JP2023112961A - 全固体電池の端子用樹脂フィルム及び全固体電池 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、上記特許文献1に記載の端子用樹脂フィルムは、金属端子に対してヒートシールさせると、端子用樹脂フィルムに全面的に気泡の発生が見られることがあった。
図1は、本開示の一実施形態に係る全固体電池の端子用樹脂フィルムを模式的に表す断面図である。図1に示すように、本実施形態の全固体電池の端子用樹脂フィルム(以下、単に「端子用樹脂フィルム」ともいう)10は、第1シーラント層1、絶縁層2及び第2シーラント層3をこの順に備える。すなわち、端子用樹脂フィルム10は多層フィルムである。また、端子用樹脂フィルム10の含水率は2700質量ppm以下である。なお、端子用樹脂フィルム10は、第1シーラント層1と絶縁層2とを接着する接着剤層を有してもよい。また、端子用樹脂フィルム10は、第2シーラント層3と絶縁層2とを接着する接着剤層を有してもよい。
第1シーラント層1は、本実施形態では、金属端子14の一部の外周面にヒートシール(熱融着)により接着される層である。
中でも、第1シーラント層1は、酸変性ポリオレフィン樹脂を含む酸変性ポリオレフィン樹脂層であることが好ましい。この場合、酸変性ポリオレフィン樹脂層が金属との密着性に優れるため、端子用樹脂フィルム10と金属端子との密着性をより向上させることができる。
また、第1シーラント層1と第2シーラント層3の厚さは同じであり、第1シーラント層1及び第2シーラント層3が同じ樹脂を含むことが好ましい。この場合、第1シーラント層1を第2シーラント層3として、第2シーラント層3を第1シーラント層1として使用することができるようになり、端子用樹脂フィルム10の金属端子への融着処理に際して、第1シーラント層1と第2シーラント層2とを区別する必要がなくなり、融着処理作業を効率よく行うことができる。ここで、第1シーラント層1及び第2シーラント層3に含まれる樹脂は、酸変性ポリオレフィン樹脂であることが好ましい。この場合、第2シーラント層3が金属端子にヒートシールされる場合でも、金属端子と端子用樹脂フィルムとの密着性がより良好になる。
絶縁層2は、ヒートシール時の端子用樹脂フィルム10の薄層化(シール痩せ)を抑制し、金属端子と外装材の金属層との間の絶縁性を確保するための層である。
第2シーラント層3は、本実施形態では、全固体電池の外装袋にヒートシール(熱融着)される層である。
端子用樹脂フィルム10が硫化物系固体電解質を有する全固体電池に用いられる場合、本実施形態の端子用樹脂フィルム10を構成する層のうちの少なくとも一層は、硫化水素を分解又は吸着する硫化水素分解吸着材料を含有していてもよい。この場合、全固体電池において、水と硫化物系固体電解質とが反応して硫化水素が発生しても、硫化水素が端子用樹脂フィルム10を透過することが抑制される。硫化水素分解吸着材料は、例えば第1シーラント層1、絶縁層2、第2シーラント層3又は接着剤層のいずれかに含まれる。
硫化水素分解吸着材料が、第1シーラント層1、絶縁層2、第2シーラント層3及び接着剤層のうちの少なくとも1層に配合される場合は、マスターバッチとして事前に高濃度配合品を作製して置き、その後適切な濃度になる様に、第1シーラント層1、絶縁層2、第2シーラント層3及び接着剤層のうちの少なくとも1層の樹脂にマスターバッチを配合してもよい。なお、硫化水素分解吸着材料は、絶縁層2に配合されることが好ましい。この場合、硫化水素分解吸着材料が第1シーラント層1及び第2シーラント層3に配合されないため、端子用樹脂フィルムの第1シーラント層1と金属端子との強度が低下することをより抑制できるとともに、端子用樹脂フィルムの第2シーラント層3と外装材との強度が低下することをより抑制できる。硫化水素分解吸着材料は、第2シーラント層3に配合されてもよい。この場合でも、硫化水素分解吸着材料が第1シーラント層1に配合されないため、端子用樹脂フィルムの第1シーラント層1と金属端子との強度が低下することをより抑制できる。
硫化水素分解吸着材料が上記接着剤層に配合される場合で、接着剤層が塗工される場合は塗工液に直接配合してもよいし、接着剤層が押出等で形成される場合は上記第1シーラント層1と同様にマスターバッチを作製して配合してもよい。なお、マスターバッチを作製する場合、樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。
次に、端子用樹脂フィルム10の製造方法について説明する。但し、端子用樹脂フィルム10の製造方法は、下記の製造方法に限定されない。
