021012880A - 蓄電デバイス用包装材料、蓄電デバイス、及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
項1. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた蓄電デバイス素子が、蓄電デバイス用包装材料からなる包装体中に収容されている、蓄電デバイスであって、
蓄電デバイス用包装材料は、少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
前記接着剤層は、前記バリア層と接面しており、
前記接着剤層は、レーザ光の照射により画像形成可能とする材料を含む、蓄電デバイス。
項2. 前記接着剤層は、レーザ光の照射により画像形成可能な前記材料の含有量が、0.1〜50質量%である、項1に記載の蓄電デバイス。
項3. レーザ光の照射により画像形成可能とする前記材料が、ビスマス系化合物を含む、項1又は2に記載の蓄電デバイス。
項4. レーザ光の照射により画像形成可能とする前記材料が、黒色顔料を含む、項1〜3のいずれかに記載の蓄電デバイス。
項5. 前記接着剤層に画像が形成されている、項1〜4のいずれかに記載の蓄電デバイス。
項6. 前記基材層と前記バリア層との間の接着強度が、3N/15mm以上である、項1〜5のいずれかに記載の蓄電デバイス。
項7. 前記接着剤層に、画像が形成されている、項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
項8. 外側から目視可能な画像が形成されている、項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
項9. 少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
前記接着剤層は、前記バリア層と接面しており、
前記接着剤層は、レーザ光の照射により画像形成可能とする材料を含む、蓄電デバイス用包装材料。
項10. 少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順となるように積層する工程を備えており、
前記接着剤層は、前記バリア層と接面しており、
前記接着剤層は、レーザ光の照射により画像形成可能とする材料を含む、
蓄電デバイス用包装材料の製造方法。
項11. 項9に記載の蓄電デバイス用包装材料からなる包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた蓄電デバイス素子を収容する収容工程と、
前記収容工程の前及び後のいずれか一方において、前記接着剤層にレーザ光を照射して、画像を形成する工程と、
を備える、蓄電デバイスの製造方法。
項12. 前記レーザ光が、YAGレーザ光、YVO4レーザ光、またはファイバレーザ光である、項11に記載の蓄電デバイスの製造方法。
本発明の蓄電デバイス用包装材料は、図1から図3に示すように、少なくとも、基材層1、接着剤層2、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順に有する積層体からなる。本発明の蓄電デバイス用包装材料において、基材層1が最外層側になり、熱融着性樹脂層4は最内層になる。即ち、蓄電デバイスの組み立て時に、蓄電デバイス素子の周縁に位置する熱融着性樹脂層4同士が熱融着して蓄電デバイス素子を密封することにより、蓄電デバイス素子が封止される。
[基材層1]
本発明において、基材層1は、蓄電デバイス用包装材料の基材としての機能を発揮させることなどを目的として設けられる層である。基材層1は、蓄電デバイス用包装材料の外層側に位置する。
本発明の蓄電デバイス用包装材料10において、接着剤層2は、基材層1とバリア層3を強固に接着し、かつ、接着剤層2へのレーザ光の照射により画像形成可能な層である。接着剤層2は、基材層1とバリア層3との間に設けられ、バリア層3に接面している。接着剤層2は、基材層1と接面していてもよいし、接面していなくてもよい。例えば、基材層1と接着剤層2との間には、画像形成可能とする材料を含まない接着剤層が存在していてもよい。接着剤層2を介した基材層1とバリア層3との密着性を向上させ、かつ、レーザ光の出力を大きくする必要がなくレーザ光を用いた画像形成による基材層1の劣化を抑制する観点から、基材層1と接面していることが好ましい。
蓄電デバイス用包装材料(レーザ光の照射を行っていないもの)について、長さ100mm、幅15mmのサイズに切り出して試験サンプルを作製する。次に、引張試験機(例えば、島津製作所製 オートグラフ)を用いて、引張速度200mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で、各試験サンプルの基材層とバリア層との間を長さ方向に剥離させて、剥離強度(N/15mm)を測定する。なお、蓄電デバイス用包装材料のサイズが小さい等の事情により、上記サイズの試験サンプルを用意できないときは、測定が可能なサイズで測定し、15mm幅に換算して接着強度を算出する。
