JP7354348B1 - 非水電解質電池用タブリード - Google Patents
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Abstract
【課題】 リード導体とシール材との密着力を、従来よりも正確に管理できる手段を提供する。【解決手段】 金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体。【選択図】 図１
Description
本発明は、非水電解質電池用タブリード、及び該タブリードを使用した非水電解質電池に関する。
近年、電子機器の小型化の要求に伴い、リチウムイオン電池などの非水電解質電池の研究開発が進められている。
非水電解質電池の構造としては、例えば、セパレータを介して正極板と負極板を積層した積層電極群および電解液を、多層フィルム等からなる外装ケースに収納し、正極板、負極板に接続したそれぞれの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。外装ケースは、例えば、矩形状に裁断された２枚のラミネートフィルムの周辺のシール部を、熱溶着によりシールすることにより密封封止される。
タブリードは、リード導体とシール材から構成されている。リード導体は、正極板又は負極板に接続して電流を密閉された電池の外部に取り出すため導体である。シール材は、リード導体上に設けられた絶縁性樹脂部分であって、リード導体と上記の多層フィルムとの短絡を防止しつつ電池の密封性を確保するために設けられている。外装ケースからの取り出し部分にシール材が熱溶着等によりシールされることによって電池の密閉性を確保すると同時に、外装ケース内に収納された積層電極群から外部への電気的な接続をリード導体によって確保している。
特許文献１は、このような構造の非水電解質電池とタブリードを、特許文献１の図２及び図３において開示している。
そして、上述のように、パウチ型の非水電解質電池（ＬｉＢ）は、電池セルから電力を取り出すためのタブリードを備えていて、タブリードはシール材を介して包装材に溶着されており、パウチ内の電解液がパウチ外に漏れないことが求められるところ、特許文献１は、タブリードのリード導体の表面粗さＲａを０．１～０．３μｍに制御することで、リード導体とシール材との密着力を高める技術を開示している。
パウチ型の非水電解質電池において、パウチ内の電解液がパウチ外に漏れないことは、電池性能の維持の観点から特に強く求められているので、タブリードのリード導体がシール材を介して包装材に強固に溶着されることは、技術的な意義が特に大きい。
この場合に、シール材と包装材の溶着は、樹脂材料と樹脂材料の溶着となるので、これを強固とすることは比較的に容易であるが、リード導体とシール材との接着は、金属材料と樹脂材料との密着によるので、これを強固とすることは技術的な難易度が高い。
本発明者は、タブリードのリード導体とシール材との密着をより高める手段を鋭意研究開発してきたところ、いったん、タブリードのリード導体の表面粗さＲａの制御に着目した。ところが、これまで密着力の指標となると信じられていたリード導体の表面粗さＲａは、現実の密着力とは相関が弱いことを見いだした。換言すれば、本発明者は、リード導体の表面粗さＲａを管理しても、リード導体とシール材との密着力を正確に管理できないことを見出した。
そこで、本発明の目的は、リード導体とシール材との密着力を、従来よりも正確に管理できる手段を提供することにある。
本発明者は、リード導体の表面粗さＲａに代えて、後述する指標を採用することによって、リード導体とシール材との密着力を、従来よりも正確に管理できることを発見して、本発明に到達した。加えて、この指標を特定の範囲に制御することによって、リード導体とシール材との密着力が高い領域において、密着力を安定的に高めることができることを発見した。
したがって、本発明は以下の（１）を含む：
（１）
金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体。
（１）
金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体。
本発明によれば、リード導体とシール材との密着力を、従来よりも正確に管理できる。その結果、リード導体とシール材とが、高い密着力によって密着したタブリードを安定して得ることができる。
本発明を具体的な実施の形態をあげて以下に詳細に説明する。本発明は以下に開示された具体的な実施の形態に限定されるものではない。
［リード導体］
本発明のリード導体は、金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体である。より好ましくは、リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、１．４～２．５の範囲にある表面を有する、リード導体である。
本発明のリード導体は、金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体である。より好ましくは、リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、１．４～２．５の範囲にある表面を有する、リード導体である。
本発明のリード導体は、リード導体の表面のシール材と接触する表面として、上記表面を有することによって、絶縁樹脂製のシール材と密着させてタブリードを製造する場合に、リード導体とシール材との密着力を、従来よりも正確に管理可能なものとなっており、リード導体とシール材との密着力が高い領域において、密着力を安定的に高めることができる。
