JP4288941B2

JP4288941B2 - 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

Info

Publication number: JP4288941B2
Application number: JP2002357798A
Authority: JP
Inventors: 貴朗市川; 亨鷲見; 勉小森
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: JP2004192891A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される二次電池同士を電気的に接続するための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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子機器に使用される二次電池同士を電気的に接続するための接続部材として、電池パック用配線材が用いられている。
【０００３】
図３は従来の電池パック用配線材の平面図である。
【０００４】
図３に示すように、従来の電池パック用配線材は、タブ付電池のタブ材（図示せず）と溶接される溶接部１１ａが複数形成された導電性板状部材１１と、少なくとも各溶接部１１ａが露出するように被覆された絶縁体１２とで構成されており、その導電性板状部材１１の材料としては、ニッケルが使用されている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。
【０００５】
その理由は、１１．６ｍ／Ω・ｍｍ² （２０％ＩＡＣＳ）程度の伝導度（導電性）を有し、電池パック用配線材とタブ付電池のタブ材（ＳＵＳ３０４製）とを抵抗溶接で接合する際に、非常に優れた抵抗溶接性を有するためである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６４１９４号公報（第２頁［０００４］）
【特許文献２】
特開平１１−３３９７６６号公報（第２頁［０００８］）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年求められている二次電池の大容量化を図るには、電池パック用配線材に、高い導電性を有する材料を用いる必要があり、ニッケルで形成された電池パック用配線材では今以上の大容量化が困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、二次電池の大容量化に対応可能な高導電性を有し、かつ抵抗溶接性に優れた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を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、タブ付電池のタブ材と溶接される溶接部が複数形成された板状部材を有する電池パック用配線材において、該板状部材は、銅又は銅合金からなる第２の導電体層の片面にニッケルからなる第１の導電体層と、この第１の導電体層の他方の面に積層されたニッケルからなる第３の導電体層を備え、上記第２の導電体層は表面に銀めっきもしくは錫めっきが施されているものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、板状部材におけるニッケルの厚さの合計に対する純銅或い銅合金の厚さ比が０．５以上１４．０以下のものであ
る。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、板状部材は厚さが０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内にあるものである。
請求項４の発明は、上記溶接部が、半径が０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、かつ高さが０．０５ｍｍから１．０ｍｍの範囲内の突起を１個以上有するものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の電池パック用配線材の溶接部に、それぞれタブ付電池のタブ材が溶接されてなるものである。
【００１６】
請求項６の発明は、板状部材の一方の面或いは両方の面に複数の溶接部が形成された電池パック用配線材の溶接部にタブ付電池のタブ材を溶接する電池パックの製造方法において、板状部材として、請求項１に記載のものを用いる方法である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６に記載の構成に加え、溶接部に、半径が０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、かつ高さが０．０５ｍｍから１．０ｍｍの範囲内の突起を１個以上形成し、この突起を挟んでタブ付電池のタブ材を接触させ、板状部材とタブ材との間に電圧を印加して抵抗溶接する方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態を示す電池パック用配線材の平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明にかかる電池パック用配線材は、タブ付電池のタブ材（図示せず）と溶接される溶接部３ａが長手方向に沿って複数、例えば３つ形成された長尺の導電性板状部材３と、この導電性板状部材３の両端部及び各溶接部３ａ以外の部分に被覆されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）などの絶縁体２とで構成されている。
【００２１】
図２に示すように、導電性板状部材３は、厚さが０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内にあり、例えば銅板４の両面にそれぞれニッケル板１ａ，１ｂが積層された複合板材からなる。そして、さらにその複合板材を両面側から取り囲むように、２枚の絶縁体２が接着剤５により接続されて設けられている。
【００２２】
複合板材は、一方のニッケル板１ａ（図では上側）の厚さｔと他方のニッケル板１ｂ（この場合下側）の厚さｔ’との合計に対する銅板４の厚さｔ２の比が０．５以上１４．０以下であり、図示されていないが、この銅板４は表面に銀めっきもしくは錫めっきが施されている。
