JP5569261B2 - リード部材及びリード部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、封入材で密閉した電池などに用いられるリード部材及びリード部材の製造方法に関する。
リチウムイオン電池などの非水電解質を使用した薄型電池は、例えば、リード部材が接続された正極及び負極が電解質媒体とともに封入材で密封され、リード部材が絶縁フィルムで封入材に密着された構造を有している。
リード部材としては、互いに接続される第一部材と第二部材とを備え、第二部材は、第一部材とは異種材質で構成され、第一部材と第二部材には重複箇所が形成され、その重複箇所が冷間圧接により接合されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
リード部材が異種材料を重ねて冷間圧接したものであると、その接合箇所は、厚さが増すとともに段差が形成される。したがって、このリード部材を封入材で密閉する電池に用いると、段差部分で封入材とリード部材とが完全に密着しないおそれがある。
また、段差部分に封入材内の電解液が浸み込むおそれがある。
また、段差部分に封入材内の電解液が浸み込むおそれがある。
この場合、リード部材の接合箇所を封入材の外部に配置することが考えられるが、電池の外部におけるリード部材の占めるスペースが嵩んでしまう。したがって、このようなリード部材では、占有スペースを極力小さくする要求に反するものとなる。
本発明の目的は、異種材料からなる端子部同士が強固に接合され、接合箇所における厚さの増加や段差のないリード部材及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決することのできる本発明のリード部材は、それぞれ平面形状の第１端子部と第２端子部とが互いに接合されたリード部材であって、
前記第１端子部は、少なくとも前記第２端子部との接合面がアルミニウムからなり、
前記第２端子部は、少なくとも前記第１端子部との接合面がニッケルまたはニッケルメッキ銅からなり、
前記第１端子部と前記第２端子部とが同一平面内で互いに突き合わされ、その突き合わせ箇所がレーザー溶接されていることを特徴とする。
前記第１端子部は、少なくとも前記第２端子部との接合面がアルミニウムからなり、
前記第２端子部は、少なくとも前記第１端子部との接合面がニッケルまたはニッケルメッキ銅からなり、
前記第１端子部と前記第２端子部とが同一平面内で互いに突き合わされ、その突き合わせ箇所がレーザー溶接されていることを特徴とする。
本発明のリード部材において、前記第１端子部と前記第２端子部との前記突き合わせ箇所は、突き合わせ方向に対して平面視で傾斜していることが好ましい。
また、本発明のリード部材の製造方法は、それぞれ平面形状の第１端子部と第２端子部とを互いに接合するリード部材の製造方法であって、
前記第１端子部は、少なくとも前記第２端子部との接合面がアルミニウムからなり、
前記第２端子部は、少なくとも前記第１端子部との接合面がニッケルまたはニッケルメッキ銅からなり、
前記第１端子部と前記第２端子部とを同一平面内で互いに突き合わせ、その突き合わせ箇所をレーザー溶接することを特徴とする。
前記第１端子部は、少なくとも前記第２端子部との接合面がアルミニウムからなり、
前記第２端子部は、少なくとも前記第１端子部との接合面がニッケルまたはニッケルメッキ銅からなり、
前記第１端子部と前記第２端子部とを同一平面内で互いに突き合わせ、その突き合わせ箇所をレーザー溶接することを特徴とする。
本発明によれば、第１端子部と第２端子部が同一平面内で接合され、第１端子部と第２端子部との接合箇所に段差が生じたり厚さが増すようなことがない。したがって、第１端子部と第２端子部とを接合したリード部材において、両端子部の接合箇所を覆う絶縁フィルムの浮き上がりをなくすことができる。そして、その接合箇所を覆う絶縁フィルムを薄型電池の封入材と密着させて良好なシール性を確保することができる。よって、絶縁フィルムとリード部材との間への電解液の浸み込みを防止し、接合箇所の腐食を抑えて強度低下や電気抵抗の増加等の不具合をなくすことができる。これにより、接合箇所を封入材の外部に配置する必要がなく、リード部材の突出量を小さくして占有スペースを少なくすることができる。
