KR102076372B1 - 전기 화학 소자용 외장체 - Google Patents

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Abstract

안전밸브로서의 다공질 금속 시트를 충분한 강도로 부착할 수 있는 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체를 제공한다.
본 발명은, 한쪽 면 측의 실런트층이 고분자 화합물에 의해 구성된 2장의 외장 필름(11)이 서로의 실런트층을 대향시킨 상태에서 적층됨과 함께, 그 적층상태의 외장 필름(11)의 외주연부가 밀봉되도록 한 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체를 대상으로 한다. 다공질 금속 시트(21)에 의해 구성되는 내압 상승 방지용의 안전밸브(2)의 일단 측이 내부에 배치됨과 함께, 타단 측이 외부에 배치되도록 하여, 안전밸브(2)가 적층상태의 2장의 외장 필름(11)에서의 대응하는 외측연부 사이에 개재된 상태에서, 안전밸브(2)가 외장 필름(11)의 실런트층에, 고분자 화합물을 포함하는 접착층(3)을 통하여 고정되어 있다.

Description

전기 화학 소자용 외장체{EXTERNAL BODY FOR ELECTROCHEMICAL DEVICES}
본 발명은, 내부에서 발생한 가스를 외부로 놓아주기 위한 내압 상승 방지용의 안전밸브가 부착되어 있는 리튬이온 전지나, 리튬이온 캐패시터 등의 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체 및 그 관련 기술에 관한 것이다.
종래로부터, 비디오 카메라, 노트 퍼스널 컴퓨터, 태블릿 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 다기능 휴대 전화 등의 전자 기기에서는, 포터블화, 소형 경량화의 요망이 강하고, 그에 수반하여, 이들 전자 기기의 전원용의 전지로서 사용되는 리튬이온 2차 전지에서도, 소형 경량화, 고성능화가 강하게 요구되고 있다.
또한 최근에는, 리튬이온 2차 전지를 전기자동차나 하이브리드차의 차량탑재 전원용으로 적용하기 위해, 리튬이온 2차 전지의 대형화도 검토되고 있다.
리튬이온 2차 전지 중에서도, 알루미늄 라미네이트 필름을 사용한 라미네이트형의 박형 전지는, 중량이나 비용의 면에서 우위성이 높고, 근래 주목을 모으고 있다.
라미네이트형의 리튬이온 2차 전지는 맞 겹쳐진 2장의 외장 필름의 외주연부(外周緣部)가 밀봉된 주머니형상(袋狀)의 외장체를 구비하고, 그 외장체의 내부에 발전 요소로서의 전지 본체가 수용되어 있다. 이와 같은 전지는, 과충전시나 과승온시에 전지 본체에서 가스가 발생하기 쉽고, 그 가스가 외장체의 내부 공간에 충만되어져서 외장체 내부의 내압이 상승하는 경우가 있다. 내압이 이상하게 높아지면, 외장체가 파열(bust)함에 이르러 내부의 수용물이 비산하는 것이 우려되기 때문에, 이와 같은 외장체의 파열을 방지하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들면 특허 문헌 1에 나타내는 리튬이온 전지에서는, 외장체의 주연부의 일부에, 외장체 내부에서 발생하는 가스를 외부로 풀어주기 위한 안전밸브가 마련되어 있다.
그러나, 동 문헌의 안전밸브는 구조가 복잡하기 때문에, 전지 자체의 구조의 복잡화를 초래함과 함께, 생산성의 저하를 초래할 우려가 있다.
한편, 근래에 들어서 특허 문헌 2, 3에 나타내는 바와 같이, 라미네이트형과 다른 상자 밀봉형이나 캔(can) 밀봉형의 전지에서, 다공질 금속 시트를 안전밸브로서 이용하는 기술이 제안되고 있다.
이 전지는, 외장 용기의 일부를, 다공질 금속 시트에 의해 구성하고, 그 다공질 금속 시트를 안전밸브로서 기능 시키는 것으로서, 전지 내부에 충만하는 가스를 다공질 금속 시트를 통하여 외부에 방출시켜서, 내압이 이상하게 상승하는 것을 방지하도록 하고 있다.
이 전지에 채용되는 안전밸브로서의 다공질 금속 시트는 구조가 심플하기 때문에, 이 구성의 안전밸브를, 상기 특허 문헌 1에 나타내는 라미네이트형의 전지에 채용할 수 있다면, 고성능이면서 소형 컴팩트한 안전밸브 부설의 라미네이트형 전지를 제공할 수가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2007-265725호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2004-221129호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2003-217546호 공보
그러나, 라미네이트형 전지의 외장체를 구성하는 외장 필름에는, 고분자 화합물에 의해 구성되는 난(難)접착성의 실런트층이 마련되어 있기 때문에, 그 실런트층에 예를 들면 히트-실에 의해, 안전밸브로서의 다공질 금속 시트를 접착한 것만으로는, 충분한 접착 강도를 얻을 수가 없다. 가령 그 실런트층에 다공질 금속 시트를 히트-실에 의해 접착한 외장체의 내부에, 전지 본체로서의 전해액을 봉입하여 전지를 제작한 경우에는, 장기간 보관하거나 사용하거나 하면, 다공질 금속 시트 및 실런트층 사이에서 층간 박리가 발생할 우려가 있고, 이들의 과제가 실용화의 장애로 되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태는, 관련 기술에서의 상술한 및/또는 다른 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는, 기존의 방법 및/또는 장치를 현저하게 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 안전밸브로서의 다공질 금속 시트를 충분한 강도로 부착할 수 있는 라미네이트형의 전지 등의 전기 화학 소자용 외장체 및 그 관련 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은, 이하의 바람직한 실시 형태로부터 분명해질 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 이하의 수단을 구비하는 것이다.
