JP4635415B2

JP4635415B2 - 電極タブ用シーリング材

Info

Publication number: JP4635415B2
Application number: JP2003274609A
Authority: JP
Inventors: 健二郎黒田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: JP2005038707A

Description

本発明は、リチウムイオン電池を外装材で包装する時に使用する電極タブ用シーリング材に関するものである。

近年、携帯電話などの電子機器に使用されているリチウムイオン電池もアルミニウム箔等のガスバリア層を積層した外装材で包装したタイプのものが多く使用されており、前記外装材で包装したリチウムイオン電池は電流を外部に誘導する為の電極タブを有している。しかしながら、リチウムイオン電池を外装材で包装する工程中に電極タブと外装材のガスバリア層がショートしてしまったり、外装材で包装後に電極タブの周辺から吸湿して製品寿命が短くなってしまったりする等の種々の弊害が生じていた。前記電極タブと外装材のガスバリア層がショートするのを防ぐ為に電極タブ部に用いる接着性フィルムが種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。
特開２００２−２１６７１８号公報特開２００２−２１６７１９号公報特開２００２−２１６７２０号公報特開２００２−２８９１５７号公報

しかし、前記提案されている接着性フィルムは、電極タブ周辺からの酸素、水蒸気等のガスの内部への侵入を防止する機能は有していなかった。

本発明の課題は、外装材でリチウムイオン電池を包装後に電極タブ周辺からの酸素、水蒸気等のガスの内部への侵入防止機能を有する電極タブ用シーリング材を提供することにある。

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本発明の請求項１に係る発明は、リチウムイオン電池を外装材で包装する時に電極タブと外装材の端部の最内面層の間に介在させて接着させるためのシーリング材であって、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層と、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入されたポリオレフィン樹脂層との二層構成からなることを特徴とする電極タブ用シーリング材である。

本発明の請求項２に係る発明は、リチウムイオン電池を外装材で包装する時に電極タブと外装材の端部の最内面層の間に介在させて接着させるためのシーリング材であって、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層と、ポリオレフィン樹脂より高い融点を有する耐熱性樹脂層と、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入されたポリオレフィン樹脂層との三層構成からなることを特徴とする電極タブ用シーリング材である。

本発明の電極タブ用シーリング材は、酸素吸収剤と水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層を少なくとも一層有するものからなっているので、リチウムイオン電池を外装材で包装する時に電極タブと外装材の端部の最内層の間を電極タブ用シーリング材を介して接着させることにより、該電極タブ用シーリング材が電極タブ及び外装材の端部の最内層面と強固に接着すると共に、電極タブ周辺からの酸素及び水蒸気等のガスの内部への侵入を防止し、電池の製品寿命を延ばすことができる。又、中間にポリオレフィン樹脂より高い融点を有する耐熱性樹脂層を積層した三層構成の電極タブ用シーリング材を使用すれば、電極タブと外装材のガスバリア層とのショートを防止することができる。

本発明の電極タブ用シーリング材を、実施及び参考の形態に沿って以下に詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の電極タブ用シーリング材の一参考の形態を示す側断面図であり、電極タブ用シーリング材（１０）は、酸素吸収剤（２３）及び水分吸収剤（２４）が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層（２０）の単層構成からなっており、層（２０）中に酸素吸収剤（２３）と水分吸収剤（２４）が分散した状態になっ
ており、（ｂ）は一実施の形態を示す側断面図であり、電極タブ用シーリング材（１１）は、酸素吸収剤（２３）及び水分吸収剤（２４）が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層（２０）と、酸素吸収剤（２３）及び水分吸収剤（２４）が混入されたポリオレフィン樹脂層（２１）の二層構成からなっており、層（２０、２１）中にそれぞれ酸素吸収剤（２３）と水分吸収剤（２４）が分散している状態であり、（ｃ）は他の実施形態を示す側断面図であり、電極タブ用シーリング材（１２）は、酸素吸収剤（２３）及び水分吸収剤（２４）が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層（２０）と、酸素吸収剤（２３）及び水分吸収剤（２４）が混入されたポリオレフィン樹脂層（２１）の中間にポリオレフィン樹脂より高い融点を有する耐熱性樹脂層（２２）を積層した三層構成からなっており、層（２０、２１）中にはそれぞれ酸素吸収剤（２３）と水分吸収剤（２４）が分散した状態になっており、この構成の場合は酸素吸収剤（２３）と水分吸収剤（２４）が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層（２０）を両面に使用したものでも良い。

上記に記載した如く、本発明の電極タブ用シーリング材は、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層を少なくとも１層有しているので、リチウムイオン電池を外装材で包装する時に前記電極タブ用シーリング材と銅、ニッケルまたはアルミニウム等からなる電極タブ及び外装材の端部の最内面層とが強固に接着すると共に、電極タブ周辺からの酸素や水蒸気等のガスの内部への侵入を防ぐことができ、電池の製品寿命を延ばすことができる。また、中間に耐熱性樹脂層を有する三層構成の電極タブ用シーリング材を使用すれば、包装時に電極タブと外装材のガスバリア層とがショートすることを防ぐこともできる。