熱ラミネート時の温度は、第1シーラント層1の融点及び第2シーラント層3の融点よりも高い温度であればよい。
図1に示した端子用樹脂フィルム10と外装袋とを溶融接着する融着処理について説明する。
図2は、上述した端子用樹脂フィルムを用いて作製した全固体電池の一実施形態を示す斜視図である。図2に示されるように、全固体電池50は、固体電解質としての硫化物系電解質を有する電池本体11と、電池本体11から電流を外部に取り出すための2つの金属端子(電流取出し端子)14と、端子用樹脂フィルム10と、電池本体11を気密状態で収容する外装袋54とを含む。外装袋54は電池本体11を収容する容器として用いられる。端子用樹脂フィルム10は、金属端子14の一部の外周面に接着されており、金属端子14は、端子用樹脂フィルム10を介して外装袋54によって挟持されている。端子用樹脂フィルム10では、第1シーラント層3が金属端子14に接着され、第2シーラント層3が外装袋54に接着されている。
電池本体11は、正極、固体電解質及び負極からなる発電素子を少なくとも1つ有する。固体電解質は、硫化物系固体電解質に限られず、酸化物系固体電解質などであってもよい。
<金属端子>
図2及び図3に示すように、一対の金属端子14は、金属端子本体14-1と、腐食防止層14-2とを有する。一対の金属端子本体14-1のうち、一方の金属端子本体14-1は、電池本体11の正極と電気的に接続されており、他方の金属端子本体14-1は、電池本体11の負極と電気的に接続されている。一対の金属端子本体14-1は、電池本体11から離間する方向に延在しており、その一部が外装材13から露出されている。一対の金属端子本体14-1の形状は、例えば、平板形状とすることができる。
図2に示すように、外装袋54は、2枚の外装材13を重ね合わせ、重なり合った周縁部同士をヒートシールすることで得られる。外装袋54は、外装材13を半分に折り曲げて重なり合った周縁部同士をヒートシールすることによっても得られる。外装材13は、電池本体11側から、シーラント層21と、第1接着剤層22と、腐食防止処理層23-1と、バリア層24と、腐食防止処理層23-2と、第2接着剤層25と、基材層26と、をこの順に備える(図4参照)。
例えば、端子用樹脂フィルム10は、第1シーラント層1、絶縁層2及び第2シーラント層3を備えているが、外装袋54が金属層を有さない場合には、端子用樹脂フィルム10は絶縁層2を有していなくてもよい。また、端子用樹脂フィルムは、図5に示す端子用樹脂フィルム110のように、単層フィルムで構成されていてもよい。この場合、この端子用樹脂フィルム110は、2700質量ppm以下の含水率を有する。端子用樹脂フィルム110は、第1シーラント層1、絶縁層2又は第2シーラント層3のいずれかで構成されてもよい。
酸変性ポリプロピレンからなるフィルム(厚み:25μm、融点:140℃)と、ポリプロピレンからなるフィルム(厚み:50μm、融点:164℃)と、酸変性ポリプロピレンからなるフィルム(厚み:25μm、融点:140℃)を共押出しして、厚さ100μmのポリオレフィンフィルム1(POフィルム1)を得た。得られたPOフィルム1の含水率は358質量ppmであった。
POフィルム1を、ポリプロピレン-ポリエチレンランダム共重合体(フタムラ化学株式会社製、商品名:FHK2、融点:135℃)からなるポリオレフィンフィルム2(POフィルム2)に変更し、厚みを100μmから40μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして端子用樹脂フィルムを得た。得られた端子用樹脂フィルムの含水率は516質量ppmであった。
POフィルム1を、ポリエチレンテレフタレート(ユニチカ株式会社製、商品名:エンブレット、融点:257℃)からなるポリエステルフィルム(ポリエステルフィルム1)に変更し、厚みを100μmから25μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして端子用樹脂フィルムを得た。得られた端子用樹脂フィルムの含水率は2682質量ppmであった。
POフィルム1を、ポリエチレンナフタレート(東洋紡株式会社製、商品名:テオネックス、融点:265℃)からなるポリエステルフィルム(ポリエステルフィルム2)に変更し、厚みを100μmから25μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして端子用樹脂フィルムを得た。得られた端子用樹脂フィルムの含水率は2637質量ppmであった。