［金属製のリード導体］
好適な実施の態様において、金属製のリード導体の金属は、例えば銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金とすることができる。好適な実施の態様において、金属製のリード導体は、上記の金属を基材として有し、この基材上に形成された表面処理層を有する構造とすることができる。
好適な実施の態様において、金属製のリード導体の金属は、例えば銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金とすることができる。好適な実施の態様において、金属製のリード導体は、上記の金属を基材として有し、この基材上に形成された表面処理層を有する構造とすることができる。
［絶縁樹脂製のシール材］
好適な実施の態様において、絶縁樹脂製のシール材の絶縁樹脂としては、例えばポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、ポリエチレン、及び酸変性ポリエチレンなどの熱可塑性ポリオレフィンから選択された絶縁樹脂を使用することができる。これらの絶縁樹脂を有する単層又は多層の形態のシール材とすることができる。好ましくは耐熱性樹脂を接着性の高いマレイン酸変性ポリプロピレン層で挟んだ多層のシール材を使用することができる。耐熱性樹脂としては、ポリオレフィンを架橋したものを用いることができる。ポリオレフィンの架橋方法は公知の方法を用いることが出来る。
好適な実施の態様において、絶縁樹脂製のシール材の絶縁樹脂としては、例えばポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、ポリエチレン、及び酸変性ポリエチレンなどの熱可塑性ポリオレフィンから選択された絶縁樹脂を使用することができる。これらの絶縁樹脂を有する単層又は多層の形態のシール材とすることができる。好ましくは耐熱性樹脂を接着性の高いマレイン酸変性ポリプロピレン層で挟んだ多層のシール材を使用することができる。耐熱性樹脂としては、ポリオレフィンを架橋したものを用いることができる。ポリオレフィンの架橋方法は公知の方法を用いることが出来る。
［電気化学デバイス用のタブリード］
好適な実施の態様において、金属製のリード導体は、電気化学デバイス用のタブリードとして使用される。電気化学デバイスとは、電気化学反応によって電気的信号あるいは電気的エネルギーを供給するデバイスであって、例えばリチウムイオン電池などの非水電解質電池をあげることができる。電気化学デバイスは、外部へと電位あるいは電流を出力するための導電性の端子を備えており、この導電性の端子として使用される部材が、タブリードである。
好適な実施の態様において、金属製のリード導体は、電気化学デバイス用のタブリードとして使用される。電気化学デバイスとは、電気化学反応によって電気的信号あるいは電気的エネルギーを供給するデバイスであって、例えばリチウムイオン電池などの非水電解質電池をあげることができる。電気化学デバイスは、外部へと電位あるいは電流を出力するための導電性の端子を備えており、この導電性の端子として使用される部材が、タブリードである。
好適な実施の態様において、タブリードは、導電性を担うためのリード導体と、電気化学デバイスの包装材の内側と溶着されて、密封性を担うためのシール材とを備える。好適な実施の態様において、タブリードを構成するリード導体の表面のうち、包装材の内側との溶着による封止がなされる部分に、シール材が密着されている。
［リード導体の表面のシール材と接触する表面］
好適な実施の態様において、リード導体の表面のうち、シール材と接触する表面には、シール材との密着力が向上する特性を備えている。すなわち、好適な実施の態様において、リード導体は、リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、後述する範囲内にある表面を有している。
好適な実施の態様において、リード導体の表面のうち、シール材と接触する表面には、シール材との密着力が向上する特性を備えている。すなわち、好適な実施の態様において、リード導体は、リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、後述する範囲内にある表面を有している。
［粗さパラメータＳｄｒ］
従来から、表面粗さのパラメータとして、表面粗さＲａが使用されてきた。ところが、本発明者の検討によれば、実施例において後述するように、表面粗さＲａは、タブリードにおいて求められている領域において、リード導体とシール材の密着力を決定するパラメータとして、ピール強度との相関係数が小さく、製造管理上の指標とすることが難しいことがわかった。そして、正確な製造管理のために、信頼できる程度の相関係数を有するパラメータとして粗さパラメータＳｄｒを使用できることを、本発明者は見いだした。粗さパラメータＳｄｒの具体的な測定は、実施例において後述する通りである。粗さパラメータＳｄｒ（展開面積比）は、表面粗さを三次元的に測定して、定義領域の展開面積（表面積）が、定義領域の面積に対してどれだけ増大しているかを表すパラメータであり、ＩＳＯ２５１７８に規定されている。なお、後述するように本開示では、粗化めっきによって表面粗さＳｄｒを所定範囲に制御しているが、他の実施形態において、エッチング、サンドブラストその他の公知の方法によって、又は、これらの組み合わせ（例えば、粗化めっきではない通常のめっき後にエッチング）によって表面粗さを所定範囲に制御しても良い。
