JP2019212433A - 電池用包装材料、その製造方法、電池用包装材料の巻取体、電池 - Google Patents
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Abstract
Description
項1. 少なくとも、基材層と、金属箔層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体から構成された電池用包装材料であって、
1つの電池に使用される前記電池用包装材料の面積当たり、前記金属箔層は、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有しており、
前記積層体は、前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含む、電池用包装材料。
項2. 前記ガスバリア層が、樹脂フィルム層をさらに含む、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記薄膜層が、アルミニウムまたはシリカにより構成されている、項1または2に記載の電池用包装材料。
項4. 少なくとも、基材層と、金属箔層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体から構成された電池用包装材料の巻取体であって、
前記巻取体の前記金属箔層は、面積2500mm2の区画を設定した場合に、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールが存在する区画が少なくとも1つ存在しており、
前記積層体は、前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含む、電池用包装材料の巻取体。
項5. 少なくとも正極、負極、及び電解質が、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料により形成された包装体中に収容されている、電池。
項6. 少なくとも、基材層と、金属箔層と、熱融着性樹脂層とがこの順となるように積層する工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記金属箔層として、1つの電池に使用される前記電池用包装材料の面積当たり、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有するものを用い、
前記積層体の前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに積層する工程を備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含む、電池用包装材料の製造方法。
項7. 電池用包装材料の金属箔層に用いるためのアルミニウム合金箔であって、
前記電池用包装材料は、少なくとも、基材層と、前記金属箔層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体から構成されており、
前記積層体は、前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含み、
前記アルミニウム合金箔は、1つの電池に使用される前記電池用包装材料の面積当たり、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有している、電池用包装材料用アルミニウム合金箔。
本発明の電池用包装材料10は、例えば図1に示すように、少なくとも、基材層1、金属箔層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順に備える積層体から構成されている。本発明の電池用包装材料10において、基材層1が最外層側になり、熱融着性樹脂層4は最内層になる。即ち、電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置する熱融着性樹脂層4同士が熱融着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
電池用包装材料の1m2(片面の面積)当たりの水蒸気透過率(g/m2/24h)を以下の方法で測定する。ISO15106−5 2008年の規定に準拠した方法を採用し、温度40℃、相対湿度90%、測定期間24時間、測定面積8cmφの測定条件において、アルミニウム合金箔の測定面積内にピンホールが存在するようにサンプルを設置し、差圧法による水蒸気透過率測定装置を用いて測定する。1m2当たりの水蒸気透過率は、ISOの水蒸気透過率測定方法によりm2換算された数値である。
後述の実施例の方法で測定される電池用包装材料の1m2当たりの水蒸気透過率の値を用いて、ピンホール箇所の1日(24時間)の合計水蒸気透過量を算出する。ピンホール箇所の合計水蒸気透過量は、ピンホールが存在する箇所の合計水蒸気透過量(ただし、ピンホール箇所以外はゼロとする)である。より具体的には、実施例に記載の方法を採用する。
[ガスバリア層6]
ガスバリア層6は、所定の大きさのピンホールを金属箔層に備える本発明の電池用包装材料10において、電池内への水分透過を抑制するために、設けられる層である。本発明の電池用包装材料10において、ガスバリア層6が積層されている位置は、熱融着性樹脂層4の表面側(すなわち、積層体の基材層1とは反対側の表面)でなければ、特に制限されず、ガスバリア層6が設けられる位置の具体例は、前述のとおりである。
ガスバリア層の1m2(片面の面積)当たりの水蒸気透過率(g/m2/24h)は、ISO15106−5 2008年の規定に準拠した方法を採用し、温度40℃、相対湿度90%、測定期間24時間、測定面積8cmφの測定条件において、差圧法による水蒸気透過率測定装置(株式会社テクノ・アイ製の商品名DELTAPERM)を用いて測定する。1m2当たりの水蒸気透過率は、ISOの水蒸気透過率測定方法によりm2換算された数値である。
本発明の電池用包装材料10において、基材層1は最外層側に位置する層である。基材層1を形成する素材については、絶縁性を備えるものであることを限度として特に制限されるものではない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、珪素樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート及びこれらの混合物や共重合物などの樹脂フィルムが挙げられる。これらの中でも、好ましくはポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂が挙げられ、より好ましくは2軸延伸ポリエステル樹脂、2軸延伸ポリアミド樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、具体的には、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などが挙げられる。また、ポリアミド樹脂としては、具体的には、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6とナイロン66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(MXD6)などが挙げられる。
