KR20180022651A - 리드 도체 및 전력 저장 디바이스 - Google Patents

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KR20180022651A
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미사토 구사카리
데츠야 구와바라
다이치로 니시카와
게이타로 미야자와
마사유키 기야
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

정극과, 부극과, 전해액과, 이들을 수납하는 용기를 구비하는 전력 저장 디바이스에 이용되는 리드 도체로서, Si를 0.1 질량% 이상 1.2 질량% 이하 함유함과 함께, Mg를, 질량비로 Mg/Si가 0.8 이상 2.7 이하, 또한 1.5 질량% 미만을 만족시키는 범위에서 함유하는 알루미늄 합금으로 구성되고, 인장 강도가 100 MPa 이상 220 MPa 이하이며, 도전율이 50% IACS 이상인 리드 도체가 개시된다.

Description

리드 도체 및 전력 저장 디바이스
본 발명은, 비수 전해질 전지 등의 전력 저장 디바이스에 이용되는 리드 도체 및 전력 저장 디바이스에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려운 리드 도체에 관한 것이다.
스마트폰 등의 휴대 전화, 노트북 PC 등과 같은 휴대용 전자ㆍ전기 기기나 소형 전자ㆍ전기 기기(이하, 휴대 기기류라고 부르는 경우가 있음) 등의 전원에 리튬 이온 이차 전지가 이용되고 있다. 휴대 기기류의 전원 용도의 리튬 이온 이차 전지는, 주머니형의 용기에 전지 요소가 수납되고, 이 용기의 내부로부터 외부에 걸쳐 리드 도체가 배치된 구성이 대표적이다(특허문헌 1의 도 1, 2 참조).
리드 도체는, 전지와 외부 부재 사이에서 전력을 주고받는 금속의 스트립재를 주체로 한다. 전술한 휴대 기기류의 전원 용도에서는, 정극의 리드 도체에는 순알루미늄, 부극의 리드 도체에는 순니켈이나 순니켈 도금 순동이 이용되고 있다.
전술한 주머니형의 용기는, 대표적으로는 금속층을 구비한다. 이 금속층과 금속의 리드 도체를 절연하기 위해, 양자는 수지층을 통해 접합된다. 용기는 이 수지층을 통해 밀봉된다. 금속의 스트립재에 수지층이 형성된 수지 부착 리드 도체도 이용되고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2014-017175호 공보
리튬 이온 이차 전지 등의 전력 저장 디바이스에 이용되는 리드 도체에 대하여, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려운 것이 요구되고 있다.
최근, 휴대용 전자ㆍ전기 기기나 소형 전자ㆍ전기 기기의 하이스펙화에 따라서, 휴대 기기류의 소비 전력이 증가하고 있다. 그 때문에, 휴대 기기류의 전원에 이용되는 리튬 이온 이차 전지 등에는, 박형, 소형이면서, 전지 용량(에너지 밀도)을 증대시키는 것이 요구되고, 리드 도체에 관해서도, 종래보다 두께를 얇게, 폭을 좁게 하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 전술한 순알루미늄이나 순니켈 등의 순금속으로 이루어지고, 얇고 폭이 좁고, 예컨대 두께가 0.1 mm 이하이고 폭이 10 mm 이하인 리드 도체에서는, 제조 과정이나 휴대 기기류에 조립된 상태에서 파단될 우려가 있다.
제조 과정에서는, 예컨대 리드 도체를 소정의 형상으로 굴곡시켜, 휴대 기기류에 구비하는 회로 기판 등의 부재에 접속하는 경우가 있다. 리드 도체를 굴곡시킴으로써, 휴대 기기류의 케이스가 얇거나 작은 경우라도 수납 가능하게 된다. 직각으로 구부리거나 반으로 접는 것처럼 굽힘 반경을 작게 하면, 리드 도체의 수납 용적을 더욱 작게 할 수 있다. 그러나, 얇고 폭이 좁은 순금속의 리드 도체에서는, 파단 하중이 작기 때문에, 얇은 케이스 등에 수납할 수 있도록 굽힘 반경이 작은 굴곡을 행하면 파단될 가능성이 있고, 조립전의 반송시에 낙하하는 등의 충격이 가해진 것만으로도 파단될 가능성이 있다.
휴대 기기류에 조립된 후에도, 휴대 기기류를 낙하하거나 하여 충격이 가해진 경우에, 얇고 폭이 좁은 순금속의 리드 도체에서는 파단될 가능성이 있다. 전술한 바와 같이 절곡된 상태에서 낙하 등의 충격이 가해지면, 굴곡 부분에 허용 응력을 초과하는 과도한 굽힘이 가해져, 얇고 폭이 좁은 순금속의 리드 도체는 파단에 이를 가능성도 있다고 생각된다.
또한, 전력 저장 디바이스에 구비하는 리드 도체는, 전력의 전달에 이용되기 때문에, 도전성이 우수한 것도 요구된다.
본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적의 하나는, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려운 전력 저장 디바이스용의 리드 도체를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려운 리드 도체를 구비하는 전력 저장 디바이스를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일양태에 관한 리드 도체는, 정극과, 부극과, 전해액과, 이들을 수납하는 용기를 구비하는 전력 저장 디바이스에 이용되는 것이다.
이 리드 도체는, Si를 0.1 질량% 이상 1.2 질량% 이하 함유함과 함께, Mg를, 질량비로 Mg/Si가 0.8 이상 2.7 이하, 또한 1.5 질량% 미만을 만족시키는 범위에서 함유하는 알루미늄 합금으로 구성된다.
이 리드 도체의 인장 강도가 100 MPa 이상 220 MPa 이하이다.
이 리드 도체의 도전율이 50% IACS 이상이다.
본 발명의 일양태에 관한 전력 저장 디바이스는, 상기 리드 도체를 구비한다.
상기 리드 도체는 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어렵다. 상기 전력 저장 디바이스는, 리드 도체가 파단되기 어렵다.
도 1은 실시형태의 전력 저장 디바이스의 일례인 비수 전해질 전지의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시형태의 비수 전해질 전지를 도 1에 나타내는 (II)-(II) 절단선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 절곡 시험의 시험 방법을 설명하는 설명도이다.
도 4는 충격 시험의 시험 방법을 설명하는 설명도이다.
도 5는 확산 저항치의 측정에 이용하는 전기 화학 측정 셀의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 확산 저항치의 산출에 이용하는 등가 회로도이다.
도 7은 필 강도 시험에 이용하는 시료의 개략도이다.
도 8은 필 강도 시험에 있어서, 필 강도 측정전의 시료와, 필 강도를 측정하는 상태를 나타내는 설명도이다.
본 발명자들은, 특정 조성의 금속으로 구성되어, 인장 강도 및 도전율이 특정 범위를 만족시키면, 얇고 폭이 좁은 리드 도체라 하더라도 굴곡이나 충격 등에 의해 파단되기 어렵다는 지견을 얻었다. 본 발명은 상기 지견에 기초하는 것이다.
처음에 본 발명의 실시형태의 내용을 열기하여 설명한다.
(1) 본 발명의 일양태에 관한 리드 도체는, 정극과, 부극과, 전해액과, 이들을 수납하는 용기를 구비하는 전력 저장 디바이스에 이용되는 것이다.
이 리드 도체는, Si를 0.1 질량% 이상 1.2 질량% 이하 함유함과 함께, Mg를, 질량비로 Mg/Si가 0.8 이상 2.7 이하, 또한 1.5 질량% 미만을 만족시키는 범위에서 함유하는 알루미늄 합금으로 구성된다.
이 리드 도체의 인장 강도가 100 MPa 이상 220 MPa 이하이다.
이 리드 도체의 도전율이 50% IACS 이상이다.
상기 리드 도체는, 인장 강도가 특정 범위를 만족시키고 있어, 강도가 높지만 과도하게 높지 않고(과도하게 딱딱하지 않고), 인성(예컨대 파단 신도)도 우수하다. 이러한 고강도이며 고인성인 상기 리드 도체는, 얇고 폭이 좁다 하더라도, 예컨대 두께가 0.1 mm 이하, 폭이 10 mm 이하라 하더라도, 굴곡이나 충격에 대한 내성(예컨대 0.2% 내력)이 우수하여, 소정의 굴곡을 행하거나 충격이 가해지거나 하더라도 파단되기 어렵다. 바람직하게는, 상기 리드 도체는 소정의 형상으로 굴곡된 상태로 충격을 받은 경우라도 파단되기 어렵다.
또한, 상기 리드 도체는, 도전율이 특정 범위를 만족시키고 있어, 도전성도 우수하다. 여기서, 리드 도체의 구성 금속에서의 첨가 원소의 함유량을 많게 하거나, 높은 가공도로 소성 가공을 행하여 충분히 가공 경화시키거나 하면, 강도를 높일 수 있다. 그러나, 첨가 원소의 과잉 첨가나, 가공 경화에 의한 과도한 왜곡 도입 등은, 도전율의 저하를 초래한다. 상기 리드 도체는, 도전율이 전술한 특정 범위를 만족시키는 범위에서 첨가 원소의 함유량이 조정되거나, 소성 가공이나 열처리 등의 제조 조건이 조정되거나 함으로써 도전성이 우수하다.