従来から、表面粗さのパラメータとして、表面粗さＲａが使用されてきた。ところが、本発明者の検討によれば、実施例において後述するように、表面粗さＲａは、タブリードにおいて求められている領域において、リード導体とシール材の密着力を決定するパラメータとして、ピール強度との相関係数が小さく、製造管理上の指標とすることが難しいことがわかった。そして、正確な製造管理のために、信頼できる程度の相関係数を有するパラメータとして粗さパラメータＳｄｒを使用できることを、本発明者は見いだした。粗さパラメータＳｄｒの具体的な測定は、実施例において後述する通りである。粗さパラメータＳｄｒ（展開面積比）は、表面粗さを三次元的に測定して、定義領域の展開面積（表面積）が、定義領域の面積に対してどれだけ増大しているかを表すパラメータであり、ＩＳＯ２５１７８に規定されている。なお、後述するように本開示では、粗化めっきによって表面粗さＳｄｒを所定範囲に制御しているが、他の実施形態において、エッチング、サンドブラストその他の公知の方法によって、又は、これらの組み合わせ（例えば、粗化めっきではない通常のめっき後にエッチング）によって表面粗さを所定範囲に制御しても良い。
好適な実施の態様において、粗さパラメータＳｄｒは、リード導体とシール材との密着力を高める観点から、例えば０．９以上の範囲、好ましくは１．４～２．５の範囲とすることができる。粗さパラメータＳｄｒが小さすぎると、アンカー効果が小さくなりシール材との密着力が低下し得る。一方、粗さパラメータＳｄｒが大きすぎても、リード導体表面の凸部先端が先細りしすぎて強度が低下する結果、かえってシール材との密着力が低下し得る。好適な実施の態様において、粗さパラメータＳｄｒは、例えば０．９以上、１．０以上、１．２以上、１．４以上、１．５以上、例えば２．５以下、２．４以下、２．３以下、２．２以下、２．１以下、２．０以下、１．９以下、１．８以下、１．７以下、１．６以下とすることができる。
［表面処理層］
好適な実施の態様において、リード導体の表面のシール材と接触する表面は、表面処理層として設けられている。すなわち、好適な実施の態様において、リード導体が、基材と、基材上に形成された表面処理層とを有するものとなっている。
好適な実施の態様において、リード導体の表面のシール材と接触する表面は、表面処理層として設けられている。すなわち、好適な実施の態様において、リード導体が、基材と、基材上に形成された表面処理層とを有するものとなっている。
好適な実施の態様において、表面処理層は、単層又は複数層のめっきの層からなる層とすることができる。
好適な実施の態様において、表面処理層は、基材上に形成された第１めっき層と、第１めっき層上に形成された第２めっき層を有することができる。好適な実施の態様において、表面処理層は、基材上に形成された第１めっき層と、第１めっき層上に形成された第２めっき層からなる層とすることができる
好適な実施の態様において、表面処理層の表面は、その表面の粗さパラメータＳｄｒが、リード導体の表面のシール材と接触する表面について上述した範囲を満たすものとすることができる。
［第１めっき層］
好適な実施の態様において、第１めっき層は、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＣｏから選択された金属の少なくともいずれか１種を含むめっきの層とすることができる。耐電解液性の観点からは、Ｎｉを含むめっきの層またはＣｏを含むめっきの層とすることができる。表面粗さを制御する観点からは、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＡｇのうち少なくとも１つを含むめっきの層とすることができる。
好適な実施の態様において、第１めっき層は、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＣｏから選択された金属の少なくともいずれか１種を含むめっきの層とすることができる。耐電解液性の観点からは、Ｎｉを含むめっきの層またはＣｏを含むめっきの層とすることができる。表面粗さを制御する観点からは、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＡｇのうち少なくとも１つを含むめっきの層とすることができる。
耐電解液性および表面粗さの観点から、第１めっき層は、好ましくは粗化Ｎｉめっきの層とすることができる。粗化Ｎｉめっきの層は、公知の手段によって設けることができ、具体的には、実施例において後述する手段によって設けることができる。
好適な実施の態様において、第１めっき層は、例えば０．１～３［μｍ］、好ましくは０．５～２［μｍ］、さらに好ましくは１．０～１．５［μｍ］の厚みの層とすることができる。第１めっき層の厚みが薄すぎると粗さパラメータＳｄｒを０．９以上に制御するのが難しくなる。一方、第１めっき層が厚すぎると生産性や加工性が低下してしまう。
好適な実施の態様において、第１めっき層の表面は、その表面の粗さパラメータＳｄｒが、リード導体の表面のシール材と接触する表面について上述した範囲を満たすものとすることができる。
［第２めっき層］
