KR20230076763A - 축전 디바이스용 외장재 - Google Patents

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Abstract

[과제] 고온시에 가스를 효율 좋게 방출할 수 있는 축전 디바이스용 외장재를 제공한다.
[해결 수단] 본 발명은, 금속박층(4)과, 그 금속박층(4)의 외면측에 마련된 수지제의 기재층(2)과, 금속박층(4)의 내면측에 마련되고, 또한 히트 실하기 위한 열융착 수지제의 열융착층(3)을 포함하고, 열융착층(3)이, 그 최내면에 배치되는 실층(30)과, 실층(30)의 외면측에 배치되는 금속박측층(33)을 포함하는 축전 디바이스용 외장재를 대상으로 한다. 온도 180℃, 압력 0.3㎫, 시간 4s의 조건의 히트 실에 의한 열융착층(3)의 두께의 잔존률이 40%∼80%로 조정되고, 실층끼리를 히트 실한 상태에서, 그 실층끼리의 히트 실부에서의 상온 분위기하의 실 강도를 「Pn」, 130℃ 분위기하의 실 강도를 「Pb」로 하여, Pn≥50N/15㎜, Pb≤10N/15㎜의 관계가 성립하도록 구성된다.

Description

축전 디바이스용 외장재{OUTER MATERIAL FOR POWER STORAGE DEVICE}
본 발명은 예를 들면 노트 퍼스널 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 단말 등의 모바일 기기용, 차량탑재용, 정치형의 2차 전지, 특히 모바일 기기용의 리튬이온 2차 전지 등의 축전 디바이스용의 외장재 및 그 관련 기술에 관한 것이다.
근래, 스마트폰, 태블릿 단말 등의 모바일 기기의 박형화, 경량화에 수반하여, 이들에 탑재되는 리튬이온 2차 전지는, 종래의 금속제의 캔이나 케이스에 대신하여, 알루미늄 라미네이트 시트 등 외장재를 맞붙여서 주연부를 열융착하여 봉지(封止)함에 의해 형성한 외장 케이스(외포체)를 이용함으로써, 사용 상황에 맞추어서 다양한 형상으로 가공할 수 있어 범용성이 향상하고, 또한 박형화, 경량화도 진행되어 있다.
또한 모바일 기기 자체의 고성능화도 비약적으로 진행하고, 그 기능을 유지하기 위해 모바일 기기용의 2차 전지 등의 배터리의 고용량화, 즉 고에너지 밀도화도 가급적 요구되고 있다.
이와 같은 배터리의 고용량화에 수반하여, 배터리로부터의 발열, 발화 등이 우려되기 때문에, 발화 등에 대한 예방책도 중요하게 되어 있다.
예를 들면 리튬이온 전지 등에서는, 전지의 온도가 상승하고, 전해질이 열분해함에 의해 가연성 가스가 발생하여, 발화에 이를 우려가 있다.
종래, 전지의 발화에 대한 예방책으로서는, 하기 특허문헌 1, 2에 나타내는 축전 디바이스(전지)가 제안되어 있다. 특허문헌 1에 나타내는 축전 디바이스는 외장 케이스에 압력 개방 밸브를 별도 부착하여, 온도 상승에 의해 전지 내의 압력이 상승한 때에, 압력 개방 밸브가 열려 가스를 방출함에 의해 압력 및 온도를 저하시켜서 발화를 방지하도록 하고 있다.
또한 특허문헌 2에 나타내는 축전 디바이스에서는, 외장 케이스로서의 외장재의 열융착부(히트 실부)가 고온시에 박리하여 개봉됨에 의해, 가스가 방출되어 발화가 방지되도록 하고 있다.
일본 특허 제6540871호 일본 특개2019-29300호
그러나, 상기 특허문헌 1에 나타내는 종래의 축전 디바이스에서는, 압력 개방 밸브를 별도 부착할 필요가 있기 때문에, 부품 개수가 증가하여 생산성의 저하를 초래할 우려가 있다는 과제가 있다.
또한 특허문헌 2에 나타내는 축전 디바이스에서는, 분해 가스의 발생이 생기는 고온에 도달하기 전의 저온 영역에서 외장 케이스가 개봉되어 버릴 우려가 있고, 효율 좋게 가스 빼기를 행할 수가 없다는 과제가 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 것이고, 고온시에 가스를 효율 좋게 방출할 수 있고, 발화 등에 대한 안전성을 충분히 확보하면서, 부품 개수의 삭감 및 생산성의 향상을 도모할 수 있는 축전 디바이스용 외장재 및 그 관련 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은 이하의 바람직한 실시 형태로부터 분명할 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 구비하는 것이다.
[1] 금속박층과, 그 금속박층의 외면측에 마련된 수지제의 기재층과, 상기 금속박층의 내면측에 마련되고, 또한 히트 실하기 위한 열융착 수지제의 열융착층을 포함하고, 상기 열융착층이 그 최내면에 배치되는 실층과, 상기 실층의 외면측에 배치되는 금속박측층을 포함하는 축전 디바이스용 외장재로서,
온도 180℃, 압력 0.3㎫, 시간 4s의 조건의 히트 실에 의한 상기 열융착층의 두께의 잔존률이 40%∼80%로 조정되고,
상기 실층끼리를 히트 실한 상태에서, 그 실층끼리의 히트 실부에서의 상온 분위기하의 실 강도를 「Pn」, 130℃ 분위기하의 실 강도를 「Pb」로 하여,
Pn≥50N/15㎜
Pb≤10N/15㎜의
관계가 성립하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
[2] 상기 실층끼리의 히트 실부에서의 100℃ 분위기하의 실 강도를 「Pa」로 하여,
Pa≥20N/15㎜
Pa-Pb=20N/15㎜∼60N/15㎜의
관계가 성립하도록 구성되어 있는 전항 1에 기재된 축전 디바이스용 외장재.
[3] 상기 금속박측층은 융점이 140℃ 이상인 전항 1 또는 2에 기재된 축전 디바이스용 외장재.
[4] 상기 실층은 제1 실층과, 그 외면측에 적층되고, 상기 제1 실층에 대해 융점이 다른 제2 실층을 포함하는 전항 1∼3의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장재.
[5] 전항 1∼4의 어느 한 항에 기재된 외장재를 구비하고,
상기 실층끼리가 히트 실됨에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장 케이스.
[6] 내압 상승에 수반하여, 상기 실층끼리의 히트 실부가 응집 박리되도록 구성되어 있는 전항 5에 기재된 축전 디바이스용 외장 케이스.
[7] 축전 디바이스 본체부와,
전항 5 또는 6에 기재된 외장 케이스를 구비하고,
상기 축전 디바이스 본체부가 상기 외장 케이스에 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
[8] 축전 디바이스 본체부와,
전항 1∼4의 어느 한 항에 기재된 외장재를 구비하고,
상기 축전 디바이스 본체부가 상기 외장재로 외장되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
발명 [1]의 축전 디바이스용 외장재에 의하면, 열융착층에서의 히트 실 후의 잔존률이 특정한 범위로 설정되어 있기 때문에, 히트 실부에 수지 고임이 발생하기 쉽게 되어, 이 수지 고임에 의해, 상온에서의 실성(seal性)이 높아지고, 상온 분위기하의 실 강도를 소망하는 값으로 확실하게 조정할 수 있다. 또한 상온 및 130℃의 실 강도가 특정한 범위로 설정되어 있기 때문에, 히트 실부에서, 내압이 상승하여 고온역에 도달하면, 실 강도가 저하됨에 의해 고온시의 가스 빼기가 효율 좋게 행해져서, 압력 및 온도가 저하되어 발화하는 등의 부적합함을 확실하게 방지할 수 있다.