상기 리드 도체는, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려울 뿐만 아니라, 도전성이 우수하기 때문에, 휴대 기기류의 전원에 이용되는 리튬 이온 이차 전지 등의 비수 전해질 전지나 그 밖의 전력 저장 디바이스의 구성 부재로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 상기 리드 도체는, Al보다 전해액에 용출되기 쉽다고 생각되는 Mg를 포함하지만, Si와 함께 특정 범위에서 함유함으로써 Si와의 화합물(Mg2Si)로서 존재하고, 전력 저장 디바이스에 조립된 경우에 전해액에 대한 내성도 우수하다는 지견을 얻었다. 상기 리드 도체와 전력 저장 디바이스의 용기 사이에 수지층이 개재하는 것도, 리드 도체의 구성 성분을 용출하기 어렵게 하여, 전해액에 대한 내성의 향상에 기여하는 것이 기대된다. 이러한 점에서도 상기 리드 도체는, 비수 전해질 전지 등의 전력 저장 디바이스의 구성 부재로서 적합하게 이용할 수 있다.
(2) 상기 리드 도체의 일례로서, 0.2% 내력이 40 MPa 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 0.2% 내력이 특정 범위를 만족시키고 있어, 내력이 충분히 높고, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어렵다.
(3) 상기 리드 도체의 일례로서, 두께가 0.03 mm 이상 0.1 mm 이하, 폭이 1 mm 이상 10 mm 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 얇고 폭이 좁지만 과도하게 얇거나 과도하게 폭이 좁거나 하지 않아, 파단되기 어렵다. 또한, 상기 형태는 얇고 폭이 좁기 때문에, 전력 저장 디바이스의 박형화, 소형화의 요구에 대응할 수 있다.
(4) 상기 리드 도체의 일례로서, 확산 저항치가 5×105 Ωㆍcm-2 이상인 형태를 들 수 있다. 상기 확산 저항치는 이하와 같이 측정한다.
리드 도체의 일부를 소정의 수지로 덮은 것을 시료로 하고, 상기 전력 저장 디바이스에 이용되는 전해액에 상기 시료에서의 상기 수지의 형성 개소와 대극을 접촉시켜, 이 전해액을 60℃로 유지한 상태를 1주간 유지한다. 1주일 경과 후, 상기 시료의 교류 임피던스 스펙트럼을 측정하고, 측정한 교류 임피던스 스펙트럼에 기초하여 상기 시료의 저항치를 구한다. 구한 저항치를 확산 저항치로 한다. 후술하는 피복 수지층을 구비하는 수지 부착 리드 도체에서는, 피복 수지층을 상기 소정의 수지로 간주하여, 확산 저항치를 측정하는 것이 좋다.
상기 형태는, 상기 소정의 수지를 통해 고온의 전해액에 장시간 접촉하더라도 확산 저항치가 높기 때문에, 리드 도체의 구성 성분이 경시적으로 전해액에 용출되기 어렵다고 할 수 있다. 따라서, 상기 형태는, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려울 뿐만 아니라, 전해액에 대한 내성이 우수하다.
(5) 상기 리드 도체의 일례로서, 상기 리드 도체의 표면의 적어도 일부에 화성 처리, 베마이트(boehmite) 처리, 알루마이트 처리 및 에칭에서 선택되는 1종이 실시된 표면 처리부를 구비하는 형태를 들 수 있다.
표면 처리부는 미세한 요철을 가져 수지층과의 밀착성이 우수하고, 리드 도체에서의 수지층의 형성 영역이 굴곡되거나 충격을 받거나 하더라도 리드 도체와 수지층이 박리되기 어렵다. 상기 형태는, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려울 뿐만 아니라, 수지층이 밀착되는 점에서 전술한 확산 저항치를 보다 높일 수 있어 전해액에 대한 내성이 보다 우수하다.
(6) 상기 리드 도체의 일례로서, 상기 알루미늄 합금이 Cu, Fe, Cr, Mn, Zn, Ni, Ag, 및 Zr에서 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0.005 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하는 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, Si 및 Mg에 더하여, 전술한 열거한 원소를 특정 범위에서 함유함으로써, 높은 도전율을 가지면서 강도가 보다 높아지기 쉬워 파단되기 어렵다.
(7) 상기 리드 도체의 일례로서, 상기 알루미늄 합금이 Ti를 0.01 질량% 이상 0.05 질량% 이하 및 B를 0.001 질량% 이상 0.008 질량% 이하의 적어도 한쪽을 함유하는 형태를 들 수 있다.
Ti 및 B는 모두, 주조시에 알루미늄 합금의 결정을 미세하게 하는 효과가 있다. 상기 형태는, Si 및 Mg에 더하여 Ti나 B를 특정 범위에서 함유함으로써, 리드 도체의 구성 금속을 미세한 결정 조직을 갖는 알루미늄 합금으로 할 수 있고, 강도가 보다 높아지기 쉬워 파단되기 어렵다.
(8) 상기 리드 도체의 일례로서, 상기 리드 도체에서의 상기 용기와의 고정 영역에 접합되는 피복 수지층을 구비하고, 상기 피복 수지층이 상이한 수지로 이루어진 다층 구조이며, 상기 피복 수지층의 합계 두께가 20 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하인 형태를 들 수 있다.
피복 수지층은, 리드 도체와 전력 저장 디바이스의 용기 사이에 개재되어 절연체로서 기능한다. 피복 수지층이 다층 구조이면, 여러가지 재질의 수지, 특히 밀착성이 우수한 수지를 포함할 수 있다. 피복 수지층이 다층 구조라 하더라도, 그 두께가 전술한 특정 범위이면, 얇은 수지 부착 리드 도체로 할 수 있다. 따라서, 상기 형태는, 용기와의 절연을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 전력 저장 디바이스의 박형화에 기여한다. 이 피복 수지층은, 상기 (5)의 표면 처리부에 구비하면, 전술한 바와 같이 리드 도체와의 밀착성이 우수하여 바람직하다.
(9) 본 발명의 일양태에 관한 전력 저장 디바이스는, 상기 (1)∼(8) 중 어느 한 항에 기재된 리드 도체를 구비한다.
상기 전력 저장 디바이스에 구비하는 리드 도체가 얇고 폭이 좁다 하더라도, 제조 과정에서 구부리거나, 임의로 낙하하거나 하여 충격을 받거나 했을 때에 리드 도체가 파단되기 어렵다. 따라서, 상기 전력 저장 디바이스는, 휴대 기기류의 전원에 이용될 때에, 리드 도체의 파단에 기인하는 수율의 저하를 저감하거나, 도전성이 우수한 상기 리드 도체를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있고, 외부와의 전력의 전달을 양호하게 행하거나 할 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
이하, 도면을 적절하게 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 리드 도체, 본 발명의 실시형태에 관한 전력 저장 디바이스를 설명한다. 도면 중, 동일 부호는 동일 명칭물을 나타낸다.
(리드 도체)
실시형태의 리드 도체(1)(도 1, 도 2)는, 전력 저장 디바이스(도 1에서는 비수 전해질 전지(10))에 이용되는 도전 부재이며, 용기(11) 내에 수납된 정극(14), 부극(15)(도 2)과, 외부의 부재(도시하지 않음)를 전기적으로 접속하여 전력의 전달에 이용된다. 리드 도체(1)는, 대표적으로는 장방형의 금속 스트립재이며, 그 표면 중 적어도 용기(11)와의 고정 영역에 수지층이 접촉한 상태, 바람직하게는 밀착된 상태로 이용된다. 수지층은, 후술하는 피복 수지층(22), 용기(11) 자체에 구비하는 내측 수지층(112)(도 2), 리드 도체(1)와 용기(11) 사이에 별도로 접합된 접합 수지층(도시하지 않음)의 적어도 하나를 들 수 있다(이하, 단순히 수지층이라고 칭하는 경우가 있음).
실시형태의 리드 도체(1)는, Mg, Si를 특정 범위에서 포함하는 특정한 조성의 알루미늄 합금으로 구성되어 있는 것을 특징의 하나로 한다. 이하, 이 알루미늄 합금의 조성을 우선 설명하고, 다음으로, 리드 도체(1)의 특성이나 구조 등에 관해 설명한다.
ㆍ조성
실시형태의 리드 도체(1)를 구성하는 알루미늄 합금은, Si를 0.1 질량% 이상 1.2 질량% 이하 함유함과 함께, Mg를, 질량비로 Mg/Si가 0.8 이상 2.7 이하, 또한 1.5 질량% 미만을 만족시키는 범위에서 함유하고, 잔부가 Al(알루미늄) 및 불가피 불순물인 Al-Mg-Si계 합금이다. Mg/Si로부터 환산하여, Mg의 함유량의 하한은 0.08 질량% 이상이다.
또는, 실시형태의 리드 도체(1)를 구성하는 알루미늄 합금은, Si 및 Mg을 전술한 특정 범위에서 함유함과 함께, Cu, Fe, Cr, Mn, Zn, Ni, Ag, 및 Zr에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하, 특정한 원소라고 칭하는 경우가 있음)를 합계로 0.005 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물인 Al-Mg-Si계 합금이다.
이하, 원소의 함유량은 질량%를 나타낸다.
ㆍㆍSi(규소) 및 Mg(마그네슘)
Si를 0.1% 이상과 Mg를 0.08% 이상 함유하는 Al-Mg-Si계 합금은, 인장 강도나 0.2% 내력이 높아, 강도나 내력이 우수하다. 이러한 Al-Mg-Si계 합금은, 제조 과정에서 시효 처리를 행한 경우에는, 시효 경화에 의해 강도나 내력이 한층 더 향상되는 것을 기대할 수 있다. 이러한 Al-Mg-Si계 합금은, 자연 시효에 의해 경시적으로 강도가 향상되는 경우가 있다. 이와 같이 고강도인 Al-Mg-Si계 합금은, 예컨대, 소성 가공 후에 연화 처리를 행하여 인성이나 도전율을 높인 경우라도 높은 강도를 유지할 수 있다. 이 경우, 고강도, 고인성, 고도전성을 가질 수 있다. 이러한 Al-Mg-Si계 합금으로 구성되는 리드 도체(1)는, 얇고 폭이 좁다 하더라도, 소정의 굽힘을 행하거나 충격을 받거나 했을 때에 파단되기 어렵다.
