JP7101338B2 - 蓄電デバイス用部材、その製造方法及び蓄電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、蓄電デバイス用部材、その製造方法及び蓄電デバイスに関する。本出願は、２０１７年６月２日に出願した日本特許出願である特願２０１７－１１００９６号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

電子機器の電源にリチウムイオン二次電池が利用されている。また、電気二重層キャパシタ等、二次電池以外の蓄電デバイスも開発されている。例えば二次電池は、アルミラミネートフィルムなどの袋状の外装体に正極及び負極等を含む電極群が収納され、この外装体の内部から外部にわたってタブリードが配置された構成が代表的である（特許文献１参照）。

上記タブリードは、上記電極群の正極又は負極と外部の部材との間で電力の授受を行う金属製の基材を主体とする。一方、上記袋状の外装体も、一般的には金属製のフィルム状の基材を備える。この外装体の基材とタブリードの基材とを絶縁するため、両者はそれぞれに設けられた樹脂製の樹脂層を介して接合される。また、このような樹脂層が設けられていることで、外装体を袋状にした状態で電極群を外装体内に封止することができる。

これらの樹脂層を形成する樹脂としては、ポリプロピレン等のポリオレフィンが一般的である。なお、このような樹脂層には、金属製の基材と十分に密着していることが求められる。しかし、ポリオレフィン等は金属との密着性が低いため、タブリード等においては、通常、酸変性ポリオレフィンを介して基材にポリオレフィン樹脂層が積層されている。

特開２０１４－０１７１７５号公報

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、金属を主成分とする基材、及びこの基材に積層される樹脂層を備える蓄電デバイス用部材であって、上記樹脂層が、架橋されたフッ素樹脂を含む蓄電デバイス用部材である。

本発明の一態様は、金属を主成分とする基材にフッ素樹脂を含む層を積層する工程、及び上記フッ素樹脂を含む層に電離放射線を照射する工程を備える蓄電デバイス用部材の製造方法である。

本発明の一態様は、正極と、負極と、電解液と、上記正極、上記負極及び上記電解液を収納する外装体と、一端が上記外装体から露出し、他端が上記正極又は負極と接続されているタブリードとを備え、上記外装体とタブリードとが熱融着されている蓄電デバイスであって、上記外装体及びタブリードの少なくとも一方が、当該蓄電デバイス用部材である蓄電デバイスである。

図１は、本発明の蓄電デバイスの第１実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。 図２は、図１の二次電池の部分断面図である。 図３は、本発明の蓄電デバイス用部材の第２実施形態に係るタブリードを示す部分断面図ある。 図４は、本発明の蓄電デバイスの第３実施形態に係る二次電池を示す部分断面図である。

[本開示が解決しようとする課題]
上記樹脂層には、熱融着性や上述した基材との密着性の他、電解液に対する耐久性、すなわち耐薬品性や、耐熱性、難燃性、強度などが要求される。耐薬品性や耐熱性が不十分である場合、熱融着した界面や基材と樹脂層との界面などから電解液の漏出が生じやすくなるといった不都合がある。特に、電気自動車用の蓄電デバイスを初めとして、蓄電デバイスの大電流化及び高電圧化が進んでいることなどから、耐熱性等に係る要求は高まってきている。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、良好な耐熱性及び難燃性を有する蓄電デバイス用部材、このような蓄電デバイス用部材の製造方法、並びにこのような蓄電デバイス用部材を備える蓄電デバイスを提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本発明は、良好な耐熱性及び難燃性を有する樹脂層を備える蓄電デバイス用部材、このような蓄電デバイス用部材の製造方法、並びにこのような蓄電デバイス用部材を備える蓄電デバイスを提供することができる。
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る蓄電デバイス用部材は、金属を主成分とする基材、及びこの基材に積層される樹脂層を備える蓄電デバイス用部材であって、上記樹脂層が、架橋されたフッ素樹脂を含む。本明細書において「架橋された」とは、三次元架橋構造が形成されていることを示す。

当該蓄電デバイス用部材によれば、樹脂層が架橋されたフッ素樹脂を含むため、耐熱性や耐薬品性が良好であり、液漏れの発生が抑制される。また、この架橋されたフッ素樹脂は、難燃性にも優れる。このように当該蓄電デバイス用部材は、樹脂層の耐熱性、難燃性等に優れるため、使用温度が高く、厳しい環境下での使用が想定される蓄電デバイス、例えば電気自動車用の蓄電デバイスに用いられる部材として好適である。さらに、当該蓄電デバイス用部材が用いられた蓄電デバイスは、発熱などといった予測できない異常事態が生じた場合の安全性も高い。ここで、「主成分」とは、質量基準で最も含有量が多い成分をいい、好ましくは５０質量％以上含まれる成分である。

当該蓄電デバイス用部材は、上記フッ素樹脂と上記基材の表面との間に化学結合を有していることが好ましい。これにより、基材と樹脂層との密着性を高めることができ、例えば落下等による衝撃が加わった場合でも液漏れを抑え、安全性を確保することができる。また、当該蓄電デバイス用部材は、製造工程において基材の粗面化処理や接着剤を不要とし、生産性を高めることもできる。なお、「化学結合」とは、共有結合、イオン結合及び水素結合をいう。

上記樹脂層が、熱融着層であることが好ましい。これにより、優れた熱融着性を発揮することができる。ここで、「熱融着層」とは、熱融着処理により他の樹脂層と熱融着する層をいう。この熱融着処理の際、当該蓄電デバイス用部材の樹脂層、すなわち熱融着層が軟化し、熱融着するものであってよいし、接着対象の他の樹脂層が軟化し、熱融着するものであってもよい。後者の場合、当該蓄電デバイス用部材の熱融着層は、熱融着の際に実質的に軟化しないものであってもよい。

