WO2016159190A1 - 電池用包装材料、その製造方法及び電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery packaging material, a method for producing the same, and a battery.
- Patent Document 1 discloses a battery case including a biaxially stretched polyamide film layer as an outer layer, an unstretched thermoplastic resin film layer as an inner layer, and an aluminum foil layer disposed between the two film layers.
- a packaging material is disclosed.
- Patent Document 2 discloses a base material layer, an adhesive layer, an aluminum foil layer provided with a corrosion prevention treatment layer, an adhesive resin layer, and a sealant provided on the opposite side of the adhesive resin layer to the base material layer.
- An exterior material for a lithium ion battery in which layers are sequentially laminated and an adhesive resin layer includes an acid-modified polyolefin resin and an elastomer is disclosed.
- minute foreign matters such as electrode active material and electrode tab fragments have electrical conductivity.
- conductive foreign matter exists between the electrode tab and the heat-fusible resin layer, if the foreign matter penetrates the heat-fusible resin layer due to heat and pressure during heat sealing, the electrode tab and battery There is a possibility that the metal layer of the packaging material is electrically connected to cause a short circuit.
- a minute foreign matter such as an electrode active material or an electrode tab fragment is a heat-sealed portion such as an interface between the heat-fusible resin layers or between the electrode tab and the heat-fusible resin layer.
- the main object is to provide a battery packaging material having high insulation and durability.
- the battery packaging material is a laminate including at least a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer in this order, and the adhesive layer has a melting point of 50 to 120 ° C. It has been found that a battery packaging material having high insulation and durability can be obtained by having a resin composition containing the acid-modified polyolefin and an epoxy resin having a weight average molecular weight of 50 to 2,000.
- the present inventor made the battery packaging material a laminate including at least a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer in this order, and the adhesive layer was an acid-modified polyolefin.
- the first invention of the present invention is an invention that has been completed through further studies based on these findings.
- 1st invention provides the packaging material for batteries of the aspect hung up below, its manufacturing method, and a battery.
- Item 1A At least a laminate comprising a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer in this order,
- the adhesive layer has an acid-modified polyolefin and a resin composition containing an epoxy resin,
- the probe is placed on the surface of the adhesive layer at the end of the battery packaging material, and the probe is heated from 40 ° C. to 220 ° C.
- a battery packaging material in which the position of the battery does not fall below the initial value.
- the probe When measuring the amount of displacement of the probe using a thermomechanical analyzer, the probe is placed on the surface of the adhesive layer at the end of the battery packaging material, and when the probe is heated from 40 ° C. to 220 ° C., 140 ° C.
- Item 1A The battery packaging material according to Item 1A, wherein the amount of increase in the position of the probe when heated from 220 ° C to 220 ° C is larger than the amount of increase in the position of the probe when heated from 80 ° C to 120 ° C.
- Item 3A The packaging material for a battery according to Item 1A or 2A, wherein the adhesive layer has a resin composition containing an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 ° C. or more and 120 ° C.
- Item 4A At least a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer are composed of a laminate provided in this order, The battery packaging material, wherein the adhesive layer has a resin composition containing an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 ° C or higher and 120 ° C or lower and an epoxy resin having a weight average molecular weight of 50 or higher and 2000 or lower.
- the adhesive layer has a resin composition containing an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 ° C or higher and 120 ° C or lower and an epoxy resin having a weight average molecular weight of 50 or higher and 2000 or lower.
- Item 8A Item 8.
- Item 12A. At least a layering step for obtaining a laminate including a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer in this order,
- the adhesive layer using a resin composition containing an acid-modified polyolefin and an epoxy resin, In measuring the displacement of the probe using a thermomechanical analyzer, the probe is placed on the surface of the adhesive layer at the end of the battery packaging material, and the probe is heated from 40 ° C. to 220 ° C.
- the present inventor conducted further intensive studies in order to solve the above problems.
- the battery packaging material is a laminate including at least a base material layer, a metal layer, a first insulating layer, a second insulating layer, and a heat-fusible resin layer in this order. It has been found that a battery packaging material having high insulation and durability can be obtained by setting the melting temperature of the layer to 200 ° C. or higher and setting the melting temperature of the second insulating layer lower than the melting temperature of the first insulating layer. It was.
- the second invention of the present invention is an invention that has been completed by further studies based on these findings.
- 2nd invention provides the packaging material for batteries of the aspect hung up below, its manufacturing method, and a battery.
- Item 1B At least a base material layer, a metal layer, a first insulating layer, a second insulating layer, and a laminate including a heat-fusible resin layer in this order, The melting temperature of the first insulating layer is 200 ° C. or higher; The battery packaging material, wherein a melting temperature of the second insulating layer is lower than a melting temperature of the first insulating layer.
- Item 2B The battery packaging material according to Item 1B, wherein the first insulating layer is formed of an acid-modified polyolefin and an epoxy resin.
- Item 3B The battery packaging material according to Item 1B, wherein the first insulating layer is formed of an acid-modified polyolefin and an epoxy resin.
- Item 4. The battery packaging material according to any one of Items 1B to 3B, wherein a melting temperature of the heat-fusible resin layer is lower than a melting temperature of the second insulating layer.
- Item 5. The battery packaging material according to any one of Items 1B to 4B, wherein the first insulating layer and the second insulating layer are bonded via an adhesive layer.
- Item 6 The battery packaging material according to any one of Items 1B to 6B, wherein the thickness of the second insulating layer is 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
- Item 8B The battery packaging material according to any one of Items 5B to 7B, wherein the adhesive layer has a thickness of 20 ⁇ m or less.
- Item 9B The battery packaging material according to any one of Items 1B to 8B, wherein the heat-fusible resin layer is formed of polyolefin.
- Item 10B Item 10. The battery packaging material according to any one of Items 1B to 9B, wherein the surface of the heat-fusible resin layer has fine irregularities.
- Item 11B The battery packaging material according to any one of Items 1B to 6B, wherein the thickness of the second insulating layer is 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
- Item 8B The battery packaging material according to any one of Items 5B to 7B, wherein the adhesive layer has a thickness of 20 ⁇ m or less
- the heat-fusible resin layer is formed of a plurality of layers, Item 10.
- Item 12B. A battery in which a battery element including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte is sealed with a package formed of the battery packaging material according to any one of Items 1B to 11B.
- Item 13B A battery in which a battery element including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte is sealed with a package formed of the battery packaging material according to any one of Items 1B to 11B.
- the melting temperature of the first insulating layer is 200 ° C. or higher
- a method for producing a battery packaging material wherein a melting temperature of the second insulating layer is set lower than a melting temperature of the first insulating layer.
- a minute foreign matter such as an electrode active material or electrode tab debris is present at the interface between the heat-fusible resin layers or between the electrode tab and the heat-fusible resin layer. Even when present in the heat-sealed portion, a battery packaging material having high insulation and durability can be provided. That is, by sealing the battery element with the battery packaging material of the present invention, the insulation and durability of the battery can be enhanced.
- a probe of a thermomechanical analyzer is installed on the surface of the adhesive layer at the end of the battery packaging material obtained in Example 10A, and the heating temperature and the displacement of the probe position when the probe is heated from 40 ° C. to 250 ° C. It is a graph which shows the relationship.
- a probe of a thermomechanical analyzer is installed on the surface of the adhesive layer at the end of the battery packaging material obtained in Comparative Example 11A, and the heating temperature and the displacement of the probe position when the probe is heated from 40 ° C. to 250 ° C. It is a graph which shows the relationship.
- the battery packaging material comprises at least a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer in this order
- the adhesive layer has a resin composition containing an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 to 120 ° C. and an epoxy resin having a weight average molecular weight of 50 to 2000.
- the battery packaging material is a laminate including at least a base material layer, a metal layer, an adhesive layer, and a heat-fusible resin layer in this order.
- the adhesive layer has a resin composition containing an acid-modified polyolefin and an epoxy resin, and in measuring the displacement of the probe using a thermomechanical analyzer, the end of the battery packaging material is When the probe is installed on the surface of the adhesive layer and the probe is heated from 40 ° C. to 220 ° C., the position of the probe does not decrease from the initial value.
- the battery packaging material of the present invention, the manufacturing method thereof, and the battery of the present invention in which the battery element is sealed with the battery packaging material of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
- contents that are not common between the first embodiment and the second embodiment are clearly indicated, and unless otherwise noted, the contents are common.
- the battery packaging material of the second invention is composed of a laminate comprising at least a base material layer, a metal layer, a first insulating layer, a second insulating layer, and a heat-fusible resin layer in this order,
- the melting temperature of the first insulating layer is 200 ° C. or higher, and the melting temperature of the second insulating layer is lower than the melting temperature of the first insulating layer.
- the battery packaging material of the present invention, the manufacturing method thereof, and the battery of the second invention in which the battery element is sealed with the battery packaging material of the second invention will be described in detail with reference to FIGS. Describe.
- contents that are not common between the first invention and the second invention are clearly indicated, and unless otherwise specified, the contents are common.
- the base material layer 1, the adhesive layer 2, the metal layer 3, and the surface coating layer are common.
- the battery packaging material of the first invention comprises at least a base material layer 1, a metal layer 3, an adhesive layer 4 and a heat-fusible resin layer 5 as shown in FIG. It consists of the laminated body prepared in order.
- the base material layer 1 is the outermost layer side
- the heat-fusible resin layer 5 is the innermost layer. That is, at the time of battery assembly, the heat sealing resin layers 5 positioned at the periphery of the battery element are thermally fused together to seal the battery element, thereby sealing the battery element.
- the battery packaging material according to the first aspect of the invention has an adhesive layer 2 between the base material layer 1 and the metal layer 3 as necessary for the purpose of enhancing the adhesion between them. May be provided.
- the battery packaging material of the second invention comprises at least a base material layer 1, a metal layer 3, a first insulating layer 51, a second insulating layer 52, and a heat-fusible resin layer 41. It consists of a laminated body provided in this order.
- the base material layer 1 is the outermost layer and the heat-fusible resin layer 41 is the innermost layer. That is, at the time of battery assembly, the heat-fusible resin layers 41 positioned at the periphery of the battery element are thermally welded to seal the battery element, thereby sealing the battery element.
- the battery packaging material of the second invention is provided with an adhesive layer 2 between the base material layer 1 and the metal layer 3 as necessary for the purpose of improving the adhesion. It may be done. Further, as shown in FIGS. 11 and 12, the battery packaging material of the second invention is provided between the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52 as needed for the purpose of enhancing the adhesion between them.
- the adhesive layer 6 may be provided. Furthermore, as shown in FIG. 12, an adhesive layer 7 may be provided between the metal layer 3 and the first insulating layer 51 as necessary for the purpose of improving the adhesion.
- the base material layer 1 is a layer located on the outermost layer side.
- the material for forming the base material layer 1 is not particularly limited as long as it has insulating properties.
- the material for forming the base material layer 1 include resin films such as polyester resin, polyamide resin, epoxy resin, acrylic resin, fluorine resin, polyurethane resin, silicon resin, phenol resin, and mixtures and copolymers thereof.
- a polyester resin and a polyamide resin are mentioned, More preferably, a biaxially stretched polyester resin and a biaxially stretched polyamide resin are mentioned.
- polyester resin examples include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, copolyester, and polycarbonate.
- polyamide resin examples include nylon 6, nylon 6,6, a copolymer of nylon 6 and nylon 6,6, nylon 6,10, polymetaxylylene adipamide (MXD6), and the like. It is done.
- the base material layer 1 may be formed of a single resin film, but may be formed of two or more resin films in order to improve pinhole resistance and insulation. Specific examples include a multilayer structure in which a polyester film and a nylon film are laminated, a multilayer structure in which a plurality of nylon films are laminated, a multilayer structure in which a plurality of polyester films are laminated, and the like.
- the base material layer 1 has a multilayer structure, a laminate of a biaxially stretched nylon film and a biaxially stretched polyester film, a laminate of a plurality of biaxially stretched nylon films, and a laminate of a plurality of biaxially stretched polyester films The body is preferred.
- the polyester resin and the polyester resin are laminated, the polyamide resin and the polyamide resin are laminated, or the polyester resin and the polyamide resin are laminated. It is preferable to use a structure in which polyethylene terephthalate and polyethylene terephthalate are laminated, a structure in which nylon and nylon are laminated, or a structure in which polyethylene terephthalate and nylon are laminated.
- the polyester resin is difficult to discolor when, for example, the electrolytic solution adheres to the surface, it is preferable to laminate the base material layer 1 so that the polyester resin is located in the outermost layer in the laminated configuration.
- the thickness of each layer is preferably 2 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
- the base material layer 1 is formed of a multilayer resin film
- two or more resin films may be laminated via an adhesive component such as an adhesive or an adhesive resin, and the type and amount of the adhesive component used. Is the same as that of the adhesive layer 2 described later.
- an adhesive component such as an adhesive or an adhesive resin
- stacking two or more resin films A well-known method can be employ
- the dry lamination method is mentioned.
- the thickness of the adhesive layer is, for example, about 2 ⁇ m to 5 ⁇ m.
- the thickness of the base material layer 1 is not particularly limited as long as it exhibits a function as a base material layer, and examples thereof include about 4 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably about 10 ⁇ m to 35 ⁇ m.
- the adhesive layer 2 is a layer provided between the base material layer 1 and the metal layer 3 as necessary in order to firmly bond the base material layer 1 and the metal layer 3.
- the adhesive layer 2 is formed of an adhesive capable of bonding the base material layer 1 and the metal layer 3 together.
- the adhesive used for forming the adhesive layer 2 may be a two-component curable adhesive or a one-component curable adhesive.
- the bonding mechanism of the adhesive used for forming the adhesive layer 2 is not particularly limited, and may be any of a chemical reaction type, a solvent volatilization type, a heat melting type, a hot pressure type, and the like.
- adhesive components that can be used to form the adhesive layer 2 include polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polyethylene isophthalate, polycarbonate, and copolyester; Polyether adhesive; Polyurethane adhesive; Epoxy resin; Phenol resin resin; Polyamide resin such as nylon 6, nylon 66, nylon 12, copolymer polyamide; polyolefin, carboxylic acid modified polyolefin, metal modified polyolefin, etc.
- Polyolefin resins polyvinyl acetate resins, cellulose adhesives, (meth) acrylic resins, polyimide resins, urea resins, melamine resins and other amino resins, chloroprene rubber, nitrile rubber, - Len rubbers such as butadiene rubber, silicone-based resins.
- These adhesive components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among these adhesive components, a polyurethane adhesive is preferable.
- the thickness of the adhesive layer 2 is not particularly limited as long as it exhibits a function as an adhesive layer.
- the thickness is about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably about 2 ⁇ m to 5 ⁇ m.
- the metal layer 3 is a layer that functions as a barrier layer for preventing water vapor, oxygen, light, and the like from entering the battery, in addition to improving the strength of the battery packaging material.
- Specific examples of the metal constituting the metal layer 3 include aluminum, stainless steel, and titanium, and preferably aluminum.
- the metal layer 3 can be formed by metal foil, metal vapor deposition, or the like, preferably by metal foil, and more preferably by aluminum foil.
- annealed aluminum JIS H4160 A8021H-O, JIS H4160 A8079H-O, JIS H4000: It is more preferable to use soft aluminum foil such as 2014 A8021P-O, JIS H4000: 2014 A8079P-O).
- the thickness of the metal layer 3 is not particularly limited as long as it functions as a barrier layer such as water vapor, but can be, for example, about 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably about 10 ⁇ m to 35 ⁇ m.
- the metal layer 3 is preferably subjected to chemical conversion treatment on at least one side, preferably both sides, in order to stabilize adhesion, prevent dissolution and corrosion, and the like.
- the chemical conversion treatment refers to a treatment for forming an acid-resistant film on the surface of the metal layer.
- chromic acid compounds such as chromium nitrate, chromium fluoride, chromium sulfate, chromium acetate, chromium oxalate, chromium biphosphate, chromic acetyl acetate, chromium chloride, potassium sulfate chromium, etc.
- X represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group, a hydroxyalkyl group, an allyl group or a benzyl group.
- R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydroxyl group, an alkyl group, or a hydroxyalkyl group.
- examples of the alkyl group represented by X, R 1 and R 2 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, Examples thereof include a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a tert-butyl group.
- Examples of the hydroxyalkyl group represented by X, R 1 and R 2 include a hydroxymethyl group, a 1-hydroxyethyl group, a 2-hydroxyethyl group, a 1-hydroxypropyl group, a 2-hydroxypropyl group, 3- A linear or branched chain having 1 to 4 carbon atoms substituted with one hydroxy group such as hydroxypropyl group, 1-hydroxybutyl group, 2-hydroxybutyl group, 3-hydroxybutyl group, 4-hydroxybutyl group An alkyl group is mentioned.
- the alkyl group and hydroxyalkyl group represented by X, R 1 and R 2 may be the same or different.
- X is preferably a hydrogen atom, a hydroxyl group or a hydroxyalkyl group.
- the number average molecular weight of the aminated phenol polymer having the repeating units represented by the general formulas (1) to (4) is preferably, for example, from 500 to 1,000,000, and from about 1,000 to 20,000. Is more preferable.
- a metal oxide such as aluminum oxide, titanium oxide, cerium oxide, tin oxide, or barium sulfate fine particles dispersed in phosphoric acid is coated.
- a method of forming a corrosion-resistant treatment layer on the surface of the metal layer 3 by performing a baking treatment at 150 ° C. or higher can be mentioned.
- a resin layer obtained by crosslinking a cationic polymer with a crosslinking agent may be further formed on the corrosion-resistant treatment layer.
- examples of the cationic polymer include polyethyleneimine, an ionic polymer complex composed of a polymer having polyethyleneimine and a carboxylic acid, a primary amine graft acrylic resin obtained by graft polymerization of a primary amine on an acrylic main skeleton, and polyallylamine. Or the derivative, aminophenol, etc. are mentioned.
- these cationic polymers only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
- examples of the crosslinking agent include a compound having at least one functional group selected from the group consisting of an isocyanate group, a glycidyl group, a carboxyl group, and an oxazoline group, and a silane coupling agent. As these crosslinking agents, only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
- chemical conversion treatment only one type of chemical conversion treatment may be performed, or two or more types of chemical conversion processing may be performed in combination. Furthermore, these chemical conversion treatments may be carried out using one kind of compound alone, or may be carried out using a combination of two or more kinds of compounds.
- chemical conversion treatments chromic acid chromate treatment, chromate treatment combining a chromic acid compound, a phosphoric acid compound, and an aminated phenol polymer are preferable.
- the amount of the acid-resistant film formed on the surface of the metal layer 3 in the chemical conversion treatment is not particularly limited.
- a chromic acid compound is present per 1 m 2 of the surface of the metal layer 3.
