JP5565178B2 - Packaging container for electrochemical cell - Google Patents
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Description
本発明は、電気化学セル用包装容器に関し、特に、高温条件下において内部で発生したガスをスローリークし、一定の安全性能を示す電気化学セル用包装容器に関するものである。 The present invention relates to a packaging container for an electrochemical cell, and more particularly, to a packaging container for an electrochemical cell which shows a certain safety performance by slow leaking gas generated inside under high temperature conditions.
図8は従来のリチウムイオン電池の斜視図であり、図9は図8のリチウムイオン電池のC−C’線断面図である。リチウムイオン電池221とは、リチウム二次電池ともいわれ、液状、ゲル状又は高分子ポリマー状の電解液を持ち、正極・負極活物質が高分子ポリマーからなるものを含むものである。リチウムイオン電池221の構成は、正極集電材/正極活性物質層/電解液層/負極活性物質層/負極集電材から構成されるリチウムイオン電池本体222及び、これらを収納する包装容器220からなり、包装容器220は多層フィルムにより形成されている。具体的には、包装容器220は、蓋部220aと収納部220bとで構成され、収納部220b内部にリチウムイオン電池本体222を収納し、蓋部220aと収納部220bとで集電材に接続された金属端子224を挟持しながら周縁部220sを熱接着して作製される。包装容器220を構成する多層フィルムは、基材層211、金属箔層212、熱接着性樹脂層215が順次積層して構成され、周縁部220sにおいて、対向する熱接着性樹脂層215が熱接着している。
8 is a perspective view of a conventional lithium ion battery, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of the lithium ion battery of FIG. 8. The
一般的にリチウムイオン電池221は様々な環境下で使用されることが想定されており、例えば、リチウムイオン電池221が高温環境下に置かれた場合やリチウムイオン電池221自身が発熱した場合、リチウムイオン電池221内部でガスが発生するとともに、熱接着性樹脂層215が溶融して、周縁部220cの一部が剥離し、蓋部220aと収納部220bとが分離開口することがあった。このとき、蓋部220aと収納部220bとの開口度が大きいと、内部の電解液が漏れ出し、リチウムイオン電池221周辺に配置された機器への被害が大きくなるおそれがあった。
In general, it is assumed that the
一方、一定の温度に達しても周縁部220cが溶融しない場合、リチウムイオン電池221内で発生したガスにより、包装容器220の内圧が上昇し、包装容器220が破裂するおそれがあった。
On the other hand, if the peripheral portion 220c is not melted even when the temperature reaches a certain temperature, the gas generated in the
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、高温条件下において内部で発生したガスをスローリークし、一定の安全性能を示す電気化学セル用包装容器を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electrochemical cell packaging container that slowly leaks gas generated inside under high temperature conditions and exhibits a certain safety performance.
上記目的を達成するために本発明の第1の構成は、基材層と、金属箔層と、第2熱接着性樹脂層と、第1熱接着性樹脂層とが、少なくとも順次積層して構成される多層フィルムの第1熱接着性樹脂層を対向させ、周縁部を熱接着して形成される電気化学セル用包装容器であって、第2熱接着性樹脂層の融点が第1熱接着性樹脂層の融点より高く、周縁部の一部において、対向する第2熱接着性樹脂層が熱接着したポイントシール部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first configuration of the present invention is such that a base material layer, a metal foil layer, a second thermal adhesive resin layer, and a first thermal adhesive resin layer are sequentially laminated. A packaging container for an electrochemical cell, which is formed by facing a first thermal adhesive resin layer of a multilayer film to be configured and thermally bonding a peripheral portion thereof, wherein the melting point of the second thermal adhesive resin layer is the first heat It has a point seal portion that is higher than the melting point of the adhesive resin layer and that is thermally bonded to the opposing second thermal adhesive resin layer at a part of the peripheral edge.
