KR20170120502A

KR20170120502A - 축전 디바이스용 외장재 및 축전 디바이스

Info

Publication number: KR20170120502A
Application number: KR1020170049095A
Authority: KR
Inventors: 켄스케 나가타
Original assignee: 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2017-10-31
Also published as: CN107305930B; JP6738189B2; TWI712200B; TW201810764A; CN107305930A; KR102351865B1; JP2017195112A

Abstract

축전 디바이스용 외장재는, 금속박층(4)과, 그 금속박층의 일방의 면에 적층된 실런트층(3)을 포함하고, 그 실런트층(3)은, 금속박층측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제1 저융점층(7)과, 금속박층측과는 반대측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제2 저융점층(8)과, 제1 저융점층(7)과 제2 저융점층(8)의 사이에 배치된 열가소성 수지로 이루어지는 고융점 중간층(9)을 포함하고, 고융점 중간층(9)의 융점은, 120℃∼180℃이고, 제1 및 제2 저융점층의 융점은, 고융점 중간층의 융점보다 낮고, 고융점 중간층(9)의 두께가 20㎛ 이상이고, 고융점 중간층(9)의 두께를 「X」로 하고, 실런트층(3)의 두께를 「Y」로 하였을 때, 0.50Y≤X≤0.99Y의 관계에 있는 구성으로 한다. 이에 의해, 실런트층끼리를 열융착시킨 때의 실런트층의 유출을 억제할 수 있고 히트 실부에서 충분한 절연성을 확보할 수 있다.

Description

축전 디바이스용 외장재 및 축전 디바이스{EXTERIOR MATERIAL FOR ELECTRICAL STORAGE DEVICE AND ELECTRICAL 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.

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, 전기(電氣) 2중층 콘덴서 등의 축전 디바이스의 외장재로서는, 종래의 금속 캔에 대신하여, 내열성 수지층/접착제층/금속박층/접착제층/열가소성 수지층으로 이루어지는 적층체(라미네이트 외장재)가 사용되고 있다(특허 문헌 1 참조). 전기 자동차 등의 전원, 축전 용도의 대형 전원, 커패시터 등도 상기 구성의 적층체(외장재)로 외장되는 것도 증가하여 오고 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2007-161310호 공보

그러나, 상기 종래 기술(특허 문헌 1에 기재된 외장재)에서는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 전지 등을 외장할 때에는 외장재의 실런트층끼리를 열융착시켜서 밀봉(封止)을 행하는데, 이 실런트층의 표면에 이물(전극 활물질, 전해질 등)이 부착되어 있으면, 히트 실부(部)가 박육화하여 그 히트 실부에서 충분한 절연성을 확보하기 어려운 면이 있다. 특히 탭 부분에서는 절연성이 불충분하게 되기 쉽고, 단락이 생길 우려가 있다.

본 발명은, 이러한 기술적 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 실런트층끼리를 열융착시킨 때의 실런트층의 유출(流出)을 억제할 수 있고 히트 실부에서 충분한 절연성을 확보할 수 있음과 함께, 충분한 실 강도를 확보할 수 있는 축전 디바이스용 외장재를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.

[1] 금속박층과, 그 금속박층의 일방의 면에 적층된 실런트층을 포함하는 축전 디바이스용 외장재로서,

상기 실런트층은, 그 실런트층에서의 금속박층측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제1 저융점층과, 상기 실런트층에서의 금속박층측과는 반대측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제2 저융점층과, 상기 제1 저융점층과 상기 제2 저융점층의 사이에 배치된 열가소성 수지로 이루어지는 고융점 중간층을 포함하고,

상기 고융점 중간층의 융점은, 120℃∼180℃이고,

상기 제1 저융점층의 융점 및 상기 제2 저융점층의 융점은, 상기 고융점 중간층의 융점보다 낮고,

상기 고융점 중간층의 두께가 20㎛ 이상이고,

상기 고융점 중간층의 두께를 「X」로 하고, 상기 실런트층의 두께를 「Y」로 하였을 때, 0.50Y≤X≤0.99Y의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.

