JP6721400B2 - 電池外装用積層体、電池外装体、電池外装体の製造方法及び電池 - Google Patents

電池外装用積層体、電池外装体、電池外装体の製造方法及び電池 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池やキャパシタ等の外装体として良好な電池外装用積層体、並びに、当該積層体を用いて得られた電池外装体、当該電池外装体の製造方法及び当該電池外装体を備えた電池に関する。
環境に対する意識が高まる中、太陽光や風力等の自然エネルギーの活用と共に、電気エネルギーを貯蔵するための蓄電池として、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタが注目を集めている。
これら電池に用いられる外装体としては、小型化と軽量化とを目的として、金属箔と樹脂層とを積層した電池外装用積層体が用いられている。このような電池外装用積層体を、凹部を有するトレー状となるように絞り成形等によって成形し、外装体容器本体とする。また、前記外装体容器本体と同様にして、電池外装用積層体を成形して外装体蓋部を得る。この外装体容器本体の凹部に電池本体を収納した後、収納された電池本体を覆うように外装体蓋部を重ね、容器本体と外装体蓋部との側縁部を接着することにより、外装体に電池本体が収納された電池が得られる。
上述のような外装体容器本体と外装体蓋部との側縁部の接着には、簡便な熱融着(ヒートシール)が広く採用される。そのため、電池外装用積層体の最表層(最内層)には、一般的にヒートシールを可能とするシーラント層が設けられる。
例えば特許文献1には、少なくとも基材層、接着層1、バリア層、接着層2、及びシーラント層から構成される積層体からなる電池用包装材料であって、特定の接着性樹脂組成物を用いることを特徴とする電池用包装材料が開示されている。特許文献1では、シーラント層の最表層(包装材料全体の最内層)としてホモポリプロピレン層を用いることにより、通常の熱シール温度で熱融着が可能な電池用包装材料を得ている。
特開2015−109287号公報
近年、二次電池等の電池の応用分野が拡大する中、電池外装体にも耐熱性、耐寒性等の優れた特性が求められている。また、昨今の電池需要拡大に伴い電池生産量の増加が求められており、電池製造時の生産効率や歩留りを向上させ得る電池外装体が求められている。
しかしながら、特許文献1のように、最表層としてホモポリプロピレン層からなるシーラント層を有する電池外装体用積層体では、その耐熱性や耐寒性が不十分であり、且つ、当該電池外装体用積層体を用いて電池を製造する際の生産効率や歩留りにも未だ改善の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであって、各種の特性に優れる電池外装用積層体であって、当該電池外装用積層体を用いて電池外装体製造する際の作業効率や歩留りを向上させることが可能な電池外装用積層体を提供することを目的とする。
本発明者らは上記目的を達成すべく検討を重ねた結果、特定の関係性を充足する融点を有するブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン及びオレフィン系エラストマーを特定の比率で用いることにより、電池外装用積層体自体の耐熱性及び耐寒性を向上させることができること;並びに、当該電池外装用積層体を用いて電池外装体を製造する際に、比較的低温で熱融着可能であることことを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の第一の態様の電池外装用積層体は、少なくとも、シーラント層、第1接着剤層、金属箔からなるバリア層、及び基材層をこの順に備えてなる電池外装用積層体であって、前記シーラント層が、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン及びオレフィン系エラストマーからなり、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、オレフィン系エラストマーの質量比における含有割合をそれぞれ順にA、B、Cとし、且つ、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、オレフィン系エラストマーの融点をそれぞれ順にmp(A)、mp(B)、mp(C)としたとき、前記シーラント層が下記式(1)〜(4)の関係を満たすことを特徴とする。
A>B (1)
A>C (2)
A+B+C=100 (3)
mp(A)>mp(B)≧mp(C) (4)
前記シーラント層において、ブロックポリプロピレンの含有割合は35〜80質量%であり、ランダムポリプロピレンの含有割合は10〜45質量%であり、オレフィン系エラストマーの含有割合は10〜40質量%であることが好ましい。
前記シーラント層と前記第1接着剤層との間に、さらに第2シーラント層を備えることが好ましい。
前記第1接着剤層は、マレイン酸変性ポリプロピレンと、エポキシ基又はオキサゾリン基を有する化合物とを含むことが好ましい。
前記エポキシ基を有する化合物は、フェノールノボラック型エポキシ樹脂又はエポキシ基含有ポリオレフィン樹脂であることが好ましい。
前記オキサゾリン基を有する化合物は、オキサゾリン基含有スチレン樹脂であることが好ましい。
本発明の第二の態様の電池外装体は、前記第一の態様の電池外装用積層体を備える電池外装体であって、電池を収納する内部空間を有し、電池外装用積層体のシーラント層の側が当該内部空間の側となることを特徴とする。
本発明の第三の態様の電池外装体の製造方法は、前記第一の態様の電池外装用積層体を形成材料とする第1部材を、当該電池外装用積層体の前記シーラント層側から押圧して、凹部を有する容器本体を形成する成形工程と、前記容器本体が有する前記シーラント層と、前記電池外装用積層体を形成材料とする第2部材が有するシーラント層と、が重なり合うように組み合わせる組立工程と、重なり合った前記シーラント層同士を熱融着させて、一方のシーラント層と他方のシーラント層とを接合する接合工程と、を有し、前記熱融着時の温度が、前記mp(A)よりも低く、前記mp(B)よりも高いことを特徴とする。
本発明の第四の態様の電池外装体の製造方法は、前記第一の態様の電池外装用積層体を形成材料とする部材の一部を、当該電池外装用積層体の前記シーラント層側から押圧して、凹部を形成する成形工程と、前記部材を、前記凹部が形成されていない領域で前記シーラント層側に折り曲げ、形成された折り曲げ線に対し前記凹部側である第1領域における前記凹部の周囲の前記シーラント層と、前記折り曲げ線に対し前記凹部とは反対側である第2領域における前記シーラント層と、を重ね合わせる組立工程と、重なり合った前記シーラント層同士を熱融着させて、一方のシーラント層と他方のシーラント層とを接合する接合工程と、を有することを特徴とする。
本発明の第五の態様の電池は、前記第二の態様の電池外装体を備えることを特徴とする。
本発明によれば、耐熱性や耐寒性等の各種の特性に優れる電池外装用積層体であって、当該電池外装用積層体を用いて電池外装体や電池を製造する際の生産効率及び歩留りを向上させ得る電池外装用積層体を提供できる。
本発明に係る電池外装用積層体の、第1実施形態を示す概略断面図である。 本発明に係る電池外装用積層体を用いて作製した、2次電池の一例を示す斜視図である。 本発明に係る電池外装用積層体を用いて2次電池を製造する工程を示す斜視図である。 本発明に係る電池外装用積層体を用いて2次電池を製造する工程を示す斜視図である。
以下、好適な実施の形態に基づき、本発明を説明する。
[電池外装用積層体]
本発明の第一の態様の電池外装用積層体(以下、単に「積層体」ということがある。)は、少なくとも、シーラント層、第1接着剤層、金属箔からなるバリア層、及び基材層をこの順に備えてなる電池外装用積層体である。
図1は、本発明の一実施形態に係る電池外装用積層体10の概略構成を示す断面図である。
本実施形態に係る積層体10は、シーラント層11と、第2シーラント層11’と、第1接着剤層12と、第1腐食防止層13と、バリア層(金属箔)14と、第2腐食防止層15と、第2接着剤層16と、基材層17と、をこの順に備えてなる。
すなわち、本実施形態に係る積層体10は、バリア層14の両面に形成された第1腐食防止層13及び第2腐食防止層15と、第1腐食防止層13上に第1接着剤層12を介して積層されたシーラント層11及び第2シーラント層11’と、第2腐食防止層15上に第2接着剤層16を介して積層された基材層17とを備える、8層構成を含む。
以下、各層について詳述する。
<シーラント層11>
シーラント層11は、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン及びオレフィン系エラストマーからなる層である。
本発明において「ブロックポリプロピレン」(以下、「ブロックPP」ということがある。)とは、ポリプロピレン(ホモポリマー)と、エチレン−プロピレン共重合体とからなる混合物(Impact Copolymer)をいう。このような混合物は、原料モノマーを用いてポリプロピレン(プロピレン単独重合体)を製造した後、当該単独重合体の存在下で、エチレンとプロピレンとを重合することにより得られるものであって、通常、ポリプロピレン中にエチレン−プロピレンゴムが分散された混合物となる。
また、「ランダムポリプロピレン」(以下、「ランダムPP」ということがある。)とは、プロピレン−エチレンのランダム共重合体をいう。
ブロックポリプロピレン及びランダムポリプロピレンにおける、ポリプロピレン/エチレン−プロピレン共重合体比率、プロピレン/エチレン比率、重合度等は特に限定されるものではなく、後述の式(1)〜(4)を満たすブロックPP、ランダムポリプロピレンとなるように適宜決定することができる。
本発明においてオレフィン系エラストマーとしては、エラストマーとしての特性を備えるオレフィン系重合体であれば特に限定されるものではない。
オレフィン系重合体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン等の単独重合体;プロピレン−エチレン共重合体、エチレン−1−ブテン共重合体、エチレン−1−ヘキセン共重合体、エチレン−1−オクテン共重合体、プロピレン−エチレン−1−ブテン共重合体、プロピレン−1−ブテン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−エチレン共重合体等の共重合体が挙げられる。
本発明において、シーラント層11を構成するブロックPP、ランダムPP及びオレフィン系エラストマーは、下記式(1)〜(4)の関係を満たすものである。
A>B (1)
A>C (2)
A+B+C=100 (3)
mp(A)>mp(B)≧mp(C) (4)
