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公開番号2025013692
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024198187,2022189956
出願日2024-11-13,2022-11-29
発明の名称蓄電デバイス用外装材及び蓄電デバイス
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 50/131 20210101AFI20250117BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】優れた耐傷性を有することが可能な蓄電デバイス用外装材及び蓄電デバイスを提供すること。
【解決手段】蓄電デバイスに用いられる蓄電デバイス用外装材であって、少なくとも、基材層と、バリア層と、シーラント層とをこの順に備え、シーラント層の100℃における酸素透過率が1.0×10^-15～1.0×10^-13[(mol・m)/(m²・s・Pa)]である、蓄電デバイス用外装材。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
蓄電デバイスに用いられる蓄電デバイス用外装材であって、
少なくとも、基材層と、バリア層と、シーラント層とをこの順に備え、
前記シーラント層の１００℃における酸素透過率が１．０×１０
－１５
～１．０×１０
－１３
［（ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ
２
・ｓ・Ｐａ）］である、蓄電デバイス用外装材。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記シーラント層が、ポリプロピレン系樹脂からなるベース樹脂（Ａ）を含み、
前記ポリプロピレン系樹脂がホモポリプロピレン及びブロックポリプロピレンのうちの少なくとも一方を含み、
前記ポリプロピレン系樹脂の結晶化温度が１００～１２０℃であり、前記ポリプロピレン系樹脂の融解温度が１５５～１６８℃である、請求項１に記載の蓄電デバイス用外装材。
【請求項３】
前記シーラント層が、ポリプロピレン系樹脂からなるベース樹脂（Ａ）を含み、
前記ポリプロピレン系樹脂が、１５～４０ｇ／１０ｍｉｎのＭＦＲを有する第１ポリプロピレン系樹脂と、１～１０ｇ／１０ｍｉｎのＭＦＲを有する第２ポリプロピレン系樹脂とを含む、請求項１に記載の蓄電デバイス用外装材。
【請求項４】
前記シーラント層が、ポリプロピレン系樹脂からなるベース樹脂（Ａ）と、添加剤（Ｂ）とを含み、
前記添加剤（Ｂ）が、結晶化温度が５０～９０℃で且つ融解温度が５０～１２０℃である成分を含み、
前記成分が、前記ベース樹脂（Ａ）に対して相溶である相溶系エラストマー成分（Ｂ１）、前記ベース樹脂に対して非相溶である非相溶系エラストマー成分（Ｂ２）、ポリプロピレンとポリエチレンのブロック共重合体又はグラフト共重合体（Ｂ３）、及び、ポリエチレンとエチレンブチレンのブロック共重合体（Ｂ４）のうちの少なくともいずれか１つを含む、請求項１に記載の蓄電デバイス用外装材。
【請求項５】
前記成分が、前記非相溶系エラストマー成分（Ｂ２）と、ポリプロピレンとポリエチレンのブロック共重合体（Ｂ３）、又は、ポリエチレンとエチレンブチレンのブロック共重合体（Ｂ４）とを含み、
前記非相溶系エラストマー成分（Ｂ２）がポリエチレン系エラストマー成分である、請求項４に記載の蓄電デバイス用外装材。
【請求項６】
前記蓄電デバイスが全固体電池である、請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用外装材。
【請求項７】
蓄電素子と、
前記蓄電素子を収容する外装袋とを備え、
前記外装袋が、請求項１～５のいずれか一項に記載の外装材を有する、蓄電デバイス。
【請求項８】
全固体電池である、請求項７に記載の蓄電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄電デバイス用外装材及び蓄電デバイスに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
蓄電デバイスとして、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、及び鉛蓄電池等の二次電池、並びに電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタが知られている。携帯機器の小型化又は設置スペースの制限等により蓄電デバイスの更なる小型化が求められており、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池が注目されている。リチウムイオン電池に用いられる外装材として、従来は金属製の缶が用いられていたが、軽量で、放熱性が高く、低コストで作製できる多層フィルムが用いられるようになっている。
【０００３】
