JP6342192B2 - Negative electrode terminal for battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、クラッド材を用いた電池用負極端子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode terminal for a battery using a clad material and a manufacturing method thereof.
特許文献1には、リチウムイオン電池などのフィルム外装電池において、負極側の端子を、銅と第2の金属(例えばニッケル)とを接合したクラッド材から形成することが開示されている。すなわち、発電要素における負極集電体は一般に銅からなるので、この負極集電体に接続される内側の端部を銅から構成し、他方、外部へ引き出される外側の端部を、外部端子やバスバーなどとの接続を考慮して選択される異種の金属、例えばニッケルから構成している。そして、特許文献1では、界面はステップ状に形成されており、外側の端部は、厚さ方向に2種の金属が積層された構成となっている。 Patent Document 1 discloses that in a film-clad battery such as a lithium ion battery, a negative electrode terminal is formed from a clad material obtained by bonding copper and a second metal (for example, nickel). That is, since the negative electrode current collector in the power generation element is generally made of copper, the inner end connected to the negative electrode current collector is made of copper, while the outer end pulled out to the outside is connected to an external terminal or It is made of a dissimilar metal selected in consideration of connection with a bus bar or the like, for example, nickel. And in patent document 1, the interface is formed in the step shape, and the outer edge part becomes a structure by which 2 types of metals were laminated | stacked on the thickness direction.
また特許文献2には、負極端子を銅にて形成し、その表面にニッケルメッキ層を設けることが開示されている。
クラッド材を用いた端子においては、2種の金属部分の接合強度を高く確保するために、両者の界面を単純な一平面(典型的には端子の長さ方向に直交する平面)とするのではなく、特許文献1にも例示されているように、端子の長さ方向にも変化した立体形状とすることが望ましい。 In a terminal using a clad material, in order to ensure a high bonding strength between the two metal parts, the interface between the two is made a simple plane (typically a plane perpendicular to the length direction of the terminal). Instead, as exemplified in Patent Document 1, it is desirable to have a three-dimensional shape that also changes in the length direction of the terminal.
しかしながら、このように端子長さ方向に変化した立体形状の界面は、両主面ではそれぞれ端子の幅方向に延びた単純な一直線に現れるものの、端子の側面においては、端子長さ方向に拡がった形に現れることとなる。従って、クラッド材の銅部分の表面にニッケルメッキ層を設けるべく主面の境界付近から長さ方向の一方の範囲にメッキ処理を行った場合に、主面の境界位置から端子長さ方向に拡がった第2の金属の表面がメッキ浴に接してしまい、第2の金属にダメージを与えるおそれがある。 However, the three-dimensional interface changed in the terminal length direction as described above appears in a simple straight line extending in the width direction of the terminal on both main surfaces, but spreads in the terminal length direction on the side surface of the terminal. It will appear in shape. Therefore, when a plating process is performed in the range from the vicinity of the boundary of the main surface to one side in the length direction so as to provide a nickel plating layer on the surface of the copper portion of the clad material, it spreads from the boundary position of the main surface in the terminal length direction. In addition, the surface of the second metal may come into contact with the plating bath and damage the second metal.
この発明は、長さ方向の一端部を構成する銅と他端部を構成する第2の金属とが幅方向に延びる界面を介して接合された板状のクラッド材からなり、上記一端部が発電要素の負極集電体に接続されるとともに、上記他端部が外装体から外部へ導出される電池用負極端子において、
上記界面は、端子の長さ方向に沿った断面における形状として、端子の2つの主面に現れる主面境界と、両主面境界の位置から上記長さ方向で上記一端部の側へ片寄って位置する厚さ方向中間部における少なくとも1つの頂部と、を有し、
幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分では、厚さ方向に押し潰すことで主面付近の銅材料が第2の金属を少なくとも部分的に覆っており、
銅部分の表面にはニッケルメッキ層が設けられている。
The present invention comprises a plate-like clad material in which copper constituting one end portion in the length direction and a second metal constituting the other end portion are joined via an interface extending in the width direction, and the one end portion is In the negative electrode terminal for the battery connected to the negative electrode current collector of the power generation element and the other end portion led out from the exterior body,
The interface has a shape in a cross section along the length direction of the terminal, a main surface boundary appearing on the two main surfaces of the terminal, and the one end side in the length direction from the position of both main surface boundaries And at least one top in the thickness-wise intermediate portion located,
In the side edge portion of the terminal where both ends of the interface extending in the width direction are located, the copper material near the main surface covers at least partially the second metal by crushing in the thickness direction,
A nickel plating layer is provided on the surface of the copper portion.