好適な実施の態様において、第２めっき層は、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、及びＣｏから選択された金属の少なくともいずれか１種を含むめっきの層とすることができ、好ましくはＮｉを含むめっきの層とすることができる。
好適な実施の態様において、第２めっき層は、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、及びＣｏから選択された金属の少なくともいずれか１種を含むめっきの層とすることができ、好ましくはＮｉを含むめっきの層とすることができる。
好適な実施の態様において、第２めっき層は、例えばＣｒめっきの層、Ｃｏめっきの層、またはＮｉ－Ｐめっきの層とすることができ、好ましくはＮｉ－Ｐめっきの層とすることができる。Ｎｉ－Ｐめっきの層は、公知の手段によって設けることができ、具体的には、実施例において後述する手段によって設けることができる。
このように、第１めっき層を粗化めっき層とすることで、表面処理層の表面粗さを制御してリード導体とシール材との高い密着強度を実現する。また、第２めっき層を上記のめっき層とすることで、高い耐電解液性を実現する。なお、他の実施形態において、リード導体の表面に第１のめっき層（粗化めっき層）を設けずに第２のめっき層を設けた後に、エッチングなどで表面粗さを制御してもよい。
好適な実施の態様において、第２めっき層は、例えば０．１～３．０［μｍ］、好ましくは０．３～２．０［μｍ］、さらに好ましくは０．５～１．０［μｍ］の厚みの層とすることができる。第２めっき層の厚みが薄すぎると必要な耐電解液性を確保するのが難しくなる。一方、第２めっき層が厚すぎると、生産性や加工性が低下するだけでなく、表面処理層の表面の粗さパラメータＳｄｒが小さくなる傾向がある。
好適な実施の態様において、Ｎｉ－Ｐめっきの層は、Ｐ含有量を、例えば４～１８ｗｔ％、好ましくは６～１８ｗｔ％、あるいは、例えば６～１０ｗｔ％、好ましくは６．５～９．４ｗｔ％とすることができる。
好適な実施の態様において、第２めっき層の表面は、その表面の粗さパラメータＳｄｒが、リード導体の表面のシール材と接触する表面について上述した範囲を満たすものとすることができる。
［非水電解質電池］
本発明は、上記リード導体を含んでなるタブリードにもあり、該タブリードを備えた電気化学デバイスにもあり、該タブリードを備えた非水電解質電池にもある。本発明による非水電解質電池は、タブリード部分に由来する優れた信頼性、すなわち安定した高い密閉性と耐久性を備えているので、非水電解質電池を使用した電動輸送機器、ドローン、ロボット、電動工具なども、非水電解質電池に由来する優れた信頼性を備えたものとなっている。したがって、本発明は、これらの電動輸送機器、ドローン、ロボット、電動工具などにもある。
本発明は、上記リード導体を含んでなるタブリードにもあり、該タブリードを備えた電気化学デバイスにもあり、該タブリードを備えた非水電解質電池にもある。本発明による非水電解質電池は、タブリード部分に由来する優れた信頼性、すなわち安定した高い密閉性と耐久性を備えているので、非水電解質電池を使用した電動輸送機器、ドローン、ロボット、電動工具なども、非水電解質電池に由来する優れた信頼性を備えたものとなっている。したがって、本発明は、これらの電動輸送機器、ドローン、ロボット、電動工具などにもある。
［本発明の好適な態様］
好適な実施の態様として、本発明は、次の（１）以下を含む。
（１）
金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体。
（２）
リード導体が、基材と、基材上に形成された表面処理層とを有し、
表面処理層のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、（１）に記載のリード導体。
（３）
粗さパラメータＳｄｒが、１．４～２．５の範囲にある、（２）に記載のリード導体。
（４）
表面処理層が、基材上に形成された第１めっき層と、第１めっき層上に形成された第２めっき層を有する、（２）に記載のリード導体。
（５）
第２めっき層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、及びＣｏの少なくともいずれか１種を含む、（４）に記載のリード導体。
（６）
第２めっき層が、Ｎｉ及びＰを含む、（５）に記載のリード導体。
（７）
第２めっき層のＰ含有量が６ｗｔ％以上である、（６）に記載のリード導体。
（８）
第２めっき層のＰ含有量が１８ｗｔ％以下である、（７）に記載のリード導体。
（９）
第１めっき層が、Ｎｉを含む、（４）に記載のリード導体。
（１０）
藤森工業株式会社ＳＴ－１７Ｎ－Ｗ（厚み１５０μｍ）とのピール強度が２０Ｎ／ｃｍ以上である、（１）に記載のリード導体。
（１１）
金属製のリード導体の金属が、銅又は銅合金である、（１）に記載のリード導体。
（１２）
（１）～（１１）のいずかに記載のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリード。
（１３）
（１２）に記載のタブリードを有する、非水電解質電池。
（１４）
（１３）に記載の非水電解質電を有する、電動輸送機器。
好適な実施の態様として、本発明は、次の（１）以下を含む。
（１）
金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、リード導体。
（２）
リード導体が、基材と、基材上に形成された表面処理層とを有し、
表面処理層のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有する、（１）に記載のリード導体。
