JP6382386B2 - Electrode lead wire member for non-aqueous battery - Google Patents
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Description
本発明は、2次電池であるリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタ(以下、キャパシタと呼ぶ)等の電解液に有機電解質を使用した非水系電池用の電極リード線部材に関する。 The present invention relates to an electrode lead member for a non-aqueous battery using an organic electrolyte in an electrolyte such as a lithium ion battery or an electric double layer capacitor (hereinafter referred to as a capacitor) as a secondary battery.
近年、世界的な環境問題の高まりと共に、電気自動車の普及や、風力発電・太陽光発電などの自然エネルギーの有効活用が課題となっている。それに伴って、これらの技術分野では、電気エネルギーを貯蔵するための蓄電池として、リチウムイオン電池などの2次電池やキャパシタが注目されている。また、電気自動車などに使用されるリチウムイオン電池を収納する外装容器には、アルミニウム箔と樹脂フィルムを積層した電池外装用積層体を使用して作成した平袋や、絞り成形または張出成形による成形容器が使用されて薄型軽量化が図られている。
ところで、リチウムイオン電池の電解液は水分や光に弱いという性質を有している。そのため、リチウムイオン電池用の外装材料には、ポリアミドやポリエステルからなる基材層とアルミニウム箔とが積層された、防水性や遮光性に優れた電池外装用積層体が使用されている。
In recent years, with the growing global environmental problems, the diffusion of electric vehicles and the effective use of natural energy such as wind power generation and solar power generation have become issues. Accordingly, in these technical fields, secondary batteries such as lithium ion batteries and capacitors have attracted attention as storage batteries for storing electrical energy. In addition, the outer container for storing lithium-ion batteries used in electric vehicles and the like is made of a flat bag made by using a battery outer laminate in which an aluminum foil and a resin film are laminated, or drawn or stretched. A molded container is used to reduce the thickness and weight.
By the way, the electrolyte solution of a lithium ion battery has the property of being sensitive to moisture and light. For this reason, a battery exterior laminate in which a base material layer made of polyamide or polyester and an aluminum foil are laminated is used as an exterior material for a lithium ion battery, which is excellent in waterproofness and light shielding properties.
このような電池外装用積層体を用いて作成された収納容器に、リチウムイオン電池を収納するには、例えば、図3(a)に示すように、あらかじめ電池外装用積層体を用いて、凹部31を有するトレー状の形状を絞り成形などにより成形し、そのトレーの凹部31にリチウムイオン電池(図示せず)および電極などの付属品を収納する。次いで、図3(b)に示すように、電池外装用積層体からなる蓋材33を上から重ねて電池を包み、トレーのフランジ部32と蓋材33の四方の側縁部34をヒートシールして電池を密閉する。このようなトレーの凹部31に電池を載置する方法により形成された収納容器35では、上から電池を収納できるため、生産性が高い。
In order to store a lithium ion battery in a storage container created using such a battery outer laminate, for example, as shown in FIG. A tray-like shape having 31 is formed by drawing or the like, and accessories such as a lithium ion battery (not shown) and electrodes are accommodated in the
上述した図3(a)に示したリチウムイオン電池の載置容器30において、トレーの深さ(以下、トレーの深さを「絞り」ということがある)は、従来、小型のリチウムイオン電池においては5〜6mm程度であった。ところが、近年では、電気自動車用などの用途では、これまでより大型電池用の収納容器が求められている。大型電池用の収納容器を製造するには、より深い絞りのトレーを成形しなければならなくなり技術的な困難さが増している。
また、リチウムイオン電池の内部に水分が侵入した場合、電解液が水分で分解して、強酸が発生する。この場合、電池外装用の積層体の内側から発生した強酸が浸透し、その結果としてアルミ箔が強酸で腐食して劣化してしまい、電解液の液漏れが発生し、電池性能が低下するだけでなく、リチウムイオン電池が発火する恐れがあるという問題があった。
In the
In addition, when moisture penetrates into the lithium ion battery, the electrolytic solution is decomposed by moisture and strong acid is generated. In this case, the strong acid generated from the inside of the battery exterior laminate penetrates, and as a result, the aluminum foil corrodes and deteriorates with the strong acid, the electrolyte leaks, and the battery performance only deteriorates. In addition, there is a problem that the lithium ion battery may ignite.
上記の電池外装用積層体を構成するアルミ箔や電極リード線部材の表面層が、強酸で腐食するのを防止する対策として、特許文献1には、アルミ箔の表面にクロメート処理を施すことによりクロム化処理被膜を形成し、耐蝕性を向上させる対策が開示されているが、クロメート処理は重金属であるクロムを使用することから環境対策の点から問題であり、6価クロムは人体に影響を与える有害物質であるため使用できず、3価クロムのクロメート処理液を使用している。また、クロメート処理以外の化成処理では耐蝕性を向上させる効果が薄いという問題はある。 As a measure for preventing the surface layer of the aluminum foil or electrode lead wire member constituting the laminate for battery exterior from being corroded by strong acid, Patent Document 1 discloses that the surface of the aluminum foil is subjected to chromate treatment. Although measures have been disclosed to improve the corrosion resistance by forming a chromized coating, the chromate treatment is a problem in terms of environmental measures because it uses heavy metal chromium, and hexavalent chromium has an effect on the human body. Because it is a harmful substance, it cannot be used, and a chromate treatment solution of trivalent chromium is used. Moreover, there exists a problem that the effect of improving corrosion resistance is thin in chemical conversion treatments other than chromate treatment.
