JP2001176463A - ポリマー電池用包装材料及びその製造方法 - Google Patents

ポリマー電池用包装材料及びその製造方法

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JP2001176463A JP35827499A JP35827499A JP2001176463A JP 2001176463 A JP2001176463 A JP 2001176463A JP 35827499 A JP35827499 A JP 35827499A JP 35827499 A JP35827499 A JP 35827499A JP 2001176463 A JP2001176463 A JP 2001176463A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】エンボスタイプのポリマー電池包装に用いる材
料として、ポリマー電池の保護物性とともに、成形加工
性に優れた材料を提供する。 【解決手段】エンボスタイプの外装体を形成する積層体
であって、少なくとも基材層、接着層、化成処理層、ア
ルミニウム、化成処理層、酸変性PP皮膜層、押出樹脂
層、最内層から構成された積層体であるポリマー電池用
包装材料であって、前記化成処理がリン酸クロメート処
理であること、前記押出樹脂層がポリプロピレン樹脂で
あり、最内層がキャストポリプロピレンフィルムである
こと、前記接着層がドライラミネート法により形成され
たことを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、防湿性、耐内容物
性及び成形性を有する、固体有機電解質(高分子ポリマ
ー電解質)を持つポリマー電池用包装材料及びその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリマー電池とは、リチウム2次電池と
もいわれ、高分子ポリマー電解質を持ち、リチウムイオ
ンの移動で電流を発生する電池であって、正極・負極活
物質が高分子ポリマーからなるものを含むものである。
リチウム2次電池の構成は、正極集電材(アルミニウ
ム、ニッケル)/正極活性物質層(金属酸化物、カーボ
ンブラック、金属硫化物、電解液、ポリアクリロニトリ
ル等の高分子正極材料)/電解質層(プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、炭酸ジメチル、エチレ
ンメチルカーボネート等のカーボネート系電解液リチウ
ム塩からなる無機固体電解質、ゲル電解質)/負極活性
物質(リチウム金属、合金、カーボン、電解液、ポリア
クリロニトリル等の高分子負極材料)/負極集電材
(銅、ニッケル、ステンレス)及びそれらを包装する外
装体からなる。ポリマー電池の用途としては、パソコ
ン、携帯端末装置(携帯電話、PDA等)、ビデオカメ
ラ、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、
衛星等に用いられる。前記ポリマー電池の外装体として
は、金属をプレス加工して円筒状または直方体状に容器
化した金属製缶、あるいは、基材層/アルミニウム/シ
ーラント層から構成される積層体を袋状にしたものが用
いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、ポリマー電
池の外装体として、次のような問題があった。金属製缶
においては、容器外壁がリジッドであるため、電池自体
の形状が決められてしまう。そのため、ハード側を電池
に合わせる設計をするため、該電池を用いるハードの寸
法が電池により決定されてしまい形状の自由度が少なく
なる。そこで、積層体を袋状にしてポリマー電池本体を
収納するパウチタイプまたは、前記積層体をプレス成形
して凹部を形成し、該凹部にポリマー電池を収納するエ
ンボスタイプが開発されている。エンボスタイプは、パ
ウチタイプと比較して、よりコンパクトな包装が得られ
る。いずれのタイプの外装体であっても、ポリマー電池
としての防湿性あるいは耐突き刺し性等の強度、絶縁性
等は、ポリマー電池の外装体として欠かせないものであ
るが、前記エンボスタイプとする場合には、用いられる
