JP2019023974A - リード部材およびリード部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッド材を用いるリード部材において、側面を腐食から保護すること。【解決手段】リード部材（１１）は、銅箔板（１２）と、銅箔板（１２）の表面および裏面にクラッド接合されたニッケル箔板（１３）と、銅箔板（１２）の短手方向の側面に、銅箔板（１２）の長手方向の一端から所定の長さ部分がニッケルメッキされたメッキ部分（１８）および該メッキ部分以外のニッケルメッキがされていない非メッキ部分（１７）と、を有する平形導体（１４）と、平形導体（１４）の長手方向の両端部を除く部分に、メッキ部分（１８）と１ミリメートル以上重ねられ、かつ、非メッキ部分（１７）とも重ねられた状態で、貼り合わされている絶縁フィルム（１５１、１５２）と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、リード部材およびリード部材の製造方法に関する。

充放電可能な二次電池として、例えばリチウムイオン電池に代表される非水電解質電池が用いられている。リチウムイオン電池は、封入体内部に、正極集電体と、負極集電体と、正極集電体および負極集電体の間に配置されるセパレータと、を収納し、封入体内部が非水電解質溶液により満たされている。また、正極集電体および負極集電体の間に発生する電力を取り出すために、リード部材が使用される。

封入体は密閉性の高い容器ではあるが、リード部材である金属導体との接合箇所から、封入体内部の非水電解質溶液が漏出しようとする場合がある。そのような場合には、気体中の水蒸気と漏出した非水電解質溶液との反応により強酸が発生する。そのため、強酸が発生しても、リード部材の金属導体が腐食されないことが求められている。

ニッケルは、強酸に腐食され難く、この点において、ニッケルはリード部材の材料として好ましい。しかし、ニッケルは、銅に比べて電気伝導度が低く、また、価格が高い。そこで、銅箔板の両面にニッケル箔板をクラッド接合し、クラッド接合板を長尺状にカッタ刃を用いて切断する際に引き伸ばされるニッケル金属により側面を被ったリード部材が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−１６１５４７号公報

しかしながら、スリット切断などのクラッド材の切断の仕方によっては、ニッケル金属により側面が覆われない場合があり、そのような場合には、リード部材の平形の金属材料の側面に銅が露出し、腐食が発生する可能性がある。また、銅箔の表面、裏面および側面の全ての面をニッケルメッキしたリード部材を使用する場合には、集電体にリード部材を溶接する場合に、ニッケルメッキが剥がれやすく、剥がれたニッケルメッキが電池内に混入し、電極部分でショートが発生する場合がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、クラッド材を用いるリード部材において、側面を腐食から保護し、集電体との結合を確実にできるリード部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るリード部材は、銅箔板と、該銅箔板の表面および裏面にクラッド接合されているニッケル箔板と、前記銅箔板の短手方向の側面に、前記銅箔板の長手方向の一端から所定の長さ部分がニッケルメッキされたメッキ部分および該メッキ部分以外である非メッキ部分と、を有する平形導体と、前記平形導体の長手方向の両端部を除く部分に前記メッキ部分と１ミリメートル以上重ねられ、かつ、前記非メッキ部分とも重ねられた状態で貼り合わされている絶縁フィルムと、を備える。

本発明によれば、クラッド材を用いるリード部材において、側面を腐食から保護し、集電体との結合を確実にできる。

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を平形導体に絶縁フィルムを貼り合わせて製造する概略を説明する図である。 本発明によるリード部材の平形導体の試験結果を説明する図である。

（本願発明の実施形態）
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本実施形態の一態様として、リード部材は、銅箔板と、該銅箔板の表面および裏面にクラッド接合されているニッケル箔板と、前記銅箔板の短手方向の側面に、前記銅箔板の長手方向の一端から所定の長さ部分がニッケルメッキされたメッキ部分および該メッキ部分以外のニッケルメッキがされていない非メッキ部分と、を有する平型導体と、前記平型導体の長手方向の両端部を除く部分に、前記メッキ部分と１ミリメートル以上重ねられ、かつ、前記非メッキ部分とも重ねられた状態で、貼り合わされている絶縁フィルムと、を備える。

