(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコイン型またはボタン型の端子付電気化学セルにおいて、
前記端子付電気化学セルの溶接部分の材質と前記端子の溶接部分の材質がステンレスであり、
前記端子付電気化学セルの外径は、３．８ｍｍ〜４．８ｍｍであり、
前記端子の厚みは、０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍであり、
負極缶あるいは正極缶に接続される前記端子の溶接点直径を前記端子付電気化学セルの直径で割った値で示される比が、０．１０〜０．２０であり、かつ前記端子の溶接部分の厚みを前記端子付電気化学セルの溶接部分の厚みで割った値で示される比が、０．４〜１．０であること特徴とするコイン型またはボタン型の端子付電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部回路と接続するための端子を有したコイン型またはボタン型の電気化学セルに関するものである。特に、端子と電気化学セルの溶接に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来コインまたはボタン型の電気化学セルにおいては、回路基板にはんだ付けされることを目的に端子が取り付けられている。溶接は、抵抗溶接法やレーザー溶接法によるスポット溶接が行われている。その場合の溶接点の直径については考慮されたものはなかった。
【特許文献１】特開昭６２−２６８０５５号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開昭６２−２８３５５４号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】実開昭６１−７０３６６号公報（第１図）
【特許文献４】実開昭６２−１５７０６０号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
コインまたはボタン型の電気化学セルは、携帯機器に用いられることが多い。このため、電気化学セルには振動や落下による外力が加わる環境下においての信頼性が要求される。
【０００４】
一方、コインまたはボタン型の電気化学セルは、携帯機器の基板回路に端子をはんだ付されて使用される。一般に端子と電気化学セルの結合は、端子を電気化学セルに溶接することで行なわれている。このため、電気化学セルと端子の溶接強度あるいは接着強度が十分に高いことが望まれる。電気化学セルと端子に必要とされる溶接強度は電気化学セルの重量により異なり、直径の大きなすなわち重量が重い電気化学セルほど強度が必要である。
【０００５】
電気化学セルと端子の溶接強度は、電気化学セルの溶接面と端子の溶接面との間（溶接界面）の融解面積によって決定される。このため、溶接強度を上げる目的からは溶接界面の融解面積は大きい方が望ましい。更に回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルに限定した本発明においてはその仕様から、溶接界面の融解面積は端子表面の溶接点面積にほぼ等しい。
【０００６】
一方、溶接強度を上げるために溶接界面の融解面積、すなわち端子表面の溶接点面積を大きくすると、電気化学セル内部に加わる熱量が大きくなり、電気化学セル内部の電解質の分解・蒸発などにより電気化学セルの電気特性が劣化を生じる。この熱による電気化学セルの電気特性劣化の程度は同じ熱量であれば電気化学セルの大きさにより異なり、大きなセルほど劣化を受けにくい。このため、電気化学セルの大きさによらず、最適な溶接界面の融解面積が存在する。特に、直径４ｍｍ以下の小型の電気化学セルは内容積が非常に小さいため、溶接時の熱による電池特性劣化が生じ易く問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルにおいて、負極缶あるいは正極缶に溶接される端子の溶接点直径を電気化学セルの直径で割った値で示される比を、０．１０〜０．２０としている。
【０００８】
更に、コインまたはボタン型の電気化学セルと端子の溶接方法をレーザー溶接で行なうことが望ましい。
【０００９】
また、電気化学セルの溶接部分の材質と前記端子の溶接部分の材質が金属であり、かつ端子の厚みを電気化学セルの溶接部分厚みで割った値で示される比が、０．４〜１．０であると本発明は更に有効である。  
【００１０】
更に、電気化学セルの溶接部分材質及び前記端子の溶接部分の材質がステンレスであり、かつ前記電気化学セルの溶接部分の厚み及び前記端子の厚みが０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍであることが望ましい。
【００１１】
また、コインまたはボタン型の電気化学セル内の電解質は有機電解質溶液であることが好ましい。
【００１２】
更に、より好ましくは、コインまたはボタン型の電気化学セルの直径が４ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルにおいて、負極缶あるいは正極缶に接続される端子の溶接点直径を電気化学セルの直径で割った値で示される比を、０．１０〜０．２０している。本比が０．１０より小さいと溶接点が小さすぎて端子と電気化学セルの間に十分な溶接強度が得られず、また本比が０．２より大きいと溶接の熱が電気化学セル内部に伝わることにより電気特性の劣化を起こす。
