JP4743803B2

JP4743803B2 - ポリマー電池

Info

Publication number: JP4743803B2
Application number: JP27582799A
Authority: JP
Inventors: 広道羽鳥; 久夫坂戸
Original assignee: Sumikei Aluminum Foil Co Ltd
Current assignee: Sumikei Aluminum Foil Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001102011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合アルミニウム箔からなるポリマー電池用包装材料を使用したポリマー電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマー電池は、携帯電話、ノート型パソコンなどの電子機器に使用されているリチウムイオン二次電池のうち、導電性ポリマーなどの固体、半固体電解質を用いた電池はポリマー電池と呼ばれており、電解液としてＰＣ（プロピレンカーボネート）、ＤＥＣ（ジエチレンカーボネート）、ＥＣ（エチレンカーボネート）などの非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池に比べて、薄肉化、軽量化の達成が可能で、電解液の液漏れなどの危険性も少なく安全性の面でも優れているという特徴を有し、今後の発展が期待されている。
【０００３】
ポリマー電池のケースとしては、従来、複合アルミニウム箔から形成した包装材料をヒートシールしてなるものが使用されているが、電解質に上記のＰＣ、ＤＥＣ、ＥＣやγ−ＢＬ（ガンマブチロラクトン）などの溶剤を含有するものが用いられるため、これらの溶剤により包装材料のヒートシール強度やラミネート強度が低下したり、包装材が電解質に溶解して電解質を汚染したり性能を低下させない耐電解液特性が要求されている。また、電極端子（Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕの極板）との接着性および密着性が優れており、液漏れなどが生じないことも重要である。
【０００４】
上記の要求に答えるポリマー電池用包材として、アルミニウム箔／マレイン化ＰＰ（構成Ａ）、またはアルミニウム箔／ヒートラミネーションポリプロピレン／マレイン化ＰＰ（構成Ｂ）からなる構成を有する複合アルミニウム箔が提案されている。（特開平１１−６７１６６号公報）しかしながら、このポリマー電池用包材においては、マレイン化ＰＰのコートがグラビアコート（塗工）などにより行われるために、厚い場合でも実質的には３〜５ｇ／ｍ²程度（５μｍ厚さ程度まで）のコート量しか得られず、構成Ａのものでは、電極端子との間に隙間が生じるおそれがあり、マレイン化ＰＰのコート量が少ない場合には、使用中に電極とアルミニウム箔との間にスパークが生じることも経験されている。ロールコートなどでマレイン化ＰＰを厚塗りすると塗布が不均一になり易い。
【０００５】
構成Ｂのものでは、このような難点はないが、アルミニウム箔にポリプロピレンをヒートラミネートする場合のライン速度が遅く、生産効率が劣りコスト高となるという問題点がある。また、マレイン化ＰＰは最外層に設けられ、電解液に対する耐液性を与える役割の他、電極端子を含めて包材をヒートシールする役割をも果たすものであるから、耐液性とヒートシール性双方の安定化の確保のために、ある程度の量、例えば４ｇ／ｍ²以上の塗布が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複合アルミニウム箔からなるポリマー電極用包装材料における上記従来の問題点を解消するために、上記の特開平１１−６７１６６号公報に記載される複合アルミニウム箔をベースとし、コスト面を考慮して、ポリマー電池用包装材に要求される特性および生産性と複合アルミニウム箔の層構成との関係を再検討した結果としてなされたものであり、その目的は、耐電解液特性、耐溶剤性をそなえ、ヒートシール性、電極端子との接着性、密着性に優れ、且つコスト低減を可能とするポリマー電池用包装材料を使用したポリマー電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１によるポリマー電池は、アルミニウム箔、マレイン化ＰＰ層およびポリプロピレン層の順で積層された複合アルミニウム箔からなり、マレイン化ＰＰ層はアルミニウム箔にグラビアコートにより０．５〜１ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布されてなり、ポリプロピレン層はマレイン化ＰＰ層上に押出ラミネーション法により形成された１５〜１００μｍ厚さの押出コートポリプロピレン層であり、該複合アルミニウム箔のアルミニウム箔面に耐熱性二軸延伸フィルム層を設けたポリマー電池用包装材料により、電解質を挟むとともに、電極板の両面にマレイン化ＰＰ層を被覆した電極端子をヒートシールしてなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のポリマー電池用包装材料においては、図１に示すように、アルミニウム箔３、マレイン化ＰＰ層４、押出コートポリプロピレン（以下、押出コートＰＰ）層５の順に積層された複合アルミニウム箔２により包装材料１を構成する。
