电气部件、非水电解质电池以及其中使用的引线和密封容器

摘要

本发明提供电气部件、非水电解质电池以及其中所用的引线和密封容器，它们的使用使初始状态和与电解质接触状态中的粘合性和密封性得到提高。电气部件包括：具有金属层的密封容器，以及从所述密封容器的内部延伸至该密封容器的外部的引线导体，所述密封容器和所述引线导体在密封部中被热封合。至少在所述密封部的一部分中，以与引线导体接触的方式在金属层和引线导体之间的部分中设置含有聚磷酸铝的热粘合层。

权利要求

1.一种电气部件，包括：具有金属层的密封容器，以及从所述密封容器的内部延伸至该密封容器的外部的引线导体，所述密封容器和所述引线导体在密封部中被热封合，其中，至少在所述密封部的一部分中，以与所述引线导体接触的方式在所述金属层和所述引线导体之间的部分中设置含有聚磷酸铝的热粘合层，其中所述热粘合层由树脂组合物构成，在该树脂组合物中，相对于每100质量份的酸改性聚烯烃，含有1至33质量份的聚磷酸铝。

2.根据权利要求1所述的电气部件，其中所述聚磷酸铝的平均粒径为0.1μm至

10μm。

3.一种非水电解质电池，包括：具有金属层的密封容器、从所述密封容器的内部延伸至该密封容器的外部的引线导体、密封于所述密封容器内部的电解质、以及密封于所述密封容器内部并连接至所述引线导体的端部的电极，所述密封容器与所述引线导体在密封部中被热封合，其中，至少在所述密封部的一部分中，以与所述引线导体接触的方式在所述金属层和所述引线导体之间的部分中设置含有聚磷酸铝的热粘合层，其中所述热粘合层由树脂组合物构成，在该树脂组合物中，相对于每100质量份的酸改性聚烯烃，含有1至33质量份的聚磷酸铝。

4.一种引线，其用于根据权利要求1至2中任一项所述的电气部件或根据权利要求3所述的非水电解质电池，所述引线包括引线导体和热粘合层，所述热粘合层至少在对应于所述密封部的部分中包覆所述引线导体、并且与所述引线导体接触，所述热粘合层含有聚磷酸铝，其中所述热粘合层由树脂组合物构成，在该树脂组合物中，相对于每100质量份的酸改性聚烯烃，含有1至33质量份的聚磷酸铝。

5.根据权利要求4所述的引线，其中，所述引线导体由镍或表面镀有镍的金属构成。

6.一种密封容器，其用于根据权利要求1至2中任一项所述的电气部件或根据权利要求3所述的非水电解质电池，所述密封容器包括金属层和热粘合层，所述热粘合层至少在对应于所述密封部的部分中包覆所述金属层，所述热粘合层在与所述引线导体接触的部分中含有聚磷酸铝，其中所述热粘合层由树脂组合物构成，在该树脂组合物中，相对于每100质量份的酸改性聚烯烃，含有1至33质量份的聚磷酸铝。

说明书

电气部件、非水电解质电池以及其中使用的引线和密封容

器

技术领域

[0001] 本发明涉及用作小型电子设备等的电源的电气部件、非水电解质电池（例如锂离子二次电池）以及引线和密封容器，该引线和密封容器为电气部件或非水电解质电池的构成部件。

背景技术

[0002] 随着电子设备的小型化及轻量化，也希望用于这些设备中的电气部件（例如电池和电容器等）实现小型化和轻量化。因此，例如，采用了这样的非水电解质电池，其使用袋体作为密封容器，其中密封了非水电解质（电解液）、正极和负极。作为非水电解质，使用了如下电解液，该电解液是通过使LiPF6或LiBF4等含氟锂盐溶解于碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯或碳酸亚乙基甲酯等非水有机溶剂中而制备的。

[0003] 密封容器需要防止电解液和气体的透过，并防止水分从外面进入，因此使用了袋状容器作为密封容器，该袋状容器是通过对层压膜进行热封合而形成的，该层压膜各自包括被覆有树脂的金属层例如铝箔。