[1] 한쪽 면 측의 실런트층이 고분자 화합물에 의해 구성된 2장의 외장 필름이 서로의 실런트층을 대향시킨 상태에서 적층됨과 함께, 그 적층상태의 외장 필름의 외주연부가 밀봉되도록 한 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체로서,
다공질 금속 시트에 의해 구성되는 내압 상승 방지용의 안전밸브의 일단 측이 내부에 배치됨과 함께, 타단 측이 외부에 배치되도록 하여, 상기 안전밸브가 적층상태의 2장의 상기 외장 필름에서의 대응하는 외측연부 사이에 개재된 상태에서, 상기 안전밸브가 상기 외장 필름의 실런트층에, 고분자 화합물을 포함하는 접착층을 통하여 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체.
[2] 상기 접착층이 폴리올레핀계 고분자 화합물을 포함하고 있는 전항 1에 기재된 전기 화학 소자용 외장체.
[3] 상기 안전밸브로서의 다공질 금속 시트가, 다공질 니켈 시트인 전항 1 또는 2에 기재된 전기 화학 소자용 외장체.
[4] 상기 안전밸브는, 표면이 화성 처리된 다공질 금속 시트인 전항 1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 전기 화학 소자용 외장체.
[5] 전항 1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 외장체를 구비하고, 상기 외장체에 전기 화학 소자 본체가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자.
[6] 전항 1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 외장체를 구비하고, 상기 외장체의 내부에 전지 본체인 발전 요소가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
[7] 상기 안전밸브가, 리드 단자를 겸용하고 있는 전항 6에 기재된 전지.
[8] 한쪽 면 측의 실런트층이 고분자 화합물에 의해 구성된 2장의 외장 필름을 서로의 실런트층을 대향시킨 상태에서 적층함과 함께, 그 적층상태의 외장 필름의 외주연부를 밀봉하도록 한 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법으로서,
다공질 금속 시트에 의해 구성되는 내압 상승 방지용의 안전밸브를 준비하는 준비 공정과,
상기 안전밸브의 일단 측이 상기 외장체의 내부에 배치됨과 함께, 타단 측이 상기 외장체의 외부에 배치되도록 하여, 상기 안전밸브를 적층상태의 2장의 상기 외장 필름에서의 대응하는 외측연부 사이에 개재한 상태에서, 상기 안전밸브를 상기 외장 필름의 실런트층에, 고분자 화합물을 포함하는 접착층을 통하여 고정하는 접착 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
[9] 상기 접착 공정을 행하기 전에, 상기 안전밸브로서의 다공질 금속 시트의 표면에 화성 처리를 행하도록 한 전항 8에 기재된 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
[10] 상기 접착층은, 상기 안전밸브 및 상기 외장 필름 사이에 도포되고, 또한 폴리올레핀계 고분자 화합물을 포함하는 접착제에 의해 구성되어 있는 전항 8 또는 9에 기재된 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
[11] 상기 접착 공정은, 상기 접착제를 에이징하는 에이징 공정을 포함하고 있는 전항 10에 기재된 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
[12] 상기 접착층은, 상기 안전밸브 및 상기 외장 필름 사이에 배치되고, 또한 폴리올레핀계 고분자 화합물을 포함하는 접착용 필름에 의해 구성되어 있는 전항 8 또는 9에 기재된 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
또한 본 명세서에 있어서, 「알루미늄」의 단어는, 알루미늄 및 그 합금을 포함하는 의미로 이용한다.
발명 [1]의 전기 화학 소자용 외장체에 의하면, 안전밸브로서의 다공질 금속 시트를 고분자 화합물을 포함하는 접착층을 통하여 외장 필름의 실런트층에 고정하고 있기 때문에, 안전밸브를 충분한 강도로 부착할 수 있다.
발명 [2]의 전기 화학 소자용 외장체에 의하면, 보다 높은 강도로 다공질 금속 시트를 고정할 수 있다.
발명 [3]의 전기 화학 소자용 외장체에 의하면, 안전밸브로서 다공질 니켈 시트를 사용하고 있기 때문에, 내압 상승시의 가스 빼기를 보다 확실하게 행할 수가 있어서, 방폭성을 보다 한층 높일 수 있다.
발명 [4]의 전기 화학 소자용 외장체에 의하면, 보다 높은 강도로 다공질 금속 시트를 외장 필름에 고정할 수 있다.
