JPWO2016159233A1 - 電池用包装材料、その製造方法、及び電池 - Google Patents
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Abstract
Description
項1. 厚み方向において順に、外層と、金属箔から構成された中間層と、熱融着性樹脂から構成された内層とを備える積層体からなり、
前記内層は、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により構成された、厚み20μm以上の樹脂層を備えている、電池用包装材料。
項2. 前記内層が、第1熱融着性樹脂層の1層により構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層は、ポリプロピレンにより構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層が、前記樹脂層である、
項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記内層が、前記中間層とは反対側の最表層としての第1熱融着性樹脂層と、前記第1熱融着性樹脂層と隣接する第2熱融着性樹脂層の2層により構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層は、ポリプロピレンにより構成されており、
前記第2熱融着性樹脂層が、前記樹脂層である、
項1に記載の電池用包装材料。
項4. 前記内層が、前記中間層とは反対側の最表層としての第1熱融着性樹脂層と、前記第1熱融着性樹脂層と隣接する第2熱融着性樹脂層と、前記第2熱融着性樹脂層と隣接する第3熱融着性樹脂層の3層により構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層は、ポリプロピレンにより構成されており、
前記第2熱融着性樹脂層及び第3熱融着性樹脂層の少なくとも1層が、前記樹脂層である、
項1に記載の電池用包装材料。
項5. 前記第1熱融着性樹脂層は、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、120Pa・sec以下のポリプロピレンにより構成されている、項3又は項4に記載の電池用包装材料。
項6. 前記内層の総厚みが、50μm以下である、項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記中間層と前記内層との間に、接着層を備える、項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料により形成された包装体によって封止されてなる、電池。
項9. 厚み方向において順に、外層と、金属箔から構成された中間層と、熱融着性樹脂から構成された内層とを備える積層体を得る工程を備え、
前記内層として、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により構成され、厚み20μm以上の樹脂層を設ける、電池用包装材料の製造方法。
電池用包装材料は、図1及び図2に示すように、厚み方向において、外層と、金属箔から構成された中間層と、熱融着性樹脂から構成された内層とを備える外層中間層積層体からなる。本発明の電池用包装材料において、外層が最外層側になり、内層が最内層になる。即ち、電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置する内層4同士が熱溶着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
本発明の電池用包装材料において、外層1は、後述する表面被覆層を設けない場合には、電池を組み立てた際に、最外層に位置する層である。外層1を形成する素材については、絶縁性を備えるものであることを限度として特に制限されるものではない。外層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、及びこれらの混合物や共重合物等の樹脂フィルムが挙げられる。これらの中でも、好ましくはポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂が挙げられ、より好ましくは2軸延伸ポリエステル樹脂、2軸延伸ポリアミド樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、具体的には、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、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート等が挙げられる。また、ポリアミド樹脂としては、具体的には、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体、ナイロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)等が挙げられる。
本発明の電池用包装材料において、接着剤層2は、外層1と中間層3を強固に接着させるために、これらの間に設けられる層である。
電池用包装材料において、中間層3は、金属箔により構成されている。中間層3は、電池用包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光などが侵入することを防止するためのバリア層として機能する層である。中間層3を構成する金属としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス、チタンなどが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。中間層3は、アルミニウム箔により構成することがさらに好ましい。電池用包装材料の製造時に、中間層3にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160 A8021H−O、JIS H4160 A8079H−O、JIS H4000:2014 A8021P−O、JIS H4000:2014 A8079P−O)など軟質アルミニウム箔により構成することがより好ましい。