Aはブロックポリプロピレンの含有割合(質量比)であり、Bはランダムポリプロピレンの含有割合(質量比)であり、Cはオレフィン系エラストマーの含有割合(質量比)である。mp(A)はブロックポリプロピレンの融点であり、mp(B)はランダムポリプロピレンの融点であり、mp(C)はオレフィン系エラストマーの融点である。]
上記式(3)に示されるように、シーラント層11の樹脂成分はブロックPP、ランダムPP及びオレフィン系エラストマーの3成分のみからなる。シーラント層11を構成する重合体の種類数は、これら3成分のいずれかに分類される重合体である限りにおいて限定されず、3種以上であってもよい。例えば、オレフィン系エラストマーとして、組成や物性の異なる2以上のオレフィン系エラストマーを組み合わせて用いてもよい。
また、式(4)に示されるように、シーラント層11を構成するブロックPP、ランダムPP及びオレフィン系エラストマーにおいて、ブロックPPが最も高い融点を有する。そして、ランダムPPとオレフィン系エラストマーとは同じ融点を有するか、或いは、オレフィン系エラストマーに比してランダムPPが高い融点を有する。
このように、少なくとも異なる2点以上の融点を有する重合体がシーラント層11に含有されることにより、シーラント層11の熱融着時に付加する温度を適宜設定することで、熱融着時にシーラント層11中の一部の重合体が融解し、且つ一部の重合体は融解しない状態とすることができる。
さらに、上記式(1)及び(2)に示されるように、シーラント層11は、シーラント層11を構成する3成分のうち、ブロックPPを最も多く含有している。3成分中最も融点の高い成分であるブロックPPを最も多く含有するため、シーラント層11の主成分は比較的高い温度まで溶融しないこととなる。溶融していないブロックPPを支持体として、溶融した他の2成分を用いて熱融着を行うことにより、シーラント層11の機械的強度を維持した状態での熱融着が可能となり、最終的に得られる電池外装体の機械的強度も向上し得る。
また、シーラント層11がブロックPPを多く含有することにより、シーラント層11及び電池外装用積層体10の耐熱性を向上させることができる。
上記のように、シーラント層11はブロックPPを最も多く含有する。一方、ランダムPPと、オレフィン系エラストマーとの相対的含有割合(質量比)に特に制限はない。B>Cであってもよく、C>Bであってもよく、B=Cであってもよいが、B≧Cが好ましく、B>Cがより好ましい。
なかでも、ブロックPPの含有割合(上記式(1)〜(3)におけるA)は、35〜80質量%が好ましく、35〜60質量%がより好ましく、35〜50質量%がさらに好ましく、35〜45質量%が特に好ましい。
ランダムPPの含有割合(上記式(1)〜(3)におけるB)は、10〜45質量%が好ましく、20〜45質量%がより好ましく、25〜40質量%がさらに好ましく、30〜40質量%が特に好ましい。
オレフィン系エラストマーの含有割合(上記式(1)〜(3)におけるC)は、10〜40質量%が好ましく、20〜35質量%がより好ましく、20〜30質量%が特に好ましい。
また、ブロックPPの融点(mp(A))は、160℃以上が好ましい。ランダムPPの融点(mp(B))は、120℃以上160℃未満が好ましい。オレフィン系エラストマーの融点(mp(C))は、40℃以上160℃未満が好ましく、120℃以上160℃未満がより好ましい。
シーラント層11の厚さは、例えば、1〜200μmとすることができ、5〜100μmが好ましく、5〜40μmがさらに好ましい。
本発明では、シーラント層が、ブロックPP、ランダムPP及びオレフィン系エラストマーの3種を全て含む。従来、電池外装用積層体のシーラント層の多くは、これら樹脂の1種のみを用いて作製されていた。しかしながら、これらの樹脂1種のみからなるシーラント層では、各樹脂の特性による利点に加えて欠点も存在し、特性のさらなる向上が求められていた。
例えばブロックPPのみからなるシーラント層を使用した場合であれば、ブロックPPは比較的高い耐熱性を有するため、シーラント層及び電池外装用積層体全体の耐熱性が向上するという利点が得られる。また、樹脂自体の強度が高いブロックPPを用いることにより、機械的強度に優れた電池外装用積層体が得られるという利点もある。一方、ブロックPPからなるシーラント層を用いた場合、当該電池外装用積層体を用いて電池外装体を作製する際のヒートシール(熱融着)熱量を高く設定する必要があるため、生産効率が劣り得る上、ヒートシール時の欠陥も発生しやすく、歩留りが低下するおそれがある。
また、ランダムPPのみからなるシーラント層を用いた場合であれば、ヒートシール時の生産効率や歩留りは十分であるものの、シーラント層及び電池外装用積層体自体の耐熱性が低下するおそれがある。
さらに、オレフィン系エラストマーのみからなるシーラント層を用いた場合であれば、オレフィン系エラストマーは一般的に比較的低融点であることから、低温でのヒートシールが可能となり、ヒートシール時の生産効率や歩留りが非常に高くなる。一方、オレフィン系エラストマーの低融点に起因して、シーラント層及び電池外装用積層体全体の耐熱性 が低下するおそれがある。
上述のように、各樹脂を単独で用いたシーラント層はいずれも、電池外装用積層体に用いるにあたり、改良が求められる特性を有していた。これに対して本発明の電池装用積層体では、特定の融点の関係を有する3種の樹脂を用いるのみならず、これら3種の樹脂を特定の割合で用いることにより、上述のような各樹脂個別の利点を生かし、且つ、欠点を互いに補い得ることを見出した。このようなシーラント層を用いた本発明の電池外装用積層体によれば、耐熱性及び耐寒性が向上し、且つ、電池外装体製造時に比較的低温におけるヒートシールが可能となるため、電池外装体製造時の生産効率及び歩留りを向上させることができる。
<第2シーラント層11’>
本実施形態に係る電池外装用積層体10は、第2シーラント層11’を有する。第2シーラント層11’は本発明では任意の構成である。
第2シーラント層11’は、最内層であるシーラント層11の外層側(バリア層側)に設けられる層であって、シーラント層11と共に熱融着時にシーラント層同士を融着させる機能を有する層である。シーラント層11に加えて第2シーラント層12を設けることにより、熱融着時のシール強度をより向上させることができる。
第2シーラント層11’は、シーラント層11と異なる組成を有するものであれば特に限定されるものではないが、ポリオレフィンからなる層であることが好ましい。ポリオレフィンからなる層としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、プロピレンとエチレン又はα−オレフィンとのランダム共重合体、ブロックポリプロピレン、オレフィン系エラストマー等が挙げられる。
なかでも、シーラント層11及び第1接着剤層12との接着性が向上することから、第2シーラント層11’は、ホモポリプロピレン(プロピレン単独重合体)、プロピレン−エチレンのランダム共重合体(ランダムPP)、ブロックプロピレン、及びオレフィン系エラストマーからなる群から選ばれる1種以上からなる層であることが好ましい。なかでも、ブロックポリプロピレン及び/又はオレフィン系エラストマーからなる層がより好ましく、ブロックポリプロピレン及びオレフィン系エラストマーからなる層が特に好ましい。
第2シーラント層11’は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
第2シーラント層11’に用いる材料の融点は、電池外装用積層体10に必要な耐熱性を備えるものであれば特に限定されない。
第2シーラント層11’は、例えば、1〜200μmとすることができ、5〜100μmが好ましく、5〜40μmがさらに好ましい。
第2シーラント層11’を設ける場合の、シーラント層11と第2シーラント層11’との合計の厚さは、例えば、0.5〜50μmとすることができ、2〜30μmが好ましく、5〜20μmがさらに好ましい。
<第1接着剤層12>
第1接着剤層12は、必要に応じて第2シーラント層11’が設けられたシーラント層11と、第1腐食防止層13が表面に形成されたバリア層14とを接着するために設けられる層である。
第1接着剤層12を形成する接着剤としては、上記の層を良好に接着し得るものであればその材料は特に限定されるものではないが、例えば、接着性と貯蔵弾性率とを満たし得ることから、酸変性ポリオレフィン樹脂(A)と、架橋性化合物(B)と、を含有する接着剤からなる層であることが好ましい。
以下、酸変性ポリオレフィン樹脂(A)を「(A)成分」、架橋性化合物(B)を「(B)成分」ということがある。
(酸変性ポリオレフィン樹脂(A))
本発明において、酸変性ポリオレフィン樹脂(A)((A)成分)とは、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性されたポリオレフィン系樹脂であって、ポリオレフィン系樹脂中に、カルボキシ基や無水カルボン酸基等の酸官能基を有するものである。
(A)成分は、不飽和カルボン酸またはその誘導体によるポリオレフィン系樹脂の変性や、酸官能基含有モノマーとオレフィン類との共重合等により得られる。なかでも(A)成分としては、ポリオレフィン系樹脂を酸変性して得られたものが好ましい。
酸変性方法としては、有機過酸化物や脂肪族アゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で、ポリオレフィン樹脂と酸官能基含有モノマーとを溶融混練するグラフト変性が挙げられる。
前記ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、プロピレンとエチレンとの共重合体、プロピレンとオレフィン系モノマーとの共重合体等が挙げられる。
共重合する場合の前記オレフィン系モノマーとしては、1−ブテン、イソブチレン、1−ヘキセン等が挙げられる。
共重合体は、ブロック共重合体であってもよく、ランダム共重合体であってもよい。
なかでもポリオレフィン系樹脂としては、ホモポリプロピレン(プロピレン単独重合体)、プロピレンとエチレンとの共重合体、プロピレンとブテンとの共重合体等のプロピレンを原料として重合されるポリプロピレン系樹脂が好ましく;特にプロピレン−1−ブテン共重合体、すなわち側鎖にメチル基及びエチル基を有するポリオレフィン樹脂が好ましい。1−ブテンを含有することにより、当該樹脂が加熱された際の分子運動が促進され、(A)成分と後述する(B)成分との架橋点同士が接触する機会が増える結果、被着体への密着性がより向上する。
前記酸官能基含有モノマーは、エチレン性二重結合と、カルボキシ基又はカルボン酸無水物基とを同一分子内に持つ化合物であって、各種の不飽和モノカルボン酸、ジカルボン酸、又はジカルボン酸の酸無水物が挙げられる。