발명 [2]의 축전 디바이스용 외장재에 의하면, 130℃의 고온시의 실 강도와, 100℃의 약간 고온시의 실 강도를 특정하고 있기 때문에, 130℃의 고온에 이르기까지에 히트 실부가 점차로 유연하게 되어 서서히 개봉되어 가스 빼기가 스무스하게 행해짐에 의해, 불의의 급격한 가스 빠짐을 확실하게 방지할 수 있다.
발명 [3]의 축전 디바이스용 외장재에 의하면, 열융착층에서의 실층의 외측에 고융점의 금속박측층(金屬箔側層)이 존재하고 있기 때문에, 고온시에 금속박측층보다도 내 측의 실층의 위치, 즉 소망하는 히트 실 위치에서 개봉되게 되어, 가스 빼기의 정도를 정확하게 컨트롤할 수 있고, 이 점에서도, 불의의 가스의 발발 등을 확실하게 방지할 수 있다.
발명 [4]의 축전 디바이스용 외장재에 의하면 실층을 융점이 다른 제1 및 제2 실층에 의해 구성하고 있기 때문에, 상온에서, 히트 실부에 수지 고임이 보다 한층 발생하기 쉽게 되어, 이 수지 고임의 발생에 의해, 상온에서의 실성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.
발명 [5] [6]의 축전 디바이스용 외장 케이스에 의하면, 상기 외장재와 같은 효과를 얻을 수 있다.
발명 [7] [8]의 축전 디바이스에 의하면, 상기 외장재와 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 축전 디바이스용 외장재를 도시하는 단면도.
도 2는 실시 형태의 외장재를 이용하여 제작된 축전 디바이스를 도시하는 단면도.
도 3은 실시 형태의 축전 디바이스를 분해하여 도시하는 사시도.
도 4는 실층용의 각 수지에서의 실 강도와 분위기 온도와의 관계를 도시하는 그래프.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 축전 디바이스용 외장재(1)를 도시하는 단면도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이 이 축전 디바이스용 외장재(1)는 위(외측)로부터 차례로, 기재층(2)/외측 접착제층(52)/금속박층(배리어층)(4)/내측 접착제층(51)/열융착층(실런트층)(3)이 적층된 적층체(라미네이트 시트)에 의해 구성되어 있다.
즉 이 축전 디바이스용 외장재(1)는 금속박에 의해 구성된 금속박층(4)과, 금속박층(4)의 외면측에 마련된 외측 접착제층(52)과, 외측 접착제층(52)의 외면측에 마련되고, 또한 외측층으로서의 내열 수지제의 기재층(2)과, 금속박층(4)의 내면측에 마련된 내측 접착제층(51)과, 내측 접착제층(51)의 내면측에 마련되고, 또한 내측층으로서의 열융착 수지제의 열융착층(실런트층)(3)을 구비하고 있다.
여기서 본 실시 형태에서, 외장재(1)는 축전 디바이스(6)의 외장 케이스(65)의 상태에서, 기재층(2)이 외측이 되고, 열융착층(3)이 내측이 된다. 본 실시 형태에서, 외장재(1)를 구성하는 각 층의 위치를 방향으로 설명하는 경우에, 외장 케이스(65)의 내외의 방향에 맞추어서, 기재층(2)측의 방향을 외측, 열융착층(3)측의 방향을 내측이라고 칭한다.
기재층(2)은 내열성 수지 예를 들면, 2축연신 폴리아미드 필름, 2축연신 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름, 2축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 또는 2축연신 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 이들 중에서 폴리아미드 필름으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만 예를 들면, 6나일론 필름, 6,6나일론 필름, MXD나일론 필름 등을 알맞게 이용할 수 있다.
또한 기재층(2)의 두께는 9㎛∼50㎛로 설정하는 것이 바람직하다. 즉 기재층(2)을 이 두께로 조정하는 경우에는, 외장재(1)로서 충분한 강도를 확보할 수 있고, 또한 장출(張出) 성형, 드로잉 성형 등의 성형시의 응력을 작게 할 수 있어 성형성을 한층 향상시킬 수 있다. 기재층(2)의 더욱 바람직한 두께는 9㎛∼30㎛이다. 기재층(2)이 복층인 경우는 합계 두께를 상기한 두께로 한다. 또한, 기재층(2)이 복층인 경우, 복수의 층을 첩합하는 접착제의 두께도 상기한 두께에 포함된다.
기재층(2)은 단층으로 형성되어 있어도 좋고, 또는 이미 기술한 바와 같이, 복층으로 형성되어 있어도 좋다. 복층으로 형성하는 경우, 예를 들면 폴리에스테르 필름/폴리아미드 필름으로 이루어지는 복층(PET 필름/나일론 필름으로 이루어지는 복층 등)을 들 수 있다.
또한 기재층(2)은 외층을 구성하는 층이고, 외층을 구성하는 층으로서는 기재층(2) 외에, 기재층(2)의 외측에 첩합시키는 보호층이나, 외층을 구성하는 층을 첩합시키기 위한 접착제층 등을 들 수 있다.
또한 기재층(2)으로서는 외장재(1)를 히트 실할 때의 히트 실 온도에서 용융하지 않는 내열성 수지 필름을 이용한다. 구체적으로는, 열융착층(3)을 구성하는 모든 수지(수지층(31∼33))에 대해 10℃ 이상 융점이 높은 수지, 보다 바람직하게는 20℃ 이상 높은 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
금속박층(4)은 알루미늄(Al)박, 구리(Cu)박, 스테인리스(SUS)박, 티탄(Ti)박, 니켈(Ni)박으로 이루어지는 금속박을 단독으로 이용하는 것이나, 2종 이상의 금속박을 첩합한 클래드재 등을 알맞게 이용할 수 있다. 그 중에서도 금속박층(4)으로서는 알루미늄박을 알맞게 이용할 수 있다. 특히 0.7질량%∼1.7질량%의 Fe를 함유하는 Al-Fe계 합금박은 우수한 강도와 전연성을 갖기 때문에, 양호한 성형성을 얻을 수 있다.
금속박층(4)의 두께는 20㎛∼100㎛로 설정하는 것이 좋다. 즉 이 두께가 20㎛ 이상인 것으로 금속박을 제조할 때의 압연시의 핀 홀 발생을 방지할 수 있음과 함께, 100㎛ 이하인 것으로 장출 성형, 드로잉 성형 등의 성형시의 응력을 작게 할 수 있어 성형성을 향상시킬 수 있다.
