(57)【要約】【課題】絞り加工が施された電池外包材において、高温高湿の環境下であっても、基材フィルムと金属箔との間のデラミネーションの発生を抑制することができる接着剤を提供する。【解決手段】基材フィルム１１と金属箔１３とを備える電池外包材１０に用いられ、基材フィルム１１と金属箔１３を接着する接着剤１２であって、熱機械分析の針入測定による８０℃における変位率が３％未満である、接着剤１２。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材フィルムと金属箔とを備える電池外包材に用いられ、前記基材フィルムと前記金属箔を接着する接着剤であって、
熱機械分析の針入測定による８０℃における変位率が３％未満である、接着剤。
【請求項２】
ポリエステルポリオールと、
芳香族ポリイソシアネートと、を含む、請求項１に記載の接着剤。
【請求項３】
基材フィルムと、金属箔と、請求項１または２に記載の接着剤と、を備える、電池外包材。
【請求項４】
絞り加工が施された請求項３に記載の電池外包材を有する、リチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材フィルムと金属箔を備える電池外包材に用いられ、その基材フィルムと金属箔を接着する接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン電池のパッケージとして、基材フィルムと金属箔を接着剤で接着した電池外包材に絞り加工を施したものが使用されている。リチウムイオン電池は、その特性から、例えば携帯電話や自動車等に搭載されており、ときとして高温高湿の環境下におかれる。このため、電池外包材としても優れた耐久性が必要とされ、例えば特許文献１には、基材フィルムであるナイロンフィルムの密度を１１３０ｋｇ／ｍ３以上にすることにより、絞り加工を施したものを８０℃の乾燥機内に３時間保管しても、基材フィルムと金属箔との間にデラミネーションが発生しない電池外包材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８８１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１には乾燥機内においての試験結果しか記載されておらず、また一般にナイロンフィルムは湿度による影響を受けやすいことから、特許文献１の電池外包材は、高温高湿の環境下における基材フィルムと金属箔との間のデラミネーションの発生を抑制するものではなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、絞り加工が施された電池外包材において、高温高湿の環境下であっても、基材フィルムと金属箔との間のデラミネーションの発生を抑制することができる接着剤の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る接着剤は、基材フィルムと金属箔とを備える電池外包材に用いられ、基材フィルムと金属箔を接着する接着剤であって、熱機械分析の針入測定による８０℃における変位率が３％未満である。
【０００７】
このような構成によれば、接着剤が、高温高湿の環境下におかれても基材フィルムの金属箔から剥がれようとする変形を抑制するため、基材フィルムと金属箔との間のデラミネーションの発生を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明に係る接着剤は、ポリエステルポリオールと、芳香族ポリイソシアネートとを含むように構成することができる。この構成によれば、高温高湿の環境下における基材フィルムと金属箔との間のデラミネーションの発生を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る接着剤によれば、絞り加工が施された電池外包材において高温高湿の環境下であっても、基材フィルムと金属箔の間のデラミネーションの発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る接着剤を用いて、基材フィルムと金属箔を接着した電池外包材及び、絞り加工の施された電池外包材を有するリチウムイオン電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る接着剤を適用した電池外包材の断面図である。
【図２】接着剤について、熱機械分析の針入測定による温度と変位率の関係を示すグラフである。
【図３】図１に示す電池外包材に絞り加工を施したものの斜視図である。
【図４】接着剤について、硬化剤の配合割合と、ＴＭＡの針入測定による８０℃での変位率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る接着剤を適用した電池外包材について、図面を参照しながら説明する。図１は、電池外包材１０の断面図である。図１に示すように、（リチウムイオン電池に用いられた場合として）外部から内部に向かって、基材層１１、接着剤層１２、金属箔層１３、接着層１４、シーラント層１５から構成される。電池外包材１０の厚さとしては、電池容積及び成形性の観点から、例えば５０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００１３】
