JP5092190B2 - Battery packaging material and battery using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体または固体有機電解質(高分子ポリマー電解質)を持つ電池、または燃料電池、コンデンサ、キャパシタ等に用いられる防湿性、耐内容物性を有する電池用包装材料に関する。
前記電池の外装体としては、金属をプレス加工して円筒状または直方体状に容器化した金属製缶、あるいは、プラスチックフィルム、金属箔等のラミネートにより得られる複合フィルムからなる積層体を袋状にしたもの(以下、外装体)が用いられていた。
電池の外装体として、次のような問題があった。金属製缶においては、容器外壁がリジッドであるため、電池自体の形状が決められてしまう。そのため、ハード側を電池にあわせる設計をするため、該電池を用いるハードの寸法が電池により決定されてしまい形状の自由度が少なくなる。
そのため、前記袋状の外装体を用いる傾向にある。前記外装体の材質構成は、例えば、電池としての必要な物性、加工性、経済性等から、少なくとも基材層、バリア層、接着樹脂層、シーラント層と前記各層を接着する接着層、および保護層からなり、必要に応じて中間層を設けることがある。
電池の前記構成の積層体からパウチを形成し、または、少なくとも片面をプレス成形して電池の収納部を形成して電池本体を収納し、パウチタイプまたは、エンボスタイプ(蓋体を被覆して)において、それぞれの周縁の必要部分をヒートシールにより密封することによって電池とする。
前記シーラント層としては、シーラント層同士のヒートシール性とともにリード線(金属)に対してもヒートシール性を有することが求められ、金属接着性を有する酸変性ポリオレフィン樹脂等をシーラント層(シーラント層が多層構成の場合にはその最内樹脂層)とすることでリード線部との密着性は確保される。
【0002】
しかし、酸変性ポリオレフィン樹脂を外装体のヒートシール層として積層すると、一般的なポリオレフィン樹脂と比較してその加工性が劣ること、また、コストが高いこと等のために、外装体のヒートシール層として一般的なポリオレフィン樹脂層とし、リード線部にヒートシール層とリード線との両方に熱接着可能なリード線用フィルムを介在させる方法が採用されていた。
また、電池用包装材料として、前記基材層、バリア層、接着樹脂層、シーラント層からなる構成において、シーラント層をポリプロピレン系樹脂から形成させた場合に、バリア層と該シーラント層との積層における接着樹脂層として、酸変性ポリプロピレンを用いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
接着樹脂層としての酸変性ポリプロピレン樹脂は、押出ラミネーターにおいて、
加熱熔融状態として加圧され、T型ダイスからバリア層とシーラント層となるフィルムとの間に押出し製膜されサンドイッチラミネートされて積層体を形成する。あるいは、シーラント層を形成する樹脂とともに共押出ラミネート法により積層体を形成することもある。
前記接着樹脂層として、T型ダイスから酸変性ポリプロピレンを押出す際に、押出速度を確保するために高いメルトインデックス(以下、高MI)を有する酸変性ポリプロピレン(以下、PPa)を用い、高MIのPPa単体樹脂では、押出しにおいてネックインが大きく製膜性が悪かった。一方、低メルトインデックス(以下、低MI)のPPaを用いた場合には、ネックインの問題は解消するが、押出速度が上がらず、生産性が悪かった。
そのため、通常、前記高MIのPPaに適量の低密度ポリエチレン(以下、LDPE)およびエチレンとプロピレンとの共重合体やエチレンとブテンとの共重合体や、ブタジエン等の樹脂成分をブレンドすることによって、製膜性を安定させていた。
しかし、前記、各樹脂を接着樹脂層として積層した包装材料を電池用包装材料として包装した場合、酸変性ポリプロピレン樹脂と他のブレンドされた樹脂との界面でクラックが発生することがあり、このクラックが発生するとそのクラックから電解液が浸透するようになる。この時、電解液がバリア層と直接接触する場合があり、これにより電池本体、リード線の金属、バリア層間の絶縁性が壊れ、電位差が発生し、バリア層に腐食による貫通孔が形成されたり、デンドライトと呼ばれる電解質である金属イオンの反応物が形成されたりすることで電池の寿命が短くなる。
本発明の目的は、基材層、バリア層、保護層、接着樹脂層、シーラントからなる電池用包装材料において、生産性がよく、耐内容物性の良好な積層体構成を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、以下の本発明により解決することができる。請求項1に記載した発明は、電池本体を挿入し周縁部をヒートシールにより密封する電池の外装体を形成する包装材料が、少なくとも基材層、接着層、アルミニウム、化成処理層、接着樹脂層、金属に対して接着性を持たないポリプロピレン系樹脂シーラント層単層から構成される積層体であって、前記接着樹脂層が、メルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンである不飽和カルボン酸グラフトポリプロピレンからなることを特徴とする電池用包装材料からなる。請求項2に記載した発明は、電池本体を挿入し周縁部をヒートシールにより密封する電池の外装体を形成する包装材料が、少なくとも基材層、接着層、化成処理層、アルミニウム、化成処理層、接着樹脂層、金属に対して接着性を持たないポリプロピレン系樹脂シーラント層単層から構成される積層体であって、前記接着樹脂層が、メルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンである不飽和カルボン酸グラフトポリプロピレンからなることを特徴とする電池用包装材料からなる。請求項3に記載した発明は、電池本体が請求項1または請求項2に記載した電池用包装材料により形成された外装体に収納され密封された電池からなる。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明の電池用包装材料は、少なくとも基材層、接着層、アルミニウム、化成処理層、接着樹脂層、ポリプロピレン系樹脂シーラント層を酸変性ポリオレフィン層とするシーラント層から構成される電池の外装体において、接着樹脂層をメルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンとすることによって、接着樹脂層に発生するマイクロクラックを防止し、製膜性を安定化するものである。以下、図面等を参照して詳細に説明する。
【0006】
図1は、本発明の電池用包装材料を説明する図で、(a)電池用包装材料の層構成例を示した断面図、(b)電池用包装材料の別の層構成例を示した断面図である。図2は、本発明の電池用包装材料のシーラントの層構成を説明する断面図である。図3は、電池のパウチタイプの外装体を説明する斜視図である。図4は。電池のエンボスタイプの外装体を説明する斜視図である。図5は、エンボスタイプにおける成形を説明する、(a)斜視図、(b)エンボス成形された外装体本体、(c)X1−X1部断面図、(d)Y1部拡大図である。図6は、電池用包装材料とリード線との接着におけるリード線用フィルムの装着方法を説明する図である。
【0007】
電池用包装材料の積層加工において、バリア層とシーラント層とを酸変性ポリプロピレン樹脂を接着樹脂層としてサンドイッチラミネート法または共押出ラミネート法により貼り合わせる際に、熔融した酸変性ポリプロピレン樹脂をTダイから被ラミネート材に押出す際に、メルトインデックス(以下MI)が7から30g/10分と大きな酸変性ポリプロピレン(以下 高MIPPa)であると、ネックインが大きく製膜がしにくい、また、MIが0.3から3g/10分と小さな酸変性ポリプロピレン(以下 低MIPPa)を用いると製膜速度が低下する問題があった。その対策として、従来、高MIPPa樹脂に低密度ポリエチレン(以下LDPE)をブレンドしていた。
しかし、前記ブレンド樹脂を接着樹脂層としてシーラント層を積層して得られた積層体を電池用包装材料として、エンボス加工して外装体を形成し、リチウムイオン電池の外装体として、電池本体を密封包装すると、エンボス加工され引き伸ばされた接着樹脂層の酸変性ポリプロピレン樹脂と他のブレンドされた樹脂との界面でクラックが発生し、このクラックが発生するとそのクラックから電解液が浸透するようになる。この時、電解液がバリア層と直接接触場合があり、これにより電池本体、リード線の金属、バリア層間の絶縁性が壊れ、電位差が発生し、バリア層に腐食による貫通孔が形成されたり、デンドライトと呼ばれる電解質である金属イオンの反応物が形成されたりすることで電池の寿命が短くなることがあった。すなわちエンボス加工における接着樹脂層が、図7(a)または図7(b)に示すように、高MIのPPaR1とLDPER5とが海島構造となり、LDPER5の周縁にマイクロクラックMCが形成され、前記接着樹脂層13に発生したマイクロクラックMCの部分に電解液が浸透し絶縁性を悪化させまたバリア層表面に到達し、バリア層を腐食させたり、電解液との反応物を発生させる原因となっていることが確認できた。
【0008】
本発明者らは前記バリア層の腐食について、鋭意研究の結果、前記接着樹脂層を構成する高MIPPa樹脂とLDPE樹脂とが、図7(a)および図7(b)に示すように海島構造となり、高MIのPPaR1とLDPER5の伸びの違いから低密度ポリエチレンの表面に微小な割れ目(以下、マイクロクラックMC)が発生し、この現象が接着性樹脂の絶縁性を悪化させ、また、バリア層を腐食させたり、電解液との反応物を発生させる原因となっていることが確認できた。また、このMCは目視確認により、白化現象として確認できる。さらに研究の結果、接着樹脂層13を形成する樹脂組成として、メルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンとすることによって、前記マイクロクラックMCの発生を防止し得ることを見出し本発明を完成するに到った。
