JP6812792B2 - リチウム電池用外装材 - Google Patents
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Description
本願は、2014年4月3日に日本に出願された特願2014−076911号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明の第一態様に係るリチウム電池用外装材は、基材層の一方の面上に、接着剤層、少なくとも一方の面に腐食防止処理層を設けたアルミニウム箔層、接着性樹脂層及びシーラント層が順次積層されて構成された積層体を備えるリチウム電池用外装材であって、前記接着性樹脂層が、接着性樹脂組成物と、アタクチック構造のポリプロピレン又はプロピレン−αオレフィン共重合体と、を含む。
なお、以下の説明で用いる図面は、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
図1に示すように、本実施形態に係るリチウム電池用外装材(以下、単に「外装材」と称する)10は、基材層(SB)11、接着剤層(AD)12、アルミニウム箔層(AL)13、腐食防止処理層(CL)14、接着性樹脂層(AR)15、シーラント層(SL)16を備えて概略構成されている。より具体的には、リチウム電池用外装材10は、基材層(SB)11の一方の面上に、接着剤層(AD)12、アルミニウム箔層(AL)13、腐食防止処理層(CL)14、接着性樹脂層(AR)15、シーラント層(SL)16が順次積層されて構成されている。
基材層(SB)11は、リチウム電池製造時のシール工程における耐熱性付与、加工や流通の際に起こりうるピンホール対策という目的で、リチウム電池用外装材10に設けられている。基材層11としては、絶縁性を有する樹脂層を用いるのが好ましい。そのような樹脂層としては、例えば、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリプロピレンフィルム等の延伸フィルムまたは未延伸フィルムを、単層または2層以上積層した多層フィルムとして使用することができる。より具体的には、ポリエチレンテレフタラートフィルム(PET)とナイロンフィルム(Ny)とを接着性樹脂を用いて共押出しした後に延伸処理が施された共押し出し多層延伸フィルムを用いることが可能である。
接着剤層(AD)12を構成する材料としては、具体的には、例えば、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、カーボネートポリオールなどの主剤に対し、2官能以上のイソシアネート化合物を作用させたポリウレタン樹脂等が挙げられる。
アクリルポリオールとしては、上述したアクリル系モノマーを用いて重合したアクリル樹脂を用いることが可能である。
接着剤層(AD)12の厚さは、特に限定されないが、具体的には、例えば、1〜10μmが好ましく、3〜7μmがより好ましい。
アルミニウム箔層(AL)13の材質としては、一般の軟質アルミニウム箔を用いることができるが、さらなる耐ピンホール性、及び成形時の延展性を付与させる目的で、鉄を含むアルミニウム箔を用いるのが好ましい。アルミニウム箔中の鉄の含有量は、アルミニウム箔100質量%中、0.1〜9.0質量%が好ましく、0.5〜2.0質量%がより好ましい。ここで、鉄の含有量が0.1質量%未満であると、耐ピンホール性、延展性を十分に付与させることが困難となる。一方、鉄の含有量が9.0質量%を超えると、柔軟性が損なわれやすくなる。
なお、アルミニウム箔に脱脂処理する場合は、アルミニウム箔の片面のみに脱脂処理を施してもよく、両面に脱脂処理を施してもよい。
腐食防止処理層(CL)14は、電解液やフッ酸によるアルミニウム箔層(AL)13の腐食を防止するために設けられる層である。腐食防止処理層(CL)14を設ける場合は、接着性樹脂層(AR)15と腐食防止処理層(CL)14との密着性に優れることが求められる。従って、接着性樹脂層(AR)15と腐食防止処理層(CL)14との密着性をより低熱量で確保できれば、熱ラミネート時の熱量をより下げることが可能になり、白化現象の抑制という点で有効となる。
