JP6446964B2 - 電池用金属端子 - Google Patents
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Description
一方、タブフィルムを用いずに、金属端子と包装材料との界面部分における耐電解液性を高める技術については、十分に検討されていない。
また、金属端子の製造過程においては、一般に、金属部材を切断して製造されるが、この切断によって、金属端子の端部にバリと呼ばれる尖った部分が形成される。金属端子のバリが形成された部分が包装材料により挟持された場合、バリが包装材料のシーラント層を突き抜け、金属箔層に到達して、金属端子と金属箔層との間に短絡が生じる場合がある。このような金属端子のバリなどによって生じる、金属端子と包装材料の金属箔層との間の短絡を抑制することも求められている。
このような状況下、本発明は、タブフィルムを用いなくても、金属端子と包装材料との界面部分における耐電解液性を高めることができ、さらに、金属端子と包装材料の金属箔層との短絡を効果的に抑制することができる電池用金属端子を提供することを主な目的とする。
項1. 電池素子の電極に電気的に接続され、前記電池素子を封止する包装材料の外側に突出するようにして前記包装材料に挟持される、電池用金属端子であって、
前記電池用金属端子は、
金属材料により形成された金属部材と、
前記金属部材の表面上であって、前記金属端子が前記包装材料に挟持される部分の少なくとも一部に形成された、酸硬化性樹脂を含む酸反応樹脂層と、
を有する、電池用金属端子。
項2. 前記酸硬化性樹脂が、酸硬化性フラン樹脂及び酸硬化性フェノール樹脂の少なくとも一方である、項1に記載の電池用金属端子。
項3. 前記酸反応樹脂層が、酸変性ポリオレフィンをさらに含む、項1または2に記載の電池用金属端子。
項4. 前記金属部材の前記包装材料に挟持される部分の表面の少なくとも一部と、前記酸反応樹脂層との間に、化成処理層を有する、項1〜3のいずれかに記載の電池用金属端子。
項5. 前記酸反応樹脂層の厚みが、0.1〜15μmである、項1〜4のいずれかに記載の電池用金属端子。
項6. 前記金属部材が、アルミニウム、ニッケル、銅、またはステンレスにより形成されている、項1〜5のいずれかに記載の電池用金属端子。
項7. 前記化成処理層が、クロメート処理により形成された層である、項1〜6のいずれかに記載の電池用金属端子。
項8. 前記包装材料が、少なくとも、基材層、接着層、金属箔層、及びシーラント層をこの順に有する積層体であり、
前記包装材料の互いに対向する前記シーラント層表面によって挟持される、項1〜6のいずれかに記載の電池用金属端子。
項9. 少なくとも、正極、負極、及び電解質を有する電池素子と、
前記電池素子を封止する包装材料と、
前記正極及び前記負極のそれぞれに電気的に接続され、前記包装材料の外側に突出するようにして前記包装材料に挟持された、項1〜8のいずれかに記載の電池用金属端子と、を備える、電池。
金属端子が包装材料に挟持される部分の少なくとも一部に形成された、酸硬化性樹脂を含む酸反応樹脂層とを有する。本発明の電池用金属端子が電池に使用された場合、時間の経過と共に金属端子の周辺に浸透してくる酸成分(例えば、電解質と水分とが反応して生成するフッ化水素など)が、電池用金属端子に形成された酸反応樹脂層に到達し、酸反応樹脂層に含まれる酸硬化性樹脂が硬化して、金属端子の酸反応樹脂層が形成されている部分の機械的強度が高められる。よって、本発明の電池用金属端子は、耐電解液性に優れる。さらに、硬化した酸反応樹脂層によって、金属端子のバリも覆われることにより、金属端子の金属部材が表面に露出し難くなり、金属端子と包装材料の金属箔層との短絡を効果的に抑制できる。
本発明の電池用金属端子(タブ)は、電池素子の電極(正極または負極)に電気的に接続され、電池素子を封止する包装材料の外側に突出するようにして包装材料に挟持されるものである。例えば図1〜3に示されるように、本発明の電池用金属端子1(以下、単に「金属端子1」ということがある)は、ヒートシールされた包装材料3の周縁部3aから包装材料3の外側に突出するようにして、包装材料3に挟持される。包装材料3によって封止された電池素子4は、電池素子4の電極に電気的に接続された金属端子1によって外部と電気的に接続される。なお、本発明において、包装材料3をヒートシールする際の熱としては、通常160〜190℃程度の範囲、圧力としては、通常1.0〜2.0MPa程度の範囲である。
金属部材11は、金属材料により形成されており、電池用金属端子1の導電性を担保している。金属端子1を構成する金属材料としては、特に制限されず、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅などが挙げられる。例えば、リチウムイオン電池の正極に接続される金属端子1は、通常、アルミニウムなどにより構成されている。また、リチウムイオン電池の負極に接続される金属端子1は、通常、銅、ニッケルなどにより構成されている。なお、金属部材11は、前記のような金属材料によって形成されている場合、他の金属を含む合金であってもよい。