また、従来の電極リード線部材は、正極と負極の両方の電極のうち、正極の電極部材であるアルミ材は耐電解液性が良いが、負極の電極部材である銅板は、表層にニッケルメッキを付与し、さらに三価クロムのクロメート処理を施しても耐電解液性が劣る。 In addition, among conventional electrode lead wire members, of both positive and negative electrodes, the aluminum material that is the positive electrode member has good electrolyte resistance, but the copper plate that is the negative electrode member is nickel-plated on the surface layer. Even if trivalent chromium is chromated, it is inferior in electrolytic solution resistance.
本発明は、上記事情を鑑みて行われたものであり、リチウムイオン電池の電解液が水分と反応してフッ酸が発生し、腐食性が増大しても、その悪影響を回避しリチウムイオン電池の寿命が延びるように、耐蝕性を向上させた非水系電池用の電極リード線部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the electrolytic solution of a lithium ion battery reacts with moisture to generate hydrofluoric acid and increase its corrosiveness, the adverse effect is avoided and the lithium ion battery is avoided. An object of the present invention is to provide an electrode lead wire member for a non-aqueous battery with improved corrosion resistance so that the life of the battery is extended.
本発明は、電解液に有機電解質を使用した非水系電池用収納容器において、外装材のラミネートフィルム積層体と電極リード線部材とが接合される部分の、電極リード線部材の外表面に、印刷によりパターン状に薄膜コーティング層を積層し、腐食性の電解液に対する耐蝕性を向上させることを技術思想としている。この薄膜コーティング層は、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる。 The present invention relates to a container for a non-aqueous battery that uses an organic electrolyte as an electrolytic solution, and prints on the outer surface of the electrode lead wire member at the portion where the laminate film laminate of the exterior material and the electrode lead wire member are joined. The technical idea is to improve the corrosion resistance against a corrosive electrolytic solution by laminating a thin film coating layer in a pattern. The thin film coating layer is made of a resin having a polyvinyl alcohol skeleton containing a hydroxyl group or a copolymer resin thereof.
上記の課題を解決するため、本発明は、非水系電池用収納容器から引き出される電極リード線部材であって、金属製の導出部を備え、該導出部の表面上に、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂の、フッ化金属又はその誘導体からなる物質により架橋され耐水化されている耐蝕性の薄膜コーティング層が積層されてなり、さらに、前記薄膜コーティング層の上に、シーラント層が積層されてなり、前記シーラント層が、エポキシ官能基で変性されたポリオレフィン系樹脂フィルムであることを特徴とする電極リード線部材を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an electrode lead wire member drawn out from a non-aqueous battery storage container, comprising a lead-out portion made of metal , and containing a hydroxyl group on the surface of the lead-out portion A corrosion-resistant thin film coating layer that is crosslinked and water-resistant by a substance made of a metal fluoride or a derivative of a resin having an alcohol skeleton or a copolymer resin thereof is laminated, and further on the thin film coating layer. Further, the present invention provides an electrode lead wire member characterized in that a sealant layer is laminated , and the sealant layer is a polyolefin resin film modified with an epoxy functional group .
また、前記薄膜コーティング層には、フッ化金属又はその誘導体からなり、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層を架橋させる物質を含むことが好ましい。 Further, the thin film coating layer preferably contains a substance that is made of a metal fluoride or a derivative thereof and that crosslinks the thin film coating layer made of a resin having a skeleton of polyvinyl alcohol containing a hydroxyl group or a copolymer resin thereof.
また、前記フッ化金属又はその誘導体が、不動態であるアルミニウムのフッ化物を形成するF−イオンを含む物質であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said metal fluoride or its derivative (s) is a substance containing the F < - > ion which forms the passive aluminum fluoride.
また、前記薄膜コーティング層が、前記導出部の表面に印刷により、前記シーラント層が前記導出部の長手方向に交差して積層される方向に沿った、前記シーラント層より幅の広い帯状のパターンに形成されてなることが好ましい。これにより、非水系電池内部の集電材と電極リード線部材との接合や、非水系電池を直列又は並列に接合する部分に、薄膜コーティング層を付着させないことにより、超音波や抵抗溶接などによる接合をする際に、接合する部分に薄膜コーティング層がない為、接合性が良くなるという利点がある。 In addition, the thin film coating layer is printed on the surface of the lead-out portion to form a strip-like pattern having a width wider than that of the sealant layer along the direction in which the sealant layer is stacked so as to intersect the longitudinal direction of the lead-out portion. It is preferable to be formed. As a result, by joining the current collector inside the non-aqueous battery and the electrode lead wire member, or by not attaching the thin film coating layer to the part where the non-aqueous battery is joined in series or in parallel, joining by ultrasonic or resistance welding, etc. There is an advantage that the bonding property is improved because there is no thin film coating layer in the bonding portion.
また、前記シーラント層が、無水マレイン酸変性のポリオレフィン系樹脂フィルム、又は、エポキシ官能基で変性されたポリオレフィン系樹脂フィルムであることが好ましい。 The sealant layer is preferably a maleic anhydride-modified polyolefin resin film or a polyolefin resin film modified with an epoxy functional group.
