JP2005203371A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂パックされる二次電池において，注入される樹脂の温度や圧力を高めることなく，かつ保護回路基板を小さくすることなく，樹脂を円滑に供給し，樹脂モールドが形成される全ての空間で，ギャップやピンホールの発生を防止することができる二次電池を提供する。
【解決手段】 容器型の缶２１１と，缶２１１の開口部を通じて内蔵される電極組立体２１２と，缶２１１を封入するキャップ組立体とを備えるベアセル１００の少なくとも一側面に，保護回路基板３００がギャップを有して結合され，ギャップ及び保護回路基板３００の表面に，樹脂モールドが形成される二次電池において；保護回路基板３００に，ギャップに充填される樹脂モールドと保護回路基板３００の表面を覆う樹脂モールドとを連通させる連通手段，例えば開孔３３０が設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は二次電池に係り，より詳しくは，電極組立体，缶及びキャップ組立体を備えてなるベアセル（ｂａｒｅ ｃｅｌｌ）とベアセルに電気的に接続される保護回路基板との間が成形樹脂で満たされて結合される二次電池に関する。

二次電池は再充電が可能であり，小型化及び大容量化が可能であるので，近来，活発に研究開発が行われている。近来に開発され使用されている代表的なものには，ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池，リチウム（Ｌｉ）電池，リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池等がある。

ところで電池は，エネルギー源として多くのエネルギーを放出する可能性を有している。二次電池の場合，エネルギーが充電された状態で自体に高いエネルギーを蓄積しており，充電する過程では他のエネルギー源からエネルギーが供給されて蓄積される。このような過程や状態において，内部短絡等の二次電池の異常が発生する場合，電池内に蓄積されたエネルギーが短時間に放出されながら発火，爆発等の安全問題を起こすことがある。

従って，二次電池には充電された状態で，あるいは，充電する過程で電池自体の異常による発火や爆発を防止するためにいろいろな安全装置が備えられる。安全装置は，通常，リードプレート（ｌｅａｄ ｐｌａｔｅ）と言われる導体構造により，ベアセルの正極端子及び負極端子に連結される。これらの安全装置は電池の高温上昇や過度な充放電等により電池の電圧が急上昇する等の場合に，電流を遮断して電池の破裂，発火等の危険を防止する。

安全装置としてベアセルに連結されるものには，異常電流や電圧を感知して電流の流れを防ぐ保護回路，異常電流による過熱により作動するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子，バイメタル等がある。

ベアセルと安全装置とが結合された状態の二次電池は，当初は，別途のケースに収納され完成した外観を揃えた二次電池を成すものであった。しかし以後，二次電池はベアセルと保護回路基板等の安全装置端子とを先に熔接等により連結し，成形樹脂枠に固定してベアセルと保護回路基板との間の空間，あるいは，安全装置端子の周りを全て囲むように成形樹脂を満たしてベアセルと保護回路とを物理的に結合させた樹脂パック二次電池からなる場合が多くなった。

樹脂パック二次電池の場合，ベアセルに保護回路基板を取り付けたコアパックをケースに入れて完成する場合に比べて，外観をモールディングにより滑らかにし，ケースに該当する厚みを減らすことができ，ケースに装入する不便がないという長所がある。

図１は，成形樹脂により結合される前段階にある従来のリチウムイオン樹脂パック電池の一例に対する概略的分解斜視図であり，図２は，樹脂パック二次電池を作るために，ベアセルと保護回路基板組立体とを枠に固定し，成形樹脂モールディングを行なう状態を示す断面図である。

図１には，便宜上，中心線が折れて図示されるが，パック型電池において，ベアセルの電極端子（負極端子１３，正極端子１２）が形成された面に並んで保護回路基板３０が配置される。ベアセル１０の保護回路基板３０と対向する側面には，正極端子１２，負極端子１３が形成されている。正極端子１２は，アルミニウム，あるいは，アルミニウム合金からなるキャッププレート自体であったり，キャッププレート上に結合されたニッケル含有金属板であったりすることができる。負極端子１３は，キャッププレート１１上に突起状で突出された端子であり，周りに介在された絶縁体ガスケットによりキャッププレート１１と電気的に離隔されている。

保護回路基板３０は，樹脂からなるパネルに回路が形成されてなり，外側表面に外部端子３１等が形成されている。この基板３０は，ベアセル１０の対向面（キャッププレート１１）と類似した大きさと形態を有する。

