KR20160146869A - 축전 장치용 외장재 및 그것을 사용한 축전 장치 - Google Patents

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KR20160146869A
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도모아키 다니구치
나오토 오오노
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Abstract

기재층과, 해당 기재층의 한쪽 면 상에 접착층을 개재하여 형성된 금속박층과, 해당 금속박층의 기재층과는 반대의 면 상에 배치된 실란트층을 구비하고, 기재층이, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 층인, 축전 장치용 외장재이다.

Description

축전 장치용 외장재 및 그것을 사용한 축전 장치 {STORAGE BATTERY DEVICE OUTER-PACKAGE MATERIAL AND STORAGE BATTERY DEVICE USING SAME}
본 발명은 축전 장치용 외장재 및 그것을 사용한 축전 장치에 관한 것이다.
축전 장치로서는, 예를 들어 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 및 납 축전지 등의 이차 전지와, 전기 이중층 캐패시터 등의 전기 화학 캐패시터가 알려져 있다. 휴대 기기의 소형화 또는 설치 공간의 제한 등에 의해 축전 장치의 가일층의 소형화가 요구되고 있으며, 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 전지가 주목받고 있다. 리튬 이온 전지에 사용되는 외장재로서는, 종래에는 금속제 캔이 사용되고 있었지만, 경량이고, 방열성이 높고, 저비용으로 제작할 수 있는 다층 필름이 사용되게 되었다.
상기 다층 필름을 외장재에 사용하는 리튬 이온 전지에서는, 내부로의 수분의 침입을 방지하기 위해, 알루미늄박층을 포함하는 외장재에 의해 전지 내용물(정극, 세퍼레이터, 부극, 전해액 등)을 덮는 구성이 채용되고 있다. 이러한 구성을 채용한 리튬 이온 전지는, 알루미늄 라미네이트 타입의 리튬 이온 전지라고 불리고 있다.
알루미늄 라미네이트 타입의 리튬 이온 전지는, 예를 들어 외장재의 일부에 냉간 성형에 의해 오목부를 형성하고, 해당 오목부 내에 전지 내용물을 수용하고, 외장재의 남은 부분을 접어 테두리 부분을 히트 시일로 밀봉한 엠보싱 타입의 리튬 이온 전지가 알려져 있다(이하, 「편측 성형 가공 전지」라고 하는 경우가 있음). 또한, 최근에는, 에너지 밀도를 높일 목적으로, 접합할 외장재의 양측에 오목부를 형성하여, 보다 많은 전지 내용물을 수용할 수 있도록 한 리튬 이온 전지(이하, 「양측 성형 가공 전지」라고 하는 경우가 있음)도 제조되고 있다. 양측 성형 가공 전지는, 외장재끼리를 접합할 때의 얼라인먼트가 어렵다는 등의 문제가 있다. 그러나, 편측 성형 가공 전지에서 양측 성형 가공 전지와 동등한 에너지 밀도를 얻기 위해서는, 보다 깊은 오목부의 형성이 요구된다.
리튬 이온 전지의 에너지 밀도는, 냉간 성형에 의해 형성되는 오목부를 깊게 할수록 높게 할 수 있다. 그러나, 형성되는 오목부가 깊을수록, 성형 시의 외장재에 핀 홀 또는 파단이 일어나기 쉬워, 성형성이 저하되어 버린다. 따라서, 외장재의 기재층에 2축 연신 폴리아미드 필름, 예를 들어 2축 연신 나일론 필름(이하, 「2축 연신 Ny 필름」이라고 하는 경우가 있음)을 사용하여 금속박을 보호하는 일이 행해지고 있다. 그러나, 2축 연신 Ny 필름은 리튬 이온 전지의 내용물인 전해액에 대한 내성이 낮고, 리튬 이온 전지의 제조 공정에 있어서, 전해액의 주입 시에 2축 연신 Ny 필름에 전해액이 부착되어 버렸을 때에는, 2축 연신 Ny 필름이 용해되어, 외관 불량이 발생해 버린다.
따라서, 기재층 표면에 전해액 내성을 갖게 한 외장재로서, 2축 연신 Ny 필름의 외측에 추가로 2축 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(이하, 「2축 연신 PET 필름」이라고 하는 경우가 있음)을 적층한 외장재가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 제4559547호 공보
그런데, 상술한 바와 같은 종래의 외장재에 오목부를 형성하는 딥 드로잉 성형을 행한 경우, 성형 가공 후의 외장재가 기재층측으로 크게 휘는 경우가 있다. 이러한 경향은, 특히 편측 성형 가공 전지를 제조하는 경우에 현저하다. 외장재의 휨은, 외장재를 연신하면서 성형 가공하였을 때, 연신된 기재층이 원래의 상태로 돌아가려고 하여 발생하는 것이라고 생각되며, 특허문헌 1에서 얻어지는 외장재에서는 상기 휨의 문제를 해결하기가 곤란하였다. 본 발명자들은 그 이유는 하기에 있다고 생각하고 있다. 즉, 특허문헌 1의 외장재에서는, 금속박층을 사이에 끼워, 그 일방측에 2축 연신 PET 필름 및 2축 연신 Ny 필름을 사용한 기재층이 배치되고, 타방측에 산 변성 폴리올레핀계 수지 등의 열접착성 수지층이 배치되어 있지만, 열접착성 수지층과 비교하여 기재층 쪽이, 인장 시험에서의 상항복점 강도가 현저하게 크고, 성형 가공에 의한 연신에 대하여 원래로 돌아가려고 하는 힘이 기재층측 쪽이 커지기 때문이라고 생각된다.
성형 가공 후의 휨은, 외장재를 후속 공정 등으로 흡착 반송할 때, 흡착 에러를 야기하는 원인이 되거나, 후속 공정인 히트 시일 시에 히트 시일 불량을 야기하는 원인이 된다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 우수한 성형성을 유지하면서, 성형 가공 후의 휨을 저감하는 것이 가능한 축전 장치용 외장재, 및 그것을 사용한 축전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기재층과, 해당 기재층의 한쪽 면 상에 접착층을 개재하여 형성된 금속박층과, 해당 금속박층의 상기 기재층과는 반대의 면 상에 배치된 실란트층을 구비하고, 상기 기재층이, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 층인, 축전 장치용 외장재를 제공한다.
상기 축전 장치용 외장재(이하, 간단히 「외장재」라고 하는 경우가 있음)는, 기재층으로서 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 기재층을 구비함으로써, 성형 시에 외장재에 핀 홀 또는 파단 등이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 양호한 성형성을 얻을 수 있다. 또한, 성형 가공 시의 기재층측(금속박층에 대하여 기재층측)의 상항복점 강도를 저감할 수 있고, 성형 가공 후의 기재층측의 수축을 억제하고, 휨량을 저감할 수 있다.
축전 장치용 외장재에 있어서, 상기 기재층의 두께는 5㎛ 이상 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 기재층의 두께가 5㎛ 이상임으로써, 성형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기재층의 두께가 30㎛ 이하임으로써, 기재층측의 성형 가공에 의해 연신된 지점의 수축률을 보다 충분히 억제할 수 있기 때문에, 성형 가공 후의 형상이 유지되기 쉽고, 휨량을 보다 저감할 수 있다.
