JP2011181300A - 非水電解質蓄電デバイス用のリード部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム導体からなるリード部材を半田付けにて接続することが可能であり、かつリード部材と封入体の密封も確保することが可能なアルミニウムを用いた非水電解質蓄電デバイス用のリード部材とその製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムからなる平形導体の中央部に、導体幅の両側から張り出すように導体両面から絶縁樹脂フィルム５を貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用リード部材３であって、絶縁樹脂フィルム５で分けられて両側に露出している導体部分で、非水電解質蓄電デバイスの外側となる導体部分３ａに導電性のメッキ７が施され、絶縁樹脂フィルムが貼り合わされる導体部分に耐腐蝕用の表面処理８が施されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、非水電解質蓄電デバイスに用いられるアルミニウム導体を用いたリード部材及びその製造方法に関する。

小型電子機器の電源として、例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質電池が用いられている。この非水電解質電池としては、正極板、負極板および電解液を、多層フィルムからなる封入体に収納し、正極板、負極板に接続したリード部材を密封封止して外部に取り出す構造のものが知られている。封入体を形成する多層フィルムは、最内層フィルムと最外層フィルムとの間に、少なくともアルミニウム等の金属からなる金属箔層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が用いられている。また、リード部材は、正極側にアルミニウム導体が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、リチウムイオン電池などの非水電解質蓄電デバイスのリード部材の取り出し部は、電気絶縁体で密封封止されるが、長期の使用で非水電解質蓄電デバイス内に水分が浸入する。デバイス内に浸入した水分は電解液との反応によりフッ化水素酸を発生し、リード部材を腐蝕し密封形態を破壊して液漏れや特性の低下を招く。このため、リード部材の密封部分を表面処理することが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、アルミニウム導体を通電用の端子として用いる場合、表面に半田濡れ性のよいメッキを施すことが知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開平９−２７０２５０号公報 特開２００６−１２８０９６号公報 特開２００６−２９１３４０号公報

複数の非水電解質蓄電デバイスを複数直列に接続する場合、封入体の外部に出た正極リード部材を負極リード部材に接続する。しかし、アルミニウムは半田付けがしにくく両者を半田付けで接続することが難しい。また、蓄電デバイスの電圧モニタ用にリード線をリード部材に半田付けすることも難しい。

特許文献３に開示のようにアルミニウム導体を通電体とした場合に、メッキ層を形成することで、半田濡れ性をもたせることはできる。しかしながら、非水電解質蓄電デバイス用のリード部材では、封入体内の電解液と接触する部分がメッキされると電食が起こりアルミニウ導体からなるリード部材が腐食してしまう。そして、リード部材と封入体が密封されなくなってしまう。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、アルミニウム導体からなるリード部材を半田付けにて接続することが可能であり、かつリード部材と封入体の密封も確保することが可能なアルミニウムを用いた非水電解質蓄電デバイス用のリード部材とその製造方法の提供を目的とする。

本発明による非水電解質蓄電デバイス用リード部材は、アルミニウムからなる平形導体の中央部に、導体幅の両側から張り出すように導体両面から絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用リード部材であって、絶縁樹脂フィルムで分けられて両側に露出している導体部分で、非水電解質蓄電デバイスの外側となる導体部分に導電性のメッキが施され、絶縁樹脂フィルムが貼り合わされる導体部分に耐腐蝕用の表面処理が施されていることを特徴とする。

前記のメッキは、ニッケルメッキまたは錫メッキで形成することができる。また、アルミニウムがらなる平形導体の圧延方向が導体幅となるようにカットされる。なお、絶縁樹脂フィルムが貼り合わされる導体部分の一部が、前記のメッキにより覆われていてもよい。

本発明による非水電解質蓄電デバイス用リード部材の製造方法は、帯状のアルミニウム導体の一方の側縁を所定の幅で、片側又は両面に導電性メッキを施した後、アルミニウム導体の幅方向の中央部分に耐腐食用の表面処理層を形成し、次いで、アルミニウム導体を所定の横幅寸法でカットしてメッキおよび表面処理層が形成されたリード導体の個片を作製し、この後、表面処理層が形成された部分に絶縁樹脂フィルムをリード導体の両面から貼り合わせることを特徴とする。

