JP2017519339A - 低ニッケル、複数層の積層複合体 - Google Patents

低ニッケル、複数層の積層複合体 Download PDF

Info

Publication number
JP2017519339A
JP2017519339A JP2016571266A JP2016571266A JP2017519339A JP 2017519339 A JP2017519339 A JP 2017519339A JP 2016571266 A JP2016571266 A JP 2016571266A JP 2016571266 A JP2016571266 A JP 2016571266A JP 2017519339 A JP2017519339 A JP 2017519339A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
metal layer
metal
composite
laminated composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016571266A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6804985B2 (ja
Inventor
ハーディー,マイケル,ディー.
ヘインズ,マイケル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ems Engineered Materials Solutions LLC
Original Assignee
Ems Engineered Materials Solutions LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ems Engineered Materials Solutions LLC filed Critical Ems Engineered Materials Solutions LLC
Publication of JP2017519339A publication Critical patent/JP2017519339A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6804985B2 publication Critical patent/JP6804985B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/013Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium
    • B32B15/015Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium the said other metal being copper or nickel or an alloy thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/521Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the material
    • H01M50/522Inorganic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H01M50/529Intercell connections through partitions, e.g. in a battery casing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00Layers arrangement
    • B32B2250/20All layers being fibrous or filamentary
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/22Nickel or cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/24Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/30Iron, e.g. steel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00Electrical equipment
    • B32B2457/10Batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/516Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by welding, soldering or brazing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12903Cu-base component
    • Y10T428/12917Next to Fe-base component
    • Y10T428/12924Fe-base has 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12944Ni-base component
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951Fe-base component
    • Y10T428/12972Containing 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951Fe-base component
    • Y10T428/12972Containing 0.01-1.7% carbon [i.e., steel]
    • Y10T428/12979Containing more than 10% nonferrous elements [e.g., high alloy, stainless]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

