JP2003019569A - 抵抗溶接方法、それを用いて製造された電池パック - Google Patents

抵抗溶接方法、それを用いて製造された電池パック

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Hiroshi Kubota
博士 久保田
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AT Battery KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Al材に、直接、他の金属材を溶接する抵抗
溶接方法と、それを適用した薄型の電池パックを提供す
る。 【解決手段】 高抵抗材料から成る溶接用台座10の上
に、箔状のAl材11と、Al以外の金属から成る箔状
の金属材12とをこの順序で重ね合わせ、金属材12の
上に一対の溶接電極13A,13Bを配置し、溶接電極
13A,13Bで金属材12を加圧しながら通電して金
属材12とAl材11を溶接する抵抗溶接方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は1度の溶接作業でA
l材と異種金属材との溶接が可能であるため、それを適
用することにより、従来に比べると少ない部品点数でか
つ少ない工程で扁平電池とその保護回路基板との一体化
構造物を製造することができる抵抗溶接方法と、前記一
体化構造物が組み込まれているので従来よりも薄型の電
池パックに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話や携帯型パソコンなどの
各種電子機器の小型化,軽量化が進んでいることに伴
い、それらの駆動電源に対しては、高エネルギー密度化
などの電池特性の向上に加え、更なる小型化,軽量化へ
の要望が強まっている。とりわけ、薄型化への要望は顕
著である。
【0003】このような要望に応えるべく、例えばLi
イオン二次電池の場合には、電解質としてポリマー固体
電解質のフィルムを用いた扁平電池の研究が進められて
いる。この扁平電池は、通常、舌片形状の箔状Al端子
が一体的に形成されている例えばAl箔の片面に例えば
LiCoO2を主成分とする合剤を塗布して成る正極
と、同じく舌片形状の箔状Ni端子が一体的に形成され
ている例えばNi箔の片面に例えば炭素材料を含む合剤
を塗布して成る負極との間に、ポリマー固体電解質のフ
ィルムを配置して発電要素を構成し、この発電要素の両
面を覆って正極と負極よりも外形寸法が大きい例えばA
lラミネートフィルムのような外装材が配置され、各外
装材の周縁部を熱融着することにより、前記発電要素が
封入された構造になっていて、その厚みは、通常、3〜
4mm程度である。
【0004】ここで、扁平電池の1つの形状例を図9に
示す。この扁平電池1では、上記した発電要素(図示し
ない)をその一方の端部から1枚の細長い外装材で包み
込み、上側に位置する外装材の側縁と下側に位置する外
装材の側縁とを熱融着して側縁封止部が形成され、また
発電要素の他端部側にそれぞれ位置する外装材の部分も
互いに熱融着して封止部が形成されている。そして、電
池全体の長手方向における一側に位置する周縁封止部1
aからは、舌片形状のAl端子2aと、同じく舌片形状
をしたNi端子2bとが引き出されている。
【0005】このように、この扁平電池1では、外装材
の熱融着により3個所の周縁封止部が形成されている
が、以後、これら周縁封止部のうち、電池全体の側部に
位置する周縁封止部を側部周縁封止部と呼び、正・負極
端子側の周縁封止部1aを端子側周縁封止部と呼ぶ。こ
の扁平電池1の場合、2個の側部周縁封止部1b,1b
は上方に折り曲げられている。したがって、端子側周縁
封止部1aには、折り曲げられた側部周縁封止部で形成
された衝立状の両側部と発電要素の側部とで囲まれたテ
ラス形状の空間部1cが形成されている。
【0006】そして実使用に際しては、上記した扁平電