【0009】
本発明の電池用包装材料における接着樹脂層を形成する樹脂のメルトインデックス(以下、MIと記載)は、JIS K7210により測定された値により区別することができる。
本発明におけるPPaとしては、MIが5〜305g/分のものが好ましい。、また熔融張力は230℃、オリフィス径2mmφ、押出し速度20mm/分、引取り速度3.14m/分の時に0.5cN以上あればよい。
MIが5g/分以上で、熔融張力が0.5未満の場合、ラミネート加工時の樹脂押出しの際、ネックインが大きく、生産性が悪くなり、また押出し膜の厚みのバラツキが大きくなりいわゆる巻ズレやタケノコ状の巻取りになってしまう。
本発明において、接着樹脂層を形成する樹脂を、メルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンとすることによって、接着性樹脂にLDPEを添加せずに製膜できるため、エンボス加工時に、高MI樹脂と低密度ポリエチレン樹脂との界面に発生する前記マイクロクラックが発生しない。その結果、マイクロクラックによる電解液の浸透がなくなるため接着性樹脂の絶縁性が保たれ、バリア層を腐食させたり、電解液との反応物を発生しなくなる。
また、ラミネート加工時の樹脂押出の際、ネックインを防止でき、膜厚が安定して生産性が向上し、巻ズレがなくタケノコ状の巻取になることもない。
【0010】
本発明において接着樹脂として用いる酸変性ポリプロピレン樹脂としては、不飽和カルボン酸がグラフトされたランダムタイプポリプロピレン、ホモタイプポリプロピレン、または、ブロックタイプポリプロピレンおよびプロピレンとエチレンとブテンとの共重合体であるターポリマー樹脂等である。
前記酸変性ポリプロピレン樹脂には、ブテン成分、エチレンとブテンとプロピレンの3成分共重合体からなるターポリマー成分、密度が900kg/m3の低結晶のエチレンとブテンの共重合体、非晶性のエチレンとプロピレンの共重合体、プロピレンα・オレフィン共重合体成分、ブタジエン等の樹脂を添加できる。
また、酸変性ポリプロピレンの熔融張力を上げるには、低MIのポリプロピレン樹脂または酸変性ポリプロピレン樹脂を添加したり、熱、電子線等による架橋処理したプロピレンα・オレフィン共重合体をブレンドしてもよよい。また別の方法としては、接着性樹脂である酸変性ポリプロピレン樹脂を熱、電子線等による架橋処理しても効果がある。
【0011】
以上述べたように、接着樹脂層に用いる樹脂を、MIが5〜30g/10分、熔融張力0.5cN以上の酸変性ポリプロピレン樹脂とすることによって、押出製膜時のネックインが小さくなって問題なく製膜できる。また、接着樹脂層にマイクロクラックが入らずアルミニウムの腐食を防止し得る層となった。
【0012】
本発明の電池用包装材料は、図1(a)に示すように、少なくとも基材層11、接着層16、アルミニウム12、化成処理層15、接着層13d、多層シーラント層14から構成される積層体であり、また、後述する外装体がエンボスタイプの場合には、図1(b)に示すように、前記積層体が基材層11、接着層16、化成処理層15(1)、アルミニウム12、化成処理層15(2)、接着層13d、多層シーラント層14とすることが望ましい。
【0013】
本発明においては、電池用包装材料を積層する場合にバリア層に設けた化成処理層とシーラント層との接着は、接着樹脂層を用いるサンドイッチラミネート法または共押出ラミネート法による。
この場合、リチウムイオン電池等における電解液と水分との反応により発生するフッ化水素酸などによるデラミネーション防止のために、以下に述べる接着安定化処理を行うことが望ましい。
【0014】
例えば、図1(a)に示すように、基材層11とバリア層12の片面とをドライラミネート16し、バリア層12の他の面(化成処理層15)に、酸変性ポリオレフィン13を押出してシーラント層14をサンドイッチラミネートする場合、または、酸変性ポリオレフィン樹脂13とシーラント層14とを共押出しして積層体とした後、得られた積層体を前記酸変性ポリプロピレン樹脂13の軟化点以上になる条件に加熱することによって、所定の接着強度を有する積層体とすることができる。
バリア層野表面の化成処理層は、図1(b)に示すように、バリア層の両面に設けてもよい。
前記加熱の具体的な方法としては、熱ロール接触式、熱風式、近または遠赤外線等の方法があるが、本発明においてはいずれの加熱方法でもよく、前述のように、接着樹脂がその軟化点温度以上に加熱できればよい。
【0015】
また、別の方法としては、前記、サンドイッチラミネートまたは共押出しラミネートの際に、アルミニウム12のシーラント層側の表面温度が酸変性ポリプロピレン樹脂の軟化点に到達する条件に加熱することによっても接着強度の安定した積層体とすることができる。
【0016】
本発明のシーラント層に用いるポリプロピレンとしては、ホモタイプポリプロピレン、ランダムタイプポリプロピレン、ブロックタイプポリプロピレン、プロピレンとエチレンとブテンとの共重合体であるターポリマー樹脂を用いることができる。また、酸変性ポリプロピレンを用いることもできる。酸変性ポリプロピレン樹脂としては、不飽和カルボン酸がグラフトされたランダムタイプポリプロピレン、ホモタイプポリプロピレン、または、ブロックタイプポリプロピレン、プロピレンとエチレンとブテンとの共重合体であるターポリマー樹脂を用いることができる。
また、シーラント層は、前記の樹脂からなる単層でもよいが、また、前記樹脂の中から選択される2種の樹脂からなる多層フィルム、例えば、図2(a)に示すようにS2、S3からなる2層あるいは図2(b)に示すようにS1、S2、S3からなる3層であってもよい。
【0017】
電池のリード線としては、細長の板状または棒状の金属からなり、板状のリード線としては、厚さが50〜2000μm、 巾 が2.5〜20mm程度であって、その材質としては、 AL、Cu(Niメッキを含む)、Ni、等である。
【0018】
本発明の電池用包装材料のシーラント層として、前記酸変性ポリプロピレン系樹脂を用いる場合、酸変性ポリプロピレンは、金属に対する接着性があり、リード線に対するヒートシールが可能であるが、金属に対して接着性を持たないポリプロピレン系樹脂からなるシーラント層とする場合には、密封シール時に、電池リード線部と外装体との間に、シーラント層とリード線との双方にヒートシール性を有するリード線用フィルムを介在させる必要がある。
外装体5とリード線4との間にリード線用フィルム6を介在させるがその具体的方法は、例えば、図6(a)および図6(b)に示すように、電池本体2のリード線4の密封シール部の上下にリード線用フィルム6をおいて(実際には仮着シールにより固定して)外装体5に挿入しリード線部を挟持した状態でヒートシールすることによって密封する。リード線用フィルム6のリード線4への介在方法として、図6(d)または図6(e)に示すように、リード線4の所定の位置にリード線用フィルム6のフィルムを巻き付けてもよい。
【0019】
前記リード線用フィルムを用いる場合、具体的には、前記シーラント層とリード線の何れにも熱接着性を有する酸変性ポリプロピレンからなるフィルム等を用いる。酸変性ポリプロピレン樹脂としては、不飽和カルボングラフトポリプロピレン等を用いることができる。
【0020】
該リード線用フィルム20の層厚は、使用されるリード線の厚さの1/3以上有ればよく、例えば、100μmの厚さのリード線であれば、リード線用フィルム20の総厚は概ね30μm以上あればよい。
【0021】
電池用包装材料は電池本体を包装する外装体を形成するものであって、その外装体の形式によって、図3に示すようなパウチタイプと、図4(a)、図4(b)または図4(c)に示すようなエンボスタイプとがある。前記パウチタイプには、三方シール、四方シール等およびピロータイプ等の袋形式があるが、図3は、ピロータイプとして例示している。
エンボスタイプは、図4(a)に示すように、片面に凹部を形成してもよいし、図4(b)に示すように、両面に凹部を形成して電池本体を収納して周縁の四方をヒートシールして密封してもよい。また、図4(c)に示すような折り部をはさんで両側に凹部形成して、電池を収納して3辺をヒートシールする形式もある。
電池用包装材料をエンボスタイプとする場合、図5(a)〜図5(d)に示すように、積層された包装材料10をプレス成形して凹部7を形成する。
【0022】
次に、本発明の電池用包装材料を構成する各層について説明する。
外装体における前記基材層11は、延伸ポリエステルまたはナイロンフィルムからなるが、この時、ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート等が挙げられる。またナイロンとしては、ポリアミド樹脂、すなわち、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体、ナイロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)等が挙げられる。
前記基材層11は、電池として用いられる場合、ハードと直接接触する部位であるため、基本的に絶縁性を有する樹脂層がよい。フィルム単体でのピンホールの存在、および加工時のピンホールの発生等を考慮すると、基材層は6μm以上の厚さが必要であり、好ましい厚さとしては12〜30μmである。
【0023】
基材層11は耐ピンホール性および電池の外装体とした時の絶縁性を向上させるために、積層化することも可能である。
基材層を積層体化する場合、基材層が2層以上の樹脂層を少なくとも一つを含み、各層の厚みが6μm以上、好ましくは、12〜30μmである。基材層を積層化する例としては、次の1)〜8)が挙げられる。
1)延伸ポリエチレンテレフタレート/延伸ナイロン
2)延伸ナイロン/延伸延伸ポリエチレンテレフタレート