既知の実施形態と比較してより望ましい電気特性を有する複数層の金属積層体は、複数層の金属板クラッドを共に含む。複数層の積層複合体は、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、市販の銅及び銅合金などの、低電気抵抗率特性を有する第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、及び市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層を少なくとも含む。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その開示が参考として本明細書において依拠されて援用される、2014年6月4日に出願された特許仮出願第62/007,679号の優先権を主張する。
本発明は、複数層の特定の金属または金属合金を有する積層複合体に関する。積層複合体は少なくとも、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、市販の銅及び銅合金などの、低電気抵抗率特性を有する第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、ならびに、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層を含む。
従来、電池パック内の個別の電池間の電気接続は通常、市販のニッケル金属ストリップを用いて行われていた。ニッケルは、複数の利点により、電池パック内の個別の電池間の電気接続として利用するための一般的な材料である。ニッケルストリップの利点として、良好な耐食性、抵抗溶接性、及び低電気抵抗率、スポット溶接による良好な接合性、及び良好な端子接続のためのはんだ付け性が挙げられる。また、リチウムイオン電池の低電力「エネルギー」セクター(例えば、ノートブック型パーソナルコンピュータ、携帯電話、タブレット、デジタルカメラなど)における利用に関して、純ニッケルの伝導特性は電池パックの有害な発熱を最低限に抑えるのに十分なものである。
しかし、より高い電力応用が進化するにつれて(例えば、E−バイク、電気自動車、及びエネルギー貯蔵)、電池性能及び安全性を低下させる可能性がある抵抗発熱を最小限に抑えるために、より伝導接続性の高い材料が必要とされているのは明らかである。電気及び熱フローをより小さい断面積に集中させ、かつ多数のセルがその断面積における累積的加熱効果の一因となるバス接続における必要性が特に重要である。例えば、エネルギー貯蔵応用におけるセルの数は、個別のセル20,000個を越える場合がある。
また、市場において、ニッケル金属商品市場への感応度が低いより低コストの接続材料を開発することが望ましい。その結果として、電気伝導、熱伝導、溶接性、はんだ付け性、強度、及び成形性の有益な特性を維持しながら、または超えながら、全体のニッケル含有量がより低い材料を開発することが望ましい。
「solderability(はんだ付け性)」という用語は、金属基板が溶融はんだによって湿潤される能力として定義される。良好な抵抗溶接性は、溶着される2つのシステムの特性によって特徴付けられる。熱的性質及び融解特性を両立するシステムを有すること、ならびに、2つのシステムを溶接した結果、有害なまたは脆い金属相が形成されないことが有利である。「electrical resistivity(電気抵抗率)」(電気伝導の逆)は、材料特性としての電流フローに対する材料抵抗の基準である。材料抵抗は、通電断面積を考慮すると、容易に電気抵抗へと変換される。
「bond(接合)」という用語は、冶金的接合による金属層の接着または接合を含む。この接合を形成するための技術は、ロール圧接(冷間または温間)、溶接、爆着、拡散接合、電着、接着、及び当業者によって知られる他の技術を含む従来のプロセスを含む。
特に軟質銅のより高い厚さ分に関して、軟質銅が2つのより強い合金に挟まれた積層複合体またはシステムのロール圧接には、課題が存在する。主要な問題は、特性の不整合をもたらす、より強い外層の厚さにおけるサイクル変化である。このような課題により、以前は電池パックにおける個別のセル間の電気接続のための優れた伝導性システムの導入が制限されていた。当業者にとって、より厚い銅層、ならびにより高い電気伝導性及び熱伝導性を有するシステムが望ましい。工業用純ニッケルの一例は、UNS N02201展伸金属ストリップである。「金属及び合金用統一番号システム(Unified Numbering System)」の略であるUNSは、金属を体系的に指定するものである。元素状ニッケルの価格は極めて不安定であるため、従来のニッケルシステムと同等の性能を有する低ニッケル、多層積層体を開発することが極めて望ましい。
既知の実施形態よりも特性が改善された複数層の積層複合体またはシステムが本明細書中に記載されている。複数層の積層複合体は、少なくとも、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、市販の銅及び銅合金などの、低電気抵抗率特性を有する第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、及び市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層を含む。
より具体的には、市販のニッケルまたはニッケル合金からなる第1の金属合金、市販の鋼またはステンレス鋼からなる第2の金属合金、市販の銅及び銅合金からなる第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼からなる第4の金属層、及び市販のニッケルまたはニッケル合金からなる第5の金属層を備える複数層の積層複合体。
このように本発明は、以下からなる複数層の積層複合体を含む。
市販のニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、
市販の鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、
市販の銅または銅合金から選択された、低電気抵抗率を有する第3の金属層、
市販の鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、
市販のニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、詳細な説明及び図面を読んで理解することから実現することができる。