- a solution containing a compound used for forming an acid-resistant film is applied to the surface of the metal layer by a bar coating method, a roll coating method, a gravure coating method, an immersion method, or the like, and then the temperature of the metal layer is 70. It is performed by heating so that the temperature is about 200 ° C. or higher.
- the metal layer may be previously subjected to a degreasing treatment by an alkali dipping method, an electrolytic cleaning method, an acid cleaning method, an electrolytic acid cleaning method, or the like. By performing the degreasing treatment in this way, it becomes possible to more efficiently perform the chemical conversion treatment on the surface of the metal layer.
- the adhesive layer 4 is a layer provided between the metal layer 3 and the heat-fusible resin layer 5 in order to enhance the insulation and durability of the battery packaging material.
- the adhesive layer 4 has a resin composition containing an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 ° C. or more and 120 ° C. or less and an epoxy resin having a weight average molecular weight of 50 or more and 2000 or less. is doing.
- the adhesive layer 4 is preferably formed of the resin composition.
- the adhesive layer 4 may contain an additive such as an anti-blocking agent (such as silica), and the additive or the like may be contained in the resin composition.
- the resin composition is a cured product.
- the adhesive layer 4 has a resin composition containing an acid-modified polyolefin and an epoxy resin.
- the acid-modified polyolefin functions as a main agent and the epoxy resin functions as a curing agent.
- the resin composition becomes a cured product.
- the melting point of the acid-modified polyolefin is preferably 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower
- the weight average molecular weight of the epoxy resin is preferably 50 or higher and 2000 or lower.
- the probe 10 of the thermomechanical analyzer is installed on the surface of the adhesive layer 4 at the end of the battery packaging material.
- the edge part at this time is a part where the cross section of the adhesive layer 4 obtained by cutting in the thickness direction so as to pass through the central part of the battery packaging material is exposed. Cutting can be performed using a commercially available rotary microtome or the like.
- the portion where the heat-welding resin layers of the battery packaging material are heat-sealed with each other Measure.
- thermomechanical analyzer an atomic force microscope to which a cantilever with a heating mechanism can be attached can be used.
- the tip radius of the probe 10 is 30 nm or less
- the load applied to the probe 10 is a deviation (Defection) ⁇ 4 V
- the rate is 5 ° C / min.
- the probe 10 is pushed up, and the position of the probe 10 is set to the initial value (probe temperature). Is higher than the position when the temperature is 40 ° C.).
- the adhesive layer 4 is softened, pierces the probe 10 adhesive layer 4 as shown in FIG. 4C, and the position of the probe 10 is lowered.
- the battery packaging material to be measured is at room temperature (25 ° C.), and a probe heated to 40 ° C. is placed on the surface of the adhesive layer 4. To start measurement.
- the probe is heated from 40 ° C. to 220 ° C. (more preferably from 40 ° C. to 250 ° C.) from the viewpoint of further improving the insulation and durability. It is preferable that the position of the probe 10 placed on the surface of the adhesive layer 4 does not fall below the initial value (position when the probe temperature is 40 ° C.), and is heated from 160 ° C. to 200 ° C. More preferably, the position of the probe 10 installed on the surface of the adhesive layer 4 does not decrease.
- the step of heat-sealing the heat-fusible resin layers of the battery packaging material to seal the battery element is usually performed by heating at about 160 ° C. to 200 ° C. For this reason, when the probe is heated from 160 ° C. to 200 ° C., the battery packaging material in which the position of the probe 10 placed on the surface of the adhesive layer 4 does not decrease can exhibit particularly high insulation and durability.
- the probe 10 in measuring the displacement of the probe 10 using a thermomechanical analyzer, the probe 10 is placed on the surface of the adhesive layer 4 at the end of the battery packaging material, and the probe is heated from 40 ° C. to 220 ° C. (More preferably, when heated from 40 ° C. to 250 ° C.)
- the amount of increase in the position of the probe 10 when heated from 140 ° C. to 220 ° C. is the position of the probe 10 when heated from 80 ° C. to 120 ° C. It is preferable that it is larger than the rising amount.
- the adhesive layer 4 for bonding the metal layer 3 and the heat-fusible resin layer 5 is a resin composition having the above specific composition.
- a minute foreign matter such as an electrode active material or electrode tab debris may cause heat sealing such as the interface between the heat-fusible resin layers or between the electrode tab and the heat-fusible resin layer. Even when it is present in the portion to be provided, the insulation and durability of the battery packaging material are enhanced.
- the adhesive layer 4 has a resin composition containing an acid-modified polyolefin and an epoxy resin, and a thermomechanical analyzer is used.
- a thermomechanical analyzer is used.
- the acid-modified polyolefin may be further modified with a (meth) acrylic acid ester.
- the modified polyolefin further modified with (meth) acrylic acid ester is obtained by acid-modifying polyolefin by using unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride and (meth) acrylic acid ester in combination. is there.
- “(meth) acrylic acid ester” means “acrylic acid ester” or “methacrylic acid ester”.
- One type of acid-modified polyolefin may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the polyolefin to be acid-modified is not particularly limited as long as it is a resin containing an olefin as at least a monomer unit.
- the polyolefin can be composed of, for example, at least one of polyethylene and polypropylene, and is preferably composed of polypropylene.
- the polyethylene can be composed of, for example, at least one of homopolyethylene and ethylene copolymer.
- Polypropylene can be composed of, for example, at least one of homopolypropylene and propylene copolymer.
- propylene copolymer examples include copolymers of propylene and other olefins such as ethylene-propylene copolymer, propylene-butene copolymer, and ethylene-propylene-butene copolymer.
- the proportion of the propylene unit contained in the polypropylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, more preferably about 80 mol% or more and 100 mol% or less, from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably.
- the proportion of the ethylene unit contained in the polyethylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably, it is about the following.
- Each of the ethylene copolymer and the propylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer.
- the ethylene copolymer and the propylene copolymer may each be crystalline or amorphous, and may be a copolymer or a mixture thereof.
- the polyolefin may be formed of one type of homopolymer or copolymer, or may be formed of two or more types of homopolymer or copolymer.
- the unsaturated carboxylic acid examples include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, and crotonic acid.
- an acid anhydride the acid anhydride of the unsaturated carboxylic acid illustrated above is preferable, and maleic anhydride and itaconic anhydride are more preferable.
- the acid-modified polyolefin may be one modified with one type of unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride, or one modified with two or more types of unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride. Also good.
- Examples of (meth) acrylic acid esters include esterified products of (meth) acrylic acid and alcohols having 1 to 30 carbon atoms, preferably esterified products of (meth) acrylic acid and alcohols having 1 to 20 carbon atoms. Is mentioned. Specific examples of (meth) acrylic acid esters include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, (meth) Examples include octyl acrylate, decyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and the like. In modification of polyolefin, only one type of (meth) acrylic acid ester may be used, or two or more types may be used.
- the ratio of the unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride in the acid-modified polyolefin is preferably about 0.1% by mass to 30% by mass, and preferably about 0.1% by mass to 20% by mass. It is more preferable. By setting it as such a range, the insulation and durability of the packaging material for batteries can be improved more.
- the proportion of (meth) acrylic acid ester in the acid-modified polyolefin is preferably about 0.1% by mass to 40% by mass, more preferably about 0.1% by mass to 30% by mass. preferable. By setting it as such a range, the insulation and durability of the packaging material for batteries can be improved more.
- the weight average molecular weight of the acid-modified polyolefin is preferably about 6000 to 200000, and more preferably about 8000 to 150,000. In the present invention, the weight average molecular weight of the acid-modified polyolefin is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) measured under conditions using polystyrene as a standard sample.
- the melting point of the acid-modified polyolefin is preferably about 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, and more preferably about 50 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. In the present invention, the melting point of the acid-modified polyolefin refers to an endothermic peak temperature in differential scanning calorimetry.
- the method for modifying the polyolefin is not particularly limited, and for example, an unsaturated carboxylic acid or an acid anhydride thereof or a (meth) acrylic acid ester may be copolymerized with the polyolefin.
- examples of such copolymerization include random copolymerization, block copolymerization, graft copolymerization (graft modification), and the like, and preferably graft copolymerization.
- the epoxy resin is not particularly limited as long as it is a resin capable of forming a crosslinked structure with an epoxy group present in the molecule, and a known epoxy resin can be used.
- the weight average molecular weight of the epoxy resin may be in the range of 50 or more and 2000 or less.
- the weight average molecular weight of the epoxy resin is preferably about 100 to 1000, more preferably 200 to 800. The following are mentioned.
- the weight average molecular weight of the epoxy resin is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) measured under conditions using polystyrene as a standard sample.
- epoxy resin examples include bisphenol A diglycidyl ether, modified bisphenol A diglycidyl ether, novolac glycidyl ether, glycerin polyglycidyl ether, and polyglycerin polyglycidyl ether.
- An epoxy resin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
- the proportion of the epoxy resin in the adhesive layer 4 is preferably in the range of 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acid-modified polyolefin, and in the range of 1 to 10 parts by mass. More preferably. Thereby, the insulation and durability of the battery packaging material can be further improved.
- the melting temperature of the adhesive layer 4 is preferably about 180 ° C. or higher and 260 ° C. or lower, more preferably about 200 ° C. or higher and 240 ° C. or lower.
- the melting temperature of the adhesive layer 4 is a value measured by a method in accordance with the provisions of JIS K7196: 2012 “Softening temperature test method by thermomechanical analysis of thermoplastic film and sheet”, specifically, It is a value measured by the method described in the examples.
- the penetration temperature was the melting temperature.
- the solid content of the adhesive layer 4 is not particularly limited, but is preferably about 0.5 g / m 2 or more and 10 g / m 2 or less, more preferably 0.8 g / m 2 from the viewpoint of further improving the insulation and durability. the degree m 2 or more 5.2 g / m 2 or less and the like. From the same viewpoint, the thickness of the adhesive layer 4 is preferably 0.6 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less, more preferably 0.9 ⁇ m or more and 5.8 ⁇ m or less.
- the heat-fusible resin layer 5 corresponds to the innermost layer and is a layer that heat-welds the heat-fusible resin layers together to seal the battery element when the battery is assembled. .
- the resin component used in the heat-fusible resin layer 5 of the first invention is not particularly limited as long as it can be heat-welded, and examples thereof include polyolefin and acid-modified polyolefin.
- polyolefins include polyethylenes such as low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, and linear low density polyethylene; homopolypropylene, polypropylene block copolymers (for example, block copolymers of propylene and ethylene), polypropylene Polypropylenes such as random copolymers (for example, random copolymers of propylene and ethylene); ethylene-butene-propylene terpolymers; and the like.
- polyethylene and polypropylene are preferable, and polypropylene is more preferable.
- the polyolefin may be a cyclic polyolefin.
- the cyclic polyolefin is a copolymer of an olefin and a cyclic monomer, and examples of the olefin that is a constituent monomer of the cyclic polyolefin include ethylene, propylene, 4-methyl-1-pentene, styrene, butadiene, and isoprene. It is done.
- examples of the cyclic monomer that is a constituent monomer of the cyclic polyolefin include cyclic alkenes such as norbornene; specifically, cyclic dienes such as cyclopentadiene, dicyclopentadiene, cyclohexadiene, norbornadiene, and the like.
- cyclic alkene is preferable, and norbornene is more preferable.
- the acid-modified polyolefin is a polymer obtained by modifying the above polyolefin by block polymerization or graft polymerization with carboxylic acid or the like.
- carboxylic acid used for modification include maleic acid, acrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride and the like.
- the acid-modified polyolefin may be an acid-modified cyclic polyolefin.
- the acid-modified cyclic polyolefin is a copolymer obtained by copolymerizing a part of the monomer constituting the cyclic polyolefin in place of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid or its anhydride, or ⁇ , ⁇ -unsaturated with respect to the cyclic polyolefin. It is a polymer obtained by block polymerization or graft polymerization of a saturated carboxylic acid or its anhydride.
- the cyclic polyolefin to be acid-modified is the same as described above.
- the carboxylic acid used for modification is the same as that used for modification of the acid-modified cycloolefin copolymer.
- polyolefins preferred are polyolefins, and more preferred are propylene copolymers.
- propylene copolymer include copolymers of propylene and other olefins such as ethylene-propylene copolymer, propylene-butene copolymer, and ethylene-propylene-butene copolymer.
- the proportion of the propylene unit contained in the polypropylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, more preferably about 80 mol% or more and 100 mol% or less, from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably.
- the proportion of the ethylene unit contained in the polyethylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably, it is about the following.
- Each of the ethylene copolymer and the propylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer, and a random propylene copolymer is preferred.
- the heat-fusible resin layer 5 of the first invention preferably has polypropylene, and preferably has a layer formed of polypropylene.
- the heat-fusible resin layer 5 may be formed of one kind of resin component alone or may be formed of a blend polymer in which two or more kinds of resin components are combined. Furthermore, the heat-fusible resin layer 5 may be formed of only one layer, but may be formed of two or more layers using the same or different resin components.
- the innermost layer (the side opposite to the metal layer 3) of the heat-fusible resin layer 5 is formed by a dry laminating method or extrusion molding.
- the formed layer is preferable. Thereby, insulation and a moldability can be improved further.
- the heat-fusible resin layer 5 of the first invention preferably has fine irregularities on its surface (the innermost layer side surface). Thereby, a moldability can be improved further.
- a method of forming fine irregularities on the surface of the heat-fusible resin layer 5 a method of adding a matting agent exemplified in the surface coating layer described later to the heat-fusible resin layer 5, and irregularities on the surface. For example, a method may be used in which the cooling roll is brought into contact with the mold.
- the ten-point average roughness of the surface of the heat-fusible resin layer 5 is preferably 0.3 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less, more preferably 0.3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and further preferably 0.5 ⁇ m or more. 2 micrometers or less are mentioned.
- the ten-point average roughness is a value measured using a Keyence laser microscope VK-9710 under the measurement conditions of 50 times objective lens and no cutoff in a method in accordance with JIS B0601: 1994.
- the thickness of the heat-fusible resin layer 5 of the first invention is not particularly limited as long as it exhibits the function as the heat-fusible resin layer, but from the viewpoint of further improving the insulation and durability, For example, 10 micrometers or more and 40 micrometers or less, Preferably 15 micrometers or more and 40 micrometers or less are mentioned.
- the first insulating layer 51 is formed of the metal layer 3 and the heat-fusible resin layer 41 together with the second insulating layer 52 to be described later in order to enhance the insulation and durability of the battery packaging material. It is a layer provided between them.
- the first insulating layer 51 is laminated on the metal layer 3 side, and the second insulating layer 52 is laminated on the heat-fusible resin layer 41 side.
- the melting temperature of the first insulating layer 51 is 200 ° C. or higher.
- the melting temperature of the first insulating layer 51 is 200 ° C. or higher.
- the melting temperature of the first insulating layer 51 is not particularly limited as long as it is 200 ° C. or higher, but is preferably about 200 to 260 ° C., more preferably about 200 to 240 ° C.
- the melting temperature is a value measured by a method compliant with the provisions of JIS K7196: 2012 “Softening temperature test method by thermomechanical analysis of thermoplastic film and sheet”, specifically Is a value measured by the method described in Examples. The penetration temperature was taken as the melting temperature.
- the second insulating layer 52 having a melting temperature lower than the melting temperature is formed together with the first insulating layer 51 having a specific melting temperature. Therefore, it has high heat-resistant mechanical strength when heat such as heat sealing is applied, has high flexibility, and can effectively suppress generation of fine cracks due to stress such as bending.
- the heat-fusible resin layer 41 the heat-fusible resin layer generated when the heat-sealing resin layer 41 is heat-sealed with fine cracks that are likely to occur in a thin portion, through-holes due to foreign matter, and the like, and the electrolyte solution being bitten. Even when a void or the like is formed due to foaming of the electrolytic solution, the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52 can prevent the electrolytic solution from directly contacting the metal layer and protect the metal layer 3.
- the combination of the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52 having both high heat resistance and high flexibility makes it possible to pack the battery packaging material due to foreign matter. It is possible to prevent a decrease in insulation.
- the resin for forming the first insulating layer 51 is not particularly limited as long as it has the aforementioned melting temperature. From the viewpoint of further improving the insulating properties and durability by using the second insulating layer 52 together with the second insulating layer 52, the first insulating layer 51 is preferably formed of an acid-modified polyolefin and an epoxy resin.
- the acid-modified polyolefin it is preferable to use a polyolefin modified with an unsaturated carboxylic acid or an acid anhydride thereof. Furthermore, the acid-modified polyolefin may be further modified with a (meth) acrylic acid ester.
- the modified polyolefin further modified with (meth) acrylic acid ester is obtained by acid-modifying polyolefin by using unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride and (meth) acrylic acid ester in combination. is there.
- the polyolefin to be acid-modified is not particularly limited as long as it is a resin containing an olefin as at least a monomer unit.
- the polyolefin can be composed of, for example, at least one of polyethylene and polypropylene, and is preferably composed of polypropylene.
- the polyethylene can be composed of, for example, at least one of homopolyethylene and ethylene copolymer.
- Polypropylene can be composed of, for example, at least one of homopolypropylene and propylene copolymer.
- propylene copolymer examples include copolymers of propylene and other olefins such as ethylene-propylene copolymer, propylene-butene copolymer, and ethylene-propylene-butene copolymer.
- the proportion of the propylene unit contained in the polypropylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, more preferably about 80 mol% or more and 100 mol% or less, from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably.
- the proportion of the ethylene unit contained in the polyethylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably, it is about the following.
- Each of the ethylene copolymer and the propylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer.
- the ethylene copolymer and the propylene copolymer may each be crystalline or amorphous, and may be a copolymer or a mixture thereof.
- the polyolefin may be formed of one type of homopolymer or copolymer, or may be formed of two or more types of homopolymer or copolymer.
- the unsaturated carboxylic acid examples include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, and crotonic acid.
- an acid anhydride the acid anhydride of the unsaturated carboxylic acid illustrated above is preferable, and maleic anhydride and itaconic anhydride are more preferable.
- the acid-modified polyolefin may be one modified with one type of unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride, or one modified with two or more types of unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride. Also good.
- Examples of (meth) acrylic acid esters include esterification products of (meth) acrylic acid and alcohols having 1 to 30 carbon atoms, preferably esterification products of (meth) acrylic acid and alcohols having 1 to 20 carbon atoms. Is mentioned. Specific examples of (meth) acrylic acid esters include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, (meth) Examples include octyl acrylate, decyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and the like. In modification of polyolefin, only one type of (meth) acrylic acid ester may be used, or two or more types may be used.
- the ratio of the unsaturated carboxylic acid or its acid anhydride in the acid-modified polyolefin is preferably about 0.1% by mass to 30% by mass, and preferably about 0.1% by mass to 20% by mass. It is more preferable. By setting it as such a range, the insulation and durability of the packaging material for batteries can be improved more.