本発明によれば、非水電解質蓄電デバイスにアルミニウム導体からなるリード部材が用いられている場合に、リード部材の引き出し部における密封封止を損なうことなく、半田を用いた電気接続を可能とすることができる。

本発明によるリード部材を非水電解質蓄電デバイスの封着した状態を示す図である。 本発明によるリード部材の概略を説明する図である。 本発明によるリード部材の製造方法の一例を説明する図である。

図１により本発明によるリード部材が用いられる非水電解質蓄電デバイスの概略を説明する。図１（Ａ）は、非水電解質電池の外観を示す図、図１（Ｂ）は正極側のリード部材の封着状態を示す図である。図中、１は非水電解質電池、２は封入体、２ａは最内層フィルム、２ｂは金属箔層、２ｃは最外層フィルム、３は正極側のリード部材、４は負極側のリード部材、５は絶縁樹脂フィルム、６はシール部、７はメッキ層、８は表面処理層、９は電極板リードを示す。

非水電解質蓄電デバイスは、リチウムイオン電池などの非水電解質電池、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）やリチウムイオンキャパシタなどのキャパシタなどを含む。電気二重層コンデンサでは正極側も負極側もリード部材の導体にはアルミニウムが使用される。リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタでは正極側のリード部材の導体にはアルミニウムが使用され、負極側では銅が使用される。銅はニッケルメッキして使用されることが多い。

非水電解質電池１は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した積層電極群と電解液を、金属箔を含む多層フィルムからなる封入体２に収納し、図１（Ａ）に示すように、正極板に接続したリード部材３、負極板に接続したリード部材４を、絶縁樹脂フィルム５を介して封入体２のシール部６から密封封止した状態で取り出して構成される。封入体２の多層フィルムは、後述するように、少なくとも金属箔の両面に樹脂フィルムを貼り合わせて形成される。

封入体２は、非水電解質電池１の外装ケースとなるもので、例えば、矩形状の２枚の多層フィルム周辺のシール部６を、熱溶着によりシールすることにより密封される。リード部材３，４は、絶縁樹脂フィルム５が予め熱溶着により接合されている。この絶縁樹脂フィルム５と封入体２の多層フィルムとが熱融着されてリード部材３，４と多層フィルムとが密封される。

リード部材３，４は、厚さが０.０５ｍｍ〜０.５０ｍｍ程度の薄い導体箔を長方形状にカットして平形のリード導体とし、このリード導体の封入体２からの取り出し部分に絶縁樹脂フィルム５を貼り付けて構成される。絶縁樹脂フィルム５は、リード導体の両面に位置を合わせて貼り合わされる。この絶縁樹脂フィルム５は、リード導体の長さより短く、リード導体の幅より広いものが用いられる。

絶縁樹脂フィルム５は、例えば、図１（Ｂ）に示すように、正極板に接続するリード部材３のリード導体３’の両面に、接着または溶着する内側層５ａと封入体２と融着される外側層５ｂの２層で形成することができる。内側層５ａは、予め加熱溶融によりリード導体に密着させて、導体界面における良好な密封封止を形成しておく。外側層５ｂは、内側層５ａのよりは融点の高いものが用いられ、リード導体３’との密封封止時には溶融が生じないようにして形状を保持する。そして、封入体２とのシール時に、外側層５ｂと封入体２と融着させることで、封入体２内の金属箔２ｂとリード導体３’が電気的に短絡が生じないようにすることができる。

封入体２を形成する多層フィルムは、少なくとも３層の積層体からなり、その最内層フィルム２ａは、電解液で溶解されずシール部６から電解液が漏出するのを防止するのに適したものとしてポリオレフィン樹脂（例：無水マレイン酸変性低密度ポリエチレンまたはポリプロピレン）が用いられる。金属箔層２ｂは、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属箔が用いられ、電解液に対する密封性を高めている。最外層フィルム２ｃは、薄い金属箔層２ｂを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。