前記変性ポリオレフィン樹脂層（２０）に使用する樹脂は、ポリオレフィンに強力な接着性を付与する為の種々の官能基を導入した樹脂で、例えば具体的な一例として、三井化学（株）のアドマー（商品名）等の樹脂が使用可能である。

また、前記ポリオレフィン樹脂（２１）に使用する樹脂は、一般的に使用される低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体樹脂などのエチレン系樹脂や、ホモポリプロピレン樹脂、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、ポリプロピレン−α−オレフィン共重合体などのポリプロピレン系樹脂などの選択が可能である。
又、前記耐熱性樹脂層（２２）は、ポリオレフィン樹脂より融点が高い樹脂を使用する。例えば、ポリメチルペンテン樹脂が使用可能である。前記樹脂を使用することにより、包装時に電極タブ部（４０ａ、４０ｂ）と外装材（３０）のガスバリア層（３３）とのショートを防止することができる。厚みは１０〜５０μｍが好ましい。

前記酸素吸収剤（２３）は、鉄、シリカ又はチタンを主成分とするものからなっており、添加量は変性ポリオレフィン樹脂に対し３〜３０重量％が好ましい。添加量が３重量％未満であると効果が低下し、３０重量％を超えると添加した樹脂の加工適性が悪くなる。

前記水分吸収剤（２４）は、シリカゲル、ゼオライトまたは活性炭からなっており、添加量は変性ポリオレフィン樹脂に対し３〜３０重量％が好ましい。添加量が３重量％未満であると効果が低下し、３０重量％を超えると添加した樹脂の加工適性が悪くなる。

図２（ａ）は本発明の電極タブ用シーリング材を用いて、密封包装したリチウムイオン電池の一実施例の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部の部分拡大説明図である。製造方法の一例を以下に説明すると、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層（２０）と酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入されたポ
リオレフィン樹脂層（２１）との二層構成の電極タブ用シーリング材（１１）を所定寸法にカットしたものを用いて、電池本体部（４０）に取り付けた電極タブ部（４０ａ）及び（４０ｂ）の外円周を、前記変性ポリオレフィン樹脂層（２０）面が電極タブ部（４０ａ、４０ｂ）側になるようにして被覆したものを、所定形状に成型した１枚の外装材（３０）のシーラント層（３５）面に載せ、その他の電解液等を充填後、その上に同寸法の他の外装材（３０）をシーラント層（３５）面が電極タブ部側になるようにして重ねた合わせた後に、四辺を所定幅でヒートシールしてシール部（５０、５１、５２、５３）を設け、密封して包装したリチウムイオン電池を製造する。

前記電極タブ部（４０ａ、４０ｂ）は、銅、ニッケル又はアルミニウム等の金属からなっている。

上述のようにして、電極タブ部（４０ａ、４０ｂ）の外円周部分を電極タブ用シーリング材（１１）で被覆するので、ヒートシール時に電極タブ用シーリング材（１１）の変性ポリオレフィン樹脂層（２０）が前記電極タブ部（４０ａ、４０ｂ）と強固に接着し、得られたリチウムイオン電池は電極タブ部周辺からの水分や酸素等のガスの侵入を防ぐことができ、電池の製品寿命を延ばすことができる。

図３はリチウムイオン電池用外装材の一実施例の側断面図であり、外装材（３０）は、厚み方向に順に、基材層（３１）、接着剤層（３２）、ガスバリア層（３３）、接着剤層（３４）、シーラント層（３５）が積層されている。

前記基材層（３１）には、二軸延伸ポリプロピレンフィルム（ＯＰＰフィルム）、二軸延伸ポリエステルフィルム（ＰＥＴフィルム）、二軸延伸ナイロンフィルム（ＯＮＹフィルム）等の単層フィルム又はこれらが積層された多層フィルムを使用する。各々のフィルムの厚みは、ＯＰＰフィルムが２０〜４０μｍ、ＰＥＴフィルムが６〜２５μｍ、ＯＮＹフィルムが１５〜２５μｍの範囲のものが利用できる。

前記ガスバリア層（３３）としては、ガスバリア性を有するものであれば、特に限定しないが、例えば、アルミニウム金属、酸化アルミニウム又は酸化珪素などを蒸着した蒸着ポリエステルフィルム若しくは蒸着ナイロンフィルム、アルミニウム箔等が使用できる。

前記シーラント層（３５）はポリオレフィン系樹脂からなっており、樹脂の種類としては、低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体樹脂などのエチレン系樹脂や、ホモポリプロピレン樹脂、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、ポリプロピレン−α−オレフィン共重合体などのポリプロピレン系樹脂などの選択が可能である。積層方法は前記いずれかの樹脂を用いて溶融押出ラミネーション法で積層しても良いし、あるいは前記樹脂からなるフィルムを用いてドライラミネーション法で積層しても良い。厚さは４０〜１００μｍ程度が良く使用される。

