JP6728579B2 - Secondary battery exterior material - Google Patents
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Description
本発明は二次電池用外装材に関する。 The present invention relates to a secondary battery exterior material.
近年、携帯電話やスマートフォン、音楽再生携帯機器などの携帯機器やハイブリッド電気自動車、電気自動車などの普及が進んでいる。その電源、動力源である電気を供給するための電池として、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられている。二次電池は、携帯機器用途においては軽量、コンパクト化が求められ、また車載用途においては高エネルギー化、高出力化のため並列、直列に接続されて多層化が進み、さらに軽量、コンパクト化が求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, mobile devices such as mobile phones, smartphones, and music playback mobile devices, hybrid electric vehicles, and electric vehicles have become widespread. A secondary battery typified by a nickel-hydrogen battery or a lithium-ion battery is used as a battery for supplying electricity, which is a power source and a power source. Rechargeable batteries are required to be lightweight and compact for mobile devices, and are connected in parallel and in series to increase energy and output in vehicle applications, and are being connected in multiple layers to make them more lightweight and compact. It has been demanded.
ところで、二次電池は、用途や使用環境によって金属缶やラミネートフィルム外装材が使い分けられているが、軽量化や形状自由度の観点からラミネートフィルム外装材が注目されている。 By the way, as for the secondary battery, a metal can and a laminated film exterior material are used properly depending on the application and use environment, but the laminated film exterior material is drawing attention from the viewpoint of weight reduction and freedom of shape.
二次電池の外部からの水分の浸入を防ぐため、ラミネートフィルム外装材におけるバリア層には一般的にアルミニウム箔やステンレス箔などに代表される金属箔が使われている。その金属箔の中でも軽量で延展性があり、材料コストの面などから、アルミニウム箔をバリア層にしたアルミニウム箔ラミネートフィルムが多く使われている。 In order to prevent the entry of moisture from the outside of the secondary battery, a metal foil typified by an aluminum foil or a stainless steel foil is generally used for the barrier layer in the laminate film exterior material. Among the metal foils, an aluminum foil laminated film having an aluminum foil as a barrier layer is often used because of its light weight, spreadability, and material cost.
アルミニウム箔ラミネートフィルムは、アルミニウム箔と樹脂との積層体であり、一般には、電池要素に近い内層から順にシーラント層、接着剤層、腐食防止処理層、アルミニウム箔層、腐食防止処理層、基材接着剤層、基材層(ナイロン、PET等)の構成となっている。 The aluminum foil laminate film is a laminate of aluminum foil and resin, and generally, a sealant layer, an adhesive layer, a corrosion prevention treatment layer, an aluminum foil layer, a corrosion prevention treatment layer, and a substrate in order from the inner layer close to the battery element. It has an adhesive layer and a base material layer (nylon, PET, etc.).
例えば、リチウムイオン二次電池の電池要素としては、正極材、負極材とその電極同士の接触を防ぐためのセパレーターと共に、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルなどの非プロトン性の溶媒に、電解質(リチウム塩)を溶解した電解液、もしくは該電解液を含浸させたポリマーゲルからなる電解質層が挙げられ、それらの電池要素に蓄えられた電力を、金属端子(以下タブリードとする)を介して電池外部に供給している。 For example, as a battery element of a lithium ion secondary battery, a positive electrode material, a negative electrode material, and a separator for preventing contact between the electrodes, aproton such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Examples of the organic solvent include an electrolytic solution in which an electrolyte (lithium salt) is dissolved, or an electrolytic layer made of a polymer gel impregnated with the electrolytic solution. Electric power stored in these battery elements is supplied to a metal terminal (hereinafter, tab lead). And) to the outside of the battery.
軽量且つコンパクトでより高容量な二次電池にするため、このようなラミネートフィルム外装材の薄膜化は重要であるが、最内層となるシーラント層の膜厚を薄くしすぎると、バリア層に使われる金属箔とタブリードとが接触し、二次電池が短絡するおそれがある。 It is important to reduce the thickness of such a laminated film exterior material in order to make a secondary battery that is lightweight, compact, and has a higher capacity.However, if the innermost sealant layer is too thin, it will be used as a barrier layer. The metal foil and the tab lead may come into contact with each other and the secondary battery may be short-circuited.
このような二次電池端部の短絡を防止する方法として、例えば、特許文献1に記載されているように、バリア層とシーラント層との間に中間層を設けることでヒートシール部の膜厚を保ち、タブリードとバリア層に使われる金属箔との接触(短絡の発生)を防止する方法などがこれまでにも提案されている。 As a method of preventing such a short circuit of the secondary battery end portion, for example, as described in Patent Document 1, by providing an intermediate layer between the barrier layer and the sealant layer, the film thickness of the heat seal portion There has been proposed a method of maintaining the above-mentioned property and preventing contact (occurrence of short circuit) between the tab lead and the metal foil used for the barrier layer.
しかしながら、特許文献1に記載されている方法では、タブリードと外装材のバリア層に使われる金属箔との短絡を防止することはできるものの、中間層が1層加わることで膜厚が厚くなってしまう。 However, in the method described in Patent Document 1, although it is possible to prevent a short circuit between the tab lead and the metal foil used as the barrier layer of the exterior material, the film thickness increases due to the addition of one intermediate layer. I will end up.
