JPH11207470A - 電池とリード材の溶接構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の表面とリード材との溶接強度が高く、
電池パックや電気自動車の駆動源として有効な電池とリ
ード材の溶接構造体を提供する。 【解決手段】 電池１の表面１ａとリード材２の間にシ
リコーンオイル皮膜のような有機絶縁皮膜２を介装し、
パラレル式抵抗溶接法で製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池とリード材の溶
接構造体とその製造方法に関し、更に詳しくは、電池と
リード材との溶接強度が高く、また強度ばらつきが小さ
く、各種の電池パック、とりわけ電気自動車の駆動源と
して好適な電池とリード材の溶接構造体とそれを製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電気・電子機器の普及に伴い、そ
の駆動源である電池の複数個をパッケージして電池パッ
クとし、その電池パックを、直接、当該機器の中に組み
込むケースが急増している。また、最近、環境に優しい
クリーンな自動車として電気自動車が注目を集めている
が、その駆動源も複数個の電池をパッケージしたもので
ある。

【０００３】このように、複数個の電池をパッケージに
して実使用する場合、電池の充電または放電のために、
各電池の間やパッケージ端子と電池の間はリード材で電
気的に接続することが必要である。すなわち、電池の外
側表面、例えば蓋の部分や底部など電池容器の一部表面
にリード材を固定することが必要になる。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。

【０００４】まず、図７で示したように、電池容器１の
表面１ａ（図の場合は、電池容器の底部表面）に溶接す
べきリード材２が配置される。なお、電池容器１は従来
から例えば低炭素鋼板の表面にＮｉめっきを施したＮｉ
めっき鋼板で製造されており、また、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と電池容器１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。その結果、電池容器１の表面にリード材
が溶接・固定された電池とリード材の溶接構造体が得ら
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Ｎ
ｉ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
溶接強度はあまり高くならず、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、こ
の溶接構造体を収納する電池パックを電気・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、この溶接構造体を電気自
動車に搭載して実使用したときに、激しい振動などの外
力で溶接箇所が破損して走行停止を招くことにもなる。

【０００９】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。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、それでも満足すべき結果は得られていな
い。

【００１０】本発明は、電池容器、とりわけ、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
ド材を抵抗溶接して成る電池とリード材の溶接構造体に
おける上記した問題を解決して、電池容器とリード材の
間では高い溶接強度が安定して実現している新規な電池
とリード材の溶接構造体とその製造方法の提供を目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、パラレル
式抵抗溶接法の実施時に電池（容器）表面とリード材の
間に後述する有機絶縁皮膜を介在させると、電池とリー
ド材の間の溶接強度は高くかつ安定化するとの知見を
得、本発明の電池とリード材の溶接構造体およびその製
造方法を開発するに至った。

【００１２】すなわち、本発明の電池とリード材の溶接
構造体は、電池の表面とリード材とが、有機絶縁皮膜、
例えばシリコーンオイル，炭素数１５〜２０の直鎖炭化
水素の混合物，電気絶縁材料、または防錆剤のいずれか
１種から成る皮膜、とりわけ直鎖状シリコーンオイルの
皮膜を介して溶接されていることを特徴とする。また、
本発明においては、電池の表面にリード材を溶接する際
に、少なくとも溶接箇所の前記電池の表面または／およ
びリード材の表面に有機絶縁皮膜を成膜したのち、パラ
レル式抵抗溶接法で前記電池の表面にリード材を抵抗溶
接することを特徴とする電池とリード材の溶接構造体の
製造方法が提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の電池とリード材
の溶接構造体の１例Ａを示す一部切欠断面図である。図
１において、電池１の容器表面１ａ（図では底部表面）
とリード材２の間には２つのナゲット５，５が形成され
ていることによって電池とリード材が溶接されている。
そして、前記した容器表面１ａとリード材２の裏面２ｂ
との間には、前記ナゲット５，５の箇所を除いては後述
する有機絶縁皮膜６が介在しており、このことが本発明
の溶接構造体Ａにおける最大の特徴をなす。