발명 [5]의 전기 화학 소자에 의하면, 상기한 바와 마찬가지로, 안전밸브로서의 다공질 금속 시트를 외장 필름에 충분한 강도로 부착할 수 있다.
발명 [6]의 전지에 의하면, 상기한 바와 마찬가지로, 안전밸브로서의 다공질 금속 시트를 충분한 강도로 외장 필름에 부착할 수 있다.
발명 [7]의 전지에 의하면, 안전밸브를 리드 단자와 겸용하고 있기 때문에, 부품 갯수를 삭감할 수가 있어서, 구조의 간소화 및 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
발명 [8] 내지 [12]의 제조 방법에 의하면, 상기한 바와 마찬가지로, 안전밸브로서의 다공질 금속 시트가 충분한 강도로 외장 필름에 부착된 전기 화학 소자용 외장체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 전지용 외장체의 한 예를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 형태인 전지용 외장체의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 3은 실시 형태의 전지용 외장체에 적용된 다공질 금속 시트를 도시하는 개략도.
도 4는 상기 한 예의 전지용 외장체의 제조에 사용된 pp 접착제 부착의 다공질 금속 시트를 도시하는 개략도.
도 5는 상기 다른 예의 전지용 외장체의 제조에 사용된 pp필름 부착의 다공질 금속 시트를 도시하는 개략도.
도 6은 본 발명의 전지용 외장체가 적용된 전지의 한 예를 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 전지용 외장체가 적용된 전지의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 형태인 전지용 외장체(1)를 도시하는 개략도이다. 또한 도 1 및 도 2에서는, 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 두께 방향의 치수 비율을 실제보다도 두껍게 형성하고 있다(이하의 도 3 내지 도 7에서도 마찬가지).
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 전지용 외장체(1)는, 리튬이온 2차 전지용의 외장체로서 사용되는 것이다. 이 외장체(1)는, 적층되는 2장의 외장 필름(라미네이트 필름)(11, 11)을 구비하고 있다.
외장 필름(11)은, 예를 들면 내면측(한쪽 면 측)에 배치된 실런트층과, 실런트층상에 적층된 중간층과, 중간층상에 적층된 외면층을 구비한 3층의 적층체에 의해 구성되어 있다.
실런트층은, 열접착성(열가간성)을 가지며, 또한 금속염 및 유기 용제(에틸렌카보네이트나 디메틸카보네이트 등)에 침식되지 않는 화합물, 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계 아이노머, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀계 수지 등의 고분자 화합물로 이루어지는 것을 알맞게 사용할 수 있다.
또는 외면층은, 전기 절연성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리에스테르나, 나일론 등의 폴리아미드에 의해 구성되는 것을 알맞게 사용할 수 있다. 이 외면층은, 기계적 강도를 가지며, 외면층 및 실런트층 사이에 마련되는 중간층을 보호하는 역할을 담당하고 있다.
중간층은, 금속박, 예를 들면 알루미늄박, SUS박에 의해 구성되는 것을 알맞게 사용할 수 있고, 그 중에서도 특히 알루미늄박에 의해 구성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 중간층에 의해, 외부로부터의 수분의 침입이나 내부로부터의 전해액의 증발이 유효하게 방지되도록 되어 있다.
이상의 구성의 2장의 외장 필름(11, 11)이 맞 겹쳐져서(적층되어), 그 주연부가 히트-실(열용착)되어, 주머니형상의 외장체(1)를 제작하는 것인데, 본 실시 형태에서는, 외주연부의 일부에 안전밸브(2)가 부착되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서, 안전밸브(2)로서는, 다수의 미세구멍이 형성된 다공질 금속 시트(21)가 사용된다. 이 시트(21)로서는 예를 들면, 다공질 니켈(Ni) 시트, 다공질 니켈계 합금 시트, 다공질 구리(Cu) 시트, 다공질 구리계 합금 시트, 다공질 팔라듐(Pd) 시트를 알맞게 사용할 수 있다. 이들 중에서도 특히, 도금욕의 안전성이 높고, 또한 가공성도 좋다는 이유 때문에, 다공질 니켈 시트, 다공질 니켈계 합금 시트를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)는, 예를 들면 전석법(電析法)을 이용하여 제작할 수 있다.
안전밸브(2)로서 사용되는 다공질 금속 시트(21)는, 그 미세구멍의 구멍지름이 0.1㎛ 내지 6㎛의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 구멍지름이 너무 큰 경우에는, 외장체(1)의 내부에 봉입된 전해액 등의 액 누설이 발생할 우려가 있다. 역으로 구멍지름이 너무 작은 경우에는, 외장체(1)의 내압 상승시에 있어서의 가스 리크성(가스 빼기성)이 불충분하게 되어, 내압 상승을 확실하게 방지할 수가 없을 우려가 있다.
또한 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)는, 두께가 15㎛ 내지 150㎛의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 두께가 너무 두꺼운 경우에는, 다공질 금속 시트(21)와 외장 필름(11)과의 사이를 확실하게 실 하는 것이 곤란해질 우려가 된다. 역으로 두께가 너무 얇은 경우에는, 안전밸브(2)로서 충분한 기계적 강도를 확보할 수가 없을 우려가 있다.
