JP5704272B1 - 電池用包装材料 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、従来のフィルム状の電池用包装材料における接着層と基材層に代えてコーティング層を再表層として設けることによって薄膜化を実現できるフィルム状の電池用包装材料であって、当該コーティング層の膜強度が高く、優れた成形性を備え、しかもリードタイムの短縮化を図ることができるフィルム状の電池用包装材料を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも、コーティング層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体をこの順に有する積層体からなる電池用包装材料において、当該コーティング層が、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物の硬化物で形成された単層又は複層構成に設定し、且つ当該コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に反応性樹脂ビーズを含有させることによって、成形性の向上、及びリードタイムの短縮化が可能になる。【選択図】なし

Description

本発明は、バリア層上にコーティング層を最表層として設けることによって薄膜化されたフィルム状の電池用包装材料であって、優れた成形性を備え、しかもリードタイムも短縮化できる電池用包装材料に関する。
従来、様々なタイプの電池が開発されているが、あらゆる電池において、電極や電解質等の電池素子を封止するために包装材料が不可欠な部材になっている。従来、電池用包装として金属製の包装材料が多用されていた。
一方、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、パソコン、カメラ、携帯電話等の高性能化に伴い、電池には、多様な形状が要求されると共に、薄型化や軽量化が求められている。しかしながら、従来多用されていた金属製の電池用包装材料では、形状の多様化に追従することが困難であり、しかも軽量化にも限界があるという欠点がある。
そこで、多様な形状に加工が容易で、薄型化や軽量化を実現し得る電池用包装材料として、基材層/接着層/バリア層/シーラント層が順次積層されたフィルム状の積層体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなフィルム状の電池用包装材料では、シーラント層同士を対向させて周縁部をヒートシールにて熱溶着させることにより電池素子を封止できるように形成されている。
一方、近年、電池の小型化や薄型化に対する要望が益々高まっており、その要望に追従するようにフィルム状の電池用包装材料でも更なる薄膜化が要求されている。フィルム状の電池用包装材料全体を薄膜化する手法として、厚み10〜20μm程度の樹脂フィルムが使用されている基材層を薄膜化する方法が挙げられる。しかしながら、樹脂フィルムの薄膜化には、製造上の限界があり、しかも樹脂フィルムの薄膜化に要する加工コストによって電池用包装材料の製造コストも上昇するという問題点がある。
また、樹脂フィルムと比較して、熱硬化性樹脂をコートすることにより形成したコーティング層は膜厚を大幅に小さくできるので、フィルム状の電池用包装材料全体を薄膜化する上で、バリア層上に積層される接着層と基材層を、熱硬化性樹脂で形成したコーティング層に置換することも有効になる。
しかしながら、フィルム状の電池用包装材料において、接着層と基材層に代えて、熱硬化性樹脂にてコーティング層を形成する場合、硬化工程に高温条件でのエージングを数日〜数週間行うことが必要とされるため、リードタイムの長期化を招き、高温条件や温度変化に長期間晒されることによる製品不良が生じるという問題点もある。
また、近年、電池性能の更なる向上に対する要望は枚挙に暇がなく、それに伴い、電池容量の増大が要求されている。フィルム状の電池用包装材料は、深絞り成形等により所定の形状に加工して電池素子を封止するため、電池容量の増大の実現には、フィルム状の電池用包装材料の成形性を向上させ、成形深さ(成形時の伸び)を増大させることが求められる。
このような従来技術を背景として、接着層と基材層に代えてコーティング層を設けることにより薄膜化を図ったフィルム状の電池用包装材料において、優れた成形性、リードタイムの短縮化を可能とする技術の開発が認められている。
特開2001−202927号公報
本発明は、従来のフィルム状の電池用包装材料における接着層と基材層に代えてコーティング層を最表層として設けることによって薄膜化を実現できるフィルム状の電池用包装材料であって、優れた成形性を備え、しかもリードタイムの短縮化を図ることができるフィルム状の電池用包装材料を提供することを目的とする。
本発明者等は、前記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、少なくとも、コーティング層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体をこの順に有する積層体からなる電池用包装材料において、当該コーティング層が、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物の硬化物で形成された単層又は複層構成に設定し、且つ当該コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に反応性樹脂ビーズを含有させることによって、成形性の向上、及びリードタイムの短縮化が可能になることを見出した。更に、前記構成を有する電池用包装材料において、前記コーティング層の少なくとも1つの層に顔料及び/又は染料を含有させることにより、電池用包装材料に識別性を付与できると共に、熱伝導率を高めて放熱性を向上させ得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることにより完成したものである。
即ち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項1. 少なくとも、コーティング層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記コーティング層が、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物の硬化物で形成された単層又は複層構成からなり、
前記コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に反応性樹脂ビーズが含まれる、
ことを特徴とする電池用包装材料。
項2. 前記コーティング層が、最表面側からバリア層側に向けて第1コーティング層、第2コーティング層、及び第3コーティング層がこの順で配された3層構造であり、前記第2コーティング層の形成に使用される前記樹脂組成物に前記反応性樹脂ビーズが含まれる、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記反応性樹脂ビーズが、官能基を有するウレタン樹脂ビーズ又はアクリル樹脂ビーズである、項1又は2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記反応性樹脂ビーズの屈折率が1.3〜1.8である、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に顔料及び/又は染料が含まれる、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に無機顔料が含まれる、項5に記載の電池用包装材料。
項7. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びアルキド樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種である、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 前記硬化促進剤が、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、及び第3級アミン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
項9. 前記バリア層が金属箔である、項1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料。
項10. 電池用包装材料全体の厚さが40〜120μmである、項1〜9のいずれかに記載の電池用包装材料。
項11. バリア層の上に、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物を塗布し、加熱して硬化させるコーティング層形成工程を含み、
前記コーティング層形成工程を1回又は複数回行い、当該コーティング層形成工程において少なくとも1回は、反応性樹脂ビーズが含まれる前記樹脂組成物を使用し、
前記コーティング層形成工程の前又は後に、バリア層においてコーティング層を積層させる面とは反対側の面にシーラント層を積層させる、
ことを特徴とする電池用包装材料の製造方法。
項12. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜10のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容されている、電池。
本発明の電池用包装材料は、少なくとも、コーティング層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体によって構成されており、従来のフィルム状の電池用包装材料のようにバリア層上に接着層と基材層が設けられていないので、薄膜化を実現できており、電池の小型化や薄膜化に貢献することができる。
また、本発明の電池用包装材料は、バリア層上に設けられるコーティング層を構成する少なくとも1つの層において、反応性樹脂ビーズが熱硬化性樹脂と化学結合により結合した状態で存在することにより、優れた成形性を備えさせることができ、深絞り成形時の成形深さを深くしても、クラックやピンホール等が生じるのを抑制することができる。
更に、本発明の電池用包装材料は、バリア層上に設けられるコーティング層を構成する各層が、熱硬化性樹脂と硬化促進剤を含有する樹脂組成物の硬化物によって形成されているので、各コーティング層の硬化工程において、高温条件でのエージングを要することなく短時間で硬化できるので、リードタイムの短縮化が図られ、更には高温条件に長期間晒されることによる製品不良の発生を防止することもできる。
また、従来のフィルム状の電池用包装材料において、電池の種別毎に色調による識別性を付与する場合には、接着層又は基材層のいずれか一方に顔料及び/又は染料を配合する必要があるが、接着層に顔料及び/又は染料を配合する場合には接着層の接着強度の低下を招き、基材層に顔料及び/又は染料を配合する場合には基材層の製造コストの上昇を招くという欠点があった。これに対して、本発明の電池用包装材料では、コーティング層を構成する少なくとも1つの層に顔料及び/又は染料を含有させることにより電池用包装材料に識別性を付与できるので、従来のフィルム状の電池用包装材料に識別性を付与する際の欠点を克服することもできる。更に、コーティング層を構成する少なくとも1つの層に顔料及び/又は染料(特に、無機顔料)を含有させると、電池用包装材料の熱伝導率を高めて放熱性を向上させることができるため、電池の安全性の向上にも資することができる。