【００２３】
本実施の形態において、導電性板状部材３の厚さを０．０５ｍｍ以上としたのは、これより薄いと導電性板状部材３の機械的強度が不十分となり、配線作業や溶接作業中の作業者による取扱いで断線するおそれがあるためである。また、導電性板状部材３の厚さを０．５ｍｍ以下としたのは、電池パックの軽量化及び電池パックの小型化を図るべく、狭いスペースへの配線に対応できるようにするためであり、導電性板状部材３の厚さはそれ以下であることが好ましい。さらに、配線する際に導電性板状部材３を折り曲げることもあるため、配線材の折り曲げ性を確保するためでもある。
【００２４】
さらに、導電性板状部材３の溶接部３ａ以外の部分をＰＥＴ、ＰＩなどの絶縁体２で被覆するのは、耐圧性を確保するためである。
【００２５】
また、銅板に銀もしくは錫をめっきする理由は、本複合板材とタブ材（ＳＵＳ３０４製）とを抵抗溶接した際に、めっきされていない銅と比較して、溶接部３ａの引張強さとピール強度が向上するためである。
【００２６】
一方のニッケル板１ａの厚さｔと他方のニッケル板１ｂの厚さｔ’との合計に対する銅板４の厚さｔ２の比を０．５以上１４．０以下とする理由は、０．５未満であると伝導度（導電率）が２３．２ｍ／Ω・ｍｍ² （４０％ＩＡＣＳ）以下に低下し、所望の性能が得られなくなってしまうためであり、好ましくない。また厚み比が１４．０を超えると、抵抗溶接性が悪くなるため好ましくない。
【００２７】
また、本実施の形態の変形例としては、銅板４の片面にのみニッケル板１ａを設けた複合板材で形成しても良い。さらに、２枚のニッケル板１ａ，１ｂの厚さｔ，ｔ’は等しくなくても良い。また、銅板４は純銅のほかに高導電性を有する銅合金であっても良い。
【００２８】
また、導電性板状部材３の形状は、長尺の板状に限定されず、電池パックの形状に合わせて適宜変更を加えても良い。さらに、溶接部３ａの数は３つに限定されず、２つ或いは４つ以上形成しても良い。
【００２９】
さらに、本発明の他の実施の形態を図４（ａ）に示す。
【００３０】
図４（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す電池パック用配線材の平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の変形例を示す図である。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、この電池パック用配線材は、基本的な構成は図１の電池パック用配線材と同じであるが、溶接部３ａには、タブ付電池のタブ材（ＳＵＳ３０４製）との抵抗溶接性を向上させるため、突起からなるプロジェクション９が溶接部３ａのほぼ中央に１ヶ所当たり１個形成されている。
【００３２】
各プロジェクション９の大きさは、半径Ｒが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であり、かつ高さｈが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内になるように形成されている（図５参照。）。
【００３３】
このように、導電性板状部材３の溶接部３ａにプロジェクション９を形成することにより、抵抗溶接時の電流密度が向上し、より良好な接合が得られる。
【００３４】
プロジェクション９の大きさを、半径Ｒが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であり、かつ高さｈが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内とする理由は、この範囲外にあると溶接性の改善効果が少なくなるためであり、好ましくない。
【００３５】
また、図４（ｂ）に示すように、プロジェクション９を溶接部３ａに、１ヶ所当たり２個形成しても良い。
【００３６】
次に、図１、図２に示した電池パック用配線材を用いて電池パックの製造方法を作用と共に説明する。
【００３７】
電池パックを製造するに際しては、電池パック用配線材の溶接部とタブ付電池のタブ材とを抵抗溶接により溶接する。
【００３８】
この抵抗溶接には、図６、図７に示すような抵抗溶接装置が用いられる。
【００３９】
図６は本発明に用いられる抵抗溶接装置の平面図であり、図７は図６の抵抗溶接装置の横断面図である。
【００４０】
図６、図７に示すように、抵抗溶接装置は、タブ付電池のタブ材６を載置させるための溶接台１０と、そのタブ付電池のタブ材６上に接触される副電極８と、この副電極８と所定間隔を隔てて設けられ、タブ材６上に重ねられた導電性板状部材３に接触される主電極７と、これら副電極８と主電極７との間に電圧を印加する電源（図示せず）とで主に構成されている。
【００４１】
この抵抗溶接装置を用い、まず、溶接台１０上にタブ付電池のタブ材６を載置させ、そのタブ材６上の所定の位置に副電極８を接触させると共に、タブ付電池のタブ材６上の他の所定の位置に導電性板状部材３を、プロジェクション９を挟むようにして重ね合わせ、さらにその導電性板状部材３の裏側から主電極７を接触させる。そして、これら副電極８と主電極７との間に所定電圧を所定時間印加する。
【００４２】
このとき、導電性板状部材３は、溶接部が抵抗溶接に適した伝導度１１．６ｍ／Ω・ｍｍ² （導電率２０％ＩＡＣＳ）であるニッケル板に形成されており、さらにプロジェクション９においては電流密度が向上するので、良好な強度で導電性板状部材３の溶接部とタブ材６とが溶接される。
【００４３】
また、導電性板状部材３として、銅板を有する複合板材が用いられているため、電池パック用配線材は比較的高伝導度（高導電率）となり２３．２ｍ／Ω・ｍｍ² （４０％ＩＡＣＳ）以上になる。
【００４４】
これらのことから、本発明により製造される電池パックは、所望数の二次電池同士を接続することにより、高容量化を図ることができる。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明のより具体的な実施例について述べる。
【００４６】
実施例１〜４として、ニッケル板と、厚さ４μｍの銀めっきを施した銅板とを用いて、圧延により、表１に示すような厚さ０．１５ｍｍの複合板材を製造した。そして、これらの複合板材から幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの短冊状の試験片を切り出した。
【００４７】
【表１】

