JP2002008622A - リードおよびそれを用いた電池パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量で機械的強度の信頼性が高く、しかもスポ
ット溶接性が良好なリードを提供する。 【解決手段】リードを、複数の導電性材料が接合され、
その接合部が絶縁性フィルムで被覆された構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽量、低抵抗な導
電性のリードおよびこれを用いた携帯電話機などに使用
される電池パックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型の電子機器が増加し、電源
としての電池パックについて強い軽量化、小型化が望ま
れている。これらの電池バックには一次電池や二次電池
が使用される。二次電池としては、従来、鉛電池、ニッ
ケルーカドミウム電池、ニッケルー水素電池が主流であ
ったが、最近では、小型軽量なリチウムイオン電池が、
特に、携帯電話機の電源として多用されている。しか
し、利用者の利便性の向上を目的として、電池パックの
さらなる軽量化、小型化の希望が強い。

【０００３】例えば、携帯電話機用の電池パックの構成
は、一般的に、単電池、電気的な保護機能を有する電気
回路基板（以後、保護回路基板という）、単電池と保護
回路基板間または単電池と単電池間とを電気的に接続す
る金属製リード（以下、単に「リード」という）、入出
力端子およびこれらの部品群を収納する樹脂製筐体から
なる。

【０００４】電池パックの小型化、軽量化に関しては各
部品毎に検討されているが、リードについては軽量化に
ついての要望が強いにもかかわらず、電池パックの組立
工程上の制約などから、有効な手段の検討が進んでいな
かった。

【０００５】電池パックの組立は、単電池や保護回路な
どの部品をリード線にて接合して、いわゆるコアパック
の状態とした後、樹脂製の筐体に収納することでおこな
われる。この場合のリードと他の部品との接合は、単電
池や他の部品への熱的な影響が少なく、しかもハンダ付
け等に比較して著しく作業性が良好なスポット溶接（電
気抵抗溶接）にておこなわれるのが一般的である。

【０００６】リードの材質としては、スポット溶接の適
性が良好で、溶接不良がほとんど発生しないなニッケル
が一般的に用いられている。つまり、ニッケル製のリー
ドを用い、スポット溶接にて部品間を接合することで、
低コストで信頼性の高い電池パックを供給していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ニッケルは、
軽量化および導電性の面では、リードとしては最適な素
材とは言えない。導電性の点では、ニッケルよりも銅の
方が良好な特性を有している。銅はニッケルに比較して
導電性が約４倍高いことから、ニッケルの１／４の断面
積で同じ電流値を流すことができる。いっぽう、銅とニ
ッケルとは比重が同じであることから、リードを銅製と
することによって、ニッケル製に比較して、重量を１／
４に軽量化することができる。そして、この特性に基づ
き電池パックを軽量化することができる。

【０００８】しかしながら、銅製のリードは、スポット
溶接の適性が低くく、接合部分の強度が弱かったり安定
しないという、単電池や保護回路との接合に問題があっ
た。つまり、リードに銅を使用した場合には、スポット
溶接の信頼性が低くく、クレームに直結する問題点を有
していた。

【０００９】銅リードを接合する他の方法としては、電
気回路のプリント基板などで一般的に用いられているハ
ンダ付けがあるが、電池パックの組立にハンダ付けを用
いると、スポット溶接に比較して作業性が数分の１に低
下し、製造コストが著しく増大する不都合がある。ま
た、接合後には単電池などの部品が付いているため、洗
浄工程に入れることが困難であり、はんだボールが異極
間ショートなどの故障発生の要因になる不都合もあっ
た。このような理由から、銅を電池パックのリード材と
して用いることはほとんどなかった。

【００１０】以上のような理由から、電池パックのリー
ド材としては、重量が重くなるという短所があるもの
の、低コストで信頼性のある接合が得られるニッケルが
一般的に用いられている。したがって、電池パックのリ
ード部分の軽量化は未達成であった。

【００１１】ニッケル以外のスポット溶接の適性が良好
な材料としては、鉄やステンレスが知られているが、こ
れらはニッケルよりもさらに導電性が低いことからリー
ド材として使用されることはほとんど無かった。