本発明の電池用包装材料において、内層4は、熱融着性樹脂により構成されている。内層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時に内層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。本発明においては、内層4は、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により構成された、厚み20μm以上の樹脂層を備えている。
図1及び図2に示されるように、内層4は、第1熱融着性樹脂層41の1層により構成されており、第1熱融着性樹脂層41が、ポリプロピレンにより構成されており、第1熱融着性樹脂層41が、前述の樹脂層である態様が好ましい。
本発明において、内層4に含まれる樹脂層の溶融粘度としては、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下、より好ましくは160Pa・sec以上、870Pa・sec以下が挙げられる。例えば、樹脂層が、押出成形によって積層されるものである場合には、樹脂層の当該溶融粘度としては、好ましくは150Pa・sec以上、500Pa・sec以下、より好ましくは180Pa・sec以上、450Pa・sec以下が挙げられる。一方、樹脂層が、積層フィルムの形態で中間層3の上に積層されるものである場合には、樹脂層の溶融粘度としては、好ましくは500Pa・sec以上、900Pa・sec以下、より好ましくは600Pa・sec以上、870Pa・sec以下が挙げられる。なお、樹脂層の溶融粘度は、樹脂層を構成する樹脂の種類、重量平均分子量、添加剤などによって調整することができる。
本発明において、第1熱融着性樹脂層41は、内層4の中間層3とは反対側の最表層に位置しており、ポリプロピレンにより形成された層である。内層4が単層により構成されている場合には、第1熱融着性樹脂層41が前述の樹脂層となる。すなわち、この場合、第1熱融着性樹脂層41は、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により形成された、厚みは20μm以上となる。
第2熱融着性樹脂層42は、熱融着性樹脂層4が複層により構成されている場合に、中間層3とは反対側の最表層としての第1熱融着性樹脂層41と隣接する層である。第2熱融着性樹脂層42の上記の溶融粘度としては、特に制限されないが、第2熱融着性樹脂層42が樹脂層となる場合には、上記樹脂層の溶融粘度となる。
第3熱融着性樹脂層43は、熱融着性樹脂層4が3層以上により構成されている場合に、第2熱融着性樹脂層と隣接する層である。第3熱融着性樹脂層43の上記の溶融粘度としては、特に制限されないが、第3熱融着性樹脂層43が樹脂層となる場合には、上記樹脂層の溶融粘度となる。
内層4が4層以上により形成される場合、内層4は、第1から第3熱融着性樹脂層に加えて、さらに第4熱融着性樹脂層、第5熱融着性樹脂層などのその他の層を有していてもよい。その他の層の構成は、第3熱融着性樹脂層と同様とすることができる。
本発明の電池用包装材料においては、中間層3と内層4とを強固に接着させることなどを目的として、必要に応じて、中間層3と内層4との間に接着層5をさらに設けてもよい。
本発明の電池用包装材料においては、意匠性、耐電解液性、耐擦過性、成形性の向上などを目的として、必要に応じて、外層1の上(外層1の中間層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層(図示しない)を設けてもよい。表面被覆層は、電池を組み立てた時に、最外層に位置する層である。
本発明の電池用包装材料の製造方法については、所定の組成の各層を積層させた積層体が得られる限り、特に制限されず、少なくとも、外層1と、中間層3と、単層または複層の内層4とをこの順に積層して積層体を得る工程を備えており、内層4として、以下のものを用いる製造方法を採用することができる。
厚み方向において順に、外層と、金属箔から構成された中間層と、熱融着性樹脂から構成された内層とを備える積層体外層中間層を得る工程を備え、
前記内層として、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により構成され、厚み20μm以上の樹脂層を設ける。
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質等の電池素子を密封して収容するための包装材料として使用される。
<融点の測定>
JIS K6921−2(ISO1873−2.2:95)に準拠しDSC法により測定される値である。
<溶融温度の測定>
HAAKE社製のMiniLabを用い、7.5gの樹脂試料を、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmで溶融粘度測定した。
外層としてのナイロンフィルム(厚さ25μm)の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ30μm)からなる中間層をドライラミネート法により積層させた。具体的には、アルミニウム箔の一方面に、接着剤(ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、中間層上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、中間層上の接着剤層と外層を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、外層/接着剤層/中間層の積層体を作製した。なお、中間層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥重量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
