JP2003203622A - 電池内リード材及びそれを用いた電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大電流を通電することが可能な優れた電気的特
性を持ち、また耳ばりやまくれが発生せず、エネルギー
ロスおよび発熱による損傷を防止できる正極リードおよ
び負極リードを備えることにより、小型化および高エネ
ルギー密度化を実現できる電池を提供する。 【解決手段】電解液を収容する金属缶と、正極とセパレ
ータと負極とをこの順番に積層して形成した発電体と、
前記正極と正極端子とを接続する正極リードと、前記負
極と負極端子とを接続する負極リードとを備えた電池に
おいて、前記正極リードおよび負極リードがクラッド材
で形成され、このクラッド材は純銅または銅を主成分と
する合金で形成された芯材の両面に、純ニッケルまたは
ニッケルを主成分とする合金で形成された合せ材を一体
に接合して形成されていることを特徴とする電池であ
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、電池内の正極と正
極端子を接続する正極リードあるいは負極と負極端子を
接続する負極リード用の電池内リード材及びそれを用い
た電池に係り、特にその電池内部に備えられた、電極と
発電体とを電気的に接続する正極リードおよび負極リー
ドの構成材としてクラッド材で形成された電池内リード
材及びそれを用いた電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン電池やニッケル水素電池
は、一般に外殻を形成する金属缶と、この金属缶に収納
される電解液（電解質），発電体，正極端子および負極
端子とから構成される。前記発電体は正極とセパレータ
と負極とを順番に積層して構成されており、この発電体
は捲回して金属缶に収納されている。上記正極と正極端
子，負極と負極端子とは、それぞれ正極リードおよび負
極リードによって電気的に接続される。

【０００３】従来、この正極リードおよび負極リードの
構成材としては、耐食性に優れた純ニッケルが一般に使
用されている。

【０００４】近年、電気製品の高性能化や電池の用途の
拡大に伴い、電池の小型化および高エネルギー密度化が
要求されるようになってきている。そのため、電池を構
成する各部材の小型化および薄型化が必要であるが、発
電体や正極リードおよび負極リードを小型化または薄型
化すると電気抵抗が増大するため、電気的エネルギーロ
スが大きくなるという問題があった。

【０００５】その一方で、製品の高機能化および高出力
化に対応して、必要とされる電流は大きくなる傾向にあ
るため、正極リードおよび負極リードは可及的に通電容
量が大きな材料で構成することが望ましいと考えられて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記発
電体や正極リードおよび負極リードを薄型化することに
より通電容量は小さくなり、そのため、大電流を流した
ときに大きな電気的負荷が生じ、短絡が生じたり、ジュ
ール熱の発生により樹脂製部材に影響を及ぼすという欠
点があった。

【０００７】そのため、正極リードおよび負極リード等
の部材をより薄型化，小型化でき、かつ大電流を流すこ
とが可能であるような電気的特性と耐食性とを備えるよ
うな材料の開発が求められていた。

【０００８】こうした課題を解決する最も簡単な方法
は、正極リードおよび負極リードを電気抵抗が低い材料
で形成することである。選択可能な材料としては例え
ば、アルミニウム，銅，銀等が挙げられる。

【０００９】しかし、電解液（電解質）との反応性（耐
食性）やコスト面等をすべて満足する理想的な正極リー
ドおよび負極リード用材料はこれまでのところ開発され
ていなかった。例えば銅は高い電気伝導性を持つが、正
極リードおよび負極リードとして使用するには耐食性が
低いという点で問題があった。

【００１０】そのため、正極リードおよび負極リードの
材料としては、これまで主に純ニッケルが用いられてき
た。ところが、純ニッケルを正極リードおよび負極リー
ドとして用いると、縁部に耳ばりを生じ易い難点があ
る。この耳ばりが生じると電池内部材を損傷し易くな
り、電池特性を劣化させ、電池を製造してからの不良率
に影響を及ぼす原因となっていた。

【００１１】そのため、この耳ばりを生じないようにす
るため、板材からリード幅にスリットする際のスリッタ
を調整する等の手段がとられる。しかし、耳ばりを抑え
るようにスリッタを調整すると、材料が持つ延性，粘性
や靭性によりまくれと呼ばれる耳部の変形が大きくなる
という傾向があり、正極リードおよび負極リードなどの
リードが樋状になり、これらリードの接触面積が低下
し、その結果、かえって電池特性を悪化させることがあ
った。