つまり、本発明では、界面は、端子長さ方向に沿った断面で見た形状として、例えばV字形もしくはW字形のような1つあるいは複数の頂部を有する立体形状をなしている。特に、頂部は、主面境界から銅材料の側へ入り込んでいる。そして、端子幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分では、厚さ方向に拡がっていた界面が1本の直線形状に近付くように押し潰された形となっており、主面付近の銅材料が厚さ方向中央寄りに集まり、第2の金属の表面を覆っている。 That is, in the present invention, the interface has a three-dimensional shape having one or a plurality of apexes, such as a V shape or a W shape, as a shape seen in a cross section along the terminal length direction. In particular, the top portion enters the copper material side from the main surface boundary. And, at the side edge portion of the terminal where both ends of the interface extending in the terminal width direction are located, the interface that has spread in the thickness direction is crushed so as to approach one linear shape, and the main surface Nearby copper materials gather near the center in the thickness direction and cover the surface of the second metal.
従って、主面境界の付近において端子の側縁部分に露出する第2の金属の表面積が縮小する。 Therefore, the surface area of the second metal exposed at the side edge portion of the terminal near the main surface boundary is reduced.
この発明によれば、立体形状の界面を有するクラッド材からなる電池用負極端子において、上記立体形状に起因して生じる端子側縁における第2の金属の露出面積を縮小することができ、銅部分の表面に対するニッケルメッキ処理の際のメッキ浴による第2の金属のダメージを抑制することができる。 According to the present invention, in the negative electrode terminal for a battery made of a clad material having a three-dimensional interface, the exposed area of the second metal at the terminal side edge caused by the three-dimensional shape can be reduced. The damage of the second metal due to the plating bath during the nickel plating process on the surface of the metal can be suppressed.
以下、この発明をフィルム外装電池の負極端子に適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a negative electrode terminal of a film-clad battery will be described in detail with reference to the drawings.
初めに図1および図2に基づいて、この発明による負極端子が用いられるフィルム外装電池1の一例を説明する。フィルム外装電池1は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図1に示すように、偏平な長方形の外観形状を有し、長手方向の一方の端縁に、正極端子2および負極端子3を備えている。
First, an example of a film-clad battery 1 in which the negative electrode terminal according to the present invention is used will be described with reference to FIGS. The film-clad battery 1 is, for example, a lithium ion secondary battery, and has a flat rectangular external shape as shown in FIG. 1 and includes a
図2に示すように、フィルム外装電池1は、発電要素4を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体5の内部に収容したものである。発電要素4は、それぞれシート状をなす複数の正極11および負極21をセパレータ31を介して交互に積層した積層構造を有する。正極11は、例えばアルミニウム箔からなる正極集電体12の両面に正極活物質層13を塗布して構成され、負極21は、例えば銅箔からなる負極集電体22の両面に負極活物質層23を塗布して構成されている。なお、図における各部の寸法や正極11,負極22の数は必ずしも正確なものではなく、説明のために誇張したものとなっている。