また、包装材料の機械適性(包装機械、加工機械の中での搬送の安定性)、表面保護性(耐熱性、耐電解質性)、2次加工とて電池用の外装体をエンボスタイプとする際に、エンボス時の金型と基材層との摩擦抵抗を小さくする目的あるいは電解液が付着した場合に基材層を保護するために、基材層を多層化、基材層表面にフッ素系樹脂層、アクリル系樹脂層、シリコーン系樹脂層、ポリエステル系樹脂層、またはこれらのブレンド物からなる樹脂層等を設けることが好ましい。
例えば、
3)フッ素系樹脂/延伸ポリエチレンテレフタレート(フッ素系樹脂は、フィルム状物、または液状コーティング後乾燥で形成)
4)シリコーン系樹脂/延伸ポリエチレンテレフタレート(シリコーン系樹脂は、フィルム状物、または液状コーティング後乾燥で形成)
5)フッ素系樹脂/延伸ポリエチレンテレフタレート/延伸ナイロン
6)シリコーン系樹脂/延伸ポリエチレンテレフタレート/延伸ナイロン
7)アクリル系樹脂/延伸ナイロン(アクリル系樹脂はフィルム状、または液状コーティング後乾燥で硬化)
8)アクリル系樹脂+ポリシロキサングラフト系アクリル樹脂/延伸ナイロン(アクリル系樹脂はフィルム状、または液状コーティング後乾燥で硬化)
【0024】
前記バリア層12は、外部から電池の内部に特に水蒸気が浸入することを防止するための層で、バリア層単体のピンホール、および加工適性(パウチ化、エンボス成形性)を安定化し、かつ耐ピンホールをもたせるために厚さ15μm以上のアルミニウム、ニッケルなどの金属、または、無機化合物、例えば、酸化珪素、アルミナ等を蒸着したフィルムなども挙げられるが、バリア層として好ましくは厚さが20〜80μmのアルミニウムとする。
ピンホールの発生をさらに改善し、電池の外装体のタイプをエンボスタイプとする場合、エンボス成形におけるクラックなどの発生のないものとするために、本発明者らは、バリア層として用いるアルミニウムの材質が、鉄含有量が0.3〜9.0重量%、好ましくは0.7〜2.0重量%とすることによって、鉄を含有していないアルミニウムと比較して、アルミニウムの展延性がよく、積層体として折り曲げによるピンホールの発生が少なくなり、かつ前記エンボスタイプの外装体を成形する時に側壁の形成も容易にできることを見出した。前記鉄含有量が、0.3重量%未満の場合は、ピンホールの発生の防止、エンボス成形性の改善等の効果が認められず、前記アルミニウムの鉄含有量が9.0重量%を超える場合は、アルミニウムとしての柔軟性が阻害され、積層体として製袋性が悪くなる。
【0025】
また、冷間圧延で製造されるアルミニウムは焼きなまし(いわゆる焼鈍処理)条件でその柔軟性・腰の強さ・硬さが変化するが、本発明において用いるアルミニウムは焼きなましをしていない硬質処理品より、多少または完全に焼きなまし処理をした軟質傾向にあるアルミニウムがよい。
前記、アルミニウムの柔軟性・腰の強さ・硬さの度合い、すなわち焼きなましの条件は、加工適性(パウチ化、エンボス成形)に合わせ適宜選定すればよい。例えば、エンボス成形時のしわやピンホールを防止するためには、成形の程度に応じた焼きなましされた軟質アルミニウムを用いることが望ましい。
【0026】
本発明者らは、電池用包装材料のバリア層12であるアルミニウムの表、裏面に化成処理を施すことによって、前記包装材料として満足できる積層体とすることができた。前記化成処理とは、具体的にはリン酸塩、クロム酸塩、フッ化物、トリアジンチオール化合物等の耐酸性皮膜を形成することで、前記耐酸性皮膜形成物質の中でも、フェノール樹脂、フッ化クロム(3)化合物、リン酸の3成分から構成されたものを用いるリン酸クロメート処理が良好である。または、少なくともフェノール樹脂を含む樹脂成分に、モリブデン、チタン、ジルコン等の金属、または金属塩を含む化成処理剤が良好であった。前記耐酸性皮膜が形成されることによってエンボス成形時のアルミニウムと基材層との間のデラミネーション防止と、電池の電解質と水分とによる反応で生成するフッ化水素により、アルミニウム表面の溶解、腐食、特にアルミニウムの表面に存在する酸化アルミが溶解、腐食することを防止し、かつ、アルミニウム表面の接着性(濡れ性)を向上させ、エンボス成形時、ヒートシール時の基材層11とアルミニウム12とのデラミネーション防止、電解質と水分との反応により生成するフッ化水素によるアルミニウム内面側でのデラミネーション防止効果が得られた。
各種の物質を用いて、アルミニウム面に化成処理を施し、その効果について研究した結果、前記耐酸性皮膜形成物質の中でも、フェノール樹脂、フッ化クロム(3)化合物、リン酸の3成分から構成されたものを用いるリン酸クロメート処理が良好であった。
または、少なくともフェノール樹脂を含む樹脂成分に、モリブデン、チタン、ジルコン等の金属、または金属塩を含む化成処理剤が良好であった。
【0027】
アルミの化成処理は、外装体がパウチタイプである場合、ヒートシール層側のみの片側または基材層側とヒートシール層側の両面のどちらでもよい。電池の外装体がエンボスタイプの場合には、アルミニウムの両面に化成処理することによって、エンボス成形の際のアルミニウムと基材層との間のデラミネーションを防止することができる。
【0028】
本発明の電池用包装材料におけるシーラント層は、前述のようにポリプロピレン系樹脂から構成される。ポリプロピレン系樹脂とは、ホモタイプポリプロピレン、ランダムタイプポリプロピレン、ブロックタイププロピレン等のポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン等からなる単層または多層構成である。そして、少なくとも、最内層を前記酸変性ポリプロピレン樹脂とする場合には、電池の密封包装の際、外装体とリード線との間にリード線用フィルムを介在される必要はない。
【0029】
【実施例】
本発明の電池用包装材料について、実施例によりさらに具体的に説明する。
(1)電池用包装材料の構成
実施例、比較例ともに、以下の構成とした。
ON25μm/DL3μm/両面化成処理ALM40μm/接着性樹脂15μm/シーラント:30μm
[略号 ON:2軸延伸ナイロンフィルム、DL:ドライラミネート、ALM:アルミニウム]
酸変性ポリプロピレンは、不飽和カルボン酸グラフトランダムプロピレンとし、また、シーラントは、いずれもランダムポリプロピレン樹脂からなるフィルムまたは押出層とした。実施例および比較例に説明する、
また、接着樹脂の熔融張力の測定方法は、以下の通りである。
測定機はメルトテンション■型(株式会社東洋精機製)を用い、加熱温度230℃、オリフィス径2mmφ、押出し速度20mm/分、引取り速度3.14m/分とした。
(2)化成処理
外装体のバリア層に施した化成処理は、実施例、比較例ともに、処理液として、フェノール樹脂、フッ化クロム(3)化合物、リン酸からなる水溶液を、ロールコート法により、塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件において焼き付けた。クロムの塗布量は、1mg/m2(乾燥重量)である。
(2)外装体のタイプ
実施例および比較例のいずれもエンボスタイプの外装体として評価した。その形状は、片面エンボスタイプとし、成形型の凹部(キャビティ)の形状を30mm×50mm,深さ3.5mmとしてプレス成形して成形性の評価をした。エンボスタイプの例においてはいずれも、エンボスした積層体の成形しないものを蓋体として用いた。
[実施例1]
アルミニウム40μmの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の面を、遠赤外線と熱風とにより、接着樹脂であるポリプロピレン系樹脂の軟化点以上に加熱した状態として、後述の接着樹脂を押出してシーラント層となるポリプロピレンフィルム30μmをサンドイッチラミネートして積層体とした。
接着樹脂は、MI5g/10分、熔融張力1.5cNの酸変性ポリプロピレン樹脂とした。
得られた積層体を用いてエンボス成形によりトレイとし、成形しない積層体を蓋材として外装体とした。
[実施例2]
アルミニウム40μmの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の面に、ポリプロピレン系ブレンド樹脂を接着樹脂15μmとして、シーラント層となるポリプロピレンフィルムをサンドイッチラミネートして一次積層体とした。
接着樹脂は、接着樹脂は、MI9g/10分、熔融張力0.8cNの酸変性ポリプロピレン樹脂とした。
一次積層体を,熱風により接着樹脂の軟化点以上の温度に加熱して二次積層体としエンボス成形によりトレイとし、成形しない二次積層体を蓋材として外装体とした。
[実施例3]
アルミニウム40μmの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の面を、遠赤外線と熱風とにより、接着樹脂であるポリプロピレン系樹脂の軟化点以上に加熱した状態として、後述の接着樹脂およびシーラント層となるポリプロピレン樹脂を共押出ラミネートして積層体とした。
接着樹脂は、MI30g/10分、熔融張力0.5cNの酸変性ポリプロピレンた樹脂とした。
得られた積層体をエンボス成形してトレイとし、成形しない積層体を蓋材として外装体とした。
[実施例4]
アルミニウム40μmの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の面に、後述の接着樹脂およびシーラント層となるポリプロピレン樹脂を共押出ラミネートして一次積層体とした。
接着樹脂は、MI10g/10分、熔融張力0.8cNの酸変性ポリプロピレン樹脂とした。
一次積層体を,熱風により接着樹脂の軟化点以上の温度に加熱して二次積層体としエンボス成形によりトレイとし、成形しない二次積層体を蓋材として外装体とした。
【0030】
[比較例1]
アルミニウム40μmの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の面に、後述の樹脂を接着樹脂15μmとして、シーラント層となるポリプロピレンフィルムをサンドイッチラミネートして一次積層体とした。