特に、上述した官能基を有するポリマーがカチオン性ポリマーであれば、酸・塩基相互作用による反応性を付与できるため、低熱量で不飽和カルボン酸誘導体成分と容易に反応することが可能となり、接着性樹脂層(AR)15と腐食防止処理層(CL)14との密着性を低熱量で確保できるので好ましい。
ここで、多層の腐食防止処理層(CL)14の一例について、以下に詳しく説明する。
第一の腐食防止処理層(CL−1)14−1は、アルミニウム箔層(AL)13に、脱脂処理、熱水変成処理、陽極酸化処理、化成処理などを施すことで形成される。また、これら処理を組み合わせて施してもよい。
陽極酸化処理としては、アルマイト処理が挙げられる。
化成処理としては、クロメート処理やジルコニウム処理やチタニウム処理、バナジウム処理、モリブデン処理、リン酸カルシウム処理、水酸化ストロンチウム処理、セリウム処理、ルテニウム処理、またはこれらの処理にて用いられる材料を含む混合相からなる各種化成処理が挙げられる。
これらの熱水変成処理、陽極酸化処理、化成処理は、事前に上述した脱脂処理を施すことが好ましい。
また、リン酸塩を形成する塩としては、特に制約は受けないが、より好ましくは水溶性の塩であることが好ましい。
ここで、リン酸またはその塩の配合量の下限値は、5質量部以上がより好ましい。一方、上限値は、50質量部以下がより好ましく、20質量部以下が特に好ましい。
アニオン性ポリマーの形態としては、水溶性であるアニオン性ポリマーを架橋剤で架橋させた構造が好ましい。
イソシアネート基を有する化合物としては、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートまたはその水素添加物、ヘキサメチレンジイソシアネート、4−4’ジフェニルメタンジイソシアネートまたはその水素添加物、イソホロンジイソシアネートなどのジイソシアネート類、あるいはこれらのイソシアネート類を、トリメチロールプロパンなどの多価アルコールと反応させたアダクト体、水と反応させることで得られたビューレット体、または三量体であるイソシアヌレート体などのポリイソシアネート類、あるいはこれらのポリイソシアネート類をアルコール類、ラクタム類、オキシム類などでブロック化させたブロックポリイソシアネートなどが挙げられる。
オキサゾリン基を有する化合物としては、オキサゾリンユニットを2つ以上有する低分子化合物、あるいはイソプロペニルオキサゾリンのように重合性モノマーを用いる場合には、アクリル系モノマー、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルなどと共重合させた化合物を用いることが可能である。
第二の腐食防止処理層(CL−2)14−2は、上述したカチオン性ポリマーを含み、第一の腐食防止処理層(CL−1)14−1と接着性樹脂層(AR)15との密着性を向上させる。
これらカチオン性ポリマーとしては、アリルアミンまたはその誘導体が特に好ましい。
接着性樹脂層(AR)15は、主成分となる接着性樹脂組成物と添加剤成分とを含んで概略構成されている。
接着性樹脂組成物は、変性ポリオレフィン樹脂(a)成分と、マクロ相分離熱可塑性エラストマー(b)成分とを含有する。
変性ポリオレフィン樹脂(a)は、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸の酸無水物、不飽和カルボン酸のエステルのいずれかから導かれる不飽和カルボン酸誘導体成分が、ポリオレフィン樹脂にグラフト変性された樹脂であることが好ましい。
反応温度は、50〜250℃が好ましく、60〜200℃がより好ましい。
反応時間は、製造方法に応じて適宜設定されるが、例えば、二軸押出機による溶融グラフト重合の場合、押出機の滞留時間内、具体的には2〜30分が好ましく、5〜10分がより好ましい。
なお、グラフト変性は、常圧、加圧のいずれの条件下においても実施できる。
このような変性ポリオレフィン樹脂(a)成分は、各種金属や各種官能基を有するポリマーとの反応性に優れるため、該反応性を利用して接着性樹脂層(AR)15に密着性を付与することができ、耐電解液性を向上することができる。
マクロ相分離熱可塑性エラストマー(b)は、変性ポリオレフィン樹脂(a)に対し、分散相サイズが200nmを超え、50μm以下の範囲でマクロ相分離構造を形成する。