この構成によると、電気化学セル用包装容器の周縁部において、第1熱接着性樹脂層同士が接着した領域の中に、第2熱接着性樹脂層同士が接着した領域(ポイントシール部)が形成され、高温環境下で第1熱接着性樹脂層が溶融して剥離した場合でも、融点の高い第2熱接着性樹脂層が接着した状態で残り、電気化学セル用包装容器の開口を部分的に留めることができる。また、電気化学セル用包装容器内部で発生したガスは第1熱接着性樹脂層が溶融した部分から徐々に外部へ放出され、電気化学セル用包装容器の内圧上昇を抑えることができる。 According to this structure, in the peripheral part of the packaging container for electrochemical cells, in the area | region where 1st thermoadhesive resin layers adhere | attached, the area | region (point seal part) which 2nd thermoadhesive resin layers adhered together. Even when the first heat-adhesive resin layer is melted and peeled off in a high-temperature environment, the second heat-adhesive resin layer having a high melting point remains adhered and partially opens the opening of the packaging container for electrochemical cells. Can be stopped. In addition, the gas generated inside the electrochemical cell packaging container is gradually released from the melted portion of the first thermoadhesive resin layer to suppress an increase in the internal pressure of the electrochemical cell packaging container.
本発明の第2の構成は、上記電気化学セル用包装容器において、ポイントシール部が周縁部に複数形成されていることを特徴とする。 According to a second configuration of the present invention, in the packaging container for electrochemical cells, a plurality of point seal portions are formed at a peripheral portion.
この構成によると、周縁部におけるポイントシール部の配置及び個数により、周縁部におけるシール強度を調整することができる。 According to this configuration, the seal strength at the peripheral portion can be adjusted by the arrangement and number of point seal portions at the peripheral portion.
本発明の第3の構成は、上記電気化学セル用包装容器において、第2熱接着性樹脂層が酸変性ポリオレフィン樹脂で構成され、第1熱接着性樹脂層がポリオレフィン樹脂で構成されていることを特徴とする。 According to a third configuration of the present invention, in the above electrochemical cell packaging container, the second thermal adhesive resin layer is composed of an acid-modified polyolefin resin, and the first thermal adhesive resin layer is composed of a polyolefin resin. It is characterized by.
この構成によると、酸変性ポリオレフィン樹脂は金属箔層との接着性に優れるため、金属箔層と第2熱接着性樹脂層とを安定的に接着することができる。 According to this configuration, since the acid-modified polyolefin resin is excellent in adhesiveness with the metal foil layer, the metal foil layer and the second thermally adhesive resin layer can be stably bonded.
本発明の第4の構成は、電気化学セル用包装容器の製造方法であって、基材層と、金属箔層と、第2熱接着性樹脂層と、第1熱接着性樹脂層とが、少なくとも順次積層して構成され、第2熱接着性樹脂層の融点が第1熱接着性樹脂層の融点より高い多層フィルムの第1熱接着性樹脂層を対向させて周縁部を熱接着する第1工程と、周縁部の一部において、対向する第2熱接着性樹脂層を熱接着する第2工程と、を有することを特徴とする。 The 4th structure of this invention is a manufacturing method of the packaging container for electrochemical cells, Comprising: A base material layer, a metal foil layer, a 2nd thermoadhesive resin layer, and a 1st thermoadhesive resin layer are , At least sequentially laminated, and the second heat-adhesive resin layer has a melting point higher than that of the first heat-adhesive resin layer, the first heat-adhesive resin layer of the multilayer film is opposed, and the peripheral portion is thermally bonded. It has a 1st process and the 2nd process of thermally bonding the 2nd thermoadhesive resin layer which opposes in a part of peripheral part.
この構成によると、第1熱接着性樹脂層が熱接着した周縁部の一部において、対向する第2熱接着性樹脂層が熱接着したポイントシール部を有する電気化学セル用包装容器を製造することができる。 According to this configuration, a packaging container for an electrochemical cell is manufactured that has a point seal portion to which the second heat-adhesive resin layer facing the heat-adhered part of the peripheral edge portion to which the first heat-adhesive resin layer is heat-adhered. be able to.
本発明の第5の構成は、上記電気化学セル用包装容器の製造方法の第2工程において、押圧方向に向かって突出する突起部が押圧面の一部に形成されたヒートシールバーを用い、突起部により基材層側から第2熱接着性樹脂層を押出して対向する第2熱接着性樹脂層と熱接着させることを特徴とする。 A fifth configuration of the present invention uses a heat seal bar in which a protrusion protruding in the pressing direction is formed on a part of the pressing surface in the second step of the method for manufacturing the packaging container for electrochemical cells, The projection is characterized in that the second heat-adhesive resin layer is extruded from the base material layer side by the protrusion and is thermally bonded to the opposing second heat-adhesive resin layer.