本発明の電池用包装材料の断面構造の一例を示す図である。 本発明の電池用包装材料の断面構造の一例を示す図である。
本発明の電池用包装材料は、少なくとも、コーティング層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、当該コーティング層が、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物の硬化物で形成された単層又は複層構成からなり、且つ当該コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に反応性樹脂ビーズが含まれることを特徴とする。以下、本発明の電池用包装材料について詳述する。
1.電池用包装材料の積層構造
本発明の電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、コーティング層1、バリア層2、及びシーラント層3をこの順に有する積層体からなる積層構造を有する。本発明の電池用包装材料は、前記コーティング層1は、単層であっても、2以上の層で構成された複層であってもよい。
前記コーティング層1として、十分な絶縁性を付与できる程度の厚膜を備えさせるために、好ましくは2以上の層で構成された複層、更に好ましくは2又は3つの層で構成された複層、特に好ましくは3つの層で構成された複層が挙げられる。図2に、前記コーティング層1が、最表面からバリア層2側に向けて、第1コーティング層1a、第2コーティング層1b、及び第3コーティング層1cを順に有する3層構成である場合の本発明の電池用包装材料の積層構造を示す。
本発明の電池用包装材料において、コーティング層1が最表面層になり、シーラント層3は最内層になる。即ち、電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置するシーラント層3同士が熱溶着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
また、本発明の電池用包装材料には、バリア層2とシーラント層3との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着層4が設けられていてもよい。
2.電池用包装材料を形成する各層の組成
[コーティング層1]
本発明の電池用包装材料において、コーティング層1はバリア層2の上に設けられ、電池用包装材料の最表層を形成する層である。また、コーティング層1は、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物の硬化物で形成された単層又は複層構成からなり、且つ当該コーティング層を構成する少なくとも1つの層(硬化物)を形成させる樹脂組成物に反応性樹脂ビーズが含まれる。
(熱硬化性樹脂)
コーティング層1の形成に使用される樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を含有する。熱硬化性樹脂は、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成して硬化するものであればよい。コーティング層1の形成に使用される熱硬化性樹脂としては、特に制限されないが、具体的には、エポキシ樹脂、アミノ樹脂(メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等)、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの熱硬化性樹脂の中でも、コーティング層1の硬化時間のより一層の短縮化、膜強度や成形性の更なる向上等の観点から、好ましくはウレタン樹脂、エポキシ樹脂、更に好ましく2液硬化性ウレタン樹脂、2液硬化性エポキシ樹脂、特に好ましくは2液硬化性ウレタン樹脂が挙げられる。
2液硬化性ウレタン樹脂として、具体的にはポリオール化合物(主剤)と、イソシアネート系化合物(硬化剤)の組み合わせが挙げられ、2液硬化性エポキシ樹脂として、具体的にはエポキシ樹脂(主剤)と、酸無水物、アミン化合物、又はアミノ樹脂(硬化剤)の組み合わせが挙げられる。
前記2液硬化性ウレタン樹脂において、主剤として使用されるポリオール化合物については、特に制限されないが、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール等が挙げられる。これらのポリオール化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、前記2液硬化性ウレタン樹脂において、硬化剤として使用されるイソシアネート系化合物については、特に制限されないが、例えば、ポリイソシアネート、そのアダクト体、そのイソシアヌレート変性体、そのカルボジイミド変性体、そのアロハネート変性体、そのビュレット変性体等が挙げられる。前記ポリイソシアネートとしては、具体的には、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリフェニルメタンジイソシアネート(ポリメリックMDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ビス(4−イソシアネートシクロヘキシル)メタン(H12MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(1,5−NDI)、3,3'−ジメチル−4,4'−ジフェニレンジイソシアネート(TODI)、キシレンジイソシアネート(XDI)等の芳香族ジイソシアネート;トラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、イソホロンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート;1,5−ナフタレンジイソシアネート(1,5−NDI)等の多環芳香族ジイソシアネート等が挙げられる。前記アダクト体としては、具体的には、前記ポリイソシアネートに、トリメチロールプロパン、グリコール等を付加したものが挙げられる。これらのイソシアネート系化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
単層構造のコーティング層1の場合、又は複層構造のコーティング層1で最表層に位置する層において、熱硬化性樹脂として、多環芳香族骨格及び/又は複素環骨格を有しているものを使用すると、より一層優れた耐薬品性を備えさせることもできる。多環芳香族骨格を有する熱硬化性樹脂として、具体的には、多環芳香族骨格を有するエポキシ樹脂、多環芳香族骨格を有するウレタン樹脂が挙げられる。また、複素環骨格を有する熱硬化性樹脂として、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等のアミノ樹脂が挙げられる。これらの多環芳香族骨格及び/又は複素環骨格を有する熱硬化性樹脂は、1液硬化型又は2液型硬化型のいずれであってもよい。
多環芳香族骨格を有するエポキシ樹脂としては、より具体的には、ジヒドロキシナフタレンと、エピハロヒドリンとの反応物;ナフトールとアルデヒド類との縮合物(ナフトールノボラック樹脂)と、エピハロヒドリンとの反応物;ジヒドロキシナフタレンとアルデヒド類との縮合物と、エピハロヒドリンの反応物;モノ又はジヒドロキシナフタレンとキシリレングリコール類との縮合物と、エピハロヒドリンとの反応物;モノ又はジヒドロキシナフタレンとジエン化合物との付加物と、エピハロヒドリンとの反応物;ナフトール同士が直接カップリングしたポリナフトール類とエピハロヒドリンとの反応物等が挙げられる。
多環芳香族骨格を有するウレタン樹脂としては、より具体的には、ポリオール化合物と、多環芳香族骨格を有するイソシアネート系化合物との反応物が挙げられる。
(硬化促進剤)
コーティング層1の形成に使用される樹脂組成物は、硬化促進剤を含有する。このように、熱硬化性樹脂と共に、硬化促進剤を共存させることにより、製造時に高温条件でのエージングを要することなく短時間でコーティング層を硬化させて、リードタイムを短縮することが可能になる。
ここで、「硬化促進剤」とは、自らは架橋構造を形成しないが、熱硬化性樹脂の架橋反応を促進する物質であり、熱硬化性樹の架橋反応を促進する作用を有し、自らも架橋構造を形成する場合もある物質である。
硬化促進剤の種類については、使用する熱硬化性樹脂に応じて、前述する硬度を充足できるように適宜選定されるが、例えば、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、第3級アミン化合物等が挙げられる。
前記アミジン化合物としては、特に制限されないが、例えば、イミダゾール化合物、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネ−5−エン(DBN)、グアニジン化合物等が挙げられる。前記イミダゾール化合物としては、具体的には、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、1,2−ジエチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−[2'−メチルイミダゾリル−(1)']−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2'−エチル−4'−メチルイミダゾリル−(1)']−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2'−ウンデシルイミダゾリル]−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2'−メチルイミダゾリル−(1)']−エチル−S−トリアジンイソシアヌール酸化付加物、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−アリール−4,5−ジフェニルイミダゾール等が挙げられる。これらのアミジン化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記カルボジイミド化合物としては、特に制限されないが、例えば、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−N’−エチルカルボジイミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−N'−エチルカルボジイミドメチオジド、N−tert−ブチル−N’−エチルカルボジイミド、N−シクロヘキシル−N’−(2−モルホリノエチル)カルボジイミドメソ−p−トルエンスルホネート、N,N’−ジ−tert−ブチルカルボジイミド、N,N’−ジ−p−トリルカルボジイミド等が挙げられる。