JP6657732B2 - 金属端子用接着性フィルム - Google Patents
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Description
項1. 電池素子の電極に電気的に接続された金属端子と、前記電池素子を封止する包装材料との間に介在される、金属端子用接着性フィルムであって、
前記金属端子用接着性フィルムは、繊維質基材と、前記繊維質基材の両面側の表面に、それぞれ第1ポリオレフィン樹脂層と第2ポリオレフィン層とを備えており、
前記第1ポリオレフィン層及び前記第2ポリオレフィン層のうち少なくとも一方は、酸変性ポリオレフィンにより形成されており、
前記酸変性ポリオレフィンは、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が5〜15g/10分であり、
前記繊維質基材の目付量が10〜30g/m2であり、
前記繊維質基材の密度が0.25g/cm3以上である、金属端子用接着性フィルム。
項2. 前記繊維質基材が、不織布、メッシュ、積層布または織物により形成されている、項1に記載の金属端子用接着性フィルム。
項3. 前記繊維質基材を構成する繊維の融点が200℃以上である、項1または2に記載の金属端子用接着性フィルム。
項4. 前記酸変性ポリオレフィンが、不飽和カルボン酸またはその無水物でグラフト変性されたポリオレフィンである、項1〜3のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
項5. 前記繊維質基材の厚みが、100μm以下である、項1〜4のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
項6. 厚みが50〜200μmである、項1〜5のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
項7. 前記第1ポリオレフィン樹脂層及び前記第2ポリオレフィン層の厚みが、それぞれ、20〜80μmである、項1〜6のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
項8. 前記包装材料が、少なくとも、基材層、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、前記シーラント層と前記金属端子との間に前記金属端子用接着性フィルムが介在される、項1〜7のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
項9. 少なくとも、正極、負極、及び電解質を備えた電池素子と、当該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した金属端子とを備える電池であって、
前記金属端子と前記包装材料との間に、項1〜8のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルムが介在されてなる、電池。
本発明の金属端子用接着性フィルムは、電池素子の電極に電気的に接続された金属端子と、電池素子を封止する包装材料との間に介在されるものである。具体的には、例えば図1〜3に示されるように、本発明の金属端子用接着性フィルム1は、電池素子4の電極に電気的に接続されている金属端子2と、電池素子4を封止する包装材料3との間に介在されている。また、金属端子2は、包装材料3の外側に突出しており、ヒートシールされた包装材料3の周縁部3aにおいて、金属端子用接着性フィルム1を介して、包装材料3に挟持されている。なお、本発明において、包装材料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。
金属端子用接着性フィルム1において、繊維質基材11は、金属端子用接着性フィルム1の支持体として機能する層である。繊維質基材11は、繊維により構成されており、繊維間の空隙が、第1及び第2ポリオレフィン樹脂層12a,12bによって埋められる。すなわち、繊維質基材11の両面に第1及び第2ポリオレフィン樹脂層12a,12bを積層する際に、第1及び第2ポリオレフィン樹脂層12a,12bを構成する樹脂の溶融物を繊維質基材11の両面に積層することにより、当該空隙が埋められて、繊維質基材11と第1及び第2ポリオレフィン樹脂層12a,12bとの密着性が高められている。
金属端子用接着性フィルム1は、繊維質基材11の両面側の表面に、それぞれ第1ポリオレフィン樹脂層12aと第2ポリオレフィン層12bを備えており、第1ポリオレフィン層12a及び第2ポリオレフィン層12bのうち少なくとも一方が、酸変性ポリオレフィンにより形成されている。
本発明の金属端子用接着性フィルム1は、金属端子2と包装材料3との間に介在させて使用される。金属端子2(タブ)は、電池素子4の電極(正極または負極)に電気的に接続される部材であり、金属材料により構成されている。金属端子2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2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は、通常、銅、ニッケルなどにより構成されている。
包装材料3としては、少なくとも、基材層31、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5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。接着層32は、基材層31と金属箔層33との密着性を高めることなどを目的として、必要に応じて設けられる層である。
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上に必要に応じて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の間に必要に応じて設けられる。
