JP6579279B2 - 電池用包装材料、その製造方法、及び電池 - Google Patents
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Description
項1. 少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
前記基材層は、ポリエステルフィルム層とポリアミドフィルム層との間に第1接着層を備えており、
前記基材層は、紫外線吸収剤を含んでいる、電池用包装材料。
項2. 前記ポリエステルフィルム層及び前記ポリアミドフィルム層の少なくとも一方に、前記紫外線吸収剤が含まれている、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記ポリエステルフィルム層に、前記紫外線吸収剤が含まれている、項1または2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記基材層中の前記紫外線吸収剤の含有量が、50ppm以上である、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤である、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記基材層が、光安定剤及び酸化防止剤の少なくとも一方をさらに含む、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記ポリアミドフィルム層が、芳香族ポリアミドを含んでいる、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 前記バリア層の少なくとも前記熱融着性樹脂層側の表面に耐酸性皮膜を備えている、項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料。
項9. 前記耐酸性皮膜が、リン、クロムおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む、項8に記載の電池用包装材料。
項10. 前記耐酸性皮膜が、リン酸塩、クロム酸塩、フッ化物、及びトリアジンチオール化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、項8に記載の電池用包装材料。
項11. 前記耐酸性皮膜が、セリウム化合物を含む、項8に記載の電池用包装材料。
項12. 前記耐酸性皮膜について、飛行時間型2次イオン質量分析法を用いて分析した場合に、Ce+及びCr+の少なくとも一方に由来するピークが検出される、項8に記載の電池用包装材料。
項13. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜12のいずれかに記載の電池用包装材料により形成された包装体中に収容されている、電池。
項14. 少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層がこの順となるように積層して積層体を得る工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記基材層が、ポリエステルフィルム層とポリアミドフィルム層との間に第1接着層を備えており、
前記基材層が、紫外線吸収剤を含んでいる、電池用包装材料の製造方法。
本発明の電池用包装材料10は、例えば図1に示すように、基材層1、接着剤層2、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順に備える積層体から構成されている。本発明の電池用包装材料において、基材層1が最外層側になり、熱融着性樹脂層4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熱融着性樹脂層4同士が熱融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。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は、最外層側に位置する層である。基材層1においては、ポリエステルフィルム層11とポリアミドフィルム層12との間に、第1接着層13を備えている。すなわち、基材層1は、少なくとも、ポリエステルフィルム層11と、第1接着層13と、ポリアミドフィルム層12とをこの順に有している。
本発明の電池用包装材料において、接着剤層2は、基材層1とバリア層3を強固に接着させるために、これらの間に設けられる層である。
電池用包装材料において、バリア層3は、電池用包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光などが侵入すること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3を構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、チタンなどが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。バリア層3は、金属箔や金属蒸着膜、無機酸化物蒸着膜、炭素含有無機酸化物蒸着膜、これらの蒸着膜を設けたフィルムなどにより形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。電池用包装材料の製造時に、バリア層3にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160:1994 A8021H−O、JIS H4160:1994 A8079H−O、JIS H4000:2014 A8021P−O、JIS H4000:2014 A8079P−O)など軟質アルミニウム箔により形成することがより好ましい。
本発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱融着して電池素子を密封する層である。
本発明の電池用包装材料において、第2接着層5は、バリア層3と熱融着性樹脂層4を強固に接着させるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
