JPWO2018135545A1 - 保護フィルム、電池、及び電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
項1. 金属箔と前記金属箔の表面に位置する活物質層とを有する電極を備える電池に用いられる保護フィルムであって、
前記電極には、前記金属箔が露出した金属箔露出部が設けられており、
前記保護フィルムは、前記電極の前記金属箔露出部と金属端子とが溶接される部分の周囲の少なくとも一部を保護するために用いられ、
前記保護フィルムは、少なくとも、粘着性を有する第1熱溶着性樹脂層と、耐熱性中間層と、第2熱溶着性樹脂層とをこの順に備えており、
前記第1熱溶着性樹脂層は、前記保護フィルムの一方側の表面を構成している、保護フィルム。
項2. 試験温度200℃、加熱時間10秒間の条件で測定される熱収縮率が、10%以下である、項1に記載の保護フィルム。
項3. 前記第1熱溶着性樹脂層を構成している樹脂は、ポリオレフィン骨格を有している、項1または2に記載の保護フィルム。
項4. 前記第1熱溶着性樹脂層は、変性ポリオレフィンを含む、項1〜3のいずれかに記載の保護フィルム。
項5. 前記第1熱溶着性樹脂層は、酸変性ポリオレフィンを含む、項1〜4のいずれかに記載の保護フィルム。
項6. 前記第1熱溶着性樹脂層を赤外分光法で分析すると、無水マレイン酸に由来するピークが検出される、項1〜5のいずれかに記載の保護フィルム。
項7. 前記第2熱溶着性樹脂層が、前記第1熱溶着性樹脂層とは反対側の表面を構成している、項1〜6のいずれかに記載の保護フィルム。
項8. 前記第1熱溶着性樹脂層、前記中間層、及び前記第2熱溶着性樹脂層のうち少なくとも1層が着色されている、項1〜7のいずれかに記載の保護フィルム。
項9. 前記電極の前記金属箔が、金属箔露出部において複数積層されている、項1〜8のいずれかに記載の保護フィルム。
項10. 少なくとも、電極及び電解質を備えた電池素子が、電池用包装材料により形成された包装体中に収容されている電池であって、
前記電極は、金属箔と前記金属箔の表面に位置する活物質層とを備えており、
前記電極には、前記金属箔が露出した金属箔露出部が設けられており、
前記電極の前記金属箔露出部と金属端子とが溶接される部分の周囲の少なくとも一部が、項1〜9のいずれかに記載の保護フィルムで被覆されている、電池。
項11. 金属箔と前記金属箔の表面に位置する活物質層とを有する電極を備える電池の製造方法であって、
前記電極には、前記金属箔が露出した金属箔露出部が設けられており、
前記電極の前記金属箔露出部と金属端子とが溶接予定部分の周囲の少なくとも一部を、項1〜9のいずれかに記載の保護フィルムで被覆する工程と、
その後に前記金属箔露出部を前記金属端子と溶接する工程と、
を備える、電池の製造方法。
本発明の保護フィルムは、電池内において、電極の金属箔露出部が溶接される部分(以下、「溶接部」、「溶接予定部分」ということがある)の周囲の少なくとも一部を保護するために用いられる。電池は、金属箔の表面に活物質層が形成された電極(正極及び負極)を備えている。また、電極には、電極の金属箔が露出した金属箔露出部が設けられている。具体的には、電極には、活物質層が存在せずに、電極の金属箔が露出した金属箔露出部が設けられている。また、金属箔露出部が金属端子などの導電性部材と溶接されて、電池の内部と外部とが電気的に接続されている。
本発明において、第1熱溶着性樹脂層1は、保護フィルムの一方側の表面を構成している層である。すなわち、第1熱溶着性樹脂層1は、本発明の保護フィルム10の一方側の最外層を構成している。
本発明において、耐熱性中間層3は、第1熱溶着性樹脂層1と第2熱溶着性樹脂層2との間に位置しており、保護フィルムの優れた耐熱性を担保している。
本発明において、第2熱溶着性樹脂層2は、耐熱性中間層3の第1熱溶着性樹脂層1とは反対側に位置する層である。第2熱溶着性樹脂層2は、熱溶着性樹脂組成物により構成されている。
本発明において、熱可塑性樹脂層4は、必要に応じて、保護フィルム10に積層される層である。熱可塑性樹脂層4は、第1熱溶着性樹脂層1と耐熱性中間層3との間、耐熱性中間層3と第2熱溶着性樹脂層2との間に積層されていることが好ましい。保護フィルム10には、熱可塑性樹脂層4が1層積層されていてもよいし、2層以上積層されていてもよい。保護フィルム10における熱可塑性樹脂層4の積層数としては、好ましくは0〜2程度、より好ましくは0〜1程度が挙げられる。