이러한 Al-Mg-Si계 합금은, Mg, Si의 함유량이 높을수록 고강도가 되기 쉽다. 예컨대, 이러한 Al-Mg-Si계 합금은, Si의 함유량을 0.2% 이상, 나아가 0.3% 이상, 0.35% 이상, Mg의 함유량을 0.1% 이상, 0.2% 이상, 나아가 0.3% 이상으로 할 수 있다.
이러한 Al-Mg-Si계 합금은, Mg, Si의 함유량이 과도하게 많으면, 도전율이 저하되거나(특히 Mg 과잉의 경우), Mg와 Si를 포함하는 석출물이 과도하게 많거나 조대해지거나 하여, 석출물을 기점으로 하는 파단이 생기기 쉬워지거나 한다. 그 때문에, Si의 함유량을 0.9% 이하, 더욱 0.8% 이하, 0.7% 이하, Mg의 함유량을 1.4% 이하, 1.2% 이하, 나아가 1.0% 이하로 할 수 있다.
이러한 Al-Mg-Si계 합금은, Si에 대한 Mg의 질량비를 Mg/Si로 하고, 이 Mg/Si가 0.8 이상이므로, 금속 성분이 많아 도전율이 높아지기 쉽다. Mg/Si의 하한을 0.9 이상, 나아가 0.95 이상, 1 이상으로 할 수 있다. Mg/Si가 2.7 이하이므로, Mg와 Si를 포함하는 석출물 등이 적절하게 존재할 수 있어 강도가 높아지기 쉽다. Mg/Si의 상한을 2.6 이하, 나아가 2.5 이하, 2.0 이하로 할 수 있다.
Mg 단체에서는, Al보다 전해액에 용출되기 쉽다고 생각된다. Al-Mg-Si계 합금은, Mg을 포함하지만, Mg을 Si에 대하여 특정 범위에서 함유함과 함께 1.5% 미만의 범위에서 함유함으로써, Mg는 Si와의 화합물(Mg2Si)을 형성하여 존재할 수 있다. Mg2Si는 전기를 흘리기 어렵기 때문에, Mg의 용출에 기인하는 단락 등을 방지할 수 있다고 생각된다. 또, 본 발명자들은, 여러가지 조성의 알루미늄 합금이나 순알루미늄으로 이루어진 작용 전극과, 플래티늄으로 이루어진 대극의 2극의 전기 화학 셀을 구성하고, 두 극을 전해액에 침지하여 소정의 전압을 인가했을 때에 흐르는 전류량을 측정했다. 그 결과, Si를 전술한 특정 범위에서 함유함과 함께 Mg/Si가 2.7을 초과하고, 또한 Mg이 1.5 질량% 이상인 Mg이 과잉인 경우에는 전류량이 매우 크고, Mg/Si가 2.7 이하이고, 또한 Mg이 1.5 질량% 미만인 경우(예컨대, Al-0.65% Si-0.9% Mg, Mg/Si≒1.4)에는, 상기 Mg이 과잉인 경우의 1/10 이하 정도로 전류량이 매우 적어, 순알루미늄과 동일한 정도인 것을 확인하고 있다. 전해액에 대한 내성도 고려하여, 실시형태의 리드 도체(1)에서는, Si의 함유량, Mg의 함유량 및 Mg/Si를 규정한다.
ㆍㆍ그 밖의 첨가 원소
실시형태의 리드 도체(1)를 구성하는 알루미늄 합금은, Mg 및 Si에 더하여, 전술한 특정한 원소를 특정 범위에서 함유하면 강도가 높아지기 쉽다. 전술한 특정한 원소 중, Cu는 도전율의 저하가 적어, 강도를 향상시킬 수 있다. Fe, Cr, Mn, Ni, Zr는 도전율의 저하가 어느 정도 크지만, 강도의 향상 효과가 높다. Zn, Ag은, 도전율의 저하가 적어, 강도의 향상 효과를 어느 정도 갖는다. 이들 원소를 1종만 함유하는 형태, 2종 이상 함유하는 형태를 모두 이용할 수 있다.
이러한 알루미늄 합금은, 상기 특정한 원소의 합계 함유량이 0.005% 이상이면, 강도가 높아져 파단되기 어렵다. 상기 합계 함유량이 많을수록 강도가 높아지고, 하한을 0.01% 이상, 나아가 0.05% 이상, 0.1% 이상으로 할 수 있다.
이러한 알루미늄 합금은, 상기 특정한 원소의 합계 함유량이 1% 이하이면, 도전율의 저하를 저감하여 도전성이 우수하다. 여기서, 리드 도체(1)의 구성 성분이 전해액에 용출되면, 용출된 성분에 의해 정극(14)과 부극(15)이 단락되거나, 전력 저장 디바이스의 특성이 저하되거나 할 가능성이 있다. 상기 합계 함유량이 1% 이하이면, 상기 구성 성분의 용출을 충분히 저감할 수 있다. 전술한 바와 같이 전력 저장 디바이스에 부착된 리드 도체(1)에서는, 수지층이 밀착된 상태이면, 상기 구성 성분의 용출을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 상기 합계 함유량의 상한을 0.9% 이하, 나아가 0.8% 이하, 0.7% 이하로 할 수 있다.
각 원소의 함유량은, 예컨대 이하를 들 수 있다.
Cu 0.01% 이상 0.9% 이하, 나아가 0.03% 이상 0.8% 이하
Fe 0.005% 이상 0.9% 이하, 나아가 0.01% 이상 0.5% 이하
Cr 0.005% 이상 0.8% 이하, 나아가 0.01% 이상 0.7% 이하
Mn 0.005% 이상 0.8% 이하, 나아가 0.01% 이상 0.7% 이하
Zn, Ni, Ag, Zr 합계로 0.005% 이상 0.2% 이하, 나아가 합계로 0.005% 이상 0.15% 이하
ㆍㆍTi(티탄), B(붕소)
알루미늄 합금은, Mg 및 Si에 더하여, 또는 Mg 및 Si와 상기 특정한 원소에 더하여, Ti 및 B의 적어도 한쪽을 특정 범위에서 함유하면 강도를 높이기 쉽다. Ti나 B는, 주조시의 알루미늄 합금의 결정을 미세하게 하는 효과가 있고, 미세한 결정 조직을 가지면 강도가 높아지기 때문이다. 알루미늄 합금은, B를 함유하는 형태이어도 좋지만, Ti를 함유하는 형태, 나아가 Ti 및 B의 쌍방을 함유하는 형태이면, 결정의 미세화 효과를 보다 얻기 쉽다.
알루미늄 합금은, Ti나 B의 함유량이 많을수록 결정의 미세화 효과를 얻기 쉽지만, 과도하게 많으면 도전율의 저하를 초래한다. 또한, 결정의 미세화 효과는, Ti나 B의 함유량이 이하의 상한치 정도에서 포화한다고 생각된다. 이 때문에, 알루미늄 합금의 Ti의 함유량은 0.01% 이상 0.05% 이하를 들 수 있고, 0.015% 이상 0.045% 이하, 나아가 0.02% 이상 0.04% 이하로 할 수 있다. 알루미늄 합금의 B의 함유량은 0.001% 이상 0.008% 이하를 들 수 있고, 0.003% 이상 0.007% 이하, 나아가 0.004% 이상 0.006% 이하로 할 수 있다.
ㆍ조직
리드 도체(1)를 구성하는 알루미늄 합금의 조직으로서, 전술한 미세한 결정 조직을 들 수 있다. 예컨대, 평균 결정 입경이 1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 나아가 2 ㎛ 이상 40 ㎛ 이하, 나아가 30 ㎛ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 리드 도체(1)가 이러한 미세한 결정 조직을 가지면, 강도가 우수하여, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어려울 뿐만 아니라, 리드 도체(1)의 내부에 전해액이 침투하기 어렵고, 리드 도체(1)의 구성 성분이 전해액에 용출되는 양을 저감하여, 전해액에 대한 내성을 높이기 쉬운 것이 기대된다. 결정 입경은, 전술한 첨가 원소의 함유량, 제조 과정에서의 소성 가공의 조건이나 열처리 조건 등을 조정하여, 소정의 크기로 제어하는 것이 좋다.
ㆍ기계적 특성
ㆍㆍ인장 강도
실시형태의 리드 도체(1)는, 인장 강도가 100 MPa 이상 220 MPa 이하인 것을 특징의 하나로 한다. 리드 도체(1)는, 인장 강도가 충분히 높아서 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어렵다. 인장 강도가 높을수록 강도가 우수하여 파단되기 어려워지기 때문에, 인장 강도의 하한을 110 MPa 초과, 나아가 120 MPa 이상, 125 MPa 이상으로 할 수 있다. 리드 도체(1)는, 인장 강도가 과도하게 높지 않기 때문에, 소성 가공시에 도입된 왜곡에 기인하는 도전율의 저하가 적어 도전성이 우수하거나, 신도 등의 인성도 우수하다. 그 때문에, 리드 도체(1)는, 인장 강도는 210 MPa 이하, 나아가 200 MPa 이하, 190 MPa 이하로 할 수 있다.
ㆍㆍ내력
실시형태의 리드 도체(1)는 인장 강도가 높을 뿐만 아니라, 대표적으로는 내력도 우수하여, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어렵다. 구체적으로는 0.2% 내력이 40 MPa 이상을 만족시키는 리드 도체(1)를 들 수 있다. 리드 도체(1)는, 내력이 높을수록 파단되기 어려운 경향이 있고, 0.2% 내력을 45 MPa 이상, 나아가 50 MPa 이상, 55 MPa 이상으로 할 수 있다. 0.2% 내력이 과도하게 높은 경우, 인장 강도도 과도하게 높은 경향이 있어, 전술한 도전율의 저하나 인성의 저하가 우려된다.
