JP7779030B2 - タブシーラント及びこれを用いた蓄電デバイス - Google Patents
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Description
図1に示した蓄電デバイス10は、リチウムイオン二次電池であり、蓄電デバイス本体11と、電解液(図示せず)と、外装材13と、一対の金属端子14(タブリード)と、タブシーラント16と、を有する。
図2に示すように、外装材13は、蓄電デバイス本体11側から、内層21と、内層側接着剤層22と、バリア層24と、外層側接着剤層25と、外層26とを備える多層構造を有する。バリア層24の表面には腐食防止処理層23-1及び腐食防止処理層23-2が形成されている。
図1及び図3に示すように、一対の金属端子14は、金属端子本体14-1と、腐食防止層14-2と、を有する。一対の金属端子本体14-1のうち、一方の金属端子本体14-1は、蓄電デバイス本体11の正極と電気的に接続されており、他方の金属端子本体14-1は、蓄電デバイス本体11の負極と電気的に接続されている。一対の金属端子本体14-1は、蓄電デバイス本体11から離間する方向に延在しており、その一部が外装材13から露出されている。一対の金属端子本体14-1の形状は、例えば、平板形状とすることができる。
タブシーラント16は、金属端子14の一部の外周面を覆うように配置されている(図1,3参照)。タブシーラント16は多層構造の樹脂フィルムである(図4参照)。タブシーラント16は、低融点層1及び中融点層2の2層からなる第1シーラント層3と、高融点層4と、中融点層6及び低融点層7の2層からなる第2シーラント層8と、をこの順に積層してなる。すなわち、タブシーラント16は、低融点層1、中融点層2、高融点層4、中融点層6及び低融点層7をこの順で積層してなる構造を有する。
次に、タブシーラント16の製造方法について説明する。タブシーラント16の製造方法は、下記に限定されない。
図4に示したタブシーラント16と外装材13とを溶融接着する融着処理について説明する。以下では、図4に示したタブシーラント16の低融点層1を金属端子側に向け、低融点層7を外装材側に向けて配置する場合について説明する。
酸変性ランダムポリプロピレン樹脂(酸変性ランダムPP)をベースとして、必要に応じて酸変性ポリエチレン樹脂(酸変性PE)及び/又は相溶化剤を添加してドライブレンドを行い、マスタバッチ樹脂を作製した。用いた酸変性ランダムポリプロピレン樹脂、酸変性ポリエチレン樹脂及び相溶化剤の融点及びMFRを表1に示す。表1において、融点、MFRは後述の方法により測定した。
各層の形成に用いた樹脂組成物を製膜して単層を得た後、ASTM D2117に準じて示差走査熱量計(DSC)を用いて昇温速度10℃/minの条件で溶解ピークを測定した。融点は、溶解熱量の最も大きいピークをメインピークとし、そのピークトップの温度を読み取ることで測定した。
各層の形成に用いた樹脂組成物を製膜して単層を得た後、JIS K7210に準じてメルトフローレート測定器(株式会社東洋精機製作所製)を用いて測定温度230℃、荷重2.16kgにおけるMFRを測定した。
各層の形成に用いた樹脂組成物を製膜して単層を得た後、ASTM D1525(プラスチックのビカット軟化温度の標準試験法)のA50法により測定した。
低融点層/中融点層/高融点層/中融点層/低融点層の5層をインフレーション法により押し出し温度220℃で共押出して積層し、各層の厚さが表3で示される5層構造のタブシーラントを得た。なお、比較例1については、中融点層を設けず、低融点層/高融点層/低融点層の3層構造のタブシーラントを得た。表3中の「海島比」は、中融点層の島部の面積割合に対する低融点層の島部の面積割合の比(低融点層の島部の面積割合/中融点層の島部の面積割合)を意味し、低融点層及び中融点層の島部の面積割合は、後述の方法により測定した。表3中の「厚さ比」は、中融点層の厚さに対する低融点層の厚さの比(低融点層の厚さ/中融点層の厚さ)を意味する。表3中の「中融点層の残存率」は、作製したタブシーラントの第1シーラント層を170℃、0.5MPa、5秒の条件でアルミニウム板にヒートシールしたときに、ヒートシール前の前記第2シーラント層の中融点層の厚さを1としたときのヒートシール後の第2シーラント層の中融点層の厚さを意味する。