近年普及が進んでいるリチウムイオン二次電池では、電気絶縁性が保てないことからくる電池の性能の低下や、発熱や発火を起こすといった危険があるため、二次電池の短絡を防ぐことは必須である。しかし一方で、このように外装材を薄膜化しながら、タブリードと二次電池用外装材との短絡を防止するための有効な手段は、今現在十分に得られていないことが実情である。 Lithium-ion secondary batteries, which have become widespread in recent years, have the risk of deterioration of battery performance due to lack of electrical insulation, heat generation, and fire. Required. On the other hand, on the other hand, it is a fact that an effective means for preventing a short circuit between the tab lead and the secondary battery outer packaging material has not yet been sufficiently obtained while thinning the outer packaging material.
上記問題に鑑み、本発明は、十分な薄さと優れた電気絶縁性を両立することのできる二次電池用外装材を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an exterior material for a secondary battery that can achieve both sufficient thinness and excellent electrical insulation.
本発明は、少なくとも基材層、バリア層及びシーラント層をこの順に備え、前記バリア層は金属箔からなり、前記バリア層は、少なくとも前記シーラント層側に腐食防止処理層を有しており、前記シーラント層は前記腐食防止処理層上に直接形成されており、前記シーラント層の厚さは5〜30μmであり、前記シーラント層は高融点物質を含有する、二次電池用外装材を提供する。 The present invention comprises at least a base material layer, a barrier layer and a sealant layer in this order, the barrier layer is made of a metal foil, the barrier layer has a corrosion prevention treatment layer at least on the sealant layer side, The sealant layer is directly formed on the corrosion-preventing layer, the sealant layer has a thickness of 5 to 30 μm, and the sealant layer contains a high melting point substance, to provide a secondary battery exterior material.
このようにバリア層の第一の面の腐食防止処理層上に接着剤を介さず直接シーラント層を設け、シーラント層の厚さを5〜30μmとし、シーラント層中に高融点物質を含有させることで、薄膜でも電気絶縁性に優れた二次電池用外装材を提供することができる。 Thus, a sealant layer is directly provided on the corrosion prevention treatment layer on the first surface of the barrier layer without an adhesive, the sealant layer has a thickness of 5 to 30 μm, and a high melting point substance is contained in the sealant layer. Thus, it is possible to provide an exterior material for a secondary battery, which has excellent electrical insulation even with a thin film.
本発明の二次電池用外装材においては、シーラント層が酸変性ポリオレフィン系樹脂から形成されることが好ましい。 In the secondary battery exterior material of the present invention, the sealant layer is preferably formed of an acid-modified polyolefin-based resin.
シーラント層を酸変性ポリオレフィン系樹脂を用いて形成することで、シーラント層とバリア層とを強固に密着させることができる。また、二次電池用外装材のシーラント層を内側にしながら袋状にし、ヒートシールすることにより、シーラント層同士をより強固に密着することができる。 By forming the sealant layer using an acid-modified polyolefin resin, the sealant layer and the barrier layer can be firmly adhered. In addition, the sealant layer of the secondary battery exterior material is formed into a bag with the sealant layer inside and heat-sealed, so that the sealant layers can be more firmly adhered to each other.
本発明の二次電池用外装材においては、シーラント層は、融点が100〜165℃である樹脂から形成されることが好ましい。 In the secondary battery exterior material of the present invention, the sealant layer is preferably formed of a resin having a melting point of 100 to 165°C.
シーラント樹脂の融点が100〜165℃であることで、より安定したヒートシール特性を得ることができる。 When the melting point of the sealant resin is 100 to 165°C, more stable heat sealing characteristics can be obtained.
本発明の二次電池用外装材においては、高融点物質の平均粒子径が、シーラント層の厚さの30〜80%であることが好ましい。 In the exterior material for a secondary battery of the present invention, the average particle diameter of the high melting point substance is preferably 30 to 80% of the thickness of the sealant layer.
シーラント層中に、シーラント層の厚さに対し30〜80%の粒径サイズの高融点物質が含有されていることで、ヒートシール部のシーラント層の厚さが保持し易くなり、短絡のない優れた電気絶縁性を得易くなる。 Since the sealant layer contains a high melting point substance having a particle size of 30 to 80% with respect to the thickness of the sealant layer, the thickness of the sealant layer in the heat-sealed portion can be easily maintained and no short circuit occurs. It becomes easy to obtain excellent electrical insulation.
本発明の二次電池用外装材においては、高融点物質の融点が220℃以上であることが好ましい。 In the packaging material for a secondary battery of the present invention, it is preferable that the high melting point substance has a melting point of 220° C. or higher.
高融点物質の融点が220℃以上であることで、ヒートシールを行っても高融点物質が溶け難く、シーラント層の層厚が保持され、短絡のない優れた電気絶縁性を得易くなる。 When the melting point of the high-melting point substance is 220° C. or higher, the high-melting point substance is difficult to melt even if heat sealing is performed, the layer thickness of the sealant layer is maintained, and it becomes easy to obtain excellent electric insulation without short circuit.
本発明の二次電池用外装材においては、シーラント層の単位体積当たり、高融点物質の数が100〜1500万個/cm3であることが好ましい。 In the secondary battery exterior material of the present invention, it is preferable that the number of high melting point substances is 1 to 15 million pieces/cm 3 per unit volume of the sealant layer.
シーラント層の単位体積当たり、高融点物質の数が100〜1500万個/cm3であることで、高融点物質が偏りなく分散し、安定して優れた電気絶縁性を得易くなる。 When the number of high-melting point substances is 1 to 15 million pieces/cm 3 per unit volume of the sealant layer, the high-melting point substances are evenly dispersed, and stable and excellent electric insulating properties are easily obtained.
