JP7089996B2 - リチウムイオン電池 - Google Patents

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Description

本発明は、電池用粘着シートおよび当該電池用粘着シートを用いて製造されたリチウムイオン電池に関するものである。
一部の電池では、正極と、負極と、それらの間に位置するセパレータとが積層されてなる帯状の積層体が巻き取られた状態で内部に収容されている。正極および負極には、導電体からなる電極取り出しタブがそれぞれ接続されており、これらの電極取り出しタブを介して、正極および負極は、それぞれ電池の正極端子および負極端子に電気的に接続されている。
上記積層体の巻き留めや、電極への電極取り出しタブの固定には、粘着シートが使用されることがある。このような粘着シートとしては、通常、基材と、当該基材の一方の面に設けられた粘着剤層とからなるものが用いられる。また、絶縁性といった所望の性能を向上する観点から、上記基材における上記粘着剤層とは反対側の面や、上記基材と上記粘着剤層との間に、絶縁性材料等を含有する絶縁層を設けてなる粘着シートが用いられることもある。
しかしながら、上述したような絶縁層を粘着剤層とは別に設けることは、製造コストの増大を招く。そのため、粘着剤層に絶縁性材料等を含有させることによって、上述したような絶縁層を設けることなく粘着シートの絶縁性を向上させることも試みられている。例えば、特許文献1には、粘着剤層にアルミナを含有させた粘着シートが開示されている。また、特許文献2には、粘着剤層に、水酸化マグネシウム、アルミナ、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、窒化ホウ素、酸化チタンまたは炭酸マグネシウムを含有させた粘着シートが開示されている。
国際公開第2017/038010号 特開2017-152372号公報
上述したような基材と粘着剤層とを備える粘着シートは、粘着剤層を形成するための粘着性組成物を基材の片面に塗工し、それにより得られた塗膜を硬化させて粘着剤層とすることで製造されることがある。あるいは、剥離シートの片面(特に、剥離処理によって剥離面となっている面)に上記粘着性組成物を塗工し、それにより得られた塗膜を硬化させて粘着剤層とした後、当該粘着剤層を基材の片面に転写することで、上記粘着シートが製造されることもある。
特許文献1および2に開示されるような、絶縁性材料を含む粘着剤層を備える粘着シートも、上述したような方法により製造することができる。この場合、絶縁性材料を含有する粘着性組成物を、基材または剥離シートの片面に塗工することとなる。しかしながら、粘着性組成物が絶縁性材料を含有していることに起因して、当該粘着性組成物を塗工して得られる塗膜の表面には、粒状や筋状の形状が生じたり、凹凸の形状が生じたりすることがある。これらの表面形状は、当該塗膜を硬化してなる粘着剤層の表面にもほぼそのまま残ってしまう。そして、このような表面形状を有した粘着剤層を備える粘着シートは、被着体に対して所望の粘着力を発揮することができないといった問題を有するものとなってしまう。
また、絶縁性材料を含有する粘着性組成物を塗工することにより形成された粘着剤層では、平面視で、局所的に絶縁性が低い領域が生じ易い。このような粘着剤層を備える粘着シートを、電位差が存在する2つの物質の間においた場合、上述した絶縁性が低い領域が、優先的に導体路となってしまう。そのため、たとえその他の領域が十分な絶縁性を発揮するものであったとしても、粘着シート全体としては所望の絶縁性を達成できないものとなってしまう。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、局所的な絶縁性の低下が抑制され、かつ、高い粘着力を有する電池用粘着シート、およびかかる電池用粘着シートを使用したリチウムイオン電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第1に本発明は、基材と、前記基材の一方の面側に設けられた、無機微粒子を含む粘着剤層とを備える電池用粘着シートであって、前記粘着剤層における前記基材とは反対側の面を対象とする画像解析により測定される、前記粘着剤層中の前記無機微粒子の粒度分布において、前記無機微粒子の体積基準の累積50%粒子径をD50とし、前記無機微粒子の体積基準の累積90%粒子径をD90とした場合に、前記D50が、0.5μm以上、2.8μm以下であり、前記D50に対する前記D90の比率(D90/D50)が、1.3以上、2.0以下であることを特徴とする電池用粘着シートを提供する(発明1)。
上記発明(発明1)に係る電池用粘着シートでは、粘着剤層における基材とは反対側の面(以下、「粘着面」という場合がある。)において測定される上述したD50およびD90が上述した関係を満たすものであることにより、粘着剤層中において無機微粒子が、粒径の比較的大きな凝集体を形成することなく存在する状態となっているとともに、粘着剤層中における無機微粒子の粒径のバラツキが比較的小さいものとなっている。そのため、当該粘着剤層を備える電池用粘着シートは、局所的な絶縁性の低下が抑制されたものとなると共に、高い粘着力を有するものとなる。
上記発明(発明1)において、前記D90が、1.0μm以上、3.8μm以下であることが好ましい(発明2)。
上記発明(発明1,2)において、前記粘着剤層の厚さが、1μm以上、50μm以下であることが好ましい(発明3)。
上記発明(発明1~3)において、アルミニウム板に対する前記電池用粘着シートの粘着力が、0.5N/25mm以上、50N/25mm以下であることが好ましい(発明4)。
第2に本発明は、基材と、前記基材の一方の面側に設けられた、無機微粒子を含む粘着剤層とを備える電池用粘着シートであって、前記粘着剤層が、前記無機微粒子を含有する粘着性組成物から形成されたものであり、レーザー回折・散乱法により測定される、前記粘着性組成物中における前記無機微粒子の粒度分布において、前記無機微粒子の体積基準の累積50%粒子径をD50’とし、前記無機微粒子の体積基準の累積90%粒子径をD90’とした場合に、前記D50’が、0.1μm以上、2.0μm以下であり、前記D50’に対する前記D90’の比率(D90’/D50’)が、1.5以上、4.0以下であることを特徴とする電池用粘着シートを提供する(発明5)。
上記発明(発明5)において、前記粘着性組成物中における前記無機微粒子について、JIS K5600-2-5:1999に準拠して測定される粒ゲージ粒度が、1μm以上、20μm以下であることが好ましい(発明6)。
第3に本発明は、電池の内部にて、前記電池用粘着シート(発明1~6)を用いて、2つ以上の導電体同士が接触した状態で固定されていることを特徴とするリチウムイオン電池を提供する(発明7)。
本発明に係る電池用粘着シートは、局所的な絶縁性の低下が抑制されると共に、高い粘着力を有する。そのため、当該電池用粘着シートを用いて製造されたリチウムイオン電池は、高い安全性を有するものとなる。
本発明の一実施形態に係る電池用粘着シートの断面図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の部分断面分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の電極体の展開斜視図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
〔電池用粘着シート〕
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る電池用粘着シート1は、基材11と、基材11の一方の面側に設けられた粘着剤層12と、粘着剤層12における基材11とは反対の面側に設けられた剥離シート13とから構成される。また、本実施形態に係る電池用粘着シート1では、粘着剤層12が無機微粒子121を含む。
ここで、本明細書における「電池用粘着シート」は、電池の製造において電解液に接触する可能性のある箇所で使用される粘着シートであり、好ましくは電池の内部にて使用される粘着シートであり、電池内装用粘着シートであってもよい。電池としては、非水系電池であることが好ましい。したがって、当該電池に使用する電解液は非水系電解液であることが好ましい。本明細書における電池用粘着シートは、非水系電池内部の電解液に浸漬する可能性のある部位または電解液に接触する可能性のある部位に貼付される粘着シートであることが好ましい。非水系電池としては、リチウムイオン電池が特に好ましい。
