JP3615296B2

JP3615296B2 - リード端子付電池

Info

Publication number: JP3615296B2
Application number: JP04760996A
Authority: JP
Inventors: 光也原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH09245765A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、正負両極端子にリード端子を溶接したリード端子付電池に関し、詳しくは、リード端子の厚さに関する。
【０００２】
【従来の技術】
正負両極端子にリード端子を溶接したリード端子付電池は、電子機器の発達により、電子回路基板にリード端子を半田付けして広く使用されている。中でも偏平形リチウム電池はメモリーバックアップ等に広く使用されている。
【０００３】
正負両極端子にリード端子を溶接した従来のリード端子付電池のリード端子は、正極端子側と負極端子側とが同じ厚さである。つまり、正負両極端子側共にリード端子の厚さが０．２ｍｍまたは０．１ｍｍというふうにである。
【０００４】
この構成のリード端子付電池には次の（Ａ）、（Ｂ）の問題点があり、製造者、使用者が苦慮していた。
（Ａ）例えば、正負両極端子側共にリード端子の厚さが０．２ｍｍ（比較的厚い）である場合、リード端子の強度が高いので電子回路基板にそのリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性は高い（振動、衝撃等によりリード端子が変形することが少ない）が、リード端子がそれ自体の強度が高いためにフレキシブル性に劣るので、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性が悪い。なぜなら、リード端子の溶接位置のバラツキ、リード端子の寸法のバラツキ、電池の外形寸法のバラツキ等で、正負両極端子のリード端子が電子回路基板上の半田付けする位置と合致しない時には、リード端子を変形させて補正するのが一般的であるが、それが困難なためである。因に、正負両極端子のリード端子が、電子回路基板上の半田付けする位置と合致しないことは非常に多い。
【０００５】
また、素電池の端子とリード端子との溶接には、溶接出力に溶接可能範囲があり、溶接可能範囲とは、素電池の端子とリード端子とを確実に溶接できる最低溶接出力〜許容溶接出力（素電池の構成部材またはリード端子に重度の悪影響を与えない最高溶接出力）までの範囲である。そして、リード端子が厚くなると、素電池の端子とリード端子とを確実に溶接できる最低溶接出力が高くなると共に溶接可能範囲が狭くなる。つまり、リード端子の厚さが０．２ｍｍの時の溶接は、リード端子の厚さが０．１ｍｍの時の溶接より溶接出力管理が大変になる。このため、許容溶接出力がもともと低い素電池の端子に厚いリード端子を溶接する時には、溶接作業効率および溶接歩留りに悪化を来しているのが現状である。
（Ｂ）例えば、正負両極端子側共にリード端子の厚さが０．１ｍｍ（比較的薄い）である場合、リード端子がそれ自体の強度が低いためにフレキシブル性に優れるので、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性が良い。なぜなら、正負両極端子のリード端子が電子回路基板上の半田付けする位置と合致しない時には、リード端子を容易に変形させて補正することができるためである。また、リード端子の厚さが０．１ｍｍの時の溶接は、リード端子の厚さが０．２ｍｍの時の溶接より溶接出力管理が容易になる。このため、許容溶接出力がもともと低い素電池の端子に薄いリード端子を溶接する時には、溶接作業効率および溶接歩留りが良い。しかし、薄いためにリード端子の強度が低いので、電子回路基板にそのリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性は低い。
【０００６】
因に、リード端子の素電池に溶接する部分を他の部分の厚さよりも充分に薄くしたリード端子付電池が考案されている（実開昭６１−１６８６３号公報）。確かにこの考案の方法なら、リード端子の素電池への溶接性が良くなり、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性が高い。しかし、リード端子の素電池に溶接する部分を薄くしただけでは、リード端子が厚いとフレキシブル性に劣るので、電子回路基板への半田付け作業性を改善できるものではない。また、リード端子の材質としてはステンレス鋼が一般的で、ステンレス鋼を部分的に薄く加工することは非常に困難なので実用的でない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決し、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性およびリード端子の素電池への溶接性が充分に良く、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性が充分に高いリード端子付電池を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、素電池の正極端子および負極端子にリード端子を溶接したリード端子付電池であって、前記正極端子側リード端子の厚さと前記負極端子側リード端子の厚さとが異なり、かつそれぞれのリード端子が全体にわたり同一の厚さとなっていることを特徴とする。