カルボキシ基を有する酸官能基含有モノマー(カルボキシ基含有モノマー)としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ナジック酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、テトラヒドロフタル酸、エンド−ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボン酸(エンディック酸)などのα,β−不飽和カルボン酸モノマーが挙げられる。
カルボン酸無水物基を有する酸官能基含有モノマー(カルボン酸無水物基含有モノマー)としては、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水エンディック酸などの不飽和ジカルボン酸無水物モノマーが挙げられる。
これらの酸官能基含有モノマーは、(A)成分において1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
なかでも酸官能基含有モノマーとしては、後述する(B)成分中の架橋性官能基と良好に反応する酸官能基を含有するモノマーが好ましく;架橋性官能基との反応性が高いことから酸無水物基を有する酸官能基含有モノマーがより好ましく;カルボン酸無水物基含有モノマーがさらに好ましく;無水マレイン酸が特に好ましい。
酸変性に用いた酸官能基含有モノマーの一部が未反応である場合は、未反応の酸官能基含有モノマーによる接着力の低下を防ぐため、未反応の酸官能基含有モノマーを予め除去したものを(A)成分として用いることが好ましい。
(A)成分において、ポリオレフィン樹脂又はオレフィン類由来の成分は、(A)成分の全量100質量部に対して、50質量部以上であることが好ましい。
(A)成分の融点は特に限定されるものではない。
第1接着剤層12を、ドライラミネート用接着剤層とする場合であれば、(A)成分の融点は50〜100℃であることが好ましく、60〜98℃が好ましく、70〜98℃がより好ましく、75〜95℃がさらに好ましい。
(A)成分の融点を上記下限値以上とすることにより、第1接着剤層12の耐熱性を向上させることができる結果、第1接着剤層12を介して、シーラント層11と、第1腐食防止層13を備えるバリア層14とを接着した後の耐熱性、耐久性を向上させることができる。
一方、(A)成分の融点を上記上限値以下とすることにより、(A)成分を有機溶剤に溶解して溶剤型のドライラミネート用接着剤を得る際、(A)成分が有機溶剤に溶解しやすいことにより、より均一な接着剤が得られ、(A)成分と(B)成分とが良好に反応して接着性や耐久性を向上させることができる。また、上記上限値以下の融点を有する(A)成分を用いることにより、第1接着剤層12を介してドライラミネートを行う際の温度や、ラミネート後のエージング温度を比較的低温とすることができる。その結果、第1接着剤層12を用いて接着されるシーラント層11において、熱によるシワが発生し難くなり、製造時の歩留りが向上するのみならず、シーラント層11の耐熱性要求が緩和されるため、シーラント層11の材料の選択の幅を広げることができる。また、比較的低温でのラミネート加工が可能となる結果、ラミネート処理の時間を短縮することができ、且つ、ラミネート処理に必要なエネルギー量を低減することができるため、生産効率の向上及び消費エネルギーの低減が可能となる。
一方、第1接着剤層12の形成に用いる接着剤が有機溶剤を含有せず、(A)成分と後述する(B)成分とを溶融混練して接着剤を形成する場合であれば、(A)成分の融点は100℃〜180℃であることが好ましい。このような接着剤からなる第1接着剤層12は、熱ラミネート用接着剤層として好適に使用できる。
上記範囲の融点を有する(A)成分を用いることにより、常法及び一般的な装置を用いた場合にも、(A)成分と後述する(B)成分とを、(A)成分の融点よりも十分に高い温度で溶融混練することができる。また、溶融混練を用いて(A)成分と後述する(B)成分とを反応させる場合、(A)成分に比して(B)成分の融点が低いことが好ましいが、上記範囲の融点を有する(A)成分を用いることにより、(B)成分の選択の自由度を高めることができる。
また、上述のように(A)成分の融点は、後述する(B)成分の融点よりも高いことが好ましいが、(A)成分の融点は(B)成分の融点よりも10℃以上高いことがより好ましく、20℃以上高いことがさらに好ましく、30℃以上高いことが特に好ましい。(A)成分の融点が(B)成分よりも十分に高いことにより、溶融混練を行った際に(B)成分が先に溶融し、樹脂の形状を保持した状態の(A)成分中に浸透し、均一に(A)成分と(B)成分とが反応する結果、良好な耐久性を得ることができる。
(A)成分の分子量は特に限定されるものではなく、上述のような所望の融点を充足し得るものであれば特に限定されるものではないが、一般的には分子量10000〜800000の樹脂が用いられ、50000〜650000が好ましく、80000〜550000がより好ましく、100000〜450000がさらに好ましい。
なかでも(A)成分としては、接着性、耐久性等の観点から、無水マレイン酸変性ポリプロピレンが好ましい。
(架橋性化合物(B))
(B)成分は、第1接着剤層に架橋性を付与し得る化合物であれば特に限定されるものではなく、架橋性官能基を有する化合物が好ましい。架橋性官能基を有する化合物としては、エポキシ基又はオキサゾリン基を有する化合物が好ましく、具体的には、エポキシ基含有ポリオレフィン系樹脂(b1);前記(b1)に該当しない、複数のエポキシ基を含有する化合物(b2);オキサゾリン基含有スチレン系樹脂(b3)が好ましいものとして挙げられる。以下、それぞれについて詳述する。
・エポキシ基含有ポリオレフィン系樹脂(b1)
本発明においてエポキシ基含有ポリオレフィン系樹脂(b1)(以下、「(b1)成分」ということがある。)は、オレフィン化合物とエポキシ基含有ビニルモノマーとを含むモノマーを共重合させて得られる主鎖、及び、前記主鎖に結合した側鎖を有し、且つ、融点が80〜120℃であるものである。
・主鎖
(b1)成分の主鎖は、オレフィン化合物と、エポキシ基含有ビニルモノマーと、必要に応じて用いられるその他の任意のモノマーとを共重合させて得られる。
前記オレフィン化合物としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ヘキセン、α−オレフィン等のオレフィン系モノマーが挙げられる。
前記エポキシ基含有ビニルモノマーとしては、グリシジルメタクリレート(GMA)、グリシジルアクリレート等のグリシジルエステル類、アリルグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル類、エポキシブテン等のエポキシアルケン類等が挙げられる。
オレフィン化合物、エポキシ基含有ビニルモノマーとしては、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(b1)成分の主鎖は、オレフィン化合物及びエポキシ基含有ビニルモノマー以外に、その他のモノマーの1種以上を含有していてもよい。その他のモノマーとしては、オレフィン化合物及びエポキシ基含有ビニルモノマーと共重合可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば(メタ)アクリレートモノマー、(メタ)アクリルエステルモノマー、(メタ)アクリルアミドモノマー、スチレンモノマー等が挙げられる。
(b1)成分の主鎖となる共重合体において、各モノマー(化合物)の構成割合は特に限定されるものではないが、(b1)成分の主鎖を構成する全モノマーに対して、10〜30質量%、より好ましくは10〜20質量%のエポキシ基含有ビニルモノマーを共重合させて得られる共重合体が好ましい。上記範囲内のエポキシ基含有ビニルモノマーを用いることにより、好適に被接着体との接着性を向上させることができる。
なかでも(b1)成分の主鎖としては、オレフィン化合物及びエポキシ基含有ビニルモノマーを共重合させて得られる共重合体が好ましく、エチレンとグリシジルメタクリレートとの共重合体が特に好ましい。
・側鎖
(b1)成分は、前記主鎖に結合した側鎖を有することにより、オレフィン系共重合体の強度、接着性、合成等の特性を改善することができる。側鎖は特に限定されるものではなく、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンを含有する重合体);(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル等のアルキル(メタ)アクリレートモノマーの1種以上を重合させて得られる(メタ)アクリル系樹脂等が挙げられる。
なかでも(b1)成分の側鎖としては、スチレンを含有する重合体が好ましく、例えばポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体が挙げられる。なかでも、ポリスチレンが特に好ましい。
(b1)成分が側鎖としてポリスチレンを含んだ重合体であると、溶融状態での流動性が向上する。そのため、加熱接着時に適度な流動性を持ち、被着体にエポキシ基が接触しやすくなり、接着強度並びに耐久性が向上すると考えられる。
上記のような主鎖及び側鎖を有する(b1)成分は、例えば、常法により得られた主鎖共重合体と、側鎖を構成するモノマーと、有機過酸化物や脂肪族アゾ化合物等のラジカル重合開始剤とを用いたグラフト重合により得ることができる。
(b1)成分の融点は80〜120℃であって、90〜110℃であることが好ましい。このような融点を有する(b1)成分は、主鎖及び側鎖を構成するモノマー種を適宜選択することにより得ることができる。
上記範囲の融点を有する(b1)成分を用いることにより、常法及び一般的な装置を用いた場合にも、当該(b1)成分の融点よりも十分に高い温度で、前記(A)成分と(b1)成分とを溶融混練することが可能となり、優れた耐久性を有する接着剤や接着層を得ることができる。また、溶融混練を用いて前記(A)成分と(b1)成分とを反応させる場合、(A)成分に比して(b1)成分の融点が低いことが好ましいが、上記範囲の融点を有する(b1)成分を用いることにより、(A)成分の選択の自由度を高めることができる。
このような(b1)成分としては、日油株式会社製のモディパーA1100、A4100、A4400(いずれも商品名)等の市販品を用いることもできる。
・複数のエポキシ基を含有する化合物(b2)
複数のエポキシ基を含有する化合物(b2)(以下、「(b2)成分」ということがある。)は、前記(b1)に該当しない化合物である。(b2)成分は低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。前記(A)成分との混和性、相溶性を良好とする観点からは(b2)成分は高分子化合物(樹脂)であることが好ましい。一方、接着剤が溶剤型のドライラミネート用接着剤である場合には、有機溶剤への溶解性を良好とする観点から、(b2)成分が低分子化合物であることも好ましい。
