JP2003223880A - 電池タブにリードを接続する方法 - Google Patents

電池タブにリードを接続する方法

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Ronald V O'connell
ヴィ． オコンネル ロナルド
Mark L Daroux
エル． ダルー マーク
Shawn E Thomas
イー． トーマス ショーン
Xuekun Xing
シン シェークン
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NTK Powerdex Inc
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NGK Spark Plug Co Ltd
NTK Powerdex Inc
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅、アルミニウムまたはニッケルリードをポ
リマー電解質電池の集電体に接続する改良方法を提供す
る。 【解決手段】 ほぼ平坦な電池リードをポリマー電池の
少なくとも１つの平坦な集電体に接続する方法であっ
て、ほぼ平坦なリード４８を少なくとも１つのほぼ平坦
な集電体タブ２８、３８の廻りに曲げて積層領域５２を
形成し、少なくとも１つの平坦な集電体タブ２８、３８
がリード４８の平坦部の間に配置され、リード４８は少
なくとも１つの集電体タブ２８、３８の端部まわりに巻
き付けられ、少なくとも１つの集電体タブ２８、３８の
両側に配置され、積層領域５２を超音波溶接機の２つの
溶接治具の間に挟み込み、溶接治具を振動させて電池リ
ード４８と少なくとも１つの集電体タブ２８、３８を超
音波溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池を電子部品に
接続する方法、特に電池リードをポリマー電解質セルま
たは電池の集電体に接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超小型電子技術は、携帯用で内蔵
タイプの製品を製造するために電子装置に直接組み込ま
れた電解質電池に対する需要を増加させてきた。これら
の製品のうちのあるものは、電解質電池が製品内の電子
回路に直接取り付けられてもよいように設計されてい
る。
【０００３】そのような電池リードは、一般的に銅の平
坦なストリップであり、抵抗溶接やはんだ付けといった
従来技術によってセルの集電体に取り付けられている。
電池のリードは、しばしば電池の集電体から延出する短
い集電体タブに接続される。そのような集電体タブは、
例えば銅またはアルミニウムメッシュあるいはスクリー
ンで形成されている。
【０００４】この出願の発明に関連する先行技術文献情
報としては次のものがある。
【０００５】
【特許文献】米国特許第６０５６１８５号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、メッシュ集
電体タブと平坦な金属ストリップを溶接やはんだで接続
するのは、溶接やはんだがセルを形成する積層構成要素
に非常に近い所で行われるために特に困難であった。
【０００７】ダルー他による米国特許第６０５６１８５
号「電池を電気回路に接続する方法」は、超音波溶接に
よって金属リードをポリマー電池の集電体タブに取り付
ける方法を開示している。この方法は、ポリマー電解質
電池から延出した集電体タブを可撓性を有する金属リー
ドの１つの側面上に置き、金属リードを挟み込んで超音
波溶接で集電体タブに溶接する方法を含んでいる。
【０００８】しかしながら、この１つの側面同士の溶接
は、金属リードが集電体タブから剥がれあるいは分離す
ることを防ぐには不十分な場合があった。従って、本発
明の課題は、銅、アルミニウムまたはニッケルリードを
ポリマー電解質電池の集電体に接続する改良された方法
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を達成するために、本発明では、ほぼ平坦な電池リード
をポリマー電池の少なくとも１つの平坦な集電体に接続
する方法であって、ほぼ平坦なリードを少なくとも１つ
のほぼ平坦な集電体タブの廻りに曲げて積層領域を形成
し、前記少なくとも１つの平坦な集電体タブが前記リー
ドの平坦な部分の間に配置され、前記リードが前記少な
くとも１つの集電体タブの端部廻りに巻き付けられ、前
記少なくとも１つの集電体タブの両側に配置され、前記
積層領域を超音波溶接機の２つの溶接治具の間に挟み込
み、前記溶接治具を振動させて前記リードと前記少なく
とも１つの集電体タブを超音波溶接し、複数層からなる
溶接領域を形成したことを特徴とする電池タブにリード
を接続する方法が提供される。
【００１０】前記少なくとも１つの集電体タブの前記端
部を取り除くことにより前記溶接領域の形を整えるとよ
い。前記溶接領域が前記集電体タブから突き出た丸い端
部を有するとよい。前記集電体タブが金属メッシュであ
り、前記リードが銅ストリップ、アルミニウムストリッ
プ又はニッケルストリップである前記集電体タブが金属
メッシュであるとよい。
【００１１】前記リードが前記少なくとも１つの集電体
