KR20170102813A

KR20170102813A - 축전 디바이스용 외장재 및 축전 디바이스

Info

Publication number: KR20170102813A
Application number: KR1020170026027A
Authority: KR
Inventors: 케이타로 카와키타
Original assignee: 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2017-09-12
Also published as: JP6738164B2; US20170256758A1; US10243178B2; TWI716543B; DE102017203134A1; TW201733184A; JP2017157432A; CN107150477A

Abstract

축전 디바이스용 외장재(1)는, 외측층으로서의 폴리아미드 수지층(2)과, 내측층으로서의 폴리올레핀 수지층(3)과, 이들 양 층 사이에 배설된 알루미늄박층(4)을 포함하는 구성으로 하고, 축전 디바이스용 외장재(1)의 두께가 90㎛ 이하이고, 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도가 110N/15㎜폭 이상이고, 또한 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 신율이 90% 이상인 구성으로 한다. 이에 의해, 박육, 경량이면서, 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있음과 함께, 고강도이며 내충격성에도 우수한 축전 디바이스용 외장재를 제공할 수 있다.

Description

축전 디바이스용 외장재 및 축전 디바이스{EXTERIOR MATERIAL FOR ELECTRICITY STORAGE DEVICE AND ELECTRICITY STORAGE DEVICE}

본 발명은, 스마트 폰, 태블릿 등의 휴대 기기에 사용되는 전지나 콘덴서, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 풍력 발전, 태양광 발전, 야간 전기의 축전용으로 사용되는 전지나 콘덴서 등의 축전 디바이스용의 외장재 및 그 외장재로 외장된 축전 디바이스에 관한 것이다.

또한, 본원의 특허청구의 범위 및 명세서에서, 「인장파괴 강도」란 용어는, JIS K7127-1999(인장 특성의 시험 방법 제3부)에 준거하여, 타입2의 시험편(시료폭 15㎜)을 작성하고, 그리퍼(gripper) 사이 거리 100㎜, 표선(標線) 사이 거리 50㎜, 인장 속도 100㎜/분의 조건으로 측정하여 구하여진 인장파괴 강도를 의미한다.

또한, 본원의 특허청구의 범위 및 명세서에서, 「인장파괴 신율」이란 용어는, JIS K7127-1999(인장 특성의 시험 방법 제3부)에 준거하여, 타입2의 시험편(시료폭 15㎜)을 작성하고, 그리퍼 사이 거리 100㎜, 표선 사이 거리 50㎜, 인장 속도 100㎜/분의 조건으로 측정하여 구하여진 인장파괴 신율을 의미한다.

또한, 본원의 특허청구의 범위 및 명세서에서, 「파단 변형 에너지」란 용어는, JIS K7127-1999(인장 특성의 시험 방법 제3부)에 준거하여, 타입2의 시험편(시료폭 15㎜)을 작성하고, 그리퍼 사이 거리 100㎜, 표선 사이 거리 50㎜, 인장 속도 100㎜/분의 조건으로 측정하고 얻어진 인장 응력-변형 곡선도에서의 곡선(인장 시작부터 파단에 이르기까지의 곡선)의 하측의 면적을 계산하여 구하여진 파단 변형 에너지(단위체적당의 에너지)를 의미한다.

또한, 본원의 특허청구의 범위 및 명세서에서, 「알루미늄」이란 용어는, 알루미늄 및 그 합금을 포함하는 의미로 사용하고 있다.

근래, 스마트 폰, 태블릿 단말 등의 모바일 전기 기기의 박형화, 경량화에 수반하여, 이들에 탑재되는 리튬 이온 2차 전지, 리튬 폴리머 2차 전지, 리튬 이온 커패시터, 전기2중층 콘덴서 등의 축전 디바이스의 외장재로서는, 종래의 금속 캔에 대신하여, 내열성 수지층/접착제층/금속박층/접착제층/열가소성 수지층으로 이루어지는 적층체가 사용되고 있다(특허 문헌 1 참조). 통상, 상기 적층체에 대해 장출(張出) 성형이나 디프드로잉 성형이 행하여짐에 의해, 개략 직방체 형상 등의 입체 형상으로 성형된다. 또한, 전기 자동차 등의 전원, 축전 용도의 대형 전원, 커패시터 등도 상기 구성의 적층체(외장재)로 외장되는 것도 증가하여 오고 있다.