본 실시 형태에서는, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)의 표면에, 크로메이트 처리 등에 의한 화성 처리를 시행하여 두는 것이 바람직하다. 즉, 이 크로메이트 처리에 의해 다공질 금속 시트(21)의 표면의 반응성을 향상시킬 수 있고, 다공질 금속 시트(21)를, 후술하는 접착층(3)을 통하여 외장체(1)의 실런트층에의 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 크로메이트 처리로서는, 실시례의 난에서 상세히 기술하는 바와 같이, 도포형의 쿠로메복 처리를 행하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 적층상태의 외장 필름(11, 11)의 외주연부를 열용착하는 것과 병행하여, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)를, 외장 필름(11, 11) 사이에 개재시켜서 접착 고정하는 것이다.
본 실시 형태에서, 다공질 금속 시트(21)를 외장 필름(11, 11)에 접착 고정하는 방법으로서는, 접착제(31)를 사용하는 방법과, 접착용(용착용) 필름(32)을 사용하는 방법의 2가지 방법을 채용할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 접착제(31)를 사용하는 방법은, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)의 양면에서의 외장 필름(11, 11)과의 접착면에, 미리 페이스트 상태의 접착제(31)를 도포하여 둔다. 그리고 도 1에 도시하는 바와 같이, 그 다공질 금속 시트(21)를 그 양측에서 외장 필름(11, 11)의 외주연부의 일부에 의해 끼워 넣어지도록 하여, 외장 필름(11, 11)을 맞겹쳐서 배치한다. 그 상태에서, 맞 겹쳐진 외장 필름(11, 11)의 외주연부의 실런트층끼리를 히트-실에 의해 용착하는 한편, 다공질 금속 시트(21)에 대해 외장 필름(11, 11)을 양측에서 협압(挾壓)하여, 다공질 금속 시트(21)를 접착제(31)에 의한 접착층(3)을 통하여 외장 필름(11, 11)의 실런트층에 각각 접착 고정한다. 이에 의해 도 1에 도시하는 바와 같이, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)의 일부분(일단 측)이 외부에 배치됨과 함께, 타부분(타단 측)이 내부에 배치된 상태에서, 외주연부의 전둘레가 실 된 주머니 형상의 전지용 외장체(1)가 형성된다.
본 실시 형태에서, 접착제(31)의 도포량은, 1g/㎡ 내지 5g/㎡로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 도포량을 이 범위 내로 조정함에 의해, 접착제(31)를 여분으로 사용하지 않고서 안정 상태로 확실하게 접착할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 접착제(31)에 의해, 다공질 금속 시트(21)를 외장 필름(11, 11)에 접착할 때에는, 접착제(31)를 에이징(양생경화)시킴에 의해, 보다 한층 안정 상태로 접착할 수 있고, 보다 한층 접착 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서 접착제(31)를 사용하는 경우에는, 에이징 처리를 행하는 것이 바람직하다.
에이징 조건으로서는, 외장 필름(11, 11)에 의해 다공질 금속 시트(21)를 양측에서 끼어지지한 상태에서, 협지압을 0.1MPa 내지 10MPa, 온도를 30℃ 내지 50℃, 기간을 2 내지 9일간으로 설정하는 것이 바람직하다.
한편 도 5에 도시하는 바와 같이, 접착용 필름(32)을 사용하는 방법은, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)의 양면에서의 외장 필름(11, 11)과의 접착면에, 접착용 필름(32)을 열용착하여 부착한다. 그 후 도 2에 도시하는 바와 같이, 다공질 금속 시트(21)를 그 양측에서 외장 필름(11, 11)의 외주연부의 일부에 의해 끼워 넣어지도록 하여, 외장 필름(11, 11)을 맞겹쳐서 배치한다. 그리고 그 상태에서, 맞 겹쳐진 외장 필름(11, 11)의 외주연부의 실런트층끼리를 히트-실에 의해 용착하는 동시에, 다공질 금속 시트(21)의 접착용 필름(32)과 및 외장 필름(11, 11)의 실런트층을 열용착하여 접착 고정한다. 이에 의해, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)의 일부분(일단 측)이 외부에 배치됨과 함께, 타부분(타단 측)이 내부에 배치된 상태에서, 외주연부의 전둘레가 실 된 주머니형상의 전지용 외장체(1)가 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에서, 접착제(31) 및 접착용 필름(32)으로서는, 우레탄계, 산변성 폴리올레핀계, 스티렌일래스토머계, 아크릴계, 실리콘계, 에테르계, 에틸렌-아세트산비닐계, 폴리프로필렌계의 것을 사용할 수 있고, 그 중에서도, 접착성의 관점에서, 아크릴계 및 폴리프로필렌계의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 폴리프로필렌계의 것을 사용하는 것이, 보다 한층 바람직하다.
그런데, 본 실시 형태의 외장체(1)를 전지로서 사용하는 경우에는, 내부에, 전지 본체로서의 전해액 등의 발전 요소가 봉입됨과 함께, 외장체(1)의 외부와 내부를 전기적으로 연결하는 리드 단자가 마련된다. 전해액의 봉입 방법이나 순서는 종래부터의 방법이나 순서를 사용할 수 있고, 리드 단자의 부착 방법 등도, 종래부터의 주지의 방법을 사용할 수 있다.
