JP2005276575A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池ケースと正極リード板との間にクラッド板を介装して固着する際に、クラッド板の厚みの分だけ電池（電池ケース）のサイズを小さくする必要がない電池を提供する。
【解決手段】 発電要素を収容した第１の材質の金属製の電池ケース１１と、電流を取り出す第２の材質の金属製の正極リード板と、両者を固着するためのクラッド板１２とを備え、電池ケース１１の表面に凹部１３が形成されており、正極リード板と溶接可能な材質の金属が電池ケース１１の外表面側となるように、且つ電池ケース１１の外表面と面一となるように凹部１３内に固着された部材でクラッド板１２を構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ビデオカメラ，モバイルコンピュータ，携帯電話機等の主として携帯電子機器の電源として利用される充放電可能な非水電解質二次電池、具体的にはリチウムイオン二次電池等の電池に関する。

近年、急速に普及しているビデオカメラ，モバイルコンピュータ，携帯電話機等の携帯電子機器の電源としては充放電可能な非水電解質二次電池、たとえばリチウムイオン二次電池等が主として使用されている。

ところで、リチウムイオン二次電池（以下、単に電池という）では、過充電及び過放電を防止するために外部に電池電圧を制御するための保護回路が設けられており、これらの全てを絶縁性のたとえば合成樹脂製の外装ケースに収容した状態の電池パックとして電子機器に実際に装着される構成が採られている。ところで、保護回路と電池との間は接続用のリード板により電気的に接続されるが、このリード板としては保護回路との電気的接続性は勿論のこと、外装ケース内での電池のサイズを可及的に大きくするために、換言すれば電池のサイズに対して外装ケースを可及的に小さくするためにニッケル材又は表面にニッケルめっきされたステンレス材等が板材の形状で使用される。

図８に従来の電池パックの一般的な構成例の模式的分解斜視図を示す。電池パックは、直方体状の電池ケース１１をそれよりも一回り大きい合成樹脂製の直方体状の外装ケース３０に収容したものである。なお、外装ケース３０は共に一側面が開放された直方体状の第１外装ケース半体３１と第２外装ケース半体３２とで構成されている。両外装ケース半体３１及び３２は開放された一側面の外形寸法が同一に形成されており、開放された一側面同士を対向させて合体させた状態でその内部に電池ケース１１及びその他の回路等を収容可能な空洞が形成されるようになっている。

電池ケース１１はアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、その内部には正極及び負極をセパレータを介して巻回した発電要素からなる非水電解質二次電池、具体的にはたとえばリチウムイオン二次電池等の二次電池１０が収容されている。電池ケース１１の一側面（図８では底面）には、電池ケース１１と絶縁された負極端子３３が形成されており、この負極端子３３が設けられた部分以外の電池ケース全体が正極端子になる。

電池ケース１１の上述した負極端子３３が設けられている一側面に対向する側面（図８では上面）には保護回路基板３４が取り付けられる。保護回路基板３４は、電池１０の過充電又は過放電等を防止するための保護回路が設けられた基板である。保護回路基板３４は、電池ケース１１と対向する面（図８では下面）に回路素子（図示せず）が実装されており、反対側、即ち電池ケース１１に対して外側の面（図８では上面）に、外部へ電力を取り出し、また逆に充電のために外部から電力を取り込むための正負極の電極端子３４ａが突設されている。また、第１外装ケース半体３１の一側面（図８では上面）には、保護回路基板３４の出力端子３４ａが貫通して先端部が若干突出するようにした貫通孔３１ａが形成されている。

また保護回路基板３４は、ニッケル製の正極リード板２０を介して、電池１０の正極端子を兼ねる電池ケース１１に固着されたクラッド板１２に固着される。クラッド板１２はその一方の面が電池ケース１１の保護回路基板３４が取り付けられる側面に溶接により固着されており、他方の面は正極リード板２０に溶接により固着されている。従って、正極リード板２０はクラッド板１２を介して電池ケース１１に固着されていることになる。

更に、保護回路基板３４は、ニッケル製の負極リード板２２及びＰＴＣ（Positive Temerature Coefficient)素子２８を介して電池１０の負極端子３３とも接続されている。ＰＴＣ素子２８は、電池１０の温度が異常上昇したような場合に温度に感応して高抵抗となることにより、回路を遮断する保護素子である。

負極リード板２２は電池ケース１１の負極端子３３が備えられている側面（図８では底面）と保護回路基板３４が備えられている側面（図８では上面）の間を接続するために両側面間の一側面（図８では手前の面）に沿って設けられている。但し、電池ケース１１は負極端子３３以外の全体が正極端子を兼ねているので、短絡防止のために負極リード板２２及びＰＴＣ素子２８と電池ケース１１との間には絶縁シート１６が介装されている。