(b2)成分の構造は、エポキシ基を複数有するものであれば特に限定されず、例えば、ビスフェノール類とエピクロルヒドリンより合成されるフェノキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂;ビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、1分子あたりのエポキシ含量が高く、(A)成分と共に特に緻密な架橋構造を形成できることから、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
本発明においてフェノールノボラック型エポキシ樹脂とは、フェノールとホルムアルデヒドとを酸縮合して得られるフェノールノボラック樹脂を基本構造とし、その構造の一部にエポキシ基が導入された化合物である。フェノールノボラック型エポキシ樹脂における1分子あたりのエポキシ基導入量は特に限定されるものではないが、エピクロルヒドリン等のエポキシ基原料とフェノールノボラック樹脂とを反応させることにより、フェノールノボラック樹脂中に多数存在するフェノール性水酸基に多数のエポキシ基が導入されるため、通常は多官能エポキシ樹脂となる。
なかでもフェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、基本骨格としてフェノールノボラック構造を有し、且つ、ビスフェノールA構造を併せて有するビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。なお、エポキシ樹脂中のビスフェノールA構造は、ビスフェノールAから誘導され得る構造であればよく、ビスフェノールAの両端水酸基がエポキシ基含有基等の基で置換されていてもよい。
ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂の一例としては、下記一般式(1)で表される樹脂が挙げられる。
Figure 0006721400
[式(1)中、R〜Rはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、nは0〜10の整数であり、Rはエポキシ基を有する基である。]
式(1)中、R〜Rはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基である。nが2以上の整数の場合、R、Rはそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。
式(1)で表される樹脂中は、下記(i)〜(iii)の少なくともいずれか1つを満たすことが好ましい。
(i)R及びRの両方がメチル基、(ii)R及びRの両方がメチル基、(iii)R及びRの両方がメチル基
例えば、上記(i)を満たすことにより、式(1)においてR及びRが結合する炭素原子と、当該炭素原子が結合する2つのヒドロキシフェニル基と、がビスフェノールAから誘導される構造を構成することとなる。
式(1)中、Rはエポキシ基を有する基である。エポキシ基を有する基としては、エポキシ基、エポキシ基とアルキレン基との組み合わせ等が挙げられ、なかでもグリシジル基が好ましい。
ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、100〜300であることが好ましく、200〜300であることがより好ましい。エポキシ当量(g/eq)は、エポキシ基1個あたりのエポキシ樹脂の分子量であって、この値が小さいほど樹脂中のエポキシ基が多いことを意味する。エポキシ当量の比較的小さいエポキシ樹脂を用いることにより、エポキシ樹脂の添加量を比較的少量とした場合にも、エポキシ樹脂と被着体との接着性が良好となり、且つ、エポキシ樹脂と前記酸変性ポリオレフィン樹脂とが十分に架橋する。
このようなフェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、三菱化学社製のjER154、jER157S70、jER−157S65;DIC社製のEPICLON N−730A、EPICLON N−740、EPICLON N−770、EPICLON N−775(以上、いずれも商品名)等の市販品を用いることもできる。
上記のようなエポキシ樹脂を用いることにより、上記(A)成分の酸官能基と、(b2)成分のエポキシ基との双方が、被着体(特に、第1腐食防止層13が有するカルボキシ基等の官能基)に対する接着性官能基として機能することにより、シーラント層11と、第1腐食防止層13を表面に有するバリア層14とに対して、優れた接着性を奏することが可能となると考えられる。
また、上記(A)成分の酸官能基の一部と、(b2)成分のエポキシ基の一部とが反応し、(A)成分と(b2)成分との架橋構造が第1接着剤層12内で形成される結果、この架橋構造により第1接着剤層12の強度が補強され、優れた接着性と共に良好な耐久性が得られるものと考えられる。
・オキサゾリン基含有スチレン系樹脂(b3)
(B)成分としてオキサゾリン基含有スチレン系樹脂(b3)(以下、「(b3)成分」ということがある。)を用いることにより、当該オキサゾリン基と前記(A)成分の酸官能基(例えばカルボキシ基、カルボン酸基、等)とが反応して架橋構造が形成される。例えば(A)成分の酸官能基がカルボキシ基の場合であれば、以下のような架橋反応が起こり、アミドエステル結合が形成される。その結果として、この架橋構造により樹脂の強度が補強され、優れた接着性と共に良好な耐久性が得られるものと考えられる。
Figure 0006721400
なかでも(b3)成分としては、スチレン系モノマーと、オキサゾリン基含有モノマーとを共重合して得られる樹脂が好ましい。
スチレン系モノマーとしては、スチレン及びその誘導体を用いることができる。具体的には、スチレン、α‐メチルスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、トリエチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、ヘプチルスチレン、オクチルスチレン等のアルキルスチレン;クロロスチレン、フルオロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ヨードスチレン等のハロゲン化スチレン等が挙げられる。なかでも、スチレンが好ましい。
オキサゾリン基含有モノマーは、オキサゾリン基を含有し、且つスチレン系モノマーと共重合が可能なモノマーであればその骨格は特に限定されるものではないが、オキサゾリン基とビニル基とを有するモノマーを好適に用いることができる。
オキサゾリン基含有ビニルモノマーとしては、2−ビニル−2−オキサゾリン、5−メチル−2−ビニル−2−オキサゾリン、4,4−ジメチル−2−ビニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、4,4−ジメチル−2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、4−アクリロイル−オキシメチル−2,4−ジメチル−2−オキサゾリン、4−メタクリロイルオキシメチル−2,4−ジメチル−2−オキサゾリン、4−メタクリロイルオキシメチル−2−フェニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−(4−ビニルフェニル)−4,4−ジメチル−2−オキサゾリン、4−エチル−4−ヒドロキシメチル−2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、4−エチル−4−カルボエトキシメチル−2−イソプロペニル−2−オキサゾリン等が挙げられる。なかでも、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンが好ましい。
スチレン系モノマー、オキサゾリン基含有モノマーとしては、それぞれ1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、(b3)成分は、スチレン系モノマー及びオキサゾリン基含有モノマー以外に、その他のモノマーの1種以上を含有していてもよい。その他のモノマーは、これらモノマーと共重合可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば(メタ)アクリレートモノマー、(メタ)アクリルエステルモノマー、(メタ)アクリルアミドモノマー等が挙げられる。
(b3)成分において、各モノマーの構成割合は特に限定されるものではないが、(b3)成分を構成する全モノマーに対して、5〜50質量%、より好ましくは10〜30質量%のオキサゾリン基含有モノマーを共重合させて得られる樹脂が好ましい。上記範囲内のオキサゾリン基含有モノマーを用いることにより、前記(A)成分と(b3)成分とを十分に架橋させ、良好な耐久性を得ることができる。
(b3)成分の数平均分子量は、3〜25万が好ましく、5万〜20万がより好ましく、6万〜10万がさらに好ましく、6万〜8万が最も好ましい。数平均分子量が上記範囲内の(b3)成分を用いることにより、(A)成分と(b3)成分との相溶性が向上し、(A)成分と(b3)成分とを十分に架橋冴えることが可能となる。
このような(b3)成分としては、日本触媒社製のエポクロスRPS−1005(商品名)等の市販品を用いることができる。
上記のような(B)成分を用いることにより、上記(A)成分の酸官能基と、(B)成分の架橋性官能基との双方が、被着体(特に、第1腐食防止層13が有するカルボキシ基等の官能基)に対する接着性官能基として機能することにより、シーラント層11又は第1シーラント層11’と、第1腐食防止層13を表面に有するバリア層14とに対して、優れた接着性を奏することが可能となると考えられる。
また、上記(A)成分の酸官能基の一部と、(B)成分の架橋性官能基の一部とが反応し、(A)成分と(B)成分との架橋構造が第1接着剤層12内で形成される結果、この架橋構造により第1接着剤層12の強度が補強され、優れた接着性と共に良好な耐久性が得られるものと考えられる。
第1接着剤層12において、(A)成分の100質量部に対して、(B)成分の1〜20質量部が含有されることが好ましく、(A)成分の100質量部に対して、(B)成分の5〜10質量部がより好ましく、(A)成分の100質量部に対して、(B)成分の5〜7質量部が特に好ましい。
(任意成分)
本発明で用いられる接着剤は、さらに、有機溶剤を含有していてもよく、含有していなくてもよい。
