JP6342231B2 - 電池用負極端子 - Google Patents

Description

この発明は、フィルム状外装体を利用した電池に用いられる負極端子に関する。

発電要素を可撓性を有するフィルム状外装体内に電解液とともに収容したフィルム外装電池が知られている。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とともに、両者の界面を覆うように端子の長さ方向の一部に樹脂層を設けた構成が開示されている。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、界面を覆うように設けられる樹脂層は、フィルム状外装体に対する接着層として機能し、負極端子を両側から挟むようにして互いに接合されるフィルム状外装体の封止面が、樹脂層の上に接着される。

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。この特許文献２においては、フィルム状外装体は、ニッケルメッキ層の表面を化成処理した上で、酸変性ポリオレフィン系樹脂からなるタブシートを介して負極端子上に熱接着されている。

特開２００１−１２６７０９号公報 特開２００９−９９５２７号公報

負極端子として特許文献１のように銅と第２の金属とを接合したクラッド材を用いる場合、両者の界面が電解液や外気に対し露出することがないように、外装体との接合部ともなる樹脂層の位置を、界面の位置に対応したものとする必要がある。しかしながら、このように２種の金属に亘って樹脂層が設けられると、各々の金属と樹脂材料との接着性が互いに異なることから、単一金属の表面に樹脂層を設ける場合に比較して、端子と樹脂層との間での封止性の確保が困難となり易い。

この発明は、発電要素を電解質とともにフィルム状外装体内に収容してなる電池に用いられ、一端部が上記発電要素の負極集電体に接続されるとともに、他端部が上記フィルム状外装体から外部へ導出される電池用負極端子において、
この負極端子は、一端部を構成する銅と他端部を構成する第２の金属とが接合された板状のクラッド材からなり、
上記フィルム状外装体が接合される樹脂層が、銅と第２の金属との界面の周囲を覆うように、該負極端子の長さ方向の一部に設けられており、
上記銅の表面に、上記樹脂層に対する接着性が上記第２の金属の表面よりも高いニッケルメッキ層が設けられており、
少なくとも一方の主面においては、ニッケルメッキ層に重なる上記樹脂層の一端から上記界面までの長さが、第２の金属に重なる上記樹脂層の他端から上記界面までの長さよりも長く、
上記樹脂層と上記ニッケルメッキ層との接着面積が、上記樹脂層と上記第２の金属の表面との接着面積よりも大きいことを特徴としている。

銅部分の表面にニッケルメッキ層を設けることで、第２の金属の表面に比較して、樹脂材料に対しより高い接着性が得られる。本発明では、２種の金属の界面を樹脂層の中心位置とせずに、少なくとも一方の主面において、ニッケルメッキ層に重なる樹脂層の長さの方が第２の金属に重なる樹脂層の長さよりも長くなるように、界面の位置が相対的に設定される。従って、第２の金属の表面に比較して、より高い接着性を有するニッケルメッキ層と樹脂層との接着面積が大きく確保される。

本発明によれば、クラッド材からなる負極端子において、界面を覆う樹脂層との接着強度がより高く得られ、フィルム状外装体が接合される樹脂層と負極端子との間の封止性が向上する。

この発明の負極端子が用いられるフィルム外装電池の一例を示す斜視図。 同じくフィルム外装電池の断面図。 この発明に係る負極端子の一実施例の平面図。 樹脂層を切り欠いて示す負極端子の側面図。 負極端子の第２実施例を示す図４と同様の側面図。 負極端子の第３実施例を示す図４と同様の側面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

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、外装体５で覆われた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。

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。

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。

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。

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。

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、他の一つの例では、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なっている。

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。

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。

図３および図４は、本発明に係る負極端子３の一実施例を示している。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、端子２，３の導出方向である図３のｘ方向を端子２，３の「長さ方向」と呼び、ｘ方向に直交するｙ方向を端子２，３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のｚ方向を端子２，３の「厚さ方向」と呼ぶこととする。

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の長さ方向の略中間部に存在しており、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。界面６３は、図３に示すように負極端子３の幅方向の全体に亘って直線的に延びており、また、異種金属の接合面積をより大きく確保するために、厚さ方向については、図４に示すように階段状の断面形状を有している。つまり、本実施例では、界面６３は、単純な一平面ではなく立体形状をなし、図４に示すように、負極端子３の一方の主面６４（便宜上、第１主面６４ａとする）から厚さ方向に延びる第１片部６３ａと、他方の主面６４（便宜上、第２主面６４ｂとする）から厚さ方向に延びる第２片部６３ｂと、両者を接続するように長さ方向に（換言すれば主面６４と実質的に平行に）延びる第３片部６３ｃと、の３つの部分から階段状に構成されている。従って、図示例では、第１主面６４ａにおける界面６３の位置と第２主面６４ｂにおける界面６３の位置とが、負極端子３の長さ方向に異なっている。具体的には、第２主面６４ｂ側の第２片部６３ｂは、第１主面６４ａ側の第１片部６３ａよりも他端部３ｂ寄りに位置している。