これらのカルボジイミド化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記ケチミン化合物としては、ケチミン結合(N=C)を有することを限度として特に制限されないが、例えばケトンとアミンとを反応させて得られるケチミン化合物が挙げられる。前記ケトンとしては、具体的には、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル第3ブチルケトン、メチルシクロヘキシルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルブチルケトン、ジプロピルケトン、ジブチルケトン、ジイソブチルケトン等が挙げられる。また、前記アミンとしては、具体的には、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジエチルジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン;エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、1,2−プロパンジアミン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン等の脂肪族ポリアミン;N−アミノエチルピペラジン、3−ブトキシイソプロピルアミン等の主鎖にエーテル結合を有するモノアミンやポリエーテル骨格のジアミン;イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、1−シクロヘキシルアミノ−3−アミノプロパン、3−アミノメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキシルアミン等の脂環式ポリアミン:ノルボルナン骨格のジアミン;ポリアミドの分子末端にアミノ基を有するポリアミドアミン;2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メンセンジアミン、1,4−ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジン等が、具体例として挙げられる。これらのケチミン化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記ヒドラジン化合物としては、特に制限されないが、例えば、ジピン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド等が挙げられる。これらのヒドラジン化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記スルホニウム塩としては、特に制限されないが、例えば、4−アセトフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトフェニルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、ジメチル−4−(ベンジルオキシカルボニルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジメチル−4−(ベンゾイルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジメチル−4−(ベンゾイルオキシ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート等のアルキルスルホニウム塩;ベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−メトキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等のベンジルスルホニウム塩;ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェー、ジベンジル−4−メトキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル−4−メトキシベンジル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等のジベンジルスルホニウム塩;p−クロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−ニトロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、3,5−ジクロロベンジル−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、o−クロロベンジル−3−クロロ−4−ヒドロキシフェニルメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等の置換ベンジルスルホニウム塩等が挙げられる。これらのスルホニウム塩は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記ベンゾチアゾリウム塩としては、特に制限されないが、例えば、3−ベンジルベンゾチアゾリウムヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジルベンゾチアゾリウム ヘキサフルオロホスフェート、3−ベンジルベンゾチアゾリウム テトラフルオロボレート、3−(p−メトキシベンジル)ベンゾチアゾリウム ヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジル−2−メチルチオベンゾチアゾリウム ヘキサフルオロアンチモネート、3−ベンジル−5−クロロベンゾチアゾリウム ヘキサフルオロアンチモネート等のベンジルベンゾチアゾリウム塩が挙げられる。これらのベンゾチアゾリウム塩は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記第3級アミン化合物としては、特に制限されないが、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、キヌクリジン、3−キヌクリジノール等の脂肪族第3級アミン;ジメチルアニリン等の芳香族第3級アミン;イソキノリン、ピリジン、コリジン、ベータピコリン等の複素環第3級アミン等が挙げられる。これらの第3級アミン化合物は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記硬化促進剤の好適な一例としては、熱酸発生剤として機能するものが挙げられる。熱酸発生剤とは、加熱により酸を発生し、硬化促進剤として機能する物質である。前述する硬化促進剤の内、熱酸発生剤として機能し得るものとしては、具体的には、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩等が挙げられる。
また、前記硬化促進剤の他の好適な一例としては、所定の加熱条件下(例えば80〜2000℃、好ましくは100〜160℃)で活性化して熱硬化性樹脂の架橋反応を促進する熱潜在性を備えるものが挙げられる。前述する硬化促進剤の内、熱潜在性である物質としては、具体的には、アミジン化合物、ヒドラジン化合物、第3級アミン化合物等にエポキシ化合物が付加したエポキシアダクトが挙げられる。
更に、前記硬化促進剤の他の好適な一例としては、密閉状態、すなわち湿気遮断状態では硬化剤として機能しないが、密閉状態を開封し、湿気の存在する条件下で加水分解して硬化剤として機能する加水分解型潜在性を備えるものが挙げられる。前述する硬化促進剤の内、加水分解型潜在性である物質としては、具体的には、アミジン化合物、ヒドラジン化合物、第3級アミン化合物等にエポキシ化合物が付加したエポキシアダクトが挙げられる。
これらの硬化促進剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの硬化促進剤の中でも、好ましくはアミジン化合物、スルホニウム塩、更に好ましくはアミジン化合物が挙げられる。
コーティング層1の形成に使用される樹脂組成物における硬化促進剤の含有量については、使用する熱硬化性樹脂の種類、硬化促進剤の種類等に応じて適宜設定されるが、例えば、熱硬化性樹脂100質量部に対して、硬化促進剤が総量で0.01〜6質量部、好ましくは0.05〜5質量部、更に好ましくは0.1〜2質量部が挙げられる。
(反応性樹脂ビーズ)
単層構造のコーティング層1において、又は複層構造のコーティング層1を構成する少なくとも1つの層において、その形成に使用する樹脂組成物は、前記熱硬化性樹脂及び硬化促進剤と共に、反応性樹脂ビーズを含有する。このように、コーティング層1を構成する少なくとも1つの層において、反応性樹脂ビーズを含有させることにより、層中で反応性樹脂ビーズが熱硬化性樹脂と化学的に結合され、電池用包装材料に優れた成形性を備えさせることが可能になる。
反応性樹脂ビーズとは、前記熱硬化性樹脂と反応して化学的に結合する官能基を有する樹脂製の粒子(フィラー)である。
本発明で使用される反応性樹脂ビーズの官能基の種類については、前記熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、例えば、水酸基、カルボキシル基、イソシアネート基、メルカプト基、加水分解性シリル基、エポキシ基、重合性ビニル基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。また、反応性樹脂ビーズにおいて、1個当たりの官能基数については、特に制限されないが、接着層中で反応性樹脂ビーズが安定に保持されて優れた成形性を発揮させるという観点から、反応性樹脂ビーズ1個当たり、2個以上の官能基を有していることが好ましい。より具体的には、水酸基を有する反応性樹脂ビーズの場合であれば、水酸基価が、例えば1〜100KOHmg/g、好ましくは5〜80KOHmg/gが挙げられる。また、イソシアネート基(−N=C=O)を有する反応性樹脂ビーズの場合であれば、N=C=O含有量が1〜10重量%、好ましくは3〜8重量%が挙げられる。また、水酸基価及びイソシアネート基以外の官能基を有する反応性樹脂ビーズの場合であれば、官能基当量(反応性樹脂ビーズの分子量を官能基で除した値)が100〜5000、好ましくは150〜3000が挙げられる。
反応性樹脂ビーズの粒子を構成する樹脂については、特に制限されないが、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリル樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、好ましくはウレタン樹脂、アクリル樹脂が挙げられる。
本発明の反応性樹脂ビーズとして、成形性をより一層向上させるという観点から、好ましくは官能基として水酸基及び/又はイソシアネート基を有するウレタンビーズ、水酸基及び/又はイソシアネート基を有するアクリルビーズが挙げられる。