0.2% 내력의 상한은 100 MPa 정도 이하를 들 수 있다.
ㆍㆍ신도
실시형태의 리드 도체(1)는 인장 강도나 내력과 같은 강도가 우수할 뿐만 아니라, 대표적으로는 신도와 같은 인성도 우수하여, 얇고 폭이 좁다 하더라도 파단되기 어렵다. 구체적으로는 파단 신도가 5% 이상을 만족시키는 리드 도체(1)를 들 수 있다. 리드 도체(1)는, 신도가 높을수록 파단되기 어려운 경향이 있어, 파단 신도를 6% 이상, 나아가 7% 이상, 8% 이상으로 할 수 있다. 리드 도체(1)는, 파단 신도가 과도하게 높은 경우, 인장 강도나 0.2% 내력이 과도하게 낮아지는 경향이 있어, 강도의 저하가 우려된다. 파단 신도의 상한은 40% 정도 이하를 들 수 있다.
ㆍ도전율
실시형태의 리드 도체(1)는, 강도나 인성이 우수할 뿐만 아니라, 도전성도 우수하여, 도전율이 50% IACS 이상을 만족시키는 것을 특징의 하나로 한다. 리드 도체(1)는, 도전율이 높을수록 바람직하고, 도전율을 51% IACS 이상, 나아가 52% IACS 이상, 53% IACS 이상으로 할 수 있다.
ㆍ크기
실시형태의 리드 도체(1)의 크기(두께, 폭, 길이)는 적절하게 선택할 수 있다. 두께가 얇고 폭이 좁은 리드 도체(1)라면, 박형화, 소형화가 요구되고 있는 전력 저장 디바이스의 구성 부재에 적합하게 이용할 수 있다. 두께가 얇고 폭이 좁은 리드 도체(1)로서, 두께가 0.03 mm 이상 0.1 mm 이하, 폭이 1 mm 이상 10 mm 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 리드 도체(1)의 길이는, 전력 저장 디바이스에 조립하기 전에, 적절하게 절단하여 조정하는 것이 좋다.
두께가 0.03 mm 이상이면 폭이 1 mm 정도로 좁더라도 파단되기 어렵다. 두께를 0.035 mm 이상, 나아가 0.04 mm 이상으로 할 수 있다. 두께가 0.1 mm 이하이면, 전력 저장 디바이스의 박형화, 소형화에 기여할 수 있다. 두께를 0.08 mm 이하, 나아가 0.07 mm 이하, 0.05 mm 이하로 할 수 있다.
리드 도체(1)는, 폭이 1 mm 이상이면, 두께가 0.03 mm 정도로 얇더라도 파단되기 어렵다. 리드 도체(1)는, 폭을 2 mm 이상, 나아가 3 mm 이상으로 할 수 있다. 리드 도체(1)는, 폭이 10 mm 이하이면, 전력 저장 디바이스의 소형화에 기여할 수 있다. 리드 도체(1)는, 폭을 9 mm 이하, 나아가 8 mm 이하, 7 mm 이하로 할 수 있다.
ㆍ전해액에 대한 내성
실시형태의 리드 도체(1)는, 전해액에 대한 내성도 우수하여, 리드 도체(1)의 구성 성분이 전해액에 용출되기 어렵다. 이 특성을 나타내는 파라미터로서, 전술한 확산 저항치(특허문헌 1도 참조)를 이용하면, 실시형태의 리드 도체(1)는 확산 저항치가 높고, 5×105 Ωㆍcm-2(=5×105 Ω/㎠) 이상을 만족시키는 것을 들 수 있다. 리드 도체(1)는, 확산 저항치가 높을수록, 상기 구성 성분의 전해액에 대한 용출량이 적어, 전해액에 대한 내성이 우수하다고 생각되고, 확산 저항치는 6×105 Ωㆍcm-2 이상, 나아가 7×105 Ωㆍcm-2 이상, 7.5×105 Ωㆍcm-2 이상을 만족시키는 것이 바람직하다. 확산 저항치를 높이기 위해서는, 수지층과의 접촉 영역에 후술하는 특정한 표면 처리부를 구비하는 것이 바람직하다.
ㆍ표면 처리부
실시형태의 리드 도체(1)는, 그 표면의 적어도 일부, 바람직하게는 표리의 양면에서의 적어도 용기(11)와의 고정 영역에 후술하는 표면 처리가 실시된 표면 처리부를 구비하면, 수지층과의 밀착성을 높일 수 있다. 밀착된 수지층에 의해 리드 도체(1)에서의 용기(11) 내의 전해액과의 접촉 면적이 작아져, 리드 도체(1)의 구성 성분이 전해액에 용출되는 것을 저감할 수 있다. 이러한 리드 도체(1)는 전술한 확산 저항치가 높다. 또한, 리드 도체(1)와 수지층이 밀착되면, 전력 저장 디바이스의 용기(11)의 밀봉 상태를 양호하게 유지할 수 있어, 전해액이 용기(11) 밖으로 누출되는 것, 용기(11) 내에 외부로부터 수분이 침입하는 것 등을 방지할 수 있다.
리드 도체(1)의 표면에서의 용기(11)와의 고정 영역에만 표면 처리부를 구비하는 형태(고정 영역에만 표면 처리가 실시된 형태), 리드 도체(1)의 표리면 전체에 표면 처리부를 구비하는 형태(표리면을 연결하는 단부면ㆍ측면에 표면 처리가 실시되어 있지 않은 형태), 리드 도체(1)의 외면 전체에 표면 처리부를 구비하는 형태(표리면, 및 표리면을 연결하는 단부면ㆍ측면이 전부 표면 처리가 실시된 형태)를 모두 이용할 수 있다.
표면 처리는, 예컨대, 화성 처리, 베마이트 처리, 알루마이트 처리, 에칭, 블라스트 처리, 브러시 연마 등을 들 수 있다. 각 처리의 조건은, 종래의 리드 도체에 대하여 행해지고 있는 공지 조건을 이용할 수 있다.
특히, 리드 도체(1)는, 화성 처리, 베마이트 처리, 알루마이트 처리 및 에칭에서 선택되는 1종이 실시된 표면 처리부를 구비하면, 처리 조건에 따라서도 달라지지만, 수지층과의 밀착성이 보다 우수한 리드 도체(1)가 되기 쉽다. 리드 도체(1)는, 화성 처리 또는 에칭이 실시된 표면 처리부를 구비하면, 수지층과의 밀착성이 더욱 우수하다. 리드 도체(1)와 수지층의 밀착성이 보다 우수함으로써, 구성 성분의 용출량의 저감, 확산 저항치의 증대, 양호한 밀봉 상태의 유지 등을 도모할 수 있다. 이 표면 처리부의 표면 거칠기는, 예컨대 산술 평균 거칠기 Ra로 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하를 들 수 있다.
ㆍ피복 수지층
실시형태의 리드 도체(1)의 일례로서, 전술한 특정한 조성의 알루미늄 합금으로 구성되는 리드 도체(1)의 본체와, 리드 도체(1)의 본체에서의 용기(11)와의 고정 영역에 접합되는 피복 수지층(22)을 구비하는 수지 부착 리드 도체(20)를 들 수 있다. 피복 수지층(22)은, 전력 저장 디바이스의 용기(11)가 금속층(110)을 구비하는 경우에 리드 도체(1)의 본체와 금속층(110) 사이의 절연체로서 기능한다. 피복 수지층(22)의 형성에는, 공지의 수지 부착 리드 도체의 제조 조건을 이용할 수 있다.
피복 수지층(22)의 구성 재료는, 대표적으로는 열가소성 폴리올레핀을 들 수 있다. 구체적으로는, 폴리에틸렌, 산변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 산변성 폴리프로필렌(예컨대 무수말레산 변성 폴리프로필렌), 아이오노머 등의 이온성 고분자, 말레산 변성 폴리올레핀(예컨대, 말레산 변성 저밀도 폴리에틸렌), 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 아이오노머는, 에틸렌과 메타크릴산 등의 공중합체를 Na, Mg, K, Ca, Zr 등의 금속 이온 또는 금속 착체 또는 암모늄염 등의 양이온 등으로 가교시킨 것을 들 수 있다.
피복 수지층(22)은, 단층 구조, 성분이나 가교 상태 등이 상이한 수지로 이루어진 다층 구조를 모두 이용할 수 있다. 다층 구조의 피복 수지층(22)으로서, 접착층과 표면층을 구비하는 이층 구조의 것을 들 수 있다. 예컨대, 접착층은 전술한 열가소성 폴리올레핀, 표면층은 전술한 열가소성 폴리올레핀을 가교한 것(예컨대, 접착층의 구성 수지와 동일한 수지이며 가교한 것)을 들 수 있다.
다층 구조의 피복 수지층(22)에서는, 성분이나 가교 상태 등을 선택함으로써, 예컨대, 리드 도체(1)의 본체와 피복 수지층(22)의 밀착성, 용기(11)와 피복 수지층(22)의 밀착성의 쌍방을 높일 수 있다. 그 결과, 수지 부착 리드 도체(20)에서의 피복 수지층(22)을 갖는 부분이 굴곡되거나, 충격을 받거나 하더라도, 리드 도체(1)의 본체와 피복 수지층(22) 사이나 용기(11)와 피복 수지층(22) 사이에서의 피복 수지층(22)이 박리되기 어렵다. 이러한 수지 부착 리드 도체(20)를 구비하는 전력 저장 디바이스는, 리드 도체(1)의 본체에 밀착된 피복 수지층(22)에 의해, 리드 도체(1)의 본체의 구성 성분에서의 전해액에 대한 용출량을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 용기(11)의 밀봉 상태를 양호하게 유지할 수 있다. 리드 도체(1)의 본체가 전술한 표면 처리부를 구비하는 경우, 이 표면 처리부에 피복 수지층(22)을 구비하면, 피복 수지층(22)의 밀착성이 보다 우수하여 바람직하다.