以下、本発明に係るリード部材及びその製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、リード部材１０は、第１端子部１１と第２端子部１２とを備えている。第１端子部１１及び第２端子部１２は、何れも平面形状の金属板または金属箔からなるものであり、それぞれの接合面１１ａ，１２ａが互いに突き合わされて接合されてリード部材１０として形成されている。
図１に示すように、リード部材１０は、第１端子部１１と第２端子部１２とを備えている。第１端子部１１及び第２端子部１２は、何れも平面形状の金属板または金属箔からなるものであり、それぞれの接合面１１ａ，１２ａが互いに突き合わされて接合されてリード部材１０として形成されている。
第１端子部１１はアルミニウムから形成され、第２端子部１２はニッケルから形成されている。第１端子部１１及び第２端子部１２は、その厚さ寸法がほぼ同じである。
第１端子部１１と第２端子部１２とは、同一平面内で互いに突き合わされた突き合わせ箇所Ａがレーザー溶接されている。レーザー溶接のレーザーとしては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーを用いることが好ましい。
第１端子部１１と第２端子部１２とは、同一平面内で互いに突き合わされた突き合わせ箇所Ａがレーザー溶接されている。レーザー溶接のレーザーとしては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーを用いることが好ましい。
この第１端子部１１と第２端子部１２との突き合わせ箇所Ａは、突き合わせ方向（図１の左右方向）に対して平面視で傾斜している。なお、この突き合わせ箇所Ａは、側面視では突き合わせ方向に対して垂直である。
上記のリード部材１０を製造するには、まず、第１端子部１１及び第２端子部１２を、同一平面内において、それぞれの接合面１１ａ，１２ａを突き合わせる。
次に、第１端子部１１及び第２端子部１２の上面側である一方の面側から、突き合わせ箇所Ａ（第１端子部と第２端子部の両方が含まれる）の一端から他端へ所定の送り速度でＹＡＧレーザーを照射する。
なお、ＹＡＧレーザーの照射条件としては、パルス幅２ミリ秒、送り速度（レーザーの焦点移動速度）２５〜３０ｍｍ／秒、周波数１００〜１４０Ｈｚ、ランプの電圧１４０〜１７０Ｖとするのが好ましい。
なお、ＹＡＧレーザーの照射条件としては、パルス幅２ミリ秒、送り速度（レーザーの焦点移動速度）２５〜３０ｍｍ／秒、周波数１００〜１４０Ｈｚ、ランプの電圧１４０〜１７０Ｖとするのが好ましい。
このように、第１端子部１１及び第２端子部１２の突き合わせ箇所ＡにＹＡＧレーザーを照射すると、第１端子部１１及び第２端子部１２のそれぞれの接合面１１ａ，１２ａ同士が溶接され、第１端子部１１及び第２端子部１２からなるリード部材１０が製造される。
このようにして製造されたリード部材１０は、第１端子部１１と第２端子部１２とが同一平面内で互いに突き合わされてレーザー溶接されているので、接合箇所における段差や厚さの増加がない。
リード部材１０は、図２に示すように、例えば、リチウムイオン電池２１のリード端子２２として用いられる。このリチウムイオン電池２１は、２枚のフィルムからなる封入材２３の内部に、正極２４と負極２５とをセパレータ２６を介して重ねて積層構造とした電極群が電解液と共に収納される構成である。正極２４及び負極２５に接続されるそれぞれのリード端子２２は、封入材２３の一辺から外部に引き出される。
このような構造のリチウムイオン電池２１において、正極側のリード端子２２として、上記の第１端子部１１と第２端子部１２とからなるリード部材１０が用いられる。この場合、アルミニウムからなる第１端子部１１が電極と接続される部分となる。
このリード端子２２とされたリード部材１０は、第１端子部１１と第２端子部１２との接合箇所を含む外周が絶縁フィルム２６によって被覆され、この絶縁フィルム２６による被覆箇所と封入材２３との間がシールされる。
