JP6597027B2

JP6597027B2 - 電池、及び電池素子を収容するための包装材料

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Publication number: JP6597027B2
Application number: JP2015150858A
Authority: JP
Inventors: 正和神取; 洋一望月; 力也山下
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: JP2017033706A

Description

本発明は、一定の水蒸気バリア性を維持しつつ、金属層を含まないことでより高い絶縁性を有する電池、及び当該電池の電池素子を収容するための包装材料に関する。

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、このよう包装材料としては、金属製の包装材料が多用されていた。

一方、近年、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包装材料として、例えば特許文献１に記載するように、基材層／金属層／シーラント層が順次積層されたフィルム状の包装材料が提案されている。このようなフィルム状の包装材料において、金属層は、主に包装材料の水蒸気バリア性を高めることを目的として設けられている。具体的には、空気中の水分が電池の内部に到達し、電解液と反応してフッ化水素酸が発生することを、金属層により抑制している。

特許第３５０５９０５号公報

例えば、図１に示される電池１において、包装材料２に密閉収容される電池素子には、正極及び負極に接続された金属端子６が設けられており、当該金属端子６は、包装材料２の周縁部２０より外側に突出するように設けられている。金属端子６が突出した状態で電池素子を包装材料２で密閉する際には、対向させて配置された表側の包装材料２と裏側の包装材料２の周縁部２０に高い熱と圧力を加えて、包装材料２，２同士を熱融着させて周縁部２０の領域にシール部を形成することにより密封している。

ここで、電池素子を密閉する際の高い熱と圧力とによって、包装材料２の周縁部２０が薄肉化しやすく、金属層（主にアルミ箔層）を有する包装材料２においては、包装材料２が薄肉化することにより、金属端子６と包装材料２の金属層とが接触して短絡しやすくなるという問題があり、金属端子６を絶縁フィルム６ａで覆う等して絶縁性を向上させている。

さらに、近年、電池容量を増やすため、包装材料に対するさらなる薄型化が求められている。このため、より金属端子と包装材料の金属層とが接触して短絡しやすくなるという問題がある。
このような状況下、金属層を含まない包装材料を使用することでより高い絶縁性を有しつつ、金属層を含まない包装材料を使用することにより懸念される水蒸気バリア性の低下を補完し、一定の水蒸気バリア性を維持し得る電池、及び当該電池に用いる包装材料を提供することを主な目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、内側包材とこれを内包する外側包材とを備える包装材料を用いた電池において、内側包材及び外側包材に共に金属層を用いずに、内側包材と外側包材との間に気体を含む気体保持層を設けることにより、電池に対して、一定の水蒸気バリア性を維持しつつ、より高い絶縁性を付与できることを見出した。より具体的には、正極、負極、及び電解質を含む電池素子と、前記電池素子を収容する包装材料とを備える電池において、包装材料が内側包材と外側包材とを備えており、内側包材と外側包材との間の少なくとも一部に気体を含む気体保持層が設けられており、内側包材及び外側包材が金属層を含まない電池は、一定の水蒸気バリア性を維持しつつ、より高い絶縁性を有することを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて、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．正極、負極、及び電解質を含む電池素子と、
前記電池素子を収容する包装材料と、
を備える電池であって、
前記包装材料は、内側包材と、外側包材とを備えており、
前記内側包材と前記外側包材との間の少なくとも一部には、気体を含む気体保持層が設けられており、
前記内側包材及び前記外側包材が金属層を含まない、電池。
項２．前記外側包材が、内側から順に、熱接着性樹脂層と水蒸気バリア層とを備える積層構造を有する、項１に記載の電池。
項３．前記内側包材が、内側から順に、熱接着性樹脂層と水蒸気バリア層とを備える積層構造を有する、項１または２に記載の電池。
項４．前記気体保持層に水分吸収剤が配置されている、項１〜３のいずれかに記載の電池。
項５．前記内側包材及び前記外側包材の少なくとも一方の前記気体保持層側の表面上に、水分吸着層が形成されている、項１〜４のいずれかに記載の電池。
項６．前記内側包材及び前記外側包材の少なくとも一方が、水分吸収剤を含む、項１〜５のいずれかに記載の電池。
項７．前記気体保持層が、前記内側包材と前記外側包材との間に配置された間隙により形成されている、項１〜６のいずれかに記載の電池。
項８．前記内側包材全体が、前記外側包材によって形成された空間内に位置している、項７に記載の電池。
項９．前記包装材料の周縁部において、前記内側包材と前記外側包材とが、前記間隙を介さずに互いに積層されている、項７に記載の電池。
項１０．前記気体保持層が、気体を含む多孔体により形成されている、項１〜９のいずれかに記載の電池。
項１１．前記包装材料の周縁部に防湿テープが付着されている、項１〜１０のいずれかに記載の電池。
項１２．正極、負極、及び電解質を含む電池素子を収容するための包装材料であって、
前記包装材料は、内側包材と、外側包材とを備えており、
前記内側包材と前記外側包材との間の少なくとも一部には、気体保持層が設けられ、
前記内側包材及び前記外側包材が金属層を含まない、包装材料。
項１３．前記気体保持層が、気体を含む多孔体により構成されている、項１２に記載の包装材料。