피복 수지층(22)의 두께가 어느 정도 두꺼우면, 수지 부착 리드 도체(20)가 굴곡되거나 충격을 받거나 한 경우에 피복 수지층(22)이 파손되기 어렵고, 반대로 피복 수지층(22)의 두께가 과도하게 두껍지 않아 수지 부착 리드 도체(20)를 얇게 할 수 있다. 피복 수지층(22)의 두께는, 예컨대 20 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하를 들 수 있고, 30 ㎛ 이상 290 ㎛ 이하, 나아가 40 ㎛ 이상 280 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하로 할 수 있다. 이 두께는, 리드 도체(1)의 본체의 표리면에 각각 피복 수지층(22)을 구비하는 경우에는 리드 도체(1)의 본체의 한 면에 형성된 피복 수지층(22)의 두께로 하고, 한 면에 형성된 피복 수지층(22)이 다층 구조이면 합계 두께로 한다.
ㆍ용도
실시형태의 리드 도체(1)나 수지 부착 리드 도체(20)는, 전력 저장 디바이스의 정극, 부극에 모두 이용할 수 있지만, 정극용 리드 도체에 적합하다.
ㆍ제조 방법
전술한 특정한 조성을 가지며, 또한 고강도이며 도전성도 우수한 리드 도체(1), 나아가 신도도 우수한 리드 도체(1)는, 특정한 조성의 알루미늄 합금을 준비하고, 압연 등의 소성 가공과 열처리를 함으로써 제조할 수 있다.
소성 가공에 제공하는 소재로는, 연속 주조재나 빌렛 주조재, 기타 연속 주조 압연재를 압출한 압출재 등을 들 수 있다.
열처리는, 연화 처리를 포함하며, 연화 처리의 전후로 소성 가공을 행할 수 있다. 이러한 리드 도체(1)로는, 연재, 1/2 경재 등을 들 수 있다. 1/2 경재는, 연화 처리 후에 어느 정도 소성 가공을 행하거나, 소성 가공 후에 강도가 과도하게 저하되지 않을 정도로 연화 처리를 실시하거나 함으로써 제조할 수 있다. 적어도, 인장 강도 및 도전율이 전술한 특정 범위를 만족시키도록, 열처리 조건이나 소성 가공의 가공도 등을 조정한다.
피복 수지층(22)을 구비하는 수지 부착 리드 도체(20)는, 예컨대, 이하의 제조 방법(A) 또는 (B) 등에 의해 제조하면, 피복 수지층(22)의 밀착성이 우수하여 바람직하다.
(A) 주조판을 제작한다⇒주조판에 압연을 한다⇒압연판에 열처리(연화 처리)를 한다⇒표면 처리를 한다⇒처리판을 스트립형으로 분리한다⇒피복 수지층을 형성한다
(B) 연속 주조 압연재(와이어로드)를 제작한다⇒와이어로드를 컨펌 압출에 의해 판형으로 압출한다⇒압출판에 압연을 한다⇒압연판에 열처리(연화 처리)를 한다⇒표면 처리를 한다⇒처리판을 스트립형으로 분리한다⇒피복 수지층을 형성한다
표면 처리의 상세한 것은, 전술한 표면 처리부의 항을 참조하는 것이 좋다. 피복 수지층(22)의 상세한 것은, 전술한 피복 수지층(22)의 항을 참조하는 것이 좋다.
연화 처리전의 임의의 시기에 시효 처리를 행할 수 있다. 시효 처리를 행하는 경우, 시효 처리전의 임의의 시기에 용체화 처리를 행할 수 있다. 연속 주조를 행하는 경우에는 용체화 처리를 생략할 수 있다. 시효 처리에 의해, Mg와 Si를 포함하는 화합물을 석출시켜, 이 석출물 등에 의한 분산 강화에 의한 강도의 향상과, Al에 대한 Mg 및 Si의 고용량의 저감에 의한 도전율의 향상을 도모할 수 있다.
ㆍㆍ압연 이전의 공정
(A)의 주조판은, 연속 주조재로 하면, 급랭에 의해 결정을 미세화하기 쉽고, 길이가 긴 재를 얻을 수 있고, 급랭에 의해 과포화 고용체를 얻기 쉽다는 이점을 갖는다.
(B)의 연속 주조 압연재에 컨펌 압출을 함으로써 원하는 형상, 크기의 압출판을 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 미세한 결정 조직을 갖는 압출판을 얻을 수 있다.
압연에 제공하는 소재가 미세 조직을 가짐으로써 소성 가공성이 우수하고, 압연을 양호하게 행할 수 있다.
ㆍㆍ압연 공정
원하는 두께의 압연판(리드 도체(1)의 두께인 경우가 있음)을 얻을 수 있도록 압하율을 조정하여, 열간 압연이나 냉간 압연을 행한다. 냉간 압연을 함으로써, 결정을 한층 더 미세하게 할 수 있어, 적절한 시기에 열처리를 행한 경우라도 미세한 결정 조직을 갖는 리드 도체(1)를 얻기 쉽다. 압연 도중에 중간 열처리를 행할 수 있다. 중간 열처리를 행하면, 소성 가공성을 높일 수 있다.
ㆍㆍ열처리 공정
연화 처리나 시효 처리, 용체화 처리와 같은 열처리는, 길이가 긴 소재에 대하여 연속하여 행하는 연속 처리, 소재를 분위기 로 등의 가열 용용기에 봉입한 상태로 행하는 배치 처리를 모두 이용할 수 있다. 연속 처리는, 직접 통전 방식, 간접 통전 방식, 로식 등을 들 수 있다. 인장 강도 및 도전율이 원하는 값이 되도록, 연속 처리 방법에 따른 제어 파라미터, 예컨대 유지 온도, 유지 시간, 소재의 공급 속도, 전류치, 로 내 온도 등을 조정한다.
배치 처리에 의한 용체화 처리, 시효 처리, 연화 처리의 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
용체화 처리 유지 온도 : 500℃ 이상 580℃ 이하, 유지 시간 : 0.01 시간 이상 10 시간 이하
시효 처리 유지 온도 : 100℃ 이상 250℃ 이하, 유지 시간 : 2 시간 이상 20 시간 이하
연화 처리 유지 온도 : 250℃ 이상 500℃ 이하, 유지 시간 : 0.5 시간 이상 6 시간 이하
열처리의 분위기는, 산소 함유량이 적은 분위기로 하면, 산화막의 생성을 억제할 수 있다. 구체적인 분위기는, 대기 분위기, 비산화성 분위기를 들 수 있다. 비산화성 분위기는, 감압 분위기(진공 분위기), 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 분위기, 수소나 탄산 가스 등을 포함하는 환원 가스 분위기 등을 들 수 있다.
ㆍㆍ분리 공정
제작한 소정 두께의 알루미늄 합금판을 리드 도체(1)의 소정의 폭에 따라서 절단하여 스트립재로 한다. 여기서, 제작한 알루미늄 합금판이 예컨대 0.1 mm 이하와 같은 박판이라 하더라도, 폭이 넓은 박판의 단면적은 어느 정도 크기 때문에, 파단되거나 하기 어려워 취급이 용이하다. 이 폭이 넓은 박판을 예컨대 폭 10 mm 이하로 절단하여 폭이 좁은 스트립재로 하면 단면적이 작아진다. 그러나, 이 얇고 폭이 좁은 스트립재는, 전술한 특정한 조성의 알루미늄 합금으로 구성되어, 인장 강도 및 도전율이 특정 범위를 만족시키기 때문에, 파단 하중이 크고 파단되기 어렵다. 따라서, 이 얇고 폭이 좁은 스트립재(실시형태의 리드 도체(1)의 일례)는, 리드 도체(1) 자체의 제조 과정에 있어서 파단되기 어려워 취급이 용이할 뿐만 아니라, 전력 저장 디바이스의 제조 과정에 있어서 굴곡되거나, 충격을 받거나 한 경우에도 파단되기 어렵다. 스트립재가 길면, 소정의 길이로 적절하게 절단하는 것이 좋다.
(전력 저장 디바이스)
실시형태의 전력 저장 디바이스는, 정극과, 부극과, 전해액과, 이들을 수납하는 용기와, 정극과 외부의 부재 사이, 부극과 외부의 부재 사이를 각각 전기적으로 접속하는 2개의 리드 도체를 구비한다. 실시형태의 전력 저장 디바이스는, 2개의 리드 도체 중 1개 또는 2개가 전술한 실시형태의 리드 도체(1)(수지 부착 리드 도체(20)의 경우도 있음)이다.
각 리드 도체는, 상기 용기의 내부로부터 외부에 걸쳐 배치되어, 일단측에 정극 또는 부극이 접속되고, 타단측에 회로 기판 등의 외부의 부재가 납땜 등에 의해 접속되어, 중간부에 용기와의 고정 영역을 구비한다. 리드 도체의 고정 영역과 용기 사이에는 수지층(전술한 피복 수지층(22), 내측 수지층(112) 및 접합 수지층의 적어도 하나)이 개재된다. 실시형태의 전력 저장 디바이스의 보다 구체적인 형태는, 비수 전해액을 이용하는 비수 전해질 전지나 전기 이중층 커패시터, 전해액의 주용매를 물로 하는 수계 전해질 전지를 들 수 있다. 비수 전해질 전지나 전기 이중층 커패시터, 수계 전해질 전지의 기본적인 구성, 각 구성 요소의 재질 등은, 공지 기술을 적용할 수 있다.