本実施形態に係る電池用粘着シート1では、粘着剤層12が無機微粒子121を含むことにより、当該粘着剤層12が絶縁層として機能する。これにより、本実施形態に係る電池用粘着シート1は、優れた絶縁性を発揮することができる。
また、本実施形態に係る電池用粘着シート1では、粘着面を対象とする画像解析により測定される、粘着剤層12中の無機微粒子121の粒度分布において、無機微粒子121の体積基準の累積50%粒子径をD50とし、無機微粒子121の体積基準の累積90%粒子径をD90とした場合に、当該D50が0.5μm以上、2.8μm以下であるとともに、当該D50に対する当該D90の比率(D90/D50)が1.3以上、2.0以下である。なお、上記粒度分布の測定方法の詳細は、後述する試験例に記載の通りである。
粘着剤層12中の無機微粒子121の粒度分布において、上述した関係が満たされる場合、無機微粒子121は粘着剤層12中において凝集状態が少なく、かつ、均一な分散状態にて存在するものとなる。その結果、被着体と接するべき粘着面は平滑性の高いものとなり、高い粘着力を発現することが可能となる。
さらに、粘着剤層12中の無機微粒子121の粒度分布において、上述した関係が満たされる場合、無機微粒子121は、粘着剤層12中において、その粒径のバラツキが比較的小さい状態で存在するものとなる。このような粘着剤層12では、無機微粒子121が均一に分布するものとなり、これによっても、本実施形態に係る電池用粘着シート1が高い粘着力を発現するものとなる。さらに、粘着剤層12中における無機微粒子121の分布が均一となることにより、平面視における絶縁性のバラツキも生じ難いものとなる。これにより、本実施形態に係る電池用粘着シート1は、平面視において、局所的な絶縁性の低下が生じ難いものとなる。
なお、上記D50が2.8μmを超えると、粘着剤層中においては、無機微粒子が、粒径の比較的大きな凝集体を形成した状態となる。そのため、粘着剤層表面の平滑性が損なわれることにより粘着力が低下するとともに、無機微粒子の密度が低い部分ができ、粘着剤層が局所的に絶縁性の低い部分を有する状態となってしまう。このような問題を回避する観点から、上記D50は、2.4μm以下であることが好ましく、特に1.9μm以下であることが好ましい。
また、上記D50が0.5μm未満であると、本実施形態に係る電池用粘着シート1が十分な絶縁性を達成できないものとなる。このような問題を回避する観点から、上記D50は、0.9μm以上であることが好ましく、特に1.4μm以上であることが好ましい。
また、上記比率(D90/D50)は2.0以下である。当該比率が2.0を超える場合、粘着剤層は、平面視における絶縁性のバラツキが大きいものとなり、当該粘着剤層を備える電池用粘着シートにおいて、局所的な絶縁性の低下を回避することができない。このような問題を回避する観点から、上記比率(D90/D50)は、1.9以下であることが好ましく、特に1.8以下であることが好ましい。
また、上記比率(D90/D50)の値は、D50の値が小さくなるほど、小さく抑えることが困難となる傾向にある。このことを換言すれば、D50の値を比較的小さな値としつつ、上記比率(D90/D50)の値を小さく抑えることは困難となる傾向にある。このため、D50の値を小さくし易くする観点から、上記比率(D90/D50)は、1.3以上であり、1.4以上であることが好ましく、特に1.5以上であることが好ましい。
上記D90は、1.0μm以上であることが好ましく、特に1.5μm以上であることが好ましく、さらには2.3μm以上であることが好ましい。また、上記D90は、3.8μm以下であることが好ましく、特に3.4μm以下であることが好ましく、さらには2.9μm以下であることが好ましい。上記D90がこれらの範囲であることにより、上記D50および上記比率(D90/D50)をそれぞれ上述した範囲に調整し易いものとなる。
1.各構成要素
1-1.基材
本実施形態に係る電池用粘着シート1では、基材11は、絶縁破壊を生じる最小の電圧が高いことが好ましく、例えば、当該電圧が、1kV以上であることが好ましく、特に2kV以上であることが好ましく、さらには5kV以上であることが好ましい。当該電圧が1kV以上であることにより、基材11の絶縁破壊が生じ難く、電池用粘着シート1の信頼性がより高いものとなる。
また、基材11は、UL94規格の難燃レベルV-0を満たす難燃性を有することが好ましい。基材11がこのような難燃性を有することにより、通常の電池の使用により発熱した場合であっても、基材11の変性や変形が抑制される。また、電池に不具合が発生し、過度に発熱した場合であっても、基材11の発火や燃焼が抑制され、重大な事故が防止される。
基材11の材料は、絶縁性、難燃性、耐熱性、電解液との反応性、電解液の透過性等の観点から適宜選択できる。特に、基材11としては、樹脂フィルムを使用することが好ましい。樹脂フィルムとしては、例えば、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等のポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等のポリオレフィンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム等の主鎖に窒素を含む重合体からなるフィルム、セロファン、ジアセチルセルロースフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、アセチルセルロースブチレートフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレン-酢酸ビニル共重合体フィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリスルフォンフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、ポリウレタン樹脂フィルム、ノルボルネン系重合体フィルム、環状オレフィン系重合体フィルム、環状共役ジエン系重合体フィルム、ビニル脂環式炭化水素重合体フィルム等の樹脂フィルムまたはそれらの積層フィルムが挙げられる。特に、絶縁性および難燃性の観点から、主鎖に窒素を含む重合体のフィルム(当該重合体以外の成分を含有してもよい。本明細書にて同様。)が好ましく、特に主鎖に窒素含有環構造を有する重合体のフィルムが好ましく、さらには、主鎖に窒素含有環構造および芳香環構造を有する重合体のフィルムが好ましい。具体的には、例えば、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルムまたはポリエーテルエーテルケトンフィルムが好ましく、これらの中でも絶縁性および難燃性に特に優れるポリイミドフィルムが好ましい。
基材11の厚さは、下限値として、5μm以上であることが好ましく、特に10μm以上であることが好ましく、さらには15μm以上であることが好ましい。基材11の厚さの下限値が上記であることにより、例えば電池用粘着シート1によって電極取り出しタブが固定されてなる電極体が巻き取られ、電池用粘着シート1に巻き圧が印加された場合であっても、基材11の破断を効果的に抑制することができる。また、基材11の厚さは、上限値として、200μm以下であることが好ましく、特に100μm以下であることが好ましく、さらには40μm以下であることが好ましい。基材11の厚さの上限値が上記であることにより、電池用粘着シート1が適度な柔軟性を有し、電極と電極取り出しタブとを固定する場合のように、段差が存在する面に電池用粘着シート1を貼付する場合であっても、当該段差に対して良好に追従することができる。
1-2.粘着剤層
(1)無機微粒子