本発明によれば、一定の水蒸気バリア性を維持しつつ、より高い絶縁性を有する電池を提供することができる。また、本発明によれば、電池に対して、一定の水蒸気バリア性を維持しつつ、より高い絶縁性を付与し得る包装材料を提供することができる。

本発明の電池の一例の略図的平面図である。本発明の電池の一例の略図的断面図である。本発明の電池の一例の略図的断面図である。本発明の電池の一例の略図的断面図である。本発明の電池の一例の略図的断面図である。本発明の包装材料における内側包材の積層構造の一例を示す略図的断面図である。本発明の包装材料における外側包材の積層構造の一例を示す略図的断面図である。

本発明の電池は、正極、負極、及び電解質を含む電池素子と、当該電池素子を収容する包装材料とを備える電池であって、包装材料が、内側包材と、外側包材とを備えており、内側包材と外側包材との間の少なくとも一部には、気体を含む気体保持層が設けられており、内側包材及び外側包材が金属層を含まないことを特徴とする。以下、本発明の電池及び当該電池に用いる包装材料について詳述する。

１．電池
本発明の電池は、電池素子と、当該電池素子を収容する包装材料とを備える。電池素子は、正極、負極、及び電解質を含む。また、包装材料は、内側包材と、当該内側包材を内包する外側包材とを備えている。すなわち、例えば、図２〜５に示されるように、本発明の電池１において、包装材料２は、内側包材２ａと、外側包材２ｂとの二重構造を有し、内側包材２ａに電池素子３が密封収容されている。なお、図２〜５は、それぞれ、図１の略図的平面図で示される本発明の電池１の一例についての線Ａ−Ａ’における略図的断面図である。図２〜５において、図１に示されている絶縁性フィルム６ａは描画を省略している。

図２〜５に示されるように、内側包材２ａは、エンボス加工などにより成形された２枚の樹脂シートにより形成されており、いわゆるエンボスタイプの包材である。なお、本発明において、内側包材２ａは、１枚の樹脂シートを袋状にし、周縁部を熱融着して電池素子を密封収容する、いわゆるパウチタイプの包材であってもよい。内側包材２ａにおいて、当該２枚の樹脂シートの凹部が対抗するようにして形成された空間内に電池素子３が配置され、内側包材２ａの周縁部２０ａを熱融着することにより、内側包材２ａ内に電池素子３が密封されている。

また、外側包材２ｂは、エンボス加工などにより成形された２枚の樹脂シートにより形成されており、いわゆるエンボスタイプの包材である。なお、本発明において、外側包材２ｂは、１枚の樹脂シートを袋状にし、周縁部を熱融着する、いわゆるパウチタイプの包材であってもよい。外側包材２ｂにおいて、当該２枚の樹脂シートの凹部が対抗するようにして形成された空間内に内側包材２ａが配置され、外側包材２ｂの周縁部２０ｂが熱融着されている。

本発明の電池１においては、図２または図３に示されるように、内側包材２ａ全体が、外側包材２ｂによって形成された空間内に位置するようにして、外側包材２ｂの周縁部２０ｂが熱融着されていてもよいし、図４または図５に示されるように、外側包材２ｂの周縁部２０ｂと内側包材２ａの周縁部２０ａとが積層されるように熱融着されていてもよい。なお、図４では、包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａ同士が互いに熱融着されており、外側包材２ｂは内側包材２ａに熱融着されている。また、図５では、包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａ同士が互いに熱融着されており、外側包材２ｂは気体保持層４を形成する多孔体に熱融着されている。