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の外側に突出した金属端子2とを備えている。本発明の電池10においては、金属端子2と包装材料3との間に、本発明の金属端子用接着性フィルム1が介在されてなることを特徴とする。
(実施例1)
繊維質基材としてのポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け12g/m2、厚さ35μm、密度0.34g/cm3)の一方の面に230℃におけるMFRが9.5g/10分のマレイン酸変性ポリプロピレンをTダイ押出機で40μm厚さに押出し塗布した後、不織布の他方の面に230℃におけるMFRが9.5g/10分のマレイン酸変性ポリプロピレンをTダイ押出機で40μm厚さに押出し、第1ポリオレフィン層/繊維質基材/第2ポリオレフィン層がこの順に積層された金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け20g/m2、厚さ48μm、密度0.42g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け25g/m2、厚さ100μm、密度0.25g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け20g/m2、厚さ30μm、密度0.67g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け30g/m2、厚さ90μm、密度0.33g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け8g/m2、厚さ30μm、密度0.26g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け15g/m2、厚さ70μm、密度0.21g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材として、ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け60g/m2、厚さ130μm、密度0.46g/cm3)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属端子用接着性フィルムを得た。
繊維質基材としてのポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け12g/m2、厚さ35μm、密度0.34g/cm3)の一方の面に、230℃におけるMFRが3.0g/10分のマレイン酸変性ポリプロピレンをTダイ押出機で40μm厚さに押出し塗布した。次に、不織布の他方の面に230℃におけるMFRが3.0g/10分のマレイン酸変性ポリプロピレンをTダイ押出機で40μm厚さに押出し、金属端子用接着性フィルムを得た。
ポリエステル系樹脂からなる不織布(目付け12g/m2、厚さ35μm、密度0.34g/cm3)の一方の面に、230℃におけるMFRが20.0g/10分のマレイン酸変性ポリプロピレンをTダイ押出機で40μm厚さに押出し塗布した。次に、不織布の他方の面に230℃におけるMFRが20.0g/10分のマレイン酸変性ポリプロピレンをTダイ押出機で40μm厚さに押出し、金属端子用接着性フィルムを得た。
フェノール樹脂、フッ化クロム(三価)化合物、リン酸の3成分からなる化成処理液で両面を化成処理(リン酸クロメート処理)したアルミニウム箔(厚み40μm)を用意した。次に、このアルミニウム箔の一方の面と、二軸延伸ナイロンフィルム(厚み25μm)とをウレタン系接着剤を介して積層した。次に、アルミニウム箔の他方の面と、未延伸ポリプロピレンフィルム(厚み30μm)とを酸変性ポリプロピレン樹脂(厚み15μm、不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリプロピレン)でサンドイッチラミネーションすると共に、熱風により酸変性ポリプロピレン樹脂の軟化点以上の温度に加熱して、二軸延伸ナイロンフィルム(25μm)/アルミニウム箔(厚み40μm)/酸変性ポリプロピレン樹脂(厚み15μm)/未延伸ポリプロピレンフィルム(15μm)が順に積層された包装材料を製造した。
実施例及び比較例で得られた各金属端子用接着性フィルムを、それぞれ、15mm幅×100mm長さの長方形に切断後、当該接着性フィルムのマレイン酸変性ポリプロピレン層表面から繊維質基材に達するようにハーフカットを幅方向に横断するように入れた。次に、ハーフカットの垂直方向に、接着性フィルムを引張試験機にて50mm/分の速度で引張り、繊維質基材とマレイン酸変性ポリプロピレン層との剥離の有無を確認した。繊維質基材とマレイン酸変性ポリプロピレン層との密着性が高い場合(評価:○)には、接着性フィルムが破断するが、密着性が低い場合(評価:×)には繊維質基材とマレイン酸変性ポリプロピレン層が界面剥離を起こす。結果を表1に示す。
実施例及び比較例で得られた各金属端子用接着性フィルムを60mm×60mmの正方形(2枚)に切断した。また、上記で得られた包装材料を60mm×60mmの正方形(2枚)に切断した。次に、2枚の包装材料を、未延伸ポリプロピレンフィルム側同士が対向するように重ね、その間に2枚の接着性フィルム重ねてを挟んだ。さらに、接着性フィルムの間にニッケル箔(幅4mm、長さ80mm、厚さ100μm)を挟み、ニッケル箔と包装材料のアルミニウム箔とにテスターの端子を接続した。この状態で、包装材料の両面上から熱板(ニッケル箔の長さ方向と直交する方向に7mm幅)を用いてヒートシール(条件:190℃、1MPa)した。このとき、ニッケル箔とアルミニウム箔とが短絡する迄の時間を測定し、以下の基準により絶縁性を評価した。結果を表1に示す。
◎:短絡する迄の時間が120秒以上
○:短絡する迄の時間が80秒以上120秒未満
△:短絡する迄の時間が15秒以上80秒未満
×:短絡する迄の時間が15秒未満
