JPH1167166A - ポリマー電池用包材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属との接着性、高温ヒートシール性及び対
電解液耐性に優れ、かつヒートラミネートよりもコスト
が安い、複合アルミニウム箔からなるのヒートシールタ
イプポリマー電池用包材及びその包材を使用したリチウ
ムイオン二次電池の提供。 【解決手段】 アルミニウム／マレイン化ＰＰまたはア
ルミニウム／ヒートラミネーションポリプロピレン／マ
レイン化ＰＰとなる構成を有する複合アルミニウム箔で
あるヒートシールタイプポリマー電池用包材及びそれを
包材として使用したポリマー電池。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

【０００１】本発明は、電子部品、特に携帯電話、ノー
ト型パソコンなどに使用されているリチウムイオン二次
電池、特に固体電解質を用いたポリマー電池のケースと
して密封性、高温ヒートシール性及び対電解液耐性に優
れたポリマー電池用包材に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、ニッケル−
水素電池などの従来の二次電池と比較して体積効率、重
量効率が優れており、携帯電話、ノート型パソコンなど
の分野の電源として広く採用されている。リチウムイオ
ン二次電池の中で、導電性ポリマーなどの固体電解質を
用いた電池はポリマー電池と呼ばれており、これまでの
ＰＣ（プロピレンカーボネート）、ＤＥＣ（ジエチレン
カーボネート）、ＥＣ（エチレンカーボネート）などの
非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池と比較して
電池自体を薄くでき、電解液の液漏れなどの危険も少な
く安全性に優れているなどの特徴を有し、現在今後の発
展が有望視されている電池である。

【０００３】ポリマー電池ケース（ポリマー電池用包
材）のシール方法として、ヒートシールにより密封する
タイプ（ヒートシールタイプ）と、金属接合により気密
とするタイプ（金属ケース）の２種類あるが、端子の取
り出しやすさ、シールの簡単さからヒートシールタイプ
が主流となりつつある。このヒートシールタイプの包材
（シーラント）としては次の条件を満足する必要があ
る。 金属との接着性：端子（Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ）との接着
性に優れ、特に端子まわりの密封性が得れらること。 高温ヒートシール性：夏期に自動車内などに放置さ
れ、９０℃前後の高温下になっても密封性を保持できる
こと。 対電解液耐性：ポリマー電池の固体電解質といって
も、電解質と少量の溶剤（ＰＣ、ＤＥＣ、ＥＣなど）を
含有しており、これら電解液により包材の接着力が低下
したり、包材が電解液に溶解し、電解液（固体電解質）
を汚染し、性能の低下をしないこと。