[2] 상기 제1 저융점층의 두께가 0.5㎛ 이상이고, 상기 제2 저융점층의 두께가 1㎛ 이상인 전항 1에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[3] 상기 고융점 중간층의 융점은 상기 제1 저융점층의 융점보다 20℃ 이상 높고, 또한 상기 고융점 중간층의 융점은 상기 제2 저융점층의 융점보다 20℃ 이상 높은 전항 1 또는 2에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[4] 상기 고융점 중간층을 구성하는 열가소성 수지가, 중량평균분자량이 200,000∼800,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지이고,

상기 제1 저융점층을 구성하는 열가소성 수지 및 상기 제2 저융점층을 구성하는 열가소성 수지가, 중량평균분자량이 10,000∼200,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지인 전항 1∼3의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[5] 상기 금속박층의 타방의 면에 외측 접착제층을 통하여 내열성 수지층이 적층되어 있는 전항 1∼4의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재.

[6] 축전 디바이스 본체부와,

전항 1∼5의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재를 구비하고,

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

[1]의 발명에서는, 고융점 중간층의 융점이 120℃∼180℃이고, 또한 고융점 중간층의 외측에 저융점층이 존재하기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 히트 실부로의 고융점 중간층의 유출을 억제할 수가 있어서, 또한 고융점 중간층의 두께가 20㎛ 이상이고, 0.50Y≤X≤0.99Y의 관계에 있기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킬 때에 실런트층의 유출에 의한 두께의 감소를 억제할 수 있고 히트 실부에서 충분한 절연성을 확보할 수 있고, 단락의 발생을 충분히 방지할 수 있다. 또한, 상기 고융점 중간층의 양측에, 고융점 중간층의 융점보다 낮은 융점을 갖는 제1 저융점층과 제2 저융점층이 배치되어 있기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킬 때에 고융점 중간층을 용융시키는 일 없이 양호하게 히트 실을 행할 수가 있어서 충분한 실 강도로써 실 접합할 수 있다(히트 실부에서 충분한 실 강도를 확보할 수 있다).

[2]의 발명에서는, 제1 저융점층의 두께가 0.5㎛ 이상이고, 제2 저융점층의 두께가 1㎛ 이상이기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킬 때에, 보다 충분한 실 강도로써 실 접합할 수 있다(히트 실부에서 보다 충분한 실 강도를 확보할 수 있다).

[3]의 발명에서는, 고융점 중간층의 융점은 제1 저융점층의 융점보다 20℃ 이상 높고, 또한 고융점 중간층의 융점은 제2 저융점층의 융점보다 20℃ 이상 높은 구성이기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 히트 실부에서의 실런트층의 유출을 충분히 억제할 수가 있어서, 히트 실부에서 보다 충분한 절연성을 확보할 수 있다.

[4]의 발명에서는, 고융점 중간층을 구성하는 열가소성 수지가, 중량평균분자량이 200,000∼800,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지이기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 히트 실부에서의 실런트층의 유출을 보다 충분히 억제할 수가 있어서, 히트 실부에서의 절연성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1, 2 저융점층을 구성하는 열가소성 수지가, 각각 중량평균분자량이 10,000∼200,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지이기 때문에, 실런트층끼리를 열융착시킬 때에, 더욱 충분한 실 강도로써 실 접합할 수 있다(히트 실부에서 보다 충분한 실 강도를 확보할 수 있다).

[5]의 발명에서는, 금속박층의 타방의 면에 외측 접착제층을 통하여 내열성 수지층이 적층되어 있기 때문에, 금속박층의 타방의 면측의 절연성을 충분히 확보할 수 있고, 외장재의 물리적 강도 및 내충격성을 향상시킬 수 있다.

[6]의 발명(축전 디바이스)에서는, 히트 실부가 충분한 실 강도로 접합됨과 함께 히트 실부에서 충분한 절연성이 확보된 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.

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. 상기 축전 디바이스용 외장재(1)는, 예를 들면, 디프드로잉 성형, 장출(張出) 성형 등의 성형에 제공되어 2차 전지의 케이스 등으로서 사용된다. 또한, 상기 축전 디바이스용 외장재(1)는, 성형에 제공되는 일 없이 평면형상의 외장재로서도 사용할 수 있다(도 2 참조).

