WO2019031611A1 - 電池用包装材料、電池、これらの製造方法、及び電池用包装材料のインクによる印刷適性を向上させる方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery packaging material, a battery, a method for producing them, and a method for improving the printability of the battery packaging material with ink.
- a packaging material for a battery that can be easily processed into various shapes and that can realize thinning and weight reduction
- a film-like material in which a base material layer, an adhesive layer, a barrier layer, and a thermally adhesive resin layer are sequentially laminated A laminate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
- the battery element can be sealed by heat-sealable resin layers facing each other and heat-sealing the peripheral portion by heat sealing.
- the ink is printed on the surface of the base material layer to form a bar code, a handle, characters and the like, and adhesion is performed on the printed base material layer
- the method of printing on the packaging material (generally referred to as middle printing) is widely adopted.
- middle printing the method of printing on the packaging material
- the adhesion between the base material layer and the barrier layer is reduced, and delamination tends to occur between the layers.
- the method of printing by such a middle printing is avoided in the battery packaging material. Therefore, conventionally, in the case of forming a print such as a bar code on the battery packaging material, generally, a method of sticking a seal on which the print is formed on the surface of the base material layer is employed.
- the present inventors considered a method of printing directly by printing ink on the surface of the base material layer of the battery packaging material in consideration of the recent trend of further thinning and weight reduction of the battery packaging material. did.
- Pad printing is the following printing method. First, the ink is poured into the concave portion of the flat plate where the pattern to be printed is etched. Next, the silicon pad is pressed from above the recess to transfer the ink to the silicon pad. Next, the ink transferred to the surface of the silicon pad is transferred to a print target to form a print on the print target.
- Such pad printing is easy to print on the surface of the formed battery packaging material because the ink is transferred to the printing object using an elastic silicon pad or the like, and the battery element is a battery packaging material. After sealing, it has the advantage of being able to print on the battery. Moreover, it has the same advantage also in inkjet printing.
- the main object of the present invention is to provide a battery packaging material having both excellent printability and excellent formability. Furthermore, the present invention also provides a method for producing the battery packaging material, a battery using the battery packaging material, a method for producing the battery, and a method for improving the printability of the battery packaging material with the ink. I assume.
- the present inventors diligently studied to solve the above-mentioned problems. As a result, it is comprised from the laminated body provided with a base material layer, a barrier layer, and a heat-fusion resin layer in this order at least, and the fatty acid amide compound exists in the surface at the side of the base material layer of the said laminated body at least. Furthermore, it has been found that the battery packaging material, in which the fatty acid amide compound dissolves 1 g or more in 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment, has both excellent printability and excellent formability. . The present invention has been completed by further studies based on these findings.
- the present invention provides a battery packaging material and a battery according to the aspects described below.
- Item 1 It is comprised from the laminated body provided with a base material layer, a barrier layer, and a heat fusible resin layer at least in this order, A fatty acid amide compound is present at least on the surface of the laminate on the substrate layer side, The packaging material for batteries which said fatty-acid amide compound melt
- the battery packaging material according to item 1 or 2 which is used in applications where printing with ink is applied to the surface of the laminate on the side of the base material layer.
- Item 4 The packaging material for a battery according to claim 3, wherein the ink contains at least one selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, acetone, isopropyl alcohol, and ethanol.
- Item 5. The packaging material for a battery according to any one of Items 1 to 4, wherein the wetting tension of the surface on the side of the base material layer is 32 mN / m or more.
- the fatty acid amide compound is at least one selected from the group consisting of erucic acid amide, ethylene bis oleic acid amide, oleyl stearic acid amide, stearyl oleic acid amide, stearyl erucic acid amide, oleic acid amide, and behenic acid amide
- a battery wherein a battery element comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte is contained in a package made of the battery packaging material according to any one of Items 1 to 7.
- Item 9. Item 9. The battery according to item 8, having a printed portion on the surface of the package on the side of the base material layer.
- Item 10. 10. The battery according to item 8 or 9, wherein the surface of the package on the side of the base material layer has a printed part with ink.
- a fatty acid amide compound is present at least on the surface of the laminate on the substrate layer side,
- the manufacturing method of the packaging material for batteries using what melts 1 g or more with respect to 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 degreeC environment as said fatty-acid amide compound.
- Item 12. The method for producing a battery packaging material according to Item 11, further comprising the step of subjecting at least one surface of the base material layer to a corona treatment.
- a method of manufacturing a battery comprising: Item 14. 1 g or more dissolved in 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment on the surface of the base material layer side of the battery packaging material comprising at least a base material layer, a barrier layer, and a heat-sealable resin layer in this order
- a fatty acid amide compound is present to improve the printability of the packaging material for the battery with respect to the surface on the side of the substrate layer.
- a battery packaging material having both excellent printability and excellent formability can be provided. Furthermore, according to the present invention, a method for producing the battery packaging material, a battery using the battery packaging material, a method for producing the battery, and a method for improving the printability of the battery packaging material by the ink are provided. You can also.
- the battery packaging material of the present invention is composed of a laminate having at least a base layer, a barrier layer, and a heat fusible resin layer in this order, and at least on the surface of the laminate on the base layer side.
- a fatty acid amide compound is present, and the fatty acid amide compound is dissolved in 1 g or more in 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment.
- the battery packaging material of the present invention comprises, as shown in FIG. 1, a laminate having at least a base layer 1, a barrier layer 3 and a heat-fusible resin layer 4 in this order. It is done.
- the base material layer 1 is the outermost layer side
- the heat-fusible resin layer 4 is the innermost layer. That is, when assembling the battery, the battery element is sealed by sealing the battery element by thermally fusing the heat-fusible resin layers 4 located on the peripheral edge of the battery element.
- an adhesive layer 2 is provided between the base material layer 1 and the barrier layer 3 as needed for the purpose of enhancing the adhesiveness thereof. It may be done.
- the battery packaging material 10 of the present invention is bonded between the barrier layer 3 and the heat fusible resin layer 4 as necessary for the purpose of enhancing the adhesiveness thereof.
- a layer 5 may be provided.
- the surface coating layer 6 may be formed on the surface on the base layer 1 side.
- the thickness of the laminate constituting the battery packaging material 10 of the present invention is not particularly limited, but the battery packaging material having excellent formability while reducing the thickness of the battery packaging material to increase the energy density of the battery From the viewpoint of making it, for example, about 180 ⁇ m or less, preferably about 150 ⁇ m or less, more preferably about 60 to 180 ⁇ m, further preferably about 60 to 150 ⁇ m.
- a fatty acid amide compound is present on the surface on the base layer 1 side. Furthermore, the said fatty-acid amide compound melt
- MEK methyl ethyl ketone
- excellent printability and excellent formability are exhibited by the presence of the fatty acid amide compound having such specific solubility on the surface on the side of the base material layer 1 Can. The details of this mechanism are considered as follows.
- the fatty acid amide compound when the fatty acid amide compound is present on the surface on the base layer 1 side, the slipperiness between the surface on the base layer side and the molding die is improved, and when drawing is performed with the die, Since the battery packaging material is easily drawn in, it is considered that deep draw forming is possible and pinholes and tears are less likely to occur. Furthermore, since the fatty acid amide compound is dissolved in a specific solvent such as methyl ethyl ketone by a predetermined amount, it is contained in the solvent contained in the ink when printing is performed on the surface of the substrate layer 1 by inkjet printing, for example.
- a specific solvent such as methyl ethyl ketone
- the fatty acid amide compound is dissolved in it, and the fixing of the dye or pigment contained in the ink on the surface of the substrate layer 1 side is less likely to be inhibited by the fatty acid amide compound, and it is considered that the excellent printability is exhibited.
- the environment at 25 ° C. on the surface of the base material layer 1 side of the battery packaging material comprising the laminate including at least the base material layer 1, the barrier layer 3 and the heat fusible resin layer 4 in this order The fatty acid amide compound which dissolves 1 g or more with respect to 100 g of methyl ethyl ketone in the above can be provided to provide a method of improving the printability by the ink to the surface of the base material 1 side of the battery packaging material.
- a fatty acid amide compound having a property of dissolving 1 g or more in 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment is present.
- the amount of the fatty acid amide compound present on the surface on the substrate layer 1 side is preferably about 2.0 mg / m 2 or more for the lower limit. More preferably about 4.0 mg / m 2 or more, more preferably about 5.0 mg / m 2 or more, more preferably about 6.5 mg / m 2 or more, still more preferably about 7.0 mg / m 2 or more.
- the upper limit is preferably about 20.0 mg / m 2 or less, more preferably about 15.0 mg / m 2 or less, more preferably 14.5 mg / m 2 or less, more preferably 14.0 mg / m 2 or less and examples of the preferred range 2.0 to 20.0 mg / m 2 about 2.0 to 15.0 mg / m 2 about 2.0 to 14.5 mg / m 2 about, 2.0 to 14 .0mg / m 2 approximately, 4.0 to 2 .0mg / m 2 approximately, 4.0 ⁇ 15.0mg / m 2 approximately, 4.0 ⁇ 14.5mg / m 2 approximately, 4.0 ⁇ 14.0mg / m 2 approximately, 5.0 ⁇ 20.0mg / m 2 approximately, 5.0 ⁇ 15.0mg / m 2 approximately, 5.0 ⁇ 14.5mg / m 2 approximately, 5.0 ⁇ 14.0mg / m 2 or so, 6.5 ⁇ 20.0mg / m 2 approximately, 6.5
- the fatty acid amide compound adheres to the mold at the time of molding, thereby forming lumps and contaminating the mold. Problems can arise.
- the other battery packaging material is molded while the mold is contaminated, a block of fatty acid amide compound deposited on the mold adheres to the surface of the battery packaging material, and the heat fusion of the heat fusible resin layer is carried out as it is To be served.
- the heat-fusible resin layer is heat-fused, the manner in which the fatty acid amide compound adheres becomes uneven, so that sealing failure occurs.
- the continuous productivity of the battery can be effectively improved.
- the amount of the fatty acid amide compound dissolved in 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment is preferably about 1 to 16 g, more preferably about 1 to 14 g, and still more preferably about 5 to 12 g.
- the fatty acid amide compound which dissolves 1 g or more in 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment is not particularly limited, but preferably erucic acid amide, ethylene bis oleic acid amide, oleyl stearic acid amide, stearyl oleic acid amide, stearyl Erucic acid amide, oleic acid amide, behenic acid amide and the like can be mentioned.
- the fatty acid amide compound may be used alone or in combination of two or more.
- the amount of the fatty acid amide compound dissolved in 100 g of methyl ethyl ketone is determined by gradually adding the fatty acid amide compound to 100 g of methyl ethyl ketone stirred with a stirrer or the like in a 25 ° C. environment and measuring the amount dissolved maximally. It can confirm. More specifically, 1.0 g of a fatty acid amide compound is introduced into 100 g of methyl ethyl ketone at 25 ° C., sufficiently stirred by a stirrer, and allowed to stand. When the undissolved matter can not be visually confirmed in the obtained solution, 1.0 g of the fatty acid amide compound is further added, and the solution is sufficiently stirred with a stirrer each time.
- the amount of the fatty acid amide compound present on the surface of the base material layer 1 side of the battery packaging material is such that the predetermined area on the surface of the base material layer 1 side is washed away with an organic solvent and the fatty acid amide compound contained in the obtained cleaning liquid
- the amount can be quantified using a gas chromatography mass spectrometer (GC-MS).
- the wet tension of the surface on the side of the substrate layer 1 is preferably about 32 mN / m or more, more preferably 35 to 46 mN, from the viewpoint of improving the printability while enhancing the formability. And preferably about 36 to 44 mN / m.
- the wetting tension of the packaging material for a battery is a value measured by a method according to the definition of JIS K 6768: 1999, and the specific method is as described in the examples.
- the battery packaging material of the present invention can be suitably used in applications where printing with ink is performed on the surface of the laminate on the side of the base material layer 1.
- printing by ink the above-mentioned pad printing, inkjet printing, etc. are suitable, for example, and in particular, inkjet printing is suitable.
- Preferred examples of the solvent contained in the ink include methyl ethyl ketone, acetone, isopropyl alcohol and ethanol.
- the solvents may be used alone or in combination of two or more.
- a printing portion may be formed on the surface of the base material 1 side of the battery packaging material of the present invention.
- the printing unit is a portion where printing is performed.
- the printing includes, for example, a bar code, a pattern, characters and the like, and the shape of the printing is not limited.
- the method for forming the print portion is not particularly limited, and the print portion can be formed by printing with ink, a pen using ink, or the like.
- the printing portion is preferably a printing portion in which printing is formed by printing of ink. That is, it is preferable that the packaging material for batteries of this invention has the printing part by ink on the surface at the side of the base material layer 1.
- a metal plate having a width of 7 mm is used, and the temperature is 190 ° C. in the lamination direction from both sides of the test sample.
- the heat fusible resin layer 4 is heat-sealed together by heating and pressurizing under a pressure of 2.0 MPa and a time of 3 seconds, as shown in FIGS.
- the maximum value of the tensile strength (seal strength) measured by peeling the heat-fused interface is, for example, 3.0 N / 15 mm or more, and more preferably 4.0 N / 15 mm or more.
- the upper limit of the tensile strength is, for example, about 5.0 N / 15 mm or less, and a preferable range is 3.0 to 5.0 N / 15 mm and 4.0 to 5.0 N / 15 mm.
- the heat resistance temperature of the separator inside the battery is generally around 120 to 140 ° C., so in the battery packaging material of the present invention, the tensile strength (seal strength) in a high temperature environment of 140 ° C.
- the maximum value of x satisfies the above values.
- fusion resin layer are adjusted, for example.
- the above tensile test at each temperature is carried out in a constant temperature bath, and the test sample is attached to the chuck in a constant temperature bath at a predetermined temperature (25 ° C. or 140 ° C.) for 2 minutes Hold and start measurement.
- the electrolyte solution (the concentration of lithium hexafluorophosphate is 1 mol / l, and the volume ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate: dimethyl carbonate is 1: 1) in an environment of 85 ° C.
- the thermally fused resin layer is thermally fused under the conditions of a temperature of 190 ° C., a surface pressure of 2.0 MPa, and a time of 3 seconds while the electrolytic solution is attached to the surface of the conductive resin layer, and the thermally fused interface
- the seal strength when peeling off is preferably 80% or more (80% or more of the seal strength retention) of the seal strength when not contacting the electrolytic solution, and is 90% or more. It is more preferable, and more preferably 100%.
- tensile strength is measured in the same manner except that the electrolyte is not injected into the test sample. The maximum tensile strength until the heat-sealed part is completely peeled off is taken as the seal strength before contact with the electrolyte.
- the battery packaging material is cut into a rectangle of width (x direction) 100 mm ⁇ length (z direction) 200 mm to obtain a test sample (FIG. 9 a).
- the test sample is folded at the center in the z direction so that the heat fusible resin layer side is overlapped (FIG. 9 b).
- both ends of the folded test sample in the x direction are sealed with a heat seal (temperature 190 ° C., surface pressure 2.0 MPa, time 3 seconds), and formed into a bag shape having one opening E (Fig. 9c).
- the electrolytic solution (the concentration of lithium hexafluorophosphate is 1 mol / l, and the volume ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate: dimethyl carbonate is 1: 1: 6 g of a solution of 1) is injected (FIG. 9 d), and the end of the opening E is sealed with a heat seal (temperature 190 ° C., surface pressure 2.0 MPa, time 3 seconds) (FIG. 9 e).
- the bag is left to stand for a predetermined storage time (time to be in contact with the electrolyte) in an environment at a temperature of 85 ° C.
- the end of the test sample is then cut (FIG. 9e) to drain all the electrolyte.
- the upper and lower surfaces of the test sample are sandwiched between metal plates (7 mm wide), and the conditions of temperature 190 ° C., surface pressure 1.0 MPa, time 3 seconds
- the heat-sealable resin layers are heat-sealed together (FIG. 9f).
- the test sample is cut to a width of 15 mm with a double-edged sample cutter so that the seal strength at a width (x direction) of 15 mm can be measured (Fig. 9f, g).
- the base material layer 1 is a layer located on the outermost layer side. About the raw material which forms the base material layer 1, it does not restrict
- a material which forms base material layer 1 for example, polyester, polyamide, epoxy resin, acrylic resin, fluorine resin, polyurethane, silicon resin, phenol resin, polyether imide, polyimide, polycarbonate, and mixtures or copolymers thereof Etc.
- the base material layer 1 preferably has at least one of a layer formed of polyester and a layer formed of polyamide.
- polyesters include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polyethylene isophthalate, copolymer polyester having ethylene terephthalate as the main component of the repeating unit, and butylene terephthalate as the main component of the repeating unit. Copolymerized polyesters and the like.
- a copolymerized polyester having ethylene terephthalate as the main component of the repeating unit specifically, a copolymer polyester in which ethylene terephthalate is polymerized as the main component of the repeating unit with ethylene isophthalate (hereinafter, polyethylene (terephthalate / isophthalate) Polyethylene (terephthalate / isophthalate), polyethylene (terephthalate / adipate), polyethylene (terephthalate / sodium sulfoisophthalate), polyethylene (terephthalate / sodium isophthalate), polyethylene (terephthalate / phenyl-dicarboxylate) And polyethylene (terephthalate / decanedicarboxylate).
- polyethylene (terephthalate / isophthalate) Polyethylene (terephthalate / isophthalate)
- Polyethylene (terephthalate / isophthalate) Polyethylene (terephthalate / isophthalate)
- polyesters having butylene terephthalate as the main component of the repeating unit specifically, a copolymer polyester in which butylene terephthalate is polymerized with butylene isophthalate as the main component of the repeating unit (hereinafter, polybutylene (terephthalate / isophthalate) And polybutylene (terephthalate / adipate), polybutylene (terephthalate / sebacate), polybutylene (terephthalate / decanedicarboxylate), polybutylene naphthalate and the like.
- polyesters may be used alone or in combination of two or more. Polyester has an advantage that it is excellent in electrolytic solution resistance and is less likely to be whitened due to adhesion of the electrolytic solution, and is suitably used as a forming material of the base material layer 1.
- polyamides specifically, aliphatic polyamides such as nylon 6, nylon 66, nylon 610, nylon 12, nylon 46, and copolymers of nylon 6 and nylon 66; terephthalic acid and / or isophthalic acid Hexamethylenediamine-isophthalic acid-terephthalic acid copolymerized polyamide such as nylon 6 I, nylon 6 T, nylon 6 IT, nylon 6 I 6 T (I is isophthalic acid, T represents terephthalic acid) containing constitutional units derived from An aromatic polyamide such as pamide (MXD6); an alicyclic polyamide such as polyaminomethylcyclohexyl adipamide (PACM 6); and a copolymer of a lactam component and an isocyanate component such as 4,4'-diphenylmethane diisocyanate.
- MXD6 pamide
- POM 6 polyaminomethylcyclohexyl adipamide
- POM 6 polyaminomethylcyclohex
- the stretched polyamide film is excellent in stretchability, can prevent the occurrence of whitening due to resin cracking of the base material layer 1 at the time of molding, and is suitably used as a forming material of the base material layer 1.
- the base material layer 1 may be formed of a uniaxially or biaxially stretched resin film, or may be formed of an unstretched resin film. Among them, a uniaxially or biaxially stretched resin film, in particular a biaxially stretched resin film, is suitably used as the substrate layer 1 because its heat resistance is improved by orientation crystallization. Further, the base material layer 1 may be formed by coating the above-described material on the barrier layer 3.
- nylon polyester
- biaxially stretched nylon biaxially stretched polyester
- biaxially stretched nylon is mentioned.
- the base material layer 1 can also be laminated (multilayer structure) of at least one of a resin film and a coating of different materials in order to improve pinhole resistance and insulation when forming a battery package. is there. Specifically, 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 can be mentioned.
- a laminate of a biaxially stretched nylon film and a biaxially stretched polyester film, a laminate of a plurality of biaxially stretched nylon films laminated, and a laminate of a plurality of biaxially stretched polyester films laminated Body is preferred.
- the base material layer 1 is formed of a resin film of two layers, a polyester resin and a polyester resin are laminated, a polyamide resin and a polyamide resin are laminated, or a polyester resin and a polyamide resin are laminated. It is more 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 biaxially oriented polyester has a multilayer structure of a laminate of a biaxially stretched nylon film and a biaxially stretched polyester film, for example, because it is difficult to discolor when the electrolytic solution adheres to the surface, etc.
- the base material layer 1 is preferably a laminate having a biaxially stretched nylon and a biaxially stretched polyester in this order from the barrier layer 3 side.
- the thickness of each layer is preferably about 3 to 25 ⁇ m.
- each resin film may be bonded via an adhesive, or may be directly laminated without using an adhesive.
- a method of bonding in a hot melt state such as coextrusion lamination method, sandwich lamination method, thermal lamination method and the like can be mentioned.
- the adhesive agent to be used may be a 2 liquid curing adhesive, and may be a 1 liquid curing adhesive.
- the adhesion mechanism of the adhesive is not particularly limited, and may be any of a chemical reaction type, a solvent volatilization type, a heat melting type, a heat pressure type, an electron beam curing type, an ultraviolet ray curing type, and the like.
- Specific examples of the adhesive include those similar to the adhesive exemplified in the adhesive layer 2 described later.
- the thickness of the adhesive can be the same as that of the adhesive layer 2.
- the surface on the substrate layer 1 side may be a corona-treated surface. Since the surface on the substrate layer 1 side is corona-treated, the printability of the surface of the substrate layer 1 can be improved.
- the conditions for the corona treatment are not particularly limited. For example, by treating the surface on the base layer 1 side at a velocity of 10 m / min at an irradiation output of 1 Kw or more, the wetting tension of the surface on the base layer 1 side can be increased.