池を例えばプラスチック製や金属製の電池ケースに収容
して外力による破損事故を防止するための処置が執られ
ている。その場合、電池ケースへの収容に先立ち、実使
用時における電池温度のモニタや充放電電流の制御を行
って電池を保護するために、所定の保護回路部品が表面
実装されている保護回路基板を当該電池に接続して電池
と保護回路基板の一体化構造物が組み立てられる。そし
て、その一体化構造物を電池ケースに収容し、電池パッ
クとして出荷される。
【0007】従来、扁平電池と保護回路基板の接続は、
概ね、次のようにして行われている。それを以下に図面
に則して説明する。先ず、図10で示したように、扁平
電池1のAl端子2aに、Al/Niのクラッド片3の
Ni面を重ね合わせたのち超音波溶接法を適用して両者
を接続する。したがって、超音波溶接を終了した時点で
は、図11で示したように、クラッド片3の下面がNi
面の状態でAl端子2a側の方が扁平電池1のNi端子
2bよりも長くなっている。
【0008】ついで、図11で示したように、保護回路
部品4Aが実装されていて、いずれもNiから成る端子
5a,5bを有する保護回路基板4を用意し、端子5a
とクラッド片3、および端子5bと扁平電池1のNi端
子2bの位置合わせをする。ここで、扁平電池1のAl
端子2a側は超音波溶接されたクラッド片3の長さだけ
Ni端子2bよりも長くなっているので、保護回路基板
4では端子5bの方が端子5aよりも前記したクラッド
片3の長さの分だけ長くなっている。
【0009】位置合わせ終了後、抵抗溶接が行われる。
すなわち、端子5aの下面に一対の溶接電極を圧接して
通電し、また端子5bの下面にも一対の溶接電極を圧接
して通電することにより、クラッド片3のNi面と端子
5a、およびNi端子2bと端子5bを溶接する。その
結果、図12で示したように、扁平電池1と保護回路基
板4の端子とは互いに接続されて、一対の接続部6A,
6Bが形成される。このとき、扁平電池1と保護回路基
板4の接続部6A,6Bは、長尺なクラッド片3と端子
5bが介在しているので可成りの長さになっている。
【0010】ついで、図13で示したように、接続部6
A,6Bを折り曲げて保護回路基板4を扁平電池1の周
縁封止部に形成されているテラス形状の空間部1cに収
容して一体化構造物Aを製造する。このとき、空間部1
cの大きさにもよるが、クラッド片3と端子5bは空間
部1cの奥行きに比べて可成り長いので、通常、長手方
向をジグザグに2回程度折り曲げて保護回路基板4がテ
ラス状の空間部1cに収容される。
【0011】このようにして製造された一体化構造物A
を用いて電池パックが組み立てられる。すなわち、ま
ず、図14で示したように、所定形状の下ケース7aの
中に一体化構造物Aを収容したのち、その上に上ケース
7bを配置し(図15)、両ケースの間を封印して図1
6で示した電池パックBが製造される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した電
池パックBの製造過程には次のような問題がある。扁平
電池1のAl端子2aと保護回路基板4のNi端子5a
は、通常、抵抗溶接することができないので、両者は、
ある長さのAl/Niクラッド片3を媒介にして超音波
溶接で接続されていることである。
【0013】このことは、Al端子2aとNi端子5a
を直接接続する場合に比べて高価なAl/Niクラッド
片3を接続用部品として使用しているので、電池パック
全体の製造コストを押し上げることになる。なお、Al
端子とNi端子を直接接合する方法として、超音波溶接
機を用いる方法が知られているが、この超音波溶接機は
非常に高価であり、その設置は製造コストを高めること
になる。
【0014】また、ある長さのAl/Niクラッド片3
を用いることに伴い、保護回路基板4の他方のNi端子
5bの長さを例えばクラッド片3の長さ程度に長くし
て、Al端子2aと保護回路基板4との接続部6Aの長
さ、およびNi端子2bと保護回路基板4との接続部6