금속박층(4)의 내면 및 외면의 적어도 어느 일방의 면에는, 하지층(下地層)을 형성해 두는 것이 바람직하다.
하지층은 실란 커플링제의 도포 처리나, 크로메이트 처리 등의 화성 처리를 행함에 의해 형성할 수 있다.
하지층의 두께는 0.01㎛∼1㎛로 설정하는 것이 좋다.
이와 같이 하지층을 형성함에 의해, 금속박층(4)의 내외 양면에 마련되는 접착제층(51, 52)과의 접착 강도를 향상시킬 수 있고, 접착제층(51, 52)의 벗겨짐을 유효하게 방지할 수 있다. 또한 화성 처리가 시행됨에 의해 내용물(전지의 전해질 등)에 의한 금속박 표면의 부식을 충분히 방지할 수 있다.
화성 처리에 의한 피막(화성 처리 피막)에 의해 하지층을 형성하는 경우, 화성 처리 피막은 접착제층(51, 52)과의 조합에 의해 선정되는 것도 있는데, 예를 들면 크롬산 처리에 의한 피막, 인산 크로메이트 처리에 의한 피막, 인산 아연 처리에 의한 피막, 지르코늄이나 티탄을 Cr 대체의 금속 성분으로 한 비(非)크롬산염 처리에 의한 피막, 뵈마이트 처리에 의한 산화피막을 알맞게 이용할 수 있다.
이 금속박층(4)의 외면에, 외측 접착제층(52)을 통하여 상기 기재층(2)이 부착되어 적층 일체화된다.
기재층(2)과 금속박층(4)을 접착하기 위한 외측 접착제층(52)을 구성하는 접착제로서는 예를 들면, 폴리우레탄계 폴리올, 폴리에스테르계 폴리올, 폴리에테르계 폴리올 및 폴리에스테르우레탄계 폴리올로 이루어지는 군에서 선택되는 폴리올의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 제1 액과, 이소시아네이트로 이루어지는 제2 액(경화제)으로 구성되는 2액 경화형 접착제 등을 이용할 수 있다.
이 외측 접착제층의 두께는 2㎛∼5㎛로 설정하는 것이 바람직하다.
금속박층(4)의 내면에 마련되는 내측 접착제층(51)을 구성하는 접착제로서는 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리올레핀계 수지, 일래스토머계 수지, 불소계 수지, 산변성 폴리프로필렌 수지를 1종 이상 포함하는 접착제 등을 알맞게 이용할 수 있고, 그 중에서도 특히, 산변성 폴리올레핀을 주제로 하는 폴리우레탄 복합 수지로 이루어지는 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.
내측 접착제층(51)의 두께는 2㎛∼5㎛로 설정하는 것이 바람직하다.
또한 상기한 외층이 복층으로 구성되는 경우(기재층이 복층인 경우를 포함한다)에도, 동종의 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서 열융착층(3)은 최내면(도 1의 최하단)에 마련되는 실층(30)과, 실층(30)의 외측에서의 최외면(도 1의 최상단)에 마련되는 금속박측층(33)의 적어도 2층 구조에 의해 구성되어 있다. 실층(30) 자체는 단층으로 구성해도 좋고, 2층 이상의 다층 구조로 구성해도 좋다.
열융착층(3)은 예를 들면, 실층(30)이나 금속박측층(33) 등의 각 층을 구성하는 필름을 공압출품(共押出品) 등에 의해 적층한 적층(다층) 필름에 의해 구성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 열융착층(3)을 3층의 적층 필름에 의해 구성하고 있다. 즉 열융착층(3)에서의 실층(30)이 그 내면측에 배치된 제1 실층(31)과, 제1 실층(31)의 외면측에 적층된 제2 실층(32)에 의해 구성되어 있고, 또한 그 실층(30)의 외면측에 금속박측층(33)이 적층됨에 의해, 전체로서 3층 구조의 열융착층(3)이 형성되어 있다.
본 실시 형태에서, 열융착층(3)의 두께는 20㎛∼100㎛로 설정하는 것이 바람직하다. 즉 이 두께가 20㎛ 미만인 경우, 충분한 절연성을 얻을 수가 없고, 100㎛를 초과하는 경우, 실 시간이 길어지고 비경제적이 된다.
또한 본 실시 형태와 같이 열융착층(3)을 제1 실층(31), 제2 실층(32) 및 금속박측층(33)의 3층 구조에 의해 구성하는 경우, 제1 실층(31)의 두께를 「T1」, 제2 실층(32)의 두께를 「T2」, 금속박측층(33)의 두께를 「T3」으로 하여, 이하의 관계를 성립시키는 것이 바람직하다.
T1 : T2 : T3= (1∼3) : (4∼8) : (1∼3)
실층(30)을 구성하는 수지로서는 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체(rPP)를 이용할 수 있다. 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체(rPP)란 프로필렌에 에틸렌이나 부텐(프로필렌을 제외한 올레핀)을 랜덤하게 공중합한, 프로필렌-에틸렌 공중합체(랜덤 PP), 프로필렌-부텐 공중합체(랜덤 PP)이다. 랜덤 PP로서는 메탈로센 촉매를 이용하여 중합한 메탈로센계 폴리프로필렌(m-PP), 지글러나타 촉매에 이용하여 중합한 지글러나타계 폴리프로필렌(zn-PP)을 알맞게 이용할 수 있다.
m-PP, zn-PP에 개질재(改質材)로서, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)이나 메탈로센 촉매로 제작한 LLDPE(m-LLDPE) 또는 에틸렌 프로필렌 고무를 포함하는 폴리올레핀의 일래스토머를 5%∼50%를 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 첨가량은 10%∼40%이다.
개질재는 실층(30)을 구성하는 메인의 수지보다도 저융점이고, 이 개질재를 실층(30)에 함유시킴에 의해, 실층(30)의 연화성을 높일 수 있다. 개질재로서는 rPP보다도 15℃ 이상 낮은 폴리올레핀계 화합물의 개질재를 이용함에 의해, 연화성을 충분히 높일 수 있다.
실층(30)을 다층으로 구성하는 경우는 적어도 1층에 개질재를 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 제1 실층(31)에 함유시키는 것이 좋다.
베이스가 되는 rPP는 시차 주사 열량 분석에 의해 산출한 융점이 120℃∼140℃이다.
상기한 rPP는 110℃∼130℃에서 실 강도가 저하되어 실이 벗겨지기 쉽게 되고, 그 이하의 온도에서는 실 강도를 유지하고 있다. 본 실시 형태의 외장재(1)에 의해 제작된 전지의 온도가 상승하면, 전해질의 휘발 등에 의해 가스가 발생하고, 130℃ 부근에서 전지 내부의 압력이 상승하여 케이스가 팽창하기 시작한다. 상술한 실 강도 저하의 온도대(溫度帶)는 상정되는 전지의 사용 온도 영역보다도 높고, 팽창이 시작되는 온도보다도 낮은 온도에 해당한다. 따라서, 전지가 급격하게 온도 상승하고, 가스의 발생에 의해 내압이 상승하기 시작하면, 실이 벗겨져서 케이스가 개봉된다. 케이스가 개봉되면, 온화하게 가스가 방출되어, 케이스의 파열이나 발화가 방지된다.