본 실시 형태에서는, 상기 축전 디바이스용 외장재(1)는, 금속박층(4)의 일방의 면에 내측 접착제층(6)을 통하여 실런트층(내측층)(3)이 적층 일체화됨과 함께, 상기 금속박층(4)의 타방의 면에 외측 접착제층(5)을 통하여 내열성 수지층(외측층)(2)이 적층 일체화된 구성으로 이루어진다.

상기 실런트층(열가소성 수지층)(내측층)(3)은, 리튬 이온 2차 전지 등으로 사용되는 부식성이 강한 전해액 등에 대해서도 우수한 내약품성을 구비시킴과 함께, 외장재에 히트 실성(性)을 부여하는 역할을 담당하는 것이다.

본 발명에서는, 상기 실런트층(3)은, 그 실런트층(3)에서의 금속박층(4)측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제1 저융점층(7)과, 상기 실런트층(3)에서의 금속박층측과는 반대측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제2 저융점층(8)과, 상기 제1 저융점층(7)과 상기 제2 저융점층(8)의 사이에 배치된 열가소성 수지로 이루어지는 고융점 중간층(9)을 포함하는 구성이고(도 1 참조), 상기 고융점 중간층(9)의 융점은, 120℃∼180℃이고, 상기 제1 저융점층(7)의 융점 및 상기 제2 저융점층(8)의 융점은, 상기 고융점 중간층(9)의 융점보다 낮고, 상기 고융점 중간층의 두께가 20㎛ 이상이고, 또한 상기 고융점 중간층(9)의 두께를 「X」로 하고, 상기 실런트층(3)의 두께를 「Y」로 하였을 때, 0.50Y≤X≤0.99Y의 관계에 있는 구성으로 한다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 상기 실런트층(3)은, 상기 제1 저융점층(7)/고융점 중간층(9)/제2 저융점층(8)의 3층 적층 구성이지만, 특히 이와 같은 3층 적층 구성으로 한정되는 것이 아니고, 상기 제1 저융점층(7), 상기 고융점 중간층(9), 상기 제2 저융점층(8)을 적어도 포함하는 구성이라면, 4층 적층 구성, 5층 적층 구성, 또는 6층 이상의 적층 구성이라도 좋다.

상기 고융점 중간층(9)의 융점은, 120℃∼180℃일 필요가 있다. 120℃ 미만인 경우에는 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 히트 실부에서 고융점 중간층도 유출이 생가기 쉽기 때문에 히트 실부에서 충분한 절연성을 확보하기 어렵다. 한편, 융점이 180℃를 초과하면 실런트층끼리를 열융착시키는데 실 온도를 높게 할 필요가 있는데, 실 온도가 높으면 전해액이 열의 영향을 받아 분해하기 쉽다는 문제가 생긴다. 그 중에서도, 고융점 중간층(9)의 융점은, 150℃∼170℃인 것이 바람직하다. 또한, 실런트층끼리를 열융착할 때의 히트 실 온도는, 고융점 중간층(9)의 융점에 대해 +10℃∼+40℃의 범위로 설정하는 것이 좋다.

상기 고융점 중간층(9)의 두께는 20㎛ 이상일 것을 필요로 한다. 20㎛ 미만에서는 히트 실 후에, 충분한 절연성을 확보하기 위한 실런트층(3)의 두께를 유지(확보)할 수가 없다. 그 중에서도, 상기 고융점 중간층(9)의 두께는 20㎛∼30㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고융점 중간층(9)의 두께가 지나치게 커지면, 히트 실시(時) 열의 전도가 저하되어 실 접합이 충분하지 않게 될 가능성이 있고, 이 관점에서 상기 고융점 중간층(9)의 두께는, 40㎛ 이하로 설정하는 것이 좋다.

또한, 상기 고융점 중간층(9)의 두께를 「X」로 하고, 상기 실런트층(3)의 두께를 「Y」로 하였을 때, 0.50Y≤X≤0.99Y의 관계에 있는 구성으로 한다. 고융점 중간층(9)의 두께(X)가, 실런트층(3)의 두께(Y)의 50% 미만인 경우에는, 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 저융점층이 너무 유출되어 히트 실 후에 있어서 절연부분의 거리를 충분히 확보할 수가 없게 될 우려가 있다. 또한, 고융점 중간층(9)의 두께(X)가, 실런트층(3)의 두께(Y)의 99% 이상인 경우에는, 실런트층끼리를 열융착시킬 때에 충분한 실 강도로써 실 접합할 수가 없다는 문제가 생긴다. 그 중에서도, 0.60Y≤X≤0.90Y의 관계에 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