일본 특개2005-22336호 공보

그런데, 상기 모바일 전기 기기 등은, 근래, 더한층의 박형화, 경량화가 진행되어 있고, 여기에 탑재되는 축전 디바이스로서도 박형화, 경량화를 도모할 것이 요구되고 있고, 이것을 받아, 축전 디바이스용의 외장재의 박막화, 경량화를 도모하기 위해 개발이 진행되고 있다.

상기한 박막화, 경량화의 요청에 응하기 위해, 외장재의 두께를 얇게 설계한 경우에는, 장출 성형이나 디프드로잉 성형 등의 성형시에, 깊은 성형을 행하면 균열 등이 생긴다는 문제가 있어서, 얕은 깊이밖에 양호한 성형을 행할 수가 없다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 기술적 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 박육, 경량이면서, 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있음과 함께, 고강도이며 내충격성에도 우수한 축전 디바이스용 외장재를 제공한 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.

[1] 외측층으로서의 폴리아미드 수지층과, 내측층으로서의 폴리올레핀 수지층과, 이들 양 층 사이에 배설된 알루미늄박층을 포함하는 축전 디바이스용 외장재로서,

상기 축전 디바이스용 외장재의 두께가 90㎛ 이하이고, 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도가 110N/15㎜폭 이상이고, 또한 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 신율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.

[2] 상기 폴리아미드 수지층의 두께를 「X」로 하고, 상기 알루미늄박층의 두께를 「Y」로 하였을 때,

(X/Y)≥0.6

의 관계식이 성립하는 전항 1에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[3] 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장 시험에 의해 얻어지는 인장 응력-변형 곡선으로부터 구하여지는 파단 변형 에너지가 60MJ/㎥ 이상인 전항 1 또는 2에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[4] 상기 알루미늄박층의 두께를 「Y」로 하고, 상기 폴리올레핀 수지층의 두께를 「V」로 하였을 때,

(Y/V)≥0.6

의 관계식이 성립하는 전항 1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[5] 축전 디바이스 본체부와,

전항 1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재를 구비하고,

상기 축전 디바이스 본체부가, 상기 외장재로 외장되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.

[1]의 발명에서는, 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도가 110N/15㎜폭 이상이고, 또한 그 외장재의 인장파괴 신율이 90% 이상이기 때문에, 외장재의 두께가 90㎛ 이하의 박육이라도, 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있음과 함께, 고강도이며 내충격성에도 우수한 축전 디바이스용 외장재를 제공할 수 있다.

[2]의 발명에서는, 폴리아미드 수지층의 두께를 「X」로 하고, 알루미늄박층의 두께를 「Y」로 하였을 때, (X/Y)≥0.6의 관계식이 성립하는 구성이기 때문에, 보다 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있고, 내충격성도 향상할 수 있다.

[3]의 발명에서는, 축전 디바이스용 외장재의 파단 변형 에너지가 60MJ/㎥ 이상인 구성이어서, 보다 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있고, 내충격성을 향상시킬 수 있다.

[4]의 발명에서는, 알루미늄박층의 두께를 「Y」로 하고, 폴리올레핀 수지층의 두께를 「V」로 하였을 때, (Y/V)≥0.6의 관계식이 성립하는 구성이기 때문에, 더욱 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있고, 보다 고강도로 할 수 있고 내충격성을 보다 향상시킬 수 있다.

[5]의 발명(축전 디바이스)에서는, 외장재를 얇게 설계한 구성이면서도, 균열 등이 생기는 일 없이 문제없이 깊은 성형이 이루어짐과 함께 고강도이며 내충격성에도 우수한 외장재로 외장된 축전 디바이스가 제공된다.

도 1은, 본 발명에 관한 축전 디바이스용 외장재의 한 실시 형태를 도시하는 단면도.
도 2는, 본 발명에 관한 축전 디바이스용 외장재를 사용하여 구성된 축전 디바이스의 한 실시 형태를 도시하는 단면도.
도 3은, 실시례 1 내지 4의 축전 디바이스용 외장재의 인장 시험에 의해 얻어진 인장 응력-변형 곡선도(SS곡선).
도 4는, 비교례 1 내지 5의 축전 디바이스용 외장재의 인장 시험에 의해 얻어진 인장 응력-변형 곡선도(SS곡선)(대비를 위해 실시례 4의 인장 응력-변형 곡선도도 동시에 도시하고 있다).