[0004] 密封容器的一端形成为开口部。引线导体被配置为从密封容器的内部通过开口部延伸至密封容器的外部，所述引线导体与容器内密封的正极板的一端和负极板的一端连接。对开口部进行热封合，使密封容器和引线导体粘合，并由此密封开口部。最后被热封合的部分被称作“密封部”。

[0005] 在密封部中，通过使用热粘合层使密封容器和引线导体粘合（热封合）。在某些情况下，热粘合层预先在引线导体上对应于密封部的部分中形成；或者在其它情况下，热粘合层预先在密封容器上对应于密封部的部分中形成。在任何一种情况下，密封部都需要维持密封特性（密封性），而不造成金属层和引线导体之间的短路。

[0006] 专利文献1公开了用于这种非水电解质电池的电池密封袋和引线，并描述了通过使用热粘合层可增强密封部的密封性，所述热粘合层是通过在引线导体的导体上直接形成马来酸改性聚烯烃层而形成的。

[0007] 但是，尽管刚刚密封后的粘合性是充分的，随着长期使用，透过密封部的水分与密封容器内部密封的电解质反应，产生氢氟酸并腐蚀引线导体（金属），最终在与金属层或引线导体的界面处发生剥离。

[0008] 专利文献2公开了这样的密封部：尽管由于电解质和水分之间的反应产生了氢氟酸，但是密封部未被腐蚀且保持粘合性。尤其是，专利文献2公开了一种由具有镍表面的引线导体和复合涂层构成的电池极耳（battery tab），所述复合涂层由胺化的酚聚合物、三价铬化合物和磷化合物构成，并包覆引线导体的表面和侧面。专利文献2描述了所述复合涂层防止了镍层的溶出，以及由电解质和水分产生的氢氟酸所造成的镍层的腐蚀。

[0009] 专利文献3提出，在密封部的与引线导体接触的部分中形成由酸改性苯乙烯系弹性体构成的层。

[0010] 引用列表

[0011] 专利文献

[0012] 专利文献1：日本专利No.3562129

[0013] 专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2009-99527

[0014] 专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2010-92631

发明内容

[0015] 技术问题

[0016] 专利文献2中公开的方法在环境方面不是优选的，这是因为使用了重金属铬。根据专利文献3中公开的方法，碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯以1:1的体积比混合，在引线导体被浸入LiPF6浓度为1.0mol/L的电解质中时，使引线导体在80℃的恒温器中静置4周，从而评价剥离，作为对耐电解液性的评价。但是，近年来，要求用于汽车的电气部件等实现长期的耐久性，因此，对密封部的耐电解液性的进一步改进已经成为一个课题。

[0017] 为了解决上述问题，进行了本发明，并且本发明的目的是提供一种电气部件、非水电解质电池以及其中使用的引线导体和密封容器，所述电气部件在密封部具有增强的密封性和增强的耐电解液性。

[0018] 问题的解决方案

[0019] 根据本发明的电气部件包括：具有金属层的密封容器，以及从所述密封容器的内部延伸至该密封容器的外部的引线导体，所述密封容器和所述引线导体在密封部中被热封合，其中，至少在所述密封部的一部分中，以与所述引线导体接触的方式在所述金属层和所述引线导体之间的部分中设置含有聚磷酸铝的热粘合层。

[0020] 所述热粘合层优选由树脂组成物构成，在该树脂组合物中，相对于每100质量份的酸改性聚烯烃，含有1至33质量份的聚磷酸铝。聚磷酸铝的平均粒径优选为0.1μm至10μm。

[0021] 根据本发明的非水电解质电池包括：具有金属层的密封容器、从所述密封容器的内部延伸至该密封容器的外部的引线导体、密封于所述密封容器内部的非水电解质、以及密封于所述密封容器内部并连接至所述引线导体的端部的电极，所述密封容器与所述引线导体在密封部中被热封合，其中，至少在所述密封部的一部分中，以与所述引线导体接触的方式在所述金属层和所述引线导体之间的部分中设置含有聚磷酸铝的热粘合层。