上記樹脂層が、クロス又はフィラーを含有し、上記樹脂層の線膨張率が、１×１０^－７／Ｋ以上４０×１０^－６／Ｋ以下であることが好ましい。このように樹脂層にクロス又はフィラーを含有させることで線膨張率が小さくなり、樹脂層の熱膨張率と、金属を主成分とする基材の熱膨張率とを近づけることができる。このようにすることで、温度変化に伴う歪みの発生が抑制されることなどにより、剥離強度、すなわち層間の密着性をより高めることができる。例えば基材とフッ素樹脂を含む樹脂層とをプレス等によって仮止めしてから、架橋のための電離放射線照射をする際、照射するまでの間に線膨張率の差から、基材と樹脂層との間に微小な空隙が生じる場合がある。そこで、このように樹脂層にフィラーやクロスを含有させて、樹脂層の熱膨張率と基材の熱膨張率とを近づけることで、線膨張率の差に起因する上記空隙の発生を抑制することができる。さらに、樹脂層にクロスやフィラーを含有させることで、引張破断強さなどが改善し、安全性、耐久性等を高めることができる。ここで、「線膨張率」は、１℃温度上昇することで物体の長さが膨張する割合であって、２０℃から１５０℃における平均値である。この「線膨張率」は、ＪＩＳ－Ｋ－７１９７（２０１２年）「プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法」に準じて測定することができる。

当該蓄電デバイス用部材は、上記樹脂層の上記基材とは反対の面側に積層され、フッ素樹脂を含む被覆層をさらに備え、上記被覆層に含まれるフッ素樹脂が、非架橋フッ素樹脂、又は架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂であることが好ましい。このようなフッ素樹脂を含む被覆層をさらに備えることで、良好な耐熱性及び難燃性を維持しつつ、熱融着性を高めることができる。

上記架橋されたフッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）であることが好ましい。ＦＥＰは、他のフッ素樹脂と比べて融点が低く、３００℃程度における流動性が高い。従って、上記樹脂層にＦＥＰを用いることで、熱融着温度を低くしたり、熱融着処理時間を短くしたりすることができる。

上記被覆層に含まれるフッ素樹脂が、ＦＥＰであることが好ましい。上記のようにＦＥＰは、フッ素樹脂の中でも熱融着性の観点から好ましい樹脂である。被覆層にＦＥＰを用いることで、熱融着温度を低くしたり、熱融着処理時間を短くしたりすることができる。

上記樹脂層と上記基材との剥離強度が、０．１Ｎ／ｃｍ以上１００Ｎ／ｃｍ以下であることが好ましい。樹脂層と基材との剥離強度を０．１Ｎ／ｃｍ以上とすることで、基材と樹脂層との密着性をより高めることができる。また、この剥離強度は、樹脂層中のフッ素樹脂の架橋の程度を示す指標となる。従って、上記剥離強度が０．１Ｎ／ｃｍ以上である場合、適度な架橋が生じているといえ、耐熱性や耐薬品性がより高まる。一方、樹脂層と基材との剥離強度が１００Ｎ／ｃｍ以下である場合、加熱によってある程度軟化される程度の架橋状態となっているといえ、熱融着性を高めることができる。ここで、「剥離強度」とは、ＪＩＳ－Ｋ－６８５４－２（１９９９年）の「接着剤－剥離接着強さ試験方法－２部：１８０度剥離」に準拠する試験方法により得られる剥離強度を意味する。

上記樹脂層が積層されている領域における上記基材の表面の十点平均粗さ（Ｒ_Ｚ）が、０．００１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このように、樹脂層が積層されている領域における基材の表面の平滑性が高い場合、樹脂層の厚さが均一化されることもあり、絶縁破壊やマイグレーションの発生を抑制することができる。また、これにより、熱融着性や耐薬品性も高めることができる。さらに、このように基材の表面の平滑性が高い場合、エッチング等の粗面化処理をする必要性がなくなり、生産性を高めることもできる。ここで、「十点平均粗さ（Ｒｚ）」とは、ＪＩＳ－Ｂ－０６０１（２００１年）に準じてカットオフ値（λｃ）２．５ｍｍ、評価長さ（ｌ）１２．５ｍｍで測定される値を意味する。

当該蓄電デバイス用部材は、タブリード又は外装体であることが好ましい。当該蓄電デバイス用部材をタブリードや外装体に採用した場合、耐熱性や難燃性といった本発明の利点をより効果的に享受することができる。

本発明の一態様に係る蓄電デバイス用部材の製造方法は、金属を主成分とする基材にフッ素樹脂を含む層を積層する工程、及び上記フッ素樹脂を含む層に電離放射線を照射する工程を備える。

上記電離放射線の照射により、照射された層中のフッ素樹脂が架橋され、また、フッ素樹脂と基材中の金属等との化学結合も生じ得る。従って、当該製造方法によれば、耐熱性及び難燃性が良好であり、基材との密着性にも優れる樹脂層を備える蓄電デバイス用部材を製造することができる。

本発明の一態様に係る蓄電デバイスは、正極と、負極と、電解液と、上記正極、負極及び電解液を収納する外装体と、一端が上記外装体から露出し、他端が上記正極又は負極と接続されているタブリードとを備え、上記外装体とタブリードとが熱融着されている蓄電デバイスであって、上記外装体及びタブリードの少なくとも一方が、当該蓄電デバイス用部材である。

当該蓄電デバイスによれば、外装体及びタブリードの少なくとも一方が当該蓄電デバイス用部材であるため、この樹脂層の耐熱性及び難燃性が良好である。従って、当該蓄電デバイスは、高温等の厳しい環境下や、高電圧大電流で用いられる場合においても、良好な品質を保つことなどができる。