本実施形態に係るリード部材によれば、銅箔板の表面および裏面にニッケル箔板がクラッド接合されたリード部材において、長手方向の両端部を除く部分に、側面のメッキ部分と１ミリメートル以上重ねられ、かつ、非メッキ部分とも重ねられている絶縁フィルムを備えるので、表面および裏面に加えてメッキされた側面が腐食することを防止することができる。また、ニッケルメッキが側面全体に行なわれないので、メッキにより使用されるニッケル量を少なくし、メッキ時間の短縮およびコストを低減することができる。

（２）本実施形態の一態様として、ニッケル箔板の厚さは１０マイクロメートル以上であり、平形導体の厚さは１００マイクロメートル以下であるとしてもよい。

ニッケル箔板の厚さを１０マイクロメートル以上とすることにより、平形導体を溶接する際にニッケルが剥がれるのを防ぐことができ、また、平形導体の厚さを１００マイクロメートル以下とすることにより、平形導体と絶縁フィルムとの間に隙間が発生することを防ぐことができ、非水電解質溶液の漏出を防止することができる。

（３）本実施形態の一態様として、上記（１）または（２）において、ニッケルメッキの厚さは１マイクロメートル以上５マイクロメートル以下とすることができる。

ニッケルメッキの厚さを１マイクロメートル以上５マイクロメートル以下とすることにより、平形導体のメッキされた側面が腐食することを防止することができる。

（４）本発明の一態様に係るリード部材の製造方法は、銅箔板の表面および裏面にニッケル箔板をクラッド接合しクラッド板を製造する接合工程と、前記銅箔板の幅方向の側面において前記銅箔板の長さ方向の一端から所定の長さ以下の部分をニッケルメッキするメッキ工程と、絶縁フィルムを、前記クラッド板の長さ方向の両端部を除く部分に、前記ニッケルメッキされた部分と１ミリメートル以上重ねて、かつ、ニッケルメッキされていない部分とも重ねて、貼り合わせる貼合工程とを備える。

上記のリード部材の製造方法によれば、銅箔板の表面および裏面にニッケル箔板がクラッド接合され、長手方向の両端部を除く部分に、側面のメッキ部分と１ミリメートル以上重ねられ、かつ、非メッキ部分とも重ねられている絶縁フィルムを備えるので、ニッケルにより、表面および裏面に加えてメッキされた側面が腐食することを防止することができる。また、ニッケルメッキが側面全体に行なわれないので、メッキにより使用されるニッケル量を少なくし、メッキ時間の短縮およびコストを低減することができる。

（本願発明の実施形態の詳細）
本発明に係るリード部材およびリード部材の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

図１（Ａ）は、本実施形態に係るリード部材の非水電解質電池への使用例を示す。非水電解質電池１０は、正極集電体と負極集電体とをセパレータを介して配置された構造体と非水電解質溶液とを多層フィルムにより形成されている封入体１６に収納されて構成されている。また、正極集電体に一端が接合されるリード部材の他端が封入体１６の外部に取り出されているとともに、負極集電体に一端が接合されるリード部材１１の他端が封入体１６の外部に取り出されており、正極集電体と負極集電体との間に発生する電力を取り出すことが可能となっている。なお、本実施形態は、負極集電体に一端が接合されるリード部材１１に関する実施形態である。

多層フィルムは、金属箔と合成樹脂フィルムとを積層したラミネート構造を有している。このため、当該金属箔とリード部材１１とで短絡が発生しないようにするために、リード部材１１は、絶縁樹脂フィルム１５を介して封入体１６のシール部１６ａから密封封止した状態で取り出されている。絶縁樹脂フィルム１５は、絶縁フィルムの一例である。

封入体１６は、矩形を有する２枚の多層フィルムを対向配置して形成される。２枚の多層フィルムを対向配置し、シール部１６ａを含む周辺部分を熱溶着することにより、封入体１６が密閉封止される。なお、リード部材１１は、封入体１６が密閉封止される前に、平形導体１４の両面に絶縁樹脂フィルム１５が熱溶着により貼り合わせられる。