また、マクロ相分離熱可塑性エラストマー(b)成分としては、市販品を使用することができ、例えば、三井化学社製の「タフマー」、三菱化学社製の「ゼラス」、モンテル社製の「キャタロイ」などが適している。
接着性樹脂層(AR)15は、添加剤成分として、アタクチック構造のポリプロピレン又はプロピレン−αオレフィン共重合体(以下、単に、「成分(A)」と称する)を含むことを特徴としている。ここで、成分(A)は、完全非晶性の樹脂成分である。
(1)ポリプロピレンのプロピレン連鎖の側鎖の配向がアタクチック構造である場合
(2)プロピレン−αオレフィン共重合体中のプロピレン連鎖の側鎖の配向がアタクチック構造である場合
(3)プロピレン−αオレフィン共重合体中のαオレフィンの連鎖の側鎖の配向がアタクチック構造である場合
(4)プロピレン−αオレフィン共重合体中のプロピレン/αオレフィン複合連鎖の側鎖の配向がアタクチック構造である場合
F(1)=100×[mr]/([mm]+[mr]+[rr])
(1)熱ラミネート時の熱処理により、接着性樹脂層(AR)15中の変性ポリオレフィン樹脂(a)15aが結晶化する。
(2)変性ポリオレフィン樹脂(a)15aと、マクロ相分離熱可塑性エラストマー(b)15bは非相溶性であるため、(i)の結晶化の挙動により、両者の界面で歪が生じる。
(3)成形時に応力が加わることで、両者の界面に亀裂が生じ、ボイド−クレイズ15cが形成される(図2のPART(b))。
(4)ボイド−クレイズ15cにより光が散乱し、光学的な光の乱反射による白化現象が起こる。
接着性樹脂層(AR)15は、添加剤成分として、上述した成分(A)に加えて、アイソタクチック構造のプロピレン−αオレフィン共重合体(以下、単に「成分(B)」と称する)をさらに含むことが好ましい。
ここで、成分(B)は、接着性樹脂層(AR)15の主成分である接着性樹脂成分において、変性ポリオレフィン樹脂(a)が特にポリプロピレン系の接着性樹脂の場合に相溶ゴム成分として作用し、当該変性ポリオレフィン樹脂(a)の結晶化を抑制する。
一方、成分(B)の分析としては、フーリエ変換型赤外分光法(FT−IR)を用いて、α−オレフィンの分岐に帰属される吸収体と、変性ポリオレフィン樹脂(a)の特性吸収体に帰属される吸収体とで検量線を作成することで、配合比を確認することができる。
接着性樹脂層(AR)15の厚さは、特に限定されないが、応力緩和や水分・電解液透過の観点から、シーラント層と同じもしくはそれ以下であることが好ましい。
シーラント層(SL)16には、外装材10のヒートシールによる封止性が求められ、一般的には、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、ホモ、ブロック、あるいはランダムポリプロピレン、プロピレン−αオレフィン共重合体などのポリオレフィン樹脂、チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体あるいはそのエステル化物あるいはイオン架橋物などが挙げられる。シーラント層(SL)16は、上述した1種あるいは2種以上のブレンドからなる材料の単層から構成されていてもよく、シーラントとして求められる他の要求性能に応じて多層構造を形成していてもよい。該多層構造には、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分あるいは完全ケン化物や、ポリ酢酸ビニル共重合体の部分あるいは完全ケン化物といった、ガスバリア性を有する樹脂を介在させるということも含まれる。
次に、図1に示す外装材10(すなわち、本実施形態に係るリチウム電池用外装材)の製造方法の一例について説明する。
本実施形態に係る外装材10の製造方法は、アルミニウム箔層(AL)13に腐食防止処理層(CL)14を積層する工程と、基材層(SB)11とアルミニウム箔層(AL)13とを貼り合わせる工程と、接着性樹脂層(AR)15およびシーラント層(SL)16をさらに積層して積層体を作製する工程と、得られた積層体を熱処理する工程とを含んで概略構成されている。
