JP6679918B2 - 電池用包装材料 - Google Patents
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Description
項1. 少なくとも、基材層と、金属層と、シーラント層とをこの順に有する積層体からなり、
前記シーラント層は、前記金属層側から順に、酸変性ポリオレフィンにより形成された第1シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第2シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第3シーラント層とを有しており、
前記第1シーラント層及び第2シーラント層は、共押出成形体であり、
前記第3シーラント層は、押出成形体であり、
前記第3シーラント層の前記金属層とは反対側の表面は、凹凸形状を有している、電池用包装材料。
項2. 前記第3シーラント層の前記金属層とは反対側の表面の算術平均粗さ(Ra)が、3.0μm〜20.0μmである、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記第2シーラント層には、滑剤が含まれている、項1または2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記シーラント層の総厚みが、40〜120μmの範囲にある、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 前記第3シーラント層の厚みが、20〜80μmの範囲にある、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料により封止されてなる、電池。
項7. 少なくとも、基材層と、金属層と、シーラント層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備えており、
前記積層工程は、以下の工程1〜4を順に備えている、電池用包装材料の製造方法。
工程1:前記基材層と前記金属層とを積層する。
工程2:前記金属層の上に、酸変性ポリオレフィンにより形成された第1シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第2シーラント層とを、共押出成形により積層する。
工程3:前記工程2で得られた積層体を加熱処理する。
工程4:前記工程3の後、第2シーラント層の上に、ポリオレフィンにより形成された第3シーラント層を押出成形により積層し、前記第3シーラント層の表面に凹凸形状を付与する工程。
電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、基材層1、金属層3、及びシーラント層4をこの順に有する積層体からなる。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、シーラント層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シーラント層4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。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は最外層を形成する層である。基材層1を形成する素材については、上記の物性を備えることができ、絶縁性を備えるものであることを限度として特に制限されるものではない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、及びこれらの混合物や共重合物等の樹脂フィルムが挙げられる。これらの中でも、好ましくはポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂が挙げられ、より好ましくは2軸延伸ポリエステル樹脂、2軸延伸ポリアミド樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、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、共重合ポリエステル、ポリカーボネート等が挙げられる。また、ポリアミド樹脂としては、具体的には、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体、ナイロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)等が挙げられる。
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と金属層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、金属層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。金属層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。金属層3は、金属箔や金属蒸着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、金属層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 A8021P−O、JIS 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、シーラント層4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。
本発明において、第1シーラント層41は、シーラント層4の金属層3側の最表層に位置しており、酸変性ポリオレフィンにより形成された層である。第1シーラント層41は、後述の第2シーラント層42と共に、共押出成形により、金属層3の上に積層される。
第2シーラント層42は、第1シーラント層41に隣接して設けられる層である。第2シーラント層42は、滑剤を含んでいることが好ましい。第2シーラント層42は、前述の第1シーラント層41と共に、共押出成形により、金属層3の上に積層される。第2シーラント層42は、ポリオレフィンにより形成されている。ポリオレフィンは、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。
第3シーラント層43は、シーラント層4の最内層として設けられる層である。第3シーラント層43は、押出成形により積層されている。第3シーラント層43は、ポリオレフィンにより形成されている。
シーラント層4は、前述の第1〜第3シーラント層に加えて、さらに第4シーラント層、第5シーラント層などのその他の樹脂層を有していてもよい。他の樹脂層は、第2シーラント層と第3シーラント層との間に積層することができる。その他の樹脂層の構成は、第2シーラント層42と同様とすることができる。
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の金属層3とは反対側)に、必要に応じて、コーティング層(図示しない)を設けてもよい。コーティング層は、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は、以下の工程1〜4を順に備える製造方法によって、好適に製造することができる。なお、各層の構成については、前述の通りである。
工程2:前記金属層の上に、酸変性ポリオレフィンにより形成された第1シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第2シーラント層とを、共押出成形により積層する。
工程3:前記工程2で得られた積層体を加熱処理する。
工程4:前記工程3の後、第2シーラント層の上に、ポリオレフィンにより形成された第3シーラント層を押出成形により積層し、前記第3シーラント層の表面に凹凸形状を付与する工程。
工程1の具体例としては、以下の通りである。まず、基材層1及び金属層3が積層された積層体(以下、「積層体A」と表記することもある)を形成する。基材層1と金属層3は、接着剤層2を介して積層することが好ましい。具体的には、基材層1上又は必要に応じて表面が化成処理された金属層3に接着剤層2の形成に使用される接着剤を、押出し法、グラビアコート法、ロールコート法等の塗布方法で塗布・乾燥した後に、当該金属層3又は基材層1を積層させて接着剤層2を硬化させるドライラミネーション法によって行うことができる。