粘着剤層12は、粘着成分を含むとともに、無機微粒子121を含む。当該無機微粒子121としては、粘着面の画像解析により得られる無機微粒子121の粒度分布において、当該粒度分布から得られるD50およびD90が前述した関係を満たすものとなる限り特に限定されず、例えば、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、アルミナ、チタニア、シリカ、ベーマイト、タルク、酸化鉄、炭化珪素、硫酸バリウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム等の粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維およびガラス繊維等を使用することができる。これらは、単独で使用してもよく、または2種以上を混合して使用してもよい。これらの中でも、高い絶縁性を達成するとともに、前述したD50および比率(D90/D50)を前述した範囲に調整し易いという観点から、炭酸カルシウム、および水酸化アルミニウムの少なくとも一種を使用することが好ましい。
本実施形態における無機微粒子121は、平均粒径が0.01μm以上であるものを使用することが好ましく、0.1μm以上であるものを使用することがより好ましく、特に0.2μm以上であるものを使用することが好ましく、さらには0.8μm以上であるものを使用することが好ましい。また、本実施形態における無機微粒子121は、無機微粒子121が10μm以下であるものを使用することが好ましく、特に5μm以下であるものを使用することが好ましく、さらには1.4μm以下であるものを使用することが好ましい。無機微粒子121の平均粒径が上記範囲であることで、粘着面の画像解析により得られる無機微粒子121の粒度分布において、当該粒度分布から得られるD50およびD90が前述した関係を満たし易いものとなる。なお、ここにおける平均粒径とは、無機微粒子121単体について、レーザー回折・散乱法によって測定されたものをいい、粘着性組成物中における無機微粒子121の平均粒径ではなく、また、粘着剤層12中における無機微粒子121の平均粒径でもないものとする。
無機微粒子121の屈折率は、1.4以上であることが好ましく、特に1.5以上であることが好ましく、さらには1.55以上であることが好ましい。また、無機微粒子121の屈折率は、2以下であることが好ましく、特に1.8以下であることが好ましく、さらには1.7以下であることが好ましい。無機微粒子121の屈折率が上記範囲であることで、粘着剤層12を巨視的に見た場合に、無機微粒子121の濃度勾配等の存在を目視により確認することが容易となる。
なお、無機微粒子121の上述した屈折率は、次の方法により測定したものである。すなわち、スライドガラス上に無機微粒子121を載せ、屈折率標準液を無機微粒子121上に滴下し、カバーガラスを被せることで作製した試料を、顕微鏡で観察し、微粒子の輪郭が最も見づらくなった屈折率標準液の屈折率の値を、無機微粒子121の屈折率とする。
粘着剤層12中における無機微粒子121の含有量は、粘着剤層12に含まれる粘着成分100質量部に対して、5質量部以上であることが好ましく、特に15質量部以上であることが好ましく、さらには25質量部以上であることが好ましい。また、粘着剤層12中における無機微粒子121の含有量は、粘着剤層12に含まれる粘着成分100質量部に対して、500質量部以下であることが好ましく、特に250質量部以下であることが好ましく、さらには80質量部以下であることが好ましい。無機微粒子121の含有量が粘着剤層12に含まれる粘着成分100質量部に対して上述した範囲で粘着剤層12中に含有されることで、本実施形態に係る電池用粘着シート1が優れた絶縁性を達成し易いものとなる。
(2)粘着成分
粘着剤層12に含まれる粘着成分に特に制限はなく、電解液への溶出性、難燃性、耐熱性、絶縁性等の観点から適宜選択することができる。特に、当該粘着成分としては、アクリル系粘着成分、シリコーン系粘着成分、ゴム系粘着成分およびウレタン系粘着成分の少なくとも1種を使用することが好ましい。また、粘着剤層12に含まれる粘着成分は、エマルション型、溶剤型または無溶剤型のいずれでもよく、架橋タイプまたは非架橋タイプのいずれであってもよい。上記の中でも、粘着力の微妙な調整の容易さ等の観点から、アクリル系粘着成分が好ましく、特に架橋タイプのアクリル系粘着成分が好ましく、さらには溶剤型の架橋タイプのアクリル系粘着成分が好ましい。
上述したアクリル系粘着成分は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)および架橋剤(B)からなるものであることが好ましい。この場合、粘着剤層12は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)および架橋剤(B)からなるアクリル系粘着成分と、無機微粒子121とを含むものとなる。このような粘着剤層12は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)、架橋剤(B)および無機微粒子121を含有する粘着性組成物(以下「粘着性組成物P」という場合がある。)から形成されるものであることが好ましい。
なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの両方を意味する。他の類似用語も同様である。また、「重合体」には「共重合体」の概念も含まれるものとする。
(2-1)(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、粘着剤層12が被着体に対して高い密着性を有し易いものとする観点から、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が1~10の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含有することが好ましい。このような(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸n-ペンチル、(メタ)アクリル酸n-ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸n-デシル等が挙げられる。これらの中でも、アルキル基の炭素数が3~9のアクリル酸アルキルエステルが好ましく、特にアルキル基の炭素数が5~8のアクリル酸アルキルエステルが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が1~10の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを50質量%以上含有することが好ましく、特に60質量%以上含有することが好ましく、さらには70質量%以上含有することが好ましい。上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルを50質量%以上含有することで、被着体に対する密着性がより向上する。また、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が1~10の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを99質量%以下含有することが好ましく、特に95質量%以下含有することが好ましく、さらには90質量%以下含有することが好ましい。上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルを99質量%以下とすることにより、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)中に他のモノマー成分を好適な量導入することができる。