当該蓄電デバイスは、上記外装体とタブリードとの間に介在する熱融着フィルムをさらに備え、上記熱融着フィルムが、非架橋フッ素樹脂、又は上記架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂を含むことが好ましい。当該蓄電デバイスによれば、非架橋フッ素樹脂、又は上記架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂を含む熱融着フィルムが、外装体とタブリードとの間に介在されているため、熱融着性を高めることができる。
［本発明の実施形態の詳細］
＜第１実施形態：二次電池１０＞
以下、本発明の蓄電デバイスの第１実施形態としての二次電池について、適宜図面を参照しつつ詳説する。また、この二次電池に備わる、本発明の蓄電デバイス用部材の一実施形態としての外装体及びタブリードについてもあわせて説明する。

図１及び図２に示す二次電池１０は、図示しない板状の正極、板状の負極及び電解液と、外装体１１と、タブリード１２、１２’とを備える。

図示しない正極及び負極は、セパレータを介して積層され、積層電極群を形成している。この積層電極群と電解液とが、外装体１１に密閉状態で収納されている。この外装体１１中において、積層電極群は電解液中に浸漬された状態となっている。外装体１１は、後述するように積層フィルムから形成されている。２枚の積層フィルム又は折り曲げられた１枚の積層フィルムの周囲のシール部１３が熱融着されていることにより、密封状態となっている。タブリード１２は、一端が外装体１１から露出し、他端が外装体１１内の正極と接続されるように配置されている。また、タブリード１２’は、一端が外装体１１から露出し、他端が外装体１１内の負極と接続されるように配置されている。タブリード１２、１２’の中間部分は、外装体１１である積層フィルムに挟まれており、この部分において、外装体１１とタブリード１２、１２’とは熱融着している。

上記正極及び負極は、代表的には、金属箔等の集電体表面に、活物質を含む活物質層が積層された積層体である。正極及び負極の形状は、通常板状であるが、板状以外の形状であってもよい。

上記セパレータは、通常、絶縁性かつ多孔性のシートである。このセパレータには、電解液が含浸している。

電解液は、非水溶媒に電解質塩が溶解されてなる非水溶媒を用いることができる。なお、溶媒を水とした電解液を用いてもよい。
（外装体１１）
本発明の蓄電デバイス用部材の一実施形態である外装体１１は、図２に示すように、基材１５と、この基材１５の内面側に積層される樹脂層１６と、基材１５の外面側に積層される外層１７とを備える。すなわち、外装体１１は、樹脂層１６、基材１５及び外層１７がこの順に積層されてなる積層フィルムである。また、外装体１１は、上述のように、正極、負極、セパレータ及び電解液を密封状態で収容する容器である。

基材１５は、フィルム状であり、通常、金属箔である。すなわち、基材１５は、金属を主成分とする。この金属としては、アルミニウム、銅、ステンレス等を挙げることができる。基材１５は、実質的に金属から形成されているが、金属以外の添加物等を含んでいてもよい。

基材１５の内側面、すなわち樹脂層１６が積層されている領域の十点平均粗さ（Ｒ_Ｚ）の上限としては、１０μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。基材１５の内側面の算術平均粗さ（Ｒａ）を上記上限以下とすることで、絶縁破壊やマイグレーションの発生を抑制し、熱融着性や耐薬品性を高めることなどもできる。一方、この算術平均粗さ（Ｒａ）の下限としては、０．００１μｍが好ましく、０．０１μｍがより好ましく、０．１μｍがさらに好ましく、０．３μｍがよりさらに好ましい。基材１５の内側面の十点平均粗さ（Ｒ_Ｚ）を上記下限以上とすることで、樹脂層１６との密着性を高めることなどができる。

樹脂層１６は、基材１５の内面に直接積層されている。樹脂層１６は、架橋されたフッ素樹脂を含む層である。樹脂層１６は、このフッ素樹脂の他、他の任意成分を含んでいてもよい。樹脂層１６は、熱融着性を有する熱融着層である。

上記フッ素樹脂は、高分子鎖の構造単位を構成する主鎖中の炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１つが、フッ素原子又はフッ素原子を有する有機基（以下「フッ素原子含有基」ともいう）で置換されたものをいう。フッ素原子含有基は、直鎖状、分岐状又は環状の有機基中の水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換されたものであり、例えばフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、フルオロポリエーテル基等が挙げられる。

「フルオロアルキル基」とは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を意味し、「パーフルオロアルキル基」を包含する。具体的には、「フルオロアルキル基」は、アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基、アルキル基の末端の１個の水素原子以外の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基等を包含する。

「フルオロアルコキシ基」とは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルコキシ基を意味し、「パーフルオロアルコキシ基」を包含する。具体的には、「フルオロアルコキシ基」は、アルコキシ基の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基、アルコキシ基の末端の１個の水素原子以外の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基等を包含する。

「フルオロポリエーテル基」とは、繰り返し単位として複数のアルキレンオキシド鎖を有し、末端にアルキル基又は水素原子を有する１価の基であって、このアルキレンオキシド鎖及び／又は末端のアルキル基若しくは水素原子中の少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換された基を有する１価の基を意味する。「フルオロポリエーテル基」は、繰り返し単位として複数のパーフルオロアルキレンオキシド鎖を有する「パーフルオロポリエーテル基」を包含する。