本発明の電池用包装材料においては、意匠性、耐電解液性、耐擦過性、成形性の向上などを目的として、必要に応じて、基材層1の上(基材層1のバリア層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層6を設けてもよい。表面被覆層6は、電池を組み立てた時に、最外層に位置する層である。
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。すなわち、本発明の電池用包装材料の製造方法においては、少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層がこの順となるように積層して積層体を得る工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、基材層として、ポリエステルフィルム層とポリアミドフィルム層との間に第1接着層を備えており、紫外線吸収剤を含んでいる方法が挙げられる。
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体に使用される。すなわち、本発明の電池用包装材料によって形成された包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容して、電池とすることができる。
実施例1
基材層として、ポリエチレンテレフタレートフィルムとナイロンフィルム(MXD6を含有)とが共押出しにより積層され、2軸延伸した積層フィルムを用意した。当該積層フィルム中には、紫外線吸収剤(Tinuvin326を60ppm)、光安定剤(Tinuvin770を140ppm)、及び酸化防止剤(Irganox1330を130ppm、Irganox1098を370ppm、Irganox1010を30ppm)が配合されている(少なくとも、ポリエチレンテレフタレートフィルムには、前記紫外線吸収剤が含まれている)。当該積層フィルムにおいて、(2軸延伸)ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚み5μm)と(2軸延伸)ナイロンフィルム(厚み20μm)との間は、不飽和カルボン酸誘導体成分でグラフト変性した変性熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物を用いた第1接着層(厚み1μm)により接着されている。次に、(2軸延伸)ナイロンフィルム側の表面上に、両面に耐酸性皮膜を備えたアルミニウム箔(JIS H4160:1994 A8021H−O、厚み40μm)からなるバリア層をドライラミネート法により積層させた。具体的には、耐酸性皮膜を備えたアルミニウム箔の一方面に、2液型ポリウレタン系接着剤(ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、バリア層上に接着剤層(厚み3μm)を形成した。次いで、バリア層上の接着剤層と、基材層の(2軸延伸)ナイロンフィルム側を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、(2軸延伸)ポリエチレンテレフタレートフィルム/第1接着層/(2軸延伸)ナイロンフィルム/接着剤層/バリア層の積層体を作製した。なお、バリア層として使用したアルミニウム箔は、酸化セリウムとリン酸塩を含む耐酸性皮膜を備える。耐酸性皮膜の分析は、次のようにして行った。まず、バリア層と後述の第2接着層との間を引き剥がした。この際、水や有機溶剤、酸やアルカリの水溶液などを利用せずに、物理的に剥離させた。バリア層と第2接着層との間を剥離した後には、バリア層の表面に第2接着層が残存していたため、残存している第2接着層をAr−GCIBによるエッチングで除去した。このようにして得られたバリア層の表面について、飛行時間型2次イオン質量分析法を用いて、耐酸性皮膜の分析を行った。その結果、耐酸性皮膜から、Ce+やPO3 -などの2次イオンが検出された。飛行時間型2次イオン質量分析法の測定装置及び測定条件の詳細は次の通りである。
測定条件
1次イオン:ビスマスクラスターのダブルチャージイオン(Bi3 ++)
1次イオン加速電圧: 30 kV
質量範囲(m/z ):0〜1500
測定範囲: 100μm×100μm
スキャン数: 16 scan/cycle
ピクセル数(1辺): 256 pixel
エッチングイオン:Ar ガスクラスターイオンビーム(Ar−GCIB)
エッチングイオン加速電圧: 5.0 kV
実施例1において、無延伸のポリプロピレンフィルム(厚み80μm)の代わりに、無延伸のポリプロピレンフィルム(厚み40μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電池用包装材料を得た。実施例2で使用した基材層(積層フィルム)中にも、紫外線吸収剤(Tinuvin326を60ppm)、光安定剤(Tinuvin770を140ppm)、及び酸化防止剤(Irganox1330を130ppm、Irganox1098を370ppm、Irganox1010を30ppm)が配合されている(少なくとも、ポリエチレンテレフタレートフィルムには、前記紫外線吸収剤が含まれている)。なお、バリア層として使用したアルミニウム箔は、酸化クロムとリン酸塩を含む耐酸性皮膜を備える。バリア層上の耐酸性皮膜の分析は、実施例1と同様、飛行時間型2次イオン質量分析法を用いて行った。その結果、耐酸性皮膜から、Cr+やPO3 -などの2次イオンが検出された。
実施例1において、バリア層として、両面に化成処理(実施例1と同様の化成処理)を施して耐酸性皮膜を備えたステンレス鋼箔(SUS304、厚み20μm)を用い、無延伸のランダムポリプロピレンフィルム(厚み80μm)の代わりに無延伸のランダムポリプロピレンフィルム(厚み23μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電池用包装材料を得た。電池用包装材料の層構成を表1に示す。