図２〜図４においては、気体保持層４が、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間に配置された間隙により形成されている。ただし、図４においては、包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａと外側包材２ｂとが、間隙を介さずに互いに積層されている。また、図５においては、気体保持層４が、気体を含む多孔体により形成されている。

電池素子３は、少なくとも、正極、負極、及び電解質を含んでいる。正極は、正極活物質及び正極集電体からなり、負極は、負極活物質及び負極集電体からなる。正極及び負極は、それぞれ、金属端子６と電気的に接続されている。金属端子６は、図２〜５に示されるように、包装材料２の外部に突出している。図２及び図３においては、金属端子６は、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの両方に熱融着されており、図４及び図５においては、金属端子６は、内側包材２ａのみに熱融着されている。

本発明の電池１においては、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間の少なくとも一部に、気体を含む気体保持層４が設けられている。このため、本発明の電池１においては、内側包材２ａ及び外側包材２ｂが共に金属により形成された金属層を含まないにもかかわらず、優れた水蒸気バリア性を有する。具体的には、内側包材２ａ及び外側包材２ｂに用いられる樹脂は、一般に、金属層を形成する樹脂よりも高い水分透過率を有する。このため、内側包材２ａ及び外側包材２ｂが金属層を含まない場合、金属層を含む場合に比して、水分が透過しやすいといえる。しかしながら、本発明の電池１においては、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間の少なくとも一部に気体保持層４が設けられていることにより、外側包材２ｂの最外層側から浸透してきた水分は、気体を含む気体保持層４中に保持される。よって、気体保持層４に到達した水分が、さらに内側包材２ａを浸透して電池素子３にまで達することが効果的に抑制されている。

なお、本発明において、水蒸気バリア性とは、電池の外部に存在する水蒸気が電池の内部に浸透することを抑制する特性をいう。より具体的には、本発明の電池１の水蒸気バリア性は、４０℃で１００％ＲＨ環境下における電池１の外部から電池素子３への水蒸気透過度が、０．１ｇ／ｍ²ｄａｙ以下であることが好ましい。なお、水蒸気透過度は、電池素子の電解質に含まれる水分をカールフィッシャー水分測定装置で測定することにより算出することができる。

さらに、本発明の電池１においては、包装材料２を構成する内側包材２ａ及び外側包材２ｂが金属層を含まないため、優れた絶縁性を有する。具体的には、上述のとおり、金属層を有する包装材料においては、包装材料のさらなる薄型化により、熱融着により電池素子を密閉する際の高い熱と圧力とによって、包装材料の周縁部がより薄肉化し、電池素子の金属端子と包装材料の金属層とが接触して短絡しやすくなるという問題がある。これに対して、本発明の電池１においては、内側包材２ａ及び外側包材２ｂが共に金属層を含まないため、このような問題を生じず、絶縁性がより一層高められている。さらに、包装材料２の周縁部２０を熱融着した後の折り曲げによりピンホールやクラックなどが生じた場合にも、内側包材２ａ及び外側包材２ｂが金属層を含まないため、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの内部で短絡が生じることがない。

気体保持層４に含まれる気体としては、特に制限されないが、水蒸気バリア性及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくは、大気中の空気や、窒素、アルゴンなどの不活性ガスなどが挙げられる。当該気体は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。なお、包装材料２の形成時において気体保持層４に含まれる気体は、絶乾状態であることが好ましい。本発明において、絶乾状態とは、１００〜１１０℃の温度で蒸発する水が存在しなくなるまで乾燥した状態をいう。

本発明の電池１においては、例えば図２に示されるように、気体保持層４に水分を吸収する水分吸収剤５ａが配置されていてもよい。これにより、電池１の水蒸気バリア性をより高め得る。水分吸収剤５ａとしては、特に制限されないが、例えば、シリカゲル、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、クレイ、アクリル系吸湿剤などが挙げられる。水分吸収剤５ａは、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

本発明の電池１においては、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの少なくとも一方の気体保持層４側の表面上に、水分吸着剤により構成された水分吸着層５ｂが形成されていてもよい。これにより、電池１の水蒸気バリア性をより高め得る。水分吸着層５ｂは、水分吸着剤が層状に形成されたものである。例えば、図３に示される電池１においては、内側包材２ａの気体保持層４側の表面上に水分吸収層５ｂが形成されている。水分吸着層５ｂを構成する水分吸着剤としては、特に制限されないが、例えば、上記の水分吸収剤と同じものが例示できる。水分吸着剤は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。水分吸着層５ｂは、単層であってもよいし、多層であってもよい。また、水分吸着層５ｂの厚みとしては、特に制限されないが、好ましくは１〜１０μｍ程度が挙げられる。

