JP5047413B2 - 電池外装袋用アルミラミネートフィルム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の外装袋に使用されるアルミラミネートフィルムに係り、特に、電解液による性能低下を防止するためのアルミラミネートフィルムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池の小型軽量化に対する要求に応じ、電池の容器として、従来の筐体に換え、袋体が使用されつつある。また、この袋体の材料には、防水性や遮光性等に優れた、アルミラミネートフィルムが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解液に有機電解質を使用した、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、あるいは電気二重層キャパシタ等の場合、高温等の過酷な環境下では、電解液中のイオンが内側から袋体の合成樹脂フィルムや接着剤層を透過してアルミラミネートフィルム内に浸入し、その結果、アルミラミネートフィルム中のアルミ箔が劣化したり、アルミ箔と内側の合成樹脂層との間の接着強度が低下し、この部分で層間剥離を起こす恐れがあった。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電解液による、上記のようなフィルムの性能低下を防止することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解液に有機電解質を使用した電池の外装袋に使用されるアルミラミネートフィルムであって、アルミ箔の、少なくとも製袋時に上記電池の内部側を向く面に、上記アルミ箔表面の化学変化による表面処理層が形成され、上記表面処理層が、上記アルミ箔表面の水和酸化処理により形成された、アルミニウムの水和酸化物層を有し、更にポリプロピレンからなるシーラント層が積層されていることを特徴としている。
【０００５】
この場合、例えば、上記アルミ箔表面を水和酸化処理し、その結果形成されたアルミニウムの水和酸化物層を上記表面処理層とする。上記水和酸化物層と、上記水和酸化物層表面の陽極酸化により形成された化成処理層とから、上記表面処理層を構成してもよい。
【０００７】
また、上記表面処理層の形成に先立ち、上記アルミ箔表面に形成された酸化皮膜を除去する除去処理を施すことが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係るアルミラミネートフィルムの構造の一例を以下に示す。このアルミラミネートフィルムは、電池の外装袋に使用されるもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム／アルミ箔／シーラント層を、この順序で積層することにより形成されている。
【０００９】
更に、本発明に係るアルミラミネートフィルムでは、アルミ箔の、シーラント層を向く面（製袋時に電池の内部側を向く面）に、アルミ箔表面の化学変化による表面処理層が形成されている。表面処理層を形成するための具体的な処理には、アルミ箔表面の水和酸化処理の他、アルミ電解コンデンサ用アルミ箔に使用される陽極酸化に代表される、いわゆる化成処理、更には、リン酸や有機酸を主成分とする非クロム酸系処理や、リン酸クロメートやクロム酸クロメート等のクロム酸系処理、あるいはリン酸亜鉛系処理等が挙げられる。しかしながら、処理工程で６価クロム等の有害物質を使用しない点では、水和酸化処理や陽極酸化による表面処理層の形成が好ましい。
【００１０】
水和酸化処理による表面処理層の形成に際しては、例えば、アルミ箔に純水ボイルや蒸気処理等の処理を施すことにより、アルミ箔の表面にアルミニウムの水和酸化物層を形成させる方法が採用される。また、陽極酸化による表面処理層の形成に際しては、例えば、ホウ酸系化成液にアルミ箔を浸積し、定電圧化成法や定電流化成法によりアルミ箔の表面に化成処理層を形成させる方法が採用される。アルミ箔の表面に水和酸化物層を形成し、その表面に更に陽極酸化による化成処理層を形成してもよい。
【００１１】
この場合、アルミ箔とシーラント層との接着性向上のためには、表面処理層の形成に先立ち、大気中の酸素との反応によりアルミ箔表面に形成された酸化皮膜を除去する除去処理を施すことが望ましい。除去処理を施したアルミ箔にシーラント層を積層しただけでも、除去処理を施さずにアルミ箔にシーラント層を積層した場合に比して、アルミ箔とシーラント層との接着性が向上する。具体的な除去処理としては、例えば水酸化ナトリウムを始めとするアルカリ水溶液によるアルミ箔表面の洗浄が挙げられる。
【００１２】
また、ＰＥＴフィルムとアルミ箔との接着には、ウレタン系接着剤やエポキシ系接着剤等によるドライラミネートや低密度ポリエチレン等による押出ラミネート等の公知の方法が使用可能である。
【００１３】