상기 고융점 중간층(9)의 융점은, 상기 제1 저융점층(7)의 융점보다 20℃ 이상 높고, 또한 상기 고융점 중간층(9)의 융점은, 상기 제2 저융점층(8)의 융점보다 20℃ 이상 높은 구성인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 히트 실부에서의 실런트층(3)의 유출을 충분히 억제할 수 있다. 그 중에서도, 상기 고융점 중간층(9)의 융점은, 상기 제1 저융점층(7)의 융점보다 25℃∼35℃ 높고, 또한 상기 고융점 중간층(9)의 융점은, 상기 제2 저융점층(8)의 융점보다 25℃∼35℃높은 구성인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 저융점층(7)의 융점 및 상기 제2 저융점층(8)의 융점은, 모두, 90℃∼140℃의 범위인 것이 바람직하다.

상기 상기 제1 저융점층(7), 상기 제2 저융점층(8) 및 상기 고융점 중간층(9)을 형성하는 열가소성 수지로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 무연신(無延伸) 필름인 것이 바람직하다. 상기 열가소성 수지로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀계 공중합체, 이들의 말레인산물(酸變性物) 및 아이오노머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

그 중에서도, 상기 고융점 중간층(9)을 구성하는 열가소성 수지는, 중량평균분자량이 200,000∼800,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 실런트층끼리를 열융착시킨 때에 히트 실부에서의 실런트층의 유출을 보다 충분히 억제할 수 있다.

또한, 상기 제1 저융점층(7)을 구성하는 열가소성 수지 및 상기 제2 저융점층(8)을 구성하는 열가소성 수지는, 중량평균분자량이 10,000∼200,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 실런트층끼리를 열융착시킬 때에 더욱 충분한 실 강도로써 실 접합할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 저융점층(7)이 중량평균분자량이 100,000의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지로 형성되고, 상기 제2 저융점층(8)이 중량평균분자량이 70,000의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지로 형성된 구성이나, 상기 제1 저융점층(7) 및 상기 제2 저융점층(8)이, 모두 중량평균분자량이 120,000의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지로 형성된 구성 등을 예시할 수 있다.

또한, 상기 제1 저융점층(7)의 두께가 0.5㎛ 이상이고, 상기 제2 저융점층(8)의 두께가 1㎛ 이상인 구성을 채용하는 것이 바람직하고, 이와 같은 구성을 채용한 경우에는 실런트층끼리를 열융착시킬 때에, 보다 충분한 실 강도를 확보하여 실 접합할 수 있다. 그 중에서도, 상기 제1 저융점층(7)의 두께는, 1㎛∼10㎛인 것이 특히 바람직하다. 또한, 상기 제2 저융점층(8)의 두께는, 1㎛∼10㎛인 것이 특히 바람직하다.

상기 실런트층(3)의 두께(전체 두께)는, 21㎛∼40㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 21㎛ 이상으로 함으로써 핀 홀의 발생을 충분히 방지할 수 있음과 함께, 40㎛ 이하로 설정함으로써 수지 사용량을 저감할 수 있고 비용 저감을 도모할 수 있다. 그 중에서도, 상기 실런트층(3)의 두께는, 25㎛∼35㎛로 설정되는 것이 특히 바람직하다.

상기 금속박층(4)은, 외장재(1)에 산소나 수분의 침입을 저지하는 가스 배리어성을 부여하는 역할을 담당하는 것이다. 상기 금속박층(4)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 알루미늄박, SUS박(스테인리스박), 구리박 등을 들 수 있고, 알루미늄박이 일반적으로 사용된다. 상기 금속박층(4)의 두께는, 10㎛∼100㎛인 것이 바람직하다. 10㎛ 이상임으로써 금속박을 제조할 때의 압연시의 핀 홀 발생을 방지할 수 있음과 함께, 100㎛ 이하임으로써 장출 성형, 드로잉 성형 등의 성형시의 응력을 작게 할 수가 있어서 성형성을 향상시킬 수 있다. 그 중에서도, 상기 금속박층(4)의 두께는, 20㎛∼50㎛인 것이 특히 바람직하다.