基材層１１は、金属箔層１３を保護し、また耐突き刺し性を向上させる基材フィルムから形成され、例えば延伸ポリエステルフィルム又は延伸ナイロンフィルムが用いられる。ポリエステルフィルムとしては、例えば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、ポリカーボネート等からなるフィルムが挙げられる。また、ポリアミドフィルムとしては、例えばナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６，１０等からなるフィルムが挙げられる。これらの樹脂には、難燃剤、滑剤、アンチブロッキング剤、酸化防止剤、光安定剤、粘着付与剤などの添加剤が配合されてもよい。また、基材層１１は単層でもよく、上記のフィルムが、公知又は本発明の接着剤により積層された多層であってもよい。基材フィルム層の厚さとしては、機械的強度及び成形性の観点から、例えば５μｍ〜５０μｍに設定される。
【００１４】
接着剤層１２は、基材層１１と金属箔層１３を接着するものであり、熱機械分析（ＴＭＡ）の針入測定による８０℃における変位率が３％未満の接着剤が用いられ、好ましくは２．５％未満のものが用いられ、より好ましくは２．０％未満のものが用いられ、特に好ましくは１．５％未満のものが用いられる。また接着剤は、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、ポリウレタン系等の主剤からなる２液硬化型の接着剤から形成される。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、アクリルポリオールなどのポリオールを主剤とし、芳香族系や脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした２液硬化型のポリウレタン系接着剤が用いられ、より好ましくはポリエステルポリオールを主剤とし、芳香族ポリイソシアネートを硬化剤としたものが用いられる。接着剤層１２の厚さとしては、接着性及び成形性の観点から、例えば１μｍ〜１０μｍに設定される。
【００１５】
金属箔層１３は、外部から水蒸気が浸入することを防止するものであり、例えばアルミニウム、ニッケル、ステンレス等の金属箔から形成される。経済性の観点からアルミニウム箔が好ましい。アルミニウム箔としては、鉄を含有することで展延性が改善され、折り曲げによるピンホールの発生が少なくなることから、鉄を０．３〜９．０重量％、好ましくは０．７〜２．０重量％含有するものが用いられる。さらに延展性の観点から、好ましくは焼鈍処理の施された軟質アルミニウム箔が用いられる。金属箔層１３の厚さとしては、水分バリア性及び成形性の観点から、例えば５μｍ〜１００μｍに設定される。
【００１６】
また、金属箔層１３は、酸性物質等による金属箔表面の溶解や腐食を防止するとともに、基材フィルムや接着性樹脂フィルムとの接着性を向上させるため、金属箔１３の一方の面又は両面に耐酸処理が施されてもよい。耐酸処理方法としては、例えばクロメート処理、ベーマイト処理、パーカライジング処理、トリアジンチオール処理等が挙げられる。
【００１７】
接着層１４は、金属箔層１３とシーラント層１５を接着するものであり、接着剤又は接着樹脂で形成される。接着剤としては、例えばポリエステル系、ポリエーテル系、ポリウレタン系等の主剤からなる２液硬化型の接着剤が用いられる。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、アクリルポリオールなどのポリオールを主剤とし、芳香族系や脂肪族系のイソシアネートを硬化剤とした２液硬化型のポリウレタン系接着剤が用いられる。接着樹脂としては、例えば低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体等のポリエチレン系樹脂や、ポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体等のポリプロピレン系樹脂、これらの樹脂を不飽和カルボン酸やアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等で変性した樹脂やイオン架橋した樹脂等が用いられる。これらの樹脂には、オレフィン系エラストマー及び／又はスチレン系エラストマーが添加されてもよい。接着層１４が接着樹脂で形成される場合は単層でもよく、これらの樹脂が積層された多層であってもよい。接着層１４の厚さとしては、接着性及び成形性の観点から、例えば１μｍ〜５０μｍに設定される。
【００１８】
シーラント層１５は、リチウムイオン電池製造時においてシーラント層１５どうしを熱融着させて密封するためのものであり、例えば低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体等のポリエチレン系樹脂や、ポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体等のポリプロピレン系樹脂、これらの樹脂を不飽和カルボン酸やアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等で変性した樹脂やイオン架橋した樹脂等から形成される。これらの樹脂には、オレフィン系エラストマー及び／又はスチレン系エラストマーが添加されてもよい。また、シーラント層１５は単層でもよく、これらの樹脂が積層された多層であってもよい。シーラント層１５の厚さとしては、シール性及び成形性の観点から、例えば２０μｍ〜２００μｍに設定される。
【００１９】
次に、本発明の一実施形態に係る接着剤を用いた電池外包材１０の製造方法について説明する。まず、ＴＭＡの針入測定による８０℃での変位率が３％未満となる接着剤を準備しておく。そして、この接着剤を金属箔の一方の面に塗布し、これに基材フィルムの一方の面を貼り合わせて接着して、基材層１１、接着剤層１２及び金属箔層１３の積層体を得る。金属箔層１３、接着層１４及びシーラント層１５の積層については、公知の方法が用いられ、基材フィルムと金属箔が接着される前、接着された後いずれの場合に行われてもよい。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明に係る接着剤を適用した電池外包材１０を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
