JP2007073511A - 無溶接接続方式の二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶接乃至半田付けを行わなくても、電極端子とＰＣＭの電気接続が可能であり、さらに、落下または外部衝撃を加えても、結合部位の物理的安全性のため、優れた結合状態が得られる無溶接接続方式の二次電池を提供する。
【解決手段】金属層と樹脂脂を含むシート状電池ケースに電極組立体が内蔵されている二次電池において、端子挿入溝が形成されている接続部材に電極端子を挿入して電気的連結をなし、接続部材に締め付けられる導電性の締付部を含んでいるＰＣＭ部材を接続部材に結合して電気的連結をなす。
【選択図】図４

Description

本発明は、無溶接接続方式の二次電池に関し、より詳しくは、シート状電池ケースに電極組立体が内蔵されている二次電池において、端子挿入溝が形成されている接続部材に電極端子を挿入して電気的連結をなし、前記接続部材に締め付けられる導電性の締付部を含んでいるＰＣＭ部材を前記接続部材に結合して構成することにより、溶接によらず、電気的に連結することができる新規な構造の二次電池に関する。
最近、無線電子製品の普及につれて、様々な電池が開発され市販されている。無線電子製品に用いられる電池は、繰り返し充放電が可能な二次電池が主に用いられるが、このような二次電池は、過充電及び過放電により、寿命が急に減少するため、これを防止する保護回路素子であるＰＣＭ（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）が内蔵されている。
電池パックは、通常、電池セル、ニッケルプレート、ＰＣＭ、及びケースで構成され、このような電池パックの組立方式において、ソフトパックを構成する一般の方法は、ニッケルプレートを用いて、スポット溶接や半田付け工程で、電池セルのタブ（＋、−）とＰＣＭを連結する方式を採用している。より詳しくは、電池セルにニッケルプレートをスポット溶接した後、ＰＣＭとニッケルプレートをスポット溶接し、ＰＣＭと電池セルを電気的に連結することにより、電池パックを製造するものである。
図１（Ａ）乃至図１（Ｅ）は、従来、電池パックの作成過程における一般の電気接続過程を模式的に示す図である。
これらの図面を参照すると、図１（Ａ）において、パウチ形電池である電池セル１００の上端シール部１１０と側面シール部１２０をそれぞれ垂直に折り曲げ、折り曲げられた上端シール部１１０上に第１の絶縁材２００を搭載した後、正極リード１３０と負極リード１３２が第１の絶縁材２００上に載置されるようにそれぞれ下方に折り曲げる。第１の絶縁材２００により電極リード１３０、１３２は、電池ケースの本体との電気的絶縁状態を安定的に維持することができる。
次に、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）において、正極リード１３０と負極リード１３２にニッケルプレート３００、３１０をスポット溶接により結合させる。ニッケルプレート３００、３１０は、電極リード１３０、１３２と結合される部位の反対側の接続端部３０１、３１１が上方に撓んでいる構造となっている。
その後、図１（Ｄ）において、ニッケルプレート３００、３１０の接続端部３０１、３１１を除いた部位を塗布することができる第２の絶縁材２１０を実装する。第２の絶縁材２１０は、ニッケルプレート３００、３１０の接続端部３０１、３１１を除いた部位がＰＣＭ（図示せず）に電気的に接続されることを防止する役割をする。
その後、図１（Ｅ）において、ＰＣＭ４００を搭載した後、ニッケルプレートの接続端部（図示せず）と電気的連結を行う。ＰＣＭ４００は、過充電、過放電、過電流などから電池を保護することができる保護回路が含まれており、外部機器（図示せず）との電気的連結のための外部入出力端子４１０と、浸水か否かを確認するためのテストポイント４２０とが、さらに含まれている。ＰＣＭ４００とニッケルプレート（図示せず）の結合は、例えば、スポット溶接、レーザ溶接、半田付けなどで行われる。
このように電気的連結が行われた電池セル１００は、パックケースに取り付けられて電池パックに製造される。
しかしながら、上述したように、電気的連結のための多数の溶接、半田付け工程が要求され、このような溶接などは、二次電池の小型構造により、極めて精密な作業で進行されるので、それほど不良の可能性が高い。しかも、製品の作製工程中にこのような工程の追加により、製品単価が上昇する要因となる。
したがって、スポット溶接や半田付け工程を経ず、ＰＣＭと電池セルを組み立てる方法が切望されている。このような必要により、現在まで、溶接や半田付け工程を省略する技術としては、ＰＣＭに突出状に表面実装された接触部を設け、電池セルの正極及び負極に接触する方法（特許文献１）、電池セルの端子とＰＣＭを接続させる手段として、圧縮コイルスプリングを用いる方法（特許文献２）、合成樹脂で形成された缶に安全手段を含め、接着剤を用いる方法（特許文献３）が提案されている。