また、反応性樹脂ビーズの屈折率については、特に制限されないが、コーティング層1に優れた透明性を備えさせるという観点から、例えば1.3〜1.8、好ましくは1.4〜1.6が挙げられる。ここで、反応性樹脂ビースの屈折率は、JIS K7142「プラスチックの屈折率測定法」のB法に従って測定される値である。また、反応性樹脂ビーズは、使用する熱硬化性樹脂の屈折率に近い程、コーティング層1内の反応性樹脂ビーズの存在が視認し難くなり、コーティング層1により一層優れた透明性を備えさせることができる。
また、反応性樹脂ビーズの平均粒径については、特に制限されないが、膜強度及び成形性をより一層向上させるという観点から、例えば0.1〜15μm、好ましくは0.2〜10μmが挙げられる。なお、反応性樹脂ビーズの平均粒径は、島津レーザ回折式粒度分布測定装置SALD-2100-WJA1を使用し、圧縮空気を利用してノズルから測定対象となる粉体を噴射し、空気中に分散させて測定する噴射型乾式測定方式により測定される値である。
このような反応性樹脂ビーズとしては、例えば、アートパールC−THシリーズ(水酸基付与ウレタンビーズ)、アートパールRU〜RVシリーズ(反応性ウレタンビーズ〜ブロックNCOタイプ〜)等(いずれも根上工業株式会社製)が市販されており、これらの市販品を使用することもできる。
これらの反応性樹脂ビーズは、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
コーティング層1を構成する少なくとも1つの層の形成に使用される樹脂組成物において、反応性樹脂ビーズの含有量については、使用する熱硬化性樹脂の種類、反応性樹脂ビーズの種類等に応じて適宜設定されるが、例えば、熱硬化性樹脂100質量部に対して、反応性樹脂ビーズが総量で0.1〜30質量部、好ましくは0.2〜15質量部が挙げられる。
(顔料及び/又は染料)
コーティング層1を構成する少なくとも1つの層には、必要に応じて顔料及び/又は染料が含まれてもよい。コーティング層1を構成する少なくとも1つの層において、顔料及び/又は染料を含有させることにより、電池用包装材料に識別性を付与(顔料及び/又は染料によって呈色)でき、更には電池用包装材料の熱伝導率を高めて放熱性を向上させることが可能になる。
顔料の材質については、特に制限されず、無機顔料又は有機顔料のいずれであってもよい。無機顔料としては、具体的には、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト、タルク、シリカ、カオリン、モンモリロイド、モンモリロナイト、合成マイカ、ハイドロタルサイト、ゼオライト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化亜鉛,酸化マグネシウム,酸化アルミニウム,酸化ネオジウム,酸化アンチモン、酸化チタン、酸化セリウム、硫酸カルシウム,硫酸バリウム、炭酸カルシウム,ケイ酸カルシウム、炭酸リチウム、金、アルミニウム、銅、ニッケル等が挙げられる。有機顔料としては、具体的には、アゾ顔料、多環顔料、レーキ顔料、蛍光顔料等が挙げられる。これらの顔料は1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
顔料の形状についても、特に制限されず、例えば、球状、繊維状、板状、不定形、バルーン状等が挙げられる。また、顔料の平均粒径については、特に制限されないが、例えば0.01〜3μm、好ましくは0.05〜1μmが挙げられる。なお、顔料の平均粒径は、島津レーザ回折式粒度分布測定装置SALD-2100-WJA1を使用し、圧縮空気を利用してノズルから測定対象となる粉体を噴射し、空気中に分散させて測定する噴射型乾式測定方式により測定される値である。
顔料には、必要に応じて、表面に絶縁処理、高分散性処理(樹脂被覆処理)等の各種表面処理を施しておいてもよい。
また、染料の種類については、コーティング層1の形成に使用される樹脂組成物に溶解・分散できることを限度として特に制限さないが、例えば、ニトロ染料、アゾ系染料、スチルベン染料、カルポニウム染料、キノリン染料、メチン染料、チアゾール染料、キインイミン染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料、及びフタロシアニン染料などを挙げることができ、好ましくはアゾ染料、カルポニウム染料、アントラキノン染料などが挙げられる。これらの染料は1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの顔料と染料の中でも、電池用包装材料の放熱性をより一層向上させるという観点から、好ましくは顔料、より好ましくは無機顔料、更に好ましくはカーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、特に好ましくはカーボンブラックが挙げられる。
コーティング層1を構成する少なくとも1つの層において、顔料及び/又は染料を含有させる場合、その含有量については、使用する顔料及び/又は染料の種類、電池用包装材料に付与すべき識別性や放熱性等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、顔料及び/又は染料を含有させる層に含まれる熱硬化性樹脂100質量部に対して、顔料及び/又は染料が総量で1〜30質量部が挙げられる。より一層優れた識別性を付与するという観点から、顔料及び/又は染料を含有させる層に含まれる熱硬化性樹脂100質量部に対して、顔料及び/又は染料が総量で3〜20質量部が挙げられる。また、より一層優れた識別性と共に、顔料及び/又は染料に起因する成形性の低下を抑制するという観点から、顔料及び/又は染料を含有させる層に含まれる熱硬化性樹脂100質量部に対して、顔料及び/又は染料が総量で5〜15質量部が挙げられる。
(他の添加剤)
コーティング層1の形成に使用される樹脂組成物には、前述する成分の他に、必要に応じて、有機フィラー、スリップ剤、溶剤、エラストマー樹脂等の他の添加剤が含まれてもよい。
特に、コーティング層1が単層構造の場合、又は複層構造で最表層に位置する層において、スリップ剤が含まれていると、プレス成形やエンボス加工における成形・加工性を向上させたり、操作性を良好にすることが可能になる。
有機フィラーの種類については、特に制限されないが、例えば、高融点ナイロン、架橋アクリル、架橋スチレン、架橋ポリエチレン、ベンゾグアナミン等が挙げられる。また、有機フィラーの形状についても、特に制限されないが、例えば、球状、繊維状、板状、不定形、バルーン状等が挙げられる。
また、スリップ剤としては、特に制限されず、非反応性スリップ剤であってもよく、また反応性スリップ剤であってもよい。特に、反応性スリップ剤は、コーティング層1からスリップ剤がブリード喪失し難く、使用時に粉吹きや裏移りが生じたり、コーティング層1のスリップ効果が経時的に低下したりするのを抑制できるという利点があるので、スリップ剤の中でも、好ましくは反応性スリップ剤が挙げられる。
ここで、非反応性スリップ剤とは、熱硬化性樹脂と反応して化学的に結合する官能基を有さず、スリップ性(滑り性)を付与できる化合物である。また、反応性スリップ剤とは、前記熱硬化性樹脂と反応して化学的に結合する官能基を有し、且つスリップ性(滑り性)を付与できる化合物である。
非反応性スリップ剤としては、具体的には、例えば、脂肪酸アマイド、金属石鹸、親水性シリコーン、シリコーンをグラフトしたアクリル、シリコーンをグラフトしたエポキシ、シリコーンをグラフトしたポリエーテル、シリコーンをグラフトしたポリエステル、ブロック型シリコーンアクリル共重合体、ポリグリセロール変性シリコーン、パラフィン等が挙げられる。これらの非反応性スリップ剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、反応性スリップ剤において、官能基の種類については、使用する熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、例えば、水酸基、メルカプト基、加水分解性シリル基、イソシアネート基、エポキシ基、重合性ビニル基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。反応性スリップ剤において、1分子当たりの官能基数については、特に制限されないが、例えば、1〜3個、好ましくは1又は2個が挙げられる。
反応性スリップ剤として、具体的には、前記官能基を有する変性シリコーン;前記官能基を有する変性フッ素樹脂;ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等の脂肪酸アミドに対して前記官能基が導入された化合物;前記官能基が導入された金属石鹸;前記官能基が導入されたパラフィン等が挙げられる。これらの反応性スリップ剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの反応性スリップ剤の中でも、好ましくは前記官能基を有する変性シリコーン、前記官能基を有するフッ素樹脂、前記官能基を有するシリコーン変性樹脂が挙げられる。前記変性シリコーンとして、具体的には、アクリル樹脂がブロック重合した変性シリコーン等のように、前記官能基を有する重合体がブロック重合した変性シリコーン;アクリレートがグラフト重合した変性シリコーン等のように、前記官能基を有する単量体がグラフト重合した変性シリコーン等が挙げられる。また、前記変性フッ素樹脂としては、具体的には、アクリレートがグラフト重合したフッ素樹脂等のように、前記官能基を有する単量体がグラフト重合した変性フッ素樹脂;アクリル樹脂がブロック重合した変性フッ素樹脂等のように、前記官能基を有する重合体がブロック重合したフッ素樹脂等が挙げられる。また、前記シリコーン変性樹脂としては、具体的には、前記官能基を有するアクリル樹脂にシリコーンがグラフト重合しているシリコーン変性アクリル樹脂等のように、前記官能基を有し且つシリコーンがグラフト重合したシリコーン変性樹脂等が挙げられる。また、前記変性フッ素樹脂としては、具体的には、アクリレートがグラフト重合したフッ素樹脂等のように、前記官能基を有する単量体がグラフト重合した変性フッ素樹脂;アクリル樹脂がブロック重合した変性フッ素樹脂等のように、前記官能基を有する重合体がブロック重合したフッ素樹脂等が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい反応性スリップ剤として、前記官能基を有する単量体又は重合体がシリコーンの一方の末端に重合している変性シリコーン;前記官能基を有する単量体又は重合体がフッ素樹脂の一方の末端に重合している変性フッ素樹脂が挙げられる。このような変性シリコーン及び変性フッ素樹脂としては、例えば「モディパー(登録商標)F・FSシリーズ」(日油株式会社製)、「サイマック(登録商標)シリーズ」(東亞合成株式会社製)等が市販されており、これらの市販品を使用することもできる。
これらのスリップ剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
コーティング層1が単層構造の場合、又は複層構造で最表層に位置する層において、スリップ剤を含有させる場合、その含有量については、特に制限されないが、例えば、熱硬化性樹脂100質量部に対して、スリップ剤が総量で1〜12質量部、好ましくは3〜10質量部、更に好ましくは5〜8質量部が挙げられる。