本工程は、アルミニウム箔層(AL)13に対して、腐食防止処理層(CL)14を形成する工程である。その方法としては、上述したように、アルミニウム箔層(AL)13に脱脂処理、熱水変成処理、陽極酸化処理、化成処理を施したり、腐食防止性能を有するコーティング剤をアルミニウム箔層(AL)13に塗工したりする方法などが挙げられる。
腐食防止性能を有するコーティング剤のコート法については、グラビアコート、リバースコート、ロールコート、バーコートなど各種方法を用いることが可能である。
また、コーティング剤の塗布量は、0.005〜0.200g/m2が好ましく、0.010〜0.100g/m2がより好ましい。
また、乾燥キュアが必要な場合は、用いる腐食防止処理層(CL)14の乾燥条件に応じて、母材温度として60〜300℃の範囲で乾燥キュアを行うことができる。
本工程は、腐食防止処理層(CL)14を設けたアルミニウム箔層(AL)13と、基材層(SB)11とを、接着剤層(AD)12を介して貼り合わせる工程である。貼り合わせの方法としては、ドライラミネーション、ノンソルベントラミネーション、ウエットラミネーションなどの手法を用い、上述した接着剤層(AD)12を構成する材料にて両者を貼り合わせる。接着剤層(AD)12は、ドライ塗布量に換算して1〜10g/m2の範囲の塗布量、より好ましくは3〜7g/m2の範囲の塗布量で設ける。
本工程は、先の工程により形成された腐食防止処理層(CL)14上に、接着性樹脂層(AR)15およびシーラント層(SL)16を形成する工程である。その方法としては、押出ラミネート機を用いて接着性樹脂層(AR)15をシーラント層(SL)16と共にサンドラミネーションする方法が挙げられる。さらには、接着性樹脂層(AR)15とシーラント層(SL)16とを押出すタンデムラミネート法、共押出法でも積層可能である。
本工程により、図1に示すような、基材層(SB)11/接着剤(AD)12/アルミニウム箔層(AL)13/腐食防止処理層(CL)14/接着性樹脂層(AR)15/シーラント層(SL)16の順で各層が積層された積層体が得られる。
また、多層の腐食防止処理層(CL)14を形成する場合、押出ラミネート機にアンカーコート層を塗工することが可能なユニットを備えていれば、該ユニットにて第二の腐食防止処理層(CL−2)14−2を塗工してもよい。
本工程は、積層体を熱処理する工程である。積層体を熱処理することで、アルミニウム箔層(AL)13/腐食防止処理層(CL)14/接着性樹脂層(AR)15/シーラント層(SL)16間での密着性を向上させ、より優れた耐電解液性や耐フッ酸性を付与することができる。なお、本実施形態に係る外装材10によれば、接着性樹脂層(AR)15に少なくとも添加剤成分としてアタクチック構造のポリプロピレン又はプロピレン−αオレフィン共重合体(成分(A))を含むため、接着性樹脂層(AR)15の成形時の白化現象は抑制される。ただし、加熱・冷却が不十分であると、接着樹脂層(AR)とシーラント層(SL)16の結晶化が進行し、成形時の歪みで白化現象が発生することがある。
従って本工程では、上述した各層間での密着性を向上させるとともに、接着樹脂層(AR)、シーラント層(SL)16の結晶化が促進されない程度に熱処理するのが好ましい。熱処理の温度は、接着性樹脂層(AR)15やシーラント層(SL)16を構成する材料の種類などに依存する。熱処理の温度の目安としては、積層体の最高到達温度が融点[Tm(AR)又はTm(SL)]プラス20〜100℃になるように熱処理するのが好ましく、より好ましくは、プラス20〜60[Tm(AR)又はTm(SL)]℃である。積層体の最高到達温度がこの範囲未満であると、結晶核が残り結晶化が促進されやすくなる。一方、積層体の最高到達温度がこの範囲超えると、例えば、アルミニウム箔の熱膨張や、貼り合せ後の基材層(SB)の熱収縮が発生し加工性や特性を低下させる可能性がある。そのため、熱処理時間は、処理温度に依存するが、短時間(例えば、30秒未満)で行うのが望ましい。
また、冷却は結晶化を抑制するために、急速に冷却することが好ましい。冷却速度としては50〜100℃/秒程度が好ましい。
このようにして、図1に示すような、本実施形態に係る外装材10を製造することができる。
以下の実施例および比較例に用いた共通材料は下記の通りである。
<基材層(SB)>