銅部分６１の表面には、電解メッキあるいは無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、基本的に、銅部分６１のみを対象として行われ、従って、アルミニウム部分６２の表面はメッキ層を具備していない。

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。クラッド材において異種金属の接触面である界面６３が電解液ならびに外気に露出することは、電解腐食の点で好ましくなく、従って、樹脂層４１は、負極端子３における界面６３の周囲を覆うように、第１片部６３ａと第２片部６３ｂとを含む長さ方向の範囲に設けられている。

ここで、樹脂層４１と界面６３とは、界面６３の位置が樹脂層４１の長さ方向の寸法の中で比較的アルミニウム部分６２寄りに片寄った配置となるように、互いに配置されている。図３に示すように、銅部分６１のニッケルメッキ層７１に重なっている樹脂層４１の長さ、つまり樹脂層４１の一端４１ａから界面６３までの長さを、長さｘ１とし、アルミニウム部分６２に重なっている樹脂層４１の長さ、つまり樹脂層４１の他端４１ｂから界面６３までの長さを、長さｘ２とすると、第１主面６４ａにおいては、ニッケルメッキ層７１に重なる長さｘ１の方がアルミニウム部分６２に重なる長さｘ２よりも長くなっている。同様に、第２主面６４ｂにおいても、ニッケルメッキ層７１に重なる長さｘ１の方がアルミニウム部分６２に重なる長さｘ２よりも長く、しかも、樹脂層４１の全長の中で長さｘ１が占める割合が第１主面６４ａよりも大となっている。

外装体５の端縁５ａが接合される樹脂層４１と金属表面との接着性ないし封止性は、アルミニウム表面に比較してニッケルメッキ層７１表面の方が優れた特性を有してる。従って、上記実施例のように、各主面６４ａ，６４ｂにおいて、長さｘ１を長さｘ２よりも長く設定することにより、樹脂層４１とニッケルメッキ層７１との接着面積が樹脂層４１とアルミニウム部分６２表面との接着面積よりも大きくなり、ニッケルメッキ層７１における高い接着性を有効利用して、樹脂層４１と負極端子３との間の封止性を高めることができる。換言すれば、樹脂層４１の限られた長さ方向寸法の中でニッケルメッキ層７１と接着する接着面積の割合が高くなり、封止の信頼性が向上する。

また、上記実施例においては、電解液に晒される樹脂層４１の一端４１ａ側の部分でアルミニウム表面に比べて相対的に高い接着性ないし封止性が得られるので、電解液に対する封止性ならびに電解液による界面６３の腐食の回避の上で有利となる。

次に、図５は、負極端子３の第２実施例を示している。この第２実施例においては、界面６３は、第１実施例と同様に、第１片部６３ａと第２片部６３ｂと第３片部６３ｃとを有するステップ状をなしているが、第２主面６４ｂにおける第２片部６３ｂの位置が第１片部６３ａよりも一端部３ａ寄りとなっている。そして、第２主面６４ｂにおいて、第２片部６３ｂは、樹脂層４１の長さ方向の中央に位置している。

つまり、第２主面６４ｂにおいては、ニッケルメッキ層７１に重なる長さｘ１とアルミニウム部分６２に重なる長さｘ２とが互いに等しい。一方、第１主面６４ａにおいては、第１実施例と同様に、ニッケルメッキ層７１に重なる長さｘ１の方がアルミニウム部分６２に重なる長さｘ２よりも長く設定されている。

このような第２実施例においても、第１主面６４ａにおいてニッケルメッキ層７１と樹脂層４１との接着面積が大きく確保されることから、高い接着性ならびに封止性が得られる。

次に、図６は、負極端子３の第３実施例を示している。この第３実施例は、断面略Ｖ字形をなす立体形状の界面６３が生じるように銅部分６１とアルミニウム部分６２とを接合したものである。すなわち、第３実施例の界面６３は、第１主面６４ａ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、第２主面６４ｂ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、全体として、断面略Ｖ字形をなしている。従って、第１主面６４ａに現れる界面６３の位置（符号６３１ａで示す）と第２主面６４ｂに現れる界面６３の位置（符号６３２ａで示す）とは、基本的に等しい位置にあり、これらの位置６３１ａ，６３２ａに比較して、Ｖ字形の頂部６３３が負極端子３の一端部３ａ寄りに位置している。