保護回路基板３０において，外部端子３１が形成された面の裏面，即ち，内側面には回路部３５及び接続端子３６，３７が備えられる。回路部３５には充放電時に，過充電，過放電から電池を保護するための保護回路等が形成されている。回路部３５と各々の外部端子３１とは保護回路基板３０を貫通する導電構造により電気接続されている。

ベアセル１０と保護回路基板３０との間には接続リード４１，４２及び絶縁プレート４３等が配置されている。接続リード４１，４２は，通常，ニッケルからなり，キャッププレート１１及び保護回路基板３０の接続端子３６，３７との電気接続のために形成され，Ｌ字型構造，あるいは，平面構造からなる。接続リード４１，４２と各端子３６，３７との接続には，抵抗スポット熔接を用いることができる。

図１では，保護回路基板と負極端子との間にある接続リード４２にはブレーカー（ｂｒｅａｋｅｒ）等が別途形成される場合を表している。その場合，保護回路基板の回路部３５にはブレーカーを使用しない。絶縁プレート４３は，負極端子１３と接続される接続リード４２と，正極となるキャッププレート１１との間を絶縁するために設けられる。

ところが，樹脂パック二次電池を形成するために図２のように保護回路基板３０とベアセル１０とを成形樹脂枠５０に固定し，樹脂を注ぎ込んでモールドを形成する際，注入口５１と真っ直ぐ連結される第１空間５２に樹脂が満たされるが，第２空間５３に樹脂が満たされる際に問題が生じることがある。

即ち，第２空間５３は第１空間５２を通じて樹脂が供給されるが，第１空間と第２空間とは別途に連結通路がないので，保護回路基板３０が樹脂の移動を塞ぎ，第２空間５３に樹脂を供給しにくい。このような現象は，通常，成形樹脂枠５０の内部空間が保護回路基板３０側とベアセル側とでほとんど同じに作られ，保護回路基板がベアセルのキャッププレート１１とほとんど同じ大きさであるためである。

樹脂の流動が妨害される場合，モールド内にギャップやピンホールが発生して機械的強度が低下し，外観の不良を起こし，また，樹脂の充填速度が落ちるために工程能率が低減する。充填速度を上げるためには，樹脂の温度を上昇させるか，樹脂の注入圧力を高めることが考えられる。さらに，このような問題の除去のために，保護回路基板の大きさを対向するベアセルのキャッププレートに比べて小さく作る方法も考えられる。

しかし，樹脂の温度を上昇させる場合には，熱によってモールドに触れるＰＴＣ素子等の機能が破壊されたり，保護回路基板の位置が揺れて外部端子面に樹脂が付き，接続が遮断されてしまったりすることがある。また，成形樹脂枠に別途の通路を設けることは成形樹脂枠の製造を難しくし，成形後に後加工を必要とする場合が多くなるので，費用が増加することがある。

また，保護回路基板が小さくなる場合，保護回路基板に必要な素子を形成するのが難しくなって，費用が増加する。さらに，成形樹脂枠で保護回路基板を固定するのが難しくなり，その場合，保護回路基板の位置がずれてモールディングされてしまい，外部端子が本来の位置から外れて使用できない不良が生じることもある。

本発明は，樹脂パックされる二次電池において，注入される樹脂の温度や圧力を高めることなく，かつ保護回路基板を小さくすることなく，樹脂を円滑に供給し，樹脂モールドが形成される全ての空間でのギャップやピンホールの発生を防止できる二次電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，容器型の缶と，缶の開口部を通じて缶に内蔵される電極組立体と，缶の開口部を封入するキャップ組立体とを備えるベアセルの少なくとも一側面に，保護回路基板がギャップを有して結合され，ギャップ及び保護回路基板の表面に，樹脂モールドが形成される二次電池において；保護回路基板に，ギャップに充填される樹脂モールドと保護回路基板の表面を覆う樹脂モールドとを連通させる連通手段（通路）が設けられていることを特徴とする二次電池が提供される。

保護回路基板に，ギャップに充填される樹脂モールドと保護回路基板の表面を覆う樹脂モールドとを連通させる連通手段（通路）を設けることにより，つまり，成形樹脂枠にベアセルと保護回路基板とを組立体状態で固定して樹脂を注入する際に，注入口が形成された空間と保護回路基板を境に形成された別の空間とを連通する通路を設けることにより，樹脂を両方の空間に円滑に供給することができる。

ここで連通手段としては，保護回路基板の回路のない部分に形成された，少なくとも１つの開孔とすることができる。樹脂モールドは，開孔を通じて空間から空間に円滑に供給することができる。