【０００９】
そして、前記正極端子側の許容溶接出力と前記負極端子側の許容溶接出力とに差がある場合は、許容溶接出力の低い素電池の端子側のリード端子が薄く、許容溶接出力が高い素電池の端子側のリード端子が厚いのが好ましい。
【００１０】
また、素電池の一方極端子側のリード端子は、厚さが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲のステンレス鋼で、素電池の他方極端子側のリード端子は、厚さが０．１５〜０．４ｍｍの範囲のステンレス鋼であるのが好ましい。
【００１１】
【作用】
正極端子側リード端子の厚さと負極端子側リード端子の厚さとを異ならせ、かつそれぞれのリード端子が全体にわたり同一の厚さとなっているようにする。つまり、素電池の一方極端子側のリード端子を薄くし、素電池の他方極端子側のリード端子を厚くするとともに、それぞれのリード端子が全体にわたり同一の厚さとなっているようにする。これにより、一方極端子側のリード端子は薄いためにそれ自体の強度が低くフレキシブル性に優れるので、電子回路基板への半田付け作業性が良くなる。なぜなら、正負両極端子のリード端子が電子回路基板上の半田付けする位置と合致しない時には、一方極側のリード端子を容易に変形させて補正することができるためである。尚、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性は、リード端子の厚さが正負両極端子側共に厚い時よりも劣るかも知れないが、リード端子の厚さが正負両極端子側共に薄い時よりも優れる。因に、素電池の大きさ、重量および許容溶接出力を考慮して、正負両極端子のリード端子の厚さを個別に選択すれば、リード端子の電子回路基板上への充分な半田付け作業性、および、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の充分な安定性を得ることができる。
【００１２】
そして、正極端子側の許容溶接出力と負極端子側の許容溶接出力とに差がある場合は、許容溶接出力が低い素電池の端子側のリード端子を薄く、許容溶接出力が高い素電池の端子側のリード端子を厚くすることにより、許容溶接出力が低い素電池の端子側に厚いリード端子を溶接する時に比べて溶接作業効率および溶接歩留りが向上する。なぜなら、溶接出力の溶接可能範囲が広くなり溶接出力管理が容易になるためである。因に、正極端子側の許容溶接出力と負極端子側の許容溶接出力とに差がある場合とは、次の（ａ）〜（ｃ）のような電池の場合である。
（ａ）リチウムを活物質とする負極と、二酸化マンガンを活物質とする正極とを備える偏平形電池。この電池の場合には、二酸化マンガンの融点が１０００℃以上であるのに対しリチウムの融点は１８６℃なので、リチウムを活物質とする負極側の端子側の方が二酸化マンガンを活物質とする正極側の端子より許容溶接出力が非常に低くなるためである。また、負極端子側は、リチウムの熱伝導度が高いので、負極と正極とを隔離するセパレータの溶融についても考慮する必要がある。尚、溶接出力が高くなるほど溶接時に発生する熱量が多くなり、周辺部の温度を高くするということが一般的にいえる。
（ｂ）一方極側の端子を兼ねる金属外装缶の開口部に金属蓋が溶接され、この金属蓋の透孔に絶縁樹脂を介して他方極側の金属端子が取り付けられている電池。この電池の場合には、他方極側の金属端子にリード端子を溶接する時は、前記絶縁樹脂の溶融を考慮して、溶接出力を低くしなければならないためである。因に、前記絶縁樹脂の溶融が甚だしいと、電池内容物の飛び出しおよび正負極間の電気的短絡が生じる。
（ｃ）一方極側の端子を兼ねる金属外装缶の開口部に封口体を装備し、この封口体が、排気孔を設けた封口板と、この封口板に溶接またはカシメ装着された他方極側の端子を兼ねる皿状金属端子キャップとで形成され、この封口体内に、前記排気孔を塞ぐ圧縮状態のゴム製弁体を装備する電池。この電池の場合には、他方極側の端子を兼ねる皿状金属端子キャップにリード端子を溶接する時は、前記ゴム製弁体の軟化および溶融を考慮して、溶接出力を低くしなければならないためである。因に、ゴム製弁体が軟化すると弁作動圧が変化し、ゴム製弁体が甚だしく溶融すると排気孔を完全には塞げなくなる（弁が開放状態になる）。
【００１３】