有機溶剤を含有して液状の接着剤とすることにより、溶剤型ドライラミネート用接着剤とすることができる。このような液状接着剤を、下層となる層(例えば、バリア層14の第1腐食防止層13を設けた面)の上に塗布及び乾燥することにより、第1接着剤層12を形成することができる。押出し成形に代えて塗布を選択することにより、接着剤層をより薄層で形成可能となり、接着剤層の薄層化及び接着剤層を用いた積層体全体の薄膜化が可能である。
一方、有機溶剤を含有しない場合、(A)成分と(B)成分とを溶融混練し、その後押出し成形等することにより、熱ラミネート等に好適な接着剤層を形成することができる。
有機溶剤を含有する場合、用いる有機溶剤としては上記(A)成分、(B)成分、及び必要に応じて用いられる他の任意成分(詳細は後述)を好適に溶解して均一な溶液とすることができるものであれば特に限定されるものではなく、溶液型接着剤の溶剤として公知のものの中から任意の溶剤を用いることができる。また、液状接着剤は通常、被着体(例えば、バリア層14の第1腐食防止層13を設けた面)上に塗布された後、加熱等により当該有機溶剤を揮発させて用いられ得る。そのため、揮発を容易とする観点から、有機溶剤としては150℃以下の沸点を有する有機溶剤が好ましい。
有機溶剤の具体的としては、例えば、トルエン、キシレン、アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、シメン、メシチレン等の芳香族溶剤;n−ヘキサン等の脂肪族族溶剤;メチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン、メチル−n−ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン系溶剤;乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール系溶剤等が挙げられる。
有機溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて混合溶剤として用いてもよい。混合溶媒とする場合であれば、(A)成分を良好に溶解する有機溶剤と、(B)成分を良好に溶解する有機溶剤とを組み合わせて用いることも好ましい。このような組み合わせとしては、(A)成分を良好に溶解するトルエンと、(B)成分を良好に溶解するメチルエチルケトンとの組み合わせが好ましい。混合溶剤を用いる場合、予め2種又はそれ以上の有機溶剤を混合した上で、上記(A)成分、(B)成分等を溶解させてもよく;(A)成分、(B)成分の各成分をそれぞれの良溶媒に溶解させた後に、各成分を溶解した複数種の有機溶剤を混合してもよい。
複数種の有機溶剤を混合して用いる場合、各有機溶剤の割合は特に限定されるものではないが、たとえばトルエンとメチルエチルケトンとを組み合わせて用いる場合、これらの混合割合は、トルエン:メチルエチルケトン=60〜95:5〜40(質量比)が好ましく、トルエン:メチルエチルケトン=70〜90:10〜30(質量比)がより好ましい。
本発明で用いられる接着剤は、上記(A)成分、(B)成分及び有機溶剤に加えて、さらに他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、混和性のある添加剤や付加的な樹脂が挙げられ、より具体的には、触媒、架橋剤、可塑剤、安定剤、着色剤等を用いることができる。
本発明で用いられる接着剤の固形分中、(A)成分は50質量部超、99.5質量部以下で含有され、(B)成分は0.5質量部以上、50質量部未満で含有されることが好ましい。すなわち、接着剤の固形分中、質量比において半量超が(A)成分であって、本発明で用いられる接着剤は(A)成分を主成分とする。より好ましくは、(A)成分の70〜99.5質量部に対して(B)成分0.5〜30質量部であり;さらに好ましくは、(A)成分80〜99質量部に対して(B)成分1〜20質量部であり;(A)成分90〜98質量部に対して(B)成分2〜10質量部が特に好ましい。
また、本発明で用いられる接着剤が任意成分として(A)成分及び(B)成分以外の固形成分を含有する場合であっても、(A)成分は必ず主成分となる。そのため、任意成分を含有する場合にも、接着剤の全固形分中(A)成分は50質量部超となる。例えば、全固形分中、(A)成分の70〜99.5質量部と、(B)成分の0.5〜29.5質量部と、その他の成分の0.5〜29.5質量部とを含有する接着剤が挙げられる。
本発明で用いられる接着剤が有機溶剤を含有する場合、有機溶剤の使用量は、(A)成分、(B)成分、任意成分等の各成分を良好に溶解し得る量であれば特に限定されるものではないが、一般的には固形分濃度が3〜30質量%であることが好ましく、5〜25質量%がより好ましく、7〜20質量%がさらに好ましい。
第1接着剤層12の厚さは、例えば、0.1〜50μmとすることができ、0.5〜10μmが好ましく、0.7〜5μmがさらに好ましい。厚さをこの範囲とすることによって、必要に応じて第2シーラント層11’が設けられたシーラント層11と、第1腐食防止層13が設けられたバリア層14とを高い接着力で接着させることができ、層間剥離を防ぐことができる。
<第1腐食防止層13>
本態様において第1腐食防止層13は、バリア層14の錆等による腐食を防ぐための層である。
第1腐食防止層13は、ハロゲン化金属化合物を含有することが好ましく、後述するようなハロゲン化金属化合物を、直接バリア層14の表面にメッキ処理してもよい。このような第1腐食防止層13を設けることにより、金属箔に良好に防錆効果を付与することが可能となる。
また、第1腐食防止層13は、ハロゲン化金属化合物に加えて、さらに、水溶性樹脂と、キレート剤又は架橋性化合物とを含有することが好ましい。よって、第1腐食防止層13としては、ハロゲン化金属化合物と、水溶性樹脂と、キレート剤又は架橋性化合物とを含有することが好ましく;第1腐食防止層13は、ハロゲン化合物と、水溶性樹脂と、キレート剤又は架橋性化合物とを含有する水溶液を、下層となる層の上に塗布した後、乾燥・硬化させることによって形成されることがことが好ましい。以下、第1腐食防止層13を形成する材料を、「腐食防止処理剤」ということがある。
(ハロゲン化金属化合物)
ハロゲン化金属化合物は、耐電解液性等の耐薬品性を向上させる作用を有する。すなわち、バリア層14の表面を不動態化し、電解液に対する耐腐食性を高めることができる。第1腐食防止層13が後述する水溶性樹脂を含有する場合には、ハロゲン化金属化合物は水溶性樹脂を架橋させる作用も有する。
ハロゲン化金属化合物は、後述の水溶性樹脂との混和性や水溶性媒体に分散して塗布する場合を鑑みて、水溶性を有することが好ましい。
ハロゲン化金属化合物としては、例えば、ハロゲン化クロム、ハロゲン化鉄、ハロゲン化ジルコニウム、ハロゲン化チタン、ハロゲン化ハフニウム、チタンハロゲン化水素酸、およびそれらの塩、等が挙げられる。ハロゲン原子としては、塩素、臭素、フッ素が挙げられ、塩素又はフッ素が好ましい。また、特に好ましくはフッ素である。ハロゲン化金属化合物がフッ素を含有することにより、条件によっては腐食防止処理剤からフッ酸(HF)を発生させることが可能となる。
また、ハロゲン化金属化合物は、ハロゲン原子、金属以外の原子を有していてもよい。
なかでも、ハロゲン化金属化合物としては、鉄、クロム、マンガン又はジルコニウムの塩化物又はフッ化物が好ましい。
(水溶性樹脂)
水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂又はその誘導体、及び、ポリビニルエーテル系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。
ポリビニルアルコール樹脂又はその誘導体は、ポリビニルアルコール樹脂又は変性ポリビニルアルコール樹脂が好ましい。
ポリビニルアルコール樹脂は、例えば、ビニルエステル系モノマーの重合体又はその共重合体をケン化することで製造することができる。
ビニルエステル系モノマーの重合体又はその共重合体としては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、酪酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステルや、安息香酸ビニル等の芳香族ビニルエステル等のビニルエステル系モノマーの単独重合体又は共重合体、及びこれと共重合可能な他のモノマーの共重合体などが挙げられる。
ポリビニルアルコール樹脂又は変性ポリビニルアルコール樹脂のケン化度は、90モル%以上が好ましく、90〜99.9モル%がより好ましく、95〜99モル%がさらに好ましい。
(変性)ポリビニルアルコール樹脂がポリニルエステルの側鎖に由来する疎水性基(例えば酢酸ビニルであれば、アセチル基)と、ケン化により得られる親水性の水酸基とを共に有することにより、ケン化度が100モル%、すなわち親水性の水酸基のみを有する樹脂に比して良好に金属箔表面と反応することができる。
水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂又はその誘導体とポリビニルエーテル系樹脂のうち、いずれか一方のみを用いてもよいし、両方を併用してもよい。
(キレート剤)
キレート剤は、金属イオンに配位結合し金属イオン錯体を形成し得る材料である。
キレート剤は、ハロゲン化金属化合物に由来の金属化合物(酸化クロム等)と、前記水溶性樹脂とを結合させて、第1腐食防止層13の圧縮強度を高めるため、第1腐食防止層13の厚みが、例えば0.2μmを越え、1.0μm以下である場合でも、第1腐食防止層13が脆化して割れや剥離が生じることはない。このため、バリア層14とと第1接着剤層12との間の接着強度及び密着性、及び、バリア層14とその上層側の層との間の接着強度及び密着性を高めることができる。
また、キレート剤は、水溶性樹脂またはハロゲン化金属化合物と化学反応することにより、水溶性樹脂を耐水化する作用を有する。
キレート剤としては、例えば、アミノカルボン酸系キレート剤、ホスホン酸系キレート剤、オキシカルボン酸系、(ポリ)リン酸系キレート剤が使用できる。
(架橋性化合物)
架橋性化合物は、前記水溶性樹脂と反応して架橋構造を形成し得る化合物をいう。このような架橋性化合物を用いることにより、第1腐食防止層13内において前述の水溶性樹脂と架橋性化合物とが緻密な架橋構造を形成し、バリア層14表面の不動態性及び耐腐食性をより向上させることができる。
腐食防止処理剤において、キレート剤と架橋性化合物とは、いずれか一方のみを用いてもよく、両方を併用してもよい。なかでも、キレート剤、架橋性化合物のいずれか一方を、上述のハロゲン化金属化合物及び水溶性樹脂と組み合わせて用いることが好ましい。
腐食防止処理剤は、水溶性樹脂と、ハロゲン化金属化合物と、キレート剤及び/又は架橋性化合物とを、水を含む溶媒に溶解して製造することができる。溶媒としては、水が好ましい。
