JP2014135169A - 非水電解質蓄電デバイス用のリード部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性の皮膜の除去が容易に行え、安定した電気接触面を有する非水電解質蓄電デバイス用のリード部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】表面処理により電気絶縁性の皮膜７が形成された平形導体の中間領域に、導体幅の両側から張出すように導体両面に絶縁樹脂フィルム５を貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用のリード部材とその製造で、絶縁樹脂フィルム５が貼られず露出している導体部分のうち、少なくとも非水電解質デバイス外に露出する導体部分の一部の皮膜が、レーザ照射により除去され、皮膜除去面８ａとされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、正電極、負電極及び電解液を積層フィルムからなる封入体に収納してなる非水電解質蓄電デバイス用のリード部材およびその製造方法に関する。

小型電子機器の電源として、例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質電池が用いられている。この非水電解質電池としては、正極板、負極板および電解液を、多層フィルムからなる封入体に収納し、正極板、負極板に接続したリード部材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。封入体を形成する多層フィルムは、通常、最内層フィルムと最外層フィルムとの間に、少なくともアルミニウム等の金属からなる金属箔層をサンドイッチ状に貼り合わせた密封性の高い多層フィルムが用いられている。また、リード部材は、正極側にアルミニウム導体が用いられている。

また、リチウムイオン電池などの非水電解質蓄電デバイスのリード部材の取り出し部は、電気絶縁体で密封封止されるが、長期の使用で非水電解質蓄電デバイス内に水分が浸入する。デバイス内に浸入した水分は電解液との反応によりフッ化水素酸を発生し、リード部材を腐蝕し密封形態を破壊して液漏れや特性の低下を招く。このため、例えば、特許文献１に開示されるように、リード部材の金属片の密封部分を表面処理（化成処理）することで皮膜層を形成し、耐フッ化水素酸性を高めることが知られている。

上記の表面処理により皮膜層を形成する場合、リード部材の金属片には製造工程の簡略性からマスキング等を行わず、金属片の全体に皮膜層を形成する場合がある。この場合、皮膜層は電気的に絶縁性であることから、リード部材として非水電解質蓄電デバイスに組み込んだ際に、電気抵抗が大きくなり、電流供給能力が低下する。これに対して、例えば、特許文献２には、リード部材の電池封入体（容器）の外部露出部分の絶縁性皮膜を表面研磨して除去し、電気接続することが開示されている。

特開２００６−１２８０９６号公報 特開２００５−２６８０３８号公報

特許文献２に開示のように、リード部材に形成され絶縁性皮膜を表面研磨で剥ぐことにより、リード部材の金属面の一部を露出させ、電気接触面の電気抵抗を小さくして導通状態を良好にすることが可能となる。しかしながら、これに用いる表面研磨は、砥石やヤスリ、紙ヤスリ、研磨剤等を用いて物理的に金属面を機械や手作業で擦ることになる。このため、研磨の状態は目視で判断され、スキルが要求される。そして、研磨し過ぎるとリード部材の機械的強度を低下させ、研磨不足は電気抵抗が大きく、安定した電気接触面を得ることができない。

本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、絶縁性の皮膜の除去が容易に行え、安定した電気接触面を有する非水電解質蓄電デバイス用のリード部材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による非水電解質蓄電デバイス用のリード部およびその製造方法は、表面処理による電気絶縁性の皮膜が形成された平形導体の中間領域に、導体幅の両側から張出すように導体両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用のリード部材とその製造で、絶縁樹脂フィルムが貼られず露出している導体部分のうち、少なくとも非水電解質デバイス外に露出する導体部分の一部の皮膜が、レーザ照射により除去されることを特徴とする。

本発明によれば、表面処理により形成された皮膜は、レーザ照射による熱で焼き飛ばされ（蒸散され）、導体表面を傷付けたり機械的強度を低下させることなく、電気導通が良好な安定した電気接触面を形成することができる。

本発明によるリード部材を非水電解質蓄電デバイスに封着した一例を示す図である。 本発明によるリード部材の概略を説明する図である。 本発明によるリード部材の製造方法の一例を説明する図である。