積層体としては、前記プレス成形における適性が重要で
ある。例えば、エンボスタイプのポリマー電池用包装材
料として、具体的には、ナイロン/接着層/アルミニウ
ム/接着層/キャストポリプロピレンからなる積層体を
挙げることができる。そして、前記接着層が、安定して
接着強度の大きい接着が得られるドライラミネート法を
用いても、エンボス成形の際、ポリマー電池を包装材料
に収納してその周縁部をヒートシールする際に、ナイロ
ンとアルミニウムとの間においてデラミネーションが発
生することがあった。また、ポリマー電池の電解質成分
と水分との反応により生成するフッ化水素によりアルミ
ニウムとキャストポリプロピレンとの間においてもデラ
ミネーションが発生することがあった。本発明の目的
は、エンボスタイプのポリマー電池包装に用いる材料と
して、ポリマー電池の保護物性とともに、成形加工性に
優れた材料を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンボスタイ
プの外装体を形成する積層体であって、少なくとも基材
層、接着層、化成処理層、アルミニウム、化成処理層、
酸変性PP皮膜層、押出樹脂層、最内層から構成された
積層体であるポリマー電池用包装材料であって、前記化
成処理がリン酸クロメート処理であること、前記押出樹
脂層がポリプロピレン樹脂であり、最内層がキャストポ
リプロピレンフィルムであること、前記接着層がドライ
ラミネート法により形成されたことを含むものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明のポリマー電池用包装材料
は、ポリマー電池本体を収納する凹部を形成することを
特徴とするエンボスタイプの外装体となるものである。
以下、本発明について、図面を参照して説明する。図1
は、本発明のポリマー電池用包装材料の実施例を示す層
構成断面図である。図2は、ポリマー電池の包装タイプ
を説明する、(a)エンボスタイプ、(b)パウチタイ
プのそれぞれの斜視図である。図3は、エンボスタイプ
における成形を説明する、(a)斜視図、(b)X−X
部断面図、(c)Y部拡大図である。図4は、ポリマー
電池用包装材料とタブとの接着における接着性フィルム
の装着方法を説明する斜視図である。
【0006】エンボスタイプのポリマー電池の構成は、
図2(a)または図2(b)に示すように、ポリマー電
池用包装材料の積層体を、ポリマー電池本体を収納する
凹部をプレス成形等によって成形する。図2(b)およ
び図2(c)はいずれも両面エンボスタイプであるが、
周縁シールの違いであり、4方シールと3方シールを示
す。そして、ポリマー電池は、図2(c)に示すように、
外装体本体5pに成形された凹部7にポリマー電池本体
を収納して外装体蓋体5tを被覆し、周縁のシール部を
ヒートシールすることによって完成する。この際、成形
される側壁部8は、できるだけ屹立させて、ポリマー電
池本体2がタイトに収納されることが望ましく、そのた
めに前記積層体は、プレス成形における展延性、すなわ
ち成形性の良いものでなければならない。包装材料が、
例えばナイロン/接着層/アルミニウム/接着層/キャ
ストポリプロピレンであり、前記接着層がドライラミネ
ート法により形成されていると、プレス成形において、
前記側壁部においてアルミニウムと基材層との間が剥離
するデラミネーションがおこることが多く、また、ポリ
マー電池本体を外装体に収納してその周縁をヒートシー
ルする部分においてもデラミネーションの発生があっ
た。また、電池の構成要素である電解質と水分との反応
により生成するフッ化水素により、アルミニウムの内面
側表面が侵され、デラミネーションを起こすことがあっ
た。
【0007】そこで、本発明者らは、エンボス成形時、
ヒートシール時において、デラミネーションの発生のな
い積層体であって、また、耐内容物性のあるポリマー電
池用の外装体として満足できる包装材料について鋭意研
究の結果、アルミニウムの両面に化成処理を施すことに
よって、前記課題を解決できることを見出し本発明を完
成するに到った。
【0008】本発明のポリマー電池用包装材料の層構成
は、図1に示すように、少なくとも基材層11、接着層
15(1)、化成処理層14(1)、アルミニウム1