본 발명에 관한 축전 디바이스용 외장재(1)의 한 실시 형태를 도 1에 도시한다. 이 축전 디바이스용 외장재(1)는, 리튬 이온 2차 전지 케이스용으로서 사용되는 것이다. 즉, 상기 축전 디바이스용 외장재(1)는, 예를 들면, 디프드로잉 성형, 장출 성형 등의 성형에 제공되어 2차 전지의 케이스 등으로서 사용되는 것이다.

도 1에 도시하는 축전 디바이스용 외장재(1)는, 알루미늄박층(4)의 일방의 면에 제1 접착제층(5)를 통하여 폴리아미드 수지층(외측층)(2)이 적층 일체화됨과 함께, 상기 알루미늄박층(4)의 타방의 면에 제2 접착제층(6)을 통하여 폴리올레핀 수지층(내측층)(3)이 적층 일체화된 구성으로 이루어진다.

본 발명에 관한 축전 디바이스용 외장재(1)는, 축전 디바이스용 외장재(1)의 두께(총두께)가 90㎛ 이하이고, 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도가 110N/15㎜폭 이상이고, 또한 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 신율이 90% 이상인 구성이다.

본 발명에 의하면, 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도가 110N/15㎜폭 이상이고, 또한 그 외장재의 인장파괴 신율이 90% 이상이기 때문에, 외장재의 두께가 90㎛ 이하의 박육(薄肉)으로 설계되어 있어도, 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있음과 함께, 고강도이며 내충격성에도 우수한 축전 디바이스용 외장재를 제공할 수 있다.

상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도는 「115N/15㎜폭」 이상인 것이 바람직하고, 「120N/15㎜폭」 이상인 것이 보다 바람직하다. 그 중에서도, 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도는, 120N/15㎜폭∼180N/15㎜폭의 범위인 것이 특히 바람직하다.

상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 신율은 120% 이상인 것이 바람직하고, 그 중에서도, 120%∼200%인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서, 상기 폴리아미드 수지층(2)의 두께를 「X」로 하고, 상기 알루미늄박층(4)의 두께를 「Y」로 하였을 때,

(X/Y)≥0.6

의 관계식이 성립하는 구성인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 보다 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있고, 내충격성도 향상할 수 있다. 그 중에서도, (X/Y)≥0.8의 관계식이 성립하는 구성인 것이 보다 바람직하고, (X/Y)≥1.0의 관계식이 성립하는 구성인 것이 특히 바람직하다.

또한, 상기 알루미늄박층(4)의 두께를 「Y」로 하고, 상기 폴리올레핀 수지층(3)의 두께를 「V」로 하였을 때,

(Y/V)≥0.6

의 관계식이 성립하는 구성인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 더욱 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있고, 보다 고강도로 할 수 있고 내충격성을 보다 향상시킬 수 있다. 그 중에서도, (Y/V)≥0.8의 관계식이 성립하는 구성인 것이 보다 바람직하고, (Y/V)≥1.0의 관계식이 성립하는 구성인 것이 특히 바람직하다.

또한, X≥Y≥V의 관계식이 성립하는 구성인 것이 바람직하다. 이 경우에는 보다 한층 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장 시험에 의해 얻어지는 인장 응력-변형 곡선으로부터 구하여지는 파단 변형 에너지가 60MJ(메가줄)/㎥ 이상인 구성이 바람직하고, 이 경우에는 보다 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있고, 내충격성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서, 상기 폴리아미드 수지층(외측층)(2)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 나일론 필름 등의 폴리아미드 필름 등을 들 수 있고, 이들의 연신 필름이 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 상기 폴리아미드 수지층(외측층)(2)으로서는, 2축연신 나일론 필름 등의 2축연신 폴리아미드 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 동시(同時)2축연신 나일론 필름 등의 동시2축연신 폴리아미드 필름을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 상기 나일론 필름으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 6나일론 필름, 6,6나일론 필름, MXD나일론 필름 등을 들 수 있다.

상기 폴리아미드 수지층(2)의 두께는, 15㎛∼40㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 상기 폴리아미드 수지층(2)의 두께는, 20㎛∼40㎛로 설정되는 것이 보다 바람직하다.

상기 폴리아미드 수지층(2)에 사용되는 폴리아미드 필름의 열수(熱水) 수축률은, 2.5%∼10%인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 보다 깊은 성형을 행할 수가 있다는 효과를 이룬다. 또한, 「T방향에서의 열수 수축률」에 대한 「M방향에서의 열수 수축률」의 비(MD/TD)가 0.8∼1.2의 범위에 있는 2축연신 폴리아미드 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 비(MD/TD)가 0.8∼1.2의 범위에 있는 구성을 채용하는 경우에는, 특히 양호한 성형성을 갖는 외장재를 얻을 수 있다. 또한, 상기 「M방향」은, 「기계(機械) 흐름 방향」을 의미하고, 상기 「T방향」은, 「M방향(기계 흐름 방향)에 대해 직교하는 방향」을 의미한다. 이하에서도 마찬가지이다.