- the proportion of (meth) acrylic acid ester in the acid-modified polyolefin is preferably about 0.1% by mass to 40% by mass, more preferably about 0.1% by mass to 30% by mass. preferable. By setting it as such a range, the insulation and durability of the packaging material for batteries can be improved more.
- the weight average molecular weight of the acid-modified polyolefin is preferably about 6000 to 200000, and more preferably about 8000 to 150,000.
- the weight average molecular weight of the acid-modified polyolefin is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) measured under conditions using polystyrene as a standard sample.
- GPC gel permeation chromatography
- the melting point of the acid-modified polyolefin is preferably about 50 ° C. or higher and 160 ° C. or lower, and more preferably about 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.
- the melting point of the acid-modified polyolefin refers to the endothermic peak temperature in differential scanning calorimetry.
- the method for modifying the polyolefin is not particularly limited, and for example, an unsaturated carboxylic acid or an acid anhydride thereof or a (meth) acrylic acid ester may be copolymerized with the polyolefin.
- examples of such copolymerization include random copolymerization, block copolymerization, graft copolymerization (graft modification), and the like, and preferably graft copolymerization.
- the epoxy resin is not particularly limited as long as it is a resin capable of forming a crosslinked structure with an epoxy group present in the molecule, and a known epoxy resin can be used.
- epoxy resin examples include bisphenol A diglycidyl ether, modified bisphenol A diglycidyl ether, novolac glycidyl ether, glycerin polyglycidyl ether, and polyglycerin polyglycidyl ether.
- An epoxy resin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
- the proportion of the epoxy resin in the first insulating layer 51 is preferably in the range of 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the acid-modified polyolefin, and is 1 to 10 parts by mass. It is more preferable that it is in the range. Thereby, the insulation and durability of the battery packaging material can be further improved.
- the thickness of the first insulating layer 51 is not particularly limited, but is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably about 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less from the viewpoint of further enhancing the insulation and durability together with the second insulating layer 52. .
- the second insulating layer 52 is formed of the metal layer 3 and the heat-fusible resin layer 41 together with the above-described first insulating layer 51 in order to improve the insulation and durability of the battery packaging material. It is a layer provided between them.
- the second insulating layer 52 is laminated on the heat-fusible resin layer 41 side, and the first insulating layer 51 is laminated on the metal layer 3 side.
- the melting temperature of the second insulating layer 52 is lower than the melting temperature of the first insulating layer 51. Since the melting temperature of the second insulating layer 52 is set lower than the melting temperature of the first insulating layer 51, the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52 exhibit high durability and high flexibility. In addition, it is possible to effectively prevent a decrease in insulation properties of the battery packaging material due to foreign matter.
- the melting temperature of the second insulating layer 52 is not particularly limited as long as it is lower than the melting temperature of the first insulating layer 51, but is preferably 150 ° C. or higher, more preferably about 150 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.
- the resin for forming the second insulating layer 52 is not particularly limited as long as it has the aforementioned melting temperature.
- the second insulating layer 52 is preferably made of polyolefin from the viewpoint of further improving the insulating properties and durability when used together with the first insulating layer 51.
- the polyolefin is not particularly limited as long as it is a resin containing at least an olefin as a monomer unit.
- the polyolefin can be composed of, for example, at least one of polyethylene and polypropylene, and is preferably composed of polypropylene.
- the polyethylene can be composed of, for example, at least one of homopolyethylene and ethylene copolymer.
- Polypropylene can be composed of, for example, at least one of homopolypropylene and propylene copolymer.
- propylene copolymer examples include copolymers of propylene and other olefins such as ethylene-propylene copolymer, propylene-butene copolymer, and ethylene-propylene-butene copolymer.
- the proportion of the propylene unit contained in the polypropylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, more preferably about 80 mol% or more and 100 mol% or less, from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably.
- the proportion of the ethylene unit contained in the polyethylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably, it is about the following.
- Each of the ethylene copolymer and the propylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer, and a block propylene copolymer is preferred.
- the ethylene copolymer and the propylene copolymer may each be crystalline or amorphous, and may be a copolymer or a mixture thereof.
- the polyolefin may be formed of one type of homopolymer or copolymer, or may be formed of two or more types of homopolymer or copolymer.
- the melting point of the polyolefin is preferably about 120 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, more preferably 140 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.
- the melting point of polyolefin refers to the endothermic peak temperature in differential scanning calorimetry.
- the thickness of the second insulating layer 52 is not particularly limited, but is preferably about 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, more preferably about 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less from the viewpoint of further improving insulation and durability together with the first insulating layer 51. Is mentioned.
- the adhesive layer 6 is a layer provided between the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52, if necessary, in order to enhance the adhesion between the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52.
- the adhesive layer 6 is formed of an adhesive capable of adhering the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52. Although it does not restrict
- the thickness of the adhesive layer 6 is not particularly limited as long as it exhibits a function as an adhesive layer, and may be, for example, 20 ⁇ m or less, preferably about 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- the adhesive layer 7 is a layer provided between these layers as necessary in order to firmly bond the metal layer 3 and the first insulating layer 51.
- the adhesive layer 7 is formed of an adhesive capable of bonding the metal layer 3 and the first insulating layer 51.
- the adhesive component used for the adhesive layer 7 is preferably acid-modified polyolefin, more preferably carboxylic acid-modified polyolefin, and particularly preferably carboxylic acid-modified polypropylene.
- the thickness of the adhesive layer 7 is not particularly limited as long as it exhibits a function as an adhesive layer, and examples thereof include about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably about 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
- the heat-fusible resin layer 41 corresponds to the innermost layer, and is a layer that heat-welds the heat-fusible resin layers together to seal the battery element when the battery is assembled. .
- the resin component used for the heat-fusible resin layer 41 is not particularly limited as long as it can be heat-welded, and examples thereof include polyolefin and acid-modified polyolefin.
- polyolefins include polyethylenes such as low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, and linear low density polyethylene; homopolypropylene, polypropylene block copolymers (for example, block copolymers of propylene and ethylene), polypropylene Polypropylenes such as random copolymers (for example, random copolymers of propylene and ethylene); ethylene-butene-propylene terpolymers; and the like.
- polyethylene and polypropylene are preferable, and polypropylene is more preferable.
- the polyolefin may be a cyclic polyolefin.
- the cyclic polyolefin is a copolymer of an olefin and a cyclic monomer, and examples of the olefin that is a constituent monomer of the cyclic polyolefin include ethylene, propylene, 4-methyl-1-pentene, styrene, butadiene, and isoprene. It is done.
- examples of the cyclic monomer that is a constituent monomer of the cyclic polyolefin include cyclic alkenes such as norbornene; specifically, cyclic dienes such as cyclopentadiene, dicyclopentadiene, cyclohexadiene, norbornadiene, and the like.
- cyclic alkene is preferable, and norbornene is more preferable.
- the acid-modified polyolefin is a polymer obtained by modifying the above polyolefin by block polymerization or graft polymerization with carboxylic acid or the like.
- carboxylic acid used for modification include maleic acid, acrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride and the like.
- the acid-modified polyolefin may be an acid-modified cyclic polyolefin.
- An acid-modified cyclic polyolefin is a copolymer in which a part of the monomer constituting the cyclic polyolefin is copolymerized in place of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid or its anhydride, or ⁇ , ⁇ -unsaturated with respect to the cyclic polyolefin. It is a polymer obtained by block polymerization or graft polymerization of a saturated carboxylic acid or its anhydride.
- the cyclic polyolefin to be acid-modified is the same as described above.
- the carboxylic acid used for modification is the same as that used for modification of the acid-modified cycloolefin copolymer.
- polyolefins preferred are polyolefins, and more preferred are propylene copolymers.
- propylene copolymer include copolymers of propylene and other olefins such as ethylene-propylene copolymer, propylene-butene copolymer, and ethylene-propylene-butene copolymer.
- the proportion of the propylene unit contained in the polypropylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, more preferably about 80 mol% or more and 100 mol% or less, from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably.
- the proportion of the ethylene unit contained in the polyethylene is preferably about 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% from the viewpoint of further improving the insulation and durability of the battery packaging material. More preferably, it is about the following.
- Each of the ethylene copolymer and the propylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer, and a random propylene copolymer is preferred.
- the heat-fusible resin layer 41 may be formed of one type of resin component alone, or may be formed of a blend polymer in which two or more types of resin components are combined. Furthermore, the heat-fusible resin layer 41 may be formed of only one layer, but may be formed of two or more layers using the same or different resin components.
- the innermost layer (the side opposite to the metal layer 3) of the heat-fusible resin layer 41 is a layer formed by a dry lamination method or extrusion molding. Preferably there is. Thereby, insulation and a moldability can be improved further.
- the melting temperature of the heat-fusible resin layer 41 is preferably lower than the melting temperature of the second insulating layer 52.
- the melting temperature of the heat-fusible resin layer 41 is preferably about 80 ° C. or higher and 160 ° C. or lower, more preferably about 100 ° C. or higher and 140 ° C. or lower.
- the heat-fusible resin layer 41 preferably has fine irregularities on its surface (the innermost layer side surface). Thereby, a moldability can be improved further.
- a method of forming fine irregularities on the surface of the heat-fusible resin layer 41 a method of adding a matting agent exemplified in the surface coating layer described later to the heat-fusible resin layer 41, and irregularities on the surface. For example, a method may be used in which the cooling roll is brought into contact with the mold.
- the thickness of the heat-fusible resin layer 41 is not particularly limited as long as it exhibits the function as the heat-fusible resin layer, and for example, it is about 10 ⁇ m to 40 ⁇ m, preferably about 15 ⁇ m to 40 ⁇ m. .
- the base material layer 1 may be formed on the base material layer 1 as necessary (the metal layer of the base material layer 1). If necessary, a surface coating layer (not shown) may be provided on the side opposite to (3).
- a surface coating layer is a layer located in the outermost layer when a battery is assembled.
- the surface coating layer can be formed of, for example, polyvinylidene chloride, polyester resin, urethane resin, acrylic resin, epoxy resin, or the like. Of these, the surface coating layer is preferably formed of a two-component curable resin. Examples of the two-component curable resin that forms the surface coating layer include a two-component curable urethane resin, a two-component curable polyester resin, and a two-component curable epoxy resin. Moreover, you may mix
- Examples of the matting agent include fine particles having a particle size of about 0.5 nm to 5 ⁇ m.
- the material of the matting agent is not particularly limited, and examples thereof include metals, metal oxides, inorganic substances, and organic substances.
- the shape of the matting agent is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a fiber shape, a plate shape, an indeterminate shape, and a balloon shape.
- Specific examples of the matting agent include talc, silica, graphite, kaolin, montmorilloid, montmorillonite, synthetic mica, hydrotalcite, silica gel, zeolite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, zinc oxide, magnesium oxide, and aluminum oxide.
- These matting agents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among these matting agents, silica, barium sulfate, and titanium oxide are preferable from the viewpoint of dispersion stability and cost.
- the matting agent may be subjected to various surface treatments such as insulation treatment and high dispersibility treatment on the surface.
- the method for forming the surface coating layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of applying a two-component curable resin for forming the surface coating layer on one surface of the base material layer 1.
- the matting agent may be added to the two-component curable resin, mixed, and then applied.
- the thickness of the surface coating layer is not particularly limited as long as it exhibits the above function as the surface coating layer, and examples thereof include about 0.5 ⁇ m or less and about 10 ⁇ m or less, preferably about 1 ⁇ m or less and about 5 ⁇ m or less.
- the method for producing the battery packaging material of the first invention is not particularly limited as long as a laminate in which layers of a predetermined composition are laminated is obtained, and at least the base material layer 1 and And a lamination step for obtaining a laminate comprising the metal layer 3, the adhesive layer 4, and the heat-fusible resin layer 5 in this order, and the adhesive layer 4 is an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.
- a method of forming a resin composition containing an epoxy resin having a weight average molecular weight of 50 to 2000 can be employed. That is, the battery packaging material of the present invention can be manufactured by laminating each layer using the adhesive layer 4 described in the section of “2. Each layer forming the battery packaging material”.
- a laminate including the base material layer 1, the adhesive layer 2, and the metal layer 3 in this order (hereinafter also referred to as “laminate A”) is formed.
- the laminate A is formed by extruding an adhesive used for forming the adhesive layer 2 on the base layer 1 or the metal layer 3 whose surface is subjected to a chemical conversion treatment, if necessary. It can be performed by a dry laminating method in which the metal layer 3 or the base material layer 1 is laminated and the adhesive layer 2 is cured after being applied and dried by a coating method such as a method or a roll coating method.
- the adhesive layer 4 and the heat-fusible resin layer 5 are laminated on the metal layer 3 of the laminate A.
- laminating the adhesive layer 4 and the heat-fusible resin layer 5 on the metal layer 3 for example, (1) the adhesive layer 4 and the heat-fusible resin layer 5 are formed on the metal layer 3 of the laminate A.
- a method of laminating by coextrusion (coextrusion lamination method) (2) Separately, a laminated body in which the adhesive layer 4 and the heat-fusible resin layer 5 are laminated is formed on the metal layer 3 of the laminated body A.
- the above resin composition for forming the adhesive layer 4 on the metal layer 3 of the laminate A is applied by a coating method such as a gravure coating method or a roll coating method.
- the heat-sealable resin layer is laminated to dry the adhesive layer 4, and (4) the metal layer 3 of the laminate A and the heat-sealable resin layer previously formed into a sheet shape 5, while the molten adhesive layer 4 is poured in between the laminated body 5 and the laminated body via the adhesive layer 4.
- Etc. be bonded method heat-welding resin layer 5 may be mentioned as.
- the method (3) is preferable.
- the above resin composition for forming the adhesive layer 4 is laminated on the metal layer 3 and then dried at a temperature of 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.
- the innermost layer of the heat-fusible resin layer is preferably a layer formed by a dry lamination method or extrusion molding.
- the surface coating layer is laminated on the surface of the base material layer 1 opposite to the metal layer 3.
- the surface coating layer can be formed, for example, by applying the above-described resin for forming the surface coating layer to the surface of the base material layer 1.
- the order of the step of laminating the metal layer 3 on the surface of the base material layer 1 and the step of laminating the surface coating layer on the surface of the base material layer 1 are not particularly limited.
- the metal layer 3 may be formed on the surface of the base material layer 1 opposite to the surface coating layer.
- a heat roll contact type is further provided. It may be subjected to heat treatment such as hot air, near or far infrared. Examples of such heat treatment conditions include 150 to 250 ° C. and 1 to 5 minutes.
- the method for producing the battery packaging material of the second invention is not particularly limited as long as a laminate in which layers of a predetermined composition are laminated is obtained. At least the base material layer, the metal layer, and the first insulation are provided. A step of laminating a layer, a second insulating layer, and a heat-fusible resin layer in this order to obtain a laminate, wherein the melting temperature of the first insulating layer is 200 ° C. or higher, A method of setting the melting temperature lower than the melting temperature of the first insulating layer can be employed. That is, as the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52, by using the layers described in the section of “2. Each layer for forming a battery packaging material”, by laminating each layer, the battery of the second invention Packaging materials can be produced.
- a laminate including the base material layer 1, the adhesive layer 2, and the metal layer 3 in this order (hereinafter may be referred to as “laminate A”) is formed.
- the laminate A is formed by extruding an adhesive used for forming the adhesive layer 2 on the base layer 1 or the metal layer 3 whose surface is subjected to a chemical conversion treatment, if necessary. It can be performed by a dry laminating method in which the metal layer 3 or the base material layer 1 is laminated and the adhesive layer 2 is cured after being applied and dried by a coating method such as a method or a roll coating method.
- the first insulating layer 51, the second insulating layer 52, and the heat-fusible resin layer 4 are stacked on the metal layer 3 of the stacked body A.
- the method for laminating the first insulating layer 51 and the second insulating layer 52 on the metal layer 3 is not limited.
- the resin and the second insulating layer that form the first insulating layer 51 on the metal layer 3 are used.
- covers resin which comprises 52 in order is mentioned.
- a resin film constituting the first insulating layer 51 or a resin film constituting the second insulating layer 52 may be laminated.
- the second insulating layer 52 is laminated after applying the resin constituting the adhesive layer 6 on the first adhesive layer 51. do it. Further, a film in which the adhesive layer 6 is previously laminated on the second insulating layer 52 may be laminated on the first insulating layer 51.
- a resin for forming the adhesive layer 7 is applied on the metal layer 3, and then the first insulating layer 51 and the like are laminated. do it.
- the battery packaging material of the second invention is obtained.
- the surface coating layer is laminated on the surface of the base material layer 1 opposite to the metal layer 3.
- the surface coating layer can be formed, for example, by applying the above-described resin for forming the surface coating layer to the surface of the base material layer 1.
- the order of the step of laminating the metal layer 3 on the surface of the base material layer 1 and the step of laminating the surface coating layer on the surface of the base material layer 1 are not particularly limited.
- the metal layer 3 may be formed on the surface of the base material layer 1 opposite to the surface coating layer.
- surface coating layer / base material layer 1 / adhesive layer 2 provided as needed / metal layer 3 whose surface is subjected to chemical conversion treatment as needed / adhesive layer 7 / provided as needed A laminate composed of the first insulating layer 51 / adhesive layer 6 / second insulating layer 52 / heat-fusible resin layer 4 provided as needed is formed, but the adhesive layer 2 and provided as needed.
- heat treatment such as a hot roll contact type, a hot air type, a near or far infrared type. Examples of such heat treatment conditions include 150 ° C. or more and 250 ° C. or less and 1 minute or more and 5 minutes or less.
- each layer constituting the laminate improves or stabilizes film forming properties, lamination processing, suitability for final processing (pouching, embossing), etc., as necessary. Therefore, surface activation treatment such as corona treatment, blast treatment, oxidation treatment, ozone treatment may be performed.
- the battery packaging material of the present invention is used as a packaging material for sealing and housing battery elements such as a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte.
- a battery element including at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte is formed using the battery packaging material of the present invention, with the metal terminals connected to each of the positive electrode and the negative electrode protruding outward.
- a flange portion region where the heat-fusible resin layers are in contact with each other
- heat-sealing the heat-fusible resin layers of the flange portion to seal the battery
- the battery packaging material of the present invention is used so that the heat-fusible resin portion is on the inner side (surface in contact with the battery element).
- the battery packaging material of the present invention may be used for either a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery.
- the type of secondary battery to which the battery packaging material of the present invention is applied is not particularly limited.
- a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a lead battery, a nickel / hydrogen battery, a nickel / cadmium battery , Nickel / iron livestock batteries, nickel / zinc livestock batteries, silver oxide / zinc livestock batteries, metal-air batteries, polyvalent cation batteries, capacitors, capacitors and the like are suitable applications for the battery packaging material of the present invention.