本発明の保護フィルム10には、第1熱溶着性樹脂層1、第2熱溶着性樹脂層2、耐熱性中間層3、及び熱可塑性樹脂層4とは異なる他の層がさらに積層されていてもよい。
本発明の保護フィルム10は、必要に応じて、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。なお、添加剤の種類、含有量などによっては、保護フィルム10が変色することもある。
本発明の保護フィルム10は、少なくとも、第1熱溶着性樹脂層1と、耐熱性中間層3と、第2熱溶着性樹脂層2と、必要に応じて設けられる熱可塑性樹脂層4とを積層することにより製造することができる。これらの層の積層方法としては、特に制限されず、例えば、サーマルラミネート法、サンドイッチラミネート法、押出しラミネート法などを用いて行うことができる。
本発明の電池は、図7の模式図に示すように、少なくとも、金属箔20と、金属箔20の表面に活物質層22を有する電極、及び電解質などを備えた電池素子が、包装材料50によって形成された包装体中に収容された構造を有している。電極は、正極と負極とを備えており、正極と負極との間には、セパレータ23が配置される。本発明において、電池の内部50aとは、包装材料50によって電池素子が収容されている領域を意味し、電池の外部50bとは、包装材料50の外側を意味している。電池の内部50aと外部50bは、包装体を介して隔絶されている。
加熱機構付きのカンチレバー(プローブ)を取り付けられる原子間力顕微鏡を用いたプローブの変位量測定を用いて、軟化点を測定した。耐熱性中間層の軟化点の測定では、まず、保護フィルムの断面の耐熱性中間層の表面にプローブを設置した。このときの断面は、保護フィルムの中心部を通るように厚さ方向に切断して得られた、耐熱性中間層の断面が露出した部分である。切断は、市販品の回転式ミクロトームなどを用いて行った。加熱機構付きのカンチレバー(プローブ)を取り付けられる原子間力顕微鏡としては、ANASIS INSTRUMENTS社製のafm plusシステムを用い、プローブとしてはカンチレバーThermaLever AN2−200(ばね定数0.5〜3N/m)を使用した。プローブの先端半径は30nm以下、プローブのディフレクション(Deflection)の設定値は−4V、昇温速度5℃/分とした。次に、この状態でプローブを加熱すると、プローブからの熱により、耐熱性中間層の表面が膨張して、プローブが押し上げられ、プローブの位置が初期値(プローブの温度が40℃である時の位置)よりも上昇した。さらに加熱温度が上昇すると、耐熱性中間層が軟化し、プローブが耐熱性中間層に突き刺さり、プローブの位置が下がった。なお、プローブの変位量測定においては、測定対象となる保護フィルムは室温(25℃)環境にあり、40℃に加熱されたプローブを耐熱性中間層の表面に設置して、測定を開始した。耐熱性中間層の軟化点は、プローブの変位量測定において、プローブのディフレクションが最大となった時の温度とした。耐熱性中間層の軟化点の測定においては、測定対象とする耐熱性中間層の5つのサンプルについて、プローブのディフレクションが最大となった時の温度を読み取り、5つの温度の最大値と最小値を除いた3つの温度の平均値を、軟化点とした。
(実施例1)
耐熱性中間層としてのポリアリレート繊維からなる不織布(目付け14g/m2、厚さ60μm、軟化点160℃以上)の一方の面に、粘着成分と無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂を含む熱溶着性樹脂組成物を、Tダイ押出機で厚さ30μmに押出し塗布し、第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、軟化点54℃)を形成した。次に、耐熱性中間層の他方の面に、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を、Tダイ押出機で厚さ30μmに押出し塗布し、第2熱溶着性樹脂層(PPa、軟化点75℃)を形成し、粘着性を有する(粘着成分を含む)第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、厚さ30μm)/耐熱性中間層(ポリアリレート繊維不織布、目付け14g/m2、厚さ60μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)がこの順に積層された保護フィルムを得た。