フッ素樹脂は、分子内にフッ素原子を有する高分子化合物である。フッ素樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロジオキソール共重合体（ＴＦＥ／ＰＤＤ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン－エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＶＤＦ－ＨＦＰ共重合体）、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＶＤＦ－ＨＦＰ－ＴＦＥ共重合体）等を挙げることができる。これらのフッ素樹脂の中でもテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びテトラフルオロエチレン－パーフルオロジオキソール共重合体（ＴＦＥ／ＰＤＤ）が好ましく、ＦＥＰがより好ましい。ＦＥＰを用いることで、上述のように熱融着性を高めることなどができる。これらは、単独で又は２種以上を混合して用いることができる。

樹脂層１６中のフッ素樹脂は架橋しているが、具体的には、フッ素樹脂の主鎖の炭素原子同士が共有結合していることが好ましい。このようにフッ素樹脂が架橋されていることにより、良好な耐薬品性及び耐熱性を発揮することができる。

外装体１１は、樹脂層１６中のフッ素樹脂と基材１５の表面との間に化学結合を有していることが好ましい。具体的には、フッ素樹脂の主鎖の炭素原子と、基材１５の表面に存在する原子とが共有結合又はイオン結合していることが好ましい。基材１５の表面に存在する原子としては、基材１５の主成分である金属原子又はその他の原子が挙げられる。なお、樹脂層１６中にカップリング剤を含有させておき、このカップリング剤を介して、フッ素樹脂と基材１５の表面に存在する原子とが化学結合していてもよい。

フッ素樹脂と基材とが化学結合していることは、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ（Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）又はＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）とも言われる）を用いて確認することができる。Ｘ線光電子分光法は、試料にＸ線を照射することにより放出される光電子のエネルギー分布を測定し、この数値を照射Ｘ線のエネルギーから引いて、電子の束縛エネルギーを算出する。電子の束縛エネルギーは、元素及びその電子状態等に固有な値であるため、この値から、試料中の元素や化学結合の同定が可能となる。特に、ｓｐｒｉｎｇ－８のような硬Ｘ線を用いると、２０ｎｍ程度の深さの解析が可能となるため、界面の化学結合を分析することができる。

樹脂層１６の架橋されたフッ素樹脂の融点としては、例えば２５０℃以上３５０℃以下が好ましい。フッ素樹脂の融点が上記範囲であることで、良好な熱融着性と耐熱性とを両立させることなどができる。

樹脂層１６のフッ素樹脂を架橋させ、このフッ素樹脂と基材１５の表面との間に化学結合を形成する方法として、例えば無酸素及びフッ素樹脂の溶融状態下で電離放射線を照射する方法等によりフッ素ラジカルを発生させることで実施できる。この電離放射線の照射方法については、後述する製造方法にて詳述する。

樹脂層１６と基材１５との剥離強度の下限としては、０．１Ｎ／ｃｍが好ましく、０．３Ｎ／ｃｍがより好ましく、１Ｎ／ｃｍがさらに好ましく、５Ｎ／ｃｍがよりさらに好ましく、１０Ｎ／ｃｍがよりさらに好ましい。樹脂層１６と基材１５との剥離強度を上記下限以上とすることで、樹脂層１６の基材１５との密着性をより高めることができる。また、この剥離強度は、上述のようにフッ素樹脂の架橋の程度と関係する。従って、上記剥離強度が上記下限以上である場合、フッ素樹脂に十分な架橋が生じているといえ、耐薬品性や耐熱性をより高めることができる。一方、この剥離強度の上限としては、１００Ｎ／ｃｍが好ましく、８０Ｎ／ｃｍがより好ましい。樹脂層１６と基材１５との剥離強度が上記上限以下である場合、架橋が適度な程度に留まっており、熱融着性を高めることができる。

樹脂層１６におけるフッ素樹脂の含有量の下限としては、５０質量％が好ましく、７０質量％がより好ましく、９０質量％がさらに好ましく、９９質量％が特に好ましいこともある。樹脂層１６におけるフッ素樹脂の含有量を上記下限以上とすることで、耐薬品性や耐熱性をより高めることができる。樹脂層１６におけるフッ素樹脂の含有量は、１００質量％であってもよい。但し、樹脂層１６が後述するクロス又はフィラーを含有している場合、樹脂層１６におけるクロス及びフィラー以外の全成分に占めるフッ素樹脂の含有量が上記範囲であることが好ましい。

樹脂層１６は、クロス又はフィラーを含有していることが好ましい。クロスとは、例えば、繊維が織られてなる織物、布等と定義することができる。上記クロスとしては、樹脂クロス、金属クロス、セラミックス、ガラスクロス、ＬＣＰクロス等を挙げることができ、ＬＣＰクロス及びガラスクロスが好ましい。上記フィラーとしては、樹脂フィラー、金属フィラー、セラミックスフィラー、ガラスフィラー等を挙げることができる。樹脂層１６にクロスやフィラーを含有させること、より好適にはクロスを含有させることより、耐熱性、引張強度等を高めることができる。なお、樹脂層１６がクロスを含有する場合、樹脂層１６は、クロスにフッ素樹脂を含浸させた層となっていてよい。

樹脂層１６におけるクロス又はフィラーの含有率としては、例えば１０質量％以上９０質量％以下とすることができる。また、クロスが含有されている場合、樹脂層１６の平均厚さに対するクロスの平均厚さとしては、１０％以上９０％以下とすることができる。

樹脂層１６が含有していてもよい他の成分としては、例えば架橋されたフッ素樹脂以外の樹脂、カップリング剤、難燃剤、酸化防止剤、可塑剤等を挙げることができる。架橋されたフッ素樹脂以外の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂等を挙げることができる。