また、前記シーラント層の厚みが、50μm以上300μm以下であり、且つ、薄膜コーティング層の厚みが、0.1〜5.0μmであり、前記薄膜コーティング層が形成された導出部と前記薄膜コーティング層の上に積層されたシーラント層との層間剥離強度が、JIS C6471に規定された引き剥がし測定方法Aにより測定し、40N/inch以上であることが好ましい。 Further, the thickness of the sealant layer is 50 μm or more and 300 μm or less, and the thickness of the thin film coating layer is 0.1 to 5.0 μm, and the lead-out part on which the thin film coating layer is formed and the thin film coating layer The delamination strength with the sealant layer laminated on is measured by the peeling measurement method A defined in JIS C6471, and is preferably 40 N / inch or more.
また、前記電極リード線部材の、前記外装材との接合部に沿う断面で見た両端部が押し潰されて、断面中央部よりも厚みが薄くされていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the both end parts seen in the cross section along the junction part with the said exterior material of the said electrode lead wire member are crushed, and thickness is made thinner than the cross-sectional center part.
電極リード線部材の、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層が、熱処理により、架橋または非晶化することにより耐水化され、電極リード線部材の、断面で見た両端部から電解液の外部への漏洩や大気中の水分が内部に浸入するのを抑えることができる。
電極リード線部材の、断面で見た両端部が押し潰されて、断面中央部よりも厚みが薄くされていると、電極リード線部材とラミネートフィルム積層体との密着が良くなり空隙部が少なくなり、電解液の外部への漏洩や大気中の水分が内部に浸入するのが低減される。
A thin film coating layer made of a resin having a skeleton of polyvinyl alcohol containing a hydroxyl group or a copolymer resin of the electrode lead wire member is water-resistant by crosslinking or amorphizing by heat treatment, and the electrode lead wire member has It is possible to suppress leakage of the electrolyte solution from both ends viewed in the cross section and infiltration of moisture in the atmosphere into the inside.
If both ends of the electrode lead wire member seen in the cross section are crushed and the thickness is made thinner than the central portion of the cross section, the adhesion between the electrode lead wire member and the laminate film laminate is improved, and there are few voids. Thus, leakage of the electrolyte solution to the outside and infiltration of moisture in the atmosphere into the inside are reduced.
本発明に係わる電極リード線部材を、電池外装用積層体を用いて製造したリチウムイオン電池用の収納容器から、引き出したものを例に取り上げ、図1および図2を参照しながら説明する。
図1に示すように、本発明の電極リード線部材18及びリチウムイオン電池17は、電池外装用積層体10を折り重ねて作成された電池用外装容器20に内包されている。
さらに、電池用外装容器20の三方の側縁部19は、ヒートシールして袋状に製袋されたものである。電極リード線部材18は、図1の様に電池用外装容器20から引き出されている。なお、本発明に係わる電極リード線部材18を用いて製造したリチウムイオン電池の電池用収納容器における収納方法は、図3に示した。
The electrode lead wire member according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, taking as an example a case where the electrode lead wire member is pulled out from a storage container for a lithium ion battery manufactured using a battery exterior laminate.
As shown in FIG. 1, the electrode
Further, the three
ラミネートフィルム積層体からなる電池外装用積層体10は、図2に示すように、基材層11と、アルミ箔12と、樹脂フィルム13とが、それぞれ接着剤層15,16を介して接着されている。
図4に示すように、電極リード線部材18は、アルミニウム製あるいはニッケルメッキ銅板製の導出部21を備え、該導出部21の表面上に、シーラント層23が、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる耐蝕性の薄膜コーティング層22を介して、積層されている。
薄膜コーティング層22には、フッ化金属又はその誘導体からなり、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層を架橋させ、且つ、金属表面を活性化させる物質が含有されている。但し、フッ化金属又はその誘導体が含まれていなくても、薄膜コーティング層の耐蝕性は向上している。
薄膜コーティング層22は、導出部21の表面に印刷によりパターン状に形成されている。
導出部21の表面に形成されている薄膜コーティング層22は、熱処理により、架橋または非晶化することにより耐水化されている。
また、フッ化金属のように、水溶液の状態では遊離して酸性になる物質を、薄膜コーティング層に含有させて使用することにより、金属表面が活性化されて、金属表面と薄膜コーティング層の皮膜とが強く接着される。
ところで、ポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層は、一般的にガスバリヤ性が良いことが知られている。薄膜コーティング層を構成する樹脂内部は、空隙が少なく、特に湿度の低い雰囲気下では、水素ガスのような分子径の小さなガス分子に対してもガスバリヤ性があることから、リチウム電池やキャパシタのような非水系電解液を用いた電池において、水分の存在しない電池内部の構成部材に薄膜コーティング層が使用される場合は、電解液や水分に対するバリヤ性が高いと考えられる。従って、フッ酸等の金属表面を腐食させる物質に対するバリヤ性も高いので腐食防止の効果があると予想される。このように、水酸基を含有する物質の中から選定された、ポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層は、架橋させることにより、耐蝕性の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 4, the
The thin
The thin
The thin
In addition, the metal surface is activated by using a thin film coating layer containing a substance that is liberated and acidic in the state of an aqueous solution, such as metal fluoride, so that the film on the metal surface and the thin film coating layer is activated. And are strongly bonded.