耐熱性中間層として、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(厚さ12μm、軟化点160℃以上)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粘着性を有する(粘着成分を含む)第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、30μm)/耐熱性中間層(PEN、厚さ12μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)がこの順に積層された保護フィルムを得た。
耐熱性中間層としてのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(厚さ12μm、軟化点160℃以上)の一方の面に、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を、Tダイ押出機で厚さ30μmに押出し塗布し、熱可塑性樹脂層(PPa、軟化点75℃)を形成した。次に、熱可塑性樹脂層の表面に、粘着成分と無水マレイン酸変性ポリエチレンを含む熱溶着性樹脂組成物を、Tダイ押出機で厚さ30μmに押出し塗布し、第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、軟化点54℃)を形成した。次に、耐熱性中間層の他方の面に、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を、Tダイ押出機で厚さ30μmに押出し塗布し、第2熱溶着性樹脂層(PPa、軟化点75℃)を形成し、粘着性を有する(粘着成分を含む)第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、厚さ30μm)/熱可塑性樹脂層(PPa、厚さ30μm)/耐熱性中間層(PEN、厚さ12μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)がこの順に積層された保護フィルムを得た。
耐熱性中間層として、ポリフェニレンサルファイド(PPS)系樹脂からなる不織布(目付け15g/m2、厚さ25μm、軟化点160℃以上)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粘着性を有する(粘着成分を含む)第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、30μm)/耐熱性中間層(PPS不織布、目付け15g/m2、厚さ25μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)がこの順に積層された保護フィルムを得た。
実施例3において、第2熱溶着性樹脂層(PPa、軟化点75℃)を形成する無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂に、着色剤(カーボンブラック)を配合することで黒色に着色したこと以外は、実施例3と同様にして、粘着性を有する(粘着成分を含む)第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、厚さ30μm)/熱可塑性樹脂層(PPa、厚さ30μm)/耐熱性中間層(PEN、厚さ12μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、黒色、厚さ30μm)がこの順に積層された保護フィルムを得た。
中間層として、ポリエチレン繊維からなる不織布(PE不織布、目付け10g/m2、厚さ25μm、軟化点50℃)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粘着性を有する(粘着成分を含む)第1熱溶着性樹脂層(粘着性PEa、厚さ30μm)/中間層(PE不織布、目付け10g/m2、厚さ25μm)/第2熱溶着性樹脂層(PPa、厚さ30μm)がこの順に積層された保護フィルムを得た。
市販のアクリル系粘着テープ(ニチバン社製のナイスタック、厚さ90μm)を保護フィルムとした。
JIS K 7133:1999の規定に準拠した方法において、試験温度200℃、加熱時間10秒間の条件で、上記で得られた各保護フィルムの熱収縮率を測定した。結果を表1に示す。