また、コーティング層1が複層構造の場合、最表面に位置する層以外の層(即ち、コーティング層1を構成する最表面の層とバリア2との間に設けられる層)に、エラストマー樹脂を含有させると、コーティング層1が硬化時に収縮するのを抑制しつつ、コーティング層1に適度な柔軟性を付与し、成形性をより一層向上させることが可能になる。
エラストマー樹脂としては、前記熱硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有しており、硬化すると前記熱硬化性樹脂と架橋するものであってもよく、また、このような官能基を有さず、硬化しても前記熱硬化性樹脂と架橋しないものであってもよい。エラストマー樹脂の種類については、特に制限されないが、例えば、エチレンと1種又は2種以上の炭素数2〜20のα−オレフィン(エチレンを除く)とを構成モノマーとして含むエチレン系エラストマー等のポリオレフィン系エラストマー;スチレン系エラストマー;ポリエステル系エラストマー;ウレタン系エラストマー;アクリル系エラストマー;ビスフェノールA型エポキシ系エラストマー等のエポキシ系エラストマー;ポリエステルポリオール、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール等のポリオール系エラストマー;ニトリルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等のゴム成分等が挙げられる。これらのエラストマー樹脂の中でも、好ましくは、ウレタン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、ポリオール系エラストマーが挙げられる。
これらのエラストマー樹脂は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
コーティング層1が複層構造の場合に、最表面に位置する層以外の層(即ち、コーティング層1を構成する最表面の層とバリア2との間に設けられる層)において、エラストマー樹脂を含有させる場合、その含有量については、特に制限されないが、例えば、熱硬化性樹脂100質量部に対して、スリップ剤が総量で3〜50質量部、好ましくは5〜30質量部、更に好ましくは10〜20質量部が挙げられる。
(コーティング層1の好適な層構造)
前述するように、コーティング層1は、単層構造であっても、2以上の層からなる複層構造であってもよいが、十分な絶縁性を付与できる程度の厚膜を備えさせるために、好ましくは2以上の層で構成された複層構造、更に好ましくは2又は3つの層で構成された複層構造、特に好ましくは3つの層で構成された複層構造が挙げられる。
コーティング層1を2つの層で構成された複層構造にする場合、前記反応性樹脂ビーズは、これらの層のいずれか一方の層に含まれていてもよく、またこれらの層の双方に含まれていてもよいが、前記反応性樹脂ビーズは最表面に位置する層のみに含まれていることが好ましい。即ち、コーティング層1が、最表面側からバリア層2に向けて第1コーティング層1a及び第2コーティング層1bがこの順で配された2層構造である場合、コーティング層1とバリア層2の密着性を高めるという観点から、第1コーティング層1aに前記反応性樹脂ビーズを含有させることが好ましく、また第2コーティング層1bには前記反応性樹脂ビーズを含有させないことが好ましい。また、このような2層構造のコーティング層1に顔料及び/又は染料を含有させる場合には、顔料及び/又は染料は、前記第1コーティング層1a及び第2コーティング層1bのいずれか少なくとも一方の層に含まれていればよい。電池用包装材料の成形後に、成形された部分と成型されていない部分の色調の差を小さくするという観点から、顔料及び/又は染料は、前記第1コーティング層1a及び第2コーティング層1bの双方に含まれていることが好ましい。
また、コーティング層1を3つの層で構成された複層にする場合、前記反応性樹脂ビーズは、これらの層のいずれか一つの層に含まれていてもよく、またこれらの層の2つ以上に含まれていてもよいが、前記反応性樹脂ビーズは3つの層の中心に配された層のみに含まれていることが好ましい。即ち、コーティング層1が、最表面側からバリア層2に向けて第1コーティング層1a、第2コーティング層1b、及び第3コーティング層1cがこの順で配された3層構造である場合、コーティング層1とバリア層2の密着性を高めつつ、耐薬品性やスリップ性をより有効に備えさせるという観点から、第2コーティング層1bに前記反応性樹脂ビーズを含有させることが好ましく、また第1コーティング層1aと第3コーティング層1cには前記反応性樹脂ビーズを含有させないことが好ましい。また、このような3層構造のコーティング層1に顔料を含有させる場合には、顔料及び/又は染料は、前記第1コーティング層1a、第2コーティング層1b、及び第3コーティング層1cのいずれか少なくとも一つの層に含まれていていればよい。電池用包装材料の成形後に、成形された部分と成型されていない部分の色調の差を小さくするという観点から、顔料及び/又は染料は、前記第1コーティング層1a、第2コーティング層1b、及び第3コーティング層1cの中の少なくとも2つの層に含まれていることが好ましく、これらの3つの層全てに含まれていることが更に好ましい。
(コーティング層1の厚さ)
コーティング層1全体の厚さについては、特に制限されないが、例えば4〜20μm、好ましくは6〜18μmが挙げられる。より具体的には、コーティング層1を単層構造とする場合であれば、その厚さとして、例えば2〜10μm、好ましくは3〜7μmが挙げられる。また、コーティング層1を2以上の層からなる複層構造とする場合であれば、各層単独の厚さとして、例えば、1〜5μm、好ましくは2〜4μmが挙げられる。
[バリア層2]
本発明の電池用包装材料において、バリア層2は、包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光等が侵入するのを防止するためのバリア層として機能する層である。バリア層2の材質としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス、チタン等の金属箔;酸化珪素、アルミナ等の無機化合物を蒸着したフィルム等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは金属箔、更に好ましくはアルミニウム箔が挙げられる。電池用包装材料の製造時にしわやピンホールを防止するために、本発明においてバリア層2として、軟質アルミニウム箔、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS A8021P−O)又は(JIS A8079P−O)箔等を用いることが好ましい。
バリア層2の厚さについては、特に制限されないが、例えば、金属箔を使用する場合であれば、通常10〜200μm、好ましくは20〜100μmが挙げられる。
また、バリア層2として金属箔を使用する場合、接着の安定化、溶解や腐食の防止等のために、少なくとも一方の面、好ましくは少なくともシーラント層側の面、更に好ましくは両面が化成処理されていることが好ましい。ここで、化成処理とは、バリア層2の表面に耐酸性皮膜を形成する処理である。化成処理は、例えば、硝酸クロム、フッ化クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、蓚酸クロム、重リン酸クロム、クロム酸アセチルアセテート、塩化クロム、硫酸カリウムクロム等のクロム酸化合物を用いたクロム酸クロメート処理;リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸等のリン酸化合物を用いたリン酸クロメート処理;下記一般式(1)〜(4)で表される繰り返し単位からなるアミノ化フェノール重合体を用いたクロメート処理等が挙げられる。
一般式(1)〜(4)中、Xは水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリル基又はベンジル基を示す。また、R1及びR2は、同一又は異なって、ヒドロキシル基、アルキル基、又はヒドロキシアルキル基を示す。一般式(1)〜(4)において、X、R1、R2で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖又は分枝鎖状アルキル基が挙げられる。また、X、R1、R2で示されるヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等のヒドロキシ基が1個置換された炭素数1〜4の直鎖又は分枝鎖状アルキル基が挙げられる。ことができる。一般式(1)〜(4)において、Xは、水素原子、ヒドロキシル基、及び、ドロキシアルキル基のいずれかであることが好ましい。一般式(1)〜(4)で表される繰り返し単位からなるアミノ化フェノール重合体の数平均分子量は、例えば、約500〜約100万、好ましくは約1000〜約2万が挙げられる。
また、金属箔に耐食性を付与する化成処理方法として、リン酸中に、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化スズ等の金属酸化物や硫酸バリウムの微粒子を分散させたものをコーティングし、150℃以上で焼付け処理を行うことにより、金属箔の表面に耐食処理層を形成する方法が挙げられる。また、前記耐食処理層の上には、カチオン性ポリマーを架橋剤で架橋させた樹脂層を形成してもよい。ここで、カチオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミンとカルボン酸を有するポリマーからなるイオン高分子錯体、アクリル主骨格に1級アミンをグラフトさせた1級アミングラフトアクリル樹脂、ポリアリルアミンまたはその誘導体、アミノフェノール等が挙げられる。これらのカチオン性ポリマーは1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、架橋剤としては、例えば、イソシアネート基、グリシジル基、カルボキシル基、及びオキサゾリン基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物、シランカップリング剤等が挙げられる。これらの架橋剤は1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの化成処理は、1種の化成処理を単独で行ってもよく、2種以上の化成処理を組み合わせて行ってもよい。更に、これらの化成処理は、1種の化合物を単独で使用して行ってもよく、また2種以上の化合物を組み合わせて使用して行ってもよい。これらの中でも、好ましくはクロム酸クロメート処理、更に好ましくはクロム酸化合物、リン酸化合物、及び前記アミノ化フェノール重合体を組み合わせたクロメート処理が挙げられる。
化成処理において金属箔の表面に形成させる耐酸性皮膜の量については、特に制限されないが、例えばクロム酸化合物、リン酸化合物、及び前記アミノ化フェノール重合体を組み合わせてクロメート処理を行う場合であれば、金属箔の表面1m2当たり、クロム酸化合物がクロム換算で約0.5〜約50mg、好ましくは約1.0〜約40mg、リン化合物がリン換算で約0.5〜約50mg、好ましくは約1.0〜約40mg、及び前記アミノ化フェノール重合体が約1〜約200mg、好ましくは約5.0〜150mgの割合で含有されていることが望ましい。