接着剤層2のレーザ光による画像形成は、YAG(イットリウム(Y)・アルミニウム(A)・ガーネット(G))レーザ光線(波長=1.064μm)、YVO4(イットリウム・バナデート)レーザ光線(波長=1.064μm)、ファイバレーザ光線(例えば、波長=1090nm)などを用いて行うことが好ましい。これらのレーザは、透明体を透過する性質を有し、その性質を利用し、画像形成時の煙等の発生が抑えられ、また、発色濃度や各層に与える影響等を調整することができる。その結果、レーザ光によって画像を形成しても穴あき等がない極めて鮮明な画像を形成することができる。
蓄電デバイス用包装材料において、バリア層3は、少なくとも水分の浸入を抑止する層である。
本発明の蓄電デバイス用包装材料において、熱融着性樹脂層4は、最内層に該当し、蓄電デバイスの組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱融着して蓄電デバイス素子を密封する層である。
本発明の蓄電デバイス用包装材料において、接着層5は、バリア層3と熱融着性樹脂層4を強固に接着させるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
本発明の蓄電デバイス用包装材料においては、意匠性、耐電解液性、耐擦過性、成形性の向上などを目的として、必要に応じて、基材層1の上(基材層1のバリア層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層6を設けてもよい。表面被覆層6は、蓄電デバイスを組み立てた時に、最外層に位置する層である。
本発明の蓄電デバイス用包装材料の製造方法は、少なくとも、基材層1、接着剤層2、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順となるように積層する工程を備えている。前述の通り、接着剤層2は、バリア層3と接面するように積層する。また、接着剤層2は、レーザ光の照射により画像形成可能とする材料を含む。基材層1、接着剤層2、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4の詳細については、前述の通りである。また、本発明の蓄電デバイス用包装材料の製造方法においては、必要に応じて、前述の接着層5、表面被覆層6を積層することもできる。
本発明の蓄電デバイス用包装材料は、正極、負極、電解質などの蓄電デバイス素子を密封して収容するための包装体に使用される。すなわち、本発明の蓄電デバイス用包装材料によって形成された包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた蓄電デバイス素子を収容して、本発明の蓄電デバイスとすることができる。本発明の蓄電デバイス用包装材料は、接着剤層2に画像が形成されていてもよいし、画像が形成されていなくてもよい。接着剤層2に画像が形成されていない本発明の蓄電デバイス用包装材料については、蓄電デバイス素子を収容した蓄電デバイスとなった後に、接着剤層2に画像を形成することができる。このため、接着剤層2に画像が形成されていない本発明の蓄電デバイス用包装材料は、蓄電デバイスの被画像形成体となる。
<蓄電デバイス用包装材料の製造>
それぞれ、基材層としての2軸延伸ナイロンフィルム(厚さ15μm、1067nmの光透過率が80%以上)と、バリア層としてのアルミニウム合金箔(厚さ35μm)を用意した。また、これらを接着する接着剤層を形成する樹脂組成物として、表1に記載の組成を有する樹脂組成物を用意した。なお、樹脂組成物としては2液型ウレタン接着剤(ポリオール化合物と芳香族イソシアネート化合物)、レーザ光の照射により画像形成可能とする材料としてビスマス系化合物(酸化ビスマス)とカーボンブラックを用いた。ドライラミネート法により、バリア層の一方側の表面に、接着剤層(厚さ3μm)を形成する樹脂組成物を塗布し、樹脂組成物の上から、基材層をドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/バリア層の積層体を作製した。なお、アルミニウム合金箔の両面には、化成処理を施した。アルミニウム合金箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥質量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、焼付けすることにより行った。次に積層体のバリア層の上に、接着層としての無水マレイン酸変性ポリプロピレン(バリア層側に配置、厚さ15μm)と、熱融着性樹脂層としてのランダムポリプロピレン(最内層側に配置、厚さ20μm)を積層することにより、それぞれ、バリア層上に接着層と熱融着性樹脂層を積層させ、基材層/接着剤層/バリア層/接着層/熱融着性樹脂層が順に積層された蓄電デバイス用包装材料を得た。
表1のレーザ光の最適出力(W(2000mmsec)となるようにして、上記で得られた各蓄電デバイス用包装材料の基材層側から接着剤層にレーザ光を照射して、接着剤層に画像を形成した。レーザ光の照射装置としては、ファイバレーザ機(パナソニックデバイスSUNX(株)製 LP−Z250、波長1060nm)を使用し、スキャンスピード2000mm/秒、パルス周期40μs、文字サイズ縦1.5mm、横1.5mm、文字幅1.1mm、文字線幅0.3mm、文字内容「BEFMOQRWXUVYI1346890+−」の条件で画像形成を行った。