平形導体１４の長手方向の両端部を除く部分に、絶縁樹脂フィルム１５が貼り合わされる。なお、平形導体１４の長手方向とは、負極集電体とに接合された平形導体１４の一端から封入体１６の外部に取り出された平形導体１４の他端へ向かう方向である。平形導体１４の表面および裏面に貼り合わされた絶縁樹脂フィルム１５それぞれは、平形導体１４の長手方向とは直交する短手方向の両側の両端部を除く部分を覆い、さらに、絶縁樹脂フィルム１５は、平形導体１４の短手方向の両側から突出し、突出した部分で絶縁樹脂フィルム１５同士が貼り合わされる。

図１（Ｂ）は、一実施形態に係る負極に用いられるリード部材１１の斜視図の一例である。リード部材１１は、平形導体１４と、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２と、を備える。平形導体１４は、銅箔板１２の表面および裏面にクラッド接合されている状態となっているニッケル箔板１３を有する。また、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２は、平形導体１４の長手方向の両端部を除く部分に貼り合わされている状態となっている。

銅箔板１２の長手方向と直交する方向である短手方向の側面には、平形導体１４の銅箔板１２の長手方向の一端から所定の長さ部分がニッケルメッキされているメッキ部分１３Ｒ、１３Ｌ（図２におけるメッキ部分１８）と、ニッケルメッキがされていない非メッキ部分（図２における非メッキ部分１７）とを有する。所定の長さとは、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２が、メッキ部分１３Ｒ、１３Ｌと１ミリメートル以上重ねられ、かつ、非メッキ部分とも重ねられる長さである。なお、図１（Ｂ）においては、メッキ部分１３Ｒおよび１３Ｌで挟まれる銅箔板１２の長手方向の端面（図１（Ｂ）において最も手前に示される平形導体１４の端面）はニッケルメッキがされていない状態で図示されているが、ニッケルメッキされていてもよい。

絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２は矩形状を有しそのサイズは、平形導体１４の長手方向の長さよりも短く、平形導体１４の短手方向の長さよりも長くなっている。また、図１（Ｂ）においては、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２は、平形導体１４に溶着する内側層１５ａと、封入体１６と融着する外側層１５ｂの２層により形成されている。加熱溶融により内側層１５ａを平形導体１４に密着させて、導体表面における良好な密封封止を形成しておくことができ、内側層１５ａの材料の融点は任意に選択できる。一方、外側層１５ｂには、内側層１５ａよりも融点の高い材料が使用される。これにより、封入体１６とのシール時に、外側層１５ｂと封入体１６とを融着することで、封入体１６のラミネート材料に含まれる金属箔と平形導体１４とが短絡しないようにできる。

また、メッキ部分１３Ｒおよび１３Ｌは、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２よりも、すくなくとも図１（Ｂ）における手前側を含む側面の部分に形成されている。一方、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２よりも図１（Ｂ）における奥側の平形導体１４の側面は、ニッケルメッキがされていない非メッキ部分となっており、銅箔板１２の表面および裏面にニッケル箔板１３がクラッド接合された状態で露出している。

メッキ部分１３Ｒおよび１３Ｌと非メッキ部分との境界は、図１（Ｂ）には明確に示されていないが、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２が貼り合わされた部分の内部に位置する。具体的には、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２が貼り合わされた部分の図１（Ｂ）における手前側から奥側へ少なくとも１ミリメートル入り込んだ位置に、境界が位置している。

このようにメッキ部分１３Ｒおよび１３Ｌと非メッキ部分との境界を位置させていることにより、リード部材１１の図１（Ｂ）における奥側を封入体１６内部に入れ、手前側を封入体１６の外部に露出させて、封入体１６を密封封止した場合、封入体１６の内部から非水電解質溶液が平形導体１４と絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２との間に侵入し、銅箔板１２の短手方向の側面からの漏出が発生しても、空気中の水分（水蒸気）との反応が起きる場所はメッキ部分１３Ｒおよび１３Ｌとなるので、平形導体１４の側面の腐食が防止される。