2、化成処理層14(2)、酸変性PP焼付層13、押
出樹脂層14、最内層15からなる積層体であり、アル
ミニウム両面に施された化成処理を特徴とするものであ
る。
【0009】本発明における前記基材層は、ポリエステ
ルまたはナイロンフィルムからなるが、この時、ポリエ
ステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレー
ト、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、
ポリカーボネート等が挙げられる。またナイロンとして
は、ポリアミド樹脂、すなわち、ナイロン6、ナイロン
6,6、ナイロン6とナイロン6,6との共重合体、ナ
イロン6,10、ポリメタキシリレンアジパミド(MX
D6)等が挙げられる。
【0010】前記基材層は、ポリマー電池として用いら
れる場合、ハードと直接接触する部位であるため、基本
的に絶縁性を有する樹脂がよい。フィルム単体でのピン
ホールの存在、および加工時のピンホールの発生等を考
慮すると、基材層は6μm以上の厚さが必要であり、好
ましい厚さとしては12〜25μmである。
【0011】本発明においては、基材層は耐ピンホール
性および電池の外装体とした時のハードとの絶縁性を向
上させるために、積層化させることも可能である。基材
層を積層化する場合、基材層が2層以上の樹脂層を少な
くとも一つ含み、各層の厚みが6μm以上、好ましくは
12〜25μmである。基材層を積層化する例として
は、図示はしないが、次の1)〜7)が挙げられる。 1)ポリエチレンテレフタレート/ナイロン 2)ナイロン/ポリエチレンテレフタレート また、包装材料の機械適性(加工機械、包装機械の中で
の搬送の安定性)、表面保護性(耐熱性、耐電解質
性)、2次加工として、ポリマー電池用の外装体をエン
ボスタイプとする際に、エンボス時の金型と基材層との
摩擦抵抗を小さくする目的で、基材層を多層化、基材層
表面に、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系
樹脂等を設けることが好ましい。例えば、 3)フッ素系樹脂/ポリエチレンテレフタレート(フッ
素系樹脂は、フィルム状物、または液状コーティング後
乾燥で形成) 4)シリコーン系樹脂/ポリエチレンテレフタレート
(シリコーン系樹脂は、フィルム状物、または液状コー
ティング後乾燥で形成) 5)フッ素系樹脂/ポリエチレンテレフタレート/ナイ
ロン(フッ素系樹脂は、フィルム状物、または液状コー
ティング後乾燥で形成) 6)シリコーン系樹脂/ポリエチレンテレフタレート/
ナイロン 7)アクリル系樹脂/ナイロン(アクリル系樹脂は、フ
ィルム状物、または液状コーティング後乾燥で形成)
【0012】前記基材層は、ドライラミネート法、押出
ラミネート法等でバリア層と貼り合わされる。
【0013】前記バリア層は、外部からポリマー電池の
内部に特に水蒸気が浸入することを防止するための層
で、バリア層単体のピンホール、及び加工適性(パウチ
化、エンボス成形性)を安定化し、かつ耐ピンホールを
もたせるために厚さ15μm以上のアルミニウム、ニッ
ケルなどの金属、又は、無機化合物、例えば、酸化珪
素、アルミナ等を蒸着したフィルムなども挙げられる
が、バリア層として好ましくは20〜80μmのアルミ
ニウムとする。ピンホールの発生をさらに改善し、ポリ
マー電池の外装体のタイプをエンボスタイプとする場
合、エンボス部におけるクラックなどの発生のないもの
とするために、本発明者らは、バリア層として用いるア
ルミニウムの材質が、鉄含有量が0.3〜9.0重量
%、好ましくは0.7〜2.0重量%とすることによっ
て、鉄を含有していないアルミニウムと比較して、アル
ミニウムの展延性がよく、積層体として折り曲げによる
ピンホールの発生がすくなくなり、かつ前記エンボスタ
イプの外装体をエンボスする時に側壁の形成も容易にで
きることを見出した。前記鉄含有量が、0.3重量%未
満の場合は、ピンホールの発生の防止、エンボス成形性
の改善等の効果が認められず、前記アルミニウムの鉄含
有量が9.0重量%を超える場合は、アルミニウムとし
ての柔軟性が阻害され、積層体として製袋性が悪くな
る。
