(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉめっき鋼板から成る電池容器にパラレル式抵抗溶接法で溶接される電池用リード材であって、前記リード材が、基材と、前記基材の表面のうち、少なくとも前記電池容器に溶接される方の表面に、電気めっき法で形成されたＮｉ−Ｓｎ系合金層とから成ることを特徴とする電池用リード材。
【請求項２】
前記基材と前記Ｎｉ−Ｓｎ系合金層の間に、Ｎｉ単体，Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｃｕ単体、または、Ｃｕ−Ｓｎ合金から成る下地層が介在している請求項１の電池用リード材。
【請求項３】
前記Ｎｉ−Ｓｎ系合金層が、Ｎｉ：２５〜６０重量％，Ｓｎ：４０〜７５重量％のＮｉ−Ｓｎ２元合金から成る請求項１または２の電池用リード材。
【請求項４】
複数個の電池を請求項１〜３のいずれかの電池用リード材で接続したことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池用リード材に関し、更に詳しくは、Ｎｉ板またはＮｉ合金を主成分とするＮｉ合金めっき鋼板から成る電池容器に抵抗溶接したときに、当該電池容器との間で高い溶接強度を安定した状態で得ることができる電池用リード材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル・カドミウム二次電池，ニッケル・水素二次電池，リチウム二次電池などの二次電池において、それぞれの発電要素を収容する電池缶とその電池缶に液密に封着される電池蓋から成る電池容器の材料としては、一般に、低炭素鋼板の表面をＮｉめっき層で被覆して成るＮｉめっき鋼板が使用されている。
【０００３】
一方、各種の携帯用電気・電子機器の普及に伴い、それらの駆動源である電池の複数個から成る電池パックを、直接、当該機器に組み込むケースが急増している。その場合には、電池の充電または放電のために、電池パックの端子と電池の間、また各電池の間をリード材で接続して電池容器の表面にリード材を固定することが必要になる。
【０００４】
また、１個の電池を充放電制御回路などと一緒にパッケージした電池パックについても同様のことがいえる。
そして、電池とリード材の接続に関しては、一般に、次に説明するようなパラレル式抵抗溶接法が適用されている。
まず、図４で示したように、電池容器１の表面１ａ（図の場合は、電池容器の底面）に溶接すべきリード材２が配置される。なお、リード材２としては、従来から、Ｎｉ単体の小片や、電池容器１の場合と同じようなＮｉめっき鋼板が広く使用されている。
【０００５】
リード材２の表面２ａには、先端３ａが小径になっている２本の溶接電極３，３が所定の間隔を置いて平行配置される。そして、これら溶接電極３，３からリード材２に所定の加圧力を印加してリード材２の裏面２ｂと電池容器１の表面１ａを密着させる。
この状態で電源４から所定値の溶接電流を通電する。溶接電流は一方の溶接電極からリード材２に入力し、その一部はリード材２を通って他方の溶接電極から電源４に帰還し、残余の溶接電流は溶接電極の先端３ａの直下に位置する箇所を中心にしてリード材２の厚み方向に流れて電池容器１の表面１ａに至り、ついで電池容器１を通って他方の溶接電極の先端３ａの直下に位置する箇所を中心にしてリード材２の厚み方向に流れて他方の溶接電極から電源に帰還していく。
【０００６】
この過程で、各溶接電極の直下付近に位置するリード材の裏面２ｂと正極端子の表面１ａとの接触界面ではジュール熱が発生し、その接触界面近傍における両部材が一部溶融してナゲットを形成し、両部材が点溶接されることにより、リード材２は電池容器１に固定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池容器がＮｉめっき鋼板から成り、またリード材がＮｉ単体やＮｉめっき鋼板から成る場合、両者を上記したパラレル式抵抗溶接法で溶接すると、次のような問題の起こることが指摘されている。