- the thickness of the base material layer 1 is preferably 4 ⁇ m or more, more preferably about 10 to 75 ⁇ m from the viewpoint of forming the battery packaging material 10 having excellent formability while reducing the thickness of the battery packaging material 10. And more preferably about 10 to 50 ⁇ m.
- the adhesive layer 2 is a layer provided between the substrate layer 1 and the barrier layer 3 as needed in order to firmly bond the substrate layer 1 and the barrier layer 3.
- the adhesive layer 2 is formed of an adhesive capable of adhering the base layer 1 and the barrier layer 3.
- the adhesive used to form the adhesive layer 2 may be a two-component curable adhesive, may be a one-component curable adhesive, or may be a resin without a curing reaction.
- the adhesion mechanism of the adhesive used to form 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 heat pressure type, and the like.
- polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate
- adhesive components may be used alone or in combination of two or more.
- a polyurethane adhesive is preferably mentioned.
- resin used as these adhesion components can improve adhesive strength together with a suitable hardening
- the curing agent is appropriately selected from polyisocyanate, polyfunctional epoxy resin, oxazoline group-containing polymer, polyamine resin, acid anhydride and the like according to the functional group of the adhesive component.
- the polyurethane adhesive includes, for example, a polyurethane adhesive containing a main compound containing a polyol compound and a curing agent containing an isocyanate compound.
- Preferred examples include two-component polyurethane adhesives of which curing agents are aromatic or aliphatic polyisocyanates with polyols such as polyester polyols, polyether polyols, and acrylic polyols as main components.
- the polyol compound it is preferable to use a polyester polyol having a hydroxyl group in the side chain in addition to the hydroxyl group at the end of the repeating unit.
- the adhesive layer 2 may allow addition of other components as long as the adhesive property is not impaired, and may contain a colorant, a thermoplastic elastomer, a tackifier, a filler and the like.
- the adhesive layer 2 contains a coloring agent, the battery packaging material can be colored.
- the colorant known ones such as pigments and dyes can be used. Moreover, only one type of colorant may be used, or two or more types may be mixed and used.
- the type of pigment is not particularly limited as long as the adhesion of the adhesive layer 2 is not impaired.
- the organic pigment include pigments such as azo pigments, phthalocyanine pigments, quinacridone pigments, anthraquinone pigments, dioxazine pigments, indigothioindigo pigments, perinone-perylene pigments, isoindolenine pigments, and benzimidazolone pigments, and the like.
- the pigment include pigments of carbon black type, titanium oxide type, cadmium type, lead type, chromium oxide type, iron type and the like, and further, fine powder of mica (mica), fish scale foil and the like can be mentioned.
- carbon black is preferable, for example, in order to make the appearance of the battery packaging material black.
- the average particle size of the pigment is not particularly limited, and, for example, about 0.05 to 5 ⁇ m, preferably about 0.08 to 2 ⁇ m.
- the average particle diameter of a pigment be the median diameter measured by laser diffraction / scattering type particle diameter distribution measuring apparatus.
- the content of the pigment in the adhesive layer 2 is not particularly limited as long as the battery packaging material is colored, and may be, for example, about 5 to 60% by mass, preferably 10 to 40% by mass.
- the thickness of the adhesive layer 2 is not particularly limited as long as it exhibits a function as an adhesive layer, and for example, about 1 to 10 ⁇ m, preferably about 2 to 5 ⁇ m.
- the barrier layer 3 is a layer having a function to prevent water vapor, oxygen, light and the like from invading the inside of the battery, in addition to the strength improvement of the battery packaging material.
- the barrier layer 3 is preferably a metal layer, that is, a layer formed of a metal. Specifically as a metal which comprises the barrier layer 3, aluminum, stainless steel, titanium etc. are mentioned, Preferably aluminum is mentioned.
- the barrier layer 3 can be formed of, for example, a metal foil, a metal vapor deposition film, an inorganic oxide vapor deposition film, a carbon-containing inorganic oxide vapor deposition film, a film provided with these vapor deposition films, or the like.
- the barrier layer is made of, for example, annealed aluminum (JIS H4160: 1994 A8021 H-O, JIS H4160: It is more preferable to use a soft aluminum alloy foil such as 1994 A8079 H-O, JIS H4000: 2014 A8021 P-O, JIS H 4000: 2014 A8079 P-O).
- the thickness of the barrier layer 3 is not particularly limited as long as it exhibits a function as a barrier layer such as water vapor, but from the viewpoint of reducing the thickness of the battery packaging material, it is preferably about 100 ⁇ m or less, more preferably about 10 to 100 ⁇ m. More preferably, about 10 to 80 ⁇ m can be mentioned.
- the barrier layer 3 be subjected to chemical conversion treatment in order to stabilize adhesion, to prevent dissolution or corrosion, and the like.
- the chemical conversion treatment means a treatment for forming an acid resistant film on the surface of the barrier layer.
- chromate chromate treatment using a chromium compound such as chromium nitrate, chromium fluoride, chromium sulfate, chromium acetate, chromium borate, chromium biphosphate, chromium acetate acetyl acetate, chromium chloride, potassium chromium sulfate and the like
- Phosphoric acid treatment using phosphoric acid compounds such as sodium phosphate, potassium phosphate, ammonium phosphate and polyphosphoric acid; aminated phenol polymers having repeating units represented by the following general formulas (1) to (4)
- chromate treatment with In the aminated phenol polymer repeating units represented by the following general formulas (1) to (4) may be contained singly or in any combination of two or more. It is also good.
- X represents a hydrogen atom, a hydroxy 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 hydroxy 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 and an isobutyl group, Examples thereof include linear or branched alkyl groups 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, for example, hydroxymethyl group, 1-hydroxyethyl group, 2-hydroxyethyl group, 1-hydroxypropyl group, 2-hydroxypropyl group, 3- A linear or branched C1-C4 straight-chain or branched one having one hydroxy group such as hydroxypropyl group, 1-hydroxybutyl group, 2-hydroxybutyl group, 3-hydroxybutyl group, 4-hydroxybutyl group etc.
- An alkyl group is mentioned.
- the alkyl group and the hydroxyalkyl group represented by X, R 1 and R 2 may be identical to or different from each other.
- X is preferably a hydrogen atom, a hydroxy group or a hydroxyalkyl group.
- the number average molecular weight of the aminated phenol polymer having repeating units represented by the general formulas (1) to (4) is, for example, preferably about 500 to 1,000,000, and about 1,000 to 20,000. More preferable.
- a coating in which fine particles of aluminum oxide, titanium oxide, cerium oxide, metal oxide such as tin oxide, or barium sulfate are dispersed in phosphoric acid is coated;
- a method of forming an acid resistant film on the surface of the barrier layer 3 can be mentioned by carrying out the baking treatment at 150 ° C. or higher.
- a resin layer may be further formed by crosslinking the cationic polymer with a crosslinking agent.
- the cationic polymer for example, polyethylene imine, an ionic polymer complex composed of polyethylene imine and a polymer having a carboxylic acid, primary amine graft acrylic resin obtained by graft polymerizing a primary amine on an acrylic main skeleton, polyallylamine Or derivatives thereof, aminophenol and the like.
- these cationic polymers only 1 type may be used and you may use combining 2 or more types.
- a crosslinking agent the compound which has an at least 1 sort (s) of functional group chosen from the group which consists of an isocyanate group, a glycidyl group, a carboxyl group, and an oxazoline group, a silane coupling agent etc. are mentioned, for example.
- these crosslinking agents only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
- an acid resistant coating for example, at least the surface on the inner layer side of an aluminum alloy foil is first subjected to an alkaline dipping method, an electrolytic cleaning method, an acid cleaning method, an electrolytic acid cleaning method as one example.
- Degreasing treatment by a known treatment method such as acid activation method and then the degreasing surface is treated with metal phosphate such as chromium phosphate, titanium phosphate, zirconium phosphate, zinc phosphate and the like
- metal phosphate such as chromium phosphate, titanium phosphate, zirconium phosphate, zinc phosphate and the like
- Treatment solution (aqueous solution) mainly composed of a mixture of metal salts
- a treatment solution (aqueous solution) composed of a mixture with a water-based synthetic resin such as a phenolic resin or a urethane resin is applied by a known coating method such as roll coating, gravure printing, or immersion.
- the acid-resistant coating when treated with a chromium phosphate salt treatment liquid, it becomes an acid-resistant film composed of chromium phosphate, aluminum phosphate, aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum fluoride, etc., and is treated with a zinc phosphate salt treatment liquid
- the coating is made of zinc phosphate hydrate, aluminum phosphate, aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum fluoride and the like.
- an acid resistant film for example, at least the surface on the inner layer side of an aluminum alloy foil is first subjected to an alkaline dipping method, an electrolytic cleaning method, an acid cleaning method, an electrolytic acid cleaning method, an acid An acid resistant film can be formed by degreasing treatment by a known treatment method such as activation method and then applying known anodic oxidation treatment to the degreasing treatment surface.
- phosphate-based and chromic acid-based films are mentioned as another example of the acid resistant film.
- phosphates include zinc phosphate, iron phosphate, manganese phosphate, calcium phosphate and chromium phosphate.
- chromic acid include chromium chromate.
- the acid resistant coating by forming an acid resistant coating such as phosphate, chromate, fluoride, triazine thiol compound, etc., between the aluminum and the substrate layer at the time of embossing and forming Anti-delamination, hydrogen fluoride generated by the reaction between electrolyte and water prevents dissolution and corrosion of the aluminum surface, especially dissolution and corrosion of aluminum oxide present on the aluminum surface, and adhesion of the aluminum surface
- the properties (wettability) are improved, and the effect of preventing the delamination of the base layer and aluminum during heat sealing and the prevention of the delamination of the base layer and aluminum during press molding are shown in the embossed type.
- an aqueous solution composed of three components of a phenol resin, a chromium (III) fluoride compound, and phosphoric acid is applied to the aluminum surface, and the treatment of dry baking is good.
- the acid resistant film further comprises a layer having cerium oxide, phosphoric acid or phosphate, an anionic polymer, and a crosslinking agent for crosslinking the anionic polymer, wherein the phosphoric acid or phosphate is any of the above-mentioned. It may be blended in an amount of 1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of cerium oxide. It is preferable that the acid resistant coating be a multilayer structure further including a layer having a cationic polymer and a crosslinking agent for crosslinking the cationic polymer.
- the said anionic polymer is a copolymer which has poly (meth) acrylic acid or its salt, or (meth) acrylic acid or its salt as a main component.
- the said crosslinking agent is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of a compound which has a functional group in any one of an isocyanate group, glycidyl group, a carboxyl group, and an oxazoline group, and a silane coupling agent.
- the said phosphoric acid or phosphate is condensed phosphoric acid or condensed phosphate.
- the chemical conversion treatment only one type of chemical conversion treatment may be performed, or two or more types of chemical conversion treatments may be performed in combination. Furthermore, these chemical conversion treatments may be performed using one type of compound alone, or may be performed using two or more types of compounds in combination.
- a chromate chromate treatment a chemical conversion treatment in which a chromium compound, a phosphoric acid compound, and an aminated phenol polymer are combined, and the like are preferable.
- the chromium compounds chromic acid compounds are preferred.
- the acid resistant coating include those containing at least one of phosphate, chromate, fluoride, and triazine thiol.
- an acid resistant film containing a cerium compound is also preferable.
- cerium compound cerium oxide is preferable.
- an acid resistant film a phosphate type film, a chromate type film, a fluoride type film, a triazine thiol compound film, etc. are mentioned.
- the acid resistant coating may be one of these or a combination of two or more.
- a treatment liquid comprising a mixture of a metal phosphate and an aqueous synthetic resin, or a mixture of a nonmetallic phosphate and an aqueous synthetic resin It may be formed of a treatment liquid comprising
- the analysis of the composition of the acid-resistant film can be performed using, for example, time-of-flight secondary ion mass spectrometry.
- Analysis of the composition of the acid-resistant film using time-of-flight secondary ion mass spectrometry detects, for example, a peak derived from at least one of Ce + and Cr + .
- the surface of the aluminum alloy foil is provided with an acid resistant film containing at least one element selected from the group consisting of phosphorus, chromium and cerium.
- an acid resistant film containing at least one element selected from the group consisting of phosphorus, chromium and cerium.
- the heat fusible resin layer, the adhesive layer and the like laminated on the aluminum alloy foil are physically peeled off.
- the aluminum alloy foil is placed in an electric furnace, and the organic components present on the surface of the aluminum alloy foil are removed at about 300 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the aluminum alloy foil is used to confirm that these elements are contained.
- the amount of acid-resistant coatings to be formed on the surface of the barrier layer 3 in the chemical conversion treatment is not particularly limited, for example, in the case of performing the above-mentioned chromate treatment, the surface 1 m 2 per barrier layer 3, the chromium compound is chromium 0.5 to 50 mg or so, preferably 1.0 to 40 mg or so, the phosphorus compound is 0.5 to 50 mg or so, preferably 1.0 to 40 mg, and the aminated phenol polymer is 1.0 or more It is desirable that the content be about 200 mg, preferably about 5.0 to 150 mg.
- the thickness of the acid-resistant coating is not particularly limited, but is preferably about 1 nm to 10 ⁇ m, more preferably about 1 to 100 nm, from the viewpoint of the cohesion of the coating and the adhesion to the aluminum alloy foil and the heat-fusion resin layer. More preferably, it is about 1 to 50 nm.
- the thickness of the acid resistant coating can be measured by a transmission electron microscope or a combination of an observation by a transmission electron microscope and energy dispersive X-ray spectroscopy or electron beam energy loss spectroscopy.
- the temperature of the barrier layer is 70 after the solution containing the compound used for forming the acid resistant coating is applied to the surface of the barrier layer by the bar coating method, roll coating method, gravure coating method, immersion method or the like. It is carried out by heating to about 200 ° C.
- the barrier layer may be subjected in advance to a degreasing treatment by an alkaline immersion method, an electrolytic cleaning method, an acid cleaning method, an electrolytic acid cleaning method or the like. By performing the degreasing treatment in this manner, the chemical conversion treatment on the surface of the barrier layer can be performed more efficiently.
- the thermally fusible resin layer 4 corresponds to the innermost layer, and is a layer that thermally fuses the thermally fusible resin layers when the battery is assembled to seal the battery element.
- the resin component used for the heat fusible resin layer 4 is not particularly limited as long as heat fusible is possible, and examples thereof include polyolefin, cyclic polyolefin, acid-modified polyolefin, and acid-modified cyclic polyolefin. That is, the resin constituting the heat-fusible resin layer 4 may or may not contain a polyolefin skeleton, and preferably contains a polyolefin skeleton.
- the resin constituting the heat-fusible resin layer 4 can be analyzed by, for example, infrared spectroscopy, gas chromatography-mass spectrometry, etc., as long as it contains a polyolefin skeleton, and the analysis method is not particularly limited.
- the peak originating in maleic anhydride is detected.
- a peak derived from maleic acid is detected in the vicinity of the wave number of 1760 cm -1 and near the wave number 1780 cm -1.
- the peak may be small and not detected. In that case, analysis is possible by nuclear magnetic resonance spectroscopy.
- polystyrene resin examples include polyethylenes such as low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene and linear low density polyethylene; homopolypropylene, block copolymers of polypropylene (for example, block copolymers of propylene and ethylene), polypropylene Polypropylenes such as random copolymers of (for example, random copolymers of propylene and ethylene); terpolymers of ethylene-butene-propylene and the like.
- polyethylenes such as low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene and linear low density polyethylene
- homopolypropylene block copolymers of polypropylene (for example, block copolymers of propylene and ethylene)
- polypropylene Polypropylenes such as random copolymers of (for example, random copolymers of propylene and ethylene); terpolymers of ethylene-butene-propylene and the like.
- polyethylene and polypropylene are mentioned.
- the cyclic polyolefin is a copolymer of an olefin and a cyclic monomer, and examples of the olefin which is a constituent monomer of the cyclic polyolefin include ethylene, propylene, 4-methyl-1-pentene, butadiene, isoprene and the like. .
- a cyclic monomer which is a constituent monomer of the cyclic polyolefin for example, cyclic alkenes such as norbornene; specifically, cyclic dienes such as cyclopentadiene, dicyclopentadiene, cyclohexadiene, norbornadiene, and the like can be mentioned.
- these polyolefins preferred are cyclic alkenes, more preferably norbornene.
- styrene is also mentioned.
- the acid-modified polyolefin is a polymer obtained by modifying the polyolefin by block polymerization or graft polymerization with an acid component such as a carboxylic acid.
- an acid component such as a carboxylic acid.
- carboxylic acids such as maleic acid, acrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride, or anhydrides thereof.
- the acid-modified cyclic polyolefin is prepared by copolymerizing part of the monomers constituting the cyclic polyolefin with an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid or an anhydride thereof, or ⁇ , ⁇ - to the cyclic polyolefin. It is a polymer obtained by block polymerization or graft polymerization of unsaturated carboxylic acid or its anhydride.
- the cyclic polyolefin to be carboxylic acid modified is the same as described above. Moreover, as a carboxylic acid used for modification
- polyolefins such as polypropylene, carboxylic acid-modified polyolefins, and more preferably polypropylene and acid-modified polypropylenes.
- the heat fusible resin layer 4 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, although the heat fusible resin layer 4 may be formed of only one layer, it may be formed of two or more layers of the same or different resin components.
- a fatty acid amide compound may be present on the surface of the heat-fusible resin layer 4.
- the fatty acid amide compound is not particularly limited, and examples thereof include saturated fatty acid amides, unsaturated fatty acid amides, substituted amides, methylolamides, saturated fatty acid bisamides, unsaturated fatty acid bisamides and the like.
- Specific examples of the saturated fatty acid amide include lauric acid amide, palmitic acid amide, stearic acid amide, behenic acid amide, hydroxystearic acid amide and the like.
- Specific examples of the unsaturated fatty acid amide include oleic acid amide and erucic acid amide.
- substituted amide examples include N-oleyl palmitic acid amide, N-stearyl stearic acid amide, N-stearyl oleic acid amide, N-oleyl stearic acid amide, N-stearyl erucic acid amide and the like.
- methylolamide examples include methylol stearic acid amide and the like.
- saturated fatty acid bisamide examples include methylenebisstearic acid amide, ethylenebiscapric acid amide, ethylenebislauric acid amide, ethylenebisstearic acid amide, ethylenebishydroxystearic acid amide, ethylenebisbehenic acid amide, hexamethylene bisstearin Acid amide, hexamethylene bisbehenamide, hexamethylene hydroxystearic amide, N, N'-distearyl adipamide, N, N'-distearyl sebacate amide and the like can be mentioned.
- unsaturated fatty acid bisamides include ethylene bis oleic acid amide, ethylene bis erucic acid amide, hexamethylene bis oleic acid amide, N, N'-dioleyl adipic acid amide, N, N'-dioleyl sebacic acid amide Etc.
- fatty acid ester amides include stearoamidoethyl stearate and the like.
- specific examples of the aromatic bisamides include m-xylylene bis-stearic acid amide, m-xylylene bis-hydroxystearic acid amide, N, N'-distearyl isophthalic acid amide and the like.
- the fatty acid amide compounds may be used alone or in combination of two or more.
- the thickness of the heat fusible resin layer 4 is not particularly limited as long as it exhibits the function as a heat fusible resin layer, but preferably about 60 ⁇ m or less, more preferably about 15 to 40 ⁇ m.
- the amount thereof is not particularly limited, but preferably 3 mg / m 2 or more, more preferably at a temperature of 24 ° C. and a relative humidity of 60%. Is about 10 to 50 mg / m 2 , more preferably about 15 to 40 mg / m 2 .
- the value obtained by dividing the temperature difference T 2 at a temperature difference T 1 is, for example, 0.55 or more, and further preferably 0.60 or more.
- the heat fusible resin layer contacts the electrolyte as the ratio T 2 / T 1 approaches the upper limit value of 1.0. This means that the change in the width between the start point (extrapolation melting start temperature) and the end point (extrapolation melting end temperature) of the melting peak before and after is small (see the schematic diagram of FIG. 10).
- T 2 is usually of T 1 values below.
- Low-molecular-weight resin contained in the resin forming the heat-fusible resin layer is brought into contact with the electrolyte as a factor that increases the change in the width between the extrapolation melting start temperature and the extrapolation melting end temperature of the melting peak.
- the elution peak temperature and the extrapolation end temperature of the melting peak of the heat fusible resin layer after being dissolved in the electrolyte by contact with the electrolyte are measured before the electrolyte is brought into contact with the electrolyte. To be smaller.
- Proportion of low molecular weight resin contained in the resin forming the heat-fusible resin layer as one of methods for reducing the change in the width between the extrapolation melting start temperature and the extrapolation melting end temperature of the melting peak There is a way to adjust the
- a differential scanning calorimetry is used to obtain a DSC curve for polypropylene used for the heat-sealable resin layer of each of the above-mentioned battery packaging materials. From the obtained DSC curve, measuring the temperature difference T 1 of the extrapolation melting start temperature of the melting peak temperature of the heat-fusible resin layer and the extrapolated ending melting temperature.
- a commercial item can be used as a differential scanning calorimeter to measure the extrapolation melting start temperature and the extrapolation melting end temperature of the melting peak temperature.
- the temperature is raised to 200 ° C at a heating rate of 10 ° C / min (first time), and after holding for 10 minutes at 200 ° C, the temperature lowering rate The temperature is lowered to -50 ° C at -10 ° C / min and held at -50 ° C for 10 minutes, then the temperature is raised to 200 ° C at a heating rate of 10 ° C / min (second time) and held at 200 ° C for 10 minutes,
- the DSC curve at the time of temperature rising to 200 ° C.
- the extrapolation melting start temperature means the starting point of melting peak temperature, and the difference between the heat energy input and the straight line extending the baseline on the low temperature (65 to 75 ° C) side to the high temperature side is the largest.
- the curve on the cold side of the peak is taken as the temperature at the point of intersection with the tangent drawn at the point where the slope is maximum.