【0014】また、冷間圧延で製造されるアルミニウム
は焼きなまし(いわゆる焼鈍処理)条件でその柔軟性・
腰の強さ・硬さが変化するが、本発明において用いるア
ルミニウムは焼きなましをしていない硬質処理品より、
多少または完全に焼きなまし処理をした軟質傾向にある
アルミニウムがよい。前記、アルミニウムの柔軟性・腰
の強さ・硬さの度合い、すなわち焼きなましの条件は、
加工適性(パウチ化、エンボス成形)に合わせ適宜選定
すればよい。たとえば、エンボス成形時のしわやピンホ
ールを防止するためには、成形の程度に応じた焼きなま
しされた軟質アルミニウムを用いることができる。
【0015】本発明のポリマー電池用包装材料において
は、アルミニウムの内容物側の化成処理面に、不飽和カ
ルボン酸グラフトランダムプロピレン等の酸変性PP
(以下、PPaと記載することがある)層を設ける。該
酸変性PP層を設けることによって、アルミニウムを腐
食することを防止し、また最内層であるCPPの接着を
安定化させる効果がある。
【0016】本発明のポリマー電池用包装材料における
最内層13は、最内層13同士がヒートシール性を有
し、耐熱性、防湿性およびプレス成形性などの必要物性
を有するキャストポリプロピレン(以下、CPPと記載
する)を用いることが望ましい。
【0017】本発明のポリマー電池用包装材料におい
て、最内層であるCPPは、PP樹脂を接着性樹脂とし
てサンドイッチラミネート法により貼り合わせる。
【0018】本発明のポリマー電池用包装材料の積層体
として、前記、基材層、バリア層、最内層(CPP)の
他に、バリア層と最内層との間に中間層を設けてもよ
い。中間層は、ポリマー電池用包装材料としての強度向
上、バリア性の改善安定化などのために積層されること
がある。
【0019】本発明の課題に対して、本発明者らは、鋭
意研究の結果、ポリマー電池用包装材料のバリア層であ
るアルミニウム表、裏面に化成処理を施すことによっ
て、前記包装材料として満足できる積層体とすることが
できた。前記化成処理とは、具体的にはリン酸塩、クロ
ム酸塩、フッ化物、トリアジンチオール化合物等の耐酸
性皮膜を形成することによってエンボス成形時のアルミ
ニウムと基材層との間のデラミネーション防止と、ポリ
マー電池の電解質と水分とによる反応で生成するフッ化
水素により、アルミニウム表面の溶解、腐食、特にアル
ミニウムの表面に存在する酸化アルミが溶解、腐食する
ことを防止し、かつ、アルミニウム表面の接着性(濡れ
性)を向上させ、エンボス成形時、ヒートシール時の基
材層とアルミニウムとのデラミネーション防止、電解質
と水分との反応により生成するフッ化水素によるアルミ
ニウム内面側でのデラミネーション防止効果が得られ
た。各種の物質を用いて、アルミニウム面に化成処理を
施し、その効果について研究した結果、前記耐酸性皮膜
形成物質のなかでも、フェノール樹脂、フッ化クロム
(■)化合物、リン酸の3成分から構成されたものを用
いるリン酸クロメート処理が良好であった。
【0020】次に、本発明のポリマー電池用包装材料の
製造方法について説明する。本発明のポリマー電池用包
装材料は、基材層、バリア層および最内層であるCPP
を順次積層して形成する。
【0021】本発明においては、ポリマー電池用包装材
料の積層体を製造するラミネート工程の前に、アルミニ
ウムの表面に、化成処理を施す。化成処理は、表面、裏
面にそれぞれ別に行う。化成処理は、前述の物質の水溶
液または分散液を、ロールコート等の方法により、アル
ミニウム表面に塗布し、アルミニウム表面温度が170
〜200℃に到達する条件にして皮膜形成をする。
【0022】次に、アルミニウムの片面の前記リン酸ク
ロメート処理面に、酸変性ポリプロピレン樹脂のエマル
ジョンをロールコート等の方法を用いて塗布乾燥し、到
達温度170〜200℃の条件に加熱して皮膜(以下、
PPa)を形成する。その塗布量は、2〜5g/m2(乾
燥重量)程度である。次に、前記アルミニウムの他のリ
ン酸クロメート処理面と基材とをドライラミネート法を
用いてラミネートする。次に、最内層となるキャストポ
リプロピレンフィルムと前記PPa面とをポリプロピレ
ン樹脂を押出し樹脂としてサンドイッチラミネートをし
てポリマー電池用包装材料の積層体とする。さらに、P