또한, 상기 「열수 수축률」이란, 폴리아미드 수지 연신 필름의 시험편(10cm×10cm)을 95℃의 열수 중에 30분간 침지한 때의 침지 전후의 시험편의 연신 방향에서의 치수 변화율이고, 다음 식으로 구하여진다.

열수 수축률(%)={(E-F)/E}×100

E : 침지 처리 전의 연신 방향의 치수

F : 침지 처리 후의 연신 방향의 치수.

또한, 2축연신 필름을 채용하는 경우에 있어서의 그 열수 수축률은, 2개의 연신 방향에서의 치수 변화율의 평균치이다.

상기 폴리아미드 수지 연신 필름의 열수 수축률은, 예를 들면, 연신 가공시의 열 고정 온도를 조정함에 의해 제어할 수 있다.

상기 폴리아미드 수지층(2)에 사용되는 폴리아미드 필름의 인장파괴 강도는, 50N/15㎜폭 이상인 것이 바람직하고, 60N/15㎜폭 이상인 것이 더욱 바람직하고, 90N/15㎜폭 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 「폴리아미드 필름의 M방향에서의 인장파괴 강도」/「폴리아미드 필름의 T방향에서의 인장파괴 강도」=0.8∼1.2의 범위인 것이 바람직하고, 이 경우에는, 보다 깊은 성형을 행할 수가 있다는 효과를 이룬다.

상기 폴리아미드 수지층(2)에 사용되는 폴리아미드 필름의 인장파괴 신율은, 70% 이상인 것이 바람직하고, 80% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 120% 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 「폴리아미드 필름의 M방향에서의 인장파괴 신율」/「폴리아미드 필름의 T방향에서의 인장파괴 신율」=0.8∼1.2의 범위인 것이 바람직하고, 이 경우에는, 고강도이며, 보다 깊은 성형을 행할 수가 있다는 효과를 이룬다.

상기 알루미늄박층(4)는, 외장재(1)에 산소나 수분의 침입을 저지하는 가스 배리어성을 부여하는 역할을 담당하는 것이다. 상기 알루미늄박층(4)의 재질은, Al-Fe계의 소둔재가 바람직하다. 상기 알루미늄박층(4)의 두께는, 10㎛∼35㎛인 것이 바람직하고, 15㎛∼35㎛인 것이 보다 바람직하다.

상기 알루미늄박층(4)는, 적어도 내측의 면(제2 접착제층(6)측의 면 ; 폴리올레핀 수지층(3)측의 면)에, 화성처리(化成處理)가 시행되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 화성처리가 시행되어 있음에 의해 내용물(전지의 전해액 등)에 의한 금속박 표면의 부식을 충분히 방지할 수 있다. 예를 들면 다음과 같은 처리를 함에 의해 금속박에 화성처리를 시행한다. 즉, 예를 들면, 탈지처리를 행한 금속박의 표면에,

1) 인산과,

크롬산과,

불화물의 금속염 및 불화물의 비금속염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함하는 혼합물의 수용액

2) 인산과,

아크릴계 수지, 키토산 유도체 수지 및 페놀계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 수지와,

크롬산 및 크롬(Ⅲ)염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함하는 혼합물의 수용액

3) 인산과,

크롬산 및 크롬(Ⅲ)염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물과,

상기 1)∼3) 중의 어느 하나의 수용액을 도포한 후, 건조함에 의해, 화성처리를 시행한다.

상기 화성피막은, 크롬 부착량(편면당)으로서 0.1㎎/㎡∼50㎎/㎡가 바람직하고, 특히 2㎎/㎡∼20㎎/㎡가 바람직하다.

상기 폴리올레핀 수지층(내측층)(3)은, 리튬 이온 2차 전지 등에서 사용되는 부식성이 강한 전해액 등에 대해서도 우수한 내약품성을 구비시킴과 함께, 외장재에 히트 실 성을 부여하는 역할을 담당하는 것이다.

상기 폴리올레핀 수지층(3)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 미연신(비 연신) 폴리올레핀 수지 필름 층인 것이 바람직하다. 상기 폴리올레핀 수지(3)로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지 등을 들 수 있다.