[0022] 根据本发明的引线用于上述电气部件或非水电解质电池，并且包括引线导体和热粘合层，所述热粘合层至少在对应于所述密封部的部分中包覆所述引线导体，并且与所述引线导体接触，所述热粘合层含有聚磷酸铝。

[0023] 引线导体优选由镍或表面镀有镍的金属构成。

[0024] 根据本发明的密封容器用于上述电气部件或非水电解质电池中，并且包括金属层和热粘合层，所述热粘合层至少在对应于所述密封部的部分中包覆所述金属层，所述热粘合层在与所述引线导体接触的部分中含有聚磷酸铝。

[0025] 发明的有益效果

[0026] 根据本发明，由于构成密封部的热粘合层具有优异的耐氢氟酸性，因此可提供耐电解液性优异的具有密封部的电气部件、非水电解质电池、以及用于电气部件和非水电解质电池的引线和密封容器。

[0027] 附图简要说明

[0028] [图1]图1是根据本发明的一个实施方案的非水电解质电池的正面图；

[0029] [图2]图2是根据本发明的一个实施方案的非水电解质电池的局部截面图；

[0030] [图3]图3是根据本发明的一个实施方案的引线的局部截面图；

[0031] [图4]图4是根据本发明的一个实施方案的密封容器的局部截面图；

[0032] [图5]图5是根据本发明的一个实施方案的密封容器的局部截面图；

[0033] [图6]图6是根据本发明的一个实施方案的密封容器的局部截面图；

具体实施方式

[0034] 下面参考图1和2说明根据本发明的电气部件的实施方案。

[0035] 图1是非水电解质电池（例如锂离子电池）的一个实施方案的示意性正面图，图2是沿着图1中的线A-A’截取的局部截面图。

[0036] 图1中所示的非水电解质电池1包括基本上为矩形的密封容器2和从密封容器的内部延伸至外部的引线导体3。

[0037] 如图2所示，密封容器2为袋状，其通过如下方法形成：叠加两个三层的层压膜8，各层压膜8由金属层5以及包覆金属层5的树脂层6和7构成；通过热封合等，沿着引线导体3所贯穿的边之外的三边（周缘）与树脂层7粘合。

[0038] 连接至引线导体3端部的正极集电体10和负极集电体11、非水电解质13和隔板12被密封在密封容器2的内部。

[0039] 铝、镍、铜或镀镍铜等金属用作引线导体3。在锂离子电池的情况中，铝常用于正极，镍或镀镍铜常用于负极。

[0040] 构成密封容器2的层压膜8使用铝箔等作为金属层5，并且使用聚酰胺树脂（例如6,6-尼龙或6-尼龙）、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂等作为位于密封容器2外侧的树脂层6。优选将不溶于非水电解质且加热熔融的绝缘树脂用于位于密封容器2内侧的树脂层7。其例子包括聚烯烃系树脂、酸改性的聚烯烃系树脂和酸改性的苯乙烯系弹性体。

[0041] 通过从密封容器2的内部延伸至外部的引线导体3和密封容器（层压膜8）之间的粘合（热封合），利用其间的热粘合层4，对密封容器2进行密封。本发明的特征在于：在所述密封部9的热粘合层4中使用了含有聚磷酸铝的树脂。

[0042] 构成热粘合层4的基体树脂可以是在热封合中加热熔融并且可使密封容器2与引线导体3粘合的任何树脂。其例子包括聚烯烃系树脂和酸改性的苯乙烯系弹性体。聚烯烃系树脂的例子包括聚乙烯、聚丙烯、离聚物树脂和酸改性的聚烯烃。尤其是，优选含有粘合性官能团且由马来酸、丙烯酸、甲基丙烯酸和马来酸酐等改性的酸改性聚烯烃。其中，马来酸酐改性的聚烯烃树脂对金属具有优异的粘合性并具有优异的密封性。