腐食防止処理剤中の固形分濃度は、第1腐食防止層13の塗布性等を考慮して適宜決定することができるが、一般に0.1〜10質量%とすることができる。
第1腐食防止層13の厚さは、0.05μm以上が好ましく、0.1μm超がより好ましい。第1腐食防止層13の厚さを0.05μm以上とすることによって、十分な耐腐食性を電池外装用積層体10に与えるとともに、バリア層14と第1接着剤層12との接着強度、および、バリア層14とシーラント層11との接着強度を高めることもできる。
また、第1腐食防止層13の厚さは、1.0μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましい。第1腐食防止層13の厚さを1.0μm以下とすることによって、バリア層14と第1接着剤層12との接着強度を高めるとともに、材料コストを抑制することができる。
<バリア層14>
バリア層14は、電池外装用積層体10において、当該積層体で密閉された内容物の漏れ(例えば電池の液漏れ)を低減するために重要な役割を果たすものである。また、機械的強度の高い金属を用いることにより、電池外装用積層体10を用い、絞り成形によって電池収納用の凹部を形成する際に、ピンホールの発生を低減することができ、結果として積層体で密閉された内容物の漏れ(例えば電池の液漏れ)を低減することが可能となる。
バリア層14としては、金属又は合金を薄く展延したものであれば特に限定されるものではなく、アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、鉄、ニッケル、チタン、クロム等の金属箔;ステンレス鋼等の合金箔が挙げられる。ステンレス鋼箔としては、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系などのステンレス鋼からなるものであれば特に限定されない。オーステナイト系としては、SUS304,316,301等があり、フェライト系としてはSUS430等が挙げられ、マルテンサイト系としてはSUS410等が挙げられる。
なかでも、加工性、入手の容易さ、価格、強度(突き刺し強度、引張強度、等)、耐腐食性等の観点から、アルミニウム箔又はステンレス鋼箔が好ましく、特に突き刺し強度の観点から、ステンレス鋼箔が好ましい。
バリア層14の厚さは、100μm以下でが好ましく、5〜40μmが好ましく、10〜30μmがより好ましく、10〜20μmが特に好ましい。上記下限値以上とすることによって、電池外装用積層体10に十分な機械的強度を与え、二次電池等の電池に使用した際に、電池の耐久性を高めることができる。また、バリア層14の厚さを上記上限値以下とすることによって、電池外装用積層体10を十分に薄いものとすることができ、且つ、十分な絞り加工性を与えることができる。
<第2腐食防止層15>
第2腐食防止層15は、第1腐食防止層13と同様の構成を有している。本態様では第2腐食防止層15を設けているが、第2腐食防止層15は本発明では任意の構成である。
<第2接着剤層16>
第2接着剤層16は、第1接着剤層12と同様の構成としてもよく、一般的なウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤等の接着剤からなる層であってもよい。第2接着剤層16の厚さは、例えば、0.5〜10μmとすることができる。厚さをこの範囲とすることによって、基材層17とバリア層14とを高い接着力で接着させることができ、層間剥離を防ぐことができる。本態様では第2接着剤層16を設けているが、第2接着剤層16は本発明では任意の構成である。
<基材層17>
基材層17は、十分な機械的強度を有していれば特に制限されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等のポリエステル樹脂;ナイロン(Ny)等のポリアミド樹脂;延伸ポリプロピレン(OPP)等のポリオレフィン樹脂;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等からなる合成樹脂フィルムが使用できる。なかでも、PETフィルムが好ましい。
基材層17の厚さは、例えば、1〜50μmとすることができ、1〜30μmが好ましく、3〜11μmがさらに好ましい。
基材層17は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。多層構造を有する基材層17の例として、二軸延伸ポリアミド樹脂フィルム(ONy)の上に、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂フィルムが積層された2層フィルムを挙げることができる。なお、基材層17は、3層以上のフィルムが積層された多層構造であってもよい。
また、図1に示す実施形態において、基材層17は最外層となる。そのため、基材層17は、樹脂に加えて顔料等の着色料を含有することにより、所望の色やデザインを有していてもよい。
基材層17は、融点が200℃以上の耐熱性樹脂フィルムを用いた、単層または多層のフィルムからなることが好ましい。このような耐熱性樹脂フィルムとしては、例えば、PETフィルム、PENフィルム、PBTフィルム、ナイロンフィルム、PEEKフィルム、PPSフィルムなどがあるが、特に、コストの点で有利なPETフィルムが好ましい。このような耐熱性樹脂フィルムを使用することにより、電池外装用積層体10の耐熱性を高め、電池外装用積層体10が用いられる電池の耐久性を向上させることができる。
図1に示した電池外装用積層体10では、基材層17を最外層としているが、基材層17のさらに外面側にコーティング層を最外層に形成することもできる。
コーティング層(第1コーティング層)は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合樹脂、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、フッ素樹脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)、ポリアリールエーテル樹脂(PAE)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)からなる樹脂群より選択された少なくとも1種の樹脂より形成されている。コーティング層は、耐熱性に優れた材料で構成されていることが好ましい。これら樹脂は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
コーティング層は、前記樹脂を一般的な有機溶剤に溶解して調製された溶剤型塗料を塗布・乾燥させて形成された、薄膜硬化層であることが好ましい。
コーティング層の形成により、電池外装用積層体10の絶縁性を高めるとともに、電池外装用積層体10の表面の傷を防止できる。また、電池外装用積層体10が、電解液に触れた場合でも、外観の変化(変色等)を防止することができる。
また、コーティング層を形成する溶剤型塗料に、着色剤や顔料を添加することで、コーティング層を着色することができる。加えて、コーティング層は、文字、図形、画像、模様などを表示するように着色や印刷を加え、意匠性を高めることもできる。
コーティング層の厚さは、例えば、0.1〜20μmとすることができ、2〜10μmが好ましい。
電池外装用積層体10の厚さは、10〜200μmであることが好ましく、20〜100μmがより好ましく、30〜80μmがさらに好ましい。
電池外装用積層体10が用いられる電池としては、二次電池であるリチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなどの、電解液に有機電解質を使用したものが挙げられる。有機電解質としては、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチレンカーボネートなどの炭酸エステル類を媒質とするものが一般的であるが、特にこれに限定されない。
本発明の電池外装用積層体は、例えば、バリア層14の片面に第1腐食防止層13を形成する工程、形成された第1腐食防止層13上に、第1接着剤層12を形成する工程、及び、シーラント層11と、形成された第1接着剤層12とが接するように配して(或いは、第2シーラント層11’を設ける場合には、第2シーラント層11’と第1接着剤層12とが接するように配して)、当該積層体をラミネートする工程、を有する方法により製造することができる。
以下、詳細に説明する。
まず、バリア層14の片面に、第1腐食防止層13を形成する。
具体的には、上述のような腐食防止処理剤をバリア層14の表面に塗布した後、加熱乾燥する。このとき、バリア層14の片面のみに腐食防止処理剤を塗布することにより、第1腐食防止層13のみを形成してもよく、バリア層14の両面に腐食防止処理剤を塗布することにより、第2腐食防止層15を同時に形成してもよい。なお、第2腐食防止層15を設ける場合、第2腐食防止層15は、第1接着剤層12等を形成する前の段階で形成されていることが好ましく、第1腐食防止層13と同時に形成されることがより好ましい。
また、第1腐食防止層13及び第2腐食防止層15を同時に形成する場合、バリア層14を腐食防止処理剤に浸漬して、バリア層14の両面に腐食防止処理剤を付着させた後、加熱乾燥することも好ましい。
次いで、第1腐食防止層13の上に、第1接着剤層12を形成する。
具体的には、バリア層14の第1腐食防止層13が設けられた面の上に、上述のような接着剤からなる層を形成し、必要に応じて加熱し、乾燥する。
接着剤が有機溶剤を含まない熱ラミネート用接着剤である場合、(A)成分と(B)成分とを溶融混練することにより両成分を反応させた後、第1腐食防止層13上に塗布して乾燥させることにより、第1接着剤層12が形成される。
溶融混練は、一軸押出機、多軸押出機、バンバリーミキサー、プラストミル、加熱ロールニーダー等の公知の装置を用いることができる。溶融混練時のエポキシ基の分解を抑制するため、水分等のエポキシ基と反応し得る揮発成分は、予め装置外へ除去しておき、且つ、反応中に揮発成分が発生する場合には脱気等により随時装置外へ排出することが望ましい。前記酸変性ポリオレフィン樹脂が、酸官能基として酸無水物基を有する場合、エポキシ基との反応性が高く、より穏和な条件下で反応が可能となるため好ましい。溶融混練時の加熱温度は、両成分が十分に溶融し、且つ熱分解しないという点で、240〜300℃の範囲内から選択することが好ましい。なお、混練温度は、溶融混練装置から押し出された直後における、溶融状態の接着剤に、熱電対を接触させる等の方法によって測定することが可能である。
また、接着剤が有機溶剤を含むドライラミネート用接着剤である場合、(A)成分と(B)成分とを有機溶剤中に溶解させた後、この溶液を第1腐食防止層13上に塗布して乾燥させることにより、第1接着剤層12が形成される。また、第1接着剤層12の形成は、後述するシーラント層11とのラミネート工程(又は第2シーラント層11’を介したシーラント層11とのラミネート工程)と共に、公知のドライラミネータ等を用いて一連の工程として行ってもよい。
