JP2015191755A - 電池用負極端子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】界面６３を立体形状としたクラッド材からなる負極端子３において、ニッケルメッキ層７１のメッキ処理時にメッキ浴に触れるアルミニウム部分６２を少なくする。【解決手段】負極端子３は、負極集電体に接続される銅部分６１と外部へ導出されるアルミニウム部分６２とが界面６３において接合されたクラッド材からなり、主面境界６３ａを境界として銅部分６１の表面にニッケルメッキ層７１が設けられる。界面６３は、断面略Ｖ字形の立体形状をなす。負極端子３の側縁３ｃ，３ｄは、テーパ状に押し潰されており、アルミニウム部分６２が銅部分６１の材料により覆われているので、メッキ処理の際のダメージが少なくなる。【選択図】図３

Description

この発明は、クラッド材を用いた電池用負極端子およびその製造方法に関する。

特許文献１には、リチウムイオン電池などのフィルム外装電池において、負極側の端子を、銅と第２の金属（例えばニッケル）とを接合したクラッド材から形成することが開示されている。すなわち、発電要素における負極集電体は一般に銅からなるので、この負極集電体に接続される内側の端部を銅から構成し、他方、外部へ引き出される外側の端部を、外部端子やバスバーなどとの接続を考慮して選択される異種の金属、例えばニッケルから構成している。そして、特許文献１では、界面はステップ状に形成されており、外側の端部は、厚さ方向に２種の金属が積層された構成となっている。

また特許文献２には、負極端子を銅にて形成し、その表面にニッケルメッキ層を設けることが開示されている。

特開２００１−１２６７０９号公報 特開２００９−９９５２７号公報

クラッド材を用いた端子においては、２種の金属部分の接合強度を高く確保するために、両者の界面を単純な一平面（典型的には端子の長さ方向に直交する平面）とするのではなく、特許文献１にも例示されているように、端子の長さ方向にも変化した立体形状とすることが望ましい。

しかしながら、このように端子長さ方向に変化した立体形状の界面は、両主面ではそれぞれ端子の幅方向に延びた単純な一直線に現れるものの、端子の側面においては、端子長さ方向に拡がった形に現れることとなる。従って、クラッド材の銅部分の表面にニッケルメッキ層を設けるべく主面の境界付近から長さ方向の一方の範囲にメッキ処理を行った場合に、主面の境界位置から端子長さ方向に拡がった第２の金属の表面がメッキ浴に接してしまい、第２の金属にダメージを与えるおそれがある。

この発明は、長さ方向の一端部を構成する銅と他端部を構成する第２の金属とが幅方向に延びる界面を介して接合された板状のクラッド材からなり、上記一端部が発電要素の負極集電体に接続されるとともに、上記他端部が外装体から外部へ導出される電池用負極端子において、
上記界面は、端子の長さ方向に沿った断面における形状として、端子の２つの主面に現れる主面境界と、この主面境界の位置から上記長さ方向で上記一端部の側へ片寄って位置する厚さ方向中間部における少なくとも１つの頂部と、を有し、
幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分では、厚さ方向に押し潰すことで主面付近の銅材料が第２の金属を少なくとも部分的に覆っており、
銅部分の表面にはニッケルメッキ層が設けられている。

つまり、本発明では、界面は、端子長さ方向に沿った断面で見た形状として、例えばＶ字形もしくはＷ字形のような１つあるいは複数の頂部を有する立体形状をなしている。特に、頂部は、主面境界から銅材料の側へ入り込んでいる。そして、端子幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分では、厚さ方向に拡がっていた界面が１本の直線形状に近付くように押し潰された形となっており、主面付近の銅材料が厚さ方向中央寄りに集まり、第２の金属の表面を覆っている。

従って、主面境界の付近において端子の側縁部分に露出する第２の金属の表面積が縮小する。

この発明によれば、立体形状の界面を有するクラッド材からなる電池用負極端子において、上記立体形状に起因して生じる端子側縁における第２の金属の露出面積を縮小することができ、銅部分の表面に対するニッケルメッキ処理の際のメッキ浴による第２の金属のダメージを抑制することができる。

この発明の負極端子を備えたフィルム外装電池の一例を示す斜視図。 同じくフィルム外装電池の断面図。 この発明に係る負極端子の一実施例を示す斜視図。 この負極端子の縦断面図。 図４のＡ−Ａ線に沿った横断面図。 側縁を潰していない母材状態を示す負極端子の斜視図。 テーパ面の角度の説明図。 メッキ処理工程を示す説明図。

