JP5294428B2 - Method for producing polymer battery packaging material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリマー電池用包装材料、詳しくは、複合アルミニウム箔からなるポリマー電池用包装材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a polymer battery packaging material, and more particularly to a method for producing a polymer battery packaging material comprising a composite aluminum foil.
ポリマー電池は、携帯電話、ノート型パソコンなどの電子機器に使用されているリチウムイオン二次電池のうち、導電性ポリマーなどの固体、半固体電解質を用いた電池はポリマー電池と呼ばれており、電解液としてＰＣ（プロピレンカーボネート）、ＤＥＣ（ジエチレンカーボネート）、ＥＣ（エチレンカーボネート）などの非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池に比べて、薄肉化、軽量化の達成が可能で、電解液の液漏れなどの危険性も少なく安全性の面でも優れているという特徴を有し、今後の発展が期待されている。 Polymer batteries are lithium ion secondary batteries used in electronic devices such as mobile phones and laptop computers. Solid batteries such as conductive polymers and batteries using semi-solid electrolytes are called polymer batteries. Compared to lithium ion secondary batteries that use non-aqueous electrolytes such as PC (propylene carbonate), DEC (diethylene carbonate), and EC (ethylene carbonate) as the electrolyte, it is possible to achieve thinner and lighter It has the feature that it has less danger such as liquid leakage and is excellent in safety, and future development is expected.
ポリマー電池のケースとしては、従来、複合アルミニウム箔から形成した包装材料をヒートシールしてなるものが使用されているが、電解質に上記のＰＣ、ＤＥＣ、ＥＣやγ−ＢＬ（ガンマブチロラクトン）などの溶剤を含有するものが用いられるため、これらの溶剤により包装材料のヒートシール強度やラミネート強度が低下したり、包装材が電解質に溶解して電解質を汚染したり性能を低下させない耐電解液特性が要求されている。また、電極端子（Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕの極板）との接着性および密着性が優れており、液漏れなどが生じないことも重要である。 Conventionally, polymer battery cases are made by heat-sealing a packaging material formed from a composite aluminum foil, but the electrolytes such as PC, DEC, EC, and γ-BL (gamma-butyrolactone) are used. Since solvents containing solvents are used, these solvents have anti-electrolytic solution properties that do not lower the heat seal strength or laminate strength of the packaging material, and the packaging material dissolves in the electrolyte to contaminate the electrolyte or reduce the performance. It is requested. It is also important that the adhesiveness and adhesion with the electrode terminals (Ni, Al, Cu electrode plates) are excellent, and that no liquid leakage occurs.
上記の要求に答えるポリマー電池用包材として、アルミニウム箔／マレイン化ＰＰ（構成Ａ）、またはアルミニウム箔／ヒートラミネーションポリプロピレン／マレイン化ＰＰ（構成Ｂ）からなる構成を有する複合アルミニウム箔が提案されている。（特開平１１−６７１６６号公報）しかしながら、このポリマー電池用包材においては、マレイン化ＰＰのコートがグラビアコート（塗工）などにより行われるために、厚い場合でも実質的には３〜５ｇ／ｍ2 程度（５μｍ厚さ程度まで）のコート量しか得られず、構成Ａのものでは、電極端子との間に隙間が生じるおそれがあり、マレイン化ＰＰのコート量が少ない場合には、使用中に電極とアルミニウム箔との間にスパークが生じることも経験されている。ロールコートなどでマレイン化ＰＰを厚塗りすると塗布が不均一になり易い。 As a polymer battery packaging material that meets the above requirements, a composite aluminum foil having a configuration of aluminum foil / maleated PP (configuration A) or aluminum foil / heat lamination polypropylene / maleated PP (configuration B) has been proposed. Yes. However, in this polymer battery packaging material, since the maleated PP is coated by gravure coating (coating) or the like, even if it is thick, it is substantially 3 to 5 g / Only a coating amount of about m 2 (up to about 5 μm thickness) can be obtained. With the configuration A, there is a possibility that a gap may be formed between the electrode terminals, and when the coating amount of maleated PP is small, it is used. It has also been experienced that sparks occur between the electrode and the aluminum foil. If the maleated PP is thickly applied by roll coating or the like, the coating tends to be uneven.
