JP2006080028A

JP2006080028A - 電池ケース

Info

Publication number: JP2006080028A
Application number: JP2004265395A
Authority: JP
Inventors: Yukiteru Inada; 幸輝稲田; Hiroki Kobayashi; 浩樹小林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】本発明は、コイン型電池の正極ケースにおいて、アルミニウム箔をクラッド圧延により貼り付けたステンレス鋼板よりも安価なケース材を提供することにある。
【解決手段】本発明の電池ケースでは、基材となるステンレス鋼板１１の片面にアルミニウムを１０〜４０μｍの厚さで溶融メッキ１２し、反対面にニッケルを１〜４μｍの厚さで電気メッキ１３することにより、電池内部の電解液による腐食を防止することが可能となる。また、同様な目的で基材となるステンレス鋼箔にアルミニウム箔をクラッド圧延により貼り付けた電池ケースよりも製造し易く、安価に製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイン型またはボタン型と呼ばれる電池の外装ケースに関する。ボタン型電池は、ハンディ式ゲーム機、腕時計、リモコン等をはじめとする様々な小型あるいは薄型器具の電源として、最近需要が急増している。ボタン型電池は、金属ケースの内部に下から正極（例、フッ化黒鉛、二酸化マンガンなど）、セパレータ、負極（例、リチウム）が積層した構造を持ち、金属ケースは正極および負極の端子としての機能も果たす。従って、金属ケースは電極材料と密に接触している必要がある。
ボタン型電池のケース用金属素材としては、（１）腐食性の電解液と接触するので、耐食性に優れること、（２）表面が美麗で光沢がよいこと、（３）絞り加工で製造されるため、プレス絞り性がよいこと、（４）小型化のため、板厚が薄くても高強度であること、といった性質が要求される。これらの要求を満たした素材として、ステンレス鋼板がほとんどのボタン型電池の電池ケースに使用されている。

コイン型またはボタン型と呼ばれる一次電池にあっては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６ＬなどのＮｉＣｒを含んだオーステナイト系ステンレスや、ＳＵＳ４３０などのＣｒを含んだフェライト系ステンレス箔を基材にして、電池の表面側にニッケルメッキを施した構成が使用されている。

また、コイン型またはボタン型と呼ばれる一部の二次電池においては、電池内面側の電解液での腐食を防止するために、Ｃｒ：１５．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．２〜５．０％、Ｃｕ：０．２〜６．０％、Ｎ：０．０１〜０．５％の元素を含んだオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、特許文献１参照。）や、正極として使用されるケースの内面にのみ、ステンレス鋼板にアルミニウム箔をクラッド圧延により貼り付けた材料（例えば、特許文献２参照。）が使用されている。
特開２００３−２５３４００号公報特開２００２−２４５９７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のＭｏ等の元素を含んだオーステナイト系ステンレス鋼板は、ＳＵＳ３０４などの通常のオーステナイト系ステンレス鋼板よりも耐食性が良いものの、満充電時に４．２Ｖとなるリチウムイオン二次電池に使用すると、電位が掛かった状態で電解液での耐食性に問題があった。また、上記特許文献２に記載のアルミニウム箔をクラッド圧延により貼り付けたステンレス鋼板は、電位が掛かった状態で電解液での耐食性に問題は全くないものの、クラッド圧延の製造が難しく、また、電池ケースのプレス加工時に剥離が発生する等、密着性に問題があった。このため製造歩留まりが低く製造コストが高くなるという大きな課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するために、ステンレス鋼板に溶融メッキでアルミニウム層を形成することにより、電位が掛かった状態で電解液での耐食性に優れ、より密着性が高く加工時の剥離がない電池ケース材を提供することにある。また、溶融メッキは、クラッド圧延よりも製造が容易であることから製造コストを減少させた電池ケース材を提供することにある。

本発明の要旨とするところは以下の通りである。

（１）少なくとも片面にアルミニウムをメッキしたステンレス鋼板を成形加工したことを特徴とする電池ケース。

（２）片面にアルミニウムを溶融メッキし、反対面にニッケルを電気メッキしたステンレス鋼板を成形加工したことを特徴とする電池ケース。

（３）ステンレス鋼箔の両面にアルミニウムを溶融メッキし、片面のアルミニウムを除去した後にニッケルをメッキしたことを特徴とする上記（２）に記載の電池ケース。

（４）アルミニウムメッキ被膜とステンレス鋼板の境界部分に、アルミニウムと鉄、クロムとの金属間化合物が存在することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の電池ケース。