Bの長さを互いに同じにすることが必要になる。したが
って、長い端子5bの使用Ni量は多くなり、このこと
も製造コストを高める要因になる。
【0015】また、保護回路基板4を扁平電池のテラス
形状の空間部1cに収容するための接続部6A,6Bの
折り曲げに際しては、当該接続部が可成りの長さになっ
ているので、通常は複数回ジグザグに折り曲げている
が、そのため、折り曲げた接続部は厚くなる。その結
果、最終的に組み立てられた電池パックB(図16)の
厚みtも厚くなり、薄型化の要求に逆行することにな
る。
【0016】更には、扁平電池の端子と保護回路基板の
端子の接続は、溶接法としては全く別種の超音波溶接と
抵抗溶接の2ラインで実施されるので、その作業性は必
ずしも良好であるとはいいがたい。本発明は、上記した
問題を解決し、Al材と例えばNi材のような異種金属
材とを直接抵抗溶接することができる抵抗溶接方法と、
この方法を扁平電池と保護回路基板の接続時に適用する
ことにより、従来のようにクラッド片を用いることなく
少ない部品点数で、安価に製造することができ、また薄
型化も実現されている電池パックの提供を目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、高抵抗材料から成る溶接用
台座の上に、箔状のAl材と、Al以外の金属から成る
箔状の金属材とをこの順序で重ね合わせ、前記金属材の
上に一対の溶接電極を配置し、前記溶接電極で前記金属
材を加圧しながら通電して前記金属材と前記Al材を溶
接することを特徴とする抵抗溶接方法が提供される。
【0018】また、本発明においては、テラス形状をし
た周縁封止部から引き出されている箔状Al端子と箔状
Ni端子のうち前記箔状Al端子が上記した方法で保護
回路基板の端子に溶接されていて、かつ前記保護回路基
板は前記テラス形状の周縁封止部に収容されている一体
化構造物が、電池ケースの中に収容されていることを特
徴とする電池パックが提供される。
【0019】
【発明の実施の形態】最初に、本発明の抵抗溶接方法に
ついて説明する。まず、図1で示したように、高抵抗材
料から成る溶接用台座10の上に、箔状のAl材11と
箔状の他の金属材12をこの順序で重ね合わせる。金属
材12はAl以外の金属から成る。具体的には、Alよ
りも高融点の金属材料であり、例えばNi,Fe,ステ
ンレス鋼などの外に、例えばNi/Fe,Al/Ni,
Ni/ステンレス鋼などのクラッド材であってもよい。
【0020】この方法を扁平電池と保護回路基板の接続
に適用する場合には、上記Al材11が扁平電池のAl
端子に相当し、金属材12が保護回路基板のNi端子に
相当することになる。そして、金属材12の上に一対の
溶接電極13A,13Bを配置し、これら電極で加圧し
ながら通電する。
【0021】例えば電極13Aから所定値の電流を入力
すると、金属材12→Al材11→溶接用台座10の表
層部→Al材11→金属材12→電極13Bの電流回路
が形成される。そして、溶接用台座10は高抵抗材料で
構成されているので、Al材11と接触し、かつ電流が
流れている表層部は抵抗発熱する。この溶接用台座10
で発生した熱量により、Al材11の一部は溶融し、そ
の溶融箇所と金属材12が溶着し、ここに、Al材11
と金属材12の溶接が実現する。
【0022】ここで、溶接用台座10を構成する高抵抗
材料としては、その導電率が30〜70%であることが
好ましい。この程度の導電率の場合に、電極から入力す
る電流値によっても異なるが、溶接用台座10の抵抗発
熱は適切となり、Al材11の溶融を確実に実現できる
からである。このような材料としては、例えばベリリウ
ム銅,タングステン銅,タングステン銀などをあげるこ
とができる。また、黒鉛や炭素なども良好な材料であ
る。とくに、黒鉛はAl材の溶融箇所と付着しないの
で、溶接作業を安定して行うことができるので好適であ
る。
【0023】次に、この溶接方法を適用して扁平電池と
保護回路基板を接続する場合について説明する。まず、
図2で示したように、扁平電池1のAl端子2aを上記
