JP5994396B2 - リード部材の製造方法及びリード部材付蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リード部材付蓄電デバイスに用いられるリード部材の製造方法及びリード部材付蓄電デバイスの製造方法に関する。
リード部材付電池は、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。
この種のリード部材付電池のリード部材は、リード導体と、このリード導体を被覆し、封入材の内面に融着される絶縁フィルムとを備えている。このような構成のリード部材に要求される性能の一つとして、耐電解液性がある。
耐電解液性が弱いと、絶縁フィルムに接着されている部分のリード導体は電解液によって腐食が進みやすい。腐食が進むと、接着部分の接着強度が著しく低下し、電解液が電池の外部に漏れるという不具合が生じる可能性がある。
そこで、特許文献１には、アルミニウムのリード電極に対して、リン酸クロメート処理を行うことが提案されている。
特許文献１では、比較的に耐電解液性が弱いアルミニウムの正極に対してリン酸クロメート処理が行われているが、近年、ニッケル等で構成されることが多い負極に対しても、高い耐電解液性が要求されている。しかしながら、正極と負極の両方に対して、リン酸クロメート処理を行うと製造コストが高くなってしまう。
本発明は、コストを抑えつつ耐電解液性を向上させることが可能なリード部材の製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のリード部材の製造方法は、リード導体の両面側に前記リード導体より幅広の一対の絶縁フィルムを、一対の前記絶縁フィルムが前記リード導体の両端からはみ出た状態で互いに貼り合うように対向させ、対向した一対の前記絶縁フィルムを前記リード導体に熱融着してリード部材を作成する工程と、前記リード部材を、０℃以下の温度で冷却する工程と、を含むものである。
本発明のリード部材の製造方法は、前記リード部材を、１日以上、冷却するのが好ましい。
また、本発明のリード部材の製造方法は、冷却時の温度は、−２０℃以下であるのが好ましい。
また、本発明のリード部材付蓄電デバイスの製造方法は、リード導体の両面側に前記リード導体より幅広の一対の絶縁フィルムを、一対の前記絶縁フィルムが前記リード導体の両端からはみ出た状態で互いに貼り合うように対向させ、対向した一対の前記絶縁フィルムを前記リード導体に熱融着してリード部材を作成する工程と、前記リード部材を、０℃以下の温度で冷却する工程と、前記リード部材を負極に接続し、前記リード部材の前記絶縁フィルムを封入材に密着させつつ、前記リード部材が接続された負極と電解質とを前記封入材によって密閉する工程と、を含むものである。
本発明のリード部材の製造方法によれば、リード部材を作成した後に、さらに冷却処理を行うため、耐電解液性が向上する。すなわち、冷却処理の結果、絶縁フィルムとリード導体との接着部分の剥離強度が低下しにくくなる。
以下、本発明に係るリード部材、リード部材付蓄電デバイス及びリード部材の製造方法の実施形態の例について、図面を参照して説明する。
非水電解質蓄電デバイスは、リチウムイオン電池などの非水電解質電池、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタなどを含む。リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタでは正極側のリード部材の導体にはアルミニウムが使用され、負極側では銅が使用される。銅はニッケルメッキして使用されることが多い。非水電解質蓄電デバイスはいずれも袋状または箱状の封入材に電解質が封入され、リード部材が封入材の密閉部分の一部から外に出されている。
以下、非水電解質電池を例にして説明するが、リチウムイオンキャパシタなどの他の非水電解質蓄電デバイスについても電解質を漏らさないようにリード部材と封入材とが密閉されることは同様である。
以下、非水電解質電池を例にして説明するが、リチウムイオンキャパシタなどの他の非水電解質蓄電デバイスについても電解質を漏らさないようにリード部材と封入材とが密閉されることは同様である。
図１及び図２に示すように、非水電解質電池１０は、封入材１１と、正極１２及び負極１３に接続されたリード部材２１とを有している。
封入材１１は、周縁部のシール部１６をヒートシールによる熱融着で袋状としたものであり、封入材１１内には、正極１２及び負極１３とともに、正極１２と負極１３との間に設けられた隔膜１４及び非水の溶媒（例えば、有機溶媒）に電解質（例えばリチウム化合物）が溶解された非水電解質媒体１５を含む単一の電気化学セルが、密封して収納されている。