本発明によれば、十分な薄さと優れた電気絶縁性を両立することのできる二次電池用外装材を提供することができる。具体的には、本発明の二次電池用外装材によれば、シーラント層を薄膜化しても、タブリードとの短絡を抑制でき、優れた電気絶縁性を保つことが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exterior material for secondary batteries which can satisfy|fill sufficient thinness and the outstanding electrical insulation property can be provided. Specifically, according to the secondary battery exterior material of the present invention, even if the sealant layer is thinned, a short circuit with the tab lead can be suppressed and excellent electrical insulation can be maintained.
<二次電池用外装材>
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池用外装材について図面を参照して説明する。まず、図1に示すように、本実施形態の二次電池用外装材1は、少なくとも基材層15、バリア層13、及びシーラント層11をこの順に備え、バリア層13は金属箔からなり、バリア層13は、少なくともシーラント層11側に腐食防止処理層12を有しており、シーラント層11は腐食防止処理層12上に直接形成された構成を有している。すなわち、本実施形態の二次電池用外装材1は、バリア層13の片側の面(第二の面)が少なくとも基材層15を有する積層体で構成され、基材層15とは反対側のもう一方の面(第一の面)がバリア層13上に形成された腐食防止処理層12上にシーラント層11が接着層を介さず直接形成された積層体で構成される。なお、同図に示すとおり、バリア層13の基材層側にも腐食防止処理層12が設けられていてもよく、また基材層15が基材接着剤層14を介してバリア層13と接着されていてもよい。
<Exterior material for secondary battery>
Hereinafter, an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 1, the secondary battery outer packaging material 1 of the present embodiment includes at least a
二次電池用外装材1は、基材層15が最外層、シーラント層11が最内層である。すなわち、二次電池用外装材1は基材層15を二次電池の外部側、シーラント層11を二次電池の内部側にして使用される。以下、二次電池用外装材1を構成する各層の詳細について説明する。
In the secondary battery exterior material 1, the
[シーラント層11]
シーラント層11は、二次電池用外装材1においてヒートシールによる密封性を付与する層である。シーラント層11は所定の樹脂から形成され、バリア層13の基材層15とは反対面(第一の面)の腐食防止処理層12上に、接着剤等を介さずに直接形成されている。このようなシーラント層11の形成は、シーラント層11となる樹脂材料をバリア層13上に形成された腐食防止処理層12上に塗布または塗工することにより形成することができる。
[Sealant layer 11]
The
シーラント層11を形成するために使用される樹脂としてはポリオレフィン系樹脂が挙げられる。ただし、バリア層であるバリア層13との密着をより高めるために、好ましくはポリオレフィン系樹脂に不飽和カルボン酸又はその無水物等の酸をグラフト変性させた酸変性ポリオレフィン系樹脂が用いられる。ポリオレフィン系樹脂としては、低密度、中密度、高密度のポリエチレン、ホモ、ブロック、又はランダムポリプロピレンなどが挙げられる。シーラント層11を形成するために使用される樹脂としては、特に耐熱性のあるポリプロピレンが好ましい。
Examples of the resin used to form the
ポリプロピレンは、プロピレンに対し、他のα−オレフィン、例えばエチレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ペンテン、2−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテンなどが1ないし10モル%ランダム共重合したものである。グラフトされる不飽和カルボン酸又はその無水物としては、アクリル酸、メタクリル酸、などの不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラニコン酸、アリルコハク酸、メサコン酸、グルタコン酸、ナジック酸、メチルナジック酸、テトラヒドロフタール酸、メチルヘキサヒドロフタル酸などの不飽和ジカルボン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水アリルコハク酸、無水グルタコン酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水テトラヒドロフタール酸、無水メチルテトラヒドロフタール酸などの不飽和ジカルボン酸無水物などがあげられる。グラフト変性にはこれらの2成分以上の混合成分を用いてもよい。これらの不飽和カルボン酸あるいはその酸無水物のうちでは、マレイン酸、無水マレイン酸、ナジック酸または無水ナジック酸を使用することが好ましい。 Polypropylene is different from propylene in terms of other α-olefins such as ethylene, 1-butene, isobutene, 1-pentene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, 1-hexene, 3-methyl-. 1-pentene, 2-methyl-1-pentene, 1-heptene, etc. are randomly copolymerized at 1 to 10 mol %. Examples of the unsaturated carboxylic acid or an anhydride thereof to be grafted include unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraniconic acid, allylsuccinic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, and nadic acid. Unsaturated dicarboxylic acids such as acids, methyl nadic acid, tetrahydrophthalic acid, methyl hexahydrophthalic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, allyl succinic anhydride, glutaconic anhydride, nadic acid anhydride, methyl nadic anhydride Examples thereof include unsaturated dicarboxylic acid anhydrides such as acids, tetrahydrophthalic anhydride, and methyltetrahydrophthalic anhydride. A mixture of two or more of these components may be used for the graft modification. Of these unsaturated carboxylic acids or their acid anhydrides, maleic acid, maleic anhydride, nadic acid or nadic acid anhydride is preferably used.
グラフト変性の方法としては周知の方法を採用することができる。例えば、前記ポリプロピレンと前記不飽和カルボン酸等、さらにラジカル開始剤を所定の溶媒に添加して、高温に加熱することによって行われる。 A well-known method can be adopted as the method of graft modification. For example, it is carried out by adding the polypropylene, the unsaturated carboxylic acid and the like, and further a radical initiator to a predetermined solvent and heating to a high temperature.
