電池用包裝材料的制作方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供一種使包括至少依次疊層有基材層、粘接層、金屬層和密封層的膜狀疊層體的電池用包裝材料成形時不易產生裂紋或針孔、且具有優異的成形性的技術。在包括至少依次疊層有基材層、粘接層、金屬層和密封層的疊層體的電池用包裝材料中，作為上述金屬層，使用在進行相對于軋制方向平行的方向的拉伸試驗時0.2％屈服強度為58～121N/mm2的鋁箔，從而使得電池用包裝材料具有極其優異的成形性，能夠大幅降低成形時的針孔或裂紋的產生率。
【專利說明】電池用包裝材料
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種在成形時不易產生針孔或裂紋、具有優異的成形性的電池用包裝 材料。
【背景技術】
[0002] 迄今為止已開發出各種各樣類型的電池，在所有的電池中，為了封裝電極或電解 質等的電池元件，包裝材料是必不可少的部件。一直以來作為電池用包裝大多使用金屬制 的包裝材料。
[0003] 另一方面，近些來，伴隨著電動汽車、混合動力汽車、電腦、相機、便攜式電話等的 高性能化，電池需求多種多樣的形狀，同時也需求薄型化和輕量化。然而，一直以來大量使 用的金屬制的電池用包裝材料難以適應形狀的多樣化，而且在輕量化方面也存在極限。
[0004] 因此，近年來，作為能夠容易地加工成多種多樣的形狀、且能夠實現薄型化和輕量 化的電池用包裝材料，提出了依次疊層有基材/金屬層/密封層的膜狀的疊層體。然而，這 樣的膜狀的包裝材料比金屬制的包裝材料薄，存在成形時容易產生針孔或裂紋的缺點。在 電池用包裝材料中產生針孔或裂紋時，電解液就會滲透至金屬層，形成金屬析出物，結果可 能導致短路，因此使膜狀的電池用包裝材料具備成形時不易產生針孔的特性、即具備優異 的成形性是必不可少的。
[0005] 在現有技術中，為了提高膜狀的電池用包裝材料的成形性，著眼于用于粘接金屬 層的粘接層進行了各種研究。例如，在專利文獻1中公開了一種疊層型包裝材料，其具備由 樹脂膜構成的內層、第1粘接劑層、金屬層、第2粘接劑層和由樹脂膜構成的外層，通過利用 含有側鏈具有活潑氫的樹脂、多官能異氰酸酯類和多官能胺化合物的粘接劑混合物形成上 述第1粘接劑層和第2粘接劑層中至少一方，能夠獲得在更深的成形時具有高可靠性的包 裝材料。
[0006] 以專利文獻1為代表，在現有技術中，在由膜狀的疊層體構成的電池用包裝材料 中，著眼于使金屬層與其他層粘接的粘接層的配合成分，對于提高成形性的技術進行了大 量研究，但是對于著眼于金屬層的物性來提高成形性的技術基本沒有報道。
[0007] 另外，一般來說已知屈服強度低、拉伸強度大的金屬材料容易變形、并且在深拉深 時不易產生褶皺，具有優異的加工性（參照非專利文獻1)，在現有技術中，由膜狀的疊層體 構成的電池用包裝材料中，通常使用屈服強度低的金屬材料作為金屬層。
[0008] 在先技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開2008-287971號公報
[0011] 非專利文獻
[0012] 非專利文獻1:太田哲著，y7加工技術^λ7 > (沖壓加工技術指南），日刊 工業新聞社發行，昭和56年7月30日發行，1-3頁
【發明內容】
[0013] 發明所要解決的技術問題
[0014] 本發明的目的在于提供一種使包括至少依次疊層有基材層、粘接層、金屬層和密 封層的膜狀疊層體的電池用包裝材料成形時不易產生裂紋或針孔、且具有優異的成形性的 技術。
