JP5682648B2 - 電池用包装材料 - Google Patents
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Description
項1. 少なくとも、基材層、接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、エラストマー樹脂とを含有する樹脂組成物の硬化物であることを特徴とする、電池用包装材料。
項2. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びアルキド樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種である、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記硬化促進剤が、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、及び第3級アミン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、項1又は2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記バリア層が金属箔である、項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
項5. 下記工程を含む、電池用包装材料の製造方法。
熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、エラストマー樹脂とを含有する樹脂組成物を介して基材層とバリア層を貼り合わせた状態で加熱することにより、当該樹脂組成物を硬化させて、基材層、接着層、及びバリア層をこの順に有する積層体を得る工程、並びに
前記工程で得られた積層体のバリア層上に、シーラント層を積層させる工程。
項6. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容されている、電池。
電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、基材層1、接着層2、バリア層3、及びシーラント層4をこの順に有する積層体からなる積層構造を有する。即ち、本発明の電池用包装材料は、基材層1が最外層になり、シーラント層4が最内層になる。電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置するシーラント層4同士を接面させて熱溶着することにより電池素子が密封され、電池素子が封止される。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料において、基材層1は最外層を形成する層である。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、ポリアミド、エポキシ、アクリル、フッ素樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂、フェノール、ポリエーテルイミド、ポリイミド、及びこれらの混合物や共重合物等が挙げられる。
接着層2は、基材層1とバリア層3との間に、これらの層を接着させるために設けられる層であり、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、エラストマー樹脂とを含有する樹脂組成物の硬化物で形成される。このように接着層2を、特定組成の樹脂組成物を硬化させて形成することにより、製造時に高温条件でのエージングを要することなく短時間で硬化でき、しかも優れた成形性及び密着強度を備えさせることが可能になる。
接着層2の形成に使用される樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を含有する。熱硬化性樹脂は、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成して硬化するものであればよい。接着層2の形成に使用される熱硬化性樹脂として、具体的には、エポキシ樹脂、アミノ樹脂(メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等)、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
接着層2の形成に使用される樹脂組成物は、硬化促進剤を含有する。このように、熱硬化性樹脂と共に硬化促進剤を共存させることにより、製造時に高温条件でのエージングを要することなく短時間で硬化させて、リードタイムの短縮が可能になる。
接着層2の形成に使用される樹脂組成物は、エラストマー樹脂を含有する。このようにエラストマー樹脂を含有させることにより、接着層2が硬化時に収縮するのを抑制しつつ、接着層2に適度な柔軟性を付与し、電池用包装材料に優れた成形性を備えさせることが可能になる。また、接着層2の形成に使用される樹脂組成物において、硬化性樹脂と共に、硬化促進剤とエラストマー樹脂を共存させることによって、基材層1とバリア層3間の密着強度を高めることが可能になる。
接着層2の形成に使用される樹脂組成物には、前述する成分の他に、必要に応じて、溶剤、吸光発熱物質等の他の添加剤が含まれてもよい。
接着層2の厚さについては、例えば、2〜50μm、好ましくは3〜25μmが挙げられる。
本発明の電池用包装材料において、バリア層3は、包装材料の強度向上の他、電池内部に水蒸気、酸素、光等が侵入するのを防止するためのバリア層として機能する層である。バリア層3の材質としては、具体的には、アルミニウム、ステンレス、チタン等の金属箔;酸化珪素、アルミナ等の無機化合物を蒸着したフィルム等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは金属箔、更に好ましくはアルミニウム箔が挙げられる。電池用包装材料の製造時にしわやピンホールを防止するために、本発明においてバリア層3として、軟質アルミニウム箔、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS A8021P−O)又は(JIS A8079P−O)箔等を用いることが好ましい。