構成Ｂのものでは、このような難点はないが、アルミニウム箔にポリプロピレンをヒートラミネートする場合のライン速度が遅く、生産効率が劣りコスト高となるという問題点がある。また、マレイン化ＰＰは最外層に設けられ、電解液に対する耐液性を与える役割の他、電極端子を含めて包材をヒートシールする役割をも果たすものであるから、耐液性とヒートシール性双方の安定化の確保のために、ある程度の量、例えば４ｇ／ｍ2 以上の塗布が必要となる。 In the configuration B, there is no such difficulty, but there is a problem that the line speed when heat-laminating polypropylene on the aluminum foil is slow, the production efficiency is inferior, and the cost is high. In addition, the maleated PP is provided in the outermost layer and plays the role of heat sealing the packaging material including the electrode terminals in addition to the role of providing liquid resistance to the electrolytic solution. In order to ensure stabilization of both properties, it is necessary to apply a certain amount, for example, 4 g / m 2 or more.
本発明は、複合アルミニウム箔からなるポリマー電極用包装材料における上記従来の問題点を解消するために、上記の特開平１１−６７１６６号公報に記載される複合アルミニウム箔をベースとし、コスト面を考慮して、ポリマー電池用包装材に要求される特性および生産性と複合アルミニウム箔の層構成との関係を再検討した結果としてなされたものであり、その目的は、耐電解液特性、耐溶剤性をそなえ、ヒートシール性、電極端子との接着性、密着性に優れ、且つコスト低減を可能とするポリマー電池用包装材料の製造方法を提供することにある。 The present invention is based on the composite aluminum foil described in JP-A No. 11-67166 described above in order to eliminate the above-mentioned conventional problems in the polymer electrode packaging material made of composite aluminum foil, and takes the cost aspect into consideration. It was made as a result of reexamining the relationship between the characteristics and productivity required for polymer battery packaging materials and the layer structure of composite aluminum foil. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a packaging material for a polymer battery that is excellent in heat sealability, adhesion to electrode terminals, and adhesion, and that enables cost reduction.
上記の目的を達成するための請求項１によるポリマー電池用包装材料の製造方法は、アルミニウム箔に、マレイン化ＰＰ粒子を分散させたコーティング剤を用いて、マレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布してマレイン化ＰＰ層をアルミニウム箔面に形成し、乾燥した後、マレイン化ＰＰ層を積層したアルミニウム箔を巻出しながら、マレイン化ＰＰ層上に溶融、混練されたポリプロピレンをダイより溶融樹脂の膜として押し出し、冷却ロールを通して巻き取る押出ラミネート法により押出コートＰＰ層を形成することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a packaging material for a polymer battery, wherein a maleated PP is applied by gravure coating using a coating agent in which maleated PP particles are dispersed in an aluminum foil. After forming the maleated PP layer on the surface of the aluminum foil and drying it, the polypropylene melted and kneaded on the maleated PP layer is unwound as a molten resin film from the die while unwinding the aluminum foil laminated with the maleated PP layer. The extrusion-coated PP layer is formed by an extrusion laminating method that is extruded and wound through a cooling roll.
請求項２によるポリマー電池用包装材料の製造方法は、請求項１において、前記乾燥を１８０〜２５０℃の温度で５〜１０秒行うことを特徴とし、請求項３によるポリマー電池用包装材料の製造方法は、請求項１または２において、前記押出ラミネート法におけるライン速度を１２０〜２００ｍ／分とすることを特徴とする。 The method for producing a polymer battery packaging material according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the drying is performed at a temperature of 180 to 250 ° C for 5 to 10 seconds, and the polymer battery packaging material according to claim 3 is produced. The method according to claim 1 or 2, wherein a line speed in the extrusion laminating method is 120 to 200 m / min.