이상의 구성의 전지에서, 내압이 이상하게 상승한 경우에는, 내부의 가스가, 안전밸브(2)를 구성하는 다공질 금속 시트(21)의 미세구멍을 통과하여 외부에 방출됨에 의해, 내압이 과도하게 상승하는 것이 방지되고, 버스트의 발생을 확실하게 방지할 수 있고, 봉입물이 비산하는 것 같은 불합리함을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 전지용 외장체(1)에 의하면, 안전밸브(2)로서의 다공질 금속 시트(21)를 외장 필름(11, 11)에 의해 끼워 넣어서 접착할 뿐이기 때문에, 구조의 간소화를 도모할 수 있음과 함께, 간단하게 제조할 수가 있어서, 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 안전밸브(2, 2) 인 다공질 금속 시트(21, 21)를, 탭 리드 등의 리드 단자(4, 4)와 겸용하여 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 2개의 리드 단자중, 한쪽만을, 안전밸브(2)와 겸용시키도록 하여도 좋고, 쌍방 함께, 안전밸브(2)와 겸용시키도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태 등에서는, 외장체(1)의 내부에, 전기 화학 소자 본체로서 전지 본체를 봉입하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 그것만으로 한정되지 않고, 본 발명의 외장체에는, 전지 본체 이외의 전기 화학 소자 본체를 봉입할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 외장체에, 콘덴서 본체로서의 축전 요소를 봉입함에 의해, 본 발명을 라미네이트형 캐패시터 등의 콘덴서 소자에도 적용할 수 있다.
[실시례]
다음에 본 발명에 관련된 실시례, 및 본 발명의 요지를 일탈하는 비교례에 관해 설명한다.
Figure 112013106405419-pat00001
또한 표 1에서, 하지 처리란, 다공질 금속 시트(21)에 대한 하지 처리이다. 접착 수단이란, 다공질 금속 시트(21)와 외장 필름(11)을 접착하기 위해 이용되는 수단이다.
<실시례 1>
외장체(1)를 구성하는 외장 필름(11)으로서, 실런트층이 연신(延伸) 폴리프로필렌으로 이루어지고, 중간층이 알루미늄박으로 이루어지고, 외면층이 6나일론으로 이루어지는 두께 0.1㎜의 3층의 적층체를 준비하였다. 이 외장 필름(11)의 사이즈는, 길이 100㎜, 폭 100㎜이다.
안전밸브(2)를 구성하는 다공질 금속 시트(21)로서, 전석법을 이용하여 제작한 다공질 니켈(Ni) 시트를 준비하였다. 이 시트는, 두께가 0.05㎜, 길이가 30㎜, 폭이 30㎜이다. 또한 이 시트는, 직경 1㎛φ의 세공이, 100개/㎠의 밀도로 형성된 다공질의 것이다.
폴리올레핀계 접착제(PP 접착제)(31)로서, 동아(東亞)합성주식회사제의 핫멜트 접착제 「아론멜트(상표)PPET-1600」와, 헥사메틸렌디이소시아네이트를 100 : 1.5의 조성으로 조합한 것을 준비하였다.
그리고, 다공질 Ni 시트(21)의 양면(외장 필름(11, 11)과의 접착면)에, PP 접착제(31)를 주걱을 이용하여 도포하였다(도 4 참조). 이 때의 도포량은, 2.2g/㎡로 하였다.
계속해서 도 1에 도시하는 바와 같이, 다공질 Ni 시트(21)를 그 양측에서 2장의 외장 필름(11, 11)의 외측연부, 즉, 외주연부의 일변부에 끼워 넣어지도록, 외장 필름(11, 11)을 맞겹쳐서 배치한다.
또한 그 상태에서, 맞 겹쳐진 외장 필름(11, 11)의 외주연부를 히트-실에 의해 용착하는 한편, 다공질 Ni 시트(21)를 PP 접착제(31)를 통하여 외장 필름(11, 11)의 실런트층에 접착 고정함에 의해, 안전밸브(2)(다공질 Ni 시트(21)) 부착의 외장체(1)를 제작하였다. 히트-실의 조건은, 온도를 150℃ 내지 200℃, 압력을 0.1MPa 내지 0.3MPa, 시간을 2초 내지 5초로 하였다.
<초기 접착성 평가>
이렇게 하여 얻어진 실시례 1의 샘플(전지용 외장체(1))에 대해, 다공질 Ni 시트(21)와, 외장 필름(11) 사이의 층간 접착 강도(초기의 층간 접착 강도)에 관해 평가하였다.
즉, 실시례 1의 샘플에서, 다공질 Ni 시트(21)를 PP 접착제(31)를 통하여 외장 필름(11)에 접착한 후, 에이징을 행하지 않고서, 다공질 Ni 시트(21)와 외장 필름(11)과의 접합부를 잘라내어, 폭 30㎜의 샘플 절출편(切出片)을 얻었다.