この構成によると、容易に対向する第2熱接着性樹脂層を熱接着することができる。 According to this structure, the 2nd thermoadhesive resin layer which opposes easily can be heat-bonded.
本発明の第6の構成は、上記電気化学セル用包装容器の製造方法において、第1工程と第2工程とを同時に行なうことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electrochemical cell packaging container, the first step and the second step are performed simultaneously.
この構成によると、対向する第1熱接着性樹脂層が熱接着した電気化学セル用包装容器の周縁部の一部に、対向する第2熱接着性樹脂層絶縁層が接着したポイントシール部を効率よく形成することができる。 According to this configuration, the point seal portion where the opposing second thermal adhesive resin layer insulating layer is bonded to a part of the peripheral portion of the electrochemical cell packaging container to which the opposing first thermal adhesive resin layer is thermally bonded is provided. It can be formed efficiently.
本発明は、高温条件下において一定の安全性能を示す電気化学セル用包装容器であり、図等を利用してさらに詳細に説明する。なお、従来例の図8、図9と共通する部分は説明を省略する。 The present invention is an electrochemical cell packaging container that exhibits a certain safety performance under high temperature conditions, and will be described in more detail with reference to the drawings. Note that description of portions common to those in FIGS. 8 and 9 of the conventional example is omitted.
図1は本発明の実施形態の一例である電気化学セル用包装容器を外装体に用いたリチウムイオン電池の斜視図であり、図2は電気化学セル用包装容器を構成する多層フィルムの断面図であり、図3は図1のリチウムイオン電池の平面図であり、図4は図1のリチウムイオン電池のA−A’線断面図であり、図5は、図1のリチウムイオン電池のB−B’線断面図である。これらの図に示すように、電気化学セル用包装容器(以下、包装容器120と略す)は、蓋部120aと収納部120bとで構成され、収納部120b内部にリチウムイオン電池本体122を収納し、蓋部120aと収納部120bとで金属端子124を挟持しながら、その挟持部分を含む周縁部120sを熱接着してリチウムイオン電池121が製作される。
FIG. 1 is a perspective view of a lithium ion battery using an electrochemical cell packaging container as an example of an embodiment of the present invention as an exterior body, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a multilayer film constituting the electrochemical cell packaging container 3 is a plan view of the lithium ion battery of FIG. 1, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the lithium ion battery of FIG. 1, and FIG. FIG. As shown in these drawings, the electrochemical cell packaging container (hereinafter abbreviated as packaging container 120) is composed of a
このとき、包装容器120を構成する多層フィルム110は、基材層111、金属箔層112、第2熱接着性樹脂層115a、第1熱接着性樹脂層115bが順次積層して形成、第2熱接着性樹脂層115aは第1熱接着性樹脂層115bより融点が高い樹脂で構成されている。なお、本発明の包装容器120を構成する多層フィルム110は上記各層を含むとともに各層間に異なる層を介在させた場合も本発明の技術範囲に含むものとする。周縁部120sは、対向する第1熱接着性樹脂層115b同士が熱接着するとともに、周縁部120s上に略等間隔にポイントシール部Pが形成され、ポイントシール部Pにおいて、対向する第2熱接着性樹脂層115a同士が熱接着している。
At this time, the
図5はポイントシール部Pの断面構造を示しており、ポイントシール部Pにおいて、第2熱接着性樹脂層115aの一部が第1熱接着性樹脂層115bを押し退け、対向する第2熱接着性樹脂層115aと熱接着している。これにより、高温環境下で周縁部120sの第1熱接着性樹脂層115bが溶融して剥離した場合でも、ポイントシール部Pにおいて、融点の高い第2熱接着性樹脂層115aが接着した状態で残り、包装容器120の開口を部分的に留めることができる。また、包装容器120内部で発生したガスは第1熱接着性樹脂層115bが溶融した部分から徐々に外部へ放出され、包装容器120の内圧上昇を抑えることができる。
FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the point seal portion P. In the point seal portion P, a part of the second heat-
ここで、ポイントシール部Pは周縁部120sにおいて、複数箇所設けてもよいが、一箇所のみ設けても、本発明の目的を達成することができる。また、ポイントシール部Pを略等間隔に設けることにより、周縁部120s全体の接着力を安定化させることができる。また、ポイントシール部Pの配置構成により、ガスのスローリークを制御することができる。
Here, the point seal portion P may be provided at a plurality of locations in the
次に本発明に係る包装容器120の製造方法について説明する。図6はリチウムイオン電池の斜視図であり、図7(a)は第1工程におけるリチウムイオン電池の部分断面図であり、図7(b)は第2工程におけるリチウムイオン電池の部分断面図であり、図7(c)は第1工程と第2工程を同時に行なう場合におけるリチウムイオン電池の部分断面図である。なお、図中の矢印は押圧方向を示す。図6、図7(a)に示すように、包装容器120は、凹状にプレス成形された収納部120bとフィルム状の蓋部120aの第1熱接着性樹脂層115bを対向させて重ね合わせ、第1工程において、周縁部120sを第1ヒートシールバー140の押圧面140aで挟持しながら、基材層111側から加熱する。これにより、対向する第1熱接着性樹脂層115bが熱接着する。次に、図7(b)に示すように、第2工程において、第1ヒートシールバー140よりシール巾が狭い突起状の第2ヒートシールバー150を用いて、周縁部120sの一部を挟持しながら、基材層111側から第2熱接着性樹脂層115aを押圧し、第1熱接着性樹脂層115bを退けながら押圧方向に第2熱接着性樹脂層115を押出す。これにより、対向する第2熱接着性樹脂層115aが熱接着し、ポイントシール部Pが形成される。これらの工程により、周縁部120sの一部にポイントシール部Pを設けながら、リチウムイオン電池本体122を包装容器120内部に密封収納することができる。
Next, the manufacturing method of the
なお、図7(c)に示すように、第1工程に用いる第1ヒートシールバー140の押圧面140aの一部に押圧方向に向かって突出する突起部141を形成することにより、押圧面140aにおいて、第1工程を行い、突起部141において、第2工程を行なうことで、一度の押圧加熱工程により、第1工程及び第2工程を同時に行うことができる。これにより、対向する第1熱接着性樹脂層115bが熱接着した周縁部120sの一部に、ポイントシール部Pを効率よく形成することができる。なお、上記説明に置いて、周縁部120sの一辺のみを熱接着する方法を説明したが、熱接着する周縁部120sの形状に応じてヒートシールバーを作製し、全ての辺を一度に熱接着することも可能である。
In addition, as shown in FIG.7 (c), by forming the
次に、多層フィルム110を構成する各層について説明する。第2熱接着性樹脂層115aは第1熱接着性樹脂層115bより融点の高い樹脂で構成されており、アルミニウム箔層112と第1熱接着性樹脂層115bとを安定して接着するために酸変性ポリプロピレンが好適に用いられる。また、第1熱接着性樹脂層115bに用いる樹脂種により適宜選択して用いる必要があり、酸変性ポリプロピレン以外の酸変性ポリオレフィン樹脂を用いる場合、不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレフィン樹脂、エチレンないしプロピレンとアクリル酸、または、メタクリル酸との共重合体、あるいは、金属架橋ポリオレフィン樹脂等があり、必要に応じてブテン成分、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体、非晶質のエチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−α−オレフィン共重合体等を5%以上添加してもよい。
Next, each layer constituting the
また、酸変性ポリプロピレンを用いる場合、
(1)ビガット軟化点115℃以上、融点150℃以上のホモタイプ、
(2)ビガット軟化点105℃以上、融点130℃以上のエチレンープロピレンとの共重合体(ランダム共重合タイプ)
(3)融点110℃以上である不飽和カルボン酸を用い酸変性重合した単体又はブレンド物等を用いることができる。
When using acid-modified polypropylene,
(1) A homotype having a bigat softening point of 115 ° C or higher and a melting point of 150 ° C or higher
(2) A copolymer of ethylene-propylene having a bigat softening point of 105 ° C or higher and a melting point of 130 ° C or higher (random copolymer type)
(3) A simple substance or a blended product obtained by acid-modified polymerization using an unsaturated carboxylic acid having a melting point of 110 ° C. or higher can be used.