【００１４】有機絶縁皮膜６は、容器表面１ａとリード
材２の裏面２ｂとの間に絶縁層として介在することによ
り、パラレル式抵抗溶接法の実施時に溶接電極直下の抵
抗値を高めて、通電時の発生ジュール熱をこの絶縁皮膜
６が存在しないときよりも大きくまたは適正化し、もっ
て容器表面１ａとリード材２の間で形成されるナゲット
５，５を大きくし、その結果、高くかつ安定した溶接強
度の実現を可能にしているものと考えられる。

【００１５】上記したような有機絶縁皮膜の効果は、当
該皮膜が容器表面とリード材の間に存在する限り発揮さ
れる。しかし、その厚みが過度に厚くなると、用いる皮
膜用材料の種類によっても異なるが、パラレル式抵抗溶
接法の実施時における絶縁抵抗が大きくなりすぎて良好
なナゲット形成は困難になり、溶接強度が高くならな
い。このようなことから、皮膜が例えば後述するシリコ
ーンオイル皮膜の場合には、当該皮膜の厚みは平均値で
１００nm以下に設定することが好ましい。より好ましく
は６０〜９０nmである。

【００１６】このような働きをする有機絶縁皮膜の構成
材料としては、シリコーンオイル，例えば流動パラフィ
ンのような炭素数１５〜２０の直鎖炭化水素の混合物、
例えばロジン，エステルガムで変性したフェノール樹脂
やアルキルフェノール樹脂のような電気絶縁材料、また
は各種の防錆剤などを好適例としてあげることができ
る。

【００１７】これらのうち、シリコーンオイルは、絶縁
性が良好で、しかも広い温度範囲で粘度変化が少なく取
り扱いが容易であるので好適である。とくに、ジメチル
シリコーンオイル，メチルフェニルシリコーンオイル，
ポリメチルシロキサンジオール，メチルハイドロジエン
シリコーンオイルなどの直鎖状シリコーンオイルは常温
で液体であり、後述する製造方法において電池容器やリ
ード材への塗布作業が容易に行えるので好適である。

【００１８】この溶接構造体は次のようにして製造する
ことができる。まず、有機絶縁皮膜の構成材料を、電池
容器の表面または／およびリード材の表面に塗布する。
塗布は、電池容器やリード材の表面全体に行ってもよい
が、溶接すべき箇所にのみ部分的に行ってもよい。な
お、このとき、構成材料を適宜に溶媒で希釈することに
より、塗布作業を円滑に行えるように適正な粘度に調整
して塗布し、その後、塗膜に乾燥処理を施して溶媒を揮
散せしめることが好ましい。厚みが均一な塗膜の形成、
したがって厚みにばらつきのない有機絶縁皮膜の成膜が
可能になるからである。

【００１９】また、形成する有機絶縁皮膜の厚みは次の
ようにして変化させることができるからである。すなわ
ち、溶媒の量を変えて構成材料の濃度が異なる材料溶液
を調製してそれを塗布すればよい。例えば、構成材料が
高濃度である材料溶液を用いれば厚い皮膜を形成するこ
とができ、逆に低濃度の材料溶液を用いれば形成される
皮膜は薄くなるからである。

【００２０】その後、電池容器の所定の表面箇所にリー
ド材を配置したのち、前記したパラレル式抵抗溶接法で
両者を抵抗溶接すればよい。このとき、ナゲットが形成
される箇所では、有機絶縁皮膜は高熱により熱分解除去
されるが、それ以外の箇所では、電池の容器表面とリー
ド材との間に残存して、図１で示したような溶接構造体
となる。

【００２１】

【実施例】実施例１ まず、ＴＳＦ４５１（商品名、東芝シリコーン（株）製
のジメチルシリコーンオイル，粘度約１０００cst）を
ｎ−ヘキサンに溶解して前記ジメチルシリコーンオイル
の濃度が異なる複数種の希釈溶液を調製した。