また，連通手段は，保護回路基板とベアセルとが結合されて成形樹脂枠に据置かれた状態で，成形樹脂枠の内面と保護回路基板の周縁部の切り込みとの間に形成されてもよい。この場合の切り込みは，保護回路基板の周縁部に形成された，少なくとも１つの溝であってもよい。または，切り込みは，保護回路基板の角部に形成された，少なくとも１つの面取りであってもよい。

さらに，上記開孔や成形樹脂枠の内面との間に形成される連通手段について，樹脂の円滑な供給のためには，樹脂の粘度等と工程から求められる供給速度等とを考えて，連通手段（通路），つまり，開孔や切り込みの直径または幅は１ｍｍ以上であることが好ましい。

以上詳述したように本発明によれば，ベアセルと保護回路基板とを組み立てて樹脂モールドを形成する過程で，保護回路基板の大きさを全体的に小さくせずに，保護回路基板に形成された開孔や溝からなる連通手段を通じて樹脂を流動させることができる。従って，保護回路基板により区分される２つの空間に容易に樹脂が流動し，樹脂を全ての空間に漏れなく均等に供給してモールドを形成することができる。従って，樹脂モールドが形成される全ての空間に，ギャップやピンホールが発生するのを防止でき，注入樹脂の温度や圧力を高める必要がなくなるので，部品損傷の不具合やコストの増加を防ぐことができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３は，本実施の形態の二次電池において，ベアセル部品と保護回路基板組立体状態のリチウムパック電池についての分解斜視図である。図３を参照すると，リチウムパック電池は，缶２１１と，缶２１１の内部に受容される電極組立体２１２と，缶２１１の開放された上段と結合して缶の上段を封入するキャップ組立体と，を備えてなるベアセル１００を有する。

電極組立体２１２は薄板型，あるいは，膜状の正極２１３，セパレータ２１４，負極２１５，セパレータ２１４が順次積層された積層体を渦型に巻き取って形成する。正極２１３は，導電性に優れる金属薄板，例えばアルミニウムホイールからなる正極集電体と，その両面にコーティングされたリチウム系酸化物を主成分とする正極活物質層を含んでいる。正極２１３には，正極活物質層が形成されていない正極集電体の領域に正極リード２１６が電気的に連結されている。

負極２１５は導電性の金属薄板，例えば銅ホイールからなる負極集電体と，その両面にコーティングされた炭素材を主成分とする負極活物質層を含んでいる。負極２１５にも負極活物質層が形成されていない負極集電体の領域に負極リード２１７が接続されている。

正極２１３及び負極２１５と正極リード２１６及び負極リード２１７とは極性を異にして配置されることもでき，正極リード２１６及び負極リード２１７が電極組立体２１２から引出される境界部は，両電極，正極２１３と負極２１５との間の短絡を防止するために絶縁テープ２１８に各々巻き取られている。

セパレータ２１４は，ポリエチレンやポリプロピレンやポリエチレンとポリプロピレンとの共重合体（ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる。セパレータ２１４は正極２１３及び負極２１５より広い幅にして形成することが極板間の短絡を防止するのに有利である。

本実施の形態のような角形の缶２１１は，略直六面体形状のアルミニウム，あるいは，アルミニウム合金からなる。缶２１１の開放された上段を通じて電極組立体２１２が受容されるが，缶２１１は電極組立体２１２及び電解液の容器の役割をすることになる。缶２１１は，それ自体が端子の役割を遂行することができるが，本実施の形態ではキャップ組立体のキャッププレート１１０が正極端子の役割を遂行することになる。

キャップ組立体には，缶２１１の開放された上段に対応する大きさと形状を有する平板状のキャッププレート１１０が設けられている。キャッププレート１１０の中央部には電極端子が通過できるように端子用通孔１１３が形成される。

キャッププレート１１０の中央部を貫通する負極端子１３０の外側には負極端子１３０とキャッププレート１１０との電気的絶縁のためにチューブ形状のガスケット１２０が設けられている。キャッププレート１１０の中央部，端子用通孔１１３の近所にはキャッププレート１１０の下面に絶縁プレート１４０が配置されている。絶縁プレート１４０の下面には端子プレート１５０が設けられている。

負極端子１３０はガスケット１２０が外周面を囲んだ状態で端子用通孔１１３を通じて挿入されている。負極端子１３０の底面部は絶縁プレート１４０を介した状態で端子プレート１５０と電気的に連結されている。

キャッププレート１１０の下面には正極２１３から引出された正極リード２１６が熔接されており，負極端子１３０の下段部には負極２１５から引出された負極リード２１７が蛇行して折られた状態で熔接されている。