シーラント層11に使われる樹脂としては、二次電池に収められている電池要素が熱を帯びた場合でもヒートシール部が開放しないことや、良好なヒートシール性を確保することができるものが好ましい。このような観点から、シーラント層が、(示差熱分析で測定した)融点が100〜165℃である樹脂から形成されることが好ましい。なお、高耐熱性や生産性をより向上する観点から、当該融点は120〜160℃であることがより好ましい。
The resin used for the
シーラント層11には、スリップ剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、造核剤、顔料、染料等の各種添加剤が含有されていてもよい。これらの添加剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
The
シーラント層11に使われる樹脂(塗液)は、前記ポリオレフィン系樹脂が有機溶剤に固体状態で分散されたものである。有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族系炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の脂肪族炭化水素等を用いることができる。また、安定した貯蔵を達成するため、アルコール類、ケトン類、エーテル類、酸無水物、エステル類、セルソルブ類等の貧溶媒を加えることができる。貧溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、プロパンジオール、フェノール、水、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ベンタノン、ヘキサノン、イソホロン、アセトフェノン、無水酢酸、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、ギ酸ブチル、エチルセルソルブ、メチルセルソルブ等を用いることができる。
The resin (coating liquid) used for the
シーラント層11は、バリア層13の基材層15が積層される面とは反対面(第一の面)の腐食防止処理層12上に、特に限定されないがダイレクトグラビアコート、オフセットグラビアコート、バーコーターなど公知のコート方法により接着層を等を介さず直接形成される。これにより得られた二次電池用外装材1をシーラント層11側に折り返してシーラント層11同士を向かい合わせにし、シーラント層11の端部を融解温度以上でヒートシールすることで、二次電池の電池要素を密閉することができる。
The
シーラント層11の厚さは、5〜30μmである。層厚が薄くなるとシーラント層11にピンホールが発生し易くなったり、あるいは電気絶縁性低下、ヒートシールをした際の密着不良等を起こしたりする傾向がある。一方、層厚を厚くしすぎると材料コストが高くなる。このような観点から、当該厚さは7〜20μmであることが好ましい。
The thickness of the
[高融点物質16]
図1に示すように、シーラント層11には高融点物質16が含有される。なお、図1では高融点物質16の形状を模式的に球状としているが、当該形状は必ずしも球状に限定されるものではない。高融点物質16の材料としては、フィラーやグラスファイバー、不織布等があるが、形状やサイズ、シーラント樹脂への分散性等の観点からフィラーが好ましい。
[High melting point substance 16]
As shown in FIG. 1, the
高融点物質16としては、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、ガラス等の無機粒子や、ナイロン、エポキシ樹脂等の有機粒子(耐熱粒子)が用いられる。これらの中でも、コストの観点から酸化アルミニウムの粒子が好ましい。 As the high melting point substance 16, inorganic particles such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO) and glass, and organic particles (heat resistant particles) such as nylon and epoxy resin are used. To be Among these, aluminum oxide particles are preferable from the viewpoint of cost.
高融点物質16としては、ヒ−トシール時に溶融しない物質であれば特に指定されないが、融点が220℃以上のものが好ましい。なお、ヒートシール温度条件による溶融を抑えるため、当該融点が250℃以上のものがより好ましい。なお、当該融点の上限は特に限定されるものではないが、2050℃程度とすることができる。 The high melting point substance 16 is not particularly specified as long as it is a substance that does not melt at the time of heat sealing, but a substance having a melting point of 220° C. or higher is preferable. It is more preferable that the melting point is 250° C. or higher in order to suppress melting due to heat sealing temperature conditions. The upper limit of the melting point is not particularly limited, but may be about 2050°C.
高融点物質16は、シーラント層を形成する樹脂との密着性を高めるため、シランカップリング剤などで表面処理を施すことができる。 The high-melting point substance 16 can be surface-treated with a silane coupling agent or the like in order to enhance the adhesion with the resin forming the sealant layer.
高融点物質16は、平均粒子径が小さすぎるとヒートシール時にシーラント層11の膜厚を確保できずに電気絶縁性が低下し、また、平均粒子径が大きくなりすぎると、ヒートシール性の確保からシーラント層11の膜厚を厚くしなくてはならず、薄膜化に不利となる。そのため、当該平均粒子径は、シーラント層の厚さに対し30〜80%であることが好ましく、40〜70%であることがより好ましい。あるいは、当該平均粒子径は、1.5〜24μmであることが好ましく、2.8〜14μmであることがより好ましい。高融点物質16の平均粒子径は、例えば、レーザー回折、散乱法により測定できる。
If the average particle size of the high-melting point substance 16 is too small, the film thickness of the
シーラント層11の単位体積当たり、高融点物質16の数(含有量)が100個/cm3を下回るとヒートシール端部の電気絶縁性が低下し短絡の恐れがあり、1500万個/cm3を超えるとヒートシール力が低下する恐れがある。そのため、シーラント層11の単位体積当たり、高融点物質16の数が100〜1500万個/cm3であることが好ましく、1万〜1000万個/cm3であることがより好ましい。シーラント層11の単位体積当たりの高融点物質16の数は、X線CTを用いて計測することができる。具体的には、塗工した積層フィルムのシーラント層11を10mm2×塗工膜厚で切り出し、X線CT撮影により立体像化し、その立体像の高融点物質及び塗工樹脂に対し2値化を行う。その後、2値化したデータから高融点物質のみを抽出してその数をカウントした後、単位体積当たりの数を算定することで、高融点物質16の数を計測することができる。