- the weight average molecular weight of the resin is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) measured under conditions using polystyrene as a standard sample.
- the melting temperature is a penetration temperature according to the TMA penetration mode according to JIS K7196: 2012, and EXSTAR6000 manufactured by Seiko Instruments Inc. was used as the apparatus.
- the melting point of the main agent of the adhesive layer was measured using a differential scanning calorimeter in accordance with the provisions of JIS K7121: 2012.
- Examples 1A to 12A and Comparative Examples 1A to 17A> On a nylon film (thickness 25 ⁇ m) as a base material layer, a metal layer made of aluminum foil (thickness 35 ⁇ m) subjected to chemical conversion treatment on both surfaces was laminated by a dry laminating method. Specifically, a two-component urethane adhesive (polyol compound and aromatic isocyanate compound) was applied to one surface of the aluminum foil, and an adhesive layer (thickness 3 ⁇ m) was formed on the metal layer. Subsequently, after laminating the adhesive layer and the base material layer on the metal layer, an aging treatment was carried out at 40 ° C.
- a two-component urethane adhesive polyol compound and aromatic isocyanate compound
- the chemical conversion treatment of the aluminum foil used as the metal layer is performed by roll coating a treatment liquid composed of a phenol resin, a chromium fluoride compound, and phosphoric acid so that the coating amount of chromium is 10 mg / m 2 (dry mass).
- the coating was performed on both surfaces of the aluminum foil by the method and baked for 20 seconds under the condition that the film temperature was 180 ° C. or higher.
- Comparative Example 17 polypropylene was extruded on the metal layer to obtain a laminate including a base material layer, an adhesive layer, a metal layer, and a heat-fusible resin layer in this order. Each obtained laminate was aged at 70 ° C. for 24 hours to obtain battery packaging materials of Examples 1A to 12A and Comparative Examples 1A to 17A. Table 1A shows the thickness of the adhesive layer converted from the coating amount and density.
- Each battery packaging material obtained above was cut into 60 mm (MD direction, vertical direction) ⁇ 150 mm (TD direction, horizontal direction) as shown in the schematic diagram of FIG. 5 (FIG. 5A). .
- the cut battery packaging material was folded in two so that the heat-fusible resin layers face each other in the TD direction (FIG. 5B).
- one side E facing in the TD direction and one side F in the MD direction are heat-welded (the width of the heat-welded portion S is 7 mm) to produce a bag-shaped battery packaging material in which one side in the TD direction opens. (FIG. 5C, opening G).
- the heat welding conditions were a temperature of 190 ° C., a surface pressure of 1.0 MPa, and a heating / pressurization time of 3 seconds.
- 3 g of the electrolytic solution H was injected from the opening G.
- the opening G was 7 mm wide and heat-welded under the same conditions as above (FIG. 5E).
- the portion where the opening G of the battery packaging material was located was faced up (state shown in FIG. 5 (e)), and was allowed to stand in an isothermal layer at 85 ° C. for 24 hours.
- each battery packaging material is taken out from the thermostatic layer, and as shown in FIG. 5 (f), the side into which the electrolytic solution H has been injected is cut off (the position indicated by the broken line in FIG. 5 (f)). Was opened, and the electrolytic solution H was taken out (FIG. 5G).
- a portion with a width W15 mm in the TD direction of the battery packaging material was cut into a strip shape (a broken line portion in FIG. 5H) to obtain a test piece T (FIG. 5I).
- the heat-sealable resin layer and the metal layer of the obtained test piece T were peeled off, and the heat-sealable resin layer and the metal layer were separated by 50 mm using a tensile tester (trade name AGS-50D manufactured by Shimadzu Corporation).
- the sample was pulled at a rate of / min and the peel strength (N / 15 mm) of the test piece was measured (peel strength after the durability test).
- the peel strength was measured in the same manner for the test piece T obtained by cutting the battery packaging materials obtained in Examples 1A to 12A and Comparative Examples 1A to 17A to a width of 15 mm (peel strength before the durability test).
- the results are shown in Table 1A.
- the adhesive layer located between these layers is laminated on either or both of the heat-fusible resin layer and the metal layer. It becomes.
- each battery packaging material obtained above was cut into a size of 60 mm (horizontal direction) ⁇ 150 mm (vertical direction) to obtain a test piece (FIG. 6A).
- this test piece was folded so that the short sides were opposed to each other, and the test pieces were arranged so that the surfaces of the heat-fusible resin layers of the test pieces were opposed to each other.
- a wire M of 25 ⁇ m ⁇ was inserted between the surfaces of the heat-fusible resin layers facing each other (FIG. 6B).
- the heat-fusible resin layers were heat-sealed with a heat-sealing machine composed of a flat plate-like hot plate 7 mm wide in the direction perpendicular to the length direction of the battery packaging material (FIG. 6 (c). ), Heat-welded portion S).
- a heat-sealing machine composed of a flat plate-like hot plate 7 mm wide in the direction perpendicular to the length direction of the battery packaging material (FIG. 6 (c). ), Heat-welded portion S).
- heat sealing was performed from above the portion where the wire M is located, and the heat-fusible resin layer was heat-sealed to the wire M.
- the positive electrode of the tester was connected to the wire M, and the negative electrode was connected to the battery packaging material on one side.
- the adhesive layer disposed between the metal layer and the heat-fusible resin layer is composed of an acid-modified polyolefin having a melting point of 50 ° C. to 120 ° C. and an epoxy having a weight average molecular weight of 50 to 2000. It can be seen that the battery packaging materials of Examples 1A to 12A formed of a resin composition containing a resin are excellent in durability and insulation.
- Comparative Examples 9A to 12A not using acid Comparative Examples 13A to 16A not using acid-modified polyolefin, and Comparative Example 17 having no adhesive layer, compared to Examples 1A to 12A, respectively. Many have low insulation and low durability.
- thermomechanical analyzer A probe was placed on the surface of the adhesive layer at the end of each battery packaging material obtained in Example 10A and Comparative Example 11A, and the probe was heated from 40 ° C. to 250 ° C. (temperature increase rate 5 ° C./min, tip of probe) The radius was 30 nm or less, the load applied to the probe was deviation (Defection-4V), and the displacement of the probe was measured. Graphs showing the relationship between the heating temperature and the displacement of the probe position are shown in FIG. 7 (Example 10A) and FIG. 8 (Comparative Example 11A), respectively. Details of the measurement conditions are as follows.
- thermomechanical analyzer An afm plus system manufactured by ANALYSIS INSTRUMENTS was used as the thermomechanical analyzer, and a cantilever ThermaLever was used as the probe.
- three kinds of attached samples polycaprolactam (melting point 55 ° C.), polyethylene (melting point 116 ° C.), polyethylene terephthalate (melting point 235 ° C.)) were used, applied voltage 0.1-10 V, speed 0.2 V / Second, Deviation-4V.
- Example 10A As shown in FIG. 7, in the battery packaging material obtained in Example 10A, the probe position was measured when the probe was heated from 40 ° C. to 220 ° C. in the probe displacement measurement using the thermomechanical analyzer. It can be seen that is not lower than the initial value. Furthermore, in Example 10A, it can be seen that the amount of increase in the position of the probe when heated from 140 ° C. to 220 ° C. is larger than the amount of increase in the position of the probe when heated from 80 ° C. to 120 ° C. On the other hand, as shown in FIG. 8, in the battery packaging material obtained in Comparative Example 11A, when the probe displacement was measured from 40 ° C. to 220 ° C. in the probe displacement measurement using the thermomechanical analyzer, the probe It can be seen that the position of is lower than the initial value.
- Examples 1B to 4B and Comparative Examples 1B to 4B> On a nylon film (thickness 25 ⁇ m) as a base material layer, a metal layer made of aluminum foil (thickness 35 ⁇ m) subjected to chemical conversion treatment on both surfaces was laminated by a dry laminating method. Specifically, a two-component urethane adhesive (a polyol compound and an aromatic isocyanate compound) was applied to one surface of an aluminum foil, and an adhesive layer (thickness 3 ⁇ m) was formed on the metal layer. Subsequently, after laminating the adhesive layer and the base material layer on the metal layer, an aging treatment was performed at 40 ° C.
- a two-component urethane adhesive a polyol compound and an aromatic isocyanate compound
- the chemical conversion treatment of the aluminum foil used as the metal layer is performed by roll coating a treatment liquid composed of a phenol resin, a chromium fluoride compound, and phosphoric acid so that the coating amount of chromium is 10 mg / m 2 (dry mass).
- the coating was performed on both surfaces of the aluminum foil by the method and baked for 20 seconds under the condition that the film temperature was 180 ° C. or higher.
- Example 4B a laminated film of an adhesive layer, a second insulating layer, and a heat-fusible resin layer was laminated on the first insulating layer by a dry laminating method.
- the resin constituting each layer, the thickness, and the melting temperature are as shown in Table 1B.
- the base material layer / adhesive layer / metal layer / first insulating layer / second insulating layer / heat-fusible resin layer were laminated in this order. A laminate was obtained.
- Example 4B the laminated body by which the base material layer / adhesive layer / metal layer / first insulating layer / adhesive layer / second insulating layer / heat-fusible resin layer was laminated in this order was obtained.
- Comparative Example 1 a laminate was obtained in which the base material layer / adhesive layer / metal layer / first insulating layer / heat-sealable resin layer were laminated in this order.
- Comparative Example 2 a laminate was obtained in which the base material layer / adhesive layer / metal layer / second insulating layer / heat-sealable resin layer were laminated in this order.
- Each of the obtained laminates was aged at 70 ° C. for 24 hours to obtain battery packaging materials of Examples 1B to 4B and Comparative Examples 1B to 4B.
- acid-modified PP means maleic anhydride-modified polypropylene
- random PP means random propylene copolymer
- block PP means block propylene copolymer
- the battery packaging material is a laminate including at least a base material layer, a metal layer, a first insulating layer, a second insulating layer, and a heat-fusible resin layer in this order.
- the battery packaging material of Examples 1B to 4B, wherein the melting temperature of the first insulating layer is 200 ° C. or higher and the melting temperature of the second insulating layer is set lower than the melting temperature of the first insulating layer It can be seen that is excellent in durability and insulation.
- the battery packaging material of Comparative Example 1 in which the second insulating layer was not provided had poor insulation.
- the battery packaging material of Comparative Example 2B in which the first insulating layer was not provided durability and insulation were inferior.
- the 1st insulating layer and the 2nd insulating layer were provided, in the packaging material for batteries of Comparative Examples 3B and 4B whose melting temperature of the 1st insulating layer is less than 200 degreeC, durability and insulation were inferior. .
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Abstract
絶縁性及び耐久性が高い電池用包装材料を提供する。 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体からなり、 前記接着層が、酸変性ポリオレフィンと、エポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、 熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しない、電池用包装材料。
Description
本発明は、電池用包装材料、その製造方法及び電池に関する。
従来、様々なタイプの電池が開発されている。これらの電池において、電極、電解質などにより構成される電池素子は、包装材料などにより封止される必要がある。電池用包装材料としては、金属製の包装材料が多用されている。
近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、パーソナルコンピュータ、カメラ、携帯電話などの高性能化に伴い、多様な形状を有する電池が求められている。また、電池には、薄型化、軽量化なども求められている。しかしながら、従来多用されている金属製の包装材料では、電池形状の多様化に追従することが困難である。また、金属製であるため、包装材料の軽量化にも限界がある。
そこで、多様な形状に加工が容易で、薄型化や軽量化を実現し得る電池用包装材料として、基材層/金属層/熱融着性樹脂層が順次積層されたフィルム状の積層体が提案されている。