By the way, it is known that a thin film coating layer made of a resin having a polyvinyl alcohol skeleton or a copolymer resin thereof generally has good gas barrier properties. The inside of the resin that constitutes the thin film coating layer has few voids, and especially in low humidity atmospheres, it has gas barrier properties against gas molecules with a small molecular diameter such as hydrogen gas. In a battery using a non-aqueous electrolyte solution, when a thin film coating layer is used for a component inside the battery that does not contain moisture, it is considered that the barrier property against the electrolyte solution and moisture is high. Therefore, it is expected to have an effect of preventing corrosion because it has a high barrier property against substances that corrode metal surfaces such as hydrofluoric acid. Thus, the corrosion resistance can be improved by cross-linking the thin film coating layer made of a resin having a skeleton of polyvinyl alcohol or a copolymer resin thereof selected from substances containing a hydroxyl group.
電極リード線部材18の導出部21は、一般的に、正極はアルミ板、負極は銅板にニッケルメッキで被覆した金属が使用される。アルミラミネートフィルムからなる電池外装用積層体10との熱接合を容易にするために、電極リード線部材18の接合部分に事前に、シーラント層23を形成して置く。シーラント層23は、導出部21を表裏両側から挟み込むように両面に積層することが好ましい。
もし、導出部21の表層に耐蝕性の薄膜コーティング層22を形成させていないと電解液の浸透により、導出部21の表層で、水分と電解液とが反応してフッ酸が発生し、導出部21が腐食することにより、その接着を劣化させるとされている。よって、少なくとも導出部21の電池側の表層面を、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層22が積層されてなることが好ましい。図4(b)に示すように、外装材との接合部分においては、導出部21の断面の外周部全体に、薄膜コーティング層22を積層する必要がある。
従来技術による、電極リード線部材に用いられるアルミ製の導出部21についての電解液に対する腐食防止対策としては、クロメート処理が広く用いられているが、アルミ製の導出部21と比較して、銅にニッケルメッキを施した導出部21に対しては、クロメート処理の効果が少ない。ところが、本発明による電極リード線部材18は、銅にニッケルメッキを施した導出部21についても電解液に対する腐食防止の効果があることが解った。
このことから、本発明の薄膜コーティング層22による電解液に対する腐食防止は、腐食防止のメカニズムが、従来技術のクロメート処理と異なっていると考えられる。
シーラント層23は、図5に示すように、正極と負極の双方にまたがるように積層しても良い。これにより、正極と負極とが一体化した電極リード線部材を得ることができる。また、薄膜コーティング層22の腐食防止効果は、アルミ板やニッケルメッキ銅板など各種金属板に対して得られるので、薄膜コーティング層22を正極と負極の双方の導出部21に設けることが好ましい。
The lead-out
If the corrosion-resistant thin
Chromate treatment is widely used as an anti-corrosion measure for the electrolytic solution of the lead-out
From this, it is considered that the corrosion prevention mechanism for the electrolytic solution by the thin
As shown in FIG. 5, the
水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂とは、ビニルエステル系モノマーの重合体又はその共重合体をケン化して得られる樹脂である。ビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、酪酸ビニル等の脂肪酸ビニルエステルや、安息香酸ビニル等の芳香族ビニルエステルが挙げられる。共重合させる他のモノマーとしては、エチレン、プロピレン、α−オレフィン類、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等の不飽和酸類、塩化ビニルや塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類などが挙げられる。市販品としては、日本合成化学(株)製が挙げられる。
また、薄膜コーティング層22にはフッ化金属又はその誘導体からなり、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層を架橋させる物質を含有することが好ましい。フッ化金属又はその誘導体としては、例えばフッ化クロム、フッ化鉄、フッ化ジルコニウム、フッ化チタン、フッ化ハフニウム、ジルコンフッ化水素酸およびそれらの塩、チタンフッ化水素酸およびそれらの塩、等のフッ化物が挙げられる。これらのフッ化金属又はその誘導体は、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂を架橋させる物質であると同時に、不動態であるアルミニウムのフッ化物を形成するF−イオンを含む物質でもあるので、導出部21がアルミニウム製である場合には、導出部21の表面を不動態化して、腐食防止の効果を高めることができると考えられる。
A resin having a skeleton of polyvinyl alcohol containing a hydroxyl group or a copolymer resin thereof is a resin obtained by saponifying a polymer of a vinyl ester monomer or a copolymer thereof. Examples of the vinyl ester monomers include fatty acid vinyl esters such as vinyl formate, vinyl acetate, and vinyl butyrate, and aromatic vinyl esters such as vinyl benzoate. Examples of other monomers to be copolymerized include ethylene, propylene, α-olefins, unsaturated acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and maleic anhydride, and vinyl halides such as vinyl chloride and vinylidene chloride. As a commercial item, Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd. product is mentioned.