本発明の電池１においては、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの少なくとも一方が、水分吸収剤を含んでいてもよい。すなわち、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの少なくとも一方を構成する樹脂中に水分吸収剤が練り込まれていてもよい。内側包材２ａ及び外側包材２ｂの少なくとも一方が水分吸収剤を含む場合、水分吸収剤が含まれる樹脂層中における含有量としては、１〜２０質量％程度が挙げられる。なお、後述の通り、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの少なくとも一方が水分吸収剤を含む場合、内側包材２ａ及び外側包材２ｂの少なくとも一方の気体保持層４側の表面に位置する樹脂層に水分吸収剤が含まれることが好ましい。具体的には、内側包材２ａであれば、後述する水蒸気バリア層２ａ３（例えば、耐熱性樹脂層または無機酸化物層）に水分吸収剤が含まれることが好ましく、外側包材２ｂであれば、熱接着性樹脂層２ｂ１に水分吸収剤が含まれることが好ましい。

気体保持層４は、内側包材２ａと外側包材２ｂの間の少なくとも一部において気体を保持していればよい。気体保持層４は、例えば図２〜４に示されるように、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間に配置された間隙に存在する気体により構成されていてもよいし、例えば図５に示されるように気体を含む多孔体により構成されていてもよい。気体保持層４が当該多孔体により構成されていることにより、気体のみにより構成されている場合に比して、包装材料２の形態維持性が高められる。よって、例えば、図５に示されるように、包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａと外側包材２ｂとが、気体保持層４を介して互いに積層されている構造の電池１を容易に形成することができる。多孔体としては、気体を保持できる多数の孔を有するものであれば特に制限されず、例えば、不織布、ガラスウール、ナノチューブなどが挙げられる。なお、本発明の電池１の絶縁性を高める観点からは、多孔体は、導電性の低い材料により構成されていることが好ましい。

上述のとおり、本発明の電池１において、包装材料２における内側包材２ａと外側包材２ｂとの詳細な位置関係としては、例えば図５に示されるように、包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａと外側包材２ｂとが、気体保持層４を介して互いに積層された構造；図４に示されるように、包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａと外側包材２ｂとが、気体保持層４（間隙）を介さずに互いに積層された構造；図２または図３に示されるように、内側包材２ａ全体が、外側包材２ｂによって形成された空間内に位置している構造などが挙げられる。これらの中でも、水蒸気バリア性、及び絶縁性に優れ、生産性にも優れる観点からは、例えば図５に示されるような包装材料２の周縁部２０において、内側包材２ａと外側包材２ｂとが、気体保持層４を介して互いに積層された構造が好ましい。

本発明の電池１の水蒸気バリア性をより高める観点からは、包装材料２の周縁部２０に防湿テープ７が付着されていることが好ましい。特に、図４または図５に示されるように、内側包材２ａの端部２０ａが包装材料２の端部２に位置しており、内側包材２ａの熱融着部（端面）が外部に露出している場合、内側包材２ａ同士が密着している界面または内側包材２ａと金属タブ６との界面を通じて水分が電池素子３に透過しやすい。このため、包装材料２の周縁部２０に防湿テープ７が付着されていることが好ましい。防湿テープ７としては、水分透過性の低いテープであれば特に制限されず、公知のものが使用できる。防湿テープ７としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂層、アルミニウム箔などの金属層、及び粘着層が積層されたものが挙げられる。

（内側包材２ａ）
内側包材２ａは、上述のとおり、樹脂シートにより形成されており、複数の層が積層された積層体により形成されていることが好ましい。具体的には、内側包材２ａは、内側（電池素子３側）から順に、熱接着性樹脂層、必要に応じて設けられる接着剤層、及び水蒸気バリア層が積層された積層構造を有することが好ましい。また、後述の通り、水蒸気バリア層、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層の少なくとも一方により形成されていることが好ましい。内側包材２ａを構成する積層体の層構成の具体例としては、内側から順に、熱接着性樹脂層／耐熱性樹脂層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／無機酸化物層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／接着剤層／耐熱性樹脂層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／接着剤層／無機酸化物層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／接着剤層／耐熱性樹脂層／無機酸化物層が積層された積層構造などが挙げられる。内側包材２ａの好ましい積層構造の一例として、図６に熱接着性樹脂層／接着剤層／水蒸気バリア層が積層された積層構造の略図的断面図を示す。図６に示される内側包材２ａの層構成においては、内側から順に、熱接着性樹脂層２ａ１、接着剤層２ａ２、水蒸気バリア層２ａ３が積層されている。