樹脂層１６の線膨張率の上限としては、例えば２００×１０^－６／Ｋであってもよいが、４０×１０^－６／Ｋが好ましく、３０×１０^－６／Ｋがより好ましい。このように樹脂層１６の線膨張率が小さい場合、剥離強度等を高めることができる。これは、樹脂層１６と金属を主成分とする基材１５との熱膨張率差が小さくなることによる。なお、アルミニウムの線膨張率は、２４×１０^－６／Ｋであり、銅の線膨張率は、１７×１０^－６／Ｋである。また、例えば、樹脂層１６にクロスやフィラーを含有させることにより、樹脂層１６の線膨張率を小さくすることができる。樹脂層１６の線膨張率の下限としては、例えば１０×１０^－６／Ｋとすることができる。樹脂層１６の線膨張率の下限は、１×１０^－７／Ｋであることが好ましい。樹脂層１６の線膨張率が１×１０^－７／Ｋを下回ると、樹脂層１６の加工性が損なわれるおそれがある。これは、金属を主成分とする基材１５と樹脂層１６との線膨張率の差が大きくなることによる。

樹脂層１６の平均厚さとしては特に限定されないが、例えば１μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。樹脂層１６の平均厚さを上記範囲とすることで、十分な熱融着性や絶縁性等を確保することなどができる。

外層１７は、基材１５の外面を保護する保護層としての機能などを有する。外層１７は、通常、樹脂を主成分とする。この外層１７を形成する樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等を挙げることができる。また、外層１７を形成する樹脂としては、樹脂層１６に含有されている架橋されたフッ素樹脂の融点よりも高い融点を有する樹脂を用いることができる。
（タブリード１２、１２’）
本発明の蓄電デバイス用部材の一実施形態であるタブリード１２、１２’は、図２に示すように、基材１８と、この基材１８に積層される樹脂層１９を備える。

基材１８は、帯状形状を有する。基材１８は、通常、金属箔である。すなわち、基材１８は、金属を主成分とする。正極側のタブリード１２における基材１８は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されていることが好ましい。正極側には高い電位がかかるが、基材１８がアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている場合、電解液への溶解を抑えることができる。一方、負極側のタブリード１２’における基材１８は、銅、ニッケル、アルミニウム、これらの合金等が好適に用いられる。基材１８は、実質的に金属から形成されているが、金属以外の添加物等を含んでいてもよい。なお、正極側のタブリード１２の構造と負極側のタブリード１２’の構造とは、基材１８の好適な材質以外は同様とすることができる。

基材１８のサイズとしては特に限定されず、二次電池１０自体のサイズや用途に応じて適宜設定される。基材１８の平均厚さとしては、例えば０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍとすることができる。基材１８の長さとしては、例えば２０ｍｍ以上１００ｍｍとすることができる。基材１８の幅としては、２ｍｍ以上８０ｍｍとすることができる。基材１８の幅は、基材１８の長さより長くてもよい。

基材１８の長さ方向の中央部分、すなわち樹脂層１９が積層されている領域の十点平均粗さ（Ｒ_Ｚ）は、上述した外装体１１の基材１５の値として上記したものと同様とすることができる。

基材１８の両端部分、すなわち一端１８ａ及び他端１８ｂには、樹脂層１９は積層されていない。基材１８の一端１８ａは、外装体１１から露出している。一方、正極側のタブリード１２の基材１８の他端１８ｂは、リード線１４によって、図示しない正極と接続される。また、負極側のタブリード１２’の基材１８の他端１８ｂは、同様にリード線１４によって、図示しない負極と接続される。

樹脂層１９は、帯状の基材１８の長さ方向の中央部分の全面を被覆している。すなわち、樹脂層１９は、基材１８の中央部分において、表面及び裏面のみならず、一対の側面にも積層されている。樹脂層１９は、基材１８に直接積層されている。樹脂層１９は、架橋されたフッ素樹脂を含む。樹脂層１９は、このフッ素樹脂の他、他の任意成分を含んでいてもよい。樹脂層１９は、熱融着性を有する熱融着層である。

樹脂層１９に含まれる架橋されたフッ素樹脂は、外装体１１の樹脂層１６に含まれる架橋されたフッ素樹脂として上述したものと同様である。また、このタブリード１２、１２’も、外装体１１と同様、樹脂層１９に含まれる架橋されたフッ素樹脂と、基材１８の表面との間に化学結合を有していることが好ましい。その他、樹脂層１９の好適な形態、及び樹脂層１９と基材１８と関係に係る好適な形態は、上述した外装体１１の樹脂層１６の好適な形態、及び樹脂層１６と基材１５との関係に係る好適な形態と同様である。

なお、タブリード１２、１２’における樹脂層１９の平均厚さとしては、例えば１μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。樹脂層１９の平均厚さを上記範囲とすることで、十分な熱融着性や絶縁性等を確保することなどができる。