本発明による、複数層の金属積層複合材を示す。 電気抵抗率と電気伝導との間の換算を識別する表である。 単一の電池セル及びこれに接続された積層複合体タブの上面斜視図である。 単一の電池セル及びこれに接続された積層複合体タブ底面斜視図である。 積層複合体タブと接続された複数の電池セルを含む、電池パックの斜視図である。 積層複合体タブと接続された複数の電池セルを含む、第2の電池パックの斜視図である。 積層複合体の様々な実施形態の、層構成、物性、及び機械的特性について詳述する表である。
低ニッケル、複数層の積層複合体またはシステム10が、本明細書に記載される。複数層の積層複合体10は、良好なはんだ付け性、良好な抵抗溶接性、及び低電気抵抗率特性を示す。積層複合体10は、参照により本明細書に組み込まれて依拠される米国特許出願公開第2009/0169918号に記載されるような、当技術分野で周知の「冷間」接合プロセスによって製造される。
複数層の積層複合体10の特定の組成が、図1に示す実施形態において示される。図1に示す実施形態は、5つの金属層を有する積層複合体10のためのものである。この五層の実施形態は、低電気抵抗率を有する金属または金属合金からなる中心層12を含む。示される実施形態では、所望の特性を実現するため、この中心層12は銅または銅合金からなる。中心層12は第1の側面及び第2の側面を有し、良好な抵抗溶接性を有する金属または金属合金の2つの中間層または内層14、16に挟まれている。第1の内層14は中心層12の第1の側面に当接して隣接し、また第2の内層16は中心層12の第2の側面に当接して隣接する。示される実施形態において、内層14、16のそれぞれは、鋼またはステンレス鋼からなる。組み合わせた中心10及び内層14、16は、良好なはんだ付け性を有する金属または金属合金の2つの外側の層または外部の層18、20にさらに挟まれる。示される実施形態において、外層18、20のそれぞれは、ニッケルまたはニッケル合金からなる。第1の外層18は第1の内層14に当接して隣接し、また第2の外層20は第2の内層16に当接して隣接する。
より具体的には、図1における実施形態を参照すると、以下の組み合わせ、または実質的に同様の組み合わせを有する積層複合体10は、所望の特性を有するように決定されている。
● 第1の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.5% N02201
■ 第2の層(14):31.5% S43000
■ 第3の層(12):34% C10200
■ 第4の層(16):31.5% S43000
■ 第5の層(20):1.5% N02201。
● 第2の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.4% N02201
■ 第2の層(14):28.6% S43000
■ 第3の層(12):40% C10200
■ 第4の層(16):28.6% S43000
■ 第5の層(20):1.4% N02201。
● 第3の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.6% N02201
■ 第2の層(14):32.4% S30403
■ 第3の層(12):32% C10200
■ 第4の層(16):32.4% S30403
■第5の層(20):1.6% N02201。
● 第4の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.3% N02201
■ 第2の層(14):27.7% S30403
■ 第3の層(12):42% C10200
■ 第4の層(16):27.7% S30403
■ 第5の層(20):1.3% N02201。
● 第5の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):0.85% N02201
■ 第2の層(14):17.65% S30403
■ 第3の層(12):63% C10200
■ 第4の層(16):17.65% S30403
■ 第5の層(20):0.85% N02201。
● 第6の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):0.3% N02201
■ 第2の層(14):8.2% S30403
■ 第3の層(12):83% C10200
■ 第4の層(16):8.2% S30403
■ 第5の層(20):0.3% N02201。
● 第7の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):8% N02201
■ 第2の層(14):32% S30403
■ 第3の層(12):20% C10200
■ 第4の層(16):32% S30403
■ 第5の層(20):8% N02201。
● 第8の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):2.3% N02201
■ 第2の層(14):37.7% S30403
■ 第3の層(12):20% C10200
■ 第4の層(16):37.7% S30403
■ 第5の層(20):2.3% N02201。
この五層の実施形態において、積層複合体10は、特により高電力応用にとって有利であり得る、ニッケルと比較してはるかに高い電気伝導性を維持すると予想される。例えば、34%C10200を有する上述の実施形態のための複合則モデルは、36.6%IACS(「国際軟銅規格」)の電気伝導に対応する28.4Ohms−Circ−Mil/Foot(0.047μohms−m)の抵抗率を示す。(ストリップ処理中の焼鈍のため)10%〜30%と予想される分解によって、25.6%IACS〜32.9%IACSの伝導性がもたらされることが予想される。実際の分解では、0.0118インチの仕上げ厚さの5.7%〜0.004インチの仕上げ厚さの11.5%で変化することが明らかにされている。
積層複合体10のはんだ付け性試験は定性的である。抵抗溶接試験は定義上、個別の電池パック104(本明細書においてさらに説明されて、図6〜9において示される)間のエンドタブ110をアノード及びカソード蓋ならびに缶へ溶接する最終応用専用のものである。工学試験中に電気抵抗率/電気伝導が測定される。電気抵抗率は、17.1〜40Ohms−Circular−Mil/Footで変化しており、0.0285〜0.0664μohms−mの範囲と同等である。これは、60.4%IACS〜26%IACSの電気伝導に換算される。これらの伝導性は純ニッケル金属ストリップの範囲よりも優れている。電気抵抗率と電気伝導との間の換算を、図2の表に示す。