請求項４によるポリマー電池用包装材料の製造方法は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記マレイン化ＰＰ層と押出コートＰＰ層を形成した複合アルミニウム箔のアルミニウム箔の外面に、ウレタン系の接着剤を介してＰＥＴフィルム層をドライラミネートすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polymer battery packaging material according to any one of the first to third aspects, wherein the maleated PP layer and the extrusion coated PP layer are formed on the outer surface of the aluminum foil of the composite aluminum foil. It is characterized by dry laminating a PET film layer through an adhesive.
請求項５によるポリマー電池用包装材料の製造方法は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記マレイン化ＰＰ層と押出コートＰＰ層を形成した複合アルミニウム箔の押出コートＰＰ層の外面に、マレイン化ＰＰ層を請求項1記載の方法により形成することを特徴とする。 A method for producing a polymer battery packaging material according to claim 5 is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein the maleated PP layer and the extruded coated PP layer are formed on the outer surface of the extruded coated PP layer of the composite aluminum foil. The PP layer is formed by the method according to claim 1.
本発明によれば、耐電解液特性、耐溶剤性をそなえ、ヒートシール性、電極端子との接着性、密着性に優れるとともに、生産効率が高く、大幅なコスト低減を達成したポリマー電池用包装材料の製造方法が提供される。 According to the present invention, a polymer battery packaging having an electrolytic solution property and a solvent resistance, excellent heat sealability, adhesion to electrode terminals, and adhesion, high production efficiency, and significant cost reduction. A method of manufacturing the material is provided.
本発明で製造されるポリマー電池用包装材料においては、図１に示すように、アルミニウム箔３、マレイン化ＰＰ層４、押出コートポリプロピレン（以下、押出コートＰＰ）層５の順に積層された複合アルミニウム箔２により包装材料１を構成する。
In the polymer battery packaging material produced in the present invention, as shown in FIG. 1, composite aluminum in which an aluminum foil 3, a
アルミニウム箔３としては、厚さが６〜３００μｍの純アルミニウム系のアルミニウム箔（ＪＩＳ Ｈ４１６０ １Ｎ３０など）、Ａｌ−Ｆｅ合金箔などの調質Ｏ〜Ｈ１８のものが使用される。 As the aluminum foil 3, tempered O to H18 such as a pure aluminum-based aluminum foil (JIS H4160 1N30 or the like) having a thickness of 6 to 300 μm, an Al—Fe alloy foil, or the like is used.
マレイン化ＰＰ層４は、耐電解液特性、耐溶剤性の役割を果たすものであり、マレイン化ＰＰのアルミニウム箔３面へのコーティングは、とくに限定されないが、量産性の観点からはグラビアコートによるのが好ましい。塗布量は０．１〜８ｇ／ｍ2 、好ましくは０．５〜３ｇ／ｍ2 であるが、複合アルミニウム箔２に耐電解液特性、耐溶剤性の機能を持たせることを目的とする場合には、０．５〜２ｇ／ｍ2 のような少量塗布でも十分に目的を達成することができる。
The
押出コートＰＰ層５は、耐熱ヒートシール性、電極端子との接着性に優れ、ポリマー電池用包装材料１に、固体電解質、電極を包み、電極端子を含めて包装材料をヒートシールためのヒートシール層としての役割を果たす。押出ＰＰコート層５は、電極端子と接し、とくに高温環境下では軟らかくなって電極端子の回りに密着して密封性を保持する。押出コートＰＰ層５は、１５〜１００μｍ、好ましくは３０〜６０μｍ、さらに好ましくは４５〜６０μｍ厚さで形成され、この範囲で良好な接着強度が得られる。押出コートＰＰ層５の厚さが１５μｍ未満では、電極端子との間に隙間が生じ密封性が失われることがある。 Extrusion coated PP layer 5 is excellent in heat-resistant heat sealability and adhesion to electrode terminals, and is a heat seal for wrapping a solid electrolyte and electrodes in a polymer battery packaging material 1 and heat-sealing the packaging material including the electrode terminals. Act as a layer. The extruded PP coating layer 5 is in contact with the electrode terminal and becomes soft especially under a high temperature environment so as to be in close contact with the electrode terminal and maintain a sealing property. The extrusion-coated PP layer 5 is formed with a thickness of 15 to 100 μm, preferably 30 to 60 μm, more preferably 45 to 60 μm, and good adhesive strength can be obtained in this range. If the thickness of the extruded coat PP layer 5 is less than 15 μm, a gap may be formed between the electrode terminals and the sealing performance may be lost.