その後、シーラント層11、又はシーラント層11を備える第2シーラント層12と、形成された第1接着剤層12とが接するように配して、当該積層体をラミネートする。ラミネートは、ドライラミネートであっても熱ラミネートであってもよいが、70〜150℃のドライラミネートが好ましい。ドライラミネート時の圧力は、0.1〜0.5MPaとすることが好ましい。
具体的には、シーラント層11(及び第2シーラント層12)を構成するフィルムを予め準備し、当該フィルムを第1接着剤層上に配した上で、ラミネートを行う。ラミネートの温度は、第1接着剤層を介してシーラント層11又は第2シーラント層12と、第1腐食防止層13及びバリア層14とが良好に接着される温度であれば特に限定されるものではなく、第1接着剤層12を構成する接着剤の材料や融点を考慮して決定することができる。ドライラミネートの場合の温度は、一般的には70〜150℃であって、80〜120℃が好ましい。
なお、第1接着剤層12を形成する工程と、シーラント層11(及び第2シーラント層12)を配して(ドライ)ラミネートをする工程とは、一連の工程として公知の(ドライ)ラミネート装置を用いて行ってもよい。
第2腐食防止層15、第2接着剤層16、基材層17の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、予め基材層17上に第2接着剤層16を形成して2層からなる積層体とする。そして、当該2層積層体と、シーラント層11、(第2シーラント層11’、)第1接着剤層12、第1腐食防止層13、バリア層14及び第2腐食防止層15を有する積層体とを、第2接着剤層16と第2腐食防止層15とが接するようにドライラミネートすることにより、8層からなる電池外装用積層体10を製造することができる。
以上、図1に示す電池外装用積層体10に基づき、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、シーラント層11の第2シーラント層11’や第1接着剤層12と接しない側や、基材層17の第2接着剤層16と接しない側に、他の層を設けて、9層又は10層以上の構成としてもよい。
図1に示した電池外装用積層体10では、バリア層14の両面に第1腐食防止層13及び第2腐食防止層15が形成されているが、電池外装用積層体10を用いた電池外装体において内面側とされ、電解液等と接触し得るのはシーラント層11側である。そのため、腐食防止層は、少なくともバリア層14のシーラント層11側に形成されていればよい。すなわち、図1の電池外装用積層体10から、第2腐食防止層15を省略した構成とすることも可能である。
図1に示した電池外装用積層体10では、基材層17と第2接着剤層16とが直接接しているが、基材層17の内面側に、意匠性を高めるための印刷層を設けることもできる。
印刷層は、上述したコーティング層と同様の構成とすることができる。
図1に示した電池外装用積層体10では、第2シーラント層11’を設けているが、第2シーラント層11’は任意の構成であって、省略することができる。本発明の電池外装用積層体10は、シーラント層11のみをシーラント機能を有する層として有する場合にも、熱融着後の電池外装体に求められる十分な接着強度を有し得る。
図1に示した電池外装用積層体10では、第1接着剤層12を設けているが、第1接着剤層12を省略することもできる。第1接着剤層12を設けない場合、シーラント層11単層、又は、第2シーラント層11’が設けられたシーラント層11を、第1腐食防止層13が設けられたバリア層14の上に配して、当該積層体を加熱してラミネートすることにより、第1接着剤層12を介さずに積層体を製造することができる。
[電池外装体]
本発明の第二の態様の電池外装体は、第一の態様の電池外装用積層体を備える電池外装体であって、電池を収納する内部空間を有し、電池外装用積層体のシーラント層の側が当該内部空間の側となる電池外装体である。具体的には、シーラント層が内部空間に面するように第一の態様の電池外装用積層体を所望の形状に成形し、必要に応じて端部を密封等することにより得られるものである。
電池外装体の形状、大きさ等は特に限定されず、用いられる電池の種類に応じて適宜決定することができる。
電池外装体は、一の部材からなるものであってもよく、図2を用いて後述するように二以上の部材(例えば、容器本体及び蓋部)を組み合わせて形成されるものであってもよい。
[電池外装体の製造方法]
本発明の第三の態様の電池外装体の製造方法は、第一の態様の電池外装用積層体を形成材料とする第1部材を、当該電池外装用積層体の前記シーラント層側から押圧して、凹部を有する容器本体を形成する成形工程と、前記容器本体が有する前記シーラント層と、前記電池外装用積層体を形成材料とする第2部材が有するシーラント層と、が重なり合うように組み合わせる組立工程と、重なり合った前記シーラント層同士を熱融着させて、一方のシーラント層と他方のシーラント層とを接合する接合工程と、を有し、前記熱融着時の温度が、前記mp(A)よりも低く、前記mp(B)よりも高いことを特徴とする。
第三の態様の製造方法に関し、図2〜3に示される電池外装体20を製造する場合ついて説明する。
電池外装体20は、本発明の第一の態様の電池外装用積層体10からなる容器本体30と、電池外装用積層体10からなる蓋部33とを重ね、周縁部29をヒートシールすることにより形成されている。
まず、適切な金型及びプレス機械を用いて、電池外装体用積層体10を絞り加工(絞り成形)して、容器本体30を形成する。このとき、絞り加工により形成される内部空間(凹部)に面する側を電池外装体10のシーラント層11の側とする。
次いで、得られた容器本体30と、電池外装用積層体10からなる蓋部33とを、互いのシーラント層11同士が重なり合うように組み合わせる。容器本体30は、内部空間に面する側がシーラント層11の側とされているため、容器本体30のシーラント層と、平面状である蓋部33のシーラント層とを組み合わせることにより、内部空間が画成される。
その後、重なり合った前記シーラント層同士(すなわち、容器本体30のフランジ部32と、蓋部33の周縁部34と)を、mp(A)よりも高く、mp(B)よりも低い温度で熱融着させて、シーラント層同士を接合することによって、図2に示す電池外装体20が得られる。すなわち、図3に示す電池では、容器本体30の上面が蓋部33に覆われることにより、凹部31と蓋部33とによって電池を収容する内部空間が形成される。
熱融着時の温度(t)は、mp(A)<(t)<mp(B)であって、125〜155℃が好ましく、130〜155℃がより好ましく、135〜155℃がさらに好ましい。
[電池]
本発明の第四の態様の電池は、第二の態様の電池外装体を備えたものである。
電池としては二次電池であるリチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなどの、電解液に有機電解質を使用したものが挙げられる。本発明の電池外装用積層体は、高い耐電解液性を有するため、LiPF等を含む電解液を用いた場合にも好適に動作し得る電池を得ることが可能となる。
一例として、二次電池40の斜視図を図2に示す。二次電池40は、電池外装用容器20に、リチウムイオン電池27を内包したものである。
電池外装用容器20は、本発明の第一の態様の電池外装用積層体10からなる容器本体30と、電池外装用積層体10からなる蓋部33とを重ね、周縁部29をヒートシールすることにより形成されている。符号28は、リチウムイオン電池27の正極および負極に接続された電極リードである。
図2に示す電池は、以下のようにして製造することができる。
まず、図3(a)に示すように、電池外装用積層体10を、凹部31を有するトレー状となるように、絞り成形などにより電池外装用積層体10のシーラント層側から押圧して成形し、容器本体30を得る。凹部31の深さは、例えば、2mm以上とすることができる。
容器本体30の凹部31に、リチウムイオン電池(図2中のリチウムイオン電池27)を収納する。
次いで、図3(b)に示すように、電池外装用積層体10からなる蓋部33を容器本体30の上に重ね、容器本体30のフランジ部32と蓋部33の周縁部34をヒートシールすることによって、図2に示す二次電池40が得られる。すなわち、図3に示す電池では、容器本体30の上面が蓋部33に覆われることにより、凹部31と蓋部33とによって電池を収容する内部空間が形成される。
また、本発明における電池は、以下のようにしても製造することができる。
まず、図4(a)に示すように、矩形の電池外装用積層体50において長手方向一端側の一部を、絞り成形などにより電池外装用積層体50のシーラント層側から押圧して成形し、凹部51を有する成形体55を得る。凹部51の深さは、例えば、2mm以上とすることができる。
次いで、図示は省略するが、成形体55の凹部51に、リチウムイオン電池(図2中のリチウムイオン電池27)を収納する。
次いで、成形体55の凹部51が形成されていない他端側の一部において、成形体55の短手方向に延在する折り曲げ線Lを形成するように、シーラント層側に折り曲げる。ここで、成形体55において、折り曲げ線Lに対し凹部51側の領域を「第1領域551」、折り曲げ線Lに対し凹部51とは反対側の領域を「第2領域552」とする。
次いで、第1領域551における凹部51の周囲52のシーラント層と、第2領域552において周囲52と重なるシーラント層(周縁部54)と、を重ね合わせる。これにより、第1領域551の凹部51に第2領域552が重なることになる。
次いで、図4(b)に示すように、凹部51の周囲のシーラント層と第2領域552のシーラント層とをヒートシールすることによって、一の部材からなる電池外装体を有する二次電池60が得られる。すなわち、図4(b)に示す電池では、凹部51の上面が第2領域552に覆われることにより、凹部51と第2領域552とによって電池を収容する内部空間が形成される。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
[実施例1〜10、比較例1〜5]
<実施例1〜8、比較例1〜5>
まず、表1に示す金属箔を用意した。この金属箔の両面に腐食防止処理剤を塗布し、200℃のオーブンにて加熱乾燥し、厚さ0.1μmの第1腐食防止層及び第2腐食防止層を両面にそれぞれ形成した。腐食防止処理剤は、フッ化クロムとリン酸、ポリビニルアルコールを混合したものを用いた。