接着樹脂は、MI18g/10分、熔融張力1.0cNの酸変性ポリプロピレン90部とMI4g/10分の低密度ポリエチレン10部とをブレンドした樹脂とした。ブレンド樹脂としてのMIは17g/10分である。
一次積層体を,熱風により接着樹脂の軟化点以上の温度に加熱して二次積層体としエンボス成形によりトレイとし、成形しない二次積層体を蓋材として外装体とした。
[比較例2]
アルミニウム40μmの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の面を、遠赤外線と熱風とにより、接着樹脂であるポリプロピレン系樹脂の軟化点以上に加熱した状態として、後述の接着樹脂を押出してシーラント層となるポリプロピレンフィルム30μmをサンドイッチラミネートして積層体とした。
接着樹脂は、MI30g/10分、熔融張力0.2cNの酸変性ポリプロピレン樹脂とした。
得られた積層体を用いてトレイをエンボス成形してトレイとし、成形しない積層体を蓋材として外装体とした。
[比較例3]
化成処理を施さないアルミニウム40μmの一方の面に延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、アルミニウムの他の面に、後述の樹脂を接着樹脂15μmとして、シーラント層となるポリプロピレンフィルムをサンドイッチラミネートして一次積層体とした。
接着樹脂は、MI30g/10分、熔融張力0.5cNの酸変性ポリプロピレン樹脂とした。
一次積層体を,熱風により接着樹脂の軟化点以上の温度に加熱して二次積層体としエンボス成形してトレイとし、成形しない二次積層体を蓋材として外装体とした。
【0031】
<評価項目>
1)接着樹脂層の白化:目視確認による。
2)接着樹脂層内MC:断面を透過型電子顕微鏡で確認(×2000)による。
3)絶縁性:電解液を充填し、バリア層と電解液間の抵抗値を25Vで測定した。電解液としては、1M LiPF6となるようにしたエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート(1:1:1)の混合液、3gを充填して測定した。
4)デラミネーション:1M LiPF6となるようにしたエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート(1:1:1)の混合液3gをを充填し、85℃の温度に7日間保持した後、ALMと接着樹脂層との間のデラミネーションを目視により確認した。
【0032】
<結果>
実施例1〜実施例4は、いずれも接着樹脂層での白化、マイクロクラックの発生もなく、絶縁性も保たれていた。また、ALMと接着樹脂層との間のデラミネーションも認められなかった。接着樹脂の押出の際にもネックインが小さく安定した製膜性を示した。
比較例1は、接着樹脂層での白化およびマイクロクラックがともに認められ、また、バリア層と電解液間の抵抗値も1.0MΩと絶縁性が破壊されていた。
比較例2は、接着樹脂層での白化、マイクロクラックの発生もなく、絶縁性も保たれていたが、ラミネーション加工時のネックインが大きく、製膜が安定しなかった。また、厚みのバラツキが20%以上あり、巻取がタケノコ状となり良質なフィルムが得られなかった。比較例3は、接着樹脂層での白化、マイクロクラックの発生もなく、絶縁性も保たれていたが、ALMと接着層樹脂の間でデラミネーションが発生した。
【0033】
【発明の効果】
電池用包装材料を、基材層、バリア層、化成処理層、接着樹脂層、ポリプロピレン系シーラント層からなる積層体として、接着樹脂層を押出してシーラント層をサンドイッチラミネート、共押出ラミネートによりシーラント層を積層する場合に、接着樹脂層の組成をメルトインデックス=5〜15、メルトテンションが**〜**の酸変性ポリプロピレンとすることによって接着樹脂層に発生するマイクロクラックに起因するアルミニウムの腐食を防止することが可能となった。
また、外装体のアルミニウムの両面に施した化成処理によって、エンボス成形時、およびヒートシール時の基材層とアルミニウムとの間でのデラミネーションの発生を防止することができ、また、シーラント層を、サンドイッチラミネート法または共押出ラミネート法により形成した場合に、積層体の形成時の加熱、または積層体形成後の加熱によって、電池の電解質と水分との反応により発生するフッ化水素によるアルミニウム面の腐食を防止できることにより、アルミニウムとの内容物側の層とのデラミネーションをも防止できる外装体である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池用包装材料を説明する図で、(a)電池用包装材料の層構成例を示した断面図、(b)電池用包装材料の別の層構成例を示した断面図である。
【図2】本発明の電池用包装材料のシーラントの層構成を説明する断面図である。
【図3】電池のパウチタイプの外装体を説明する斜視図である。
【図4】電池のエンボスタイプの外装体を説明する斜視図である。
【図5】エンボスタイプにおける成形を説明する、(a)斜視図、(b)エンボス成形された外装体本体、(c)X2−X2部断面図、(d)Y1部拡大図である。
【図6】電池用包装材料とリード線との接着におけるリード線用フィルムの装着方法を説明する図である。
【図7】従来の組成の接着樹脂層におけるマイクロクラック発生を説明する、(a)電池用包装材料の断面図、(b)Y2の拡大図である。
【符号の説明】
1 高MIPPa
2 低密度ポリエチレン
3 ゴム成分
MC マイクロクラック
1 電池
2 電池本体
3 セル(蓄電部)
4 リード線(電極)
5 外装体
6 リード線用フィルム
7 凹部
8 側壁部
9 シール部
10 積層体(電池用包装材料)
11 基材層
12 アルミニウム(バリア層)
13 接着樹脂層
14 シーラント層
S1 シーラント層の外層
S2 シーラント層の中間層
S3 シーラント層の内層
15 化成処理層
16 基材側ドライラミネート層
20 プレス成形部
21 オス型
22 メス型
23 キャビティ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery packaging material having moisture resistance and content resistance used for a battery having a liquid or solid organic electrolyte (polymeric polymer electrolyte) or a fuel cell, a capacitor, a capacitor and the like.
As the battery exterior body, a metal can obtained by pressing a metal into a cylindrical or rectangular parallelepiped container, or a laminate made of a composite film obtained by laminating a plastic film, a metal foil or the like into a bag shape. (Hereinafter referred to as an exterior body) was used.
There were the following problems as a battery outer package. In a metal can, since the outer wall of the container is rigid, the shape of the battery itself is determined. Therefore, since the hardware side is designed to match the battery, the size of the hardware using the battery is determined by the battery, and the degree of freedom in shape is reduced.
Therefore, it exists in the tendency to use the said bag-shaped exterior body. The material structure of the exterior body includes, for example, at least a base material layer, a barrier layer, an adhesive resin layer, a sealant layer, and an adhesive layer that bonds each of the above layers from the necessary physical properties, workability, economy, and the like as a battery, and protection It consists of layers, and an intermediate layer may be provided as necessary.
A pouch is formed from the laminated body of the above-described configuration of the battery, or at least one side is press-molded to form a battery storage portion to store the battery body, and the pouch type or embossed type (covering the cover) In the above, a necessary part of each peripheral edge is sealed by heat sealing to obtain a battery.