すなわち、電池容器とリード材との溶接強度を高くすることはかなり困難であり、またそのための条件も狭く、しかも溶接作業ごとに得られる溶接強度がばらつくという問題である。
【０００８】
この溶接強度が高くないということは、電池パックを電気・電子機器に組み込んで実使用したときに、例えばそれら機器を落とした場合、その衝撃で溶接箇所が破損して機器の機能喪失を招くことにもなる。
また、溶接強度がばらつくということは、通常、溶接作業はライン工程で連続的に行われていることを考えると、製造されてきた電池とリード材の溶接構造体における溶接信頼性を低めることでもある。
【０００９】
このようなことから、溶接電流や溶接時間などの溶接条件の最適化を企て高い溶接強度を安定して得るための努力がなされているが、それでも必ずしも満足すべき結果は得られていない。
本発明は、Ｎｉめっき鋼板から成る電池容器にパラレル式抵抗溶接法でリード材を抵抗溶接するときにおける上記した問題を解決して、高い溶接強度を安定して得ることができる新規な電池用リード材の提供を目的とし、またそれを用いた電池パックの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記した問題を解決するために鋭意研究を重ねる過程で、問題解決の方向を溶接条件の最適化に求める方向ではなく、リード材の材質そのものに向ける研究を行い、その結果、後述するリード材を用いると、Ｎｉめっき鋼板から成る電池容器との間で高い溶接強度を安定して実現することができるとの知見を得、本発明のリード材を開発するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の電池用リード材は、Ｎｉめっき鋼板から成る電池容器にパラレル式抵抗溶接法で溶接される電池用リード材であって、前記リード材が、基材と、前記基材の表面のうち、少なくとも前記電池容器に溶接される方の表面に電気めっき法で形成されたＮｉ−Ｓｎ系合金層とから成ることを特徴とする。
また、本発明においては、複数個の電池が前記電池用リード材で接続されている電池用パックが提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の電池用リード材は、溶接対象の相手材がＮｉめっき鋼板から成る電池容器であるときに使用される。そして、少なくとも前記電池容器に溶接される箇所が後述するＮｉ−Ｓｎ系合金層になっていることを最大の特徴とする。
以下に、本発明の電池用リード材の好適例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の好適なリード材の１例の断面構造を示す断面図である。
【００１３】
このリード材２は、基材２Ａとその表面を被覆するＮｉ−Ｓｎ系合金層２Ｃで構成されるか、または基材２Ａと、基材２Ａの表面を被覆する下地層２Ｂと、その下地層２Ｂの表面を被覆するＮｉ−Ｓｎ系合金層２Ｃで構成されており、これらはいずれも導電性を備えていることはいうまでもない。
ここで、基材２Ａはリード材全体の強度を確保すると同時に、リード材の実使用時における電流が流れる主要通路として機能する。この基材２Ａの材料としては、適正な強度と良好な導電性を備え、かつ、めっき処理が可能な材料であれば何であってもよく、例えば、低炭素鋼，Ｎｉなどをあげることができるが、入手が容易かつ安価であるということから低炭素鋼で構成することが好ましい。
【００１４】
なお、基材２Ａによっては、基材２Ａの上に形成されるＮｉ−Ｓｎ系合金層２Ｃが前記基材２Ａの表面から剥離しないために、またＮｉ−Ｓｎ系合金のめっきを安定して行うために、中間層として下地層２Ｂを設けてもよい。この下地層２Ｂの材料としては、この上に形成される層がＮｉ−Ｓｎ系合金層であるということからして、Ｎｉ成分を含有する材料であることが好ましく、例えばＮｉ単体の層，Ｎｉ−Ｆｅ合金の層などをあげることができる。また、Ｎｉを含まないが、Ｃｕ単体の層，Ｃｕ−Ｓｎ合金の層などの使用も可能である。