一方，電極組立体２１２の上面には電極組立体２１２とキャップ組立体との電気的絶縁のため，かつ，電極組立体２１２の上段部がカバーできるように絶縁ケース１９０が設けられている。電極組立体２１２の中央部と負極リード２１７とが通過できるようにリード通孔１９１が形成され，他側方には電解液通過孔１９２が形成されている。

キャッププレート１１０の一側には電解液注入孔１１２が形成されている。電解液注入孔１１２には電解液が注入されてから電解液注入孔を密閉させるために栓１６０が設けられる。キャップ組立体を缶２１１と結合させるために，キャッププレート１１０の周辺部と缶２１１の側壁との熔接がなされる。

キャッププレート１１０上では，平行する側壁を有して側壁の下部を連結し，栓１６０部分に通孔を有する底面からなるリードプレート４１０が，栓１６０の周辺で熔接される。また，リードプレート４２０は負極端子１３０と接続される。リードプレート４１０，４２０は，各々，保護回路基板３００の接続端子３６０，３７０と電気接続されるためのものであるが，成形樹脂部との境界面で側壁が成形樹脂部方向に突出することにより，成形樹脂部内に打ち込まれて成形樹脂部とベアセルとを固定させる役割をすることができる。絶縁プレート４３０は，負極端子１３０と接続されるリードプレート４２０と，正極となるキャッププレート１１０との間を絶縁するために設けられる。

リードプレート４１０，４２０はニッケル，ニッケル合金，あるいは，ニッケルメッキされたステンレス鋼材からなることが望ましい。リードプレート４１０，４２０の厚みは，缶の厚みや熔接の便宜性に関連して厚く形成される場合には，キャップ組立体により封入した缶２１１と保護回路基板３００との間の空間を樹脂で満たして形成するパック電池において，電池が捩れる（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）とか曲げられる（ｂｅｎｄｉｎｇ）際に，外力に対する抵抗強度を高めることができるので，有利である。

保護回路基板３００は，合成樹脂パネルに回路チップ等を含んで回路が形成されている。外部端子３１０，３２０が形成されている面の裏面，即ち，内側面に接続端子３６０，３７０が備えられている。保護回路基板３００において回路が形成されていない部分等には樹脂注入時の連通手段（通路）となる複数個の円形，あるいは，方形の開孔３３０が形成されている。

図４は，本実施の形態の二次電池を形成するために，ベアセル１００と保護回路基板３００とが組み立てられた二次電池が成形樹脂枠に固定された状態であり，保護回路基板３００の開孔３３０を通る側断面を示す。図４のような状態で，液状の樹脂が注入口５１０を通じて注入されると，樹脂は，先に第１空間５２０を満たしながら液位が上昇する。勿論，樹脂の一部は成形樹脂枠５００と保護回路基板３００との間の小さな隙間を通じて第２空間５３０も満たす。

液位が開孔３３０に至ると，開孔３３０を通じて液状樹脂が速く第２空間５３０に移動して第１空間５２０の液位の上昇より高い割合で第２空間５３０を満たすことになる。開孔３３０の大きさは，樹脂の粘度等と工程から求められる供給速度等とを考えて決定されるが，直径あるいは最小幅を１ｍｍ以上とすることが望ましい。

結果的に，樹脂の液位は第１空間５２０と第２空間５３０とで同じ水準となって全ての空間を満たすことになる。空間を満たしている空気は，たとえ小さな隙間であっても成形樹脂枠５００の内部空間の上面と保護回路基板３００との間に抜け出して注入口５１０と並んで形成される別途の空気排出口（図示していない）を通じて，あるいは，成形樹脂枠間の隙間を通じて排出できる。

図５は，本実施の形態に係り，樹脂注入時の第１空間５２０から第２空間５３０への連通手段（通路）となる他の実施例について示しており，保護回路基板の平面輪郭だけを概略的に示した平面図である。図６は，図５のような保護回路基板を使用して樹脂パック二次電池を形成する際，二次電池組立体が成形樹脂枠に固定された状態を示す側断面図である。但し，側断面は図５の保護回路基板の周縁部の溝部分を通る断面を示すものである。

図５では，図３に示す保護回路基板３００上の開孔３３０の代りに，成形樹脂枠５００の内壁との間で連通手段（通路）を成すように，保護回路基板３００の周縁部又は表面上に切り込みを入れることで，溝３４０が形成される。溝３４０も保護回路基板３００上に回路が形成されない部位に，できる限り大きく形成するようにする。