The thin
この導出部21の表層面に、薄膜コーティング層22を形成するには、例えば、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を持つ非結晶ポリマー(日本合成化学(株)製)を0.2〜6wt%、及びフッ化クロム(III)を0.1〜3wt%溶解した水溶液を用いて、乾燥後の厚みが0.1〜5μm程度となるように塗布した後、更にオーブンにて加熱乾燥及び焼き付け接着及び架橋化を行なうことにより、薄膜コーティング層22を形成することができる。
図6に、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を持つ非結晶ポリマー(日本合成化学(株)製)を3wt%、及びフッ化クロム(III)を1wt%溶かした水溶液を用いて乾燥後の厚みが3μmとなるように塗布し、更に200℃のオーブンにて加熱乾燥の処理をした薄膜コーティング層を示差熱分析装置で測定した結果の一例を示す。融点を確認したところ、融点のピークが無いことから架橋していることが解った。
In order to form the thin
FIG. 6 shows the thickness after drying using an aqueous solution in which 3 wt% of an amorphous polymer (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) having a hydroxyl group-containing polyvinyl alcohol skeleton and 1 wt% of chromium (III) fluoride is dissolved. An example of the result of measuring with a differential thermal analyzer a thin film coating layer that has been applied to a thickness of 3 μm and further heat-dried in an oven at 200 ° C. is shown. As a result of confirmation of the melting point, it was found that there was no peak in the melting point, so that crosslinking occurred.
この様に、導出部21の表層面に薄膜コーティング層22が積層されていると、薄膜コーティング層22の耐圧強度が高いので、シーラント層23であるポリプロピレン層又はポリエチレン層の厚みを薄くしても耐圧強度が保持できる為、導出部21のエッジ部分(側縁部)からリチウムイオン電池内部への水分の浸入が少なくなり、リチウムイオン電池の電解液の経時劣化が減少するので電池の製品寿命が長くなる。
更に、微量の水分が電池内部に浸入し、電解液と水分とが反応して電解液が分解することによりフッ酸が発生した場合にも、導出部21の表層面に積層された水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層22は、フリーボリュームが少ないので、ガスバリヤ性が高く、シーラント層に沿って、外部へ拡散すること、及び微量のフッ酸が導出部21であるアルミ板の表面に接触しても、アルミ板の表面に形成されている不動態化膜により導出部21の腐食が防止されて、導出部21とシーラント層23との層間接着強度が保たれ、耐圧強度保持が高くなり、電池の液漏れ等の問題も発生しない。
In this way, when the thin
Furthermore, even when a small amount of water enters the battery and hydrofluoric acid is generated by the reaction between the electrolytic solution and the water and decomposition of the electrolytic solution, it contains a hydroxyl group laminated on the surface of the lead-out
事前に接合するシーラント層23の厚さは50〜300μmが良く、防水性を考えると50〜150μmが最も良い。導出部21の厚さが200μm以上であると、導出部21のエッジにスルーホールが出来て、電解液のシールが出来ない場合がある。そこで、図4(b)に示すように、外装材との接合部に沿う断面で見た導出部21の両端部24が押し潰されて、断面中央部よりも厚みが薄くされていることが好ましい。これにより、事前に接合するシーラント層23の厚みを薄くすることが可能となる。
水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂からなる薄膜コーティング層22の厚みは、0.1〜5.0μmが望ましく、更に望ましくは0.5〜3μmであり、このような薄膜コーティング層の厚みであると、防湿性や接着強度の性能が増加する。
The thickness of the
The thickness of the thin
薄膜コーティング層22は、印刷方法により、導出部21の必要部分に付与される。印刷方式としては、インクジェット方式、ディスペンサー方式、スプレーコート方式など、公知の印刷方法を用いることが可能である。本発明に使用できる印刷方法は任意であるが、導出部21の表層だけでなく、電極リード線部材の断面で見たエッジ部も印刷する必要がある為、インクジェット方式とディスペンサー方式が良い。特に、ディスペンサー方式において、10mm幅程度に薄く幅を持たせて印刷できる塗布ヘッドを用いて実験したところ、最も適した方式であることが判った。
事前に電極リード線部材に接合しておくシーラント層23は、アルミラミネートフィルム10の最内層に用いられる樹脂フィルム13と同一または類似の樹脂フィルムを用いるのが好ましく、樹脂フィルム13が一般的に使用されているポリプロピレンの場合、シーラント層23は、無延伸ポリプロピレン(CPP)、無水マレイン酸変性プロピレン単独のフィルムもしくは、グリシジルメタクリレート等のエポキシ官能基を有するモノマーで変性されたポリプロピレンの単独フィルムであるか、これとポリプロピレンとの多層フィルムであっても良い。樹脂フィルム13がポリエチレンの場合も、シーラント層23は、ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリエチレンもしくは、グリシジルメタクリレート等のエポキシ官能基を有するモノマーで変性されたポリエチレン単体であってもよく、さらに、これとポリエチレン及びその共重合体との多層フィルムでもよい。この場合は、電解液と接触する面に、無水マレイン酸やアクリル酸の共重合体、グリシジルメタクリレート等で変性されたポリエチレンなどであっても良い。
The thin
The
本発明が用いられる非水系電池としては、2次電池であるリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタなどの電解液に有機電解質を使用したものが挙げられる。有機電解質としては、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチレンカーボネートなどの炭酸エステル類を媒質とするものが一般的であるが、特にこれに限定されるものではない。 Examples of the non-aqueous battery in which the present invention is used include those using an organic electrolyte in an electrolytic solution such as a lithium ion battery or an electric double layer capacitor which is a secondary battery. As the organic electrolyte, those using carbonate esters such as propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), and ethylene carbonate as a medium are common, but not particularly limited thereto.