上記多層フィルムを外装材に用いるリチウムイオン電池は、ラミネート型リチウムイオン電池と称される。ラミネート型リチウムイオン電池は、正極、液体電解質及び負極を備えた蓄電素子と、蓄電素子を収容する外装袋とを備えており、内部への水分の浸入を防止している。外装袋は外装材を有しており、外装材は、基材層、バリア層及びシーラント層をこの順に備えている。そして、外装材は、シーラント層を内側に、基材層を外側に向けて、蓄電素子を覆っている。ラミネート型のリチウムイオン電池は、例えば、外装材の一部に冷間成型によって凹部を形成し、該凹部内に蓄電素子を収容し、外装材の残りの部分を折り返して縁部分をヒートシールで封止することによって製造される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－１０１７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、リチウムイオン電池の次世代電池として、全固体電池と称される蓄電デバイスの研究開発がなされている。全固体電池は、蓄電素子における伝導率を上げるため、全固体電池を拘束し、外装材を介して蓄電素子を加圧しながら作動させる。効率よく全固体電池を作動させるためには、蓄電素子に対して均一に圧力を掛ける必要がある。
【０００６】
しかし、電池の製造工程では、外装材をロール搬送するときにシーラント層に搬送方向に沿った傷がつくことがある。シーラント層にこのような傷があると、蓄電素子の被加圧面に均一に圧力が掛からず電池の作動効率が低下するおそれがある。
また、全固体電池以外の蓄電デバイスにおいても、蓄電デバイスの性能向上の観点からは、シーラント層に傷がつかないことが望ましい。
したがって、優れた耐傷性を有することが可能な蓄電デバイス用外装材が求められていた。
【０００７】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、優れた耐傷性を有することが可能な蓄電デバイス用外装材及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、意外なことに、シーラント層の酸素透過度を特定の範囲にすることで、外装材の耐傷性が改善されることを突き止め、本開示に至ったものである。
すなわち、本開示の一側面は、蓄電デバイスに用いられる蓄電デバイス用外装材であって、少なくとも、基材層と、バリア層と、シーラント層とをこの順に備え、前記シーラント層の１００℃における酸素透過率が１．０×１０
－１５
～１．０×１０
－１３
［（ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ
２
・ｓ・Ｐａ）］である、蓄電デバイス用外装材を提供する。
【０００９】
上記外装材は優れた耐傷性を有することが可能となる。
このような効果が奏される理由について、本開示の発明者らは以下のように推察している。
すなわち、まず、シーラント層において、酸素は非晶領域が多いほど透過し易くなり、非晶領域が少ないほど透過しにくくなると考えられる。そのため、シーラント層の結晶性が高いと、酸素がシーラント層を透過しにくくなりシーラント層は固くなる一方、シーラント層の結晶性が低いと、酸素がシーラント層を透過し易くなりシーラント層は柔らかくなると考えられる。
したがって、シーラント層の酸素透過率が低すぎる場合に、外装材がロール搬送され、ロールからシーラント層に応力が加えられると、シーラント層が柔らかいため、ロールからバリア層に向かう応力がシーラント層の内部に伝わりやすくなる。しかし、応力のバリア層側からの跳ね返りが起こるため、このバリア層側からの跳ね返りの応力によってロールからの応力が打ち消され、シーラント層の内部においては、全体として応力が加わりにくい状態となる。その結果、ロールからバリア層に向かう応力が緩和されにくくなり、シーラント層のうちロール側の表面に集中し、シーラント層の表面が傷つきやすくなる。
一方、シーラント層の酸素透過率が高すぎる場合に、外装材がロール搬送され、ロールからシーラント層に応力が加えられると、シーラント層が固いため、ロールからバリア層に向かう応力がシーラント層の内部に伝わりにくくなる。その結果、ロールからバリア層に向かう応力が緩和されにくくなり、シーラント層のうちロール側の表面に集中し、シーラント層の表面が傷つきやすくなる。
これに対し、本開示の外装材では、シーラント層の酸素透過率が適度な範囲となっており、シーラント層が柔らかすぎず固すぎないこととされるため、ロールからバリア層に向かう応力が、シーラント層の内部にも適度に伝えられ、その分、シーラント層の表面への応力の集中が抑制される。すなわち、ロールからバリア層に向かう応力が適度に緩和される。その結果、シーラント層の表面が傷つきにくくなり、外装材が優れた耐傷性を有することが可能となる。
【００１０】
上記蓄電デバイス用外装材において、シーラント層が、ポリプロピレン系樹脂からなるベース樹脂（Ａ）を含み、前記ポリプロピレン系樹脂がホモポリプロピレン及びブロックポリプロピレンのうちの少なくとも一方を含み、前記ポリプロピレン系樹脂の結晶化温度が１００～１２０℃であり、前記ポリプロピレン系樹脂の融解温度が１５５～１６８℃であってよい。
この外装材では、ベース樹脂に含まれるポリプロピレン系樹脂がホモポリプロピレン及びブロックポリプロピレンのうちの少なくとも一方を含み、ポリプロピレン系樹脂の結晶化温度が１００～１２０℃であり、ポリプロピレン系樹脂の融解温度が１５５～１６８℃であることで、外装材が十分な固さを有することが可能となり、ポリプロプレンがランダムポリプロピレンのみで構成される場合、ポリプロピレン系樹脂の結晶化温度又は融解温度が上記範囲を外れる場合に比べて、外装材の耐傷性がより向上する。
（【００１１】以降は省略されています）

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