前記の「レーザ光の照射による画像形成」を行った各蓄電デバイス用包装材料について、基材層側から蓄電デバイス用包装材料を目視で観察して、以下の基準により画像形成評価を行った。結果を表1に示す。
A:全ての文字が解読できる
B:一部の文字以外解読できる
C:全ての文字が解読できない
前記の「レーザ光の照射による画像形成」を行った各蓄電デバイス用包装材料について、画像が形成されている箇所の厚み方向の断面を取得し(当該断面は、蓄電デバイス用包装材料の全体を厚み方向に切断することで取得した)、基材層の断面(前記文字内容のBEFが形成されている位置)をレーザー顕微鏡で観察(倍率は1000〜5000倍)して、基材層の劣化を以下の基準により評価した。結果を表1に示す。
A:断面観察における基材の亀裂なし
B:断面観察における基材の亀裂1本以上3本以下
C:断面観察における基材の亀裂4本以上
前記の「蓄電デバイス用包装材料の製造」によって得た各蓄電デバイス用包装材料(レーザ光の照射を行っていないもの)について、長さ100mm、幅15mmのサイズに切り出して試験サンプルを作製した。次に、引張試験機(島津製作所製 オートグラフ)を用いて、引張速度200mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で、各試験サンプルの基材層とバリア層との間を長さ方向に剥離させて、剥離強度(N/15mm)を測定した。結果を表1に示す。
基材層としての2軸延伸ナイロンフィルム(厚さ15μm)の一方側の表面に、ウレタン系バインダ樹脂中に50質量%の酸化ビスマスを添加したインキを0.2μmの厚みで塗布し、印刷層を形成した。バリア層としてのアルミニウム合金箔(厚さ35μm)を用意した。また、これらを接着する接着剤層を形成する樹脂組成物として、ウレタン系樹脂を有する樹脂組成物を用意した。ドライラミネート法により、バリア層の一方側の表面に、接着剤層(厚さ3μm)を形成する樹脂組成物を塗布し、樹脂組成物の上から、基材層の印刷層側をドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/印刷層/接着剤層/バリア層の積層体を作製した。なお、アルミニウム合金箔の両面には、化成処理を施した。アルミニウム合金箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥質量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、焼付けすることにより行った。次に積層体のバリア層の上に、接着層としての無水マレイン酸変性ポリプロピレン(バリア層側に配置、厚さ15μm)と、熱融着性樹脂層としてのランダムポリプロピレン(最内層側に配置、厚さ20μm)を積層することにより、それぞれ、バリア層上に接着層と熱融着性樹脂層を積層させ、基材層/印刷層/接着剤層/バリア層/接着層/熱融着性樹脂層が順に積層された蓄電デバイス用包装材料を得た。得られた蓄電デバイス用包装材料について、実施例1−10及び比較例1−2と同様に剥離強度を測定した結果、2.15N/15mmであった。
前記の通り、全固体電池は、膨張収縮や加圧拘束などの際に外層表面に摩擦が生じ、従来の印字では剥離しやすい。実施例1〜10で得られた蓄電デバイス用包装材料が、全固体電池に好適に使用できるか否かを以下の方法により確認した。AB−301 COLOR FASTNESS RUBBING TESTER(学振型摩擦堅牢度試験機 AB−301 COLOR FASTNESS RUBBING TESTER (TESTER SANGYO CO., LTD.))を使用し、300gの荷重、スチールウールで、基材層表面を10往復させた後、基材層表面を目視確認した。試験速度は、SPEED CONTROL 100(最大速度30cpm×100%=120mm/sに相当)、移動幅は100mm、荷重は300g、サンプルサイズは250mm(MD)×2.5mm(TD)とした。その結果、実施例1〜10の蓄電デバイス用包装材料では、印字が剥がれておらず、全固体電池の包装材料として好適に使用できることが確認された。一方、印刷層の積層位置を、基材層の外側(すなわち、蓄電デバイス用包装材料の最外層が印刷層となる)としたこと以外は、比較例3と同様にして作製した蓄電デバイス用包装材料について、実施例1〜10と同様にして、全固体電池への適用評価を行ったところ、印刷層が剥離し、全固体電池への適用には適していないことが確認された。
2 接着剤層
3 バリア層
4 熱融着性樹脂層
5 接着層
6 表面被覆層
10 蓄電デバイス用包装材料
Claims (1)
- 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた蓄電デバイス素子が、蓄電デバイス用包装材料からなる包装体中に収容されている、蓄電デバイスであって、
蓄電デバイス用包装材料は、少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
前記接着剤層は、前記バリア層と接面しており、
前記接着剤層は、レーザ光の照射により画像形成可能とする材料を含む、蓄電デバイス。
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