상기 금속박층(4)은, 적어도 내측의 면(내측 접착제층(6)측의 면)에 화성처리가 시행되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 화성처리가 시행됨에 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, 탈지 처리를 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 도포(塗工)한 후, 건조함에 의해, 화성처리를 시행한다.

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

본 발명에서, 상기 내열성 수지층(2)은, 필수의 구성층은 아니지만, 상기 금속박층(4)의 타방의 면에 외측 접착제층(5)을 통하여 내열성 수지층(2)이 적층된 구성을 채용하는 것이 바람직하다(도 1 참조). 이와 같은 내열성 수지층(2)을 마련함에 의해, 금속박층(4)의 타방의 면측의 절연성을 충분히 확보할 수 있고, 외장재(1)의 물리적 강도 및 내충격성을 향상시킬 수 있다.

상기 내열성 수지층(외측층)(2)을 구성하는 내열성 수지로서는, 외장재를 히트 실 할 때의 히트 실 온도에서 용융하지 않는 내열성 수지를 사용한다. 상기 내열성 수지로서는, 실런트층(3)을 구성하는 고융점 중간층(9)의 융점보다 10℃ 이상 높은 융점을 갖는 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 고융점 중간층(9)의 융점보다 20℃ 이상 높은 융점을 갖는 내열성 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

상기 내열성 수지층(외측층)(2)로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 나일론 필름 등의 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리올레핀 필름 등을 들 수 있고, 이들의 연신 필름이 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 상기 내열성 수지층(2)으로서는, 2축연신(二軸延伸) 나일론 필름 등의 2축연신 폴리아미드 필름, 2축연신 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름, 2축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 2축연신 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, 2축연신 폴리프로필렌 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. 또한, 상기 내열성 수지층(2)은, 단층으로 형성되어 있어도 좋고, 또는 , 예를 들면 폴리에스테르 필름/폴리아미드 필름으로 이루어지는 복층(PET 필름/나일론 필름으로 이루어지는 복층 등)으로 형성되어 있어도 좋다. 상기 예시한 복층 구성에서, 폴리에스테르 필름이 폴리아미드 필름보다도 외측에 배치되는 것이 바람직하고, 마찬가지로 PET 필름이 나일론 필름보다도 외측에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 내열성 수지층(2)의 두께는, 8㎛∼50㎛인 것이 바람직하다. 상기 바람직한 하한치 이상으로 설정함으로써 외장재로서 충분한 강도를 확보할 수 있음과 함께, 상기 바람직한 상한치 이하로 설정함으로써 장출 성형, 드로잉 성형 등의 성형시의 응력을 작게 할 수가 있어서 성형성을 향상시킬 수 있다. 그 중에서도, 상기 내열성 수지층(2)의 두께는, 12㎛∼25㎛인 것이 특히 바람직하다.

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

상기 내측 접착제층(6)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 외측 접착제층(5)으로서 예시한 것도 사용할 수 있지만, 전해액에 의한 팽창이 적은 폴리올레핀계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 내측 접착제층(6)의 두께는, 1㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 외장재의 박막화, 경량화의 관점에서, 상기 내측 접착제층(6)의 두께는, 1㎛∼3㎛로 설정되는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 축전 디바이스용 외장재(1)의 두께는, 60㎛∼160㎛로 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 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 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 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)는, 정극 활물질, 부극 활물질, 세퍼레이터, 전해질로 구성되는 베어 셀(21)과, 정극 및 부극에 각각 접속된 탭 리드(22)와, 성형에 제공되지 않는 평면형상의 상기 외장재(1)와, 상기 외장재(1)가 성형되어 얻어진 수용 오목부(11b)를 갖는 성형 케이스(11)를 구비한다(도 2 참조). 상기 베어 셀(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 베어 셀(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 밀봉용 주연부(11a)(의 내측층(3))가 히트 실에 의해 접합되어 열밀봉부(히트 실부)가 형성됨에 의해, 상기 축전 디바이스(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 35㎛의 알루미늄박(JIS H4160에 규정되는 A8021의 소둔한 알루미늄박)(4)의 양면에, 인산, 폴리아크릴산(아크릴계 수지), 크롬(Ⅲ)염 화합물, 물(水), 알코올로 이루어지는 화성처리액을 도포한 후, 180℃로 건조를 행하여, 화성 피막을 형성하였다. 이 화성 피막의 크롬 부착량은 편면당 10㎎/㎡이다.