図２は、本実施形態に係るリード部材１１を製造する手順を説明する図である。まず、平形導体１４を製造する。平形導体１４の製造の第１工程（接合工程）として、銅箔板１２の表面および裏面にニッケル箔板１３をクラッド接合したクラッド板を製造する。第１工程においては、平形導体１４よりも幅広のクラッド板を製造し、平形導体１４の形状に切断してもよい。第２工程（メッキ準備工程）として、平形導体１４の短手方向の側面のうち、長手方向の一端から所定の長さ部分（図２におけるメッキ部分１８となる部分）をニッケルメッキするために、ニッケルメッキしない部分を保護材料で覆う。保護材料としては、例えば、レジスト材料を用いることができる。第３工程（メッキ工程）として、ニッケルメッキを行なう。ニッケルメッキを行なうには、電気メッキによる方法と、電気を使用しない無電解メッキとが知られており、いずれを使用してもよい。第４工程（保護材料除去工程）として、保護材料を除去することにより、図２に示すように、銅箔板１２またはニッケル箔板１３の長手方向の一端から所定の長さ部分がニッケルメッキされたメッキ部分１８と、メッキがされていない非メッキ部分１７とを有する平形導体１４が得られる。

なお、第１工程において、クラッド板を切断せずに、クラッド板の全面を保護材料で覆い、保護材料が液体であれば硬化させた後に、クラッド板を平形導体１４の幅に切断してもよい。この場合は、第２工程が第１工程の一部となり、第３工程においては、クラッド板の銅箔板１２またはニッケル箔板１３の長手方向の一端から所定の長さ部分のみをメッキ液に浸漬して、メッキ部分１８を形成する。

平形導体１４の製造が完了すると、第５工程（貼合工程）として、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２を、平形導体１４の長手方向の両端部を除く部分に、メッキ部分１８と１ミリメートル以上重ねて、貼り合わせる。図２においては、点線２０が、メッキ部分１８と非メッキ部分１７との境界から図２の手前側に少なくとも１ミリメートル離れた位置を示しており、また、点線２１は、平形導体１４の表面に点線２０を延長した点線である。そこで、この点線に、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２の端部を位置させて（他端は非メッキ部に位置させて）、貼り合わせる。

以上の工程を経て、リード部材１１が製造される。

（試験結果）
図３は、平形導体１４を、クラッド材におけるニッケル箔板の厚さ（以後、簡単のために「クラッドの厚さ」という。）、メッキ部分のメッキの厚さ、および、クラッド材の銅箔板の厚さ（以後、簡単のために「銅箔板の厚さ」という。）をさまざまに変化させて製造し、試験を行なった結果を示す。

試験の具体的な内容は、平形導体１４を、負極集電体の材料に溶接して接続し、平形導体１４の表面の剥がれ（以後、「溶接剥がれ」という。）の有無と、平形導体１４に食塩水をかけ続けた後のメッキ部分１８の腐食（以後、単に「腐食」という。）の有無を調べた。

溶接剥がれの有無を調べるには、同じ条件で製造した平形導体１００枚それぞれについて、スポット溶接を、電極間距離として１．０ミリメートル、電極間電力として３．５ｋＶＡおよび通電時間として３ミリ秒の条件下で行った後、溶接個所を顕微鏡により１００倍に拡大して観察し、異物が発見されるかどうかを調べた。

腐食の有無を調べるには、５％濃度の摂氏３５度の食塩水を２４時間かけ続け、メッキ部分１８に腐食が発生するかどうかを調べた。

結果は、図３に示す通りとなった。すなわち、試料１として、クラッドの厚さを３３マイクロメートルとし、メッキの厚さを１マイクロメートルとし、銅箔板の厚さを３４マイクロメートルとする平形導体１４を製造し、試験を行なった結果、溶接剥がれは検出されず、腐食も発生しなかった。