保護回路基板３４が接続された電池ケース１１は、保護回路基板３４及び貫通孔３１ａの向きを合わせて両外装ケース半体３１，３２を合体させた場合に形成される空洞内に両面粘着テープ３５で固定されて収容される。そして、両外装ケース半体３１，３２同士が接着、熱溶着、又は超音波溶着等で固着されて１個の箱状の容器にされることにより、外装ケース３０の貫通孔３１ａに電極端子３４ａが突出した電池パックが構成される。通常、商品としてはこの電池パックの状態で流通し、また種々の電子機器にもこのような電池パックの状態で装着される。

ところで、ニッケル製の正極リード板２０は、負極端子３３が形成されている部分以外は全て正極端子を兼ねる電池ケース１１にクラッド板１２を介して固着されているが、クラッド板１２を介する理由は以下による。即ち、電池ケース１１に正極リード板２０を溶接により直接固着することは、電池ケース１１がアルミニウム又はアルミニウム合金製であるので抵抗溶接法では電池ケース１１の導電性が良好であることに起因して、また超音波溶接法では正極リード板２０がニッケル製（又はステンレス製）であるので溶解しないことに起因して、いずれも不可能であるという理由による。

このような事情から、従来は電池ケース１１に正極リード板２０を固着するためにはレーザ溶接法が採用されていた。しかし、レーザ溶接法を使用する場合には、使用環境条件が著しく規制されると共に、装置が高価であり、しかも生産性が低いために電池（電池パック）の製造コストの高騰を招来するという問題があった。

このような問題点を解決することを目的として上述したような従来技術、即ち電池ケース１１に２層構造のクラッド板１２のアルミニウム又はアルミニウム合金製の一方の層を抵抗溶接し、クラッド板のニッケル製の他方の層をニッケル製の正極リード板２０と抵抗溶接する発明が特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、電池ケース１１のようなアルミニウム缶の外面に別種の金属を溶接するのではなく、インサートモールドする発明が開示されている。
特開平０９−３３０６９６号公報 米国特許４，７９２，０８１号明細書

ところで、上述した特許文献１に開示されている発明では、電池ケースの外表面にクラッド板を溶接により固着し、このクラッド板に更に正極リード板を溶接により固着する構成であるため、クラッド板の厚みの分だけ外装ケースの内部の空洞を有効に利用できない、換言すれば外装ケースのサイズが同一であればクラッド板の厚みの分だけ電池ケースを小さくする必要が生じるという問題がある。このことは、たとえば極端な小型化が要求される携帯電話機用の電池（電池パック）にとっては非常に不利である。

また特許文献２に開示されている発明では、製造工程が複雑化すると共に、別種の金属を深絞り加工前にアルミニウム板にインサートモールドし、その後に深絞り加工を行なった場合、深絞り加工により製造されるアルミニウム缶の底部における別種の金属の位置をばらつきが生じないように厳密に管理することが困難であり、更には別種の金属がモールドされている位置そのものが不明瞭になるという問題もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電池ケースと正極リード板とをクラッド板を介して固着する電池において、クラッド板の厚みを考慮する必要がないようにすることを主たる目的とする。

本発明は端的には、電池ケースに正極リード板を溶接により固着するために両者間に介装される接続部材を電池ケースに設けた凹部内に配置する構成を採る。

本発明に係る電池の第１の発明は、発電要素を収容した第１金属製の電池ケースと、前記発電要素から電流を取り出す第２金属製の電流取出用リード板と、一方の面が前記電池ケースに、他方の面が前記電流取出用リード板にそれぞれ固着された接続部材とを備えた電池において、前記電池ケースの表面に凹部が形成されており、前記接続部材は、前記他方の面が前記第２金属と溶接可能な金属で構成されており、且つ前記電池ケースの外表面と面一となるように前記凹部内に固着されていることを特徴とする。

このような本発明に係る電池の第１の発明では、第２金属製の電流取出用リード板と溶接可能な金属が電池ケースの外表面側となるようした接続部材が電池ケースの外表面と面一となるように、電池ケースの表面に形成された凹部内に固着される。

また本発明に係る電池の第２の発明は上述の電池の第１の発明において、前記接続部材は、前記一方の面が前記第１金属と溶接可能な金属層の表面となるように、前記他方の面が前記第２金属と溶接可能な金属層の表面となるように構成されたクラッド材であることを特徴とする。

このような本発明に係る電池の第２の発明では上述の第１の発明において、接続部材が２層で構成されるクラッド板であり、一方の層の表面が第１金属と溶接可能な金属層となり、他方の層の表面が第２金属と溶接可能な金属層となる。