SB:25μm−ポリエチレンテレフタラートフィルム(PET)とナイロンフィルム(Ny)との共押し出し多層延伸フィルム(グンゼ社製)を用いた。
<接着剤層(AD)>
AD:4μm−ポリエステルポリオール系主剤に対して、トリレンジイソシアネートのアダクト体系硬化剤を配合したポリウレタン系接着剤(東洋インキ社製)を用いた。
<腐食防止処理層(CL)>
後述する内層側の処理と同一とした。
<アルミニウム箔層(AL)>
AL:焼鈍脱脂処理した40μm−軟質アルミニウム箔(東洋アルミニウム社製、「8079材」)を用いた。
(CL−1):溶媒として蒸留水を用い、固形分濃度10wt%に調整した「ポリリン酸ナトリウム安定化酸化セリウムゾル」を用いた。なお、酸化セリウム100質量部に対して、リン酸のNa塩を10質量部配合し、酸化セリウムゾルを得た。
(CL−2):溶媒として蒸留水を用い、固形分濃度5wt%に調整した「ポリアクリル酸アンモニウム塩(東亞合成社製)」90wt%と、「アクリル−イソプロペニルオキサゾリン共重合体(日本触媒社製)」10wt%からなる組成物を用いた。
(CL−3):溶媒として1質量%濃度のリン酸水溶液を用い、固形分濃度1wt%に調整した水溶フェノール樹脂(住友ベークライト社製)に対し、フッ化クロム(CrF3)を最終乾燥皮膜中に存在するCr量として10mg/m2となるように濃度を調整した化成処理剤を用いた。
(CL−4):溶媒として蒸留水を用い固形分濃度5wt%に調整した「ポリアリルアミン(日東紡社製)」90wt%と、「ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス社製)」10wt%からなる組成物を用いた。
AR−[(a)+(b)]:非相容系ゴムとしてエチレン−プロピレンゴムを配合したランダムポリプロピレン(PP)ベースの酸変性ポリプロピレン樹脂組成物(三井化学社製)を用いた。
AR−(A):アタクチック構造のポリプロピレン又はプロピレン−αオレフィン共重合体(住友化学社製、「タフセレンH」)を用いた。
AR−(B):アイソタクチック構造のプロピレン−αオレフィン共重合体(三井化学社製、「タフマーXM」)を用いた。
SL:60μm−無延伸ポリプロピレン樹脂(フタムラ化学社製)を用いた。
<外装材の製造>
まず、アルミニウム箔層(AL)に、第一の腐食防止処理層をマイクログラビコートにより設けた。コーティング量はコーティング剤のドライ塗布量として50〜100mg/m2となるようにし、乾燥ユニットにおいてコーティング剤のタイプに応じて150〜250℃で焼き付け処理を施した。
なお、(CL−1)と(CL−2)を用いた構成については、これらの剤を複合化させることで腐食防止性能を発現させており、最初に、アルミニウム箔層(AL)に(CL−1)を塗工・焼付けした後、さらにその層上に(CL−2)をコーティングすることで、(CL−1)と(CL−2)からなる複合層を形成させた。(CL−3)については、この層を単独で第一の腐食防止処理層として用いた。
このようにして得られた積層体を、該積層体の最高到達温度が160、170、180、190、200℃のいずれかになるように、熱ラミネーションにより熱処理を施して、試験例1,3,5、実施例2,4,6,7〜11及び比較例1のリチウム電池用外装材を製造し、以下に記載の評価を行った。
一方、実施例7〜11のリチウム電池用外装材は、腐食防止処理の組合せをそれぞれ変更して得られている(下記の表2を参照)。また、実施例7〜11のリチウム電池用外装材において、接着性樹脂層(AR)の成分は、いずれも「(a)+(b)=60、(A)=20、(B)=20」の組成比とした。
(電解液ラミネート強度)
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)の溶液にLiPF6が1M(1mol/L)になるように調整した電解液をテフロン(登録商標)容器に充填し、その中に15mm×100mmにカットしたサンプルを入れ、密栓後85℃、24時間で保管した。その後、共洗し、AL/接着性樹脂間のラミネート強度(T形はく離強さ)を、試験機(INSTRON社製)を用いて測定した。試験は、JISK6854に準じて、試料を150mm×幅15mmに切断し、23℃×50%RH雰囲気下、剥離速度50mm/minで行った。