【００１４】
更に、コインまたはボタン型の電気化学セルと端子の溶接方法をレーザー溶接で行なうことで、電気化学セル内部への熱影響を下げることができる。
【００１５】
また、電気化学セルの溶接部分の材質と端子の溶接部分の材質が金属であり、かつ端子厚みを電気化学セルの溶接部分厚みで割った値で示される比が、０．４〜１．０としている。本比が０．４よりも小さいと端子の融解部分に端子が蒸発したホールが発生して溶接強度が得られず、また本比を１．０より大きくすると溶接に必要な熱が端子と電気化学セル面に十分に伝わらず端子電気化学セル界面の融解部面積が小さくなり十分な溶接強度が得られない。  
【００１６】
更に、電気化学セルの溶接部分材質及び前記端子の溶接部分の材質がステンレスであり、かつ前記電気化学セルの溶接部分の厚み及び前記端子の厚みが０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍとしている。本厚みが０．０７ｍｍよりも小さいと端子の融解部分に端子が蒸発したホールが発生して溶接強度が得られず、かつ端子強度または電気化学セル本体の強度が得られない。また本厚みが０．１５ｍｍより大きいと、溶接に必要な熱が端子と電気化学セル面に十分に伝わらず端子電気化学セル界面の融解部面積が小さくなり十分な溶接強度が得られない。
【００１７】
また、コインまたはボタン型の電気化学セルに有機電解質溶液を用いることで、本発明は更に有効である。
【００１８】
更に、コインまたはボタン型の電気化学セルの直径が４ｍｍ以下の時に、本発明は有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
電気化学セルへの端子溶接は、電気化学セルに端子を密着させ、端子の電気化学セルとの反対面からレーザー光、熱あるいは超音波などを加えて端子と電気化学セルの溶接界面を融解させることで行なわれる。このため、溶接界面の融解面積は、レーザー光、熱などを加えた端子面に溶接によりできる溶接点の面積に比例する。この端子の溶接点の面積と溶接界面の融解面積は端子溶接部分の材質と厚みと、電気化学セルの溶接部分の材質と厚みで決定される。このため、回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルに特定した本発明においては、端子溶接部分の材質、厚みと電気化学セルの溶接部分の材質、厚みは用途から限定されるので、溶接界面の融解面積は、端子表面の溶接点面積の代表特性と成り得る。
【００２０】
電気化学セルのケース材質は、電気化学的な耐食性、軽量性、強度等から、特定のステンレスが適している。当然ながら、ケース内容積が大きく取れることが望ましいので、ステレス厚みは電気化学セルの強度が取れる範囲でなるべく薄いことが望ましい。
【００２１】
一方、コインまたはボタン型の電気化学セルは樹脂製ガスケットを介して金属の正極缶と金属の負極缶を合わせ、正極缶をかしめることにより樹脂製ガスケットを変形させることで電池を形成している。このため電池の金属缶の厚みは、樹脂製ガスケットの反発力に長期的に絶えること、また電気化学セル内の電解液の圧力に耐え得ることが必要である。
【００２２】
さらに、電気化学セルに端子を溶接する場合、電気化学セル内部への熱影響を最小とし、電気化学セルに電気特性劣化を防ぐことが必要である。電気化学セル内に熱を加えることなく端子を溶接するためには、端子材質を電気化学セルと同じ材質とし、端子厚みは電気化学セルの溶接部の厚みと同じか、少し薄くすることが望ましい。
【００２３】
以上の制約条件から、前記電気化学セルの溶接部分材質及び前記端子の溶接部分の材質のほとんどはステンレスであり、かつ前記電気化学セルの溶接部分の厚み及び前記端子の厚みは０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍが適切である。
【００２４】
このため、実際に電気化学セルに端子を溶接したときには、端子強度を決定する端子と電気化学セルの溶接界面の融解面積と、端子の溶接界面との反対面にある溶接点の面積は、ほぼ同じ面積を示すことになる。そこで、本発明では溶接界面の面積の代表特性値として、端子の溶接点面積を用いた。
【００２５】
図１に本発明の端子付電気化学セルを実装した場合の回路基板側となる方向から見た図を示した。側面図を図２に示した。電気化学セル以下のように作成した。負極缶１０４の内側に負極電極剤を、正極缶１０６の内側に正極電極剤を接着し、負極電極時と正極電極剤の間にセパレータを載置した。さらに電気化学セル内に有機電解液を注入し、樹脂製のガスケット１０５を挟んで負極缶１０４と正極缶１０６を重ね合わせ、正極缶１０６をかしめることで電気化学セルを作成した。次に電気化学セルの負極缶１０３底面に負極端子１０３を、正極缶１０６底面に正極端子１０７を溶接した。電気化学セルに溶接する負極端子１０３あるいは正極端子１０７の端とは反対側の端には、めっき層１０８、１０９が付けられている。電気化学セルは、はんだのめっき層１０８、１０９を介し回路基板１１０にはんだ付けされ固定されている。