ポリマー電池用包装材料においては、アルミニウム箔３の表面に、図１に示すように、さらに延伸ナイロンフィルムや延伸ポリエチレンテレフタレート（ポリエステル、以下ＰＥＴ）フィルムなどの耐熱性二軸延伸フィルム層６（厚さ６〜１００μｍ）を、ウレタン系接着剤などのドライ接着剤７でドライラミネートし、耐突き破り性を向上させることも行われる。 In the polymer battery packaging material, a heat-resistant biaxially stretched film layer 6 (thickness) such as a stretched nylon film or a stretched polyethylene terephthalate (polyester, hereinafter referred to as PET) film is further formed on the surface of the aluminum foil 3 as shown in FIG. 6-100 μm) is dry-laminated with a dry adhesive 7 such as a urethane-based adhesive to improve the puncture resistance.
図２に示すように、押出コートＰＰ層５の外面に、さらにマレイン化ＰＰ層８を設けることにより、電極端子との接着性をさらに改善することができる。図２に示すポリマー電池用包装材料の構成においては、マレイン化ＰＰ層４により耐電解液性を持たせ、マレイン化ＰＰ層８により電極端子との接着性を高める。従って、各マレイン化ＰＰ層４、８を形成するためのマレイン化ＰＰの塗布量は、０．５〜２ｇ／ｍ2 のように少なくても足りる。
As shown in FIG. 2, by providing a maleated PP layer 8 on the outer surface of the extrusion-coated PP layer 5, the adhesion with the electrode terminal can be further improved. In the configuration of the polymer battery packaging material shown in FIG. 2, the
本発明のポリマー電池用包装材料の製造について説明すると、まず、アルミニウム箔を、必要に応じて脱脂、洗浄、下地処理した後、マレイン化ＰＰ粒子を分散させたコーティング剤を調製して、アルミニウム箔面にマレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布し、１８０〜２５０℃程度の温度で５〜１０秒程度乾燥して、アルミニウム箔面上にマレイン化ＰＰ層を形成する。 The production of the packaging material for polymer battery of the present invention will be described. First, the aluminum foil is degreased, washed, and ground-treated as necessary, and then a coating agent in which maleated PP particles are dispersed is prepared. A maleated PP is applied to the surface by gravure coating and dried at a temperature of about 180 to 250 ° C. for about 5 to 10 seconds to form a maleated PP layer on the aluminum foil surface.
つぎに、マレイン化ＰＰ層４への押出コートＰＰ層５の形成は、マレイン化ＰＰ層４を積層したアルミニウム箔３を巻出しながら、マレイン化ＰＰ層上に溶融、混練されたポリプロピレンをダイより溶融樹脂の膜として押し出す、冷却ロールを通して巻き取る通常の押出ラミネート法により行う。押出ラミネート法によれば、１２０〜２００ｍ／分のライン速度が得られ、高い生産効率を達成することができる。
Next, the extrusion-coated PP layer 5 is formed on the
得られた複合アルミニウム箔２に、必要に応じて、アルミニウム箔３の外面に、ウレタン系の接着剤７を介してＰＥＴフィルム層６をドライラミネートし、さらに押出コートＰＰ層５の外面に、マレイン化ＰＰ層８を、上記の方法に従って形成する。 The obtained composite aluminum foil 2 is dry laminated with a PET film layer 6 on the outer surface of the aluminum foil 3 via a urethane-based adhesive 7 as necessary, and further on the outer surface of the extrusion coated PP layer 5 with a malein. The PP layer 8 is formed according to the method described above.