タブと整列するように曲げられているとよい。更に、前
記集電体を可撓性を有するパッケージ内に詰めるステッ
プを備え、前記溶接領域が前記パッケージ内に配置さ
れ、前記リードが前記パッケージから延出しているとよ
い。
【００１２】本発明の目的は、ほぼ平坦な金属リードを
電気化学セルまたは電池、特にリチウムイオン電池、具
体的にはリチウムイオンポリマー電池の集電体に取り付
ける方法を提供することである。本発明の他の目的は、
上述のように銅、アルミニウムまたはニッケルリードを
集電体に固定する方法を提供することである。
【００１３】本発明の他の目的は、上述のように特別な
被覆またはめっき処理を必要としない方法を提供するこ
とである。本発明のさらに別の目的は、上述のように平
坦な金属リードを集電体に接続するために超音波溶接を
用いた方法を提供することである。
【００１４】本発明のさらに別の目的は、上述のように
平坦な金属リードと集電体タブの間に良好な接続をもた
らす方法を提供することである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、リチウムイオン電池ま
たはリチウムイオンポリマー電池のような電解質電池の
集電体にリードを接続する方法に関する。そのような電
池は、一般に、銅またはアルミニウムからなる集電体を
含んでいる。集電体は、通常、金属メッシュシート、金
属格子または多孔金属から構成され、電池から延出する
平坦なタブを備える。
【００１６】以下に、本発明の実施形態を、添付図面に
基づいて説明する。図１は、電解質電池のセル１０を示
す。セル１０は、図２からよく分かるように正極部分２
２と負極部分３２とから構成されている。正極部分２２
は、２つの正極フィルム層２４からなる。金属スクリー
ンあるいは金属メッシュから形成された正極集電体２６
が正極フィルム層２４の間に設けられている。正極集電
体２６は、外側へ延出する集電体タブまたはストリップ
２８を含む。正極集電体２６の厚さは、約１０μｍ〜約
５０μｍである。（図中ではセル１０を形成する各構成
要素の厚さは説明のために誇張されている）。
【００１７】負極部分３２は、間に負極集電体３６が配
設された２つの負極フィルム層３４から構成されてい
る。負極集電体３６は外側へ延出し、セル１０の負極リ
ードを規定する集電体タブまたはストリップ３８を含
む。負極集電体３６の厚さは、約１０μｍ〜約５０μｍ
である。
【００１８】負極部分３２と正極部分２２との間には、
セパレータフィルム４２が配置されている。各集電体タ
ブ２８、３８は、ほぼ平坦で、従来から知られているよ
うに負極集電体３６および正極集電体２６を形成するの
と同じ金属メッシュ、金属スクリーンまたは多孔金属で
形成されている。リード４８は、各集電体タブ２８、３
８に取り付けられている。リード４８は、各集電体タブ
２８、３８に接続するほぼ平坦な金属コネクタのどのよ
うなタイプのものでもよい。図示された実施形態では、
リード４８は平坦な金属ストリップとして示されてい
る。リード４８は、銅、アルミニウム、ニッケルから形
成されてもよく、あるいはメタライズされたポリマー、
通常、銅被覆ポリイミドから形成されるとよい。リード
４８は、各集電体タブ２８、３８に抵抗溶接又ははんだ
付けによって取り付けられるとよい。ダルーによる米国
特許第６０５６１８５号「電池の電気回路への接続方
法」は、金属リードを金属コネクタに溶接する超音波溶
接技術を開示している。米国特許第６０５６１８５号の
開示内容は本願中で明白に援用されている。
【００１９】図１は、リード４８を各集電体タブ２８、
３８に接続する従来の方法を示しており、そこではリー
ド４８が集電体タブ２８または３８の一方の面に重なっ
ている。ここでは、リード４８は溶接領域５２を形成す
るために上記の米国特許に開示された方法によって超音
波溶接により各集電体タブ２８、３８に溶接されてもよ
い。このタイプの取付では、各集電体タブ２８、３８の
一つの面が各リード４８の一つの面に当接している。リ
ード４８を各集電体タブ２８、３８に取り付けた状態
で、図１に示すように、セル１０は、セル１０を包み込
み保護するパッケージ（図示せず）に挿入される。パッ
ケージは、一般的に積層材から構成され、溶接領域５２
は例えばパッケージ内に配置されている。
【００２０】図３と図４に本発明による各集電体タブ２
８、３８に取り付けられたリード４８を備えたセル１０
を示す。図示された実施形態では、リード４８は各集電
体タブ２８、３８がリード４８により実質上サンドイッ
チ状に挟まれるように各集電体タブ２８、３８の上に折
り曲げられる。このとき、リード４８と各集電体タブ２
８、３８は、各集電体タブ２８、３８がリード４８のリ
ード部４８ａ、４８ｂの間に配置された層状の構造を形
成する。この構成では、リード４８が集電体タブ２８、
３８の両面を覆って密着し、それにより各集電体タブ２
８、３８とリード４８との間に最大接触表面域が得られ
る。図示された実施形態では、各集電体タブ２８、３８
の露出部分の全表面が電力収集構造即ちリード４８とな
る。各集電体タブ２８、３８とリード４８との間のこの
最大表面域接触は、それらの間における電流搬送効率を
向上させる。前述の処理は、リード４８と各集電体タブ
２８、３８との間のより良好な接触をもたらす。上述の
