JP4734888B2 - 非水電解液電池外装材の製造方法および非水電解液電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本願発明は、絞り成形されたアルミ箔ラミネートフィルムを用いた密閉二次電池であるリチウム金属、リチウム合金、もしくは炭素質材料のようなリチウムを吸蔵、放出できる物質を負極材料に使用する非水電解液電池の製造方法とその製造方法で製造した非水電解液電池外装材に発電要素を内装して封止することを特徴とする非水電解液電池の製造方法に関する。
近年、ビデオカメラやへッドホンステレオ等の電子機器の高性能化や小型化の進展は目覚ましいものがあり、それに伴い、これらの電子機器の電源となる密閉二次電池の省エネルギー化の要求も強まっている。それらの要求に応えるために、リチウム金属、リチウム合金、もしくは炭素質材料のようなリチウムを吸蔵、放出できる物質を負極材料に使用する非水電解液電池の開発が活発に行われるようになった、なかでも、密閉二次電池の体積の中で、発電要素以外の領域が占める体積を減らすことが、密閉二次電池の高エネルギー化および小型化に有利であるために、従来、密閉二次電池の外装材に使用されていた鉄やアルミなとの金属缶の代わりに、薄肉化が可能なアルミ箔ラミネートフィルムを外装材に使用した密閉二次電池が注目されている。
アルミ箔ラミネートフィルムとは、アルミ箔とナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチックフィルムで構成されるもので、密閉二次電池の外装材として使用する場合には、発電要素を収納した状態で、外装材の対応面同士を熱融着により封止するのが一般的である。
この場合、アルミ箔ラミネートフィルムの形態には、大別すると２種類に分けられる。一つは、シート状のアルミ箔ラミネートフィルムをそのまま袋状にして発電要素を収納する形態と、もう一つは、アルミ箔ラミネートフィルムに絞り成形を施し、その絞り成形部分に発電要素を収納する形態である。
両者を比較すると、後者は収納される発電要素の形状に合った絞り成型部分を形成することにより、前者と比較して密閉二次電池の体積に占める発電要素の割合を大きくすることが出来るという利点がある。
しかしながら、絞り成型を施したアルミ箔ラミネートフィルムには、絞り深さに限界があるため、市場が要求する全ての密閉二次電池のサイズに対応できない点や、絞り深さの限界に近い領域で成型を行った場合、アルミ箔ラミネートフィルムのアルミ箔にピンホール（ピンで刺したような小さな穴）が発生する危険性がある。
もし、アルミ箔ラミネートフィルムにピンホールが発生すると、外装材の防湿性が失われて密閉二次電池の内部に水分が侵入してしまう問題が起きる。このため、例えば、絞り成型をより深く、安定して行う絞り成型技術が、アルミ箔ラミネートフィルムを外装材に使用した密閉二次電池を形成する際に極めて重要である。
通常、深く安定した絞り成型を行う場合には、材料の滑り性が良好であることが一つの条件である。しかしながら、アルミ箔ラミネートフィルムに用いられる樹脂は総じて滑り性が悪く、一定以上の深さの深絞りには不向きである。
また、一般的には潤滑剤を使用して滑り性を改善することが考えられるが、密閉二次電
池の場合は、もし、外装材に潤滑剤が残留した場合、化学反応により密閉二次電池が膨れたり、融着強度を低下させるなどの問題が発生する。それを防止するために潤滑剤を完全に除去する必要がある。潤滑材の完全除去処理にはコストがかかるため、潤滑剤の使用は望ましくない。
池の場合は、もし、外装材に潤滑剤が残留した場合、化学反応により密閉二次電池が膨れたり、融着強度を低下させるなどの問題が発生する。それを防止するために潤滑剤を完全に除去する必要がある。潤滑材の完全除去処理にはコストがかかるため、潤滑剤の使用は望ましくない。
そこで、特許文献１の様な絞り形状を工夫した非水電解液電池外装材の製造方法および非水電解液電池の製造方法が提案されている。
特許文献は以下の通り。
特開２００２−７５２９９号公報
特許文献１の様な、従来技術においては、アルミ箔ラミネートフィルムを冷間成型したのち、発電要素、すなわち電極、セパレータ、電解液等を詰め、ヒートシールして非水電解液電池とするのが一般的であった。しかしこれでは、電解液がアルミ箔ラミネートフィルム内に浸透し、アルミ箔とシーラントとの接着界面を侵し、剥離（デラミ）する場合があった。この様な問題があるため、冷間成型に代わり加熱成型することや、成型前に加熱することが考えられる。しかしこれでは、シーラント表面の滑り性がなくなり、成型性が悪くなる。
以上の様な技術背景をもとに、アルミ箔とシーラントとの接着界面を侵し、剥離（デラミ）がなく、しかも成型性を有する非水電解液電池外装材の製造方法が求められていた。
請求項１記載の発明は、基材とシーラントの間にアルミ層を有するアルミ箔ラミネートフィルムを絞り成型後、シーラントの融点以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする非水電解液電池外装材の製造方法である。