試験例1,3,5、実施例2,4,6及び比較例1のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表1に示す。また、実施例7〜11のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表2に示す。なお、表1及び表2中に示す評価の内容は下記の通りである。
◎(優):ラミネート強度が12N/15mm超
○(良):ラミネート強度が10N/15mm以上、12N/15mm以下
△(不可):ラミネート強度が6以上、10N/15mm未満
×(悪):ラミネート強度が6N/15mm未満
60mm×120mmにカットしたサンプルを2つに折り畳み、1辺を10mm幅のシールバーで190℃、0.5MPa、3secで熱封緘する。その後、残りの2辺も熱封緘し袋状になった外装材に、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)の混合溶液にLiPF6が1Mに調整した電解液を注入し、パウチを形成した。このパウチを60℃、24時間で保管後、熱封緘1辺目を15mm幅にカットし(図3を参照)、シール強度(T形はく離強さ)を、試験機(INSTRON社製)を用いて測定した。試験は、JISK6854に準じ、試料を150mm×幅15mmに切断し、23℃×50%RH雰囲気下、剥離速度50mm/minで行った。
試験例1,3,5、実施例2,4,6及び比較例1のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表1に示す。また、実施例7〜11のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表2に示す。なお、表1及び表2中に示す評価の内容は下記の通りである。
◎(優):シール強度が100N/15mm以上、バースト幅が10mm超
○(良):シール強度が100N/15mm以上、バースト幅が5〜10mm
△(不可):シール強度が80N/15mm以上、100N/15mm未満
×(悪):シール強度が80N/15mm未満
デガッシングヒートシール強度の評価対象であるサンプルの作成方法について説明する。まず、75mm×150mmにカットしたサンプルを準備する(図4A参照)。サンプルの中心(符号TDに平行な中心線)でサンプルを折り曲げることによって、2つ折りにした37.5mm×150mmのサンプルを得る(図4B、図4Cを参照)。その後、150mm辺(符号S1)と、2つの37.5mm辺のうち一方(符号S2)とをヒートシールし、製袋する(図4D)。その後、開口部を通じてパウチ内に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)の混合溶液にLiPF6が1Mに調整した電解液を5ml注液した(図4E)。2つの37.5mm辺の他方(符号S3、開口部を形成している辺)をヒートシールし、パウチを封止した(図4F)。その後、サンプルを60℃24時間保管後、電解液を含んだ状態でパウチ中央部を190℃、0.3MPa、2secでヒートシールした(デガッシングシール部DS、図4Gを参照)。即ち、デガッシングシール部DSにおいては、パウチ内の電解液を挟むように、サンプルを構成する2つの内面がヒートシールされる。シール部を安定化させるため、常温で24時間保管後、デガッシングシール部DSを15mm幅にカットした(図4Hを参照)。カットされたデガッシングシール部DSのヒートシール強度(T形はく離強さ)を、試験機(INSTRON社製)を用いて測定した。試験は、JISK6854に準じて、試料を150mm×幅15mmに切断し、23℃×50%RH雰囲気下、剥離速度50mm/minで行った。
試験例1,3,5、実施例2,4,6及び比較例1のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表1に示す。また、実施例7〜11のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表2に示す。なお、表1及び表2中に示す評価の内容は下記の通りである。
◎(優):シール強度が80N/15mm以上