化成処理は、耐酸性皮膜の形成に使用する化合物を含む溶液を、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、浸漬法等によって、金属箔の表面に塗布した後に、金属箔の温度が70〜200℃程度になるように加熱することにより行われる。また、バリア層2に化成処理を施す前に、予め金属箔を、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法等による脱脂処理に供してもよい。このように脱脂処理を行うことにより、金属箔の表面の化成処理を一層効率的に行うことが可能になる。
[接着層4]
本発明の電池用包装材料において、接着層4は、バリア層2とシーラント層3を強固に接着させために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
接着層4は、バリア層2とシーラント層3とを接着可能である接着用樹脂組成物によって形成される。接着層4の形成に使用される接着剤成分は、バリア層2とシーラント層3を接着可能であることを限度として特に制限されず、2液硬化型接着剤であってもよく、また1液硬化型接着剤であってもよい。更に、接着層4の形成に使用される接着剤成分の接着機構についても、特に制限されず、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型、熱圧型等のいずれであってもよく、例えば、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、ポリエチレンイソフタレート、ポリカーボネート、共重合ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリエーテル系接着剤;ポリウレタン系接着剤;エポキシ系樹脂;フェノール樹脂系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、共重合ポリアミド等のポリアミド系樹脂;ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂;セルロース系接着剤;(メタ)アクリル系樹脂;ポリイミド系樹脂;尿素樹脂、メラミン樹脂等のアミノ樹脂;クロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム等のゴム;シリコーン系樹脂等が挙げられる。
接着層4の形成において、製造時に高温条件でのエージングを要することなく短時間で硬化させてリードタイムの短縮化を図り、更には成形性を向上させる等の観点から、好ましくは、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含有する接着層用樹脂組成物が好適に使用される。熱硬化性樹脂と、硬化促進剤とを併用することにより、高温条件でのエージングを要することなく短時間で硬化させて、リードタイムを短縮することが可能になる。
前記接着層用樹脂組成物に使用される熱硬化性樹脂の種類や好ましいもの等については、前記[コーティング層1]の欄に記載の熱硬化性樹脂と同様である。また、前記接着層用樹脂組成物に使用される硬化促進剤の種類や好ましいもの等については、前記[コーティング層1]の欄に記載の硬化促進剤と同様である。前記接着層用樹脂組成物における硬化促進剤の含有量については、使用する熱硬化性樹脂の種類、硬化促進剤の種類等に応じて適宜設定されるが、例えば、熱硬化性樹脂100質量部に対して、硬化促進剤が総量で0.01〜6質量部、好ましくは0.05〜5質量部、更に好ましくは0.1〜2質量部が挙げられる。
接着層4の厚さについては、例えば、2〜50μm、好ましくは3〜25μmが挙げられる。
[シーラント層3]
本発明の電池用包装材料において、シーラント層3は、最内層に該当し、電池の組み立て時にシーラント層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
シーラント層3に使用される樹脂成分については、熱溶着可能であることを限度として特に制限されないが、例えば、ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、カルボン酸変性環状ポリオレフィンが挙げられる。
前記ポリオレフィンとしては、具体的には、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン等のポリエチレン;ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー)、ポリプロピレンのランダムコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー)等の結晶性又は非晶性のポリプロピレン;エチレン−ブテン−プロピレンのターポリマー;等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくはポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられる。
前記環状ポリオレフィンは、オレフィンと環状モノマーとの共重合体であり、前記環状ポリオレフィンの構成モノマーであるオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン、等が挙げられる。また、前記環状ポリオレフィンの構成モノマーである環状モノマーとしては、例えば、ノルボルネン等の環状アルケン;具体的には、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくは環状アルケン、更に好ましくはノルボルネンが挙げられる。
前記カルボン酸変性ポリオレフィンとは、前記ポリオレフィンをカルボン酸で変性したポリマーである。変性に使用されるカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
前記カルボン酸変性環状ポリオレフィンとは、環状ポリオレフィンを構成するモノマーの一部を、α,β−不飽和カルボン酸又はその無水物に代えて共重合することにより、或いは環状ポリオレフィンに対してα,β―不飽和カルボン酸又はその無水物をブロック重合又はグラフト重合することにより得られるポリマーである。カルボン酸変性される環状ポリオレフィンについては、前記と同様である。また、変性に使用されるカルボン酸としては、前記酸変性シクロオレフィンコポリマーの変性に使用されるものと同様である。
これらの樹脂成分の中でも、好ましくは結晶性又は非晶性のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、及びこれらのブレンドポリマー;更に好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとノルボルネンの共重合体、及びこれらの中の2種以上のブレンドポリマーが挙げられる。
シーラント層3は、1種の樹脂成分単独で形成してもよく、また2種以上の樹脂成分を組み合わせたブレンドポリマーにより形成してもよい。更に、シーラント層は、1層のみで形成されていてもよいが、同一又は異なる樹脂成分によって2層以上形成されていてもよい。
また、シーラント層3の厚みとしては、特に制限されないが、2〜2000μm、好ましくは5〜1000μm、さらに好ましくは10〜500μmが挙げられる。
[電池用包装材料の厚み]
本発明の電池用包装材料はバリア層3上に、接着層と樹脂フィルムによる基材層を設けていないため、従来のフィルム状の電池用包装材料に比べて薄膜化することができる。本発明の電池用包装材料全体の厚みについては、例えば40〜120μm、好ましくは50〜100μmが挙げられる。
3.電池用包装材料の製造方法
本発明の電池用包装材料の製造方法については、所定の組成の各層を積層させた積層体が得られる限り、特に制限されないが、例えば、以下の方法が例示される:
バリア層2の上に、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物を塗布し、加熱して硬化させるコーティング層形成工程を含み、
前記コーティング層形成工程を1回又は複数回行い、当該コーティング層形成工程において少なくとも1回は、反応性樹脂ビーズが含まれる前記樹脂組成物を使用し、
前記コーティング層形成工程の前又は後に、バリア層2においてコーティング層1を積層させる面とは反対側の面にシーラント層3を積層させる。
前記コーティング層形成工程におけるバリア層2へのコーティング層を形成する樹脂組成物の塗布は、グラビアコート法、ロールコート法等の塗布方法で行うことができる。また、バリア層2上に塗布した樹脂組成物を硬化させる際の加熱条件としては、例えば、90〜200℃、好ましくは100〜190℃で、0.1〜60秒間、好ましくは1〜30秒間が挙げられる。
このように、本発明では、コーティング層形成工程において高温条件でのエージングを要せず、前記加熱条件のみでスリップ性コーティング層1を十分に硬化させることができるので、大幅にリードタイムを短縮することができる。
また、バリア層2上にシーラント層3を直接積層させる場合には、バリア層2上に、シーラント層3を構成する樹脂成分をグラビアコート法、ロールコート法等の方法により塗布すればよい。また、バリア層2とシーラント層3の間に接着層4を設ける場合には、例えば、(1)バリア層2上に、接着層4及びシーラント層3を共押出しすることにより積層する方法(共押出しラミネーション法)、(2)別途、接着層4とシーラント層3が積層した積層体を形成し、これをバリア層2上に熱ラミネーション法により積層する方法、(3)バリア層2上に、接着層4を形成させるための接着剤を押出し法や溶液コーティングした高温で乾燥さらには焼き付ける方法等により積層させ、この接着層4上に予めシート状に製膜したシーラント層3をサーマルラミネーション法により積層する方法、(4)バリア層2と、予めシート状に製膜したシーラント層3との間に、溶融させた接着層4を流し込みながら、接着層4を介して積層体Aとシーラント層3を貼り合せる方法(サンドラミネーション法)等が挙げられる。
上記のようにして、単層又は複層構造のコーティング層1/必要に応じて表面が化成処理されたバリア層2/必要に応じて設けられる接着層4/シーラント層3からなる積層体が形成される。
本発明の電池用包装材料において、積層体を構成する各層には、必要に応じて、製膜性、積層化加工、最終製品2次加工(パウチ化、エンボス成形)適性等を向上又は安定化するために、コロナ処理、ブラスト処理、酸化処理、オゾン処理等の表面活性化処理を施していてもよい。
4.電池用包装材料の用途
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質等の電池素子を密封して収容するための包装材料として、所望の形状に成形して使用される。