상술한 메타세론 촉매 유래의 rPP는 분자량의 균일성이 높고, 목표하는 대로의 온도에서 실 강도를 저하시키는 효과가 크다.
본 실시 형태에서, 실층(30)의 융점은 rPP와 LLDPE의 혼합 비율에 의해 조정하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에서 실층(30) 중, 제2 실층(32)은 제1 실층(31)과 비교하여 융점이 높은 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 제1 실층(31) 및 제2 실층(32) 사이의 융점차는 5℃∼10℃로 설정하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 6℃∼8℃로 설정하는 것이 좋다.
구체적으로는, 제1 실층(31)으로서, 융점이 110℃∼140℃, 바람직하게는 융점이 120℃∼130℃의 rPP를 메인의 수지로 하고, 이 수지에, 융점이 90℃∼110℃의 m-LLDPE(메탈로센 촉매의 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌)를 개질재로서 첨가하는 것이 좋다. 이 첨가량은 5wt%∼60wt%로 조정하는 것이 좋고, 보다 알맞게는 10wt%∼40wt%로 조정하는 것이 좋다. 이와 같이 개질재를 제1 실층(31)에 첨가함에 의해, 제1 실층(31)의 연화성을 향상시킬 수 있다.
제2 실층(32)으로서는, 융점이 120℃∼150℃, 바람직하게는 융점이 125℃∼135℃의 rPP를 메인의 수지로 하여, 이 수지에, 융점이 90℃∼110℃의 m-LLDPE를 개질재로서 첨가하는 것이 좋다. 이 첨가량은 5wt%∼60wt%로 조정하는 것이 좋고, 보다 알맞게는 10wt%∼40wt%로 조정하는 것이 좋다. 개질재는 제1 실층(31)에 첨가되어 있으면, 제2 실층(32)에 반드시 첨가할 필요는 없고, 첨가하지 않아도 좋다.
외장재(1)에서의 실층이 복수인 경우, 전지용 외장 케이스를 제작하는데 즈음하여, 히트 실된 2장의 외장재(1)의 제1 실층(31) 사이의 실부에서 케이스가 개봉되도록 열융착층(3)을 설계하는 것이 바람직하고, 제1 실층(31) 사이의 실이 벗겨지기 전에 열융착층(3)의 박리가 발생하지 않도록 한다. 열융착층(3) 내에서 층간 박리가 발생하면, 고온 환경하에서 전지 내부에서 발생한 가스가 빠지기 어려워질 가능성이 있다.
실층(30)(제1 실층(31) 및 제2 실층(32))으로서는 멜트 플로우 레이트(MFR)가 0.5∼20의 것을 이용하는 것이 좋고, 바람직하게는 1∼10, 보다 바람직하게는 2∼8의 것을 이용하는 것이 좋다. 즉 MFR이 상기 범위의 실층(30)을 이용하는 경우에는, 히트 실시(heat seal時)에 실층이 찌부러지기 쉬우면서, 너무 찌부러지지 않는 효과를 얻을 수 있고, 열융착층(3)의 실 후에 있어서 소망하는 잔존률을 얻을 수 있다. 또한 MFR이 상기 범위인 실층(30)은 실 후에 상대방의 실층과 맞섞여, 상호 분자가 확산하여 상온시에는 강고한 접착력이 유지되고, 개봉시에는 응집 박리하게 된다.
또한 실층(30)에 함유시키는 개질재로서는 실층(30)을 구성하는 수지의 MFR과 동등한 값 또는 근방의 값을 구비하는 것, 구체적으로는 MFR이 2∼8의 개질재를 사용하는 것이 바람직하다. 이 개질재를 실층(30)에 함유시킴에 의해, 수지에의 개질재의 분산성이 좋아지고, 개질재를 균일하게 분산시킬 수 있다.
또한 제1 실층(31)은 융점이 낮아서 용융하기 위해 필요한 열량이 저감되기 때문에, 실부에 뒤섞긴 전해액에 열을 빼앗겼다고 하여도, 전해액을 압출하면서, 실성을 향상시킬 수 있다.
제2 실층(32)에 함유하는 개질재로서의 일래스토머나 플라스토머는, 전해액에 의해 팽윤하여, 전해액의 금속박측층(33)으로의 침투를 억제할 수 있다. 특히 제2 실층(32)의 두께가 두꺼운 경우에는, 전해액 침투 억제 효과를 충분히 얻을 수 있다.
또한 후에 상세히 기술하는 바와 같이 열융착층(3)은 실층(30)끼리를 히트 실할 때에, 본 발명 특유의 성상(性狀)을 구비하는 것이다.
금속박측층(33)을 구성하는 수지로서는 폴리프로필렌 랜덤 공중합체(rPP), 폴리프로필렌 블록 공중합체(bPP), 호모 프로필렌(hPP) 등을 알맞게 이용할 수 있다. 또한 금속박측층(33)을 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체로 구성함에 의해, 금속박층(4)에 대해 강한 접합력을 얻을 수 있다.
금속박측층(33)으로서는 융점이 140℃ 이상의 수지를 이용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 160℃ 이하의 수지, 보다 한층 바람직하게는 150℃ 이하의 수지, 더욱 바람직하게는 145℃ 이하의 수지를 이용하는 것이 좋다.
구체적으로는, 금속박측층(33)으로서, 융점이 130℃∼150℃, 바람직하게는 융점이 135℃∼145℃의 rPP를 메인의 수지로 하고, 이 수지에, 융점이 130℃ 이상의 PO 일래스토머를 개질재로서 첨가하는 것이 좋다. 이 첨가량은 10wt%∼30wt%로 조정하는 것이 좋고, 보다 알맞게는 15wt%∼25wt%로 조정하는 것이 좋다. 금속박측층(33)에 일래스토머를 첨가함에 의해, 유연성을 얻을 수 있고, 내측 접착제층(51)과의 접착력이 향상한다. 개질재의 첨가량이 너무 많으면 내(耐)전해액성이 뒤떨어지고, 너무 적으면, 충분한 유연성을 얻을 수가 없다.
또한 본 실시 형태에서는, 실층(30)과 금속박측층(33)의 사이에 중간층을 형성해도 좋다. 중간층으로서는, 프로필렌의 단독 중합체, 공중합 성분에 프로필렌 및 프로필렌 이외의 공중합 성분을 함유하는 공중합체의 어느 것이라도 좋고, 복수종의 중합체의 혼합물이라도 좋다. 특히 중간층은 블록 폴리프로필렌(bPP 필름)에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 또한 중간층에 있어서, 실층(30)과 같은 프로필렌계 수지가 혼재하고 있으면, 실층(30)과 중간층과의 접착성이 좋아진다. 또한 중간층은 단층, 복층의 어느 것이라도 좋다. 또한 중간층을 형성함에 의해, 전기 절연성 및 내충격성을 향상시킬 수 있다.
금속박측층(33)으로서는 MFR이 3∼15의 것을 이용하는 것이 좋고, 바람직하게는 5∼8의 것을 이용하는 것이 좋다. 즉 금속박측층(33)이 실층(30)의 융점보다도 높고, 실층(30)의 MFR보다도 높은 값으로 함에 의해 실층(30)보다도 흐르기 쉬워지고, 실 시간을 단축할 수 있다.