リード部材１０は負極側のリード端子としても使用できる。この場合、ニッケルまたはニッケルメッキ銅からなる第２端子部１２が電極と接続される部分となる。
このリード端子２２とされたリード部材１０は、第１端子部１１と第２端子部１２との接合箇所を含む外周が絶縁フィルム２６によって被覆され、この絶縁フィルム２６による被覆箇所と封入材２３との間がシールされる。
リード部材１０は負極側のリード端子としても使用できる。この場合、ニッケルまたはニッケルメッキ銅からなる第２端子部１２が電極と接続される部分となる。
本実施形態によれば、第１端子部１１と第２端子部１２とを接合したリード部材１０が、その接合箇所に段差が生じたり厚さが増すようなことがなく接合されている。
したがって、第１端子部１１と第２端子部１２とを接合したリード部材１０を、リチウムイオン電池２１のリード端子２２として用いた場合に、その接合箇所を覆う絶縁フィルム２６と封入材２３との間を密着させて良好なシール性を確保することができる。また、絶縁フィルム２６の浮き上がりをなくすことができるので、絶縁フィルム２６とリード部材１０との間への電解液の浸み込みを防止し、リード部材１０の腐食を抑えて強度低下や電気抵抗の増加等の不具合をなくすことができる。これにより、接合箇所を封入材２３の外部に配置する必要がなく、リード部材１０の突出量を小さくして占有スペースを少なくすることができる。
また、このリード部材１０は、第１端子部１１と第２端子部１２との突き合わせ箇所Ａが、突き合わせ方向に対して平面視で傾斜しているので、傾斜していない場合と比較して第１端子部１１と第２端子部１２との接合面積が大きくなり、接合強度を大幅に高めることができる。
なお、上記の実施形態では、アルミニウムから形成された第１端子部１１と、ニッケルから形成された第２端子部１２とを接合した場合を例示したが、第１端子部１１は、少なくとも第２端子部１２との接合面１１ａがアルミニウムからなり、第２端子部１２は、少なくとも第１端子部１１との接合面１２ａがニッケルからなるものであれば良い。例えば、第２端子部１２として、銅または銅合金にニッケルのメッキを施したものでも良い。ニッケルメッキ銅をアルミニウムとを接合する場合、銅とアルミニウムとが接合され、その間にニッケルが含まれる。
アルミニウムから形成された平板状の第１端子部と、ニッケルから形成された平板状の第２端子部とを互いに突き合わせ、その突き合わせ箇所を、一方の面側において一端から他端へ向かってＹＡＧレーザーによって溶接し、幅寸法１０ｍｍ、長さ寸法５０ｍｍ、厚さ寸法０．２ｍｍの実施例１〜４のリード部材を作製した。作製した複数のリード部材に対して、接合状態の評価、引張試験、曲げ試験及び抵抗値測定を行った。
（１）レーザー照射条件
（実施例１）
パルス幅：２ミリ秒
送り速度：２５ｍｍ／秒
周波数：１００Ｈｚ
電圧：１４０Ｖ
（実施例２）
パルス幅：２ミリ秒
送り速度：２５ｍｍ／秒
周波数：１００Ｈｚ
電圧：１７０Ｖ
（実施例３）
パルス幅：２ミリ秒
送り速度：３０ｍｍ／秒
周波数：１００Ｈｚ
電圧：１４０Ｖ
（実施例４）
パルス幅：２ミリ秒
送り速度：３０ｍｍ／秒
周波数：１００Ｈｚ
電圧：１７０Ｖ
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電圧：１４０Ｖ
（実施例４）
パルス幅：２ミリ秒
送り速度：３０ｍｍ／秒
周波数：１００Ｈｚ
電圧：１７０Ｖ
（２）評価結果
評価結果を、表１に示す。
評価結果を、表１に示す。
（接合状態）
レーザー照射条件の異なる実施例１〜４の何れのリード部材についても、接合箇所の外観及び断面の観察を行った結果、接合箇所に割れなどの不具合なく、良好な接合状態が得られた。また、送り速度の違いによって接合状態に差異はなかった。なお、実施例１〜４の何れも、接合箇所に合金層の発生が確認され、この合金層の発生は電圧が大きい実施例２，４が実施例１，３よりも多かった。
レーザー照射条件の異なる実施例１〜４の何れのリード部材についても、接合箇所の外観及び断面の観察を行った結果、接合箇所に割れなどの不具合なく、良好な接合状態が得られた。また、送り速度の違いによって接合状態に差異はなかった。なお、実施例１〜４の何れも、接合箇所に合金層の発生が確認され、この合金層の発生は電圧が大きい実施例２，４が実施例１，３よりも多かった。