例えば、特許文献1には、外側層としての2軸延伸ポリアミドフィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設されたアルミニウム箔層とを含む電池ケース用包材が開示されている。
また、特許文献2には、基材層、接着剤層、腐食防止処理層を設けたアルミニウム箔層、接着性樹脂層、接着性樹脂層の前記基材層との反対側に設けられたシーラント層とが順次積層され、接着性樹脂層が酸変性ポリオレフィン樹脂とエラストマーとを含んだリチウムイオン電池用外装材が開示されている。
しかしながら、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、特許文献2に開示されたような電池用包装材料では、電池用包装材料を電池に適用した場合、絶縁性及び耐久性が低下する場合があるという課題が見出された。
そこで、本発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、電池の製造工程において、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層の表面に付着する場合があり、電池素子を電池用包装材料でヒートシールする際の熱と圧力によって、熱融着性樹脂層の異物が付着した部分が薄肉になる場合があることが明らかとなった。例えば、熱融着性樹脂層同士がヒートシールされる部分などにおいて、熱融着性樹脂層が薄肉になると、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性が不十分となる場合があるという問題がある。
さらに、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物は、導電性を有する。電極タブと熱融着性樹脂層との間に導電性の異物が存在する場合には、ヒートシール時の熱と圧力によって、異物が熱融着性樹脂層を貫通すると、電極タブと電池用包装材料の金属層とが電気的に接続されて短絡するおそれがある。
本発明は、これらの問題に鑑みなされた発明である。すなわち、本発明は、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層同士の界面や電極タブと熱融着性樹脂層との間などのヒートシールされる部分に存在する場合にも、高い絶縁性及び耐久性を有する電池用包装材料を提供することを主な目的とする。
本発明者は、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、電池用包装材料を、少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体とし、接着層が、融点が50~120℃の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50~2000のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有していることにより、絶縁性及び耐久性の高い電池包装用材料が得られることを見出した。また、本発明者は、電池用包装材料を、少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体とし、接着層が酸変性ポリオレフィンとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、電池用包装材料の端部の接着層表面にプローブを設置し、プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、プローブの位置が初期値よりも低下しないものについても、絶縁性及び耐久性に優れていることを見出した。本発明の第1の発明は、これらの知見に基づいて、さらに検討を重ねることにより完成された発明である。
すなわち、第1の発明は、下記に掲げる態様の電池用包装材料、その製造方法、及び電池を提供する。
項1A. 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体からなり、
前記接着層が、酸変性ポリオレフィンと、エポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しない、電池用包装材料。
項2A. 熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、140℃から220℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量が、80℃から120℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量よりも大きい、項1Aに記載の電池用包装材料。
項3A. 前記接着層が、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有する、項1Aまたは2Aに記載の電池用包装材料。
項4A. 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とがこの順に備えた積層体からなり、
前記接着層が、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有する、電池用包装材料。
項5A. 前記接着層の固形分量が、0.5g/m2以上10g/m2以下である、項1A~4Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項6A. 前記接着層の厚みが、0.6μm以上9μm以下である、項1A~5Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項7A. 前記接着層において、酸変性ポリオレフィン100質量部に対して、エポキシ樹脂が0.5質量部以上20質量部以下含まれる、項1A~6Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項8A. 前記接着層の溶融温度が、180℃以上260℃以下の範囲にある、項1A~7Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項9A. 前記熱融着性樹脂層の厚みが、10μm以上40μm以下の範囲にある、項1A~8Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項10A. 前記熱融着性樹脂層は、その表面に微細な凹凸が形成を備えている、項1A~9Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項11A. 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1A~10A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12A. 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とがこの順に備えた積層体を得る積層工程を備え、
前記接着層の形成に、酸変性ポリオレフィンとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を用い、
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しないものを前記接着層として用いる電池用包装材料の製造方法。
項1A. 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体からなり、
前記接着層が、酸変性ポリオレフィンと、エポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しない、電池用包装材料。
項2A. 熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、140℃から220℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量が、80℃から120℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量よりも大きい、項1Aに記載の電池用包装材料。
項3A. 前記接着層が、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有する、項1Aまたは2Aに記載の電池用包装材料。
項4A. 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とがこの順に備えた積層体からなり、
前記接着層が、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有する、電池用包装材料。
項5A. 前記接着層の固形分量が、0.5g/m2以上10g/m2以下である、項1A~4Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項6A. 前記接着層の厚みが、0.6μm以上9μm以下である、項1A~5Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項7A. 前記接着層において、酸変性ポリオレフィン100質量部に対して、エポキシ樹脂が0.5質量部以上20質量部以下含まれる、項1A~6Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項8A. 前記接着層の溶融温度が、180℃以上260℃以下の範囲にある、項1A~7Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項9A. 前記熱融着性樹脂層の厚みが、10μm以上40μm以下の範囲にある、項1A~8Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項10A. 前記熱融着性樹脂層は、その表面に微細な凹凸が形成を備えている、項1A~9Aのいずれかに記載の電池用包装材料。
項11A. 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1A~10A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12A. 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とがこの順に備えた積層体を得る積層工程を備え、
前記接着層の形成に、酸変性ポリオレフィンとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を用い、
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しないものを前記接着層として用いる電池用包装材料の製造方法。
また、本発明者は、上記のような課題を解決すべく、さらに鋭意検討を行った。その結果、電池用包装材料を、少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体とし、第1絶縁層の溶融温度を200℃以上とし、第2絶縁層の溶融温度を第1絶縁層の溶融温度よりも低く設定することにより、絶縁性及び耐久性の高い電池包装用材料が得られることを見出した。本発明の第2の発明は、これらの知見に基づいて、さらに検討を重ねることにより完成された発明である。
すなわち、第2の発明は、下記に掲げる態様の電池用包装材料、その製造方法、及び電池を提供する。
項1B. 少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体からなり、
前記第1絶縁層の溶融温度が、200℃以上であり、
前記第2絶縁層の溶融温度は、前記第1絶縁層の溶融温度よりも低い、電池用包装材料。
項2B. 前記第1絶縁層は、酸変性ポリオレフィン及びエポキシ樹脂により形成されている、項1Bに記載の電池用包装材料。
項3B. 前記第2絶縁層は、溶融温度が150℃以上のポリプロピレンにより形成されている、項1Bまたは2Bに記載の電池用包装材料。
項4B. 前記熱融着性樹脂層の溶融温度が、前記第2絶縁層の溶融温度よりも低い、項1B~3Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項5B. 前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とが、接着層を介して接着されている、項1B~4Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項6B. 前記第1絶縁層の厚みが、10μm以下である、項1B~5Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項7B. 前記第2絶縁層の厚みが、10μm以上50μm以下である、項1B~6Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項8B. 前記接着層の厚みが、20μm以下である、項5B~7Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項9B. 前記熱融着性樹脂層は、ポリオレフィンにより形成されている、項1B~8Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項10B. 前記熱融着性樹脂層は、その表面に微細な凹凸を備えている、、項1B~9Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項11B. 前記熱融着性樹脂層が複数層により形成されており、
前記熱融着性樹脂層の最内層が、ドライラミネート法または押出成形により形成された層である、項1B~10Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項12B. 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1B~11B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によって封止されてなる、電池。
項13B. 少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備え、
前記第1絶縁層の溶融温度を200℃以上とし、
前記第2絶縁層の溶融温度を、前記第1絶縁層の溶融温度よりも低く設定する、電池用包装材料の製造方法。
項1B. 少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体からなり、
前記第1絶縁層の溶融温度が、200℃以上であり、
前記第2絶縁層の溶融温度は、前記第1絶縁層の溶融温度よりも低い、電池用包装材料。
項2B. 前記第1絶縁層は、酸変性ポリオレフィン及びエポキシ樹脂により形成されている、項1Bに記載の電池用包装材料。
項3B. 前記第2絶縁層は、溶融温度が150℃以上のポリプロピレンにより形成されている、項1Bまたは2Bに記載の電池用包装材料。
項4B. 前記熱融着性樹脂層の溶融温度が、前記第2絶縁層の溶融温度よりも低い、項1B~3Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項5B. 前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とが、接着層を介して接着されている、項1B~4Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項6B. 前記第1絶縁層の厚みが、10μm以下である、項1B~5Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項7B. 前記第2絶縁層の厚みが、10μm以上50μm以下である、項1B~6Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項8B. 前記接着層の厚みが、20μm以下である、項5B~7Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項9B. 前記熱融着性樹脂層は、ポリオレフィンにより形成されている、項1B~8Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項10B. 前記熱融着性樹脂層は、その表面に微細な凹凸を備えている、、項1B~9Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項11B. 前記熱融着性樹脂層が複数層により形成されており、
前記熱融着性樹脂層の最内層が、ドライラミネート法または押出成形により形成された層である、項1B~10Bのいずれかに記載の電池用包装材料。
項12B. 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1B~11B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によって封止されてなる、電池。
項13B. 少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備え、
前記第1絶縁層の溶融温度を200℃以上とし、
前記第2絶縁層の溶融温度を、前記第1絶縁層の溶融温度よりも低く設定する、電池用包装材料の製造方法。
本発明の電池用包装材料によれば、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層同士の界面や電極タブと熱融着性樹脂層との間などのヒートシールされる部分に存在する場合にも、絶縁性及び耐久性が高い電池用包装材料を提供することができる。すなわち、本発明の電池用包装材料によって電池素子を封止することにより、電池の絶縁性及び耐久性を高めることができる。
第1の発明の第1の実施態様において、電池用包装材料は、少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体からなり、前記接着層が、融点が50~120℃の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50~2000のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有していることを特徴とする。また、第1の発明の第2の実施態様において、電池用包装材料は、少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体からなり、前記接着層が、酸変性ポリオレフィンと、エポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しないことを特徴とする。以下、図1から図3を参照しながら、本発明の電池用包装材料、その製造方法、及び電池素子が本発明の電池用包装材料により封止された本発明の電池について詳述する。なお、以下の記載において、第1の実施態様と第2の実施態様とで共通しない内容については明示し、特に断りのない場合には、共通する内容である。
第2の発明の電池用包装材料は、少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体からなり、第1絶縁層の溶融温度が、200℃以上であり、第2絶縁層の溶融温度は、第1絶縁層の溶融温度よりも低いことを特徴とする。以下、図9~図12を参照しながら、本発明の電池用包装材料、その製造方法、及び電池素子が第2の発明の電池用包装材料により封止された第2の発明の電池について詳述する。なお、以下の記載において、第1の発明と第2の発明とで共通しない内容については明示し、特に断りのない場合には、共通する内容である。例えば、第1の発明と第2の発明において、基材層1、接着剤層2、金属層3、及び表面被覆層は共通している。
1.電池用包装材料の積層構造
第1の発明の電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、基材層1、金属層3、接着層4、及び熱融着性樹脂層5をこの順に備えた積層体からなる。第1の発明の電池用包装材料において、基材層1が最外層側になり、熱融着性樹脂層5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5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。
第1の発明の電池用包装材料は、図1に示すように、少なくとも、基材層1、金属層3、接着層4、及び熱融着性樹脂層5をこの順に備えた積層体からなる。第1の発明の電池用包装材料において、基材層1が最外層側になり、熱融着性樹脂層5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5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。
第1の発明の発明の電池用包装材料は、図2に示すように、基材層1と金属層3との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着剤層2が設けられていてもよい。
第2の発明の電池用包装材料は、図9に示すように、少なくとも、基材層1、金属層3、第1絶縁層51、第2絶縁層52、及び熱融着性樹脂層41をこの順に備える積層体からなる。第2の発明の電池用包装材料において、後述の表面被覆層を有していない場合には、基材層1が最外層になり、熱融着性樹脂層41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41同士が熱溶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。
第2の発明の電池用包装材料は、図10に示すように、基材層1と金属層3との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着剤層2が設けられていてもよい。また、第2の発明の電池用包装材料は、図11,12に示すように、第1絶縁層51と第2絶縁層52との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着層6が設けられていてもよい。さらに、図12に示すように、金属層3と第1絶縁層51との間に、これらの接着性を高める目的で、必要に応じて接着層7が設けられていてもよい。
2.電池用包装材料を形成する各層の組成
[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、及びこれらの混合物や共重合物等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、ポリカーボネート等が挙げられる。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(MXD6)等が挙げられる。
[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、及びこれらの混合物や共重合物等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、ポリカーボネート等が挙げられる。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(MXD6)等が挙げられる。
基材層1は、1層の樹脂フィルムから形成されていてもよいが、耐ピンホール性や絶縁性を向上させるために、2層以上の樹脂フィルムで形成されていてもよい。具体的には、ポリエステルフィルムとナイロンフィルムとを積層させた多層構造、ナイロンフィルムを複数層積層させた多層構造、ポリエステルフィルムを複数層積層させた多層構造などが挙げられる。基材層1が多層構造である場合、2軸延伸ナイロンフィルムと2軸延伸ポリエステルフィルムの積層体、2軸延伸ナイロンフィルムを複数積層させた積層体、2軸延伸ポリエステルフィルムを複数積層させた積層体が好ましい。例えば、基材層1を2層の樹脂フィルムから形成する場合、ポリエステル樹脂とポリエステル樹脂を積層する構成、ポリアミド樹脂とポリアミド樹脂を積層する構成、またはポリエステル樹脂とポリアミド樹脂を積層する構成にすることが好ましく、ポリエチレンテレフタレートとポリエチレンテレフタレートを積層する構成、ナイロンとナイロンを積層する構成、またはポリエチレンテレフタレートとナイロンを積層する構成にすることがより好ましい。また、ポリエステル樹脂は、例えば電解液が表面に付着した際に変色し難いことなどから、当該積層構成においては、ポリエステル樹脂が最外層に位置するように基材層1を積層することが好ましい。基材層1を多層構造とする場合、各層の厚みとして、好ましくは2μm以上25μm以下が挙げられる。
基材層1を多層の樹脂フィルムで形成する場合、2以上の樹脂フィルムは、接着剤または接着性樹脂などの接着成分を介して積層させればよく、使用される接着成分の種類や量等については、後述する接着剤層2の場合と同様である。なお、2層以上の樹脂フィルムを積層させる方法としては、特に制限されず、公知方法が採用でき、例えばドライラミネート法、サンドイッチラミネート法などが挙げられ、好ましくはドライラミネート法が挙げられる。ドライラミネート法により積層させる場合には、接着層としてウレタン系接着剤を用いることが好ましい。このとき、接着層の厚みとしては、例えば2μm以上5以下μm程度が挙げられる。
基材層1の厚みについては、基材層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、4μm以上50μm以下程度、好ましくは10μm以上35μm以下程度が挙げられる。
[接着剤層2]
本発明の電池用包装材料において、接着剤層2は、基材層1と金属層3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。
本発明の電池用包装材料において、接着剤層2は、基材層1と金属層3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。
接着剤層2は、基材層1と金属層3とを接着可能である接着剤によって形成される。接着剤層2の形成に使用される接着剤は、2液硬化型接着剤であってもよく、また1液硬化型接着剤であってもよい。更に、接着剤層2の形成に使用される接着剤の接着機構についても、特に制限されず、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型、熱圧型等のいずれであってもよい。
接着剤層2の形成に使用できる接着成分としては、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、ポリエチレンイソフタレート、ポリカーボネート、共重合ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリエーテル系接着剤;ポリウレタン系接着剤;エポキシ系樹脂;フェノール樹脂系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、共重合ポリアミド等のポリアミド系樹脂;ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、金属変性ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂;セルロース系接着剤;(メタ)アクリル系樹脂;ポリイミド系樹脂;尿素樹脂、メラミン樹脂等のアミノ樹脂;クロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン-ブタジエンゴム等のゴム;シリコーン系樹脂等が挙げられる。これらの接着成分は1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの接着成分の中でも、好ましくはポリウレタン系接着剤が挙げられる。
接着剤層2の厚みについては、接着層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、1μm以上10μm以下程度、好ましくは2μm以上5μm以下程度が挙げられる。
[金属層3]
電池用包装材料において、金属層3は、電池用包装材料の強度向上の他、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ためのバリア層として機能する層である。金属層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、チタンなどが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。金属層3は、金属箔や金属蒸着などにより形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。電池用包装材料の製造時に、金属層3にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160 A8021H-O、JIS H4160 A8079H-O、JIS H4000:2014 A8021P-O、JIS H4000:2014 A8079P-O)など軟質アルミニウム箔により形成することがより好ましい。