Paと押出し樹脂層との接着強度を上げるために、アル
ミニウム表面温度が130℃以上となるように加熱して
もよい。この時、加熱方法としては、熱ロール接触式、
熱風式、近または遠赤外線の輻射熱による方式等を用い
ることができる。
【0023】前記基材とアルミニウムのリン酸クロメー
ト処理面とのドライラミネートに用いる接着剤として
は、ポリエステル系、ポリエチレンイミン系、ポリエー
テル系、ポリエーテルウレタン系、ポリエステルウレタ
ン系、エポキシ系などの接着剤が利用できるが、中で
も、ポリエーテルウレタン系、ポリエステルウレタン系
等が好適に用いられる。
【0024】ポリマー電池用包装材料の積層体を成形し
てエンボスタイプの外装体とする場合は、図3に示すよ
うに、オス型21、メス22型によるプレス成形により
行うことができる。エンボスタイプは、片面エンボスタ
イプと両面エンボスタイプとがあり、片面エンボスタイ
プの方がより深く成形する必要がある。
【0025】本発明のポリマー電池用包装材料における
積層体の最内層には、CPPが好適に用いられる。最内
層にCPPを用いるのは、CPP同士でのヒートシール
性がよいこと、防湿性、耐熱性等のポリマー電池用包装
材料の最内層としての要求される保護物性を有し、ま
た、ラミネート加工性の良さ、エンボス成形性の良さ等
により、望ましい材質である。ただし、CPPは金属に
対するヒートシールがないため、ポリマー電池のタブを
ヒートシールする際には、図4(a)、図4(b)及び
図4(c)に示すように、タブ4と積層体10の最内層
との間に、金属とCPPとの双方に対してヒートシール
性を有する接着フィルム6を介在させることにより、タ
ブ部での密封性も確実となる。前記接着フィルム6は、
図4(d)、図4(e)及び図4(f)に示すように、
タブ4の所定の位置に巻き付けても良い。
【0026】
【実施例】本発明のポリマー電池用包装材料について、
実施例によりさらに具体的に説明する。実施例および比
較例共に基材層はナイロン25μm、バリア層はアルミ
ニウム40μm、ヒートシール層はキャストポリプロピ
レン30μmとした。化成処理は、いずれも、処理液と
してフェノール樹脂、フッ化クロム(■)化合物、リン
酸からなる水溶液をロールコート法により塗布し、皮膜
温度が180℃以上となる条件において焼付けた。クロ
ムの塗布量は10mg/m2(乾燥重量)程度である。酸
変性PPは、ロールコート法により塗布し、アルミニウ
ム温度が180℃以上となる条件において焼付けた。酸
変性PPの塗布量は、3g/m2(乾燥重量)とした。ま
た、エンボスは片面エンボスとし、成形部の凹部(キャ
ビティ)の形状は、30mm×50mm、深さ3.5m
mとして成形して成形性の評価をした。 [実施例1]アルミニウムの両面に化成処理を施し、化
成処理した一方の面に、基材をドライラミネート法によ
り貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他の
面に酸変性PPを、ロールコート法により塗布、焼付け
し、酸変性PPの焼付け面にPP樹脂を20μmの厚さ
で押出樹脂として、キャストポリプロピレンフィルムを
サンドイッチラミネート法により積層して検体実施例1
を得た。 [比較例1]アルミニウムの片面に、ドライラミネート
法により基材を貼り合わせ、アルミニウムの他の面に酸
変性PPを、ロールコート法により塗布、焼付けし、酸
変性PPの焼付け面にPP樹脂を接着性樹脂として、キ
ャストポリプロピレンをサンドイッチラミネート法によ
り積層して検体比較例1を得た。 <エンボス成形、包装>得られた各検体をプレス成形
し、ポリマー電池本体を包装して、下記の評価を行っ
た。 <評価方法> 1)成形時のデラミネーション 成形直後にアルミニウムと基材層とのデラミネーション
の有無を確認した。 2)耐内容物性 保存条件として、各検体を、60℃、90%RHの恒温
槽に、7日間保存した後に、アルミニウムとキャストポ
リプロピレンとのデラミネーションの有無を確認した。 3)ヒートシール時のデラミネーション ヒートシール直後に基材層とアルミニウムとのデラミネ
ーションの有無を確認した。 <結果>実施例1の積層体においては、成形時、ヒート