이 실시례 1의 샘플 절출편에 대해, JIS K6854-2에 준거하여, 다공질 Ni 시트(21)와 외장 필름(11) 사이의 층간 접착 강도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다. 또한, 얻어진 결과는, 15㎜ 폭으로 환산한 값(N/15㎜)이다.
Figure 112013106405419-pat00002
<밀봉성 평가>
상기 실시례 1과 마찬가지로 전지용 외장체(1)를 제작하였다. 이 경우, 외장체(1)의 내부에, 전지 본체(발전 요소)인 전해액이 봉입되도록, 외장 필름(11, 11)의 전둘레를 히트-실 하였다. 또한, 외장체(1)의 내부에는, 전해액으로서, 1M의 LiPF6 용액(EC : DEC=1 : 1)을 5㎖ 주입하였다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 1의 샘플에 대해, 60℃, 습도 90%Rh 하에서 1주간 보관하였다. 이 보관 조건은, 아레니우스(Arrhenius) 가속에 의거하여 예측하면, 20℃에서 4개월간 보관한 경우에 상당한다. 그리고 보관 후에, 액 누설이 발생하였는지의 여부를 관찰하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<보관 후 접착성 평가>
상기 밀봉성 평가의 시험을 행한 후(상기와 같은 조건으로 보관한 후), 실시례 1의 샘플에 대해, 상기한 초기 접착성 평가와 마찬가지로, 샘플 절출편을 절출하고, 상기한 바와 마찬가지로, 다공질 Ni 시트(21)와 외장 필름(11) 사이의 층간 접착 강도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<실시례 2>
실시례 1과 마찬가지로, 외장 필름(11) 및 다공질 Ni 시트(21)를 접착한 후, 표 1에 표시하는 바와 같이, PP 접착제(31)의 에이징을 행하여, 외장체(1)를 제작하고, 실시례 2의 샘플로 하였다. 에이징의 조건은, 압력 0.1MPa 내지 0.3MPa, 온도 30℃ 내지 50℃, 기간 2일 내지 9일이다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 2의 샘플(외장체(1))에 대해, 상기 실시례 1과 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<실시례 3>
변성 폴리올레핀계 필름(32)으로서, 동아합성주식회사제의 핫멜트 접착제 「아론멜트(상표)PPET2102」의 블록을 21㎝×29㎝의 2장의 테플론제의 판(두께 2㎜)으로 끼우고, 190℃의 핫 프레스로 1분간 가열 용융하고, 그 후 탈기(脫氣)하고, 3Mpa로 가압, 냉각하여 얻어진 두께 105㎛의 접착용 필름을 준비하였다.
그리고, 안전밸브(2)로서의 다공질 Ni 시트(21)의 양면(외장 필름(11, 11)과의 접착면)에, 변성 폴리올레핀계 필름(32)을 열접착에 의해 용착하였다(도 5 참조). 이 열용착의 조건은, 온도를 150℃ 내지 200℃, 압력을 0.1MPa 내지 0.3MPa, 시간을 2 내지 5초로 하였다.
이렇게 하여 변성 폴리올레핀계 필름(32)을 용착한 다공질 Ni 시트(21)를 그 양측에서 2장의 외장 필름(11, 11)의 주연부(한 변)에 끼워 넣어지도록, 외장 필름(11, 11)을 맞겹쳐서 배치한다(도 2 참조).
또한 그 상태에서, 맞 겹쳐진 외장 필름(11, 11)의 전둘레를 히트-실에 의해 용착하여, 외장체(1)를 제작하고, 실시례 3의 샘플로 하였다. 히트-실의 조건은 상기 실시례 1과 마찬가지이다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 3의 샘플(외장체(1))에 대해, 상기 실시례 1과 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<실시례 4>
표 1에 표시하는 바와 같이, 상기 실시례 1과 마찬가지의 다공질 Ni 시트(21)에 대해, 하지 처리로서, 도포형 크로메이트 처리를 행하였다. 도포형 크로메이트 처리는, 인산크롬(Ⅲ) 2%와 키토산계 수지 2%를 분산한 원액과, 순수와, IPA(이소프로필알코올)를 1 : 2 : 0.5의 조성으로 조합한 액에, 다공질 Ni 시트(21)를 침지한 후, 끌어올려서, 150℃ 내지 250℃, 10초 내지 10분의 조건으로 건조를 행한 것이다.
이 도포형 크로메이트 처리를 행한 다공질 Ni 시트(21)를 사용하여, 상기 실시례 2와 마찬가지로 하여, 외장체(1)를 제작하고, 실시례 4의 샘플로 하였다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 4의 샘플에 대해, 상기 실시례 1과 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<실시례 5>
표 1에 표시하는 바와 같이, 상기한 바와 마찬가지의 다공질 Ni 시트(21)에 대해, 하지 처리로서 도포형 크로메이트 처리를 행하였다. 그 후, 그 시트(21)에 실시례 3과 마찬가지로, 변성 폴리올레핀계 필름(32)을 용착한 후, 외장 필름(11, 11)을 용착하여 외장체(1)를 제작하고, 실시례 5의 샘플로 하였다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 5의 샘플에 대해, 상기한 바와 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<실시례 6>
안전밸브(2)를 구성하는 다공질 금속 시트(21)로서, 전석법을 이용하여 제작한 다공질 구리계 합금(Cu계 합금) 시트를 준비하였다. 이 시트는, 두께가 0.05㎜, 길이가 30㎜, 폭이 30㎜이다. 또한 이 시트는, 직경 1㎛φ의 세공(細孔)이, 100개/㎠의 밀도로 형성된 다공질의 것이다.
