JP5549996B2 - アルミタブリード用のフープ状部材 - Google Patents

Description

本発明は、非水電解質デバイス等に用いられるアルミニウム導体を用いたタブリード用のフープ状部材に関する。

小型電子機器の電源として、例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質電池が用いられている。この非水電解質電池としては、正極板、負極板および電解液を、多層フィルムからなる封入体に収納し、正極板、負極板に接続したタブリードを密封封止して外部に取り出す構造のものが知られている。この場合のタブリードは、通常、正極側にアルミニウムまたはアルミニウム合金のリード材が用いられている。

アルミニウムまたはアルミニウム合金製のタブリードは、半田付けによる簡易な電気接続ができない。このため、アルミタブリードが用いられた複数の非水電解質デバイスを直列接続したり、回路基板に接続するのに溶接などの特殊装置を用いる必要がある。これを改善するために、例えば、特許文献１には、アルミニウム導体からなる接続端子に、ニッケル箔等のアルミニウム以外の他の金属材料を、超音波溶接により予め接合しておき、半田接続が可能な接続端子とすることが開示されている。

特開２００５−３１７３１５号公報

非水電解質デバイスに用いられるアルミタブリードは、非水電解質デバイス内で電極板リードに直接接続し、外部に露出する部分のみを半田接続可能にする必要がある。このためには、半田接続可能な金属材が、アルミタブリードの外部接続部分に部分的に付与されていることが要求される。この場合、半田接続可能な金属材をアルミタブリードに部分的に付与するには、アルミタブリードを非水電解質デバイスに封着した後に行われる。このため、半田接続可能な金属材の付与は、アルミタブリード毎に行うために作業性が悪かった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、供給された帯状のアルミニウム導体を所定の位置で切断するだけで、半田接続可能な金属材が付与されたアルミタブリードを得ることできるフープ状部材の提供を目的とする。

本発明によるアルミタブリード用のフープ状部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる帯状の平形導体の面に、所定の間隔をおいて半田付けが容易な導電性金属からなる金属層が部分的に形成され、前記金属層の間に絶縁樹脂フィルムが前記平形導体の両面から貼り付けられ、前記絶縁樹脂フィルムを境として一方の側に前記金属層があり、他方の側に前記平形導体が露出していることを特徴とする。
前記の導電性金属としては、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｃｕのいずれかまたはそれらを組合わせて用いることができる。また、金属層は、厚さ０.５ｍｍ以下であることが好ましく、部分メッキ、コールドスプレー、冷間圧接のいずれかにより形成することができる。

本発明によるフープ状部材を用いることにより、フープ状部材を所定の位置で切断することで、半田接続が可能なアルミタブリードを得ることができ、アルミタブリードの単体毎に半田接続可能な金属層の形成処理を行う必要がなくなり、作業性を向上させることができる。

本発明によるアルミタブリード用のフープ状部材の概略を説明する図である。 アルミタブリードを用いた非水電解質デバイスの一例を示す図である。 半田付けが容易な金属層を部分的に形成する例を示す図である。 図３の方法により形成された金属層のハンダ付け性の評価結果を示す図である。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は、本発明に使用するフープ状部材の中間部材、図１（Ｂ）は、本発明によるアルミタブリード用のフープ状部材の一例を示し、図１（Ｃ）は、タブリードの一例を示す図である。

図１（Ａ）に示すように、本発明に使用される金属フープ状部材１０は、アルミニウムからなる帯状の平形導体１１の片面または両面に所定の間隔をおいて、半田付けが容易な金属層１２を部分的に形成し、これをフープ状に巻いて構成したものである。金属層１２としては、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｃｕまたはこれら金属の合金で、導電性を有し、且つ半田付けが容易な金属が用いられる。これら金属層１２の形成方法については後述する。

図１（Ｂ）は、本発明のフープ状部材１０’で、図１（Ａ）の金属フープ状部材１０に電池外装体に封着するための絶縁樹脂フィルム６を接着して、これをフープ状に巻いて構成したものである。絶縁樹脂フィルム６は、平形導体１１の両面から貼り付けられ、この絶縁樹脂フィルム６を境にして一方の側に金属層１２があり、他方の側にアルミニウム導体が露出している形態とされる。