図１により、本発明によるリード部材が用いられる非水電解質蓄電デバイスの概略を説明する。図１（Ａ）は、非水電解質電池の外観を示す図、図１（Ｂ）はリード部材の封着状態を示す図である。図中、１は非水電解質電池、２は封入体、２ａは最内層フィルム、２ｂは金属箔層、２ｃは最外層フィルム、３は正極側のリード部材、３ａ〜３ｂは領域部分、４は負極側のリード部材、５は絶縁樹脂フィルム、６はシール部、７は絶縁性皮膜、８は平形導体（リード導体）、８ａ，８ｂは皮膜除去面、９は電極板リードを示す。

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、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）や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。電気二重層コンデンサでは正極側も負極側もリード部材の導体にはアルミニウムが使用される。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、通常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。

非水電解質電池１は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した積層電極群と電解液を、金属箔を含む多層フィルムからなる封入体２に収納し、図１（Ａ）に示すように、正極板に接続したリード部材３、負極板に接続したリード部材４を、絶縁樹脂フィルム５を介して封入体２のシール部６から密封封止した状態で取り出して構成される。封入体２の多層フィルムは、後述するように、少なくとも金属箔の両面に樹脂フィルムを貼り合わせて形成される。

封入体２は、非水電解質電池１の外装ケースとなるもので、例えば、矩形状の２枚の多層フィルム周辺のシール部６を、熱溶着によりシールすることにより密封される。リード部材３，４は、絶縁樹脂フィルム５が予め熱溶着により接合されている。この絶縁樹脂フィルム５と封入体２の多層フィルムとが熱融着されてリード部材３，４と多層フィルムとが密封される。

リード部材３，４は、厚さが０.０５ｍｍ〜０.５０ｍｍ程度の薄い導体箔を長方形状にカットして平形の導体８（以下、リード導体という）とし、このリード導体を封入体２からの取り出す中間領域に絶縁樹脂フィルム５を貼り付けて構成される。絶縁樹脂フィルム５は、リード導体８の両面に導体幅の両側から張出すようにして、リード導体の両面に貼り合わされる。この絶縁樹脂フィルム５は、リード導体８の導体長さよりは短く、胴体幅よりは広いものが用いられる。

絶縁樹脂フィルム５は、例えば、図１（Ｂ）に示すように、正極板に接続するリード部材３のリード導体８の両面に、接着または溶着する内側層５ａと封入体２と融着される外側層５ｂの２層で形成することができる。内側層５ａは、予め加熱溶融によりリード導体８に密着させて、導体界面における良好な密封封止を形成しておく。外側層５ｂは、内側層５ａのよりは融点の高いものが用いられ、リード導体８との密封封止時には溶融が生じないようにして形状を保持する。そして、封入体２とのシール時に、外側層５ｂと封入体２と融着させることで、封入体２内の金属箔２ｂとリード導体８が電気的に短絡が生じないようにすることができる。

封入体２を形成する多層フィルムは、少なくとも３層の積層体からなり、その最内層フィルム２ａは、電解液で溶解されずシール部６から電解液が漏出するのを防止するのに適したものとして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。金属箔層２ｂは、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属箔が用いられ、電解液に対する密封性を高めている。最外層フィルム２ｃは、薄い金属箔層２ｂを保護するためのもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で形成されている。

正極側のリード部材３のリード導体８は、高い電位がかかるため高電位で電解液に溶解しない金属材で、通常は、アルミニウムまたはチタンアルミニウム合金で形成される。
上記のアルミニウムからなるリード部材３は、図２に示すように３つの領域部分３ａ〜３ｃを有している。中間の領域部分３ｂは絶縁樹脂フィルム５を貼り付けた部分であり、上方の領域部分３ａは絶縁樹脂フィルム５が貼られず、非水電解質電池１の外側に露出する部分であり、下方の領域部分３ｃは絶縁樹脂フィルム５が貼られず、非水電解質電池１の内部に露出する部分である。