前記接着剤層（３２、３４）は、一般的に水酸基を持った主剤とイソシアネート基を持った硬化剤とを混合した二液混合型接着剤を主に使用し、塗布方法としてはグラビアコート法、ロールコート法などで塗布する。接着剤の塗布量は１〜５ｇ／ｍ^２（乾燥状態）である。

本発明の電極タブ用シーリング材を、以下に具体的な実施例及び参考例並び比較例に従って説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

参考例
変性ポリオレフィン樹脂層（２０）の樹脂として、三井化学（株）のアドマーＱＦ５００（商品名）を準備し、前記樹脂に対し鉄を主成分とする酸素吸収剤を３重量％及びシリカゲルを３重量％を混入したものを用いて単層押出製膜機で、製膜し、厚さが５０μｍの単層構成の本発明の参考例の電極タブ用シーリング材を作成した。

実施例１
変性ポリオレフィン樹脂層（２０）の樹脂として、三井化学（株）のアドマーＱＦ５００（商品名）を準備し、ポリオレフィン樹脂層（２１）の樹脂として、日本ポリケム（株）のポリプロピレン樹脂（商品名：ノバテックＦＬ２５Ｔ）を準備して、それぞれの樹脂に対し鉄を主成分とする酸素吸収剤を３重量％及びシリカゲルを３重量％を混入したものを用いて、２層共押出製膜機で製膜し、厚さ比率が２５μｍ／２５μｍの二層構成の本発明の実施例１の電極タブ用シーリング材を作成した。

実施例２
変性ポリオレフィン樹脂層（２０）の樹脂として、三井化学（株）のアドマーＱＦ５００（商品名）を準備し、耐熱性樹脂層（２２）の樹脂として、三井化学（株）のＴＰＸ樹脂（商品名）を準備し、ポリオレフィン樹脂層（２１）の樹脂として、日本ポリケム（株）のポリプロピレン樹脂（商品名：ノバテックＦＬ２５Ｔ）を準備して、前記アドマー樹脂及びポリプロピレン樹脂に対しそれぞれ鉄を主成分とする酸素吸収剤を３重量％及びシリカゲルを３重量％を混入したもの、及び前記ＴＰＸ樹脂を用いて、３層共押出製膜機で製膜し、厚さ比率が２０μｍ／２０μｍ／２０μｍの三層構成の本発明の実施例２の電極タブ用シーリング材を作成した。

比較例
単層押出製膜機で日本ポリケム（株）のポリプロピレン樹脂（商品名：ノバテックＦＬ２５Ｔ）を製膜し、厚さ５０μｍの単層構成の比較例の電極タブ用シーリング材を作成した。
〈評価〉
実施例１〜２及び参考例並びに比較例で作成した電極タブ用シーリング材及び二軸延伸ナイロンフィルム（２５μｍ）／アルミニウム箔（４０μｍ）／ポリプロピレンフィルム（４０μｍ）構成の外装材を使用し、電極として銅を使用して、包装したリチウムイオン電池を得た。そのリチウムイオン電池を以下の環境条件下で保存性試験を実施し、評価した。その結果を表１に示す。
（１）保存性試験方法
作成したリチウムイオン電池を８０℃、９０％ＲＨの環境下に保存し、膨れの発生の有無を評価した。

表１の結果から、実施例１〜２及び参考例の電極タブ用シーリング材を使用したものは吸湿性が少なく膨れ発生迄の時間が６ケ月以上で良好であったが、比較例の電極タブ用シーリング材を使用したものは吸湿して４ケ月で膨れが発生した。

（ａ）は本発明の電極タブ用シーリング材の一参考形態を示す側断面図であり、（ｂ）は一実施形態を示す側断面図であり、（ｃ）は他の実施形態を示す側断面図である。（ａ）は本発明の一実施例の電極タブ用シーリング材を用いて作成したリチウムイオン電池の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部の部分拡大説明図である。リチウムイオン電池用外装材の一実施例の側断面図である。

１０，１１，１２…電極タブ用シーリング材
２０…変性ポリオレフィン樹脂層
２１…ポリオレフィン樹脂層
２２…耐熱性樹脂層
２３…酸素吸収剤
２４…水分吸収剤
３０…外装材
３１…基材層
３２，３４…接着剤層
３３…ガスバリア層
３５…シーラント層
４０…電池本体部
４０ａ，４０ｂ…電極タブ部
５０，５１，５２，５３…シール部

Claims

リチウムイオン電池を外装材で包装する時に電極タブと外装材の端部の最内面層の間に介在させて接着させるためのシーリング材であって、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層と、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入されたポリオレフィン樹脂層との二層構成からなることを特徴とする電極タブ用シーリング材。
リチウムイオン電池を外装材で包装する時に電極タブと外装材の端部の最内面層の間に介在させて接着させるためのシーリング材であって、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入され、良好な金属接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂層と、ポリオレフィン樹脂より高い融点を有する耐熱性樹脂層と、酸素吸収剤及び水分吸収剤が混入されたポリオレフィン樹脂層との三層構成からなることを特徴とする電極タブ用シーリング材。