또한 금속박측층(33)에 함유시키는 개질재로서는 실층(30)을 구성하는 수지의 MFR과 동등한 값 또는 근방의 값을 구비한 것, 구체적으로는 MFR이 2∼8의 개질재, 보다 바람직하게는 5∼8의 개질재를 사용하는 것이 바람직하다. 이 개질재를 금속박측층(33)에 함유시킴에 의해, 수지에의 개질재의 분산성이 좋아지고, 개질재를 균일하게 분산시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 열융착층(3)의 실층(30), 특히 제1 실층(31)에, 활제(滑劑)를 함유시키는 것이 바람직하다.
이 활제로서는 포화지방산아미드, 불포화지방산아미드, 치환아미드, 메티롤아미드, 포화지방산비스아미드, 불포화지방산비스아미드, 지방산에스테르아미드, 방향족계 비스아미드를 예시할 수 있다.
또한 포화지방산아미드로서는 라우린산아미드, 팔미틴산아미드, 스테아린산아미드, 베헨산아미드, 히드록시스테아린산아미드를 예시할 수 있다.
또한 불포화지방산아미드로서는 올레인산아미드, 에루카산아미드를 예시할 수 있다.
또한 치환아미드로서는 N-올레일팔미틴산아미드, N-스테아릴스테아린산아미드, N-스테아릴올레인산아미드, N-올레일스테아린산아미드, N-스테아릴에루카산아미드를 예시할 수 있다.
또한 메티롤아미드로서는 메티롤스테아린산아미드를 예시할 수 있다.
또한 포화지방산비스아미드로서는 메틸렌비스스테아린산아미드, 에틸렌비스카프린산아미드, 에틸렌비스라우린산아미드, 에틸렌비스스테아린산아미드, 에틸렌비스히드록시스테아린산아미드, 에틸렌비스베헨산아미드, 헥사메틸렌비스스테아린산아미드, 헥사메틸렌비스베헨산아미드, 헥사메틸렌히드록시스테아린산아미드, N,N'-디스테아릴아디핀산아미드, N,N'-디스테아릴세바신산아미드를 예시할 수 있다.
또한 불포화지방산비스아미드로서는 에틸렌비스올레인산아미드, 에틸렌비스에루카산아미드, 헥사메틸렌비스올레인산아미드, N,N'-디올레일아디핀산아미드, N,N'-디올레일세바신산아미드를 예시할 수 있다.
또한 지방산에스테르아미드로서는 스테아로아미드에틸스테아레이트를 예시할 수 있다.
또한 방향족계 비스아미드로서는 m-크실렌비스스테아린산아미드, m-크실렌비스히드록시스테아린산아미드, N,N'-시스테아릴이소프탈산아미드를 예시할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 실층(30)에, 안티블로킹제(AB제)를 첨가시키는 것이 바람직하다.
안티블로킹제로서는 아크릴 수지 비즈, 규산알루미늄, 탄산칼슘, 탄산바륨, 산화티탄, 탈크, 카올린 등을 알맞게 이용할 수 있다.
또한 안티블로킹제로서는 평균 입경이 0.1㎛∼10㎛의 것을 이용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1㎛∼5㎛의 것을 이용하는 것이 좋다.
또한 안티블로킹제의 첨가량은 질량 단위로 100ppm∼5000ppm으로 설정하는 것이 바람직하다.
안티블로킹제(입자)를 열융착층(3)의 제1 실층(31)에 함유시킴에 의해, 제1 실층(31)의 표면에 미소 돌기를 형성하여 필름끼리의 접촉면적을 작게 하여 실 필름끼리의 블로킹을 억제할 수 있다. 또한, 상기 활제와 함께 안티블로킹제(입자)를 함유시킴으로써 성형시의 활성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시 형태의 축전 디바이스용 외장재(1)는 시트형상인 채로, 또는 필요에 응하여 디프드로잉 성형이나 장출 성형 등의 냉간 성형에 의해 소정의 형상으로 성형하여, 축전 디바이스의 외장 케이스로서 이용하는 것이다.
예를 들면 도 2 및 도 3은 본 실시 형태의 외장재(1)를 이용하여 제조된 축전 디바이스(6)를 도시하는 단면도 및 분해 사시도이다. 양 도면에 도시하는 바와 같이 이 축전 디바이스(6)는 리튬이온 2차 전지이다. 본 실시 형태에서는, 외장재(1)를 성형하여 얻어진 트레이 부재(64)와, 평면형상(시트형상)의 외장재(1)에 의해 구성된 덮개 부재(60)에 의해 외장 케이스(65)가 구성되어 있다. 그리하여, 본 발명의 외장재(1)를 성형하여 얻어진 트레이 부재(64)의 수용 오목부 내에, 개략 직방체 형상의 축전 디바이스 본체부(전기 화학 소자)(61)가 수용되고, 그 축전 디바이스 본체부(61)의 위에, 본 발명의 덮개 부재(60)(외장재(1))가 그 열융착층(3)측을 내방(하측)으로 하여 배치되고, 그 덮개 부재(60)의 외주연부에서의 열융착층(3)의 실층(30)(제1 실층(31))과, 트레이 부재(64)의 플랜지부(봉지용 주연부)(641)에서의 열융착층(3)의 실층(30)(제1 실층(31))이 히트 실에 의해 실 접합되어, 실층(30)끼리(제1 실층(31)끼리)가 히트 실에 의해 실 접합되어 봉지됨에 의해, 축전 디바이스(6)가 구성되어 있다. 또한, 트레이 부재(64)의 수용 오목부의 내측의 표면은 열융착층(3)으로 되어 있고, 수용 오목부의 외면이 기재층(2)측으로 되어 있다.
도 2에서, 부호 「69」는 덮개 부재(60)의 외주연부와, 트레이 부재(64)의 플랜지부(봉지용 주연부)(641)가 접합(용착)된 히트 실부이다. 또한, 축전 디바이스(6)에서, 축전 디바이스 본체부(61)에 접속된 탭 리드의 선단부가 외장 케이스(65)의 외부에 도출되어 있는데, 도시는 생략하고 있다.
축전 디바이스 본체부(61)로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 전지 본체부, 커패시터 본체부, 콘덴서 본체부 등을 들 수 있다.
여기서 본 실시 형태에서는, 외장재(1)의 열융착층(3)끼리를 온도 180℃, 압력 0.3㎫, 시간 4s의 히트 실 조건으로 히트 실할 때에, 히트 실 전의 열융착층(3)의 두께(원 두께)에 대한, 히트 실 후의 열융착층(3)의 두께(잔존 두께)의 비율로서의 실 후 잔존률이 40%∼80%가 되도록 조정되어 있다.
환언하면, 2장의 외장재(1)의 열융착층(3)끼리를 히트 실하는데 즈음하여, 히트 실 전에 있어서의 편측(1장)의 외장재(3)의 열융착층(3)의 두께를 「d0」로 하고, 히트 실 후에 있어서의 양측(2장)의 외장재(3)가 융합한 열융착층(3)의 전체 두께(합계 두께)를 「d1」로 하면, 이하의 관계식이 성립하도록 조정되어 있다.