도 1, 도 2는 비수 전해질 전지(10)의 일례를 나타낸다.
이 비수 전해질 전지(10)는, 정극(14)과, 부극(15)과, 전해액(여기서는 비수 전해액)이 함침된 세퍼레이터(13)와, 이들 전지 요소를 수납하는 주머니형의 용기(11)와, 용기(11)에 고정된 2개의 수지 부착 리드 도체(20)를 구비한다. 적어도 한쪽의 수지 부착 리드 도체(20)(예컨대 정극)는, 전술한 특정 조성의 알루미늄 합금으로 이루어진 리드 도체(1)의 본체와, 리드 도체(1)의 본체의 표리면에 접합된 피복 수지층(22)을 구비한다. 부극용 리드 도체(본체)로서, 예컨대 순니켈이나 순동, 순니켈 도금 순동 등으로 구성되는 것을 이용할 수 있다.
도 2에 나타내는 피복 수지층(22)은, 리드 도체(1)의 본체에 접하는 접착층(220)과, 용기(11)의 내면에 접하는 표면층(222)을 구비하는 이중 구조이다.
비수 전해질 전지(10)의 정극(14) 및 부극(15)은, 대표적으로는, 활물질을 포함하는 분말 성형체 등으로 구성되는 활물질층이며, 금속박으로 구성되는 집전체(16), 집전체(17) 상에 각각 형성된다. 집전체(16)(또는 집전체(17))와 리드 도체(1)의 본체는, 예컨대 리드선(19)에 의해 접속된다(도 2).
전기 이중층 커패시터의 정극 및 부극은 각각 고체 활성탄을 들 수 있다.
용기(11)는, 금속층과 수지층을 구비하는 것이 대표적이다. 도 2의 용기(11)는, 내측으로부터 순서대로 내측 수지층(112), 금속층(110), 외측 수지층(114)을 구비하는 양면 다층 필름으로 구성된 예를 나타낸다. 용기(11)는, 양면 다층 필름의 둘레 가장자리 부분을 열융착함으로써 밀폐되어, 도 1에 나타낸 바와 같은 주머니형으로 형성된다. 용기(11)에서의 리드 도체(1)의 고정 영역에서는, 용기(11)의 내측 수지층(112)과, 수지 부착 리드 도체(20)의 피복 수지층(22)(여기서는 표면층(222))을 열융착함으로써, 수지 부착 리드 도체(20)를 용기(11)에 고정함과 함께 용기(11)를 밀폐한다.
[시험예 1]
여러가지 조성의 알루미늄 합금판으로 폭이 좁은 스트립재를 제작하여, 기계적 특성, 도전율을 조사했다.
각 시료의 스트립재는, 이하와 같이 제조했다.
표 1에 나타내는 조성(잔부 Al 및 불가피 불순물)의 원료를 준비하여, 이하의 공정 (I) 또는 (II)에 의해, 두께 0.05 mm의 알루미늄 합금판을 제작한다. 얻어진 각 알루미늄 합금판을 폭 5 mm 또는 폭 4 mm로 절단하여 폭이 좁은 스트립재로 한다.
(I) 연속 주조⇒컨펌 압출⇒냉간 압연⇒연화 처리
(II) 빌렛 주조⇒용체화 처리⇒냉간 압연⇒연화 처리
일부의 시료에는, 냉간 압연 도중의 적절한 시기에 시효 처리를 행한다. 시효 처리의 조건은, 유지 온도가 180℃, 유지 시간이 16 시간, 표 1에서는 「180℃×16 H」로 나타낸다.
압연 후에 연화 처리(이 시험에서는 최종 열처리)를 한다. 연화 처리의 조건(연화 온도, 분위기)을 표 1에 나타낸다. 이 시험에서는 연화 처리를 배치 처리로 행하고, 연화 온도의 유지 시간은, 주로 인장 강도를 지표로 하여 조정했다.
시료 No.1-103에는 연화 처리를 행하지 않았다.
제작한 각 시료의 스트립재 중, 폭 5 mm의 스트립재를 이용하여 인장 시험(실온)을 행하여, 인장 강도(MPa), 0.2% 내력(MPa), 파단 신도 (%)를 조사했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 인장 시험은, JIS Z 2241(2011년)에 기초하여 행한다.
제작한 각 시료의 스트립재 중, 폭 5 mm의 스트립재를 이용하여 사단자법으로 도전율(IACS%)을 조사했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
제작한 각 시료의 스트립재 중, 폭 4 mm의 스트립재를 이용하여 절곡 시험, 충격 시험을 행하여, 파단되기까지의 절곡 횟수(회), 충격에 의해 파단될 때의 에너지(J/m)를 조사했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
절곡 시험은 이하와 같이 행한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 평점간 거리 L이 30 mm인 시료(S)(스트립재)를 반으로 접는다(검은색 화살표 참조). 반으로 접는 것에 의해 근접한 시료(S)의 단부간의 간격 C가 시료(S)의 두께 0.05 mm의 2배(여기서는 0.1 mm)와 같아지도록 절곡한다. 반으로 접은 시료(S)를 펼쳐서 원래로 되돌린다(흰색 화살표 참조). 이 접기와 되돌리기의 일련의 조작을 1회로 하여, 파단되기까지의 횟수를 조사한다. 횟수가 많을수록 파단되기 어렵다고 할 수 있다.
충격 시험은 이하와 같이 행한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 평점간 거리 L이 1 m인 시료(S)의 선단에 추(w)를 부착하고(도 4의 좌측도), 추(w)를 1 m 상측으로 들어 올린 후(도 4의 중간도), 자유 낙하시킨다(도 4의 우측도). 이 조작으로 시료(S)가 단선되지 않는 최대의 추(w)의 중량(kg)을 측정하고, 이 중량에 중력 가속도(9.8 m/s2)와 낙하 거리 1 m를 곱한 값을 낙하 거리로 나눈 값(J/m 또는 (Nㆍm)/m)의 크기로 내충격성을 평가한다. 충격치가 클수록, 내충격성이 우수하여 파단되기 어렵다고 할 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이 Mg 및 Si를 특정 범위에서 함유하는 특정한 조성의 Al-Mg-Si계 합금으로 구성된 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두, 인장 강도가 100 MPa 이상 220 MPa 이하를 만족시키고, 또한 도전율이 50% IACS 이상이고, 고강도이며 도전성도 우수하다는 것을 알 수 있다. 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두 인장 강도가 120 MPa 이상이고, 대부분의 시료가 130 MPa 이상이다. 또한, 시료 No.1-1∼No.1-11 중 대부분의 시료는, 도전율이 55% IACS 이상, 나아가 56% IACS 이상이다. 그리고, 이들 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두, 얇고 폭이 좁은 스트립재이지만, 굴곡되거나 충격을 받거나 한 경우에 파단되기 어렵다는 것을 알 수 있다. Mg가 과도하게 많은 시료 No.1-101은, 도전율이 매우 낮을 뿐만 아니라(45% IACS 미만), 파단되기 쉽다는 것을 알 수 있다. Si가 과도하게 적은 시료 No.1-102는, 인장 강도가 과도하게 낮아(여기서는 100 MPa 미만, 더욱 나아가 MPa 이하), 파단되기 쉽다는 것을 알 수 있다. 연화 처리를 하지 않은 시료 No.1-103은 인장 강도가 과도하게 높아(여기서는 220 MPa 초과, 나아가 300 MPa 이상), 파단되기 쉽다는 것을 알 수 있다. 첨가 원소가 과도하게 적은 시료 No.1-104는 인장 강도가 과도하게 낮아(여기서는 100 MPa 미만, 나아가 90 MPa 이하), 파단되기 쉽다는 것을 알 수 있다.
이 시험에서는, 두께 0.1 mm 이하, 폭 10 mm 이하의 얇고 폭이 좁은 스트립재에 대하여, 굽힘 반경이 시료의 두께 이하인 굽힘을 행하고 있지만, 나아가 반복하여 굽힘을 행하고 있지만, 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두 절곡 횟수가 5회 이상으로, 파단되기 어렵다는 것을 알 수 있다. 여기서, 예컨대 리튬 이온 이차 전지 등의 전력 저장 디바이스에 구비하는 리드 도체를 소정의 형상으로 절곡하여 외부의 부재에 고정한 경우, 그 후의 제조 과정에서, 이 절곡 부분을 펼치는 조작은 통상적으로 없다. 그러나, 상기 전력 저장 디바이스를 구비하는 휴대 기기류를 낙하하거나 하여 리드 도체가 충격을 받은 경우에, 상기 절곡 부분을 펼치는 것 같은 힘이 가해질 가능성이 있다. 시료 No.1-1∼No.1-11의 얇고 폭이 좁은 스트립재는 모두, 반복 굽힘에 의해서도 파단되기 어렵기 때문에, 리튬 이온 이차 전지 등의 전력 저장 디바이스의 리드 도체에 이용되어 낙하 등의 충격을 받은 경우에도 파단되지 않아, 소정의 절곡 형상을 양호하게 유지할 수 있는 것이 기대된다.
또한, 이 시험에서는, 두께 0.1 mm 이하, 폭 10 mm 이하의 얇고 폭이 좁은 스트립재에 대하여, 2.0 J/m 이상과 같은 큰 충격 하중을 받은 경우라도 파단되기 어렵다는 것을 알 수 있다. 이러한 내충격성이 우수한 시료 No.1-1∼No.1-11의 얇고 폭이 좁은 스트립재는 모두, 리튬 이온 이차 전지 등의 전력 저장 디바이스의 리드 도체에 이용되어 낙하 등의 충격을 받은 경우라도, 파단되기 어려운 것이 기대된다. 나아가 이러한 내충격성이 우수한 특정 조성의 시료군의 얇고 폭이 좁은 스트립재는, 전술한 바와 같은 소정의 형상으로 절곡된 상태에서 충격을 받은 경우에도 파단되기 어려운 것이 기대된다.