本発明の電池用包装材料において、接着層5は、バリア層3とシーラント層4を強固に接着させために、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において、シーラント層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時にシーラント層同士が熱溶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、特に制限されないが、例えば、以下の方法が例示される。
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質等の電池素子を密封して収容するための包装材料として使用される。
[電池用包装材料の製造]
二軸延伸ナイロンフィルム(厚さ25μm)からなる基材層1の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚さ40μm)からなるバリア層3をドライラミネーション法により積層させた。具体的には、アルミニウム箔の一方面に、表1〜4に示す樹脂組成物を厚さ4μmとなるように塗布し、この上にと基材層1を加圧加熱貼合した後、下記の硬化条件で、当該樹脂組成物を硬化させて、基材層1/接着層2/バリア層3の積層体を調製した。
硬化条件A:80℃で7日間
硬化条件B:160℃で30秒間
硬化条件C:190℃で30秒間
上記で得られた各電池用包装材料について、目視にてシワの発生の有無を確認し、電池用包装材料50枚当たり、シワが発生していた枚数の割合(熱ジワ不良率:%)を算出した。
上記で得られた各電池用包装材料を裁断して15mm×250mmの短冊片を作製し、引張り試験機(島津製作所製、AGS−50D(商品名))を用いて、基材層1とバリア層3の層間を、15mm/分の剥離速度で剥離させて、剥離させるのに要する強度を測定することにより、基材層1とバリア層3の層間の密着強度(剥離強度)を測定し、下記判定基準に従って、密着強度を評価した。
<密着強度の判定基準>
○:密着強度が6.0N/15mm以上である。
△:密着強度が3.0N/15mm以上、6.0N/15mm未満である。
×:密着強度が3.0N/15mm未満である。
上記で得られた各電池用包装材料を裁断して120×80mmの短冊片を作製し、これを試験サンプルとした。30×50mmの矩形状の雄型とこの雄型とのクリアランスが0.5mmの雌型からなるストレート金型を用い、雄型側に熱接着性樹脂層側が位置するように雌型上に上記試験サンプルを載置し、成形深さを6.0mm及び7.0mmに設定して上記試験サンプルを0.1MPaの押え圧(面圧)で押えて、冷間成形(引き込み1段成形)した。成形された各試験サンプルにおけるピンホール及びクラックの発生の有無を確認した。成形深さ6.0mm及び7.0mmの場合について、それぞれ電池用包装材料10枚を用いて冷間成型し、以下の判定基準に従って成形性を評価した。
<成型性の判定基準>
◎:成形深さ6.0mm及び7.0mmのいずれの場合でも、ピンホール及びクラックの発生が1枚も認められなかった。
○:成形深さ6.0mmの場合には、ピンホール及びクラックの発生が1枚も認められなかったが、成形深さ7.0mm場合には、ピンホール及びクラックの発生が1枚以上認められた。
×:成形深さ6.0mm及び7.0mmのいずれの場合でも、ピンホール及びクラックの発生が1枚以上認められた。
得られた結果を表5〜8に示す。この結果から、基材層とバリア層を接着させる接着層の形成に、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、エラストマー樹脂とを含有する樹脂組成物を使用することによって、短時間で硬化可能で、熱によるシワの発生を抑制でき、しかも、基材層とバリア層との間で高い密着強度、優れ成形性が認められた(実施例1〜33)。一方、接着層を熱硬化性樹脂のみで形成した場合には、硬化時間を長く設定すると、密着性、成形性が良好であったが、熱によるシワの発生が認められ、また加熱温度を高くして短時間で硬化させると、熱によるシワの発生を抑制できたが、密着性、成形性が不十分であった(比較例1)。また、接着層の形成において、硬化促進剤とエラストマー樹脂の一方を欠く場合には、密着性及び成形性の双方を満足させることはできなかった(比較例2〜14)。
なお、上記実施例及び比較例において、使用した熱硬化性樹脂の主剤や硬化剤、硬化促進剤は、同じ作用を持つ他の化合物に置換しても、同様の結果が得られることが確認できている。
2 接着層
3 バリア層
4 シーラント層
Claims (6)
- 少なくとも、基材層、接着層、バリア層、及びシーラント層をこの順に有する積層体からなり、
前記接着層が、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、エラストマー樹脂とを含有する樹脂組成物の硬化物であることを特徴とする、電池用包装材料。 - 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びアルキド樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記硬化促進剤が、アミジン化合物、カルボジイミド化合物、ケチミン化合物、ヒドラジン化合物、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、及び第3級アミン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の電池用包装材料。
- 前記バリア層が金属箔である、請求項1〜3のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 下記工程を含む、電池用包装材料の製造方法。
熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、エラストマー樹脂とを含有する樹脂組成物を介して基材層とバリア層を貼り合わせた状態で加熱することにより、当該樹脂組成物を硬化させて、基材層、接着層、及びバリア層をこの順に有する積層体を得る工程、並びに
前記工程で得られた積層体のバリア層上に、シーラント層を積層させる工程。 - 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1〜4のいずれかに記載の電池用包装材料内に収容されている、電池。
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