[0015] 用于解決技術問題的手段
[0016] 本發明的發明人為了解決上述問題進行了深入研究，盡管在現有技術中認為金屬 層所使用的鋁箔的屈服強度越低加工性越優異，但是發明人意外地發現，將進行與軋制方 向平行的方向的拉伸試驗時0. 2%屈服強度為58?121N/mm2的具有高屈服強度的鋁箔用 于金屬層的電池用包裝材料中，能夠使電池用包裝材料具備極其優異的成形性，能夠大幅 降低成形時針孔或裂紋的產生率。并且發現通過使用具備特定物性的尼龍膜作為疊層上述 鋁箔的基材，成形性特別好，能夠更有效地抑制成形時產生針孔或裂紋。基于這些認識，并 經過反復深入研究從而完成了本發明。
[0017] 即，本發明提供下述方式的電池用包裝材料和電池。
[0018] 項1. 一種電池用包裝材料，包括至少依次疊層有基材層、粘接層、金屬層和密封 層的疊層體，上述金屬層是進行相對于軋制方向平行的方向的拉伸試驗時0.2%屈服強度 為58?121N/mm2的鋁箔。
[0019] 項2.如項1所述的電池用包裝材料，上述基材層是滿足下述物性（i)和（ii)的 雙軸拉伸尼龍膜，
[0020] (i)寬度方向的伸長率（ELtd)為80?120%，并且流動方向的伸長率（ELm)與寬 度方向的伸長率（ELtd)之比ELM/ELTD為1?1. 25，
[0021] (ii)垂直方向的拉伸強度（TStd)在280MPa以上，并且流動方向的拉伸強度（TSm) 與垂直方向的拉伸強度（TStd)之比TSm/TStd為0. 75?1。
[0022] 項3.如項1或2所述的電池用包裝材料，上述鋁箔在進行相對于軋制方向垂直的 方向和45°角的方向的拉伸試驗時0. 2%屈服強度都滿足50?130N/mm2。
[0023] 項4.如項1?3中任一項所述的電池用包裝材料，上述鋁箔在進行相對于軋制方 向平行的方向的拉伸試驗時拉伸斷裂強度滿足90?130N/mm2。
[0024] 項5.如項1?4中任一項所述的電池用包裝材料，上述金屬層的至少一面實施了 化學法表面處理。
[0025] 項6.如項1?5中任一項所述的電池用包裝材料，其為二次電池用的包裝材料。
[0026] 項7. -種電池，在項1?6中任一項所述的電池用包裝材料內收納有至少具備正 極、負極和電解質的電池元件。
[0027] 項8. -種電池的制造方法，包括利用電池用包裝材料收納至少具備正極、負極和 電解質的電池元件的工序，上述電池用包裝材料包括至少依次疊層有基材層、粘接層、金屬 層和密封層的疊層體，上述金屬層是進行相對于軋制方向平行的方向的拉伸試驗時〇. 2% 屈服強度為58?121N/mm2的鋁箔。
[0028] 項9. 一種包裝材料在電池制造中的用途，上述包裝材料包括至少依次疊層有基 材層、粘接層、金屬層和密封層的疊層體，上述金屬層是進行相對于軋制方向平行的方向的 拉伸試驗時0. 2%屈服強度為58?121N/mm2的鋁箔。
[0029] 發明效果
[0030] 根據本發明的電池用包裝材料，在成形時能夠對應于模具的形狀，金屬層適度追 隨，因此能夠抑制針孔或裂紋等的產生。這樣一來，本發明的電池用包裝材料具備優異的成 形性，有助于提高生產率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1是表示本發明的電池用包裝材料的截面結構的一例的圖。
[0032] 圖2是表示本發明的電池用包裝材料的截面結構的一例的圖。
【具體實施方式】