正極側のリード部材３のリード導体３’は、高い電位がかかるため高電位で電解液に溶解しない金属材で、通常は、アルミニウムまたはチタンアルミニウム合金で形成される。
上述の非水電解質電池の複数個をモジュール化して使用する場合、電池間の電気接続、監視や試験のための電気接続を行うことがあるが、正極側のアルミニウムを用いたリード部材３は、半田接続ができない。

上記のアルミニウムからなるリード部材３は、図２に示すように、上述したように平形のリード導体の中央部に、導体横幅の両側から張り出すように導体両面から絶縁樹脂フィルム５を貼り合わせて構成される。そして、このリード導体は、絶縁樹脂フィルム５の上方側に露出する導体部分３ａ、絶縁樹脂フィルム５で被覆される部分３ｂ、絶縁樹脂フィルム５の下方側に露出する導体部分３ｃの、３つの領域を有している。上方の導体部分３ａは、外部装置との電気接続を行うための端子となる部分であり、下方の導体部分３ｃは、非水電解質電池内の電極板リードに接続され、かつ、電解液に浸される部分である。中間の被覆される部分３ｂは、リード導体が密封封止される部分である。

本発明におけるアルミニウムからなるリード部材３は、上記の外部装置との電気接続を行うための端子となる上方の導体部分３ａで、その少なくとも一部ないしは片面に導電性のメッキ層７が形成される。また、絶縁樹脂フィルム５が貼り合わされる導体部分３ｂには、耐腐蝕性の表面処理層８が形成される。電極板に接続され電解液に浸される下方の導体部分３ｃは、特に処理は行われずアルミニウムの金属が露出された状態であってもよい。しかし、導電性のメッキ層７の一部が導体部分３ｂ内に多少張り出る形態、また、表面処理層８が導体部分３ａおよび３ｃに張り出る形態、あるいは表面処理層８がリード導体全体を覆う形態で合ってもよい。この場合、導電性のメッキ層７の上に重なるように表面処理層８が施されていてもよい。

メッキ層７は、例えば、亜鉛、ニッケル、錫などの半田接続が可能な導電性のもので形成され、また、必要に応じて特許文献３に開示のように第３リン酸ソーダ溶液で表面処理をしてもよい。
非水電解質蓄電デバイスに対する耐蝕性の表面処理層８は、耐フッ化水素酸のための化成処理層で形成することができる。

例えば、化成処理液は、その樹脂成分としてポリアクリル酸及びポリアクリル酸アミドを含むものを用い、金属塩としてジルコニウム塩（炭酸水酸化ジルコニウムアンモニウム［（ＮＨ_４）_３ＺｒＯＨ（ＣＯ_３）_３］）またはチタン塩（キレート系有機チタン）を用いる。樹脂成分と金属塩の配合割合１：３〜６：１とするのが好ましい。リード導体に化成処理液を塗布して乾燥させ、表面処理層に樹脂成分が１〜２００ｍｇ／ｍ^２および金属塩が０.５〜５０ｍｇ／ｍ^２含まれるようにすることが好ましい。
この組成の化成処理液でメッキ層を処理するとメッキ層の上に表面処理層が形成されるが、それによる接触抵抗の増加は問題にならない。したがってリード導体の一部（少なくとも端子となる導体部分３ａ）にメッキ層を形成した後に、リード導体全体を表面処理してもリード部材の導通性には問題がない。

上述した構成のアルミニウムからなるリード部材は、少なくとも絶縁樹脂フィルムでリード導体が被覆される部分３ｂにおいて、耐腐蝕性の表面処理層により非水電解質蓄電デバイス内に浸透した水分により発生するフッ化水素酸による腐蝕を抑制し、液漏れのない長期信頼性のある非水電解質蓄電デバイスを実現することができる。また、外部装置との電気接続に際しては、半田接続が可能で確実で低抵抗での電気接続を簡単容易に行うことができる。