電池用包装材料において、金属層3は、電池用包装材料の強度向上の他、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ためのバリア層として機能する層である。金属層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、チタンなどが挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。金属層3は、金属箔や金属蒸着などにより形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。電池用包装材料の製造時に、金属層3にしわやピンホールが発生することを防止する観点からは、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160 A8021H-O、JIS H4160 A8079H-O、JIS H4000:2014 A8021P-O、JIS H4000:2014 A8079P-O)など軟質アルミニウム箔により形成することがより好ましい。
金属層3の厚みは、水蒸気などのバリア層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、10μm以上50μm以下程度、好ましくは10μm以上35μm以下程度とすることができる。
また、金属層3は、接着の安定化、溶解や腐食の防止などのために、少なくとも一方の面、好ましくは両面が化成処理されていることが好ましい。ここで、化成処理とは、金属層の表面に耐酸性皮膜を形成する処理をいう。化成処理としては、例えば、硝酸クロム、フッ化クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、蓚酸クロム、重リン酸クロム、クロム酸アセチルアセテート、塩化クロム、硫酸カリウムクロムなどのクロム酸化合物を用いたクロム酸クロメート処理;リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、ポリリン酸などのリン酸化合物を用いたリン酸クロメート処理;下記一般式(1)から(4)で表される繰り返し単位を有するアミノ化フェノール重合体を用いたクロメート処理などが挙げられる。なお、当該アミノ化フェノール重合体において、下記一般式(1)から(4)で表される繰り返し単位は、1種類単独で含まれていてもよいし、2種類以上の任意の組み合わせであってもよい。
一般式(1)から(4)中、Xは、水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリル基またはベンジル基を示す。また、R1及びR2は、それぞれ同一または異なって、ヒドロキシル基、アルキル基、またはヒドロキシアルキル基を示す。一般式(1)から(4)において、X、R1及びR2で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基などの炭素数1から4の直鎖または分枝鎖状アルキル基が挙げられる。また、X、R1及びR2で示されるヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、1-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシプロピル基、2-ヒドロキシプロピル基、3-ヒドロキシプロピル基、1-ヒドロキシブチル基、2-ヒドロキシブチル基、3-ヒドロキシブチル基、4-ヒドロキシブチル基などのヒドロキシ基が1個置換された炭素数1から4の直鎖または分枝鎖状アルキル基が挙げられる。一般式(1)から(4)において、X、R1及びR2で示されるアルキル基及びヒドロキシアルキル基は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。一般式(1)から(4)において、Xは、水素原子、ヒドロキシル基またはヒドロキシアルキル基であることが好ましい。一般式(1)から(4)で表される繰り返し単位を有するアミノ化フェノール重合体の数平均分子量は、例えば、500以上100万以下であることが好ましく、1000以上2万以下程度であることがより好ましい。
また、金属層3に耐食性を付与する化成処理方法として、リン酸中に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化スズなどの金属酸化物や硫酸バリウムの微粒子を分散させたものをコーティングし、150℃以上で焼付け処理を行うことにより、金属層3の表面に耐食処理層を形成する方法が挙げられる。また、耐食処理層の上には、カチオン性ポリマーを架橋剤で架橋させた樹脂層をさらに形成してもよい。ここで、カチオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミンとカルボン酸を有するポリマーからなるイオン高分子錯体、アクリル主骨格に1級アミンをグラフト重合させた1級アミングラフトアクリル樹脂、ポリアリルアミンまたはその誘導体、アミノフェノールなどが挙げられる。これらのカチオン性ポリマーとしては、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、架橋剤としては、例えば、イソシアネート基、グリシジル基、カルボキシル基、及びオキサゾリン基よりなる群から選ばれた少なくとも1種の官能基を有する化合物、シランカップリング剤などが挙げられる。これらの架橋剤としては、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
化成処理は、1種類の化成処理のみを行ってもよいし、2種類以上の化成処理を組み合わせて行ってもよい。さらに、これらの化成処理は、1種の化合物を単独で使用して行ってもよく、また2種以上の化合物を組み合わせて使用して行ってもよい。化成処理の中でも、クロム酸クロメート処理や、クロム酸化合物、リン酸化合物、及びアミノ化フェノール重合体を組み合わせたクロメート処理などが好ましい。
化成処理において金属層3の表面に形成させる耐酸性皮膜の量については、特に制限されないが、例えば、上記のクロメート処理を行う場合であれば、金属層3の表面1m2当たり、クロム酸化合物がクロム換算で約0.5mg以上約50mg以下、好ましくは約1.0mg以上約40mg以下、リン化合物がリン換算で約0.5mg以上約50mg以下、好ましくは約1.0mg以上約40mg以下、及びアミノ化フェノール重合体が約1mg以上約200mg以下、好ましくは約5.0mg以上150mg以下の割合で含有されていることが望ましい。
化成処理は、耐酸性皮膜の形成に使用する化合物を含む溶液を、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、浸漬法などによって、金属層の表面に塗布した後に、金属層の温度が70℃以上200℃以下程度になるように加熱することにより行われる。また、金属層に化成処理を施す前に、予め金属層を、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法などによる脱脂処理に供してもよい。このように脱脂処理を行うことにより、金属層の表面の化成処理をより効率的に行うことが可能となる。
[接着層4]
第1の発明において、接着層4は、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性を高めるために、金属層3と熱融着性樹脂層5との間に設けられる層である。
第1の発明において、接着層4は、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性を高めるために、金属層3と熱融着性樹脂層5との間に設けられる層である。
第1の発明の第1の実施態様において、接着層4は、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有している。接着層4は、当該樹脂組成物により形成されていることが好ましい。接着層4は、アンチブロッキング剤(シリカなど)などの添加剤を含んでいてもよく、添加剤等は、樹脂組成物に含まれていてもよい。なお、接着層4に含まれる樹脂組成物においては、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンが主剤、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂が硬化剤として機能しており、電池用包装材料において、当該樹脂組成物は硬化物となっている。また、第1の発明の第2の実施態様において、接着層4は、酸変性ポリオレフィンとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有している。第2の実施態様の接着層4に含まれる樹脂組成物においては、酸変性ポリオレフィンが主剤、エポキシ樹脂が硬化剤として機能しており、電池用包装材料において、当該樹脂組成物は硬化物となっている。第2の実施態様においても、酸変性ポリオレフィンの融点は50℃以上120℃以下であることが好ましく、エポキシ樹脂の重量平均分子量は50以上2000以下であることが好ましい。
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定においては、例えば図4の概念図に示すように、まず、電池用包装材料の端部の接着層4表面に熱機械分析装置のプローブ10を設置する(図4の測定開始A)。このときの端部は、電池用包装材料の中心部を通るように厚み方向に切断して得られた、接着層4の断面が露出した部分である。切断は、市販品の回転式ミクロトームなどを用いて行うことができる。なお、電解質などが封入された電池に使用されている電池用包装材料について、変位量測定を行う場合には、電池用包装材料の熱溶着性樹脂層が互いに熱融着されている部分について、測定を行う。熱機械分析装置としては、加熱機構付きのカンチレバーを取り付けられる原子間力顕微鏡を使用することができ、プローブ10の先端半径は30nm以下、プローブ10にかかる荷重は偏差(Deflection)-4V、昇温速度5℃/分とする。次に、この状態でプローブを加熱すると、プローブからの熱により図4のBのように、接着層4表面が膨張して、プローブ10が押し上げられ、プローブ10の位置が初期値(プローブの温度が40℃である時の位置)よりも上昇する。さらに加熱温度が上昇すると、接着層4が軟化し、図4のCのように、プローブ10接着層4に突き刺さり、プローブ10の位置が下がる。なお、熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定においては、測定対象となる電池用包装材料は室温(25℃)下にあり、40℃に加熱されたプローブを接着層4表面に設置して、測定を開始する。
第1の発明の第1、第2の実施形態の電池用包装材料においては、絶縁性及び耐久性をより一層高める観点から、プローブを40℃から220℃まで加熱(さらに好ましくは40℃から250℃まで加熱)した際に、接着層4表面に設置したプローブ10の位置が初期値(プローブの温度が40℃である時の位置)よりも低下しないことが好ましく、160℃から200℃まで加熱した際に、接着層4表面に設置したプローブ10の位置が低下しないことがより好ましい。電池用包装材料の熱融着性樹脂層同士をヒートシールして電池素子を封止する工程は、通常、160℃から200℃程度に加熱して行われる。このため、プローブを160℃から200℃まで加熱した際に、接着層4表面に設置したプローブ10の位置が低下しない電池用包装材料は、特に高い絶縁性及び耐久性を発揮することができる。
また、同様の観点から、熱機械分析装置を用いたプローブ10の変位量測定において、電池用包装材料の端部の接着層4表面にプローブ10を設置し、プローブを40℃から220℃まで加熱(さらに好ましくは40℃から250℃まで加熱)した際に、140℃から220℃まで加熱した際のプローブ10の位置の上昇量が、80℃から120℃まで加熱した際のプローブ10の位置の上昇量よりも大きいことが好ましい。
前述の通り、電池の製造工程において、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層の表面に付着する場合があり、これによって、熱融着性樹脂層に薄肉部分や貫通孔が生じ、絶縁性が低下する虞がある。これに対して、第1の発明の第1の実施形態の電池用包装材料においては、金属層3と熱融着性樹脂層5とを接着する接着層4が、上記特定組成の樹脂組成物を有しているため、例えば、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層同士の界面や電極タブと熱融着性樹脂層との間などのヒートシールされる部分に存在する場合にも、電池用包装材料の絶縁性や耐久性が高められている。
また、第1の発明の第2の実施形態の電池用包装材料においては、接着層4は、酸変性ポリオレフィンとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、かつ、熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、電池用包装材料の端部の接着層表面にプローブを設置し、プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、プローブの位置が初期値よりも低下しないことから、第1の実施形態と同様、電池用包装材料の絶縁性や耐久性が高められている。
第1の発明の第1、第2の実施態様において、酸変性ポリオレフィンとしては、不飽和カルボン酸またはその酸無水物で変性されたポリオレフィンを用いることが好ましい。さらに、酸変性ポリオレフィンは、(メタ)アクリル酸エステルでさらに変性されていてもよい。なお、(メタ)アクリル酸エステルでさらに変性された変性ポリオレフィンは、不飽和カルボン酸またはその酸無水物と(メタ)アクリル酸エステルとを併用して、ポリオレフィンを酸変性することにより得られるものである。本発明において、「(メタ)アクリル酸エステル」とは、「アクリル酸エステル」または「メタアクリル酸エステル」を意味する。酸変性ポリオレフィンは、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
酸変性されるポリオレフィンは、少なくともモノマー単位としてオレフィンを含む樹脂であれば特に限定されない。ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンの少なくとも一方により構成することができ、ポリプロピレンにより構成することが好ましい。ポリエチレンは、例えば、ホモポリエチレン及びエチレンコポリマーの少なくとも一方により構成することができる。ポリプロピレンは、例えば、ホモポリプロピレン及びプロピレンコポリマーの少なくとも一方により構成することができる。プロピレンコポリマーとしては、エチレン-プロピレンコポリマー、プロピレン-ブテンコポリマー、エチレン-プロピレン-ブテンコポリマーなどのプロピレンと他のオレフィンとのコポリマーなどが挙げられる。ポリプロピレンに含まれるプロピレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。また、ポリエチレンに含まれるエチレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーのいずれであってもよい。また、エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、結晶性、非晶性のいずれであってもよく、これらの共重合物または混合物であってもよい。ポリオレフィンは、1種類のホモポリマーまたはコポリマーにより形成されていてもよいし、2種類以上のホモポリマーまたはコポリマーにより形成されていてもよい。
不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸などが挙げられる。また、酸無水物としては、上記例示した不飽和カルボン酸の酸無水物が好ましく、無水マレイン酸および無水イタコン酸がより好ましい。酸変性ポリオレフィンは、1種類の不飽和カルボン酸またはその酸無水物で変性されたものであってもよいし、2種類以上の不飽和カルボン酸またはその酸無水物で変性されたものであってもよい。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸と炭素数が1から30のアルコールとのエステル化物、好ましくは(メタ)アクリル酸と炭素数が1から20のアルコールとのエステル化物が挙げられる。(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリルなどが挙げられる。ポリオレフィンの変性において、(メタ)アクリル酸エステルは1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
酸変性ポリオレフィン中における不飽和カルボン酸またはその酸無水物の割合は、それぞれ、0.1質量%以上30質量%以下程度であることが好ましく、0.1質量%以上20質量%以下程度であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高め得る。
また、酸変性ポリオレフィン中における(メタ)アクリル酸エステルの割合は、0.1質量%以上40質量%以下程度であることが好ましく、0.1質量%以上30質量%以下程度であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高め得る。
酸変性ポリオレフィンの重量平均分子量は、それぞれ、6000以上200000以下程度であることが好ましく、8000以上150000以下程度であることがより好ましい。なお、本発明において、酸変性ポリオレフィンの重量平均分子量は、標準サンプルとしてポリスチレンを用いた条件で測定された、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定された値である。また、酸変性ポリオレフィンの融点は、50℃以上120℃以下程度であることが好ましく、50℃以上100℃以下程度であることがより好ましい。なお、本発明において、酸変性ポリオレフィンの融点とは、示差走査熱量測定における吸熱ピーク温度をいう。
酸変性ポリオレフィンにおいて、ポリオレフィンの変性方法は、特に限定されず、例えば不飽和カルボン酸またはその酸無水物や、(メタ)アクリル酸エステルがポリオレフィンと共重合されていればよい。このような共重合としては、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合(グラフト変性)などが挙げられ、好ましくはグラフト共重合が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、分子内に存在するエポキシ基によって架橋構造を形成することが可能な樹脂であれば、特に制限されず、公知のエポキシ樹脂を用いることができる。第1の発明の第1の実施形態において、エポキシ樹脂の重量平均分子量は、50以上2000以下の範囲にあればよい。第1、2の実施形態において、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより一層高める観点からは、エポキシ樹脂の重量平均分子量としては、好ましくは100以上1000以下程度、より好ましくは200以上800以下程度が挙げられる。なお、本発明において、エポキシ樹脂の重量平均分子量は、標準サンプルとしてポリスチレンを用いた条件で測定された、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定された値である。
エポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、変性ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテル、グリセリンポリグリシジルエーテル、ポリグリセリンポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。エポキシ樹脂は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
接着層4における、エポキシ樹脂の割合としては、酸変性ポリオレフィン100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下の範囲にあることが好ましく、1質量部以上10質量部以下の範囲にあることがより好ましい。これにより、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高め得る。
また、接着層4の溶融温度としては、好ましくは180℃以上260℃以下程度、より好ましくは200℃以上240℃以下程度が挙げられる。なお、接着層4の溶融温度は、JIS K7196:2012「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」の規定に準拠した方法で測定された値であり、具体的には、実施例に記載の方法で測定された値である。なお、針入温度を溶融温度とした。
接着層4の固形分量としては、特に制限されないが、絶縁性及び耐久性をより一層高める観点からは、好ましくは0.5g/m2以上10g/m2以下程度、より好ましくは0.8g/m2以上5.2g/m2以下程度が挙げられる。また、同様の観点から、接着層4の厚みとしては、好ましくは0.6μm以上11μm以下、より好ましくは0.9μm以上5.8μm以下が挙げられる。
[熱融着性樹脂層5]
第1の発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層5は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
第1の発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層5は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
第1の発明の熱融着性樹脂層5に使用される樹脂成分については、熱溶着可能であることを限度として特に制限されないが、例えば、ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィンなどが挙げられる。
ポリオレフィンとしては、具体的には、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン等のポリエチレン;ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー)、ポリプロピレンのランダムコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー)等のポリプロピレン;エチレン-ブテン-プロピレンのターポリマー;等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくはポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられ、より好ましくはポリプロピレンが挙げられる。
ポリオレフィンは、環状ポリオレフィンであってもよい。環状ポリオレフィンは、オレフィンと環状モノマーとの共重合体であり、環状ポリオレフィンの構成モノマーであるオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、4-メチル-1-ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン、等が挙げられる。また、環状ポリオレフィンの構成モノマーである環状モノマーとしては、例えば、ノルボルネン等の環状アルケン;具体的には、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくは環状アルケン、更に好ましくはノルボルネンが挙げられる。
酸変性ポリオレフィンとは、上記のポリオレフィンをカルボン酸等でブロック重合又はグラフト重合することにより変性したポリマーである。変性に使用されるカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
酸変性ポリオレフィンは、酸変性環状ポリオレフィンであってもよい。酸変性環状ポリオレフィンとは、環状ポリオレフィンを構成するモノマーの一部を、α,β-不飽和カルボン酸又はその無水物に代えて共重合することにより、或いは環状ポリオレフィンに対してα,β-不飽和カルボン酸又はその無水物をブロック重合又はグラフト重合することにより得られるポリマーである。酸変性される環状ポリオレフィンについては、前記と同様である。また、変性に使用されるカルボン酸としては、酸変性シクロオレフィンコポリマーの変性に使用されるものと同様である。
これらの樹脂成分の中でも、好ましくはポリオレフィン;更に好ましくはプロピレンコポリマーが挙げられる。プロピレンコポリマーとしては、エチレン-プロピレンコポリマー、プロピレン-ブテンコポリマー、エチレン-プロピレン-ブテンコポリマーなどのプロピレンと他のオレフィンとのコポリマーなどが挙げられる。ポリプロピレンに含まれるプロピレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。また、ポリエチレンに含まれるエチレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーのいずれであってもよく、ランダムプロピレンコポリマーが好ましい。
第1の発明の熱融着性樹脂層5は、ポリプロピレンを有することが好ましく、ポリプロピレンにより形成された層を有することが好ましい。熱融着性樹脂層5は、1種の樹脂成分単独で形成してもよく、また2種以上の樹脂成分を組み合わせたブレンドポリマーにより形成してもよい。更に、熱融着性樹脂層5は、1層のみで成されていてもよいが、同一又は異なる樹脂成分によって2層以上で形成されていてもよい。
第1の発明の熱融着性樹脂層5が複数層により形成されている場合、熱融着性樹脂層5の最内層(金属層3とは反対側)は、ドライラミネート法または押出成形により形成された層であることが好ましい。これにより、絶縁性及び成形性をより一層向上させることができる。
第1の発明の熱融着性樹脂層5は、その表面(最内層側の表面)に微細な凹凸を備えていることが好ましい。これにより、成形性をより一層向上させることができる。なお、熱融着性樹脂層5の表面に微細な凹凸を形成する方法としては、後述の表面被覆層で例示するマット化剤を熱融着性樹脂層5に添加する方法、表面に凹凸を有する冷却ロールを当接させ賦型する方法などが挙げられる。微細な凹凸としては、好ましくは、熱融着性樹脂層5の表面の十点平均粗さが、0.3μm以上35μm以下、より好ましくは0.3μm以上10μm以下、さらに好ましくは0.5μm以上2μm以下が挙げられる。なお、十点平均粗さは、JIS B0601:1994の規定に準拠した方法において、キーエンス製レーザー顕微鏡VK-9710を用い、対物レンズ50倍、カットオフなしの測定条件で測定した値である。
また、第1の発明の熱融着性樹脂層5の厚みとしては、熱融着性樹脂層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、絶縁性及び耐久性をより一層高める観点からは、例えば、10μm以上40μm以下、好ましくは15μm以上40μm以下が挙げられる。
[第1絶縁層51]
第2の発明において、第1絶縁層51は、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性を高めるために、後述の第2絶縁層52と共に、金属層3と熱融着性樹脂層41との間に設けられる層である。第1絶縁層51が金属層3側に積層されており、第2絶縁層52が熱融着性樹脂層41側に積層されている。
第2の発明において、第1絶縁層51は、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性を高めるために、後述の第2絶縁層52と共に、金属層3と熱融着性樹脂層41との間に設けられる層である。第1絶縁層51が金属層3側に積層されており、第2絶縁層52が熱融着性樹脂層41側に積層されている。
第1絶縁層51の溶融温度は、200℃以上である。第2の発明の電池用包装材料においては、このような高い溶融温度を有する第1絶縁層51と共に、第1絶縁層51よりも溶融温度の低い第2絶縁層52を備えていることにより、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層同士の界面や電極タブと熱融着性樹脂層との間などのヒートシールされる部分に存在する場合にも、電池用包装材料の絶縁性や耐久性が高められている。