また、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、粘着剤層12が優れた耐電解液性を有し易いものとする観点から、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が11~20の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含有することが好ましい。このような(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸n-ラウリル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸パルミチル、(メタ)アクリル酸ステアリル等が挙げられる。これらの中でも、アルキル基の炭素数が12~18の(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が11~20の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを1質量%以上含有することが好ましく、5質量%以上含有することがより好ましく、10質量%以上含有することが特に好ましい。1質量%以上含有することにより、得られる粘着剤層12がより高い疎水性を有するものとなり、それにより優れた耐電解液性を達成し易いものとなる。一方、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、アルキル基の炭素数が11~20の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを40質量%以下含有することが好ましく、30質量%以下含有することがより好ましく、20質量%以下含有することが特に好ましい。上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルを40質量%以下含有することにより、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)中に他のモノマー成分を好適な量導入し易いものとなる。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、所望により、当該重合体を構成するモノマー単位として、上記以外のモノマーを含有してもよい。当該モノマーとしては、反応性を有する官能基を含むモノマーであってもよいし、反応性を有する官能基を含まないモノマーであってもよい。
反応性を有する官能基を含むモノマー(反応性官能基含有モノマー)としては、分子内にカルボキシ基を有するモノマー(カルボキシ基含有モノマー)、分子内に水酸基を有するモノマー(水酸基含有モノマー)、分子内にアミノ基を有するモノマー(アミノ基含有モノマー)等が挙げられる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、水酸基含有モノマーまたはカルボキシ基含有モノマーを含むことが好ましく、特にカルボキシ基含有モノマーを含むことが好ましい。カルボキシ基含有モノマーを含むことで、形成される粘着剤層12の極性が増大し、電解液への耐溶出性がより優れたものとなる。
カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸が好ましい。アクリル酸によれば、上記の効果がより優れたものとなる。上記カルボキシ基含有モノマーは、それぞれ単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
水酸基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチルなどの(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アミノ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸アミノエチル、(メタ)アクリル酸n-ブチルアミノエチル等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、反応性官能基含有モノマーを、0.5質量%以上含有することが好ましく、特に1質量%以上含有することが好ましく、さらには3質量%以上含有することが好ましい。また、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、当該重合体を構成するモノマー単位として、反応性官能基含有モノマーを、30質量%以下含有することが好ましく、特に20質量%以下含有することが好ましく、さらには9質量%以下含有することが好ましい。(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)がモノマー単位として上記の量で反応性官能基含有モノマーを含有すると、架橋剤(B)との反応により架橋構造が良好に形成されて、形成される粘着剤層12の凝集力が適度に高くなり、それによって、電解液への耐溶出性がより優れたものとなる。
一方、反応性を有する官能基を含まないモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル等の(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸N,N-ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N-ジメチルアミノプロピル、(メタ)アクリロイルモルホリン等の非架橋性の3級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、スチレンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、溶液重合したものであってもよいし、無溶剤で重合したものであってもよいし、エマルション重合したものであってもよい。中でも、溶液重合法によって得られた溶液重合物であることが好ましい。溶液重合物であることにより、直鎖状の高分子量のポリマーが得やすく、粘着剤層12の耐電解液性をより優れたものにし易くなる。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の重合態様は、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の重量平均分子量は、下限値として5万以上であることが好ましく、10万以上であることがより好ましく、特に20万以上であることが好ましく、さらには50万以上であることが好ましい。(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の重量平均分子量の下限値が上記であると、形成される粘着剤層12の電解液への耐溶出性がより優れたものとなる。
また、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の重量平均分子量は、上限値として250万以下であることが好ましく、200万以下であることがより好ましく、特に120万以下であることが好ましく、さらには95万以下であることが好ましい。(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の重量平均分子量の上限値が上記であると、被着体に対する密着性がより優れたものとなる。なお、本明細書における重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定した標準ポリスチレン換算の値である。
なお、粘着性組成物Pにおいて、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(2-2)架橋剤(B)
架橋剤(B)としては、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)が有する反応性官能基と反応するものであればよく、例えば、イソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤、アミン系架橋剤、メラミン系架橋剤、アジリジン系架橋剤、ヒドラジン系架橋剤、アルデヒド系架橋剤、オキサゾリン系架橋剤、金属アルコキシド系架橋剤、金属キレート系架橋剤、金属塩系架橋剤、アンモニウム塩系架橋剤等が挙げられる。架橋剤(B)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の中でも、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)が有する反応性官能基、特にカルボキシ基含有モノマー由来のカルボキシ基との反応性、および反応後の耐電解液性、絶縁性能等の観点から、イソシアネート系架橋剤を使用することが好ましい。
イソシアネート系架橋剤は、少なくともポリイソシアネート化合物を含むものである。ポリイソシアネート化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネートなど、及びそれらのビウレット体、イソシアヌレート体、さらにはエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ヒマシ油等の低分子活性水素含有化合物との反応物であるアダクト体などが挙げられる。中でも水酸基との反応性の観点から、トリメチロールプロパン変性の芳香族ポリイソシアネート、特にトリメチロールプロパン変性トリレンジイソシアネートおよびトリメチロールプロパン変性キシリレンジイソシアネートが好ましい。