이러한 결과가 얻어진 이유의 하나로서, 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두, 인장 강도가 특정 범위를 만족시키는 것에 더하여, 내력이 높고, 나아가 신도도 우수한 것을 생각할 수 있다. 구체적으로는, 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두, 0.2% 내력이 40 MPa 이상, 나아가 50 MPa 이상이고, 대부분의 시료는 60 MPa 이상이며, 파단 신도가 5% 이상, 나아가 6% 이상이다. 다른 이유의 하나로서, 시료 No.1-1∼No.1-11은 모두, 미세한 결정 조직을 갖고 있는 것, 특히 Ti 및 B의 적어도 하나를 특정 범위에서 함유하는 시료는, 보다 미세한 결정 조직을 갖고 있는 것을 생각할 수 있다. 시료 No.1-1∼No.1-11의 단면을 광학 현미경으로 관찰하여 결정 입경을 조사한 바, 모든 시료의 평균 결정 입경이 50 ㎛ 이하이며, Ti나 B를 함유하는 시료에서는 더욱 미세한 결정이었다. 평균 결정 입경은, JIS G 0551(강-결정립도의 현미경 시험 방법, 2005년)에 준거하여 절단법에 의해 구한다.
그 밖에, 이 시험으로부터 이하의 것을 알 수 있다.
ㆍMg나 Si의 함유량을 특정 범위 내에서 많게 하거나, 또는 Cu 등의 특정한 첨가 원소를 특정 범위에서 함유하거나 함으로써, 인장 강도나 내력을 보다 높이기 쉽다.
ㆍ얇고 폭이 좁다 하더라도, 고강도로 파단되기 어렵고, 도전성도 우수한 스트립재는, 특정한 성분으로 함과 함께 소성 가공과 열처리의 조건을 제어함으로써 제조할 수 있다.
예컨대, 동일한 조성인 시료 No.1-4와 시료 No.1-103을 비교하면, 소성 가공재에 연화 처리를 행함으로써, 고강도이며 신도도 우수한 것을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 동일한 조성인 시료 No.1-4와 시료 No.1-5를 비교하면, 적절한 시기에 시효 처리를 행함으로써, 강도가 보다 우수한 것을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
[시험예 2]
시험예 1에서 제작한 시료 No.1-11의 조성의 알루미늄 합금으로 이루어진 스트립재를 이용하여 수지 부착 리드 도체의 모의 시료를 제작하여, 확산 저항치와 수지의 접합 강도를 조사했다.
수지 부착 리드 도체의 모의 시료는, 이하와 같이 제작했다.
표 1에 나타내는 시료 No.1-11의 조성의 알루미늄 합금판(Mg : 0.48 질량%, Si : 0.19 질량%, Ti : 0.02 질량%, B : 0.005 질량%, 두께 0.05 mm)을 폭 10 mm, 길이 45 mm로 절단하여 얇고 폭이 좁은 스트립재를 제작하고, 표 3에 나타내는 표면 처리를 하고 나서 또는 표면 처리를 하지 않고, 수지를 접합한다.
표면 처리를 하는 시료는, 스트립재의 표리면의 전면에 표면 처리를 하고(표리면 전면이 표면 처리부이다), 스트립재의 단부면 및 측면에는 표면 처리를 하지 않았다. 또, 상기 시료는 절단전의 알루미늄 합금판의 표리면에 표면 처리를 한 후, 스트립재로 절단해도 좋다.
표 3에 나타내는 표면 처리의 상세한 것은 이하와 같다.
ㆍ화성 처리 I, III, IV는, 아이오노머를 형성할 수 있는 시판하는 화성 처리액을 이용한 화성 처리로 하고, 화성막의 평균 두께가 표 3에 나타내는 값(10 nm, 30 nm, 300 nm)이 되도록 화성 처리액의 침지 시간을 조정한다.
ㆍ화성 처리 II는, 시판하는 처리액을 이용한 크로메이트 처리이다.
ㆍ조면화 I, II는, 시판하는 알칼리계 에칭액을 이용한 에칭 처리로 하고, 평균 피트 깊이가 표 3에 나타내는 값(1 ㎛, 0.5 ㎛)이 되도록 에칭 시간을 조정한다.
ㆍ베마이트 I, II는, 95℃의 순수를 이용한 베마이트 처리로 하고, 표 3에 나타낸 바와 같이 처리 시간이 상이하다(15분간, 20초간).
ㆍ알루마이트 I, II는, 황산 수용액을 이용한 양극 산화 처리로 하고, 알루마이트층의 평균 두께가 0.5 ㎛가 되도록 처리 시간을 조정한다. 알루마이트 I에서는, 양극 산화 후에 구멍을 밀봉 처리하지 않고, 알루마이트 II에서는, 양극 산화 후에 구멍을 밀봉 처리한다.
ㆍ블라스트는, 시판하는 공기식 블라스트 장치를 이용하여, 표 3에 나타내는 조건(쇼트재 : #120의 알루미나 입자, 압력 : 0.3 MPa)으로 행하는 블라스트 처리이다.
전술한 표면 처리를 한 각 시료 No.2-11∼No.2-18, No.2-112∼No.2-114의 스트립재, 및 표면 처리를 하지 않은 시료 No.2-111의 스트립재의 표리면에 수지를 접합한다.
각 시료에서의 접합하는 수지는, 산변성 폴리프로필렌으로 이루어진 접착층(두께 25 ㎛)과, 산변성 폴리프로필렌을 가교한 표면층을 구비하는 이중 구조의 수지 필름을 이용한다. 각 시료의 스트립재의 표리면을 사이에 끼우도록, 시료마다 2장의 수지 필름을 이용한다.
각 시료에 이용하는 수지 필름마다의 표면층의 두께는, 접착층과 표면층의 합계 두께가 표 3의 「수지 두께」가 되도록 조정한다.
각 시료의 스트립재의 표리면에서의 소정의 영역을 제외하고, 2장의 수지 필름으로 스트립재를 사이에 끼우고, 열프레스에 의해 수지 필름을 스트립재의 표리면에 접합한다. 접합 조건은, 가열 온도 : 260℃, 압력 : 0.2 MPa, 가열 시간 : 10초이다. 이 공정에 의해, 스트립재의 일부가 수지로부터 노출된 수지 부착 리드 도체의 모의 시료를 얻을 수 있다.
확산 저항치의 측정에 이용하는 모의 시료에서는, 스트립재에 있어서 리드선을 접속하는 한쪽 가장자리 영역(도 5에서는 상단 가장자리쪽의 영역에서 10 mm×길이 10 mm)을 수지 필름으로부터 노출시킨다. 각 수지 필름은 25 mm×길이 45 mm이다.
수지의 접합 강도의 측정에 이용하는 모의 시료에서는, 스트립재에 있어서, 양쪽 가장자리 영역을 수지 필름으로부터 노출시킨다(도 7에서는 좌우측 가장자리 영역). 각 수지 필름은 5 mm×길이 60 mm이다.
(확산 저항치)
도 5에 나타낸 바와 같이, 리드 도체의 본체를 모의한 스트립재(S1)와 수지층(S22)을 구비하는 모의 시료(SS1)와, 대극(302)과, 전해액(304)을 이용하여 전기 화학 측정 셀(300)을 구축하고, 전해액(304)에 모의 시료(SS1)를 소정 시간 침지한 후에 교류 임피던스 스펙트럼을 이용하여 확산 저항치를 산출한다(특허문헌 1도 참조). 그 결과를 표 3에 나타낸다.
모든 시료에 있어서, 대극(302)은, Al을 99.999 질량% 포함하는 순알루미늄으로 이루어진 선재(직경 0.5 mm×길이 50 mm)로 한다. 대극(302)에는, 전해액(304)에 대한 내성을 충분히 가지며, 또한 전위 안정성이 우수한 여러가지 것을 적절하게 이용할 수 있다.
모든 시료에 있어서, 전해액(304)은, 리튬 이온 이차 전지의 전해액에 이용되고 있는 것으로 한다. 여기서는, 전해질이 LiPF6(전해질의 몰농도 : 1 mol/L), 용매가 EC:DMC:DEC=1:1:1(V/V%)의 혼합 유기 용매인 것(키시다 화학 주식회사 제조 전해액)으로 한다. EC는 에틸렌카보네이트, DMC는 디메틸카보네이트, DEC는 디에틸카보네이트, V/V%는 체적비를 의미한다.
도 5에 나타낸 바와 같이 모의 시료(SS1) 및 대극(302)에 각각 리드선을 접속하고, 양 리드선을 다시 교류 임피던스 스펙트럼의 측정 장치(310)에 접속한다. 바닥이 있는 통형상의 용기에 전해액(304)을 충전하고, 각 모의 시료(SS1)의 수지층(S22)만이 전해액(304)에 접촉하고, 스트립재(S1)에서의 리드선의 접속 개소가 전해액(304)에 접촉하지 않도록, 각 모의 시료(SS1)를 전해액(304)에 침지함과 함께 대극(302)을 전해액(304)에 침지한다. 이렇게 함으로써, 전기 화학 측정 셀(300)을 구축한다.
전술한 전기 화학 측정 셀(300)을 항온조(도시하지 않음)에 넣고, 전해액(304)의 온도를 60℃로 유지하고, 이 침지 상태를 1주일(1 W, 168시간) 유지한다.