実施例1〜6及び比較例1〜4と同様にして、外層/接着剤層/中間層の積層体を作製した。次に、実施例7,8においては、表2に記載の融点、溶融粘度、及び厚みを有する3層構成のポリプロピレンフィルム(第1熱融着性樹脂層/第2熱融着性樹脂層/第3熱融着性樹脂層の積層構造を有する)を用意した。次に、当該ポリプロピレンフィルムの第3シーラント側と、前記積層体の中間層とを、接着剤を用いて接着し、外層/接着剤層/中間層/接着層/第3熱融着性樹脂層/第2熱融着性樹脂層/第1熱融着性樹脂層が積層された電池用包装材料を得た。なお、中間層と第3熱融着性樹脂層(比較例5、6では第1熱融着性樹脂層)との間の接着層について、実施例7及び比較例5では、カルボン酸変性ポリプロピレン(15μm)、実施例8及び比較例6では、酸変性ポリプロピレン樹脂にエポキシ樹脂を架橋させた樹脂(3μm)を用いて形成した。また、実施例7及び実施例8の3層構成のポリプロピレンフィルムは、ランダムポリプロピレン(2.5μm)/ブロックポリプロピレン(20μm)/ランダムポリプロピレン(2.5μm)の3層共押しフィルムを使用した。当該3層構成のポリプロピレンフィルムと前記積層体の中間層とを、実施例7ではサンドイッチラミネート法で積層し、実施例8ではドライラミネート法で積層した。
実施例1〜8及び比較例1〜6の電池用包装材料について、以下の手順で絶縁性評価を行った。電池用包装材料を60mm(MD方向)×60mm(TD方向)のシート片に裁断した。次に、これらのシート片をMD方向に2つ折りし、対向する2辺を7mm巾でヒートシールして1辺が開口を有するパウチタイプの外装体を作製した。次に、得られた外装体を、開口する1辺から金属端子が外部に延出するようにセルを含むリチウムイオン電池本体を封入し、電解液を入れ金属端子を挟持しながら、開口部を3mm巾で密封シールして、リチウムイオン電池を作製した。このとき、ヒートシールは、面圧1.0MPa、シール温度170℃、シール時間3.0秒の条件で行なった。次に、HIOKI製絶縁抵抗試験機3154を用いて、発泡に対する絶縁性評価試験を実施した。まず、上記リチウムイオン電池を、それぞれ10個用意して、テスターの一方の端子を各リチウムイオン電池の負極端子に接続し、他方の端子を電池用外装材料の周縁ヒートシール部に中間層のアルミニウム箔に接するようにそれぞれ接続した。次に、テスター間に25Vの電圧をかけ、5秒後に抵抗値200MΩ以上の個数が7個以上のものを合格(OK)とした。また、7個未満のものを不合格(NG)とした。結果を表1及び表2に示す。なお、表1及び表2において、絶縁性評価の括弧内は、リチウムイオン電池10個のうちの抵抗値200MΩ以上の個数の実測値を示す。例えば、実施例1においては、10個中8個が抵抗値200MΩ以上であったことを示している。
2…接着剤層
3…中間層
4…内層
41…第1熱融着性樹脂層
42…第2熱融着性樹脂層
43…第3熱融着性樹脂層
5…接着層
Claims (9)
- 厚み方向において順に、外層と、金属箔から構成された中間層と、熱融着性樹脂から構成された内層とを備える積層体からなり、
前記内層は、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により構成された、厚み20μm以上の樹脂層を備えている、電池用包装材料。 - 前記内層が、第1熱融着性樹脂層の1層により構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層は、ポリプロピレンにより構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層が、前記樹脂層である、
請求項1に記載の電池用包装材料。 - 前記内層が、前記中間層とは反対側の最表層としての第1熱融着性樹脂層と、前記第1熱融着性樹脂層と隣接する第2熱融着性樹脂層の2層により構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層は、ポリプロピレンにより構成されており、
前記第2熱融着性樹脂層が、前記樹脂層である、
請求項1に記載の電池用包装材料。 - 前記内層が、前記中間層とは反対側の最表層としての第1熱融着性樹脂層と、前記第1熱融着性樹脂層と隣接する第2熱融着性樹脂層と、前記第2熱融着性樹脂層と隣接する第3熱融着性樹脂層の3層により構成されており、
前記第1熱融着性樹脂層は、ポリプロピレンにより構成されており、
前記第2熱融着性樹脂層及び第3熱融着性樹脂層の少なくとも1層が、前記樹脂層である、
請求項1に記載の電池用包装材料。 - 前記第1熱融着性樹脂層は、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、120Pa・sec以下のポリプロピレンにより構成されている、請求項3又は請求項4に記載の電池用包装材料。
- 前記内層の総厚みが、50μm以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記中間層と前記内層との間に、接着層を備える、請求項1〜6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1〜7のいずれかに記載の電池用包装材料により形成された包装体によって封止されてなる、電池。
- 厚み方向において順に、外層と、金属箔から構成された中間層と、熱融着性樹脂から構成された内層とを備える積層体を得る工程を備え、
前記内層として、乾燥窒素下、170℃、回転速度20rpmでの溶融粘度が、150Pa・sec以上、900Pa・sec以下の樹脂により構成され、厚み20μm以上の樹脂層を設ける、電池用包装材料の製造方法。
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