二次電池１０においては、上述のように、タブリード１２、１２’の一端、すなわち基材１８の一端１８ａが外装体１１から露出した状態で配置され、外装体１１によって封止されている。具体的には、外装体１１の樹脂層１６とタブリード１２、１２’の樹脂層１９とが、直接接するように、タブリード１２、１２’は配置されている。また、このようにタブリード１２、１２’が配置された状態で、外装体１１のシール部１３における樹脂層１６同士、及び外装体１１の樹脂層１６とタブリード１２、１２’の樹脂層１９とは、熱融着されている。これにより、電解液に浸漬された積層電極群である正極、負極及びセパレータは、外装体１１内に密封されることができる。
（利点）
当該二次電池１０においては、外装体１１の樹脂層１６及びタブリード１２、１２’の樹脂層１９が、架橋されたフッ素樹脂を含むため、これらの樹脂層の耐熱性、難燃性及び耐薬品性が良好である。また、これらの樹脂層は、基材との高い密着性を有する。さらに、熱融着する樹脂層１６及び樹脂層１９が、共にフッ素樹脂を含む、すなわち同種の樹脂を含むことからも、熱融着性に優れる。従って、当該外装体１１及びタブリード１２、１２’を備える二次電池１０は、厳しい環境下においても液漏れの発生が抑制され、安全性に優れる。当該外装体１１及びタブリード１２、１２’を備える二次電池１０は、従来の蓄電デバイスと同様の用途に使用することができるが、特に、大電流及び高電圧で使用される用途、例えば電気自動車用の蓄電デバイスとして好適に用いることができる。
＜蓄電デバイス用部材（外装体１１及びタブリード１２、１２’）の製造方法＞
本発明の一実施形態に係る蓄電デバイス用部材の製造方法は、
金属を主成分とする基材にフッ素樹脂を含む層を積層する工程、及び
上記フッ素樹脂を含む層に電離放射線を照射する工程
を備える。

上記電離放射線の照射により、上記フッ素樹脂が架橋し、樹脂層が形成される。すなわち、当該製造方法によって、上述した二次電池１０における外装体１１やタブリード１２、１２’を好適に製造することができる。
（積層工程）
積層工程は、基材にフッ素樹脂を含む層を積層する工程である。この積層は、例えば実質的に未架橋のフッ素樹脂を含む層を溶融押出成形しつつ基材表面に積層する方法、基材と実質的に未架橋のフッ素樹脂を含む層とをラミネートする方法等によって行うことができる。また、粉状のフッ素樹脂を用いた粉体塗装によってフッ素樹脂を含む層を積層することもできる。
（照射工程）
照射工程は、基材とフッ素樹脂を含む層との積層体に対し、フッ素樹脂を含む層の表面側から電離放射線を照射することで行われる。外装体１１のように樹脂層が片面にのみ形成される場合は、一方の面側からのみ電離放射線を照射すればよい。タブリード１２のように全周に樹脂層が形成される場合は、全周に電離放射線を照射する。

この照射に際して、無酸素雰囲気、具体的には酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の雰囲気に上記積層体を置き、フッ素樹脂が溶融した状態で電離放射線を照射する。これによって、フッ素樹脂が架橋し、また、フッ素樹脂と基材との間に化学結合が生じる。

上記無酸素雰囲気としては、酸素濃度を１０ｐｐｍ以下とすることがより好ましい。酸素濃度が高いと電離放射線の照射によってフッ素樹脂の主鎖が切断されるおそれがある。また、フッ素樹脂を溶融させる温度としては、フッ素樹脂の融点より０℃以上３０℃未満高い温度が好ましい。フッ素樹脂を融点より３０℃以上高い温度に加熱すると、フッ素樹脂の熱分解が促進されて材料特性が低下するおそれがある。酸素濃度を低減させる方法としては、窒素などの不活性ガスを使用する、真空などの方法がある。

上記電離放射線としては、例えばγ線、電子線、Ｘ線、中性子線、高エネルギーイオン線等を用いることができる。また、電離放射線の照射線量としては、０．０１ｋＧｙ以上２０００ｋＧｙ以下が好ましく、１ｋＧｙ以上５００ｋＧｙ以下がより好ましい。照射線量が上記下限未満の場合、フッ素樹脂の架橋反応が十分進行しないおそれがある。逆に、上記上限を超える場合、フッ素樹脂の分解が生じやすくなるおそれがある。また、架橋反応が進行しすぎて、熱融着性が低下するおそれがある。

なお、外装体１１の製造においては、基材１５の一方の面に外層１７を積層する工程を有する。この積層は、ラミネート等の公知の方法により行うことができる。外層の積層は、上記照射工程の前に行ってもよく、照射工程の後に行ってもよい。
＜第２実施形態：蓄電デバイス用部材（タブリード２２）＞
図３に示す第２実施形態としてのタブリード２２は、基材２８と、この基材２８に積層される樹脂層２９と、樹脂層２９に積層される被覆層３０とを備える。基材２８は、図２の二次電池１０のタブリード１２、１２’における基材１８と同様である。

基材２８には、樹脂層２９及び被覆層３０がこの順に積層されている。すなわち、被覆層３０は、樹脂層２９の基材２８とは反対の面側に積層されている。タブリード２２は、樹脂層２９にさらに被覆層３０が積層されている点で、図２のタブリード１２、１２’と異なる。

樹脂層２９は、基材２８に直接積層されている。樹脂層２９は、架橋されたフッ素樹脂を含む層であり、図２のタブリード１２、１２’の樹脂層１９をそのまま採用することができる。

被覆層３０は、樹脂層２９の外面に直接積層されている。被覆層３０は、フッ素樹脂を含む。この被覆層３０に含まれるフッ素樹脂は、非架橋フッ素樹脂、又は樹脂層２９中の架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂である。架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂としては、架橋処理がなされていないフッ素樹脂を挙げることができる。具体的には、架橋処理がなされていない、すなわち実質的に架橋構造を有さないＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＴＦＥ／ＰＤＤ等を挙げることができ、ＦＥＰ及びＰＦＡが好ましく、ＦＥＰがより好ましい。これらのフッ素樹脂の融点としては、例えば２５０℃以上３５０℃以下が好ましい。

被覆層３０におけるフッ素樹脂の含有量の下限としては、５０質量％が好ましく、７０質量％がより好ましく、９０質量％がさらに好ましく、９９質量％が特に好ましいこともある。被覆層３０におけるフッ素樹脂の含有量は、１００質量％であってもよい。また、被覆層３０の平均厚さとしては、例えば１μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。