[0033] 本發明的電池用包裝材料的特征在于：包括依次至少疊層有基材層、粘接層、金屬 層和密封層的疊層體，上述金屬層是進行相對于軋制方向平行的方向的拉伸試驗時〇. 2% 屈服強度為58?121N/mm2的鋁箔。以下，對本發明的電池用包裝材料進行詳細說明。
[0034] L電池用何裝材料的疊層結構
[0035] 如圖1所示，電池用包裝材料包括至少依次疊層有基材層1、粘接層2、金屬層3和 密封層4的疊層體。在本發明的電池用包裝材料中，基材層1是最外層，密封層4是最內層。 艮P，在組裝電池時，位于電池元件的周邊的密封層4彼此之間熱熔將電池元件密封，由此來 封裝電池元件。
[0036] 另外，如圖2所示，本發明的電池用包裝材料在金屬層3與密封層4之間，以提高 這些層的粘接性為目的，可以根據需要設置粘接層5。
[0037] 2.形成電池用何裝材料的各層的鉬成
[0038] [基材層1]
[0039] 在本發明的電池用包裝材料中，基材層1是形成最外層的層。關于形成基材層1 的材料，以具備絕緣性為限，沒有特別限制。作為形成基材層1的材料，例如可以列舉聚酯 樹脂、聚酰胺樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、氟樹脂、聚氨酯樹脂、硅樹脂、酚醛樹脂以及它們 的混合物或共聚合物等的樹脂膜。作為聚酯樹脂，具體可以列舉聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚 對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。 另外，作為聚酰胺樹脂，具體可以列舉尼龍6、尼龍6, 6、尼龍6與尼龍6, 6的共聚物、尼龍 6, 10、聚間苯二甲酰己二胺（MXD6)等。其中優選尼龍、聚酯，更優選雙軸拉伸尼龍、雙軸拉 伸聚酯，特優選雙軸拉伸尼龍。
[0040] 在上述雙軸拉伸尼龍膜之中，特別是在使用滿足后述物性（i)和（ii)的膜時，能 夠更有效地抑制本發明的電池用包裝材料由于在成形產生的不均勻變形而導致的應力集 中，能夠提高使其均勻變形的作用，能夠更有效地抑制成形時產生針孔或裂紋，顯著地提高 成形性。
[0041] ⑴垂直方向（TD)的伸長率（ELtd)為80?120%，且流動方向（MD)的伸長率 (ELffil)與垂直方向（TD)的伸長率（ELtd)之比ELm/ELTD為1?1. 25。
[0042] (ii)垂直方向（TD)的拉伸強度（TStd)在280MPa以上，且流動方向（MD)的拉伸 強度（TSm)與垂直方向（TD)的拉伸強度（TStd)之比TShZTStd為0. 75?1。
[0043] 在上述物性（i)中，伸長率（ELtd)優選列舉90?110%，更優選95?100%。另 夕卜，比例ELm/ELTD優選列舉I.O?I. 25,更優選I.O?I. 2。
[0044] 另外，上述物性（ii)中，拉伸強度（TStd)優選列舉280?370MPa，更優選290? 350MPa。另外，比例TSm/TSTD優選列舉0· 8?L0,更優選0· 9?L0。
[0045] 上述物性（i)和（ii)中規定的伸長率（ELtd)，伸長率（ELm)、拉伸強度（TStd)和拉 伸強度（TSmd)是通過設定為試樣寬度15mm、標點間距離100mm、拉伸速度500mm/min的拉伸 試驗測得的值。
[0046] 具備上述物性（i)和（ii)的雙軸拉伸尼龍膜是公知的，其制造方法也是公知的。 具體而言，具備這樣物性的雙軸拉伸尼龍膜例如可以通過如下方法獲得：對于由含有尼龍 的原料構成的未拉伸卷筒膜，以流動方向（MD)和垂直方向（TD)各自的拉伸倍率為3. 0? 3. 5倍的條件進行雙軸拉伸，之后以150?200°C極限熱處理。作為雙軸拉伸方法，可以采 用通過利用管模式或拉幅式的同步雙軸拉伸或者逐次雙軸拉伸，但優選利用管模法的同步 雙軸拉伸。