内側包材２ａにおいて、熱接着性樹脂層２ａ１は、最内層に該当し、電池の組み立て時に内側包材２ａ同士が熱溶着して電池素子３を密封する層である。

熱接着性樹脂層２ａ１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、ポリオレフィン樹脂、不飽和カルボン酸でグラフト変性した酸変性ポリオレフィン樹脂が挙げられる。ポリオレフィン樹脂及び酸変性ポリオレフィン樹脂において、ポリオレフィンとしては、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられ、より好ましくは線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、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などが挙げられる。ポリプロピレン樹脂は、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などの各タイプに分けることができる。

また、上記各タイプのポリプロピレンンには、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。

熱接着性樹脂２ａ１は、単層であってもよいし、多層であってもよい。

熱接着性樹脂層２ａ１の厚さとしては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性を高める観点からは、好ましくは１〜２０μｍ程度が挙げられる。

内側包材２ａにおいて、接着剤層２ａ２は、熱接着性樹脂層２ａ１と後述の水蒸気バリア層２ａ３との密着性を高めるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。

接着剤層２ａ２は、熱接着性樹脂層２ａ１と後述の水蒸気バリア層２ａ３とを接着可能である接着剤によって形成される。接着剤層２ａ２の形成に使用される接着剤は、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、接着剤層２ａ２の形成に使用される接着剤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い。

接着剤層２ａ２の形成に使用できる接着剤成分としては、具体的には、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、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。これらの接着剤成分は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。これらの接着剤成分の中でも、好ましくはポリウレタン系接着剤が挙げられる。

接着剤層２ａ２の厚さについては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性を高める観点からは、好ましくは１〜１０μｍ程度が挙げられる。

内側包材２ａにおいて、水蒸気バリア層２ａ３は、熱接着性樹脂層２ａ１及び接着剤層２ａ２よりも外側に位置し、内側包材２ａに耐熱性及び水蒸気バリア性を付与する層である。水蒸気バリア層２ａ３は、１ｇ／ｍ²・ｄａｙ（４０℃、１００％ＲＨ）以下の水蒸気バリア性を備える材料により構成されている層である。水蒸気バリア層２ａ３は、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層の少なくとも一方により形成されていることが好ましい。本発明の電池１においては、電池１の使用時に電池素子３が発熱し、内側包材２ａの最内層に配された熱接着性樹脂層２ａ１の一部が溶融した場合にも、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層は容易に溶融しない。このため、内側包材２ａの溶融した熱接着性樹脂層２ａ１の一部に電解質が浸透した場合にも、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層の少なくとも一方が、内側包材２ａの外側に電解質が漏れ出すことを抑制することができる。さらに、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層は、それぞれ、耐熱性が高いことに加えて、水蒸気透過度が低いため、内側包材２ａの外側から内側包材２ａの内部に浸透しようとする水分を遮断し、内側包材２ａの内側に収納された電解質と水分の反応によるフッ化水素酸の生成を抑制することができる。

耐熱性樹脂層を形成する樹脂成分としては、耐熱性及び水蒸気バリア性に優れるものであれば特に制限されないが、好ましくはポリエチレンナフタレート、液晶ポリマー、フッ素樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、耐熱性に優れることに加えて、水蒸気透過度が低いという特徴を有する。さらに、これらの樹脂は所定の強度を有するため、包装材料２の耐突刺し性及び耐衝撃性を向上させることができる。

無機酸化物層を形成する無機酸化物としては、耐熱性及び水蒸気バリア性に優れ、蒸着法などにより層を形成できるものであれば特に制限されない。

内側包材２ａが、水蒸気バリア層２ａ３として耐熱性樹脂層及び無機酸化物層の両方を有する場合、各層の積層を容易にする観点から、耐熱性樹脂層の外側に無機酸化物層が形成されていることが好ましい。