다음에, 상기 화성처리 완료 알루미늄박(4)의 일방의 면에, 2액 경화형의 우레탄계 접착제(5)를 통하여, 두께 15㎛의 2축연신 6나일론 필름(외측층)(2)을 드라이 라미네이트하였다(접합하였다).

다음에, 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 4.5㎛의 제1 저융점층(7), 융점 163℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 600,000)로 이루어지는 두께 21㎛의 고융점 중간층(9), 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 4.5㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 3층 적층되도록 T다이를 이용하여 공압출(共押出)함에 의해, 이들 3층이 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(제1 저융점층(7)/고융점 중간층(9)/제2 저융점층(8))(3)을 얻은 후, 그 실런트 필름(내측층)(3)의 제1 저융점층(7)면을, 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, 40℃로 5일간 에이징함(가열함)에 의해, 도 1에 도시하는 구성의 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

또한, 상기 고융점 중간층(에틸렌-프로필렌 블록 공중합체)의 상세에 관해 설명하면, 상기 고융점 중간층은, 융점이 163℃, 결정 융해 에너지가 58J/g인 제1 일래스토머 변성 올레핀계 수지 99질량%, 융점이 144℃, 결정 융해 에너지가 19J/g인 제2 일래스토머 변성 올레핀계 수지 1질량%의 조성으로 이루어지는 수지 조성물에 의해 형성되어 있다. 상기 제1 일래스토머 변성 올레핀계 수지 및 상기 제2 일래스토머 변성 올레핀계 수지는, 모두, 일래스토머 변성 호모폴리프로필렌 또는/및 일래스토머 변성 랜덤 공중합체로 이루어진다. 상기 일래스토머 변성 랜덤 공중합체는, 공중합 성분으로서 프로필렌 및 프로필렌을 제외한 다른 공중합 성분을 함유하는 랜덤 공중합체의 일래스토머 변성체이다. 또한, 고융점 중간층만을 SEM 관찰(주사전자현미경으로 관찰)한 바, 고융점 중간층은, 일래스토머 성분이 섬(島)으로 되어 있는 해도(海島) 구조를 구비하고 있음을 확인할 수 있다.

상기 「융점」이라는 용어는, JIS K7121-1987에 준거하여, 시차주사 열량 측정(DSC)에 의해 측정된 융해 피크 온도를 의미하고, 「결정 융해 에너지」라는 용어는, JIS K7122-1987에 준거하여, 시차주사 열량 측정(DSC)에 의해 측정된 융해열(결정 융해 에너지)을 의미한다.

또한, 상기 2액 경화형 말레인산 변성 폴리프로필렌 접착제로서, 주제(主劑)로서의 말레인산 변성 폴리프로필렌(융점 80℃, 산가 10㎎KOH/g) 100질량부, 경화제로서의 헥사메틸렌디이소시아네이트의 이소시아누레이트체(NCO 함유율 : 20질량%) 8질량부, 또한 용제가 혼합되어 이루어지는 접착제 용액을 사용하고, 그 접착제 용액을 고형분 도포량이 2g/㎡가 되도록, 상기 알루미늄박(4)의 타방의 면에 도포하고, 가열 건조시킨 후, 상기 실런트필름(3)의 제1 저융점층(7)면에 맞겹쳤다.

<실시례 2>

실런트 필름으로서, 융점 115℃의 저밀도 폴리에틸렌(중량평균분자량이 80,000)으로 이루어지는 두께 3.75㎛의 제1 저융점층(7), 융점 142℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 400,000)로 이루어지는 두께 22.5㎛의 고융점 중간층(9), 융점 115℃의 저밀도 폴리에틸렌(중량평균분자량이 80,000)로 이루어지는 두께 3.75㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 1에 도시하는 구성의 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<실시례 3>

실런트 필름으로서, 융점 135℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 120,000)로 이루어지는 두께 1.5㎛의 제1 저융점층(7), 융점 161℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 500,000)로 이루어지는 두께 27㎛의 고융점 중간층(9), 융점 135℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 120,000)로 이루어지는 두께 1.5㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 1에 도시하는 구성의 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<실시례 4>