酸反応樹脂層12は、酸硬化性樹脂を含む。酸硬化性樹脂とは、酸の存在下に重合して硬化する性質を有する樹脂である。本発明で使用される酸硬化性樹脂の種類については、特に制限されないが、例えば、酸硬化性フラン樹脂、酸硬化性フェノール樹脂等が挙げられる。
金属部材11の包装材料3に挟持される部分の表面の少なくとも一部と、酸反応樹脂層との間に、化成処理層13を有することが好ましい。化成処理層13を形成することにより、金属部材11の耐酸性を向上させることができる。化成処理層13は、金属部材11の包装材料3に挟持される部分の表面の少なくとも一部に形成されていればよく、金属部材11の全面に形成されていてもよいし、化成処理層13による導電性の低下を抑制するために、金属部材11の包装材料3に挟持される部分の表面の全面のみに形成されていてもよい。
[接着性フィルム]
包装材料3としては、少なくとも、基材層31、接着層32、金属箔層33、及びシーラント層34をこの順に有する積層体からなる積層構造を有するものが挙げられる。図7に、包装材料3の断面構造の一例として、基材層31、接着層32、金属箔層33、及びシーラント層34がこの順に積層されている態様について示す。包装材料3においては、基材層31が最外層になり、シーラント層34が最内層になる。電池の組み立て時に、電池素子4の周縁に位置するシーラント層34同士を接面させて熱溶着することにより電池素子4が密封され、電池素子4が封止される。なお、図1〜3には、エンボス成形などによって成形されたエンボスタイプの包装材料3を用いた場合の電池10を図示しているが、包装材料3は成形されていないパウチタイプであってもよい。なお、パウチタイプには、三方シール、四方シール、ピロータイプなどが存在するが、何れのタイプであってもよい。
包装材料3において、基材層31は、包装材料の基材として機能する層であり、最外層を形成する層である。
包装材料3において、接着層32は、基材層31に密着性を付与させるために、基材層31上に配置される層である。即ち、接着層32は、基材層31と金属箔層33の間に設けられる。
包装材料3において、金属箔層33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。金属箔層33を形成する金属としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス、チタン等の金属箔が挙げられる。これらの中でも、アルミニウムが好適に使用される。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、本発明において金属箔層33として、軟質アルミニウム、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)等を用いることが好ましい。
包装材料3において、接着層35は、シーラント層34を強固に接着させために、金属箔層33とシーラント層34の間に、必要に応じて設けられる層である。
包装材料3において、シーラント層34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。
本発明の電池10は、少なくとも、正極、負極、及び電解質を備えた電池素子4と、当該電池素子4を封止する包装材料3と、正極及び負極のそれぞれに電気的に接続され、包装材料3の外側に突出するようにして包装材料3に挟持された、本発明の電池用金属端子1とを備えることを特徴とする。
<金属端子の製造>
厚み100μm、幅4mmのアルミニウム製の金属部材を用意した。この金属部材の両面に、尿素変性フラン樹脂(HP6200N、旭有機材社製)を、それぞれ、最終的に表1に示す膜厚となるようにロールコート法により塗布した。次に、190℃で、3秒間加熱し、金属部材の表面上に酸反応樹脂層を形成し、各金属端子を得た。
<金属端子の製造>
金属部材の両面にクロメート処理を施した後、酸反応樹脂層を形成したこと以外は、前記実施例1−5と同様の条件で、各金属端子を得た。なお、クロメート処理は、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。当該クロメート処理によって形成された耐酸性皮膜の厚み(片面の厚み)は0.005μmであった。
実施例1−5で使用した酸反応性樹脂層を形成する前の金属部材を比較例1とし、実施例6−10でクロメート処理を行い、酸反応性樹脂層を形成していないものを比較例2とした。
金属箔層としてのアルミニウム箔(厚さ40μm)の両面に化成処理を施し、一方の化成処理面に、基材層としてナイロンフィルム(厚さ25μm)を接着層の厚さが約3μmとなるようにポリエステル系接着剤を介してドライラミネート法により貼り合わせた。次に、他方のアルミニウム箔の化成処理面に、シーラント層を形成するカルボン酸変性ポリプロピレン(23μm)とポリプロピレン(23μm)を共押出して、基材層/接着層/アルミニウム箔/シーラント層から構成される積層体を得た。なお、アルミニウム箔の化成処理は、いずれも、処理液として、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、リン酸からなる水溶液を用い、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付けた。また、クロムの塗布量は3mg/m2(乾燥重量)とした。