【０００４】金属（端子）との接着性に優れるポリマー
（シーラント）としてはアイオノマーがあるが、高温ヒ
ートシール性の点で不適当であり、また電解液中にアイ
オノマー成分が溶出し、電解液に悪影響を与える恐れが
ある。ポリオレフィン系樹脂は、対電解液耐性において
は優れており、特にポリプロピレンはポリマー電池の必
要とする高温ヒートシール性の要件をほぼ満足するた
め、通常ポリプロピレンフィルムをヒートラミネートに
よりアルミニウム箔に貼り合わせた包材が用いられるこ
とが多いが、金属（端子）との接着性において問題があ
り、端子まわりの信頼性のある密封性を得ることが困難
であった。また該方法は、ヒートラミネートであるため
コストアップになっていた。したがって、金属との接着
性、高温ヒートシール性及び対電解液耐性に優れ、かつ
ヒートラミネートよりもコストが安いポリマー電池用包
材の開発が望まれていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属との接
着性、高温ヒートシール性及び対電解液耐性に優れ、か
つヒートラミネートよりもコストが安い、複合アルミニ
ウム箔からなるのヒートシールタイプポリマー電池用包
材及びその包材を使用したリチウムイオン二次電池の開
発を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１） ポリ
マー電池用包材が、アルミニウム／無水マレイン酸変性
ポリプロピレン（以下本発明においては「マレイン化Ｐ
Ｐ」という。）またはアルミニウム／ヒートラミネーシ
ョンポリプロピレン／マレイン化ＰＰとなる構成を有す
る複合アルミニウム箔であるヒートシールタイプポリマ
ー電池用包材、（２） 前記複合アルミニウム箔の外装
フィルムとして、アルミニウム箔面に厚さ１０〜５０ミ
クロンの耐熱性二軸延伸フィルムをドライラミネートし
た（１）記載のポリマー電池用包材、（３） 複合アル
ミニウム箔において、アルミニウム箔が厚さ２０〜３０
０ミクロン、マレイン化ＰＰのコーティング厚さが２〜
１０ｇ／ｍ² （乾燥時）である前記（１）記載のポリマ
ー電池用包材、（４） アルミニウム箔の調質が、Ｈ₁₈
〜Ｏ材であり、該アルミニウム箔がコーティングまたは
ラミネートの必要に応じ、脱脂あるいは下地処理が施さ
れているアルミニウム箔である前記（１）または（２）
記載のポリマー電池用包材、及び（５） アルミニウム
／マレイン化ＰＰまたはアルミニウム／ヒートラミネー
ションポリプロピレン／マレイン化ＰＰとなる構成を有
する複合アルミニウム箔を包材として用いたヒートシー
ルタイプポリマー電池を開発することにより上記の目的
を達成した。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明において、ポリマー電池と
は、導電性高分子を固体電解質として使用した薄型リチ
ウムイオン二次電池を意味し、ポリマー電池用包材とは
ポリマー電池の中でも複合アルミニウム箔を電池ケース
とし、ポリマー電池のケースのシールをヒートシールに
より行うタイプの包材を意味する。ポリマー電池用包材
に使用するアルミニウム箔としては、電池のサイズ、使
用目的などにより変わるが、通常は厚さ２０〜３００ミ
クロンの純アルミニウム系（１Ｎ３０など）、アルミニ
ウム−鉄系合金、アルミニウム−マンガン系合金（３０
０３など）が使用される。前処理などを組み合わせるこ
とにより、調質としてはＨ₁₈〜Ｏ材などの広い範囲のも
のを使用できる。以下、これらアルミニウム箔から本発
明のポリマー電池用包材に使用する複合アルミニウム箔
を製造する具体的な工程の一例を図１に示すが、これに
限定される必要はなく、ポリマー電池用包材がアルミニ
ウム／マレイン化ＰＰまたはアルミニウム／ヒートラミ
ネーションポリプロピレン／マレイン化ＰＰの構成を取
れれば良い。

【０００８】一般的に、Ｏ材はそのままマレイン化ＰＰ
をコーティングしてもよいが、調質がＨ₁₈〜Ｈ₂₆のよう
にコーティングまたはラミネートするためには脱脂が必
要な場合には、まず浸漬、スプレー処理、水洗、乾燥な
どのノンエッチングタイプアルカリ脱脂を行うか、アル
カリと有機溶剤による処理（ロールコートし乾燥す
る。）ウェットプロセスによる脱脂を行い、密着性の向
上あるいは耐薬品性の向上を目的とした下地処理として
エポキシ樹脂をロールコートするなどの処理を単独ある
いは組み合わせて行うなどが必要となる。

【０００９】本発明のポリマー電池用包材のための複合
アルミニウム箔としては、アルミニウム箔として軟質の
Ｏ材または上記のような前処理した硬質材をそのままマ
レイン化ＰＰをコーティングするか、その前にポリプロ
ピレンフィルムをヒートラミネートしてからマレイン化
ＰＰのコーティングをすることになる。ポリプロピレン
フィルムのヒートラミネートに使用するポリプロピレン
フィルムは、限定する必要はないが、フィルム厚さ２０
〜１００ミクロンの共重合ポリプロピレンを複合アルミ
ニウム箔との接着面に用いた２層構造の共押出フィルム
を使用することが有利である。この場合のヒートラミネ
ーションの条件としては、通常の条件で良いが、例えば
アルミニウム箔を１４０〜２７０℃、好ましくは１５０
〜２３０℃に予備加熱し、ニップロール圧１〜１０ｋｇ
ｆ、ライン速度３０〜１００ｍ／ｍｉｎで行うことによ
りラミネートすることができる。