본 발명은 또한, 제1 기재층과, 해당 제1 기재층의 한쪽 면 상에 제1 접착층을 개재하여 형성된 제2 기재층과, 해당 제2 기재층의 상기 제1 기재층과는 반대의 면 상에 제2 접착층을 개재하여 형성된 금속박층과, 해당 금속박층의 상기 제2 기재층과는 반대의 면 상에 배치된 실란트층을 구비하고, 상기 제1 기재층이, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 층이고, 상기 제2 기재층이, 연신 폴리아미드 필름인, 축전 장치용 외장재를 제공한다.
상기 축전 장치용 외장재(이하, 간단히 「외장재」라고 하는 경우가 있음)는, 제2 기재층으로서 연신 폴리아미드 필름을 구비함으로써, 성형 시에 외장재에 핀 홀 또는 파단 등이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 양호한 성형성을 얻을 수 있다. 또한, 상기 외장재는, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 제1 기재층을 구비함으로써, 성형 가공 시의 기재층측(금속박층에 대하여 제1 및 제2 기재층측)의 상항복점 강도를 저감할 수 있고, 성형 가공 후의 기재층측의 수축을 억제하고, 휨량을 저감할 수 있다. 이 제1 기재층에 의한 휨량의 저감 효과는, 제2 기재층인 연신 폴리아미드 필름과의 병용 시에 특히 현저하게 발휘된다. 즉, 연신 폴리아미드 필름이 외장재의 성형성을 향상시키는 반면, 성형 후의 휨을 발생시키기 쉽게 하는 경향이 있는 바, 그 영향을 제1 기재층이 완화하여, 휨을 억제할 수 있다.
축전 장치용 외장재에 있어서, 상기 제1 기재층의 두께는 4㎛ 이상 20㎛ 이하이고, 또한 상기 제2 기재층의 두께는 5㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 제1 기재층의 두께가 4㎛ 이상이고, 또한 제2 기재층의 두께가 20㎛ 이하임으로써, 기재층측의 성형 가공에 의해 연신된 지점의 수축률을 보다 충분히 억제할 수 있기 때문에, 성형 가공 후의 형상이 유지되기 쉽고, 휨량을 보다 저감할 수 있다. 또한, 제1 기재층의 두께가 20㎛ 이하이고, 또한 제2 기재층의 두께가 5㎛ 이상임으로써, 성형성을 보다 향상시킬 수 있다.
축전 장치용 외장재에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지 중의 상기 폴리에스테르 엘라스토머의 함유량이, 상기 폴리에스테르 수지의 전량을 기준으로 하여 2 내지 15질량％인 것이 바람직하다. 또한, 상기 폴리에스테르 수지 중의 상기 비정질 폴리에스테르의 함유량이, 상기 폴리에스테르 수지의 전량을 기준으로 하여 20 내지 60질량％인 것이 바람직하다. 이에 의해, 기재층측의 성형 가공에 의해 연신된 지점의 수축률을 보다 충분히 억제할 수 있기 때문에, 성형 가공 후의 형상이 유지되기 쉽고, 휨량을 보다 저감할 수 있다.
본 발명은 또한, 전극을 포함하는 전지 요소와, 상기 전극으로부터 연장되는 리드와, 상기 전지 요소를 수용하는 용기를 구비하고, 상기 용기는 상기 본 발명의 축전 장치용 외장재로부터, 상기 실란트층이 내측으로 되도록 형성되어 있는, 축전 장치를 제공한다. 이러한 축전 장치는, 전지 요소를 수용하는 용기로서 상기 본 발명의 축전 장치용 외장재를 사용하고 있기 때문에, 핀 홀 및 파단이 없고, 또한 휨이 저감된 용기를 구비한 것이 된다.
본 발명에 따르면, 우수한 성형성을 유지하면서, 성형 가공 후의 휨을 저감하는 것이 가능한 축전 장치용 외장재, 및 그것을 사용한 축전 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 축전 장치용 외장재의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 관한 축전 장치용 외장재의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 축전 장치용 외장재를 사용하여 얻어지는 엠보싱 타입 외장재를 도시하는 도면이며, (a)는, 그 사시도이고, (b)는, (a)에 도시하는 엠보싱 타입 외장재의 b-b선에 따른 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 축전 장치용 외장재를 사용하여 이차 전지를 제조하는 공정을 도시하는 사시도이며, (a)는, 축전 장치용 외장재를 준비한 상태를 도시하고, (b)는, 엠보싱 타입으로 가공된 축전 장치용 외장재와 전지 요소를 준비한 상태를 도시하고, (c)는, 축전 장치용 외장재의 일부를 접어 단부를 용융한 상태를 도시하고, (d)는, 접힌 부분의 양측을 상방으로 접은 상태를 도시한다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중, 동일하거나 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
[축전 장치용 외장재]
도 1은, 본 발명의 축전 장치용 외장재의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 외장재(축전 장치용 외장재)(10)는, 제1 기재층(11)과, 해당 제1 기재층(11)의 한쪽 면 상에 제1 접착층(12)을 개재하여 형성된 제2 기재층(13)과, 해당 제2 기재층(13)의 상기 제1 기재층(11)과는 반대의 면 상에 제2 접착층(14)을 개재하여 형성된 금속박층(15)과, 해당 금속박층(15)의 상기 제2 기재층(13)과는 반대의 면 상에 형성된 부식 방지 처리층(16)과, 해당 부식 방지 처리층(16)의 금속박층(15)과는 반대의 면 상에 실란트 접착층(17)을 개재하여 형성된 실란트층(18)이 순차적으로 적층된 적층체이다. 외장재(10)는, 제1 기재층(11)이 최외층, 실란트층(18)이 최내층이다. 즉, 외장재(10)는, 제1 기재층(11)을 축전 장치의 외부측, 실란트층(18)을 축전 장치의 내부측을 향하게 하여 사용된다.
또한, 도 2는, 본 발명의 축전 장치용 외장재의 다른 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 축전 장치용 외장재는, 기재층이 단층인 경우여도 된다. 도 2에 도시하는 외장재(축전 장치용 외장재)(20)는, 기재층(21)과, 해당 기재층(21)의 한쪽 면 상에 접착층(22)을 개재하여 형성된 금속박층(15)과, 해당 금속박층(15)의 상기 기재층(21)과는 반대의 면 상에 형성된 부식 방지 처리층(16)과, 해당 부식 방지 처리층(16)의 금속박층(15)과는 반대의 면 상에 실란트 접착층(17)을 개재하여 형성된 실란트층(18)이 순차적으로 적층된 적층체이다. 외장재(20)에 있어서, 기재층(21)과 금속박층(15)은, 사이에 다른 기재층이 개재되지 않고, 접착층(22)만을 개재하여 접합되어 있다. 외장재(20)는, 기재층(21)이 최외층, 실란트층(18)이 최내층이다. 즉, 외장재(20)는, 기재층(21)을 축전 장치의 외부측, 실란트층(18)을 축전 장치의 내부측을 향하여 사용된다. 이하, 외장재(10, 20)를 구성하는 각 층에 대하여 설명한다.
(제1 기재층(11))
제1 기재층(11)은, 축전 장치를 제조할 때의 후술하는 가압 열융착 공정에서의 내열성을 외장재(10)에 부여하고, 가공 또는 유통 시에 일어날 수 있는 핀 홀의 발생을 억제하기 위한 층이다. 또한, 제1 기재층(11)은, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하여 구성되는 층이며, 성형 가공에 의해 연신된 부분의 수축률을 완화하는 층이기도 하다. 제1 기재층(11)의 구성 재료로서 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 사용함으로써, 인장 변형에 대한 상항복점 강도를 작게 할 수 있고, 성형 가공 후의 휨을 대폭 저감할 수 있다.