【００１２】この耳ばりとまくれが電池特性に及ぼす影
響について着目し、これらを低減することを目的とした
構成は、これまでのところ提案されていなかった。従っ
て、小型化および高エネルギー密度の電池の開発を可能
とするために、電気抵抗が小さく、耳ばりやまくれが発
生しない正極リードおよび負極リード材料の開発が望ま
れていた。

【００１３】本発明は上述したような課題を解決するた
めになされたものであって、電解質に対しての耐食性を
有し、大電流を通電することが可能な優れた電気的特性
を持ち、また、耳ばりやまくれが発生せず、エネルギー
ロスおよび発熱による損傷を防止した電池内リード材を
提供すること、さらにそれら電池内リード材で構成され
た正極リードおよび負極リードを備えることにより、小
型化および高エネルギー密度化した電池を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、電池を小型化および高エネルギー密度
化することが可能な正極リード用および負極リード用の
電池内リード材を鋭意研究した。その結果、電池内リー
ド材の芯材として電気伝導性に優れ、比較的にコストが
安価な銅を用い、この銅の芯材の表面に耐食性に優れた
ニッケルを配置したクラッド材で構成することにより、
上記課題が効果的に解決されるとの知見を得た。

【００１５】つまり、正極リードおよび負極リードを、
銅製の芯材の両面にニッケル製の合せ材を設けたクラッ
ド材で形成することにより、導電性及び耐食性が良好で
かつ電池内リード材を構成する各構成金属の厚さが薄く
なるため耳ばりを小さくすることが可能になり、またま
くれによる浮き上がりを抑制するようなスリット方法を
行うことで、耳ばり高さとまくれ高さの合計の突出量を
小さくする効果が高いとの知見を得た。

【００１６】すなわち、本発明に係る電池内リード材
は、電池内の正極と正極端子を接続する正極リード用あ
るいは負極と負極端子を接続する負極リード用の電池内
リード材が、純銅または銅を主成分とする合金で形成さ
れた芯材と、その両面に配置された純ニッケルまたはニ
ッケルを主成分とする合金で形成された合せ材を一体に
接合したクラッド材で形成されていることを特徴とす
る。

【００１７】本発明の電池内リード材の芯材として用い
られる銅は電気伝導性や加工性等の特性に優れている
が、正極リードおよび負極リードとして単体で使用する
には電解質に対しての耐食性及び反応性の問題があっ
た。本発明に係る電池内リード材においては、高い電気
伝導性を持つ銅製の芯材とその両面に配置された耐食性
に優れたニッケル製の合せ材とからなるクラッド材とし
た。従って、化学的特性が良好で、大電流を流通した場
合でも電気抵抗による発熱が少なく、エネルギーロスも
防止することができる。

【００１８】また、電池内リード材をクラッド材で形成
することにより、電池製造時に耳ばりやまくれの発生を
抑制することができる。このため、電気伝導度の低下や
電池内部の部材への損傷を起こすことが少なく、かつ電
池特性の劣化が効果的に防止できる。

【００１９】従って、正極リードおよび負極リードを小
型化および薄型化することが可能であり、より高性能で
小型化した高エネルギー密度の電池を提供することが可
能である。

【００２０】また本発明に係る電池内リード材に生じる
耳ばりの高さとまくれの高さを合計した突出部の高さが
３５μｍ以下であることが好ましい。

【００２１】電池の使用時に正極リードおよび負極リー
ドに発生する耳ばりは、セパレータや正極，負極等の電
池内部の部材に傷を生じ、電池特性の劣化を招く。ま
た、まくれは正極リードおよび負極リードの接触面積の
低下を招き、エネルギーロスの原因ともなる。本発明者
らの研究によれば、正極リードおよび負極リードの耳ば
りおよびまくれとを合計した浮き上がり高さが、４０μ
ｍ以下であれば、セパレータや正極，負極等の電池内部
材の損傷が起きず、電池特性の劣化が発生しない。

【００２２】本発明に係る電池内リード材においては、
この耳ばりとまくれをあわせた高さを３５μｍ以下に抑
制することが可能であり、従来の純ニッケルを使用した
正極リードおよび負極リードに比較して電池特性の劣化
防止効果が高い。

【００２３】また、本発明に係る電池内リードにおい
て、前記芯材を形成する銅を主成分とする合金の銅含有
量が９９質量％以上であることが好ましい。

【００２４】電池内リード材の芯材は、一般に使用され
る純銅または銅を主成分とする合金を使用することが可
能である。純銅としては、例えば、ＪＩＳ Ｈ３１０
０，ＪＩＳ Ｃ１０２０Ｒ等で示される無酸素銅を使用
することが可能であり、また、銅を主成分とする合金
は、銅含有量が９９質量％以上である合金であることが
好ましく、例えばジルコニウムあるいはクロムなどを添
加したＣｒ−Ｚｒ含有銅合金など公知の銅合金を使用す
ることが可能である。