If the number (content) of the high-melting point substances 16 per unit volume of the
[腐食防止処理層]
腐食防止処理層12は、バリア層13の少なくともシーラント層11側に形成される。腐食防止処理層12は、例えばリチウムイオン二次電池では、電解質と水分の反応により発生するフッ酸によるバリア層13表面の腐食を防止するため、シーラント層11側に形成することが必要である。
[Corrosion prevention treatment layer]
The
なお、腐食防止処理層12は、必要に応じてバリア層13の基材層15側に形成してもよい。この場合、腐食防止処理層12は、腐食防止機能だけでなく、シーラント層11及び基材接着剤層14のアンカー層としても機能する。
The corrosion
腐食防止処理層12の形成には、例えば、クロム酸塩、リン酸塩、フッ化物と各種熱硬化性の樹脂からなる腐食防止処理剤を用いたクロメート処理、希土類元素の酸化物である酸化セリウム、リン酸塩と各種熱硬化性樹脂からなる腐食防止処理剤を用いたセリアゾル処理などを使用することができる。腐食防止処理層12は、バリア層13の耐食性を満たす塗膜であれば、上記処理で形成した塗膜には限定されず、例えば、リン酸塩処理、ベーマイト処理などを使用してもよい。また、腐食防止処理層12は、単層であることに限定されず、腐食防止機能をもつ塗膜上にオーバーコート剤として樹脂をコーティングするなど2層以上で耐食性を有する構成を採用してもよい。
The corrosion
腐食防止処理層12の厚さは、腐食防止機能とアンカーとしての機能の点から、5nm〜11μmが好ましく、10〜200nmがより好ましい。
The thickness of the
[バリア層13]
バリア層13は、基材層15(あるいは必要に応じて設けられる基材接着剤層14)とシーラント層11との間に形成される。バリア層13は、水分の電池内への浸入を防止するために高い水蒸気バリア性、及び延伸性などの機能が求められる。
[Barrier layer 13]
The
バリア層13としては、アルミニウム、ステンレス鋼、又は銅等の各種金属箔を使用することができるが、重量(比重)、防湿性、コストの面から、アルミニウム箔が好ましい。アルミニウム箔としては、公知の軟質アルミニウム箔が使用でき、耐ピンホール性、及び成型時の延展性の点から、鉄を含むアルミニウム箔が好ましい。アルミニウム箔中の鉄の含有量は、0.1〜9.0質量%が好ましく、0.5〜2.0質量%がより好ましい。鉄の含有量が下限値以上であれば耐ピンホール性、延伸性が向上する傾向があり、上限値以下であれば、柔軟性が向上する傾向がある。
As the
バリア層13の厚さは、バリア性、耐ピンホール性、加工性の点から、10〜100μmが好ましく、15〜80μmがより好ましい。
The thickness of the
バリア層13には、未処理の金属箔を用いてもいいが、脱脂処理を施した金属箔を用いることが好ましい。脱脂処理としては、大きく区分するとウェットタイプとドライタイプが挙げられる。
An untreated metal foil may be used for the
ウェットタイプの脱脂処理としては、例えば、酸脱脂やアルカリ脱脂などが挙げられる。酸脱脂に使用する酸としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸などの無機酸が挙げられる。これらの酸は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、金属箔のエッチング効果が向上する点から、必要に応じて鉄(III)イオンやセリウム(III)イオンなどの供給源となる各種金属塩を配合してもよい。アルカリ脱脂に使用するアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウムなどの強エッチングタイプのアルカリが挙げられる。また、弱アルカリ系や界面活性剤を配合したものを用いてもよい。ウェットタイプの脱脂処理は浸漬法やスプレー法で行われる。 Examples of the wet type degreasing treatment include acid degreasing and alkaline degreasing. Examples of the acid used for acid degreasing include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and hydrofluoric acid. These acids may be used alone or in combination of two or more. Further, from the viewpoint of improving the etching effect of the metal foil, various metal salts serving as a supply source of iron (III) ions, cerium (III) ions and the like may be blended if necessary. Examples of the alkali used for alkali degreasing include strong etching type alkalis such as sodium hydroxide. Moreover, you may use the thing which mix|blended a weak alkaline type|system|group or a surfactant. The wet type degreasing treatment is performed by a dipping method or a spray method.
ドライタイプの脱脂処理としては、例えばバリア層をアルミニウム箔とした場合、アルミニウムを焼鈍処理する工程において、その処理時間を長くすることで脱脂処理を行う方法が挙げられる。また、該脱脂処理の他にも、フレーム処理やコロナ処理などが挙げられる。さらには特定波長の紫外線を照射して発生する活性酸素により、汚染物質を酸化分解・除去する脱脂処理を採用してもよい。 Examples of the dry type degreasing treatment include a method of performing degreasing treatment by lengthening the treatment time in the step of annealing the aluminum when the barrier layer is an aluminum foil. In addition to the degreasing treatment, flame treatment, corona treatment and the like can be mentioned. Further, a degreasing treatment for oxidatively decomposing/removing pollutants with active oxygen generated by irradiating ultraviolet rays of a specific wavelength may be adopted.