耐熱性樹脂層及び無機酸化物層は、それぞれ、単層であってもよいし、多層であってもよい。

内側包材２ａにおいて、水蒸気バリア層２ａ３の厚さとしては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくは１〜２０μｍ程度が挙げられる。耐熱性樹脂層の厚さとしては、好ましくは１〜２０μｍ程度が挙げられる。また、無機酸化物層の厚さとしては、好ましくは１〜１０μｍ程度が挙げられる。

内側包材２ａ全体の厚さとしては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくは５〜６０μｍ程度が挙げられる。

（外側包材２ｂ）
外側包材２ｂは、上述のとおり、樹脂シートにより形成されており、複数の層が積層された積層体により形成されていることが好ましい。具体的には、外側包材２ｂは、内側（電池素子３側）から順に、熱接着性樹脂層、必要に応じて設けられる接着性樹脂層、及び水蒸気バリア層が積層された積層構造を有することが好ましい。また、後述の通り、水蒸気バリア層は、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層の少なくとも一方により形成されていることが好ましい。外側包材２ｂを構成する積層体の層構成の具体例としては、内側から順に、熱接着性樹脂層／耐熱性樹脂層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／無機酸化物層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／接着剤層／耐熱性樹脂層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／接着剤層／無機酸化物層が積層された積層構造；熱接着性樹脂層／接着剤層／耐熱性樹脂層／無機酸化物層が積層された積層構造などが挙げられる。外側包材２ｂの好ましい積層構造の一例として、図６に熱接着性樹脂層／接着剤層／水蒸気バリア層が積層された積層構造の略図的断面図を示す。図６に示される外側包材２ｂの層構成において、内側から順に、熱接着性樹脂層２ｂ１、接着剤層２ｂ２、水蒸気バリア層２ｂ３が積層されている。

外側包材２ｂは、上記の内側包材２ａと同様の積層構造を有することが好ましい。さらに、部材数を減らして、より生産性を高める観点からは、外側包材２ｂと内側包材２ａとは、同じ樹脂シートにより構成されていることが好ましい。

外側包材２ｂにおいて、熱接着性樹脂層２ｂ１は、最内層に該当し、内側包材２ａを収容する層である。なお、図２または図３に示されるように、内側包材２ａ全体が、外側包材２ｂによって形成された空間内に位置していてもよいし、図４または図５に示されるように、外側包材２ｂの周縁部２０ｂと内側包材２ａの周縁部２０ａとが積層されるように熱溶着されており、内側包材２ａの端面が外側包材２ｂによって収容されていなくてもよい。

熱接着性樹脂層２ｂ１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、ポリオレフィン樹脂、不飽和カルボン酸でグラフト変性した酸変性ポリオレフィン樹脂が挙げられる。ポリオレフィン樹脂及び酸変性ポリオレフィン樹脂において、ポリオレフィンとしては、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられ、より好ましくは線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、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などが挙げられる。ポリプロピレン樹脂は、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などの各タイプに分けることができる。

外側包材２ｂにおいて、熱接着性樹脂２ｂ１は、単層であってもよいし、多層であってもよい。

外側包材２ｂにおいて、熱接着性樹脂層２ｂ１の厚さとしては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくは１〜２０μｍ程度が挙げられる。

外側包材２ｂにおいて、必要に応じて設けられる接着剤層２ｂ２は、熱接着性樹脂層２ｂ１と後述の水蒸気バリア層２ｂ３との密着性を高めるために、これらの間に設けられる層である。

外側包材２ｂにおいて、接着剤層２ｂ２は、熱接着性樹脂層２ｂ１と後述の水蒸気バリア層２ｂ３とを接着可能である接着剤によって形成される。接着剤層２ｂ２の形成に使用される接着剤は、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、接着剤層ｂ２の形成に使用される接着剤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い。

接着剤層２ｂ２の形成に使用できる接着剤成分としては、具体的には、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、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。これらの接着剤成分は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。これらの接着剤成分の中でも、好ましくはポリウレタン系接着剤が挙げられる。

接着剤層２ｂ２の厚さについては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、例えば１〜１０μｍ程度が挙げられる。