以下、この発明をフィルム外装電池の負極端子に適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

初めに図１および図２に基づいて、この発明による負極端子が用いられるフィルム外装電池１の一例を説明する。フィルム外装電池１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図１に示すように、偏平な長方形の外観形状を有し、長手方向の一方の端縁に、正極端子２および負極端子３を備えている。

図２に示すように、フィルム外装電池１は、発電要素４を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体５の内部に収容したものである。発電要素４は、それぞれシート状をなす複数の正極１１および負極２１をセパレータ３１を介して交互に積層した積層構造を有する。正極１１は、例えばアルミニウム箔からなる正極集電体１２の両面に正極活物質層１３を塗布して構成され、負極２１は、例えば銅箔からなる負極集電体２２の両面に負極活物質層２３を塗布して構成されている。なお、図における各部の寸法や正極１１，負極２２の数は必ずしも正確なものではなく、説明のために誇張したものとなっている。

負極集電体２２の長手方向の端縁の一部は、負極活物質層２３を具備しない端子接続部２２ａとして延びており、その先端に負極端子３の一端部３ａが接続されている。詳しくは、複数の負極２２の端子接続部２２ａを負極端子３の上に重ね合わせた上で、超音波溶接することによって互いに接合されている。そして、負極端子３の他端部３ｂは、外装体５の外部へ導出されている。

また図２には示されていないが、正極端子２も同様の接続構造を有しており、つまり、正極集電体１２の長手方向の端縁の一部に、正極活物質層１３を具備しない端子接続部が延長形成され、その先端に正極端子２の一端部が超音波溶接されている。そして、正極端子２の他端部は、外装体５の外部へ導出されている。

上記の発電要素４を電解液とともに収容する外装体５は、図２に一部を拡大して示すように、熱融着層５１と金属層５２と保護層５３との三層構造の可撓性を有するラミネートフィルムからなる。中間の金属層５２は、例えばアルミニウム箔からなり、その内側面を覆う熱融着層５１は、熱融着が可能な合成樹脂例えばポリプロピレン（ＰＰ）からなり、金属層５２の外側面を覆う保護層５３は耐久性に優れた合成樹脂例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。なお、さらに多数の層を有するラミネートフィルムを用いることもできる。また、上記の例では金属層５２の両面に合成樹脂層をラミネートしているが、金属層５２の外側の合成樹脂層は必ずしも必須のものではなく、内側表面にのみ合成樹脂層を備えた構成であってもよい。

外装体５は、一つの例では、図２の発電要素４の下面側に配置される１枚のラミネートフィルムと上面側に配置される他の１枚のラミネートフィルムとの２枚構造をなし、これら２枚のラミネートフィルムの周囲の４辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。図示例は、このような２枚構造の外装体５を示している。また、他の一つの例として、外装体５は１枚の比較的大きなラミネートフィルムからなり、２つ折りとした状態で内側に発電要素４を配置した上で、周囲の３辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成としてもよい。

正極端子２および負極端子３は、長方形をなすフィルム外装電池１の短辺に並んで配置されており、これら端子２，３は、外装体５となるラミネートフィルムの端縁５ａを重ね合わせて熱融着する際に、両者の接合面５ｂを通して外部へ導出されている。

詳しくは、端子２，３の長さ方向の中間部の外周面に、予め樹脂層４１が設けられており、この樹脂層４１を両側から挟み込むような形で外装体５の端縁５ａが樹脂層４１の上に接合されている。樹脂層４１としては、電解液に対する耐性ならびに接着性に優れた樹脂材料が用いられ、例えば、酸変性ポリオレフィン系樹脂が用いられる。

図３〜図５は、本発明に係る負極端子３の一実施例を示している。図３は、負極端子３の外観を模式的に示した斜視図、図４は、負極端子３の長さ方向に沿った断面における縦断面図、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。この負極端子３は、第１の金属としての銅と第２の金属としてのアルミニウムとが一体に接合された板状のクラッド材から構成されており、外装体５の内部で負極集電体２２に接続される長さ方向の一端部３ａが銅部分６１によって構成され、かつ外装体５から外部へ導出される長さ方向の他端部３ｂがアルミニウム部分６２によって構成されている。なお、本明細書では、負極端子３の導出方向と平行な方向である図４のｘ方向を負極端子３の「長さ方向」と呼び、ｘ方向に直交する図５のｙ方向を負極端子３の「幅方向」と呼ぶこととする。これは、必ずしもｘ方向の寸法がｙ方向の寸法よりも大きいことを意味するものではない。また図４，図５のｚ方向を負極端子３の「厚さ方向」と呼ぶこととする。