【００２６】
電気化学セルがはんだ付けされた回路基板に振動が加わったとき、電気化学セルと端子の溶接界面の融解点１０２に力が加わる。この、溶接界面融解点の直径は、端子の溶接点１０１の直径にほぼ等しい。
【００２７】
電気化学セルと端子の溶接強度は、溶接界面の融解点１０２の面積すなわち端子の溶接点１０１の面積に比例する。従って、溶接強度を得るためには、溶接点１０１の直径を大きくすれば良いことになる。
【００２８】
一方、溶接点１０１の直径を大きくすれば、溶接界面の融解点１０２の直径も大きくなり、電気化学セル内に流れ込む熱量も大きいことになる。電気化学セル内部が加熱されると、電解質が分解あるいは蒸発することで電気化学セルの内部抵抗上昇、電気容量劣化、漏液など電気特性の劣化や漏液を起こす。
【００２９】
そこで、種々のレーザー溶接条件で、電気化学セルの電気特性の劣化と溶接強度の検討を行なった結果、端子の溶接点の直径を電気化学セルの直径で割った比が、０．１０〜０．２０の範囲にあれば最適であることを見出した。
【００３０】
また、端子厚みを電気化学セルの溶接部分厚みで割った値で示される比が、０．４〜１．０の範囲が好ましいことも見出した。本比が０．４よりも小さいと端子の融解部分に端子が蒸発したホールが発生して溶接強度が得られず、また本比を１．０より大きくすると溶接に必要な熱が端子と電気化学セル面に十分に伝わらず端子電気化学セル界面の融解部面積が小さくなり十分な溶接強度が得られなかった。
【００３１】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３２】
実施例１は電気化学セルはステンレス厚み０．１ｍｍ、端子はステンレス厚み０．１ｍｍとしΦ３．８の電気化学セルで溶接試験を行なった。ＹＡＧレーザーを用いて出射エネルギーとパルス幅を変えて、溶接点の直径を工具顕微鏡で計測した。溶接の前後において、電池の交流抵抗（１ｋＨｚ）を計測し、電池の内部抵抗の上昇で電池特性の劣化を観察した。更に、溶接強度は、負極端子の強度を測定する場合は、電気化学セルの負極を上に固定して負極端子を上方向に引っ張り、端子が外れるまでの強度を測定した。溶接点は正負極それぞれ１点と３点とし、溶接点の直径は平均値で示した。
【００３３】
結果を表１に示した。
【００３４】
【表１】
0004688435.tif 000002
この電気化学セルと端子においては、、溶接点直径／電気化学セル直径が０．０８では１点あたりの溶接強度が１ｋｇｆ程度であり、不十分である。さらに、溶接点直径／電気化学セル直径を０．１０まで上げると溶接強度は２ｋｇｆ程度まで上がり、溶接点直径／電気化学セル直径比をそれ以上大きくしても溶接強度は安定した値を示す。更に溶接点直径／電気化学セル直径の比を０．２より大きくすると、溶接後に内部抵抗が高くなり、溶接の際の熱により電気化学セルが劣化したことがわかる。
【００３５】
このため、この電気化学セルと端子においては、最適な溶接点直径／電気化学セル直径は０．１０〜０．２０の間であることがわかる。
【実施例２】
【００３６】
実施例２の電気化学セルはステンレス厚み０．１ｍｍ、端子はステンレス厚み０．０７ｍｍとしΦ４．８の電気化学セルで溶接試験を行なった。溶接方法と評価方法は実施例１と同様である。
結果を表２に示した。
【００３７】
【表２】
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表２は、表１と電気化学セルと厚みと端子厚みが異なるが、溶接点直径／電気化学セル直径の比と溶接前後の内部抵抗及び溶接強度を比較すると表１とまったく同じ傾向を示している。即ち、溶接点直径／電気化学セル直径の比が０．０８では溶接強度が安定せず、０．２２では内部抵抗上昇が激しい。このため、溶接点直径／電気化学セル直径の比が０．１０〜０．２０が最適溶接条件であることがわかる。
【００３８】
本実施例に示すように、回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルにおいては、端子を電気化学セルに溶接によって取り付ける際に、端子の溶接点を電気化学セルの直径で割った比が０．１０〜０．２０とする条件で溶接することで、電気特性の劣化のなくかつ端子溶接強度に優れた電気化学セルを供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の端子付電気化学セルの底面図である。
【図２】本発明の端子付電気化学セルの側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１  溶接点
１０２  溶接界面の融解点
１０３  負極端子
１０４  負極缶
１０５  ガスケット
１０６  正極缶
１０７  正極端子
１０８  めっき層
１０９  めっき層
１１０  回路基板
【図１】
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【図２】
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