外側包材２ｂにおいて、水蒸気バリア層２ｂ３は、熱接着性樹脂層２ｂ１及び接着剤層２ｂ２よりも外側に位置し、外側包材２ｂに耐熱性及び水蒸気バリア性を付与する層である。本発明の電池１においては、外側包材２ｂに水蒸気バリア層２ａ３が含まれていることにより、外側包材２ｂの外側から外側包材２ｂの内部に浸透しようとする水分を遮断することができる。このため、外側包材２ｂから内側包材２ａへと水分が浸透し、電解質と水分とが反応することを抑制することができる。さらに、電池１の使用時に電池素子３が発熱し、万一、電解質が内側包材２ａを透過した場合にも、外側包材２ｂに形成された水蒸気バリア層２ｂ３によって、外側包材２ｂの外側に電解質が漏れ出すことを抑制することができる。

水蒸気バリア層２ｂ３は、１ｇ／ｍ²・ｄａｙ（４０℃、１００％ＲＨ）以下の水蒸気バリア性を備える材料により構成されている層である。水蒸気バリア層２ｂ３は、耐熱性樹脂層及び無機酸化物層の少なくとも一方により形成されていることが好ましい。

耐熱性樹脂層を形成する樹脂成分としては、耐熱性及び水蒸気バリア性に優れるものであれば特に制限されないが、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくはポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、フッ素樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、耐熱性に優れることに加えて、水蒸気透過度が低いという特徴を有する。さらに、これらの樹脂は所定の強度を有するため、包装材料２の耐突刺し性及び耐衝撃性を向上させることができる。

外側包材２ｂが、耐熱性樹脂層２ｂ３及び無機酸化物層の両方を有する場合、各層の積層を容易にする観点から、耐熱性樹脂層２ｂ３の外側に無機酸化物層が形成されていることが好ましい。

外側包材２ｂにおいて、耐熱性樹脂層２ｂ３及び無機酸化物層は、それぞれ、単層であってもよいし、多層であってもよい。

外側包材２ｂにおいて、水蒸気バリア層２ｂ３の厚さとしては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくは１〜２０μｍ程度が挙げられる。耐熱性樹脂層の厚さとしては、好ましくは１〜２０μｍ程度が挙げられる。また、無機酸化物層の厚さとしては、好ましくは１〜１０μｍ程度が挙げられる。

外側包材２ｂ全体の厚さとしては、適宜選定することができるが、包装材料２を薄型化しつつ、成形性、水蒸気バリア性、及び絶縁性をより向上させる観点からは、好ましくは５〜６０μｍ程度が挙げられる。

本発明の電池１は、包装材料２の内側に電池素子３を収容し、包装材料の周縁部２０を熱融着させる密封することにより製造することができる。具体的には、上記の内側包材２ａの内側に電池素子３を収容し、内側包材２ａの周縁部２０ａを熱融着させることにより、内側包材２ａの内部に電池素子３を密封する。次に、電池素子３を密封した内側包材２ａを外側包材２ｂの内部に収容し、外側包材２ｂの周縁部２０ｂを熱融着させる。このとき、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間の少なくとも一部に、気体を含む気体保持層４が形成されるように、外側包材２ｂの周縁部２０ｂを熱融着させる。

気体保持層４が上記の多孔体により形成されている場合には、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間に多孔体を配した状態で、外側包材２ｂの内部に内側包材２ａを密封すればよい。また、気体保持層４に水蒸気吸収剤が配置されている場合には、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間に水蒸気吸収剤を配置した状態で、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間の少なくとも一部に、気体を含む気体保持層４が形成されるようにして、外側包材２ｂとの間に間隔をおいて密封する。さらに、内側包材２ａまたは外側包材２ｂが水分吸着層を有する場合、それぞれ、内側包材２ａまたは外側包材２ｂに水分吸着層を設けてから、電池素子及び内側包材の収容を行えばよい。

本発明の電池１の水蒸気バリア性をより高めるために、包装材料２の周縁部２０を上記の防湿テープ７で覆う場合、外側包材２ｂに内側包材２ｂを密封した後に行うことができる。

内側包材２ａ及び外側包材２ｂを構成する上記の積層体は、それぞれ、公知の積層方法により形成することができる。積層体の形成方法としては、熱接着性樹脂層と耐熱性樹脂層とを共押出しすることにより積層する方法、熱接着性樹脂層と耐熱性樹脂層とを上記の接着剤層を形成する接着剤を用いてドライラミネーションする方法が挙げられる。また、無機酸化物層の形成は、熱接着性樹脂層、接着剤層、または耐熱性樹脂層の上に無機酸化物層を形成する無機酸化物を蒸着させる方法を採用することができる。なお、各層の接着性をより高めることなどを目的として、各層を積層させた後に、積層体を熱ロール接触式、熱風式、近又は遠赤外線式等の加熱処理に供してもよい。このような加熱処理の条件としては、例えば１５０〜２５０℃で１〜５分間が挙げられる。