상기 폴리에스테르 엘라스토머는, 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트를 포함한다. 하드 세그먼트로서는, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 결정성 폴리에스테르를 들 수 있고, 유연성의 관점에서, 특히 폴리부틸렌테레프탈레이트가 바람직하다. 소프트 세그먼트로서는, 폴리테트라메틸렌글리콜 등의 폴리옥시알킬렌글리콜류와, 폴리카프로락톤 및 폴리부틸렌아디페이트 등의 저융점 폴리에스테르를 들 수 있고, 내가수분해성, 내열성, 저온 특성의 관점에서, 특히 폴리테트라메틸렌글리콜이 바람직하다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
폴리에스테르 엘라스토머는, 상기 하드 세그먼트와 상기 소프트 세그먼트의 블록 공중합체이다. 하드 세그먼트에 대한 소프트 세그먼트의 공중합량은, 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트의 총량을 기준으로 하여, 20 내지 95질량％인 것이 바람직하고, 25 내지 90질량％인 것이 보다 바람직하다. 소프트 세그먼트의 공중합량이 20질량％보다 많음으로써, 외장재의 성형 가공 후의 휨량을 보다 저감할 수 있는 경향이 있고, 소프트 세그먼트의 공중합량이 95질량％보다 적음으로써, 내열성을 고수준으로 유지할 수 있는 경향이 있다.
또한, 상기 비정질 폴리에스테르는, 결정성이 확인되지 않는 폴리에스테르 수지, 또는 결정성이 낮고 투명성이 높은 폴리에스테르 수지이다. 비정질 폴리에스테르에 해당하는지 여부는, 예를 들어 시차 주사 열량 분석으로 융해 피크가 보이지 않음으로써 판단할 수 있다.
폴리에스테르 수지는, 다가 알코올과 다가 카르복실산의 중축합에 의해 얻을 수 있지만, 사용하는 다가 알코올 및 다가 카르복실산의 선택에 따라, 비정질 폴리에스테르를 얻을 수 있다. 예를 들어, 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 중축합시킬 때, 에틸렌글리콜의 일부를 시클로헥산디메탄올로 변경함으로써, 비정질 폴리에스테르인 글리콜 변성 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETG) 및 글리콜 변성 폴리시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG)가 얻어진다.
비정질 폴리에스테르로서는, 상술한 PETG 및 PCTG 외에, PET 필름을 제막할 때 가열 급냉함으로써 얻어지는 비정질 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 제막 방법에 좌우되지 않고 비정질 폴리에스테르가 얻어지고, 또한 압출 성형성이 양호하다는 점에서, PETG가 바람직하다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 모재로 되는 폴리에스테르 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 재료 비용의 관점에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트가 바람직하다.
폴리에스테르 엘라스토머를 함유하는 폴리에스테르 수지에 있어서, 폴리에스테르 엘라스토머의 함유량은, 폴리에스테르 엘라스토머를 함유하는 폴리에스테르 수지의 전량을 기준으로 하여 2 내지 15질량％인 것이 바람직하고, 5 내지 10질량％인 것이 보다 바람직하다. 이 함유량이 2질량％ 이상이면, 외장재의 성형 가공 후의 휨량을 보다 저감할 수 있는 경향이 있고, 15질량％ 이하이면, 내열성을 고수준으로 유지할 수 있는 경향이 있다.
비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지에 있어서, 비정질 폴리에스테르의 함유량은, 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지의 전량을 기준으로 하여 20 내지 60질량％인 것이 바람직하고, 30 내지 50질량％인 것이 보다 바람직하다. 이 함유량이 20질량％ 이상이면, 외장재의 성형 가공 후의 휨량을 보다 저감할 수 있는 경향이 있고, 60질량％ 이하이면, 내열성을 고수준으로 유지할 수 있는 경향이 있다.
또한, 제1 기재층(11)은, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지 외에, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 다른 성분을 추가로 함유하고 있어도 된다. 다른 성분으로서는, 예를 들어 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리카르보네이트 수지 등을 들 수 있다.
폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 제1 기재층(11)은, 연신 필름인 것이 바람직하며, 찌름 강도 또는 충격 강도가 우수하다는 점에서, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 2축 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름인 것이 보다 바람직하다.
제1 기재층(11)의 두께는, 4 내지 20㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 15㎛인 것이 보다 바람직하다. 제1 기재층(11)의 두께가 20㎛ 이하임으로써, 박형화에 대응할 수 있는 경향이 있다. 또한, 제1 기재층(11)의 두께가 4㎛ 이상임으로써, 기재층측의 성형 가공에 의해 연신된 지점의 수축률을 보다 충분히 억제할 수 있기 때문에, 성형 가공 후의 형상이 유지되기 쉽고, 휨량을 보다 저감할 수 있는 경향이 있다.
(제1 접착층(12))
제1 접착층(12)은, 제1 기재층(11)과 제2 기재층(13)을 접착하는 층이다. 제1 접착층(12)에 사용되는 접착재로서는, 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 아크릴폴리올 등의 수산기를 갖는 화합물을 포함하는 주제에, 경화제로서 2관능 이상의 방향족계 또는 지방족계 이소시아네이트 화합물을 작용시키는 2액 경화형의 우레탄계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 우레탄계 접착제는, 도포 시공 후, 예를 들어 40℃에서 4일 이상의 에이징을 행함으로써, 주제인 수산기와 경화제인 이소시아네이트기의 반응이 진행되어, 제1 기재층(11)과 제2 기재층(13)의 견고한 접착이 가능하게 된다.
제1 접착층(12)의 두께는, 접착 강도, 추종성, 가공성 등의 점에서, 1 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 3 내지 7㎛인 것이 보다 바람직하다.
(제2 기재층(13))
제2 기재층(13)은, 연신 폴리아미드 필름으로 구성된다. 연신 폴리아미드 필름은, 강도가 높고, 신장이 크고, 또한 연질이기 때문에, 박육이고, 샤프한 성형 가공 형상을 형성할 수 있다. 그로 인해, 제2 기재층(13)을 구비하는 외장재(10)는, 외장재(20)와 같이 제2 기재층(13)을 구비하지 않는 외장재와 비교하여, 보다 우수한 성형성을 얻을 수 있다.
연신 폴리아미드 필름으로서는, 나일론 6 필름, 나일론 11 필름, 나일론 12 필름 등을 들 수 있지만, 내열성의 관점에서, 나일론 6 필름인 것이 바람직하고, 찌름 강도 또는 충격 강도가 우수하다는 점에서, 2축 연신 나일론 6(ONy) 필름인 것이 보다 바람직하다.
제2 기재층(13)의 두께는, 5 내지 20㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 15㎛인 것이 보다 바람직하다. 제2 기재층(13)의 두께가 5㎛ 이상임으로써, 우수한 성형성이 얻어지는 경향이 있고, 20㎛ 이하임으로써, 외장재의 성형 가공 후의 휨량을 보다 저감할 수 있는 경향이 있다.