POフィルム1を、複数種類のポリエチレンテレフタレートの共重合体(融点:210℃)からなるポリエステルフィルム(ポリエステルフィルム3)に変更し、厚みを100μmから25μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして端子用樹脂フィルムを得た。得られた端子用樹脂フィルムの含水率は1648質量ppmであった。
POフィルム1を、酸変性ポリプロピレンからなるフィルム(厚み:25μm、融点:165℃)、ポリプロピレンからなるフィルム(厚み:50μm、融点:165℃)及び酸変性ポリプロピレンからなるフィルム(厚み:25μm、融点:165℃)を共押出ししてなる積層体からなるポリオレフィンフィルム3(POフィルム3)に変更したこと以外は実施例1と同様にして端子用樹脂フィルムを得た。得られた端子用樹脂フィルムの含水率は546質量ppmであった。
POフィルム1を、ナイロン6(東洋紡株式会社製、商品名:ハーデンN1102、融点:225℃)からなるポリアミドフィルム(PAフィルム)に変更し、厚みを100μmから25μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして端子用樹脂フィルムを得た。得られた端子用樹脂フィルムの含水率は23729質量ppmであった。
なお、含水率は、以下のようにして測定した。
すなわち、10cm角にカットした端子用樹脂フィルムを23℃/50%RHの環境下で二日間放置した後、300℃に設定した加熱水分気化装置(株式会社HIRANUMA製、商品名:EV-2000)を用いて加熱し、発生した水分の量を、微量水分測定装置(カールフィッシャー:株式会社HIRANUMA製「AQ-2100」)にて測定した。このとき、キャリアガスとして、乾燥したN2ガスを用いた。そして、上記のようにして測定した水分量の値を用い、下記式に基づいて含水率を算出した。
含水率(質量ppm)=測定した水分量(g)/端子用樹脂フィルムの質量(g)
端子用樹脂フィルムを120mm×60mmのサイズに切り出し、半分に折りたたみ、端子用樹脂フィルムの長手方向の両端部を重ね合わせ、これらの両端部を、0.6MPaの圧力で加圧しながら、端子用樹脂フィルムの融点+20℃の温度で10秒間にわたってヒートシールし、幅が10mmのヒートシール部(図6の斜線部)を形成し、構造体を作製した。その後、構造体を12時間室温で保管した。その後、構造体からヒートシール部の長手方向における中央部を幅15mm×30mmで切り出し(図6を参照)、評価用サンプルを作製した。そして、この評価用サンプルを、融着部で2つの分離片に分離させた。そして、分離した分離片のうち融着部を目視にて観察し、以下の基準に基づいて端子用樹脂フィルムの気泡の発生状態の評価を行った。結果を表1に示す。なお、「端子用樹脂フィルムの融点」は、端子用樹脂フィルムが多層フィルムである場合には、多層フィルムを構成する層のうち最も融点の低い層であって最も外側に配置されるシーラント層の融点とした。
(評価基準)
◎:気泡の発生が見られない
〇:局所的に気泡の発生が見られる
×:全面的に気泡の発生が見られる
Claims (7)
- 全固体電池を構成する電池本体と電気的に接続される金属端子の一部の外周面にヒートシールにより接着される全固体電池の端子用樹脂フィルムであって、
含水率が2700質量ppm以下である、全固体電池の端子用樹脂フィルム。 - 絶縁層と、前記絶縁層の少なくとも一面側に設けられるシーラント層とを有する多層フィルムからなる、請求項1に記載の全固体電池の端子用樹脂フィルム。
- 前記多層フィルムのうち前記シーラント層が酸変性ポリオレフィン樹脂層である、請求項2に記載の全固体電池の端子用樹脂フィルム。
- ポリオレフィン系樹脂を含むポリオレフィンフィルム又はポリエステル系樹脂を含むポリエステルフィルムである、請求項1~3のいずれか一項に記載の全固体電池の端子用樹脂フィルム。
- 250℃以下の融点を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の全固体電池の端子用樹脂フィルム。
- 150℃以上の融点を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の全固体電池の端子用樹脂フィルム。
- 固体電解質を含む電池本体と、
前記電池本体と電気的に接続された金属端子と、
前記金属端子を挟持し且つ前記電池本体を収容する外装袋と、
前記金属端子の一部の外周面にヒートシールにより接着される端子用樹脂フィルムとを備え、
前記端子用樹脂フィルムが、請求項1~5のいずれか一項に記載の端子用樹脂フィルムからなる、全固体電池。
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