실 후 잔존률(%)=d1/(2×d0)×100
본 실시 형태의 축전 디바이스에서는, 열융착층(3)에서의 실 후 잔존률이 상기 특정한 범위로 설정되어 있기 때문에, 히트 실부에 수지 고임이 발생하기 쉽게 되고, 이 수지 고임에 의해, 상온에서의 실성이 높아진다. 이 때문에 후술하는 상온 분위기하의 실 강도를 소망하는 값으로 확실하게 조정할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 외장재(1)의 실층(30)끼리를 히트 실할 때에, 양 실층(30)의 히트 실부에서의 상온(25℃) 분위기하의 실 강도를 「Pn」로 하고, 130℃ 분위기하의 실 강도를 「Pb」로 하여 이하의 관계식(1) (2)를 성립시킬 필요가 있다.
Pn≥50N/15㎜ …(1)
Pb≤10N/15㎜ …(2)
또한 본 실시 형태에서는, 상온 분위기하에서의 실 강도(Pn)를 60N/15㎜ 이상, 바람직하게는 80N/15㎜ 이상, 보다 바람직하게는 100N/15㎜ 이하로 조정하는 것이 좋다.
본 실시 형태의 축전 디바이스에서는, 상온 및 130℃의 실 강도가 상기 특정한 범위로 설정되어 있기 때문에, 히트 실부에서, 상온, 저온에서의 실(밀봉)성을 충분히 유지하면서, 내압이 상승하여 고온역에 도달하면, 실 강도가 저하됨에 의해 고온시의 가스 빼기가 효율 좋게 행해져서, 압력 및 온도가 저하되어 발화 등의 부적합함을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 100℃ 분위기하의 실 강도를 「Pa」로 하여, 이하의 관계식(3) (4)를 성립시키는 것이 바람직하다.
Pa≥20N/15㎜ …(3)
Pa-Pb=20N/15㎜∼60N/15㎜ …(4)
또한 본 실시 형태에서, 100℃ 분위기하의 실 강도(Pa)를 보다 바람직하게는 35N/15㎜ 이상, 보다 한층 바람직하게는 40N/15㎜ 이상, 더 한층 바람직하게는 50N/15㎜ 이하로 조정하는 것이 좋다.
또한 본 실시 형태에서, 100℃ 및 130℃의 실 강도차(Pa-Pb)를 보다 바람직하게는 30N/15㎜ 이상, 보다 한층 바람직하게는 40N/15㎜ 이상, 더욱 한층 바람직하게는 55N/15㎜ 이하로 조정하는 것이 좋다.
본 실시 형태의 축전 디바이스에서는, 130℃의 고온시의 실 강도와, 100℃의 약간 고온시의 실 강도를 관련지어서 특정하고 있기 때문에, 130℃의 고온에 이르기까지에 실층(30), 즉 히트 실부가 점차로 유연하게 되어 서서히 개봉되어 가스 빼기가 스무스하게 행해짐에 의해, 불의의 급격한 가스 빠짐이나, 그 악영향에 의한 전해액의 돌비 등도 확실하게 방지할 수 있다.
예를 들면 도 4의 실 강도와 분위기 온도와의 관계를 도시하는 그래프에 있어서, 실층용 수지를 나타내는 곡선(C1∼C6) 중, 실선으로 나타내는 곡선(C1, C2)의 실층용 수지는, 상기한 관계식(1)∼(4)를 만족하고 있고, 본 발명 특유의 실층용 수지이고, 파선으로 나타내는 곡선(C3∼C6)의 실층용 수지는 상기한 관계식(1)∼(4)의 어느 하나를 만족하지 않아, 본 발명의 요지를 일탈하는 실층용 수지이다.
또한 본 실시 형태에서는, 열융착층(3)에 그 실층(30)의 외측에 고융점의 금속박측층(33)이 존재하고 있기 때문에, 고온시에 금속박측층(33)보다도 내 측의 실층(30)의 위치, 즉 소망하는 히트 실 위치에서 개봉되게 된다. 이 때문에 가스 빼기의 정도를 정확하게 컨트롤할 수 있고, 이 점에서도, 불의의 가스의 발발(勃發) 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 축전 디바이스는 실층(30)을 융점이 다른 제1 실층(31) 및 제2 실층(32)에 의해 구성하고 있기 때문에, 실층(30)이 제1 실층(31)만인 경우는 24㎛ 이상, 제1 실층(31)과 제2 실층(32)으로 구성된 경우도 24㎛ 이상으로 설정하고, 실층(30)을 두껍게 했기 때문에 수지 고임을 크게 형성할 수 있다. 이 수지 고임의 형성에 의해, 상온에서의 실성(밀봉성)을 보다 한층 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태의 축전 디바이스는 히트 실부의 실층(30)끼리가 확산하여, 단단히 들러붙고 있기 때문에, 전지 내부가 100℃ 전후의 온도가 된 때에 개질재에 의해 수지가 서서히 연화함에 의해 응집 파괴하기 쉽게 된다. 이와 같이 고온시에 히트 실부가 응집 파괴(응집 박리)되기 때문에, 가스의 방출 위치를 히트 실부에 확실하게 컨트롤할 수 있고, 급격한 가스의 방출을 보다 한층 확실하게 회피할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 외장재(1)에 있어서, 열융착층(3)에서의 내면측에 활제를 첨가한 경우에는, 성형용 금형 등의 성형용 치구에 대한 활성을 한층 향상시킬 수 있어, 안정된 양호한 성형성을 보다 한층 확실하게 얻을 수 있다.
또한 본 실시 형태의 축전 디바이스에서는, 고온시의 가스 빼기용으로 압력 개방 밸브 등의 다른 부품을 별도 마련할 필요가 없기 때문에 그만큼, 부품 개수의 삭감 및 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 외장 케이스(65)가, 외장재(1)를 성형하여 얻어진 트레이 부재(64)와, 평면형상의 덮개 부재(60)에 의해 구성되어 있는데, 본 발명에서는 특히 이와 같은 조합으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 외장 케이스(65)가 한 쌍의 평면형상(시트형상)의 외장재(1)로 이루어지는 구성이라도 좋고, 또는, 한 쌍의 트레이 부재(64)를 대향 상태로 맞붙인 구성이라도 좋다.
[실시례]
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003
1. 열융착층용 필름의 제작
<실시례 1>
표 1∼표 3에 표시하는 바와 같이 실층(제1 실층)용 필름과, 그 외면측에 배치되는 금속박측층용 필름이 2층 적층되도록 T다이를 이용하여 공압출함에 의해, 실층에 금속박측층이 적층된 두께 30㎛의 열융착층(실런트층)용 필름을 얻었다.
