JP6149528B2

JP6149528B2 - リード部材

Info

Publication number: JP6149528B2
Application number: JP2013126447A
Authority: JP
Inventors: 昭伸千葉; 博志上谷
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN104241581B; JP2015002099A; CN104241581A

Description

本発明は、非水電解液蓄電デバイスに使用されるリード部材に関する。

電子機器の小型化と共に電源としての電池の小型化、軽量化が求められている。また、高エネルギー密度化、高エネルギー効率化に対する要求もあり、このような要求を満たすものとして、リチウムイオン電池などの非水電解質電池への期待が高まっている。

図３は、従来の非水電解質電池の構成例を示す斜視図である。図３（Ａ）は積層電極群を外装ケースから取り外した状態を示した図で、図３（Ｂ）は積層電極群を外装ケースに装着した状態を示した図である。非水電解質電池１０１は、積層電極群１０２、正極リード１０３、負極リード１０４、樹脂フィルム（樹脂シート）１０５，１０６、並びに外包体としての外装ケース１０７を備える。

上記の負極リード１０４として、例えば、銅板にニッケル被覆層が形成された導体を有し、導体の両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わし、さらに、ニッケル被覆層の表面粗さＲａを０.０３〜０.５μｍとしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、導体と絶縁樹脂フィルムとの密着性を向上させることができる。

特開２０１０−１７０９７９号公報

上記の非水電解質電池は、例えば、電気自動車の車載用電源として用いられる場合、大きな電流が必要となるため、通常、単電池同士を電気的に接続して構成される。すなわち、複数の単電池の正極リード同士及び負極リード同士がそれぞれ超音波溶接などの方法により接続される。

車載用途では、振動や熱などが断続的に加わる過酷な環境で使用されるため、より高い信頼性が要求される。特に、電気的な接点となる銅板同士の溶接強度を表す超音波溶接性（単に溶接性ともいう）は重要となる。この溶接性（溶接強度）を改善する一つの方法として、表面粗さを小さくする（つまり、表面の平滑性を高める）ことが有効であると考えられる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、銅板の表面粗さは０．１μｍで比較的大きく、銅板に施されたニッケル被覆層の表面粗さＲａも０.０３〜０.５μｍで比較的大きい。銅板の表面粗さＲａが比較的大きい場合には、平滑性を得るために、ニッケル被覆層をある程度厚くする必要がある。また、銅板の表面が硬いほど溶接強度が向上するため望ましいが、特許文献１には、このような鋼板の表面硬度について何ら開示されていない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ニッケル被覆層を厚くすることなく、溶接性（溶接強度）等に優れたリード部材を提供することを目的とする。

本発明によるリード部材は、銅板にニッケル被覆層が形成された導体を有し、導体の両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなるリード部材であって、銅板の表面粗さＲａが、圧延の長さ方向に０.０３μｍ以下で且つ圧延の幅方向に０.０５μｍ以下であり、銅板の表面のビッカース硬度が、６０ＨＶ以上であり、ニッケル被覆層の厚さが、３.０μｍ以下である。

また、銅板の表面粗さＲａが、圧延の長さ方向及び圧延の幅方向共に、０.０２μｍ以上であることが好ましい。
また、銅板の表面のビッカース硬度が、該銅板の内部のビッカース硬度よりも５ＨＶ以上大きいことが好ましい。
また、銅板の表面のビッカース硬度が、１００ＨＶ以下であることが好ましい。
また、導体の厚さが、０.１ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明によれば、銅板の表面粗さＲａを、圧延の長さ方向に０.０３μｍ以下で且つ圧延の幅方向に０.０５μｍ以下とし、銅板表面のビッカース硬度を、６０ＨＶ以上とし、ニッケル被覆層の厚さを、３.０μｍ以下とすることにより、ニッケル被覆層を厚くすることなく、溶接性（溶接強度）等を向上させることができる。

本発明によるリード部材の一例を示す図である。本発明によるリード部材の溶接性及び耐電解液性の評価試験の結果を示す図である。従来の非水電解質電池の構成例を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のリード部材に係る好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明によるリード部材の一例を示す図である。図中、１はリード部材、２は導体、３は絶縁樹脂フィルム、４は外装ケース、５は多層フィルムを示す。このリード部材１は、非水電解質電池に用いられる負極側のタブリードとして例示され、銅板（銅箔）にニッケル被覆層（ニッケルメッキ）が形成された平形の導体２を有し、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、導体２の両面に絶縁樹脂フィルム３を貼り合わせてなる。

非水電解質電池の導体は、正極板及び負極板にそれぞれ接続され外部への接続導体となる。図１の導体２は、上記したように、負極側に接続されるもので、電解質（例えば、リチウム化合物）の過充電等で析出したリチウムに腐食されず、リチウムとの合金を形成されにくく、且つ高電位で溶解されにくい電極板と同じニッケルメッキ銅で形成される。なお、正極側に接続される導体は、電解液との接触により溶解が生じないように、電極板と同じアルミあるいはその合金で形成される。