また、リード端子には、リード端子自身の強度、レーザー溶接または電気抵抗溶接で素電池の端子にスポット溶接する時の溶接出力、および、リード端子自身の導電度を考慮して、厚さ０．０５〜０．４ｍｍの範囲のステンレス鋼が一般的に広く用いられている。そして、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性を左右するリード端子のフレキシブル性、および、リード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性におけるステンレス鋼製のリード端子の厚さからみた分岐点が、検討の結果、０．１５ｍｍであるということが分かった。よって、素電池の一方極端子側のリード端子は、厚さが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲のステンレス鋼で、素電池の他方極端子側のリード端子は、厚さが０．１５〜０．４ｍｍの範囲のステンレス鋼であるのが好ましい。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するもので、本発明を限定するものではない。
【００１５】
図１は本発明を偏平形リチウム電池に適用した時の斜視図、図２は図１の平面図、図３は図１の正面図、図４は図１の偏平形リチウム電池の模式的断面図である。
【００１６】
まず、本発明を適用する素電池である偏平形リチウム電池について説明する。この電池は、リチウムを活物質とする負極１、二酸化マンガンを活物質とする正極２、負極と正極とを隔離するセパレータ３、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の負極缶４、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）製の正極缶５、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の負極集電体６、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の正極集電体７、ポリプロピレン製のガスケット８等からなる。それで、負極１および正極２は、非水系電解液を含浸したセパレータ３を介して対向し、負極缶４および正極缶５が形成する電池ケース内に収容されており、負極１は負極集電体６を介して負極缶４に接続され、正極２は正極集電体７を介して正極缶５に接続されている。そして、電池内部で生じた化学エネルギーを、負極缶４および正極缶５から、電気エネルギーとして外部へ取り出すことができるようになっている。つまり、負極缶４がこの電池の負極端子で、正極缶５がこの電池の正極端子である。尚、この電池の外形寸法は、直径が１２ｍｍで、厚さが２ｍｍである。
【００１７】
次に、この偏平形リチウム電池への本発明の適用について説明する。この電池の正負両極端子の厚さは０．２ｍｍなので、正負両極端子に溶接するリード端子の厚さは０．２ｍｍ以下にするのが好ましい。なぜなら、素電池の端子に溶接するリード端子の厚さは、素電池の端子の厚さ以下にする方が素電池への熱的悪影響が少ないためである（特開昭６１−１７９０６２）。それで、正負両極端子に溶接するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製のリード端子の厚さを、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性を左右するリード端子のフレキシブル性、および、リード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性におけるステンレス鋼製のリード端子の厚さからみた分岐点である０．１５ｍｍより、薄い０．１ｍｍと、厚い０．２ｍｍとにした。また、この電池の正負両極端子の許容溶接出力を比較すると、二酸化マンガンの融点が１０００℃以上であるのに対しリチウムの融点は１８６℃と二酸化マンガンに比べ非常に低く、リチウムは熱伝導度が高いのでセパレータの溶融についても考慮する必要があることから、負極端子側の方が許容溶接出力が低い。よって、負極端子側リード端子９の方を薄くするのが好ましいので、負極端子に溶接する負極端子側リード端子９の厚さ（図１中のＸ）を０．１ｍｍとし、正極端子に溶接する正極端子側リード端子１０の厚さ（図１中のＹ）を０．２ｍｍとした。そして、このようにして厚さを選択した負極端子側リード端子９および正極端子側リード端子１０を、素電池である偏平形リチウム電池に、レーザー溶接または電気抵抗溶接でスポット溶接した。尚、１１は、熱収縮チューブであり、正極缶５と負極端子側リード端子９とが接触して電気的に短絡するのを防止している。
【００１８】