(測定方法)
・電極リード線部材の導出部とシーラント層との接着強度の測定方法:シーラント層の上にアルミラミネートフィルムをヒートシールした測定サンプルを用いて、JIS C6471「フレキシブルプリント配線板用銅張積層板試験方法」に規定された測定方法により測定した。
・電解液強度保持率の測定方法:電池外装用積層体を用いて、50×50mm(ヒートシール幅が5mm)の4方袋に製袋して、その中にLiPF6を1mol/リットル添加したPC/DEC電解液に純水を0.5wt%添加して、それを2cc計量し、充填して包装した。この4方袋の中に、電極リード線部材の導出部表面の一部に薄膜コーティング層をディスペンサー方式にて印刷し、その薄膜コーティング層の上にヒートシールによりシーラント層が積層された電極リード線部材を入れて、60℃のオーブンに100時間保管後、電極リード線部材の薄膜コーティング層とシーラント層との層間接着強度(k2)を測定する。
ここで、事前に測定しておいた、電解液に暴露する前の薄膜コーティング層とシーラント層であるポリプロピレン(PP)フィルムとの層間接着強度(k1)と、電解液に暴露した後の層間接着強度(k2)との比率を電解液強度保持率K=(k2/k1)×100(%)とした。
(測定装置)
・接着強度の測定装置:島津製作所製、型式:AUTOGRAPH AGS‐100A引張試験装置
(Measuring method)
・ Measurement method of adhesion strength between lead-out part of electrode lead wire member and sealant layer: JIS C6471 “Copper-clad laminate test for flexible printed wiring board using a measurement sample in which an aluminum laminate film is heat-sealed on the sealant layer The measurement was performed by the measurement method defined in “Method”.
Measurement method of electrolyte strength retention: Using a laminate for battery exterior, a 50 × 50 mm (heat seal width is 5 mm) four-sided bag was formed, and 1 mol / liter of LiPF 6 was added therein. 0.5 wt% of pure water was added to the PC / DEC electrolyte, and 2 cc of it was weighed, filled and packaged. In this four-sided bag, a thin film coating layer is printed by a dispenser method on a part of the surface of the lead portion of the electrode lead wire member, and a sealant layer is laminated on the thin film coating layer by heat sealing. After putting the member and storing it in an oven at 60 ° C. for 100 hours, the interlayer adhesion strength (k2) between the thin film coating layer and the sealant layer of the electrode lead wire member is measured.
Here, the interlayer adhesion strength (k1) between the thin film coating layer before being exposed to the electrolytic solution and the polypropylene (PP) film as the sealant layer, and the interlayer adhesion after being exposed to the electrolytic solution, which were measured in advance. The ratio with the strength (k2) was defined as the electrolyte strength retention ratio K = (k2 / k1) × 100 (%).
(measuring device)
・ Adhesive strength measuring device: manufactured by Shimadzu Corporation, model: AUTOGRAPH AGS-100A tensile testing device
(実施例1)
リチウム電池用の電極リード線部材の導出部として、厚みが200μmのアルミ板を50mm×60mmの寸法に切断したアルミ片を用いた。脱脂洗浄したこのアルミ片の表面に、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を持つ非結晶ポリマー(日本合成化学(株)製)を3wt%、及びフッ化クロム(III)を1wt%溶かした水溶液を用いて1μmの厚みで10mm幅型ディスペンサーにて両面塗布し、薄膜コーティング層を積層し、更に200℃のオーブンにて加熱乾燥し、薄膜コーティング層の樹脂を焼き付けると同時に架橋化させた。この時に、導出部の裏表の表層だけでなく、導出部の両端面にも薄膜コーティング層が塗布されていることを確認した。
さらに、この導出部表面の薄膜コーティング層の上に、無水マレイン酸変性ポリプロピレンフィルムの単層フィルム(三井化学製ポリプロピレン系樹脂、品名/アドマーQE060をフィルム製膜機で100μmに製膜したフィルムを使用)をヒートシールにて両面接合し、実施例1の電極リード線部材を得た。
実施例1の電極リード線部材のシーラント層の上にアルミ箔(厚み20μm)/無水マレイン酸変性ポリプロピレンフィルム(厚み100μm)からなる、厚みが120μmのアルミラミネートフィルムをヒートシールして、実施例1の電極リード線部材を用いた測定サンプルを作製した。
この実施例1の測定サンプルから接着強度測定用の試験片を採取し、導出部とシーラント層との接着強度を測定したところ、46N/inchの接着強度を示した。
また、実施例1の測定サンプルについて、電解液強度保持率Kを測定した結果は、K=88%であった。
Example 1
As a lead-out portion of the electrode lead wire member for a lithium battery, an aluminum piece obtained by cutting an aluminum plate having a thickness of 200 μm into a size of 50 mm × 60 mm was used. An aqueous solution in which 3 wt% of an amorphous polymer having a polyvinyl alcohol skeleton containing a hydroxyl group (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) and 1 wt% of chromium (III) fluoride is dissolved on the surface of the aluminum piece that has been degreased and cleaned. Using a 10 μm wide dispenser with a thickness of 1 μm, a thin film coating layer was laminated, and further dried by heating in an oven at 200 ° C., and the resin of the thin film coating layer was baked and crosslinked at the same time. At this time, it was confirmed that the thin film coating layer was applied not only to the front and back surface layers of the lead-out part but also to both end faces of the lead-out part.