更に本発明に係る電池の第３の発明は前述の電池の第１の発明において、前記接続部材が、前記第２金属と溶接可能な金属をめっき，スパッタリング又は蒸着することにより前記凹部内に形成されていることを特徴とする。

このような本発明に係る電池の第３の発明では前述の電池の第１の発明において、接続部材はめっき，スパッタリング又は蒸着により凹部内に形成されており、その材質が第２金属と溶接可能な金属である。

本発明に係る電池の第１の発明によれば、従来は電池ケースの外表面に固着されていた電池ケースと正極リード板とを固着するための接続部材の外表面が電池ケースの外表面と面一になるので、接続部材の厚さの分だけ電池のサイズを小さくする必要がなくなる。換言すれば、電池ケースのサイズが同一であれば外装ケースを接続部材の厚さ分だけ小さくすることが可能になる。

また、本発明に係る電池の第２の発明によれば上述の第１の発明において、接続部材が２層で構成されるクラッド板であり、その一方の層の表面が第１金属製の電池ケースと溶接可能な金属層の表面となり、他方の層の表面が第２金属製の正極リード板と溶接可能な金属層となるので、クラッド板の両面が電池ケース及び正極リード板それぞれに、超音波溶接，レーザ溶接，抵抗溶接等、任意の方法で容易に溶接して固着することが可能になる。

更に、本発明に係る電池の第３の発明によれば前述の第１の発明において、接続部材はめっき，スパッタリング又は蒸着により凹部内に形成されており、その材質が第２金属製の電流取出用リード板と溶接可能な金属であるので、正極リード板を電池ケースに固着された接続部材に対して超音波溶接，レーザ溶接，抵抗溶接等、任意の方法で容易に溶接して固着することが可能になる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して説明する。図１は本発明に係る電池の電池ケースの模式的外観斜視図である。なお、電池パック全体の構成は図８に示した従来例と同一である。本発明に係る電池が図８に示した従来例と異なる点は以下に説明する電池ケースへのクラッド板１２の固着方法のみである。従って、以下においては主としてクラッド板１２の電池ケース１１への固着のための構成について説明する。

図１に示されているように、本発明に係る電池の電池ケース１１では、前述した従来例の図８のクラッド板１２が固着されている部分に対応して電池ケース１１の内側へ凹状の凹部１３が設けられている。この凹部１３は図２（ａ）の模式的断面図に示すように電池ケース１１の該当部分の板厚を薄く形成することにより、または図２（ｂ）の模式的断面図に示すように電池ケース１１の該当部分をプレス加工により凹状に形成することにより、電池ケース１の内側へ凹となるように加工されている。なお、図２（ａ）に示す構成においては問題はないが、図２（ｂ）に示す構成においては、電池１０、具体的には電池ケース１１内部に収容されている発電要素に影響を与えないように注意する必要がある。

具体的には凹部１３は、図２（ａ）に示す例では、電池ケース１１そのものを加工形成する際に同時に形成することが可能である。即ち、電池ケース１１をたとえば１枚のアルミニウム板から深絞り加工で形成する際の金型の形状に応じて凹部１３が形成されるようにすることが可能である。また、凹部１３を形成せずに電池ケース１１を加工形成した後に座ぐり加工，エッチング加工等により図２（ａ）に示すような凹部１３を形成することも可能である。

また図２（ｂ）に示す例でも、電池ケース１１そのものを加工形成する際に同時に形成することが可能である。即ち、上述の図２（ａ）の場合と同様に、電池ケース１１をたとえば１枚のアルミニウム板から深絞り加工で形成する際の金型の形状に応じて凹部１３が形成されるようにすることが可能である。また、凹部１３を形成せずに電池ケース１１を加工形成した後に、再度のプレス加工により図２（ｂ）に示すような凹部１３を形成することも可能である。

図３は上述の如くして電池ケース１１に形成された凹部１３にクラッド板１２を固着した状態を示す本発明に係る電池の電池ケースの模式的外観斜視図、図４は同じく模式的断面図である。これらの図に示されているように、本発明に係る電池の電池ケース１１には、その表面に形成された凹部１３に嵌め込まれる状態でクラッド板１２が固着される。なお、電池ケース１１の凹部１３へのクラッド板１２の固着方法としては、超音波溶接，レーザ溶接，抵抗溶接等が利用可能である。

なお、クラッド板１２は前述した従来例と同様に２層構造であり、電池ケース１１側の一方の層１２ａがアルミニウム又はアルミニウム合金の金属層であり、電池ケース１１とは逆側の他方の層１２ｂがニッケルの金属層である。従って、クラッド板１２のアルミニウム又はアルミニウム合金製の一方の層１２ａが電池ケース１１と溶接により固着され、ニッケル製の他方の層１２ｂが図８に示した従来例と同様の正極リード板２０（図示せず）と溶接により固着される。これにより、クラッド板１２は電池ケース１１と正極リード板２０との間の接続部材として機能する。