最後に、この偏平形リチウム電池の負極端子に、厚さが０．１ｍｍ、０．１５ｍｍおよび０．２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製のリード端子を、レーザーでスポット溶接する時のそれぞれの厚さでの溶接出力の溶接可能範囲（素電池の端子とリード端子とを確実に溶接できる最低溶接出力〜素電池の構成部材またはリード端子に重度の悪影響を与えない最高溶接出力までの範囲）について、溶接入力電圧を尺度にして表したものを表１に示す。尚、溶接入力電圧と溶接出力とは比例関係にあり、溶接入力電圧は、溶接出力の溶接可能範囲の尺度に充分になりえる。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１より、リード端子の厚さを０．２ｍｍから０．１ｍｍまでは薄くするほど、溶接可能範囲の幅（最小値と最大値との差）が広がることが分かる。そしてこれは、リード端子の厚さを０．２ｍｍから０．１ｍｍまでは薄くするほど、この偏平形リチウム電池の負極端子にリード端子をレーザーでスポット溶接する時の溶接入力管理（つまりは、溶接出力の管理になる）が容易になり、溶接作業効率および溶接歩留りが良くなるということである。つまり、素電池の正負両極端子に同じ厚さのリード端子を溶接する従来の方法にならって、正極端子側リード端子１０と同じ０．２ｍｍの厚さのリード端子を負極端子に溶接する時より、リード端子付電池の量産性が向上するということである。尚、素電池の正負両極端子に同じ厚さのリード端子を溶接する従来の方法にならって、正負両極端子側共にリード端子の厚さを０．１ｍｍにしたリード端子付電池より、この実施例のリード端子付電池（負極端子側リード端子９の厚さが０．１ｍｍ、正極端子側リード端子１０の厚さが０．２ｍｍ）の方が、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性に優れることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
素電池の一方極端子側のリード端子が薄く、素電池の他方極端子側のリード端子が厚くなるようにするとともに、それぞれのリード端子が全体にわたり同一の厚さとなっているリード端子付電池にすることにより、一方極端子側のリード端子は薄いためにそれ自体の強度が低くフレキシブル性に優れるので、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性が良くなる。また、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性およびリード端子の素電池への溶接性を良くするために、正負両極端子側共にリード端子を薄くしたリード端子付電池より、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性が高い。
【００２２】
そして、正極端子側の許容溶接出力と負極端子側の許容溶接出力とに差がある場合は、許容溶接出力が低い素電池の端子側のリード端子を薄く、許容溶接出力が高い素電池の端子側のリード端子を厚くすることにより、許容溶接出力が低い素電池の端子側に厚いリード端子を溶接する時に比べて、溶接作業効率および溶接歩留りが向上する。
【００２３】
よって、本発明を実施することにより、リード端子の電子回路基板への半田付け作業性およびリード端子の素電池への溶接性が充分に良く、電子回路基板にリード端子を半田付けして取り付けた時のリード端子付電池の安定性が充分に高いリード端子付電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を偏平形リチウム電池に適用した時の斜視図
【図２】図１の平面図
【図３】図１の正面図
【図４】図１の偏平形リチウム電池の模式的断面図
【符号の説明】
１・・負極
２・・正極
４・・負極缶
５・・正極缶
９・・負極端子側リード端子
１０・・正極端子側リード端子

Claims

素電池の正極端子および負極端子にリード端子を溶接したリード端子付電池であって、前記正極端子側リード端子の厚さと前記負極端子側リード端子の厚さとが異なり、かつそれぞれのリード端子が全体にわたり同一の厚さとなっていることを特徴とするリード端子付電池。
前記正極端子側の許容溶接出力と前記負極端子側の許容溶接出力とに差があり、許容溶接出力が低い素電池の端子側のリード端子が薄く、許容溶接出力が高い素電池の端子側のリード端子が厚いことを特徴とする請求項１に記載のリード端子付電池。
素電池の一方極端子側のリード端子は、厚さが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲のステンレス鋼で、素電池の他方極端子側のリード端子は、厚さが０．１５〜０．４ｍｍの範囲のステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載のリード端子付電池。
前記素電池が、リチウムを活物質とする負極と、二酸化マンガンを活物質とする正極とを備えた偏平形電池であり、負極端子側リード端子の方が薄いことを特徴とする請求項３に記載のリード端子付電池。