シール時ともに問題なく、アルミニウムと基材層とのデ
ラミネーションは見られなかった。また、耐内容物性の
デラミネーションも無かった。しかし、比較例において
は、成形時、ヒートシール時それぞれの段階で100検
体の内、45検体において、デラミネーションが見られ
た。耐内容物性においては、100検体中、すべてにデ
ラミネーションが観察された。
【0027】
【発明の効果】本発明のポリマー電池用包装材料におけ
るアルミニウムの両面に施した化成処理によって、エン
ボス成形時、及びヒートシール時の基材層とアルミニウ
ムとの間でのデラミネーションの発生を防止することが
でき、また、ポリマー電池の電解質と水分との反応によ
り発生するフッ化水素によるアルミニウム面の腐食を防
止できることにより、アルミニウムとの内容物側の層と
のデラミネーションをも防止できる顕著な効果を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリマー電池用包装材料の実施例を示
す層構成の断面図である。
【図2】外装体がエンボスタイプのポリマー電池の包装
タイプを説明する、(a)片面エンボスタイプの斜視
図、(b)、(c)両面エンボスタイプの斜視図、
(d)片面エンボスタイプの構造説明図、(e)X1
1部断面図である。
【図3】エンボスタイプにおける成形を説明する、
(a)斜視図、(b)エンボス成形された外装体本体、
(c)X2−X2部断面図、(d)Y1部拡大図である。
【図4】ポリマー電池用包装材料とタブとの接着におけ
る接着性フィルムの装着方法を説明する斜視図である。
【符号の説明】
1 ポリマー電池 2 ポリマー電池本体 3 セル(蓄電部) 4 タブ(電極) 5 外装体 6 接着フィルム(タブ部) 7 凹部 8 側壁部 9 シール部 10 積層体(ポリマー電池用包装材料) 11 基材層 12 アルミニウム(バリア層) 13 酸変性PP皮膜層 14 押出樹脂層 15 最内層 16 化成処理層 17 接着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 一樹 東京都新宿区市ヶ谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 山下 力也 東京都新宿区市ヶ谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 宮間 洋 東京都新宿区市ヶ谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 Fターム(参考) 4F100 AA04 AA22 AB10B AK01D AK07C AK07D AK07E AL07C AT00A AT00E BA05 BA10A BA10E CB00 DD01 EH17D EH31E EJ68 EJ69 GB15 GB41 JD04 JL01 5H011 AA02 AA09 AA10 AA17 CC02 CC06 CC10 DD09 DD13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンボスタイプの外装体を形成する積層体
    であって、少なくとも基材層、接着層、化成処理層、ア
    ルミニウム、化成処理層、酸変性PP皮膜層、押出樹脂
    層、最内層から構成された積層体であることを特徴とす
    るポリマー電池用包装材料。
  2. 【請求項2】前記化成処理がリン酸クロメート処理であ
    ることを特徴とする請求項1に記載のポリマー電池用包
    装材料。
  3. 【請求項3】前記押出樹脂層がポリプロピレン樹脂であ
    り、最内層がキャストポリプロピレンフィルムであるこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2に記載のポリマ
    ー電池用包装材料。
  4. 【請求項4】前記接着層がドライラミネート法により形
    成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれ
    かに記載のポリマー電池用包装材料。
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