銅部分６１とアルミニウム部分６２との界面６３は、負極端子３の長さ方向の中間部分に存在しており、負極端子３の一端部３ａは厚さ方向の全体が銅部分６１から構成され、他端部３ｂは厚さ方向の全体がアルミニウム部分６２から構成されている。このようなクラッド材とすることで、一端部３ａを負極集電体２２との接合に適した材料としつつ、他端部３ｂを外部の端子やバスバー等との接合に適した材料とすることができ、低抵抗化を図ることができる。

界面６３は、負極端子３の幅方向の全体に亘って直線的に延びているが、２種の金属部分６１，６２の接合強度を高く確保するために、単純な一平面ではなく、図４および図６に示すような断面略Ｖ字形をなす立体形状の界面６３となっている。

すなわち、この実施例の界面６３は、図４つまり負極端子３の長さ方向に沿った縦断面に現れる形状として、負極端子３の第１主面６４ａに現れる主面境界６３ａから厚さ方向中間部へ向かって斜めに延びる第１片部６３１と、負極端子３の第２主面６４ｂに現れる主面境界６３ｂから厚さ方向中間部へ向かって斜めに延びる第２片部６３２と、がほぼ対称に形成され、かつ第１片部６３１と第２片部６３２とが厚さ方向中間部の頂部６３ｃで連続することで、全体として、断面略Ｖ字形をなしている。

従って、負極端子３の長さ方向に関してみると、第１主面６４ａに直線状に現れる一方の主面境界６３ａの位置と第２主面６４ｂに直線状に現れる他方の主面境界６３ｂの位置とは、基本的に等しい位置にあり、これらの位置に比較して、Ｖ字形の頂部６３ｃが負極端子３の一端部３ａ寄りに片寄って位置している。つまり頂部６３ｃは、主面境界６３ａ，６３ｂの位置から銅部分６１の中へ入り込むように延びている。

なお、界面６３は、Ｕ字形に近い断面形状であってもよく、あるいは、頂部６３ｃを複数有するＷ字形のような断面形状であってもよい。

上記のような界面６３のＶ字形断面形状は、負極端子３の側縁３ｃ，３ｄ部分を除く幅方向の全体に亘って、基本的に同一の断面形状をなしている。これに対し、負極端子３の側縁３ｃ，３ｄは、図３および図５に示すように、厚さ方向に両側から押し潰されたテーパ状に形成されており、これによって、界面６３の第１片部６３１と第２片部６３２とが厚さ方向に徐々に収束していく形となっている。

すなわち、２種の金属を接合したクラッド材の母材としては、図６に示すように、側面１０１にまで断面Ｖ字形の界面６３が同一断面形状で連続したものとなっているが、この側面１０１の両側のエッジ１０２，１０３を端子２，３の厚さ方向に両側からテーパ状に押し潰すことによって、最終的な負極端子３の側縁３ｃ，３ｄにそれぞれ一対のテーパ面１０４，１０５（図３，図５参照）が形成されている。

このような母材の塑性変形に伴い、界面６３の第１片部６３１と第２片部６３２とが厚さ方向に収束すると同時に、母材状態でエッジ１０２，１０３に沿って三角形に存在していた銅部分６１の材料（図６に符号６１ａで示す部分の銅材料）が厚さ方向の中央に両側から集められるため、母材側面１０１においてＶ字形に存在していたアルミニウム部分６２の表面（図６に符号６２ａで示す領域）が、この銅材料によって覆われる。理想的には、側縁３ｃ，３ｄに現れる界面６３が細い１本の直線状のものとなり、Ｖ字形に存在していたアルミニウム部分６２の露出面（領域６２ａ）が実質的に消失する（図３参照）が、仮に押し潰しが完全でなくても、アルミニウム材料の露出面積は大幅に低減する。

一つの具体的な寸法例を挙げると、負極端子３は、例えば、長さが５０ｍｍ、幅が７０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍであり、一実施例では、図７に示すように、側縁３ｃ，３ｄが１ｍｍ程度の幅Ｗ１に亘って押し潰され、各々のテーパ面１０４，１０５の角度θが７°程度のものとなっている。