【００２５】さらに、本発明に係る電池内リード材にお
いて、前記合せ材を形成するニッケルを主成分とする合
金のニッケル含有量が９８質量％以上であることが好ま
しい。

【００２６】前記芯材の両面は一般に使用される純ニッ
ケルまたはニッケルを主成分とする合金で形成された合
せ材を使用する。純ニッケルとしては、例えば、ＪＩＳ
Ｈ４５５１，ＪＩＳ ＮＷ２２００等で示される各種
純ニッケルを使用することが可能であり、また、ニッケ
ルを主成分とする合金は、ニッケル含有量が９８質量％
以上であることが好ましく、例えばＣｕを含有したＣｕ
含有ニッケル合金を使用することが可能である。

【００２７】本発明に係る電池は、正極リードおよび負
極リードにクラッド材を使用することにより、ニッケル
の持つ耐食性と、銅の持つ電気伝導性とを活用すること
を特徴とする。従って、芯材に使用される銅および合せ
材に使用されるニッケルはどちらもそれぞれ純金属に近
い組成を有することが好ましい。

【００２８】芯材および合せ材の純度は、現在の金属精
製技術およびコストから、部材の製造コストおよびクラ
ッド材としての性能をともに満足する純度として、合せ
材はニッケル９８質量％以上、芯材は銅９９質量％以上
としたものである。

【００２９】一方、本発明に係る電池内リード材におい
ては、前記芯材の体積比率は芯材と合せ材とを合わせた
クラッド材の前体積の２５％以上とすることが好まし
い。

【００３０】ここで、クラッド材の比率を体積比率で表
すことは、クラッド材の場合、体積比率がクラッド材の
平均厚さの比率に等しいと考え、厚さの比に代用するこ
とが可能であるためである。

【００３１】本発明者らの実施によると、芯材平均厚さ
を、クラッド材の体積比率の２５％以上に形成した正極
リードおよび負極リードは、高い電気伝導性を保持しつ
つ、電池の使用時における耳ばりおよびまくれの発生を
抑制する効果が高く、電池特性を劣化させるセパレータ
や正極，負極部材の傷等を防止することが可能である。

【００３２】さらに、本発明に係る電池内リード材にお
いては、前記合せ材の厚さは５μｍ以上とすることが好
ましい。

【００３３】合せ材のニッケル層は主に耐食性を期待さ
れるものであるため、一定以上の厚さを保持する必要が
ある。本発明者らの研究によれば、表面層厚さを５μｍ
以上とすることにより、十分な耐食性を備えた正極リー
ドおよび負極リード材料を提供することが可能である。

【００３４】さらに、本発明に係る電池は、電解質を収
容する外装材と、正極とセパレータと負極とをこの順番
に積層して形成した発電体と、前記正極と正極端子とを
接続する正極リードと、前記負極と負極端子とを接続す
る負極リードとを備えた電池において、前記正極リード
および負極リードの少なくとも１方が本発明に係る電池
内リード材で構成されていることを特徴とする。

【００３５】上記構成に係る電池内リード材及びそれを
用いた電池によれば、電池内リード材を高い耐食性と電
気伝導性とを兼ね備えたクラッド材により構成したの
で、従来以上に大きな電流を通電することが可能であ
り、また、電池使用時に発生する電池内リード材の耳ば
りやまくれを防止して電池特性の劣化や発熱を防止でき
る。その結果、より小型で高性能な高エネルギー密度の
電池を提供することが可能である。

【００３６】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る電池の好まし
い実施の形態について説明する。

【００３７】図１に本発明に係る電池に使用される電池
内リード材の構造を示す。

【００３８】図１に示すように、本発明に係る電池に使
用される電池内リード材１０は、銅または銅を主成分と
する合金から構成された芯材１と、ニッケルあるいはニ
ッケルを主成分とする合金で形成された合せ材２を一体
に接合したクラッド材である。

【００３９】図２に本発明に係る電池の一実施形態であ
る角型電池２０の分解構造図を示す。

【００４０】金属缶で形成される容器３は、例えばアル
ミニウム製の有底角型の形状の部材であり、この容器３
の底部にはガス放出弁４が形成される。発電体５は容器
３内に渦巻き状に捲回されて収納される。この発電体５
は正極６とセパレータ７と負極８とを、この順序に積層
して形成された帯状の部材である。