[基材接着剤層14]
基材接着剤層14は、基材層15とバリア層13間に必要に応じて形成される。基材接着剤層14は、基材層15とバリア層13を強固に接着するのに必要な密着力を有する。基材接着剤層14の形成には、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオールなどを主剤とし、芳香族系や脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした2液硬化型接着剤を使用することができる。基材接着剤層14には、熱可塑性エラストマーや粘着付与剤、フィラー、顔料、又は染料など添加することができる。
[Base material adhesive layer 14]
The
基材接着剤層14の厚さは、接着強度や、追随性、加工性などの点から、0.5〜10μmが好ましく、1〜5μmがより好ましい。
The thickness of the
[基材層15]
基材層15は、バリア層13上に、場合により基材接着剤層14を介して形成される。基材層15は二次電池を製造する際のシール工程における耐熱性を付与し、加工や流通の際に起こりうるピンホールの発生を抑制する役割を果たす。また、成型加工時のバリア層13の破断防止や、バリア層13と他の金属との接触を防止する電気絶縁性などの役割を果たす。
[Base material layer 15]
The
基材層15としては、バリア層13上に基材接着剤層14を介して、例えば、延伸フィルム等をラミネートすることにより形成したものでもよく、あるいはバリア層13上に液体状の樹脂を塗布することにより直接形成したもの(被覆層)でもよい。基材層15の形成方法はこれらどちらかに特に限定されるものではないが、例えば前者の場合には深絞り成形性がよく、後者の場合には、二次電池用外装材1の総厚を薄くすることができるため、より薄い電池を作ることができるという傾向がある。
The
上記の延伸フィルム等としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂又はポリオレフィン樹脂等の延伸又は未延伸フィルム等が挙げられる。なかでも成型性、耐熱性、耐突き刺し性、電気絶縁性を向上させる点から2軸延伸ポリアミドや2軸延伸ポリエステルが好ましい。これらのフィルムは、1枚を単独で用いてもよく、2枚以上を貼り合わせた複合フィルムとして用いてもよい。 Examples of the stretched film and the like include stretched and unstretched films of polyester resin, polyamide resin, polyolefin resin and the like. Among them, biaxially stretched polyamide and biaxially stretched polyester are preferable from the viewpoint of improving moldability, heat resistance, puncture resistance and electric insulation. One of these films may be used alone or two or more of them may be used as a composite film.
また、上記の液体状の樹脂(塗液樹脂)としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。なかでも機械的特性や耐薬品性、絶縁性、コストの面からポリエステル樹脂が好ましい。また、架橋方法については、公知のイソシアネートなどの硬化剤により架橋させてもよく、メラミンやエポキシなどにより焼付けで架橋させてもよく、架橋方法については特に限定されない。 Examples of the liquid resin (coating liquid resin) include polyester resin, polyurethane resin, fluororesin, polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, epoxy resin and melamine resin. Among them, polyester resin is preferable from the viewpoint of mechanical properties, chemical resistance, insulation, and cost. The crosslinking method may be crosslinking with a known curing agent such as isocyanate or baking with melamine or epoxy, and the crosslinking method is not particularly limited.
基材層15には、難燃剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤、帯電防止剤等の添加剤が内部に分散、又は表面に塗布されてもよい。スリップ剤としては、脂肪酸アミド(例えば、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミドなど)などが挙げられる。アンチブロッキング剤としては、シリカなどの各種フィラー系アンチブロッキング剤が好ましい。添加剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Additives such as a flame retardant, a slip agent, an anti-blocking agent, an antioxidant, a light stabilizer, a tackifier, and an antistatic agent may be dispersed inside or applied to the surface of the
基材層15の厚さは、耐突き刺し性、電気絶縁性、成型加工性などの点から、6〜50μmが好ましく、10〜40μmがより好ましい。
The thickness of the
基材層15の表面に、耐擦傷性や滑り性改善などのために、凹凸形状を形成することができる。
An uneven shape can be formed on the surface of the
<二次電池用外装材の製造方法>
以下、二次電池用外装材1の製造方法について、実施形態の一例を示して説明する。下記内容は一例であり、二次電池用外装材1の製造方法は下記の内容に限定されない。
<Method for manufacturing exterior material for secondary battery>
Hereinafter, a method for manufacturing the secondary battery exterior material 1 will be described with reference to an example of an embodiment. The following content is an example, and the manufacturing method of the secondary battery case 1 is not limited to the following content.
二次電池用外装材1の製造方法としては、例えば、下記工程(I)〜(III)を備える方法が挙げられる。なお、以下では基材層15として基材樹脂フィルムを用いる場合を記載する。
工程I:バリア層13の一方の面(第一の面)に、腐食防止処理層12を形成する工程。
工程II:バリア層13における第一の面と反対側の面(第二の面)に、基材接着剤層14を介して基材層15を貼り合わせる工程。
工程III:バリア層13に形成された腐食防止処理層12上に、シーラント樹脂材料を用いてシーラント層11を形成する工程。
Examples of the method for manufacturing the secondary battery casing material 1 include a method including the following steps (I) to (III). In the following, a case where a base resin film is used as the
Step I: A step of forming the corrosion
Step II: A step of attaching the
Step III: A step of forming the
[工程I]
バリア層13の第一の面に、腐食防止処理剤を塗布、乾燥して腐食防止処理層12を形成する。この時、場合によりバリア層13の第二の面にも、同様にして腐食防止処理層12を形成してもよい。なお、腐食防止処理剤としては、例えば、前記したセリアゾル処理用の腐食防止処理剤、クロメート処理用の腐食防止処理剤等が挙げられる。腐食防止処理剤の塗布方法は特に限定されず、グラビアコート、リバースコート、ロールコート、バーコート等、各種方法を採用できる。
[Step I]
A corrosion prevention treatment agent is applied to the first surface of the
[工程II]
バリア層13の第二の面に、基材接着剤層14を介して基材層15を形成する基材樹脂フィルムをドライラミネート法により貼り合わせ、基材層15を形成する。ラミネート後は、例えば60℃、7日間のエージング処理を行い、腐食防止処理層12、バリア層13、基材接着剤層14及び基材層15を備える積層体を得る。
[Step II]
On the second surface of the
[工程III]
基材層15、基材接着剤層14、バリア層13及び腐食防止処理層12がこの順に積層された積層体の腐食防止処理層12上に、シーラント層となる樹脂材料を塗布、乾燥することで、バリア層13の第一の面上にシーラント層11を形成する。塗布方法は特に限定されず、グラビアコート、リバースコート、ロールコート、バーコート等、各種方法を採用できる。
[Step III]
Applying and drying a resin material to be a sealant layer on the corrosion
以上説明した工程(I)〜(III)を実施することにより、二次電池用外装材1が得られる。なお、二次電池用外装材1の製造方法の工程順序は、前記(I)〜(III)を順次実施する方法に限定されない。例えば、バリア層13の第二の面には腐食防止処理層12を形成しない場合は、工程(II)を行ってから工程(I)を行ってもよい。
By carrying out the steps (I) to (III) described above, the secondary battery casing material 1 is obtained. Note that the order of steps in the method of manufacturing the secondary battery case 1 is not limited to the method of sequentially performing the above (I) to (III). For example, when the corrosion
<二次電池の作製方法>
以下、二次電池2の製造方法について説明する。二次電池2の製造方法としては、例えば、下記工程(I)〜(III)を備える方法が挙げられる。
工程I:二次電池用外装材1の半分の領域に、電池要素を配置するための成型加工部を形成する工程。
工程II:二次電池用外装材1の成型加工部に電池要素を配置する。そして二次電池用外装材1のもう半分の領域を、シーラント層11が内面になるようにして折り返して3辺を重ね合せ、リードとタブシーラントからなるタブを挟持する1辺のみを加圧熱融着する工程。
工程III:残りの2辺のうち1辺を残して加圧熱融着する。その後、残りの1辺から電解液を注入し、真空状態で加圧熱融着する工程。
<Method for manufacturing secondary battery>
Hereinafter, a method for manufacturing the
Step I: a step of forming a molding portion for arranging the battery element in a half region of the secondary battery case 1.