なお、側縁３ｃ，３ｄにおけるエッジ１０２，１０３の押し潰し加工は、側縁３ｃ，３ｄの切断と同時に行うことも可能である。

銅部分６１の表面には、電解メッキによってニッケルメッキ層７１が設けられている。このニッケルメッキ層７１のためのメッキ処理は、母材の側縁３ｃ，３ｄの加工処理の後に行われるものであり、界面６３の主面境界６３ａ，６３ｂ付近から一端部３ａ側の範囲にニッケルメッキ層７１が設けられている。例えば、図８に例示するように、メッキ処理装置１２１におけるメッキ浴１２２の液面１２２ａが主面境界６３ａ，６３ｂ付近に位置するような状態で、メッキ処理が行われる。

このようなメッキ処理の際に、上記実施例の負極端子３では、前述したように側縁３ｃ，３ｄを両側から押し潰すことで、母材側面１０１における領域６２ａのアルミニウム材料が銅材料によって覆われているため、アルミニウム材料がメッキ浴１２２に触れることがない。仮に押し潰しが完全でなくても、領域６２ａのアルミニウム材料の露出面積が大幅に低減する。従って、メッキ浴１２２によるアルミニウム材料のダメージが抑制されるとともに、メッキ不良（銅とメッキ層との間の密着不良による剥がれ）が抑制される。

なお、図２に示した樹脂層４１は、ニッケルメッキ層７１のメッキ処理の後に、樹脂材料の塗布あるいは樹脂フィルムの貼着などの適宜な方法によって負極端子３の表面に設けられる。図３の例では、主面６４ａ，６４ｂに現れる主面境界６３ａ，６３ｂを覆うように、境界線１０６，１０７の間の長さＬの範囲に樹脂層４１が設けられる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば上記実施例では、クラッド材の第２の金属としてアルミニウムが用いられているが、他の金属を用いることもできる。また上記実施例では電解メッキの例を説明したが、無電解メッキでもよい。

１…フィルム外装電池
３…負極端子
４…発電要素
５…外装体
２２…負極集電体
４１…樹脂層
６１…銅部分
６２…アルミニウム部分
６３…界面
７１…ニッケルメッキ層

Claims (5)

1. 長さ方向の一端部を構成する銅と他端部を構成する第２の金属とが幅方向に延びる界面を介して接合された板状のクラッド材からなり、上記一端部が発電要素の負極集電体に接続されるとともに、上記他端部が外装体から外部へ導出される電池用負極端子において、
   上記界面は、端子の長さ方向に沿った断面における形状として、端子の２つの主面に現れる主面境界と、この主面境界の位置から上記長さ方向で上記一端部の側へ片寄って位置する厚さ方向中間部における少なくとも１つの頂部と、を有し、
   幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分では、厚さ方向に押し潰すことで主面付近の銅材料が第２の金属を少なくとも部分的に覆っており、
   銅部分の表面にはニッケルメッキ層が設けられている、電池用負極端子。
2. 上記第２の金属がアルミニウムであり、上記ニッケルメッキ層は、電解メッキによって形成されている、請求項１に記載の電池用負極端子。
3. 上記界面は、端子の長さ方向に沿った断面における形状として、Ｖ字形もしくはＷ字形をなしている、請求項１または２に記載の電池用負極端子。
4. 端子の幅方向に沿った断面において、側縁部分がテーパ状をなしている、請求項１〜３のいずれかに記載の電池用負極端子。
5. 長さ方向の一端部を構成する銅と他端部を構成する第２の金属とが幅方向に延びる界面を介して接合された板状のクラッド材からなり、上記一端部が発電要素の負極集電体に接続されるとともに、上記他端部が外装体から外部へ導出される電池用負極端子の製造方法であって、
   端子の長さ方向に沿った断面上の界面の形状が、端子の２つの主面に現れる主面境界と、この主面境界の位置から上記長さ方向で上記一端部の側へ片寄って位置する厚さ方向中間部における少なくとも１つの頂部と、を有する立体形状となるように、上記クラッド材を構成し、
   幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分を、テーパ状となるように厚さ方向に押し潰し、
   銅部分の表面にニッケルメッキ層をメッキ処理する、電池用負極端子の製造方法。

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