上記実施例1−10、比較例1−2の各金属端子と、上記で製造した電池用包装材料を用いて、金属端子と金属箔層との短絡を評価した。まず、上記で製造した電池用包装材料を60mm(MD方向、縦方向)×150mm(TD方向、横方向)に裁断した。次に、裁断した電池用包装材料をTD方向においてシーラント層同士が対向するようにして2つ折りにし、TD方向の対向する1辺とMD方向の1辺を熱溶着し、TD方向の1辺が開口する袋状の電池用包装材料を作製した。なお、熱溶着の条件は、温度190℃、面圧1.0MPa、加熱・加圧時間3秒とした。この中に、電解液(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を入れ、さらに、当該開口に上記の金属端子の一部が外側に出るようにして挿入し、ヒートシール条件を190℃、2.0MPa、3secとして密封して、各包装体を得た。これらの包装体を、開口部が位置していた部分を上向きにして、85℃の恒温層内に24時間静置した。次に、これらの包装体の金属端子のヒートシールした部分を断裁し、断面写真を確認して、金属端子と電池用包装材料の金属箔層との間で短絡する虞があるものについては、テスターによって接触を確認した。断面写真によって、金属端子と金属箔層との間に皮膜が見られないものを短絡寸前とし、その内でテスターにより短絡が確認された検体を短絡とした。実施例1−10及び比較例1−2において、それぞれ100検体について、短絡評価を行い、短絡寸前及び短絡の合計数の割合を確認して短絡の割合とした。結果を表1に示す。
上記の短絡評価で製造した直後における包装体(電解液を入れて密封したもの)と、短絡評価を行った包装体(電解液を入れて密封し、85℃の恒温層内に24時間静置したもの)について、それぞれ、金属端子のヒートシールした部分の剥離強度を以下の条件で測定し、剥離強度の残存率(製造直後における包装体の剥離強度に対する、短絡評価を行った包装体の剥離強度の割合(%))を算出した。具体的には、金属端子のヒートシールした部分において、金属端子と金属箔層とを、引張り機(島津製作所製の商品名AGS−50D)を用いて、50mm/分の速度で引張り、剥離強度(N/15mm)を測定した。剥離強度残存率を表1に示す。
3 包装材料
3a 包装材料の周縁部
4 電池素子
10 電池
11 金属部材
12 酸反応樹脂層
13 化成処理層
31 基材層
32 接着層
33 金属箔層
34 シーラント層
Claims (9)
- 電池素子の電極に電気的に接続され、前記電池素子を封止する包装材料の外側に突出するようにして前記包装材料に挟持される、電池用金属端子であって、
前記電池用金属端子は、
金属材料により形成された金属部材と、
前記金属部材の表面上であって、前記金属端子が前記包装材料に挟持される部分の少なくとも一部に形成された、酸の存在下に重合して硬化する性質を有する酸硬化性樹脂を含む酸反応樹脂層と、
を有する、電池用金属端子。 - 前記酸硬化性樹脂が、酸硬化性フラン樹脂及び酸硬化性フェノール樹脂の少なくとも一方である、請求項1に記載の電池用金属端子。
- 前記酸反応樹脂層が、酸変性ポリオレフィンをさらに含む、請求項1または2に記載の電池用金属端子。
- 前記金属部材の前記包装材料に挟持される部分の表面の少なくとも一部と、前記酸反応樹脂層との間に、化成処理層を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用金属端子。
- 前記酸反応樹脂層の厚みが、0.1〜15μmである、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用金属端子。
- 前記金属部材が、アルミニウム、ニッケル、銅、またはステンレスにより形成されている、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用金属端子。
- 前記金属部材の前記包装材料に挟持される部分の表面の少なくとも一部と、前記酸反応樹脂層との間に、化成処理層を有し、
前記化成処理層が、クロメート処理により形成された層である、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用金属端子。 - 前記包装材料が、少なくとも、基材層、接着層、金属箔層、及びシーラント層をこの順に有する積層体であり、
前記包装材料の互いに対向する前記シーラント層表面によって挟持される、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用金属端子。 - 少なくとも、正極、負極、及び電解質を有する電池素子と、
前記電池素子を封止する包装材料と、
前記正極及び前記負極のそれぞれに電気的に接続され、前記包装材料の外側に突出するようにして前記包装材料に挟持された、請求項1〜8のいずれかに記載の電池用金属端子と、
を備える、電池。
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