第1熱接着性樹脂層115bは、ポリプロピレンが好適に用いられるが、ポリプロピレン以外にも熱接着性を有するポリオレフィンを用いることができる。例えば、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレンの単層または多層、または、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレンのブレンド樹脂を使用することができる。また、ポリプロピレンには、ランダムプロピレン、ホモプロピレン、ブロックプロピレン等各タイプに分けることができる。
Polypropylene is suitably used for the first thermal
また、上記各タイプのポリプロピレン、すなわち、ランダムポリプロピレン、ホモポリプロピレン、ブロックポリプロピレンには、低結晶性のエチレンーブテン共重合体、低結晶性のプロピレンーブテン共重合体、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、シリカ、ゼオライト、アクリル樹脂ビーズ等のアンチブロッキング剤(AB剤)、脂肪酸アマイド系のスリップ剤等を添加してもよい。また、上記各タイプのポリプロピレン層を適時組み合わせて多層化してもよい。 Each of the above types of polypropylene, ie, random polypropylene, homopolypropylene, and block polypropylene, includes a low crystalline ethylene-butene copolymer, a low crystalline propylene-butene copolymer, and a three-component copolymer of ethylene, butene, and propylene. An antiblocking agent (AB agent) such as a polymer terpolymer, silica, zeolite, or acrylic resin beads, a fatty acid amide slip agent, or the like may be added. Also, the above-mentioned types of polypropylene layers may be combined in a timely manner to form a multilayer.
金属箔層112は、外部からリチウムイオン電池121の内部に水蒸気が浸入することを防止するための層で、金属箔層単体のピンホール、及び加工適性(パウチ化、エンボス成形性)を安定化し、かつ耐ピンホール性をもたせるために厚さ15μm以上のアルミニウムを用いる。
The
また、ピンホールの発生を改善し、リチウムイオン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、金属箔層112として用いるアルミニウムの材質を、鉄含有量が0.3〜9.0重量%、好ましくは0.7〜2.0重量%とすることが望ましい。
In addition, when the generation of pinholes is improved and the type of the outer package of the lithium ion battery is an embossed type, the material of aluminum used as the
これによって、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、外装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、包装材料をエンボス成形する時に側壁を容易に形成することができる。なお、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、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、包装材料として製袋性が悪くなる。 As a result, compared with aluminum that does not contain iron, aluminum has good spreadability, and the occurrence of pinholes due to bending as an exterior body is reduced, and the side wall can be easily formed when embossing the packaging material. it can. In addition, 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 aluminum exceeds 9.0% by weight. In this case, the flexibility as aluminum is hindered, and the bag-making property as a packaging material is deteriorated.
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。 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.
基材層111は、延伸ポリエステルまたはナイロンフィルムを用いることができ、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。
Stretched polyester or nylon film can be used for the
また、基材層111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、ポリエステルフィルム又はナイロンフィルムの他、異なる材質のフィルムを積層化することも可能である。
In addition, the
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. Embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the present invention. Included in the technical scope.
110、 210 多層フィルム
111、 211 基材層
112、 212 金属箔層
115a 第1熱接着性樹脂層
115b 第2熱接着性樹脂層
120、 220 電気化学セル用包装容器(包装容器)
120s、220s 周縁部
120a 蓋部
120b 収納部
121、 221 リチウムイオン電池
122、 222 リチウムイオン電池本体
124、 224 金属端子
140 第1ヒートシールバー
140a 押圧面
141 突起部
150 第2ヒートシールバー
110, 210
120s, 220s
Claims (3)
前記周縁部の一部において、対向する前記第2熱接着性樹脂層を熱接着する第2工程と、
を有することを特徴とする電気化学セル用包装容器の製造方法。 A base material layer, a metal foil layer, a second heat-adhesive resin layer, and a first heat-adhesive resin layer are at least sequentially laminated, and the melting point of the second heat-adhesive resin layer is the first A first step in which the first thermal adhesive resin layer of the multilayer film having a melting point higher than that of the first thermal adhesive resin layer is opposed to the peripheral portion and thermally bonded;
A second step of thermally bonding the opposing second thermal adhesive resin layer in a part of the peripheral edge;
The manufacturing method of the packaging container for electrochemical cells characterized by having.
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