図１（Ｃ）は、上述したフープ状部材１０’を点線のカット位置Ｋでカットして、個別のリード部材３としたものある。なお、カット位置Ｋは、金属層１２の際でカットしたときに、他方のタブリード部材側には残らない（跨らない）ようにする。このリード部材３は、後述する形態で非水電解質デバイスに封着されるが、平角形状のリード導体５の中間部の両面に、絶縁樹脂フィルム６を貼り付けて封着部とし、外部に露出する側の端部に半田付け容易な金属材からなる半田接続部７を有する形態となる。

図２（Ａ）は、図１（Ｃ）に示したタブリード３を、リチウムイオン電池などの非水電解質電池に用いる例を示し、図２（Ｂ）はタブリードの封着例を示した図である。
なお、非水電解質電池１では、正極側のタブリード３の導体には高い電位がかかるため高電位で電解液に溶解しない金属材で、アルミニウムまたはその合金で形成され、負極側のタブリード４には、ニッケルメッキした銅が使用されることが多い。また、電気二重層コンデンサでは正極側も負極側もタブリードの導体にはアルミニウムが使用される。

非水電解質電池１は、セパレータを介して積層された正極板と負極板ならびに電解液を、金属箔を含む多層フィルムからなる外装体２に収納し、図２（Ａ）に示すように、正極側のタブリード３と負極のタブリード４とを、絶縁樹脂フィルム６を介して外装体２のシール部２ｄで密封封止して外装体２から取り出して構成される。

外装体２は、非水電解質電池１の外装ケースとなるもので、例えば、矩形状の２枚の多層フィルム周辺のシール部２ｄを、熱溶着によりシールすることにより密封される。タブリード３，４には、絶縁樹脂フィルム６が予め熱溶着により接合されている。この絶縁樹脂フィルム６と外装体２の多層フィルムとが熱融着されて、リード部材３，４が密封封着される。

正極側のタブリード３は、図１（Ｃ）で示したように、アルミニウム導体を長方形状にカットした平角のリード導体５とし、このリード導体の両面に外装体２からの取り出し部分で、２枚の絶縁樹脂フィルム６を貼り合わせて形成される。そして、外装体２の外側に露出する部分、すなわち、外部との電気接続を形成する部分で絶縁樹脂フィルム６を境とした一方の端部側に、半田接続が可能な金属層からなる半田接続部７を備える。絶縁樹脂フィルム６を境とした他方の端部側は、アルミニウム導体のままで、電池内の電極板リード８と接続される。なお、この半田接続部７を形成する金属層は、絶縁樹脂フィルム６で覆われる部分に張り出して多少重なる状態となっていてもよい。

絶縁樹脂フィルム６は、例えば、図２（Ｂ）に示すように、リード導体５に接着または溶着する内側層６ａと、外装体２と融着される外側層６ｂとの２層で形成することができる。内側層６ａは、予め加熱溶融によりリード導体５に密着させて、導体を封止しておく。外側層６ｂは、内側層６ａよりは融点の高いものが用いられ、リード導体５との封止時には形状を保持する。そして、外装体２とのシール時に、外側層６ｂと外装体２と融着させることで、外装体２内の金属箔２ｂとリード導体５とが、電気的に短絡が生じないようにすることができる。

外装体２を形成する多層フィルムは、少なくとも３層の積層体からなり、その最内層フィルム２ａは、電解液で溶解されずシール部２ｄから電解液が漏出するのを防止するのに適したものとしてポリオレフィン樹脂（例：無水マレイン酸変性低密度ポリエチレンまたはポリプロピレン）が用いられる。金属箔層２ｂは、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属箔が用いられ、電解液に対する密封性を高めている。最外層フィルム２ｃは、薄い金属箔層２ｂを保護するためのもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で形成されている。

上述の非水電解質電池１は、例えば、実使用時における電池温度のモニタや充放電の制御を行って電池を保護する保護回路基板９を接続して一体としたり、複数個の電池の正極側のタブリード３と負極側のタブリード４を電気的に直列接続して使用する場合などがある。このような場合、通常のアルミタブリードが用いられている場合は、半田接続ができない。しかし、図２のように、半田付け可能な半田接続部７を有するアルミのタブリード３を用いることにより、保護回路基板９の導体パターン９ａに半田付けにより接続でき、組立てが容易に行なえる。

図３は、図１で説明した金属層１２をアルミニウム導体上に部分的に形成する方法の例を示す図で、図３（Ａ）は「部分メッキ法」による例を示し、図３（Ｂ）は「コールドスプレー法」による例を示し、図３（Ｃ）は「冷間圧接法」による例を示す図である。