図1に示す第1の実施形態では、電気伝導が改良されるような方法で、五層の積層複合体10が接合される。この分析は、このような材料を用いた知見及び経験に基づく。特に電気伝導性の低下は、接合プロセス後に焼鈍温度が上昇することを特徴とする。製品がS30400ステンレス鋼層を焼鈍して応用のための好適な延性を提供することが重要である。しかしストリップ処理中の焼鈍によって、%IACS伝導性がわずかに低下することになる。例えば、第4の上述の実施形態(42% C10200)の積層複合体10の理論上の複合則モデルによって、43.1%IACS(「国際軟銅規格」)の電気伝導に対応する24.1Ohms−Circ−Mil/Foot(0.040μohms−m)の抵抗率がもたらされると予測される。ストリップ焼鈍からの伝導性がわずかに低下するため、ストリップ処理によって、0.005インチの仕上げ厚さにおいて35.2%IACS、また0.0098インチの厚さにおいて38.5%IACSの、実際の電気伝導性がもたらされた。
本発明の他の態様は、以下による、積層複合体10の抵抗率の制御を含む:
1) 金属層システムの比、銅材料の特定の量を変化させること、
2) 合金材料、特に銅合金を変化させること、
3) 焼鈍温度の変化を利用して拡散混合を変えること。
後者の点に関しては、焼鈍温度を利用して電気伝導性をカスタマイズするために、図1に示す五層の実施形態を作成することができる。
したがって、図1の実施形態に対応して、図10に示される層構成を有し、かつ以下の大きさの積層複合体10が製造されている。
● 1.5% N02201/31.5% S43000/34% C10200/31.5% S43000/1.5% N02201。
● 1.4% N02201/28.6% S43000/40% C10200/28.6% S43000/1.4% N02201。
● 1.6% N02201/32.4% S30403/32% C10200/32.4% S30403/1.6% N02201。
● 1.3% N02201/27.7% S30403/42% C10200/27.7% S30403/1.3% N02201。
● 0.85% N02201/17.65% S30403/63% C10200/17.65% S30403/0.85% N02201。
本実施形態では、積層システム10は、様々な応用において、特により高い電力応用にとって有利であり得る、はるかに高い電気伝導を維持することが予想される。例えば、63% C10200を有する上記の第5の実施形態のための複合則モデルは、62.9%IACSの電気伝導に対応する、16.5Ohms−Circ−Mil/Foot(0.027μohms−m)の抵抗率を示す。ストリップ焼鈍からの伝導性がわずかに低下するため、ストリップ処理によって、0.015インチの仕上げ厚さにおける59.1%IACS、また0.020インチの厚さにおける60.4%IACSの実際の電気伝導性がもたらされた。
図7に示される値の表は、図1の五層の複合体の様々な実施形態のための%IACS伝導性、機械的特性、及び延性特性を提示し、またニッケル合金の一般特性(N02201、899M、及び899A)を提示する。特に、1/4硬質の硬度の当業界においてよく利用されるこれらの合金と比較して、同様の機械的特性をクラッド材10がニッケル合金に与えることが観察される。積層複合体10のクラッド材を用いると、従来のニッケル合金と比較して優れた電気伝導性が得られる。
上述の複数層の積層複合体10は、1つまたは複数のリチウムイオン電池セルを共に結合させるためのコネクタタブ200としての応用を含む様々な応用において利用されてもよい。積層複合体10から形成された「コネクタタブ」の溶接は、単一のパルス、交流電流(AC)、抵抗溶接機を用いて容易に実現される。分流、溶接突起、及び/または当技術分野で周知のステップ溶接プロセスの応用を回避するために、溶接にはスロットが用いられる。このプロセスによって生成された溶接部の強度は、引張強度の業界標準を満たすか、またはそれを超える。図3及び4を参照すると、リチウムイオンセル100は自然状態で円筒であり、これらのセル100間の接続は円筒状の電池セル100のエンドキャップ102に溶着されるコネクタタブ200を利用してもたらされる。これにより、多くの電池セル100を並行して接合して、図5及び6に示される、手動具、ラップトップ、及び小型機器に電力を供給するために利用されるような電池パック104、106(共に結合された複数のセル)の集合的な電圧を増大させることが可能になる。
今日では、このような電池を接続するための最適な材料は、その電気及び接合性特性(溶接、はんだ付け)から、純ニッケルである。しかしニッケルの利用には様々な欠点がある。第1に、様々な応用にニッケルを利用するには高額な費用がかかる。第2に、ニッケルの欠点はその伝導性(またたは高い抵抗率)である。
図5に示す第1の電池応用において、市場ドライバが主なコストである場合に、小型の電池パック104では純ニッケルが利用される(ラップトップ、iPadのまたは電動工具の電池パックなど)。これらの応用は純ニッケルの伝導性のために、電力またはエネルギー損失にさほど敏感ではない。第2の電池応用は、より大きな電力モジュール106(e−バイク、バックアップ電池収納部、またはハイブリッド車の電池パック用のものなど)を表す。これらの応用に関して、高抵抗率、または低伝導性ニッケル合金は、これらのモジュールの主要な問題となる。高抵抗はエネルギー損失及び熱を意味する。この応用には、より優良かつ効果的な電流経路が必要となる。
この場合、積層複合体10は性能を損なうことなく利点を提示することができる。本明細書に記載の複数層の積層複合体10の実施形態は、銅比の修正または変更により、異なる伝導性クラッド材の郡を提供する。図5に示す小型の電池パックについては、純ニッケルと同じ伝導性を満たすが、より費用が低い積層複合体10が提供される。図6に示すような、より大型の電力モジュール106について、別の積層複合体10は1.0〜4倍の純ニッケルの伝導性を与えられる。これらの高伝導性積層複合体は、0.3%〜8.0%のニッケル、20%〜83%の銅、及び残りのステンレスによって実現される。当業者には、0.3%〜2.0%のニッケルが、はんだ付け性、電気伝導、及び耐食性の優良な特性を提供することが明らかにされている。より高い伝導性はより低い抵抗率を意味し、それらは反比例する。これによりエネルギー効率性が改善され、熱損失が低くなる。
積層複合体10のこれらのクラッド設計の全てに関する重要な特徴は、溶接可能かつはんだ付け可能でなくてはならないということである。外側のニッケル層には、良好なはんだ付け性及び耐食性が与えられる。ステンレス鋼の層は良好な溶接可能な構造を提示し、銅は伝導性を求める市場のニーズを満たすように調整することができる。
このように、金属複合材料を生成するための方法の例示的な実施形態について説明したが、本開示は例示的なものにすぎず、かつ様々な他の変更、改変、及び修正が開示の範囲内で加えられてもよいことを当業者には留意されたい。したがって、本発明は本明細書に示されるような特定の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。