ように、各集電体タブ２８、３８は一般にメッシュ、ス
クリーンあるいは多孔金属から形成されている。リード
４８を各集電体タブ２８、３８の両側面に取り付けるこ
とにより、かなり堅固な３層の構造即ち溶接領域５２が
形成される。金属の単一層または２重層に比べるとこの
３層構造はかなり堅固である。
【００２１】図４から図７に示すように、前述のように
形成された溶接領域５２が、セル１０の端部において以
後「ナゲット」と呼ばれる堅い電極またはコネクタ６２
を形成するためにさらに機械加工される。溶接領域５２
は、丸いナゲット６２を形成するために例えば打ち抜き
によって機械加工されてもよいことが分かっている。ナ
ゲット６２は、図５ないし図７からよく分かるように、
なおリード４８に接続されている。そのような構成は、
電池にセル１０への堅い接続と同時にパッケージされる
より小さい溶接領域５２を提供する。
【００２２】図６と図７に、セル１０を包み込む位置で
セル１０から突き出たリード４８がナゲット６２の上に
曲げられたセル１０を示す。図７からよく分かるよう
に、リード４８はナゲット６２の上に曲げられている。
また、図４に示すように、ナゲット６２の長さは最初の
溶接領域５２の長さより小さい。溶接領域５２の全長を
減少することにより、セル１０廻りのより小さく緻密な
パッケージ（図示せず）を提供することができる。
【００２３】図８は、セル１０の断面図であり、正極集
電体タブ２８に取り付けられたリード４８が集電体タブ
２８の底部に配置されるように取り付けられている。こ
の配列では、２つのリード４８は電池セル１０から延出
するとき同一面に近接して配置される。リード４８のこ
の同一平面上の配列は、パッケージ積層の端部が近接し
て並んでいるためにリード４８廻りのパッケージ積層の
シールを容易にする。
【００２４】本発明を次の実施例にて説明する。 第１実施例 表１は、銅の負極集電体タブ３８を銅リード４８に接続
するための操作パラメータを示す。リード４８と集電体
タブ３８の端部は溶接性を向上させるために化学的に洗
浄される。このとき、当業者には分かるように、もしも
溶接されるべき面の片方か両方が化学的および／あるい
は機械的に洗浄、脱脂または機械的に粗面化され、ある
いはそれらがどのように組み合わされていても、溶接が
容易となり、溶接条件の厳しさが緩和される。リード４
８は、図３、図４に示すように集電体タブ３８廻りに曲
げられ、巻き付けられている。リード４８を集電体タブ
２８または３８に接続するためにＡＭＴＥＣＨ超音波溶
接機が用いられる。単一の集電体タブ３８を銅リード４
８に接続するための超音波溶接機の溶接条件は表１の通
りである。
【００２５】
【表１】
【００２６】第２実施例 次の表は同じＡＭＴＥＣＨ超音波溶接機を用いて単一の
アルミニウム集電体タブ２８をアルミニウムリード４８
に取り付ける場合に用いられる操作パラメータを示す。
第２実施例のように、各リードの端部は溶接性を向上さ
せるために洗浄されていることが好ましい。リード４８
は、図３、図４に示すように集電体タブ２８廻りに曲げ
られ、巻き付けられている。単一のアルミニウム集電体
タブ２８をアルミニウムリード４８に接続するための設
定条件は表２の通りである。
【００２７】
【表２】
【００２８】第３実施例 次の表は同じＡＭＴＥＣＨ超音波溶接機を用いて単一の
銅集電体タブ３８をニッケルリード４８に取り付ける場
合に用いられる操作パラメータを示す。第１および第２
実施例のように各リードの端部は溶接性を向上させるた
めに洗浄されていることが好ましい。リード４８は、図
３、図４に示すように集電体タブ３８廻りに曲げられ、
巻き付けられている。単一の銅集電体タブ３８をニッケ
ルリード４８に接続するための設定条件は表３の通りで
ある。
【００２９】
【表３】
【００３０】前述の手段は、各金属リードを特定された
集電体に首尾良く溶接する。前述の実施例では、銅およ
びニッケルリード４８がそれぞれ単一の銅集電体タブに
溶接され、アルミニウムリード４８が単一のアルミニウ
ム集電体タブに溶接される。周知のように、ある電池構
成では複数の集電体タブを単一の電池リード４８に接続
する必要が生じるかもしれない。多数の集電体タブはこ
れまでに述べた方法によって単一の電池リードに接続さ
れてもよい。
【００３１】前述の記載は、本発明の好ましい実施例で
ある。本実施例は、説明のために記載されているにすぎ
ず、本発明の思想および範囲から逸脱しない範囲で、数
多くの変形および修正が当業者によりなされることが可
能である。このような修正および応用は、本発明の請求
の範囲に収まる限り本発明に含まれ、本発明に同等なも
のとして扱われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 集電体の片面にリードが従来の取付方法で接
続された集電体を有する電解質電池セルの斜視図であ
る。
【図２】 本発明の好ましい実施例を示すコネクタスト
リップに接続された電池リードを有する電解質電池セル
の斜視図である。
【図３】 図２に示すセルの側面図である。
【図４】 本発明の別の実施例を示す切り取って形を整
えられたリードを有する電解質電池セルの平面図であ
る。
【図５】 図４に示す電解質電池セルの斜視図である。