【００４８】
そして、これら実施例１〜４及び比較例１〜３の溶接性を評価した。
【００４９】
溶接性の評価は、タブ付電池のタブ材として使用されているＳＵＳ３０４（厚さ０．２０ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍ）と溶接した場合について行った。
【００５０】
また、溶接実験は、図６、図７に示した抵抗溶接装置を用い、以下の溶接条件により行った。
（１）電源：トランジスタ制御式
（２）電極：クロム銅（直径φ５ｍｍ）
（３）加圧力：主電極１．５ｋｇｆ／副電極８ｋｇｆ
（４）電極間距離：２．５ｍｍ
（５）通電電圧：２．５〜４．５Ｖ
（６）通電時間：１〜５ｍｓ
また、以下の▲１▼〜▲３▼の項目を基準に溶接性の良否を評価した。
▲１▼外観（塵の発生状況）
▲２▼引張強度
▲３▼ピール強度（引き剥がし強さ）
外観に関しては、従来技術の材料であるニッケル板と同等の場合には○、やや良の場合には△、塵などが発生し劣る場合には×とした。引張強度及びピール強度に関しては、従来技術の材料の引張強度及びピール強度を１．０として、相対評価した。その結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】

【００５２】
表２に示すように、実施例１〜４の溶接性は、ニッケル板と同等である。これは、溶接部の引張強度とピール強度は、めっき付き銅板とニッケル板の総厚み比に依存しているためである。さらに、実施例１〜４は、溶接性に優れ、機械的信頼性も良好である。また、銀めっきを施すことで溶接部の引張強度とピール強度が向上していることが分かる。これは、溶接部がめっきにより合金化したためと考えられる。
【００５３】
表３に、実施例５〜７及び比較例４〜７として、導体に突起（プロジェクション）を形成した複合板材（厚さ０．１５ｍｍ、Ｎｉ２０μｍ／Ｃｕ１１０μｍ／Ｎｉ２０μｍ）の試料一覧を示す。表中には、各試料の突起形状の詳細を示した。
【００５４】
【表３】