The sealant layer is required to have heat sealability with respect to the lead wire (metal) as well as heat sealability between the sealant layers, and an acid-modified polyolefin resin having metal adhesion is used as the sealant layer (the sealant layer is In the case of a multilayer structure, the innermost resin layer) ensures the adhesion with the lead wire portion.
[0002]
However, when an acid-modified polyolefin resin is laminated as a heat seal layer for an exterior body, the processability is inferior to that of a general polyolefin resin, and the cost is high. As a general polyolefin resin layer, a lead wire film that can be thermally bonded to both the heat seal layer and the lead wire is interposed in the lead wire portion.
Further, as a packaging material for a battery, in the configuration including the base material layer, the barrier layer, the adhesive resin layer, and the sealant layer, when the sealant layer is formed from a polypropylene-based resin, in the lamination of the barrier layer and the sealant layer Acid-modified polypropylene is used as the adhesive resin layer.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The acid-modified polypropylene resin as the adhesive resin layer is an extrusion laminator,
Pressurized as a heat-melted state, extruded from a film that becomes a barrier layer and a sealant layer from a T-die, and sandwich-laminated to form a laminate. Alternatively, a laminate may be formed by a coextrusion laminating method together with a resin that forms a sealant layer.
As the adhesive resin layer, when extruding acid-modified polypropylene from a T-shaped die, acid-modified polypropylene (hereinafter referred to as PPa) having a high melt index (hereinafter referred to as high MI) is used in order to ensure the extrusion speed. In the case of the PPa single resin, the neck-in was large during extrusion and the film-forming property was poor. On the other hand, when PPa having a low melt index (hereinafter, low MI) was used, the problem of neck-in was solved, but the extrusion speed did not increase and the productivity was poor.
Therefore, usually by blending an appropriate amount of low-density polyethylene (hereinafter referred to as LDPE), a copolymer of ethylene and propylene, a copolymer of ethylene and butene, or a resin component such as butadiene, to the high MI PPa. The film forming property was stabilized.
However, when a packaging material in which each resin is laminated as an adhesive resin layer is packaged as a battery packaging material, cracks may occur at the interface between the acid-modified polypropylene resin and other blended resins. When this occurs, the electrolyte solution penetrates from the crack. At this time, the electrolytic solution may come into direct contact with the barrier layer, which breaks the insulation between the battery body, the lead wire metal, and the barrier layer, creates a potential difference, and forms a through-hole due to corrosion in the barrier layer. The lifetime of the battery is shortened by the formation of a reaction product of metal ions, which is an electrolyte called dendrites.
An object of the present invention is to provide a laminate structure having good productivity and good content resistance in a battery packaging material comprising a base layer, a barrier layer, a protective layer, an adhesive resin layer, and a sealant.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The above problems can be solved by the following present invention. According to the first aspect of the present invention, a packaging material for forming a battery outer body in which a battery main body is inserted and a peripheral portion is sealed by heat sealing is at least a base material layer, an adhesive layer, aluminum, a chemical conversion treatment layer, an adhesive resin layer. , A laminate composed of a single layer of a polypropylene resin sealant layer having no adhesion to metal, the adhesive resin layer having a melt index of 5 to 30 g / 10 min and a melt tension of 230 ° C. of 0 It consists of the packaging material for batteries characterized by comprising the unsaturated carboxylic acid graft | grafting polypropylene which is acid modified polypropylene more than .5 cN. According to the second aspect of the present invention, the packaging material for forming the battery outer body in which the battery body is inserted and the peripheral portion is sealed by heat sealing is at least a base material layer, an adhesive layer, a chemical conversion treatment layer, aluminum, and a chemical conversion treatment layer. , An adhesive resin layer, a laminate composed of a single layer of a polypropylene-based resin sealant layer that does not have adhesion to metal, and the adhesive resin layer has a melt index of 5 to 30 g / 10 min, 230 ° C. It consists of the packaging material for batteries characterized by consisting of unsaturated carboxylic acid grafted polypropylene which is an acid-modified polypropylene having a melt tension of 0.5 cN or more . The invention described in claim 3 is a battery in which the battery body is housed and sealed in an exterior body formed of the battery packaging material described in claim 1 or claim 2.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The battery packaging material of the present invention is a battery packaging body comprising at least a base material layer, an adhesive layer, aluminum, a chemical conversion treatment layer, an adhesive resin layer, and a sealant layer having a polypropylene resin sealant layer as an acid-modified polyolefin layer. By making the adhesive resin layer an acid-modified polypropylene having a melt index of 5 to 30 g / 10 min and a melt tension of 230 ° C. of 0.5 cN or more, microcracks generated in the adhesive resin layer can be prevented, and film forming properties can be improved. It stabilizes. Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings.
[0006]
FIG. 1 is a diagram for explaining a battery packaging material according to the present invention, in which (a) a cross-sectional view showing a layer configuration example of the battery packaging material, and (b) another layer configuration example of the battery packaging material. It is sectional drawing. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the layer structure of the sealant of the battery packaging material of the present invention. FIG. 3 is a perspective view for explaining a pouch-type exterior body of a battery. FIG. It is a perspective view explaining the embossed type exterior body of a battery. Figure 5 illustrates the molding in embossed type, (a) a perspective view, (b) embossing the molded outer body, (c) X 1 -X 1 part cross-sectional view, with (d) Y 1 part enlarged view is there. FIG. 6 is a diagram for explaining a method for mounting a lead wire film in bonding a battery packaging material and a lead wire.
[0007]
When laminating a battery packaging material, when the barrier layer and the sealant layer are bonded together by sandwich sandwich method or coextrusion laminate method using acid-modified polypropylene resin as an adhesive resin layer, the molten acid-modified polypropylene resin is coated from a T-die. When extruding into a laminate material, if the melt index (hereinafter referred to as MI) is a large acid-modified polypropylene (hereinafter referred to as high MIPPa) of 7 to 30 g / 10 minutes, the neck-in is large and it is difficult to form a film. When an acid-modified polypropylene (hereinafter referred to as low MIPPa) as small as 3 to 3 g / 10 minutes was used, there was a problem that the film forming rate was lowered. As countermeasures, conventionally, high-MIPPa resin is blended with low-density polyethylene (hereinafter LDPE).
However, a laminate obtained by laminating a sealant layer using the blend resin as an adhesive resin layer is used as a battery packaging material to form an outer package by embossing, and the battery body is sealed as a lithium ion battery outer package. When packaged, a crack is generated at the interface between the acid-modified polypropylene resin of the adhesive resin layer that has been embossed and stretched and the other blended resin, and when this crack occurs, the electrolyte solution penetrates from the crack. At this time, the electrolytic solution may be in direct contact with the barrier layer, thereby breaking the insulation between the battery body, the metal of the lead wire, the barrier layer, generating a potential difference, and forming a through-hole due to corrosion in the barrier layer, The lifetime of the battery may be shortened by the formation of a reaction product of metal ions, which is an electrolyte called a dendrite. That is, as shown in FIG. 7A or FIG. 7B, the adhesive resin layer in the embossing has a high-MI PPaR 1 and LDPER 5 with a sea-island structure, and microcracks MC are formed on the periphery of LDPER 5. Causes of the electrolyte solution penetrating into the microcrack MC generated in the adhesive resin layer 13 to deteriorate the insulation, reach the barrier layer surface, corrode the barrier layer, and generate a reaction product with the electrolyte solution It was confirmed that
[0008]
As a result of diligent research on the corrosion of the barrier layer, the present inventors have found that the high MIPPa resin and the LDPE resin constituting the adhesive resin layer have a sea-island structure as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). next, high MI PPAR 1 and LDPER 5 elongation minute cracks from differences in the surface of the low-density polyethylene (hereinafter microcracks MC) is generated, this phenomenon exacerbate insulating adhesive resin, also, It has been confirmed that this causes corrosion of the barrier layer and generation of a reaction product with the electrolytic solution. Further, this MC can be confirmed as a whitening phenomenon by visual confirmation. Further, as a result of research, the resin composition for forming the adhesive resin layer 13 is an acid-modified polypropylene having a melt index of 5 to 30 g / 10 min and a melt tension of 230 ° C. of 0.5 cN or more. The inventors have found that generation can be prevented and have completed the present invention.
[0009]
The melt index (hereinafter referred to as MI) of the resin forming the adhesive resin layer in the battery packaging material of the present invention can be distinguished by the value measured according to JIS K7210.
As PPa in the present invention, those having MI of 5 to 305 g / min are preferable. The melt tension may be 0.5 cN or more at 230 ° C., an orifice diameter of 2 mmφ, an extrusion speed of 20 mm / min, and a take-up speed of 3.14 m / min.
When MI is 5 g / min or more and the melt tension is less than 0.5, when the resin is extruded during lamination, the neck-in is large, the productivity is deteriorated, and the variation in the thickness of the extruded film is increased. It becomes a winding or bamboo shoot-like winding.