[0047] 基材層1可以由1層樹脂膜形成，但為了提高抗針孔性和絕緣性，也可以由2層以 上的樹脂膜形成。在基材層1由多層樹脂膜形成的情況下，2層以上的樹脂膜可以通過粘接 劑使其疊層，所使用的粘接劑的種類和量等與后述的粘接層2或粘接層5的情況相同。
[0048] 基材層1的厚度例如可以列舉10?50μm，優選15?30μm。
[0049] [粘接層2]
[0050] 在本發明的電池用包裝材料中，粘接層2是為了將基材層1與金屬層3牢固地粘 接而設置在它們之間的層。
[0051] 粘接層2由能夠將基材層1與金屬層3粘接的粘接劑形成。形成粘接層2所使用 的粘接劑可以是雙液固化型粘接劑，也可以是單液固化型粘接劑。而且，對于形成粘接層2 所使用的粘接劑的粘接機理也沒有特別限制，可以為化學反應型、溶劑揮發型、熱熔融型、 熱壓型等的任意類型。
[0052] 作為形成粘接層2所使用的粘接劑成分，具體可以列舉聚對苯二甲酸乙二醇酯、 聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚間苯二甲酸乙二醇 酯、聚碳酸酯、共聚聚酯等的聚酯類樹脂；聚醚類粘接劑；聚氨酯類粘接劑；環氧類樹脂；酚 醛樹脂類樹脂；尼龍6、尼龍66、尼龍12、共聚酰胺等的聚酰胺類樹脂；聚烯烴、羧酸改性聚 烯烴，金屬改性聚烯烴等的聚烯烴類樹脂、聚乙酸乙烯酯類樹脂；纖維素類粘接劑；甲基丙 烯酸類樹脂；聚酰亞胺類樹脂；尿素樹脂、三聚氰胺樹脂等的氨基樹脂；氯丁橡膠、丁腈橡 膠、苯乙烯-丁二烯橡膠等的橡膠；有機硅類樹脂等。這些粘接劑成分可以單獨使用1種， 也可以2種以上組合使用。在這些粘接劑成分中，優選列舉聚氨酯類粘接劑。
[0053] 粘接層2的厚度例如可以列舉1?10μm，優選2?5μm。
[0054] [金屬層3]
[0055] 在本發明的電池用包裝材料中，金屬層3是具有提高包裝材料的強度的功能、并 且作為防止水蒸氣、氧氣、光等侵入電池內部的阻擋層發揮功能的層。在本發明的電池用 包裝材料中，金屬層3由鋁箔形成，該鋁箔在進行與軋制方向平行的方向的拉伸試驗時， 0. 2%屈服強度為58?121N/mm2。通過使用這樣的屈服強度高的鋁箔作為金屬層3,能夠 使本發明的電池用包裝材料具備優異的成形性。
[0056] 作為金屬層3所使用的鋁箔，只要在進行與軋制方向平行的方向（MD)的拉伸試驗 時0. 2%屈服強度滿足58?121N/mm2即可，但從使其具有更優異的成形性的觀點出發，該 0. 2%屈服強度優選列舉64?85N/mm2。
[0057] 另外，對于該鋁箔進行相對于軋制方向垂直的方向（TD)和45°方向的拉伸試驗 時的0.2%屈服強度沒有特別限定，例如可以列舉50?13(^/111111 2，優選60?9(^/1111112，更優 選 65 ?85N/mm2。
[0058] 在該鋁箔中，作為進行與軋制方向平行的方向（MD)的拉伸試驗時的拉伸斷裂強 度，例如可以列舉90?130N/mm2,優選95?125N/mm2,更優選100?110N/mm2。通過具備 這樣的拉伸斷裂強度，能夠更有效地使其具備優異的成形性。
[0059] 另外，在該鋁箔中，作為在進行相對于軋制方向垂直的方向（TD)和45°方向的拉 伸試驗時的拉伸斷裂強度，沒有特別限定，例如可以列舉90?124N/mm2,優選94?122N/ mm2,更優選96?105N/mm2。