그 중에서도, 공중합 성분으로서 프로필렌 및 프로필렌을 제외한 다른 공중합 성분(올레핀)을 함유하는 랜덤 공중합체/공중합 성분으로서 프로필렌 및 프로필렌을 제외한 다른 공중합 성분(올레핀)을 함유하는 블록 공중합체/공중합 성분으로서 프로필렌 및 프로필렌을 제외한 다른 공중합 성분(올레핀)을 함유하는 랜덤 공중합체의 3층 적층체로 이루어지는 미연신 필름에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 나아가서는, 상기 폴리올레핀 수지층(3)으로서는, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지/에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지/에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지의 3층 적층체로 이루어지는 미연신 필름에 의해 구성되는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이, 상기 폴리올레핀 수지층(3)은, 단층이라도 좋고, 복층이라도 좋다.

상기 폴리올레핀 수지층(3)의 두께는, 10㎛∼30㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 15㎛∼30㎛로 설정되는 것이 보다 바람직하다.

상기 제1 접착제층(5)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리우레탄 접착제층, 폴리에스테르폴리우레탄 접착제층, 폴리에테르폴리우레탄 접착제층, 아크릴 접착제층 등을 들 수 있다. 상기 제1 접착제층(5)의 두께는, 1㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 외장재의 박막화, 경량화의 관점에서, 상기 제1 접착제층(5)의 두께는, 1㎛∼3㎛로 설정되는 것이 특히 바람직하다.

상기 제2 접착제층(6)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 제1 접착제층(5)으로서 예시한 것도 사용할 수 있지만, 전해액에 의한 팽창이 적은 산 변성 폴리올레핀계 접착제(경화제로서는 다관능 이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2 접착제층(6)의 두께는, 1㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 외장재의 박막화, 경량화의 관점에서, 상기 제2 접착제층(6)의 두께는, 1㎛∼3㎛로 설정되는 것이 특히 바람직하다.

상기 축전 디바이스용 외장재(1)의 두께(총두께)는, 박육화를 위해, 90㎛ 이하로 설정된다. 그 중에서도, 상기 축전 디바이스용 외장재(1)의 두께는, 40㎛∼90㎛로 설정되는 것이 바람직하고, 45㎛∼80㎛로 설정되는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 축전 디바이스용 외장재(1)를 성형(디프드로잉 성형, 장출 성형 등)함에 의해, 성형 케이스(전지 케이스 등)를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 외장재(1)는, 성형에 제공되지 않고 그대로 사용할 수도 있다.

본 발명의 축전 디바이스용 외장재(1)를 사용하여 구성된 축전 디바이스(20)의 한 실시 형태를 도 2에 도시한다. 이 축전 디바이스(20)는, 리튬 이온 2차 전지이다.

상기 전지(20)은, 전해질(21)과, 탭 리드(22)와, 성형에 제공되지 않는 평면형상의 상기 외장재(1)과, 상기 외장재(1)가 성형되어 얻어진 수용 오목부(11b)를 갖는 성형 케이스(11)을 구비한다(도 2 참조). 상기 전해질(21) 및 상기 탭 리드(22)에 의해 축전 디바이스 본체부(19)가 구성되어 있다.

상기 성형 케이스(11)의 수용 오목부(11b) 내에 상기 전해질(21)과 상기 탭 리드(22)의 일부가 수용되고, 그 성형 케이스(11)의 위에 상기 평면형상의 외장재(1)가 배치되고, 그 외장재(1)의 주연부(의 내측층(3))와 상기 성형 케이스(11)의 봉지용 주연부(11a)(의 내측층(3))가 접합되어 봉지(封止)됨에 의해, 상기 전지(20)가 구성되어 있다. 또한, 상기 탭 리드(22)의 선단부는, 외부로 도출되어 있다(도 2 참조).

실시례

다음에, 본 발명의 구체적 실시례에 관해 설명하는데, 본 발명은 이들 실시례의 것으로 특히 한정되는 것은 아니다.

<실시례 1>

두께 25㎛의 알루미늄박(JIS H4160에 규정된 A8021의 소둔한 알루미늄박)(4)의 양면에, 인산, 폴리아크릴산(아크릴계 수지), 크롬(Ⅲ)염화합물, 물(水), 알코올로 이루어지는 화성처리액을 도포한 후, 180℃로 건조를 행하여, 화성피막을 형성하였다. 이 화성피막의 크롬 부착량은 편면당 10㎎/㎡였다.