As shown in FIG. 2, the film-clad battery 1 is one in which the power generation element 4 is housed in an
負極集電体22の長手方向の端縁の一部は、負極活物質層23を具備しない端子接続部22aとして延びており、その先端に負極端子3の一端部3aが接続されている。詳しくは、複数の負極22の端子接続部22aを負極端子3の上に重ね合わせた上で、超音波溶接することによって互いに接合されている。そして、負極端子3の他端部3bは、外装体5の外部へ導出されている。
A part of the edge in the longitudinal direction of the negative electrode
また図2には示されていないが、正極端子2も同様の接続構造を有しており、つまり、正極集電体12の長手方向の端縁の一部に、正極活物質層13を具備しない端子接続部が延長形成され、その先端に正極端子2の一端部が超音波溶接されている。そして、正極端子2の他端部は、外装体5の外部へ導出されている。
Although not shown in FIG. 2, the
上記の発電要素4を電解液とともに収容する外装体5は、図2に一部を拡大して示すように、熱融着層51と金属層52と保護層53との三層構造の可撓性を有するラミネートフィルムからなる。中間の金属層52は、例えばアルミニウム箔からなり、その内側面を覆う熱融着層51は、熱融着が可能な合成樹脂例えばポリプロピレン(PP)からなり、金属層52の外側面を覆う保護層53は耐久性に優れた合成樹脂例えばポリエチレンテレフタレート(PET)からなる。なお、さらに多数の層を有するラミネートフィルムを用いることもできる。また、上記の例では金属層52の両面に合成樹脂層をラミネートしているが、金属層52の外側の合成樹脂層は必ずしも必須のものではなく、内側表面にのみ合成樹脂層を備えた構成であってもよい。
The
外装体5は、一つの例では、図2の発電要素4の下面側に配置される1枚のラミネートフィルムと上面側に配置される他の1枚のラミネートフィルムとの2枚構造をなし、これら2枚のラミネートフィルムの周囲の4辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。図示例は、このような2枚構造の外装体5を示している。また、他の一つの例として、外装体5は1枚の比較的大きなラミネートフィルムからなり、2つ折りとした状態で内側に発電要素4を配置した上で、周囲の3辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成としてもよい。
In one example, the
正極端子2および負極端子3は、長方形をなすフィルム外装電池1の短辺に並んで配置されており、これら端子2,3は、外装体5となるラミネートフィルムの端縁5aを重ね合わせて熱融着する際に、両者の接合面5bを通して外部へ導出されている。
The
詳しくは、端子2,3の長さ方向の中間部の外周面に、予め樹脂層41が設けられており、この樹脂層41を両側から挟み込むような形で外装体5の端縁5aが樹脂層41の上に接合されている。樹脂層41としては、電解液に対する耐性ならびに接着性に優れた樹脂材料が用いられ、例えば、酸変性ポリオレフィン系樹脂が用いられる。
Specifically, a
図3〜図5は、本発明に係る負極端子3の一実施例を示している。図3は、負極端子3の外観を模式的に示した斜視図、図4は、負極端子3の長さ方向に沿った断面における縦断面図、図5は、図4のA−A線に沿った横断面図である。この負極端子3は、第1の金属としての銅と第2の金属としてのアルミニウムとが一体に接合された板状のクラッド材から構成されており、外装体5の内部で負極集電体22に接続される長さ方向の一端部3aが銅部分61によって構成され、かつ外装体5から外部へ導出される長さ方向の他端部3bがアルミニウム部分62によって構成されている。なお、本明細書では、負極端子3の導出方向と平行な方向である図4のx方向を負極端子3の「長さ方向」と呼び、x方向に直交する図5のy方向を負極端子3の「幅方向」と呼ぶこととする。これは、必ずしもx方向の寸法がy方向の寸法よりも大きいことを意味するものではない。また図4,図5のz方向を負極端子3の「厚さ方向」と呼ぶこととする。
3 to 5 show an embodiment of the
銅部分61とアルミニウム部分62との界面63は、負極端子3の長さ方向の中間部分に存在しており、負極端子3の一端部3aは厚さ方向の全体が銅部分61から構成され、他端部3bは厚さ方向の全体がアルミニウム部分62から構成されている。このようなクラッド材とすることで、一端部3aを負極集電体22との接合に適した材料としつつ、他端部3bを外部の端子やバスバー等との接合に適した材料とすることができ、低抵抗化を図ることができる。
The
界面63は、負極端子3の幅方向の全体に亘って直線的に延びているが、2種の金属部分61,62の接合強度を高く確保するために、単純な一平面ではなく、図4および図6に示すような断面略V字形をなす立体形状の界面63となっている。
Although the
すなわち、この実施例の界面63は、図4つまり負極端子3の長さ方向に沿った縦断面に現れる形状として、負極端子3の第1主面64aに現れる主面境界63aから厚さ方向中間部へ向かって斜めに延びる第1片部631と、負極端子3の第2主面64bに現れる主面境界63bから厚さ方向中間部へ向かって斜めに延びる第2片部632と、がほぼ対称に形成され、かつ第1片部631と第2片部632とが厚さ方向中間部の頂部63cで連続することで、全体として、断面略V字形をなしている。
In other words, the
従って、負極端子3の長さ方向に関してみると、第1主面64aに直線状に現れる一方の主面境界63aの位置と第2主面64bに直線状に現れる他方の主面境界63bの位置とは、基本的に等しい位置にあり、これらの位置に比較して、V字形の頂部63cが負極端子3の一端部3a寄りに片寄って位置している。つまり頂部63cは、主面境界63a,63bの位置から銅部分61の中へ入り込むように延びている。