絶縁樹脂フィルム５が貼り付けられてリード導体が密封封止される中間領域３ｂは、耐フッ化水素酸性を高めるための耐フッ化水素酸性を高める皮膜７が施される。この皮膜７は、非水電解質電池内に浸入した水分と電解液との反応により発生するフッ化水素酸、リード部材を腐蝕し密封形態を破壊して液漏れや特性の低下を招くのを防止するためのものである。この皮膜７は、例えば、リード導体８がアルミニウムである場合、ベーマイト法、クロム酸塩法（クロミッククロメート）法、リン酸―クロム酸塩法、等の化成処理により形成することができる。

ベーマイト法は、ＪＩＳ金属表面処理用語に定められている用語の１つで、８０℃以上の温度でアルミニウムの表面に酸化皮膜を水和封孔処理して生成させる方法である。また、クロム酸塩法は、リード導体をクロム酸液に浸したり吹き付けて、リード導体の表面にクロム酸液をコートして化成処理し、水酸化クロム皮膜や水酸化アルミニウム皮膜を形成する方法である。リン酸―クロム酸塩法は、リード導体の表面をリン酸を含むクロム酸または重クロム酸水溶液を塗布、乾燥し、所定の温度で焼付けて、リン酸クロム皮膜、リン酸アルミニウム皮膜、ダイアポス皮膜等を形成する方法である。

上記のような化成処理により生成された皮膜７は、絶縁樹脂フィルム５を貼り付けた中間の領域部分３ｂのみに施されればよいが、所定の領域のみに形成するにはマスク処理などの特別な処理工程を要することから、リード導体８に全面に施される。しかし、皮膜７は電気的に絶縁性の皮膜であり、非水電解質電池１の外側に露出する領域部分３ａにおいては、試験測定や電池間あるいは外部装置への電気接続のために電気的導通を必要とする。また、非水電解質電池１の内部に露出する領域部分３ｃにおいては、電極リード９との電気接続が必要とされる。

本発明においては、上記の絶縁樹脂フィルム５が貼られず露出されている領域部分３ａ、３ｃのうち、少なくとも非水電解質電池１の外側に露出する領域部分３ａの皮膜７をレーザ照射により除去する。その皮膜除去面８ａは、領域部分３ａの全部である必要はなく、電気接続に供する部分、例えば、リード導体８の上端から露出面の１／２程度で、両面であっても片面のみであってもよい。

非水電解質電池１の内部に露出する領域部分３ｃの皮膜７も同様にレーザ照射により除去して、電極リード９を電気的に接続固定するための皮膜除去面８ｂとすることができる。ただ、電極リード９とリード導体８とは、超音波溶接等により溶着接続する場合、その時の振動や熱により皮膜７の部分が自動的に剥がれ、接続固定することができる場合もある。このような場合は、皮膜除去面８ｂの形成を省略するようにしてもよく、それ以外は、上記の如くレーザ照射により皮膜除去面８ｂを形成するのが望ましい。

レーザ照射による皮膜７の除去は、レーザの照射エネルギーにより皮膜７を焼成して蒸発飛散（蒸散）させる形態で除去するもので、皮膜７の厚さにかかわらず、レーザの照射エネルギーを調整することにより容易に行うことができる。そして、その皮膜除去面８ａ，８ｂは、皮膜７の蒸散であることから、研磨による除去と比べて導体面が傷つかず、スキルを必要とせずに良好な除去面を形成することができる。

なお、上記の如く皮膜７を除去しても、リード導体がアルミニウムである場合は、自然酸化によるアルミニウム酸化皮膜が形成される。しかし、この自然酸化による皮膜は、上述の化成処理による形成された皮膜７より極めて薄く、電気的導通を得るには問題にならない程度のものである。

図３は、上述したリード部材の製造方法の一例を説明する図である。図において、１１は平形導体、１２は皮膜、１３は絶縁樹脂フィルム、１４ａ，１４ｂは皮膜除去面、１５はレーザ、１５ａはレーザ光を示す。