第1絶縁層51の溶融温度としては、200℃以上であれば特に制限されないが、好ましくは200以上260℃以下程度、より好ましくは200以上240℃以下程度が挙げられる。なお、第2の発明において、溶融温度は、JIS K7196:2012「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」の規定に準拠した方法で測定された値であり、具体的には、実施例に記載の方法で測定された値である。針入温度を溶融温度とした。
前述の通り、電池の製造工程において、電極活物質や電極タブの破片などの微小な異物が、熱融着性樹脂層の表面に付着する場合があり、これによって、熱融着性樹脂層に薄肉部分や貫通孔が生じ、絶縁性が低下する虞がある。これに対して、第2の発明の電池用包装材料においては、特定の溶融温度を有する第1絶縁層51と共に、当該溶融温度よりも低い溶融温度を有する第2絶縁層52が形成されているため、ヒートシール時などの熱が加わったときの高い耐熱機械的強度を有し、柔軟性も高く、屈曲などの応力による微細クラックの発生を効果的に抑制することができる。このため、熱融着性樹脂層41において、薄肉部分で発生し易い微細クラック、異物などによる貫通孔、電解液を噛み込んだ状態でヒートシールされた場合に発生する熱融着性樹脂層の電解液発泡による空隙などが形成された場合にも、第1絶縁層51と第2絶縁層52によって、電解液が直接金属層と接触することが防止でき、金属層3が保護される。また、熱融着性樹脂層41が異物などを噛み込んだ時なども、高い耐熱性と高い柔軟性を併せ持つ第1絶縁層51及び第2絶縁層52の組み合わせによって、異物による電池用包装材料の絶縁性低下を防止できる。
第1絶縁層51を形成する樹脂としては、前述の溶融温度を有するものであれば特に制限されない。第2絶縁層52と共に用いることによって、より一層絶縁性及び耐久性を高める観点からは、第1絶縁層51は、酸変性ポリオレフィン及びエポキシ樹脂により形成されていることが好ましい。
酸変性ポリオレフィンとしては、不飽和カルボン酸またはその酸無水物で変性されたポリオレフィンを用いることが好ましい。さらに、酸変性ポリオレフィンは、(メタ)アクリル酸エステルでさらに変性されていてもよい。なお、(メタ)アクリル酸エステルでさらに変性された変性ポリオレフィンは、不飽和カルボン酸またはその酸無水物と(メタ)アクリル酸エステルとを併用して、ポリオレフィンを酸変性することにより得られるものである。
酸変性されるポリオレフィンは、少なくともモノマー単位としてオレフィンを含む樹脂であれば特に限定されない。ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンの少なくとも一方により構成することができ、ポリプロピレンにより構成することが好ましい。ポリエチレンは、例えば、ホモポリエチレン及びエチレンコポリマーの少なくとも一方により構成することができる。ポリプロピレンは、例えば、ホモポリプロピレン及びプロピレンコポリマーの少なくとも一方により構成することができる。プロピレンコポリマーとしては、エチレン-プロピレンコポリマー、プロピレン-ブテンコポリマー、エチレン-プロピレン-ブテンコポリマーなどのプロピレンと他のオレフィンとのコポリマーなどが挙げられる。ポリプロピレンに含まれるプロピレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。また、ポリエチレンに含まれるエチレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーのいずれであってもよい。また、エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、結晶性、非晶性のいずれであってもよく、これらの共重合物または混合物であってもよい。ポリオレフィンは、1種類のホモポリマーまたはコポリマーにより形成されていてもよいし、2種類以上のホモポリマーまたはコポリマーにより形成されていてもよい。
不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸などが挙げられる。また、酸無水物としては、上記例示した不飽和カルボン酸の酸無水物が好ましく、無水マレイン酸および無水イタコン酸がより好ましい。酸変性ポリオレフィンは、1種類の不飽和カルボン酸またはその酸無水物で変性されたものであってもよいし、2種類以上の不飽和カルボン酸またはその酸無水物で変性されたものであってもよい。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸と炭素数が1~30のアルコールとのエステル化物、好ましくは(メタ)アクリル酸と炭素数が1~20のアルコールとのエステル化物が挙げられる。(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリルなどが挙げられる。ポリオレフィンの変性において、(メタ)アクリル酸エステルは1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
酸変性ポリオレフィン中における不飽和カルボン酸またはその酸無水物の割合は、それぞれ、0.1質量%以上30質量%以下程度であることが好ましく、0.1質量%以上20質量%以下程度であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高め得る。
また、酸変性ポリオレフィン中における(メタ)アクリル酸エステルの割合は、0.1質量%以上40質量%以下程度であることが好ましく、0.1質量%以上30質量%以下程度であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高め得る。
酸変性ポリオレフィンの重量平均分子量は、それぞれ、6000以上200000以下程度であることが好ましく、8000以上150000以下程度であることがより好ましい。なお、第2の発明において、酸変性ポリオレフィンの重量平均分子量は、標準サンプルとしてポリスチレンを用いた条件で測定された、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定された値である。また、酸変性ポリオレフィンの融点は、50℃以上160℃以下程度であることが好ましく、50℃以上120℃以下程度であることがより好ましい。なお、第2の発明において、酸変性ポリオレフィンの融点とは、示差走査熱量測定における吸熱ピーク温度をいう。
酸変性ポリオレフィンにおいて、ポリオレフィンの変性方法は、特に限定されず、例えば不飽和カルボン酸またはその酸無水物や、(メタ)アクリル酸エステルがポリオレフィンと共重合されていればよい。このような共重合としては、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合(グラフト変性)などが挙げられ、好ましくはグラフト共重合が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、分子内に存在するエポキシ基によって架橋構造を形成することが可能な樹脂であれば、特に制限されず、公知のエポキシ樹脂を用いることができる。
エポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、変性ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテル、グリセリンポリグリシジルエーテル、ポリグリセリンポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。エポキシ樹脂は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
第1絶縁層51における、エポキシ樹脂の割合としては、酸変性ポリオレフィン100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下の範囲にあることが好ましく、1質量部以上10質量部以下の範囲にあることがより好ましい。これにより、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高め得る。
第1絶縁層51の厚みとしては、特に制限されないが、第2絶縁層52と共に絶縁性及び耐久性をより一層高める観点からは、好ましくは10μm以下、より好ましくは1μm以上5μm以下程度が挙げられる。
[第2絶縁層52]
第2の発明において、第2絶縁層52は、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性を高めるために、前述の第1絶縁層51と共に、金属層3と熱融着性樹脂層41との間に設けられる層である。第2絶縁層52が熱融着性樹脂層41側に積層されており、第1絶縁層51が金属層3側に積層されている。
第2の発明において、第2絶縁層52は、電池用包装材料の絶縁性及び耐久性を高めるために、前述の第1絶縁層51と共に、金属層3と熱融着性樹脂層41との間に設けられる層である。第2絶縁層52が熱融着性樹脂層41側に積層されており、第1絶縁層51が金属層3側に積層されている。
第2絶縁層52の溶融温度は、第1絶縁層51の溶融温度よりも低い。第2絶縁層52の溶融温度が第1絶縁層51の溶融温度よりも低く設定されているため、第1絶縁層51と第2絶縁層52とが併せて高い耐久性と高い柔軟性を発揮し、異物による電池用包装材料の絶縁性低下を効果的に防止できる。
第2絶縁層52の溶融温度としては、第1絶縁層51の溶融温度よりも低ければ特に制限されないが、好ましくは150℃以上、より好ましくは150℃以上180℃以下程度が挙げられる。
第2絶縁層52を形成する樹脂としては、前述の溶融温度を有するものであれば特に制限されない。第1絶縁層51と共に用いることによって、より一層絶縁性及び耐久性を高める観点からは、第2絶縁層52は、ポリオレフィンにより形成されていることが好ましい。
ポリオレフィンは、少なくともモノマー単位としてオレフィンを含む樹脂であれば特に限定されない。ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンの少なくとも一方により構成することができ、ポリプロピレンにより構成することが好ましい。ポリエチレンは、例えば、ホモポリエチレン及びエチレンコポリマーの少なくとも一方により構成することができる。ポリプロピレンは、例えば、ホモポリプロピレン及びプロピレンコポリマーの少なくとも一方により構成することができる。プロピレンコポリマーとしては、エチレン-プロピレンコポリマー、プロピレン-ブテンコポリマー、エチレン-プロピレン-ブテンコポリマーなどのプロピレンと他のオレフィンとのコポリマーなどが挙げられる。ポリプロピレンに含まれるプロピレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。また、ポリエチレンに含まれるエチレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーのいずれであってもよく、ブロックプロピレンコポリマーが好ましい。また、エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、結晶性、非晶性のいずれであってもよく、これらの共重合物または混合物であってもよい。ポリオレフィンは、1種類のホモポリマーまたはコポリマーにより形成されていてもよいし、2種類以上のホモポリマーまたはコポリマーにより形成されていてもよい。
ポリオレフィンの融点は、120℃以上180℃以下程度であることが好ましく、140℃以上180℃以下程度であることがより好ましい。なお、第2の発明において、ポリオレフィンの融点とは、示差走査熱量測定における吸熱ピーク温度をいう。
第2絶縁層52の厚みとしては、特に制限されないが、第1絶縁層51と共に絶縁性及び耐久性をより一層高める観点からは、好ましくは10μm以上50μm以下程度、より好ましくは15μm以上40μm以下程度が挙げられる。
[接着層6]
第2の発明において、接着層6は、第1絶縁層51と第2絶縁層52との密着性を高めるために、必要に応じて、これらの層の間に設けられる層である。
第2の発明において、接着層6は、第1絶縁層51と第2絶縁層52との密着性を高めるために、必要に応じて、これらの層の間に設けられる層である。
接着層6は、第1絶縁層51と第2絶縁層52とを接着可能である接着剤によって形成される。接着層6を形成する樹脂としては、特に制限されないが、好ましくはポリオレフィンが挙げられる。ポリオレフィンとしては、前述の第2絶縁層52で例示したものが挙げられる。接着層6を形成するポリオレフィンとしては、ランダムプロピレンコポリマーが好ましい。
接着層6の厚みについては、接着層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、20μm以下、好ましくは2μm以上10μm以下程度が挙げられる。
[接着層7]
第2の発明の電池用包装材料において、接着層7は、金属層3と第1絶縁層51を強固に接着させるために、必要に応じて、これらの層の間に設けられる層である。
第2の発明の電池用包装材料において、接着層7は、金属層3と第1絶縁層51を強固に接着させるために、必要に応じて、これらの層の間に設けられる層である。
接着層7は、金属層3と第1絶縁層51とを接着可能である接着剤によって形成される。接着層7の形成に使用される接着剤について、その接着機構、接着剤成分の種類等は、前記接着剤層2の場合と同様である。接着層7に使用される接着剤成分として、好ましくは酸変性ポリオレフィン、更に好ましくはカルボン酸変性ポリオレフィン、特に好ましくはカルボン酸変性ポリプロピレンが挙げられる。
接着層7の厚みについては、接着層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、1μm以上10μm以下程度、好ましくは1μm以上5μm以下程度が挙げられる。
[熱融着性樹脂層41]
第2の発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層41は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
第2の発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層41は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱溶着して電池素子を密封する層である。
熱融着性樹脂層41に使用される樹脂成分については、熱溶着可能であることを限度として特に制限されないが、例えば、ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィンなどが挙げられる。
ポリオレフィンとしては、具体的には、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン等のポリエチレン;ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー)、ポリプロピレンのランダムコポリマー(例えば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー)等のポリプロピレン;エチレン-ブテン-プロピレンのターポリマー;等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくはポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられ、より好ましくはポリプロピレンが挙げられる。
ポリオレフィンは、環状ポリオレフィンであってもよい。環状ポリオレフィンは、オレフィンと環状モノマーとの共重合体であり、環状ポリオレフィンの構成モノマーであるオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、4-メチル-1-ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン、等が挙げられる。また、環状ポリオレフィンの構成モノマーである環状モノマーとしては、例えば、ノルボルネン等の環状アルケン;具体的には、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくは環状アルケン、更に好ましくはノルボルネンが挙げられる。
酸変性ポリオレフィンとは、上記のポリオレフィンをカルボン酸等でブロック重合又はグラフト重合することにより変性したポリマーである。変性に使用されるカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
酸変性ポリオレフィンは、酸変性環状ポリオレフィンであってもよい。酸変性環状ポリオレフィンとは、環状ポリオレフィンを構成するモノマーの一部を、α,β―不飽和カルボン酸又はその無水物に代えて共重合することにより、或いは環状ポリオレフィンに対してα,β―不飽和カルボン酸又はその無水物をブロック重合又はグラフト重合することにより得られるポリマーである。酸変性される環状ポリオレフィンについては、前記と同様である。また、変性に使用されるカルボン酸としては、酸変性シクロオレフィンコポリマーの変性に使用されるものと同様である。
これらの樹脂成分の中でも、好ましくはポリオレフィン;更に好ましくはプロピレンコポリマーが挙げられる。プロピレンコポリマーとしては、エチレン-プロピレンコポリマー、プロピレン-ブテンコポリマー、エチレン-プロピレン-ブテンコポリマーなどのプロピレンと他のオレフィンとのコポリマーなどが挙げられる。ポリプロピレンに含まれるプロピレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。また、ポリエチレンに含まれるエチレン単位の割合は、電池用包装材料の絶縁性や耐久性をより高める観点から、50モル%以上100モル%以下程度とすることが好ましく、80モル%以上100モル%以下程度とすることがより好ましい。エチレンコポリマー及びプロピレンコポリマーは、それぞれ、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーのいずれであってもよく、ランダムプロピレンコポリマーが好ましい。
熱融着性樹脂層41は、1種の樹脂成分単独で形成してもよく、また2種以上の樹脂成分を組み合わせたブレンドポリマーにより形成してもよい。更に、熱融着性樹脂層41は、1層のみで成されていてもよいが、同一又は異なる樹脂成分によって2層以上で形成されていてもよい。
熱融着性樹脂層41が複数層により形成されている場合、熱融着性樹脂層41の最内層(金属層3とは反対側)は、ドライラミネート法または押出成形により形成された層であることが好ましい。これにより、絶縁性及び成形性をより一層向上させることができる。
熱融着性樹脂層41の溶融温度は、第2絶縁層52の溶融温度よりも低いことが好ましい。熱融着性樹脂層41の溶融温度としては、好ましくは80℃以上160℃以下程度、より好ましくは100℃以上140℃以下程度が挙げられる。
[規則91に基づく訂正 15.08.2016]
熱融着性樹脂層41は、その表面(最内層側の表面)に微細な凹凸を備えていることが好ましい。これにより、成形性をより一層向上させることができる。なお、熱融着性樹脂層41の表面に微細な凹凸を形成する方法としては、後述の表面被覆層で例示するマット化剤を熱融着性樹脂層41に添加する方法、表面に凹凸を有する冷却ロールを当接させ賦型する方法などが挙げられる。
熱融着性樹脂層41は、その表面(最内層側の表面)に微細な凹凸を備えていることが好ましい。これにより、成形性をより一層向上させることができる。なお、熱融着性樹脂層41の表面に微細な凹凸を形成する方法としては、後述の表面被覆層で例示するマット化剤を熱融着性樹脂層41に添加する方法、表面に凹凸を有する冷却ロールを当接させ賦型する方法などが挙げられる。
また、熱融着性樹脂層41の厚みとしては、熱融着性樹脂層としての機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、10μm以上40μm以下程度、好ましくは15μm以上40μm以下程度が挙げられる。
[表面被覆層]
本発明の電池用包装材料においては、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の金属層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層(図示しない)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の金属層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層(図示しない)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。
表面被覆層は、例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などにより形成することができる。表面被覆層は、これらの中でも、2液硬化型樹脂により形成することが好ましい。表面被覆層を形成する2液硬化型樹脂としては、例えば、2液硬化型ウレタン樹脂、2液硬化型ポリエステル樹脂、2液硬化型エポキシ樹脂などが挙げられる。また、表面被覆層には、マット化剤を配合してもよい。
マット化剤としては、例えば、粒径が0.5nm以上5μm以下程度の微粒子が挙げられる。マット化剤の材質については、特に制限されないが、例えば、金属、金属酸化物、無機物、有機物等が挙げられる。また、マット化剤の形状についても、特に制限されないが、例えば、球状、繊維状、板状、不定形、バルーン状等が挙げられる。マット化剤として、具体的には、タルク,シリカ,グラファイト、カオリン、モンモリロイド、モンモリロナイト、合成マイカ、ハイドロタルサイト、シリカゲル、ゼオライト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化亜鉛,酸化マグネシウム,酸化アルミニウム,酸化ネオジウム,酸化アンチモン、酸化チタン、酸化セリウム、硫酸カルシウム,硫酸バリウム、炭酸カルシウム,ケイ酸カルシウム、炭酸リチウム、安息香酸カルシウム,シュウ酸カルシウム,ステアリン酸マグネシウム、アルミナ、カーボンブラック、カーボンナノチューブ類、高融点ナイロン、架橋アクリル、架橋スチレン、架橋ポリエチレン、ベンゾグアナミン、金、アルミニウム、銅、ニッケル等が挙げられる。これらのマット化剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらのマット化剤の中でも、分散安定性やコスト等の観点から、好ましくはりシリカ、硫酸バリウム、酸化チタンが挙げられる。また、マット化剤には、表面に絶縁処理、高分散性処理等の各種表面処理を施しておいてもよい。
表面被覆層を形成する方法としては、特に制限されないが、例えば、表面被覆層を形成する2液硬化型樹脂を基材層1の一方の表面上に塗布する方法が挙げられる。マット化剤を配合する場合には、2液硬化型樹脂にマット化剤を添加して混合した後、塗布すればよい。
表面被覆層の厚みとしては、表面被覆層としての上記の機能を発揮すれば特に制限されないが、例えば、0.5μm以下10μm以下程度、好ましくは1μm以下5μm以下程度が挙げられる。
3.電池用包装材料の製造方法
第1の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、特に制限されず、少なくとも、基材層1と、金属層3と、接着層4と、熱融着性樹脂層5とをこの順に備えた積層体を得る積層工程を備え、接着層4を、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50から2000のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物により形成する方法を採用することができる。すなわち、接着層4として、「2.電池用包装材料を形成する各層」の欄で説明したものを用いて、各層を積層することにより、本発明の電池用包装材料を製造することができる。
第1の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、特に制限されず、少なくとも、基材層1と、金属層3と、接着層4と、熱融着性樹脂層5とをこの順に備えた積層体を得る積層工程を備え、接着層4を、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50から2000のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物により形成する方法を採用することができる。すなわち、接着層4として、「2.電池用包装材料を形成する各層」の欄で説明したものを用いて、各層を積層することにより、本発明の電池用包装材料を製造することができる。
第1の発明の電池用包装材料の製造方法の一例としては、以下の通りである。まず、基材層1、接着剤層2、金属層3をこの順に備えた積層体(以下、「積層体A」と表記することもある)を形成する。積層体Aの形成は、具体的には、基材層1又は必要に応じて表面が化成処理された金属層3に接着剤層2の形成に使用される接着剤を、押出し法、グラビアコート法、ロールコート法等の塗布方法で塗布・乾燥した後に、当該金属層3又は基材層1を積層させて接着剤層2を硬化させるドライラミネート法によって行うことができる。
次いで、積層体Aの金属層3上に、接着層4と熱融着性樹脂層5を積層させる。金属層3上に接着層4と熱融着性樹脂層5を積層させる場合には、例えば、(1)積層体Aの金属層3上に、接着層4及び熱融着性樹脂層5を共押出しすることにより積層する方法(共押出しラミネーション法)、(2)別途、接着層4と熱融着性樹脂層5が積層した積層体を形成し、これを積層体Aの金属層3上に熱ラミネーション法により積層する方法、(3)積層体Aの金属層3上に、接着層4を形成させるための上記樹脂組成物を、グラビアコート法、ロールコート法等の塗布方法で塗布・乾燥した後に、当該熱融着性樹脂層を積層させて接着層4を硬化させるドライラミネート法、(4)積層体Aの金属層3と、予めシート状に製膜した熱融着性樹脂層5との間に、溶融させた接着層4を流し込みながら、接着層4を介して積層体Aと熱融着性樹脂層5を貼り合せる方法(サンドイッチラミネート法)等が挙げられる。これらの方法のなかでも、(3)の方法が好ましい。(3)の方法を採用する場合、接着層4を形成する上記の樹脂組成物を金属層3の上に積層した後、60℃以上120℃以下の温度で乾燥させることが好ましい。熱融着性樹脂層を複数層とする場合、当該熱融着性樹脂層の最内層を、ドライラミネート法または押出成形により形成された層とすることが好ましい。
表面被覆層を設ける場合には、基材層1の金属層3とは反対側の表面に、表面被覆層を積層する。表面被覆層は、例えば表面被覆層を形成する上記の樹脂を基材層1の表面に塗布することに形成することができる。なお、基材層1の表面に金属層3を積層する工程と、基材層1の表面に表面被覆層を積層する工程の順番は、特に制限されない。例えば、基材層1の表面に表面被覆層を形成した後、基材層1の表面被覆層とは反対側の表面に金属層3を形成してもよい。
上記のようにして、必要に応じて設けられる表面被覆層、基材層1、必要に応じて設けられる接着剤層2、必要に応じて表面が化成処理された金属層3、接着層4、熱融着性樹脂層5をこの順に備えた積層体が形成されるが、接着剤層2及び必要に応じて設けられる接着層4の接着性を強固にするために、更に、熱ロール接触式、熱風式、近又は遠赤外線式等の加熱処理に供してもよい。このような加熱処理の条件としては、例えば150℃以上250℃以下で1分間から5分間が挙げられる。
第2の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、特に制限されず、少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備えており、第1絶縁層の溶融温度を200℃以上とし、第2絶縁層の溶融温度を、第1絶縁層の溶融温度よりも低く設定する方法を採用することができる。
すなわち、第1絶縁層51及び第2絶縁層52として、「2.電池用包装材料を形成する各層」の欄で説明したものを用いて、各層を積層することにより、第2の発明の電池用包装材料を製造することができる。
すなわち、第1絶縁層51及び第2絶縁層52として、「2.電池用包装材料を形成する各層」の欄で説明したものを用いて、各層を積層することにより、第2の発明の電池用包装材料を製造することができる。
第2の発明の電池用包装材料の製造方法の一例としては、以下の通りである。まず、基材層1、接着剤層2、金属層3をこの順に備える積層体(以下、「積層体A」と表記することもある)を形成する。積層体Aの形成は、具体的には、基材層1又は必要に応じて表面が化成処理された金属層3に接着剤層2の形成に使用される接着剤を、押出し法、グラビアコート法、ロールコート法等の塗布方法で塗布・乾燥した後に、当該金属層3又は基材層1を積層させて接着剤層2を硬化させるドライラミネート法によって行うことができる。