アルミ箔とシーラント層との接着には、溶融したシーラント樹脂を直接積層する押出ラミネートや、ウレタン系接着剤等によるドライラミネート等が使用可能である。ドライラミネート用接着剤としてエポキシ系接着剤を使用する場合、クロム化合物が添加されたエポキシ系塗料を接着剤として用いると、良好な接着性が得られる。また、押出ラミネートやドライラミネートの他、酸変性ポリオレフィン系接着剤を塗布し、乾燥させた後にシーラント層を熱圧着する方法や、熱接着性樹脂である酸変性ポリオレフィン系樹脂の層やフィルムを介してシーラント層を熱圧着する方法等も使用可能である。これらの方法のうち、電解液または電解液中のイオンがシーラント層を透過して接着剤層に影響し、アルミ箔とシーラント層との接着強度が低下することがあるので、シーラント層を、接着剤を使用することなく直接接着することが望ましい。直接的な接着方法としては、上記の熱接着の他、押出ラミネートにて接着する場合には、ラミネータの冷却ロールに高温の液体を流したり、アルミ箔とシーラント層の少なくとも一方を加熱しながらラミネータに送る等の方法がある。
【００１４】
熱圧着に使用される上記酸変性ポリオレフィン系接着剤は、エチレンやプロピレンを主鎖に持つ重合体や、これら及び／または他のモノマーとの共重合体をカルボン酸等により酸変性させ、必要に応じ溶剤に分散させてなるもので、具体的には、ポリエチレンやポリプロピレンを無水マレイン酸等で変性させた樹脂を高沸点脂肪族炭化水素に分散させてなる接着剤が使用可能である。このような接着剤は、例えば金属箔と樹脂層との熱接着に使用されるヒートシール用フィルムやヒートシール剤として公知のもので、医薬品用包装材であるＰＴＰ（プレススルーパック）用のヒートシール剤としても使用されている。これら接着剤の塗工量は、通常、乾燥重量で０．１〜５ｇ／ｍ2程度が適当である。一方、熱圧着に使用する上記熱接着性フィルムには、エチレンやプロピレンを主鎖に持つ重合体や、これら及び／または他のモノマーとの共重合体を無水マレイン酸等のカルボン酸により変性させた樹脂をフィルム化したもの等が使用可能である。
【００１５】
また、シーラント層には、通常、ポリオレフィン系樹脂が使用される。ポリオレフィン系樹脂には、ポリプロピレンやＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ等のポリエチレン、及びこれらにカルボキシル基が導入されたもの等が使用可能であるが、耐熱性や接着安定性等を考慮すると、ポリプロピレンの使用が望ましい。特に、上記したように、アルミ箔とシーラント層とを酸変性ポリオレフィン系樹脂層による熱圧着にて接着する場合、シーラント層及びポリオレフィン系樹脂の双方が、ポリプロピレン系樹脂を含有していると接着強度が向上する。
【００１６】
フィルムの物理的強度を向上させる目的で、ＰＥＴフィルムとアルミ箔との間にナイロンシートを介在させてもよい。この場合、ＰＥＴフィルムとナイロンシート及びナイロンシートとアルミ箔との接着に際しては、上記のような公知の接着剤や接着方法が使用可能である。
【００１７】
上記構成を有するアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用する場合には、アルミ箔に形成された表面処理層が内部側を向くよう袋体を製袋し、形成された袋体内に電極や電解質等から構成される電池の本体を格納後、袋体を閉鎖する。こうして得られた電池の電解液に有機電解質を使用した場合、高温等の過酷な環境下では、上記従来の電池と同様、電解液中のイオンが（ポリオレフィン系樹脂層及び）シーラント層を透過して袋体内に浸入するが、アルミ箔には表面処理層が形成されているので、アルミ箔が劣化することはない。
【００１８】
また、アルミ箔に表面処理層が形成されていると、電解液が浸入してもアルミ箔とシーラント層との間の接着強度が低下せず、よって層間剥離も起こらない。すなわち、上記構成を有するアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用することにより、電解液に有機電解質を使用した場合でも、電解液によるフィルムの性能低下が防止される。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の効果について説明する。実施例、参考例及び比較例として、ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ウレタン系接着剤層（厚さ３μｍ）／アルミ箔（厚さ４０μｍ）／イ層（表面処理層）／ロ層（接着剤層、厚さ３μｍ）／キャストポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム（シーラント層、厚さ５０μｍ）からなる計１３種のアルミラミネートフィルムを形成した。ここで、個々のアルミラミネートフィルムにおける上記イ層及びロ層の組成（並びにイ層における表面処理方法）は、下記の表１に示す通りである。
【００２０】
次いで、上記１３種のアルミラミネートフィルムを使用し、ＣＰＰフィルムを最内層とする内寸４０ｍｍ×５０ｍｍの三方袋を製袋し、個々の袋体内に電解液（エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合液にＬｉＰＦ6の電解塩が混合されたもの。商品名：三菱化学（株）製ソルライト）約２ｇを封入した後、８０℃のオーブン内に３００時間放置した。そして、加熱処理前後のアルミラミネートフィルムのヒートシール部をそれぞれ１５ｍｍ幅に裁断し、引っ張り強度試験機にて、速度３００ｍｍ／分における引っ張り強度を調査するとともに、加熱処理後における層間剥離の有無を調査した。