（５）アルミニウムのメッキ被膜の厚さが、１０〜４０μｍであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の電池ケース。

（６）ニッケルのメッキ被膜の厚さが、１〜４μｍであることを特徴とする上記（２）〜（５）のいずれか１項に記載の電池ケース。

（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の電池ケースを正極側の外装体に使用した電池。

本発明の電池ケースでは、基材となるステンレス鋼板は、代表的にはＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０のステンレス鋼板であるが、他のステンレス鋼板であってもよい。その片面または両面にアルミニウムをメッキし、好ましくは片面にアルミニウムを溶融メッキし、反対面にニッケルを電気メッキし、より好ましくは該アルミニウムを１０〜４０μｍの厚さで溶融メッキし、該ニッケルメッキを１〜４μｍの厚さで電気メッキすることにより、電位が掛かった状態での電池内部の電解液による腐食を防止することが可能となる。また、同様な目的で基材となるステンレス鋼板にアルミニウム箔をクラッド圧延により貼り付けた電池ケースよりも密着性が高く加工時の剥離がない電池ケース材を提供することができる。さらに、溶融メッキは、クラッド圧延よりも製造が容易であることから製造コストを減少させた電池ケース材を提供することができる。

そのため、携帯電話のバックアップ用の電池や、モバイル機器の電池としての使用に大いに貢献しえるものである。

本発明に係る電池ケースの代表的な実施形態としては、片面にアルミニウムがメッキされ、反対面にニッケルがメッキされた０．１５〜０．４ｍｍの厚さのステンレス鋼板を、プレス成形によって電池ケースの形状に加工を行う。コイン型またはボタン型と呼ばれる電池は、正極側と負極側の二つの部分からなるが、本発明の電池ケースは、正極側の部材として加工を行う。負極側の部材は、従来から使用されているステンレス鋼板もしくはニッケルをメッキしたステンレス鋼板を使用することができる。正極側の部材として使用する場合は、アルミメッキ面を電池の内側、ニッケルメッキ面を電池の外側になるように加工する。内面のアルミメッキ被膜が電解液での腐食を防止し、外面のニッケルメッキ被膜が電池と接触する端子または電気回路との電気的な接続を容易にするものである。

以下、本発明に係る電池ケースの代表的な一実施形態につき、図面を用いて説明する。

まず、本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、ステンレス鋼板の基材の両面にアルミメッキを行った後、片面のアルミニウムを剥ぎ取り、反対側にニッケルメッキを施したステンレス鋼板の断面図である。図１にあるように、本発明の電池ケースの素材であるステンレス鋼板では、ステンレス鋼板（基材）１１の片面（電池内面側）に所望の厚さのアルミメッキ層１２が形成され、反対面（電池外面側）に所望の厚さのニッケルメッキ層１３が形成されている。ステンレス鋼板（基材）１１へのアルミニウムのメッキは、溶融メッキで行う方が電気メッキよりもメッキ皮膜の密着性が良好であり、またステンレス鋼板とアルミニウム箔とのクラッド圧延品よりも密着性が高く加工性が良い。これは、溶融アルミメッキの場合に、ステンレス鋼板とメッキ皮膜の間に金属間化合物が生成するためである。このことから、本発明では、アルミニウムメッキ被膜とステンレス鋼板の境界部分に、アルミニウムと鉄、クロムとの金属間化合物が存在することが望ましい。一方、溶融メッキの場合には片面のみにメッキを行うのが設備構成の点から難しい。したがって、両面にアルミニウムをメッキした後に片面のみを研削、研磨することにより、片面のアルミニウムを取り除くことが必要となる。アルミニウムメッキ皮膜の厚さは、１０〜４０μｍが好ましい。１０μｍ未満の場合には、プレス加工時の変形により、メッキ面にクラックが生じる可能性があり、クラックから電解液が浸透することで基材のステンレス鋼板に腐食が発生しやすい。また、４０μｍを超える場合に、ケース材総厚に占めるアルミニウムの割合が大きくなることから、強度が低下する。

次に反対側の面に、ニッケルメッキを行う。アルミニウムのメッキ面には、あらかじめプラスチックフィルムによりマスキングを行ってから電気メッキにて製造する。ニッケルメッキの厚さは、１〜４μｍが好ましい。１μｍ未満の場合には、メッキのむらが発生しやすく、また表面の接触電気抵抗も安定しない。また、４μｍを超える場合には、ニッケルメッキ層の密着性が低くなり、プレス加工時に皮膜が脱落する可能性が高くなる。