○(良):シール強度が60N/15mm以上、80N/15mm未満
△(不可):シール強度が40N/15mm以上、60N/15mm未満
×(悪):シール強度が40N/15mm未満
屈曲絶縁性の評価対象であるサンプルの作成方法について説明する。以下の説明では、上述した図4A〜図4Hのいずれかを用いる場合がある。まず、(図5Aに示すように、75mm×150mmにカットしたサンプルを準備する。サンプルの中心(符号TDに平行な中心線)でサンプルを折り曲げることによって、2つ折りにした37.5mm×150mmのサンプルを得る(図4B、図4Cと同様)。その後、150mm辺(図4Dの符号S1に相当)をヒートシールした。その後、2つ折りにした37.5mm辺の一方(図4Dの符号S2に相当)において、タブシーラントを介してNiタブTBを挟み、この辺をヒートシールし、タブTBを固定した(図5B参照)。その後、サンプルの外層側の一部を研磨し、金属箔層を露出させた(図5B、符号EX)。その後、開口部を通じてパウチ内に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)の混合溶液にLiPF6が1Mに調整した電解液を5ml注液した(図4Eと同様)。開口部を形成している37.5mm辺(図4Dの符号S3に相当)をヒートシールにて封止した。その後、内層を膨潤させるために、サンプルを60℃の環境に24時間保存した。その後、電解液を含んだ状態でパウチ中央部をヒートシールし(デガッシングシール部DS、図5B)、電解液がシーラント層間に挟まれた状態で熱融着させた。その後、タブTBとマイナス端子とを繋ぎ、露出させた金属層EXとをプラス端子とを繋いだ(図5Bを参照)。その後、耐電圧/絶縁抵抗試験器(KIKUSUI製、「TOS9201」)を用いて、25Vの電圧を端子間に印加し、そのときの抵抗値が200MΩを越えていることを確認した。その後、タブの挟まったシール部を固定し、デガッシングシール部DSを90°30rpmの速さで屈曲させた。30回屈曲後、タブTBとマイナス端子とを繋ぎ、露出させた金属層EXとプラス端子とを繋いだ。その後、耐電圧/絶縁抵抗試験器(KIKUSUI製、「TOS9201」)を用いて、25Vの電圧を端子間に印加した。そのときの抵抗値が200MΩを超えた場合、絶縁良好と判定した。実施例及び比較例の各々における試験サンプルの個数は、30個とした。試験例1,3,5、実施例2,4,6及び比較例1のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表1に示す。また、実施例7〜11のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表2に示す。なお、表1及び表2中に示す評価の内容は下記の通りである。
常態もしくは、60℃1week保管したサンプルを、120mm×200mmにカットし、シーラント層(CPP)が成型機の凸部に接するように冷間成型用金型にセットし、成型速度10mm/secで5mmの深絞りを行った。その後、最も延伸が厳しいフィルム押さえ部側に位置する辺の白化を観察した。
金型:成型エリア、80mm×70mm(角筒型)
コーナーR:パンチ(RCP)1.0mm
試験例1,3,5、実施例2,4,6及び比較例1のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表1に示す。また、実施例7〜11のリチウム電池用外装材の結果を、下記の表2に示す。なお、表1及び表2中に示す評価の内容は下記の通りである。
◎(優):常態、80℃1weekで白化なし
○(良):常態で白化なし、80℃1weekで薄く白化
△(不可):常態で薄く白化、80℃1weekで白化
×(悪):常態で白化
下記の表1及び表2において、試験例1,3,5、実施例2,4,6,7〜11及び比較例1の上記評価結果を総合し、以下の基準にて総合評価した。
表1及び表2における各評価は、「◎(優)」及び「○(良)」が合格とし、「△(不可)」、「×(悪)」は性能面で劣ると判断した。また、総合評価としては、「△」及び「×」がない結果を合格「○」と判断し、「×(悪)」がある結果を不合格「×」と判断した。