絶縁樹脂フィルム３は、リード部材１が外装ケース４にヒートシールされて封着される部分に設けられ、１層または２層の樹脂層を有する樹脂フィルムを導体２の両面を挟むように接着または融着により貼り付けて形成される。この絶縁樹脂フィルム３としては、例えば、マレイン酸変性ポリオレフィンの樹脂フィルムが用いられる。また、絶縁樹脂フィルム３が２層で形成される場合、図１（Ｂ）に示すように、導体２と接する内側の接着層３ａに低融点の材質、外側の絶縁層３ｂに外装ケース４とのヒートシールの際に溶融しない高融点の材質が用いられる。

外装ケース４は、図１（Ｃ）に示すように、最内層のフィルム５ａと最外層のフィルム５ｂとの間に金属箔層５ｃをサンドイッチ状に貼り合わせた密封性の高い多層フィルム５を袋状にして形成されている。多層フィルム５は、アルミ、銅、ステンレス等の金属からなる金属箔層５ｃを含む３〜５層の積層体で形成される。最内層のフィルム５ａは、電解液で溶解されず封着部分から電解液が漏出しないように、例えば、絶縁樹脂フィルム３と同様のマレイン酸変性ポリオレフィンの樹脂フィルムが用いられる。また、最外層のフィルム５ｂは、金属箔層５ｃを外傷等から保護するためのもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で形成されている。

本発明の主たる目的は、ニッケル被覆層を厚くすることなく、溶接性（溶接強度）等に優れたリード部材を提供することにある、このための構成として、本発明のリード部材１は、導体２の銅板（ニッケル被覆前の銅板）の表面粗さＲａが、圧延の長さ方向（以下、ＭＤ方向という）に０.０３μｍ以下で且つ圧延の幅方向（以下、ＴＤ方向という）に０.０５μｍ以下であり、銅板（ニッケル被覆前の銅板）の表面のビッカース硬度が、６０ＨＶ以上であり、ニッケル被覆層の厚さが、３.０μｍ以下とした。この銅板は、バフ研磨またはスキンパス等の方法による表面処理を含む圧延加工により生成される。

なお、本発明でいうＭＤ(Machine Direction)方向とは、圧延ロールの回転（長さ）方向（銅板の長手方向）であり、ＴＤ(Transverse Direction)方向とは、圧延ロールの幅方向（銅板の幅方向）である。また、表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１で定義される算術平均粗さである。

上記構成によれば、ニッケル被覆前の銅板の表面粗さＲａを小さくすることで、ニッケル被覆層を厚くしなくても導体表面の平滑性が良好となるため、導体同士の溶接強度を向上させることができる。また、銅板表面のビッカース硬度を大きくすることで、さらに、導体同士の溶接強度の向上を図ることができる。また、導体表面を平滑にすることで、絶縁樹脂フィルムが密着し易くなるため、毛細管現象により電解液が吸い上がりにくく、耐電解液性の向上を図ることができる。

また、銅板の表面粗さＲａは、ＭＤ方向及びＴＤ方向共に、０.０２μｍ以上であることが好ましい。表面粗さＲａを小さくするには圧延ローラ目を細かくすればよい。しかしながら、表面粗さＲａを０.０２μｍより小さくする場合、圧延処理に加え、さらに、エッチング等の他の処理を追加する必要があるため現実的には難しい。従って、表面粗さＲａを０.０２μｍ以上とすることで、圧延ローラ目の調整だけですみ、他の追加処理が不要となる。

また、銅板の表面のビッカース硬度が、銅板の内部のビッカース硬度よりも５ＨＶ以上大きいことが好ましい。具体的には、銅板として、焼きなまし処理を施したＯ材（ビッカース硬度４５〜５５ＨＶ）を用いており、表面だけが６０ＨＶ以上のビッカース硬度となるように、加工している。ここで、銅板の表面硬度は、圧延による加工率を変化させることで制御することができる。低い加工率では表層部のみが硬化するため、表面だけが６０ＨＶ以上となるように加工率を設定すればよい。

また、銅板の表面硬度を１００ＨＶより大きくすることも可能であるが、圧延の加工率を上げて表面硬度を上げ過ぎると、内部硬度も上がり、銅板としてＯ材の仕様を満足することができなくなる。このため、銅板の表面のビッカース硬度は、１００ＨＶ以下であることが好ましい。

また、図１において、導体２の厚さ、つまり、銅板の厚さとニッケル被覆層の厚さとを合計した厚さが、０.１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは、０.１５ｍｍ以上である。これは、車載用途の場合、前述したように、高い信頼性が要求されるため、導体をある程度厚くする必要があるためである。