また、基材となるステンレス鋼板の厚さは、電池の使用用途や大きさなどにより、適宜決定すればよいが、機械的強度、電池の小型軽量化などの観点から、上記したように、０．１５〜０．４ｍｍの厚さが望ましい。また、ステンレス鋼板の材質は、上記したように代表的にはＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０のステンレス鋼板であるが、他のステンレス鋼板であってもよい。

このように作製したアルミメッキ皮膜付きステンレス鋼板を、プレス成形によって電池の正極側ケースの形状に加工し、通常のステンレス鋼板または、片面にニッケルメッキを施したステンレス鋼板をプレス成形によって電池の負極側ケースの形状に加工する。

上記の正極側ケースと負極側ケースを組み合わせ、リチウム一次電池またはリチウム二次電池を構成すると、正極側からの金属成分の溶出が起きず、目的のコイン型またはボタン型の電池を安価に製造することが可能となる。

以下、本発明の各実施形態による実施例を詳しく説明する。

実施例１
ＳＵＳ４３０ステンレス鋼の冷間圧延材（幅４００ｍｍ、板厚０．３６ｍｍ）に、溶融アルミメッキ鋼板の製造設備を使用して両面にアルミメッキを行った。メッキ皮膜の厚さは、片側２０μｍであった。

次にサンダーベルト方式の研磨装置で、片面のアルミメッキを研磨して除去した。ここで、片面の研磨により板のそりが発生したが、再度冷間圧延機で圧延して板厚を０．３ｍｍにすることで板の反りは解消された。その後、アルミメッキ面に保護フィルムを貼り付け、研磨面（ステンレス面）にのみ、ニッケル皮膜を電気メッキにより作製した。メッキ皮膜の厚さは３μｍであった。

コイン型電池のケース材としてプレスを行うため、板幅３０ｍｍ程度のコイルまたはフープとした後、直径２０ｍｍのコイン型電池の正極ケースに成形加工を行った。

こうして得た電池ケースの内部に、正極材（アルミニウム箔の両面にコバルト酸リチウムを塗布したもの）、セパレータ、負極材（銅箔の両面に黒鉛系カーボンを塗布したもの）、電解液（１Ｍ−ＬｉＰＦ_６）を内蔵してコイン型の電池を試作し、５００回の充電放電サイクル試験を行ったが、良好に作動した。また、サイクル試験後の電池を分解し、正極ケースの内面を観察したが、腐食などの不具合部分は見られなかった。

これは、実施例としてリチウム二次電池を製作したが、より電池電圧の低いリチウム一次電池で、上記と同様に良好な特性を示すことは容易に推察されるものである。

比較例１
比較例１として、ＳＵＳ４３０ステンレス鋼の冷間圧延材（幅４００ｍｍ、板厚０．３６ｍｍ）を再度冷間圧延機で圧延して板厚を０．３ｍｍにしたもので、コイン型電池の正極ケースを成形加工し、実施例１と同様に電池を試作した。

５００回の充電放電サイクル試験を行った電池を分解し、正極ケースの内面を観察したところ、ステンレス鋼表面に腐食が見られた。

上記実施例１及び比較例１の電池ケースの腐食性の結果から明らかなように、コイン型電池の正極ケースとして、片面にアルミニウムを溶融メッキし、反対面にニッケルを電気メッキしたステンレス鋼板を成形加工したことを特徴とする電池ケースは、通常のステンレス鋼箔を使用した電池ケースよりも高い対腐食性能を発揮することができる。

本発明の電池ケースの素材である、ステンレス鋼板基材の片面にアルミメッキ層を有し、反対面にニッケルメッキ層を有するステンレス鋼板の断面図である。

符号の説明

１１ステンレス鋼板（基材）、
１２アルミメッキ層、
１３ニッケルメッキ層。

Claims

少なくとも片面にアルミニウムをメッキしたステンレス鋼板を成形加工したことを特徴とする電池ケース。
片面にアルミニウムが溶融メッキされ、反対面にニッケルが電気メッキされたステンレス鋼板を成形加工したことを特徴とする電池ケース。
ステンレス鋼板の両面にアルミニウムを溶融メッキし、片面のアルミニウムを除去した後にニッケルをメッキしたことを特徴とする請求項２に記載の電池ケース。
アルミニウムメッキ被膜とステンレス鋼板の境界部分に、アルミニウムと鉄、クロムとの金属間化合物が存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池ケース。
アルミニウムのメッキ被膜の厚さが、１０〜４０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池ケース。
ニッケルのメッキ被膜の厚さが、１〜４μｍであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電池ケース。
請求項１〜６のいずれかに記載の電池ケースを正極側の外装体に使用した電池。