した溶接用台座10の上に配置する。また、Ni箔から
成る端子12A,12Bを有する保護回路基板4を用意
し、その一方の端子12AをAl端子2aの上に重ね合
わせる。
【0024】このときの端子12A,12Bはいずれも
同じ長さになっていて、いずれも、図11で示した端子
5bよりも短くなっている。ついで、端子12Aの上に
溶接電極13A,13Bを配置したのち加圧しながら通
電する。そして、扁平電池1の他方のNi端子2bに対
しても同様の抵抗溶接を行えばよい。
【0025】その結果、図3で示したように、Al端子
2aと端子12Aを溶接して成る接続部6a,Ni端子
2bと端子12Bを溶接して成る接続部6bが形成され
る。これらの接続部6a,6bは、扁平電池1と保護回
路基板4のそれぞれの端子を直接溶接していて、ある長
さのクラッド片を媒介にしていないので、図12で示し
た接続部6A,6Bに比べてその長さは短い。
【0026】ついで、接続部6a,6bを図3の矢印で
示したように折り曲げて、保護回路基板4を扁平電池1
の空間部1cに収容して図4で示した一体化構造物Aに
する。この一体化構造物Aは、接続部6a,6bを1回
折り曲げただけで製作することができるので、図12で
示した従来の接続部6A,6Bを複数回ジグザグに折り
曲げて製作した一体化構造物の場合よりも薄くなってい
る。
【0027】以後、この一体化構造物Aを、図14〜図
16で示したように、下ケースに収容したのちその上に
上ケースを配置して電池パックが製造される。得られた
電池パックは、図16で示した従来の電池パックに比べ
て薄型になっている。また、本発明の溶接方法を適用す
れば、多直多並列の扁平電池パックの組み立てを容易に
行うことができる。それを、3直3並列の場合につき図
面に基づいて説明する。
【0028】まず、一端からAl端子2aとNi端子2
bが引き出されている3並列に配置した扁平電池1A,
1B,1Cと外部端子コネクタ4Bが取り付けられてい
る保護回路基板4を用意する。この保護回路基板4に
は、6個の端子部が形成されていて、これら端子部の上
に、図5で示したように、隣り合う扁平電池のAl端子
2aとNi端子2bに対応する端子部を跨いでNi箔1
4が配置されている。
【0029】ついで、図6で示したように、各扁平電池
の端子と保護回路基板4の端子部との位置合わせを行
う。具体的には、例えば扁平電池1AのAl端子2aは
Ni箔14の上面側に、扁平電池1BのNi端子2bは
Ni箔14の下面側に配置される。位置合わせが終了し
たのち全体を上下逆向きに反転させる。その結果、図7
で示したように、保護回路基板4の端子部では、Ni箔
14の下に扁平電池1A,1B,1CのいずれのAl端
子2aもが位置することになる。
【0030】したがって、このAl端子2aに溶接用台
座10を当接し、表出しているNi箔14の上に溶接電
極13A,13Bを配置したのち加圧しながら通電する
ことにより、扁平電池のAl端子2aとNi箔14の溶
接を実現することができ、ここに3直3並列の一体化構
造物が得られる。そして最後に、図8で示したように、
この一体化構造物を下ケース7aと上ケース7bに収容
して電池パックが得られる。
【0031】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明は
台座の抵抗発熱で比較的低融点のAl材を溶融して他の
金属材との溶接を可能にする抵抗溶接方法である。した
がって、本発明の方法を扁平電池のAl端子と保護回路
基板の端子の間に適用することにより、抵抗溶接だけで
扁平電池と保護回路基板の一体化構造物を製造すること
ができ、従来の超音波溶接を介在させる場合に比べて、
部品点数の減少,工程数の減少という効果とともに、薄
型の電池パックの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の溶接方法を示す概略図である。
【図2】本発明の溶接方法を扁平電池のAl端子に適用
する状態を示す斜視図である。