【００１０】金属（端子）との接着性が優れ、高温ヒー
トシール性、対電解液耐性を満足するものとして酸変性
ポリプロピレン（マレイン化ＰＰ）がある。ヒートシー
ル密封性を高めるために、前記アルミニウム箔に直接、
またはアルミニウム箔にポリプロピレンをヒートラミネ
ートしたポリプロピレン面にマレイン化ＰＰをコーティ
ングする。コーティング剤としては、通常分散タイプの
コーティング剤を用いる。例えばトルエン中にマレイン
化ＰＰ粒子（３〜５ミクロン）を固形分濃度１５〜３０
重量％、コーティングし易さからは好ましくは１７〜２
５重量％くらいのディスパージョンを用いることが良
い。コーティング方法としては特に限定する必要はない
が、グラビヤコート、ロールコートなどで行う。塗布量
としては、乾燥時のマレイン化ＰＰとして２〜１０ｇ／
ｍ² 、好ましくは３〜７ｇ／ｍ² 位を塗布する。乾燥の
条件としては１８０〜３００℃、５〜３０秒程度で良
い。

【００１１】本発明のポリマー電池用包材としては、外
面がアルミニウム箔とした上記の複合アルミニウム箔で
あっても使用可能ではあるが、ポリマー電池用包材は通
常薄い包材が用いられるため、耐突き刺し性を要求され
ることが多く、このためアルミニウム箔の外面に、延伸
ナイロンフィルムまたは延伸ポリエチレンテレフタレー
ト（いわゆるポリエステルフィルム、以下ＰＥＴフィル
ムという。）などの厚さ１０〜５０ミクロンの耐熱性二
軸延伸フィルムをドライラミネートして用いる。ドライ
ラミネートは、例えばウレタン系の接着剤を３〜４ｇ／
ｍ² を塗布し、通常の条件で処理したものを用いること
ができる。樹脂の種類、強度、厚みなどは目的に応じ、
随時変更してもよい。

【００１２】上記のようにして得られたポリマー電池用
包材に、正極及び負極の電極、固体電解質及び電極から
の端子を内装し、端子を含めて包材をヒートシールす
る。ヒートシールの安定性を確保する目的で、マレイン
化ＰＰ粒子にポリエチレン粒子をブレンドし、ヒートシ
ール温度を低め（１５０〜２５０℃）とすることも可能
である。なお端子の厚さが４０ミクロン程度であれば、
上記の接着剤（マレイン化ＰＰ）を厚塗り（〜２０ｇ／
ｍ² ）し、密封性を高めることもできるが、端子の厚さ
が５０ミクロン以上になると端子回りの密封性を確保す
るために、ポリプロピレンフィルム（厚さ２０ミクロン
以上）を複合アルミニウム箔のアルミニウム箔にラミネ
ートしておき、このポリプロピレンフィルム上にマレイ
ン化ＰＰ接着剤層をコーティングする方法が適してい
る。該包材構成は、ヒートシール時にポリプロピレンフ
ィルムが緩衝材の役割を果たし、端子の形状に沿って変
形するためマレイン化ＰＰが端子の周囲に完全に密着で
き、端子回りの密封性を確保することができるものと考
えられる。

