(57)【要約】【課題】電気化学セルに取り付けられた端子のＰｂフリーハンダメッキとしてＳｎめっき等が検討されているが、レーザー溶接により端子を電気化学セルに取り付けて場合、Ｓｎめっきからウィスカが発生しやすいという課題があった。【解決手段】ウィスカの発生がレーザー溶接時の熱の影響によることを突き止め、下地のＮｉまたはＮｉ合金めっきを最適化することによりウィスカの発生を抑制した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的リードを取るための端子が取り付けられたコインまたはボタン型の電気化学セルにおいて、負極缶と正極缶の少なくとも一方に接続される端子には、表面層としてＳｎまたはＳｎ合金層が施され、前記表面層の下に下地層としてＮｉ層またはＮｉ合金層が設けられたことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記端子が負極缶と正極缶の少なくとも一方にレーザー溶接により接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記下地層の厚さが０．３から５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記表面層の厚さが１から７μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記下地層が、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記表面層が、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記端子の厚さが０．０７から０．２５ｍｍであり、レーザー溶接時の溶け込み部分の端子表面に位置する径が０．３から０．６ｍｍで、溶け込み部分の深さが０．１から０．３ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記ＮｉまたはＮｉ合金層の厚さが０．３μｍであり、前記ＳｎまたはＳｎ合金層から最も近いレーザー溶接点までの距離が前記端子の厚さの１０倍以上であることを特徴とする請求項２または７に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボタン型またはコイン型の電池及びキャパシタ等の電気化学セルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯機器の補助電源としてクロック及びメモリー機能のバックアップ用として用いられるコイン型、ボタン型の一次電池、二次電池及びキャパシタなどの電気化学セルは、電池に正負極のリードを取るための端子を取り付けて用いられるのが一般的である。
【０００３】
また、その端子形状も最近は部品の小型化が進み、端子用の穴が形成された取り付け基板に端子が差し込まれ、基板の裏側からハンダ付けするタイプが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、端子の付いた二次電池またはキャパシタを基板上にそのまま乗せ、端子先端部のハンダメッキ部を乗せた基板表面側からハンダ付けする表面実装タイプ（例えば、特許文献２参照）が主流となってきている。また、端子先端部のハンダメッキ部としてはＳｎ−Ｐｂ合金が主に用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６１−１８５６８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−４０１７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、耐環境問題の高まりにより、環境汚染物質の機器からの削減が求められている。そのため電気化学セルに取り付けられた端子先端部のハンダメッキからもＰｂをなくさなければならない。その対策としてＳｎめっき等が検討されているが、レーザー溶接により端子を電気化学セルに取り付けた場合、Ｓｎめっきからウィスカが発生しやすいという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のコイン、ボタン型の電気化学セルは、電気的リードを取るために、負極缶と正極缶の少なくとも一方に接続された端子を備えており、この端子の表面に下地層としてＮｉ層またはＮｉ合金層を、その上に表面層としてＳｎまたはＳｎ合金層を設ける構成とした。ここで、端子は負極缶と正極缶の少なくとも一方にレーザー溶接により接続されている。
【０００８】
さらに、下地層の厚みを０．３μｍから５μｍとした。また、表面層の厚さを１μｍから７μｍとした。
【０００９】