In the present invention, the resin forming the adhesive resin layer is made of acid-modified polypropylene having a melt index of 5 to 30 g / 10 minutes and a melt tension of 230 ° C. of 0.5 cN or more, so that LDPE is added to the adhesive resin. Therefore, the microcrack generated at the interface between the high MI resin and the low density polyethylene resin does not occur during embossing. As a result, the penetration of the electrolytic solution due to the microcracks is eliminated, so that the insulating property of the adhesive resin is maintained, and the barrier layer is not corroded and a reaction product with the electrolytic solution is not generated.
Further, when the resin is extruded during lamination, neck-in can be prevented, the film thickness is stabilized, the productivity is improved, there is no winding deviation, and no bamboo shoot is taken up.
[0010]
The acid-modified polypropylene resin used as an adhesive resin in the present invention includes a random type polypropylene, a homotype polypropylene, or a block type polypropylene grafted with an unsaturated carboxylic acid, and a terpolymer that is a copolymer of propylene, ethylene, and butene. Resin or the like.
The acid-modified polypropylene resin includes a butene component, a terpolymer component composed of a ternary copolymer of ethylene, butene and propylene, a low crystalline ethylene / butene copolymer having a density of 900 kg / m 3 , an amorphous A copolymer of ethylene and propylene, a propylene α / olefin copolymer component, a resin such as butadiene can be added.
In order to increase the melt tension of acid-modified polypropylene, a low MI polypropylene resin or acid-modified polypropylene resin may be added, or a propylene α / olefin copolymer that has been crosslinked by heat, electron beam, or the like may be blended. Good. As another method, an acid-modified polypropylene resin, which is an adhesive resin, can be effectively crosslinked by heat, electron beam or the like.
[0011]
As described above, when the resin used for the adhesive resin layer is an acid-modified polypropylene resin having an MI of 5 to 30 g / 10 min and a melt tension of 0.5 cN or more, neck-in during extrusion film formation is reduced. Film can be formed without problems. In addition, the adhesive resin layer was a layer that could prevent corrosion of aluminum without micro cracks.
[0012]
As shown in FIG. 1A, the battery packaging material of the present invention is a laminate composed of at least a base material layer 11, an adhesive layer 16, aluminum 12, a chemical conversion treatment layer 15, an adhesive layer 13d, and a multilayer sealant layer 14. When the exterior body to be described later is an embossed type, as shown in FIG. 1B, the laminate is a base material layer 11, an adhesive layer 16, a chemical conversion treatment layer 15 (1), aluminum. 12, the chemical conversion treatment layer 15 (2), the adhesive layer 13 d, and the multilayer sealant layer 14 are desirable.
[0013]
In the present invention, when the battery packaging material is laminated, the chemical conversion treatment layer provided on the barrier layer and the sealant layer are bonded by a sandwich lamination method using an adhesive resin layer or a coextrusion lamination method.
In this case, in order to prevent delamination due to hydrofluoric acid generated by the reaction between the electrolytic solution and moisture in a lithium ion battery or the like, it is desirable to perform an adhesion stabilization treatment described below.
[0014]
For example, as shown in FIG. 1A, the base layer 11 and one side of the barrier layer 12 are dry-laminated 16 and the acid-modified polyolefin 13 is extruded to the other side (the chemical conversion layer 15) of the barrier layer 12. When the sealant layer 14 is sandwiched and laminated, or the acid-modified polyolefin resin 13 and the sealant layer 14 are coextruded to form a laminate, the resulting laminate is made to have a softening point higher than that of the acid-modified polypropylene resin 13. By heating to such a condition, a laminate having a predetermined adhesive strength can be obtained.
The chemical conversion treatment layer on the surface of the barrier layer may be provided on both surfaces of the barrier layer as shown in FIG.
Specific examples of the heating method include a hot roll contact method, a hot air method, a near or far infrared method, and any heating method may be used in the present invention, and the adhesive resin is softened as described above. What is necessary is just to be able to heat above the point temperature.
[0015]
As another method, the adhesive strength can also be increased by heating the aluminum 12 to a condition where the surface temperature of the sealant layer side of the aluminum 12 reaches the softening point of the acid-modified polypropylene resin during the sandwich lamination or coextrusion lamination. It can be set as the stable laminated body.
[0016]
As the polypropylene used for the sealant layer of the present invention, homo-type polypropylene, random-type polypropylene, block-type polypropylene, terpolymer resin which is a copolymer of propylene, ethylene and butene can be used. Moreover, acid-modified polypropylene can also be used. As the acid-modified polypropylene resin, a random type polypropylene, a homotype polypropylene, or a block type polypropylene grafted with an unsaturated carboxylic acid, or a terpolymer resin that is a copolymer of propylene, ethylene, and butene can be used.
In addition, the sealant layer may be a single layer made of the above resin, or a multilayer film made of two kinds of resins selected from the above resins, for example, S2 and S3 as shown in FIG. Alternatively, it may be a two-layered structure or a three-layered structure composed of S1, S2, and S3 as shown in FIG.
[0017]
The battery lead wire is made of an elongated plate-like or rod-like metal, and the plate-like lead wire has a thickness of about 50 to 2000 μm and a width of about 2.5 to 20 mm. AL, Cu (including Ni plating), Ni, and the like.
[0018]
When the acid-modified polypropylene resin is used as the sealant layer of the battery packaging material of the present invention, the acid-modified polypropylene has adhesiveness to the metal and can be heat sealed to the lead wire, but adheres to the metal. When the sealant layer is made of a polypropylene resin that does not have the property, it is for lead wires that have heat sealability between the battery lead wire part and the exterior body between the battery lead wire part and the exterior body at the time of hermetically sealing. It is necessary to interpose a film.
A lead wire film 6 is interposed between the outer package 5 and the lead wire 4, and a specific method thereof is, for example, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the lead wire of the battery body 2. The lead wire film 6 is placed above and below the sealing seal portion 4 (actually fixed by a temporary seal) and inserted into the outer package 5 and sealed by heat sealing in a state where the lead wire portion is sandwiched. As a method for interposing the lead wire film 6 in the lead wire 4, the lead wire film 6 may be wound around a predetermined position of the lead wire 4 as shown in FIG. 6 (d) or 6 (e). Good.
[0019]
When the lead wire film is used, specifically, a film made of acid-modified polypropylene having thermal adhesiveness is used for both the sealant layer and the lead wire. As the acid-modified polypropylene resin, unsaturated carboxylic graft polypropylene can be used.
[0020]
The layer thickness of the lead wire film 20 only needs to be 1/3 or more of the thickness of the lead wire used. For example, if the lead wire has a thickness of 100 μm, the total thickness of the lead wire film 20 May be approximately 30 μm or more.
[0021]
The battery packaging material forms an outer package for packaging the battery body. Depending on the type of the outer package, a pouch type as shown in FIG. 3 and FIGS. 4 (a), 4 (b) or FIG. There is an emboss type as shown in 4 (c). The pouch type includes three-side seals, four-side seals, and pillow types such as a pillow type. FIG. 3 illustrates a pillow type.
As shown in FIG. 4 (a), the embossed type may be formed with a recess on one side, or as shown in FIG. Four sides may be heat sealed. There is also a type in which a concave portion is formed on both sides with a folding portion as shown in FIG. 4 (c), the battery is accommodated, and three sides are heat-sealed.
When the battery packaging material is an embossed type, as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d), the laminated packaging material 10 is press-molded to form the recess 7.
[0022]
Next, each layer which comprises the battery packaging material of this invention is demonstrated.
The base material layer 11 in the outer package is made of stretched polyester or nylon film. At this time, examples of the polyester resin include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, copolymer polyester, polycarbonate, and the like. Can be mentioned. Examples of nylon include polyamide resin, that is, nylon 6, nylon 6,6, a copolymer of nylon 6 and nylon 6,6, nylon 6,10, polymetaxylylene adipamide (MXD6), and the like.
When the base material layer 11 is used as a battery, the base material layer 11 is a part that comes into direct contact with the hardware. Considering the existence of pinholes in a single film and the generation of pinholes during processing, the base material layer needs to have a thickness of 6 μm or more, and a preferred thickness is 12 to 30 μm.
[0023]
The base material layer 11 can also be laminated in order to improve pinhole resistance and insulation when used as a battery outer package.
When the base material layer is laminated, the base material layer includes at least one resin layer of two or more layers, and the thickness of each layer is 6 μm or more, preferably 12 to 30 μm. Examples of laminating the base material layer include the following 1) to 8).
1) Stretched polyethylene terephthalate / stretched nylon 2) Stretched nylon / stretched stretched polyethylene terephthalate In addition, packaging material mechanical suitability (transport stability in packaging machines and processing machines), surface protection (heat resistance, electrolyte resistance) ) When the battery exterior body is made an embossed type as a secondary processing, the base material layer is protected when the embossing is applied for the purpose of reducing the frictional resistance between the mold and the base material layer during embossing. In order to achieve this, the base material layer may be multilayered, and a fluororesin layer, an acrylic resin layer, a silicone resin layer, a polyester resin layer, or a resin layer made of a blend thereof may be provided on the surface of the base material layer. preferable.