Step II: A battery element is arranged in the molded portion of the secondary battery exterior material 1. Then, the other half region of the secondary battery exterior material 1 is folded back so that the
Step III: One side of the remaining two sides is left and pressure heat fusion is performed. Then, a step of injecting an electrolytic solution from the remaining one side and pressurizing and heat-sealing in a vacuum state.
以上説明した工程(I)〜(III)を実施することにより、二次電池2が得られる。ただし、二次電池2の製造方法は以上に記載される方法には限定されない。
The
このようにして得られる本実施形態の二次電池2は、図2に示すように、二次電池用外装材21により蓄電デバイス要素を収納し、かつ蓄電デバイス要素の正極及び負極に各々接続されたリード22とタブシーラント23からなるタブ24を加圧熱融着部25で挟持した構造を持つ。
The
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention.
以下、実施例によって本発明の詳細を説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following description.
[使用材料]
実施例及び比較例の二次電池用外装材の作製に使用した材料を以下に示す。
[Materials used]
The materials used for the preparation of the exterior materials for secondary batteries of Examples and Comparative Examples are shown below.
(シーラント層)
(Sealant layer)
(腐食防止処理層)
酸価セリウム(厚さ100nm)
(Corrosion prevention treatment layer)
Acid value cerium (thickness 100 nm)
(バリア層)
軟質アルミニウム箔8079材(厚さ30μm)
(Barrier layer)
Soft aluminum foil 8079 material (thickness 30 μm)
(基材接着剤層)
ポリウレタン系接着剤(厚さ3μm)
(Base material adhesive layer)
Polyurethane adhesive (thickness 3 μm)
(基材層)
ナイロンフィルム(厚さ25μm)
(Base material layer)
Nylon film (
(高融点物質)
酸化アルミニウムフィラー
(High melting point substance)
Aluminum oxide filler
[評価]
実施例及び比較例の二次電池用外装材に対し、以下の評価を行った。
[Evaluation]
The following evaluations were performed for the secondary battery casing materials of Examples and Comparative Examples.
(電気絶縁性評価)
各実施例及び比較例の二次電池用外装材1を、120mm×60mmサイズに切り出し、シーラント層が内側になるように半分に折りたたんだ。次に、折りたたんだ部分を底辺にして左右両端部を190℃/0.5MPa/3sec、5mm幅でヒートシールをし、袋上のパウチを作製した。残った一辺より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:重量比)と電解質にLiPF6のLi塩を混ぜた混合溶液を注入し、ニッケル製で厚さ50μm、幅12mm、長さ50mmサイズのタブリードを挟み、「190℃/0.5MPa/3sec」、又は「200℃/0.5MPa/3sec」、の2条件で10mm幅にヒートシールし、電気絶縁性評価用サンプルを製作した。このサンプルを用いて、AC/DC耐電圧・絶縁抵抗試験機(菊水電子株式会社製)による電気絶縁性評価を行った。
(Evaluation of electrical insulation)
The secondary battery case 1 of each Example and Comparative Example was cut into a size of 120 mm×60 mm and folded in half so that the sealant layer was on the inside. Next, with the folded portion as the bottom, the left and right ends were heat-sealed at 190° C./0.5 MPa/3 sec at a width of 5 mm to produce a pouch on the bag. From the remaining side, ethylene carbonate/diethyl carbonate/dimethyl carbonate (1/1/1:weight ratio) and a mixed solution of LiPF 6 Li salt mixed into the electrolyte were injected, and the thickness was 50 μm, the width was 12 mm, and the length was 12 mm. A tab lead wire of 50 mm size is sandwiched and heat-sealed to a width of 10 mm under two conditions of "190°C/0.5 MPa/3 sec" or "200°C/0.5 MPa/3 sec" to produce a sample for electrical insulation evaluation. did. Using this sample, electrical insulation was evaluated by an AC/DC withstand voltage/insulation resistance tester (Kikusui Electronics Co., Ltd.).