粘着性組成物P中における架橋剤(B)の含有量は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)100質量部に対して、下限値として、0.1質量部以上であることが好ましく、特に0.5質量部以上であることが好ましく、さらには1質量部以上であることが好ましい。また、当該含有量は、上限値として、20質量部以下であることが好ましく、特に15質量部以下であることが好ましく、さらには10質量部以下であることが好ましい。架橋剤(B)の含有量が上記の範囲にあると、架橋構造が良好に形成されて、形成される粘着剤層12の凝集力が適度に高くなり、それによって、電解液への耐溶出性がより優れたものとなる。
(2-3)各種添加剤
粘着性組成物Pは、所望により、アクリル系粘着剤に通常使用されている各種添加剤、例えば粘着付与剤、酸化防止剤、軟化剤、充填剤などを含有することができる。なお、後述の重合溶媒や希釈溶媒は、粘着性組成物Pを構成する添加剤に含まれないものとする。
(3)粘着性組成物Pの製造
粘着性組成物Pは、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)を製造し、得られた(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)に、無機微粒子121、および、所望により架橋剤(B)、添加剤等を加えることで製造することができる。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)は、重合体を構成するモノマーの混合物を通常のラジカル重合法で重合することにより製造することができる。(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の重合は、所望により重合開始剤を使用して、溶液重合法により行うことが好ましい。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、無溶剤にて重合してもよい。重合溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン等が挙げられ、2種類以上を併用してもよい。
重合開始剤としては、アゾ系化合物、有機過酸化物等が挙げられ、2種類以上を併用してもよい。アゾ系化合物としては、例えば、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチル-4-メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリック酸)、2,2’-アゾビス(2-ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]等が挙げられる。
有機過酸化物としては、例えば、過酸化ベンゾイル、t-ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2-エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5-トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、ジアセチルパーオキシド等が挙げられる。
なお、上記重合工程において、2-メルカプトエタノール等の連鎖移動剤を配合することにより、得られる重合体の重量平均分子量を調節することができる。
(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)が得られたら、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)の溶液に、無機微粒子121、および、所望により架橋剤(B)、添加剤等を添加し、十分に混合することにより、粘着性組成物Pを得る。このときの混合は、ミキサー等を用いて撹拌することにより行うことが好ましい。当該撹拌の撹拌条件としては、回転数を3000rpm以上とすることが好ましく、特に6000rpm以上とすることが好ましく、さらには8000rpm以上とすることが好ましい。また、回転数を30万rpm以下とすることが好ましく、特に10万rpm以下とすることが好ましく、さらには5万rpm以下とすることが好ましい。撹拌の時間としては、10分間以上とすることが好ましく、特に20分間以上とすることが好ましく、さらには30分間以上とすることが好ましい。また、撹拌の時間を1000分間以下とすることが好ましく、特に300分間以下とすることが好ましく、さらには60分間以下とすることが好ましい。このような条件にて撹拌を行うことにより、粘着面の画像解析により得られる無機微粒子121の粒度分布において、当該粒度分布から得られるD50およびD90が、前述した関係を満たし易いものとなる。
なお、粘着性組成物Pは、塗工に適切な粘度に調整したり、粘着剤層12を所望の膜厚に調整するため、適宜、前述の重合溶媒に加え、希釈溶媒等で希釈して、後述する塗工液としてもよい。希釈溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン等が挙げられ、2種類以上を併用してもよい。
(4)粘着性組成物Pの架橋
粘着性組成物Pが架橋剤(B)を含有する場合、粘着性組成物Pを架橋することで、粘着剤層12を形成することができる。粘着性組成物Pの架橋は、通常は加熱処理により行うことができる。なお、この加熱処理は、所望の対象物に塗工した粘着性組成物Pの塗膜から希釈溶剤等を揮発させる際の乾燥処理で兼ねることもできる。
加熱処理の加熱温度は、50~150℃であることが好ましく、特に70~120℃であることが好ましい。また、加熱時間は、30秒~10分であることが好ましく、特に50秒~5分であることが好ましい。
加熱処理後、必要に応じて、常温(例えば、23℃、50%RH)で1~2週間程度の養生期間を設けてもよい。この養生期間が必要な場合は、養生期間経過後、養生期間が不要な場合には、加熱処理終了後、粘着剤層12が形成される。
(5)粘着性組成物の物性
本実施形態に係る電池用粘着シート1では、粘着剤層12を形成するための、無機微粒子121を含有する粘着性組成物を対象として、レーザー回折・散乱法により測定される、粘着性組成物中における無機微粒子121の粒度分布において、無機微粒子121の体積基準の累積50%粒子径をD50’とした場合、D50’が、0.1μm以上であることが好ましく、特に0.5μm以上であることが好ましく、さらには1.0μm以上であることが好ましい。また、上記D50’は、2.0μm以下であることが好ましく、特に1.7μm以下であることが好ましく、さらには1.4μm以下であることが好ましい。D50’がこれらの範囲であることにより、D50を前述した範囲に調整し易いものとなる。なお、ここにおける粘着性組成物とは、前述した(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)、架橋剤(B)および無機微粒子121を含有する粘着性組成物Pに限定されず、本実施形態における粘着剤層12を形成するために使用できる全ての粘着性組成物を指すものとする。
さらに、本実施形態に係る電池用粘着シート1では、粘着性組成物を対象としてレーザー回折・散乱法により測定される上述した粒度分布において、無機微粒子121の体積基準の累積90%粒子径をD90’とした場合、上記D50’に対する当該D90’の比率(D90’/D50’)が、1.5以上であることが好ましく、特に2.0以上であることが好ましく、さらには2.5以上であることが好ましい。また、比率(D90’/D50’)は、4.0以下であることが好ましく、特に3.5以下であることが好ましく、さらには3.0以下であることが好ましい。比率(D90’/D50’)がこれらの範囲であることで、比率(D90/D50)を前述した範囲に調整し易くなる。
上記D90’は、0.3μm以上であることが好ましく、特に1.5μm以上であることが好ましく、さらには2.5μm以上であることが好ましい。また、上記D90’は、4.0μm以下であることが好ましく、特に3.5μm以下であることが好ましく、さらには3.0μm以下であることが好ましい。上記D90’がこれらの範囲であることにより、上記D50および上記比率(D90/D50)をそれぞれ上述した範囲に調整し易いものとなる。