（３）
粗さパラメータＳｄｒが、１．４～２．５の範囲にある、（２）に記載のリード導体。
（４）
表面処理層が、基材上に形成された第１めっき層と、第１めっき層上に形成された第２めっき層を有する、（２）に記載のリード導体。
（５）
第２めっき層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、及びＣｏの少なくともいずれか１種を含む、（４）に記載のリード導体。
（６）
第２めっき層が、Ｎｉ及びＰを含む、（５）に記載のリード導体。
（７）
第２めっき層のＰ含有量が６ｗｔ％以上である、（６）に記載のリード導体。
（８）
第２めっき層のＰ含有量が１８ｗｔ％以下である、（７）に記載のリード導体。
（９）
第１めっき層が、Ｎｉを含む、（４）に記載のリード導体。
（１０）
藤森工業株式会社ＳＴ－１７Ｎ－Ｗ（厚み１５０μｍ）とのピール強度が２０Ｎ／ｃｍ以上である、（１）に記載のリード導体。
（１１）
金属製のリード導体の金属が、銅又は銅合金である、（１）に記載のリード導体。
（１２）
（１）～（１１）のいずかに記載のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリード。
（１３）
（１２）に記載のタブリードを有する、非水電解質電池。
（１４）
（１３）に記載の非水電解質電を有する、電動輸送機器。
以下に、実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。本発明は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。
［実験例１］
［リード導体の製造］
［基材］
リード導体の製造のための材料として、次の基材を用意した。
基材：銅板（Ｃ１０２０－Ｏ）（６０×４５×０．２ｍｍ）（無酸素銅、純度９９．９６％以上）
［リード導体の製造］
［基材］
リード導体の製造のための材料として、次の基材を用意した。
基材：銅板（Ｃ１０２０－Ｏ）（６０×４５×０．２ｍｍ）（無酸素銅、純度９９．９６％以上）
［粗化Ｎｉめっき］
上記基材の表裏両面を、次の条件で粗化Ｎｉめっきした。電流印加時間を適宜調整してめっき厚みを制御した。このようにして、種々の厚みで粗化Ｎｉめっきされた試料を得た。
めっき浴：ＪＸ金属商事製粗化Ｎｉめっき液（製品名「粗化Ｎｉめっき液」）
スルファミン酸Ｎｉ（ＩＩ）４水和物３００～４００ｇ／Ｌ（Ｎｉ濃度４．０～５．４ｗｔ％）
塩化Ｎｉ（ＩＩ）６水和物２４０～３２０ｇ／Ｌ（Ｎｉ濃度４．４～５．９ｗｔ％）
ホウ酸３０～４０ｇ／Ｌ、
ｐＨ：３．５
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
温度：６０℃
上記基材の表裏両面を、次の条件で粗化Ｎｉめっきした。電流印加時間を適宜調整してめっき厚みを制御した。このようにして、種々の厚みで粗化Ｎｉめっきされた試料を得た。
めっき浴：ＪＸ金属商事製粗化Ｎｉめっき液（製品名「粗化Ｎｉめっき液」）
スルファミン酸Ｎｉ（ＩＩ）４水和物３００～４００ｇ／Ｌ（Ｎｉ濃度４．０～５．４ｗｔ％）
塩化Ｎｉ（ＩＩ）６水和物２４０～３２０ｇ／Ｌ（Ｎｉ濃度４．４～５．９ｗｔ％）
ホウ酸３０～４０ｇ／Ｌ、
ｐＨ：３．５
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
温度：６０℃
［Ｎｉ－Ｐめっき］
粗化Ｎｉめっきした基材の表裏両面を、次の条件でＮｉ－Ｐめっきした。電流印加時間を適宜調整してめっき厚みを制御した。一例として、次の条件で電流印加時間を９０秒とした場合に、約１μｍのＮｉ－Ｐめっきが形成された。Ｎｉ－ＰめっきにおけるＰ濃度は１１ｗｔ％であった。このようにして、種々の厚みで粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた試料を得た。粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた試料をリード導体として使用して、後の試験に供した。
めっき浴：硫酸Ｎｉ浴
硫酸Ｎｉ（ＩＩ）６水和：２２０～２８０ｇ／Ｌ（Ｎｉ濃度４～６ｗｔ％）
亜りん酸：６８～９２ｇ／Ｌ（Ｐ濃度６～８ｗｔ％）
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
温度： ６０℃
粗化Ｎｉめっきした基材の表裏両面を、次の条件でＮｉ－Ｐめっきした。電流印加時間を適宜調整してめっき厚みを制御した。一例として、次の条件で電流印加時間を９０秒とした場合に、約１μｍのＮｉ－Ｐめっきが形成された。Ｎｉ－ＰめっきにおけるＰ濃度は１１ｗｔ％であった。このようにして、種々の厚みで粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた試料を得た。粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた試料をリード導体として使用して、後の試験に供した。
めっき浴：硫酸Ｎｉ浴
硫酸Ｎｉ（ＩＩ）６水和：２２０～２８０ｇ／Ｌ（Ｎｉ濃度４～６ｗｔ％）
亜りん酸：６８～９２ｇ／Ｌ（Ｐ濃度６～８ｗｔ％）
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
温度： ６０℃
［めっき厚みの測定］
粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきのめっき厚みを、次の条件で測定した。具体的には、粗化Ｎｉめっき後に１回目のめっき厚を測定し、Ｎｉ－Ｐめっき後に２回目のめっき厚を測定した。この２回目のめっき厚みから１回目のめっき厚みを差し引いた値をＮｉ－Ｐめっきの厚みとした。
測定装置： 高性能蛍光Ｘ線膜厚計ＳＦＴ９５５０Ｘ（エスアイアイナノテクノロジー株式会社製）
測定方法： ＦＰ法
測定箇所： サンプル中央部
粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきのめっき厚みを、次の条件で測定した。具体的には、粗化Ｎｉめっき後に１回目のめっき厚を測定し、Ｎｉ－Ｐめっき後に２回目のめっき厚を測定した。この２回目のめっき厚みから１回目のめっき厚みを差し引いた値をＮｉ－Ｐめっきの厚みとした。
測定装置： 高性能蛍光Ｘ線膜厚計ＳＦＴ９５５０Ｘ（エスアイアイナノテクノロジー株式会社製）
測定方法： ＦＰ法
測定箇所： サンプル中央部
［Ｐ濃度の測定］
Ｐ濃度はＥＰＭＡ 電子プローブマイクロアナライザー（ＪＸＡ－８５００Ｆ、日本電子株式会社製）を使用して、次の条件で測定した。
（標準試料測定）
標準試料：ＩｎＰウェハー（Ｐ濃度５０ａｔ％）、使用結晶：ＰＥＴＨ、使用Ｘ線：Ｋα、加速電圧１５ｋＶ、照射電流１×１０－７Ａ、ビーム径１０μｍ。この測定条件で、標準試料のＰのピーク位置（１９７．２３５ｍｍ）のＸ線強度を５回測定し、その平均値を算出した。
（サンプル測定）
上記作成した異なるＰ濃度のＮｉ－Ｐめっき層が形成されたサンプルの各々について、標準試料測定と同様の測定条件でサンプル中央部を５回測定し、Ｐのピーク位置（１９７．２３５ｍｍ）のＸ線強度の平均値を算出した。
サンプルのＰ濃度［ａｔ％］は、以下の計算式で算出し、その後にｗｔ％に変換した。
サンプルのＰ濃度［ａｔ％］＝（サンプルのＸ線強度の平均値を標準試料）÷（標準試料のＸ線強度の平均値）×５０
Ｐ濃度はＥＰＭＡ 電子プローブマイクロアナライザー（ＪＸＡ－８５００Ｆ、日本電子株式会社製）を使用して、次の条件で測定した。
（標準試料測定）
標準試料：ＩｎＰウェハー（Ｐ濃度５０ａｔ％）、使用結晶：ＰＥＴＨ、使用Ｘ線：Ｋα、加速電圧１５ｋＶ、照射電流１×１０－７Ａ、ビーム径１０μｍ。この測定条件で、標準試料のＰのピーク位置（１９７．２３５ｍｍ）のＸ線強度を５回測定し、その平均値を算出した。
（サンプル測定）
上記作成した異なるＰ濃度のＮｉ－Ｐめっき層が形成されたサンプルの各々について、標準試料測定と同様の測定条件でサンプル中央部を５回測定し、Ｐのピーク位置（１９７．２３５ｍｍ）のＸ線強度の平均値を算出した。
サンプルのＰ濃度［ａｔ％］は、以下の計算式で算出し、その後にｗｔ％に変換した。
サンプルのＰ濃度［ａｔ％］＝（サンプルのＸ線強度の平均値を標準試料）÷（標準試料のＸ線強度の平均値）×５０
測定されためっき厚みをまとめて、表１に示す。
なお、比較例２は、表１に記載のように粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきを施していないが、従来用いられている一般的な無光沢Ｎｉめっきを上記基材に２μｍの厚みで設けた。
なお、比較例２は、表１に記載のように粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきを施していないが、従来用いられている一般的な無光沢Ｎｉめっきを上記基材に２μｍの厚みで設けた。
［粗さパラメータの測定］
粗さパラメータを、以下の装置で測定した。
測定装置：ｌａｚｅｒｔｅｃ製 ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ Ｌ３
粗さパラメータを、以下の装置で測定した。
測定装置：ｌａｚｅｒｔｅｃ製 ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ Ｌ３
測定は、めっきされた基材のめっきの表面に対して、測定視野を２００×２００μｍとして、サンプル内９箇所を測定箇所の偏りがないように測定し、そのうち値の大きい３点、値の小さい３点を除いた計３点の平均値を粗さとして用いた。測定条件の詳細は、表２及び表３に示す。得られた粗さパラメータをまとめて、表１に示す。
［実験例２］
［リード導体とシール材のピール強度］
［シール材の貼り付け］
粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた試料を、リード導体として使用して、これに対してシール材を貼り付けて、ピール強度の測定を行った。
シール材として、藤森工業株式会社ＳＴ－１７Ｎ－Ｗ（厚み１５０μｍ）を使用した。
シール材は、粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた基材のめっきの表面及び裏面に対して、０．２ＭＰａ、２２０℃で１０秒間加圧・加熱することによって貼り付けた。
［リード導体とシール材のピール強度］
［シール材の貼り付け］
粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた試料を、リード導体として使用して、これに対してシール材を貼り付けて、ピール強度の測定を行った。
シール材として、藤森工業株式会社ＳＴ－１７Ｎ－Ｗ（厚み１５０μｍ）を使用した。
シール材は、粗化Ｎｉめっき及びＮｉ－Ｐめっきされた基材のめっきの表面及び裏面に対して、０．２ＭＰａ、２２０℃で１０秒間加圧・加熱することによって貼り付けた。