【００４１】キャップ９は、容器３と同質材で形成さ
れ、電解液の注液孔１５を有しており、中央部に孔が形
成され、この孔部に負極電極端子１６がガラスハーメチ
ックシールにより取付けられている。この負極電極端子
１６には、キャップタブ１７が接続されており、負極リ
ード１８と接続される。

【００４２】正極リード１９は、一端が正極６に、他端
が容器３に接続される。また、負極リード１８は一端が
負極８に、他端が容器上端部のキャップ９に設けられた
負極電極端子１６に接続されるキャップタブ１７に接続
される。この負極リード１８と正極リード１９によって
発電体５と電池外部とが電気的に接続される。

【００４３】そして、この容器３に発電体５を収納し、
キャップ９と容器３とを溶接により封止した後、注液孔
１５から電解液を注入後し、角型電池２０が製造され
る。

【００４４】本発明においては、負極リード１８および
正極リード１９の構成材として銅とニッケルとのクラッ
ド材１０を使用する。

【００４５】図３に本発明に係る電池の他の一実施形態
である円筒型電池３０の構造図を示す。

【００４６】金属缶で形成される容器３３は、例えばス
テンレス製の有底円筒状の形状の部材であり、この容器
３３の底部には絶縁板３４が収納される。発電体３５は
容器３３内に渦巻き状に捲回されて収納される。この発
電体３５は正極３６とセパレータ３７と負極３８とを、
この順序に積層して形成された帯状の部材である。

【００４７】容器３３には電解液が収容される。容器３
３の上端部は、中央部に孔が設けられたＰＴＣ素子３９
と、このＰＴＣ素子３９上に配置された安全弁４５とが
設置され、この安全弁４５上に配置された正極端子４６
が絶縁ガスケット４７を介して容器３３の上端部とかし
め固定されることによって密閉される。

【００４８】正極リード４８は、一端が正極３６に、も
う一端がＰＴＣ素子３９にそれぞれ接続される。また、
負極リード４９は一端が負極３８に、他端が負極端子で
ある容器３３に接続される。この正極リード４８と負極
リード４９によって発電体３５と電池外部とが電気的に
接続される。

【００４９】本発明においては、正極リード４８および
負極リード４９の構成材として銅とニッケルとのクラッ
ド材１０を使用する。

【００５０】本実施形態では角型電池２０あるいは円筒
型電池３０を例示したが、本発明に係る電池は、上記形
状の電池に限らず、他の形状の電池への適用も可能であ
り、その電池を構成する材料については何ら限定される
ものではない。

【００５１】次に、本発明に係る電池の実施例について
より具体的に説明する。

【００５２】すなわち、純度９９．９質量％以上の無酸
素銅で形成した芯材と、純度９８．５質量％以上ニッケ
ルで形成した合せ材とを用いて、表１に示す条件でクラ
ッド材を圧延法により製作し、特性，形状を測定した。
また、これらのクラッド材を使用して正極リードおよび
負極リードを製造し、リチウムイオン電池を製作した。
このリチウムイオン電池を低抵抗回路に接続して過大電
流を流す試験を行い、電気特性や発熱特性についてのデ
ータの収集を行った。なお低抵抗回路に接続することに
より、電気的にショートさせた場合と近い状態を再現す
ることができる。

【００５３】試験結果を以下の表１に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１に示す結果から明らかなように、まず
実施例１のクラッド材では耳ばりの高さが最も効果的に
抑制され、高い耳ばり防止効果を有することが判明し
た。まくれ高さについては比較例１と同程度であった。
また耳ばり高さとまくれ高さとを合計した突出量は平均
２１μｍであり、突出量の上限基準値である３５μｍよ
りも低く抑制されていた。

【００５６】実施例２のクラッド材では、耳ばり高さが
比較例１に比較して大きな差を生じなかったが、まくれ
防止効果は非常に高く、まくれ高さを平均して半分以下
に抑制することが可能である。突出量は平均１３μｍで
あり、きわめて高い浮き上がり防止効果が確認された。

【００５７】実施例３のクラッド材では、耳ばり防止効
果は比較例１と比較して低く抑制されている。また、ま
くれを効果的に防止していることが確認され、まくれ高
さは比較例１に対して半分程度に抑制されている。突出
量は平均１８μｍであり、効果的に浮き上がりを防止し
ていることが判明した。

【００５８】実施例４のクラッド材では、耳ばり高さは
実施例１と同等レベルに抑制されており、高い耳ばり防
止効果が発揮されることが確認できた。また、まくれ高
さは比較例１の半分以下となっており、耳ばり，まくれ
とも、その防止効果が特に高く、突出量としては、平均
１２μｍと最も効果的に突出量を防止することが確認さ
れた。