【００２２】一方、厚み０.３mmの低炭素鋼板（炭素濃
度０.０５〜０.１％）の表面に厚み約３μｍのＮｉめっ
きが施されているＮｉめっき鋼板から成る電池容器のＡ
ＡＡサイズ電池を用意し、また、厚み０.１５mmの低炭
素鋼板（炭素濃度０.０５〜０.１％）の表面に厚み約３
μｍのＮｉめっきが施されているリード材を用意した。

【００２３】電池の底部表面の中央に、前記した希釈溶
液のそれぞれを１０μＬ滴下したのち、ベンコットン紙
で底部表面の全体になじませ、余分な希釈溶液は拭き取
った。ついで、室温下に約２時間放置して溶媒のｎ−ヘ
キサンを揮散せしめ、底部表面に厚みが異なるジメチル
シリコーンオイル皮膜を形成した。得られた各皮膜の厚
みはフーリエ変換赤外吸光分析装置を用いて測定した。

【００２４】そして、図７で示したように、各電池の底
部表面１ａに前記リード材２を配置し、溶接電極（先端
３ａの直径１.５mm）で２.２７kgfの加圧力を印加し、
溶接電流１.７ｋＡで０.０１秒分間のパラレル式抵抗溶
接を行ってリード材２を電池容器に溶接した。ついで、
図８で示したように、電池１の底部表面４ａに溶接され
ているリード材２の一端２ｃをチャック７で把持し、こ
のチャック７を引張試験器８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は常に一定となるよう
にし、かつ試験器８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。

【００２５】その結果を、電池容器の表面に形成されて
いる皮膜の厚みと溶接強度との関係図として図２に●印
で示した。なお、比較のために、皮膜を形成することな
く、直接、電池容器の表面にリード材を抵抗溶接したこ
とを除いては、実施例と同様の条件で両者を溶接し、そ
のときの溶接強度を測定した。その結果を図中では○と
して示した。

【００２６】実施例２ 用いたシリコーンオイルが、ＴＳＦ４３４（商品名、東
芝シリコーン（株）製のメチルフェニルシリコーンオイ
ル，粘度約２００cst）であったことを除いては、実施
例１と同様の仕様で電池とリード材を溶接し、両者の溶
接強度を測定した。

【００２７】その結果を●印として図３に示した。図３
中の○印は実施例１で説明した比較例の結果である。図
２および図３から次のことが明らかである。 （１）電池容器の表面にシリコーンオイル皮膜を形成し
てリード材を抵抗溶接すると、皮膜を形成しない場合に
比べて明確に、溶接強度の向上が実現されている。しか
も、その強度ばらつきは０.５〜１.５kgf程度になって
いる。

【００２８】（２）皮膜の厚みが増加するにつれて溶接
強度は高くなって行くが、厚みが１００nmを超えると逆
に溶接強度の低下していくことが認められる。これは、
皮膜の絶縁抵抗が大きくなりすぎてナゲットの形成に難
点が生じていることを示している。このようなことか
ら、皮膜の厚みは１００nm以下、とくに、４０〜８０nm
程度にすることが好適であることがわかる。

【００２９】実施例３ 実施例１で用いた希釈溶液を用いて実施例１と同様にし
て実施例１で用いたリード材の両面に厚みが異なるジメ
チルシリコーンオイル皮膜を形成した。なお、各リード
材において、両面に形成されている皮膜の厚みは同じで
ある。電池容器の表面にはシリコーンオイル皮膜を形成
することなく、その電池容器の表面に上記したリード材
を実施例１の場合と同様の条件で抵抗溶接し、それぞれ
の場合の溶接強度を測定した。