［ピール強度の測定］
標準型デジタルフォースゲージ ＺＴＳ－５０Ｎおよび、電動計測スタンド ＭＸ－５００Ｎを用いて５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で１８０度剥離試験を行ない、各サンプルのピール強度を測定した。
標準型デジタルフォースゲージ ＺＴＳ－５０Ｎおよび、電動計測スタンド ＭＸ－５００Ｎを用いて５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で１８０度剥離試験を行ない、各サンプルのピール強度を測定した。
より具体的な手順としては、表と裏に設けられたシール材のうち、表のシール材を一部剥離してそこを起点に電動計測スタンドを１８０度方向（リード導体の長手方向）に一定速度で動かし、剥離を開始してから負荷が安定している剥離距離区間での負荷の平均値を読み取り、さらに裏でも同様の作業を行ない、平均をとってピール強度を算出した。
例えば、実施例３のサンプルでは、剥離距離が１０～３０ｍｍの区間における負荷の平均値を算出した。一方、実施例２では、剥離距離が５～１０ｍｍの区間における負荷の平均値を採用した。
ピール強度の測定の一例のグラフを図１に示す。図１のグラフにおいて、横軸は剥離距離（ｍｍ）、縦軸は負荷（Ｎ／ｃｍ）である。
得られたピール強度を、表１にまとめて示す。
［粗さパラメータとピール強度の相関］
粗さパラメータとピール強度の相関を、表計算ソフト マイクロソフトエクセル（バージョン２００８）のＣＯＲＲＥＬ関数に、実施例１～８、比較例１のデータを入力して算出した。その結果を次の表４に示す。
粗さパラメータとピール強度の相関を、表計算ソフト マイクロソフトエクセル（バージョン２００８）のＣＯＲＲＥＬ関数に、実施例１～８、比較例１のデータを入力して算出した。その結果を次の表４に示す。
なお、相関係数の算出にあたって、実施例１及び実施例９は凝集破壊であったため、便宜上ピール強度を３７［Ｎ／ｃｍ］として相関係数を算出した。凝集破壊とは、リード導体とシール材との密着が十分であったために、リード導体からシール材が剥がれるよりも前に、シール材自体が破壊されてしまったことを意味する。
表４に示されるように、従来リード導体とシール材との密着力を見積もるために用いられていた表面粗さＲａと密着力との相関は著しく低いことが分かった。そのため、リード導体の表面粗さＲａを基準値以上としても、シール材との密着力が基準値に満たず、パウチ内の電解液がパウチ外に漏れる可能性がある。
また、表面粗さＳａは、表面粗さＲａに比べて密着力との相関が高いが、依然として低い水準である。一方、表面粗さＳｄｒと密着力との間には高い相関性が認められた。これにより、リード導体の表面粗さＳｄｒを管理することで、シール材との密着力を確実に基準値以上とし、パウチ内の電解液がパウチ外に漏れないようにし得る。
また、表面粗さＳａは、表面粗さＲａに比べて密着力との相関が高いが、依然として低い水準である。一方、表面粗さＳｄｒと密着力との間には高い相関性が認められた。これにより、リード導体の表面粗さＳｄｒを管理することで、シール材との密着力を確実に基準値以上とし、パウチ内の電解液がパウチ外に漏れないようにし得る。
［実験例３］
［Ｎｉ－Ｐめっきの電解液耐性］
Ｎｉ－Ｐめっきの電解液耐性を、以下の実験によって検討した。
銅基板（４５×６０×０．２ｍｍ）に粗化ＮｉめっきなしでＰ含有率の異なるＮｉ－Ｐめっきを厚さ１μｍ設け、電解液に浸漬前後の重量変化を測定した。また、比較用に、同基板にＮｉ－Ｐめっきではなく厚さ２μｍのＮｉめっきを設けて電解液に浸漬前後の重量変化を測定した。
浸漬条件
電解液：
ＥＣ（エチレンカーボネート）：ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）：ＤＥＣ（ジエチルカーボネート）（１：１：１［ｖ／ｖｏｌ％］）＋ＬｉＰＦ６（ヘキサフルオロリン酸リチウム）（１ｍｏｌ／Ｌ）＋Ｈ２Ｏ １０００ｐｐｍ
温度：８０℃
浸漬時間：１週間
パウチ：あり （パウチ内に密閉された電解液中での耐性を検討した）
［Ｎｉ－Ｐめっきの電解液耐性］
Ｎｉ－Ｐめっきの電解液耐性を、以下の実験によって検討した。
銅基板（４５×６０×０．２ｍｍ）に粗化ＮｉめっきなしでＰ含有率の異なるＮｉ－Ｐめっきを厚さ１μｍ設け、電解液に浸漬前後の重量変化を測定した。また、比較用に、同基板にＮｉ－Ｐめっきではなく厚さ２μｍのＮｉめっきを設けて電解液に浸漬前後の重量変化を測定した。
浸漬条件
電解液：
ＥＣ（エチレンカーボネート）：ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）：ＤＥＣ（ジエチルカーボネート）（１：１：１［ｖ／ｖｏｌ％］）＋ＬｉＰＦ６（ヘキサフルオロリン酸リチウム）（１ｍｏｌ／Ｌ）＋Ｈ２Ｏ １０００ｐｐｍ
温度：８０℃
浸漬時間：１週間
パウチ：あり （パウチ内に密閉された電解液中での耐性を検討した）
比較例として、基材に厚さ２μｍの無光沢Ｎｉめっきが施された既製品（日鉱金属（蘇州）有限公司製）を使用した。製品名は以下の通りである：
Ｎｉ－Ｐめっきの電解液耐性の検討結果のグラフを、図２及び表５に示す。図２のグラフの横軸は、めっきの平均Ｐ含有量であり、縦軸は電解液に浸漬前後のめっき試料の重量変化量の比率である。電解液耐性が低い場合、電解液によって表面を腐食されて浸漬後の重量が減少する。そのため、重量変化量比が低いほど、耐電解液性が高いことを表す。