- Extrapolation end temperature means the end point of melting peak temperature, a straight line extending the baseline on the high temperature (170 ° C) side to the low temperature side, and the high temperature side of the melting peak where the difference between the thermal energy input is maximum
- the temperature at the point of intersection with the tangent drawn at the point where the slope is maximum is taken as the curve of.
- the thermally fusible resin layers are thermally fused in a state where the electrolytic solution is in contact with the thermally fusible resin layer in a high temperature environment and the electrolytic solution adheres to the thermally fusible resin layer.
- a value obtained by dividing the temperature difference T 2 at a temperature difference T 1 (the ratio T 2 / T 1), for example 0.55 or more, preferably 0.60 or more, more preferably 0.70 or more, further preferably 0.75 or more, and a preferable range is about 0.55 to 1.0, 0.60 to 1 0: about 0.70 to about 1.0, about 0.75 to about 1.0.
- the upper limit is, for example, 1.0.
- the composition for adjusting the molecular weight.
- the adhesive layer 5 is a layer optionally provided between the barrier layer 3 and the heat-fusible resin layer 4 in order to firmly bond the barrier layer 3 and the heat-fusible resin layer 4.
- the adhesive layer 5 is formed of a resin capable of adhering the barrier layer 3 and the heat fusible resin layer 4.
- resin used for formation of adhesion layer 5 the thing of the adhesion mechanism, the kind of adhesive agent component, etc. can use the thing similar to the adhesive illustrated by adhesive agent layer 2.
- resin used for formation of the contact bonding layer 5 polyolefin resin, such as polyolefin mentioned above-mentioned heat-fusion resin layer 4, cyclic polyolefin, carboxylic acid modified polyolefin, carboxylic acid modified cyclic polyolefin, can also be used. .
- the polyolefin a carboxylic acid-modified polyolefin is preferable, and a carboxylic acid-modified polypropylene is particularly preferable, from the viewpoint of excellent adhesion between the barrier layer 3 and the heat-fusible resin layer 4. That is, the resin constituting the adhesive layer 5 may or may not contain a polyolefin skeleton, and preferably contains a polyolefin skeleton. It is possible to analyze that the resin constituting the adhesive layer 5 contains a polyolefin skeleton, for example, by infrared spectroscopy, gas chromatography mass spectrometry, etc., and there is no particular limitation on the analysis method.
- the peak originating in maleic anhydride is detected.
- a peak derived from maleic acid is detected in the vicinity of the wave number of 1760 cm -1 and near the wave number 1780 cm -1.
- the peak may be small and not detected. In that case, analysis is possible by nuclear magnetic resonance spectroscopy.
- the adhesive layer 5 cures the resin composition containing the acid-modified polyolefin and the curing agent. It may be a thing.
- the acid-modified polyolefin preferably, the same ones as the carboxylic acid-modified polyolefin and the carboxylic acid-modified cyclic polyolefin exemplified in the heat fusible resin layer 4 can be exemplified.
- the curing agent is not particularly limited as long as it cures acid-modified polyolefin.
- examples of the curing agent include epoxy-based curing agents, polyfunctional isocyanate-based curing agents, carbodiimide-based curing agents, oxazoline-based curing agents, and the like.
- the epoxy curing agent is not particularly limited as long as it is a compound having at least one epoxy group.
- the epoxy curing agent include epoxy resins such as bisphenol A diglycidyl ether, modified bisphenol A diglycidyl ether, novolak glycidyl ether, glycerin polyglycidyl ether, polyglycerin polyglycidyl ether and the like.
- the polyfunctional isocyanate-based curing agent is not particularly limited as long as it is a compound having two or more isocyanate groups.
- Specific examples of the polyfunctional isocyanate-based curing agent include isophorone diisocyanate (IPDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), those obtained by polymerizing or denating these, or the like Mixtures and copolymers with other polymers may be mentioned.
- curing agent the polycarbodiimide compound which has a carbodiimide group 2 or more at least is preferable.
- the oxazoline-based curing agent is not particularly limited as long as it is a compound having an oxazoline skeleton.
- Specific examples of the oxazoline curing agent include Epocross series manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.
- the curing agent may be composed of two or more types of compounds.
- the content of the curing agent in the resin composition forming the adhesive layer 5 is preferably in the range of about 0.1 to 50% by mass, and more preferably in the range of about 0.1 to 30% by mass, More preferably, it is in the range of about 0.1 to 10% by mass.
- the thickness of the adhesive layer 5 is not particularly limited as long as it exhibits the function as an adhesive layer, but in the case of using the adhesive exemplified in the adhesive layer 2, it is preferably about 1 to 10 ⁇ m, more preferably 1 to There is about 5 ⁇ m. Further, in the case of using the resin exemplified for the heat fusible resin layer 4, it is preferably about 2 to 50 ⁇ m, more preferably about 10 to 40 ⁇ m. In the case of a cured product of an acid-modified polyolefin and a curing agent, it is preferably 30 ⁇ m or less, more preferably about 0.1 to 20 ⁇ m, and still more preferably about 0.5 to 5 ⁇ m. When the adhesive layer 5 is a cured product of a resin composition containing an acid-modified polyolefin and a curing agent, the adhesive layer 5 can be formed by applying the resin composition and curing it by heating or the like.
- the adhesive layer 5 preferably has a logarithmic attenuation factor ⁇ E at 120 ° C. in a rigid pendulum measurement of, for example, 2.5 or less, and more preferably 2.0 or less.
- a logarithmic attenuation factor ⁇ E at 120 ° C. in a rigid pendulum measurement of, for example, 2.5 or less, and more preferably 2.0 or less.
- the logarithmic attenuation factor at 120 ° C. in rigid pendulum measurement is an index showing the hardness of the resin in a high temperature environment of 120 ° C., and the smaller the logarithmic attenuation factor, the higher the hardness of the resin.
- the damping rate of the pendulum when the temperature of the resin is raised from a low temperature to a high temperature is measured.
- rigid pendulum measurement generally, the edge portion is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the pendulum motion is performed in the lateral direction to apply vibration to the object to be measured.
- the hard adhesive layer 5 having a logarithmic attenuation factor of, for example, 2.5 or less, and further 2.0 or less in a high temperature environment of 120 ° C. By disposing between them, crushing (thinning) of the adhesive layer 5 at the time of heat sealing of the battery packaging material can be suppressed, and furthermore, high seal strength can be exhibited in a high temperature environment.
- ⁇ E [ln (A1 / A2) + ln (A2 / A3) +... Ln (An / An + 1)] / n A: Amplitude n: Wave number
- the logarithmic attenuation factor ⁇ E at 120 ° C. is, for example, about 1.4 to 2.5, preferably about 1.4 to 2.0, and more preferably about 1.4 to 1.6.
- DELTA logarithmic attenuation factor
- the packaging material for batteries was immersed in 15% hydrochloric acid, the base material layer and the aluminum foil were dissolved, and it became only the contact bonding layer and the heat fusible resin layer. Allow the sample to dry thoroughly and make it a measurement target.
- DELTA logarithmic attenuation factor
- the battery packaging material from the battery and measure the logarithmic attenuation factor ⁇ E of the adhesive layer 5.
- the battery packaging material is obtained from the battery and the logarithmic attenuation factor ⁇ E of the adhesive layer 5 is measured, a sample is cut out from the top surface portion that is less affected by the molding of the battery packaging material to be stretched.
- the heat fusible resin layers of the laminates constituting the battery packaging material are opposed to each other, and the temperature is 190 ° C., the surface pressure is 0.5 MPa, and the condition is 3 seconds.
- the residual ratio of the thickness of the adhesive layer is preferably 70% or more, preferably 80% or more, and preferably 70 to 95%, 80 to 95%. Can be mentioned.
- the upper limit of the residual ratio of the thickness is, for example, about 95%.
- the residual ratio of the thickness is a value measured by the following method. In order to set the remaining ratio of the thickness, for example, the type, composition, molecular weight and the like of the resin constituting the adhesive layer 5 are adjusted.
- the battery packaging material is cut into a length of 150 mm and a width of 60 mm to prepare a test sample.
- the heat fusible resin layers of the test sample are made to face each other.
- heat fusion is performed under the conditions of a temperature of 190 ° C., a surface pressure of 0.5 MPa, and a time of 3 seconds in the stacking direction from both sides of the test sample. Heat-sealable resin layers.
- the heat-sealed portion of the test sample is cut in the stacking direction using a microtome, and the thickness of the adhesive layer is measured on the exposed cross section.
- the test sample before heat fusion is similarly cut in the laminating direction using a microtome, and the thickness of the adhesive layer is measured on the exposed cross section.
- the ratio of the thickness of the adhesive layer after the thermal fusion to the thickness of the adhesive layer before the thermal fusion is calculated to measure the remaining ratio (%) of the thickness of the adhesive layer.
- the packaging material for batteries can be acquired from a battery, and the residual ratio of the thickness of the contact bonding layer 5 can also be measured.
- the battery packaging material is obtained from the battery and the residual ratio of the thickness of the adhesive layer 5 is measured, a sample is cut out from the top surface portion having little influence of stretching of the battery packaging material by molding to be a measurement target.
- the logarithmic attenuation factor ⁇ E of the adhesive layer 5 can be adjusted, for example, by the melt mass flow rate (MFR), the molecular weight, the melting point, the softening point, the molecular weight distribution, and the crystallinity of the resin constituting the adhesive layer 5.
- MFR melt mass flow rate
- the outer side of the base material layer 1 (the barrier layer of the base material layer 1 as needed) for the purpose of improving designability, electrolytic solution resistance, abrasion resistance, moldability, etc. If necessary, a surface covering layer 6 may be provided on the side opposite to 3).
- the surface coating layer 6 can be formed of, for example, polyvinylidene chloride, polyester resin, urethane resin, acrylic resin, epoxy resin or the like. Among these, the surface coating layer 6 is preferably formed of a two-component curable resin. Examples of the two-component curable resin that forms the surface covering layer 6 include a two-component curable urethane resin, a two-component curable polyester resin, and a two-component curable epoxy resin. Further, an additive may be blended in the surface coating layer 6.
- Examples of the additive include fine particles having a particle diameter of about 0.5 nm to 5 ⁇ m.
- the material of the additive is not particularly limited, and examples thereof include metals, metal oxides, inorganic substances, and organic substances.
- the shape of the additive is not particularly limited, and examples thereof include spheres, fibers, plates, indeterminate shapes, and balloons.
- talc silica, graphite, kaolin, montmorrroid, montmorillonite, synthetic mica, hydrotalcite, silica gel, zeolite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, zinc oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, Neodymium oxide, antimony oxide, titanium oxide, cerium oxide, calcium sulfate, barium sulfate, calcium carbonate, calcium silicate, lithium carbonate, calcium benzoate, calcium oxalate, magnesium stearate, alumina, carbon black, carbon nanotubes, high Melting point nylon, acrylate resin, crosslinked acrylic, crosslinked styrene, crosslinked polyethylene, benzoguanamine, gold, aluminum, copper, nickel and the like can be mentioned.
- additives may be used alone or in combination of two or more.
- silica, barium sulfate and titanium oxide are preferably mentioned from the viewpoint of dispersion stability and cost.
- the surface may be subjected to various surface treatments such as insulation treatment, high dispersion treatment, and the like.
- Additives such as a flame retardant, an antioxidant, a light stabilizer, a tackifier, an antistatic agent, and an elastomer resin may be included.
- Specific examples of the lubricant include, for example, the lubricants described above.
- the above-mentioned fine particles may function as a lubricant, an antiblocking agent, and a matting agent.
- coating the two-component curable resin which forms the surface coating layer 6 on the surface of the outer side of the base material layer 1 is mentioned.
- the additive may be added to and mixed with the two-component curable resin and then applied.
- the content of the additive in the surface coating layer 6 is not particularly limited, but preferably about 0.05 to 1.0% by mass, more preferably about 0.1 to 0.5% by mass.
- the thickness of the surface coating layer 6 is not particularly limited as long as the above-described function as the surface coating layer 6 is exhibited, and for example, about 0.5 to 10 ⁇ m, preferably about 1 to 5 ⁇ m.
- the method for producing a battery packaging material of the present invention is not particularly limited as long as a laminate obtained by laminating each layer of a predetermined composition is obtained, at least a base material layer, a barrier layer, And a step of laminating the heat fusible resin layer in this order, and at least a fatty acid amide compound is present on the surface of the laminate on the substrate layer side, as a fatty acid amide compound,
- dissolves 1 g or more with respect to 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 degreeC environment is mentioned.
- a lubricant may be applied to the surface of the base layer 1 as a method of causing the lubricant to be present on the surface of the base layer 1 side, or a layer on the base layer 1 side (for example, the base layer 1 or the surface coating layer)
- a lubricant may be included in the resin constituting 6) to bleed out the lubricant on the surface on the substrate layer 1 side.
- a laminate in which the base material layer 1, the adhesive layer 2, and the barrier layer 3 are sequentially laminated is formed.
- the laminate A is formed by gravure coating an adhesive used for forming the adhesive layer 2 on the base layer 1 or on the barrier layer 3 whose surface has been subjected to a chemical conversion treatment if necessary. It can carry out by the dry lamination method which makes the barrier layer 3 or the substrate layer 1 concerned laminate, and hardens the adhesive layer 2 after applying and drying with application methods, such as a roll coat method.
- the heat fusible resin layer 4 is laminated on the barrier layer 3 of the laminate A.
- the resin component constituting the heat fusible resin layer 4 is gravure-coated or roll-coated on the barrier layer 3 of the laminate A It may be applied by a method such as When the adhesive layer 5 is provided between the barrier layer 3 and the heat fusible resin layer 4, for example, (1) the adhesive layer 5 and the heat fusible resin layer on the barrier layer 3 of the laminate A Method of laminating 4 by coextrusion (co-extrusion laminating method), (2) Separately, a laminated body in which the adhesive layer 5 and the heat-fusible resin layer 4 are laminated is formed, (3) A method of laminating by thermal laminating method, (3) A method of extruding or solution coating an adhesive for forming the adhesive layer 5 on the barrier layer 3 of the laminated body A, drying at a high temperature, and baking Method of laminating the thermally fusible resin layer
- the surface covering layer 6 is laminated on the surface of the base layer 1 opposite to the barrier layer 3.
- the surface coating layer 6 can be formed, for example, by applying the above-mentioned resin that forms the surface coating layer 6 on the surface of the base layer 1.
- the order of the process of laminating the barrier layer 3 on the surface of the base material layer 1 and the process of laminating the surface coating layer 6 on the surface of the base material layer 1 is not particularly limited.
- the barrier layer 3 may be formed on the surface of the base layer 1 opposite to the surface covering layer 6.
- a laminate of the adhesive layer 5 / thermal adhesive resin layer 4 to be provided is formed, but in order to strengthen the adhesion of the adhesive layer 2 and the adhesive layer 5 to be provided if necessary, It may be subjected to heat treatment such as hot roll contact, hot air, near or far infrared rays and the like.
- the conditions for such heat treatment include, for example, at 150 to 250 ° C. for 1 to 5 minutes.
- each layer constituting the laminate improves or stabilizes film forming ability, lamination processing, final product secondary processing (pouching, embossing) suitability, etc., as necessary.
- surface activation treatments such as corona treatment, blast treatment, oxidation treatment, and ozone treatment may be performed.
- film forming property, lamination processing, final product secondary processing suitability and the like can be improved or stabilized.
- the printability of the ink on the surface of the base layer 1 can be improved.
- the battery packaging material of the present invention is used for a package for sealing and housing battery elements such as a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. That is, the battery element provided with at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte can be accommodated in a package formed of the battery packaging material of the present invention to make a battery.
- a battery element provided with at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte is a battery packaging material of the present invention, in which the metal terminal connected to each of the positive electrode and the negative electrode protrudes outward.
- the battery is covered by forming flanges (areas in which the heat fusible resin layers are in contact with each other) on the periphery of the element, and heat sealing the heat fusible resin layers of the flanges to seal them.
- a battery using a packaging material is provided.
- the step of housing the battery element provided with at least the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte in the package formed of the battery packaging material of the present invention, and the surface of the substrate layer side by ink By the method including the steps of applying printing, a battery in which printing is applied to the surface on the substrate layer side can be manufactured. That is, the battery of the present invention can be a battery having a printing portion on the surface. Moreover, a fatty acid amide compound exists in the surface by the side of the said base material layer of the said laminated body at least, and it can also be set as the battery which has the printing part by ink in the surface by the side of a base material layer.
- 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.
- lithium ion battery, lithium ion polymer battery, lead storage battery, nickel hydrogen storage battery, nickel cadmium storage battery, nickel Iron storage batteries, nickel-zinc storage batteries, silver oxide-zinc storage batteries, metal air batteries, multivalent cation batteries, capacitors, capacitors and the like can be mentioned.
- lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries are mentioned as a suitable application object of the packaging material for batteries of the present invention.
- Example 1-26 and Comparative Example 1-25) ⁇ Manufacture of battery packaging materials> An aluminum alloy foil (35 ⁇ m in thickness) as a barrier layer was laminated on the base material layer having the configuration and thickness shown in Table 1 by a dry lamination method. Specifically, a two-component urethane adhesive (polyol compound and aromatic isocyanate compound) was applied to one surface of an aluminum alloy foil to form an adhesive layer (3 ⁇ m in thickness) on the aluminum alloy foil. Next, the adhesive layer on the barrier layer and the base material layer were laminated by a dry lamination method, and then an aging treatment was performed to produce a laminate of base material layer / adhesive layer / barrier layer. In addition, the chemical conversion treatment was performed on both sides of the aluminum alloy foil.
- a two-component urethane adhesive polyol compound and aromatic isocyanate compound
- the chemical conversion treatment of aluminum alloy foil is carried out by roll coating method so that the coating amount of chromium becomes 10 mg / m 2 (dry mass) of the treatment liquid consisting of phenol resin, chromium fluoride compound and phosphoric acid. It was done by applying and baking.
- Examples 8 and 20 and Comparative Examples 9 and 21 a two-component epoxy adhesive is applied on the barrier layer of the obtained laminate, and an adhesive layer (3 ⁇ m in thickness) is formed on the aluminum alloy foil. Then, the adhesive layer on the barrier layer and the unstretched polypropylene film 30 ⁇ m are laminated by a dry lamination method, and then an aging treatment is performed to obtain a substrate layer / adhesive layer / barrier layer / adhesive layer / thermal The battery packaging material in which the fusible resin layer was laminated
- a fatty acid amide compound was applied to the surface of the base material layer of each battery packaging material. However, no fatty acid amide was applied to the battery packaging material of Comparative Example 1.
- the amounts of various fatty acid amide compounds present on the surface of the base layer side are as described in Table 1, respectively.
- amounts (g) of various fatty acid amide compounds dissolved in 100 g of methyl ethyl ketone (MEK) at 25 ° C. are as described in Table 1. It is erucic acid amide that the dissolution amount with respect to 100 g of MEK was 6.30 g. Moreover, it is ethylene bis oleic acid amide that the amount of dissolution with respect to 100 g of MEK was 1.11 g.
- Example 1-25 and Comparative Example 1-25 after a predetermined amount of erucic acid amide is contained in the heat-fusion resin layer, bleed-out is carried out to obtain Elka on the surface of the heat-fusion resin layer.
- the acid amide was present at 35.0 mg / m 2 .
- no lubricant was present on the surface of the heat-fusion resin layer.
- the surface of the base material layer was subjected to corona treatment before the fatty acid amide compound was applied.
- corona treatment was performed at a constant speed of 10 m / min at an output of 1.0 Kw using a corona surface treatment apparatus manufactured by Wedge Corporation.
- Molding is performed by increasing the molding depth by 0.5 mm from the molding depth of 5 mm, and the sample depth is 0.5 mm shallower than the molding depth when pinholes are generated in the battery packaging material, Limit molding depth. From the limit forming depth, the formability of the battery packaging material was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
- C critical molding depth 4.0 mm or more and 4.5 mm or less
- D critical molding depth 3.5 mm or less
- ink jet printer 9040 manufactured by Markem Image Inc. was used, and as ink, MB175 manufactured by Markem Image Inc. was used. After printing using the said inkjet printer and ink on the surface by the side of the base material layer of the packaging material for batteries obtained above, it was made to dry for 10 seconds in the environment of temperature 24 degreeC and 50% of relative humidity. Next, a tape (S600 manufactured by 3M) was attached on the printed pattern, and the printed pattern and the tape were adhered by causing one reciprocation of a 2 kg roller from the top of the tape.
- a tape S600 manufactured by 3M
- the tape is peeled off in the direction perpendicular to the surface of the substrate layer, and the exposed printed pattern is observed with an optical microscope, whereby the entire area (100%) of the printed pattern of the printed pattern (the area of the peeled portion)
- the ratio of ()) was measured, and the following numerical values were scored.
- the printability was evaluated in an environment of a temperature of 24 ° C. and a relative humidity of 50%. The results are shown in Table 1.
- Example 26 no lubricant was present on the surface of the heat-fusion resin layer.
- ONy is biaxially stretched nylon
- PET is polyethylene terephthalate
- PBT is polybutylene terephthalate
- PET / ONy is PET opposite to the barrier layer
- polyethylene terephthalate (12 ⁇ m) and nylon are used. It is a laminated film by dry lamination with (15 ⁇ m).
- PET.ONy forms a base material layer by the laminated film by co-extrusion of a polyethylene terephthalate (3 micrometers) and nylon (12 micrometers).
- PP means polypropylene
- PE means polyethylene
- CPP means unstretched polypropylene.
- the fatty acid amide compound is present on the surface of the base material layer side of the battery packaging material, and the fatty acid amide compound is 1 g or more per 100 g of methyl ethyl ketone in a 25 ° C. environment. It can be seen that the battery packaging materials of Examples 1 to 26, which are soluble, have both excellent printability and excellent moldability, and are also excellent in continuous productivity of batteries.