前処理として作製した端子用樹脂フィルムをエポキシ樹脂で包埋して硬化させた。エポキシ樹脂で包埋したフィルムをミクロトームのダイヤモンドナイフにより端子用樹脂フィルムの低融点層及び中融点層の断面が現れるようにして薄片にした。得られた薄片を四酸化ルテニウムにて染色し、染色後に膨張した部分を上記のミクロトームでトリミングした。染色後の薄片を走査型電子顕微鏡(SEM)に配置し、端子用樹脂フィルムの低融点層及び中融点層の断面を観察した。観察画像を二値化して、低融点層及び中融点層の海島構造の島部と海部の面積から島部の面積割合を算出し、低融点層及び中融点層の島部の面積割合からその比を算出した。
作製した端子用樹脂フィルムを用いて電池を作製し、温度を140℃まで段階的に上げて作製した電池を加熱し、内圧が上昇後に端子用樹脂フィルムと金属端子との接合部が開封して内圧が解放されるかを目視にて評価した。評価結果を表3に示す。
A:130℃に到達する前に内圧が解放される。
B:140℃に到達する前に内圧が解放される。
C:140℃に到達しても内圧が解放されない。
タブシーラントを50mm(TD)×100mm(MD)のサイズにカットしたサンプルを、50mm×50mmのサイズにカットした化成処理済みアルミニウム箔を挟み込むように2つに折りたたみ、折り目とは反対側の端部を165℃/0.6MPa/10秒で幅10mmにわたってヒートシールした。その後、ナイロンフィルム(厚さ25μm)/接着剤/アルミニウム箔(厚さ40μm)/ポリプロピレンシーラント層(厚さ80μm)の積層構造を有する外装材のシーラント層がタブシーラントに接するようにして折りたたみ、折りたたんだ部分とは反対側の端部(タブシーラントとアルミニウム箔とをヒートシールした箇所)を190℃/0.5MPa/5秒で幅10mmにわたってヒートシールして、外装材/タブシーラント/アルミニウム箔/タブシーラント/外装材からなる積層体を作製した。ヒートシール部の長手方向中央部を15mm幅で切り出し(図7を参照)、ヒートシール強度測定用サンプルを作製した。このサンプルのヒートシール部に対して、室温(25℃)環境下、引張速度50mm/minの条件にて、引張試験機(株式会社島津製作所製)を用いて、外装材とタブシーラントとの間のT字剥離試験を行った。得られた結果から、下記評価基準に基づいて、外装材に対するヒートシール強度(バースト強度)を評価した。結果を表3に示す。
A:ヒートシール強度が100N/15mm以上
B:ヒートシール強度が80N/15mm以上、90N/15mm未満
C:ヒートシール強度が80N/15mm未満
上記の外装材との密着性の試験において、15mm幅で切り出したヒートシール強度測定用サンプルのヒートシール部を目視で確認し、本来ヒートシールすべきではない箇所の融着(過着)の有無を評価した。評価結果を表3に示す。
A:ヒートシールバーを当てた箇所のみが融着している。
B:ヒートシールバーを当てた箇所から1mm以内の範囲内でも融着している。
C:ヒートシールバーを当てた箇所から1mmを超えた範囲内でも融着している。
幅6mm、厚さ100μmの金属端子を挟み込むようにしてタブシーラントを配置し、165℃/0.6MPaで1秒毎にヒートシールを行った。ヒートシールを1秒行うごとに金属端子の側面の埋込性をレッドチェッカー液(浸透液)で浸透の有無を目視で確認して評価した。評価結果を表3に示す。
A:ヒートシール時間が2秒で埋込性が良好となる。
B:ヒートシール時間が3秒で埋込性が良好となる。
C:ヒートシール時間が4秒以上で埋込性が良好となる。
Claims (9)
- 蓄電デバイスの金属端子の一部の外周面を覆うように配置されるタブシーラントであって、