請求項２記載の発明は、シーラントが、酸変成ポリプロピレンとポリプロピレンの２層からなることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電池外装材の製造方法である。
請求項３記載の発明は、シーラントが、酸変成ポリプロピレンと、ポリエチレンとポリプロピレンの相溶物と、ポリプロピレンの３層からなることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電池外装材の製造方法である。
請求項４記載の発明は、アルミ層とシーラントの間にアンカーコート層を有することを特徴とする請求項１から３何れか記載の非水電解液電池外装材の製造方法である。
請求項５記載の発明は、請求項１から４何れか記載の非水電解液電池外装材の製造方法で製造した非水電解液電池外装材に発電要素を内装して封止することを特徴とする非水電解液電池の製造方法である。
以上の様な技術背景をもとに、アルミ箔とシーラントとの接着界面を侵し、剥離（デラミ）がなく、しかも成型性を有する非水電解液電池外装材の製造方法を提供することが可能となった。
基材とシーラントの間にアルミ層を有するアルミ箔ラミネートフィルムを絞り成型後、
シーラントの融点以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする非水電解液電池外装材の製造方法を、非水電解液がリチウムである、図１に示す様な、基材を延伸ナイロンとし、ドライラミネートを挟んでアルミ箔、酸変成ポリプロピレン、未延伸ポリプロピレンの順に積層した場合で以下説明する。
シーラントの融点以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする非水電解液電池外装材の製造方法を、非水電解液がリチウムである、図１に示す様な、基材を延伸ナイロンとし、ドライラミネートを挟んでアルミ箔、酸変成ポリプロピレン、未延伸ポリプロピレンの順に積層した場合で以下説明する。
まず、延伸した延伸ナイロン１とアルミ箔３をドライラミネート層２でラミネートし、の酸変成したサンドポリプロピレン４と未延伸ポリプロピレン５を順に積層してリチウム外装材用フィルムを製造した。
さらに、図２に示す様な、加工しないシール部６に対して発電要素を封入するための絞り成型部７を、冷間成型した。この時点では熱処理をしていないので、シーラント表面の滑り性があり、成型性に問題がない。
この成型完了後、熱処理を行ってリチウム電池外装材を製造した。この熱処理により、ドライラミネート層とアルミ箔の接着強度が向上し、電解液による接着界面への浸潤に耐えることが可能になる。この場合の加熱処理は、シーラントの融点以上の加熱処理によって一層耐電解特性を向上させることができる。特に、サンドポリエチレンやサンドポリプロピレンで作られた場合は、その融点以上に加熱することにより、特に耐電解液特性が向上する。このリチウム電池外装材は、電極、電解液、セパレータ等の発電要素８を絞り成型部７内に納めた。
最後に、リチウム外装材用フィルムを成型せずに同様の熱処理を行った対向フィルム９とをラミネートし、封入作業を終了してリチウム電池の製造方法を終了した。
まず、２５μｍの一軸延伸した延伸ナイロン１と４０μｍのアルミ箔３を３μｍのドライラミネート層２でラミネートし、１５μｍの酸変成したサンドポリプロピレン４と４０μｍの未延伸ポリプロピレン５を順に積層してリチウム外装材用フィルムを製造した。
さらに、図２に示す様な、加工しないシール部６に対して７０ｍｍ×４０ｍｍ、奥行き５ｍｍの発電要素を封入するための絞り成型部７を、冷間成型した。
この成型完了後、１７０℃で３分間熱処理を行ってリチウム電池外装材を製造した。このリチウム電池外装材は、電極、電解液、セパレータ等の発電要素８を絞り成型部７内に納めた。
最後に、リチウム外装材用フィルムを成型せずに同様の熱処理を行った対向フィルム９とをラミネートし、封入作業を終了してリチウム電池の製造方法を終了した。この結果、熱処理後のラミネート強度は１０００ｇ／１５ｍｍであった。電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は８００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックは認められなかった。
アルミ箔３とサンドポリプロピレン４の間に、イソシアネートによるアンダーコートを０．２μｍ設けたのと、未延伸ポリプロピレンの代わりにポリエチレンとポリプロピレンの共重合体を２０μｍと、ポリプロピレン２０μｍとの二層に置き換えた以外は実施例１と同様であった。
この結果、熱処理後のラミネート強度は１２００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は１１００ｇ／１５ｍｍであった
。また、成型によるクラックは認められなかった。
。また、成型によるクラックは認められなかった。
＜比較例１＞