다음에, 상기 화성처리 완료 알루미늄박(4)의 일방의 면에, 2액 경화형의 폴리에스테르우레탄계 접착제(주제 : 폴리에스테르폴리우레탄 수지, 경화제 : 다관능 이소시아네이트)(5)를 사용하여, 동시2축연신법으로 연신하고 얻어진 두께 25㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)(2)를 드라이 라미네이트하였다(접합하였다). 상기 동시2축연신 6나일론 필름의 MD방향의 열수 수축률은 4.3%이고, 상기 동시2축연신 6나일론 필름은, 「T방향에서의 열수 수축률」에 대한 「M방향에서의 열수 수축률」의 비(MD/TD)가 1.0이다.

다음에, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체로 이루어지는 두께 4㎛의 제1 수지층, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지로 이루어지는 두께 17㎛의 제2 수지층, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체로 이루어지는 두께 4㎛의 제1 수지층이 이 순서로 3층 적층되도록 T다이를 이용하여 공압출(共押出)함에 의해, 이들 3층이 적층되어 이루어지는 두께 25㎛의 실런트 필름(제1 수지층/제2 수지층/제1 수지층)(3)을 얻은 후, 그 실런트 필름(내측층)(3)의 일방의 제1 수지층면을, 2액 경화형의 말레인산 변성 폴리프로필렌 접착제(경화제가 다관능 이소시아네이트)(6)를 통하여, 상기 드라이 라미네이트 후의 알루미늄박(4)의 타방의 면에 맞겹쳐서, 고무 닙 롤과, 100℃로 가열된 라미네이트 롤과의 사이에 끼워 넣어 압착함에 의해 드라이 라미네이트하고, 그러한 후, 50℃로 5일간 에이징함(가열함)에 의해, 도 1에 도시하는 구성의 두께 81㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

또한, 상기 2액 경화형 말레인산 변성 폴리프로필렌 접착제로서, 주제로서의 말레인산 변성 폴리프로필렌(융점 80℃, 산가 10㎎KOH/g) 100질량부, 경화제로서의 헥사메틸렌디이소시아네이트의 이소시아누레이트체(NCO 함유율 : 20질량%) 8질량부, 또한 용제가 혼합되어 이루어지는 접착제 용액을 사용하여, 그 접착제 용액을 고형분 도포량이 2g/㎡가 되도록, 상기 알루미늄박(4)의 타방의 면에 도포하고, 가열건조시킨 후, 상기 실런트 필름(3)의 일방의 제1수지층면에 맞겹쳤다.

<실시례 2>

두께 25㎛의 실런트 필름(두께 4㎛의 제1 수지층/두께 17㎛의 제2 수지층/두께 4㎛의 제1 수지층)에 대신하여, 두께 20㎛의 실런트 필름(두께 3㎛의 제1 수지층/두께 14㎛의 제2 수지층/두께 3㎛의 제1 수지층)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 도 1에 도시하는 구성의 두께 76㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다. 또한, 실시례 2에서 사용한 제1 수지는, 실시례 1에서 사용한 제1 수지와 동일한 수지이고, 실시례 2에서 사용한 제2 수지는, 실시례 1에서 사용한 제2 수지와 동일한 수지이다. 이하의 각 실시례 및 각 비교례에서도 마찬가지이다.

<실시례 3>

동시2축연신 6나일론 필름(외측층)으로서, 일방의 면에(알루미늄박층측에) 두께 2㎛의 흑잉크 인쇄층이 적층됨과 함께 타방의 면에 2액 경화형 폴리우레탄 수지(평균입경 4㎛의 실리카 12질량%, 평균입경 3㎛의 아크릴 수지 비즈 8질량%를 함유)로 이루어지는 두께 2㎛의 표면 코트층이 적층된 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 두께 75㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<실시례 4>

두께 25㎛의 알루미늄박에 대신하여, 두께 20㎛의 알루미늄박을 사용한 이외는, 실시례 2와 마찬가지로 하고, 도 1에 도시하는 구성의 두께 71㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<비교례 1>

두께 25㎛의 알루미늄박에 대신하여, 두께 40㎛의 알루미늄박을 사용하고, 두께 25㎛의 실런트 필름(두께 4㎛의 제1 수지층/두께 17㎛의 제2 수지층/두께 4㎛의 제1 수지층)에 대신하여, 두께 40㎛의 실런트 필름(두께 6㎛의 제1 수지층/두께 28㎛의 제2 수지층/두께 6㎛의 제1 수지층)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 두께 111㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