図３（Ａ）に示す「筆メッキ法」は部分メッキの一例で、メッキ金属イオンを含む電解液を筆やスポンジでアノード電極側に保持させて、メッキ対象物をカソード電極にして、メッキ対象物の一部に部分的にメッキを施す方法である。電解液を含ませたアノード電極の筆をメッキ対象物に塗布するように動かし、所定の領域にメッキが均等に形成されるようにする。この筆メッキ法は、装置が小型化でき、マスキングが不要で、電解液が少なくて済むなどの利点がある。

金属フープ状部材１０の製造に際しては、図３（Ａ）に示すように、アルミニウムからなる帯状の平形導体１１を、繰出しリール１３から順次繰出す。この平形導体１１の表面の所定部分に、筆メッキアノード１５でＮｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｇ等のメッキ液１６を塗布し、平形導体１１の反対の裏面にロールカソード１７を電気的に接触させる。筆メッキアノード１５には、筆部に電解液槽のメッキ液１６を浸して保持させると共に、直流電源の＋電位を印加し、ロールカソード１７には−電位を印加し、メッキ厚さが０.０５μｍ〜５０μｍ程度になるように筆メッキを施す。

このメッキ処理により金属層１２を部分的に形成した後、筆メッキアノード１５を平形導体１１の接触から離し、平形導体１１を所定量移動させ、次いで、新たな平形導体１１の位置の表面に対して同様に筆メッキを行い、金属層１２を所定の間隔で部分的に形成する。なお、帯状の平形導体１１に筆メッキを施すに先立って、導体表面をブラスト処理、電解脱脂、水洗等の予備処理をしておくことが望ましい。また、筆メッキを施した後においても、水洗、乾燥等の後処理が行われる。金属層１２が形成された帯状の平形導体１１は、巻取りリール１４により巻き取られ、金属フープ状部材１０とされる。

図３（Ｂ）に示す「コールドスプレー法」とは、材料粉末を対象物の面に、高速で吹き付けて成膜する方法である。この方法は、溶射の一種ではあるが、温度が材料粉末の融点・軟化点以下の低い温度で、吹き付けの流速が音速以上より速いことが特徴で、溶射のように原料を溶かさないため、酸化や熱的劣化の少ない成膜を大気中で形成することができるという利点がある。

金属フープ状部材１０の製造に際しては、図３（Ａ）の例と同様に、アルミニウムからなる帯状の平形導体１１を、繰出しリール１３から順次繰出す。この平形導体１１の面の所定の領域に、スプレーガン１９により金属粉末を吹き付けて堆積させ、金属層１２を形成する。なお、帯状の平形導体１１に金属粉末を堆積させるに先立って、導体表面をブラスト処理しておくことが望ましい。

スプレーガン１９には、ガス加熱部２１を介してガス供給部２２からヘリウム、窒素、空気等の気体が、例えば、圧力０.６ＭＰａ、ガス量０.４ｍｍ^３／分で送り込まれる。ガス加熱部２１では、送出された気体がガス加熱制御部２３により所定の温度（例えば、５００℃位）に加熱制御される。また、スプレーガン１９には、粉末供給部２０からＮｉ，Ｃｕ等の金属粉末が供給され、例えば、２０ｇ／分の量の金属粉が上記の気体流により平形導体１１の面に吹き付けられ、厚さ０.５ｍｍ以下の金属層１２を形成する。

スプレーガン１９に送り込まれた圧力気体と金属粉末により、平形導体１１の面に部分的に金属層１２を形成した後、スプレーガン１９の吹き付けが一旦停止され、帯状の平形導体１１が所定量移動される。次いで、新たな平形導体１１の位置の面に対して、スプレーガン１９で金属粉末を吹き付け、金属層１２を所定の間隔で部分的に形成する。なお、金属層１２が形成された帯状の平形導体１１は、巻取りリール１４により巻き取られ、金属フープ状部材１０とされる。

図３（Ｃ）に示す「冷間圧接法」とは、常温で金属部材の接合面に大きな圧力を加えることにより、金属部材同士を原子間で接合（圧接）する方法である。一般的には、互いに圧接接合する金属部材として延性のある材料を対象とし、室温状態で金属部材の接合面を局部的に塑性変形させて圧接する。この圧接には、電気や熱を全く加えないので、その特性は変化せず、接続部の引っ張り強度も金属部材と同等以上の性能が得られという利点がある。