【００１２】
アルミニウム箔３としては、厚さが６〜３００μｍの純アルミニウム系のアルミニウム箔（ＪＩＳＨ４１６０１Ｎ３０など）、Ａｌ−Ｆｅ合金箔などの調質Ｏ〜Ｈ１８のものが使用される。
【００１３】
マレイン化ＰＰ層４は、耐電解液特性、耐溶剤性の役割を果たすものであり、マレイン化ＰＰのアルミニウム箔３面へのコーティングは、とくに限定されないが、量産性の観点からはグラビアコートによるのが好ましい。塗布量は０．１〜８ｇ／ｍ^２、好ましくは０．５〜３ｇ／ｍ^２であるが、複合アルミニウム箔２に耐電解液特性、耐溶剤性の機能を持たせることを目的とする場合には、０．５〜１ｇ／ｍ^２のような少量塗布でも十分に目的を達成することができる。
【００１４】
押出コートＰＰ層５は、耐熱ヒートシール性、電極端子との接着性に優れ、ポリマー電池用包装材料１に、固体電解質、電極を包み、電極端子を含めて包装材料をヒートシールためのヒートシール層としての役割を果たす。押出ＰＰコート層５は、電極端子と接し、とくに高温環境下では軟らかくなって電極端子の回りに密着して密封性を保持する。押出コートＰＰ層５は、１５〜１００μｍ、好ましくは３０〜６０μｍ、さらに好ましくは４５〜６０μｍ厚さで形成され、この範囲で良好な接着強度が得られる。押出コートＰＰ層５の厚さが１５μｍ未満では、電極端子との間に隙間が生じ密封性が失われることがある。
【００１５】
ポリマー電池用包装材料においては、アルミニウム箔３の表面に、図１に示すように、さらに延伸ナイロンフィルムや延伸ポリエチレンテレフタレート（ポリエステル、以下ＰＥＴ）フィルムなどの耐熱性二軸延伸フィルム層６（厚さ６〜１００μｍ）を、ウレタン系接着剤などのドライ接着剤７でドライラミネートし、耐突き破り性を向上させることも行われる。
【００１６】
図２に示すように、押出コートＰＰ層５の外面に、さらにマレイン化ＰＰ層８を設けることにより、電極端子との接着性をさらに改善することができる。図２に示すポリマー電池用包装材料の構成においては、マレイン化ＰＰ層４により耐電解液性を持たせ、マレイン化ＰＰ層８により電極端子との接着性を高める。従って、各マレイン化ＰＰ層４、８を形成するためのマレイン化ＰＰの塗布量は、０．５〜１ｇ／ｍ^２のように少なくても足りる。
【００１７】
本発明のポリマー電池用包装材料の製造について説明すると、まず、アルミニウム箔を、必要に応じて脱脂、洗浄、下地処理した後、マレイン化ＰＰ粒子を分散させたコーティング剤を調製して、アルミニウム箔面にマレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布し、１８０〜２５０℃程度の温度で５〜１０秒程度乾燥して、アルミニウム箔面上にマレイン化ＰＰ層を形成する。
【００１８】
つぎに、マレイン化ＰＰ層４への押出コートＰＰ層５の形成は、マレイン化ＰＰ層４を積層したアルミニウム箔３を巻出しながら、マレイン化ＰＰ層上に溶融、混練されたポリプロピレンをダイより溶融樹脂の膜として押し出す、冷却ロールを通して巻き取る通常の押出ラミネート法により行う。押出ラミネート法によれば、１２０〜２００ｍ／分のライン速度が得られ、高い生産効率を達成することができる。
【００１９】
得られた複合アルミニウム箔２に、必要に応じて、アルミニウム箔３の外面に、ウレタン系の接着剤７を介してＰＥＴフィルム層６をドライラミネートし、さらに押出コートＰＰ層５の外面に、マレイン化ＰＰ層８を、上記の方法に従って形成する。
【００２０】
本発明によるポリマー電池用包装材料は、アルミニウム箔、マレイン化ＰＰ層、押出コートＰＰ層の順で積層した複合アルミニウム箔からなり、マレイン化ＰＰ層は包装材料に耐電解液特性を与える役割のみを持ち、電極端子との接着性、ヒートシール性は押出ＰＰ層が受け持つよう構成したから、マレイン化ＰＰ層は、マレイン化ＰＰを０．５〜１ｇ／ｍ^２のように少量塗布することにより形成しても十分に目的を達成することができ厚塗りの必要がなく、グラビアコートによって均一且つ安定した塗布を行うことができるから、作業管理も容易であり、コスト低減も可能となる。また、押出ＰＰ層の形成はライン速度を大きくすることができ生産効率を高めることが可能であるから、製造コストの低減が達成できる。
【００２１】