【図3】扁平電池と保護回路基板を接続した状態を示す
斜視図である。
【図4】扁平電池と保護回路基板の一体化構造物Aを示
す斜視図である。
【図5】並列配置の扁平電池とそれに接続する保護回路
基板を示す斜視図である。
【図6】扁平電池と保護回路基板を位置合わせした状態
を示す斜視図である。
【図7】位置合わせ後に上下方向を反転させ、本発明の
溶接方向を行う状態を示す斜視図である。
【図8】得られた一体化構造物をケースに収容する状態
を示す斜視図である。
【図9】扁平電池の1例を示す斜視図である。
【図10】扁平電池のAl端子にAl/Niクラッド片
を配置する状態を示す斜視図である。
【図11】クラッド片と扁平電池のNi端子を保護回路
基板の端子に位置合わせする状態を示す斜視図である。
【図12】扁平電池と保護回路基板を接続した状態を示
す斜視図である。
【図13】一体化構造物を示す斜視図である。
【図14】一体化構造物Aを下ケースに収容する状態を
示す斜視図である。
【図15】上ケースを配置する状態を示す斜視図であ
る。
【図16】電池パックの斜視図である。
【符号の説明】
1,1A,1B,1C 扁平電池 1a 扁平電池1のテラス形状の周縁封止部 1c 空間部 2a Al端子 2b Ni端子 3 Al/Niクラッド片 4 保護回路基板 4A 保護回路部品 4B 多端子コネクタ 5a,5b 保護回路基板の端子 6A,6B,6a,6b 接続部 7a 下ケース 7b 上ケース 10 溶接用台座 11 Al材 12,12A,12B Al以外の金属材 13A,13B 溶接電極 14 Ni箔
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 103:18 B23K 103:18 Fターム(参考) 5H022 AA09 BB16 CC05 CC09 EE03 EE04 KK01 5H040 AA01 AA03 AA22 AT04 DD10 DD15 JJ03 LL01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高抵抗材料から成る溶接用台座の上に、
    箔状のAl材と、Al以外の金属から成る箔状の金属材
    とをこの順序で重ね合わせ、前記金属材の上に一対の溶
    接電極を配置し、前記溶接電極で前記金属材を加圧しな
    がら通電して前記金属材と前記Al材を溶接することを
    特徴とする抵抗溶接方法。
  2. 【請求項2】 前記高抵抗材料が、導電率30〜70%
    の材料である請求項1の抵抗溶接方法。
  3. 【請求項3】 前記高抵抗材料が、ベリリウム銅,タン
    グステン銅,タングステン銀である請求項1または2の
    抵抗溶接方法。
  4. 【請求項4】 前記高抵抗材料が、黒鉛または炭素であ
    る請求項1または2の抵抗溶接方法。
  5. 【請求項5】 前記Al材が、扁平電池のAl端子であ
    る請求項1の抵抗溶接方法。
  6. 【請求項6】 前記金属材の金属がAlより融点が高い
    金属である請求項1の抵抗溶接方法。
  7. 【請求項7】 前記金属材がNiから成る請求項1また
    は6の抵抗溶接方法。
  8. 【請求項8】 前記金属材がクラッド材である請求項1
    または6の抵抗溶接方法。
  9. 【請求項9】 前記金属材が、扁平電池に一体化される
    保護回路基板の端子である請求項1の抵抗溶接方法。
  10. 【請求項10】 テラス形状をした周縁封止部から引き
    出されている箔状Al端子と箔状Ni端子のうち前記箔
    状Al端子が請求項1から9のいずれかの方法で保護回
    路基板の端子に溶接されていて、かつ前記保護回路基板
    は前記テラス形状の周縁封止部に収容されている一体化
    構造物が、電池ケースの中に収容されていることを特徴
    とする電池パック。
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