被覆層３０は、例えば非架橋フッ素樹脂、又は上記架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂を含むフィルムやシートを樹脂層２９に対してラミネートすることなどによって積層することができる。

当該タブリード２２の被覆層３０は、架橋されたフッ素樹脂を含む樹脂層２９と比べて、熱に対して軟化又は溶融しやすく、また、フッ素樹脂の層に対しても良好な熱融着性を有する。すなわち、被覆層３０は、良好な熱融着層として機能する。従って、例えば図２の二次電池１０において、タブリード１２の代わりにタブリード２２を用いた場合、タブリード２２と外装体１１との熱融着性をより高めることができる。また、被覆層３０は、フッ素樹脂を含む層であるため、良好な耐薬品性、難燃性、耐熱性等は確保される。
＜第３実施形態：二次電池４０＞
図４に示す第３実施形態としての二次電池４０は、外装体１１とタブリード１２との間に介在する熱融着フィルム４１を有する。この二次電池４０は、熱融着フィルム４１を有すること以外は、上述した図１、２の二次電池１０と同様である。従って、熱融着フィルム４１以外は、二次電池１０と同一番号を付して説明を省略する。

熱融着フィルム４１は、非架橋フッ素樹脂、又は樹脂層１６、１９に含有されている架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂を含む。この熱融着フィルム４１は、このようなフッ素樹脂フィルムを採用することができる。架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂としては、第２実施形態のタブリード２２の被覆層３０に含まれるフッ素樹脂として例示した非架橋フッ素樹脂等を挙げることができる。

熱融着フィルム４１は、架橋されたフッ素樹脂を含む樹脂層１６、１９と比べて、熱に対して軟化しやすく、また、これらの樹脂層１６、１９に対しても良好な熱融着性を有する。従って、当該二次電池４０によれば、タブリード１２と外装体１１との熱融着性をより高めることができる。また、熱融着フィルム４１は、フッ素樹脂を含むフィルムであるため、良好な耐薬品性、難燃性、耐熱性等は確保される。
＜その他の実施形態＞
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば上記実施形態では、蓄電デバイスの一例として二次電池について説明したが、二次電池以外の蓄電デバイスにおいても本発明を採用することができる。このような蓄電デバイスとしては、電気二重層キャパシタ等を挙げることができる。

また、上記実施形態の二次電池においては、外装体及びタブリードの双方が、本発明の蓄電デバイス用部材である構成としたが、外装体及びタブリードの一方は、従来のものであってよい。すなわち、外装体及びタブリードの一方における樹脂層は、架橋されたフッ素樹脂を含まなくてよい。この場合、上記樹脂層は、架橋されていないフッ素樹脂、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等、公知の熱可塑性樹脂から形成することができる。また、外装体における樹脂層の表面に被覆層を積層させた構造としてもよい。さらに、本発明の蓄電デバイス用部材は、基材、樹脂層及び被覆層以外の層を有していてもよい。

さらに、本発明の蓄電デバイス用部材は、外装体及びタブリードに限定されるものではない。例えば、本発明の蓄電デバイス用部材は、蓄電デバイスのパッキン等に採用することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
基材として、アルミニウム箔（Ａ１０８５、厚さ５０μｍ）を用意した。この基材表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、１μｍであった。この基材に、ＦＥＰを平均膜厚５０μｍで塗工した。次いで、３００℃、酸素濃度１０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下において、上記基材上のＦＥＰに対して３００ｋＧｙで電離放射線照射し、ＦＥＰを架橋させた。次いで、架橋したＦＥＰの層の表面に、平均膜厚１２μｍの非架橋のＦＥＰ膜を積層させた。この積層は、温度２８０℃、圧力１０ＭＰａ、保持時間３０分での熱融着により行った。これにより、基材（アルミニウム）／樹脂層（架橋ＦＥＰ）／被覆層（非架橋ＦＥＰ）の構造を有する実施例１の部材を得た。なお、評価のために、別途上記樹脂層を単層で作製した。他の実施例及び比較例も同様である。