換言すれば、この実施例の界面６３は、両主面６４ａ，６４ｂに現れる界面６３の位置６３１ａ，６３２ａに比較して、厚さ方向中間部における界面６３の位置（つまり頂部６３３の位置）が、負極端子３の一端部３ａへ向かって延びた立体形状をなしている。なお、Ｕ字形に近い断面形状であってもよく、あるいは、頂部６３３を複数有するＷ字形のような断面形状であってもよい。このような界面６３の形状とすることで、クラッド材としての異種金属の接合面積を大きく確保することができる。

樹脂層４１は、やはり負極端子３における界面６３全体の周囲を覆うように、第１片部６３１と第２片部６３２とを含む長さ方向の範囲に設けられている。

ここで、両主面６４ａ，６４ｂにおける界面６３の位置６３１ａ，６３２ａと樹脂層４１との相対的な位置関係としては、図６に示すように、ニッケルメッキ層７１に重なる長さｘ１の方がアルミニウム部分６２に重なる長さｘ２よりも長くなるように設定されている。樹脂層４１の一端４１ａから頂部６３３までの距離ｘ３と、樹脂層４１の他端４１ｂから両主面６４ａ，６４ｂにおける界面６３の位置までの距離ｘ２と、をほぼ等しく設定してもよい。

このような実施例によれば、両主面６４ａ，６４ｂにおいてニッケルメッキ層７１と樹脂層４１との接着面積が大きく確保されることから、高い接着性ならびに封止性が得られる。

特に、略Ｖ字形をなす界面６３の構成によって、頂部６３３の位置に対して両主面６４ａ，６４ｂにおける界面６３の位置６３１ａ，６３２ａが他端部３ｂ（つまりアルミニウム部分６２側）寄りとなり、ニッケルメッキ層７１を具備した銅部分６１が主面６４ａ，６４ｂに沿って頂部６３３からアルミニウム部分６２側へ拡張した形となる。従って、立体形状をなす界面６３全体を樹脂層４１で確実に覆いつつ、主面６４ａ，６４ｂの双方において長さｘ１を長く確保することができる。

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、ニッケルメッキ層７１の表面に適宜に化成処理を施すようにしてもよい。さらに、図１，図２に例示したフィルム外装電池１では、外装体５の一方の端縁に一対の端子２，３が並んで配置されているが、一方の端縁に正極端子２を配置し、かつ他方の端縁に負極端子３を配置した構成の電池においても、この発明を同様に適用することが可能である。

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

Claims (4)

1. 発電要素を電解質とともにフィルム状外装体内に収容してなる電池に用いられ、一端部が上記発電要素の負極集電体に接続されるとともに、他端部が上記フィルム状外装体から外部へ導出される電池用負極端子において、
   この負極端子は、一端部を構成する銅と他端部を構成する第２の金属とが接合された板状のクラッド材からなり、
   上記フィルム状外装体が接合される樹脂層が、銅と第２の金属との界面の周囲を覆うように、該負極端子の長さ方向の一部に設けられており、
   上記銅の表面に、上記樹脂層に対する接着性が上記第２の金属の表面よりも高いニッケルメッキ層が設けられており、
   少なくとも一方の主面においては、ニッケルメッキ層に重なる上記樹脂層の一端から上記界面までの長さが、第２の金属に重なる上記樹脂層の他端から上記界面までの長さよりも長く、
   上記樹脂層と上記ニッケルメッキ層との接着面積が、上記樹脂層と上記第２の金属の表面との接着面積よりも大きいことを特徴とする電池用負極端子。
2. 一方の主面における界面の位置と他方の主面における界面の位置とが負極端子の長さ方向に互いに異なっており、
   一方の主面においては、ニッケルメッキ層に重なる上記樹脂層の一端から上記界面までの長さが、第２の金属に重なる上記樹脂層の他端から上記界面までの長さよりも長く、
   他方の主面においては、ニッケルメッキ層に重なる上記樹脂層の一端から上記界面までの長さが、上記樹脂層の全長の少なくとも半分を占める、ことを特徴とする請求項１に記載の電池用負極端子。
3. 上記界面は、両主面に現れる界面位置に比較して、厚さ方向中間部における界面位置が、上記一端部へ向かって延びた立体形状をなしている、ことを特徴とする請求項１に記載の電池用負極端子。
4. 上記第２の金属はアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池用負極端子。

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