接着剤として、主剤がポリエステルポリオール、硬化剤が芳香族ポリイソシアネートの２液硬化型のポリウレタン系接着剤であって、硬化剤の配合割合が主剤と硬化剤の合計重量に対して１７％（つまり主剤：硬化剤＝８３：１７）のものを用意した。この接着剤について厚さ２２８μｍの薄膜を形成し、熱機械分析装置（ＳＩＩ製のＴＭ１２０Ａ）の針入測定（Ｎ２雰囲気下、プローブ径１ｍｍΦ、荷重２ｇ、昇温速度５℃／ｍｉｎ）により、２５℃から１００℃の変位量（針入量）を測定した。ここで、変位量を薄膜の厚さ（ここでは２２８μｍ）で割ったものを変位率として、温度と変位率の関係を図２に示す。図２に示すように、この接着剤については、８０℃での変位率が約１．４５％となった。
【００２２】
この接着剤と、基材フィルムとして厚さ２５μｍの延伸ナイロンフィルム、金属箔として厚さ４０μｍのアルミ箔を用意した。また、接着層１４として酸変性ポリプロピレン、シーラント層１５としてポリプロピレンを用意し、接着層１４とシーラント層１５の合計の厚さが４５μｍとなるようにした。これらを用いて、接着剤層１２の厚さが３μｍとなるように電池外包材１０を作成した。
【００２３】
（比較例１）
接着剤として、主剤がポリエステルポリオール、硬化剤が芳香族ポリイソシアネートの２液硬化型のポリウレタン系接着剤であって、硬化剤の配合割合が９．５％のものを用意した。この接着剤について、厚さ２７５μｍの薄膜を形成して、実施例１と同じ条件でＴＭＡの針入測定を行うと、図２に示すように、８０℃での変位率が約３．１７％となった。そして、この接着剤を用いること以外は実施例１と同じ構成で、電池外包材を作成した。
【００２４】
（実施例２）
接着剤として、実施例１と同じものを用意した。そして、基材フィルムとして、１２μｍの延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムと１５μｍの延伸ナイロンフィルムを積層させたもの（延伸ポリエチレンテレフタレートが最外層となる）、金属箔として４０μｍのアルミ箔を用意した。また、接着層１４として酸変性ポリプロピレン、シーラント層１５としてポリプロピレンを用意し、接着層１４とシーラント層１５の合計の厚さが８０μｍとなるようにした。これらを用いて、接着剤層１２の厚さが３μｍとなるように電池外包材１０を作成した。
【００２５】
（比較例２）
接着剤として、比較例１と同じものを用意した。そして、この接着剤を用いること以外は実施例２と同じ構成で、電池外包材を作成した。
【００２６】
（剥離評価）
作成したこれらの電池外包材１０について、図３に示すように、絞り加工機により、たて２００ｍｍよこ２００ｍｍの電池外包材１０に、たて１００ｍｍよこ１００ｍｍ深さ９．５ｍｍの深絞り加工を施した。これを温度８０℃湿度９０％の環境下の恒温室で保管し、電池外包材１０に形成された上方屈曲部Ｌにおいて、基材層１１と金属箔層１３との間にデラミネーションが発生するかどうか目視確認した。これを表1及び表２にまとめる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
表１に示すように、基材層１１が延伸ナイロンフィルムの単層の場合において、接着剤の変位率が３％以上である比較例１では、２週間後にデラミネーションが発生したのに対し、変位率が３％未満の実施例１では、２週間を大きく過ぎて４週間後でもデラミネーションは発生しなかった。また、表２に示すように、基材層１１が延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムと延伸ナイロンフィルムの多層の場合においても、変位率が３％以上である比較例２では、２週間後にデラミネーションが発生したのに対し、変位率が３％未満である実施例２では２週間後にデラミネーションは発生しなかった。これらの結果より、接着剤について、ＴＭＡの針入測定による８０℃における変位率を３％未満にすることで、高温高湿の環境下でおいても、基材フィルムと金属箔との間のデラミネーションの発生を抑制することができる。
【００３０】
（参考例）
接着剤として、主剤がポリエステルポリオール、硬化剤が芳香族ポリイソシアネートの２液硬化型のポリウレタン系接着剤であって、硬化剤の配合割合が２４％のものを用意した。この接着剤について、厚さ２７０μｍの薄膜を形成し、実施例１と同じ条件でＴＭＡの針入測定を行うと、図２に示すように、８０℃での変位率が約３．８２％となった。そこで、硬化剤の配合割合と、ＴＭＡの針入測定による８０℃での変位率との関係を図４に示す。図４に示すように、硬化剤の配合割合と、ＴＭＡの針入測定による８０℃での変位率の関係は下に凸となった。このことから、図４の近似曲線より、ＴＭＡの針入測定による８０℃での変位率を例えば３未満とするために必要な、硬化剤の配合割合の範囲を決定することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  電池外包材
１１  基材層（基材フィルム）
１２  接着剤層(接着剤)
１３  金属箔層（金属箔）
１４  接着層
１５  シーラント層
Ｌ    上方屈曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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