(제2 접착층(14))
제2 접착층(14)은, 제2 기재층(13)과 금속박층(15)을 접착하는 층이다. 제2 접착층(14)을 구성하는 접착제는, 제1 접착층(12)과 마찬가지로, 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 아크릴폴리올 등의 수산기를 갖는 화합물을 포함하는 주제에, 경화제로서 2관능 이상의 방향족계 또는 지방족계 이소시아네이트 화합물을 작용시키는 2액 경화형의 우레탄계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 우레탄계 접착제는, 도포 시공 후, 예를 들어 40℃에서 4일 이상의 에이징을 행함으로써, 주제인 수산기와 경화제인 이소시아네이트기의 반응이 진행되어, 제2 기재층(13)과 금속박층(15)의 견고한 접착이 가능하게 된다.
제2 접착층(14)의 두께는, 접착 강도, 추종성, 가공성 등의 점에서, 1 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 3 내지 7㎛인 것이 보다 바람직하다.
(기재층(21))
외장재(20)에서의 기재층(21)은, 제1 기재층(11)과 마찬가지로, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하여 구성되는 층이다. 기재층(21)의 구성 재료로서 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 사용함으로써, 성형 시에 외장재(20)에 핀 홀 또는 파단 등이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 양호한 성형성을 얻을 수 있다. 또한, 인장 변형에 대한 상항복점 강도를 작게 할 수 있고, 성형 가공 후의 휨을 대폭 저감할 수 있다.
기재층이 단층인 경우, 기재층(21)의 두께는, 5 내지 30㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 25㎛인 것이 보다 바람직하다. 기재층(21)의 두께가 30㎛ 이하임으로써, 기재층(21)측의 성형 가공에 의해 연신된 지점의 수축률을 보다 충분히 억제할 수 있기 때문에, 성형 가공 후의 형상이 유지되기 쉽고, 휨량을 보다 저감할 수 있는 경향이 있다. 또한, 기재층(21)의 두께가 5㎛ 이상임으로써, 성형 시에 외장재에 핀 홀 또는 파단 등이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 양호한 성형성을 얻을 수 있다. 기재층(21)은, 두께 이외의 구성은 제1 기재층(11)과 마찬가지의 구성으로 할 수 있다.
(접착층(22))
접착층(22)은, 기재층(21)과 금속박층(15)을 접착하는 층이다. 접착층(22)을 구성하는 접착제는, 제1 접착층(12)과 마찬가지로, 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 아크릴폴리올 등의 수산기를 갖는 화합물을 포함하는 주제에, 경화제로서 2관능 이상의 방향족계 또는 지방족계 이소시아네이트 화합물을 작용시키는 2액 경화형의 우레탄계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 우레탄계 접착제는, 도포 시공 후, 예를 들어 40℃에서 4일 이상의 에이징을 행함으로써, 주제인 수산기와 경화제인 이소시아네이트기의 반응이 진행되어, 기재층(21)과 금속박층(15)의 견고한 접착이 가능하게 된다.
접착층(22)의 두께는, 접착 강도, 추종성, 가공성 등의 점에서, 1 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 3 내지 7㎛인 것이 보다 바람직하다.
(금속박층(15))
금속박층(15)으로서는, 알루미늄 및 스테인리스강 등의 각종 금속박을 들 수 있으며, 방습성 및 연전성 등의 가공성과, 비용의 면에서, 금속박층(15)은 알루미늄박인 것이 바람직하다. 알루미늄박은 일반적인 연질 알루미늄박이어도 되고, 핀 홀 내성 및 성형 시의 연전성이 우수하다는 점에서, 철을 포함하는 알루미늄박인 것이 바람직하다.
철을 포함하는 알루미늄박(100질량％)에 있어서, 철의 함유량은, 0.1 내지 9.0질량％인 것이 바람직하고, 0.5 내지 2.0질량％인 것이 보다 바람직하다. 철의 함유량이 0.1질량％ 이상임으로써, 보다 우수한 핀 홀 내성 및 연전성을 갖는 외장재(10, 20)를 얻을 수 있다. 철의 함유량이 9.0질량％ 이하임으로써, 보다 유연성이 우수한 외장재(10, 20)를 얻을 수 있다.
금속박층(15)의 두께는, 배리어성, 핀 홀 내성 및 가공성의 점에서, 9 내지 200㎛인 것이 바람직하고, 15 내지 100㎛인 것이 보다 바람직하다. 금속박층(15)의 두께가 9㎛ 이상임으로써, 성형 가공에 의해 응력이 가해져도 파단되기 어려워진다. 금속박층(15)의 두께가 200㎛ 이하임으로써, 외장재의 질량 증가를 저감할 수 있고, 축전 장치의 중량 에너지 밀도 저하를 억제할 수 있다.
(부식 방지 처리층(16))
부식 방지 처리층(16)은, 전해액, 또는 전해액과 수분의 반응에 의해 발생하는 불산에 의한 금속박층(15)의 부식을 억제하는 역할을 한다. 또한, 금속박층(15)과 실란트 접착층(17)의 밀착력을 높이는 역할을 한다.
부식 방지 처리층(16)은, 도포형 또는 침지형의 내산성의 부식 방지 처리제에 의해 형성된 도막인 것이 바람직하다. 이 도막은, 금속박층(15)의 산에 대한 부식 방지 효과가 우수하다. 또한, 앵커 효과에 의해 금속박층(15)과 실란트 접착층(17)의 밀착력을 보다 견고하게 하므로, 전해액 등의 축전 장치 요소에 대하여 우수한 내성이 얻어진다. 또한, 부식 방지 처리층(16)은, 필요로 하는 기능에 따라 제2 접착층(14) 또는 접착층(22)과 금속박층(15)의 사이에 추가되어도 된다.
부식 방지 처리제의 도막은, 예를 들어 산화세륨과 인산염과 각종 열경화성 수지를 포함하는 부식 방지 처리제에 의한 세리아졸 처리, 및 크롬산염과 인산염과 불화물과 각종 열경화성 수지를 포함하는 부식 방지 처리제에 의한 크로메이트 처리 등에 의해 형성된다. 또한, 부식 방지 처리층(16)은, 금속박층(15)의 내식성이 충분히 얻어지는 도막이면, 상기 도막에 한정되지는 않는다. 부식 방지 처리층(16)은, 예를 들어 인산염 처리 및 베마이트 처리 등에 의해 형성된 도막이어도 된다.
부식 방지 처리층(16)은, 단층이어도 되고, 복수층이어도 된다. 또한, 부식 방지 처리층(16)에는, 실란계 커플링제 등의 첨가제가 첨가되어도 된다. 부식 방지 처리층(16)의 두께는, 부식 방지 기능 및 앵커로서의 기능의 점에서, 예를 들어 10nm 내지 5㎛인 것이 바람직하고, 20nm 내지 500nm인 것이 보다 바람직하다.
(실란트 접착층(17))
실란트 접착층(17)은, 부식 방지 처리층(16)이 형성된 금속박층(15)과 실란트층(18)을 접착하는 층이다. 외장재(10, 20)는, 실란트 접착층(17)을 형성하는 접착 성분에 의해, 열 라미네이트 구성과 드라이 라미네이트 구성으로 크게 나누어진다.