上記で得られた包装材料を100mm×120mmの長方形に裁断した。また、実施例及び比較例で得られた各金属端子用接着性フィルムを15mm×120mmの長方形に裁断した。次に、包装材料の未延伸ポリプロピレンフィルム面が対向するように2つ折りし、120mmの長さの端辺側に、2枚の接着性フィルムを重ねて挿入した。次に、この包装材料の対向する両端辺および接着性フィルムを挿入した端辺を、熱板を用いてヒートシール(条件:190℃、1.0MPa、3秒間)した。以上のようにして、対向する両端辺にそれぞれ10mm幅のヒートシール部を形成すると共に、前記接着性フィルムを挿入した端辺に7mm幅のヒートシール部を形成した三方シール包装袋を作製した。この包装袋内に3gの混合液〔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(容積比)〕を封入した。なお、混合液の封入では、10mm幅のシールを1辺と、7mm幅のシールを行った後、混合液を注入して、最後に10mm幅のシールを行った。次に、前記7mm幅のヒートシール部を3mm幅となるようにトリミングした後、60℃、90%RHの恒温恒湿槽に7日間保管して、包装材料中の混合液の水分増加量を測定した。水蒸気バリア性は、以下の基準により評価した。結果を表1に示す。
◎:水分増加量が100ppm未満である
○:水分増加量が100ppm以上140ppm未満である
△:水分増加量が140ppm以上200ppm未満である
×:水分増加量が200ppm以上である
実施例及び比較例で得られた各金属端子用接着性フィルムを幅8mm、長さ100mmの長方形に裁断した。次に、幅90mm、長さ40mm、厚み0.2mmのアルミニウム製金属端子を2枚の接着性フィルムで挟み、図6,7の模式図に示すように熱溶着させた(熱溶着条件:160℃、5秒間)。次に、接着性フィルムを熱溶着した金属端子端部に、スポイトにて浸透液(エージレスシールチェックスプレー)を垂らし、端子端部に隙間(空隙v)が生じているか否かを確認した。浸透液が端部に浸透しなかった場合をシール性が良好(○)、浸透した場合をシール性が不良(×)と評価した。結果を表1に示す。なお、図6は、空隙vが存在しない場合の模式図であり、図7は、空隙vが存在する場合の模式図である。
これに対して、繊維質基材の目付量が少ない比較例1の金属端子用接着性フィルムは、絶縁性に劣ることが分かる。また、繊維質基材の目付量は適切であるものの、密度(g/cm3)が小さい比較例2の金属端子用接着性フィルムについても、絶縁性に劣ることが分かる。また、繊維質基材の目付量が多い比較例3の金属端子用接着性フィルムは、絶縁性には優れるものの、密着性に劣り、さらに水蒸気バリア性にも劣ることが分かる。
また、繊維質基材の目付量と、繊維質基材の密度(g/cm3)は適切であるものの、ポリオレフィン層に使用された酸変性ポリオレフィンの230℃におけるMFRが小さい比較例4の金属端子用接着性フィルムは、絶縁性には優れるものの、密着性及びシール性に劣ることが分かる。一方、繊維質基材の目付量(g/m2)と、繊維質基材の密度(g/cm3)は適切であるものの、ポリオレフィン層に使用された酸変性ポリオレフィンの230℃におけるMFRが大きい比較例5の金属端子用接着性フィルムは、密着性、水蒸気バリア性、及びシール性には優れるものの、絶縁性に劣ることが分かる。
2 金属端子
3 包装材料
3a 包装材料の周縁部
4 電池素子
10 電池
11 基材
12 酸変性ポリオレフィン樹脂層
13 接着促進剤層
31 基材層
32 接着層
33 金属箔層
34 シーラント層
v 空隙
Claims (7)
- 電池素子の電極に電気的に接続された金属端子と、前記電池素子を封止する包装材料との間に介在される、金属端子用接着性フィルムであって、
前記金属端子用接着性フィルムは、繊維質基材と、前記繊維質基材の両面側の表面に、それぞれ第1ポリオレフィン樹脂層と第2ポリオレフィン層とを備えており、
前記第1ポリオレフィン層及び前記第2ポリオレフィン層のうち少なくとも一方は、酸変性ポリオレフィンにより形成されており、
前記酸変性ポリオレフィンは、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が5〜15g/10分であり、
前記繊維質基材の目付量が10〜30g/m2であり、
前記繊維質基材の密度が0.3g/cm3以上0.7g/cm 3 以下であり、
前記繊維質基材の厚みが、30μm以上80μm以下であり、
前記金属端子用接着性フィルムの総厚みが、50μm以上90μm以下である、金属端子用接着性フィルム。 - 前記繊維質基材が、不織布、メッシュ、積層布または織物により形成されている、請求項1に記載の金属端子用接着性フィルム。
- 前記繊維質基材を構成する繊維の融点が200℃以上である、請求項1または2に記載の金属端子用接着性フィルム。
- 前記酸変性ポリオレフィンが、不飽和カルボン酸またはその無水物でグラフト変性されたポリオレフィンである、請求項1〜3のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
- 前記第1ポリオレフィン樹脂層及び前記第2ポリオレフィン層の厚みが、それぞれ、20〜80μmである、請求項1〜4のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
- 前記包装材料が、少なくとも、基材層、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、前記シーラント層と前記金属端子との間に前記金属端子用接着性フィルムが介在される、請求項1〜5のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルム。
- 少なくとも、正極、負極、及び電解質を備えた電池素子と、当該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した金属端子とを備える電池であって、
前記金属端子と前記包装材料との間に、請求項1〜6のいずれかに記載の金属端子用接着性フィルムが介在されてなる、電池。
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