Claims (14)

  1. ニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層と、
    鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層と、
    銅または銅合金から選択された、低電気抵抗率を有する第3の金属層と、
    鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層と、
    ニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層と、
    を備える、金属積層複合材。
  2. 前記第3の金属層が前記第2の金属層及び前記第4の金属層に接合され、前記第1の金属層が前記第2の金属層に接合され、前記第5の金属層が前記第4の金属層に接合される、請求項1に記載の積層複合体。
  3. 前記第1の層が実質的に1.5%の前記積層複合体を備え、前記第2の層が実質的に31.5%の前記積層複合体を備え、前記第3の層が実質的に34%の前記積層複合体を備え、前記第4の層が31.5%の前記積層複合体を備え、前記第5の層が1.5%の前記積層複合体を備える、請求項1に記載の積層複合体。
  4. 前記第1の層が実質的に0.3%〜8%の前記積層複合体を備え、
    前記第2の層が実質的に8.2%〜39.7%の前記積層複合体を備え、
    前記第3の層が実質的に20%〜83%の前記積層複合体を備え、
    前記第4の層が8.2%〜39.7%の前記積層複合体を備え、
    前記第5の層が0.3%〜8%の前記積層複合体を備える、請求項1に記載の積層複合体。
  5. 前記複合材の伝導性が20%IACS〜80%IACSの範囲である、請求項1に記載の積層複合体。
  6. 請求項1に記載の金属積層複合を備える、電池パック用コネクタタブ。
  7. 銅または銅合金から選択された、低電気抵抗率を有する中心金属層であって、前記金属合金が第1の及び第2の側面を有する前記中心金属層と、
    第1及び第2の内部金属層であって、前記第1の内部金属層が前記中心金属層の前記第1の側面に沿って配置され、前記第2の内部金属層が前記中心金属層の前記第2の側面に沿って配置され、それぞれが鋼またはステンレス鋼から選択された良好な抵抗溶接性を有する、前記第1及び第2の内部金属層と、
    第1及び第2の外部金属層であって、前記第1の外部金属層が前記第1の内部金属層に隣接し、前記第2の外部金属層が前記第2の内部金属層に隣接し、前記第1及び第2の外部金属層が、ニッケルまたはニッケル合金から選択された良好なはんだ付け性を有する、前記第1及び第2の外部金属層と、
    を備える、金属積層複合材。
  8. 前記第1及び第2の外部金属層が実質的に1.5%の前記積層複合体を備え、前記第1及び第2の内部金属層が実質的に31.5%の前記積層複合体を備え、前記中心金属層が実質的に34%の前記積層複合体を備える、請求項7に記載の金属積層複合材。
  9. 前記第1及び第2の外部金属層がそれぞれ、実質的に0.3%〜8%の前記積層複合体を備え、
    前記第1及び第2の内部金属層がそれぞれ、実質的に8.2%〜39.7%の前記積層複合体を備え、
    前記中心層が実施的に20%〜83%の前記積層複合体を備える、請求項7に記載の金属積層複合材。
  10. 前記複合材の前記伝導性が20%IACS〜80%IACSの範囲である、請求項7に記載の積層複合体。
  11. 請求項7に記載の金属積層複合材を備える、電池用コネクタタブ。
  12. 銅または銅合金から選択された低電気抵抗率を有し、第1及び第2の側面を有する中心金属層と、
    第1及び第2の内部金属層であって、前記第1の内部金属層が前記中心金属層の前記第1の側面に沿って配置され、前記第2の内部金属層が前記中心金属層の前記第2の側面に沿って配置され、それぞれが鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する、前記第1及び第2の内部金属層と、
    第1及び第2の外部金属層であって、前記第1の外部金属層が前記第1の内部金属層に当接し、前記第2の外部金属層が前記第2の内部金属層に当接し、ニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する、前記第1及び第2の外部金属層と、を含む層を備え、
    前記第1及び第2の外部金属層が実質的に0.3%〜8%の前記積層複合体を備え、前記第1及び第2の内部金属層が実質的に8.2%〜39.7%の前記積層複合体を備え、前記中心金属層が実質的に20%〜83%の前記積層複合体を備える、金属積層複合材。
  13. 前記複合材の伝導性が20%IACS〜80%IACSの範囲である、請求項12に記載の積層複合体。
  14. 請求項12に記載の金属積層複合材を備える、電池パック用コネクタタブ。
JP2016571266A 2014-06-04 2015-06-04 低ニッケル、複数層の積層複合体 Active JP6804985B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462007679P 2014-06-04 2014-06-04
US62/007,679 2014-06-04
PCT/US2015/034207 WO2015187957A2 (en) 2014-06-04 2015-06-04 Low nickel, multiple layer laminate composite