【００１２】最近、このようなリードの問題点を解決す
るものとして、アルミニウムを主とする金属材とアルミ
ニウム以外の金属材とからなり、他の部品との接合部が
アルミニウム以外の金属材であることを特徴とする、軽
量な複合リードが提案されている（特願平１１−２３０
８９８）。これは、金属の中では比重が極めて軽く、し
かも導電性も比較的に高いアルミニウムを主とする金属
材をリードに用いることで電池パックの軽量化を可能に
したものであり、一方、他の部品との接合部にはスポッ
ト溶接性が良好な、ニッケル、鉄またはステンレス等の
アルミニウム以外の金属材を用いることで、低コストで
信頼性の高い電池パックを供給するものである。

【００１３】しかしながら、この提案のような複合リー
ドを用いた場合、異種材質の接合部の強度が弱いという
問題があっ特性に起た。例えば、ニッケル・鉄・ステン
レスとアルミニウムとの接合部の強度が弱く、この部分
に負荷が加わると接合部がはずれやすいという問題点が
あった。

【００１４】具体的には、電池パックに落下などの衝撃
が加わった場合、接合部が外れて電気的な導通が遮断さ
れたり、外れた接合部のリード材が対極に接触して短絡
するという不具合が生じることがあった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、軽量で機械的
強度の信頼性が高く、しかもスポット溶接性が良好なリ
ードを提供するものであり、複数の導電性材料が接合さ
れ、その接合部が絶縁性フィルムで被覆されたことを特
徴とするものである。

【００１６】また、本発明は上記リードにおいて、複数
の導電性材料の一つが、ニッケル、鉄、ステンレスから
なる群から選ばれる金属であることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明は上記リードにおいて、複
数の導電性素材の一つがアルミニウムまたは銅であるこ
とを特徴とする。

【００１８】また本発明は、電池パックにおいて、複数
の単電池間および単電池と他の部品とを上記リードで接
続したことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明になるリードは、複数の導
電性材料が接合され、その接合部が絶縁性フィルムで被
覆されたことを特徴とする。

【００２０】図１に本発明になるリードの構造、図２に
従来のリードの構造を示す。

【００２１】図２は従来のリードの構造を示したもの
で、図２−ａは平面図、図２−ｂはＢ−Ｂ'断面図であ
り、これらの図において、１はリードの主要部のアルミ
ニウム、銅等の金属、２はリードと他の部品とを接合す
る、ニッケル、鉄、ステンレス等の金属、３は超音波振
動での接合部分である。また、図１は本発明になるリー
ドの構造を示したもので、図１−ａは平面図、図１−ｂ
はＡ−Ａ'断面図であり、これらの図において、記号
１、２、３は図２と同じものを示し、４は金属の接合部
を被覆する絶縁性フィルムである。

【００２２】本発明においては、接合部を絶縁性フィル
ムで被覆することにより、つぎのような改善ができる。
すなわち、接合部分は、金属の接合構造と絶縁性フィル
ムからなる部分との二重構造であるため、機械的強度が
著しく向上し、また、絶縁性フィルムで被覆された部分
の金属は、湿度の高い雰囲気との接触が抑制されるた
め、腐食しにくい。これらはは、接合部の信頼性を高
め、接合部の経時的な信頼性を高めるものである。

【００２３】本発明によれば、絶縁性フィルムを使用す
ることによって重量が増加することになるが、使用する
絶縁性フィルムの厚みは約数１０〜１００ミクロンあ
り、これによる重量増加は僅かであるのに対して、得ら
れる強度の向上は著しいものである。

【００２４】そして、本発明のリードを用いることによ
って、スポット溶接性に優れ、軽量で接合部の信頼性の
高い、しかも電池パックの組立作業性が良好で、軽量且
つ経時での信頼性の高い電池パックを得ることができ
る。

【００２５】本発明は、主にアルミニウムを使用した複
合素材のリードの機械的強度を高めるために効果的であ
るが、アルミニウム以外の材質を使用したものについて
も適用可能である。特に銅は、アルミニウムに比較して
腐食しやすく、実使用における信頼性が低いという問題
をもっていたが、絶縁性フィルムで被覆された部分の金
属は、湿度の高い雰囲気との接触が抑制されるため腐食
しにくいため、銅を使用した場合の信頼性を高めるもの
である。

【００２６】本発明においては、リードを構成する複数
の導電性材料の一つが、ニッケル、鉄、ステンレスから
なる群から選ばれる金属であり、他の導電性素材の一つ
がアルミニウムまたは銅であることを特徴とする。な
お、リードの素材としては、主要部分は導電性の高いア
ルミニウムや銅が適しており、他の部品との接合部につ
いてはスポット溶接適性の優れたニッケル、鉄あるいは
ステンレスが適している。