また、アルミニウムとフッ素樹脂との界面に対して、硬Ｘ線を用いた光電子分光分析を行った。測定角８０°で束縛エネルギーと光電子強度の依存性を評価した結果、２８５ｅＶのＣ－Ｃ結合及び２９１ｅＶのＣＦ_２結合以外に、２８７ｅＶにＣ－Ｏ－Ａｌ結合が観察された。Ｃ－Ｏ－Ａｌ結合の光電子強度は、ＣＦ_２結合より高かった。樹脂単体の場合、及びアルミニウムにフッ素樹脂をコーティングして、電離放射線照射しないこと以外は同じ加熱条件を負荷した場合には、Ｃ－Ｏ－Ａｌ結合は観察されなかった。これより、照射架橋により、アルミニウムとフッ素樹脂とが共有結合で結合していると判断した。他の実施例においても同様にＣ－Ｏ－Ａｌ結合が観察された。
＜実施例２＞
樹脂層を、平均膜厚５０μｍのＦＥＰの中央部にガラスクロス（ＩＰＣ規格スタイル＃１０１５、平均厚み１５μｍ）を含有させた層としたこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の部材を得た。すなわち、この実施例２の樹脂層は、ガラスクロスにＦＥＰが含浸した層である。
＜実施例３＞
被覆層（非架橋ＦＥＰ）を積層しなかったこと以外は実施例１と同様にして実施例３の部材を得た。
＜実施例４＞
基材として表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）が３μｍの銅板（Ｃ１０２０、厚さ５００μｍ）を用いたこと、及び樹脂層としてＦＥＰの代わりにＰＦＡを架橋させたこと以外は、実施例３と同様にして実施例４の部材を得た。
＜実施例５＞
基材として表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）が２μｍのアルミニウム板（Ａ１０５０、厚さ５００μｍ）を用いたこと、及び樹脂層としてＦＥＰの代わりにＰＴＦＥを架橋させたこと以外は実施例３と同様にして、実施例５の部材を得た。
＜実施例６＞
基材として表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍのニッケル箔（圧延箔、ニッケル９９．９％、厚さ２０μｍ）を用いたこと以外は実施例３と同様にして、実施例６の部材を得た。
＜比較例１＞
基材上のＦＥＰに対して電離放射線照射を行わなかったこと以外は実施例１と同様にした。樹脂層と基材とが一体化した部材を得ることができなかった。
＜比較例２＞
実施例１で用いた基材に対して、接着剤として無水マレイン酸変性ポリプロピレンを用いてポリプロピレンの樹脂層を積層し、比較例２の部材を得た。
［評価］
（線膨張率、引張破断強さ及び難燃性）
得られた各実施例及び比較例における樹脂層について、線膨張率及び引張破断強さを測定した。これらの測定結果、及び樹脂層に用いた樹脂のＵＬ９４規格の難燃レベルを表１に示す。
（剥離強度）
得られた部材の最表層同士を重ね合わせ３２０℃、１ｋｇｆで１０秒間加重することにより、熱融着させた。なお、最表層とは、非架橋ＦＥＰ等の被覆層が積層されているものは被覆層を指し、被覆層が積層されていないものについては架橋ＦＥＰ等の樹脂層を指す。熱融着後の部材について、剥離速度５０ｍｍ／ｍｉｎで剥離強度を測定した。測定結果を表１に示す。また、表１には、融着させた相手部材をあわせて示す。なお、実施例３については、１０秒では熱融着が生じなかったため、３分間加重することにより熱融着させた。但し、融着時間が長すぎたため、表面の一部が熱変形した。
（耐熱性）
また、耐熱性の評価として、熱融着後の部材を１５０℃の高温下に３０分放置し、剥離の有無を評価した。剥離が生じなかったものをＡ、剥離が生じたものをＢとした。これらの評価結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例１～６の各部材は、良好な耐熱性及び難燃性を有することが分かる。

以上のように、本発明の蓄電デバイス用部材は、二次電池やキャパシタなどの蓄電デバイスのタブリードや外装体などとして好適に用いることができる。

１０、４０ 二次電池、１１ 外装体、１２、１２’、２２ タブリード、１３ シール部、１４ リード線、１５ 基材、１６ 樹脂層、１７ 外層、１８、２８ 基材、１８ａ 一端、１８ｂ 他端、１９、２９ 樹脂層、３０ 被覆層、４１ 熱融着フィルム。

Claims (12)

1. 金属を主成分とする基材、及びこの基材に積層される樹脂層を備える蓄電デバイス用部材であって、
   上記樹脂層が、架橋されたフッ素樹脂を含み
   上記樹脂層の上記基材とは反対の面側に積層され、フッ素樹脂を含む被覆層をさらに備え、
   上記被覆層に含まれるフッ素樹脂が、非架橋フッ素樹脂、又は上記架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂である蓄電デバイス用部材。
2. 上記フッ素樹脂と上記基材の表面との間に化学結合を有している請求項１に記載の蓄電デバイス用部材。
3. 上記樹脂層が、熱融着層である請求項１又は請求項２に記載の蓄電デバイス用部材。
4. 上記樹脂層が、クロス又はフィラーを含有し、
   上記樹脂層の線膨張率が、１×１０^－７／Ｋ以上４０×１０^－６／Ｋ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の蓄電デバイス用部材。
5. 上記架橋されたフッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用部材。
6. 上記被覆層に含まれるフッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用部材。
7. 上記樹脂層と上記基材との剥離強度が、０．１Ｎ／ｃｍ以上１００Ｎ／ｃｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用部材。
8. 上記樹脂層が積層されている領域における上記基材の表面の十点平均粗さ（Ｒ_Ｚ）が、０．００１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用部材。
9. タブリード又は外装体である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用部材。
10. 金属を主成分とする基材にフッ素樹脂を含む層を積層する工程
    上記フッ素樹脂を含む層に電離放射線を照射する工程、及び
    上記フッ素樹脂を含む層の上記基材とは反対の面側にフッ素樹脂を含む被覆層を積層する工程
    を備え、
    上記被覆層に含まれるフッ素樹脂が、非架橋フッ素樹脂、又は上記電離放射線により架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂である蓄電デバイス用部材の製造方法。
11. 正極と、
    負極と、
    電解液と、
    上記正極、上記負極、及び上記電解液を収納する外装体と、
    一端が上記外装体から露出し、他端が上記正極又は負極と接続されているタブリードと を備え、
    上記外装体とタブリードとが熱融着されている蓄電デバイスであって、
    上記外装体及びタブリードの少なくとも一方が、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用部材である蓄電デバイス。
12. 正極と、
    負極と、
    電解液と、
    上記正極、上記負極、及び上記電解液を収納する外装体と、
    一端が上記外装体から露出し、他端が上記正極又は負極と接続されているタブリードとを備え、
    上記外装体とタブリードとが熱融着されている蓄電デバイスであって、
    上記外装体及びタブリードの少なくとも一方が、金属を主成分とする基材、及びこの基材に積層される樹脂層を備え、上記樹脂層が、架橋されたフッ素樹脂を含み、
    上記外装体とタブリードとの間に介在する熱融着フィルムをさらに備え、
    上記熱融着フィルムが、非架橋フッ素樹脂、又は上記架橋されたフッ素樹脂よりも融点の低いフッ素樹脂を含む蓄電デバイス。

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