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017519339A true JP2017519339A (ja) 2017-07-13
JP6804985B2 JP6804985B2 (ja) 2020-12-23

Family

ID=54767590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016571266A Active JP6804985B2 (ja) 2014-06-04 2015-06-04 低ニッケル、複数層の積層複合体

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10707472B2 (ja)
EP (1) EP3152049B1 (ja)
JP (1) JP6804985B2 (ja)
KR (1) KR102343784B1 (ja)
CN (1) CN106457768A (ja)
DK (1) DK3152049T3 (ja)
PL (1) PL3152049T3 (ja)
TW (1) TWI727922B (ja)
WO (1) WO2015187957A2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11383319B2 (en) 2019-09-05 2022-07-12 GM Global Technology Operations LLC Method of joining steel having different resistivities
US11590601B2 (en) 2019-09-20 2023-02-28 GM Global Technology Operations LLC Method of joining steel work-pieces having different gauge ratios
CN111098094A (zh) * 2019-12-30 2020-05-05 深圳市鑫越新材料科技有限公司 一种电池连接材料及其加工工艺
US12394871B2 (en) * 2020-10-22 2025-08-19 Ems Engineered Materials Solutions, Llc Clad battery connector system
CN121548503A (zh) 2023-05-31 2026-02-17 万腾荣公司 多层层压复合材料
WO2025177021A1 (en) 2024-02-21 2025-08-28 Innovative Clad Solutions Private Limited Cell interconnect and manufacturing process

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3212865A (en) * 1962-06-13 1965-10-19 Texas Instruments Inc Composite electrically conductive spring materials