실런트 필름으로서, 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 6㎛의 제1 저융점층(7), 융점 163℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 600,000)로 이루어지는 두께 21㎛의 고융점 중간층(9), 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 3㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 1에 도시하는 구성의 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<실시례 5>

실런트 필름으로서, 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 3㎛의 제1 저융점층(7), 융점 163℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 600,000)로 이루어지는 두께 21㎛의 고융점 중간층(9), 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 6㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 1에 도시하는 구성의 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<실시례 6>

실런트 필름으로서, 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 4.5㎛의 제1 저융점층(7), 융점 152℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 400,000)로 이루어지는 두께 21㎛의 고융점 중간층(9), 융점 137℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 150,000)로 이루어지는 두께 4.5㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 1에 도시하는 구성의 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재(1)를 얻었다.

<비교례 1>

실런트 필름으로서, 융점 140℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 140,000)로 이루어지는 두께 10.5㎛의 제1 저융점층(7), 융점 163℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 600,000)로 이루어지는 두께 9㎛의 고융점 중간층(9), 융점 140℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 140,000)로 이루어지는 두께 10.5㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

<비교례 2>

실런트 필름으로서, 융점 140℃의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(중량평균분자량이 140,000)로 이루어지는 두께 15㎛의 제1 저융점층, 융점 156℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 450,000)로 이루어지는 두께 15㎛의 고융점 중간층, 가 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다. 또한, 얻어진 축전 디바이스용 외장재에서, 제1 저융점층은, 실런트층에서의 금속박층측의 최외층을 구성하고 있다.

<비교례 3>

실런트 필름으로서, 융점 115℃의 저밀도 폴리에틸렌(중량평균분자량이 80,000)로 이루어지는 두께 10.5㎛의 제1 저융점층(7), 융점 142℃의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체(중량평균분자량이 400,000)로 이루어지는 두께 9㎛의 고융점 중간층(9), 융점 115℃의 저밀도 폴리에틸렌(중량평균분자량이 80,000)로 이루어지는 두께 10.5㎛의 제2 저융점층(8)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 두께 30㎛의 실런트 필름(3)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 두께 86㎛의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.

표 1

상기한 바와 같이 하여 얻어진 각 축전 디바이스용 외장재에 대해 하기 측정법에 의거하여 평가를 행하였다. 그 결과를 표 1에 표시한다. 또한, 표 1에서, X/Y는, (고융점 중간층의 두께)÷(실런트층의 두께)를 의미한다. 또한, 표 1에서, 절연 저항치에 관해 「>200㏁」의 표기는, 절연 저항치가 200㏁ 보다 큰 값인 것을 나타낸다.

<절연 저항치 측정법>

얻어진 축전 디바이스용 외장재로부터 세로 100㎜ × 가로 15㎜ 크기의 사각형상의 시험편을 2장 절출(切出)한다. 이들 한 쌍의 시험편을 서로의 실런트층으로 접촉하도록 맞겹쳐서 양면 가열식의 히트 실러로, 실 폭 5㎜, 0.15㎫의 조건으로 2초간 실런트층끼리의 열융착을 행하였다. 또한, 실시례 1, 3∼6, 비교례 1, 2에서는, 히트 실 온도를 180℃로 설정하고, 실시례 2와 비교례 3에서는 히트 실 온도를 160℃로 설정하였다(표 1 참조).

다음에, 시험편의 길이 방향의 양단부(兩端趺)의 각각에 도전성의 양면 테이프를 부착하여 알루미늄박층과의 도통을 확보하였다. 절연 저항 측정 장치(히오키전기사제 ; 품번HIOKI3154)의 단자와, 상기 시험편의 길이 방향의 양단부의 양면 테이프를 결선하여 회로를 형성한 후, 25V, 5초의 조건으로 전압 인가를 행하여 절연 저항치를 측정하였다.