- the packaging material for each battery obtained in Example 1 and Example 3 is cut into a rectangle of width (TD: Transverse Direction) 15 mm ⁇ length (MD: Machine Direction) 150 mm to be a test sample (packaging material for battery 10 ).
- the MD of the battery packaging material corresponds to the rolling direction (RD) of the aluminum alloy foil
- the TD of the battery packaging material corresponds to the TD of the aluminum alloy foil
- the rolling direction of the aluminum alloy foil (RD ) Can be determined by rolling.
- MD of the packaging material for batteries can not be specified by the rolling eye of aluminum alloy foil, it can specify by the following method.
- the cross section of the heat fusible resin layer of the packaging material for a battery is observed with an electron microscope to confirm the sea-island structure, and the direction perpendicular to the thickness direction of the heat fusible resin layer A direction parallel to the cross section in which the average diameter of the island shapes is largest can be determined as MD.
- the angle is changed by 10 degrees from the cross section in the length direction of the heat-fusible resin layer and the direction parallel to the cross section in the length direction, and each direction up to the direction perpendicular to the cross section in the length direction
- the cross-sections are respectively observed by electron micrographs to confirm the sea-island structure.
- each cross section the shapes of the individual islands are observed.
- a linear distance connecting the leftmost end in the direction perpendicular to the thickness direction of the heat-fusible resin layer and the rightmost end in the vertical direction is taken as a diameter y.
- the average of the top 20 diameters y is calculated in descending order of the diameter y of the island shape.
- a direction parallel to the cross section in which the average of the diameter y of the shape of the island is the largest is determined as MD.
- the schematic diagram for demonstrating the measuring method of logarithmic attenuation factor (DELTA) E by rigid-body pendulum measurement is shown in FIG.
- a rigid pendulum type physical property tester (Model No .: RPT-3000W manufactured by A & D Co., Ltd.), FRB-100 for the frame of the pendulum 30, RBP-060 for the cylindrical cylinder edge 30a at the edge, cold heat In block 31, CHB-100, vibration displacement detector 32, and weight 33 were used, and the initial amplitude was 0.3 degree. Place the measurement surface (adhesion layer) of the test sample upward on the cooling block 31 so that the axial direction of the cylindrical cylinder edge 30a with the pendulum 30 is orthogonal to the MD direction of the test sample on the measurement surface. installed.
- a tape was attached to a portion having no influence on the measurement result of the test sample and fixed on the heating and cooling block 31.
- the cylindrical cylinder edge was in contact with the surface of the adhesive layer.
- the logarithmic attenuation factor ⁇ E of the adhesive layer was measured at a temperature rising rate of 3 ° C./min in a temperature range of 30 ° C. to 200 ° C.
- the logarithmic attenuation factor ⁇ E in the state where the surface temperature of the adhesive layer of the test sample (battery packaging material 10) became 120 ° C. was employed.
- Example 1 Each of the battery packaging materials obtained in Example 1 and Example 3 was cut into a length of 150 mm ⁇ a width of 60 mm to prepare a test sample (a battery packaging material 10). Next, the heat-fusible resin layers of test samples of the same size prepared from the same battery packaging material were made to face each other. Then, in this state, using a metal plate having a width of 7 mm, heating was performed at a temperature of 190 ° C., a surface pressure (0.5 MPa) described in Table 2, and a time of 3 seconds in the stacking direction from both sides of the test sample. The pressure was applied to thermally fuse the thermally fusible resin layers.
- the heat-sealed portion of the test sample was cut in the stacking direction using a microtome, and the thickness of the adhesive layer was measured on the exposed cross section.
- the test sample before heat fusion was also cut in the stacking direction using a microtome in the same manner, and the thickness of the adhesive layer was measured for the exposed cross section.
- the ratio of the thickness of the adhesive layer after heat fusion to the thickness of the adhesive layer before heat fusion was calculated, and the remaining ratio (%) of the thickness of the adhesive layer was measured. The results are shown in Table 2.
- the test sample was cut to a width of 15 mm.
- the heat-sealed area is indicated by S.
- the tensile speed is 300 mm / min
- the peel angle is 180 ° in an environment of a temperature of 25 ° C. or an environment of a temperature of 140 ° C. using a tensile tester so as to be T-peel.
- the heat-sealed interface is peeled off under the condition of a distance between chucks of 50 mm, and the maximum value of peel strength (N / 15 mm) for 1.5 seconds from the start of tensile strength measurement is the seal strength in an environment of 25 ° C.
- Example 2 the same maleic anhydride-modified polypropylene as in Example 1 was used for the adhesive layer, and these examples are the same as Example 2 in Table 2. It can be said that the result is the same as the result. In addition, since Examples 3 and 4 use the same maleic anhydride-modified polypropylene, it can be said that these examples give similar results.
- the extrapolation melting start temperature means the starting point of melting peak temperature, and the difference between the heat energy input and the straight line extending the baseline on the low temperature (65 to 75 ° C) side to the high temperature side is the largest.
- the curve on the cold side of the peak was taken as the temperature at the point of intersection with the tangent drawn at the point where the slope is maximum.
- Extrapolation end temperature means the end point of melting peak temperature, a straight line extending the baseline on the high temperature (170 ° C) side to the low temperature side, and the high temperature side of the melting peak where the difference between the thermal energy input is maximum
- the temperature of the point of intersection with the tangent drawn at the point where the slope is maximum was taken as the curve of.
- ⁇ Measurement of seal strength before contact with electrolyte> tensile strength (seal strength) was measured in the same manner except that the electrolyte was not injected into the test sample. The maximum tensile strength until the heat-sealed part is completely peeled off is taken as the seal strength before contact with the electrolyte.
- the seal strength before contact with the electrolyte is described as the seal strength when the contact time of the electrolyte at 85 ° C. is 0 h.
- each of the battery packaging materials obtained in Example 1 and Example 3 is cut into a rectangle having a width (x direction) of 100 mm and a length (z direction) of 200 mm to be used as a test sample.
- (Packaging material 10 for batteries) (Fig. 9a).
- the test sample (battery packaging material 10) was folded at the center in the z direction so that the heat fusible resin layer side was overlapped (FIG. 9b).
- both ends of the folded test sample in the x direction were sealed with a heat seal (temperature 190 ° C., surface pressure 2.0 MPa, time 3 seconds), and formed into a bag shape having one opening E (Fig.
- the electrolytic solution (the concentration of lithium hexafluorophosphate is 1 mol / l, and the volume ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate: dimethyl carbonate is 1: 1: 6 g of the solution 1) was injected (FIG. 9 d), and the end of the opening E was sealed with a heat seal (temperature 190 ° C., surface pressure 2.0 MPa, time 3 seconds) (FIG. 9 e).
- the bag was left to stand for a predetermined storage time (a time for contacting with the electrolyte, for 24 hours, 72 hours) in an environment at a temperature of 85 ° C.
- the end of the test sample was then cut (FIG. 9e) to drain all the electrolyte.
- the electrolyte adhering to the surface of the heat fusible resin layer the upper and lower surfaces of the test sample are sandwiched between metal plates 20 (7 mm width), and the temperature 190 ° C., surface pressure 1.0 MPa, time 3 seconds
- the heat fusible resin layers were heat-fused together under the conditions (FIG. 9 f).
- test sample was cut into a width of 15 mm with a double-edged sample cutter so that the seal strength at a width (x direction) of 15 mm could be measured (FIG. 9 f, g).
- a tensile tester manufactured by Shimadzu Corporation, AGS-xplus (trade name)
- T-peel occurs, tensile speed 300 mm / min, peel angle 180 °, chuck at an environment of temperature 25 ° C.
- the thermally fused interface was peeled off under the condition of a distance of 50 mm, and the tensile strength (seal strength) was measured (FIG. 7).
- the maximum tensile strength until the heat-sealed portion was completely peeled was taken as the seal strength after contact with the electrolyte.
- the retention ratio (%) of seal strength after being brought into contact with the electrolytic solution is shown in Table 4 based on the seal strength before contacting with the electrolytic solution (100%).
- the battery packaging material of Example 1 a value obtained by dividing the temperature difference T 2 at a temperature difference T 1 is is 0.60 or more, electrolyte heat-welding resin layer in a high temperature environment It is understood that particularly high seal strength is exhibited by the thermal fusion even when the thermal fusion resin layers are thermally fused in a state in which the electrolytic solution adheres to the thermal fusion resin layer in contact.
- the melting peak temperature starting point of the heat fusible resin layer is measured by the method described later by adjusting the amount of low molecular weight components in polypropylene A value (T 2 / T 1 ) obtained by dividing the temperature difference T 2 between the extrapolation melting start temperature) and the end point (the extrapolation melting end temperature) by the temperature difference T 1 is adjusted.
- T 2 / T 1 the same polypropylene as in Example 1 is used for the heat-fusible resin layer, and these examples are as shown in Tables 3 and 4. It can be said that the same result as the result of Example 1 is obtained.
- the same polypropylene is used for the heat-fusion-bonding resin layer also in Examples 3 and 4, it can be said that these examples give similar results.
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Abstract
少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、 少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物が存在しており、 前記脂肪酸アミド化合物は、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解する、電池用包装材料。
Description
本発明は、電池用包装材料、電池、これらの製造方法、及び電池用包装材料のインクによる印刷適性を向上させる方法に関する。
従来、様々なタイプの電池が開発されているが、あらゆる電池において、電極や電解質などの電池素子を封止するために包装材料が不可欠な部材になっている。従来、電池用包装として金属製の包装材料が多用されていたが、近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、パソコン、カメラ、携帯電話などの高性能化に伴い、電池には、多様な形状が要求されると共に、薄型化や軽量化が求められている。しかしながら、従来多用されていた金属製の電池用包装材料では、形状の多様化に追従することが困難であり、しかも軽量化にも限界があるという欠点がある。
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/接着層/バリア層/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1参照)。このようなフィルム状の電池用包装材料では、熱融着性樹脂層同士を対向させて周縁部をヒートシールにて熱融着させることにより電池素子を封止できるように形成されている。
上記のような積層体により構成された種々の包装材料において、基材層の表面にインクを印刷して、バーコード、柄、文字などを形成し、印刷した側の基材層の上に接着剤、バリア層を積層する方法により、包装材料に印字する方法(一般に中刷りと称される)が広く採用されている。しかしながら、基材層とバリア層との間にこのような印刷面が存在すると、基材層とバリア層との密着性が低下して、層間においてデラミネーションが生じやすくなる。特に、電池用包装材料が適用される電池には、高い安全性が要求されるため、このような中刷りによって印字する方法は、電池用包装材料においては敬遠されている。したがって、従来、電池用包装材料にバーコードなどの印字を形成する場合には、一般に、印字が形成されたシールを基材層の表面に貼り付ける方法が採用されている。
しかしながら、印字が形成されたシールを基材層の表面に貼り付けると、電池用包装材料の厚みや重さが増大する。そこで、本発明者らは、電池用包装材料に対する近年の更なる薄型化や軽量化の傾向を考慮して、電池用包装材料の基材層の表面に直接インクの印刷により印字する方法を検討した。
電池用包装材料の基材層の表面に直接インクの印刷により印字する方法としては、例えば、パッド印刷(タンポ印刷とも称される)やインクジェット印刷が知られている。パッド印刷とは、次のような印刷方法である。まず、印字したいパターンがエッチングされた平板の凹部にインクを流し込む。次に、当該凹部の上からシリコンパッドを押し当てて、シリコンパッドにインクを転移させる。次に、シリコンパッド表面に転移されたインクを印刷対象物に転写して、印刷対象物に印字を形成する。このようなパッド印刷は、弾性のあるシリコンパッドなどを用いてインクが印刷対象物に転写されるため、成形後の電池用包装材料の表面にも印刷しやすく、電池素子を電池用包装材料で封止した後に、電池に印字することができるという利点を有する。また、インクジェット印刷においても同様の利点を有する。
ところが、本発明者らが検討したところ、電池用包装材料の基材層側の表面にインクを印刷すると、当該基材層側の表面においてインクが弾かれて、インクが定着しにくく、インクが形成されない抜け部分が生じることがあることが明らかとなった。
また、電池用包装材料においては、体積エネルギー密度を高めるために、一般的に、冷間成形により凹部が形成され、電池素子の収容体積を大きくしている。近年、深絞り成形によって、さらに収容体積を大きくすることが求められている。しかしながら、成形時において、電池用包装材料にピンホールやクラックが生じた場合には、電解液がバリア層にまで浸透して金属析出物を形成し、その結果、短絡を生じさせることになりかねないため、電池用包装材料には、さらに優れた成形性を備えさせることが求められている。
このような状況下、本発明は、優れた印刷適性と優れた成形性とを兼ね備えた電池用包装材料を提供することを主な目的とする。さらに、本発明は、当該電池用包装材料の製造方法、当該電池用包装材料を用いた電池、電池の製造方法、及び電池用包装材料のインクによる印刷適性を向上させる方法を提供することも目的とする。
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、少なくとも、当該積層体の基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在しており、さらに、脂肪酸アミド化合物が、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものである電池用包装材料は、優れた印刷適性と優れた成形性とを兼ねることを見出した。本発明は、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したものである。
即ち、本発明は、下記に掲げる態様の電池用包装材料及び電池を提供する。
項1. 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在しており、
前記脂肪酸アミド化合物は、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解する、電池用包装材料。
項2. 前記積層体の前記基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が2.0mg/m2以上存在している、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記積層体の前記基材層側の表面に対して、インクによる印刷が施される用途に用いられる、項1又は2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記インクが、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール、及びエタノールからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいる、項3に記載の電池用包装材料。
項5. 前記基材層側の表面のぬれ張力が、32mN/m以上である、項1~4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記脂肪酸アミド化合物が、エルカ酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、オレイルステアリン酸アミド、ステアリルオレイン酸アミド、ステアリルエルカ酸アミド、オレイン酸アミド、及びベヘン酸アミドからなる群より選択される少なくとも1種である、項1~5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記熱融着性樹脂層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在している、項1~6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料からなる包装体中に収容されている、電池。
項9. 前記包装体の前記基材層の側の表面に印字部を有する、項8に記載の電池。
項10. 前記包装体の基材層側の表面にインクによる印刷部を有する項8又は9に記載の電池。
項11. 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順となるように積層する工程を備えており、
少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物を存在させ、