また、下地層が、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐのいずれかを含むこととした。表面層が、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕのいずれかを含むこととした。
【００１０】
さらに、端子の厚さを０．０７から０．２５ｍｍとし、レーザー溶接条件を溶け込み部分の端子表面に位置する径が０．３から０．６ｍｍで、溶け込み部分の深さが０．１から０．３ｍｍとして缶に端子を接続した。
【００１１】
また、下地層としてＮｉまたはＮｉ合金層の厚さを０．３μｍとし、表面層から最も近いレーザー溶接点までの距離が端子の厚さの１０倍以上であることとした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、電気化学セルに取り付けた端子に発生するウィスカがレーザー溶接時の熱の影響によることを突き止めたもので、レーザーの溶接条件によりウィスカを防止できないか検討した。また、表面層としてＳｎまたはＳｎ合金めっき、および下地層としてＮｉまたはＮｉ合金めっきが設けられた端子は、ウィスカが発生しにくいことを見出し、表面層、下地層の組成や厚さについて検討した。
【００１３】
【実施例】
Ｓｎのウィスカは再結晶温度の低い金属から発生する固体成長ウィスカであることが知られている。Ｓｎの再結晶温度は０から２５℃にあるため、レーザー溶接に伴う端子の温度変化によりウィスカが発生してしまう。そこで、レーザーでの熱と諸条件がウィスカにどう影響を及ぼすか調べた。端子には、幅４ｍｍ、長さ１０ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）に所定の下地めっきと、ＳｎまたはＳｎ合金をめっきしたものをＯＬＥ＿ＬＩＮＫ１用いたＯＬＥ＿ＬＩＮＫ１。この端子を、直径６．８ｍｍのボタン型電池にレーザー溶接により固着した。以下の実施例では、ステンレス板の厚み、下地めっきの種類と厚み、めっきの種類と厚み、レーザー溶接条件（溶け込み径、溶け込み深さ）を代えてウィスカの発生を評価した。ウィスカの評価は、溶接後１日および３０日後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し約３０μｍのウィスカがあるかないかを調べた。１日後の観察においては、溶接点からどのくらいの距離までウィスカが発生しているかを調べた。保管の温度は２３±３℃とした。
【００１４】
（実施例１〜４）
ステンレス板の厚みを０．１ｍｍ、下地めっきをＮｉ、その上のめっきを３μｍ厚のＳｎ、レーザー溶接条件を溶け込み径０．４ｍｍ・溶け込み深さ０．１２５ｍｍとし、下地めっきの厚みを代えたそれぞれの条件で試験後のウィスカ発生を評価した。この結果を表１に示す。また、比較例として下地めっきがＣｕの場合も示した。
【００１５】
【表１】
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下地にＣｕめっきを施した比較例１では、溶接後１日および３０日後ともウィスカが観察された。３０日後のウィスカは増加していた。一方、下地めっきのＮｉを０．２μｍと薄くした比較例２では、一日後にレーザー溶接点から３ｍｍまでのところにウィスカが観察された。これは、レーザー溶接時の熱によりウィスカが発生しやすくなったと考えられる。ウィスカは一般に５０℃前後の温度で発生しやすいといわれている。そこで、レーザー溶接点から１ｍｍおよび３ｍｍの地点に直径０．１ｍｍの熱電対をロウ付し溶接時の温度を測定したところ、１ｍｍのところで６０℃、３ｍｍのところで３８℃に温度が上昇した。
【００１６】
図１に本実施例の電気化学セルの側面図を示す。本実施例の電気化学セルは、ガスケット１０８を介して正極缶１０３と負極缶１０５で形成され、正極缶１０３と負極缶１０５にはそれぞれに正極端子１０４と負極端子１１０が接続されている。缶と端子はレーザー溶接点（１０１、１０２）にレーザーを照射することにより接続されている。その後、図示しない基板上に端子の接続される。
【００１７】
実施例１では、めっき層を構成するＮｉの厚さを０．３μｍとしている。レーザー溶接で温度の上がる１ｍｍまでの距離でウィスカが発生したものの、その後の保存でウィスカの発生はなかった。Ｎｉの厚さを０．３ｍｍとした場合は、レーザー溶接点とめっき層までの距離１０６を１ｍｍ以上とればよいことになる。この溶接条件においては、端子厚の約１０倍の距離を保てばウィスカが発生しなかった。実施例２から４のＮｉめっきを厚くした場合は、１日後、および３０日後もウィスカの発生はなかった。Ｎｉの厚さは、５μｍ以上でもかまわないがコストの兼ね合いで５μｍくらいまでが、効果的な厚さである。同様の試験を、Ｎｉめっきの代わりにＰを２〜９％含有するＮｉ−Ｐめっき、ＮｉにＢを１〜５％含有するＮｉ−Ｂめっきで行ったが、Ｎｉめっきの時とほぼ同様の効果が確認できた。
【００１８】
（実施例５〜８）