重量変化量比は、以下の式で算出することが出来る。
重量変化量比＝（「浸漬前のＮｉ－Ｐめっき試料の重量」－「浸漬後のＮｉ－Ｐめっき試料の重量」）／｛（「浸漬前のＮｉめっき試料の重量」－「浸漬後のＮｉめっき試料の重量」）×０．５｝
重量変化量比＝（「浸漬前のＮｉ－Ｐめっき試料の重量」－「浸漬後のＮｉ－Ｐめっき試料の重量」）／｛（「浸漬前のＮｉめっき試料の重量」－「浸漬後のＮｉめっき試料の重量」）×０．５｝
上記式において、「×０．５」はＮｉめっきの厚みが２μｍで、Ｎｉ－Ｐめっきの厚みが１μｍであるため、規格化のために追加した。
表５に示されるように、好適な実施の態様において、浸漬試験の前後の重量変化量比が、例えば０．５以下、好ましくは０．４以下である場合に、電解液耐性に優れると判定することができる。
図２のグラフ及び表５に示されるように、Ｎｉ－Ｐめっきを表層側に設けることによって、Ｎｉめっきだけを行った場合に比べて重量変化量が小さくなっていること、即ち耐電解液性が向上していることが読み取れる。また、図２のグラフ及び表５に示されるように、Ｐ含有量に応じて、ほぼ３段階（Ｐ濃度が６ｗｔ％未満、６～１０ｗｔ％、１０ｗｔ％超え）に重量変化量が変化した。
具体的には、Ｐ含有量６ｗｔ％以上とすることで、重量変化量比（即ち耐電解液性）が、Ｐ含有量６ｗｔ％未満に比べて大きく向上した。
また、Ｐ含有量６～１０ｗｔ％の範囲では、重量変化量、即ち耐電解液性がほぼ一定であった。Ｐ含有量１０ｗｔ％を超える領域では、重量変化量、が再び減少、即ち耐電解液性が向上していった。
また、Ｐ含有量６～１０ｗｔ％の範囲では、重量変化量、即ち耐電解液性がほぼ一定であった。Ｐ含有量１０ｗｔ％を超える領域では、重量変化量、が再び減少、即ち耐電解液性が向上していった。
この傾向は、別途行ったＳＥＭ像での観察の結果と同じ傾向を示した。具体的には、ＳＥＭ像で観察されたＮｉ－Ｐ表面構造が上記の３段階のＰ濃度で変化した。より具体的には、平均Ｐ含有率６ｗｔ％未満の領域では、ポアの発生が確認された。また、平均Ｐ含有率６～１０ｗｔ％の領域では、圧延痕由来の溝に沿って若干の腐食が確認され、平均Ｐ含有率１０ｗｔ％より高い領域では、腐食はほぼ確認されなかった。
これらの結果から、Ｎｉ－Ｐめっき層におけるＰ濃度は４～１８ｗｔ％とすることが好ましいことがわかった。Ｐ濃度４ｗｔ％とすると、耐電解液性が低下する可能性があり、また、Ｐ濃度１８ｗｔ％以上とすると、生産性が著しく低下する可能性があるためである。
より好ましくは、Ｎｉ－Ｐめっき層におけるＰ濃度は６～１０ｗｔ％とできることがわかった。Ｐ濃度６ｗｔ％以上とすることで顕著に耐電解液性が向上するとともに、このＰ濃度範囲内では、耐電解液性がほぼ一定であって、かつ、腐食がほぼ確認されないという高い耐電解液性を誇るため、品質安定性に優れたリード導体を提供し得るためである。
より一層好ましくは、Ｎｉ－Ｐめっき層におけるＰ濃度は６．５～９．４ｗｔ％とできることがわかった。Ｎｉ－Ｐめっき層におけるＰ濃度は、面内で均一ではなくある程度のバラつきが生じ得る。そのため、このＰ濃度範囲とすることで、面内で均一な耐電解液性を実現できるからである。
本発明によれば、リード導体とシール材との密着力を、従来よりも正確に管理できる。その結果、リード導体とシール材とが、高い密着力によって密着したタブリードを安定して得ることができる。本発明は産業上有用な発明である。
Claims (7)
- 金属製のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリードに使用される、金属製のリード導体であって、
リード導体が、基材と、基材上に形成された表面処理層とを有し、
表面処理層の表面のシール材と接触する表面として、粗さパラメータＳｄｒが、０．９以上の範囲にある表面を有し、
表面処理層が、基材上に形成された第１めっき層と、第１めっき層上に形成された第２めっき層を有し、
第１めっき層の厚みが０．１～３［μｍ］の範囲にあり、
第２めっき層の厚みが０．１～３．０［μｍ］の範囲にあり、
第１めっき層と第２めっき層が組成の異なるめっき層であり、
第２めっき層が、Ｎｉ及びＰを含み、
第２めっき層のＰ含有量が６ｗｔ％以上１８ｗｔ％以下であり、
第１めっき層が、Ｎｉを含む、リード導体。 - 粗さパラメータＳｄｒが、１．４～２．５の範囲にある、請求項１に記載のリード導体。
- 藤森工業株式会社ＳＴ－１７Ｎ－Ｗ（厚み１５０μｍ）とのピール強度が２０Ｎ／ｃｍ以上である、請求項１に記載のリード導体。
- 金属製のリード導体の金属が、銅又は銅合金である、請求項１に記載のリード導体。
- 請求項１～４のいずれかに記載のリード導体と絶縁樹脂製のシール材とを備える電気化学デバイス用のタブリード。
- 請求項５に記載のタブリードを有する、非水電解質電池。
- 請求項６に記載の非水電解質電池を有する、電動輸送機器。
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| JP2019104949A (ja) | 2017-12-08 | 2019-06-27 | 東洋鋼鈑株式会社 | 表面処理鋼板およびその製造方法 |
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2022
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-
2023
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