まず、図３（Ａ）に示すように、リード部材のリード導体となる矩形状の平形導体１１が準備される。この平形導体１１は、例えば、圧延方向に添ってロール状に巻き取られた帯状の導体を、所定の導体幅寸法でカットして作られる。カットされた平形導体１１は、その表面を脱脂処理される。次いで、図３（Ｂ）に示すように、化成処理液槽に浸漬する等により、平形導体１１の全面に耐フッ化水素酸の皮膜１２を形成する。なお、皮膜１２の形成には、ベーマイト法、リン酸クロメート法などの各種の方法を用いることができる。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、皮膜１２が形成された導体の中間領域の両面に貼り付けられる絶縁樹脂フィルム１３が準備される。絶縁樹脂フィルム１３は、図３（Ｄ）に示すように、皮膜１２が形成された導体の中間部に熱融着により、導体幅の両側を完全に覆って張出すように貼り付けられる。なお、絶縁樹脂フィルム１３の上方と下方には、絶縁樹脂フィルム１３が貼り付けられない露出部とされる。

この後、図３（Ｅ）に示すように、絶縁樹脂フィルム１３が貼り付けられていない皮膜１２が露出した部分の所定の領域に、レーザ１５によるレーザ光１５ａが照射される。このレーザ光１５ａの照射により、照射部分の皮膜７が蒸散されて除去され、皮膜除去面１４ａ、１４ｂが形成され、電気導通のための接続面とされる。
なお、図３では、絶縁樹脂フィルム１３を貼り付けた後に、レーザ照射による皮膜の除去を行うことを示しているが、絶縁樹脂フィルム１３を貼り付ける前の、図３（Ｂ）の工程の次にレーザ１５を照射して、所定の領域の皮膜を除去するようにしてもよい。

上記のレーザ照射による皮膜除去による電気導通の状態を確認するための試験を行った。試験用の金属片としては、自動車バッテリー等に用いられるタブリードで、導体幅７０ｍｍ、長さ４５ｍｍの窒化アルミニウムの全面に化成処理により絶縁性皮膜を施したものを用いた。この金属片の端部から長さ方向に１０ｍｍ、幅方向５０ｍｍの領域にＹＡＧレーザ（キーエンス社製 ＭＤ−Ｖ９６１０）を照射して、上記の絶縁性皮膜を除去した。

電気導通試験には、４端子抵抗測定法（日置電機製 ＡＣミリΩハイテスタ３５６０）を用いた。この結果、皮膜除去部分では導通（抵抗値はほぼゼロ）であったが、皮膜を除去していない部分では導通がなかった（抵抗値は∞）。

１…非水電解質電池、２…封入体、２ａ…最内層フィルム、２ｂ…金属箔層、２ｃ…最外層フィルム、３…リード部材（正極側）、３ａ〜３ｂ…領域部分、４…リード部材（負極側）、５，１３…絶縁樹脂フィルム、６…シール部、７，１２…皮膜、８，１１…平形導体（リード導体）、８ａ，８ｂ、１４ａ，１４ｂ…皮膜除去面、９…電極板リード、９ａ…溶接部、１５…レーザ、１５ａ…レーザ光。

Claims (2)

1. 表面処理により電気絶縁性の皮膜が形成された平形導体の中間領域に、導体幅の両側から張出すように導体両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用のリード部材であって、
   前記絶縁樹脂フィルムが貼られず露出している導体部分のうち、少なくとも非水電解質デバイス外に露出する導体部分の一部の前記皮膜が、レーザ照射により除去されていることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス用のリード部材。
2. 表面処理により電気絶縁性の皮膜が形成された平形導体の中間領域に、導体幅の両側から張出すように導体両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなる非水電解質蓄電デバイス用のリード部材の製造方法であって、
   前記絶縁樹脂フィルムが貼られず露出している導体部分のうち、少なくとも非水電解質デバイス外に露出する導体部分の一部の前記皮膜を、レーザ照射により除去することを特徴とする非水電解質蓄電デバイス用のリード部材の製造方法。

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