이 적층 필름에서, 제1 실층은, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체(rPP: 융점=125℃, 멜트 플로우 레이트(MFR)=7)에, 메탈로센 촉매로 제작한 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE: 융점 108℃, MFR=2.5)를 전체량의 30wt%가 되도록 첨가하고, 또한 1000ppm의 에루카산아미드(활제) 및 2000ppm의 실리카 입자(안티블로킹제: AB제)를 함유하여 이루어지는 두께 24㎛의 실층용 필름을 이용했다. 또한 실층(베이스)의 rPP의 MFR은, 폴리프로필렌(PP)의 조건으로 측정하고, 첨가제의 MFR은, 폴리에틸렌(PE)의 조건으로 측정했다(이하의 실시례 및 각 비교례에서도 같다).
또한 금속박측층은 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체(rPP: 융점=142℃, MFR=7.5)에, 폴리올레핀계 일래스토머(융점=142℃, MFR=6)를 전체량의 20wt%가 되도록 첨가하고, 또한 1000ppm의 에루카산아미드(활제) 및 2000ppm의 실리카 입자(안티블로킹제)를 함유하여 이루어지는 두께 6㎛의 금속박측층용 필름을 이용했다. 또한 금속박측층(베이스)의 rPP의 MFR은 폴리프로필렌(PP)의 조건으로 측정하고, 첨가제의 MFR은, 폴리에틸렌(PE)의 조건으로 측정했다(이하의 실시례 및 비교례에서도 같다).
또한 본 실시례 1에서, 실층은 제2 실층을 포함하지 않는 제1 실층만으로 구성된 것이기 때문에, 제1 실층이 실층 전체를 구성한다고 파악할 수 있다(이하의 실시례 2∼9, 비교례 2에서도 같다).
<실시례 2∼9>
표 1∼표 3에 표시하는 성분의 실층(제1 실층)용 필름 및 금속박측층용 필름을 이용하여, 상기 실시례 1과 마찬가지로, 2층 구조의 실시례 2∼9의 열융착층용 필름을 제작했다.
또한 활제나 안티블로킹제는 실시례 1과 마찬가지로 함유되어 있다(비교례 2에서도 같다).
<실시례 10>
표 1∼표 3에 표시하는 바와 같이, 제1 실층용 필름과, 그 외면측에 배치된 제2 실층용 필름과, 제2 실층용 필름의 외면측에 배치된 금속박측층용 필름이 3층 적층되도록 실시례 1과 같은 공압출에 의한 열융착층용 필름을 얻었다.
이 적층 필름에서, 제1 실층용 필름은 두께가 6㎛인 점을 제외하고 실시례 1과 마찬가지이다. 또한 제2 실층용 필름으로서, 융점=125℃, MFR=7의 두께 18㎛의 rPP에, 개질재를 가하지 않고, 1000ppm의 에루카산아미드(활제)를 함유한 것을 이용했다. 또한 금속박측층용 필름은 실시례 1과 마찬가지이다. 또한 제2 실층의 rPP의 MFR은 PP의 조건으로 측정했다(이하의 실시례 및 비교례에서도 같다).
이 실시례 10의 열융착층에서의 실층은 제1 실층 및 제2 실층의 2층에 의해 구성되어 있고, 그것에 의해 열융착층 전체가 3층 구조로 되어 있다(이하의 실시례 11∼실시례 24, 비교례 1에서도 같다).
<실시례 11∼24>
표 1∼표 3에 표시하는 성분의 제1 실층용 필름, 제2 실층용 필름 및 금속박측층용 필름을 이용하여, 상기 실시례 10과 마찬가지로, 3층 구조의 실시례 11∼24의 열융착층용 필름을 제작했다. 또한 제2 실층의 첨가제로서의 MFR은 PE의 조건으로 측정했다(이하의 실시례 및 비교례에서도 같다).
또한 활제나 안티블로킹제는 실시례 10과 마찬가지로 함유되어 있다(비교례 1에서도 같다).
<비교례 1, 3>
표 1∼표 3에 표시하는 성분의 제1 실층용 필름, 제2 실층용 필름 및 금속박측층용 필름을 이용하여, 상기 실시례 10과 마찬가지로, 3층 구조의 비교례 1의 열융착층용 필름을 제작했다.
<비교례 2>
표 1∼표 3에 표시하는 성분의 실층(제1 실층)용 필름 및 금속박측층용 필름을 이용하여, 상기 실시례 1과 마찬가지로, 2층 구조의 비교례 2의 열융착층용 필름을 제작했다.
2. 축전 디바이스용 외장재의 제작
금속박층(4)으로서의 두께 35㎛의 알루미늄박(A8079)의 양면에, 폴리아크릴산, 3가크롬 화합물, 물, 알코올로 이루어지는 화성 처리액을 도포하고, 150℃로 건조를 행함에 의해, 양면에 화성 피막을 형성한 알루미늄박을 준비했다. 이 화성 피막에 의한 크롬 부착량은 편면(片面)에서 5mg/㎡이다.
다음에, 상기 화성 처리 완료 알루미늄박(금속박층)의 일방의 면(외면)에, 2액 경화형의 우레탄계 접착제를 통하여 기재층으로서 두께 25㎛의 2축연신 6나일론(ONy) 필름을 드라이 라미네이트 했다(첩합했다).
다음에 상기 실시례 및 비교례에서 준비한 열융착층용 필름의 금속박측층의 외면을 2액 경화형의 말레인산 변성 폴리프로필렌 접착제를 이용하여, 상기 드라이 라미네이트 후의 알루미늄박(금속박층)의 타방의 면(내면)에 맞붙여서, 고무 닙 롤과, 100℃로 가열된 라미네이트 롤의 사이에 끼워 넣고 압착함에 의해 드라이 라미네이트하고, 그러한 후, 40℃로 10일간 에이징함(가열함)에 의해, 실시례 1∼24 및 비교례 1∼3의 축전 디바이스용 외장재를 얻었다.
[표 4]
Figure pat00004
3. 각 외장재에 대한 평가 시험
<실 후 잔존률>
실온(25℃)에서, 각 실시례 및 각 비교례의 외장재로부터 폭 15㎜×길이 150㎜의 시험체를 2장씩 절출한 후, 이들 2장의 시험체를 서로의 내측 실런트층끼리로 접촉하도록 맞붙인 상태에서, 테스터 산업주식회사제의 히트 실장치(TP-701-A)를 이용하여, 히트 실 온도: 180℃, 실 압: 0.3㎫(게이지 표시압), 실 시간: 4초의 히트 실조건으로 편면 가열에 의해 히트 실을 행하여, 내측의 열융착층끼리가 히트 실 접합된 실 완료 외장재(시험체)를 제작했다.
이 실 완료 시험체를 단면(斷面) SEM에 의해 관찰하여, 2층의 열융착층의 합계 두께(잔존 두께: d1)를 측정했다. 그리고 실 전의 1층(1장)의 시험체의 두께(원 두께)를 「d0」으로 하여, 이하의 관계식으로 실 후 잔존률(%)를 측정했다.
실 후 잔존률(%)=d1/(2×d0)×100
그 결과를 표 4에 표시한다.
<상온 실 강도>
상기 실 잔존률의 측정과 마찬가지로 하여, 각 실시례 및 각 비교례의 외장재로부터 시험체를 절출하고, 히트 실을 행하여, 상온 시험용의 실 완료 외장재(시험체)를 제작했다.