これに対して、試験例1,3,5及び実施例2,4,6では、接着性樹脂層(AR)が添加剤成分(A)を含んでいるため、電解液ラミネート強度が良好であった。なお、添加剤成分(A)の含有量が2.5wt%である実施例2では、試験例1,3,5及び実施例4,6に比べて電解液ラミネート強度に劣るが、実用上では問題がない程度の電解液ラミネート強度を有する。さらに添加剤成分(A)に加えて添加剤成分(B)を添加した実施例2,4,6では、電解液ヒートシール強度、デガッシングヒートシール強度、屈曲絶縁および成形白化の評価項目がさらに良好な結果となった。
また、実施例8,11は、実施例4において第二の腐食防止処理層(CL−4)を設けなかった例を示している。この結果より、第二の腐食防止処理層(CL−4)を設けること(すなわち、特定のカチオン性ポリマーを腐食防止処理層(CL)に含有させること)が、積層体の熱処理による接着性樹脂層(AR)と腐食防止処理層(CL)との密着性向上に大きく寄与していることが確認できた。
実施例8,11で得られた外装材は、第二の腐食防止処理層(CL−4)が設けられていないので、実施例7,9,10に比べて接着性樹脂層(AR)と腐食防止処理層(CL)との密着性が低下し、その結果、耐電解液性がわずかに低下したが、実使用上では問題のない程度の耐電解液性が得られた。
11・・・基材層
12・・・接着剤層
13・・・アルミニウム箔層
14・・・腐食防止処理層
14−1・・・第一の腐食防止処理層
14−2・・・第二の腐食防止処理層
15・・・接着性樹脂層
15a・・・変性ポリオレフィン樹脂(a)
15b・・・マクロ相分離熱可塑性エラストマー(b)
15c・・・ボイド−クレイズ
16・・・シーラント層
Claims (6)
- 基材層の一方の面上に、接着剤層、少なくとも一方の面に腐食防止処理層を設けたアルミニウム箔層、接着性樹脂層及びシーラント層が順次積層されて構成された積層体を備えるリチウム電池用外装材であって、
前記接着性樹脂層が、マクロ相分離熱可塑性エラストマー成分を含有する接着性樹脂組成物と、アタクチック構造のポリプロピレン又はプロピレン−αオレフィン共重合体と、アイソタクチック構造のプロピレン−αオレフィン共重合体とを含み、
前記接着性樹脂層中の、前記接着性樹脂組成物の割合が40〜95wt%であり、前記アタクチック構造のポリプロピレン又はプロピレン−αオレフィン共重合体(A)とアイソタクチック構造のプロピレン−αオレフィン共重合体(B)との総量(A)+(B)の割合が、5〜60wt%である、リチウム電池用外装材。 - 前記アルミニウム箔層の、前記接着性樹脂層と接する面に前記腐食防止処理層が設けられており、
前記腐食防止処理層が、カチオン性ポリマーと前記カチオン性ポリマーと架橋させる架橋剤とを含む請求項1に記載のリチウム電池用外装材。 - 前記カチオン性ポリマーが、ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミンとカルボン酸を有するポリマーからなるイオン高分子錯体、アクリル主骨格に1級アミンをグラフトさせた1級アミングラフトアクリル樹脂、ポリアリルアミンまたはその誘導体、アミノフェノールよりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項2に記載のリチウム電池用外装材。
- 前記腐食防止処理層が、希土類元素系酸化物を含む層である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリチウム電池用外装材。
- 前記腐食防止処理層が、前記アルミニウム箔層に、脱脂処理、熱水変成処理、陽極酸化処理、化成処理のいずれか1種以上の処理を施して形成された層を含む請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のリチウム電池用外装材。
- 前記接着性樹脂組成物が、エチレン−プロピレンゴムを配合したランダムポリプロピレンベースの酸変性ポリプロピレン樹脂組成物を含む、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のリチウム電池用外装材。
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