<비교례 2>

두께 25㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)에 대신하여, 두께 15㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)을 사용하고, 두께 25㎛의 알루미늄박에 대신하여, 두께 35㎛의 알루미늄박을 사용하고, 두께 25㎛의 실런트 필름(두께 4㎛의 제1 수지층/두께 17㎛의 제2 수지층/두께 4㎛의 제1 수지층)에 대신하여, 두께 30㎛의 실런트 필름(두께 6㎛의 제1 수지층/두께 18㎛의 제2 수지층/두께 6㎛의 제1 수지층)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

<비교례 3>

두께 25㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)에 대신하여, 두께 15㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)을 사용하고, 두께 25㎛의 알루미늄박에 대신하여, 두께 30㎛의 알루미늄박을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 두께 76㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

<비교례 4>

두께 25㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)에 대신하여, 두께 15㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 두께 71㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

<비교례5>

두께 25㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)에 대신하여, 두께 12㎛의 동시2축연신 6나일론 필름(외측층)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하고, 두께 66㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

상기한 각 실시례, 각 비교례로 얻어진 축전 디바이스용 외장재의 여러 특성을 다음과 같이 하여 구하였다. 각 축전 디바이스용 외장재에 관해, JIS K7127-1999(-인장 특성의 시험 방법-제3부 : 필름 및 시트의 시험 조건)에 준거하여, 타입2의 시험편(시료폭 15㎜)을 작성하고, 그리퍼 사이 거리 100㎜, 표선 사이 거리 50㎜, 인장 속도 100㎜/분의 조건으로 인장 시험을 행하여 인장 응력-변형 곡선(SS곡선)을 작성하고, 이 SS곡선으로부터, 인장파괴 강도, 인장파괴 신율 및 파단 변형 에너지를 구하였다.

또한, 상기 「파단 변형 에너지」는, 상기 얻어진 인장 응력-변형 곡선도(SS곡선 도)에서의 곡선(인장 시작으로부터 파단에 이르기까지의 곡선)의 하측의 면적을 계산하여 구하여진 파단 변형 에너지(단위체적당의 에너지)이다.

실시례 1∼4의 축전 디바이스용 외장재의 인장 시험에 의해 얻어진 인장 응력-변형 곡선(SS곡선)을 도 3에 도시한다. 또한, 비교례 1∼5의 외장재의 인장 시험에 의해 얻어진 인장 응력-변형 곡선(SS곡선)을 도 4에 도시한다. 이들의 도 3, 도 4에서, 종축은 인장 응력(단위 : N/15㎜)이고, 횡축은 변형(신율)(단위 : %)이다.

[표 1]

상기한 바와 같이 하여 얻어진 각 축전 디바이스용 외장재에 대해 하기 평가법에 의거하여 성능 평가를 행하였다. 그 결과를 표 1에 표시한다. 또한, 표 1에서, 「알루미박층」은, 「알루미늄박층」의 의미이다(약어이다).

<얇기의 평가>

축전 디바이스용 외장재의 두께(총두께)가 90㎛ 이하인 것을 「○」(합격)로 하고, 90㎛를 초과한 것을 「×」(불합격)로 하였다.

<성형성 평가법>

주식회사 아마다제의 장출 성형기(품번 : TP-25C-X2)를 이용하여 외장재에 대해 세로 54㎜×가로 34㎜의 개략 직방체 형상으로 장출 성형을 행하고, 즉 성형 깊이를 바꾸고 장출 성형을 행하고, 얻어진 성형체에서의 코너부에서의 핀 홀 및 균열의 유무를 조사하고, 이와 같은 핀 홀 및 균열이 발생하지 않는 「최대 성형 깊이(㎜)」를 조사하고, 하기 판정 기준에 의거하여 평가하였다.

(판정 기준)

「○」 … 최대 성형 깊이가 7㎜ 이상이다

「△」 … 최대 성형 깊이가 5㎜ 이상 7㎜ 미만이다

「×」 … 최대 성형 깊이가 5㎜ 미만이다.

<내충격성 평가법>

각 실시례, 비교례마다 각각 사각형상의 외장체를 2장 작성하고, 내측층이 내측(내부측)이 되도록 하여, 2장의 외장체를 맞겹친 후, 1개소분을 남겨 두고 주연의 3변을 히트 실 접합한다. 뒤이어, 미봉지 개소로부터 전해액 5㎖을 속에 주입하고, 공기를 넣은 상태로 상기 미봉지 개소를 히트 실 접합하여 봉지를 완료하여, 모의전지를 얻었다. 또한, 전해액으로서는, 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC)가 등량 체적비로 배합된 혼합 용매에, 헥사플루오로인산리튬(LiPF₆)이 농도 1몰/ℓ로 용해된 전해질을 사용하였다. 각 실시례, 비교례마다 10개의 모의전지를 작성하였다.