Furthermore, a single layer film of a maleic anhydride-modified polypropylene film (polypropylene resin made by Mitsui Chemicals, product name / Admer QE060 is used to form a film with a film thickness of 100 μm is used on the thin coating layer on the surface of the lead-out portion. The electrode lead wire member of Example 1 was obtained.
An aluminum laminate film having a thickness of 120 μm composed of an aluminum foil (thickness: 20 μm) / maleic anhydride-modified polypropylene film (thickness: 100 μm) was heat-sealed on the sealant layer of the electrode lead wire member of Example 1. Example 1 A measurement sample using the electrode lead wire member was prepared.
A test piece for measuring the adhesive strength was collected from the measurement sample of Example 1, and the adhesive strength between the lead-out portion and the sealant layer was measured. The result showed an adhesive strength of 46 N / inch.
Moreover, the measurement result of the electrolyte solution strength retention rate K for the measurement sample of Example 1 was K = 88%.
(実施例2)
リチウム電池用の電極リード線部材の導出部として、厚みが200μmの銅板片(寸法50mm×60mm)の表面にニッケルスルファミン酸メッキを2〜5μmの厚みでメッキして、その一部に水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を持つ非結晶ポリマー(日本合成化学(株)製)を3wt%、及びフッ化クロム(III)を1wt%溶かした水溶液を用いて1μmの厚みで塗布し、薄膜コーティング層を積層し、更に200℃のオーブンにて加熱乾燥し、薄膜コーティング層の樹脂を焼き付けると同時に架橋化させた。
さらに、この導出部表面の薄膜コーティング層の上に、無水マレイン酸変性ポリプロピレンフィルム単層(三井化学製ポリプロピレン系樹脂、品名/アドマーQE060をフィルム製膜機で100μmに製膜したフィルムを使用)をヒートシールにより両面熱接合して、実施例2の電極リード線部材を得た。
実施例2の電極リード線部材を用いて、実施例1と同様にアルミラミネートフィルムをヒートシールして実施例2の測定サンプルを得て、導出部とシーラント層との接着強度を測定したところ、44N/inchの接着強度を示した。
また、実施例2の電池収納容器の一部分について、電解液強度保持率Kを測定した結果は、K=78%であった。
(Example 2)
As a lead-out part of an electrode lead wire member for a lithium battery, nickel sulfamic acid plating is plated with a thickness of 2 to 5 μm on the surface of a copper plate piece (dimension 50 mm × 60 mm) having a thickness of 200 μm, and a hydroxyl group is partly contained A thin film coating layer is applied using an aqueous solution in which 3 wt% of an amorphous polymer (made by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) and 1 wt% of chromium (III) fluoride are dissolved. The laminate was further dried by heating in an oven at 200 ° C., and the resin of the thin film coating layer was baked and simultaneously crosslinked.
Furthermore, on the thin film coating layer on the surface of the lead-out portion, a maleic anhydride-modified polypropylene film single layer (Mitsui Chemicals polypropylene-based resin, product name: Admer QE060 is used to form a film with a film thickness of 100 μm) is used. The electrode lead wire member of Example 2 was obtained by performing double-sided thermal bonding by heat sealing.
Using the electrode lead wire member of Example 2, the aluminum laminate film was heat sealed in the same manner as in Example 1 to obtain a measurement sample of Example 2, and the adhesive strength between the lead-out portion and the sealant layer was measured. An adhesion strength of 44 N / inch was shown.
Moreover, the result of having measured the electrolyte solution strength retention K about a part of the battery storage container of Example 2 was K = 78%.
(比較例1)
アルミ板に薄膜コーティング層を積層しない以外は実施例1と同様にして、比較例1の電極リード線部材及び測定サンプルを得て、導出部とシーラント層との接着強度を測定したところ、54N/inchの接着強度を示した。また、比較例1の測定サンプルについて、電解液強度保持率Kを測定した結果は、K=10%以下であった。
(Comparative Example 1)
The electrode lead wire member and the measurement sample of Comparative Example 1 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the thin film coating layer was not laminated on the aluminum plate, and the adhesion strength between the lead-out portion and the sealant layer was measured. Inch adhesive strength was shown. Moreover, the result of having measured the electrolyte solution strength retention K about the measurement sample of the comparative example 1 was K = 10% or less.