封入材１１は、周縁部のシール部１６をヒートシールによる熱融着で袋状としたものであり、封入材１１内には、正極１２及び負極１３とともに、正極１２と負極１３との間に設けられた隔膜１４及び非水の溶媒（例えば、有機溶媒）に電解質（例えばリチウム化合物）が溶解された非水電解質媒体１５を含む単一の電気化学セルが、密封して収納されている。
リード部材２１は、非水電解質電池１０のリード線として用いられるもので、平角導体または金属箔などからなるリード導体２２を有している。そして、このリード導体２２が、封入材１１内の正極１２及び負極１３にそれぞれ接続されている。
リード導体２２は、正極側がアルミニウム、負極側がニッケルやニッケルでメッキされた銅などの金属材料からなり、それぞれ、例えば、厚さが０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。また、車載用途の場合の幅寸法は、例えば、１ｍｍ〜９０ｍｍである。
また、リード部材２１は、図１〜図３に示されるように、外部への電気接続のためにシール部１６から取り出され、その取り出し部分では、リード導体２２が絶縁フィルム２３で被覆絶縁されて、封入材１１を形成する金属箔１１ｃと電気的接触が生じないようにしている。一対の絶縁フィルム２３は、リード導体２２の長さ方向（封入材の内外の延びる方向）の両端を除く部分に両面からリード導体２２を挟むように貼り合わされる。貼り合わされた一対の絶縁フィルム２３の一部は、リード導体２２幅方向に飛び出して、一対の絶縁フィルム２３の飛び出した部分同士が貼り合わされる。
図３に示すように、絶縁フィルム２３はリード部材２１より幅広であって、架橋層２３ａと接着層２３ｂとを有する二層構造であり、接着層２３ｂがポリプロピレン（ＰＰ）をベースとした樹脂から形成されている。
架橋層２３ａはポリプロピレン樹脂をベースとして、架橋助剤、及びフェノール系酸化防止剤（例えば、（株）ＡＤＥＫＡ製のアデカスタブＡＯシリーズ）が添加されている。架橋助剤は、例えば、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ポリプロピレングリコールアクリレート、１，３−ジアリル−５−グリシジルイソシアヌレートが好ましく使用可能である。
架橋層の厚さは０．０５ｍｍとすれば十分な強度の絶縁フィルムとすることができる。架橋層を不必要に厚くする必要はなく、０．１ｍｍ以下の厚さとするのでよい。
なお、フェノール系酸化防止剤は、接着層２３ｂにも添加されていても良い。
そして、上記の絶縁フィルム２３は、熱融着されて接着層２３ｂ同士が互いに貼り合わされている。
架橋層の厚さは０．０５ｍｍとすれば十分な強度の絶縁フィルムとすることができる。架橋層を不必要に厚くする必要はなく、０．１ｍｍ以下の厚さとするのでよい。
なお、フェノール系酸化防止剤は、接着層２３ｂにも添加されていても良い。
そして、上記の絶縁フィルム２３は、熱融着されて接着層２３ｂ同士が互いに貼り合わされている。
封入材１１は、図３に示すように、積層フィルム１１ａ，１１ｂ及び金属箔１１ｃからなる積層体であり、最内層の積層フィルム１１ｂには、電解液で溶解されずシール部１６から非水電解質媒体１５が漏出するのを防止するのに適したものとして、例えば、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。最外層の積層フィルム１１ａは、内側の金属箔１１ｃを外傷から保護するためのもので、例えば、ポリエチレンテレフタレート（略称ＰＥＴ）等で形成されている。
封入材１１内に収容される電解質としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどの有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６等の電解質を溶解させた非水電解液や、リチウムイオン伝導性の固体電解質などが用いられる。
次に、上記構造のリード部材とそのリード部材を有する非水電解質電池の製造方法について説明する。
上記のリード部材２１を製造する場合、まず、リード導体２２の両面側に、一対の絶縁フィルム２３を、その接着層２３ｂ側を対向させて配置する。このとき、絶縁フィルム２３のリード導体２２から幅方向に飛び出した部分同士も対向させる。次に、加熱部材で一対の絶縁フィルム２３を挟んで絶縁フィルム２３を加熱すると同時に押し合わせて熱融着させる。このとき、絶縁フィルム２３のリード導体２２から幅方向に飛び出した部分同士も貼り合わせる。このようにして絶縁フィルム２３をリード導体２２に貼り合わせてリード部材２１を製造する（熱融着工程）。