前記金属端子と対面するように配置される第1シーラント層と、
ポリオレフィン樹脂を含む高融点層と、
第2シーラント層と、
をこの順に備え、
前記第1シーラント層及び前記第2シーラント層がいずれも、酸変性ポリオレフィン樹脂を含む低融点層と、前記低融点層と前記高融点層との間に配置される中融点層と、を含み、
前記低融点層の融点が100~135℃であり、
前記高融点層の融点が140~170℃であり、
前記中融点層の融点が前記低融点層の融点より10℃以上高く且つ前記高融点層の融点よりも10℃以上低く、
前記第2シーラント層の中融点層の厚さを1としたとき、前記低融点層の厚さが1以上であり、
前記タブシーラントの第1シーラント層を170℃、0.5MPa、5秒の条件でアルミニウム板にヒートシールしたとき、前記第2シーラント層における前記中融点層の厚さが0.1以上である、タブシーラント。 - 前記低融点層が、酸変性ポリプロピレン及びポリエチレンを含有し、
前記低融点層が、前記酸変性ポリプロピレンと相溶する部位、及び、前記ポリエチレンと相溶する部位を有する相溶化剤を更に含有する、請求項1に記載のタブシーラント。 - 蓄電デバイスの金属端子の一部の外周面を覆うように配置されるタブシーラントであって、
前記金属端子と対面するように配置される第1シーラント層と、
ポリオレフィン樹脂を含む高融点層と、
第2シーラント層と、
をこの順に備え、
前記第1シーラント層及び前記第2シーラント層がいずれも、酸変性ポリオレフィン樹脂を含む低融点層と、前記低融点層と前記高融点層との間に配置される中融点層と、を含み、
前記低融点層の融点が100~135℃であり、
前記高融点層の融点が140~170℃であり、
前記中融点層の融点が前記低融点層の融点より10℃以上高く且つ前記高融点層の融点よりも10℃以上低く、
前記低融点層が、酸変性ポリプロピレン及びポリエチレンを含有し、
前記低融点層が、前記酸変性ポリプロピレンと相溶する部位、及び、前記ポリエチレンと相溶する部位を有する相溶化剤を更に含有する、タブシーラント。 - 前記第1シーラント層及び前記第2シーラント層がいずれも前記低融点層と前記中融点層を有する二層構造であり、
前記中融点層が酸変性ポリオレフィン樹脂を含み、
前記中融点層の融点が130~150℃である、請求項1~3のいずれか一項に記載のタブシーラント。 - 前記第1シーラント層及び前記第2シーラント層の厚さがいずれも10~300μmであり、
前記低融点層及び前記中融点層の厚さがいずれも3μm以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載のタブシーラント。 - 前記低融点層及び前記中融点層の230℃、荷重2.16kgにおけるMFRがいずれも1.0~10.0g/10minであり、
前記高融点層の230℃、荷重2.16kgにおけるMFRが0.05~3.0g/10minである、請求項1~5のいずれか一項に記載のタブシーラント。 - 前記低融点層及び前記中融点層がいずれも海島構造を有し、
前記低融点層の島部の面積割合が前記中融点層の島部の面積割合の1.5~100倍である、請求項1~6のいずれか一項に記載のタブシーラント。 - 前記第2シーラント層において、前記低融点層のビカット軟化点が前記中融点層のビカット軟化点よりも10℃以上低い、請求項1~7のいずれか一項に記載のタブシーラント。
- 蓄電デバイス本体と、
前記蓄電デバイス本体に対して電気的に接続された金属端子と、
前記蓄電デバイス本体を収容するとともに前記金属端子を挟持する外装材と、
前記金属端子と前記外装材との間に配置された、請求項1~8のいずれか一項に記載のタブシーラントと、
を備え、
前記タブシーラントの前記第1シーラント層が前記金属端子を接着し、
前記第2シーラント層が前記外装材を接着している、蓄電デバイス。
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