(電気絶縁性評価基準)
サンプルのタブリードと外装材のバリア層に電極を設置し、下記基準にて電気絶縁性評価を行った。結果を表2に示す。
基準:電圧25Vを5秒間印加し、測定値が25Ω以上であればOK、25Ω未満であればNGとした。
「A」:190℃:OK、200℃:OK
「B」:190℃:OK、200℃:NG
「C」:190℃:NG、200℃:NG
(Electrical insulation evaluation standard)
Electrodes were placed on the tab lead of the sample and the barrier layer of the exterior material, and the electrical insulation was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
Reference: A voltage of 25 V was applied for 5 seconds. If the measured value was 25Ω or more, it was OK, and if it was less than 25Ω, it was NG.
"A": 190°C: OK, 200°C: OK
"B": 190°C: OK, 200°C: NG
"C": 190°C: NG, 200°C: NG
(ヒートシール強度評価)
前記製造法により得た二次電池用外装材1を、120mm×60mmサイズに切り出し、シーラント層が内側になるように半分に折りたたみ、折りたたんだ部分とは反対側の端部を190℃/0.5MPa/3secで10mm幅にヒートシールした。その後、ヒートシール部の長手方向中央部を幅15mm×長さ300mmで切り出し、ヒートシール強度測定用サンプルを製作した。このサンプルを用いて、引張試験機(株式会社島津製作所社製)によるヒートシール強度評価を行った。
(Heat seal strength evaluation)
The secondary battery exterior material 1 obtained by the above-described manufacturing method was cut into a size of 120 mm×60 mm, folded in half so that the sealant layer was on the inside, and the end opposite to the folded part was 190° C./0. It was heat-sealed at a width of 10 mm at 5 MPa/3 sec. Then, the central portion in the longitudinal direction of the heat-sealed portion was cut out with a width of 15 mm and a length of 300 mm to produce a heat-sealing strength measurement sample. Using this sample, heat seal strength evaluation was performed using a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corporation).
(ヒートシール強度評価基準)
サンプルのヒートシール部に対し、引張速度 50mm/minの条件にてT字剥離試験を行い、以下の基準にて評価を行った。結果を表2に示す。
「A」:ヒートシール強度が120N以上
「B」:ヒートシール強度が90N以上、120N未満
「C」:ヒートシール強度が90N未満
(Heat seal strength evaluation standard)
The heat-sealed portion of the sample was subjected to a T-shaped peeling test under the condition of a pulling speed of 50 mm/min and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
"A": Heat seal strength is 120 N or more "B": Heat seal strength is 90 N or more and less than 120 N "C": Heat seal strength is less than 90 N
本実施例においては、十分な薄さと優れた電気絶縁性を両立できることが分かった。また、本実施例においては、シーラント層を薄くしたとしても、ヒートシール強度が損なわれないことが分かった。 In this example, it was found that both sufficient thinness and excellent electrical insulation can be achieved. Moreover, in this example, it was found that the heat seal strength was not impaired even if the sealant layer was thinned.
1…二次電池用外装材、11…シーラント層、12…腐食防止処理層、13…バリア層、14…基材接着剤層、15…基材層、16…高融点物質、2…二次電池、21…二次電池用外装材、22…リード、23…タブシーラント、24…タブ、25…加圧熱融着部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Exterior material for secondary batteries, 11... Sealant layer, 12... Corrosion prevention processing layer, 13... Barrier layer, 14... Base material adhesive layer, 15... Base material layer, 16... High melting point material, 2... Secondary Battery, 21... Secondary battery exterior material, 22... Lead, 23... Tab sealant, 24... Tab, 25... Pressurized heat-bonding portion.
Claims (6)
前記バリア層は金属箔からなり、前記バリア層は、少なくとも前記シーラント層側に腐食防止処理層を有しており、
前記シーラント層は前記腐食防止処理層上に直接形成されており、前記シーラント層の厚さは5〜30μmであり、前記シーラント層は単一のポリオレフィン系樹脂層から形成され、前記シーラント層は融点が220℃以上である高融点物質の粒子を含有し、
前記高融点物質の粒子の平均粒子径が、前記シーラント層の厚さの40〜70%であり、前記高融点物質が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、ガラス、ナイロン、及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含む、
二次電池用外装材。 At least a base material layer, a base material adhesive layer, a barrier layer and a sealant layer are provided in this order,
The barrier layer is made of a metal foil, the barrier layer has a corrosion prevention treatment layer at least on the sealant layer side,
The sealant layer is directly formed on the corrosion prevention treatment layer, the sealant layer has a thickness of 5 to 30 μm, the sealant layer is formed of a single polyolefin resin layer, and the sealant layer has a melting point. Contains particles of a high melting point substance having a melting point of 220° C. or higher,
The average particle diameter of the particles of the refractory material, Ri 40% to 70% der thickness of the sealant layer, the refractory material, aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, glass, nylon, and epoxy resin Including at least one selected from the group consisting of
Exterior material for secondary batteries.
前記バリア層の少なくとも一方の面に、前記腐食防止処理層を形成する工程と、
前記バリア層の前記一方の面とは反対側の面に、基材接着剤層を介して前記基材層を貼り合わせる工程と、
前記バリア層に形成された前記腐食防止処理層上に、シーラント樹脂材料を塗布及び乾燥することで前記シーラント層を形成する工程と、を備える製造方法。 It is a manufacturing method of the exterior material for secondary batteries according to any one of claims 1 to 5,
A step of forming the corrosion prevention treatment layer on at least one surface of the barrier layer,
On the surface opposite to the one surface of the barrier layer, a step of bonding the base material layer via a base material adhesive layer,
Forming a sealant layer by applying and drying a sealant resin material on the corrosion prevention treatment layer formed on the barrier layer.
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