【００２１】
各アルミラミネートフィルムの組成及び袋体に対する調査結果を表１に示す。
【表１】
【００２２】
表１の調査結果から、本発明の実施例に示すアルミラミネートフィルムを使用した場合には、加熱処理による引っ張り強度の低下は少なく、かつ層間剥離も観察されなかったのに対し、比較例に示すアルミラミネートフィルムを使用した場合には、加熱処理後により引っ張り強度が著しく低下し、かつ層間剥離が生じていることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係るアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用することにより、電解液が浸入してもアルミ箔が劣化せず、かつアルミ箔と内側のシーラント層との間の接着強度の低下も少ないため、層間剥離が起こりにくくなる。従って、本発明に係るアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用することにより、電解液に有機電解質を使用した場合でも、電解液によるフィルムの性能低下が防止される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の外装袋に使用されるアルミラミネートフィルムに係り、特に、電解液による性能低下を防止するためのアルミラミネートフィルムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池の小型軽量化に対する要求に応じ、電池の容器として、従来の筐体に換え、袋体が使用されつつある。また、この袋体の材料には、防水性や遮光性等に優れた、アルミラミネートフィルムが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解液に有機電解質を使用した、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、あるいは電気二重層キャパシタ等の場合、高温等の過酷な環境下では、電解液中のイオンが内側から袋体の合成樹脂フィルムや接着剤層を透過してアルミラミネートフィルム内に浸入し、その結果、アルミラミネートフィルム中のアルミ箔が劣化したり、アルミ箔と内側の合成樹脂層との間の接着強度が低下し、この部分で層間剥離を起こす恐れがあった。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電解液による、上記のようなフィルムの性能低下を防止することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解液に有機電解質を使用した電池の外装袋に使用されるアルミラミネートフィルムであって、アルミ箔の、少なくとも製袋時に上記電池の内部側を向く面に、上記アルミ箔表面の化学変化による表面処理層が形成され、上記表面処理層が、上記アルミ箔表面の水和酸化処理により形成された、アルミニウムの水和酸化物層を有し、更にポリプロピレンからなるシーラント層が積層されていることを特徴としている。
【０００５】
この場合、例えば、上記アルミ箔表面を水和酸化処理し、その結果形成されたアルミニウムの水和酸化物層を上記表面処理層とする。上記水和酸化物層と、上記水和酸化物層表面の陽極酸化により形成された化成処理層とから、上記表面処理層を構成してもよい。
【０００７】
また、上記表面処理層の形成に先立ち、上記アルミ箔表面に形成された酸化皮膜を除去する除去処理を施すことが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係るアルミラミネートフィルムの構造の一例を以下に示す。このアルミラミネートフィルムは、電池の外装袋に使用されるもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム／アルミ箔／シーラント層を、この順序で積層することにより形成されている。
【０００９】
更に、本発明に係るアルミラミネートフィルムでは、アルミ箔の、シーラント層を向く面（製袋時に電池の内部側を向く面）に、アルミ箔表面の化学変化による表面処理層が形成されている。表面処理層を形成するための具体的な処理には、アルミ箔表面の水和酸化処理の他、アルミ電解コンデンサ用アルミ箔に使用される陽極酸化に代表される、いわゆる化成処理、更には、リン酸や有機酸を主成分とする非クロム酸系処理や、リン酸クロメートやクロム酸クロメート等のクロム酸系処理、あるいはリン酸亜鉛系処理等が挙げられる。しかしながら、処理工程で６価クロム等の有害物質を使用しない点では、水和酸化処理や陽極酸化による表面処理層の形成が好ましい。
【００１０】
水和酸化処理による表面処理層の形成に際しては、例えば、アルミ箔に純水ボイルや蒸気処理等の処理を施すことにより、アルミ箔の表面にアルミニウムの水和酸化物層を形成させる方法が採用される。また、陽極酸化による表面処理層の形成に際しては、例えば、ホウ酸系化成液にアルミ箔を浸積し、定電圧化成法や定電流化成法によりアルミ箔の表面に化成処理層を形成させる方法が採用される。アルミ箔の表面に水和酸化物層を形成し、その表面に更に陽極酸化による化成処理層を形成してもよい。