【００２７】なお、リードの主要部分に使用するアルミ
ニウムには、純アルミニウムまたは各種アルミニウム合
金が含まれる。

【００２８】また、接合部を被覆する絶縁性フィルムの
材質としては、合成樹脂、ゴム、セラミックス、ガラス
等が使用できるが、これらの中では合成樹脂が好まし
く、その中でも、加工しやすく機械的強度の高いポリエ
ステルやポリイミド樹脂などが特に適している。

【００２９】本発明のリードは、他の部品との接合を作
業性の良いスポット溶接にて実施出来ることを目的とし
たものであるが、その他、アーク溶接、レーザー溶接、
超音波接合、はんだ付けや大容量の電池群で用いられる
ボルト・ナットによる締め付け方式などの接合などにお
いても同様の効果を得ることができる。

【００３０】したがって、本発明の効果は、携帯機器用
の電池パックに限定されるものではなく、据え置き用の
非常用電源や電気自動車用電源などのように多数の大容
量の単電池を電気的に接続する構造に置いても同様に得
ることができる。また、一次電池や二次電池などあらゆ
る電池に適用することができる。

【００３１】

【実施例】次に、本発明のリードの作用について、好適
な実施例を用いて詳細に説明する。

【００３２】［実施例１］板厚０．１５mm、長さ６０m
m、幅３mmのアルミニウム板の両端に板厚０．１５mm、
長さ１０mm、幅３mmのニッケル板を超音波振動にて接合
し、次いで、厚み５０μｍの２枚のポリエステルフィル
ムで接合部を被覆して、本発明のアルミニウム／ニッケ
ル／ポリエステルからなるリードＡを製作した。本発明
のリードＡの構造は図１と同じであり、図１において、
１はアルミニウム、２はニッケル、３は超音波接合部、
４は熱圧着にて溶着した二枚のポリエステルフィルムで
ある。なお、このリード形状は、引き剥がし強度を測定
するために、アルミニウム板とニッケル板との重なりの
部分を大きくしている。実使用の場合には、この重なり
の部分を超音波接合に必要な最小寸法にすればよい。

【００３３】［実施例２］実施例１におけるポリエステ
ルフィルムの代わりに、ポリイミドフィルムを使用した
以外は全て実施例１と同様にして、アルミニウム／ニッ
ケル／ポリイミドからなる本発明のリードＢを製作し
た。

【００３４】［実施例３］実施例１におけるアルミニウ
ム板の代わりに、同じ寸法の銅板を用いた以外は全て実
施例１と同様にして、銅／ニッケル／ポリエステルフィ
ルムからなる本発明のリードＣを製作した。

【００３５】［実施例４］実施例１におけるニッケル板
の代わりに、同じ寸法の鉄板を用いた以外は全て実施例
１と同様にして、アルミニウム／鉄／ポリエステルから
なる本発明のリードＤを製作した。

【００３６】［実施例５］実施例１におけるニッケル板
の代わりに、同じ寸法のステンレス板を用いた以外は全
て実施例１と同様にして、アルミニウム／ステンレス／
ポリエステルからなる本発明のリードＥを製作した。

【００３７】［比較例１］実施例１および２に対応する
ものとして、実施例１におけるポリエステルフィルムま
たはポリイミドフィルムによる超音波接合部の被覆を無
くした以外は、全て実施例１と同様にして、アルミニウ
ム／ニッケルからなる比較例のリードＦを製作した。リ
ードＦの構造は図２と同じであり、図２において、１は
アルミニウム、２はニッケル、３は超音波接合部である

【００３８】［比較例２］実施例３に対応するものとし
て、実施例３におけるポリエステル被覆を無くした以外
は、全て実施例３と同様にして、銅／ニッケルからなる
比較例のリードＧを製作した。

【００３９】［比較例３］実施例４に対応するものとし
て、実施例４におけるポリエステル被覆を無くした以外
は、全て実施例４と同様にして、アルミニウム／鉄から
なる比較例のリードＨを製作した。

【００４０】［比較例４］実施例５に対応するものとし
て、実施例５におけるポリエステル被覆を無くした以外
は、全て実施例５と同様にして、アルミニウム／ステン
レスからなる比較例のリードＩを製作した。