同様に、Ｓｎめっきの厚さについて検討した。この結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
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比較例３として、下地にＣｕめっきを用い、Ｓｎめっきを１０μｍ施した場合を示した。レーザー溶接後、溶接点近傍にウィスカが発生するだけで３０日保存でもその後のウィスカ発生はなかった。Ｃｕ下地の場合Ｓｎめっきを厚くすればウィスカは抑制できるが、コスト的に高くなり実用的ではなくなる。比較例４にＳｎめっきを０．５μｍにした場合を示した。レーザー溶接後、溶接点近傍にウィスカが発生するだけで３０日保存でもその後のウィスカ発生はなかったが、実際に電気化学セルにこの条件で取り付けてはんだ付けしたところ基板との密着強度が十分でなく実用に耐えないことがわかった。
【００２０】
実施例５から８のＳｎめっきを厚くした場合は、１日後、および３０日後もウィスカの発生はなかった。
【００２１】
同様の試験を、ＳｎにＢｉを２〜９％含有するＳｎ−Ｂｉめっき、ＳｎにＡｇを１〜５％含有するＳｎ−Ａｇめっき、ＳｎにＣｕを１〜５％含有するＳｎ−Ｃｕめっきで行ったが、Ｓｎめっきの時とほぼ同様の効果が確認できた。ただし、これらのＳｎ合金系のめっきは、厚くなると端子の曲げ加工時割れやすいため、膜厚の上限は７μｍであった。
【００２２】
（実施例９〜１２）
次に、ステンレス板の厚さとレーザー溶接条件について同様に検討した。ステンレス板の厚さが増えると溶接時のレーザー強度を増す必要がある。そのため溶接時の熱発生も大きくなる。この結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
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比較例５として、ステンレス板の厚さ０．０６ｍとした場合を示した。レーザー溶接後、ステンレス板厚が薄く、溶接点近傍の温度上昇が大きく、ウィスカが発生したものと考えられる。３０日保存のウィスカ発生はなかったが、実際に電気化学セルにこの条件で取り付けてはんだ付けしたところ、ステンレス板厚が薄く、基板落下試験で端子が折れ、実用に耐えないことがわかった。また、ステンレス板の厚さ０．３ｍとした場合を比較例６とした。ステンレス板が厚いためレーザー強度を上げ、板厚より溶け込み深さを深くする必要があった。そのため、溶け込み径は０．７ｍｍ、溶け込み深さは０．３３ｍｍとなった。強力なレーザー溶接のため、溶接点近傍の温度上昇が大きく、溶接点からの距離が３ｍｍまでの広範囲にわたりウィスカが発生したものと考えられる。３０日保存でそれ以上のウィスカ発生はなかった。
【００２４】
実施例９から１２ではステンレス板の厚さを０．０７から０．２５ｍｍまで変化させ、それに応じてレーザー溶接条件を最適化させて評価を行った。１日後、３０日後ともにウィスカの発生はなく良好な結果を示した。他のステンレス（ＳＵＳ４３０、４４４、３１６等）についても上記試験を実施したがほぼ同様の結果であった。
【００２５】
上述の各実施例では、めっきによる製膜方法について記載したが、同一組成の膜であれば同一の効果が期待できる。従って、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の製膜方法を用いても一向に問題はない。
【００２６】
本発明は、端子付電気化学セルに関するものであり、電気化学セル自体は、一次電池、二次電池、電気二重層キャパシタ等いずれでもかまわない。用途としては、電気化学セルを取り付ける電子回路基板を有するものであればよく、特に限定されるものではない。また、基板へのとりつけもはんだごてによるもの、リフローはんだ付けによるものでもよく特に限定されるものではない。
【００２７】
【発明の効果】
実施例に示したように、コインまたはボタン型の端子付電気化学セルに接続される端子の表面にＰｂを含まないＳｎまたはＳｎ合金層をもうけても、ウィスカの心配がなくなるものである。それにより、本発明の電気化学セルを搭載した機器が廃棄される場合の環境汚染を抑制することができる。また、ウィスカの発生がないため本発明の電気化学セル取り付けられた基板において、ウィスカが引き起こすショートサーキットが防止でき、機器の故障率を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気化学セルの側面図
【符号の説明】
１０１  レーザー溶接点
１０２  レーザー溶接点
１０３  正極缶
１０４  正極端子
１０５  負極缶
１０６  レーザー溶接点とめっき層までの距離
１０７  めっき層
１０８  ガスケット
１０９  めっき層
１１０  負極端子
【図１】
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