이 상온 시험용의 실 완료 외장재(시험체)에 관해, JIS Z0238-1998에 준거하여 시마즈 액세스사제 스트로그라프(AGS-5kNX)를 사용하여 그 외장재(시험체)를 히트 실 부분의 내측의 열융착층(실런트층)끼리로 인장 속도 100㎜/분으로 T자 박리시킨 때의 박리 강도를 측정하고, 이것을 상온 실 강도(N/15㎜폭)로 했다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
<고온(100℃ 및 130℃) 실 강도>
상기와 마찬가지로 하여, 각 실시례 및 각 비교례의 외장재로부터 시험체를 절출하고, 히트 실을 행하여, 100℃ 시험용의 실 완료 외장재(시험체)와, 130℃ 시험용의 실 완료 외장재(시험체)를 각각 제작했다.
다음에, 각 시험체를 100℃, 130℃ 환경에 24시간 정치하고, 동 환경 내에서 상기와 마찬가지로 하여, 실 완료 외장재(시험체)에 관해, 상기와 마찬가지로 100℃ 및 130℃의 박리 강도를 측정하고, 이것을 고온(100℃ 및 130℃)의 실 강도(N/15㎜폭)로 했다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
표 4의 「강도차(Pa-Pb)」는, 100℃ 분위기하의 실 강도 「Pa」로부터, 130℃ 분위기의 실 강도 「Pb」를 공제한 값이다.
<박리 상태의 판정>
각 실시례 및 비교례의 외장재에서의 박리 상태를, 육안에 의한 관찰과, 단면 SEM에 의한 박리 시작 개소의 층의 관찰에 의거하여 판정했다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
<수지(실층)의 융점>
각 실시례 및 비교례의 외장재로부터 절출한 각 시험체에 관해, 실층의 융점을 JIS K7121에 의거하여 시차 주사 열량 측정(DSC)를 이용하여 측정했다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
<개봉(開封) 시험>
각 실시례 및 비교례의 외장재로부터 폭 100㎜×길이(200)㎜의 시험체를 절출하여, 열융착층이 대향하도록 길이 방향의 중앙부에서 되접어, 테스터 산업 주식회사제의 히트 실 장치(TP-701-A)를 이용하여, 히트 실 온도: 180℃, 실 압: 0.3㎫(게이지 표시압), 실 시간: 4초, 실 폭 5㎜의 실 조건으로 편면 가열에 의해 되접음부(折返部)에 접하는 2변에 대해 히트 실을 행하여, 되접음부에 대향하는 1변이 개구된 주머니형상의 시험체(외장재)를 제작했다.
이 주머니형상의 시험체에, 물을 2.0g 넣은 후, 개구부를 상기와 같은 실 조건으로 봉지한 것을 봉지 샘플로 했다.
각 봉지 샘플을 오븐 내에 옮기고, 25℃로부터 130℃까지 승온 속도 5℃/분으로 가열하고, 130℃에 도달 후 30분 유지하여 봉지 샘플의 상태를 관찰했다. 그 관찰을 기초로 이하의 기준으로 개봉성을 평가했다. 그 결과를 표 4에 표시한다.
A: 100℃∼130℃까지 승온 중에 개봉하고, 가스가 완만하게 빠졌다.
B: 130℃까지의 승온 중에는 가스가 빠지지 않았지만, 130℃의 온도 유지 중에 가스가 완만하게 빠졌다.
C: 100℃∼130℃까지 승온 중에 개봉하고, 가스가 급격하게 빠졌다.
X: 130℃의 유지 중에서도 개봉하지 않았다.
Y: 100℃까지의 승온 중에 개봉했다.
<총평>
표 4에 표시하는 바와 같이, 본 발명에 관련된 실시례의 외장재에서는, 개봉 시험에서 우수한 평가가 얻어졌고, 또한 상온에서의 실 강도도 충분히 확보할 수 있다. 이에 대해, 본 발명의 요지를 일탈한 비교례의 외장재에서는, 개봉 시험의 평가에 뒤떨어지고 있다.
본원은 2021년 11월 24일자로 출원된 일본 특허출원의 특원2021-189819호 및 2022년 11월 2일자로 출원된 일본 특허출원의 특원2022-176018호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 이용된 용어 및 표현은 설명을 위해 이용된 것이고 한정적으로 해석하기 위해 이용된 것이 아니고, 여기에 나타나고 또한 기술된 특징 사항의 어떤 균등물도 배제하는 것이 아니고, 본 발명의 클레임된 범위 내에서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되지 않으면 안 된다.
본 발명의 축전 디바이스용 외장재는 스마트폰, 태블릿 등의 모바일 기기에 사용되는 전지나 콘덴서, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 풍력 발전, 태양광 발전, 야간 전기의 축전용으로 사용되는 전지나 콘덴서 등의 축전 디바이스를 제조할 때에 알맞게 이용할 수 있다.
1: 외장재
2: 기재층
3: 열융착층
30: 실층
31: 제1 실층
32: 제2 실층
33: 금속박측층
4: 금속박층
6: 축전 디바이스
61: 디바이스 본체부
65: 외장 케이스
69: 히트 실부

Claims (8)

  1. 금속박층과, 그 금속박층의 외면측에 마련된 수지제의 기재층과, 상기 금속박층의 내면측에 마련되고, 또한 히트 실하기 위한 열융착 수지제의 열융착층을 포함하고, 상기 열융착층이 그 최내면에 배치되는 실층과, 상기 실층의 외면측에 배치되는 금속박측층을 포함하는 축전 디바이스용 외장재로서,
    온도 180℃, 압력 0.3㎫, 시간 4s의 조건의 히트 실에 의한 상기 열융착층의 두께의 잔존률이 40%∼80%로 조정되고,
    상기 실층끼리를 히트 실한 상태에서, 그 실층끼리의 히트 실부에서의 상온 분위기하의 실 강도를 「Pn」, 130℃ 분위기하의 실 강도를 「Pb」로 하여,
    Pn≥50N/15㎜
    Pb≤10N/15㎜의
    관계가 성립하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실층끼리의 히트 실부에서의 100℃ 분위기하의 실 강도를 「Pa」로 하여,
    Pa≥20N/15㎜
    Pa-Pb=20N/15㎜∼60N/15㎜의
    관계가 성립하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속박측층은 융점이 140℃ 이상인 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실층은 제1 실층과, 그 외면측에 적층되고, 상기 제1 실층에 대해 융점이 다른 제2 실층을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장재.
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 외장재를 구비하고,
    상기 실층끼리가 히트 실됨에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장 케이스.
  6. 제5항에 있어서,
    내압 상승에 수반하여, 상기 실층끼리의 히트 실부가 응집 박리되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장 케이스.
  7. 축전 디바이스 본체부와,
    제5항에 기재된 외장 케이스를 구비하고,
    상기 축전 디바이스 본체부가 상기 외장 케이스에 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  8. 축전 디바이스 본체부와,
    제1항 또는 제2항에 기재된 외장재를 구비하고,
    상기 축전 디바이스 본체부가 상기 외장재로 외장되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
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