工程2においては、工程1で得られた積層体Aの金属層3の上に、酸変性ポリオレフィンにより形成された第1シーラント層41と、ポリオレフィンにより形成された第2シーラント層42とを、共押出成形(共押出しラミネーション法)により積層して、積層体(以下、「積層体B」と表記することもある)を得る。
工程3においては、前記工程2で得られた積層体を加熱処理する。加熱処理条件としては、金属層3と第1シーラント層41との密着性が高められれば、特に制限されない。加熱温度としては、好ましくは150〜200℃程度、加熱時間としては、好ましくは0.5〜1.5秒が挙げられる。
工程4においては、工程3の後、第2シーラント層42の上に、ポリオレフィンにより形成された第3シーラント層43を押出成形により積層し、3シーラント層43の表面に凹凸形状を付与する。
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材料として使用される。
基材層としてのナイロンフィルム(厚さ15μm)の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ35μm)からなる金属層をドライラミネーション法により積層させた。具体的には、アルミニウム箔の一方面に、2液型ウレタン接着剤(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、金属層上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、金属層上の接着剤層と基材層を加圧加熱貼合(サンドラミネーション)した後、80℃で24時間のエージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/金属層の積層体Aを作製した。なお、金属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20mg/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。
前述の実施例1〜4と同様にして、積層体Aを作製した。次に、積層体Aの金属層の上に、第1シーラント層としてのカルボン酸変性ポリプロピレン(金属層側に配置、20μm)と、第2シーラント層としての後述のポリプロピレンAまたはB(厚み20μm)を共押し出しすることにより、基材層/接着剤層/金属層/第1シーラント層/第2シーラント層が積層された積層体を得た。次に、第2シーラント層の表面に、押出冷却法によって凹凸形状を形成した。第2シーラント層表面の算術平均粗さ(Ra)を、JIS B0601:1994の規定に準拠した方法により測定した。結果を表2に示す。次に、得られた積層体を、190℃で1.0秒の加熱処理に供し、電池用包装材料を得た。
・ポリプロピレンA:ランダムポリプロピレンに、滑剤量1200ppmを含む。
・ポリプロピレンB:ランダムポリプロピレンに、滑剤300ppmを含む。
上記で得られた各電池用包装材料を、室温(24℃)下で48時間保管した後、MD方向200mm×TD方向80mmの長方形に断裁してサンプルをそれぞれ2枚ずつ作製した。次に、それぞれ、2枚のサンプルのシーラント層同士を重ね合わせて、200gの加重をかけた状態で100mm/分の速度で引張、動摩擦係数を測定した。結果を表1及び表2に示す。
上記で得られた各電池用包装材料を室温(24℃)下で、表3に記載の期間保管した後、それぞれ、MD方向200mm×TD方向80mmの長方形に断裁してサンプルを2枚ずつ作製した。次に、それぞれ、2枚のサンプルのシーラント層同士を重ね合わせて、200gの加重をかけた状態で100mm/分の速度で引張、動摩擦係数を測定した。結果を表3に示す。
上記で得られた各電池用包装材料を室温(24℃)下で、表4に記載の期間保管した後、それぞれ、MD方向90mm×TD方向150mmの長方形に断裁してサンプルを作製した。次に、各サンプルを32×55mm(エリクソンサイズ)の口径を有する成形金型(雌型)と、これに対応した成形金型(雄型)を用いて、クリアランス0.3mm、押さえ圧0.25MPa、成形深さ6.5mmの条件で冷間成形を行った。各実施例及び比較例の各保管温度について、それぞれ、成形後の100サンプルを目視で観察して、ピンホールの発生率を算出した。結果を表4に示す。
上記で得られた各電池用包装材料をMD方向100mm×TD方向40mmの長方形に断裁してサンプルを作製した。次に、この試験片を短辺同士が対向するように折り返し、試験片のシーラント層の表面が互いに対向するように配置した。次に、互いに対向するシーラント層の表面の間に25μmφのワイヤーを挿入した。次に、この状態で電池用包装材料の長さ方向に直交する方向に上下共に7mm幅の平板状熱板からなるヒートシール機でシーラント層同士をヒートシールした。ヒートシール条件は、シール温度190℃、面圧1.0MPaとした。次に、電池用包装材料のワイヤーが挟まれた部分が中央になるようにして、両側の基材層の表面にテスターの端子をそれぞれ接続した。次に、テスター間に100Vの電圧をかけ、短絡するまでの時間(秒)を測定した。結果を表5に示す。
2…接着剤層
3…金属層
4…シーラント層
41…第1シーラント層
42…第2シーラント層
43…第3シーラント層
Claims (7)
- 少なくとも、基材層と、金属層と、シーラント層とをこの順に有する積層体からなり、
前記シーラント層は、前記金属層側から順に、酸変性ポリオレフィンにより形成された第1シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第2シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第3シーラント層とを有しており、
前記第1シーラント層及び第2シーラント層は、共押出成形体であり、
前記第3シーラント層は、押出成形体であり、
前記第3シーラント層の前記金属層とは反対側の表面は、凹凸形状を有し、算術平均粗さ(Ra)が、3.0μm〜20.0μmであり、前記第3シーラント層は加熱処理されていない、電池用包装材料。 - 前記第3シーラント層の前記金属層とは反対側の表面の算術平均粗さ(Ra)が、3.0μm〜20.0μmである、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記第2シーラント層には、滑剤が含まれている、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
- 前記シーラント層の総厚みが、40〜120μmの範囲にある、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記第3シーラント層の厚みが、20〜80μmの範囲にある、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料により封止されてなる、電池。
- 少なくとも、基材層と、金属層と、シーラント層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備えており、
前記積層工程は、以下の工程1〜4を順に備え、以下の工程4の後に加熱処理を行わない、電池用包装材料の製造方法。
工程1:前記基材層と前記金属層とを積層する。
工程2:前記金属層の上に、酸変性ポリオレフィンにより形成された第1シーラント層と、ポリオレフィンにより形成された第2シーラント層とを、共押出成形により積層する。
工程3:前記工程2で得られた積層体を加熱処理する。
工程4:前記工程3の後、第2シーラント層の上に、ポリオレフィンにより形成された第3シーラント層を押出成形により積層し、前記第3シーラント層の表面に凹凸形状を付与することによって、前記第3シーラント層の前記金属層とは反対側の表面の算術平均粗さ(Ra)を3.0μm〜20.0μmとする工程。
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