【００１１】
この場合、アルミ箔とシーラント層との接着性向上のためには、表面処理層の形成に先立ち、大気中の酸素との反応によりアルミ箔表面に形成された酸化皮膜を除去する除去処理を施すことが望ましい。除去処理を施したアルミ箔にシーラント層を積層しただけでも、除去処理を施さずにアルミ箔にシーラント層を積層した場合に比して、アルミ箔とシーラント層との接着性が向上する。具体的な除去処理としては、例えば水酸化ナトリウムを始めとするアルカリ水溶液によるアルミ箔表面の洗浄が挙げられる。
【００１２】
また、ＰＥＴフィルムとアルミ箔との接着には、ウレタン系接着剤やエポキシ系接着剤等によるドライラミネートや低密度ポリエチレン等による押出ラミネート等の公知の方法が使用可能である。
【００１３】
アルミ箔とシーラント層との接着には、溶融したシーラント樹脂を直接積層する押出ラミネートや、ウレタン系接着剤等によるドライラミネート等が使用可能である。ドライラミネート用接着剤としてエポキシ系接着剤を使用する場合、クロム化合物が添加されたエポキシ系塗料を接着剤として用いると、良好な接着性が得られる。また、押出ラミネートやドライラミネートの他、酸変性ポリオレフィン系接着剤を塗布し、乾燥させた後にシーラント層を熱圧着する方法や、熱接着性樹脂である酸変性ポリオレフィン系樹脂の層やフィルムを介してシーラント層を熱圧着する方法等も使用可能である。これらの方法のうち、電解液または電解液中のイオンがシーラント層を透過して接着剤層に影響し、アルミ箔とシーラント層との接着強度が低下することがあるので、シーラント層を、接着剤を使用することなく直接接着することが望ましい。直接的な接着方法としては、上記の熱接着の他、押出ラミネートにて接着する場合には、ラミネータの冷却ロールに高温の液体を流したり、アルミ箔とシーラント層の少なくとも一方を加熱しながらラミネータに送る等の方法がある。
【００１４】
熱圧着に使用される上記酸変性ポリオレフィン系接着剤は、エチレンやプロピレンを主鎖に持つ重合体や、これら及び／または他のモノマーとの共重合体をカルボン酸等により酸変性させ、必要に応じ溶剤に分散させてなるもので、具体的には、ポリエチレンやポリプロピレンを無水マレイン酸等で変性させた樹脂を高沸点脂肪族炭化水素に分散させてなる接着剤が使用可能である。このような接着剤は、例えば金属箔と樹脂層との熱接着に使用されるヒートシール用フィルムやヒートシール剤として公知のもので、医薬品用包装材であるＰＴＰ（プレススルーパック）用のヒートシール剤としても使用されている。これら接着剤の塗工量は、通常、乾燥重量で０．１〜５ｇ／ｍ2程度が適当である。一方、熱圧着に使用する上記熱接着性フィルムには、エチレンやプロピレンを主鎖に持つ重合体や、これら及び／または他のモノマーとの共重合体を無水マレイン酸等のカルボン酸により変性させた樹脂をフィルム化したもの等が使用可能である。
【００１５】
また、シーラント層には、通常、ポリオレフィン系樹脂が使用される。ポリオレフィン系樹脂には、ポリプロピレンやＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ等のポリエチレン、及びこれらにカルボキシル基が導入されたもの等が使用可能であるが、耐熱性や接着安定性等を考慮すると、ポリプロピレンの使用が望ましい。特に、上記したように、アルミ箔とシーラント層とを酸変性ポリオレフィン系樹脂層による熱圧着にて接着する場合、シーラント層及びポリオレフィン系樹脂の双方が、ポリプロピレン系樹脂を含有していると接着強度が向上する。
【００１６】
フィルムの物理的強度を向上させる目的で、ＰＥＴフィルムとアルミ箔との間にナイロンシートを介在させてもよい。この場合、ＰＥＴフィルムとナイロンシート及びナイロンシートとアルミ箔との接着に際しては、上記のような公知の接着剤や接着方法が使用可能である。
【００１７】
上記構成を有するアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用する場合には、アルミ箔に形成された表面処理層が内部側を向くよう袋体を製袋し、形成された袋体内に電極や電解質等から構成される電池の本体を格納後、袋体を閉鎖する。こうして得られた電池の電解液に有機電解質を使用した場合、高温等の過酷な環境下では、上記従来の電池と同様、電解液中のイオンが（ポリオレフィン系樹脂層及び）シーラント層を透過して袋体内に浸入するが、アルミ箔には表面処理層が形成されているので、アルミ箔が劣化することはない。
【００１８】