【００５５】
これら実施例５〜７及び比較例４〜７について、外観、引張強度及びピール強度を測定し、それらから溶接性を総合評価した。
【００５６】
機械的特性に関して、ニッケル板（突起なし）を１．０として相対評価した。また、溶接性は、溶接部材としてＳＵＳ３０４を用い、先と同じ項目で評価し、ニッケル板（突起なし）の溶接性は良好を示す○とし、やや良は△、悪い場合は×として相対評価した。その結果を表４に示す。
【００５７】
【表４】

【００５８】
表４に示すように、本発明の大きさの範囲内の突起を有する実施例５〜７の試料は、引張強度及びピール強度が共に０．９以上であり、溶接性が改善され、溶接部の機械的強度も改善されていることが分かる。
【００５９】
以上の結果より、本発明の複合板材は、タブ付電池のタブ材（ＳＵＳ３０４製）との溶接性において、従来のニッケル板と同等である。また、接合強度もニッケル板と同等もしくは実用特性上問題ないレベルにある。従って、本複合板材は、二次電池の大容量化に対応可能な新規配線材であると言える。
【００６０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、二次電池の大容量化に対応可能な高導電性を有し、かつ抵抗溶接性に優れた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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す電池パック用配線材の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】従来技術の電池パック用配線材の平面図である。
【図４】（ａ）は本発明の他の実施の形態を示す電池パック用配線材の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す図である。
【図５】図４（ａ）の電池パック用配線材に形成されたプロジェクションの断面拡大図である。
【図６】本発明に用いられる抵抗溶接装置の平面図である。
【図７】図６の抵抗溶接装置の横断面図である。
【符号の説明】
１ａニッケル板（第１の導電体層）
１ｂニッケル板（第３の導電体層）
３複合板材（板状部材）
３ａ溶接部
４銀めっき銅板（第２の導電体層）
６タブ材
９プロジェクション（突起）

Claims

タブ付電池のタブ材と溶接される溶接部が複数形成された板状部材を有する電池パック用配線材において、該板状部材は、銅又は銅合金からなる第２の導電体層の片面にニッケルからなる第１の導電体層と、この第１の導電体層の他方の面に積層されたニッケルからなる第３の導電体層を備え、上記第２の導電体層は表面に銀めっきもしくは錫めっきが施されていることを特徴とする電池パック用配線材。
上記板状部材は、上記ニッケルの厚さの合計に対する上記純銅或いは上記銅合金の厚さ比が０．５以上１４．０以下である請求項１に記載の電池パック用配線材。
上記板状部材は厚さが０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内にある請求項１又は２に記載の電池パック用配線材。
上記溶接部は、半径が０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、かつ高さが０．０５ｍｍから１．０ｍｍの範囲内の突起を１個以上有することを特徴とする請求項１又は３に記載の電池パック用配線材。
請求項１から４のいずれかに記載の電池パック用配線材の上記溶接部に、それぞれタブ付電池のタブ材が溶接されてなることを特徴とする電池パック。
板状部材の一方の面或いは両方の面に複数の溶接部が形成された電池パッ用配線材の上記溶接部にタブ付電池のタブ材を溶接する電池パックの製造方法において、上記板状部材として、銅又は銅合金からなる第２の導電体層の片面にニッケルからなる第１の導電体層と、この第１の導電体層の他方の面に積層されたニッケルからなる第３の導電体層を備え、上記第２の導電体層は表面に銀めっきもしくは錫めっきが施されたものを用いることを特徴とする電池パックの製造方法。
上記溶接部に、半径が０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、かつ高さが０．０５ｍｍから１．０ｍｍの範囲内の突起を１個以上形成し、該突起を挟んで上記タブ付電池のタブ材を接触させ、上記板状部材と上記タブ材との間に電圧を印加して抵抗溶接する請求項６に記載の電池パックの製造方法。