上記のリード部材２１を製造する場合、まず、リード導体２２の両面側に、一対の絶縁フィルム２３を、その接着層２３ｂ側を対向させて配置する。このとき、絶縁フィルム２３のリード導体２２から幅方向に飛び出した部分同士も対向させる。次に、加熱部材で一対の絶縁フィルム２３を挟んで絶縁フィルム２３を加熱すると同時に押し合わせて熱融着させる。このとき、絶縁フィルム２３のリード導体２２から幅方向に飛び出した部分同士も貼り合わせる。このようにして絶縁フィルム２３をリード導体２２に貼り合わせてリード部材２１を製造する（熱融着工程）。
絶縁フィルム２３を熱融着する条件としては、加熱部材の表面を温度１４０℃以上２３０℃以下とし、２秒以上３０秒以下の加熱時間（熱融着時間）とするのが好ましい。温度が低いほど加熱時間を長くし、温度が高いほど加熱時間を短くする。接着層２３ｂが比較的薄い場合は、比較的短い時間の加熱で接着層２３ｂの樹脂を十分に溶かして熱融着させることができる。接着層２３ｂが厚いほど加熱時間を長くする。
そして、次に冷却処理を行う。絶縁フィルム２３が貼り合わされたリード導体２２（リード部材２１）を、例えば冷却装置を用いて、所定期間、０℃以下で冷却処理を行う。例えば、冷却温度を−２０℃以下に設定し、１日間、冷却保存する。このようにして、冷却処理によって耐電解液性が向上したリード部材１２が得られる。その後、リード部材２１の一端を各電極に接続し、さらに、リード部材２１の他端を外に飛び出させつつ封入材１１にて密封することによって、リード部材２１を備える非水電解質電池１０が製造される。
本発明者は、上述のように、絶縁フィルム２３をリード導体２２に熱融着させて貼り合わせた後に、上記の冷却処理を行うことで、リード部材２１の耐電解液性が向上することを見出した。以下、実施例を用いて、冷却処理による耐電解液性の向上について説明する。
（実施例１）
まず、剥離強度を測定するためのリード部材を作成した。まず、ニッケルでメッキされた銅からなる金属箔１００に、金属箔１００の両面側から、一対の絶縁フィルム１０１を対向させた。そして、加熱部材で絶縁フィルム１０１を挟んで絶縁フィルム１０１を加熱すると同時に、押し合わせて熱融着させて貼り合わせて、リード部材を作成した。なお、本実施例の絶縁フィルム１０１は、ポリプロピレンを用いた。そして、後述する所定の条件（冷却温度、冷却日数）で、リード部材に冷却処理を行った。
まず、剥離強度を測定するためのリード部材を作成した。まず、ニッケルでメッキされた銅からなる金属箔１００に、金属箔１００の両面側から、一対の絶縁フィルム１０１を対向させた。そして、加熱部材で絶縁フィルム１０１を挟んで絶縁フィルム１０１を加熱すると同時に、押し合わせて熱融着させて貼り合わせて、リード部材を作成した。なお、本実施例の絶縁フィルム１０１は、ポリプロピレンを用いた。そして、後述する所定の条件（冷却温度、冷却日数）で、リード部材に冷却処理を行った。
冷却処理の後、剥離強度試験のため、以下の処理を行った。まず、冷却処理後のリード部材を、６０℃の電解液に２週間浸漬した。次に、図４（ａ）に示すように、カッターナイフを絶縁フィルム１０１の片面からあて、表側の絶縁フィルム１０１と金属箔１００とに傷１０２を入れた。この際、裏側の絶縁フィルム１０１には傷をつけなかった。
次に、図４（ｂ）に示すように、金属箔１００を約１ｃｍ幅に切断した。その後、図４（ｃ）に示すように、傷１０２を中心に曲げ伸ばしを数回繰り返し、金属疲労により金属箔１００を切断した。この結果、傷１０２がつけられていなかった裏側の絶縁フィルム１０１のみが切断されていない状態となった。
次に、図４（ｄ）に示すように、金属箔１００を引っ張り、少しだけ絶縁フィルム１０１を金属箔１００から剥がし、つかみしろ１０３を確保した。そして、引っ張り試験機１０４につかみしろ１０３と金属箔１００を把持させて互いに反対方向に引っ張り、絶縁フィルム１０１と金属箔１００の１８０度剥離強度（ピール強度）を測定した。測定結果を表１に示す。
冷却処理による耐電解液性の向上の効果を確認するために、冷却処理の条件を、「冷却処理無し」と「冷却温度−４５℃、冷却日数３日」と「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の３条件準備して、剥離強度測定試験を行った。表１に示すように、「冷却処理無し」の場合の１８０度剥離強度は、１０．０Ｎ／ｃｍであったのに対し、「冷却温度−４５℃、冷却日数３日」の場合の１８０度剥離強度は、１１．２Ｎ／ｃｍであった。つまり、「冷却処理無し」の測定結果と「冷却温度−４５℃、冷却日数３日」の測定結果とを比較すると、冷却処理の結果、１８０度剥離強度が１．２Ｎ／ｃｍだけ大きくなり、対比で１．１２倍向上していることが確認できた。剥離強度が大きいほど、電解液による腐食が抑えられていると考えられ、耐電解液性が向上したといえる。