【００１５】
この下地層２Ｂは、電気めっき法，真空蒸着法，スパッタ法などの常用の成膜法を基材１の表面に適用して容易に形成することができる。これら成膜法のうち、とくに電気めっき法は、膜質，成膜コストの点や生産性の点で好適である。
電気めっき法で下地層２Ｂを形成する場合には、その下地層の構成元素を含む所定のめっき浴を建浴し、それを用いて所定の条件下で電気めっきを行えばよい。
【００１６】
この下地層２Ｂの厚みが厚くなりすぎると、成膜時に層内に蓄積する歪みが大きくなって下地層にワレなどが発生することもあり、逆に薄すぎると、前記した中間層としての機能低下を招くようになるので、その厚みは０.２〜１０μｍ程度であることが好ましい。
なお、前記したように、Ｎｉ−Ｓｎ系合金層２Ｃを基材２Ａの表面に密着した状態で直接形成できる場合には、この中間層２Ｂは必ずしも必要ではない。
【００１７】
Ｎｉ−Ｓｎ系合金層２Ｃは、抵抗溶接時に相手材である電池容器の表面と接触しその接触界面で大きなジュール熱を発生して安定したナゲットを形成するために寄与し、もってリード材と電池容器との間で安定した高い溶接強度を実現するための層である。
この層２Ｃを構成するＮｉ−Ｓｎ系合金は、ＮｉとＳｎをその主成分とする合金である。
【００１８】
その場合に、ＮｉとＳｎの組成比は、合金の融点や比抵抗との関係で適宜に選択されるが、Ｓｎの組成比が高すぎると、理由は不明であるが、溶接強度が低くなり、また逆にＳｎの組成比が低すぎると、脆くなりすぎるという問題が生ずるとともにコスト高を招く。このようなことを勘案すると、Ｓｎの組成比は４０〜７５重量％に規制することが好ましい。
【００１９】
このＮｉ−Ｓｎ系合金層２Ｃは、電気めっき法を基材１の表面に適用して形成する。電気めっき法は、成膜コストの点や生産性の点に加え、優れた膜特性を容易に得ることができるという点で好適である。
電気めっき法でＮｉ−Ｓｎ系合金層を形成する場合には、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）のようなＮｉ源と塩化第１すず（ＳｎＣｌ２・２Ｈ２Ｏ）のようなＳｎ源とが所定の濃度比になっているめっき浴を建浴し、それを用いて所定の条件下で基板２Ａの表面に電気めっきを行えばよく、また後述するように基材２Ａの上に下地層２Ｂを設けている場合は下地層２Ｂの上に電気めっきを行えばよい。
【００２０】
このとき、Ｎｉ−Ｓｎ系合金層３の厚みが厚くなりすぎると、Ｎｉ−Ｓｎ組成比，めっき条件によっては成膜時に層内に蓄積する歪みが大きくなって当該Ｎｉ−Ｓｎ系合金層にワレなどの発生することもあると同時に、コスト面での問題が発生し、逆に薄すぎても高い溶接強度を安定して実現することが困難になるので、その厚みは０.１〜１０μｍ程度、より好ましくは０.２〜８μｍ程度にすることが好ましい。
【００２１】
【実施例】
厚み０.１５mm，幅５.０mm，長さ３０mmの低炭素鋼板（炭素濃度０.０８％）を基材として用意した。
一方、硫酸ニッケル２４０ｇ／Ｌ，塩化ニッケル４５ｇ／Ｌ，ホウ酸３０ｇ／Ｌ、サッカリン１.５ｇから成るめっき浴を建浴し、ｐＨ４.０，浴温４５℃，電流密度４Ａ／dm2の条件で前記基材の全面に厚み３μｍのＮｉめっき層を下地層として形成した。
【００２２】
更に、塩化ニッケル３００ｇ／Ｌ，塩化第１すず５０ｇ／Ｌ，酸性フッ化アンモニウム３５ｇ／Ｌ，フッ化ナトリウム２５ｇから成るめっき浴を建浴した。そして、前記Ｎｉめっき層の片面をマスキングして上記めっき浴に浸漬し、浴温６５℃，電流密度２.５Ａ／dm2の条件で前記片方のＮｉめっき層の上に厚み０.３μｍのＮｉ−Ｓｎ合金めっき層を形成して図１で示した本発明のリード材を製造した。なお、このＮｉ−Ｓｎ合金めっき層は、Ｎｉ：３５重量％，Ｓｎ：６５重量％の組成であった。