図３は、上述のアルミニウムからなるリード部材の製造方法の一例を示す図である。１０は、リード導体３’の基材となる帯状のアルミニウム導体で、図３（Ａ）に示されるように、導体の一方の側縁を所定の幅で、片側又は両面に予め導電性のメッキ１１を連続形成したものを圧延方向に添ってロール状に巻き取られたものを使用する。アルミニウム導体１０は、図３（Ｂ）に示すように、リード導体３’の横幅寸法でカットして、メッキが施されたリード導体３’の個片が作製される。なお、アルミニウム導体１０の圧延方向がリード導体３’の幅方向となる。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、アルミニウム導体１０からカットされたリード導体３’は、その中央の導体部分に図２で説明した表面処理層８を形成する。この表面処理層は、例えば、特許文献２に開示のポリアクリル酸またはポリアクリル酸とポリアクリル酸アミドを含む樹脂成分と、金属塩とを含む処理液を、グラビアコータあるいは噴霧により塗布し、加熱乾燥することにより形成することができる。なお、グラビアコータを用いた塗布は、導体エッジ部分での塗布に難があり、リード導体３’の厚さが大きい場合は、噴霧による塗布が好ましい。
切断後の導体個片が小さい場合などは、導体を切断する前に長尺のアルミニウム導体１０に表面処理層８を形成して、それから導体を個片に切断するのがよい。この場合も処理液を塗布または噴霧することにより導体を表面処理できる。

なお、メッキ層７が施された部分には、表面処理層８を形成する必要はないが、メッキ幅の精度、表面処理液の塗布精度の関係で、メッキ層７と表面処理層８が重なる部分が生じていてもよい。次いで、表面処理層８が形成された導体部分には、図３（Ｄ）に示すように、絶縁樹脂フィルム５が貼り合わされる。この場合も、絶縁樹脂フィルム５の貼り合わせ精度により、表面処理層８が絶縁樹脂フィルム５からはみ出し露出していてもよい。リード部材の機能上は表面処理層の位置精度は厳密でなくてもよく、リード部材全体を表面処理してもよい。

この他、予め導電性のメッキが施されていない、帯状のアルミニウム導体からリード導体となる個片をカットし、所定領域の導体部分にメッキ層を形成した後に、上記の図３（Ｃ）および図３（Ｄ）の工程を経るようにしてもよい。但し、この場合、アルミニウム導体の個片に部分メッキを施す工程に手間を要するので、図３（Ａ）の予め長尺のアルミニウム導体にメッキを施したものを用いるのが好ましい。

１…非水電解質電池、２…封入体、２ａ…最内層フィルム、２ｂ…金属箔層、２ｃ…最外層フィルム、３…リード部材（正極側）、３’…リード導体、３ａ〜３ｂ…導体部分、４…リード部材（負極側）、５…絶縁樹脂フィルム、６…シール部、７…メッキ層、８…表面処理層、９…電極板リード、１０…帯状のアルミニウム導体、１１…メッキ。

Claims (5)

1. アルミニウムからなる平形導体の中央部に、導体幅の両側から張り出すように導体両面から絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用のリード部材であって、
   前記絶縁樹脂フィルムで分けられて両側に露出している導体部分で、非水電解質蓄電デバイスの外側となる導体部分に導電性のメッキが施され、前記絶縁樹脂フィルムが貼り合わされる導体部分に耐腐蝕用の表面処理が施されていることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス用のリード部材。
2. 前記メッキは、ニッケルメッキまたは錫メッキであることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質蓄電デバイス用のリード部材。
3. 前記アルミニウムからなる平形導体の圧延方向が、導体幅となるようにカットされていることを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質蓄電デバイス用のリード部材。
4. 前記絶縁樹脂フィルムが貼り合わされる導体部分の一部が、前記メッキにより覆われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の非水電解質蓄電デバイス用のリード部材。
5. 帯状のアルミニウム導体の一方の側縁を所定の幅で、片側又は両面に導電性メッキを施した後、前記アルミニウム導体の幅方向の中央部分に耐腐食用の表面処理層を形成し、次いで前記アルミニウム導体を所定の横幅寸法でカットしてメッキおよび表面処理層が形成されたリード導体の個片を作製し、この後、前記表面処理層が形成された部分に絶縁樹脂フィルムを前記リード導体の両面から貼り合わせることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス用のリード部材の製造方法。

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