熱処理を行わなかった以外、実施例１と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は５０ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックは認められなかった。
熱処理を行わなかった以外、実施例１と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は５０ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックは認められなかった。
＜比較例２＞
熱処理を成型前に行った以外、実施例１と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１２００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は５００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックは認められなかった。
熱処理を成型前に行った以外、実施例１と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１２００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は５００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックは認められなかった。
＜比較例３＞
熱処理を行わなかった以外、実施例２と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１１００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は７００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックが認められた。
熱処理を行わなかった以外、実施例２と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１１００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は７００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックが認められた。
＜比較例４＞
熱処理を成型前に行った以外、実施例２と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１２００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は１０００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックが認められた。
熱処理を成型前に行った以外、実施例２と同じであった。この結果、熱処理後のラミネート強度は１２００ｇ／１５ｍｍであった。また、電解液に８５℃でどぶ漬けを２週間行った後のラミネート強度は１０００ｇ／１５ｍｍであった。また、成型によるクラックが認められた。
本願発明は、絞り成形されたアルミ箔ラミネートフィルムを用いた密閉二次電池であるリチウム金属、リチウム合金、もしくは炭素質材料のようなリチウムを吸蔵、放出できる物質を負極材料に使用する非水電解液電池の製造方法とその製造方法で製造した非水電解液電池外装材に発電要素を内装して封止することを特徴とする非水電解液電池の製造方法に関する。
１…延伸ナイロン
２…ドライラミネート層
３…アルミ箔
４…サンドポリプロピレン
５…未延伸ポリプロピレン
６…シール部
７…絞り成型部
８…発電要素
９…対向フィルム
２…ドライラミネート層
３…アルミ箔
４…サンドポリプロピレン
５…未延伸ポリプロピレン
６…シール部
７…絞り成型部
８…発電要素
９…対向フィルム
Claims (5)
- 基材とシーラントの間にアルミ層を有するアルミ箔ラミネートフィルムを絞り成型後、シーラントの融点以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする非水電解液電池外装材の製造方法。
- シーラントが、酸変成ポリプロピレンとポリプロピレンの２層からなることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電池外装材の製造方法。
- シーラントが、酸変成ポリプロピレンと、ポリエチレンとポリプロピレンの相溶物と、ポリプロピレンの３層からなることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電池外装材の製造方法。
- アルミ層とシーラントの間にアンカーコート層を有することを特徴とする請求項１から３何れか記載の非水電解液電池外装材の製造方法。
- 請求項１から４何れか記載の非水電解液電池外装材の製造方法で製造した非水電解液電池外装材に発電要素を内装して封止することを特徴とする非水電解液電池の製造方法。
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