また、アルミ箔に表面処理層が形成されていると、電解液が浸入してもアルミ箔とシーラント層との間の接着強度が低下せず、よって層間剥離も起こらない。すなわち、上記構成を有するアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用することにより、電解液に有機電解質を使用した場合でも、電解液によるフィルムの性能低下が防止される。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の効果について説明する。実施例、参考例及び比較例として、ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ウレタン系接着剤層（厚さ３μｍ）／アルミ箔（厚さ４０μｍ）／イ層（表面処理層）／ロ層（接着剤層、厚さ３μｍ）／キャストポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム（シーラント層、厚さ５０μｍ）からなる計１３種のアルミラミネートフィルムを形成した。ここで、個々のアルミラミネートフィルムにおける上記イ層及びロ層の組成（並びにイ層における表面処理方法）は、下記の表１に示す通りである。
【００２０】
次いで、上記１３種のアルミラミネートフィルムを使用し、ＣＰＰフィルムを最内層とする内寸４０ｍｍ×５０ｍｍの三方袋を製袋し、個々の袋体内に電解液（エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合液にＬｉＰＦ6の電解塩が混合されたもの。商品名：三菱化学（株）製ソルライト）約２ｇを封入した後、８０℃のオーブン内に３００時間放置した。そして、加熱処理前後のアルミラミネートフィルムのヒートシール部をそれぞれ１５ｍｍ幅に裁断し、引っ張り強度試験機にて、速度３００ｍｍ／分における引っ張り強度を調査するとともに、加熱処理後における層間剥離の有無を調査した。
【００２１】
各アルミラミネートフィルムの組成及び袋体に対する調査結果を表１に示す。
【表１】
表１の調査結果から、本発明の実施例に示すアルミラミネートフィルムを使用した場合には、加熱処理による引っ張り強度の低下は少なく、かつ層間剥離も観察されなかったのに対し、比較例に示すアルミラミネートフィルムを使用した場合には、加熱処理後により引っ張り強度が著しく低下し、かつ層間剥離が生じていることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係るアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用することにより、電解液が浸入してもアルミ箔が劣化せず、かつアルミ箔と内側のシーラント層との間の接着強度の低下も少ないため、層間剥離が起こりにくくなる。従って、本発明に係るアルミラミネートフィルムを電池の外装袋に使用することにより、電解液に有機電解質を使用した場合でも、電解液によるフィルムの性能低下が防止される。
Claims (4)
- 電解液に有機電解質を使用した電池の外装袋に使用されるアルミラミネートフィルムであって、
アルミ箔の、少なくとも製袋時に上記電池の内部側を向く面に、上記アルミ箔表面の化学変化による表面処理層が形成され、上記表面処理層が、上記アルミ箔表面の水和酸化処理により形成された、アルミニウムの水和酸化物層を有し、
更にポリプロピレンからなるシーラント層が積層されていることを特徴とする電池外装袋用アルミラミネートフィルム。 - 上記表面処理層が、上記アルミ箔表面の水和酸化処理により形成されたアルミニウムの水和酸化物層であることを特徴とする請求項１に記載の電池外装袋用アルミラミネートフィルム。
- 上記表面処理層が、上記アルミ箔表面の水和酸化処理により形成されたアルミニウムの水和酸化物層と、この水和酸化物層表面の陽極酸化により形成された化成処理層とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池外装袋用アルミラミネートフィルム。
- 上記表面処理層の形成に先立ち、上記アルミ箔表面に形成された酸化皮膜を除去する除去処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池外装袋用アルミラミネートフィルム。
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| JP25958699 | 1999-09-13 | ||
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| JP2000131764A JP5047413B2 (ja) | 1999-09-13 | 2000-04-28 | 電池外装袋用アルミラミネートフィルム |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| JPH11242953A (ja) * | 1997-12-24 | 1999-09-07 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 粗化電極端子を有する電池 |
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2000
- 2000-04-28 JP JP2000131764A patent/JP5047413B2/ja not_active Expired - Lifetime
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