[0043] 聚磷酸铝是通过共享氧原子使两个或更多个PO4四面体聚合而制备的磷酸盐，根据聚合度，其例子包括：线性结构的聚磷酸铝（例如三磷酸铝和四磷酸铝）；环状或长链的偏磷酸铝；及过磷酸铝（其中线性和环状结构相互连接）。聚磷酸铝为难溶于水的粉末，并且为板状晶体堆叠的层状化合物。聚磷酸铝可含有结晶水或可为无水物。

[0044] 对于用于本发明的聚磷酸铝的平均粒径没有特别的限制，但是优选为0.1μm至10μm，更优选为0.5μm至7.0μm，进一步优选为1.0μm至5.0μm。平均粒径通过以下方法测定：将样品分散在0.1%的六偏磷酸钠水溶液中，对分散的样品进行5分钟的超声处理，然后使用Beckman Coulter公司制造的“Coulter Multisizer II”测量直径。

[0045] 对这些聚磷酸铝可进行表面处理或使其与二氧化硅、锌化合物、镁化合物、钙化合物等混合。通过进行表面处理或将聚磷酸铝与这些金属化合物混合可控制酸度。

[0046] 根据非水电解质电池的构成、用途和基体树脂的类型，适当选择聚磷酸铝的含量。通常，相对于100质量份的基体树脂，聚磷酸铝的含量优选为1至33质量份，更优选为3至
30质量份。如果聚磷酸铝的含量过高，则对导体的粘合强度趋于减小，并且密封性趋于劣化。当聚磷酸铝的含量小于1质量份时，则聚磷酸铝不能充分地达到效果。

[0047] 除了上述基体树脂和聚磷酸铝之外，根据需要，热粘合层还可包括阻燃剂、紫外吸收剂、光稳定剂、热稳定剂、润滑剂和着色剂等各种添加剂。这些添加剂的含量优选为树脂组成物总量的30质量%以下。

[0048] 使用开炼机（open roll mixer）、加压式捏合机（pressure kneader）、单螺杆混合机或双螺杆混合机等已知的混合机，使含有基体树脂、聚磷酸铝和（如果需要）添加剂的组合物混合，并通过挤出成型等形成膜状热粘合层。热粘合层4的厚度取决于引线导体3的厚度，但是通常优选为30至200μm。

[0049] 热粘合层4可以通过加速电子束或γ射线等电离辐射的照射而交联，进而使用。交联增强了耐热性，并防止了高操作温度下粘合强度的减小和引线导体3与金属层5之间的短路。可使全部热粘合层4交联，或使热粘合层4形成为具有非交联层与交联层堆叠的多层结构。

[0050] 可预先形成热粘合层4以包覆引线导体3上对应于密封部的部分，或可以在构成密封容器2的层压膜与引线导体3接触的部分中形成热粘合层4。

[0051] 图3示出了引线导体3对应于密封部的部分（两侧）被充当热粘合层的热粘合膜覆盖的情况。诸如这样的用热粘合膜覆盖的引线导体也被称作“引线”。有时引线被称作片状引线（tab lead）。

[0052] 图4示出了在密封容器上预先形成热粘合层的情况。

[0053] 本发明的非水电解质电池不局限于在引线导体的密封部形成热粘合层的电池，也包括如图5中所示的以热导电层4替换全部树脂层7的电池。另外，也包括如图6所示的以热粘合层4替换绝缘树脂层7的一部分（对应于密封部的部分）的电池。

[0054] 在对引线导体和密封容器进行密封（热封合）时，可将热粘合层置于引线导体和密封容器之间。在这种情况下，热粘合层也可具有多层结构。

[0055] 根据这样的非水电解质电池，耐电解液性得到提高，即，抑制了在密封部处由引线导体的腐蚀造成的引线导体金属与热粘合层之间的剥离，并且非水电解质电池的耐久性得到改进，所述引线导体的腐蚀是由与水分反应生成的氢氟酸造成的。尽管机制尚不清楚，但是推测是由于热粘合层中含有的聚磷酸铝的作用，在引线导体3的金属表面上形成了钝化膜，抑制了与水分反应产生的氢氟酸造成的腐蚀。