粘着性組成物を対象として、レーザー回折・散乱法により測定される、粘着性組成物中における無機微粒子121の粒度分布の測定方法の詳細は、後述する試験例に記載の通りである。なお、前述したような画像解析による粒度分布の測定では、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定と比較して、測定可能な粒径の範囲が狭まる傾向があることがわかっている。しかしながら、大きな凝集が生じていない場合、測定可能な範囲について比較する限り、体積基準の累積50%粒子径および累積90%粒子径といった値は、2つの測定方法の間において、完全に一致はしないまでも、近似した値となることがわかっている。
本実施形態に係る電池用粘着シート1では、粘着剤層12を形成するための、無機微粒子121を含有する粘着性組成物について、JIS K5600-2-5:1999に準拠して測定される、粘着性組成物中における無機微粒子121の粒ゲージ粒度が、20μm以下であることが好ましく、特に13μm以下であることが好ましく、さらには8μm以下であることが好ましい。上記粒ゲージ粒度が20μm以下であることで、前述したD50および比率(D90/D50)を前述した範囲に調整し易いものとなる。また、上記粒ゲージ粒度は、1μm以上であることが好ましく、特に2μm以上であることが好ましく、さらには3μm以上であることが好ましい。上記粒ゲージ粒度が1μm以上であることで、本実施形態に係る電池用粘着シート1が優れた絶縁性を達成し易いものとなる。なお、ここにおける粘着性組成物とは、前述した(メタ)アクリル酸エステル重合体(A)、架橋剤(B)および無機微粒子121を含有する粘着性組成物Pに限定されず、本実施形態における粘着剤層12を形成するために使用できる全ての粘着性組成物を指すものとする。また、上記粒ゲージ粒度の測定方法の詳細は、後述する試験例に記載の通りである。
(6)粘着剤層の厚さ
粘着剤層12の厚さ(JIS K7130に準じて測定した値)は、下限値として、1μm以上であることが好ましく、特に3μm以上であることが好ましく、さらには5μm以上であることが好ましい。粘着剤層12の厚さの下限値が上記であることにより、電池用粘着シート1は高い絶縁性を発揮し易いものとなる。また、粘着剤層12の厚さは、上限値として、50μm以下であることが好ましく、特に20μm以下であることが好ましく、さらには10μm以下であることが好ましい。粘着剤層12の厚さの上限値が上記であることにより、粘着剤層12の端部から浸入する電解液の量を効果的に低減することができる。
また、粘着剤層12の厚さは、無機微粒子121の平均粒径の1.1倍以上であることが好ましく、5倍以上であることがより好ましく、10倍以上であることが特に好ましく、15倍以上であることがさらに好ましい。粘着剤層12の厚さが無機微粒子121の平均粒径の1.1倍以上であることにより、粘着面の画像解析により得られる無機微粒子121の粒度分布において、当該粒度分布から得られるD50およびD90が前述した関係を満たし易いものとなる。なお、無機微粒子121の平均粒径を基準とする粘着剤層12の厚さの倍率の上限は特に制限されないが、100倍以下であることが好ましく、60倍以下であることがより好ましく、30倍以下であることが特に好ましい。
1-3.剥離シート
剥離シート13は、電池用粘着シート1の使用時まで粘着剤層12を保護するものであり、電池用粘着シート1を使用するときに剥離される。本実施形態に係る電池用粘着シート1において、剥離シート13は必ずしも必要なものではない。
剥離シート13としては、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリブテンフィルム、ポリブタジエンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、塩化ビニル共重合体フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリウレタンフィルム、エチレン酢酸ビニルフィルム、アイオノマー樹脂フィルム、エチレン・(メタ)アクリル酸共重合体フィルム、エチレン・(メタ)アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、液晶ポリマーフィルム等が用いられる。また、これらの架橋フィルムも用いられる。さらに、これらの積層フィルムであってもよい。
剥離シート13の剥離面(粘着剤層12と接する面)には、剥離処理が施されていることが好ましい。剥離処理に使用される剥離剤としては、例えば、アルキッド系、シリコーン系、フッ素系、不飽和ポリエステル系、ポリオレフィン系、ワックス系の剥離剤が挙げられる。
剥離シート13の厚さについては特に制限はないが、通常20~150μm程度である。
2.電池用粘着シートの物性等
(1)粘着力
本実施形態に係る電池用粘着シート1のアルミニウム板に対する粘着力は、下限値として0.5N/25mm以上であることが好ましく、1.0N/25mm以上であることがより好ましい。電池用粘着シート1の粘着力の下限値が上記であることにより、電池用粘着シート1が被着体(特に金属部材)から剥離する不具合が発生し難い。上記粘着力の上限値は特に限定されないが、通常は50N/25mm以下であることが好ましく、40N/25mm以下であることがより好ましく、特に30N/25mm以下であることが好ましく、さらには5N/25mm以下であることが好ましい。なお、本明細書における粘着力は、基本的にはJIS Z0237:2009に準じた180°引き剥がし法により測定した粘着力をいい、詳細な測定方法は後述する試験例にて示す通りである。
(2)電池用粘着シートの厚さ
電池用粘着シート1の厚さ(剥離シート13の厚さを除く)は、10μm以上であることが好ましく、特に15μm以上であることが好ましく、さらには20μm以上であることが好ましい。また、電池用粘着シート1の厚さは、250μm以下であることが好ましく、特に110μm以下であることが好ましく、さらには45μm以下であることが好ましい。電池用粘着シート1の厚さが上記範囲であることで、優れた粘着力および高い絶縁性を両立し易いものとなる。
3.電池用粘着シートの製造方法
本実施形態に係る電池用粘着シート1の製造方法としては、基材11の片側に対し、粘着剤層12を形成することができれば特に限定されない。例えば、前述した粘着性組成物Pおよび所望により溶剤を含有する塗工液を、剥離シート13の剥離面に塗工し、加熱処理を行って、塗膜を形成する。形成された塗膜は、養生期間が不要な場合は、そのまま粘着剤層12となり、養生期間が必要な場合は、養生期間経過後に粘着剤層12となる。加熱処理および養生の条件については、前述した通りである。続いて、形成された粘着剤層12における剥離シート13とは反対側の面に、基材11の片方の面を貼合し、必要に応じて、養生期間を設けた後に、電池用粘着シート1を得ることができる。
上記加熱処理は、塗工液の希釈溶剤等を揮発させる際の乾燥処理で兼ねることもできる。加熱処理を行う場合、加熱温度は、50~150℃であることが好ましく、特に70~120℃であることが好ましい。また、加熱時間は、30秒~10分であることが好ましく、特に50秒~2分であることが好ましい。加熱処理後、必要に応じて、常温(例えば、23℃、50%RH)で1~2週間程度の養生期間を設けてもよい。
また、本実施形態に係る電池用粘着シート1の別の製造方法として、基材11上に粘着性組成物Pを塗工した後、基材11上にて粘着剤層12を形成することで電池用粘着シート1を得てもよい。この場合における粘着性組成物Pの塗工、加熱処理および養生は、前述した方法と同様に行うことができる。
本実施形態に係る電池用粘着シート1においては、D50’およびD90’が前述の範囲を満たす粘着性組成物Pを用いて粘着剤層12を形成することが好ましい。この場合、該粘着性組成物Pによる塗膜は表面平滑性に優れたものとなり、結果、それを乾燥・架橋して得られる粘着剤層12も表面平滑性に優れたものとなる。また、粘着剤層12の粘着面を対象とする画像解析により測定される、粘着剤層12中の無機微粒子121の粒度分布において、当該粒度分布から得られるD50およびD90が前述した関係を満たし易いものとなる。これにより、粘着面の表面状態に優れた電池用粘着シート1を製造することができる。
〔リチウムイオン電池〕