[0060] 上述0. 2%屈服強度、拉伸斷裂強度和拉伸斷裂伸長率是根據JISZ2241所規定 的拉伸試驗所測得的值。
[0061] 作為金屬層3所使用的鋁箔，只要具備上述的0. 2%屈服強度，可以單獨是純鋁， 但優選鋁合金。作為該鋁箔所使用的鋁合金，例如可以列舉Al-Fe系合金、Al-Mn系合金等， 優選列舉Al-Fe系合金。作為用作金屬層3的鋁箔的優選例，可以列舉軟質鋁，例如經過退 火處理的鋁（JISA8021H-0)或者（JISA8079H-0)等。
[0062] 具備上述特性的鋁箔是公知的，其制造方法也是公知的。具體而言，具備這樣的特 性的鋁箔例如可以經過下述工序制造：將金屬鋁或鋁合金在500?600°C左右進行1?2小 時左右的均質化處理的工序、在400?500°C左右進行熱軋處理的工序、進行冷軋的工序、 在300?450°C左右進行1?10小時左右的中間退火的工序、進行冷軋的工序、和在250? 400°C左右進行30?100小時左右的最終退火的工序。
[0063] 金屬層3的厚度例如可以列舉20?50μm，優選30?40μm。
[0064] 另外，為了使粘接穩定化、防止溶解或腐蝕等，優選對金屬層3的至少一面、優選 兩面進行化學法表面處理。在此，化學法表面處理是指在金屬層的表面形成耐酸性覆膜的 處理。化學法表面處理例如可以列舉：使用硝酸鉻、氟化鉻、硫酸鉻、乙酸鉻、草酸鉻、磷酸二 氫鉻、鉻酸乙酰乙酸鹽、氯化鉻、硫酸鉀鉻等的鉻酸化合物的鉻酸鹽處理；使用磷酸鈉、磷酸 鉀、磷酸銨、多磷酸等的磷酸化合物的磷酸鉻酸鹽處理；使用由下述通式（1)?（4)所示的 重復單位構成的氨基化苯酚聚合物的鉻酸鹽處理等。
[0065]
【權利要求】
1. 一種電池用包裝材料，其特征在于： 包括至少依次疊層有基材層、粘接層、金屬層和密封層的疊層體， 所述金屬層是進行相對于軋制方向平行的方向的拉伸試驗時0. 2%屈服強度為58? 121N/mm2的鋁箔。
2. 如權利要求1所述的電池用包裝材料，其特征在于： 所述基材層是滿足下述物性（i)和（ii)的雙軸拉伸尼龍膜， (i) 寬度方向的伸長率ELTD為80?120 %，并且流動方向的伸長率ELM與寬度方向的 伸長率ELTD之比ELm/ELTD為1?1. 25， (ii) 寬度方向的拉伸強度TStd在280MPa以上，并且流動方向的拉伸強度TSm與垂直 方向的拉伸強度TStd之比TSm/TStd為0. 75?1。
3. 如權利要求1或2所述的電池用包裝材料，其特征在于： 所述錯箔在進行相對于乳制方向垂直的方向和45°角的方向的拉伸試驗時0. 2 %屈 服強度都滿足50?130N/mm2。
4. 如權利要求1?3中任一項所述的電池用包裝材料，其特征在于：所述鋁箔在進行 相對于軋制方向平行的方向的拉伸試驗時拉伸斷裂強度滿足90?130N/mm2。
5. 如權利要求1?4中任一項所述的電池用包裝材料，其特征在于：所述金屬層的至 少一面實施了化學法表面處理。
6. 如權利要求1?5中任一項所述的電池用包裝材料，其特征在于：其為二次電池用 的包裝材料。
7. -種電池，其特征在于：在權利要求1?6中任一項所述的電池用包裝材料內收納 有至少具備正極、負極和電解質的電池元件。
【文檔編號】H01M2/02GK104364929SQ201380029612
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年5月29日 優先權日:2012年6月4日
【發明者】高萩敦子, 秋田裕久, 西田澄人 申請人:大日本印刷株式會社