金属フープ状部材１０の製造に際しては、図３（Ａ），（Ｂ）の例と同様に、アルミニウムからなる帯状の平形導体１１を、繰出しリール１３から順次繰出す。この平形導体１１の表面側に、金属層１２を形成する金属板片１２’を載せ、これを押圧する圧接パンチ２４を配し、平形導体１１の裏面側に圧接ダイ２５を配する。圧接パンチ２４と圧接ダイ２５との間に大きな押圧力を加えることにより、平形導体１１の表面に厚さ０.２ｍｍ程度のＮｉ等の金属板片１２’を接合し、金属層１２とする。なお、圧接パンチ２４の押圧面には、例えば、金属板片１２’の平面を塑性変形するような凹凸を設けておくことが望ましい。

圧接パンチ２４と圧接ダイ２５で金属板片１２’を平形導体１１に接合することにより、帯状の平形導体１１の面に部分的に金属層１２を形成した後、帯状の平形導体１１が所定量移動される。次いで、新たな平形導体１１の位置の面に対して、圧接パンチ２４と圧接ダイ２５で、金属層１２を所定の間隔で部分的に形成する。なお、金属層１２が形成された帯状の平形導体１１は、巻取りリール１４により巻き取られ、金属フープ状部材１０とされる。

アルミニウムからなる帯状の平形導体１１の面（片面または両面）に、所定の間隔で部分的に形成される金属層１２は、上述したように、例えば、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｃｕ等の半田付けが容易な導電性金属が用いられる。また、金属層１２への半田付け性を向上させるために、帯状の平形導体１１を予めブラスト処理しておくことが好ましい。

図４は、アルミニウム導体の表面に上記各種の方法により形成した金属層のハンダ付け性を評価した結果を示す図である。部分メッキ法では、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｇを厚さ０.０００５ｍｍ〜０.００１ｍｍの範囲の金属層を形成した試料１〜５を作製し、コールドスプレー法では、Ｎｉ，Ｃｕを厚さ０.０５ｍｍ〜０.１ｍｍの範囲の金属層を形成した試料６，７を作製し、冷間圧接法では、Ｎｉを厚さ０.１ｍｍの金属層を形成した試料８を作製した。

なお、部分メッキは、研磨→水洗→電解脱脂→水洗→メッキ→水洗→乾燥の順で実施した。コールドスプレーでは、粉末供給量を２０ｇ／分とし、空気圧を０.６ＭＰａ、空気量を０.４ｍｍ^３／分とした。冷間圧接では、Ｎｉ板の厚さを０.２ｍｍとし負荷荷重を２トンとした。

ハンダ付け性の評価方法は、図４（Ｂ）に示すように、試料長さを２０ｍｍとし、酸化被覆の影響を低減するためフラックスに浸漬した後、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの組成からなるハンダ浴槽に垂直に浸漬させる。ハンダ溶融温度は２７０±３℃で、ハンダ浴槽内への浸漬は試料の端より３ｍｍ、浸漬時間３秒、浸漬速度１.７５〜２ｍｍ／秒で浸漬した後、ハンダが浸漬位置よりも濡れ広がっていれば、ハンダ付け性は良で「○」とした。この結果、図４（Ａ）に示すように、何れの試料もハンダ付け性は良であった。

１…非水電解質電池、２…外装体、３…正極側のタブリード、４…負極側のタブリード、５…リード導体、６…絶縁樹脂フィルム、７…半田接続部、８…電極板リード、９…保護回路基板、１０…金属フープ状部材、１０’…フープ状部材、１１…帯状の平形導体、１２…金属層、１３…供給リール、１４…巻取りリール、１５…筆メッキアノード、１６…メッキ液、１７…ロールカソード、１８…メッキ電源、１９…スプレーガン、２０…金属粉末供給部、２１…ガス加熱部、２２…ガス供給部、２３…ガス加熱制御部、２４…圧接パンチ、２５…圧接ダイ。

Claims (4)

1. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる帯状の平形導体の面に、所定の間隔をおいて半田付けが容易な導電性金属からなる金属層が部分的に形成され、前記金属層の間に絶縁樹脂フィルムが前記平形導体の両面から貼り付けられ、前記絶縁樹脂フィルムを境として一方の側に前記金属層があり、他方の側に前記平形導体が露出していることを特徴とするアルミタブリード用のフープ状部材。
2. 前記導電性金属は、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｃｕのいずれかまたはそれらの組合わせであることを特徴とする請求項１に記載のアルミタブリード用のフープ状部材。
3. 前記金属層は、厚さ０.５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミタブリード用のフープ状部材。
4. 前記金属層は、部分メッキ、コールドスプレー、冷間圧接のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミタブリード用のフープ状部材。

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