次いで、形成された第1腐食防止層上に、第1の接着剤を塗布し、厚さ3μmの第1接着剤層を形成した。第1の接着剤は、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの90質量%と、ビスフェノールA構造を有するフェノールノボラック型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、商品名:jER157S70、粘度=80、エポキシ当量=210)の10質量%とを、固形分量10%となるように、室温で10分間トルエンに溶融混練により撹拌溶解することにより得られたものである。
その後、表1に示すシーラント層組成物を用いて得られたシーラントフィルムと、上記で得られた積層体における第1接着剤層とを、100℃のドライラミネートにより積層した。
また、厚さ6μmの黒色を有する厚み25μmの二軸延伸ポリアミド(ナイロン)樹脂フィルムからなる基材層上に、ウレタン系接着剤からなる第2接着剤層(厚さ3μm)を塗布により成形した。
この第2接着剤層と、上記で得られた積層体における第2腐食防止層とを対向させ、80℃のドライラミネートにより積層し、電池外装用積層体を得た。
<実施例9>
第1の接着剤として、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの90質量%と、「モディパーA4100」(商品名;日油株式会社製;エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体と、ポリスチレンとのグラフト重合体;主鎖中の全モノマーに対するグリシジルメタクリレートモノマーの割合=30質量%)の10質量%とを、溶融混合した接着剤を用いた以外は、実施例1〜8と同様にして電池外装用積層体を得た。
<実施例10>
第1の接着剤として、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの90質量%と、「エポクロス RPS−1005」(商品名、日本触媒社製)(スチレンと2−イソプロペニル−2−オキサゾリンとを共重合させて得られた樹脂;数平均分子量=7万)の10質量%とを、溶融混合した接着剤を用いた以外は、実施例1〜8と同様にして電池外装用積層体を得た。
Figure 0006721400
表1中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量部)である。
A−1:ブロックポリプロピレン(融点162℃)
A−2:ブロックポリプロピレン(融点135℃)
B−1:ランダムポリプロピレン(融点140℃)
B−2:ランダムポリプロピレン(融点130℃)
B−3:ランダムポリプロピレン(融点120℃)
C−1:オレフィン系エラストマー(融点130℃)
C−2:オレフィン系エラストマー(融点80℃)
C−:オレフィン系エラストマー(融点120℃)
AL:アルミニウム箔
SUS:ステンレス鋼箔
(耐熱性試験)
上記各例で製造された電池外装用積層体を、0.3MPa・150℃・2secでヒートシールし、23℃環境下にてT字剥離を行い、以下の基準で評価を行った結果を「耐熱性」として表1に示す。
A:50N/15mm以上
B:50N/15mm未満、40N/15mm以上
C:40N/15mm未満、30N/15mm以上
D:30N/15mm未満
(低温シール性試験)
上記各例で製造された電池外装用積層体を、0.3MPa・140℃・3secでヒートシールし、23℃環境下にてT字剥離を行い、以下の基準で評価を行った結果を「低温シール性」として表1に示す。
○:40N/15mm以上
×:40N/15mm未満
(耐寒性試験)
上記各例で製造された電池外装用積層体を、0.3MPa・155℃・3secでヒートシールした後、−30℃環境下にてT字剥離を行い、以下の基準で評価を行った結果を「耐寒性」として表1に示す。
A:40N/15mm以上
B:40N/15mm未満、20N/15mm以上
C:20N/15mm未満
(ヒートショック試験)
上記各例で製造された電池外装用積層体を、0.3MPa・155℃・3secでヒートシールした。その後、80℃で60分の後、−30℃で60分を1サイクルとして、これを100サイクル繰り返すヒートショック試験を行った。ヒートショック試験後の電池外装用積層体の外観を目視にて観察し、また、T字剥離強度を15mm巾、300mm/min、180度剥離の条件にて測定した。以下の基準で評価を行った結果を「ヒートショック試験耐性」として表1に示す。
A:外観を目視で確認したところ、シーラント層の変色がなく、T字剥離強度はヒートショック試験前と比べて変化がなかった
B:外観を目視で確認したところ、シーラント層部分の変色が見られたが、T字剥離強度はヒートショック試験前と比べて変化がなかった
C:外観を目視で確認したところ、シーラント層部分の変色が見られ、またT字剥離強度はヒートショック試験前と比べて大きく劣化し剥離しやすかった
表1に示す結果から、本発明の電池外装用積層体を用いた実施例1〜11は、比較例1〜6に比して、様々な状況下において優れた耐久性(接着性)を有し、且つ、当該良好な接着性は、比較的低温でヒートシールを行った場合にも得られることが確認できた。
[実施例11]
上記実施例2と同様にして、電池外装用積層体を得た。
[実施例12〜13]
上記シーラントフィルムとして、シーラント層11と第2シーラント層11’とを有する2層シーラントフィルムを用いた以外は、上記実施例1〜8と同様にして電池外装用積層体を得た。
具体的には、シーラント層11に相当する最表層(最内層)シーラント層としては、実施例2のシーラント層と同様の組成を有する組成物を用いた。また、第2シーラント層11’に相当する内側シーラント層としては、表2に示す組成を有する組成物を用いた。2層シーラントフィルムは、これら2種の組成物を共押出しして製造した。そして、この2層シーラントフィルムを用いて、当該シーラントフィルムの第2シーラント層と、第1接着剤層とが対向するようにして、ドライラミネートにより積層した。
(シール強度)
上記各例で製造された電池外装用積層体を、0.4MPa・155℃・3secでヒートシールし、23℃環境下にてT字剥離を行い、以下の基準で評価を行った結果を「シール強度」として表2に示す。
A:40N/15mm以上
B:40N/15mm未満
Figure 0006721400
表2に示す結果から、第2シーラント層を備えることにより、シール強度がさらに向上し得ることが確認できた。
11 シーラント層、11’ 第2シーラント層、12 第1接着剤層、13 第1腐食防止層、14 バリア層、15 第2腐食防止層、16 第2接着剤層、17 基材層、20 電池外装体、27 リチウムイオン電池、28 電極リード、29 周縁部、30 容器本体、31,51 凹部、32 フランジ部、33 蓋部、34 周縁部、40,60 二次電池

Claims (11)

  1. 少なくとも、シーラント層、第1接着剤層、金属箔からなるバリア層、及び基材層をこの順に備えてなる電池外装用積層体であって、
    前記シーラント層が、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン及びオレフィン系エラストマーからなり、
    ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、オレフィン系エラストマーの質量比における含有割合をそれぞれ順にA、B、Cとし、且つ、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、オレフィン系エラストマーの融点をそれぞれ順にmp(A)、mp(B)、mp(C)としたとき、前記シーラント層が下記式(1)〜(4)の関係を満たすことを特徴とする電池外装用積層体。
    A>B (1)
    A>C (2)
    A+B+C=100 (3)
    mp(A)>mp(B)≧mp(C) (4)
  2. 前記シーラント層において、ブロックポリプロピレンの含有割合が35〜80質量%であり、ランダムポリプロピレンの含有割合が10〜45質量%であり、オレフィン系エラストマーの含有割合が10〜40質量%である、請求項1に記載の電池外装用積層体。
  3. 前記シーラント層と前記第1接着剤層との間に、さらに第2シーラント層を備える、請求項1又は2に記載の電池外装用積層体。
  4. 前記第1接着剤層が、マレイン酸変性ポリプロピレンと、エポキシ基又はオキサゾリン基を有する化合物とを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池外装用積層体。
  5. 前記エポキシ基を有する化合物が、フェノールノボラック型エポキシ樹脂又はエポキシ基含有ポリオレフィン樹脂である、請求項4に記載の電池外装用積層体。
  6. 前記オキサゾリン基を有する化合物が、オキサゾリン基含有スチレン樹脂である、請求項4に記載の電池外装用積層体。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池外装用積層体を備える電池外装体であって、
    電池を収納する内部空間を有し、電池外装用積層体のシーラント層の側が当該内部空間の側となることを特徴とする電池外装体。
  8. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池外装用積層体を形成材料とする第1部材を、当該電池外装用積層体の前記シーラント層側から押圧して、凹部を有する容器本体を形成する成形工程と、
    前記容器本体が有する前記シーラント層と、前記電池外装用積層体を形成材料とする第2部材が有するシーラント層と、が重なり合うように組み合わせる組立工程と、
    重なり合った前記シーラント層同士を熱融着させて、一方のシーラント層と他方のシーラント層とを接合する接合工程と、を有することを特徴とする、電池外装体の製造方法。
  9. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池外装用積層体を形成材料とする部材の一部を、当該電池外装用積層体の前記シーラント層側から押圧して、凹部を形成する成形工程と、
    前記部材を、前記凹部が形成されていない領域で前記シーラント層側に折り曲げ、形成された折り曲げ線に対し前記凹部側である第1領域における前記凹部の周囲の前記シーラント層と、前記折り曲げ線に対し前記凹部とは反対側である第2領域における前記シーラント層と、を重ね合わせる組立工程と、
    重なり合った前記シーラント層同士を熱融着させて、一方のシーラント層と他方のシーラント層とを接合する接合工程と、を有することを特徴とする、電池外装体の製造方法。
  10. 前記熱融着時の温度が、前記mp(A)よりも低く、前記mp(B)よりも高い請求項8または9に記載電池外装体の製造方法。
  11. 請求項7に記載の電池外装体を備えることを特徴とする電池。
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