前記脂肪酸アミド化合物として、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものを用いる、電池用包装材料の製造方法。
項12. 前記基材層の少なくとも一方の表面にコロナ処理を施す工程をさらに備える、項11に記載の電池用包装材料の製造方法。
項13. 項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料からなる包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容する工程と、
前記包装体の前記基材層側の表面に、インクによる印刷を施す工程と、
を備える、電池の製造方法。
項14. 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体からなる電池用包装材料の前記基材層側の表面に、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して1g以上溶解する脂肪酸アミド化合物を存在させて、前記電池用包装材料の前記基材層側表面に対する、インクによる印刷適性を向上させる方法。
項1. 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在しており、
前記脂肪酸アミド化合物は、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解する、電池用包装材料。
項2. 前記積層体の前記基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が2.0mg/m2以上存在している、項1に記載の電池用包装材料。
項3. 前記積層体の前記基材層側の表面に対して、インクによる印刷が施される用途に用いられる、項1又は2に記載の電池用包装材料。
項4. 前記インクが、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール、及びエタノールからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいる、項3に記載の電池用包装材料。
項5. 前記基材層側の表面のぬれ張力が、32mN/m以上である、項1~4のいずれかに記載の電池用包装材料。
項6. 前記脂肪酸アミド化合物が、エルカ酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、オレイルステアリン酸アミド、ステアリルオレイン酸アミド、ステアリルエルカ酸アミド、オレイン酸アミド、及びベヘン酸アミドからなる群より選択される少なくとも1種である、項1~5のいずれかに記載の電池用包装材料。
項7. 前記熱融着性樹脂層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在している、項1~6のいずれかに記載の電池用包装材料。
項8. 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料からなる包装体中に収容されている、電池。
項9. 前記包装体の前記基材層の側の表面に印字部を有する、項8に記載の電池。
項10. 前記包装体の基材層側の表面にインクによる印刷部を有する項8又は9に記載の電池。
項11. 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順となるように積層する工程を備えており、
少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物を存在させ、
前記脂肪酸アミド化合物として、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものを用いる、電池用包装材料の製造方法。
項12. 前記基材層の少なくとも一方の表面にコロナ処理を施す工程をさらに備える、項11に記載の電池用包装材料の製造方法。
項13. 項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料からなる包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容する工程と、
前記包装体の前記基材層側の表面に、インクによる印刷を施す工程と、
を備える、電池の製造方法。
項14. 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体からなる電池用包装材料の前記基材層側の表面に、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して1g以上溶解する脂肪酸アミド化合物を存在させて、前記電池用包装材料の前記基材層側表面に対する、インクによる印刷適性を向上させる方法。
本発明によれば、優れた印刷適性と優れた成形性とを兼ね備えた電池用包装材料を提供することができる。さらに、本発明によれば、当該電池用包装材料の製造方法、当該電池用包装材料を用いた電池、電池の製造方法、及び電池用包装材料のインクによる印刷適性を向上させる方法を提供することもできる。
本発明の電池用包装材料は、少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、少なくとも、当該積層体の基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物が存在しており、さらに、脂肪酸アミド化合物は、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解することを特徴とする。
なお、本明細書において、「~」で示される数値範囲は「以上」、「以下」を意味する。例えば、2~15mmとの表記は、2mm以上15mm以下を意味する。以下、本発明の電池用包装材料について詳述する。
1.電池用包装材料の積層構造
本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、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順に有する積層体から構成されている。本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4は最内層になる。即ち、電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置する熱融着性樹脂層4同士が熱融着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
本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、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順に有する積層体から構成されている。本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4は最内層になる。即ち、電池の組み立て時に、電池素子の周縁に位置する熱融着性樹脂層4同士が熱融着して電池素子を密封することにより、電池素子が封止される。
本発明の電池用包装材料10には、図2に示すように、基材層1とバリア層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、本発明の電池用包装材料10には、図3に示すように、バリア層3と熱融着性樹脂層4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5が設けられていてもよい。また、図4に示すように、基材層1側の表面には、表面被覆層6が形成されていてもよい。
本発明の電池用包装材料10を構成する積層体の厚みとしては、特に制限されないが、電池用包装材料の厚みを薄くして電池のエネルギー密度を高めつつ、成形性に優れた電池用包装材料とする観点からは、例えば約180μm以下、好ましくは約150μm以下、より好ましくは60~180μm程度、さらに好ましくは60~150μm程度が挙げられる。
本発明の電池用包装材料10は、基材層1側の表面に脂肪酸アミド化合物が存在している。さらに、当該脂肪酸アミド化合物は、25℃環境におけるメチルエチルケトン(MEK)100gに対して、1g以上溶解するものである。本発明の電池用包装材料においては、基材層1側の表面にこのような特定の溶解度を備える脂肪酸アミド化合物が存在していることにより、優れた印刷適性と優れた成形性を発揮することができる。この機序の詳細については、次のように考えられる。すなわち、基材層1側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在していることにより、基材層側の表面と成形用金型との滑り性が向上し、金型で絞り成形した際に、電池用包装材料が引き込まれ易くなるため、深い絞り成形が可能となり、ピンホールや裂けが発生し難くなっていると考えられる。さらに、脂肪酸アミド化合物が、メチルエチルケトンという特定の溶剤に所定量溶解するものであるため、例えばインクジェット印刷などによって基材層1側の表面に印刷が施された際に、インク中に含まれる溶剤中に脂肪酸アミド化合物が溶解し、インクに含まれる染料や顔料の基材層1側表面への定着が、脂肪酸アミド化合物によって阻害されにくくなり、印刷適性に優れた効果が発揮されているものと考えられる。
すなわち、本発明は、少なくとも、基材層1、バリア層3、及び熱融着性樹脂層4をこの順に備える積層体からなる電池用包装材料の基材層1側の表面に、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して1g以上溶解する脂肪酸アミド化合物を存在させて、電池用包装材料の基材層1側表面に対する、インクによる印刷適性を向上させる方法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の基材層1側の表面には、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して1g以上溶解する性質を有する脂肪酸アミド化合物が存在している。
本発明において、優れた印刷適性と優れた成形性を両立させる観点から、基材層1側の表面に存在する脂肪酸アミド化合物の量は、下限については、好ましくは約2.0mg/m2以上、より好ましくは約4.0mg/m2以上、より好ましくは約5.0mg/m2以上、より好ましくは約6.5mg/m2以上、さらに好ましくは約7.0mg/m2以上が挙げられ、上限については、好ましくは約20.0mg/m2以下、より好ましくは約15.0mg/m2以下、さらに好ましくは14.5mg/m2以下、さらに好ましくは14.0mg/m2以下が挙げられ、好ましい範囲としては、2.0~20.0mg/m2程度、2.0~15.0mg/m2程度、2.0~14.5mg/m2程度、2.0~14.0mg/m2程度、4.0~20.0mg/m2程度、4.0~15.0mg/m2程度、4.0~14.5mg/m2程度、4.0~14.0mg/m2程度、5.0~20.0mg/m2程度、5.0~15.0mg/m2程度、5.0~14.5mg/m2程度、5.0~14.0mg/m2程度、
6.5~20.0mg/m2程度、6.5~15.0mg/m2程度、6.5~14.5mg/m2程度、6.5~14.0mg/m2程度、7.0~20.0mg/m2程度、7.0~15.0mg/m2程度、7.0~14.5mg/m2程度、7.0~14.0mg/m2程度が挙げられる。
6.5~20.0mg/m2程度、6.5~15.0mg/m2程度、6.5~14.5mg/m2程度、6.5~14.0mg/m2程度、7.0~20.0mg/m2程度、7.0~15.0mg/m2程度、7.0~14.5mg/m2程度、7.0~14.0mg/m2程度が挙げられる。
なお、電池用包装材料の基材層1側の表面に存在する脂肪酸アミド化合物の量が多すぎると、成形時に、脂肪酸アミド化合物が金型に付着し、塊となって金型を汚染するという問題が生じる場合がある。金型が汚染されたまま、他の電池用包装材料を成形すると、金型に付着した脂肪酸アミド化合物の塊が電池用包装材料の表面に付着し、そのまま熱融着性樹脂層の熱融着に供される。そうすると、熱融着性樹脂層を熱融着させる際、脂肪酸アミド化合物が付着した部分の溶け方が不均一となるため、シール不良が発生する。これを防ぐため、金型に付着した脂肪酸アミド化合物を除去するための清掃頻度を増加させる必要性が生じ、電池の連続生産性が低下するという問題が生じる場合がある。本発明の電池用包装材料においては、基材層1側の表面に存在する脂肪酸アミド化合物の量が、前記の範囲にあることにより、電池の連続生産性を効果的に高めることができる。
また、同様の観点から、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対する脂肪酸アミド化合物の溶解量としては、好ましくは1~16g程度、より好ましくは1~14g程度、さらに好ましくは5~12g程度が挙げられる。
また、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解する脂肪酸アミド化合物としては、特に制限されないが、好ましくはエルカ酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、オレイルステアリン酸アミド、ステアリルオレイン酸アミド、ステアリルエルカ酸アミド、オレイン酸アミド、ベヘン酸アミドなどが挙げられる。脂肪酸アミド化合物は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。なお、メチルエチルケトン100gに対する脂肪酸アミド化合物の溶解量は、25℃環境において、スターラーなどで攪拌されているメチルエチルケトン100g中に脂肪酸アミド化合物を徐々に添加していき、最大限溶解した量を測定することで確認できる。より具体的には、25℃のメチルエチルケトン100gに、脂肪酸アミド化合物を1.0g投入し、スターラーで十分に攪拌したのち静置する。得られた溶液に目視で溶け残りが確認できない場合は、さらに脂肪酸アミド化合物を1.0gずつ投入し、その都度スターラーで十分に攪拌する。溶液中に脂肪酸アミド化合物の溶け残りが確認できたら、さらに脂肪酸アミド化合物を2.0g追加し、スターラーで攪拌して静置する。溶け残りが沈降した状態で、上澄み液をサンプリングし、高速液体クロマトグラフ(HPLC)により、溶液中の脂肪酸アミド化合物の濃度を定量して、メチルエチルケトン100gに対する脂肪酸アミド化合物の溶解量とする。定量は、検量線を作成し、内挿することで実施する。
電池用包装材料の基材層1側の表面に存在する脂肪酸アミド化合物の量は、基材層1側の表面の所定面積を有機溶剤で洗い流し、得られた洗浄液中に含まれる脂肪酸アミド化合物の量を、ガスクロマトグラフィー質量分析計(GC-MS)を用いて定量することができる。
本発明の電池用包装材料において、成形性を高めつつ、印刷適性を向上させる観点から、基材層1側の表面のぬれ張力としては、好ましくは約32mN/m以上、より好ましくは35~46mN/m程度、さらに好ましくは36~44mN/m程度が挙げられる。なお、本発明において、電池用包装材料のぬれ張力は、JIS K6768:1999の規定に準拠した方法により測定される値であり、具体的な方法は、実施例に記載の通りである。
本発明の電池用包装材料は、積層体の基材層1側の表面に対して、インクによる印刷が施される用途に好適に用いることができる。インクによる印刷としては、例えば、前述のパッド印刷、インクジェット印刷などが好適であり、特に、インクジェット印刷が好適である。インクに含まれる溶剤としては、好ましくはメチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノールなどが挙げられる。溶剤は、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。
本発明の電池用包装材料の基材層1側の表面には、印字部が形成されていてもよい。本発明において、印字部とは、印字が施されている部分である。印字には、例えばバーコード、柄、文字などが含まれ、印字の形状は限定されない。印字部を形成する方法についても、特に制限されず、インクによる印刷、さらにはインクを用いたペンなどによって、印字部を形成することができる。本発明の電池用包装材料が印字部を有する場合、印字部はインクの印刷によって印字が形成された印刷部であることが好ましい。すなわち、本発明の電池用包装材料は、基材層1側の表面にインクによる印刷部を有することが好ましい。
さらに、本発明の電池用包装材料においては、熱融着性樹脂層4同士を対向させた状態で、幅7mmの金属板を用いて、試験サンプルの両側から積層方向に、温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間の条件で加熱・加圧して、熱融着性樹脂層4同士を熱融着させ(図5,6参照)、次に、図7に示されるように、T字剥離となるようにして、引張試験機を用い、温度140℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で、引張強度測定開始から1.5秒間の間、当該熱融着した界面を剥離させて測定される引張強度(シール強度)の最大値が、例えば3.0N/15mm以上、さらには4.0N/15mm以上であることが好ましい。なお、当該引張強度の上限は、例えば、5.0N/15mm以下程度であり、好ましい範囲としては、3.0~5.0N/15mm、4.0~5.0N/15mmが挙げられる。前記の通り、電池内部のセパレータの耐熱温度は、一般的に120~140℃付近とされているため、本発明の電池用包装材料において、140℃という高温環境での前記引張強度(シール強度)の最大値が上記の値を充足することが好ましい。なお、このような引張強度に設定するためには、例えば、熱融着性樹脂層を構成する樹脂の種類、組成、分子量などを調整する。
後述の実施例に示すように、各温度における上記引張試験は、恒温槽内で行い、所定の温度(25℃又は140℃)となった恒温槽内で、試験サンプルをチャックに取り付け、2分間保持してから測定を開始する。
また、本発明の電池用包装材料は、85℃の環境において、電解液(6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートを容積比1:1:1で混合して得られた溶液)である)に電池用包装材料を72時間接触させた後、前記熱融着性樹脂層の表面に電解液が付着した状態で、熱融着性樹脂層同士を温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間の条件で熱融着させ、当該熱融着させた界面を剥離する際のシール強度が、電解液に接触させなかった場合のシール強度の80%以上(シール強度の保持率が80%以上)であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、100%であることがさらに好ましい。
(シール強度の保持率の測定方法)
以下の方法により測定される電解液接触前のシール強度を基準(100%)として、電解液に接触させた後におけるシール強度の保持率(%)を算出する。
以下の方法により測定される電解液接触前のシール強度を基準(100%)として、電解液に接触させた後におけるシール強度の保持率(%)を算出する。
<電解液接触前のシール強度の測定>
下記の<電解液接触後のシール強度の測定>において、試験サンプルに電解液を注入しないこと以外は、同様にして引張強度(シール強度)を測定する。熱融着した部分が完全に剥離されるまでの最大引張強度を、電解液接触前のシール強度とする。
下記の<電解液接触後のシール強度の測定>において、試験サンプルに電解液を注入しないこと以外は、同様にして引張強度(シール強度)を測定する。熱融着した部分が完全に剥離されるまでの最大引張強度を、電解液接触前のシール強度とする。
<電解液接触後のシール強度の測定>
図9の模式図に示すように、電池用包装材料を、幅(x方向)100mm×長さ(z方向)200mmの長方形に裁断して試験サンプルとする(図9a)。試験サンプルを、z方向の中心で折り返して、熱融着性樹脂層側が重なるようにする(図9b)。次に、折り返した試験サンプルのx方向の両端をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)し、開口部Eを1箇所備える袋状に成形する(図9c)。次に、袋状に成形された試験サンプルの開口部Eから電解液(6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液である溶液)を6g注入し(図9d)、開口部Eの端部をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)する(図9e)。次に、袋状の試験サンプルの折り返した部分を下にして、温度85℃の環境で所定の保管時間(電解液に接触させる時間)静置する。次に、試験サンプルの端部を切断して(図9e)、電解液を全て排出する。次に、熱融着性樹脂層の表面に電解液が付着した状態で、試験サンプルの上下面を金属板(7mm幅)で挟み、温度190℃、面圧1.0MPa、時間3秒間の条件で熱融着性樹脂層同士を熱融着させる(図9f)。次に、幅(x方向)15mmでのシール強度が測定できるように、試験サンプルを両刃型サンプルカッターで幅15mmに切りとる(図9f、g)。次に、T字剥離となるようにして、引張試験機を用い、温度25℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で熱融着した界面を剥離させて、引張強度(シール強度)を測定する(図7)。熱融着した部分が完全に剥離されるまでの最大引張強度を、電解液接触後のシール強度とする。
図9の模式図に示すように、電池用包装材料を、幅(x方向)100mm×長さ(z方向)200mmの長方形に裁断して試験サンプルとする(図9a)。試験サンプルを、z方向の中心で折り返して、熱融着性樹脂層側が重なるようにする(図9b)。次に、折り返した試験サンプルのx方向の両端をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)し、開口部Eを1箇所備える袋状に成形する(図9c)。次に、袋状に成形された試験サンプルの開口部Eから電解液(6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液である溶液)を6g注入し(図9d)、開口部Eの端部をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)する(図9e)。次に、袋状の試験サンプルの折り返した部分を下にして、温度85℃の環境で所定の保管時間(電解液に接触させる時間)静置する。次に、試験サンプルの端部を切断して(図9e)、電解液を全て排出する。次に、熱融着性樹脂層の表面に電解液が付着した状態で、試験サンプルの上下面を金属板(7mm幅)で挟み、温度190℃、面圧1.0MPa、時間3秒間の条件で熱融着性樹脂層同士を熱融着させる(図9f)。次に、幅(x方向)15mmでのシール強度が測定できるように、試験サンプルを両刃型サンプルカッターで幅15mmに切りとる(図9f、g)。次に、T字剥離となるようにして、引張試験機を用い、温度25℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で熱融着した界面を剥離させて、引張強度(シール強度)を測定する(図7)。熱融着した部分が完全に剥離されるまでの最大引張強度を、電解液接触後のシール強度とする。
2.電池用包装材料を形成する各層
[基材層1]
本発明の電池用包装材料10において、基材層1は、最外層側に位置する層である。基材層1を形成する素材については、絶縁性を備えるものであることを限度として特に制限されるものではない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリカーボネート、及びこれらの混合物や共重合物などが挙げられる。これらの中でも、基材層1は、ポリエステルにより形成された層及びポリアミドにより形成された層のうち少なくとも一方の層を有していることが好ましい。
[基材層1]
本発明の電池用包装材料10において、基材層1は、最外層側に位置する層である。基材層1を形成する素材については、絶縁性を備えるものであることを限度として特に制限されるものではない。基材層1を形成する素材としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリカーボネート、及びこれらの混合物や共重合物などが挙げられる。これらの中でも、基材層1は、ポリエステルにより形成された層及びポリアミドにより形成された層のうち少なくとも一方の層を有していることが好ましい。
ポリエステルとしては、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、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステル、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルなどが挙げられる。また、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルとしては、具体的には、エチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体としてエチレンイソフタレートと重合する共重合体ポリエステル(以下、ポリエチレン(テレフタレート/イソフタレート)にならって略す)、ポリエチレン(テレフタレート/イソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/アジペート)、ポリエチレン(テレフタレート/ナトリウムスルホイソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/ナトリウムイソフタレート)、ポリエチレン(テレフタレート/フェニル-ジカルボキシレート)、ポリエチレン(テレフタレート/デカンジカルボキシレート)などが挙げられる。また、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体とした共重合ポリエステルとしては、具体的には、ブチレンテレフタレートを繰り返し単位の主体としてブチレンイソフタレートと重合する共重合体ポリエステル(以下、ポリブチレン(テレフタレート/イソフタレート)にならって略す)、ポリブチレン(テレフタレート/アジペート)、ポリブチレン(テレフタレート/セバケート)、ポリブチレン(テレフタレート/デカンジカルボキシレート)、ポリブチレンナフタレートなどが挙げられる。これらのポリエステルは、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。ポリエステルは、耐電解液性に優れ、電解液の付着に対して白化などが発生し難いという利点があり、基材層1の形成素材として好適に使用される。
また、ポリアミドとしては、具体的には、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン12、ナイロン46、ナイロン6とナイロン66との共重合体などの脂肪族系ポリアミド;テレフタル酸及び/又はイソフタル酸に由来する構成単位を含むナイロン6I、ナイロン6T、ナイロン6IT、ナイロン6I6T(Iはイソフタル酸、Tはテレフタル酸を表す)などのヘキサメチレンジアミン-イソフタル酸-テレフタル酸共重合ポリアミド、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)などの芳香族を含むポリアミド;ポリアミノメチルシクロヘキシルアジパミド(PACM6)などの脂環系ポリアミド;さらにラクタム成分や、4,4’-ジフェニルメタン-ジイソシアネートなどのイソシアネート成分を共重合させたポリアミド、共重合ポリアミドとポリエステルやポリアルキレンエーテルグリコールとの共重合体であるポリエステルアミド共重合体やポリエーテルエステルアミド共重合体;これらの共重合体などが挙げられる。これらのポリアミドは、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。延伸ポリアミドフィルムは延伸性に優れており、成形時の基材層1の樹脂割れによる白化の発生を防ぐことができ、基材層1の形成素材として好適に使用される。
基材層1は、1軸又は2軸延伸された樹脂フィルムで形成されていてもよく、また未延伸の樹脂フィルムで形成してもよい。中でも、1軸又は2軸延伸された樹脂フィルム、とりわけ2軸延伸された樹脂フィルムは、配向結晶化することにより耐熱性が向上しているので、基材層1として好適に使用される。また、基材層1は、上記の素材をバリア層3上にコーティングして形成されていてもよい。
これらの中でも、基材層1を形成する樹脂フィルムとして、好ましくはナイロン、ポリエステル、さらに好ましくは2軸延伸ナイロン、2軸延伸ポリエステル、特に好ましくは2軸延伸ナイロンが挙げられる。
基材層1は、耐ピンホール性及び電池の包装体とした時の絶縁性を向上させるために、異なる素材の樹脂フィルム及びコーティングの少なくとも一方を積層化(多層構造化)することも可能である。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積層させた多層構造、ポリエステルフィルムを複数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、又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、又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、2軸延伸ポリエステルは、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、基材層1が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の多層構造である場合、基材層1は、バリア層3側から2軸延伸ナイロンと2軸延伸ポリエステルをこの順に有する積層体であることが好ましい。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3~25μm程度が挙げられる。
基材層1を多層構造にする場合、各樹脂フィルムは接着剤を介して接着してもよく、また接着剤を介さず直接積層させてもよい。接着剤を介さず接着させる場合には、例えば、共押出しラミネート法、サンドイッチラミネート法、サーマルラミネート法などの熱溶融状態で接着させる方法が挙げられる。また、接着剤を介して接着させる場合、使用する接着剤は、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。さらに、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、電子線硬化型や紫外線硬化型などのいずれであってもよい。接着剤の具体例としては、後述する接着剤層2で例示した接着剤と同様のものが挙げられる。また、接着剤の厚みについても、接着剤層2と同様とすることができる。
基材層1側の表面は、コロナ処理された表面であってもよい。基材層1側の表面がコロナ処理されていることにより、基材層1の表面の印刷適性を向上させることができる。コロナ処理の条件は、特に制限されない。例えば、照射出力1Kw以上で10m/minの速度で基材層1側の表面を処理することにより、基材層1側表面のぬれ張力を高めることができる。
基材層1の厚さとしては、電池用包装材料10の厚みを薄くしつつ、成形性に優れた電池用包装材料10とする観点からは、好ましくは4μm以上、より好ましくは10~75μm程度、さらに好ましくは10~50μm程度が挙げられる。
[接着剤層2]