また、「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の場合の１８０度剥離強度は、１１．２Ｎ／ｃｍであった。つまり、「冷却処理無し」の測定結果と「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の測定結果とを比較すると、冷却処理の結果、１８０度剥離強度が１．２Ｎ／ｃｍだけ大きくなり、対比で１．１２倍向上していることが確認できた。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例２は、実施例１と比較して、冷却処理の後、剥離強度試験のため、冷却処理後のリード部材を、６０℃の電解液に４週間浸漬させた点以外は同様であり、同様の内容については説明を省略する。
次に、実施例２について説明する。実施例２は、実施例１と比較して、冷却処理の後、剥離強度試験のため、冷却処理後のリード部材を、６０℃の電解液に４週間浸漬させた点以外は同様であり、同様の内容については説明を省略する。
表２に示すように、「冷却処理無し」の場合の１８０度剥離強度は、１０．０Ｎ／ｃｍであったのに対し、「冷却温度−４５℃、冷却日数３日」の場合の１８０度剥離強度は、１０．４Ｎ／ｃｍであった。つまり、「冷却処理無し」の測定結果と「冷却温度−４５℃、冷却日数３日」の測定結果とを比較すると、冷却処理の結果、１８０度剥離強度が０．４Ｎ／ｃｍだけ大きくなり、対比で１．０４倍向上していることが確認できた。
また、「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の場合の１８０度剥離強度は、１０．６Ｎ／ｃｍであった。つまり、「冷却処理無し」の測定結果と「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の測定結果とを比較すると、冷却処理の結果、１８０度剥離強度が０．６Ｎ／ｃｍだけ大きくなり、対比で１．０６倍向上していることが確認できた。
また、「冷却温度−４５℃、冷却日数３日」の測定結果と「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の測定結果とを比較すると、「冷却温度−４５℃、冷却日数７日」の測定結果の方が、１８０度剥離強度が０．２Ｎ／ｃｍだけ大きくなり、冷却日数が長いほど剥離強度が増す、すなわち、耐電解液性が向上することが確認できた。
以上、実施例１−２を参照して説明したように、熱融着工程の後、リード部材に冷却処理を行うことで、１８０度剥離強度が大きくなる、すなわち、耐電解液性が向上することを本発明者は見出した。有用な効果を得るために必要な冷却温度・冷却日数については、絶縁フィルムの材料等の他の諸条件との兼ね合いで決まるものである。実施例１−２では、冷却温度は−４５℃であるが、少なくとも０℃以下、好ましくは−２０℃以下であれば耐電解液性の向上の効果は得られた。また、冷却期間は３日であったが、少なくとも１日以上冷却すれば耐電解液性の向上の効果は得られた。
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
１１：封入材、１２：正極、１３：負極、１５：電解質媒体、２１：リード部材、２２：リード導体、２３：絶縁フィルム、２３ａ：架橋層、２３ｂ：接着層
Claims (2)
- 電解液が封入された蓄電デバイスに用いられるリード部材の製造方法であって、
リード導体の両面側に前記リード導体より幅広の一対の絶縁フィルムを、一対の前記絶縁フィルムが前記リード導体の両端からはみ出た状態で互いに貼り合うように対向させ、対向した一対の前記絶縁フィルムを前記リード導体に熱融着してリード部材を作成する工程と、
前記リード部材を、−２０℃以下の温度で１日以上冷却する工程と、
を含むリード部材の製造方法。 - リード導体の両面側に前記リード導体より幅広の一対の絶縁フィルムを、一対の前記絶縁フィルムが前記リード導体の両端からはみ出た状態で互いに貼り合うように対向させ、対向した一対の前記絶縁フィルムを前記リード導体に熱融着してリード部材を作成する工程と、
前記リード部材を、−２０℃以下の温度で１日以上冷却する工程と、
前記リード部材を負極に接続し、前記リード部材の前記絶縁フィルムを封入材に密着させつつ、前記リード部材が接続された負極と電解液とを前記封入材によって密閉する工程と、
を含むリード部材付蓄電デバイスの製造方法。
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