For example,
3) Fluorine resin / stretched polyethylene terephthalate (Fluorine resin is a film or formed by drying after liquid coating)
4) Silicone resin / stretched polyethylene terephthalate (silicone resin is a film or formed by drying after liquid coating)
5) Fluorine-based resin / stretched polyethylene terephthalate / stretched nylon 6) Silicone-based resin / stretched polyethylene terephthalate / stretched nylon 7) Acrylic resin / stretched nylon (Acrylic resin is film-like or cured after drying by liquid coating)
8) Acrylic resin + polysiloxane graft acrylic resin / stretched nylon (acrylic resin is film-like or cured by drying after liquid coating)
[0024]
The barrier layer 12 is a layer for preventing water vapor from entering the inside of the battery from the outside, stabilizing the pinhole and processability (pouching, embossing formability) of the barrier layer alone, and being resistant to resistance. In order to have a pinhole, a metal such as aluminum or nickel having a thickness of 15 μm or more, or a film on which an inorganic compound such as silicon oxide or alumina is deposited may be used. The aluminum is 80 μm.
In order to further improve the generation of pinholes and to make the battery exterior body type an embossed type, in order to prevent the occurrence of cracks in the embossing molding, the present inventors have made a material for aluminum used as a barrier layer. However, when the iron content is 0.3 to 9.0% by weight, preferably 0.7 to 2.0% by weight, the extensibility of aluminum is better than that of aluminum not containing iron. The present inventors have found that the occurrence of pinholes due to bending is reduced as a laminate, and the side wall can be easily formed when the embossed type exterior body is formed. When the iron content is less than 0.3% by weight, effects such as prevention of pinholes and improvement of embossing formability are not observed, and the iron content of the aluminum exceeds 9.0% by weight. In such a case, the flexibility as aluminum is hindered, and the bag-making property is deteriorated as a laminate.
[0025]
In addition, aluminum produced by cold rolling changes its flexibility, waist strength and hardness under annealing (so-called annealing treatment) conditions, but the aluminum used in the present invention is harder than the non-annealed hard-treated product. Aluminum which tends to be soft with some or complete annealing is preferred.
The degree of flexibility, waist strength, and hardness of aluminum, that is, the conditions for annealing, may be appropriately selected in accordance with processability (pouching, embossing). For example, in order to prevent wrinkles and pinholes during embossing, it is desirable to use soft aluminum annealed according to the degree of forming.
[0026]
The present inventors have been able to obtain a laminate that is satisfactory as the packaging material by subjecting the front and back surfaces of aluminum, which is the barrier layer 12 of the battery packaging material, to chemical conversion. Specifically, the chemical conversion treatment is to form an acid-resistant film such as phosphate, chromate, fluoride, triazine thiol compound, etc. Among the acid-resistant film-forming substances, phenol resin, chromium fluoride (3) Phosphoric acid chromate treatment using a compound and three components of phosphoric acid is good. Or the chemical conversion treatment agent which contains metals, such as molybdenum, titanium, a zircon, or a metal salt in the resin component containing a phenol resin at least was favorable. Due to the formation of the acid-resistant film, delamination between aluminum and the base material layer during embossing is prevented, and the aluminum surface is dissolved and corroded by hydrogen fluoride generated by the reaction between the battery electrolyte and moisture. In particular, the aluminum oxide existing on the surface of aluminum is prevented from being dissolved and corroded, and the adhesion (wetting property) of the aluminum surface is improved, and the base material layer 11 and the aluminum 12 at the time of embossing and heat sealing. The effect of preventing delamination on the inner surface of aluminum by hydrogen fluoride generated by the reaction between electrolyte and moisture was obtained.
As a result of conducting a chemical conversion treatment on the aluminum surface using various substances and studying the effect thereof, among the acid-resistant film forming substances, it is composed of three components of a phenol resin, a chromium fluoride (3) compound, and phosphoric acid. The treatment with phosphoric acid chromate using the sample was good.
Or the chemical conversion treatment agent which contains metals, such as molybdenum, titanium, a zircon, or a metal salt in the resin component containing a phenol resin at least was favorable.
[0027]
When the exterior body is a pouch type, the chemical conversion treatment of aluminum may be performed on one side only on the heat seal layer side or on both sides of the base material layer side and the heat seal layer side. When the battery outer body is an embossed type, delamination between the aluminum and the base material layer during embossing can be prevented by subjecting both surfaces of the aluminum to chemical conversion treatment.
[0028]
The sealant layer in the battery packaging material of the present invention is composed of a polypropylene resin as described above. Polypropylene resin is a single layer or multilayer structure made of polypropylene such as homo-type polypropylene, random-type polypropylene, block-type propylene, or acid-modified polypropylene. When at least the innermost layer is made of the acid-modified polypropylene resin, it is not necessary to interpose a lead wire film between the outer package and the lead wire when the battery is hermetically packaged.
[0029]
【Example】
The battery packaging material of the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(1) Configuration of battery packaging material The following configurations were used in both the examples and comparative examples.
ON 25 μm / DL 3 μm / Double-side chemical conversion treatment ALM 40 μm / Adhesive resin 15 μm / Sealant: 30 μm
[Abbreviation ON: biaxially stretched nylon film, DL: dry laminate, ALM: aluminum]
The acid-modified polypropylene was unsaturated carboxylic acid grafted random propylene, and the sealant was a film or extruded layer made of random polypropylene resin. Explained in Examples and Comparative Examples,
The method for measuring the melt tension of the adhesive resin is as follows.
The measuring machine was a melt tension type 2 (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), with a heating temperature of 230 ° C., an orifice diameter of 2 mmφ, an extrusion speed of 20 mm / min, and a take-up speed of 3.14 m / min.
(2) The chemical conversion treatment applied to the barrier layer of the chemical conversion treatment exterior body was carried out by using a roll coating method with an aqueous solution comprising a phenol resin, a chromium fluoride (3) compound, and phosphoric acid as the treatment liquid in both the examples and the comparative examples. The film was baked under the condition that the film temperature was 180 ° C. or higher. The application amount of chromium is 1 mg / m 2 (dry weight).
(2) Type of exterior body Each of the examples and comparative examples was evaluated as an embossed type exterior body. The shape was a single-sided embossed type, and the shape of the concave portion (cavity) of the mold was 30 mm × 50 mm and the depth was 3.5 mm, and the moldability was evaluated by press molding. In each of the embossed type examples, an embossed laminate not molded was used as a lid.
[Example 1]
Chemical conversion treatment was performed on both sides of 40 μm aluminum, and a stretched nylon film (thickness: 25 μm) was bonded to one side of the chemical conversion treatment by a dry laminating method. Thus, in a state of being heated above the softening point of the polypropylene resin that is an adhesive resin, an adhesive resin described later is extruded and 30 μm of a polypropylene film serving as a sealant layer is sandwich-laminated to obtain a laminate.
The adhesive resin was an acid-modified polypropylene resin having an MI of 5 g / 10 min and a melt tension of 1.5 cN.
The obtained laminate was used as a tray by embossing, and an unmolded laminate was used as a cover material as an exterior.
[Example 2]
Chemical conversion treatment was applied to both sides of 40 μm aluminum, and a stretched nylon film (thickness 25 μm) was bonded to one side of the chemical conversion treatment by a dry laminating method. Was laminated with a polypropylene film serving as a sealant layer to form a primary laminate.
The adhesive resin was an acid-modified polypropylene resin having an MI of 9 g / 10 min and a melt tension of 0.8 cN.
The primary laminate was heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the adhesive resin with hot air to obtain a secondary laminate, and a tray by embossing, and an unmolded secondary laminate was used as a lid.
[Example 3]
Chemical conversion treatment was performed on both sides of 40 μm aluminum, and a stretched nylon film (thickness: 25 μm) was bonded to one side of the chemical conversion treatment by a dry laminating method. As described above, a laminated body was obtained by coextrusion laminating a later-described adhesive resin and a polypropylene resin serving as a sealant layer in a state of being heated to a temperature higher than the softening point of the polypropylene resin as an adhesive resin.
The adhesive resin was an acid-modified polypropylene resin having an MI of 30 g / 10 min and a melt tension of 0.5 cN.
The obtained laminate was embossed to form a tray, and the unmolded laminate was used as a cover material to form an exterior body.
[Example 4]
Both surfaces of aluminum 40 μm are subjected to chemical conversion treatment, and a stretched nylon film (thickness 25 μm) is bonded to one surface of the chemical conversion treatment by a dry laminating method. Next, the adhesive resin described later is attached to the other surface of the chemical conversion treatment aluminum. And the polypropylene resin used as a sealant layer was coextrusion laminated to obtain a primary laminate.
The adhesive resin was an acid-modified polypropylene resin having an MI of 10 g / 10 min and a melt tension of 0.8 cN.