次いで、積層体Aの金属層3上に、少なくとも、第1絶縁層51と、第2絶縁層52と、熱融着性樹脂層4を積層させる。金属層3の上に第1絶縁層51と第2絶縁層52を積層する方法としては、制限されず、例えば、金属層3の上に第1絶縁層51を構成する樹脂と第2絶縁層52を構成する樹脂を順に塗布する方法が挙げられる。また、第1絶縁層51を構成する樹脂フィルムや、第2絶縁層52を構成する樹脂フィルムを積層してもよい。
第1絶縁層51と第2絶縁層52の間に接着層6を設ける場合には、接着層6を構成する樹脂を第1接着層51の上に塗布した後、第2絶縁層52を積層すればよい。また、あらかじめ第2絶縁層52に接着層6を積層したフィルムを、第1絶縁層51に積層してもよい。また、金属層3と第1接着層51との間に接着層7を設ける場合には、金属層3の上に接着層7を形成する樹脂を塗布した後、第1絶縁層51等を積層すればよい。
最後に第2絶縁層52の上に、熱融着性樹脂層4を積層することにより、第2の発明の電池用包装材料が得られる。なお、第2絶縁層52と熱融着性樹脂層4が積層された2層の樹脂フィルムを用いて、第1接着層51の上に積層してもよい。
表面被覆層を設ける場合には、基材層1の金属層3とは反対側の表面に、表面被覆層を積層する。表面被覆層は、例えば表面被覆層を形成する上記の樹脂を基材層1の表面に塗布することに形成することができる。なお、基材層1の表面に金属層3を積層する工程と、基材層1の表面に表面被覆層を積層する工程の順番は、特に制限されない。例えば、基材層1の表面に表面被覆層を形成した後、基材層1の表面被覆層とは反対側の表面に金属層3を形成してもよい。
上記のようにして、必要に応じて設けられる表面被覆層/基材層1/接着剤層2/必要に応じて表面が化成処理された金属層3/必要に応じて設けられる接着層7/第1絶縁層51/必要に応じて設けられる接着層6/第2絶縁層52/熱融着性樹脂層4からなる積層体が形成されるが、接着剤層2及び必要に応じて設けられる接着層5の接着性を強固にするために、更に、熱ロール接触式、熱風式、近又は遠赤外線式等の加熱処理に供してもよい。このような加熱処理の条件としては、例えば150℃以上250℃以下で1分間以上5分間以下が挙げられる。
本発明の電池用包装材料において、積層体を構成する各層は、必要に応じて、製膜性、積層化加工、最終製品2次加工(パウチ化、エンボス成形)適性等を向上又は安定化するために、コロナ処理、ブラスト処理、酸化処理、オゾン処理等の表面活性化処理を施していてもよい。
4.電池用包装材料の用途
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。
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。
具体的には、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を、本発明の電池用包装材料で、前記正極及び負極の各々に接続された金属端子が外側に突出させた状態で、電池素子の周縁にフランジ部(熱融着性樹脂層同士が接触する領域)が形成できるようにして被覆し、前記フランジ部の熱融着性樹脂層同士をヒートシールして密封させることによって、電池用包装材料を使用した電池が提供される。なお、本発明の電池用包装材料を用いて電池素子を収容する場合、本発明の電池用包装材料の熱融着性樹脂部分が内側(電池素子と接する面)になるようにして用いられる。
本発明の電池用包装材料は、一次電池、二次電池のいずれに使用してもよいが、好ましくは二次電池である。本発明の電池用包装材料が適用される二次電池の種類については、特に制限されず、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛畜電池、ニッケル・水素畜電池、ニッケル・カドミウム畜電池、ニッケル・鉄畜電池、ニッケル・亜鉛畜電池、酸化銀・亜鉛畜電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサー、キャパシター等が挙げられる。これらの二次電池の中でも、本発明の電池用包装材料の好適な適用対象として、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池が挙げられる。
以下に、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。なお、樹脂の重量平均分子量は、標準サンプルとしてポリスチレンを用いた条件で測定された、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定された値である。溶融温度は、JIS K7196:2012の規定に準拠し、TMAの針入モードによる針入温度であり、装置として、セイコーインスツルメンツ社製のEXSTAR6000を用いた。また、接着層の主剤の融点は、JIS K7121:2012の規定に準拠し、示差走査熱量計を用いて測定した。
<実施例1Aから12A及び比較例1Aから17A>
基材層としてのナイロンフィルム(厚み25μm)の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚み35μm)からなる金属層をドライラミネート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、2液型ウレタン接着剤(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、金属層上に接着剤層(厚み3μm)を形成した。次いで、金属層上の接着剤層と基材層を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、基材層と接着剤層と金属層の積層体を作成した。なお、金属層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥質量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
基材層としてのナイロンフィルム(厚み25μm)の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚み35μm)からなる金属層をドライラミネート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、2液型ウレタン接着剤(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、金属層上に接着剤層(厚み3μm)を形成した。次いで、金属層上の接着剤層と基材層を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、基材層と接着剤層と金属層の積層体を作成した。なお、金属層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥質量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
次に、得られた積層体の金属層の他方の面に、表1Aに記載の主剤と硬化剤を含む樹脂組成物を、表1Aに記載の塗布量(乾燥質量)となるように塗布し、80℃で60秒乾燥させて接着層を形成した。次に、接着層の上から、ポリプロピレンフィルム(厚み35μm)をドライラミネート法により積層し、熱融着性樹脂層を形成した。以上の工程により、実施例1Aから12A及び比較例1Aから16Aでは、基材層、接着剤層、金属層、接着層、熱融着性樹脂層をこの順に備えた積層体を得た。比較例17では、金属層の上に、ポリプロピレンを押出成形して、基材層、接着剤層、金属層、熱融着性樹脂層をこの順に備えた積層体を得た。得られた各積層体を、それぞれ70℃下で24時間エージングして、実施例1Aから12A及び比較例1Aから17Aの電池用包装材料を得た。なお、塗布量と密度から換算した接着層の厚みを表1Aに示す。
<耐久性評価>
上記で得られた各電池用包装材料をそれぞれ、図5の模式図に示すように、60mm(MD方向、縦方向)×150mm(TD方向、横方向)に裁断した(図5(a))。次に、裁断した電池用包装材料をTD方向において熱融着性樹脂層同士が対向するようにして2つ折りにした(図5(b))。次に、TD方向の対向する1辺Eと、MD方向の1辺Fを熱溶着(熱溶着部分Sの幅7mm)し、TD方向の1辺が開口する袋状の電池用包装材料を作製した(図5(c)開口部G)。なお、熱溶着の条件は、温度190℃、面圧1.0MPa、加熱・加圧時間3秒とした。次に、図5(d)のように、開口部Gから3gの電解液Hを注入した。次に、開口部Gを7mm幅で、上記と同じ条件で熱溶着した(図5(e))。なお、電解液Hは、エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1:1の容積比で混合した溶液に6フッ化リン酸リチウムを混合して得られたものである。次に、電池用包装材料の開口部Gが位置していた部分を上向きにして(図5(e)の状態)、85℃の恒温層内に24時間静置した。
上記で得られた各電池用包装材料をそれぞれ、図5の模式図に示すように、60mm(MD方向、縦方向)×150mm(TD方向、横方向)に裁断した(図5(a))。次に、裁断した電池用包装材料をTD方向において熱融着性樹脂層同士が対向するようにして2つ折りにした(図5(b))。次に、TD方向の対向する1辺Eと、MD方向の1辺Fを熱溶着(熱溶着部分Sの幅7mm)し、TD方向の1辺が開口する袋状の電池用包装材料を作製した(図5(c)開口部G)。なお、熱溶着の条件は、温度190℃、面圧1.0MPa、加熱・加圧時間3秒とした。次に、図5(d)のように、開口部Gから3gの電解液Hを注入した。次に、開口部Gを7mm幅で、上記と同じ条件で熱溶着した(図5(e))。なお、電解液Hは、エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1:1の容積比で混合した溶液に6フッ化リン酸リチウムを混合して得られたものである。次に、電池用包装材料の開口部Gが位置していた部分を上向きにして(図5(e)の状態)、85℃の恒温層内に24時間静置した。
次に、各電池用包装材料を恒温層から取り出して、図5(f)に示すように、電解液Hを注入した側を切り取り(図5(f)の破線の位置)、電池用包装材料を開封して電解液Hを取り出した(図5(g))。次に、電池用包装材料のTD方向の幅W15mmの部分を短冊状に切り取り(図5(h)の破線部)、試験片Tを得た(図5(I))。得られた試験片Tの熱融着性樹脂層と金属層間を剥離させ、熱融着性樹脂層と金属層とを引張試験機(島津製作所製の商品名AGS-50D)を用いて、50mm/分の速度で引張り、試験片の剥離強度(N/15mm)を測定した(耐久性試験後の剥離強度)。一方、実施例1Aから12A及び比較例1Aから17Aで得られた電池用包装材料を15mm巾に切り取った試験片Tについて、同様にして剥離強度を測定した(耐久性試験前の剥離強度)。結果を表1Aに示す。なお、熱融着性樹脂層と金属層間を剥離させた際、これらの層の間に位置する接着層は、熱融着性樹脂層と金属層のいずれか一方又は両層に積層された状態となる。
<異物噛み込みに対する絶縁性評価>
図6の模式図に示すように、上記で得られた各電池用包装材料を60mm(横方向)×150mm(縦方向)のサイズに切り取り試験片を得た(図6(a))。次に、この試験片を短辺同士が対向するように折り返し、試験片の熱融着性樹脂層の表面が互いに対向するように配置した。次に、互いに対向する熱融着性樹脂層の表面の間に25μmφのワイヤーMを挿入した(図6(b))。次に、この状態で電池用包装材料の長さ方向に直交する方向に上下共に7mm幅の平板状熱板からなるヒートシール機で熱融着性樹脂層同士をヒートシールした(図6(c)、熱溶着部分S)。このとき、ワイヤーMが位置している部分の上からヒートシールを行い、熱融着性樹脂層をワイヤーMに熱融着させた。次に、テスターのプラス極をワイヤーMに、マイナス極を片側の電池包装材料にそれぞれ接続した。このとき、テスターのマイナス極については、ワニ口クリップを電気用包装材料の基材層側からアルミニウム層に到達するように挟み込み、テスターのマイナス極とアルミニウム箔とを電気的に接続させた。次に、テスター間に100Vの電圧をかけ、短絡するまでの時間(秒)を測定した。結果を表1Aに示す。
図6の模式図に示すように、上記で得られた各電池用包装材料を60mm(横方向)×150mm(縦方向)のサイズに切り取り試験片を得た(図6(a))。次に、この試験片を短辺同士が対向するように折り返し、試験片の熱融着性樹脂層の表面が互いに対向するように配置した。次に、互いに対向する熱融着性樹脂層の表面の間に25μmφのワイヤーMを挿入した(図6(b))。次に、この状態で電池用包装材料の長さ方向に直交する方向に上下共に7mm幅の平板状熱板からなるヒートシール機で熱融着性樹脂層同士をヒートシールした(図6(c)、熱溶着部分S)。このとき、ワイヤーMが位置している部分の上からヒートシールを行い、熱融着性樹脂層をワイヤーMに熱融着させた。次に、テスターのプラス極をワイヤーMに、マイナス極を片側の電池包装材料にそれぞれ接続した。このとき、テスターのマイナス極については、ワニ口クリップを電気用包装材料の基材層側からアルミニウム層に到達するように挟み込み、テスターのマイナス極とアルミニウム箔とを電気的に接続させた。次に、テスター間に100Vの電圧をかけ、短絡するまでの時間(秒)を測定した。結果を表1Aに示す。
表1Aに示されるように、金属層と熱融着性樹脂層との間に配される接着層が、融点が50℃から120℃の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50から2000のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物により形成されている実施例1Aから12Aの電池用包装材料においては、耐久性及び絶縁性に優れていることが分かる。一方、酸変性ポリオレフィンの融点が50℃から120℃の範囲外である比較例1Aから4A、エポキシ樹脂の重量平均分子量が50から2000の範囲外である比較例5Aから8A、硬化剤としてエポキシ樹脂を使用していない比較例9Aから12A、酸変性ポリオレフィンを使用しなかった比較例13Aから16A、さらには、接着層を設けなかった比較例17においては、それぞれ、実施例1Aから12Aに比して絶縁性が低く、耐久性についても低いものが多数あった。
<熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定>
実施例10A及び比較例11Aで得られた各電池用包装材料の端部の接着層表面にプローブを設置し、プローブを40℃から250℃まで加熱(昇温速度5℃/分、プローブの先端半径は30nm以下、プローブにかかる荷重は偏差(Deflection)-4V)して、プローブの変位量を測定した。加熱温度とプローブの位置の変位との関係を示すグラフをそれぞれ、図7(実施例10A)、図8(比較例11A)に示す。測定条件の詳細は以下の通りである。熱機械分析装置としては、ANALYSIS INSTRUMENTS社製のafm plusシステムを用い、プローブとしてはカンチレバーThermaLeverを用いた。キャリブレーションには、付属の試料3種(ポリカプロラクタム(融点55℃)、ポリエチレン(融点116℃)、ポリエチレンテレフタレート(融点235℃))を用い、印加電圧0.1-10V、速度0.2V/秒、偏差(Deflection)-4Vとした。
実施例10A及び比較例11Aで得られた各電池用包装材料の端部の接着層表面にプローブを設置し、プローブを40℃から250℃まで加熱(昇温速度5℃/分、プローブの先端半径は30nm以下、プローブにかかる荷重は偏差(Deflection)-4V)して、プローブの変位量を測定した。加熱温度とプローブの位置の変位との関係を示すグラフをそれぞれ、図7(実施例10A)、図8(比較例11A)に示す。測定条件の詳細は以下の通りである。熱機械分析装置としては、ANALYSIS INSTRUMENTS社製のafm plusシステムを用い、プローブとしてはカンチレバーThermaLeverを用いた。キャリブレーションには、付属の試料3種(ポリカプロラクタム(融点55℃)、ポリエチレン(融点116℃)、ポリエチレンテレフタレート(融点235℃))を用い、印加電圧0.1-10V、速度0.2V/秒、偏差(Deflection)-4Vとした。
図7に示すように、実施例10Aで得られた電池用包装材料では、熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、プローブの位置が初期値よりも低下していないことが分かる。さらに、実施例10Aでは、140℃から220℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量が、80℃から120℃まで加熱した際のプローブの位置の上昇量よりも大きいことが分かる。一方、図8に示すように、比較例11Aで得られた電池用包装材料では、熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、プローブの位置が初期値よりも低下していることが分かる。
[規則91に基づく訂正 13.06.2016]
<実施例1B~4B及び比較例1B~4B>
基材層としてのナイロンフィルム(厚み25μm)の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚み35μm)からなる金属層をドライラミネート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、2液型ウレタン接着剤(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、金属層上に接着層(厚み3μm)を形成した。次いで、金属層上の接着層と基材層を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、基材層/接着層/金属層の積層体を作成した。なお、金属層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥質量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
<実施例1B~4B及び比較例1B~4B>
基材層としてのナイロンフィルム(厚み25μm)の上に、両面に化成処理を施したアルミニウム箔(厚み35μm)からなる金属層をドライラミネート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、2液型ウレタン接着剤(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、金属層上に接着層(厚み3μm)を形成した。次いで、金属層上の接着層と基材層を積層した後、40℃で24時間のエージング処理を実施することにより、基材層/接着層/金属層の積層体を作成した。なお、金属層として使用したアルミニウム箔の化成処理は、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、及びリン酸からなる処理液をクロムの塗布量が10mg/m2(乾燥質量)となるように、ロールコート法によりアルミニウム箔の両面に塗布し、皮膜温度が180℃以上となる条件で20秒間焼付けすることにより行った。
次に、得られた積層体の金属層の他方の面に、表1Bに記載の樹脂を2g/m2塗布し、80℃で乾燥させて第1絶縁層を形成した。次に、第1絶縁層の上から、表1Bに記載の樹脂により形成された第2絶縁層と熱融着性樹脂層との積層フィルムをドライラミネート法により積層した。この時、第1絶縁層と第2絶縁層が隣接するように積層した。なお、比較例1Bにおいては、第2絶縁層を設けなかった。また、比較例2においては、第1絶縁層を設けなかった。実施例4Bについては、第1絶縁層の上から、接着層、第2絶縁層と熱融着性樹脂層の積層フィルムをドライラミネート法により積層した。各層を構成する樹脂、厚み、及び溶融温度は、それぞれ、表1Bの通りである。以上の工程により、実施例1B~3B及び比較例3B~4Bでは、基材層/接着層/金属層/第1絶縁層/第2絶縁層/熱融着性樹脂層がこの順に積層された積層体を得た。また、実施例4Bでは、基材層/接着層/金属層/第1絶縁層/接着層/第2絶縁層/熱融着性樹脂層がこの順に積層された積層体を得た。比較例1では、基材層/接着層/金属層/第1絶縁層/熱融着性樹脂層がこの順に積層された積層体を得た。比較例2では、基材層/接着層/金属層/第2絶縁層/熱融着性樹脂層がこの順に積層された積層体を得た。得られた各積層体を70℃下で24時間エージングして、実施例1B~4B及び比較例1B~4Bの電池用包装材料を得た。
<耐久性評価>
上記と同様にして、実施例1B~4B及び比較例1B~4Bで得られた各電池用包装材料の耐久性を評価した。結果を表1Bに示す。
上記と同様にして、実施例1B~4B及び比較例1B~4Bで得られた各電池用包装材料の耐久性を評価した。結果を表1Bに示す。
<異物噛み込みに対する絶縁性評価>
上記と同様にして、実施例1B~4B及び比較例1B~4Bで得られた各電池用包装材料の異物噛み込みに対する絶縁性を評価した。結果を表1Bに示す。
上記と同様にして、実施例1B~4B及び比較例1B~4Bで得られた各電池用包装材料の異物噛み込みに対する絶縁性を評価した。結果を表1Bに示す。
表1Bにおいて、酸変性PPは、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、ランダムPPは、ランダムプロピレンコポリマー、ブロックPPは、ブロックプロピレンコポリマーを意味する。
表1Bに示されるように、電池用包装材料を、少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体により構成し、第1絶縁層の溶融温度が200℃以上であり、第2絶縁層の溶融温度が第1絶縁層の溶融温度よりも低く設定されている実施例1B~4Bの電池用包装材料においては、耐久性及び絶縁性に優れることが分かる。一方、第2絶縁層を設けなかった比較例1の電池用包装材料においては、絶縁性が劣っていた。また、一方、第1絶縁層を設けなかった比較例2Bの電池用包装材料においては、耐久性及び絶縁性が劣っていた。さらに、第1絶縁層及び第2絶縁層を設けたが、第1絶縁層の溶融温度が200℃未満の比較例3B,4Bの電池用包装材料においては、耐久性及び絶縁性が劣っていた。
1…基材層
2…接着剤層
3…金属層
4…接着層
5…熱融着性樹脂層
6…接着層
7…接着層
10…プローブ
41…熱融着性樹脂層
51…第1絶縁層
52…第2絶縁層
2…接着剤層
3…金属層
4…接着層
5…熱融着性樹脂層
6…接着層
7…接着層
10…プローブ
41…熱融着性樹脂層
51…第1絶縁層
52…第2絶縁層
Claims (23)
- 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備えた積層体からなり、
前記接着層が、酸変性ポリオレフィンと、エポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有しており、
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しない、電池用包装材料。 - 熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、140℃から220℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量が、80℃から120℃まで加熱した際の前記プローブの位置の上昇量よりも大きい、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記接着層が、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有する、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、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とがこの順に備えた積層体からなり、
前記接着層が、融点が50℃以上120℃以下の酸変性ポリオレフィンと、重量平均分子量が50以上2000以下のエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を有する、電池用包装材料。 - 前記接着層の固形分量が、0.5g/m2以上10g/m2以下である、請求項1~4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記接着層の厚みが、0.6μm以上11μm以下である、請求項1~5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記接着層において、酸変性ポリオレフィン100質量部に対して、エポキシ樹脂が0.5質量部以上20質量部以下含まれる、請求項1~6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記接着層の溶融温度が、180℃以上260℃以下の範囲にある、請求項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記熱融着性樹脂層の厚みが、10μm以上40μm以下の範囲にある、請求項1~8のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記熱融着性樹脂層は、その表面に微細な凹凸を備えている、請求項1~9のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 少なくとも、基材層と、金属層と、接着層と、熱融着性樹脂層とがこの順に備えた積層体を得る積層工程を備え、
前記接着層の形成に、酸変性ポリオレフィンとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物を用い、
熱機械分析装置を用いたプローブの変位量測定において、前記電池用包装材料の端部の前記接着層表面に前記プローブを設置し、前記プローブを40℃から220℃まで加熱した際に、前記プローブの位置が初期値よりも低下しないものを前記接着層として用いる電池用包装材料の製造方法。 - 少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に備える積層体からなり、
前記第1絶縁層の溶融温度が、200℃以上であり、
前記第2絶縁層の溶融温度は、前記第1絶縁層の溶融温度よりも低い、電池用包装材料。 - 前記第1絶縁層は、酸変性ポリオレフィン及びエポキシ樹脂により形成されている、請求項12に記載の電池用包装材料。
- 前記第2絶縁層は、溶融温度が150℃以上のポリプロピレンにより形成されている、請求項12または13に記載の電池用包装材料。
- 前記熱融着性樹脂層の溶融温度が、前記第2絶縁層の溶融温度よりも低い、請求項12~14のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とが、接着層を介して接着されている、請求項12~15のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記第1絶縁層の厚みが、10μm以下である、請求項12~16のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記第2絶縁層の厚みが、10μm以上50μm以下である、請求項12~17のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記接着層の厚みが、20μm以下である、請求項16~18のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記熱融着性樹脂層は、ポリオレフィンにより形成されている、請求項12~19のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記熱融着性樹脂層は、その表面に微細な凹凸を備えている、請求項12~20のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 少なくとも、基材層と、金属層と、第1絶縁層と、第2絶縁層と、熱融着性樹脂層とをこの順に積層して積層体を得る工程を備え、
前記第1絶縁層の溶融温度を200℃以上とし、
前記第2絶縁層の溶融温度を、前記第1絶縁層の溶融温度よりも低く設定する、電池用包装材料の製造方法。 - 正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1~22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によって封止されてなる、電池。
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