열 라미네이트 구성에서의 실란트 접착층(17)을 형성하는 접착 성분은, 폴리올레핀계 수지를 산으로 그래프트 변성시킨 산 변성 폴리올레핀계 수지인 것이 바람직하다. 산 변성 폴리올레핀계 수지는, 무극성인 폴리올레핀계 수지의 일부에 극성기가 도입되어 있다는 점에서, 무극성의 폴리올레핀계 수지 필름 등으로 구성된 경우의 실란트층(18)과, 극성을 갖는 경우가 많은 부식 방지 처리층(16)의 양쪽에 견고하게 밀착할 수 있다. 또한, 산 변성 폴리올레핀계 수지를 사용함으로써, 외장재(10, 20)의 전해액 등의 내용물에 대한 내성이 향상되고, 전지 내부에서 불산이 발생해도 실란트 접착층(17)의 열화에 의한 밀착력의 저하를 방지하기 쉽다.
산 변성 폴리올레핀계 수지의 폴리올레핀계 수지로서는, 예를 들어 저밀도, 중밀도 및 고밀도의 폴리에틸렌; 에틸렌-α올레핀 공중합체; 폴리프로필렌; 및 프로필렌-α올레핀 공중합체 등을 들 수 있다. 공중합체인 경우의 폴리올레핀 수지는, 블록 공중합체여도 되고, 랜덤 공중합체여도 된다. 또한, 폴리올레핀 수지로서는, 상기한 것에 아크릴산 혹은 메타크릴산 등의 극성 분자를 공중합시킨 공중합체, 또는 가교 폴리올레핀 등의 중합체 등도 사용할 수 있다. 폴리올레핀계 수지를 변성시키는 산으로서는, 카르복실산, 에폭시 화합물 및 산 무수물 등을 들 수 있고, 무수 말레산인 것이 바람직하다. 실란트 접착층(17)에 사용하는 산 변성 폴리올레핀계 수지는, 1종이어도 되고, 2종 이상이어도 된다.
열 라미네이트 구성의 실란트 접착층(17)은, 상기 접착 성분을 압출 장치에서 압출함으로써 형성할 수 있다. 열 라미네이트 구성의 실란트 접착층(17)의 두께는 2 내지 50㎛인 것이 바람직하다.
드라이 라미네이트 구성의 실란트 접착층(17)을 형성하는 접착 성분으로서는, 예를 들어 제1 접착층(12) 및 제2 접착층(14)에서 예시한 것과 마찬가지의 2액 경화형의 폴리우레탄계 접착제를 들 수 있다.
드라이 라미네이트 구성의 실란트 접착층(17)은, 에스테르기 및 우레탄기 등의 가수분해성이 높은 결합부를 갖고 있으므로, 보다 높은 신뢰성이 요구되는 용도에는, 실란트 접착층(17)으로서 열 라미네이트 구성의 접착 성분을 사용하는 것이 바람직하다.
실란트 접착층(17)의 두께는, 열 라미네이트 구성의 경우에는, 8㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 20㎛ 이상 40㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 실란트 접착층(17)의 두께가 8㎛ 이상임으로써, 금속박층(15)과 실란트층(18)의 충분한 접착 강도가 얻어지기 쉽고, 50㎛ 이하임으로써, 외장재 단부면으로부터 내부의 전지 요소로 침입하는 수분량을 저감하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 실란트 접착층(17)의 두께는, 드라이 라미네이트 구성의 경우에는, 1㎛ 이상 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 실란트 접착층(17)의 두께가 1㎛ 이상임으로써, 금속박층(15)과 실란트층(18)의 충분한 접착 강도가 얻어지기 쉽고, 5㎛ 이하임으로써, 실란트 접착층(17)의 깨짐의 발생을 억제할 수 있다.
(실란트층(18))
실란트층(18)은, 외장재(10, 20)에 대하여, 히트 시일에 의한 밀봉성을 부여하는 층이다. 실란트층(18)으로서는, 폴리올레핀계 수지, 또는 폴리올레핀계 수지에 무수 말레산 등의 산을 그래프트 변성시킨 산 변성 폴리올레핀계 수지를 포함하는 수지 필름을 들 수 있다.
폴리올레핀계 수지로서는, 예를 들어 저밀도, 중밀도 및 고밀도의 폴리에틸렌; 에틸렌-α올레핀 공중합체; 폴리프로필렌; 및 프로필렌-α올레핀 공중합체 등을 들 수 있다. 공중합체인 경우의 폴리올레핀 수지는, 블록 공중합체여도 되고, 랜덤 공중합체여도 된다. 이들 폴리올레핀계 수지는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
산 변성 폴리올레핀계 수지로서는, 예를 들어 실란트 접착층(17)에서 예시한 것과 마찬가지의 것을 들 수 있다.
실란트층(18)은, 단층 필름이어도 되고, 다층 필름이어도 되며, 필요로 하는 기능에 따라 선택하면 된다. 예를 들어, 방습성을 부여한다는 점에서는, 에틸렌-환상 올레핀 공중합체 및 폴리메틸펜텐 등의 수지를 개재시킨 다층 필름을 사용할 수 있다.
또한, 실란트층(18)은, 난연제, 슬립제, 안티 블로킹제, 산화 방지제, 광 안정제 및 점착 부여제 등의 각종 첨가재를 포함하고 있어도 된다.
실란트층(18)의 두께는, 10 내지 100㎛인 것이 바람직하고, 20 내지 60㎛인 것이 보다 바람직하다. 실란트층(18)의 두께가 20㎛ 이상임으로써, 충분한 히트 시일 강도를 얻을 수 있고, 90㎛ 이하임으로써, 외장재 단부로부터의 수증기의 침입량을 저감할 수 있다.
[외장재의 제조 방법]
이어서, 외장재(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 외장재(10)의 제조 방법은 이하의 방법에 한정되지 않는다.
외장재(10)의 제조 방법으로서, 예를 들어 하기 공정 S11 내지 S14를 갖는 방법을 들 수 있다.
공정 S11: 금속박층(15)의 한쪽 면 상에 부식 방지 처리층(16)을 형성하는 공정.
공정 S12: 제1 기재층(11)과 제2 기재층(13)을 제1 접착층(12)을 개재하여 접합하여, 적층체를 얻는 공정.
공정 S13: 금속박층(15)의 다른쪽 면(부식 방지 처리층(16)을 형성한 측과 반대측의 면)과, 제2 접착층(14)을 개재하여, 상기 적층체의 제2 기재층(13)측의 면을 접합하는 공정.
공정 S14: 부식 방지 처리층(16) 상에, 실란트 접착층(17)을 개재하여 실란트층(18)을 형성하는 공정.
(공정 S11)
공정 S11에서는, 부식 방지 처리층(16)은, 예를 들어 금속박층(15)의 한쪽 면 상에 부식 방지 처리제를 도포하고, 건조함으로써, 금속박층(15)의 한쪽 면 상이 형성된다. 부식 방지 처리제로서는, 예를 들어 상술한 세리아졸 처리용 부식 방지 처리제, 크로메이트 처리용 부식 방지 처리제 등을 들 수 있다. 부식 방지 처리제의 도포 방법은 특별히 한정되지 않고, 그라비아 코팅, 리버스 코팅, 롤 코팅, 또는 바 코팅 등의 각종 방법을 채용할 수 있다.
(공정 S12)
공정 S12에서는, 제1 기재층(11)에 제1 접착층(12)을 형성하는 접착제를 사용하여, 드라이 라미네이션 등의 방법으로 제2 기재층(13)이 접합되고, 제1 기재층(11), 제1 접착층(12) 및 제2 기재층이 이 순서대로 적층된 적층체가 얻어진다. 공정 S12에서는, 접착성의 촉진을 위해, 40℃ 내지 100℃의 범위에서 에이징(양생)을 행해도 된다. 에이징 시간은, 예를 들어 1 내지 10일이다.