本発明の電池用包装材料10において、接着剤層2は、基材層1とバリア層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10において、接着剤層2は、基材層1とバリア層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とバリア層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く、硬化反応を伴わない樹脂でもよい。さらに、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、熱圧型など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、共重合ポリエステルなど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、共重合ポリアミドなど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など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;ポリカーボネート;ポリイミド系樹脂;尿素樹脂、メラミン樹脂などのアミノ樹脂;クロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン-ブタジエンゴムなどのゴム;シリコーン系樹脂などが挙げられる。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。また、これらの接着成分となる樹脂は適切な硬化剤を併用して接着強度を高めることができる。前記硬化剤は、接着成分の持つ官能基に応じて、ポリイソシアネート、多官能エポキシ樹脂、オキサゾリン基含有ポリマー、ポリアミン樹脂、酸無水物などから適切なものを選択する。
ポリウレタン接着剤としては、例えば、ポリオール化合物を含有する主剤と、イソシアネート化合物を含有する硬化剤とを含むポリウレタン接着剤が挙げられる。好ましくはポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、およびアクリルポリオール等のポリオールを主剤として、芳香族系又は脂肪族系のポリイソシアネートを硬化剤とした二液硬化型のポリウレタン接着剤が挙げられる。また、ポリオール化合物としては、繰り返し単位の末端の水酸基に加えて、側鎖にも水酸基を有するポリエステルポリオールを用いることが好ましい。接着剤層2がポリウレタン接着剤により形成されていることで電池用包装材料に優れた電解液耐性が付与され、側面に電解液が付着しても基材層1が剥がれることが抑制される。
また、接着剤層2は、接着性を阻害しない限り他成分の添加が許容され、着色剤や熱可塑性エラストマー、粘着付与剤、フィラーなどを含有してもよい。接着剤層2が着色剤を含んでいることにより、電池用包装材料を着色することができる。着色剤としては、顔料、染料などの公知のものが使用できる。また、着色剤は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
顔料の種類は、接着剤層2の接着性を損なわない範囲であれば、特に限定されない。有機顔料としては、例えば、アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アンスラキノン系、ジオキサジン系、インジゴチオインジゴ系、ペリノン-ペリレン系、イソインドレニン系、ベンズイミダゾロン系等の顔料が挙げられ、無機顔料としては、カーボンブラック系、酸化チタン系、カドミウム系、鉛系、酸化クロム系、鉄系等の顔料が挙げられ、その他に、マイカ(雲母)の微粉末、魚鱗箔等が挙げられる。
着色剤の中でも、例えば電池用包装材料の外観を黒色とするためには、カーボンブラックが好ましい。
顔料の平均粒子径としては、特に制限されず、例えば、0.05~5μm程度、好ましくは0.08~2μm程度が挙げられる。なお、顔料の平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置で測定されたメジアン径とする。
接着剤層2における顔料の含有量としては、電池用包装材料が着色されれば特に制限されず、例えば5~60質量%程度、好ましくは10~40質量%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、1~10μm程度、好ましくは2~5μm程度が挙げられる。
[バリア層3]
電池用包装材料において、バリア層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機能を有する層である。バリア層3は、金属層、すなわち、金属で形成されている層であることが好ましい。バリア層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。バリア層3は、例えば、金属箔や金属蒸着膜、無機酸化物蒸着膜、炭素含有無機酸化物蒸着膜、これらの蒸着膜を設けたフィルム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、アルミニウム合金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、バリア層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、バリア層は、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160:1994 A8021H-O、JIS H4160:1994 A8079H-O、JIS H4000:2014 A8021P-O、JIS H4000:2014 A8079P-O)など軟質アルミニウム合金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、バリア層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機能を有する層である。バリア層3は、金属層、すなわち、金属で形成されている層であることが好ましい。バリア層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。バリア層3は、例えば、金属箔や金属蒸着膜、無機酸化物蒸着膜、炭素含有無機酸化物蒸着膜、これらの蒸着膜を設けたフィルム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、アルミニウム合金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、バリア層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、バリア層は、例えば、焼きなまし処理済みのアルミニウム(JIS H4160:1994 A8021H-O、JIS H4160:1994 A8079H-O、JIS H4000:2014 A8021P-O、JIS H4000:2014 A8079P-O)など軟質アルミニウム合金箔により形成することがより好ましい。
バリア層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、電池用包装材料の厚みを薄くする観点からは、好ましくは約100μm以下、より好ましくは10~100μm程度、さらに好ましくは10~80μm程度が挙げられる。
また、バリア層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、バリア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処理;下記一般式(1)~(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)~(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)~(4)中、Xは、水素原子、ヒドロキシ基、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリル基又はベンジル基を示す。また、R1及びR2は、それぞれ同一又は異なって、ヒドロキシ基、アルキル基、又はヒドロキシアルキル基を示す。一般式(1)~(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1~4の直鎖又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1~4の直鎖又は分枝鎖状アルキル基が挙げられる。一般式(1)~(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)~(4)において、Xは、水素原子、ヒドロキシ基又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)~(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、500~100万程度であることが好ましく、1000~2万程度であることがより好ましい。
また、バリア層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、バリア層3の表面に耐酸性皮膜を形成する方法が挙げられる。また、耐酸性皮膜の上には、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、ポリアリルアミン又はその誘導体、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。
また、耐酸性皮膜を具体的に設ける方法としては、たとえば、一つの例として、少なくともアルミニウム合金箔の内層側の面を、まず、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法、酸活性化法などの周知の処理方法で脱脂処理を行い、その後脱脂処理面にリン酸クロム塩、リン酸チタン塩、リン酸ジルコニウム塩、リン酸亜鉛塩などのリン酸金属塩およびこれらの金属塩の混合体を主成分とする処理液(水溶液)、あるいは、リン酸非金属塩およびこれらの非金属塩の混合体を主成分とする処理液(水溶液)、あるいは、これらとアクリル系樹脂ないしフェノール系樹脂ないしウレタン系樹脂などの水系合成樹脂との混合物からなる処理液(水溶液)をロールコート法、グラビア印刷法、浸漬法などの周知の塗工法で塗工することにより、耐酸性皮膜を形成することができる。たとえば、リン酸クロム塩系処理液で処理した場合は、リン酸クロム、リン酸アルミニウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、フッ化アルミニウムなどからなる耐酸性皮膜となり、リン酸亜鉛塩系処理液で処理した場合は、リン酸亜鉛水和物、リン酸アルミニウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、フッ化アルミニウムなどからなる耐酸性皮膜となる。
また、耐酸性皮膜を設ける具体的方法の他の例としては、たとえば、少なくともアルミニウム合金箔の内層側の面を、まず、アルカリ浸漬法、電解洗浄法、酸洗浄法、電解酸洗浄法、酸活性化法などの周知の処理方法で脱脂処理を行い、その後脱脂処理面に周知の陽極酸化処理を施すことにより、耐酸性皮膜を形成することができる。
また、耐酸性皮膜の他の一例としては、リン酸塩系、クロム酸系の皮膜が挙げられる。リン酸塩系としては、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸カルシウム、リン酸クロムなどが挙げられ、クロム酸系としては、クロム酸クロムなどが挙げられる。
また、耐酸性皮膜の他の一例としては、リン酸塩、クロム酸塩、フッ化物、トリアジンチオール化合物などの耐酸性皮膜を形成することによって、エンボス成形時のアルミニウムと基材層との間のデラミネーション防止、電解質と水分とによる反応で生成するフッ化水素により、アルミニウム表面の溶解、腐食、特にアルミニウムの表面に存在する酸化アルミニウムが溶解、腐食することを防止し、かつ、アルミニウム表面の接着性(濡れ性)を向上させ、ヒートシール時の基材層とアルミニウムとのデラミネーション防止、エンボスタイプにおいてはプレス成形時の基材層とアルミニウムとのデラミネーション防止の効果を示す。耐酸性皮膜を形成する物質のなかでも、フェノール樹脂、フッ化クロム(III)化合物、リン酸の3成分から構成された水溶液をアルミニウム表面に塗布し、乾燥焼付けの処理が良好である。
また、耐酸性皮膜は、酸化セリウムと、リン酸又はリン酸塩と、アニオン性ポリマーと、該アニオン性ポリマーを架橋させる架橋剤とを有する層を含み、前記リン酸又はリン酸塩が、前記酸化セリウム100質量部に対して、1~100質量部配合されていてもよい。耐酸性皮膜が、カチオン性ポリマーおよび該カチオン性ポリマーを架橋させる架橋剤を有する層をさらに含む多層構造であることが好ましい。
さらに、前記アニオン性ポリマーが、ポリ(メタ)アクリル酸又はその塩、あるいは(メタ)アクリル酸又はその塩を主成分とする共重合体であることが好ましい。また、前記架橋剤が、イソシアネート基、グリシジル基、カルボキシル基、オキサゾリン基のいずれかの官能基を有する化合物とシランカップリング剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記リン酸又はリン酸塩が、縮合リン酸又は縮合リン酸塩であることが好ましい。
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化成処理などが好ましい。クロム化合物の中でも、クロム酸化合物が好ましい。
耐酸性皮膜の具体例としては、リン酸塩、クロム酸塩、フッ化物、及びトリアジンチオールのうち少なくとも1種を含むものが挙げられる。また、セリウム化合物を含む耐酸性皮膜も好ましい。セリウム化合物としては、酸化セリウムが好ましい。
また、耐酸性皮膜の具体例としては、リン酸塩系皮膜、クロム酸塩系皮膜、フッ化物系皮膜、トリアジンチオール化合物皮膜なども挙げられる。耐酸性皮膜としては、これらのうち1種類であってもよいし、複数種類の組み合わせであってもよい。さらに、耐酸性皮膜としては、アルミニウム合金箔の化成処理面を脱脂処理した後に、リン酸金属塩と水系合成樹脂との混合物からなる処理液、又はリン酸非金属塩と水系合成樹脂との混合物からなる処理液で形成されたものであってもよい。
なお、耐酸性皮膜の組成の分析は、例えば、飛行時間型2次イオン質量分析法を用いて行うことができる。飛行時間型2次イオン質量分析法を用いた耐酸性皮膜の組成の分析により、例えば、Ce+及びCr+の少なくとも一方に由来するピークが検出される。
アルミニウム合金箔の表面に、リン、クロムおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む耐酸性皮膜を備えていることが好ましい。なお、電池用包装材料のアルミニウム合金箔の表面の耐酸性被膜中に、リン、クロムおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素が含まれることは、X線光電子分光を用いて確認することができる。具体的には、まず、電池用包装材料において、アルミニウム合金箔に積層されている熱融着性樹脂層、接着剤層などを物理的に剥離する。次に、アルミニウム合金箔を電気炉に入れ、300℃程度で30分間程度して、アルミニウム合金箔の表面に存在している有機成分を除去する。その後、アルミニウム合金箔の表面のX線光電子分光を用いて、これら元素が含まれることを確認する。
化成処理においてバリア層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、バリア層3の表面1m2当たり、クロム化合物がクロム換算で0.5~50mg程度、好ましくは1.0~40mg程度、リン化合物がリン換算で0.5~50mg程度、好ましくは1.0~40mg、及びアミノ化フェノール重合体が1.0~200mg程度、好ましくは5.0~150mg程度の割合で含有されていることが望ましい。
耐酸性皮膜の厚みとしては、特に制限されないが、皮膜の凝集力や、アルミニウム合金箔や熱融着樹脂層との密着力の観点から、好ましくは1nm~10μm程度、より好ましくは1~100nm程度、さらに好ましくは1~50nm程度が挙げられる。なお、耐酸性皮膜の厚みは、透過電子顕微鏡による観察、又は、透過電子顕微鏡による観察と、エネルギー分散型X線分光法もしくは電子線エネルギー損失分光法との組み合わせによって測定することができる。
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、バリア層の表面に塗布した後に、バリア層の温度が70~200℃程度になるように加熱することにより行われる。また、バリア層に化成処理を施す前に、予めバリア層を、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、バリア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。
[熱融着性樹脂層4]
本発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱融着して電池素子を密封する層である。
本発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層4は、最内層に該当し、電池の組み立て時に熱融着性樹脂層同士が熱融着して電池素子を密封する層である。
熱融着性樹脂層4に使用される樹脂成分については、熱融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、環状ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィン、酸変性環状ポリオレフィンが挙げられる。すなわち、熱融着性樹脂層4を構成している樹脂は、ポリオレフィン骨格を含んでいても含んでいなくてもよく、ポリオレフィン骨格を含んでいることが好ましい。熱融着性樹脂層4を構成している樹脂がポリオレフィン骨格を含むことは、例えば、赤外分光法、ガスクロマトグラフィー質量分析法などにより分析可能であり、分析方法は特に問わない。また、熱融着性樹脂層4を構成している樹脂を赤外分光法で分析すると、無水マレイン酸に由来するピークが検出されることが好ましい。例えば、赤外分光法にて無水マレイン酸変性ポリオレフィンを測定すると、波数1760cm-1付近と波数1780cm-1付近に無水マレイン酸由来のピークが検出される。ただし、酸変性度が低いとピークが小さくなり検出されない場合がある。その場合は核磁気共鳴分光法にて分析可能である。
前記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などのポリエチレン;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)などのポリプロピレン;エチレン-ブテン-プロピレンのターポリマーなどが挙げられる。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る。
前記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、前記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、ブタジエン、イソプレンなどが挙げられる。また、前記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、ノルボルネンなどの環状アルケン;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、ノルボルナジエンなどの環状ジエンなどが挙げられる。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、さらに好ましくはノルボルネンが挙げられる。構成モノマーとしては、スチレンも挙げられる。
前記酸変性ポリオレフィンとは、前記ポリオレフィンをカルボン酸などの酸成分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。変性に使用される酸成分としては、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、無水イタコン酸などのカルボン酸又はその無水物が挙げられる。
前記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。カルボン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、前記ポリオレフィン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、好ましくはポリプロピレンなどのポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン;さらに好ましくはポリプロピレン、酸変性ポリプロピレンが挙げられる。
熱融着性樹脂層4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。さらに、熱融着性樹脂層4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4の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在していてもよい。脂肪酸アミド化合物としては、特に限定されず、飽和脂肪酸アミド、不飽和脂肪酸アミド、置換アミド、メチロールアミド、飽和脂肪酸ビスアミド、不飽和脂肪酸ビスアミドなどが挙げられる。飽和脂肪酸アミドの具体例としては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミドなどが挙げられる。不飽和脂肪酸アミドの具体例としては、オレイン酸アミド、エルカ酸アミドなどが挙げられる。置換アミドの具体例としては、N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルステアリン酸アミド、N-ステアリルオレイン酸アミド、N-オレイルステアリン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミドなどが挙げられる。また、メチロールアミドの具体例としては、メチロールステアリン酸アミドなどが挙げられる。飽和脂肪酸ビスアミドの具体例としては、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンヒドロキシステアリン酸アミド、N,N’-ジステアリルアジピン酸アミド、N,N’-ジステアリルセバシン酸アミドなどが挙げられる。不飽和脂肪酸ビスアミドの具体例としては、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’-ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’-ジオレイルセバシン酸アミドなどが挙げられる。脂肪酸エステルアミドの具体例としては、ステアロアミドエチルステアレートなどが挙げられる。また、芳香族系ビスアミドの具体例としては、m-キシリレンビスステアリン酸アミド、m-キシリレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、N,N’-ジステアリルイソフタル酸アミドなどが挙げられる。脂肪酸アミド化合物は、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。
また、熱融着性樹脂層4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、好ましくは約60μm以下、より好ましくは15~40μm程度が挙げられる。
熱融着性樹脂層4の表面に脂肪酸アミド化合物が存在する場合、その存在量としては、特に制限されないが、温度24℃、相対湿度60%環境において、好ましくは3mg/m2以上、より好ましくは10~50mg/m2程度、さらに好ましくは15~40mg/m2程度が挙げられる。
本発明の電池用包装材料においては、下記の方法により、温度差T1と温度差T2を測定した場合に、温度差T2を温度差T1で除して得られる値(比T2/T1)が、例えば0.55以上、さらには0.60以上であることが好ましい。下記の温度差T1,T2の測定内容から理解されるとおり、当該比T2/T1が、上限値である1.0に近い程、熱融着性樹脂層が電解液に接触する前後における融解ピークの開始点(補外融解開始温度)と終了点(補外融解終了温度)の幅の変化が小さいことを意味している(図10の模式図を参照)。すなわち、T2の値は、通常、T1の値以下である。融解ピークの補外融解開始温度と補外融解終了温度の幅の変化が大きくなる要因としては、熱融着性樹脂層を構成している樹脂に含まれる低分子量の樹脂が、電解液に接触することにより電解液中に溶出し、電解液に接触した後の熱融着性樹脂層の融解ピークの補外融解開始温度と補外融解終了温度の幅が、電解液に接触する前に比して、小さくなることが挙げられる。融解ピークの補外融解開始温度と補外融解終了温度の幅の変化を小さくするための方法の一つとして、熱融着性樹脂層を構成している樹脂に含まれる低分子量の樹脂の割合を調整する方法が挙げられる。
(温度差T1の測定)
JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、上記の各電池用包装材料の熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンについて、DSC曲線を得る。得られたDSC曲線から、熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T1を測定する。
JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、上記の各電池用包装材料の熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンについて、DSC曲線を得る。得られたDSC曲線から、熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T1を測定する。
(温度差T2の測定)
温度85℃の環境で、熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンを、6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液である電解液中で72時間静置した後、十分に乾燥させる。次に、JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、乾燥後のポリプロピレンについて、DSC曲線を得る。次に、得られたDSC曲線から、乾燥後の熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T2を測定する。
温度85℃の環境で、熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンを、6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液である電解液中で72時間静置した後、十分に乾燥させる。次に、JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、乾燥後のポリプロピレンについて、DSC曲線を得る。次に、得られたDSC曲線から、乾燥後の熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T2を測定する。
融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度の測定にあたり、示差走査熱量分析計としては、市販品を用いることができる。また、DSC曲線としては、試験サンプルを-50℃で10分間保持した後、昇温速度10℃/分で200℃まで昇温(1回目)し、200℃で10分間保持した後、降温速度-10℃/分で-50℃まで降温し、-50℃で10分間保持した後、昇温速度10℃/分で200℃まで昇温(2回目)し、200℃で10分間保持し、2回目に200℃まで昇温する際のDSC曲線を用いる。また、温度差T1及び温度差T2を測定する際、それぞれのDSC曲線において、120~160℃の範囲に現れる融解ピークのうち、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークについて解析を行う。ピークが重なって2個以上存在していた場合にも、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークについてのみ解析を行う。
また、補外融解開始温度は、融解ピーク温度の開始点を意味し、低温(65~75℃)側のベースラインを高温側に延長した直線と、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークの低温側の曲線に、勾配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とする。補外融解終了温度は、融解ピーク温度の終了点を意味し、高温(170℃)側のベースラインを低温側に延長した直線と、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークの高温側の曲線に、勾配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とする。
本発明の電池用包装材料において、高温環境で熱融着性樹脂層に電解液が接触し、熱融着性樹脂層に電解液が付着した状態で熱融着性樹脂層同士が熱融着された場合にも、熱融着によって、より一層高いシール強度を発揮する観点から、温度差T2を温度差T1で除して得られる値(比T2/T1)としては、例えば0.55以上、好ましくは0.60以上、より好ましくは0.70以上、さらに好ましくは0.75以上が挙げられ、好ましい範囲としては、0.55~1.0程度、0.60~1.0程度0.70~1.0程度、0.75~1.0程度が挙げられる。また、上限は、例えば1.0である。なお、このような比T2/T1に設定するためには、例えば、熱融着性樹脂層4を構成する樹脂の種類、組成、分子量などを調整する。
[接着層5]
本発明の電池用包装材料において、接着層5は、バリア層3と熱融着性樹脂層4を強固に接着させるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
本発明の電池用包装材料において、接着層5は、バリア層3と熱融着性樹脂層4を強固に接着させるために、これらの間に必要に応じて設けられる層である。
接着層5は、バリア層3と熱融着性樹脂層4とを接着可能である樹脂によって形成される。接着層5の形成に使用される樹脂としては、その接着機構、接着剤成分の種類などは、接着剤層2で例示した接着剤と同様のものが使用できる。また、接着層5の形成に使用される樹脂としては、前述の熱融着性樹脂層4で例示したポリオレフィン、環状ポリオレフィン、カルボン酸変性ポリオレフィン、カルボン酸変性環状ポリオレフィンなどのポリオレフィン系樹脂も使用できる。バリア層3と熱融着性樹脂層4との密着性に優れる観点から、ポリオレフィンとしては、カルボン酸変性ポリオレフィンが好ましく、カルボン酸変性ポリプロピレンが特に好ましい。すなわち、接着層5を構成している樹脂は、ポリオレフィン骨格を含んでいても含んでいなくてもよく、ポリオレフィン骨格を含んでいることが好ましい。接着層5を構成している樹脂がポリオレフィン骨格を含むことは、例えば、赤外分光法、ガスクロマトグラフィー質量分析法などにより分析可能であり、分析方法は特に問わない。また、接着層5を構成している樹脂を赤外分光法で分析すると、無水マレイン酸に由来するピークが検出されることが好ましい。例えば、赤外分光法にて無水マレイン酸変性ポリオレフィンを測定すると、波数1760cm-1付近と波数1780cm-1付近に無水マレイン酸由来のピークが検出される。ただし、酸変性度が低いとピークが小さくなり検出されない場合がある。その場合は核磁気共鳴分光法にて分析可能である。
さらに、電池用包装材料の厚みを薄くしつつ、成形後の形状安定性に優れた電池用包装材料とする観点からは、接着層5は、酸変性ポリオレフィンと硬化剤を含む樹脂組成物の硬化物であってもよい。酸変性ポリオレフィンとしては、好ましくは、熱融着性樹脂層4で例示したカルボン酸変性ポリオレフィン、カルボン酸変性環状ポリオレフィンと同じものが例示できる。
また、硬化剤としては、酸変性ポリオレフィンを硬化させるものであれば、特に限定されない。硬化剤としては、例えば、エポキシ系硬化剤、多官能イソシアネート系硬化剤、カルボジイミド系硬化剤、オキサゾリン系硬化剤などが挙げられる。
エポキシ系硬化剤は、少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物であれば、特に限定されない。エポキシ系硬化剤としては、例えば、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のエポキシ樹脂が挙げられる。
