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JP5519895B2 - 電池ケース用包材及び電池用ケース - Google Patents

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Description

この発明は、例えばリチウムイオン２次電池等の電池のケース用包材に関する。
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びその合金を含む意味で用いる。
リチウムイオン２次電池は、例えばノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話、電気自動車等の電源として広く用いられている。このリチウムイオン２次電池としては、電池本体の周囲をケースで包囲した構成のものが用いられている。このケース用包材としては、例えば、延伸ポリアミドフィルムからなる外層、アルミニウム箔層、未延伸ポリプロピレンフィルムからなる内層がこの順に接着一体化された構成のものが公知である（特許文献１参照）。
このような電池ケース用包材は、任意の電池形状に成形されるため、高い深絞り成形性を有することが求められている。高い深絞り成形性を付与するために、従来では、例えば外層フィルムの表面に脂肪酸アマイド系の滑り性付与成分をコーティングし、成形の際の金型内への材料の滑り込みを良くしたもの（特許文献２参照）や、アルミニウム箔層の厚さに対して外層フィルムの厚さを厚くした構成のものが採用されていた。
特開２００１−６６３１号公報 特開２００２−２１６７１４号公報
しかしながら、外層フィルムの表面に脂肪酸アマイド系の滑り性付与成分をコーティングした構成では、この滑り性付与成分をコーティングする工程を設けなければならず、生産性が低いという問題があった。更に、電池の真空脱気時やシール加工時に滑り性付与成分が蒸発して、この蒸発成分が加工設備に付着するためにこれらを除去する清掃作業が必要になることから、さらに生産性が低下するという問題があった。
また、アルミニウム箔層の厚さに対して外層フィルムの厚さを厚くした構成では、包材の全体厚さが増大するので電池の体積容積率が低下するという問題があった。
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、滑り性付与成分をコーティングしなくても優れた成形性を確保できると共に、十分な体積容積率を得ることのできる電池ケース用包材及び電池用ケースを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明者は鋭意研究の結果、包材の外側層である耐熱性樹脂延伸フィルム層の収縮率が包材の成形性に影響を及ぼすという新規な知見を見出すに至り、この発明を完成させるに至った。即ち、本発明は以下の手段を提供する。
［１］外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設されたアルミニウム箔層とを含む電池ケース用包材において、
前記耐熱性樹脂延伸フィルムとして、収縮率が２〜２０％の耐熱性樹脂延伸フィルムを用いることを特徴とする電池ケース用包材。
［２］外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層と、内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層と、これら両フィルム層間に配設されたアルミニウム箔層とを含む電池ケース用包材において、
前記耐熱性樹脂延伸フィルム層として、収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリアミドフィルム、収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム又は収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることを特徴とする電池ケース用包材。
［３］前記延伸フィルムの収縮率が５〜１０％である前項１または２に記載の電池ケース用包材。
［４］前項１〜３のいずれか１項に記載の電池ケース用包材を深絞り成形または張り出し成形してなる電池用ケース。
［１］の発明では、外側層を構成する耐熱性樹脂延伸フィルム層として、収縮率が２〜２０％の耐熱性樹脂延伸フィルムが用いられているから、深絞り成形や張り出し成形等の成形性に優れ、シャープでかつ成形高さの深い形状の成形が可能となる。このように滑り性付与成分をコーティングしなくても優れた成形性を確保できるので、従来技術のように滑り性付与成分をコーティングする工程を設ける必要がなく、生産性に優れている。また、従来技術のようにアルミニウム箔層の厚さに対して外層フィルムの厚さを特に厚くする必要もないので、十分な体積容積率を得ることができる。
［２］の発明では、外側層を構成する耐熱性樹脂延伸フィルム層として、収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリアミドフィルム、収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム又は収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが用いられているから、深絞り成形や張り出し成形等の成形性に特に優れており、よりシャープでかつ成形高さの深い形状の成形が可能となる。このように滑り性付与成分をコーティングしなくても優れた成形性を確保できるので、従来技術のように滑り性付与成分をコーティングする工程を設ける必要がなく、生産性に優れている。また、従来技術のようにアルミニウム箔層の厚さに対して外層フィルムの厚さを特に厚くする必要もないので、十分な体積容積率を得ることができる。
［３］の発明では、延伸フィルムの収縮率が５〜１０％であるから、深絞り成形や張り出し成形等の成形性がさらに向上し、成形高さのより深い形状の成形が可能となる。
［４］の発明では、シャープでかつ成形高さの深い形状の電池用ケースの提供が可能となる。
この発明に係る電池ケース用包材（１）の一実施形態を図１に示す。この包材は、リチウムイオン２次電池ケース用包材として用いられるものである。前記電池ケース用包材（１）は、アルミニウム箔層（４）の上面に第１接着剤層（５）を介して耐熱性樹脂延伸フィルム層（外側層）（２）が積層一体化されると共に、前記アルミニウム箔層（４）の下面に第２接着剤層（６）を介して熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）（３）が積層一体化された構成からなる。
前記耐熱性樹脂延伸フィルム層（外側層）（２）は、包材として良好な成形性を確保する役割を主に担う部材である、即ち成形時のアルミニウム箔のネッキングによる破断を防止する役割を担うものである。この発明において、前記耐熱性樹脂延伸フィルム層（２）として、収縮率が２〜２０％の耐熱性樹脂延伸フィルムを用いる必要がある。収縮率が２％未満では、深絞り成形や張り出し成形等の成形を行った際に包材に破断やひび割れを生じる。一方、収縮率が２０％を超えると、深絞り成形や張り出し成形等の成形を行った後に、耐熱性樹脂延伸フィルム層（２）とアルミニウム箔層（４）の間で剥離が生じる。中でも、前記耐熱性樹脂延伸フィルムとして、収縮率が５〜１０％の耐熱性樹脂延伸フィルムを用いるのが好ましい。