[0056] 在以上说明中，尽管将袋状非水电解质电池用作例子，但是本发明的非水电解质电池并不局限于此。在以上说明中，尽管将锂离子电池等非水电解质电池用作例子，但是本发明的电气部件并不局限于非水电解质电池，可以为任何其它需要密封部以获得对导体的高粘合性和高耐氢氟酸性的电气部件。

[0057] [实施例]

[0058] 下面使用实施例进一步详细说明本发明，但是，所述实施例并不限定本发明的范围。

[0059] [测量和评价方法]

[0060] （1）初始粘合强度

[0061] 将引线切成10mm宽度，并通过180°剥离试验测量热粘合层与引线导体之间的粘合强度。拉伸速度为100mm/分钟。

[0062] （2）耐氢氟酸性

[0063] 将碳酸亚乙酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸二甲酯（DMC）以1:1:1的体积比混合，并制备溶解有1.0mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）的电解液作为电解质。将实施例1至3中的引线浸渍到该电解液中，电解液中的水分浓度被调节到900至1000ppm，将浸渍过的引线在65℃的恒温器中放置2周。然后目测引线导体与用作热粘合层的绝缘膜之间是否发生剥离。

[0064] [引线的制备]

[0065] 将表I中所示量的三聚磷酸二氢铝（三磷酸铝）1至3中的一者加入到厚度为50μm的马来酸酐改性的聚丙烯中，在双螺杆混合机中对所得的混合物进行熔融捏合，并通过T模进行熔融挤出，从而制备厚度为100mm的膜。

[0066] 制备厚度为0.1mm、宽度为20mm、长度为40mm的镀镍铜作为负极的引线导体。用上述制备的膜包覆引线导体的两面，并在200℃下压制5秒钟，从而制备引线，在该引线中，所述膜充当热粘合层。

[0067] 对于上述制备的引线，测量初始粘合强度和耐氢氟酸性，并根据上述方法进行评价。结果也如表I所示。

[0068] 所用的三聚磷酸二氢铝1至3如下所示：

[0069] ·三聚磷酸二氢铝1：由Tayca公司制造的“K-WHITE#105”（平均粒径：1.6μm）[0070] ·三聚磷酸二氢铝2：由Tayca公司制造的“K-WHITE G105”（平均粒径：2.3μm）[0071] ·三聚磷酸二氢铝3：由Tayca公司制造的“K-FRESH#100P”（平均粒径：1.0μm）[0072] 表I

[0073]

[0074] 具有热粘合层（所述热粘合层含有5至25质量份的三聚磷酸二氢铝）的1至4号引线的初始粘合强度为10N/cm以上，并且热粘合层在剥离试验中被破坏（材料破坏）。在耐氢氟酸试验中未观察到剥离，并且耐氢氟酸性令人满意。

[0075] 5号样品不含有三聚磷酸二氢铝。尽管初始粘合强度与1至4号一样令人满意，但是在耐氢氟酸性试验中一周后观察到剥离，因此耐氢氟酸性不充分。

[0076] 当含有35质量份的三聚磷酸二氢铝（6号）时，初始粘合强度低到5N/cm，并且难以确保获得密封所需的粘合性。这表示，为了确保通过混合三聚磷酸二氢铝而获得高密封性和耐氢氟酸性，对于每100质量份的树脂组分，优选使用约1至33质量份的三聚磷酸二氢铝。

[0077] 参考符号列表

[0078] 1非水电解质电池

[0079] 2密封容器

[0080] 3引线导体

[0081] 4热粘合层

[0082] 5金属层

[0083] 6树脂层

[0084] 7树脂层

[0085] 8层压膜

[0086] 9密封部

[0087] 10正极集电体

[0088] 11负极集电体

[0089] 12隔板

[0090] 13非水电解质

[0091] 15其它树脂层