(比較例2)
リチウム電池用の電極リード線部材の導出部として、厚みが200μmの銅板片(寸法50mm×60mm)の表面に2〜5μm程度のスルファミン酸ニッケルメッキを施し、その一部に、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を持つ非結晶ポリマー(日本合成化学(株)製)を3wt%、及びフッ化クロム(III)を1wt%混ぜた塗料を用いて1μmの厚みで塗布し、薄膜コーティング層を積層した。その積層後に加熱乾燥の処理をしなかった以外は、実施例1と同様にして比較例2の電極リード線部材及び測定サンプルを得た。
比較例2の電極リード線部材及び測定サンプルについて、導出部とシーラント層との接着強度を測定したところ、46N/inchの接着強度を示した。また、比較例2の測定サンプルについて、電解液強度保持率Kを測定した結果は、K=10%以下であった。電解液強度保持率の測定後には、電解液への暴露のため、電極リード線部材の導出部とシーラント層とが剥離現象(デラミ)を起した。
(Comparative Example 2)
As a lead-out part of an electrode lead wire member for a lithium battery, a surface of a copper plate piece (dimensions 50 mm × 60 mm) having a thickness of 200 μm is subjected to nickel sulfamate plating of about 2 to 5 μm, and a part thereof includes a hydroxyl group-containing polyvinyl A thin film coating layer was laminated by applying a coating of 3 wt% of an amorphous polymer having an alcohol skeleton (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) and 1 wt% of chromium (III) fluoride to a thickness of 1 μm. . An electrode lead wire member and a measurement sample of Comparative Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat drying treatment was not performed after the lamination.
With respect to the electrode lead wire member and measurement sample of Comparative Example 2, when the adhesion strength between the lead-out portion and the sealant layer was measured, an adhesion strength of 46 N / inch was shown. Moreover, the measurement result of the electrolyte solution strength retention rate K for the measurement sample of Comparative Example 2 was K = 10% or less. After the measurement of the electrolytic solution strength retention rate, the lead-out portion of the electrode lead wire member and the sealant layer caused a peeling phenomenon (delamination) due to exposure to the electrolytic solution.
以上の結果を表1にまとめて示す。表1において、「電極リード線部材の導出部とシーラント層との接着強度」は、単に「接着強度」とした。 The above results are summarized in Table 1. In Table 1, “adhesive strength between the lead portion of the electrode lead wire member and the sealant layer” is simply “adhesive strength”.
実施例1および実施例2は、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を持つ非結晶ポリマー(日本合成化学(株)製)を3wt%、及びフッ化クロム(III)を1wt%混ぜた塗料を用いて、電極リード線部材の導出部に塗布し、薄膜コーティング層を積層してあることから、電極リード線部材の導出部とシーラント層との接着強度が40N/inch以上である。また、シーラント層と導出部との間に薄膜コーティング層を塗布した電極リード線部材は、リチウム電池の電解液に対しても耐性があり、耐圧強度も高かった。
一方、比較例1は、電極リード線部材に薄膜コーティング層を積層しなかった場合であるが、電極リード線部材の導出部とシーラント層との接着強度は、54N/inchと高い値であるが、電解液強度保持率Kが10%以下であり電解液耐性が無い。
また、比較例2は、電極リード線部材に薄膜コーティング層を塗布してもその加熱乾燥をしなかった場合であるが、電極リード線部材の導出部とシーラント層との接着強度は、46N/inchであるが、電解液強度保持率Kが10%以下であり電解液耐性が無い。
Example 1 and Example 2 use a coating material in which 3 wt% of an amorphous polymer (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) having a hydroxyl group-containing polyvinyl alcohol skeleton and 1 wt% of chromium (III) fluoride is used. Since the thin film coating layer is applied to the lead portion of the electrode lead wire member and laminated, the adhesive strength between the lead portion of the electrode lead wire member and the sealant layer is 40 N / inch or more. In addition, the electrode lead wire member in which the thin film coating layer was applied between the sealant layer and the lead-out portion was resistant to the electrolytic solution of the lithium battery, and the pressure strength was high.
On the other hand, Comparative Example 1 is a case where the thin film coating layer was not laminated on the electrode lead wire member, but the adhesive strength between the lead portion of the electrode lead wire member and the sealant layer is as high as 54 N / inch. The electrolyte solution strength retention ratio K is 10% or less and there is no electrolyte solution resistance.
Comparative Example 2 is a case where the thin film coating layer was applied to the electrode lead wire member but was not heated and dried. The adhesion strength between the lead portion of the electrode lead wire member and the sealant layer was 46 N / Inch, the electrolyte strength retention ratio K is 10% or less, and there is no resistance to electrolyte.
10…電池外装用積層体、11…基材層、12…アルミ箔、13…樹脂フィルム、15,16…接着剤層、17…リチウムイオン電池、18…電極リード線部材、19…側縁部、20…電池用外装容器、21…導出部、22…薄膜コーティング層、23…シーラント層、30…電池用載置容器、35…電池用収納容器。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
金属製の導出部を備え、該導出部の表面上に、水酸基を含有するポリビニルアルコールの骨格を有する樹脂又はその共重合樹脂の、フッ化金属又はその誘導体からなる物質により架橋され耐水化されている耐蝕性の薄膜コーティング層が積層されてなり、さらに、前記薄膜コーティング層の上に、シーラント層が積層されてなり、
前記シーラント層が、エポキシ官能基で変性されたポリオレフィン系樹脂フィルムであることを特徴とする電極リード線部材。 An electrode lead wire member drawn from the non-aqueous battery storage container,
A metal lead-out part is provided, and on the surface of the lead-out part, a resin having a skeleton of polyvinyl alcohol containing a hydroxyl group or a copolymer resin thereof is crosslinked and water-resistant by a substance made of a metal fluoride or a derivative thereof. A corrosion-resistant thin film coating layer is laminated, and a sealant layer is laminated on the thin film coating layer ,
The electrode lead wire member , wherein the sealant layer is a polyolefin resin film modified with an epoxy functional group .
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