The primary laminate was heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the adhesive resin with hot air to obtain a secondary laminate, and a tray by embossing, and an unmolded secondary laminate was used as a lid.
[0030]
[Comparative Example 1]
Chemical conversion treatment was applied to both sides of 40 μm aluminum, and a stretched nylon film (thickness 25 μm) was bonded to one side of the chemical conversion treatment by a dry laminating method. A primary laminate was obtained by sandwich-laminating a polypropylene film as a sealant layer with an adhesive resin of 15 μm.
The adhesive resin was a resin obtained by blending 90 parts of acid-modified polypropylene having an MI of 18 g / 10 min and a melt tension of 1.0 cN and 10 parts of low density polyethylene having an MI of 4 g / 10 min. MI as a blend resin is 17 g / 10 min.
The primary laminate was heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the adhesive resin with hot air to obtain a secondary laminate, and a tray by embossing, and an unmolded secondary laminate was used as a lid.
[Comparative Example 2]
Chemical conversion treatment was performed on both sides of 40 μm aluminum, and a stretched nylon film (thickness: 25 μm) was bonded to one side of the chemical conversion treatment by a dry laminating method. Thus, in a state of being heated above the softening point of the polypropylene resin that is an adhesive resin, an adhesive resin described later is extruded and 30 μm of a polypropylene film serving as a sealant layer is sandwich-laminated to obtain a laminate.
The adhesive resin was an acid-modified polypropylene resin having an MI of 30 g / 10 min and a melt tension of 0.2 cN.
Using the obtained laminate, a tray was embossed to form a tray, and an unmolded laminate was used as a cover material to form an exterior.
[Comparative Example 3]
A stretched nylon film (thickness 25 μm) is bonded to one surface of aluminum 40 μm that is not subjected to chemical conversion treatment by a dry laminating method. Next, a resin described later is used as an adhesive resin 15 μm on the other surface of the aluminum, and a sealant layer and The resulting polypropylene film was sandwich-laminated to form a primary laminate.
The adhesive resin was an acid-modified polypropylene resin having an MI of 30 g / 10 min and a melt tension of 0.5 cN.
The primary laminate was heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the adhesive resin with hot air to form a secondary laminate and embossed to form a tray, and the non-molded secondary laminate was used as a lid to form an exterior.
[0031]
<Evaluation items>
1) Whitening of the adhesive resin layer: by visual confirmation.
2) MC in adhesive resin layer: By confirming the cross section with a transmission electron microscope (x2000).
3) Insulation: The electrolyte solution was filled, and the resistance value between the barrier layer and the electrolyte solution was measured at 25V. The electrolyte was measured by filling 3 g of a mixed solution of ethylene carbonate, diethyl carbonate and dimethyl carbonate (1: 1: 1) so as to be 1M LiPF 6 .
4) Delamination: Filled with 3 g of a mixed solution of ethylene carbonate, diethyl carbonate and dimethyl carbonate (1: 1: 1) adjusted to 1M LiPF 6 and kept at a temperature of 85 ° C. for 7 days. The delamination between the adhesive resin layers was visually confirmed.
[0032]
<Result>
In each of Examples 1 to 4, there was no whitening or microcracking in the adhesive resin layer, and the insulation was maintained. Further, no delamination between the ALM and the adhesive resin layer was observed. Even when the adhesive resin was extruded, the neck-in was small and a stable film forming property was exhibited.
In Comparative Example 1, both whitening and microcracks were observed in the adhesive resin layer, and the resistance value between the barrier layer and the electrolytic solution was 1.0 MΩ, and the insulation was broken.
In Comparative Example 2, although whitening and microcracks were not generated in the adhesive resin layer and insulation was maintained, the neck-in at the time of lamination was large, and the film formation was not stable. Further, the thickness variation was 20% or more, and the winding became bamboo shoot-like, and a high-quality film could not be obtained. In Comparative Example 3, there was no whitening or microcracking in the adhesive resin layer and insulation was maintained, but delamination occurred between ALM and the adhesive layer resin.
[0033]
【Effect of the invention】
The battery packaging material is a laminate composed of a base material layer, a barrier layer, a chemical conversion treatment layer, an adhesive resin layer, and a polypropylene sealant layer. The adhesive resin layer is extruded to sandwich the sealant layer, and the sealant layer is formed by coextrusion lamination. When laminated, the composition of the adhesive resin layer is made of acid-modified polypropylene having a melt index of 5 to 15 and a melt tension of ** to **, thereby preventing corrosion of aluminum caused by microcracks generated in the adhesive resin layer. It became possible to do.
Moreover, the chemical conversion treatment applied to both sides of the aluminum of the exterior body can prevent the occurrence of delamination between the base material layer and the aluminum during embossing and heat sealing. When formed by sandwich lamination method or coextrusion lamination method, the aluminum surface by hydrogen fluoride generated by the reaction between the electrolyte of the battery and moisture by heating at the time of forming the laminated body or by heating after forming the laminated body By being able to prevent corrosion, it is an exterior body that can also prevent delamination between aluminum and the content-side layer.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams illustrating a battery packaging material according to the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of a layer structure of a battery packaging material, and FIG. 1B is another layer structure example of a battery packaging material. It is sectional drawing.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a sealant of a battery packaging material according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view for explaining a pouch-type exterior body of a battery.
FIG. 4 is a perspective view illustrating an embossed type exterior body of a battery.
[5] will be described molding in embossed type, (a) a perspective view, (b) embossing the molded outer body, (c) X 2 -X 2 parts cross-sectional view, with (d) Y 1 part enlarged view is there.
FIG. 6 is a diagram for explaining a method for attaching a lead wire film in bonding a battery packaging material and a lead wire.
7A and 7B are views for explaining the occurrence of microcracks in an adhesive resin layer having a conventional composition. FIG. 7A is a cross-sectional view of a battery packaging material, and FIG.
[Explanation of symbols]
R 1 high MIPPa
R 2 Low density polyethylene R 3 Rubber component MC Micro crack 1 Battery 2 Battery body 3 Cell (power storage unit)
4 Lead wire (electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Exterior body 6 Lead wire film 7 Recessed part 8 Side wall part 9 Seal part 10 Laminated body (battery packaging material)
11 Base material layer 12 Aluminum (barrier layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Adhesive resin layer 14 Sealant layer S1 Outer layer S2 of sealant layer Intermediate layer S3 of sealant layer Inner layer 15 of sealant layer Chemical conversion treatment layer 16 Substrate side dry laminate layer 20 Press molding part 21 Male mold 22 Female mold 23 Cavity

Claims (3)

電池本体を挿入し周縁部をヒートシールにより密封する電池の外装体を形成する包装材料が、少なくとも基材層、接着層、アルミニウム、化成処理層、接着樹脂層、金属に対して接着性を持たないポリプロピレン系樹脂シーラント層単層から構成される積層体であって、前記接着樹脂層が、メルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンである不飽和カルボン酸グラフトポリプロピレンからなることを特徴とする電池用包装材料。The packaging material that forms the battery exterior that inserts the battery body and seals the periphery by heat sealing has adhesiveness to at least the base material layer, adhesive layer, aluminum, chemical conversion treatment layer, adhesive resin layer, and metal A laminate composed of a single polypropylene-based resin sealant layer , wherein the adhesive resin layer is an acid-modified polypropylene having a melt index of 5 to 30 g / 10 min and a melt tension at 230 ° C. of 0.5 cN or more. A battery packaging material comprising an unsaturated carboxylic acid grafted polypropylene . 電池本体を挿入し周縁部をヒートシールにより密封する電池の外装体を形成する包装材料が、少なくとも基材層、接着層、化成処理層、アルミニウム、化成処理層、接着樹脂層、金属に対して接着性を持たないポリプロピレン系樹脂シーラント層単層から構成される積層体であって、前記接着樹脂層が、メルトインデックス=5〜30g/10分、230℃の熔融張力が0.5cN以上の酸変性ポリプロピレンである不飽和カルボン酸グラフトポリプロピレンからなることを特徴とする電池用包装材料 The packaging material that forms the battery outer body, in which the battery body is inserted and the peripheral edge is sealed by heat sealing, is at least a base material layer, an adhesive layer, a chemical conversion treatment layer, aluminum, a chemical conversion treatment layer, an adhesive resin layer, and a metal. A laminate comprising a single layer of a polypropylene-based resin sealant layer having no adhesiveness, wherein the adhesive resin layer is an acid having a melt index of 5 to 30 g / 10 min and a melt tension at 230 ° C. of 0.5 cN or more. A battery packaging material comprising an unsaturated carboxylic acid grafted polypropylene which is a modified polypropylene . 電池本体が請求項1または請求項2に記載した電池用包装材料により形成された外装体に収納され密封されたことを特徴とする電池。  A battery, wherein the battery body is housed and sealed in an exterior body made of the battery packaging material according to claim 1.
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