本発明の電池用包装材料10において、接着剤層2は、基材層1と金属箔層3、基材層1とガスバリア層6、ガスバリア層6と金属箔層3、又はガスバリア層6と熱融着性樹脂層4を強固に接着させるために、必要に応じて、これらの間に設けられる層である。
電池用包装材料10において、金属箔層3は、電池用包装材料10の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光などが侵入することを防止する機能を有する層である。金属箔層3を構成する金属としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン鋼などが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。電池用包装材料10の製造時に、金属箔層3にしわやピンホールが発生することを抑制する観点からは、金属箔層3は、アルミニウム合金箔又はステンレス鋼箔により形成することがさらに好ましい。
本発明の電池用包装材料10において、熱融着性樹脂層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層4同士が熱融着して電池素子を密封する層である。
本発明の電池用包装材料10において、接着層5は、金属箔層3と熱融着性樹脂層4を強固に接着させるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
本発明の電池用包装材料10においては、意匠性、耐電解液性、耐擦過性、成形性の向上などを目的として、必要に応じて、基材層1の上(基材層1の金属箔層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層を設けてもよい。表面被覆層は、電池を組み立てた時に、最外層に位置する層である。
本発明の電池用包装材料10の製造方法については、所定の組成の各層を積層させた積層体が得られる限り、特に制限されない。すなわち、本発明の電池用包装材料10の製造方法においては、少なくとも、基材層1と、金属箔層3と、熱融着性樹脂層4とがこの順となるように積層する工程を備えており、金属箔層3として、合計面積が80μm2以上、2×105μm2以下のピンホールを有するものを用い、熱融着性樹脂層4の基材層1側に、少なくとも1層のガスバリア層6をさらに積層する工程を備えており、ガスバリア層6は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層61を含む。
本発明の巻取体は、上記の電池用包装材料10がロール状に巻き取られることにより構成されている。
本発明の電池用包装材料10は、正極、負極、電解質などの電池素子を密封して収容するための包装体に使用される。すなわち、本発明の電池用包装材料10によって形成された包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容して、電池とすることができる。
本発明のアルミニウム合金箔は、電池用包装材料10の金属箔層3に用いるためのアルミニウム合金箔である。電池用包装材料10は、少なくとも、基材層1と、金属箔層3と、熱融着性樹脂層4とをこの順に備える積層体から構成されている。当該積層体は、前記熱融着性樹脂層4よりも前記基材層1側に、少なくとも1層のガスバリア層6をさらに備えている。また、ガスバリア層6は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層61を含んでいる。本発明のアルミニウム合金箔は、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有している。
<電池用包装材料の製造>
基材層とガスバリア層(薄膜層)との積層体として、PETフィルムにアルミニウムの蒸着層(蒸着Al、厚さ0.05μm以下)が形成されたガスバリアフィルム(サイチ工業株式会社製の「VM−PET MWR2」 厚さ12μm、水蒸気透過率0.7g/m2・24h)を用意した。次に、蒸着Alの上に、アルミニウム合金箔(Al箔、それぞれ、表1に記載の厚さ)により構成された金属箔層をドライラミネート法により積層させた。具体的には、耐酸性皮膜が両面に形成されたアルミニウム合金箔の一方面に、2液型ウレタン接着剤(AD、ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、アルミニウム合金箔上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、アルミニウム合金箔表面の接着剤層と、基材層の蒸着Al側とを、ドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/ガスバリア層(蒸着Al)/接着剤層/アルミニウム合金箔層の積層体を作製した。
実施例1−4及び比較例1で用いたガスバリアフィルム(サイチ工業株式会社製の「VM−PET MWR2」 厚さ12μm、水蒸気透過率0.7g/m2・24h)のPETフィルム側の表面に、2液型ウレタン接着剤(AD、ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、PETフィルム(厚さ12μm)を積層した。次に、蒸着Alの上に、アルミニウム合金箔(Al箔、35μm)により構成された金属箔層をドライラミネート法により積層させた。具体的には、耐酸性皮膜が両面に形成されたアルミニウム合金箔の一方面に、2液型ウレタン接着剤(AD、ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、アルミニウム合金箔上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、アルミニウム合金箔表面の接着剤層と、基材層の蒸着Al側とを、ドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層(2枚のPETフィルムの積層体)/ガスバリア層(蒸着Al)/接着剤層/アルミニウム合金箔層の積層体を作製した。
<電池用包装材料の製造>