<실 강도 측정법>

외장재를 폭 15㎜ × 길이 100㎜의 작은 꼬리표 형상으로 절출하여 시험편을 얻는다. 상기 시험편을 2장 준비하고, 이들 2장의 시험편을 서로의 내측층이 내측이 되도록 하여 맞겹친 후, 폭 15㎜에 걸쳐서 전면(全面)의 히트 실을 행하여 열밀봉부(히트 실부)를 형성하였다. 상기 히트 실은, 테스터산업주식회사제의 히트 실 장치(TP-701-A)를 이용하여, 실 압(壓) 0.2㎫(게이지 표시압)로 2초간의 편면(片面) 가열에 의해 행하였다. 또한, 실시례 1, 3∼6, 비교례 1, 2의 시험편에서는, 히트 실 온도를 180℃로 설정하고, 실시례 2와 비교례 3의 시험편에서는, 히트 실 온도를 160℃로 설정하여, 히트 실을 행하였다.

다음에, JIS Z0238-1998에 준거하여, 상기 히트 실 된 2장의 시험편에 관해 그 박리 강도를 측정하였다. 상기 히트 실 된 2장의 시험편의 각각의 양 실부가 되는 양단부를 척하여 인장 속도(그립 이동 속도) 100㎜/분으로 T자 박리(90도 박리)함에 의해 박리 강도를 측정하고, 이것을 실 강도(N/15㎜폭)로 하였다.

표 1로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 관한 실시례 1∼6의 축전 디바이스용 외장재에서는, 절연 저항치가 큰 값이고, 히트 실부에서 충분한 절연성을 확보할 수 있었다.

이에 대해, X/Y가 본 발명의 규정 범위로부터 일탈하는 비교례 1, 3, 및 제2 저융점층을 구비하지 않은 비교례 2에서는, 모두 절연 저항치가 작고, 충분한 절연성을 확보할 수가 없었다.

[산업상의 이용 가능성]

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

·전기 2중층 콘덴서

등의 각종 축전 디바이스의 외장재로서 사용된다. 또한, 본 발명에 관한 축전 디바이스는, 상기 예시한 축전 디바이스 외에, 전고체(全固體) 전지도 포함한다.

본 출원은, 2016년 4월 21일자로 출원된 일본 특허출원 특원2016-85436호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.

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

1 : 축전 디바이스용 외장재
2 : 내열성 수지층(외측층)
3 : 실런트층(내측층)
4 : 금속박층
5 : 외측 접착제층
6 : 내측 접착제층
7 : 제1 저융점층
8 : 제2 저융점층
9 : 고융점 중간층
11 : 성형 케이스
19 : 축전 디바이스 본체부
20 : 축전 디바이스

Claims

금속박층과, 그 금속박층의 일방의 면에 적층된 실런트층을 포함하는 축전 디바이스용 외장재로서,
상기 실런트층은, 그 실런트층에서의 금속박층측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제1 저융점층과, 상기 실런트층에서의 금속박층측과는 반대측의 최외층을 구성하는 열가소성 수지로 이루어지는 제2 저융점층과, 상기 제1 저융점층과 상기 제2 저융점층의 사이에 배치된 열가소성 수지로 이루어지는 고융점 중간층을 포함하고,
상기 고융점 중간층의 융점은, 120℃∼180℃이고,
상기 제1 저융점층의 융점 및 상기 제2 저융점층의 융점은, 상기 고융점 중간층의 융점보다 낮고,
상기 고융점 중간층의 두께가 20㎛ 이상이고,
상기 고융점 중간층의 두께를 「X」로 하고, 상기 실런트층의 두께를 「Y」로 하였을 때, 0.50Y≤X≤0.99Y의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항에 있어서,
상기 제1 저융점층의 두께가 0.5㎛ 이상이고, 상기 제2 저융점층의 두께가 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고융점 중간층의 융점은 상기 제1 저융점층의 융점보다 20℃ 이상 높고, 또한 상기 고융점 중간층의 융점은 상기 제2 저융점층의 융점보다 20℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고융점 중간층을 구성하는 열가소성 수지가, 중량평균분자량이 200,000∼800,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 수지이고,
상기 제1 저융점층을 구성하는 열가소성 수지 및 상기 제2 저융점층을 구성하는 열가소성 수지가, 중량평균분자량이 10,000∼200,000의 범위의 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 수지인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속박층의 타방의 면에 외측 접착제층을 통하여 내열성 수지층이 적층되어 있는 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.