図２は、本発明によるリード部材の溶接性及び耐電解液性の評価試験の結果を示す図である。以下では、リード部材の導体（ニッケルメッキ銅板）について、実施例１〜３、比較例１の各試料を作製し、溶接性（溶接強度）及び耐電解液性を評価した。実施例１の導体は、銅板の表面粗さＲａがＭＤ方向に０．０２μｍ、ＴＤ方向に０.０３μｍ、銅板の表面硬度が６０ＨＶ、銅板自体の硬度（銅板内部の硬度）が５５ＨＶである。実施例２の導体は、銅板の表面粗さＲａがＭＤ方向に０．０３μｍ、ＴＤ方向に０.０５μｍ、銅板の表面硬度が６５ＨＶ、銅板自体の硬度（銅板内部の硬度）が５５ＨＶである。実施例３の導体は、銅板の表面粗さＲａがＭＤ方向に０．０２μｍ、ＴＤ方向に０.０３μｍ、銅板の表面硬度が１００ＨＶである。また、比較例１の導体は、銅板の表面粗さＲａがＭＤ及びＴＤ共に０.０７μｍ、銅板の表面硬度が５０ＨＶ、銅板自体の硬度（銅板内部の硬度）も５０ＨＶである。

（溶接性試験）
厚さ０.１５ｍｍの導体（ニッケルメッキ銅板）と、厚さ０.１５ｍｍのニッケル板（ニッケル箔）とを超音波溶接した各試料に対して、１８０°剥離試験を行った。剥離されたときの力（剥離力）を測定し、剥離力が８０Ｎ以上であれば合格を示す「○」、８０Ｎ未満であれば不合格を示す「×」とした。本試験では、実施例１のニッケルメッキの厚みは１.０μｍ、実施例２のニッケルメッキの厚みは２.０μｍ、実施例３のニッケルメッキの厚みは１.０μｍ、比較例１のニッケルメッキの厚みは２.０μｍとした。

なお、試験には、ブランソン社製の超音波溶着機（モデル名：２０００Ｘｄｔ２０：２.５／２０ＭＡ−Ｘａｅｄｓｔａｎｄ、公称周波数：２０ｋＨｚ、最大出力：２５００Ｗ）を使用した。また、試験条件は、溶接時間：０.１秒、振幅：７５％、溶接圧力：０.２ＭＰａとした。

（耐電解液性試験）
厚さ０.１５ｍｍの導体（ニッケルメッキ銅板）と、厚さ０.１０ｍｍの絶縁樹脂フィルムとを接着した各試料を、電解液（水添加、電解液濃度：１０００ｐｐｍ）に浸漬し、大気下で６５℃の恒温槽に４週間保管した後に、１８０°剥離試験を行った。剥離されたときの力（剥離力）を測定し、４週間後の剥離力が初期の７０％以上であれば合格を示す「○」、７０％未満であれば不合格を示す「×」とした。本試験では、実施例１〜３及び比較例１のニッケルメッキの厚みは全て２.３μｍとした。

なお、絶縁樹脂フィルムとしては、厚さ０.５ｍｍのポリエチレンからなる接着層と、厚さ０.５ｍｍの無水マレイン酸変性ポリプロピレンからなる絶縁層とが架橋接着されたものを使用した。また、電解液としては、エチレンカーボネート：ジエチルカーボネート：ジメチルカーボネート＝１：１：１の溶液に、六フッ化リン酸リチウム塩を１ｍｏｌ添加したものを使用した。

（評価結果）
本発明による導体は、銅板の表面粗さＲａが、圧延の長さ方向（ＭＤ方向）に０.０３μｍ以下で且つ圧延の幅方向（ＴＤ方向）に０.０５μｍ以下であり、銅板の表面のビッカース硬度が、６０ＨＶ以上であり、ニッケルメッキの厚さが、３.０μｍ以下とした。実施例１〜３の導体は、これらの条件を全て満たしており、溶接性及び耐電解液性共に良好である。一方、比較例１の導体は、ニッケルメッキの厚みは３.０μｍ以下であるが、銅板の表面粗さＲａはＭＤ方向に０.０３μｍより大きく且つＴＤ方向に０.０５μｍより大きく、銅板の表面のビッカース硬度は６０ＨＶより小さい。このため、溶接性及び耐電解液性共に不良となっている。

１…リード部材、２…導体、３…絶縁樹脂フィルム、３ａ…接着層、３ｂ…絶縁層、４…外装ケース、５…多層フィルム、５ａ…最内層フィルム、５ｂ…最外層フィルム、５ｃ…金属箔層。

Claims

銅板にニッケル被覆層が形成された導体を有し、該導体の両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなるリード部材であって、
前記銅板の表面粗さＲａが、圧延の長さ方向に０.０３μｍ以下で且つ圧延の幅方向に０.０５μｍ以下であり、
前記銅板の表面のビッカース硬度が、６０ＨＶ以上であり、
前記ニッケル被覆層の厚さが、３.０μｍ以下であるリード部材。
前記銅板の表面粗さＲａが、圧延の長さ方向及び圧延の幅方向共に、０.０２μｍ以上である請求項１に記載のリード部材。
前記銅板の表面のビッカース硬度が、該銅板の内部のビッカース硬度よりも５ＨＶ以上大きい請求項１または２に記載のリード部材。
前記銅板の表面のビッカース硬度が、１００ＨＶ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のリード部材。
前記導体の厚さが、０.１ｍｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載のリード部材。