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池は、電池の内部にて、前述した電池用粘着シート1を用いて、2つ以上の導電体同士が接触した状態で固定されているものである。2つ以上の導電体の少なくとも1つはシート状であり、少なくとも1つは線状またはテープ状であることが好ましい。以下、好ましい実施形態に係るリチウムイオン電池について説明する。
図2に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン電池2は、底部が負極端子23を構成する有底円筒状の外装体21と、外装体21の開口部に設けられた正極端子22と、外装体21の内部に設けられた電極体24とを備えている。また、当該リチウムイオン電池2の内部には、電解液が封入されている。
電極体24は、それぞれシート状(帯状)の、正極活物質層241aが積層された正極集電体241と、負極活物質層242a層が積層された負極集電体242と、それらの間に介在するセパレータ243とを備えている。なお、正極集電体241および正極活物質層241aの積層体を正極という場合があり、負極集電体242および負極活物質層242aの積層体を負極という場合があり、それら正極および負極を包括して電極という場合がある。正極、負極およびセパレータ243は、それぞれ巻回されて、外装体21の内部に挿入される。
また、図3に示すように、正極集電体241には、線状またはテープ状の電極取り出しタブ244が、前述した電池用粘着シート1によって貼り付けられており、それによって電極取り出しタブ244は正極集電体241に電気的に接続している。この電極取り出しタブ244は、上記正極端子22にも電気的に接続している。なお、負極集電体242は、図示しない電極取り出しタブを介して負極端子23に電気的に接続している。
一般的に、正極集電体241および負極集電体242は、アルミニウムといった金属を材料とし、電極取り出しタブ244は、アルミニウムまたは銅といった金属を材料とする。
リチウムイオン電池2で使用される電解液は、通常、非水系電解液である。この非水系電解液としては、例えば、電解質としてのリチウム塩が、環状炭酸エステルと低級鎖状炭酸エステルとの混合溶媒に溶解したものが好ましく挙げられる。リチウム塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、ホウフッ化リチウム(LiBF)といったフッ素系錯塩や、LiN(SORf)・LiC(SORf)(ただしRf=CF,C)等が使用される。また、環状炭酸エステルとしては、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等が使用され、低級鎖状炭酸エステルとしては、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等が好ましく挙げられる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池2は、電極取り出しタブ244の固定に前述した電池用粘着シート1を使用する以外、通常の方法によって製造することができる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池2では、電極取り出しタブ244の正極241への貼付を電池用粘着シート1により行っている。この電池用粘着シート1では、粘着面を対象とする画像解析により測定される、粘着剤層12中の無機微粒子121の粒度分布において、当該粒度分布から得られるD50およびD90が前述した関係を満たす。これにより、電池用粘着シート1は、粘着面における表面状態が優れたものとなっているとともに、平面視において局所的な絶縁性の低下が抑制されたものとなっている。そのため、当該電池用粘着シート1は、被着体から剥がれるといった不具合が生じ難いとともに、優れた絶縁性を発揮することができる。結果として、本実施形態に係るリチウムイオン電池2は、優れた性能を発揮することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、電池用粘着シート1において、剥離シート13は省略されてもよい。また、電池用粘着シート1において、基材11と粘着剤層12との間には、他の層が設けられてもよい。
以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。
〔実施例1〕
1.粘着性組成物の塗工液の調製
アクリル酸2-エチルヘキシル80質量部、メタクリル酸ラウリル15質量およびアクリル酸5質量部を溶液重合法により共重合させて、(メタ)アクリル酸エステル重合体を調製した。この重合体の分子量を後述するゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定したところ、重量平均分子量(Mw)は75万であった。
次に、得られた(メタ)アクリル酸エステル重合体100質量部(固形分換算値;以下同じ)と、イソシアネート系架橋剤としてのトリメチロールプロパン変性トリレンジイソシアネート(トーヨーケム社製,商品名「BHS8515」)3.72質量部とを混合し、酢酸エチルで希釈することにより、固形分濃度が30%である希釈液とした。当該希釈液は、粘着成分として、上記(メタ)アクリル酸エステル重合体および上記イソシアネート系架橋剤を含むものである。
得られた希釈液に対し、上記粘着成分100質量部に対して、無機微粒子としての炭酸カルシウム微粒子(神島化学工業社製,製品名「軽微性炭酸カルシウム」,平均粒径:1.1μm,屈折率:1.69)27.5質量部を添加した後、高速マルチ撹拌システム(プライミクス社製,製品名「ラボ・リューション(登録商標)」;撹拌部の製品名「ネオミクサー(登録商標)」)を用い、10,000rpm、30分間の撹拌条件にて撹拌して混合することで、粘着性組成物の塗工液を得た。
2.粘着剤層の形成
上記工程1において得られた粘着性組成物の塗工液を、ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面をシリコーン系剥離剤で剥離処理した剥離シート(リンテック社製,商品名「SP-PET251130」)の剥離処理面にコンマコーターで塗工し、得られた塗膜を120℃で1分間乾燥させ、厚さ9μmの粘着剤層を形成した。これにより、剥離シートと粘着剤層とからなる積層体を得た。
3.電池用粘着シートの作製
上記工程2において得られた積層体における粘着剤層側の面と、基材としてのポリイミドフィルム(東レデュポン社製,製品名「カプトン100H」,厚さ:25μm,UL94規格の難燃レベル:V-0)の一方の面とを貼合し、その後、23℃、50%RHで7日間養生することで、基材と、粘着剤層と、剥離シートとがこの順に積層されてなる電池用粘着シートを得た。
ここで、前述した重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて以下の条件で測定(GPC測定)した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量である。
<測定条件>
・GPC測定装置:東ソー社製,HLC-8320
・GPCカラム(以下の順に通過):東ソー社製
TSK gel superH-H
TSK gel superHM-H
TSK gel superH2000
・測定溶媒:テトラヒドロフラン
・測定温度:40℃
〔実施例2〕
無機微粒子の種類および添加量を表1に示すように変更した以外、実施例1と同様にして電池用粘着シートを製造した。
〔比較例1〕
無機微粒子の添加後の撹拌に使用する高速マルチ撹拌システムの撹拌部をプライミクス社製の製品名「ホモディスパー」に変更し、その撹拌条件を表1に示すように変更した以外、実施例1と同様にして電池用粘着シートを製造した。
〔比較例2〕
無機微粒子の種類および添加量を表1に示すように変更するとともに、無機微粒子の添加後の撹拌に使用する高速マルチ撹拌システムの撹拌部をプライミクス社製の製品名「ホモディスパー」に変更し、その撹拌条件を表1に示すように変更した以外、実施例1と同様にして電池用粘着シートを製造した。
〔比較例3〕
無機微粒子を添加しないとともに、前述した撹拌を行うことなく調製した粘着性組成物の塗工液を使用した以外、実施例1と同様にして電池用粘着シートを製造した。
〔試験例1〕(画像解析による粒度分布の測定)
