ポーチ型リチウムイオン電池向けUV硬化シーラント
(出典：Krylex.com / Chemence)
高エネルギー密度を備えた携帯型電源への需要は、かつてないほど高まっています。リチウムイオン電池（LIB）は、現在のスマートフォンやタブレットなどの携帯電子機器だけでなく、急速に拡大している電気自動車（EV）市場においても主流の電池技術となっています。世界のリチウムイオン電池市場は年平均成長率（CAGR）15％で成長し、2024年には市場規模が560億米ドルに達すると予測されています。
リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度と優れた充放電サイクル寿命を備えていることから、多くの機器メーカーに採用されています。繰り返し充電・放電を行っても性能劣化が少ないことが大きな特長です。
現在、全固体電池やDNVなどの次世代電池技術の研究開発が活発に進められていますが、今後しばらくはリチウムイオン電池が主流であり続けると考えられています。また、既存のリチウムイオン電池についても、さらなる高性能化に向けた開発が継続されています。
現在使用されている電池セルにはさまざまな種類があり、それぞれに長所と短所があります。EVで広く採用されているセル形状は、円筒型、角型（プリズマティック）、ポーチ型の3種類です。ポーチ型セルは主に民生用電子機器で使用されていますが、近年ではEVへの採用も急速に拡大しています。
ポーチ型セル
ポーチ型セルは、限られたスペースを有効活用でき、90～95％を超える高いパッケージング効率を実現できることから、携帯電子機器向けバッテリーに最適です。
また、金属ケースが不要なため軽量化にも貢献します。この特長は、電気自動車だけでなく、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイス、ノートPCなどの携帯電子機器においても重要なメリットとなります。
さらに、ポーチ型セルは電池メーカーにとって設計自由度が高く、製造しやすい構造でもあります。一方で、高温多湿環境では電池寿命が短くなる可能性があるため、セルの構成材料は慎重に選定する必要があります。
ポーチ型セルにおける接着・シール工程
ポーチ型セルの製造では、最終製品の接着と封止の両方に接着剤が使用されています。
接着剤の主な役割は、セル全体の機械的強度を確保するとともに、水分の侵入や電解液などの化学物質の漏れを防ぎ、電池内部を外部環境から保護することです。
シール材には、さまざまな環境下でも封止性能を維持できることが求められます。対象となる条件には、以下のようなものがあります。
- −40～80℃の温度サイクルおよび熱衝撃
- 高湿度環境
- オイルや冷却液などの自動車用薬品
- 振動、衝撃、せん断、圧縮など車両使用時の機械的負荷
ポーチ型セル向け接着技術
ポーチ型セルの接着・封止には、さまざまな接着技術が利用されています。
初期には、再作業性に優れ、耐衝撃性も高いことから、PSA（感圧接着）テープが多く採用されていました。
しかし、テープ接着にはいくつかの課題もあります。
必要とされる薄い接着層を形成しにくいことに加え、自動化が難しく、生産性（UPH）の面でも不利です。
また、ライナー（剥離紙）の廃棄が必要となるため、環境負荷が大きいことも問題となります。さらに、材料コストや工程コストも液状接着剤より高くなる傾向があります。
PURホットメルト接着剤への移行
こうした課題から、業界では液状ペーストタイプの接着剤への移行が進みました。
その中でも最初に広く採用されたのが、ポリウレタンホットメルト（PUR）接着剤です。
PURはテープ接着剤よりも高い接着強度と優れたポーチセルの信頼性を実現します。
KRYLEX 8827-15Bは業界で広く採用されているPUR接着剤であり、接着直後に高い初期接着強度（グリーン強度）を発揮するほか、低臭気でディスペンス性にも優れているため、大量生産（HVM）に適しています。
PURを使用したポーチセル接着では、接着剤を塗布した後、ポーチを折り返して圧着することで接着を行います（図1）。
UV硬化型接着剤への移行
近年では、さらにUV硬化型接着剤を用いたポーチセル封止への移行が進んでいます。
ポーチセルの設計が進化する中で、UV硬化型接着剤は封止性能の面で大きなメリットを提供しています。
PUR接着ではポーチを折り返して接着するのに対し、UV接着剤ではポーチの端部をシールする方式を採用します（図2）。
Krylex UV硬化型ポーチセル用シーラント
KrylexのUV硬化型シーラントは、現行および次世代ポーチセルの性能・設計要件に対応するために開発された製品です。
KU5100シリーズは、一液型（プレミックス）のUV硬化型接着剤であり、適切な強度のUV光を照射することで短時間で硬化します。
また、自動ディスペンサーでの塗布に適したレオロジー特性に最適化されているため、生産ラインへの導入も容易です。
広帯域UV光源を使用した場合、約2秒で硬化するため、生産性（UPH）の向上に大きく貢献します。
さらに、UV硬化時の収縮率が非常に小さいため、ポーチセルや基材への応力を最小限に抑えることができます。
硬化後の特長
硬化後は、表面のベタつきを極めて低く抑えるよう設計されています。
ポーチセルの封止では、接着剤表面に異物が付着しにくいことが非常に重要です。
表面に粘着性が残っていると、異物が蓄積し、最終的には電池内部で短絡（ショート）が発生し、電池全体の故障につながる可能性があります。
また、本製品はナイロンやPET基材に対して優れた接着性を示します。
鉛筆硬度5H以上の高い耐傷性・耐摩耗性・耐引裂性を備えながら、高い柔軟性も維持しているため、曲げ試験や屈曲試験にも十分対応できます。
さらに、温度サイクル試験、高温高湿試験、耐薬品性試験においても、業界要求を満たす、あるいは上回る性能を発揮します。
まとめ
Krylexのポーチセル用高性能接着剤は、従来のテープ接着剤から液状ペースト接着剤への移行を牽引してきました。
PUR接着剤とUV硬化型接着剤は、自動ディスペンスによる高効率な生産を可能にするとともに、製造性と信頼性を向上させ、コスト削減や廃棄物削減にも貢献しています。
特にKU5100シリーズは、次世代ポーチセル向けシーラントとして、高い生産性と最新のポーチセル設計への対応を両立した製品です。
約2秒という超高速UV硬化、低収縮、高い信頼性を兼ね備えたKU5100シリーズは、現行および次世代ポーチセルの封止用途において、業界トップクラスの性能を提供します。