【００５９】次に、過大電流での通電試験では、純ニッ
ケルからなる比較例の正極リードあるいは負極リードを
使用した電池では、正極リードあるいは負極リードから
の発熱が大きく、その結果、電池特性が劣化したのに対
して、実施例１〜４に係るクラッド材を使用した電池に
おいては、リードからの発熱が効果的に抑制されてお
り、電池特性の劣化が認められなかった。

【００６０】この発熱抑制効果は各クラッド材の電気抵
抗値と相関関係を持つが、電池に使用した際の発熱抑制
効果は使用中の耳ばりおよびまくれによる正極リードお
よび負極リードの浮き上がりとも密接な関係を持ってい
る。

【００６１】本発明者らの研究によると、表１に示すよ
うに、実施例１〜４の銅とニッケルからなるクラッド材
を正極リードあるいは負極リードに用いることにより、
従来の純ニッケル製の正極リードあるいは負極リードの
固有抵抗値に比較して電気抵抗値を小さくすることが可
能である。例えば、実施例１に係るクラッド材では、電
気抵抗値が比較例１の５０％以下に低減されており、本
発明に係る電池の優位性が明らかとなった。

【００６２】すなわち、クラッド材で形成した正極リー
ドおよび負極リードを備えた実施例１〜４に係る電池に
よれば、エネルギーロスや発熱の原因となる耳ばりやま
くれの発生が少なく、また、電気抵抗値が小さいため、
発熱やエネルギーロスの少ない電池を提供することが可
能であることが判明した。

【００６３】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る電池内リ
ード材及びそれを用いた電池によれば、電池内リード材
を高い耐食性と電気伝導性とを兼ね備えたクラッド材に
より構成しているため、大電流を通電することが可能で
あり、また、電池使用時の電池内リード材の耳ばりやま
くれを防止して電池特性の劣化や発熱を防止できる。そ
の結果、より小型で高性能な高エネルギー密度の電池を
提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電池内リード材を形成するクラッ
ド材の構造を示す部分断面図。

【図２】本発明に係る電池の一つの実施形態である角型
電池を示す構造図。

【図３】本発明に係る電池の一つの実施形態である円筒
型電池を示す構造図。

【符号の説明】

１ 芯材 ２ 合せ材 ３ 容器 ４ ガス放出弁 ５ 発電体 ６ 正極 ７ セパレータ ８ 負極 ９ キャップ １０ 電池内リード材 １５ 注液孔 １６ 負極電極端子 １７ キャップタブ １８ 負極リード １９ 正極リード ２０ 角型電池 ３０ 円筒型電池 ３３ 容器 ３４ 絶縁板 ３５ 発電体 ３６ 正極 ３７ セパレータ ３８ 負極 ３９ ＰＴＣ素子 ４５ 安全弁 ４６ 正極端子 ４７ ガスケット ４８ 正極リード ４９ 負極リード

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池内の正極と正極端子を接続する正極
   リード用あるいは負極と負極端子を接続する負極リード
   用の電池内リード材が、純銅または銅を主成分とする合
   金で形成された芯材と、その両面に配置された純ニッケ
   ルまたはニッケルを主成分とする合金で形成された合せ
   材を一体に接合したクラッド材であることを特徴とする
   電池内リード材。
2. 【請求項２】 前記電池内リード材に生じる耳ばりの高
   さとまくれの高さを合計した突出部の高さが３５μｍ以
   下であることを特徴とする請求項１記載の電池内リード
   材。
3. 【請求項３】 前記芯材を形成する銅を主成分とする合
   金の銅含有量が９９質量％以上であることを特徴とする
   請求項１記載の電池内リード材。
4. 【請求項４】 前記合せ材を形成するニッケルを主成分
   とする合金のニッケル含有量が９８質量％以上であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電池内リード材。
5. 【請求項５】 前記芯材の体積比率は前記クラッド材の
   全体積の２５％以上であることを特徴とする請求項１記
   載の電池内リード材。
6. 【請求項６】 前記合せ材の厚さが５μｍ以上であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電池内リード材。
7. 【請求項７】 電解質を収容する外装材と、正極とセパ
   レータと負極とをこの順番に積層して形成した発電体
   と、前記正極と正極端子とを接続する正極リードと、前
   記負極と負極端子とを接続する負極リードとを備えた電
   池において、前記正極リードおよび負極リードの少なく
   とも一方が請求項１乃至請求項６いずれか１項記載の電
   池内リード材で構成されていることを特徴とする電池。