実施例1−4及び比較例1で基材層として用いた、厚さ12μmの両面コロナ処理された2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)の片面側に、アルミニウム合金箔(Al箔、それぞれ、表1に記載の厚さ)により構成された金属箔層をドライラミネート法により積層させた。具体的には、耐酸性皮膜が両面に形成されたアルミニウム合金箔の一方面に、2液型ウレタン接着剤(AD、ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、アルミニウム合金箔上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、アルミニウム合金箔表面の接着剤層と、基材層とを、ドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/アルミニウム合金箔層の積層体を作製した。
上記で得られた各電池用包装材料の1m2(片面の面積)当たりの水蒸気透過率(g/m2/24h)を以下の方法で測定した。ISO15106−5 2008年の規定に準拠した方法を採用し、温度40℃、相対湿度90%、測定期間24時間、測定面積8cmφの測定条件において、アルミニウム合金箔の測定面積内にピンホールが存在するようにサンプルを設置し、差圧法による水蒸気透過率測定装置(株式会社テクノ・アイ製の商品名DELTAPERM)を用いて測定した。1m2当たりの水蒸気透過率は、ISOの水蒸気透過率測定方法によりm2換算された数値である。結果を表1に示す。
上記で得られた各電池用包装材料の1m2当たりの水蒸気透過率の値を測定面積(8cmφ)で換算することにより、ピンホール箇所の1日(24時間)の合計水蒸気透過量を算出した。前述の通り、各電池用包装材料のアルミニウム合金箔には、表1に記載のピンホールサイズ(μmΦ)を想定して、ピンホールの1辺の長さ(μm)が表1に示す値の四角形状のピンホールを設けてある。ピンホール箇所の合計水蒸気透過量は、ピンホールが存在する箇所の合計水蒸気透過量(ただし、ピンホール箇所以外はゼロとする)である。結果を表1に示す。なお、実施例1−5、比較例1−3、及び参考例1−5では、ピンホールの数を1つとして実験を行っているが、複数のピンホールの合計面積が表1に記載の各値になる場合についても、同様の水蒸気透過率となるため、ここでは、ピンホール箇所の合計水蒸気透過量と表現している。
<電池用包装材料の製造>
基材層とガスバリア層(薄膜層)との積層体として、PETフィルムに蒸着シリカ層が形成されたガスバリアフィルム(大日本印刷株式会社製のIB−PET−PXB 厚さ12μm、水蒸気透過率0.05g/m2・24h)を用意した。次に、蒸着シリカ層の上に、アルミニウム合金箔(Al箔、厚さ35μm)により構成された金属箔層をドライラミネート法により積層させた。具体的には、耐酸性皮膜が両面に形成されたアルミニウム合金箔の一方面に、2液型ウレタン接着剤(AD、ポリオール化合物と芳香族イソシアネート系化合物)を塗布し、アルミニウム合金箔上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、アルミニウム合金箔表面の接着剤層と、基材層の蒸着シリカ層側とを、ドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/ガスバリア層(蒸着シリカ)/接着剤層/アルミニウム合金箔層の積層体を作製した。
2…接着剤層
3…金属箔層
4…熱融着性樹脂層
5…接着層
6…ガスバリア層
61…薄膜層
62…樹脂フィルム層
10…電池用包装材料
Claims (7)
- 少なくとも、基材層と、金属箔層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体から構成された電池用包装材料であって、
1つの電池に使用される前記電池用包装材料の面積当たり、前記金属箔層は、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有しており、
前記積層体は、前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含む、電池用包装材料。 - 前記ガスバリア層が、樹脂フィルム層をさらに含む、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記薄膜層が、アルミニウムまたはシリカにより構成されている、請求項1または2に記載の電池用包装材料。
- 少なくとも、基材層と、金属箔層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体から構成された電池用包装材料の巻取体であって、
前記巻取体の前記金属箔層は、面積2500mm2の区画を設定した場合に、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールが存在する区画が少なくとも1つ存在しており、
前記積層体は、前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含む、電池用包装材料の巻取体。 - 少なくとも正極、負極、及び電解質が、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料により形成された包装体中に収容されている、電池。
- 少なくとも、基材層と、金属箔層と、熱融着性樹脂層とがこの順となるように積層する工程を備える電池用包装材料の製造方法であって、
前記金属箔層として、1つの電池に使用される前記電池用包装材料の面積当たり、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有するものを用い、
前記積層体の前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに積層する工程を備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含む、電池用包装材料の製造方法。 - 電池用包装材料の金属箔層に用いるためのアルミニウム合金箔であって、
前記電池用包装材料は、少なくとも、基材層と、前記金属箔層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体から構成されており、
前記積層体は、前記熱融着性樹脂層よりも前記基材層側に、少なくとも1層のガスバリア層をさらに備えており、
前記ガスバリア層は、無機材料、有機材料、及び有機と無機の複合材料からなる群より選択される少なくとも1種により構成された5μm以下の薄膜層を含み、
前記アルミニウム合金箔は、1つの電池に使用される前記電池用包装材料の面積当たり、合計面積が1.0×106μm2以下のピンホールを有している、電池用包装材料用アルミニウム合金箔。
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