上記で得られた各保護フィルムの絶縁性を評価するために、まず、積層フィルムにより構成された包装材料を以下の手順により製造した。アルミニウム箔(厚さ40μm)の一方の面と、二軸延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)とをウレタン系接着剤(厚さ4μm)を介して積層した。次に、アルミニウム箔の他方の面と、未延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ30μm)とを酸変性ポリプロピレン樹脂(厚さ15μm、不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリプロピレン)でサンドイッチラミネートすると共に、熱風により酸変性ポリプロピレン樹脂の軟化点以上の温度に加熱して、二軸延伸ナイロンフィルム(25μm)/アルミニウム箔(厚さ40μm)/酸変性ポリプロピレン樹脂(厚さ15μm)/未延伸ポリプロピレンフィルム(30μm)が順に積層された包装材料を製造した。
1a 第1熱溶着性樹脂層の主面
2 第2熱溶着性樹脂層
3 耐熱性中間層
4 熱可塑性樹脂層
10 保護フィルム
20 金属箔
21 金属箔露出部
22 活物質層
23 セパレータ
30 金属端子
40 溶接ヘッド
50 包装材料
50a 電池の内部
50b 電池の外部
60 ニッケル製端子
70 ワイヤ
80 金属バー
90 プローブ
P 溶接部
Q 積層フィルムの断面の耐熱性中間層の表面の位置
R 保護フィルムで被覆される領域
Claims (11)
- 金属箔と前記金属箔の表面に位置する活物質層とを有する電極を備える電池に用いられる保護フィルムであって、
前記電極には、前記金属箔が露出した金属箔露出部が設けられており、
前記保護フィルムは、前記電極の前記金属箔露出部と金属端子とが溶接される部分の周囲の少なくとも一部を保護するために用いられ、
前記保護フィルムは、少なくとも、粘着性を有する第1熱溶着性樹脂層と、耐熱性中間層と、第2熱溶着性樹脂層とをこの順に備えており、
前記第1熱溶着性樹脂層は、前記保護フィルムの一方側の表面を構成している、保護フィルム。 - 試験温度200℃、加熱時間10秒間の条件で測定される熱収縮率が、10%以下である、請求項1に記載の保護フィルム。
- 前記第1熱溶着性樹脂層を構成している樹脂は、ポリオレフィン骨格を有している、請求項1または2に記載の保護フィルム。
- 前記第1熱溶着性樹脂層は、変性ポリオレフィンを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の保護フィルム。
- 前記第1熱溶着性樹脂層は、酸変性ポリオレフィンを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の保護フィルム。
- 前記第1熱溶着性樹脂層を赤外分光法で分析すると、無水マレイン酸に由来するピークが検出される、請求項1〜5のいずれかに記載の保護フィルム。
- 前記第2熱溶着性樹脂層が、前記第1熱溶着性樹脂層とは反対側の表面を構成している、請求項1〜6のいずれかに記載の保護フィルム。
- 前記第1熱溶着性樹脂層、前記中間層、及び前記第2熱溶着性樹脂層のうち少なくとも1層が着色されている、請求項1〜7のいずれかに記載の保護フィルム。
- 前記電極の前記金属箔が、金属箔露出部において複数積層されている、請求項1〜8のいずれかに記載の保護フィルム。
- 少なくとも、電極及び電解質を備えた電池素子が、電池用包装材料により形成された包装体中に収容されている電池であって、
前記電極は、金属箔と前記金属箔の表面に位置する活物質層とを備えており、
前記電極には、前記金属箔が露出した金属箔露出部が設けられており、
前記電極の前記金属箔露出部には金属端子が溶接されており、
前記電極の前記金属箔露出部と金属端子とが溶接される部分の周囲の少なくとも一部が、請求項1〜9のいずれかに記載の保護フィルムで被覆されている、電池。 - 金属箔と前記金属箔の表面に位置する活物質層とを有する電極を備える電池の製造方法であって、
前記電極には、前記金属箔が露出した金属箔露出部が設けられており、
前記電極の前記金属箔露出部と金属端子とが溶接予定部分の周囲の少なくとも一部を、請求項1〜9のいずれかに記載の保護フィルムで被覆する工程と、
前記金属箔露出部を前記金属端子と溶接する工程と、
を備える、電池の製造方法。
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