実施例1~2および比較例1~2で得られた電池用粘着シートから剥離シートを剥離し、露出した粘着剤層の露出面について、走査型電子顕微鏡(キーエンス社製,製品名「VE-9800」)を用いて、倍率2000倍にて表面画像を取得した。このとき、明るさの設定は「0」とし、コントラストの設定は「1600」とした。
得られた表面画像について、画像解析ソフト(マウンテック社製,製品名「Mac-View」)を用いて、粘着剤層中に含まれる無機微粒子の粒度分布の測定解析を行った。このとき、無機微粒子の粒径は、Heywood径(各粒子の投影面積を円で換算した際の粒径)にて測定し、解析条件としては、「複雑形」による解析とし、検出感度の設定を「20」、検出確度の設定を「0.7」(小さい粒子も検出する)、ローカット処理輝度の設定を「140以下」とした。
上記のように得られた粒度分布から、体積基準の累積50%粒子径(D50)、および体積基準の累積90%粒子径(D90)を特定した。さらに、当該D50に対する当該D90の比率(D90/D50)を算出した。これらの結果を表1に示す。
〔試験例2〕(レーザー回析・散乱法による粒度分布の測定)
実施例1~2および比較例1~2に係る電池用粘着シートの製造の際に調製した粘着性組成物の塗工液について、レーザー散乱式粒度分布測定器(マルバルーン社製,製品名「マスターサイザー」)を用いて、含有される無機微粒子の粒度分布の測定解析を行った。得られた粒度分布から、体積基準の累積50%粒子径(D50’)、および体積基準の累積90%粒子径(D90’)を特定した。さらに、当該D50’に対する当該D90’の比率(D90’/D50’)を算出した。これらの結果を表1に示す。
〔試験例3〕(粒ゲージ粒度の測定)
実施例1~2および比較例1~2に係る電池用粘着シートの製造の際に調製した粘着性組成物の塗工液について、グラインドメーター(テスター産業社製,製品名「PI-901 粒度測定器」,測定範囲0~50μm)を用いて、JIS K5600-2-5:1999に準拠して粒ゲージ粒度を測定した。結果を表1に示す。
〔試験例4〕(粘着力の測定)
本試験例による電池用粘着シートの粘着力は、以下に示す操作以外、JIS Z0237:2009に準じて測定した。
実施例および比較例で得られた電池用粘着シートを幅25mm、長さ250mmに裁断した後、剥離シートを剥離することで試験片を得た。この試験片の露出した粘着剤層を、23℃、50%RHの環境下で、被着体としてのアルミニウム板に2kgゴムローラーを用いて貼付した。その直後、万能型引張試験機(オリエンテック社製,製品名「テンシロンUTM-4-100」)を用いて、剥離角度180°、剥離速度300mm/minで試験片を上記アルミニウム板から剥離することにより、粘着力(N/25mm)を測定した。結果を表1に示す。
〔試験例5〕(塗工性の評価)
実施例および比較例に係る電池用粘着シートの製造の際に、粘着性組成物の塗工液を剥離シートの剥離処理面に塗工して得られた塗膜における、剥離シートとは反対側の面の表面状態を目視にて観察し、以下の基準に基づいて、粘着性組成物の塗工性を評価した。結果を表1に示す。
〇:粒状や筋状の形状が存在せず、均一な表面状態であった。
×:粒状または筋状の形状が生じていた。
〔試験例6〕(絶縁性の評価)
実施例および比較例で得られた電池用粘着シートを10mm×10mmのサイズに裁断した後、剥離シートを剥離し、露出した粘着剤層の露出面を、1cm×1cmのアルミニウム板の片面に貼合することで試験片を得た。続いて、当該試験片を、800℃の窒素雰囲気環境下において1時間加熱した。
加熱後の試験片について、デジタルハイテスタ(日置電機社製,製品名「3802-50」)を用い、粘着シートの平面視で任意の1点について、抵抗値(Ω)を測定した。さらに、測定する位置を変更しながら、合計で10回測定を繰り返した。これにより、平面視で任意の10点についての、電池用粘着シートの厚さ方向の抵抗値を得た。
続いて、10点の測定結果のうち、1.0×1010Ω以上となっている点の数をカウントした。その結果を表1に示す。さらに、抵抗値が1.0×1010Ω以上となった点の数に基づいて、以下の基準により電池用粘着シートの絶縁性を評価した。
〇:抵抗値が1.0×1010Ω以上となった点が10点であった。
×:抵抗値が1.0×1010Ω以上となった点が9点以下であった。
なお、表1に記載の略号等の詳細は以下の通りである。
[無機微粒子]
炭酸カルシウム:炭酸カルシウム微粒子(神島化学工業社製,製品名「軽微性炭酸カルシウム」,平均粒径:1.1μm,屈折率:1.69)
水酸化アルミニウム:水酸化アルミニウム微粒子(日本軽金属社製,製品名「BF013」,平均粒径:1.2μm,屈折率:1.57)
Figure 0007089996000001
表1から明らかなように、実施例の電池用粘着シートは、粘着剤層を形成する際に、粘着性組成物の塗工性に優れていた。さらに、実施例の電池用粘着シートは、粘着力が大きく、局所的に絶縁性が低下した部分がなく、優れた絶縁性を示すものであった。
本発明に係る粘着性組成物および電池用粘着シートは、リチウムイオン電池の内部にて使用するのに好適であり、特に、電極取り出しタブを電極に貼り付けるのに好適である。
1…電池用粘着シート
11…基材
12…粘着剤層
121…無機微粒子
13…剥離シート
2…リチウムイオン電池
21…外装体
22…正極端子
23…負極端子
24…電極体
241…正極集電体
241a…正極活物質層
242…負極集電体
242a…負極活物質層
243…セパレータ
244…電極取り出しタブ

Claims (6)

  1. 電池の内部にて、電池用粘着シートを用いて、2つ以上の導電体同士が接触した状態で固定されているリチウムイオン電池であって、
    前記電池用粘着シートが、基材と、前記基材の一方の面側に設けられた、無機微粒子を含む粘着剤層とを備え、
    前記無機微粒子の平均粒径が、0.8μm以上、10μm以下であり、
    前記粘着剤層における前記基材とは反対側の面を対象とする画像解析により測定される、前記粘着剤層中の前記無機微粒子の粒度分布において、前記無機微粒子の体積基準の累積50%粒子径をD50とし、前記無機微粒子の体積基準の累積90%粒子径をD90とした場合に、
    前記D50が、0.5μm以上、2.8μm以下であり、
    前記D50に対する前記D90の比率(D90/D50)が、1.3以上、2.0以下である
    ことを特徴とするリチウムイオン電池
  2. 前記D90が、1.0μm以上、3.8μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池
  3. 前記粘着剤層の厚さが、1μm以上、50μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン電池
  4. アルミニウム板に対する前記電池用粘着シートの粘着力が、0.5N/25mm以上、50N/25mm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池
  5. 電池の内部にて、電池用粘着シートを用いて、2つ以上の導電体同士が接触した状態で固定されているリチウムイオン電池であって、
    前記電池用粘着シートが、基材と、前記基材の一方の面側に設けられた、無機微粒子を含む粘着剤層とを備え、
    前記粘着剤層が、前記無機微粒子を含有する粘着性組成物から形成されたものであり、
    前記無機微粒子の平均粒径が、0.8μm以上、10μm以下であり、
    レーザー回折・散乱法により測定される、前記粘着性組成物中における前記無機微粒子の粒度分布において、前記無機微粒子の体積基準の累積50%粒子径をD50’とし、前記無機微粒子の体積基準の累積90%粒子径をD90’とした場合に、
    前記D50’が、0.1μm以上、2.0μm以下であり、
    前記D50’に対する前記D90’の比率(D90’/D50’)が、1.5以上、4.0以下である
    ことを特徴とするリチウムイオン電池
  6. 前記粘着性組成物中における前記無機微粒子について、JIS K5600-2-5:1999に準拠して測定される粒ゲージ粒度が、1μm以上、20μm以下であることを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン電池
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