1주일 후, 각 모의 시료(SS1)의 교류 임피던스 스펙트럼을 전해액(304) 중에서 측정하고, 측정한 교류 임피던스 스펙트럼으로부터 확산 저항치를 산출한다.
확산 저항치(바르부르크 임피던스)는, 도 6에 나타내는 등가 회로를 이용한 시뮬레이션에 의한 해석을 이용하여 산출한다. 등가 회로는, 확산 저항치를 W로 할 때, 확산 저항치 W에 직렬인 전하 이동 저항 Rp와, 확산 저항치 W와 전하 이동 저항 Rp에 병렬하는 정전 용량 C와, 이 병렬 회로에 직렬하는 전해액 저항 Rs에 의해 표시된다.
교류 임피던스 스펙트럼의 측정 조건은, 진폭 : 25 mV, 측정 주파수 범위 : 100 kHz∼100 mHz이다.
측정 주파수(=교류 임피던스 스펙트럼의 측정점)는, 주파수의 변화량이 10배가 될 때마다 10점으로 하고, 대수 스케일로 주파수를 바꿔, 교류 임피던스 스펙트럼을 측정한다. 이 예에서는, 교류 임피던스 스펙트럼의 측정수는, 100 kHz∼10 kHz에서 10점, 전체로 60점이다. 각 측정 주파수에서의 교류 임피던스 스펙트럼의 각 데이터를, 전술한 등가 회로를 이용한 시뮬레이션에 의해 재현하여, 도 6에 나타내는 등가 회로의 각 파라미터를 어림한다. 이 시뮬레이션의 결과를 이용하여 확산 저항치를 산출한다.
교류 임피던스 스펙트럼의 측정 장치, 교류 임피던스 스펙트럼의 측정 소프트웨어, 해석 소프트웨어에는, 시판하는 것을 이용하여, 교류 임피던스 스펙트럼을 자동적으로 측정, 해석할 수 있다.
예컨대, 측정 장치는, VersaSTAT4-400+VersaSTAT LC(프린스턴 어플라이드 리서치사), 측정 소프트웨어는 VersaStudio(프린스턴 어플라이드 리서치사), 해석 소프트웨어는 Zview(Scribner Associates Inc.) 등을 이용할 수 있다.
(수지의 접합 강도)
도 7에 나타내는 리드 도체의 본체를 모의한 스트립재(S1)와, 그 표리면에 각각 접합된 수지 필름(S22a), 수지 필름(S22b)을 구비하는 모의 시료(SS2)의 전체를 전해액에 소정 시간 침지한 후, 이하와 같이 하여 필 강도를 측정한다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
전해액은, 확산 저항치의 측정에 이용한 것과 동일한 것(키시다 화학 주식회사 제조 전해액)을 이용한다. 항온조를 이용하여 전해액의 온도를 80℃로 유지하고, 이 침지 상태를 1주간(1W=168시간), 4주간(4W), 8주간(8W) 유지한다.
소정의 침지 시간 경과 후(여기서는 1W 후 또는 4W 후 또는 8W 후), 전해액으로부터 모의 시료(SS2)를 꺼내고, 도 8의 좌측도에 나타낸 바와 같이 한쪽의 수지 필름(S22a)과 스트립재(S1)를 절단하여 둘로 분할한다(분할편(S1s), 분할편(S1l), 필름편(la), 필름편(sa)). 모의 시료(SS2)는 한쪽의 분할편(S1s)의 길이보다, 다른 한쪽의 분할편(S1l)의 길이가 충분히 길어지도록 분할한다.
분할된 분할편(S1l), 분할편(S1s)은, 다른 한쪽의 수지 필름(S22b)에 접합되어 있다. 이 다른 한쪽의 수지 필름(S22b)을 도 8의 우측도에 나타낸 바와 같이, 긴 분할편(S1l)으로부터 짧은 분할편(S1s)이 떨어지도록 되접는다.
긴 분할편(S1l)과 짧은 분할편(S1s)을 시판하는 인장 시험 장치(도시하지 않음)에 파지시켜, 도 8의 우측도의 검은색 화살표에 나타낸 바와 같이 분할편(S1l), 분할편(S1s)이 떨어지는 방향(도 8의 우측도에서는 상하 방향)으로 인장한다. 인장하는 힘이 커짐에 따라, 다른 한쪽의 수지 필름(S22b)은 긴 분할편(S1l)으로부터 박리된다.
이 시험에서는, 다른 한쪽의 수지 필름(S22b)이 긴 분할편(S1l)으로부터 완전히 박리될 때까지의 최대의 인장력을 필 강도(N)로 하고, n=3의 평균치를 표 3에 나타낸다. 필 강도(N)가 클수록, 스트립재(S1)와 수지 필름(S22b)의 밀착성이 우수하다고 할 수 있다.
Figure pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이, Mg 및 Si를 특정 범위에서 함유하는 특정한 조성의 Al-Mg-Si계 합금으로 구성된 스트립재에 표면 처리를 함으로써, 특히 화성 처리, 베마이트 처리, 알루마이트 처리 및 에칭에서 선택되는 1종의 표면 처리를 하거나, 그 처리 조건을 조정하거나 함으로써, 수지층과의 밀착성이 우수하여, 확산 저항치가 큰 알루미늄 합금이 되는 것을 알 수 있다.
이 시험에서는, 시료 No.2-11∼No.2-18은 모두, 확산 저항치가 5×105 Ω/㎠ 이상이며, 대부분의 시료는 10×105 Ω/㎠ 이상이다. 또한, 시료 No.2-11∼No.2-18은 모두, 8W 후의 필 강도가 3 N 이상이고, 대부분의 시료는 4 N 이상이고, 나아가 5 N 이상의 시료도 많아, 장기간에 걸쳐 수지층이 박리되기 어렵다는 것을 알 수 있다. 이 점에서, 확산 저항치가 큰 이유의 하나로서, 수지층이 박리되지 않고 밀착되어 있어, 각 시료의 스트립재에서의 전해액과의 접촉 면적을 저감할 수 있는 것을 생각할 수 있다.
확산 저항치가 큰 시료 No.2-11∼No.2-18의 스트립재를 전력 저장 디바이스의 리드 도체에 이용한 경우, 스트립재의 구성 성분이 전해액에 용출되는 것을 저감할 수 있어, 전해액에 대한 내성도 우수한 것이 기대된다. 또한, 적절한 표면 처리 방법이나 처리 조건을 선택함으로써, 이러한 전해액에 대한 내성도 우수한 리드 도체를 얻을 수 있다고 할 수 있다.
시료 No.2-11∼No.2-18의 스트립재에 관해 표면 처리부의 산술 평균 거칠기 Ra(JIS B 0601, 2001년)을 시판하는 거칠기 측정기에 의해 측정한 바(평가 길이 3 ㎛, n=9의 평균치), 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다. 이와 같이 적절하게 조면화되어 있음으로써, 수지와의 밀착성이 우수하다고 생각된다.
본 발명은, 이들 예시에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 예컨대, 시험예 1, 2의 알루미늄 합금의 조성, 스트립재의 폭 및 두께, 표면 처리 방법, 처리 조건, 피복 수지층의 재질ㆍ두께 등을 적절하게 변경할 수 있다.
1 : 리드 도체 10 : 비수 전해질 전지
11 : 용기 110 : 금속층
112 : 내측 수지층 114 : 외측 수지층
13 : 세퍼레이터 14 : 정극
15 : 부극 16, 17 : 집전체
19 : 리드선 20 : 수지 부착 리드 도체
22 : 피복 수지층 220 : 접착층
222 : 표면층 300 : 전기 화학 측정 셀
302 : 대극 304 : 전해액
310 : 측정 장치 S : 시료
w : 추 SS1, SS2 : 모의 시료
S1 : 스트립재 S22 : 수지층
S1l, S1s : 분할편 S22a, S22b : 수지 필름
la, sa : 필름편

Claims (9)

  1. 정극과, 부극과, 전해액과, 이들을 수납하는 용기를 구비하는 전력 저장 디바이스에 이용되는 리드 도체로서,
    Si를 0.1 질량% 이상 1.2 질량% 이하 함유하고,
    Mg를, 질량비로 Mg/Si가 0.8 이상 2.7 이하, 또한 1.5 질량% 미만을 만족시키는 범위에서 함유하는 알루미늄 합금으로 구성되고,
    인장 강도가 100 MPa 이상 220 MPa 이하이며,
    도전율이 50% IACS 이상인 것인, 리드 도체.
  2. 제1항에 있어서, 0.2% 내력이 40 MPa 이상인, 리드 도체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 두께가 0.03 mm 이상 0.1 mm 이하, 폭이 1 mm 이상 10 mm 이하인, 리드 도체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 확산 저항치가 5×105 Ωㆍcm-2 이상인, 리드 도체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리드 도체의 표면의 적어도 일부에 화성 처리, 베마이트(boehmite) 처리, 알루마이트 처리 및 에칭 중에서 선택되는 1종이 실시된 표면 처리부를 구비하는, 리드 도체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은, Cu, Fe, Cr, Mn, Zn, Ni, Ag, 및 Zr 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0.005 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하는 것인, 리드 도체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은, Ti를 0.01 질량% 이상 0.05 질량% 이하 및 B를 0.001 질량% 이상 0.008 질량% 이하 중의 적어도 한쪽을 함유하는 것인, 리드 도체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리드 도체에서의 상기 용기와의 고정 영역에 접합되는 피복 수지층을 구비하고,
    상기 피복 수지층은 상이한 수지로 이루어진 다층 구조이며,
    상기 피복 수지층의 합계 두께가 20 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하인 것인, 리드 도체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 리드 도체를 구비하는 전력 저장 디바이스.
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