試料２として、クラッドの厚さを２５マイクロメートルとし、メッキの厚さを１マイクロメートルとし、銅箔板の厚さを５０マイクロメートルとする平形導体１４を製造し、試験を行なった結果、溶接剥がれは検出されず、腐食も発生しなかった。

一方、試料３として、クラッドの厚さを５マイクロメートルとし、メッキの厚さを０．５マイクロメートルとし、銅箔板の厚さを９０マイクロメートルとする平形導体１４を製造し、試験を行なった結果、溶接剥がれが検出され、また、腐食も発生した。

試料４として、クラッド接合を行なわず、１００マイクロメートルの厚さの銅箔板の表面、裏面および側面に１マイクロメートルの厚さのニッケルメッキを行なった平形導体を製造し、試験を行なった結果、溶接剥がれが検出されたものの、腐食は発生しなかった。

試料５として、クラッドの厚さを１０マイクロメートルとし、メッキ部分を形成せずに、銅箔板の厚さを８０マイクロメートルとする平形導体１４を製造し、試験を行なった結果、溶接剥がれは検出されなかったが、腐食が発生した。

以上の結果を考察すると、試料３および試料４と、試料５、試料１および試料２との溶接剥がれの有無より、クラッドの厚さは１０マイクロメートル以上とすることが好ましいことになる。また、試料１、試料２および試料４と、試料３および試料５との腐食の有無より、メッキの厚さは１マイクロメートル以上とすることが好ましいことになる。なお、銅箔板の厚さは、試験結果には影響を与えていないこともわかる。しかし、電気伝導度がニッケルよりも高い銅箔板の厚さを大きくすることにより、平形導体の電気抵抗を小さくすることができるので、銅箔板の厚さは大きいほど好ましい。

一方、銅箔板の厚さが大きくなり平形導体１４の厚さが大きくなると、絶縁樹脂フィルム１５_１および１５_２と平形導体１４の側面との溶着の程度が低下し、非水電解質溶液の漏れが発生しやすくなる。このため、一般的には、平形導体１４の厚さは、１００マイクロメートル以下とすることが好ましい。

また、メッキの厚さは、標準的には、２．５マイクロメートルが目標とされ、メッキの厚さに不均一が発生することを考慮すると５マイクロメートルをメッキの厚さの上限とすることが好ましい。

１０…非水電解質電池、１１…リード部材、１２…銅箔板、１３…ニッケル箔板、１３Ｒ、１３Ｌ…ニッケルメッキ、１４…平形導体、１５、１５_１、１５_２…絶縁樹脂フィルム、１７…非メッキ部分、１８…メッキ部分。

Claims (4)

1. 銅箔板と、該銅箔板の表面および裏面にクラッド接合されているニッケル箔板と、前記銅箔板の短手方向の側面に、前記銅箔板の長手方向の一端から所定の長さ部分がニッケルメッキされたメッキ部分および該メッキ部分以外のニッケルメッキがされていない非メッキ部分と、を有する平形導体と、
   前記平形導体の長手方向の両端部を除く部分に、前記メッキ部分と１ミリメートル以上重ねられ、かつ、前記非メッキ部分とも重ねられた状態で、貼り合わされている絶縁フィルムと、
   を備える、リード部材。
2. 前記ニッケル箔板の厚さは１０マイクロメートル以上であり、前記平形導体の厚さは１００マイクロメートル以下である、請求項１に記載のリード部材。
3. 前記ニッケルメッキの厚さは１マイクロメートル以上５マイクロメートル以下である、請求項１または２に記載のリード部材。
4. 銅箔板の表面および裏面にニッケル箔板をクラッド接合しクラッド板を製造する接合工程と、
   前記銅箔板の幅方向の側面において前記銅箔板の長さ方向の一端から所定の長さ以下の部分をニッケルメッキするメッキ工程と、
   絶縁フィルムを、前記クラッド板の長さ方向の両端部を除く部分に、前記ニッケルメッキされた部分と１ミリメートル以上重ねて、かつ、ニッケルメッキされていない部分とも重ねて、貼り合わせる貼合工程と、
   を備える、リード部材の製造方法。

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