이 다공질 Cu계 합금 시트를 사용한 이외는, 상기 실시례 5와 마찬가지로 하여 외장체(1)를 제작하고, 실시례 6의 샘플로 하였다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 6의 샘플에 대해, 상기한 바와 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<실시례 7>
안전밸브(2)를 구성하는 다공질 금속 시트(21)로서, 전석법을 이용하여 제작한 다공질 팔라듐계 합금(Pd계 합금) 시트를 준비하였다. 이 시트는, 두께가 0.05㎜, 길이가 30㎜, 폭이 30㎜이다. 또한 이 시트는, 직경 1㎛φ의 세공이, 100개/㎠의 밀도로 형성된 다공질의 것이다.
이 다공질 Pd계 합금 시트를 사용한 이외는, 상기 실시례 5와 마찬가지로 하여 외장체(1)를 제작하고, 실시례 7의 샘플로 하였다.
이렇게 하여 얻어진 실시례 7의 샘플에 대해, 상기한 바와 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다.
<비교례 1>
Figure 112013106405419-pat00003
Figure 112013106405419-pat00004
표 3에 표시하는 바와 같이, 다공질 Ni 시트(21)에 대해 하지 처리를 행하지 않고, 또한 PP 접착제나 변성 폴리올레핀계 필름 등도 사용하지 않고서, 다공질 Ni 시트(21)와 외장 필름(11)을 히트-실에 의해 용착하여, 비교례 1의 샘플(외장체(1))를 제작하였다. 환언하면, PP 접착제를 사용하지 않은 것 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 비교례 1의 샘플을 얻었다. 또한 히트-실의 조건이나, 다공질 Ni 시트(21) 및 외장 필름(11)의 구성은, 상기 실시례 1과 마찬가지이다.
이렇게 하여 얻어진 비교례 1의 샘플에 대해, 상기한 바와 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
<비교례 2>
표 3에 표시하는 바와 같이, 다공질 Ni 시트(21)에 대해 하지 처리로서 도포형 크로메이트 처리를 행한 이외는, 상기 비교례 1과 마찬가지로 하여, 외장체(1)를 제작하고, 비교례 2의 샘플로 하였다.
이렇게 하여 얻어진 비교례 2의 샘플에 대해, 상기한 바와 마찬가지로, 초기 접착성, 밀봉성 및 보관 후 접착성의 각 평가를 행하였다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
<평가 결과>
표 2 및 표 4로부터 분명한 바와 같이, 비교례 1, 2의 샘플에 대해, 실시례 1 내지 7의 샘플은 양호한 결과가 얻어졌다.
특히 실시례 4에 나타내는 바와 같이 다공질 금속 시트(21)를, 하지 처리 후에, 에이징을 수반하는 pp 접착제에 의해 외장 필름(11)에 접착한 샘플이나, 실시례 3, 5, 6, 7에 나타내는 바와 같이 다공질 금속 시트(21)를 외장 필름(11)에 변성 폴리올레핀계 필름에 의해 접착한 샘플은, 다공질 금속 시트(21)를 외장 필름(11)에 접착한 직후부터 충분한 접착성(초기의 층간 강도)이 얻어지고, 또한 누출의 발생이 일체 없고 밀봉성도 양호하였다. 또한 보관 후에 있어서도 충분한 접착성(보관 후의 층간 강도)를 얻을 수 있고, 장기간의 사용에 의해서도 양호한 접착성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한 실시례 2에 나타내는 바와 같이 하지 처리를 행하지 않고, 에이징을 수반하는 pp 접착제에 의해 접착한 샘플은, 하지 처리를 행한 샘플(실시례 4, 6 등) 보다도 접착성이나 밀봉성이 조금 뒤떨어지는 것이지만, 그런대로의 평가를 얻을 수가 있었다.
또한 실시례 1에 나타내는 바와 같이, 하지 처리도 에이징도 행하지 않고, pp 접착제에 의해 접착한 샘플은, 보관 시험에 있어서, 즉, 장기간 경과한 후에 액 누설의 발생이 인정되는 것이지만, 초기의 단계에서는, 액 누설은 없고, 단기간이라면 사용할 수 있는 것으로 생각된다.
또한 초기와 보관 후의 층간 강도를 비교한 경우, 실시례 1에서는 1/3 정도까지 층간 강도가 저하되어 있다. 또한 실시례 2, 3에서는 층간 강도의 저하가 1/2 정도로 억제되어 있다. 또한 하지 처리를 행한 실시례 4 내지 7에서는, 층간 강도의 저하가 적었다.