多官能イソシアネート系硬化剤は、2つ以上のイソシアネート基を有する化合物であれば、特に限定されない。多官能イソシアネート系硬化剤の具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、これらをポリマー化やヌレート化したもの、これらの混合物や他ポリマーとの共重合物などが挙げられる。
カルボジイミド系硬化剤は、カルボジイミド基(-N=C=N-)を少なくとも1つ有する化合物であれば、特に限定されない。カルボジイミド系硬化剤としては、カルボジイミド基を少なくとも2つ以上有するポリカルボジイミド化合物が好ましい。
オキサゾリン系硬化剤は、オキサゾリン骨格を有する化合物であれば、特に限定されない。オキサゾリン系硬化剤としては、具体的には、日本触媒社製のエポクロスシリーズなどが挙げられる。
接着層5によるバリア層3と熱融着性樹脂層4との密着性を高めるなどの観点から、硬化剤は、2種類以上の化合物により構成されていてもよい。
接着層5を形成する樹脂組成物における硬化剤の含有量は、0.1~50質量%程度の範囲にあることが好ましく、0.1~30質量%程度の範囲にあることがより好ましく、0.1~10質量%程度の範囲にあることがさらに好ましい。
接着層5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、接着剤層2で例示した接着剤を用いる場合であれば、好ましくは1~10μm程度、より好ましくは1~5μm程度が挙げられる。また、熱融着性樹脂層4で例示した樹脂を用いる場合であれば、好ましくは2~50μm程度、より好ましくは10~40μm程度が挙げられる。また、酸変性ポリオレフィンと硬化剤との硬化物である場合であれば、好ましくは30μm以下、より好ましくは0.1~20μm程度、さらに好ましくは0.5~5μm程度が挙げられる。なお、接着層5が酸変性ポリオレフィンと硬化剤を含む樹脂組成物の硬化物である場合、当該樹脂組成物を塗布し、加熱などにより硬化させることにより、接着層5を形成することができる。
本発明の電池用包装材料において、接着層5は、剛体振り子測定における120℃での対数減衰率ΔEが例えば2.5以下、さらには2.0以下であることが好ましい。本発明においては、120℃における当該対数減衰率ΔEが例えば2.5以下、さらには2.0以下であることにより、電池用包装材料によって電池素子を封止する際、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた時の接着層の潰れが効果的に抑制され、高温環境における高いシール強度が発揮される。
剛体振り子測定における120℃での対数減衰率は、120℃という高温環境における樹脂の硬度を表す指標であり、対数減衰率が小さくなるほど樹脂の硬度が高いことを意味している。剛体振り子測定においては、樹脂の温度を低温から高温へ上昇させた時の振り子の減衰率を測定する。剛体振り子測定では、一般に、エッジ部を測定対象物の表面に接触させ、左右方向へ振り子運動させて、測定対象物に振動を付与する。本発明の電池用包装材料においては、120℃という高温環境における対数減衰率が例えば2.5以下、さらには2.0以下という硬い接着層5をバリア層3と熱融着性樹脂層4との間に配置していることにより、電池用包装材料の熱融着時の接着層5の潰れ(薄肉化)が抑制され、さらに、高温環境において高いシール強度を発揮することができる。
なお、対数減衰率ΔEは、以下の式によって算出される。
ΔE=[ln(A1/A2)+ln(A2/A3)+・・・ln(An/An+1)]/n
A:振幅
n:波数
ΔE=[ln(A1/A2)+ln(A2/A3)+・・・ln(An/An+1)]/n
A:振幅
n:波数
本発明の電池用包装材料において、熱融着性樹脂層4同士を熱融着させた際の接着層5の潰れを効果的に抑制し、さらに、高温環境において高いシール強度を発揮する観点から、120℃における当該対数減衰率ΔEとしては、例えば1.4~2.5程度、好ましくは1.4~2.0程度、より好ましくは1.4~1.6程度が挙げられる。なお、当該対数減衰率ΔEに設定するためには、例えば、接着層5を構成する樹脂の種類、組成、分子量などを調整する。
対数減衰率ΔEの測定においては、市販の剛体振り子型物性試験器を用い、接着層5に押し当てるエッジ部として円筒型のシリンダエッジ、初期の振幅を0.3degree、30℃から200℃の温度範囲で昇温速度3℃/分の条件で接着層5に対して剛体振り子物性試験を行う。そして、120℃における対数減衰率に基づき、接着層5の発揮する潰れの抑制及び高温環境の熱融着によるシール強度の向上効果の基準を定めた。なお、対数減衰率ΔEを測定する接着層については、電池用包装材料を15%塩酸に浸漬して、基材層及びアルミニウム箔を溶解させ、接着層と熱融着性樹脂層のみとなったサンプルを十分に乾燥させて測定対象とする。
また、電池から電池用包装材料を取得して、接着層5の対数減衰率ΔEを測定することもできる。電池から電池用包装材料を取得して、接着層5の対数減衰率ΔEを測定する場合、成形によって電池用包装材料が引き伸ばされる影響の少ない天面部からサンプルを切り出して測定対象とする。
また、本発明の電池用包装材料においては、電池用包装材料を構成している積層体の熱融着性樹脂層を対向させ、温度190℃、面圧0.5MPa、時間3秒間の条件で積層方向に加熱加圧した後において、接着層の厚さの残存割合が70%以上であることが好ましく、80%以上であることが好ましく、好ましい範囲としては70~95%、80~95%が挙げられる。なお、当該厚さの残存割合の上限は、例えば95%程度である。当該厚さの残存割合は、以下の方法により測定された値である。当該厚さの残存割合に設定するためには、例えば、接着層5を構成する樹脂の種類、組成、分子量などを調整する。
<接着層の厚さの残存割合の測定>
電池用包装材料を長さ150mm×幅60mmに裁断して、試験サンプルを作製する。次に、試験サンプルの熱融着性樹脂層同士を対向させる。次に、その状態で、幅7mmの金属板を用いて、試験サンプルの両側から積層方向に、温度190℃、面圧0.5MPa、時間3秒間の条件で加熱・加圧して、熱融着性樹脂層同士を熱融着させる。次に、試験サンプルの熱融着させた部分を、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定する。熱融着させる前の試験サンプルについても、同様にして、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定する。熱融着前の接着層の厚さに対する、熱融着後の接着層の厚さの割合を算出して、接着層の厚さの残存割合(%)を測定する。
電池用包装材料を長さ150mm×幅60mmに裁断して、試験サンプルを作製する。次に、試験サンプルの熱融着性樹脂層同士を対向させる。次に、その状態で、幅7mmの金属板を用いて、試験サンプルの両側から積層方向に、温度190℃、面圧0.5MPa、時間3秒間の条件で加熱・加圧して、熱融着性樹脂層同士を熱融着させる。次に、試験サンプルの熱融着させた部分を、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定する。熱融着させる前の試験サンプルについても、同様にして、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定する。熱融着前の接着層の厚さに対する、熱融着後の接着層の厚さの割合を算出して、接着層の厚さの残存割合(%)を測定する。
また、電池から電池用包装材料を取得して、接着層5の厚さの残存割合を測定することもできる。電池から電池用包装材料を取得して、接着層5の厚さの残存割合を測定する場合、成形によって電池用包装材料が引き伸ばされる影響の少ない天面部からサンプルを切り出して測定対象とする。
接着層5の対数減衰率ΔEは、例えば、接着層5を構成している樹脂のメルトマスフローレート(MFR)、分子量、融点、軟化点、分子量分布、結晶化度などにより調整可能である。
[表面被覆層6]
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の外側(基材層1のバリア層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層6を設けてもよい。
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の外側(基材層1のバリア層3とは反対側)に、必要に応じて、表面被覆層6を設けてもよい。
表面被覆層6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6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6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6には、添加剤を配合してもよい。
添加剤としては、例えば、粒径が0.5nm~5μm程度の微粒子が挙げられる。添加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、有機物などが挙げられる。また、添加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、バルーン状などが挙げられる。添加剤として、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、アクリレート樹脂、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、ニッケルなどが挙げられる。これらの添加剤は、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。これらの添加剤の中でも、分散安定性やコストなどの観点から、好ましくはシリカ、硫酸バリウム、酸化チタンが挙げられる。また、添加剤には、表面に絶縁処理、高分散性処理などの各種表面処理を施しておいてもよい。また、表面被覆層6の表面及び内部の少なくとも一方には、該表面被覆層6やその表面に備えさせるべき機能性等に応じて、必要に応じて、滑剤、アンチブロッキング剤、マット化剤、難燃剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤、耐電防止剤、エラストマー樹脂等の添加剤を含んでいてもよい。滑剤の具体例としては、例えば前述した滑剤が挙げられる。また、上述した微粒子は滑剤、アンチブロッキング剤、マット化剤として機能してもよい。
表面被覆層6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6を形成する2液硬化型樹脂を基材層1の外側の表面に塗布する方法が挙げられる。添加剤を配合する場合には、2液硬化型樹脂に添加剤を添加して混合した後、塗布すればよい。
表面被覆層6中の添加剤の含有量としては、特に制限されないが、好ましくは0.05~1.0質量%程度、より好ましくは0.1~0.5質量%程度が挙げられる。
表面被覆層6の厚みとしては、表面被覆層6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、0.5~10μm程度、好ましくは1~5μm程度が挙げられる。
3.電池用包装材料の製造方法
本発明の電池用包装材料の製造方法については、所定の組成の各層を積層させた積層体が得られる限り、特に制限されず、少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順となるように積層する工程を備えており、少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物を存在させ、脂肪酸アミド化合物として、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものを用いる方法が挙げられる。基材層1側の表面に滑剤を存在させる方法としては、基材層1側の表面に滑剤を塗布してもよいし、基材層1側の層(例えば基材層1又は表面被覆層6)を構成する樹脂中に滑剤を含ませて、基材層1側の表面に滑剤をブリードアウトさせてもよい。
本発明の電池用包装材料の製造方法については、所定の組成の各層を積層させた積層体が得られる限り、特に制限されず、少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順となるように積層する工程を備えており、少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物を存在させ、脂肪酸アミド化合物として、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものを用いる方法が挙げられる。基材層1側の表面に滑剤を存在させる方法としては、基材層1側の表面に滑剤を塗布してもよいし、基材層1側の層(例えば基材層1又は表面被覆層6)を構成する樹脂中に滑剤を含ませて、基材層1側の表面に滑剤をブリードアウトさせてもよい。
本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、バリア層3が順に積層された積層体(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上又は必要に応じて表面が化成処理されたバリア層3に接着剤層2の形成に使用される接着剤を、グラビアコート法、ロールコート法などの塗布方法で塗布・乾燥した後に、当該バリア層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のバリア層3上に、熱融着性樹脂層4を積層させる。バリア層3上に熱融着性樹脂層4を直接積層させる場合には、積層体Aのバリア層3上に、熱融着性樹脂層4を構成する樹脂成分をグラビアコート法、ロールコート法などの方法により塗布すればよい。また、バリア層3と熱融着性樹脂層4の間に接着層5を設ける場合には、例えば、(1)積層体Aのバリア層3上に、接着層5及び熱融着性樹脂層4を共押出しすることにより積層する方法(共押出しラミネート法)、(2)別途、接着層5と熱融着性樹脂層4が積層した積層体を形成し、これを積層体Aのバリア層3上にサーマルラミネート法により積層する方法、(3)積層体Aのバリア層3上に、接着層5を形成させるための接着剤を押出し法や溶液コーティングし、高温で乾燥さらには焼き付ける方法などにより積層させ、この接着層5上に予めシート状に製膜した熱融着性樹脂層4をサーマルラミネート法により積層する方法、(4)積層体Aのバリア層3と、予めシート状に製膜した熱融着性樹脂層4との間に、溶融させた接着層5を流し込みながら、接着層5を介して積層体Aと熱融着性樹脂層4を貼り合せる方法(サンドイッチラミネート法)などが挙げられる。
表面被覆層6を設ける場合には、基材層1のバリア層3とは反対側の表面に、表面被覆層6を積層する。表面被覆層6は、例えば表面被覆層6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より形成することができる。なお、基材層1の表面にバリア層3を積層する工程と、基材層1の表面に表面被覆層6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6を形成した後、基材層1の表面被覆層6とは反対側の表面にバリア層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6/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バリア層3/必要に応じて設けられる接着層5/熱融着性樹脂層4からなる積層体が形成されるが、必要に応じて設けられる接着剤層2及び接着層5の接着性を強固にするために、さらに、熱ロール接触式、熱風式、近又は遠赤外線式など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150~250℃で1~5分間が挙げられる。
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)適性など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、オゾン処理などの表面活性化処理を施していてもよい。例えば、基材層の少なくとも一方の表面にコロナ処理を施すことにより、製膜性、積層化加工、最終製品2次加工適性などを向上又は安定化させ得る。さらに、例えば、基材層1のバリア層3とは反対側の表面にコロナ処理を施すことにより、基材層1表面へのインクの印刷適性を向上させることができる。
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、電解質などの電池素子を密封して収容するための包装体に使用される。すなわち、本発明の電池用包装材料によって形成された包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容して、電池とすることができる。
本発明の電池用包装材料は、正極、負極、電解質などの電池素子を密封して収容するための包装体に使用される。すなわち、本発明の電池用包装材料によって形成された包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容して、電池とすることができる。
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を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により形成された包装体中に電池素子を収容する場合、本発明の電池用包装材料のシーラント部分が内側(電池素子と接する面)になるようにして、包装体を形成する。
本発明においては、本発明の電池用包装材料により形成された包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容する工程と、当該基材層側の表面に、インクによる印刷を施す工程とを備える方法により、基材層側の表面に印刷が施された電池を製造することができる。すなわち、本発明の電池は、表面に印字部を有する電池とすることができる。また、少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面に脂肪酸アミド化合物が存在しており、基材層側の表面にインクによる印刷部を有する電池とすることもできる。
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、鉛蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、金属空気電池、多価カチオン電池、コンデンサー、キャパシターなどが挙げられる。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。但し本発明は実施例に限定されるものではない。
(実施例1-26及び比較例1-25)
<電池用包装材料の製造>
それぞれ、表1に記載の構成及び厚みを備える基材層上に、バリア層としてのアルミニウム合金箔(厚み35μm)をドライラミネート法により積層させた。具体的には、アルミニウム合金箔の一方面に、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、アルミニウム合金箔上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、バリア層上の接着剤層と基材層をドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/バリア層の積層体を作製した。なお、アルミニウム合金箔の両面には、化成処理を施した。アルミニウム合金箔の化成処理は、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、焼付けすることにより行った。次に、実施例1~7,9~19,21~26及び比較例1~8,10~20,22~25では、得られた積層体のバリア層の上に、カルボン酸変性ポリプロピレン(バリア層側に配置)20μmと、表1に記載の樹脂により構成された熱融着性樹脂層(最内層側に配置)15μmを積層することにより、バリア層上に接着層と熱融着性樹脂層を積層させ、基材層/接着剤層/バリア層/接着層/熱融着性樹脂層が順に積層された電池用包装材料を得た。一方、実施例8,20及び比較例9,21では、得られた積層体のバリア層の上に、2液型エポキシ系接着剤を塗布し、アルミニウム合金箔上に接着層(厚さ3μm)を形成し、次いで、バリア層上の接着層と未延伸ポリプロピレンフィルム30μmをドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/バリア層/接着層/熱融着性樹脂層が順に積層された電池用包装材料を得た。
<電池用包装材料の製造>
それぞれ、表1に記載の構成及び厚みを備える基材層上に、バリア層としてのアルミニウム合金箔(厚み35μm)をドライラミネート法により積層させた。具体的には、アルミニウム合金箔の一方面に、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、アルミニウム合金箔上に接着剤層(厚さ3μm)を形成した。次いで、バリア層上の接着剤層と基材層をドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/バリア層の積層体を作製した。なお、アルミニウム合金箔の両面には、化成処理を施した。アルミニウム合金箔の化成処理は、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、焼付けすることにより行った。次に、実施例1~7,9~19,21~26及び比較例1~8,10~20,22~25では、得られた積層体のバリア層の上に、カルボン酸変性ポリプロピレン(バリア層側に配置)20μmと、表1に記載の樹脂により構成された熱融着性樹脂層(最内層側に配置)15μmを積層することにより、バリア層上に接着層と熱融着性樹脂層を積層させ、基材層/接着剤層/バリア層/接着層/熱融着性樹脂層が順に積層された電池用包装材料を得た。一方、実施例8,20及び比較例9,21では、得られた積層体のバリア層の上に、2液型エポキシ系接着剤を塗布し、アルミニウム合金箔上に接着層(厚さ3μm)を形成し、次いで、バリア層上の接着層と未延伸ポリプロピレンフィルム30μmをドライラミネート法で積層した後、エージング処理を実施することにより、基材層/接着剤層/バリア層/接着層/熱融着性樹脂層が順に積層された電池用包装材料を得た。
次に、各電池用包装材料の基材層の表面に、脂肪酸アミド化合物を塗布した。但し、比較例1の電池用包装材料には脂肪酸アミドを塗布しなかった。基材層側の表面における各種脂肪酸アミド化合物の存在量は、それぞれ、表1に記載の通りである。また、各種脂肪酸アミド化合物が、25℃環境、メチルエチルケトン(MEK)100gに溶解した量(g)は、表1に記載の通りである。MEK100gに対する溶解量が6.30gであったのは、エルカ酸アミドである。また、MEK100gに対する溶解量が1.11gであったのは、エチレンビスオレイン酸アミドである。MEK100gに対する溶解量が11.64gであったのは、オレイン酸アミドである。MEK100gに対する溶解量が0.92gであったのは、ステアリン酸アミドである。MEK100gに対する溶解量が0.07gであったのは、エチレンビスステアリン酸アミドである。25℃環境における、各種脂肪酸アミド化合物のメチルエチルケトン(MEK)100gに対する溶解量(g)の測定は、前述の方法により行った。なお、高速液体クロマトグラフ(HPLC)としては、日本分光社製の高速液体クロマトグラフ「LC-2000Plus」を用いた。また、実施例1-25及び比較例1-25においては、熱融着樹脂層中にエルカ酸アミドを所定量含有させたのち、ブリードアウトさせることで、熱融着性樹脂層の表面にエルカ酸アミドを35.0mg/m2存在させた。一方、実施例26においては、熱融着樹脂層の表面に滑剤を存在させなかった。
なお、実施例4、16及び比較例5、17の電池用包装材料においては、脂肪酸アミド化合物を塗布する前に、基材層の表面にコロナ処理を施した。コロナ処理には、ウエッジ株式会社製のコロナ表面処理装置を使用し、出力1.0Kw、10m/minの一定速度でコロナ処理を行った。
(ぬれ張力の測定)
上記で得られた各電池用包装材料の基材層側の表面のぬれ張力を、JIS K6768:1999の規定に準拠した方法により測定した。ナカライテスク社製のぬれ張力試験用混合液を使用し、球状の脱脂綿に含ませた当該試薬を、各電池用包装材料の基材層側の表面に6cm2となるように線状に塗布し、2秒後に液膜が破れるか否かを目視で判定し、破れなかった時のぬれ張力を、その表面のぬれ張力とした。なお、ぬれ張力の測定は、温度23℃、相対湿度50%の環境で行った。結果を表1に示す。
上記で得られた各電池用包装材料の基材層側の表面のぬれ張力を、JIS K6768:1999の規定に準拠した方法により測定した。ナカライテスク社製のぬれ張力試験用混合液を使用し、球状の脱脂綿に含ませた当該試薬を、各電池用包装材料の基材層側の表面に6cm2となるように線状に塗布し、2秒後に液膜が破れるか否かを目視で判定し、破れなかった時のぬれ張力を、その表面のぬれ張力とした。なお、ぬれ張力の測定は、温度23℃、相対湿度50%の環境で行った。結果を表1に示す。
(成形性評価)
上記で得られた各電池用包装材料を80mm×120mmの長方形に裁断してサンプルを作製した。温度24℃、相対湿度50%の環境において、これらのサンプルを30mm×50mmの口径を有する成形金型(雌型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が3.2μmである)と、これに対応した成形金型(雄型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が1.6μmである)を用いて、押え圧0.4MPaで0.5mmの成形深さから0.5mm単位で成形深さを増加させて成形を行い、電池用包装材料にピンホールが発生した際の成形深さよりも0.5mm浅い成形深さを、そのサンプルの限界成形深さとした。この限界成形深さから、以下の基準により電池用包装材料の成形性を評価した。結果を表1に示す。
A:限界成形深さ6.0mm以上
B:限界成形深さ5.0mm以上5.5mm以下
C:限界成形深さ4.0mm以上4.5mm以下
D:限界成形深さ3.5mm以下
上記で得られた各電池用包装材料を80mm×120mmの長方形に裁断してサンプルを作製した。温度24℃、相対湿度50%の環境において、これらのサンプルを30mm×50mmの口径を有する成形金型(雌型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が3.2μmである)と、これに対応した成形金型(雄型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が1.6μmである)を用いて、押え圧0.4MPaで0.5mmの成形深さから0.5mm単位で成形深さを増加させて成形を行い、電池用包装材料にピンホールが発生した際の成形深さよりも0.5mm浅い成形深さを、そのサンプルの限界成形深さとした。この限界成形深さから、以下の基準により電池用包装材料の成形性を評価した。結果を表1に示す。
A:限界成形深さ6.0mm以上
B:限界成形深さ5.0mm以上5.5mm以下
C:限界成形深さ4.0mm以上4.5mm以下
D:限界成形深さ3.5mm以下
(電池の連続生産性の評価)
上記で得られた各電池用包装材料を80mm×120mmの長方形に裁断してサンプルを作製した。次に、温度24℃、相対湿度50%の環境において、これらのサンプルを30mm×50mmの口径を有する成形金型(雌型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が3.2μmである)と、これに対応した成形金型(雄型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が1.6μmである)を用いて、押え圧0.4MPaで5mmの成形深さで、それぞれ1000個ずつ冷間成形を行った。次に、冷間成形を行った後の金型のコーナー部を目視で観察し、以下の基準より、電池用包装材料の連続成形性を評価した。結果を表1に示す。
A:脂肪酸アミド化合物が、雄型及び雌型に転移されておらず、金型が白化していないため、連続成形性が高い
B:脂肪酸アミド化合物が、雄型及び雌型の何れか一方のみに転移し、金型がやや白化しているため、連続成形性はやや高い
C:脂肪酸アミド化合物が、雄型及び雌型の両方に転移し、金型が白化しているため、連続成形性が低い
上記で得られた各電池用包装材料を80mm×120mmの長方形に裁断してサンプルを作製した。次に、温度24℃、相対湿度50%の環境において、これらのサンプルを30mm×50mmの口径を有する成形金型(雌型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が3.2μmである)と、これに対応した成形金型(雄型、表面は、JIS B 0659-1:2002附属書1(参考) 比較用表面粗さ標準片の表2に規定される、最大高さ粗さ(Rzの呼び値)が1.6μmである)を用いて、押え圧0.4MPaで5mmの成形深さで、それぞれ1000個ずつ冷間成形を行った。次に、冷間成形を行った後の金型のコーナー部を目視で観察し、以下の基準より、電池用包装材料の連続成形性を評価した。結果を表1に示す。
A:脂肪酸アミド化合物が、雄型及び雌型に転移されておらず、金型が白化していないため、連続成形性が高い
B:脂肪酸アミド化合物が、雄型及び雌型の何れか一方のみに転移し、金型がやや白化しているため、連続成形性はやや高い
C:脂肪酸アミド化合物が、雄型及び雌型の両方に転移し、金型が白化しているため、連続成形性が低い
(印刷適性の評価)
インクジェット印刷機として、マーケム・イマージュ株式会社製9040を使用し、インクとして、マーケム・イマージュ株式会社製MB175を使用した。上記で得られた電池用包装材料の基材層側の表面に、当該インクジェット印刷機及びインクを用いて印刷を行った後、温度24℃、相対湿度50%の環境で10秒間乾燥させた。次に、印刷柄の上から、テープ(3M社製のS600)を貼り付け、テープの上から2kgのローラーで1往復させることで、印刷柄とテープを密着させた。次に、基材層表面に対して垂直方向にテープを剥離し、露出した印刷柄を光学顕微鏡で観察することで、印刷柄の抜け(剥がれた部分の面積)の印刷柄全体面積(100%)に占める割合を測定し、以下の数値で評点化した。印刷適性の評価は、温度24℃、相対湿度50%の環境で行った。結果を表1に示す。
インクジェット印刷機として、マーケム・イマージュ株式会社製9040を使用し、インクとして、マーケム・イマージュ株式会社製MB175を使用した。上記で得られた電池用包装材料の基材層側の表面に、当該インクジェット印刷機及びインクを用いて印刷を行った後、温度24℃、相対湿度50%の環境で10秒間乾燥させた。次に、印刷柄の上から、テープ(3M社製のS600)を貼り付け、テープの上から2kgのローラーで1往復させることで、印刷柄とテープを密着させた。次に、基材層表面に対して垂直方向にテープを剥離し、露出した印刷柄を光学顕微鏡で観察することで、印刷柄の抜け(剥がれた部分の面積)の印刷柄全体面積(100%)に占める割合を測定し、以下の数値で評点化した。印刷適性の評価は、温度24℃、相対湿度50%の環境で行った。結果を表1に示す。
10:印刷柄の剥がれが無い
9:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の0%より多く10%以下
8:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の10%より多く20%以下
7:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の20%よりも多く30%以下
6:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の30%よりも多く40%以下
5:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の40%よりも多く50%以下
4:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の50%よりも多く60%以下
3:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の60%よりも多く70%以下
2:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の70%よりも多く80%以下
1:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の80%よりも多く90%以下
0:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の90%よりも多く100%以下
9:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の0%より多く10%以下
8:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の10%より多く20%以下
7:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の20%よりも多く30%以下
6:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の30%よりも多く40%以下
5:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の40%よりも多く50%以下
4:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の50%よりも多く60%以下
3:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の60%よりも多く70%以下
2:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の70%よりも多く80%以下
1:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の80%よりも多く90%以下
0:印刷柄の剥がれが印刷柄全体の90%よりも多く100%以下
*実施例26では、熱融着樹脂層の表面に滑剤を存在させなかった。
なお、表1において、ONyは二軸延伸ナイロン、PETはポリエチレンテレフタレート、PBTはポリブチレンテレフタレート、PET/ONyは、PETがバリア層とは反対側に位置しており、ポリエチレンテレフタレート(12μm)とナイロン(15μm)とのドライラミネートによる積層フィルムである。また、PET・ONyは、ポリエチレンテレフタレート(3μm)とナイロン(12μm)の共押出しによる積層フィルムで基材層を形成したものである。また、PPはポリプロピレン、PEはポリエチレン、CPPは未延伸ポリプロピレンを意味する。
表1に示される結果から、電池用包装材料の基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在しており、かつ、当該脂肪酸アミド化合物が、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものである実施例1~26の電池用包装材料は、優れた印刷適性と優れた成形性とを兼ね備えており、さらに、電池の連続生産性にも優れていることが分かる。
<接着層の対数減衰率ΔEの測定>
実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を、幅(TD:Transverse Direction)15mm×長さ(MD:Machine Direction)150mmの長方形に裁断して試験サンプル(電池用包装材料10)とした。なお、電池用包装材料のMDが、アルミニウム合金箔の圧延方向(RD)に対応し、電池用包装材料のTDが、アルミニウム合金箔のTDに対応しており、アルミニウム合金箔の圧延方向(RD)は圧延目により判別できる。アルミニウム合金箔の圧延目により電池用包装材料のMDが特定できない場合は、次の方法により特定することができる。電池用包装材料のMDの確認方法として、電池用包装材料の熱融着性樹脂層の断面を電子顕微鏡で観察し海島構造を確認し、熱融着性樹脂層の厚み方向と垂直な方向の島の形状の径の平均が最大であった断面と平行な方向をMDと判断することができる。具体的には、熱融着性樹脂層の長さ方向の断面と、当該長さ方向の断面と平行な方向から10度ずつ角度を変更し、長さ方向の断面と垂直な方向までの各断面(合計10の断面)について、それぞれ、電子顕微鏡写真で観察して海島構造を確認する。次に、各断面において、それぞれ、個々の島の形状を観察する。個々の島の形状について、熱融着性樹脂層の厚み方向とは垂直方向の最左端と、当該垂直方向の最右端とを結ぶ直線距離を径yとする。各断面において、島の形状の当該径yが大きい順に上位20個の径yの平均を算出する。島の形状の当該径yの平均が最も大きかった断面と平行な方向をMDと判断する。剛体振り子測定による対数減衰率ΔEの測定方法を説明するための模式図を図8に示す。剛体振り子型物性試験器(型番:RPT-3000W 株式会社エー・アンド・デイ社製)を用い、振り子30のフレームにはFRB-100、エッジ部の円筒型シリンダエッジ30aにはRBP-060、冷熱ブロック31にはCHB-100、また、振動変位検出器32、錘33を使用し、初期の振幅を0.3degreeとした。冷熱ブロック31上に試験サンプルの測定面(接着層)を上方に向けて載置し、測定面上に振り子30付き円筒型シリンダエッジ30aの軸線方向が試験サンプルのMDの方向に直交するように設置した。また、測定中の試験サンプルの浮きや反りを防ぐために、試験サンプルの測定結果に影響のない箇所にテープを貼りつけて冷熱ブロック31上に固定した。円筒型シリンダエッジを、接着層の表面に接触させた。次に、冷熱ブロック31を用いて昇温速度3℃/分にて30℃から200℃の温度範囲で接着層の対数減衰率ΔEの測定を行った。試験サンプル(電池用包装材料10)の接着層の表面温度が120℃となった状態での対数減衰率ΔEを採用した。(一度測定した試験サンプルは使用せず、新たに裁断したものを用いて3回(N=3)測定した平均値を用いた。)接着層については、上記で得られた各電池用包装材料を15%塩酸に浸漬して、基材層及びアルミニウム箔を溶解させ、接着層と熱融着性樹脂層のみとなった試験サンプルを十分に乾燥させて対数減衰率ΔEの測定を行った。120℃における対数減衰率ΔEをそれぞれ表2に示す。(なお、対数減衰率ΔEは、以下の式によって算出される。
ΔE=[ln(A1/A2)+ln(A2/A3)+...+ln(An/An+1)]/n
A:振幅
n:振動数)
実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を、幅(TD:Transverse Direction)15mm×長さ(MD:Machine Direction)150mmの長方形に裁断して試験サンプル(電池用包装材料10)とした。なお、電池用包装材料のMDが、アルミニウム合金箔の圧延方向(RD)に対応し、電池用包装材料のTDが、アルミニウム合金箔のTDに対応しており、アルミニウム合金箔の圧延方向(RD)は圧延目により判別できる。アルミニウム合金箔の圧延目により電池用包装材料のMDが特定できない場合は、次の方法により特定することができる。電池用包装材料のMDの確認方法として、電池用包装材料の熱融着性樹脂層の断面を電子顕微鏡で観察し海島構造を確認し、熱融着性樹脂層の厚み方向と垂直な方向の島の形状の径の平均が最大であった断面と平行な方向をMDと判断することができる。具体的には、熱融着性樹脂層の長さ方向の断面と、当該長さ方向の断面と平行な方向から10度ずつ角度を変更し、長さ方向の断面と垂直な方向までの各断面(合計10の断面)について、それぞれ、電子顕微鏡写真で観察して海島構造を確認する。次に、各断面において、それぞれ、個々の島の形状を観察する。個々の島の形状について、熱融着性樹脂層の厚み方向とは垂直方向の最左端と、当該垂直方向の最右端とを結ぶ直線距離を径yとする。各断面において、島の形状の当該径yが大きい順に上位20個の径yの平均を算出する。島の形状の当該径yの平均が最も大きかった断面と平行な方向をMDと判断する。剛体振り子測定による対数減衰率ΔEの測定方法を説明するための模式図を図8に示す。剛体振り子型物性試験器(型番:RPT-3000W 株式会社エー・アンド・デイ社製)を用い、振り子30のフレームにはFRB-100、エッジ部の円筒型シリンダエッジ30aにはRBP-060、冷熱ブロック31にはCHB-100、また、振動変位検出器32、錘33を使用し、初期の振幅を0.3degreeとした。冷熱ブロック31上に試験サンプルの測定面(接着層)を上方に向けて載置し、測定面上に振り子30付き円筒型シリンダエッジ30aの軸線方向が試験サンプルのMDの方向に直交するように設置した。また、測定中の試験サンプルの浮きや反りを防ぐために、試験サンプルの測定結果に影響のない箇所にテープを貼りつけて冷熱ブロック31上に固定した。円筒型シリンダエッジを、接着層の表面に接触させた。次に、冷熱ブロック31を用いて昇温速度3℃/分にて30℃から200℃の温度範囲で接着層の対数減衰率ΔEの測定を行った。試験サンプル(電池用包装材料10)の接着層の表面温度が120℃となった状態での対数減衰率ΔEを採用した。(一度測定した試験サンプルは使用せず、新たに裁断したものを用いて3回(N=3)測定した平均値を用いた。)接着層については、上記で得られた各電池用包装材料を15%塩酸に浸漬して、基材層及びアルミニウム箔を溶解させ、接着層と熱融着性樹脂層のみとなった試験サンプルを十分に乾燥させて対数減衰率ΔEの測定を行った。120℃における対数減衰率ΔEをそれぞれ表2に示す。(なお、対数減衰率ΔEは、以下の式によって算出される。
ΔE=[ln(A1/A2)+ln(A2/A3)+...+ln(An/An+1)]/n
A:振幅
n:振動数)
<接着層の厚さの残存割合の測定>
実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を長さ150mm×幅60mmに裁断して、試験サンプル(電池用包装材料10)を作製した。次に、同じ電池用包装材料から作製した同じサイズの試験サンプルの熱融着性樹脂層同士を対向させた。次に、その状態で、幅7mmの金属板を用いて、試験サンプルの両側から積層方向に、温度190℃、表2に記載の面圧(0.5MPa)、時間3秒間の条件で加熱・加圧して、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた。次に、試験サンプルの熱融着させた部分を、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定した。熱融着させる前の試験サンプルについても、同様にして、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定した。熱融着前の接着層の厚さに対する、熱融着後の接着層の厚さの割合を算出して、接着層の厚さの残存割合(%)をそれぞれ測定した。結果を表2に示す。
実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を長さ150mm×幅60mmに裁断して、試験サンプル(電池用包装材料10)を作製した。次に、同じ電池用包装材料から作製した同じサイズの試験サンプルの熱融着性樹脂層同士を対向させた。次に、その状態で、幅7mmの金属板を用いて、試験サンプルの両側から積層方向に、温度190℃、表2に記載の面圧(0.5MPa)、時間3秒間の条件で加熱・加圧して、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた。次に、試験サンプルの熱融着させた部分を、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定した。熱融着させる前の試験サンプルについても、同様にして、ミクロトームを用いて積層方向に裁断して、露出した断面について、接着層の厚さを測定した。熱融着前の接着層の厚さに対する、熱融着後の接着層の厚さの割合を算出して、接着層の厚さの残存割合(%)をそれぞれ測定した。結果を表2に示す。
<25℃環境又は140℃環境でのシール強度の測定>
実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を幅60mm×長さ150mmの長方形に裁断して試験サンプル(電池用包装材料10)とした。次に、図5に示すように、試験サンプルを長さ方向の中心Pで折り返し、熱融着性樹脂層同士を対向させた。次に、幅7mmの金属板20を用いて、面圧1.0MPa、時間1秒間、190℃の条件で、試験サンプルの長さ方向に7mm(金属板の幅)、全幅方向(すなわち60mm)において、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた。次に、両刃型サンプルカッターを用いて、図6に示すように、試験サンプルを幅15mmとなるように切りとった。図6において、熱融着された領域をSで示す。次に、図7に示されるように、T字剥離となるようにして、引張試験機を用い、温度25℃の環境又は温度140℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で、当該熱融着した界面を剥離させて、引張強度測定開始から1.5秒間の剥離強度(N/15mm)の最大値を、それぞれ、25℃環境でのシール強度、140℃環境でのシール強度とした。各温度における引張試験は、恒温槽内で行い、所定の温度となった恒温槽内で、試験サンプルをチャックに取り付け、2分間保持してから測定を開始した。なお、各シール強度は、それぞれ、同様にして3つの試験サンプルを作製して測定された平均値(n=3)である。結果を表2に示す。
実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を幅60mm×長さ150mmの長方形に裁断して試験サンプル(電池用包装材料10)とした。次に、図5に示すように、試験サンプルを長さ方向の中心Pで折り返し、熱融着性樹脂層同士を対向させた。次に、幅7mmの金属板20を用いて、面圧1.0MPa、時間1秒間、190℃の条件で、試験サンプルの長さ方向に7mm(金属板の幅)、全幅方向(すなわち60mm)において、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた。次に、両刃型サンプルカッターを用いて、図6に示すように、試験サンプルを幅15mmとなるように切りとった。図6において、熱融着された領域をSで示す。次に、図7に示されるように、T字剥離となるようにして、引張試験機を用い、温度25℃の環境又は温度140℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で、当該熱融着した界面を剥離させて、引張強度測定開始から1.5秒間の剥離強度(N/15mm)の最大値を、それぞれ、25℃環境でのシール強度、140℃環境でのシール強度とした。各温度における引張試験は、恒温槽内で行い、所定の温度となった恒温槽内で、試験サンプルをチャックに取り付け、2分間保持してから測定を開始した。なお、各シール強度は、それぞれ、同様にして3つの試験サンプルを作製して測定された平均値(n=3)である。結果を表2に示す。
表2に示される結果から、実施例1、3の電池用包装材料は、バリア層と、熱融着性樹脂層との間に位置している接着層の剛体振り子測定における120℃での対数減衰率ΔEが、2.5以下であり、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた際の接着層の潰れが効果的に抑制され、高温環境において高いシール強度を発揮することが分かる。また、実施例1の電池用包装材料は、バリア層と、熱融着性樹脂層との間に位置している接着層の剛体振り子測定における120℃での対数減衰率ΔEが、2.0以下であり、熱融着性樹脂層同士を熱融着させた際の接着層の潰れが効果的に抑制され、高温環境において特に高いシール強度を発揮することが分かる。また、実施例2,5,6,9-18,21-26は、接着層に実施例1と同じ無水マレイン酸変性ポリプロピレンを用いており、これらの実施例は、表2の実施例2の結果と同様の結果になるといえる。また、実施例3,4も同じ無水マレイン酸変性ポリプロピレンを用いていることから、これらの実施例は同様の結果になるといえる。
<融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度の測定>
以下の方法により、実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料の熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンについて、融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度を測定し、補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T1,T2を測定し、得られた温度差T1,T2の値から、これらの比(T2/T1)及び差の絶対値|T2-T1|を算出した。結果を表3に示す。
以下の方法により、実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料の熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンについて、融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度を測定し、補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T1,T2を測定し、得られた温度差T1,T2の値から、これらの比(T2/T1)及び差の絶対値|T2-T1|を算出した。結果を表3に示す。
(温度差T1の測定)
JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、上記の各電池用包装材料の熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンについて、DSC曲線を得た。得られたDSC曲線から、熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T1を測定した。
JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、上記の各電池用包装材料の熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンについて、DSC曲線を得た。得られたDSC曲線から、熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T1を測定した。
(温度差T2の測定)
温度85℃の環境で、熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンを、6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液である電解液中で72時間静置した後、十分に乾燥させた。次に、JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、乾燥後のポリプロピレンについて、DSC曲線を得た。次に、得られたDSC曲線から、乾燥後の熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T2を測定した。
温度85℃の環境で、熱融着性樹脂層に用いたポリプロピレンを、6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1の溶液である電解液中で72時間静置した後、十分に乾燥させた。次に、JIS K7121:2012の規定に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、乾燥後のポリプロピレンについて、DSC曲線を得た。次に、得られたDSC曲線から、乾燥後の熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度との温度差T2を測定した。
融解ピーク温度の補外融解開始温度と補外融解終了温度の測定にあたり、示差走査熱量分析計としては、TAインスツルメント社製Q200を用いた。また、DSC曲線としては、試験サンプルを-50℃で10分間保持した後、昇温速度10℃/分で200℃まで昇温(1回目)し、200℃で10分間保持した後、降温速度-10℃分で-50℃まで降温し、-50℃で10分間保持した後、昇温速度10℃/分で200℃まで昇温(2回目)し、200℃で10分間保持し、2回目に200℃まで昇温する際のDSC曲線を用いた。また、温度差T1及び温度差T2を測定する際、それぞれのDSC曲線において、120~160℃の範囲に現れる融解ピークのうち、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークについて解析を行った。ピークが重なって2個以上存在していた場合にも、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークについてのみ解析を行った。
また、補外融解開始温度は、融解ピーク温度の開始点を意味し、低温(65~75℃)側のベースラインを高温側に延長した直線と、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークの低温側の曲線に、勾配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とした。補外融解終了温度は、融解ピーク温度の終了点を意味し、高温(170℃)側のベースラインを低温側に延長した直線と、熱エネルギーの入力の差が最大となる融解ピークの高温側の曲線に、勾配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とした。
<電解液接触前のシール強度の測定>
下記の<電解液接触後のシール強度の測定>において、試験サンプルに電解液を注入しないこと以外は、同様にして引張強度(シール強度)を測定した。熱融着した部分が完全に剥離されるまでの最大引張強度を、電解液接触前のシール強度とする。なお、表3において、電解液接触前のシール強度を、85℃での電解液の接触時間が0hでのシール強度として記載している。
下記の<電解液接触後のシール強度の測定>において、試験サンプルに電解液を注入しないこと以外は、同様にして引張強度(シール強度)を測定した。熱融着した部分が完全に剥離されるまでの最大引張強度を、電解液接触前のシール強度とする。なお、表3において、電解液接触前のシール強度を、85℃での電解液の接触時間が0hでのシール強度として記載している。
<電解液接触後のシール強度の測定>
図9の模式図に示すように、実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を、幅(x方向)100mm×長さ(z方向)200mmの長方形に裁断して試験サンプル(電池用包装材料10)とした(図9a)。試験サンプル(電池用包装材料10)を、z方向の中心で折り返して、熱融着性樹脂層側が重なるようにした(図9b)。次に、折り返した試験サンプルのx方向の両端をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)し、開口部Eを1箇所備える袋状に成形した(図9c)。次に、袋状に成形された試験サンプルの開口部Eから電解液(6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1である溶液)を6g注入し(図9d)、開口部Eの端部をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)した(図9e)。次に、袋状の試験サンプルの折り返した部分を下にして、温度85℃の環境で所定の保管時間(電解液に接触させる時間であり、24時間、72時間)静置した。次に、試験サンプルの端部を切断して(図9e)、電解液を全て排出した。次に、熱融着性樹脂層の表面に電解液が付着した状態で、試験サンプルの上下面を金属板20(7mm幅)で挟み、温度190℃、面圧1.0MPa、時間3秒間の条件で熱融着性樹脂層同士を熱融着させた(図9f)。次に、幅(x方向)15mmでのシール強度が測定できるように、試験サンプルを両刃型サンプルカッターで幅15mmに切りとった(図9f、g)。次に、T字剥離となるようにして、引張試験機(島津製作所製、AGS-xplus(商品名))を用い、温度25℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で熱融着した界面を剥離させて、引張強度(シール強度)を測定した(図7)。熱融着した部分が完全に剥離されるまで(剥離されるまでの距離は、金属板の幅である7mm)の最大引張強度を、電解液接触後のシール強度とした。
図9の模式図に示すように、実施例1及び実施例3で得られた各電池用包装材料を、幅(x方向)100mm×長さ(z方向)200mmの長方形に裁断して試験サンプル(電池用包装材料10)とした(図9a)。試験サンプル(電池用包装材料10)を、z方向の中心で折り返して、熱融着性樹脂層側が重なるようにした(図9b)。次に、折り返した試験サンプルのx方向の両端をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)し、開口部Eを1箇所備える袋状に成形した(図9c)。次に、袋状に成形された試験サンプルの開口部Eから電解液(6フッ化リン酸リチウムの濃度が1mol/lであり、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートの容積比が1:1:1である溶液)を6g注入し(図9d)、開口部Eの端部をヒートシールにて封止(温度190℃、面圧2.0MPa、時間3秒間)した(図9e)。次に、袋状の試験サンプルの折り返した部分を下にして、温度85℃の環境で所定の保管時間(電解液に接触させる時間であり、24時間、72時間)静置した。次に、試験サンプルの端部を切断して(図9e)、電解液を全て排出した。次に、熱融着性樹脂層の表面に電解液が付着した状態で、試験サンプルの上下面を金属板20(7mm幅)で挟み、温度190℃、面圧1.0MPa、時間3秒間の条件で熱融着性樹脂層同士を熱融着させた(図9f)。次に、幅(x方向)15mmでのシール強度が測定できるように、試験サンプルを両刃型サンプルカッターで幅15mmに切りとった(図9f、g)。次に、T字剥離となるようにして、引張試験機(島津製作所製、AGS-xplus(商品名))を用い、温度25℃の環境で、引張速度300mm/分、剥離角180°、チャック間距離50mmの条件で熱融着した界面を剥離させて、引張強度(シール強度)を測定した(図7)。熱融着した部分が完全に剥離されるまで(剥離されるまでの距離は、金属板の幅である7mm)の最大引張強度を、電解液接触後のシール強度とした。
電解液接触前のシール強度を基準(100%)として、電解液に接触させた後におけるシール強度の保持率(%)を表4に示した。
表4に示される結果から、実施例1、3の電池用包装材料は、温度差T2を温度差T1で除して得られる値が、0.55以上であり、高温環境で熱融着性樹脂層に電解液が接触し、熱融着性樹脂層に電解液が付着した状態で熱融着性樹脂層同士が熱融着された場合にも、熱融着によって高いシール強度を発揮することが分かる。また、実施例1の電池用包装材料は、温度差T2を温度差T1で除して得られる値が、0.60以上であり、高温環境で熱融着性樹脂層に電解液が接触し、熱融着性樹脂層に電解液が付着した状態で熱融着性樹脂層同士が熱融着された場合にも、熱融着によって特に高いシール強度を発揮することが分かる。なお、各実施例の熱融着性樹脂層は、ポリプロピレン中の低分子量成分の量を調整することにより、後述の方法により測定される、熱融着性樹脂層の融解ピーク温度の開始点(補外融解開始温度)と終了点(補外融解終了温度)との温度差T2を、温度差T1で除して得られる値(T2/T1)が調整されている。また、実施例2,5,6,9-18,21-26は、熱融着性樹脂層に実施例1と同じポリプロピレンを用いており、これらの実施例は表3,4に示される実施例1の結果と同様の結果になるといえる。また、実施例3,4も熱融着性樹脂層に同じポリプロピレンを用いていることから、これらの実施例は同様の結果になるといえる。
1 基材層
2 接着剤層
3 バリア層
4 熱融着性樹脂層
5 接着層
6 表面被覆層
10 電池用包装材料
2 接着剤層
3 バリア層
4 熱融着性樹脂層
5 接着層
6 表面被覆層
10 電池用包装材料
Claims (14)
- 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体から構成されており、
少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在しており、
前記脂肪酸アミド化合物は、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解する、電池用包装材料。 - 前記積層体の前記基材層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が2.0mg/m2以上存在している、請求項1に記載の電池用包装材料。
- 前記積層体の前記基材層側の表面に対して、インクによる印刷が施される用途に用いられる、請求項1又は2に記載の電池用包装材料。
- 前記インクが、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール、及びエタノールからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいる、請求項3に記載の電池用包装材料。
- 前記基材層側の表面のぬれ張力が、32mN/m以上である、請求項1~4のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記脂肪酸アミド化合物が、エルカ酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、オレイルステアリン酸アミド、ステアリルオレイン酸アミド、ステアリルエルカ酸アミド、オレイン酸アミド、及びベヘン酸アミドからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~5のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 前記熱融着性樹脂層側の表面に、脂肪酸アミド化合物が存在している、請求項1~6のいずれかに記載の電池用包装材料。
- 少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子が、請求項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料からなる包装体中に収容されている、電池。
- 前記包装体の前記基材層の側の表面に印字部を有する、請求項8に記載の電池。
- 前記包装体の基材層側の表面にインクによる印刷部を有する請求項8又は9に記載の電池。
- 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順となるように積層する工程を備えており、
少なくとも、前記積層体の前記基材層側の表面には、脂肪酸アミド化合物を存在させ、
前記脂肪酸アミド化合物として、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して、1g以上溶解するものを用いる、電池用包装材料の製造方法。 - 前記基材層の少なくとも一方の表面にコロナ処理を施す工程をさらに備える、請求項11に記載の電池用包装材料の製造方法。
- 請求項1~7のいずれかに記載の電池用包装材料からなる包装体中に、少なくとも正極、負極、及び電解質を備えた電池素子を収容する工程と、
前記包装体の前記基材層側の表面に、インクによる印刷を施す工程と、
を備える、電池の製造方法。 - 少なくとも、基材層、バリア層、及び熱融着性樹脂層をこの順に備える積層体からなる電池用包装材料の前記基材層側の表面に、25℃環境におけるメチルエチルケトン100gに対して1g以上溶解する脂肪酸アミド化合物を存在させて、前記電池用包装材料の前記基材層側表面に対する、インクによる印刷適性を向上させる方法。
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