다음에, 모의전지의 상면(평면)의 위에 직경 15㎜의 환봉을 안정 상태에 재치한 후, 9㎏의 구형(球形)의 금속제 추(錘)를 환봉의 위에 낙하시켜서, 하기 판정 기준에 의거하여 외장재의 내충격성을 평가하였다.

(판정 기준)

「○」 … 10개의 모의전지 중 추의 낙하에 의해 외장재가 파손된 것이 3개 이하이다

「△」 … 10개의 모의전지 중 추의 낙하에 의해 외장재가 파손된 것이 4개∼7개이다

「×」 … 10개의 모의전지 중 추의 낙하에 의해 외장재가 파손된 것이 8개∼10개이다.

<종합 판정>

상기 얇기의 평가, 성형성 평가 및 내충격성 평가의 어느 평가 결과도 「○」인 것을 「○」(우수하다)로 하고, 어느 하나라도 「×」 또는「△」의 평가 결과가 있는 것을 「×」(양호지 않다)로 하였다.

표 1로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시례 1∼4의 축전 디바이스용 외장재는, 외장재의 두께가 90㎛ 이하의 박육이면서, 최대 성형 깊이가 크고, 깊은 성형을 행하여도 우수한 성형성을 확보할 수 있음과 함께, 내충격성에도 우수하다.

이것에 대해, 외장재의 두께가 111㎛로 설정된 비교례 1의 외장재는, 성형성에 우수함과 함께 내충격성에도 우수하지만, 외장재의 두께가 111㎛여서 박육화의 요청에 응할 수가 없다. 또한, 본 발명의 규정 범위를 일탈한 비교례 2∼5에서는, 깊은 성형을 행하면 성형 불량이 되고, 내충격성도 불충분하였다.

본 발명에 관한 축전 디바이스용 외장재는, 구체례로서, 예를 들면,

·리튬 2차 전지(리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등) 등의 축전 디바이스

·리튬 이온 커패시터

·전기2중층 콘덴서

등의 각종 축전 디바이스의 외장재로서 사용된다.

본 출원은, 2016년 3월 2일자로 출원된 일본 특허출원 특원2016-40083호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.

여기서 사용된 용어 및 설명은, 본 발명에 관한 실시 형태를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 청구의 범위 내라면, 그 정신을 일탈하는 것이 아닌 한 어떠한 설계적 변경도 허용하는 것이다.

1 : 축전 디바이스용 외장재
2 : 폴리아미드 수지층(외측층)
3 : 폴리올레핀 수지층(내측층)
4 : 알루미늄박층
5 : 제1 접착제층
6 : 제2 접착제층
11 : 성형 케이스
19 : 축전 디바이스 본체부
20 : 축전 디바이스

Claims

외측층으로서의 폴리아미드 수지층과, 내측층으로서의 폴리올레핀 수지층과, 이들 양 층 사이에 배설된 알루미늄박층을 포함하는 축전 디바이스용 외장재로서,
상기 축전 디바이스용 외장재의 두께가 90㎛ 이하이고, 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 강도가 110N/15㎜폭 이상이고, 또한 상기 축전 디바이스용 외장재의 인장파괴 신율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항에 있어서,
상기 폴리아미드 수지층의 두께를 「X」로 하고, 상기 알루미늄박층의 두께를 「Y」로 하였을 때,
(X/Y)≥0.6
의 관계식이 성립하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 축전 디바이스용 외장재의 인장 시험에 의해 얻어지는 인장 응력-변형 곡선으로부터 구하여지는 파단 변형 에너지가 60MJ/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미늄박층의 두께를 「Y」로 하고, 상기 폴리올레핀 수지층의 두께를 「V」로 하였을 때,
(Y/V)≥0.6
의 관계식이 성립하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리아미드 수지층의 두께가 20㎛ 내지 40㎛이고, 상기 알루미늄박층의 두께가 20㎛ 내지 25㎛이고, 상기 폴리올레핀 수지층의 두께가 15㎛ 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
축전 디바이스 본체부와,
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재를 구비하고,
상기 축전 디바이스 본체부가, 상기 외장재로 외장되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.