【００２３】
なお、比較例として、上記Ｎｉ−Ｓｎ合金めっき層を形成することなく、表面が前記下地層になっているものを用意した。
一方、電池容器が、厚み０.３mmの低炭素鋼板（炭素濃度０.０４％）の表面に厚み３〜３.５μｍのＮｉめっきが施されたものであるＡＡＡサイズ電池を３０個用意した。
【００２４】
そして、図４で示したように、各電池の底部表面に前記リード材を配置し、溶接電極で２２Ｎ（２つの溶接電極に加わる力の和）の加圧力を印加し、溶接電流１.６ｋＡ，１.７ｋＡでそれぞれパラレル式抵抗溶接を行ってリード材２を電池容器に溶接した。なお、ここで、２つの溶接電極に加わる力は略均等となるようにした。
【００２５】
ついで、図５で示したように、電池１の底部表面に溶接されているリード材２の一端２ｃをチャック５で把持し、このチャック５を引張試験器６で引き上げて前記リード材２を引き剥がす試験を行った。このとき、リード材２と電池１の底部表面とがなす角度θおよび相対位置関係は常に一定となるようにリード材２，電池１および引張試験器６の位置関係を調整し、かつ試験器６による引張強さは一定の速さで増加するようにして引き剥がし試験を行い、リード材２が電池１の底部表面から完全に引き剥がされたときの引張強さを測定しそれを溶接強度とした。その結果を図２と図３に示した。
【００２６】
図２は溶接電流が１.６ｋＡのときの結果、図３は溶接電流が１.７ｋＡのときの結果であり、各図において、斜線の棒グラフは本発明のリード材を用いた場合、白抜きの棒グラフは比較例のリード材を用いた場合を示している。
図２と図３から明らかなように、本発明のリード材を用いてパラレル式抵抗溶接を行うと、当該リード材の溶接強度は、従来の比較例リード材の場合に比べて、全体として高くなり、しかも安定した値になっている。
【００２７】
本発明の電池パックは、以上説明した電池用リード材を溶接して複数個の電池を互いに接続したものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のリード材は、それをＮｉめっき鋼板製の電池容器にパラレル式抵抗溶接法で接続したときに、高い溶接強度を安定して実現することができる。そのため、例えば電池パックをライン生産するときの溶接信頼性は高くなり、不良パックの製造は減少して製造コストの低減を企てることができる。
【００２９】
また、本発明の電池パックは、電池とリード材との溶接強度が高くなっているので、衝撃などの外力を受けても損壊することが起こりづらく、信頼性の高い電池パックになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリード材の好適例を示す断面図である。
【図２】溶接電流１.６ｋＡにおけるリード材と電池容器との溶接強度の度数分布を示すグラフである。
【図３】溶接電流１.７ｋＡにおけるリード材と電池容器との溶接強度の度数分布を示すグラフである。
【図４】パラレル式抵抗溶接法を説明するための概略図である。
【図５】溶接強度の測定法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１    電池容器
１ａ  電池容器１の表面
２    リード材
２ａ  リード材２の表面
２ｂ  リード材２の裏面
２ｃ  リード材２の一端
２Ａ  リード材２の基材
２Ｂ  リード材２の下地層
２Ｃ  リード材２のＮｉ−Ｓｎ系合金層
３    溶接電極
３ａ  溶接電極３の先端
４    電源
５    チャック
６    引張試験器
【図１】
0003885342.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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