本発明において、包装材料２の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。

２．包装材料
本発明の包装材料は、正極、負極、及び電解質を含む電池素子を収容するための包装材料として使用される。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、本発明の包装材料に収容し、前記正極及び負極の各々に接続された金属端子を外側に突出させた状態で、包装材料の周縁部を熱融着して密封させることによって、本発明の包装材料を使用した電池が提供される。

本発明の包装材料は、本発明の電池１に用いられる上記の包装材料２と同様の構成を有する。すなわち、本発明の包装材料２は、上記の内側包材２ａと当該内側包材２ａを内包する上記の外側包材２ｂとを備えている。内側包材２ａと外側包材２ｂとの間の少なくとも一部には、気体保持層４が設けられ、内側包材２ａ及び外側包材２ｂは金属層を含まないことを特徴とする。このため、本発明の包装材料２によれば、上記のとおり、電池１に対して、優れた成形性及び水蒸気バリア性に加えて、より高い絶縁性を付与することができる。

本発明の包装材料２において、気体保持層４が気体により構成されている場合、上記のとおり、包装材料２は、電子１の製造過程において、内側包材２ａを外側包材２ｂで収容することによって製造される。一方、気体保持層４が気体を含む上記の多孔体により構成されている場合、包装材料２は、内側包材２ａと外側包材２ｂとの間に多孔体が設けられた状態で包装材料２として流通させることもできる。

本発明の包装材料は、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、キャパシタ等が挙げられる。これらの二次電池の中でも、本発明の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。

１…電池
２…包装材料
２ａ…内側包材
２ｂ…外側包材
２ａ１，２ｂ１…熱接着性樹脂層
２ａ２，２ｂ２…接着剤層
２ａ３，２ｂ３…水蒸気バリア層
３…電池素子
４…気体保持層
５ａ…水分吸着剤
５ｂ…水分吸着層
６…金属端子
６ａ…絶縁フィルム
７…防湿テープ
２０…包装材料の周縁部
２０ａ…内側包材の周縁部
２０ｂ…外側包材の周縁部

Claims

正極、負極、及び電解質を含む電池素子と、
前記電池素子を収容する包装材料と、
を備える電池であって、
前記包装材料は、内側包材と、外側包材とを備えており、
前記包装材料は、金属層を含んでおらず、
前記内側包材と前記外側包材との間の少なくとも一部には、気体を含む気体保持層が設けられており、
前記内側包材及び前記外側包材が金属層を含まない、電池。
前記外側包材が、内側から順に、熱接着性樹脂層と水蒸気バリア層とを備える積層構造を有する、請求項１に記載の電池。
前記内側包材が、内側から順に、熱接着性樹脂層と水蒸気バリア層とを備える積層構造を有する、請求項１または２に記載の電池。
前記気体保持層に水分吸収剤が配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
前記内側包材及び前記外側包材の少なくとも一方の前記気体保持層側の表面上に、水分吸着層が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の電池。
前記内側包材及び前記外側包材の少なくとも一方が、水分吸収剤を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の電池。
前記気体保持層が、前記内側包材と前記外側包材との間に配置された間隙により形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の電池。
前記内側包材全体が、前記外側包材によって形成された空間内に位置している、請求項７に記載の電池。
前記包装材料の周縁部において、前記内側包材と前記外側包材とが、前記間隙を介さずに互いに積層されている、請求項７に記載の電池。
前記気体保持層が、気体を含む多孔体により形成されている、請求項１〜９のいずれかに記載の電池。
前記包装材料の周縁部に防湿テープが付着されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の電池。
正極、負極、及び電解質を含む電池素子を収容するための包装材料であって、
前記包装材料は、内側包材と、外側包材とを備えており、
前記包装材料は、金属層を含んでおらず、
前記内側包材と前記外側包材との間の少なくとも一部には、気体保持層が設けられ、
前記内側包材及び前記外側包材が金属層を含まない、包装材料。
前記気体保持層が、気体を含む多孔体により構成されている、請求項１２に記載の包装材料。