【００３０】その結果をリード材の両面に形成されてい
る皮膜の厚みの合計厚みと溶接強度の関係として●印で
図４に示した。図４中の○印は実施例１で示した比較例
の結果である。 実施例４ 用いたシリコーンオイルが、ＹＦ３０５７（商品名、東
芝シリコーン（株）製のポリメチルシロキサンジオー
ル、粘度約３０００cst）であったことを除いては、実
施例３と同様にしてリード材の両面に皮膜を形成し、そ
れを、皮膜が形成されていない電池表面に抵抗溶接し、
両者の溶接強度を測定した。

【００３１】その結果を●印として図５に示した。図５
中の○印は実施例１で説明した比較例の結果である。図
４および図５から明らかなように、リード材にシリコー
ンオイル皮膜を形成した場合であっても、その厚みが増
加するにつれて溶接強度は高くなる。しかし、両面の厚
みの合計が１２０nmを超えるようになると、逆に溶接強
度は低下している。このようなことから、リード材に形
成する皮膜の厚みは１２０nm以下、とりわけ６０〜１０
０nm程度に設定することが好適であることがわかる。

【００３２】実施例５ ジメチルシリコーンオイルに代えて、ＪＩＳ Ｋ ９０
０３試薬に準ずる流動パラフィン（炭素数１５〜２０の
直鎖炭化水素の混合物）を用い、これをアセトンで希釈
して各種の希釈溶液を調製し、そしてこの溶液を用いた
ことを除いては実施例１の場合と同様にして電池とリー
ド材を抵抗溶接し、両者の溶接強度を測定した。その結
果を図６に示した。

【００３３】図６から明らかなように、皮膜材料として
流動パラフィンを用いた場合でも良好な溶接強度を得る
ことができる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
電池とリード材の溶接構造体は、電池表面とリード材と
の間にシリコーンオイル皮膜を好適例とする有機絶縁皮
膜を介装した状態でパラレル式抵抗溶接法によって製造
されるので、電池表面とリード材との間の溶接強度は、
従来に比べて大幅に高くなる。

【００３５】したがって、この溶接構造体に外力が加わ
っても溶接部の破損は起こりづらいため、例えば電気自
動車の駆動源として搭載することも可能になり、その工
業的な用途分野は広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池とリード材の溶接構造体例Ａを示
す一部切欠断面図である。

【図２】実施例１における皮膜の厚みと溶接強度の関係
を示すグラフである。

【図３】実施例２における皮膜の厚みと溶接強度の関係
を示すグラフである。

【図４】実施例３における皮膜の厚みと溶接強度の関係
を示すグラフである。

【図５】実施例４における皮膜の厚みと溶接強度の関係
を示すグラフである。

【図６】実施例５における皮膜の厚みと溶接強度の関係
を示すグラフである。

【図７】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８】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 １ａ 電池（容器）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 ３ 溶接電極 ３ａ 溶接電極３の先端 ４ 電源 ５ ナゲット ６ シリコーンオイル皮膜（有機絶縁皮膜） ７ チャック ８ 引張試験器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 佳代 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の表面とリード材とが、有機絶縁皮
   膜を介して溶接されていることを特徴とする電池とリー
   ド材の溶接構造体。
2. 【請求項２】 前記電池の電池容器は、Ｎｉめっき鋼板
   から成る請求項１の電池とリード材の溶接構造体。
3. 【請求項３】 前記有機絶縁皮膜が、シリコーンオイ
   ル，炭素数１５〜２０の直鎖炭化水素の混合物，電気絶
   縁材料、または防錆剤のいずれか１種から成る請求項１
   の電池とリード材の溶接構造体。
4. 【請求項４】 前記有機絶縁皮膜が、直鎖状シリコーン
   オイルから成る請求項１の電池とリード材の溶接構造
   体。
5. 【請求項５】 電池の表面にリード材を溶接する際に、
   少なくとも溶接箇所の前記電池の表面または／およびリ
   ード材の表面に有機絶縁皮膜を成膜したのち、パラレル
   式抵抗溶接法で前記電池の表面にリード材を抵抗溶接す
   ることを特徴とする電池とリード材の溶接構造体の製造
   方法。