本発明において、ポリマー電池用包装材料は、アルミニウム箔、マレイン化ＰＰ層、押出コートＰＰ層の順で積層した複合アルミニウム箔からなり、マレイン化ＰＰ層は包装材料に耐電解液特性を与える役割のみを持ち、電極端子との接着性、ヒートシール性は押出ＰＰ層が受け持つよう構成したから、マレイン化ＰＰ層は、マレイン化ＰＰを０．５〜２ｇ／ｍ2 のように少量塗布することにより形成しても十分に目的を達成することができ厚塗りの必要がなく、グラビアコートによって均一且つ安定した塗布を行うことができるから、作業管理も容易であり、コスト低減も可能となる。また、押出ＰＰ層の形成はライン速度を大きくすることができ生産効率を高めることが可能であるから、製造コストの低減が達成できる。 In the present invention, the polymer battery packaging material is composed of a composite aluminum foil laminated in the order of an aluminum foil, a maleated PP layer, and an extrusion-coated PP layer, and the maleated PP layer has only a role of imparting an electrolytic solution characteristic to the packaging material. Since the extruded PP layer is responsible for adhesion to the electrode terminals and heat sealability, the maleated PP layer can be applied by applying a small amount of maleated PP to 0.5-2 g / m 2. Even if it is formed, the object can be sufficiently achieved, thick coating is not required, and uniform and stable coating can be performed by gravure coating. Therefore, work management is easy and cost reduction is possible. Further, the formation of the extruded PP layer can increase the line speed and increase the production efficiency, so that the manufacturing cost can be reduced.
本発明によるアルミニウム箔、マレイン化ＰＰ層および押出コートポリプロピレン層の順で積層された複合アルミニウム箔からなるポリマー電池用包装材料を使用する場合には、図３に示すように、Ａｌ、ＣｕまたはＮｉからなる電極板９の両面にマレイン化ＰＰ層１０を被覆した電極端子１１を適用し、前記３層の包装材料で電解質を挟むとともに、当該包装材料で電極端子をヒートシールするのが好ましく、この構成により、ヒートシール部における包装材料と電極端子の接着強度を高めることができる。
When using a polymer battery packaging material comprising a composite aluminum foil laminated in the order of an aluminum foil, a maleated PP layer and an extrusion-coated polypropylene layer according to the present invention, as shown in FIG. 3, Al, Cu or Ni It is preferable to apply an
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。なお、本実施例は、本発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本発明が制限されるものではない。 Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples. In addition, a present Example is for describing one preferable embodiment of this invention, Comprising: This invention is not restrict | limited by this.
実施例１
アルミニウム箔（ＪＩＳ Ｈ４１６０、１Ｎ３０、調質Ｏ材、厚さ４０μｍ）に、マレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布（塗布量１ｇ／ｍ2 ）して、マレイン化ＰＰ層（厚さ１μｍ）を形成し、マレイン化ＰＰ層上に押出ラミネーション法により押出コートＰＰ層（厚さ５０μｍ）を形成した。押出ラミネーションにおけるライン速度は１５０ｍ／分であった。さらに、アルミニウム箔の外面側に、厚さ１２μｍのＰＥＴをドライラミネートし、ＰＥＴ層／Ａｌ箔／マレイン化ＰＰ層／押出ＰＰ層（全体厚さ１０３μｍ）で構成される複合アルミニウム箔からなる包装材料を得た。なお、マレイン化ＰＰのコーティングにおける乾燥条件は２００℃で１０秒とした。
Example 1
Maleated PP is applied by gravure coating to aluminum foil (JIS H4160, 1N30, tempered O material, thickness 40 μm) (application amount 1 g / m 2 ) to form a maleated PP layer (thickness 1 μm). Then, an extrusion-coated PP layer (thickness: 50 μm) was formed on the maleated PP layer by an extrusion lamination method. The line speed in extrusion lamination was 150 m / min. Further, a packaging material comprising a composite aluminum foil composed of PET layer / Al foil / maleinated PP layer / extruded PP layer (total thickness 103 μm) obtained by dry laminating PET having a thickness of 12 μm on the outer surface side of the aluminum foil. Got. The drying conditions in the maleated PP coating were 200 ° C. and 10 seconds.