更に、前記耐熱性樹脂延伸フィルム層（２）として、収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリアミドフィルム、収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム又は収縮率が２〜２０％の２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いるのが好ましい。この場合には、深絞り成形や張り出し成形等の成形性をさらに向上させることができ、よりシャープでかつ成形高さの深い形状の成形が可能となる。
なお、前記「収縮率」とは、耐熱性樹脂延伸フィルム（２）の試験片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を９５℃の熱水中に３０分間浸漬した際の浸漬前後の試験片の延伸方向における寸法変化率であり、次式で求められる。
収縮率（％）＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
Ｘ：浸漬処理前の延伸方向の寸法
Ｙ：浸漬処理後の延伸方向の寸法。
なお、２軸延伸フィルムを採用する場合におけるその収縮率は、２つの延伸方向における寸法変化率の平均値である。
前記耐熱性樹脂延伸フィルム（２）の収縮率は、例えば、延伸加工時の熱固定温度を調整することにより制御することができる。
前記耐熱性樹脂延伸フィルム層（２）の厚さは、１２〜５０μｍに設定されるのが好ましい。
前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（内側層）（３）は、リチウムイオン二次電池等で用いられる腐食性の強い電解液などに対しても優れた耐薬品性を具備させると共に、包材にヒートシール性を付与する役割を担うものである。
前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（３）は、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、オレフィン系共重合体、これらの酸変性物およびアイオノマーからなる群より選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂からなる未延伸フィルムにより構成されるのが好ましい
前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（３）の厚さは、２０〜８０μｍに設定されるのが好ましい。２０μｍ以上とすることでピンホールの発生を十分に防止できると共に、８０μｍ以下に設定することで樹脂使用量を低減できてコスト低減を図り得る。中でも、前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（３）の厚さは３０〜５０μｍに設定されるのが特に好ましい。
なお、前記耐熱性樹脂延伸フィルム層（２）、前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（３）は、いずれも単層であっても良いし、複層であっても良い。
前記アルミニウム箔層（４）は、包材に酸素や水分の侵入を阻止するガスバリア性を付与する役割を担うものである。前記アルミニウム箔（４）としては、純ＡｌまたはＡｌ−Ｆｅ系合金からなる厚さ５〜５０μｍの箔が好適に用いられる。
前記第１接着剤層（５）としては、特に限定されるものではないが、例えば、ウレタン系接着剤層、アクリル系接着剤層等が挙げられる。中でも、前記第１接着剤層（５）は、ウレタン系二液反応型接着剤により形成されたウレタン系接着剤層であるのが好ましく、これによりさらにシャープな成形を行うことが可能となる。
前記第２接着剤層（６）としては、特に限定されるものではないが、例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等の酸変性ポリオレフィンの他、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、熱可塑性エラストマーを含有してなる樹脂等により形成された接着剤層が挙げられる。これら第２接着剤層（６）は、例えば、前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層（３）の片面に接着樹脂フィルム（例えば酸変性ポリオレフィンフィルム等）がラミネートされて形成される。
なお、上記実施形態では、第１接着剤層（５）と第２接着剤層（６）を設けた構成を採用しているが、これら両層（５）（６）は、いずれも必須の構成層ではなく、これらを設けない構成を採用することもできる。
この発明の電池ケース用包材（１）は、高い体積エネルギー密度が要求されるリチウムイオン２次電池ケース用包材として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
この発明の電池ケース用包材（１）を成形（深絞り成形、張り出し成形等）することにより、電池用ケースを得ることができる。
次に、この発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
＜実施例１＞
図２に示すように、厚さ３μｍの無水マレイン酸変性ポリプロピレン層（２１）及び厚さ１２μｍの未変性ポリプロピレン層（２２）を共押出する一方、図面左側から厚さ４０μｍのアルミニウム箔（ＡＡ８０７９−Ｏ材）（４）を供給しつつ、図面右側からポリプロピレンからなる厚さ３０μｍの未延伸フィルム（３）を供給して、これら（３）（４）の間に共押出された無水マレイン酸変性ポリプロピレン層（２１）及び未変性ポリプロピレン層（２２）を一対の加熱加圧ロールで挟み込んでヒートラミネートした。
次に、得られた積層フィルムのアルミニウム箔（４）の表面にウレタン系樹脂接着剤（５）をグラビアロールで塗布し、加熱によりある程度乾燥させた後、その接着剤面にナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルム（２）をラミネートして、電池ケース用包材を得た。
＜実施例２＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ナイロンからなる厚さ１５μｍ、収縮率１５％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例３＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ナイロンからなる厚さ１５μｍ、収縮率７％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜比較例１＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜比較例２＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率２５％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例４＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ１２μｍ、収縮率１８％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例５＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ２０μｍ、収縮率５％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例６＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ１２μｍ、収縮率８％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜比較例３＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ１２μｍ、収縮率１％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜比較例４＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ１２μｍ、収縮率２５％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例７＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例８＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる厚さ１５μｍ、収縮率１５％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜実施例９＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる厚さ１５μｍ、収縮率７％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜比較例５＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる厚さ２５μｍ、収縮率１％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
＜比較例６＞
ナイロンからなる厚さ２５μｍ、収縮率１０％の２軸延伸フィルムに代えて、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる厚さ２５μｍ、収縮率２５％の２軸延伸フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電池ケース用包材を得た。
Figure 0005519895
上記のようにして得られた各電池ケース用包材に対して下記評価法に基づいて性能評価を行った。
＜成形性評価法＞
包材を１１０×１８０ｍｍのブランク形状にして、成形高さフリーのストレート金型にて深絞り１段成形を行い、各成形高さ（６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ）毎に成形性を評価した。割れが全く発生しなかったものを「○」、割れがごく一部に発生したが殆どなかったものを「△」、割れがほぼ全面に発生したものを「×」とした。なお、使用した金型のポンチ形状は、長辺６０ｍｍ、短辺４５ｍｍ、コーナーＲ：１〜２ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：１〜２ｍｍ、ダイス肩Ｒ：０．５ｍｍであった。
＜外面の剥離の有無の評価＞
上記深絞り１段成形により得られた成形品（成形高さ３ｍｍ加工品）を乾燥機内で８０℃で３時間放置した後、外面層がデラミネーション（剥離）を生じていないか目視観察を行った。
表から明らかなように、この発明の実施例１〜９の電池ケース用包材は、成形性に優れていて、よりシャープでかつ成形高さの深い形状の成形を行うことができると共に、外面層の剥離も生じなかった。
これに対し、外側層の延伸フィルムの収縮率が２％未満である比較例１、３、５では、成形性が不十分であった。また、外側層の延伸フィルムの収縮率が２０％を超える比較例２、４、６では、外側層のデラミネーション（剥離）が生じた。
この発明の電池ケース用包材は、例えば、リチウムイオン２次電池等の電池のケース用包材として用いられる。
この発明の電池ケース用包材の一実施形態を示す断面図である。 この発明の電池ケース用包材の製造方法の一例を示す図である。
符号の説明
１…電池ケース用包材
２…外側層（耐熱性樹脂延伸フィルム層）
３…内側層（熱可塑性樹脂未延伸フィルム層）
４…アルミニウム箔層

Claims (4)

  1. アルミニウム箔層の上面にウレタン系樹脂接着剤層を介して外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層が積層一体化されると共に、前記アルミニウム箔層の下面に接着剤層を介して内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層が積層一体化された構成からなり、
    前記耐熱性樹脂延伸フィルムとして、収縮率が５〜１８％の耐熱性樹脂２軸延伸フィルムを用い、
    前記収縮率は、前記耐熱性樹脂２軸延伸フィルムの試験片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を９５℃の熱水中に３０分間浸漬した際の浸漬前後の試験片の延伸方向における寸法変化率であり、次式で求められるものであって、２つの延伸方向における前記寸法変化率の平均値であり、
    前記耐熱性樹脂が、ポリアミド、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする深絞り成形用電池ケース用包材。
    収縮率（％）＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
    Ｘ：浸漬処理前の延伸方向の寸法
    Ｙ：浸漬処理後の延伸方向の寸法
  2. アルミニウム箔層の上面にウレタン系樹脂接着剤層を介して外側層としての耐熱性樹脂延伸フィルム層が積層一体化されると共に、前記アルミニウム箔層の下面に無水マレイン酸変性ポリプロピレン層、未変性ポリプロピレン層を介して内側層としての熱可塑性樹脂未延伸フィルム層が積層一体化された構成からなり、
    前記耐熱性樹脂延伸フィルムとして、収縮率が５〜１８％の耐熱性樹脂２軸延伸フィルムを用い、
    前記収縮率は、前記耐熱性樹脂２軸延伸フィルムの試験片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を９５℃の熱水中に３０分間浸漬した際の浸漬前後の試験片の延伸方向における寸法変化率であり、次式で求められるものであって、２つの延伸方向における前記寸法変化率の平均値であり、
    前記耐熱性樹脂が、ポリアミド、ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする深絞り成形用電池ケース用包材。
    収縮率（％）＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
    Ｘ：浸漬処理前の延伸方向の寸法
    Ｙ：浸漬処理後の延伸方向の寸法
  3. 前記延伸フィルムの収縮率が５〜１０％である請求項１または２に記載の深絞り成形用電池ケース用包材。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池ケース用包材を深絞り成形してなる電池用ケース。
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