(공정 S13)
공정 S13에서는, 금속박층(15)의 다른쪽 면(부식 방지 처리층(16)을 형성한 측과 반대측의 면)과, 제2 접착층(14)을 형성하는 접착제를 사용하여, 드라이 라미네이션 등의 방법으로 상기 적층체의 제2 기재층(13)측의 면이 접합된다. 공정 S13에서는, 접착성의 촉진을 위해, 40℃ 내지 100℃의 범위에서 에이징(양생) 처리를 행해도 된다. 에이징 시간은, 예를 들어 1 내지 10일이다.
(공정 S14)
공정 S13 후, 제1 기재층(11), 제1 접착층(12), 제2 기재층(13), 제2 접착층(14), 금속박층(15) 및 부식 방지 처리층(16)이 이 순서대로 적층된 적층체의 부식 방지 처리층(16) 상에, 실란트 접착층(17)을 개재하여 실란트층(18)이 형성된다. 실란트층(18)은, 드라이 라미네이션 및 샌드위치 라미네이션 등에 의해 적층 되어도 되고, 실란트 접착층(17)과 함께 공압출법에 의해 적층되어도 된다. 실란트층(18)은, 접착성 향상의 점에서, 예를 들어 샌드위치 라미네이션에 의해 적층되거나, 또는 실란트 접착층(17)과 함께 공압출법에 의해 적층되는 것이 바람직하며, 샌드위치 라미네이션에 의해 적층되는 것이 보다 바람직하다.
이상 설명한 공정 S11 내지 S14에 의해, 외장재(10)가 얻어진다. 또한, 외장재(10)의 제조 방법의 공정 순서는, 상기 공정 S11 내지 S14를 순차적으로 실시하는 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 공정 S12를 행하고 나서 공정 S11을 행하는 등, 실시하는 공정의 순서를 적절히 변경해도 된다.
또한, 외장재(20)를 제조하는 경우, 상술한 외장재(10)의 제조 방법에 있어서, 공정 S12를 행하지 않고, 공정 S13에 있어서, 금속박층(15)의 다른쪽 면(부식 방지 처리층(16)을 형성한 측과 반대측의 면)과 기재층(21)을, 접착층(22)을 형성하는 접착제를 사용하여, 드라이 라미네이션 등의 방법으로 접합하면 된다. 그 이외는, 상술한 외장재(10)의 제조 방법과 마찬가지이다.
[축전 장치]
이어서, 외장재(10, 20)를 용기로서 구비하는 축전 장치에 대하여 설명한다. 축전 장치는, 전극을 포함하는 전지 요소(1)와, 상기 전극으로부터 연장되는 리드(2)와, 전지 요소(1)를 수용하는 용기를 구비하고, 상기 용기는 축전 장치용 외장재(10, 20)로부터, 실란트층(18)이 내측으로 되도록 형성된다. 상기 용기는, 2개의 외장재를 실란트층(18)끼리를 대향시켜 겹치고, 겹쳐진 외장재(10, 20)의 주연부를 열융착하여 얻어져도 되고, 또한, 하나의 외장재를 접어 겹치고, 마찬가지로 외장재(10, 20)의 주연부를 열융착하여 얻어져도 된다. 축전 장치로서는, 예를 들어 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 및 납 축전지 등의 이차 전지와, 전기 이중층 캐패시터 등의 전기 화학 캐패시터를 들 수 있다.
리드(2)는, 실란트층(18)을 내측으로 하여 용기를 형성하는 외장재(10, 20)에 의해 협지되어, 밀봉되어 있다. 리드(2)는, 탭 실란트를 개재하여, 외장재(10, 20)에 의해 협지되어 있어도 된다.
[축전 장치의 제조 방법]
이어서, 상술한 외장재(10)를 사용하여 축전 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기서는, 엠보싱 타입 외장재(30)를 사용하여 이차 전지(40)를 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 3은 상기 엠보싱 타입 외장재(30)를 도시하는 도면이다. 도 4의 (a) 내지 (d)는, 외장재(10)를 사용한 편측 성형 가공 전지의 제조 공정을 도시하는 사시도이다. 이차 전지(40)로서는, 엠보싱 타입 외장재(30)와 같은 외장재를 2개 설치하고, 이러한 외장재끼리를, 얼라인먼트를 조정하면서, 접합시켜 제조되는, 양측 성형 가공 전지여도 된다.
편측 성형 가공 전지인 이차 전지(40)는, 예를 들어 이하의 공정 S21 내지 S25에 의해 제조할 수 있다.
공정 S21: 외장재(10), 전극을 포함하는 전지 요소(1)와, 상기 전극으로부터 연장되는 리드(2)를 준비하는 공정.
공정 S22: 외장재(10)의 편면에 전지 요소(1)를 배치하기 위한 오목부(32)를 형성하는 공정(도 4의 (a) 및 도 4의 (b) 참조).
공정 S23: 엠보싱 타입 외장재(30)의 성형 가공 에리어(오목부(32))에 전지 요소(1)를 배치하고, 오목부(32)를 덮개부(34)가 덮도록 엠보싱 타입 외장재(30)를 접어 겹치고, 전지 요소(1)로부터 연장되는 리드(2)를 협지하도록 엠보싱 타입 외장재(30)의 한 변을 가압 열융착하는 공정(도 4의 (b) 및 도 4의 (c) 참조).
공정 S24: 리드(2)를 협지하는 변 이외의 한 변을 남기고, 다른 변을 가압 열융착하고, 그 후, 남은 한 변으로부터 전해액을 주입하고, 진공 상태에서 남은 한 변을 가압 열융착하는 공정(도 4의 (c) 참조).
공정 S25: 리드(2)를 협지하는 변 이외의 가압 열융착변 단부를 커트하고, 성형 가공 에리어(오목부(32))측으로 절곡하는 공정(도 4의 (d) 참조).
(공정 S21)
공정 S21에서는, 외장재(10), 전극을 포함하는 전지 요소(1)와, 상기 전극으로부터 연장되는 리드(2)를 준비한다. 외장재(10)는, 상술한 실시 형태에 기초하여 준비한다. 전지 요소(1) 및 리드(2)로서는 특별히 제한은 없고, 공지된 전지 요소(1) 및 리드(2)를 사용할 수 있다.
(공정 S22)
공정 S22에서는, 외장재(10)의 실란트층(18)측에 전지 요소(1)를 배치하기 위한 오목부(32)가 형성된다. 오목부(32)의 평면 형상은, 전지 요소(1)의 형상에 합치하는 형상, 예를 들어 평면에서 볼 때 직사각 형상으로 된다. 오목부(32)는, 예를 들어 직사각 형상의 압력면을 갖는 가압 부재를, 외장재(10)의 일부에 대하여 그 두께 방향으로 가압함으로써 형성된다. 또한, 가압하는 위치, 즉 오목부(32)는, 직사각형으로 잘라낸 외장재(10)의 중앙으로부터, 외장재(10)의 길이 방향의 한쪽 단부로 치우친 위치에 형성한다. 이에 의해, 성형 가공 후에 오목부(32)를 형성하지 않은 또 한쪽의 단부측을 접어, 덮개(덮개부(34))로 할 수 있다.