比較例１
アルミニウム箔（ＪＩＳ Ｈ４１６０、１Ｎ３０、調質Ｏ材、厚さ４０μｍ）に、ヒートロールを通じて行うヒートラミネーション法によりポリプロピレン層（厚さ４０μｍ）を形成した。ヒートラミネーションにおけるライン速度は３０ｍ／分であった。ついで、ポリプロピレン層の上に、マレイン化ＰＰをグラビアコートにより塗布（塗布量６ｇ／ｍ2 ）して、マレイン化ＰＰ層（厚さ６μｍ）を形成し、さらに、アルミニウム箔の外面側に、厚さ１５μｍのＰＥＴをドライラミネートし、ＰＥＴ層／Ａｌ箔／ヒートラミネーションＰＰ層／マレイン化ＰＰ層（全体厚さ１０１μｍ）で構成される複合アルミニウム箔からなる包装材料を得た。なお、マレイン化ＰＰのコーティングにおける乾燥条件は、実施例１と同一とした。
Comparative Example 1
A polypropylene layer (thickness 40 μm) was formed on an aluminum foil (JIS H4160, 1N30, tempered O material, thickness 40 μm) by a heat lamination method through a heat roll. The line speed in heat lamination was 30 m / min. Next, maleated PP was applied on the polypropylene layer by gravure coating (coating amount: 6 g / m 2 ) to form a maleated PP layer (thickness: 6 μm). Further, on the outer surface side of the aluminum foil, A 15 μm thick PET was dry laminated to obtain a packaging material comprising a composite aluminum foil composed of PET layer / Al foil / heat lamination PP layer / maleated PP layer (total thickness 101 μm). The drying conditions in the maleated PP coating were the same as in Example 1.
上記の実施例１および比較例１で得られた包装材料を、実際にポリマー電池用包装材料として使用したところ、耐溶剤性、ヒートシール性、電極端子との接着性、電極端子まわりの密封性については、いずれも同等の優れた性能を示したが、比較例１のものは、実施例１のものに比べてマレイン化ＰＰ層を厚塗り（塗布量６ｇ／ｍ2 、厚さ６μｍ）する必要があるためコストを上昇させ、またそのために、グラビアコートにおける作業管理が難しく、マレイン化ＰＰの塗布の不均一性に起因して耐電解液特性が若干劣る場合もあり、さらに、比較例１のものにおける製造速度は、押出ラミネーションによる実施例１のものに比べて大きな差があるため、比較例１のものは実施例１のものに比べコスト面で大幅に劣っている。 When the packaging materials obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were actually used as a packaging material for polymer batteries, solvent resistance, heat sealability, adhesion to electrode terminals, and sealing properties around electrode terminals In Comparative Example 1, the maleated PP layer was thickly applied (coating amount 6 g / m 2 , thickness 6 μm) as compared with Example 1. The cost is increased because it is necessary, and for that reason, the work management in the gravure coating is difficult, and the anti-electrolyte property may be slightly inferior due to the non-uniformity of application of the maleated PP. Since the production rate of the product of Example 1 is greatly different from that of Example 1 by extrusion lamination, the product of Comparative Example 1 is significantly inferior in cost compared to Example 1.
１ ポリマー電池用包装材料
２ 複合アルミニウム箔
３ アルミニウム箔
４ マレイン化ＰＰ層
５ 押出コートＰＰ層
６ 耐熱性二軸延伸フィルム層
７ ドライ接着剤
８ マレイン化ＰＰ層
９ 電極板
10 マレイン化ＰＰ層
11 電極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer battery packaging material 2 Composite aluminum foil 3
10 Maleated PP layer
11 Electrode terminal
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