（引張試験結果）
破断応力は、実施例１が５９．３ＭＰａ、実施例２が７２．３ＭＰａ、実施例３が５５．５ＭＰａ、実施例４が５８．４ＭＰａであった。実施例１〜４の何れのリード部材についても、接合箇所で破断せず、接合箇所付近におけるアルミニウムからなる第１端子部側で破断した。つまり、実施例１〜４の何れも、接合箇所での接合強度がアルミニウムの引張強度以上であり、十分な強度であることが確認できた。
破断応力は、実施例１が５９．３ＭＰａ、実施例２が７２．３ＭＰａ、実施例３が５５．５ＭＰａ、実施例４が５８．４ＭＰａであった。実施例１〜４の何れのリード部材についても、接合箇所で破断せず、接合箇所付近におけるアルミニウムからなる第１端子部側で破断した。つまり、実施例１〜４の何れも、接合箇所での接合強度がアルミニウムの引張強度以上であり、十分な強度であることが確認できた。
（曲げ試験結果）
曲げ半径Ｒ＝４の曲げ試験の結果、実施例１〜４の何れのリード部材についても、接合箇所での剥離や割れなどの不具合は生じなかった。
曲げ半径Ｒ＝４の曲げ試験の結果、実施例１〜４の何れのリード部材についても、接合箇所での剥離や割れなどの不具合は生じなかった。
（抵抗値測定結果）
抵抗値は、室温２１．５℃での測定で、実施例１が１．１６５ｍΩ、実施例２が１．１８２ｍΩ、実施例３が１．１７１ｍΩ、実施例４が１．２１３ｍΩであった。実施例１〜４の何れのリード部材についても、抵抗値は小さく問題はなかった。
抵抗値は、室温２１．５℃での測定で、実施例１が１．１６５ｍΩ、実施例２が１．１８２ｍΩ、実施例３が１．１７１ｍΩ、実施例４が１．２１３ｍΩであった。実施例１〜４の何れのリード部材についても、抵抗値は小さく問題はなかった。
なお、上記の実施例１〜４とは別に、パルス幅２ミリ秒、送り速度２５ｍｍ／秒の条件で、周波数を１２０Ｈｚ、電圧を１７０Ｖとしてレーザー溶接した場合、周波数を１３０Ｈｚ、電圧を１６０Ｖとしてレーザー溶接した場合、周波数を１４０Ｈｚ、電圧を１５０Ｖとしてレーザー溶接した場合についても上記の接合状態、引張試験、曲げ試験及び抵抗値測定を行った。その結果、これらの条件でレーザー溶接したリード部材についても、良好な接合状態が得られ、引張試験及び曲げ試験において剥離や割れがなく、抵抗値も良好な値であることが確認できた。
１０：リード部材、１１：第１端子部、１２：第２端子部、１１ａ，１２ａ：接合面、Ａ：突き合わせ箇所
Claims (3)
- それぞれ平面形状の第１端子部と第２端子部とが互いに接合されたリード部材であって、
前記第１端子部は、少なくとも前記第２端子部との接合面がアルミニウムからなり、
前記第２端子部は、少なくとも前記第１端子部との接合面がニッケルまたはニッケルメッキ銅からなり、
前記第１端子部と前記第２端子部とが同一平面内で互いに突き合わされ、その突き合わせ箇所がレーザー溶接され、
前記第１端子部と前記第２端子部との前記突き合わせ箇所は、突き合わせ方向に対して平面視で傾斜していることを特徴とするリード部材。 - 請求項１に記載のリード部材であって、
前記第１端子部と前記第２端子部との接合箇所を含む外周が絶縁フィルムによって被覆されていることを特徴とするリード部材。 - それぞれ平面形状の第１端子部と第２端子部とを互いに接合するリード部材の製造方法であって、
前記第１端子部は、少なくとも前記第２端子部との接合面がアルミニウムからなり、
前記第２端子部は、少なくとも前記第１端子部との接合面がニッケルまたはニッケルメッキ銅からなり、
前記第１端子部と前記第２端子部とを同一平面内で互いに突き合わせ、突き合わせ方向に対して平面視で傾斜した前記第１端子部と前記第２端子部の突き合わせ箇所をレーザー溶接することを特徴とするリード部材の製造方法。
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2010
- 2010-08-27 JP JP2010190826A patent/JP5569261B2/ja active Active
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