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1824497A (en) 1930-07-11 1931-09-22 George Ganser Hair curling appliance
US3490126A (en) * 1968-01-02 1970-01-20 Texas Instruments Inc Composite material for use in cookware,heat transfer materials and the like
US5300809A (en) 1989-12-12 1994-04-05 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Heat-conductive composite material
JP2001273898A (ja) * 2000-01-20 2001-10-05 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法並びにそれを使用した非水電解質二次電池
JP4518645B2 (ja) * 2000-01-21 2010-08-04 日新製鋼株式会社 高強度高靱性マルテンサイト系ステンレス鋼板並びに冷延耳切れ抑止方法および鋼板製造法
US8387228B2 (en) 2004-06-10 2013-03-05 Ati Properties, Inc. Clad alloy substrates and method for making same
CN1824497A (zh) * 2005-02-23 2006-08-30 佛山精密电工合金有限公司 节约纯镍的代镍层状复合金属带、箔、片
WO2007071425A1 (en) 2005-12-23 2007-06-28 Hille & Müller GMBH Plate or strip for producing connectors, connector and use thereof, and process for manufacturing such a strip
US8420225B2 (en) 2008-01-02 2013-04-16 EMS Engineered Materials Solution, LLC Metallic laminate composite
EP2274788A4 (en) * 2008-03-07 2012-01-25 Leyden Energy Inc ELECTROCHEMICAL BATTERIES WITH TABS
JP5140171B2 (ja) * 2011-03-18 2013-02-06 Jx日鉱日石金属株式会社 充電用電池タブ材に用いられる銅合金条
KR101322068B1 (ko) * 2011-12-27 2013-10-28 주식회사 포스코 클래드 강재 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3212865A (en) * 1962-06-13 1965-10-19 Texas Instruments Inc Composite electrically conductive spring materials

Also Published As

Publication number Publication date
JP6804985B2 (ja) 2020-12-23
TWI727922B (zh) 2021-05-21
WO2015187957A3 (en) 2016-03-10
EP3152049B1 (en) 2020-11-25
US10707472B2 (en) 2020-07-07
PL3152049T3 (pl) 2021-05-31
CN106457768A (zh) 2017-02-22
TW201609370A (zh) 2016-03-16
KR102343784B1 (ko) 2021-12-27
KR20170016394A (ko) 2017-02-13
DK3152049T3 (da) 2020-12-21
US20150357621A1 (en) 2015-12-10
EP3152049A4 (en) 2018-01-24
EP3152049A2 (en) 2017-04-12
WO2015187957A2 (en) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6804985B2 (ja) 低ニッケル、複数層の積層複合体
KR101900975B1 (ko) 리튬 이온 전지용 부극 단자 및 덮개 부재 및 리튬 이온 전지
US9287547B2 (en) Material and coating for interconnector busbars
WO2013051012A2 (en) Bimetallic busbar device for battery cell assemblies
CN202268424U (zh) 一种电池组
CN110364673A (zh) 具有局部焊接连接点的电池基片及其制造方法
JP6330786B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2011171080A (ja) 電池部品ならびに電池パックおよび電池パックの製造方法
JP4944279B2 (ja) リード用クラッド材およびリード用クラッド材の溶接方法
JPH11297300A (ja) 電池用リード材料とリード付き二次電池
JP5558878B2 (ja) 組電池、抵抗溶接方法および組電池の製造方法
US20230299430A1 (en) Method for manufacturing joined body, joined body, and battery module
TW201248974A (en) Copper alloy bar used for battery tab material for charging
JP2006139987A (ja) 電池パック用板状配線材及び電池パック
CN101034739B (zh) 蓄电池用导电连接体及蓄电池
HK1235917B (en) Low nickel, multiple layer laminate composite
HK1235917A1 (en) Low nickel, multiple layer laminate composite
JP2013097923A (ja) 電極リード接続体及び電極リード接続アセンブリ
WO2007071425A1 (en) Plate or strip for producing connectors, connector and use thereof, and process for manufacturing such a strip
WO2024241839A1 (ja) ワイヤボンディング用クラッド材、ワイヤボンディング用クラッド材を用いた接合構造、および電池の製造方法
WO2025177021A1 (en) Cell interconnect and manufacturing process
JP2004192891A (ja) 電池パック用配線材及びそれを用いた電池パック並びにその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171219

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190205

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190705

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200407

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200707

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201002

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6804985

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250