이에 대해, 비교례 1, 2에 나타내는 바와 같이, pp 접착제나 변성 폴리올레핀계 필름을 사용하지 않은 샘플에서는, 하지 처리를 행하여도 행하지 않아도, 다공질 금속 시트를 외장 필름에 충분히 접착할 수가 없고, 접착성(층간 접착 강도)의 평가나, 밀봉성의 평가를 행할 수가 없었다.
본원은, 2012년 11월 30일자로 출원된 일본 특허출원의 특원2012-263054호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위해 사용되는 것으로서 한정적으로 해석하기 위해 사용되는 것이 아니고, 여기에 나타나고 또한 진술된 특징 사항의 어떤 균등물도 배제하는 것이 아니고, 본 발명의 클레임된 범위 내에서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되어야 할 것이다.
본 발명은, 많은 다른 형태로 구현화될 수 있는 것이지만, 이 개시는 본 발명의 원리의 실시례를 제공한 것으로 간주되어야 할 것으로서, 그들 실시례는, 본 발명을 여기에 기재하고 또한/또는 도시한 바람직한 실시 형태로 한정하는 것을 의도하는 것이 아니다 라는 이해하에서, 많은 도시 실시 형태가 여기에 기재되어 있다.
본 발명의 도시 실시 형태를 몇 가지 여기에 기재하였지만, 본 발명은, 여기에 기재한 각종 바람직한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 이 개시에 의거하여 이른바 당업자에 의해 인식될 수 있는, 균등한 요소, 수정, 삭제, 조합(예를 들면, 각종 실시 형태에 걸치는 특징의 조합), 개량 및/또는 변경을 갖는 여러 가지 실시 형태도 포함하는 것이다. 클레임의 한정 사항은 그 클레임에서 사용된 용어에 의거하여 넓게 해석되어야 할 것이고, 본 명세서 또는 본원의 프로시큐션 중에 기재된 실시례로 한정되어야 할 것이 아니고, 그와 같은 실시례는 비배타적이라고 해석되어야 할 것이다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 전기 화학 소자용 외장체는, 라미네이트형의 전지나, 라미네이트형의 캐패시터에 적용 가능하다.
1 : 외장체
11 : 외장 필름
2 : 안전밸브
21 : 다공질 금속 시트
3 : 접착층
31 : 접착제
32 : 접착용 필름
4 : 리드 단자

Claims (12)

  1. 한쪽 면 측의 실런트층이 고분자 화합물에 의해 구성된 2장의 외장 필름이 서로의 실런트층을 대향시킨 상태에서 적층됨과 함께, 그 적층상태의 외장 필름의 외주연부가 밀봉되도록 한 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체로서,
    다공질 금속 시트에 의해 구성되는 내압 상승 방지용의 안전밸브의 일단 측이 내부에 배치됨과 함께, 타단 측이 외부에 배치되도록 하여, 상기 안전밸브가 적층상태의 2장의 상기 외장 필름에서의 대응하는 외측연부 사이에 개재된 상태에서, 상기 안전밸브가 상기 외장 필름의 실런트층에, 고분자 화합물을 포함하는 접착층을 통하여 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층이 폴리올레핀계 고분자 화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 안전밸브로서의 다공질 금속 시트가, 다공질 니켈 시트인 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 안전밸브는, 표면이 화성 처리된 다공질 금속 시트인 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 외장체를 구비하고,
    상기 외장체에 전기 화학 소자 본체가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 외장체를 구비하고,
    상기 외장체의 내부에 전지 본체인 발전 요소가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 안전밸브가, 리드 단자를 겸용하고 있는 것을 특징으로 하는 전지.
  8. 한쪽 면 측의 실런트층이 고분자 화합물에 의해 구성된 2장의 외장 필름을 서로의 실런트층을 대향시킨 상태에서 적층함과 함께, 그 적층상태의 외장 필름의 외부 연부를 밀봉하도록 한 라미네이트형의 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법으로서,
    다공질 금속 시트에 의해 구성되는 내압 상승 방지용의 안전밸브를 준비하는 준비 공정과,
    상기 안전밸브의 일단 측이 상기 전기 화학 소자용 외장체의 내부에 배치됨과 함께, 타단 측이 상기 전기 화학 소자용 외장체의 외부에 배치되도록 하여, 상기 안전밸브를 적층상태의 2장의 상기 외장 필름에서의 대응하는 외측연부 사이에 개재한 상태에서, 상기 안전밸브를 상기 외장 필름의 실런트층에, 고분자 화합물을 포함하는 접착층을 통하여 고정하는 접착 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 접착 공정을 행하기 전에, 상기 안전밸브로서의 다공질 금속 시트의 표면에 화성 처리를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 접착층은, 상기 안전밸브 및 상기 외장 필름 사이에 도포되고, 또한 폴리올레핀계 고분자 화합물을 포함하는 접착제에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 접착 공정은, 상기 접착제를 에이징하는 에이징 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
  12. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 접착층은, 상기 안전밸브 및 상기 외장 필름 사이에 배치되고, 또한 폴리올레핀계 고분자 화합물을 포함하는 접착용 필름에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 소자용 외장체의 제조 방법.
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