具体的には、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を、本発明の電池用包装材料で、前記正極及び負極の各々に接続された金属端子が外側に突出させた状態で、電池素子の周縁にフランジ部(シーラント層3同士が接触する領域)が形成できるようにして被覆し、前記フランジ部のシーラント層3同士をヒートシールして密封させることによって、電池用包装材料を使用した電池が提供される。なお、本発明の電池用包装材料を用いて電池素子を収容する場合、本発明の電池用包装材料のシーラント部分が内側(電池素子と接する面)になるようにして用いられる。
本発明の電池用包装材料は、一次電池、二次電池のいずれに使用してもよいが、好ましくは二次電池である。本発明の電池用包装材料が適用される二次電池の種類については、特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサー、キャパシター等が挙げられる。これらの二次電池の中でも、本発明の電池用包装材料の好適な適用対象として、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池が挙げられる。
以下に実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
(1)2層構造のコーティング層を有する電池用包装材料の製造とその評価−1
[電池用包装材料の製造1]
両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ40μm)からなるバリア層に、2層構造のコーティング層を形成した。具体的には、バリア層に、下記組成の樹脂組成物A2を硬化後の厚さが5μmとなるように塗布し、120℃、30秒の条件で硬化させて第2コーティング層を形成した。次いで、当該第2コーティング層上に、下記組成の樹脂組成物A1を硬化後の厚さが5μmとなるように塗布し、120℃、30秒の条件で硬化させて第1コーティング層を形成した。なお、バリア層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥重量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
その後、バリア層のコーティング層が積層されていない側に、カルボン酸変性ポリプロピレン(バリア層側に配置、厚さ23μm)とホモポリプロピレン(最内層、厚さ23μm)を、共押し出しすることにより、バリア層上に2層からなるシーラント層を積層させた。斯して、2層構造のコーティング層(第1コーティング層/第2コーティング層)/バリア層4/シーラント層が順に積層された積層体からなる電池用包装材料を得た。
<第2コーティング層の形成に使用した樹脂組成物A2>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量8000〜50000、水酸基価40未満のウレタンポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(80〜150℃で熱硬化性樹脂の架橋反応を促進するイミダゾール化合物)
<第1コーティング層の形成に使用した樹脂組成物A1>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量500〜3000、水酸基価70以上の脂肪族ポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・樹脂ビーズ 表1〜4に示す所定量
(表1〜4に示す樹脂ビーズ)
・スリップ剤 1質量部
(エルカ酸アミド)
[電池用包装材料の製造2]
第1コーティング層の形成において、下記組成の樹脂組成物B1を使用したこと以外は、前記[電池用包装材料の製造1]と同様の方法で電池用包装材料を製造した。
<第1コーティング層の形成に使用した樹脂組成物B1>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量8000〜50000、水酸基価40未満のウレタンポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・樹脂ビーズ 表1〜4に示す所定量
(表1〜4に示す樹脂ビーズ)
[成形性の評価]
上記で得られた各電池用包装材料を裁断して、120×80mmの短冊片を作製し、これを試験サンプルとした。30×50mmの矩形状の雄型とこの雄型とのクリアランスが0.5mmの雌型からなるストレート金型を用い、雄型側に熱接着性樹脂層側が位置するように雌型上に上記試験サンプルを載置し、成形深さを種々の範囲に設定して上記試験サンプルを0.1MPaの押え圧(面圧)で押えて、冷間成形(引き込み1段成形)した。成形された各試験サンプルにおける金属層のピンホール及びクラックの発生の有無を確認し、ピンホール及びクラックの発生率(%)を算出した。ピンホール及びクラックの発生率は、上記成形を行った後に1カ所でもピンホール又はクラックが認められるものを成形不良品として判別し、100個の試験サンプルを上記条件で成形した際に発生した成形不良品の割合を求め、成形不良品の割合が5%未満である場合を合格、成形不良品の割合が5%以上である場合を不合格として判定した。また第1コーティング層を形成する樹脂組成物に樹脂ビーズを添加しないこと以外は、前記と同様に製造した電池用包装材料をコントロールとして、同様に成形性の評価を行った。得られた結果を下記基準に従って判定し、成形性向上効果を評価した。
(成形性向上効果の判定基準)
◎:コントロールに比べて合格になる成形深さが1.0mm以上向上している。
○:コントロールに比べて合格になる成形深さが0.5mm以上1.0mm未満向上している。
△:合格になる成形深さがコントロールと同じである。
×:コントロールに比べて合格になる成形深さが低下している。
[評価結果]
得られた結果を表1〜4に示す。表1〜4から明らかなようにコーティング層の中の1つの層を形成する樹脂組成物に、反応性を有していない樹脂ビーズを添加した場合は、樹脂ビーズを添加していない場合に比して成形性が低下していた(比較例1〜4)。これに対して、コーティング層の中の1つの層を形成する樹脂組成物に、反応性樹脂ビーズを添加すると、樹脂ビーズを添加していない場合に比して成形深さを大きくすることができ、成形性が向上することが分かった。また、コーティング層を形成する樹脂組成物に硬化促進剤を添加することにより、160℃、30秒間という極めて短時間で、当該接着層を硬化させることができ、リードタイムの大幅な短縮が図れていた(実施例1〜50)。
(2)3層構造のコーティング層を有する電池用包装材料の製造とその評価−1
[電池用包装材料の製造3]
両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ40μm)からなるバリア層に、3層構造のコーティング層を形成した。具体的には、バリア層に、下記組成の樹脂組成物C3を硬化後の厚さが5μmとなるように塗布し、120℃、30秒の条件で硬化させて第3コーティング層を形成した。次いで、当該第3コーティング層上に、下記組成の樹脂組成物C2を硬化後の厚さが5μmとなるように塗布し、120℃、30秒の条件で硬化させて第2コーティング層を形成した。更に、当該第2コーティング層上に、下記組成の樹脂組成物C1を硬化後の厚さが5μmとなるように塗布し、120℃、30秒の条件で硬化させて第1コーティング層を形成した。なお、バリア層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥重量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
その後、バリア層のコーティング層が積層されていない側に、カルボン酸変性ポリプロピレン(バリア層側に配置、厚さ23μm)とホモポリプロピレン(最内層、厚さ23μm)を、共押し出しすることにより、バリア層上に2層からなるシーラント層を積層させた。斯して、3層構造のコーティング層(第1コーティング層/第2コーティング層/第3コーティング層)/バリア層4/シーラント層が順に積層された積層体からなる電池用包装材料を得た。
<第3コーティング層の形成に使用した樹脂組成物C3>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量8000〜50000、水酸基価40未満のウレタンポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
<第2コーティング層の形成に使用した樹脂組成物C2>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量500〜3000、水酸基価70以上の脂肪族ポリオール、硬化剤:イソホロンジイソシアネート)
・硬化促進剤 1質量部
(80〜150℃で熱硬化性樹脂の架橋反応を促進するイミダゾール化合物)
・樹脂ビーズ 表5〜8に示す所定量
(表5〜8に示す樹脂ビーズ)
<第1コーティング層の形成に使用した樹脂組成物C1>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量200〜1000、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・スリップ剤 1質量部
(エルカ酸アミド)
[電池用包装材料の製造4]
第2コーティング層の形成において、下記組成の樹脂組成物D2を使用したこと以外は、前記[電池用包装材料の製造3]と同様の方法で電池用包装材料を製造した。
<第2コーティング層の形成に使用した樹脂組成物D2>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量200〜1000、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・樹脂ビーズ 表5〜8に示す所定量
(表5〜8に示す樹脂ビーズ)
[成形性の評価]
前記「1.2層構造のコーティング層を有する電池用包装材料の製造とその評価」の場合と同様の条件で、各電池用包装材料の成形性の向上効果を評価した。
[評価結果]
得られた結果を表5〜8に示す。この結果からも、3層構造のコーティング層を有する電池用包装材料において、コーティング層の中の1つの層を形成する樹脂組成物に、反応性樹脂ビーズを接着層に添加すると、成形性が向上することが確認された(実施例51〜100)。一方、コーティング層の中の1つの層を形成する樹脂組成物に反応性を有していない樹脂ビーズを添加すると、かえって成形性が劣る結果になった(比較例5〜8)。また、本試験結果からも、コーティング層を形成する樹脂組成物に硬化促進剤を添加することにより、160℃、30秒間という極めて短時間で、当該接着層を硬化させることができ、リードタイムの大幅な短縮が図れていた実施例51〜100)。
(3)2層構造のコーティング層を有する電池用包装材料の製造とその評価−2
[電池用包装材料の製造5]
第1コーティング層の形成において下記組成の樹脂組成物E1を使用し、且つ第2コーティング層の形成において下記組成の樹脂組成物E2を使用したこと以外は、前記[電池用包装材料の製造1]と同様の方法で電池用包装材料を製造した。