基材層として、2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚み12μm)と2軸延伸ナイロンフィルム(厚み15μm)とがドライラミネート法により積層された積層フィルムを用意した。当該積層フィルムには、紫外線吸収剤、光安定剤、及び酸化防止剤が含まれていない。なお、紫外線吸収剤、光安定剤及び酸化防止剤を含んでいないとの表現は、30ppm以下であることを意味する(表2においては、0ppmと表記してある)。また、当該積層フィルムにおいて、2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムと2軸延伸ナイロンフィルムとの間は、ポリオールとイソシアネート系硬化剤を用いたウレタン系接着剤により接着されている。当該基材層を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電池用包装材料を得た。
比較例1において、バリア層として、両面に化成処理(実施例1と同様の化成処理)を施して耐酸性皮膜を備えたステンレス鋼箔(SUS304、厚み20μm)を用い、無延伸のランダムポリプロピレンフィルム(厚み80μm)の代わりに無延伸のランダムポリプロピレンフィルム(厚み23μm)を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、電池用包装材料を得た。電池用包装材料の層構成を表1に示す。
上記で得られた各電池用包装材料を裁断して、それぞれ、90mm(MD)×160mm(TD)のサンプルを用意した。電池用包装材料のMDが、アルミニウム合金箔の圧延方向(RD)に対応し、電池用包装材料のTDが、アルミニウム合金箔のTDに対応する。また、MD及びRDに同一平面垂直方向が、TDとなる。アルミニウム合金箔の圧延方向は、アルミニウム合金箔の圧延痕によって確認することができる。次に、各サンプルを31.6mm(MD)×54.5mm(TD)の口径を有する成形金型(雌型。表面は、JIS B 0659−1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が3.2μmである。コーナーR2.0mm、稜線R1.0mm)と、これに対応した成形金型(雄型。表面は、JIS B 0659−1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が1.6μmである。コーナーR2.0mm、稜線R1.0mm)を用いて、押さえ圧0.13MPaで6.0mmの成形深さで冷間成形を行い、凹部を形成した。この時、雌型と雄型のクリアランスは0.3mmとした。次に、成形後のサンプルを図4に示す折り返し位置Pで熱融着性樹脂層同士を対向させて折り返し、熱融着性樹脂層同士が重なり合っている縁部を熱融着(175℃、3秒、面圧1.4MPa)させた。これを温度65℃、相対湿度95%のオーブン内(暗所)で3日間保管したサンプルについて、基材層表面全体を目視で観察して、基材層にデラミネーションが発生しているか否かを確認した。一方、65℃、相対湿度95%のオーブン内(暗所)で30日間保管したサンプルについて、基材層表面全体を目視で観察し、基材層に黄変しているか否かを確認した。それぞれの結果を表2に示す。
11 ポリエステルフィルム層
12 ポリアミドフィルム層
13 第1接着層
2 接着剤層
3 バリア層
4 熱融着性樹脂層
5 第2接着層
6 表面被覆層
10 電池用包装材料
M 成形部
P 折り返し位置
Claims (13)
- 少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
前記基材層は、ポリエステルフィルム層とポリアミドフィルム層との間に第1接着層を備えており、
前記基材層は、紫外線吸収剤を含んでおり、
前記紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤である、電池用包装材料。 - 前記ポリエステルフィルム層及び前記ポリアミドフィルム層の少なくとも一方に、前記紫外線吸収剤が含まれている、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記ポリエステルフィルム層に、前記紫外線吸収剤が含まれている、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
- 前記基材層中の前記紫外線吸収剤の含有量が、50ppm以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記基材層が、光安定剤及び酸化防止剤の少なくとも一方をさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記ポリアミドフィルム層が、芳香族ポリアミドを含んでいる、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記バリア層の少なくとも前記熱融着性樹脂層側の表面に耐酸性皮膜を備えている、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記耐酸性皮膜が、リン、クロムおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む、請求項7に記載の電池用包装材料。
- 前記耐酸性皮膜が、リン酸塩、クロム酸塩、フッ化物、及びトリアジンチオール化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項7に記載の電池用包装材料。
- 前記耐酸性皮膜が、セリウム化合物を含む、請求項7に記載の電池用包装材料。
- 前記耐酸性皮膜について、飛行時間型2次イオン質量分析法を用いて分析した場合に、Ce+及びCr+の少なくとも一方に由来するピークが検出される、請求項7に記載の電池用包装材料。
- 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1〜11のいずれかに記載の電池用包装材料により形成された包装体中に収容されている、電池。
- 少なくとも、基材層、接着剤層、バリア層、及び熱融着性樹脂層がこの順となるように積層して積層体を得る工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記基材層が、ポリエステルフィルム層とポリアミドフィルム層との間に第1接着層を備えており、
前記基材層が、紫外線吸収剤を含んでおり、
前記紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤である、電池用包装材料の製造方法。
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