Accordingly, when viewed in the length direction of the
なお、界面63は、U字形に近い断面形状であってもよく、あるいは、頂部63cを複数有するW字形のような断面形状であってもよい。
The
上記のような界面63のV字形断面形状は、負極端子3の側縁3c,3d部分を除く幅方向の全体に亘って、基本的に同一の断面形状をなしている。これに対し、負極端子3の側縁3c,3dは、図3および図5に示すように、厚さ方向に両側から押し潰されたテーパ状に形成されており、これによって、界面63の第1片部631と第2片部632とが厚さ方向に徐々に収束していく形となっている。
The V-shaped cross-sectional shape of the
すなわち、2種の金属を接合したクラッド材の母材としては、図6に示すように、側面101にまで断面V字形の界面63が同一断面形状で連続したものとなっているが、この側面101の両側のエッジ102,103を端子2,3の厚さ方向に両側からテーパ状に押し潰すことによって、最終的な負極端子3の側縁3c,3dにそれぞれ一対のテーパ面104,105(図3,図5参照)が形成されている。
That is, as shown in FIG. 6, the base material of the clad material in which two kinds of metals are joined is such that the
このような母材の塑性変形に伴い、界面63の第1片部631と第2片部632とが厚さ方向に収束すると同時に、母材状態でエッジ102,103に沿って三角形に存在していた銅部分61の材料(図6に符号61aで示す部分の銅材料)が厚さ方向の中央に両側から集められるため、母材側面101においてV字形に存在していたアルミニウム部分62の表面(図6に符号62aで示す領域)が、この銅材料によって覆われる。理想的には、側縁3c,3dに現れる界面63が細い1本の直線状のものとなり、V字形に存在していたアルミニウム部分62の露出面(領域62a)が実質的に消失する(図3参照)が、仮に押し潰しが完全でなくても、アルミニウム材料の露出面積は大幅に低減する。
Along with the plastic deformation of the base material, the
一つの具体的な寸法例を挙げると、負極端子3は、例えば、長さが50mm、幅が70mm、厚さが0.2mmであり、一実施例では、図7に示すように、側縁3c,3dが1mm程度の幅W1に亘って押し潰され、各々のテーパ面104,105の角度θが7°程度のものとなっている。
For example, the
なお、側縁3c,3dにおけるエッジ102,103の押し潰し加工は、側縁3c,3dの切断と同時に行うことも可能である。
The crushing of the
銅部分61の表面には、電解メッキによってニッケルメッキ層71が設けられている。このニッケルメッキ層71のためのメッキ処理は、母材の側縁3c,3dの加工処理の後に行われるものであり、界面63の主面境界63a,63b付近から一端部3a側の範囲にニッケルメッキ層71が設けられている。例えば、図8に例示するように、メッキ処理装置121におけるメッキ浴122の液面122aが主面境界63a,63b付近に位置するような状態で、メッキ処理が行われる。
A
このようなメッキ処理の際に、上記実施例の負極端子3では、前述したように側縁3c,3dを両側から押し潰すことで、母材側面101における領域62aのアルミニウム材料が銅材料によって覆われているため、アルミニウム材料がメッキ浴122に触れることがない。仮に押し潰しが完全でなくても、領域62aのアルミニウム材料の露出面積が大幅に低減する。従って、メッキ浴122によるアルミニウム材料のダメージが抑制されるとともに、メッキ不良(銅とメッキ層との間の密着不良による剥がれ)が抑制される。
During the plating process, in the
なお、図2に示した樹脂層41は、ニッケルメッキ層71のメッキ処理の後に、樹脂材料の塗布あるいは樹脂フィルムの貼着などの適宜な方法によって負極端子3の表面に設けられる。図3の例では、主面64a,64bに現れる主面境界63a,63bを覆うように、境界線106,107の間の長さLの範囲に樹脂層41が設けられる。
The
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば上記実施例では、クラッド材の第2の金属としてアルミニウムが用いられているが、他の金属を用いることもできる。また上記実施例では電解メッキの例を説明したが、無電解メッキでもよい。 As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various change is possible. For example, in the above embodiment, aluminum is used as the second metal of the cladding material, but other metals can also be used. Moreover, although the example of electrolytic plating was demonstrated in the said Example, electroless plating may be sufficient.
1…フィルム外装電池
3…負極端子
4…発電要素
5…外装体
22…負極集電体
41…樹脂層
61…銅部分
62…アルミニウム部分
63…界面
71…ニッケルメッキ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Film-clad
Claims (5)
上記界面は、端子の長さ方向に沿った断面における形状として、端子の2つの主面に現れる主面境界と、両主面境界の位置から上記長さ方向で上記一端部の側へ片寄って位置する厚さ方向中間部における少なくとも1つの頂部と、を有し、
幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分では、厚さ方向に押し潰すことで主面付近の銅材料が第2の金属を少なくとも部分的に覆っており、
銅部分の表面にはニッケルメッキ層が設けられている、電池用負極端子。 It consists of a plate-like clad material in which copper constituting one end in the length direction and a second metal constituting the other end are joined via an interface extending in the width direction, and the one end is the negative electrode of the power generation element In the negative electrode terminal for a battery that is connected to the current collector and the other end is led out from the exterior body,
The interface has a shape in a cross section along the length direction of the terminal, a main surface boundary appearing on the two main surfaces of the terminal, and the one end side in the length direction from the position of both main surface boundaries And at least one top in the thickness-wise intermediate portion located,
In the side edge portion of the terminal where both ends of the interface extending in the width direction are located, the copper material near the main surface covers at least partially the second metal by crushing in the thickness direction,
A negative electrode terminal for a battery, in which a nickel plating layer is provided on the surface of the copper portion.
端子の長さ方向に沿った断面上の界面の形状が、端子の2つの主面に現れる主面境界と、両主面境界の位置から上記長さ方向で上記一端部の側へ片寄って位置する厚さ方向中間部における少なくとも1つの頂部と、を有する立体形状となるように、上記クラッド材を構成し、
幅方向に延びる界面の両端が位置する端子の側縁部分を、テーパ状となるように厚さ方向に押し潰し、
銅部分の表面にニッケルメッキ層をメッキ処理する、電池用負極端子の製造方法。 It consists of a plate-like clad material in which copper constituting one end in the length direction and a second metal constituting the other end are joined via an interface extending in the width direction, and the one end is the negative electrode of the power generation element A method of manufacturing a battery negative electrode terminal connected to a current collector and having the other end portion led out from an exterior body,
The shape of the interface on the cross section along the length direction of the terminal is located on the main surface boundary appearing on the two main surfaces of the terminal, and offset from the position of both main surface boundaries toward the one end in the length direction. The clad material is configured so as to have a three-dimensional shape having at least one top portion in the thickness direction intermediate portion,
The side edge portion of the terminal where both ends of the interface extending in the width direction are crushed in the thickness direction so as to be tapered,
A method of manufacturing a negative electrode terminal for a battery, wherein a nickel plating layer is plated on the surface of the copper portion.
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