図５は本発明に係る電池の他の実施の形態を示す電池ケースの模式的外観斜視図である。この実施の形態では、電池ケース１１に凹部１３が形成されることは上述の実施の形態と同様であるが、形成された凹部１３にクラッド板１２が嵌め込まれて固着されるのではなく、凹部１３にニッケルめっきが施される。但し、めっきではなく、スパッタリング又は蒸着によっても同様の効果を得ることができる。

具体的には図５に示すように凹部１３が形成された電池ケース１１の凹部１３以外の部分を適宜のマスキング材１４でマスキングする。そして図６の模式図に示すように、電池ケース１１を凹部１３が形成されている面を下側としてハンガ５２で保持してめっき槽５０中のめっき液５１に浸漬する。

この結果、図７の模式的外観斜視図に示すように、電池ケース１１に形成されている凹部１３にはめっきされたニッケル層１５が形成されるが、このニッケル層１５は電池ケース１１に固着されている。従って、このニッケル層１５は電池ケース１１と正極リード板２０との間の接続部材として機能する。そして、ニッケル層１５には図８に示した従来例と同様の正極リード板２０（図示せず）が溶接により固着される。なお、凹部１３にめっきされるニッケル層は電池ケース１１の外表面と面一になるような厚さにめっき加工する必要がある。このことはめっき加工の場合に限らず、スパッタリング又は蒸着による場合にも同様である。

以上に詳述したように、本発明に係る電池によれば、電池ケースと正極リード板とを固着するための接続部材が従来は電池ケースの外表面に固着されていたのを、接続部材の外表面が電池ケースの外表面と面一になるように構成したので、接続部材の厚さの分だけ電池のサイズを小さくする必要がなくなる。換言すれば、電池ケースのサイズが同一であれば外装ケースを接続部材の厚さ分だけ小さくすることが可能になる。

また接続部材が２層の金属で構成されるクラッド板であるので、一方の金属層を電池ケースに、他方の金属層を正極リード板にそれぞれ超音波溶接，レーザ溶接，抵抗溶接等、任意の方法で容易に溶接して固着することが可能になる。

更に接続部材はめっき，スパッタリング又は蒸着により凹部内に形成されており、その材質が第２金属製の電流取出用リード板と溶接可能な金属であるので、正極リード板を電池ケースの接続部材に対して超音波溶接，レーザ溶接，抵抗溶接等、任意の方法で容易に溶接して固着することが可能になる。

なお、上述の実施の形態では電池ケース１１はアルミニウム板を深絞り加工して形成しているが、他の加工方法により形成された電池ケース１１にも本発明を適用することは勿論可能である。また上述の実施の形態では電池ケース１１に対そてクラッド板１２を固着する構成に関して主として説明したが、電池ケース１１そのものは図８に示した従来技術の電池パックに適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係る電池の電池ケースの模式的外観斜視図である。 図１の要部の模式的断面図である。 本発明に係る電池の電池ケースに形成された凹部にクラッド板を固着した状態を示す模式的外観斜視図である。 図３の要部の模式的断面図である。 本発明に係る電池の他の実施の形態を示す電池ケースの模式的外観斜視図である。 図５に示す本発明に係る電池の電池ケースに形成された凹部にめっき加工を行なう状態を示す模式図である。 図５に示す本発明に係る電池の電池ケースに形成された凹部にめっき加工を行なった状態を示す模式的外観斜視図である。 従来の電池パックの一般的な構成例を示す模式的分解斜視図である。

符号の説明

１０ 電池
１１ 電池ケース
１２ クラッド板
１２ａ クラッド板ｂの一方の層
１２ｂ クラッド板の他方の層
１５ ニッケル層
２０ 正極リード板
１２２ｃ〜１２４ｃ 切断線

Claims (3)

1. 発電要素を収容した第１金属製の電池ケースと、前記発電要素から電流を取り出す第２金属製の電流取出用リード板と、一方の面が前記電池ケースに、他方の面が前記電流取出用リード板にそれぞれ固着された接続部材とを備えた電池において、
   前記電池ケースの表面に凹部が形成されており、
   前記接続部材は、前記他方の面が前記第２金属と溶接可能な金属で構成されており、且つ前記電池ケースの外表面と面一となるように前記凹部内に固着されていること
   を特徴とする電池。
2. 前記接続部材は、前記一方の面が前記第１金属と溶接可能な金属層の表面となるように、前記他方の面が前記第２金属と溶接可能な金属層の表面となるように構成されたクラッド材であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記接続部材が、前記第２金属と溶接可能な金属をめっき，スパッタリング又は蒸着することにより前記凹部内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。

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