<第2コーティング層の形成に使用した樹脂組成物E2>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量8000〜50000、水酸基価40未満のウレタンポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(80〜150℃で熱硬化性樹脂の架橋反応を促進するイミダゾール化合物)
・無機顔料 表9に示す所定量
(カーボンブラック平均粒径0.2μm)
<第1コーティング層の形成に使用した樹脂組成物E1>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量500〜3000、水酸基価70以上の脂肪族ポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・樹脂ビーズ 0.3質量部
(ウレタン樹脂製、官能基として水酸基を含有、官能基の結合数(水酸基価、KOH mg/g)5、平均粒径0.2μm、屈折率1.5)
・無機顔料 表9に示す所定量
(カーボンブラック、平均粒径0.2μm)
・スリップ剤 1質量部
(エルカ酸アミド)
[識別性の評価]
得られた各電池用包装材料と実施例6の電池用包装材料(第1コーティング層の形成に樹脂組成物A1を使用した場合)について、目視にてコーティング層側の色調を観察し、コーティング層に配合したカーボンブラックによる呈色(黒色)の視認性を確認し、以下の基準で評価した。
(識別性の評価基準)
A:黒色であることを明瞭に視認できる。
B:黒色であることを僅かに視認できる。
C:黒色であることを視認できない。
[成形適性の評価]
得られた各電池用包装材料と実施例6の電池用包装材料(第1コーティング層の形成に樹脂組成物A1を使用した場合)について、前記と同条件で成形を行い、成形性と成形による延伸部分の色調を、以下の基準で評価した。
(成形性)
A:合格になる成形深さが、対照用電池用包装材料と同じである。
B:合格になる成形深さが、対照用電池用包装材料に比べて、0.5mm以下の低下が認められる。
C:合格になる成形深さが、対照用電池用包装材料に比べて、0.5mm超、1.0mm以下の低下が認められる。
D:合格になる成形深さが、対照用電池用包装材料に比べて、1.0mm超の低下が認められる。
なお、対照用電池用包装材料として実施例6の電池用包装材料(第1コーティング層の形成に樹脂組成物A1を使用した場合)を用いた。実施例101〜118の電池用包装材料は、第1コーティング層の形成に使用した樹脂組成物にカーボンブラックが含まれていること以外は、実施例6の電池用包装材料(第1コーティング層の形成に樹脂組成物A1を使用した場合)と同構成である。
(成形による延伸部分の色調)
A:延伸部分と非延伸部分の間で色調に違いは全く認められない。
B:延伸部分と非延伸部分で、僅かな色調の違いが認められる。
C:延伸部分と非延伸部分で、明らかな色調の違いが認められる。
[評価結果]
得られた結果を表9に示す。この結果から、コーティング層を構成する少なくとも1層に無機顔料(カーボンブラック)を添加することによって、電池用包装材料に色調を付与して識別性を備えさせ得ることが確認された。また、添加する無機顔料の量を熱硬化性樹脂100質量部当たり30質量部以下、特に15質量部以下にすることによって、成形性の低下を効果的に抑制できることも確認された。更に、コーティング層を構成する2つの層の双方に無機顔料を添加することによって、成形後に、成形部分と非成形部分の間に色調の差が生じるのを効果的に抑制できることも明らかとなった。また、コーティング層にカーボンブラックを添加した電池用包装材料の熱伝導率について測定したところ、熱伝導率60W/m・K程度以上を備えており、優れた放熱性を備えていることも確認された。
(4)3層構造のコーティング層を有する電池用包装材料の製造とその評価−2
[電池用包装材料の製造6]
第1コーティング層の形成において下記組成の樹脂組成物F1を使用し、第2コーティング層の形成において下記組成の樹脂組成物F2を使用し、且つ第3コーティング層の形成において下記組成の樹脂組成物F3を使用したこと以外は、前記[電池用包装材料の製造3]と同様の方法で電池用包装材料を製造した。
<第3コーティング層の形成に使用した樹脂組成物F3>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量8000〜50000、水酸基価40未満のウレタンポリオール、硬化剤:ジフェニルメタンジイソシアネートアダクト)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・無機顔料 表10及び11に示す所定量
(カーボンブラック、平均粒径0.2μm)
<第2コーティング層の形成に使用した樹脂組成物F2>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量500〜3000、水酸基価70以上の脂肪族ポリオール、硬化剤:イソホロンジイソシアネート)
・硬化促進剤 1質量部
(80〜150℃で熱硬化性樹脂の架橋反応を促進するイミダゾール化合物)
・樹脂ビーズ 0.3質量部
(ウレタン樹脂製、官能基として水酸基を含有、官能基の結合数(水酸基価、KOH mg/g)5、平均粒径0.2μm、屈折率1.5)
・無機顔料 表10及び11に示す所定量
(カーボンブラック、平均粒径0.2μm)
<第1コーティング層の形成に使用した樹脂組成物F1>
・熱硬化性樹脂 100質量部
(主剤:分子量200〜1000、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸)
・硬化促進剤 1質量部
(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7エンのオクチル酸塩)
・無機顔料 表10及び11に示す所定量
(カーボンブラック、平均粒径0.2μm)
・スリップ剤 1質量部
(エルカ酸アミド)
[識別性と成形適性の評価]
得られた各電池用包装材料と実施例56の電池用包装材料(第2コーティング層の形成に樹脂組成物C2を使用した場合)について、前記「(3)2層構造のコーティング層を有する電池用包装材料の製造とその評価−2」と同様の方法で、識別性と成形適性について評価した。
なお、成形適性における「成形性」の評価では、対照用電池用包装材料として実施例56の電池用包装材料(第2コーティング層の形成に樹脂組成物C2を使用した場合)を用いた。実施例119〜160の電池用包装材料は、第2コーティング層の形成に使用した樹脂組成物にカーボンブラックが含まれていること以外は、実施例56の電池用包装材料(第2コーティング層の形成に樹脂組成物C2を使用した場合)と同構成である。
[評価結果]
得られた結果を表10及び11に示す。この結果からも、コーティング層を構成する少なくとも1層に無機顔料(カーボンブラック)を添加することによって、電池用包装材料に色調を付与して識別性を備えさせ得ることが確認された。また、添加する無機顔料の量を熱硬化性樹脂100質量部当たり30質量部以下、特に15質量部以下にすることによって、成形性の低下を効果的に抑制できることも確認された。更に、コーティング層を構成する3つの層の内、少なくとも2つの層、特に3つの層に無機顔料を添加することによって、成形後に、成形部分と非成形部分の間に色調の差が生じるのを効果的に抑制できることも明らかとなった。また、コーティング層にカーボンブラックを添加した電池用包装材料の熱伝導率について測定したところ、熱伝導率60W/m・K程度以上を備えており、優れた放熱性を備えていることも確認された。
1 コーティング層
1a 第1コーティング層
1b 第2コーティング層
1c 第3コーティング層
2 バリア層
3 シーラント層

Claims (12)

  1. 少なくとも、コーティング層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
    前記コーティング層が、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物の硬化物で形成された単層又は複層構成からなり、
    前記コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に反応性樹脂ビーズが含まれる、
    ことを特徴とする電池用包装材料。
  2. 前記コーティング層が、最表面側からバリア層側に向けて第1コーティング層、第2コーティング層、及び第3コーティング層がこの順で配された3層構造であり、前記第2コーティング層の形成に使用される前記樹脂組成物に前記反応性樹脂ビーズが含まれる、請求項1に記載の電池用包装材料。
  3. 前記反応性樹脂ビーズが、官能基を有するウレタン樹脂ビーズ又はアクリル樹脂ビーズである、請求項1又は2に記載の電池用包装材料。
  4. 前記反応性樹脂ビーズの屈折率が1.3〜1.8である、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
  5. 前記コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に顔料及び/又は染料が含まれる、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
  6. 前記コーティング層の少なくとも1つの層の形成に使用される前記樹脂組成物に無機顔料含まれる、請求項5に記載の電池用包装材料。
  7. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びアルキド樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
  8. 前記硬化促進剤が、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、及び第3級アミン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
  9. 前記バリア層が金属箔である、請求項1〜8のいずれかに記載の電池用包装材料。
  10. 電池用包装材料全体の厚さが40〜120μmである、請求項1〜9のいずれかに記載の電池用包装材料。
  11. バリア層の上に、熱硬化性樹脂、及び硬化促進剤を含む樹脂組成物を塗布し、加熱して硬化させるコーティング層形成工程を含み、
    前記コーティング層形成工程を1回又は複数回行い、当該コーティング層形成工程において少なくとも1回は、反応性樹脂ビーズが含まれる前記樹脂組成物を使用し、
    前記コーティング層形成工程の前又は後に、バリア層においてコーティング層を積層させる面とは反対側の面にシーラント層を積層させる、
    ことを特徴とする電池用包装材料の製造方法。
  12. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1〜10のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容されている、電池。
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