アルミニウム箔、マレイン化ＰＰ層および押出コートポリプロピレン層の順で積層された複合アルミニウム箔からなるポリマー電池用包装材料を使用する場合には、図３に示すように、Ａｌ、ＣｕまたはＮｉからなる電極板９の両面にマレイン化ＰＰ層１０を被覆した電極端子１１を適用し、前記３層の包装材料で電解質を挟むとともに、当該包装材料で電極端子をヒートシールするのが好ましく、この構成により、ヒートシール部における包装材料と電極端子の接着強度を高めることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。なお、本実施例は、本発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本発明が制限されるものではない。
【００２３】
実施例１
アルミニウム箔（ＪＩＳＨ４１６０、１Ｎ３０、調質Ｏ材、厚さ４０μｍ）に、マレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布（塗布量１ｇ／ｍ²）して、マレイン化ＰＰ層（厚さ１μｍ）を形成し、マレイン化ＰＰ層上に押出ラミネーション法により押出コートＰＰ層（厚さ５０μｍ）を形成した。押出ラミネーションにおけるライン速度は１５０ｍ／分であった。さらに、アルミニウム箔の外面側に、厚さ１２μｍのＰＥＴをドライラミネートし、ＰＥＴ層／Ａｌ箔／マレイン化ＰＰ層／押出ＰＰ層（全体厚さ１０３μｍ）で構成される複合アルミニウム箔からなる包装材料を得た。なお、マレイン化ＰＰのコーティングにおける乾燥条件は２００℃で１０秒とした。
【００２４】
比較例１
アルミニウム箔（ＪＩＳＨ４１６０、１Ｎ３０、調質Ｏ材、厚さ４０μｍ）に、ヒートロールを通じて行うヒートラミネーション法によりポリプロピレン層（厚さ４０μｍ）を形成した。ヒートラミネーションにおけるライン速度は３０ｍ／分であった。ついで、ポリプロピレン層の上に、マレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布（塗布量６ｇ／ｍ²）して、マレイン化ＰＰ層（厚さ６μｍ）を形成し、さらに、アルミニウム箔の外面側に、厚さ１５μｍのＰＥＴをドライラミネートし、ＰＥＴ層／Ａｌ箔／ヒートラミネーションＰＰ層／マレイン化ＰＰ層（全体厚さ１０１μｍ）で構成される複合アルミニウム箔からなる包装材料を得た。なお、マレイン化ＰＰのコーティングにおける乾燥条件は、実施例１と同一とした。
【００２５】
上記の実施例１および比較例１で得られた包装材料を、実際にポリマー電池用包装材料として使用したところ、耐溶剤性、ヒートシール性、電極端子との接着性、電極端子まわりの密封性については、いずれも同等の優れた性能を示したが、比較例１のものは、実施例１のものに比べてマレイン化ＰＰ層を厚塗り（塗布量６ｇ／ｍ²、厚さ６μｍ）する必要があるためコストを上昇させ、またそのために、グラビアコートにおける作業管理が難しく、マレイン化ＰＰの塗布の不均一性に起因して耐電解液特性が若干劣る場合もあり、さらに、比較例１のものにおける製造速度は、押出ラミネーションによる実施例１のものに比べて大きな差があるため、比較例１のものは実施例１のものに比べコスト面で大幅に劣っている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、耐電解液特性、耐溶剤性をそなえ、ヒートシール性、電極端子との接着性、密着性に優れるとともに、生産効率が高く、大幅なコスト低減を達成したポリマー電池用包装材料を使用してなるポリマー電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリマー電池用包装材料の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明のポリマー電池用包装材料の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明で使用する電極端子の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ポリマー電池用包装材料
２複合アルミニウム箔
３アルミニウム箔
４マレイン化ＰＰ層
５押出コートＰＰ層
６耐熱性二軸延伸フィルム層
７ドライ接着剤
８マレイン化ＰＰ層
９電極板
10 マレイン化ＰＰ層
11 電極端子

Claims

アルミニウム箔、無水マレイン酸変性ポリプロピレン層（マレイン化ＰＰ層、以下同じ）およびポリプロピレン層の順で積層された複合アルミニウム箔からなり、マレイン化ＰＰ層はアルミニウム箔にグラビアコートにより０．５〜１ｇ／ｍ ^２の塗布量で塗布されてなり、ポリプロピレン層はマレイン化ＰＰ層上に押出ラミネーション法により形成された１５〜１００μｍ厚さの押出コートポリプロピレン層であり、該複合アルミニウム箔のアルミニウム箔面に耐熱性二軸延伸フィルム層を設けたポリマー電池用包装材料により、電解質を挟むとともに、電極板の両面にマレイン化ＰＰ層を被覆した電極端子をヒートシールしてなることを特徴とするポリマー電池。