【００１３】具体的なポリマー電池包材のヒートシール
部分の構成の１例を示せば図２に示すようなものにな
る。すなわち、固体電解質を含むリチウムイオン二次電
池は、外側から外装フィルム１、アルミニウム箔２、マ
レイン化ＰＰ３の順に被覆され、その内部に固体電解質
６を挟んで陽極端子４と接続した陽極（アルミニウム
箔）５、負極（銅板）５’から構成されており、その端
部はヒートシール上型７及び下型７’によりシールされ
るようになっている。本発明のシール部分はマレイン化
ＰＰを含んだ複合アルミニウム箔を使用しているため、
高温ヒートシール性、対電解液耐性、シール部分の接着
強度（密封強度）、接着の経時変化による強度の低下が
なく長期間安全に使用できる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１〜３、比較例）表１に示す４種類の複合アル
ミニウム箔の３方をヒートシールし、袋状のポリマー電
池用包材を作成した。包材と端子の接着性に悪影響を与
える可能性が大きいのは、固体電解質と混練するあるい
は混合する有機溶剤（ＰＣ、ＥＣ、ＤＥＣなど）と考え
られるので、開口部より電解液（ＰＣ＋ＤＥＣ）を含有
させた脱脂綿を挿入した後、広幅（２０ｍｍ幅）の端子
を含めてヒートシールした。このものを４０℃の温度に
３ケ月保存した後、端子回りの密封性とヒートシール強
度の経時変化（対電解液耐性）の評価を行った。この結
果、端子回りの密封性については、実施例のすべてが保
存テストの前後において変化はなかったが、比較例のみ
保存テスト後において、漏れが生じていた。また対電解
液耐性はいずれの包材においても合格していた。結果を
表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】［試験方法］ １）端子回りの密封性テスト：ヒートシールしたサンプ
ルを水中に入れ、注射針より徐々に空気をサンプル内に
注入し、空気漏れが生じた時のゲージ圧を測定し、保存
の前後において変化しているか否かで確認した。 ２）ヒートシール強度：食品衛生法、熱封かん強度試験
方法に従って、端子ヒートシール部分を１５ｍｍ幅に切
断し、包材／端子間の剥離強度を引張試験機で測定し
た。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、アルミニウム／マレイン化Ｐ
Ｐまたはアルミニウム／ヒートラミネーションポリプロ
ピレン／マレイン化ＰＰとなる構成を有する複合アルミ
ニウム箔をポリマー電池用包材として用いることによ
り、端子部分の金属との接着性を大幅に向上させ密封性
を確実にし、また高温ヒートシール性を高めることによ
り使用の条件を拡大し、かつ固体電解質に対する電解液
耐性（主として固体電解質中の有機溶剤と思われる。）
を高めることに成功した。この結果、固体電解質を用い
たリチウム二次電池用包材、特にポ−リマー電池用包材
として極めて優れたものであり、またこの包材は電解液
に接してもこれに対する悪影響がなく、電池のシールも
ヒートシール法により効率よく行うことが可能であり、
生産性の高いポ−リマー電池用包材である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリマー電池用包材の製造工程の１
例。

【図２】本発明のポリマー電池用包材を使用したポリマ
ー電池のヒートシール部の断面図。

【符号の説明】

１ 外装フィルム ２ アルミニウム箔 ３ マレイン化ＰＰ ４ 端子 ５ 極板（＋：Ａｌ） ５’ 極板（ー：Ｃｕ） ６ 固体電解質 ７ ヒートシール上型 ７’ ヒートシール下型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮野 幸治 大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミ ニウム株式会社内 (72)発明者 宮島 美道 大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミ ニウム株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリマー電池用包材が、アルミニウム／
   無水マレイン酸変性ポリプロピレン（以下本発明におい
   ては「マレイン化ＰＰ」という。）またはアルミニウム
   ／ヒートラミネーションポリプロピレン／マレイン化Ｐ
   Ｐとなる構成を有する複合アルミニウム箔であることを
   特徴とするヒートシールタイプポリマー電池用包材。
2. 【請求項２】 前記複合アルミニウム箔の外装フィルム
   として、アルミニウム箔面に厚さ１０〜５０ミクロンの
   耐熱性二軸延伸フィルムをドライラミネートした請求項
   １記載のポリマー電池用包材。
3. 【請求項３】 複合アルミニウム箔において、アルミニ
   ウム箔が厚さ２０〜３００ミクロン、マレイン化ＰＰの
   コーティング厚さが２〜１０ｇ／ｍ² （乾燥時）である
   請求項１記載のポリマー電池用包材。
4. 【請求項４】 アルミニウム箔の調質が、Ｈ₁₈〜Ｏ材で
   あり、該アルミニウム箔がコーティングまたはラミネー
   トの必要に応じ、脱脂あるいは下地処理が施されている
   アルミニウム箔である請求項１〜２記載のポリマー電池
   用包材。
5. 【請求項５】 アルミニウム／マレイン化ＰＰまたはア
   ルミニウム／ヒートラミネーションポリプロピレン／マ
   レイン化ＰＰとなる構成を有する複合アルミニウム箔を
   包材として用いたヒートシールタイプポリマー電池。