【図６】 電池リードが曲げられてセルから外側へ延出
する図５に示す電解質電池セルの斜視図である。
【図７】 図６の線７−７に沿った断面図である。
【図８】 本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
10・・・セル、２２・・・正極部分、２４・・・正極フィルム
層、２６・・・正極集電体、２８・・・集電体タブ、３２・・・
負極部分、３４・・・負極フィルム層、３６・・・負極集電
体、３８・・・集電体タブ、４２・・・セパレータフィルム、
４８・・・リード、４８ａ・・・リード部、４８ｂ・・・リード
部、５２・・・溶接領域、６２・・・ナゲット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ヴィ． オコンネル アメリカ合衆国 オハイオ州 44041 ハ ーパースフィールド ジニーヴァ−ウィン ザー ロード 774 (72)発明者 マーク エル． ダルー アメリカ合衆国 オハイオ州 44106 ク リーブランド ハイツ ダービシャー ロ ード 2420 (72)発明者 ショーン イー． トーマス アメリカ合衆国 オハイオ州 44095 イ ーストレイク カーティス ブルバード 32939 アパートメント エイ (72)発明者 シェークン シン アメリカ合衆国 オハイオ州 44143 リ ッチモンド ハイツ サッカレイ トレイ ル 515 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 AA07 AA09 BF00 DA13 DA17 EA04 EB09 EC03 5H022 BB02 BB05 BB12 BB17 CC02 CC19 EE01 EE03 EE04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ほぼ平坦な電池リードをポリマー電池の
    少なくとも１つの平坦な集電体に接続する方法であっ
    て、 ほぼ平坦なリードを少なくとも１つのほぼ平坦な集電体
    タブの廻りに曲げて積層領域を形成し、前記少なくとも
    １つの平坦な集電体タブが前記リードの平坦な部分の間
    に配置され、前記リードが前記少なくとも１つの集電体
    タブの端部廻りに巻き付けられ、前記少なくとも１つの
    集電体タブの両側に配置され、 前記積層領域を超音波溶接機の２つの溶接治具の間に挟
    み込み、 前記溶接治具を振動させて前記リードと前記少なくとも
    １つの集電体タブを超音波溶接し、複数層からなる溶接
    領域を形成したことを特徴とする電池タブにリードを接
    続する方法。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つの集電体タブの前記
    端部を取り除くことにより前記溶接領域の形を整えたこ
    とを特徴とする、請求項１記載の電池タブにリードを接
    続する方法。
  3. 【請求項３】 前記溶接領域が前記集電体タブから突き
    出た丸い端部を有することを特徴とする、請求項２記載
    の電池タブにリードを接続する方法。
  4. 【請求項４】 前記集電体タブが金属メッシュであり、
    前記リードが銅ストリップであることを特徴とする、請
    求項１ないし３のいずれかに記載の電池タブにリードを
    接続する方法。
  5. 【請求項５】 前記リードが銅、アルミニウムまたはニ
    ッケルであり、前記集電体タブがアルミニウムまたは銅
    であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか
    に記載の電池タブにリードを接続する方法。
  6. 【請求項６】 前記リードが前記少なくとも１つの集電
    体タブと整列するように曲げられていることを特徴とす
    る、請求項１ないし５のいずれかに記載の電池タブにリ
    ードを接続する方法。
  7. 【請求項７】 更に、前記集電体を可撓性を有するパッ
    ケージ内に詰めるステップを備え、前記溶接領域が前記
    パッケージ内に配置され、前記リードが前記パッケージ
    から延出していることを特徴とする、請求項６記載の電
    池タブにリードを接続する方法。
JP2002366891A 2001-12-18 2002-12-18 電池タブにリードを接続する方法 Pending JP2003223880A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/023,511 2001-12-18
US10/023,511 US6641027B2 (en) 2001-12-18 2001-12-18 Method of connecting electric leads to battery tabs

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Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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