図６を参照して説明すると，図６のような状態で液状の樹脂が注入口５１０を通じて注入されると，樹脂は先に第１空間５２０に供給される。第１空間５２０に液位が上昇しながら液位差による圧力により保護回路基板３００の下部の溝３４０を通じて樹脂は第２空間５３０にも流入する。このような方法により第１空間５２０に供給される液状樹脂は，第２空間５３０も共に満たすことになる。

下部の溝３４０を十分大きくすると，第１空間５２０と第２空間５３０との樹脂の液位はほとんど同じ割合で上昇し，これらの空間は共に満たされる。空間を満たしていた空気は，成形樹脂枠５００の内部空間の上面と保護回路基板３００との間の小さな隙間から，更に，上部の溝３４０を通じて，図５でのような方法で抜き出すことができる。

図７は，図５に示す保護回路基板３００の溝３４０の代りに，切り込みとして保護回路基板３００の角部に面取り３５０が形成された状態を示す。面取り３５０も，成形樹脂枠５００の角を成す角部の内壁と共に保護回路基板３００とベアセルとの間のギャップを満たす樹脂モールドと保護回路基板３００の前面に位置した樹脂モールドとを連結する通路を成すことになる。

このように，保護回路基板３００に開孔による通路を設けたり，保護回路基板３００の周縁部溝や角部面取りと成形樹脂枠５００の内面との間に形成される通路を設けたりすることによって，成形樹脂枠５００にベアセル１００と保護回路基板３００とを組み立てた状態で固定して樹脂を注入する際に，注入樹脂の温度や圧力を高める保護回路基板３００により区分される２つの空間に容易に樹脂が流動し，円滑に供給することができる。従って，樹脂モールドにギャップやピンホールが発生するのを防止でき，注入樹脂の温度や圧力を高める必要がなくなるので，部品損傷の不具合やコストの増加を防ぐことができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は二次電池に適用可能であり，電極組立体，缶及びキャップ組立体を備えてなるベアセルとベアセルに電気的に接続される保護回路基板との間に成形樹脂を満たして結合させる二次電池に適用可能である。

従来の成形樹脂により結合される前の二次電池の一例についての概略分解斜視図である。 従来の成形樹脂により結合される二次電池について，ベアセルと保護回路基板組立体とを枠に固定し，成形樹脂モールディングを行なう状態を示す断面図である。 本実施の形態にかかる二次電池の分解斜視図である。 本実施の形態にかかる二次電池について，ベアセルと保護回路基板組立体とを成形樹脂枠に固定した状態を示す側断面図である。 保護回路基板に通路を形成する他の例を示した概略平面図である。 図５のような保護回路基板が使われた二次電池組立体が成形樹脂枠に固定された状態で溝を通る側断面図である。 保護回路基板に通路を形成する他の例を示した概略平面図である。

符号の説明

１００ ベアセル
１１０ キャッププレート
１１２ 電解液注入孔
１１３ 端子用通孔
１２０ ガスケット
１３０ 負極端子
１４０ 絶縁プレート
１５０ 端子プレート
１６０ 栓
１９０ 絶縁ケース
１９１ リード通孔
１９２ 電解液通過孔
２１１ 缶
２１２ 電極組立体
２１３ 正極
２１４ セパレート
２１５ 負極
２１６ 正極リード
２１７ 負極リード
３００ 保護回路基板
３３０ 開孔
３６０ 接続端子
３７０ 接続端子
４１０ リードプレート
４３０ 絶縁プレート

Claims (6)

1. 容器型の缶と，前記缶の開口部を通じて前記缶に内蔵される電極組立体と，前記缶の開口部を封入するキャップ組立体とを備えるベアセルの少なくとも一側面に，保護回路基板がギャップを有して結合され，前記ギャップ及び前記保護回路基板の表面に，樹脂モールドが形成される二次電池において；
   前記保護回路基板に，前記ギャップに充填される樹脂モールドと前記保護回路基板の表面を覆う樹脂モールドとを連通させる連通手段が設けられることを特徴とする二次電池。
2. 前記連通手段は，前記保護回路基板の回路のない部分に形成された，少なくとも１つの開孔であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記連通手段は，前記保護回路基板と前記ベアセルとが結合されて成形樹脂枠に据置かれた状態で，前記成形樹脂枠の内面と前記保護回路基板の周縁部の切り込みとの間に形成されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
4. 前記切り込みは，前記保護回路基板の周縁部に形成された，少なくとも１つの溝であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記切り込みは，前記保護回路基板の角部に形成された，少なくとも１つの面取りであることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
6. 前記連通手段の直径または幅は，１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
   

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