오목부(32)를 형성하는 방법으로서 보다 구체적으로는, 금형을 사용한 성형 가공(딥 드로잉 성형)을 들 수 있다. 성형 방법으로서는, 외장재(10)의 두께 이상의 갭을 갖도록 배치된 암형과 수형의 금형을 사용하여, 수형의 금형을 외장재(10)와 함께 암형의 금형에 압입하는 방법을 들 수 있다. 수형의 금형의 압입량을 조정함으로써, 오목부(32)의 깊이(딥 드로잉량)를 원하는 양으로 조정할 수 있다. 외장재(10)에 오목부(32)가 형성됨으로써, 엠보싱 타입 외장재(30)가 얻어진다. 이 엠보싱 타입 외장재(30)는, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같은 형상을 갖고 있다. 여기서, 도 3의 (a)는, 엠보싱 타입 외장재(30)의 사시도이고, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)에 도시하는 엠보싱 타입 외장재(30)의 b-b선을 따른 종단면도이다.
(공정 S23)
공정 S23에서는, 엠보싱 타입 외장재(30)의 성형 가공 에리어(오목부(32)) 내에, 정극, 세퍼레이터 및 부극 등으로 구성되는 전지 요소(1)가 배치되고, 또한, 전지 요소(1)로부터 연장되고, 정극과 부극에 각각 접합된 리드(2)가 성형 가공 에리어(오목부(32))로부터 밖으로 인출된다. 그 후, 엠보싱 타입 외장재(30)는, 길이 방향의 대략 중앙에서 접혀, 실란트층(18)끼리 내측으로 되도록 겹쳐지고, 엠보싱 타입 외장재(30)의 리드(2)를 협지하는 한 변이 가압 열융착된다. 가압 열융착은, 온도, 압력 및 시간의 3 조건으로 제어되며, 적절히 설정된다. 가압 열융착의 온도는, 실란트층(18)을 융해하는 온도 이상인 것이 바람직하다.
또한, 실란트층(18)의 열융착 전의 두께는, 리드(2)의 두께에 대하여 40％ 이상 80％ 이하인 것이 바람직하다. 실란트층(18)의 두께가 상기 하한값 이상임으로써, 열융착 수지가 리드(2) 단부를 충분히 충전할 수 있는 경향이 있고, 상기 상한값 이하임으로써, 이차 전지(40)의 외장재(10) 단부의 두께를 적절하게 억제할 수 있고, 외장재(10) 단부로부터의 수분의 침입량을 저감할 수 있다.
(공정 S24)
공정 S24에서는, 리드(2)를 협지하는 변 이외의 한 변을 남기고, 다른 변의 가압 열융착이 행해진다. 그 후, 남은 한 변으로부터 전해액을 주입하고, 남은 한 변이 진공 상태에서 가압 열융착된다. 가압 열융착의 조건은 공정 S23과 마찬가지이다.
(공정 S25)
리드(2)를 협지하는 변 이외의 주연 가압 열융착변 단부가 커트되고, 단부로부터는 비어져 나온 실란트층(18)이 제거된다. 그 후, 주연 가압 열융착부를 성형 가공 에리어(32)측으로 접고, 접힘부(42)를 형성함으로써, 이차 전지(40)가 얻어진다.
또한, 외장재(20)를 사용하여 축전 장치를 제조하는 경우, 상술한 외장재(10)를 사용한 축전 장치의 제조 방법에 있어서, 외장재(10) 대신에 외장재(20)를 사용하면 된다.
<실시예>
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[사용 재료]
실시예 및 비교예에서 사용한 재료를 이하에 나타낸다.
(제1 기재층(11) 또는 기재층(21))
하기 표 1에 나타내는 기재를 사용하였다.
Figure pct00001
표 1 중, 폴리에스테르 엘라스토머로서 「하이트렐」(상품명, 도레이ㆍ듀퐁사제)을, 비정질 폴리에스테르로서 「SKYGREEN」(상품명, SK 케미컬사제)을 각각 사용하였다. 또한, 기재 A-21 및 기재 A-34로서는, 폴리에스테르 엘라스토머 및 비정질 폴리에스테르를 함유하지 않는 2축 연신 PET 필름(상품명 「루미러」, 도레이 필름 가공사제)을 사용하였다.
(제1 접착층(12) 또는 접착층(22))
접착제 B-1: 폴리에스테르우레탄계 접착제(상품명 「타케락/타케네이트」, 미츠이 가가쿠사제)
(제2 기재층(13))
하기 표 2에 나타내는 기재를 사용하였다.
Figure pct00002
표 2 중, 기재 C-4로서는, 2축 연신 PET 필름(상품명 「루미러」, 도레이 필름 가공사제)을 사용하고, 기재 C-7로서는, 비연신 나일론 필름(상품명 「다이아미론 C」, 미츠비시 쥬시사제)을 사용하였다.
(제2 접착층(14))
접착제 D-1: 폴리에스테르우레탄계 접착제(상품명 「타케락/타케네이트」, 미츠이 가가쿠사제)
(금속박층(15))
금속박 E-1: 연질 알루미늄박 8079재(도요 알루미늄사제, 두께 40㎛)
(부식 방지 처리층(16))
처리제 F-1: 산화세륨, 인산, 아크릴계 수지를 주체로 한 도포형 세리아졸 처리용 처리제.
(실란트 접착층(17))
접착 수지 G-1: 무수 말레산으로 그래프트 변성시킨 폴리프로필렌계 수지(상품명 「애드머」, 미츠이 가가쿠사제)
(실란트층(18))
필름 H-1: 비연신 폴리프로필렌 필름(두께 60㎛)의 내면으로 되는 측의 면을 코로나 처리한 필름(상품명 「GHC」, 미츠이 가가쿠 토셀로사제)
[실시예 1 내지 41 및 비교예 1 내지 5]
(외장재의 제작)
금속박층(15)으로 되는 금속박 E-1의 한쪽 면에 처리제 F-1을 도포, 건조하여 부식 방지 처리층(16)을 형성하였다. 이어서, 금속박층(15)에서의 부식 방지 처리층(16)의 반대면에, 기재층(21)으로 되는 기재 A-1 내지 A-10, A-17, A-19, A-21 내지 A-27 중 어느 하나를, 접착제 B-1을 사용한 드라이 라미네이트법에 의해 부착하였다. 또한, 제1 기재층(11)으로 되는 기재 A-11 내지 A-20, A-28 내지 A-34 중 어느 하나에, 접착제 B-1을 사용한 드라이 라미네이트법에 의해, 제2 기재층(13)으로 되는 기재 C-1 내지 C-7 중 어느 하나를 접합하고, 이어서 금속박층(15)에서의 부식 방지 처리층(16)의 반대면에, 접착제 D-1을 사용한 드라이 라미네이트법에 의해, 제1 기재층(11), 제1 접착층(12) 및 제2 기재층(13)의 적층체에서의 제2 기재층(13)측을 접합하였다. 그 후, 60℃, 6일간의 에이징을 행하였다. 이어서, 얻어진 적층체의 부식 방지 처리층(16)측에 압출 장치에서 접착 수지 G-1을 압출하여 실란트 접착층(17)을 형성하고, 필름 H-1을 접합하여 샌드위치 라미네이션함으로써 실란트층(18)을 형성하였다. 그 후, 얻어진 적층체에 대하여, 190℃에서 가열 압착함으로써 실시예 1 내지 41 및 비교예 1 내지 5의 외장재를 제작하였다. 또한, 적층 후의 접착층(22)의 두께는 5㎛이고, 적층 후의 제1 접착층(12)의 두께는 5㎛이고, 적층 후의 제2 접착층(14)의 두께는 5㎛이고, 적층 후의 실란트 접착층(17)의 두께는 25㎛였다. 각 예에 있어서 사용한 기재의 종류를 표 3에 나타낸다.