【００４１】これらの実施例１〜５および比較例１〜４
のリードの重量と超音波接合部の剥離強度測定結果を表
１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】まず、実施例１および２と比較例１とを比
較する。表１から、本発明のアルミニウム／ニッケルか
らなるポリエステルまたはポリイミドを被覆したリード
ＡおよびＢは、剥離強度がそれぞれ、２．５ｋｇｆおよ
び２．６ｋｇｆであり、比較例１の被覆無しのリードＦ
の１．２ｋｇｆに比べて約２倍に向上していることが分
かった。

【００４４】同様に、実施例３の銅／ニッケルからなる
ポリエステルを被覆したリードＣは、比較例２の被覆無
しのリードＧの約１．９倍に、実施例４のアルミニウム
／鉄からなるポリエステルを被覆したリードＤは、比較
例３の被覆無しのリードＨの約２．１倍に、また、実施
例５のアルミニウム／ステンレスからなるポリエステル
を被覆したリードＥは、比較例４の被覆無しのリードＩ
の約２倍に剥離強度が向上していることがわかった。

【００４５】合成樹脂フィルムで被覆することによる重
量増加は僅か３〜４ｍｇであり、合成樹脂フィルム無し
の従来例の重量を基準とすると約１〜３％の増加でしか
ない。このように、僅かの重量増加に対して、得られる
剥離強度向上の効果は約２倍と著しいものであった。

【００４６】次に電池パックでの効果について説明す
る。

【００４７】［実施例６］実施例１のアルミニウム／ニ
ッケル／ポリエステルからなる本発明のリードＡ、リチ
ウムイオン二次電池および保護回路基板をスポット溶接
にて接合した後、ポリカーボネート樹脂からなる筐体に
収納して、本発明の電池パックＪを製作した。

【００４８】［実施例７］実施例２のアルミニウム／ニ
ッケル／ポリイミドからなる本発明のリードＢを用い、
それ以外は、全て実施例６と同様にして、本発明の電池
パックＫを製作した。

【００４９】［実施例８］実施例３の銅／ニッケル／ポ
リエステルからなる本発明のリードＣを用い、それ以外
は、全て実施例６と同様にして、本発明の電池パックＬ
を製作した。

【００５０】［比較例５］比較例１のアルミニウム／ニ
ッケルからなる合成樹脂被覆無しのリードＦを用い、そ
れ以外は、全て実施例６と同様にして、比較例の電池パ
ックＭを製作した。

【００５１】［比較例６］比較例２の銅／ニッケルから
なる合成樹脂被覆無しのリードＧを用い、それ以外は、
全て実施例６と同様にして、比較例の電池パックＮを製
作した。

【００５２】これらの電池パックについて、耐衝撃試験
を実施した結果を表２に示す。耐衝撃試験は、電池パッ
クを１．５ｍの高さからコンクリート上に落下させるこ
とでおこなった。落下回数は、電池パックの各面（６
面）を下にして落下させるのを１サイクルとし、最大２
０サイクルまでとした。

【００５３】

【表２】

【００５４】表２から、比較例の電池パックＭおよびＮ
は、各々、７サイクル目および８サイクル目でリードの
超音波接合部が外れたことによって使用できなくなった
が、本発明の電池パックＪ、ＫおよびＬは、２０サイク
ル経過してもリードの接合部に異常は無く、正常に使用
できた。

【００５５】このように、本発明によって、耐衝撃性の
優れた電池パックを得ることができた。なお、実施例で
は、アルミニウム合金の部分とニッケル／鉄／ステンレ
スの部分との接合に超音波振動方式を用いたが、接合方
法としてはこの他に、アーク溶接やレーザー溶接の方式
などを用いることもできる。

【００５６】

【発明の効果】本発明を用いることによって、軽量でし
かも機械的強度が優れたリードおよび電池パックを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁性フィルムで被覆したリードの構
造を示す図。

【図２】従来のリードの構造を示す図。

【符号の説明】

１ リードの主要部の金属 ２ リードと他の部品とを接合する金属 ３ 超音波振動での接合部分 ４ 金属の接合部を被覆する絶縁性フィルム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の導電性材料が接合され、その接合部
   が絶縁性フィルムで被覆されたことを特徴とするリー
   ド。
2. 【請求項２】複数の導電性材料の一つが、ニッケル、
   鉄、ステンレスからなる群から選ばれる金属であること
   を特徴とする請求項１記載のリード。
3. 【請求項３】複数の導電性素材の一つがアルミニウムま
   たは銅であることを特徴とする請求項２記載のリード。
4. 【請求項４】複数の単電池間および単電池と他の部品と
   を、請求項１、２または３記載のリードで接続したこと
   を特徴とする電池パック。