(성형 가공 후의 휨량의 평가)
실시예 및 비교예에서 얻어진 외장재를, 120mm×260mm의 직사각 형상으로 잘라내고, 실란트층이 상방을 향하도록 성형 장치 내에 배치하였다. 성형 장치의 성형 깊이를 3mm로 설정하고, 실온 23℃, 노점 온도-35℃의 환경 하에서, 냉간 성형을 행하였다. 펀치 금형에는, 70mm×80mm의 직사각형의 횡단면을 갖고, 저면에 0.75mm의 펀치 반경(RP)을 갖고, 측면에 1.5mm의 펀치 코너 반경(RCP)을 갖는 것을 사용하였다. 또한, 다이 금형에는, 개구부 상면에 0.75mm의 다이 반경(RD)을 갖는 것을 사용하였다. 펀치 금형과 다이 금형의 사이의 클리어런스는 0.2mm로 하였다. 성형 에리어는 잘라낸 외장재의 길이 방향의 대략 중앙에서 나눈 반면의 대략 중앙으로 하였다. 즉, 성형 에리어의 양단이, 잘라낸 외장재의 짧은 방향의 양단으로부터 각각 25mm의 위치로 되도록 성형 에리어를 배치하였다.
성형 가공 후의 외장재를, 제1 기재층(11)측이 상방을 향하도록, 실온 23℃, 노점 온도-35℃의 환경에서 60분간 수평한 다이 위에 정치시키고, 성형되지 않은 에리어측의 짧은 방향의 변의 다이로부터의 거리의 최댓값을 측정하고, 측정값을 휨량으로 하였다. 단, 90도 이상의 각도로 휜 경우에는, 휨량의 계측이 불가능하기 때문에, 측정 불가라고 하였다. 휨량의 평가는, 이하의 평가 기준에 따라 행하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
A: 휨량이 50mm 미만이었다.
B: 휨량이 50mm 이상 75mm 미만이었다.
C: 휨량이 75mm 이상 100mm 미만이었다.
D: 휨량이 100mm 이상이었다.
(성형 깊이의 평가)
실시예 및 비교예에서 얻어진 외장재를, 150mm×190mm의 직사각 형상으로 잘라내고, 실란트층이 상방을 향하도록 성형 장치 내에 배치하였다. 성형 장치의 성형 깊이를 1mm마다 1 내지 10mm로 설정하고, 실온 23℃, 노점 온도-35℃의 환경 하에서 냉간 성형하고, 각 성형 깊이에서의 성형성을 하기 기준에 따라 평가하였다. 또한, 펀치 금형에는, 100mm×150mm의 직사각형의 횡단면을 갖고, 저면에 0.75mm의 펀치 반경(RP)을 갖고, 측면에 1.5mm의 펀치 코너 반경(RCP)을 갖는 것을 사용하였다. 또한, 다이 금형에는, 개구부 상면에 0.75mm의 다이 반경(RD)을 갖는 것을 사용하였다. 성형 깊이의 평가는, 이하의 평가 기준에 따라 행하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
A: 파단 또는 크랙을 발생시키지 않고, 성형 깊이 6mm 이상의 딥 드로잉 성형이 가능하다.
B: 파단 또는 크랙을 발생시키지 않고, 성형 깊이 5mm 이상 6mm 미만의 딥 드로잉 성형이 가능하다.
C: 파단 또는 크랙을 발생시키지 않고, 성형 깊이 4mm 이상 5mm 미만의 딥 드로잉 성형이 가능하다.
D: 성형 깊이 4mm 미만의 딥 드로잉 성형에서 파단 또는 크랙이 발생한다.
(내열성의 평가)
실시예 및 비교예에서 얻어진 외장재를, 50mm×200mm의 직사각형으로 2매 잘라내었다. 그리고, 잘라낸 샘플의 기재층끼리를 마주보게 한 상태에서, 200℃ 또는 210℃로 가온한 히트 시일 바로 10초간 물고, 기재층끼리 접착되었는지를 평가하였다. 내열성의 평가는, 이하의 평가 기준에 따라 행하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
A: 히트 시일 온도 210℃에서도 접착되지 않았다.
B: 히트 시일 온도 200℃에서 접착되지 않았지만, 210℃에서 접착되었다.
C: 히트 시일 온도 200℃에서 접착되었다.
Figure pct00003
이상과 같이, 본 발명의 구성을 갖는 실시예에서는, 충분한 성형성을 유지할 수 있음과 함께, 성형 가공 후의 휨량을 저감할 수 있는 축전 장치용 외장재를 제공할 수 있었다.
1: 전지 요소
2: 리드
10: 외장재(축전 장치용 외장재)
11: 제1 기재층
12: 제1 접착층
13: 제2 기재층
14: 제2 접착층
15: 금속박층
16: 부식 방지 처리층
17: 실란트 접착층
18: 실란트층
21: 기재층
22: 접착층
30: 엠보싱 타입 외장재
32: 성형 가공 에리어(오목부)
34: 덮개부
40: 이차 전지

Claims (6)

  1. 기재층과, 해당 기재층의 한쪽 면 상에 접착층을 개재하여 형성된 금속박층과, 해당 금속박층의 상기 기재층과는 반대의 면 상에 배치된 실란트층을 구비하고,
    상기 기재층이, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 층인, 축전 장치용 외장재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재층의 두께가 5㎛ 이상 30㎛ 이하인, 축전 장치용 외장재.
  3. 제1 기재층과, 해당 제1 기재층의 한쪽 면 상에 제1 접착층을 개재하여 형성된 제2 기재층과, 해당 제2 기재층의 상기 제1 기재층과는 반대의 면 상에 제2 접착층을 개재하여 형성된 금속박층과, 해당 금속박층의 상기 제2 기재층과는 반대의 면 상에 배치된 실란트층을 구비하고,
    상기 제1 기재층이, 폴리에스테르 엘라스토머 및/또는 비정질 폴리에스테르를 함유하는 폴리에스테르 수지를 포함하는 층이고,
    상기 제2 기재층이, 연신 폴리아미드 필름인, 축전 장치용 외장재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 기재층의 두께가 4㎛ 이상 20㎛ 이하이고, 또한 상기 제2 기재층의 두께가 5㎛ 이상 20㎛ 이하인, 축전 장치용 외장재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지 중의 상기 폴리에스테르 엘라스토머의 함유량이, 상기 폴리에스테르 수지의 전량을 기준으로 하여 2 내지 15질량％이거나, 또는 상기 비정질 폴리에스테르의 함유량이, 상기 폴리에스테르 수지의 전량을 기준으로 하여 20 내지 60질량％인, 축전 장치용 외장재.
  6. 전극을 포함하는 전지 요소와, 상기 전극으로부터 연장되는 리드와, 상기 전지 요소를 수용하는 용기를 구비하고,
    상기 용기는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 축전 장치용 외장재로부터, 상기 실란트층이 내측으로 되도록 형성되어 있는, 축전 장치.
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