しかしながら、前記圧縮コイルスプリングを用いる方法は、適正な弾性を与えるために、スプリングが大きな高さを有しなければならず、電池セルとの接触部位を定位置させることが困難であるなど、組立過程が煩雑であるという問題があり、上記した方法は共に、電池セルとの接触部位が、落下または外部衝撃の印加時、離脱しやすく、構造的に安定性に問題があった。
したがって、ＰＣＭと電池セルの組立を単純化するとともに、安定性及び生産性に優れた電池パックの開発が至急なことが実状である。
韓国実用新案登録第３５０６５７号公報 韓国特許出願公開第２００４−７４４８７号公報 韓国特許登録第３００４２８号公報
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ニッケルプレートではなく、所定の接続部材に電極端子を挿入した後、巻き取って電池セルの上端に搭載し、このような接続部材に締め付けられる導電性締付部を有したＰＣＭを接続部材に締め付けることにより、溶接乃至半田付けを行わなくても、電極端子とＰＣＭの電気接続が可能であり、さらに、落下または外部衝撃を加えても、結合部位の物理的安全性のため、優れた結合状態が得られる無溶接接続方式の二次電池を提供することにする。
前記目的を達成すべく、本発明に係る無溶接接続方式の二次電池によれば、金属層と樹脂脂を含むシート状電池ケースに電極組立体が内蔵されている二次電池において、端子挿入溝が形成されている接続部材に電極端子を挿入して電気的連結をなし、前記接続部材に締め付けられる導電性の締付部を含んでいるＰＣＭ部材を前記接続部材に結合して電気的連結をなすことを特徴とする。
これによると、新たな概念の接続部材と導電性の締付部を有したＰＣＭ部材を導入することにより、電池セルの端子とＰＣＭ部材の電気的締付において、スポット溶接や半田付け工程が省略されるので、不良の発生頻度を最小化するばかりでなく、スポット溶接機や半田付け装備のような設備などが不要であり、費用を節減することができるという長所がある。
また、一体型構造物を用いるので、部品数を減らすことができ、組立工程も簡単となり、ソフトパックの構成が単純であるので、パックの内部空間の活用率を最大限高くすることができる長所がある。
前記接続部材は、ＰＣＭ部材を電池セルに固定させ、電気的に接続された状態を維持させるために、本発明において導入した部材である。このような電気的接続のために、前記接続部材には、端子挿入溝が形成されている。前記端子挿入溝は、例えば、電極セルの電極端子に対応する位置において、前記部材を貫通して形成され、したがって、貫通された挿入溝に電極端子が挿入され、端子と前記接続部材が連結され得る。この際、前記端子挿入溝が形成されている部位は、導電性部材で形成され、端子と接続部材が電気的に通じるようにする。
前記接続部材は、例えば、電池セルの幅と同一であり、または、それよりも短い長さの、多角形または円筒形の部材であってもよいが、これらの形態に限定されるものではない。接続部材には、電池セルの電極端子が挿入可能な挿入溝が形成されており、前記挿入溝および／または外面は導電性素材となっている。これに対して、正極端子が挿入される正極挿入溝と負極端子が挿入される負極挿入溝は、電気的に互いに絶縁されている。
一つの好ましい例において、接続部材は、端子挿入溝が形成されている部位が円筒形構造であり、端子挿入溝とその外周面は、導電性素材となっていてもよい。
前記ＰＣＭ部材は、好ましくは、保護回路が印刷されているＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）であって、その下端に接続部材に締め付けるための締付部が設けられている。前記締付部は、前記接続部材を経て、結果的に電池セルの正極及び負極端子に接続し、ＰＣＭ部材を接続部材に締め付ける役割をするものであれば、特に制限されない。
一つの好ましい例において、前記締付部は、接続部材の外面を取り囲む形態として、着脱可能に結合されてもよく、その例としては、接続部材を取り囲むように、その断面形状に対応する内面形状を有し、挿入方式による装着が可能であるように、下端が開放されている弾力的な構造であってもよい。
締付部は、ＰＣＭ部材の保護回路に連結されており、前記接続部材に接触して安定的に電気的接触を維持しなければならないので、所定の強度とともに導電性を有していなければならない。前記締付部の素材は、例えば、ニッケルまたはその合金などのような金属性素材となっていてもよい。
本発明において、接続部材とＰＣＭ部材の結合は、例えば、前記端子挿入溝に電極端子を挿入した接続部材を電池セルの方向に巻き取って固定した後、締付部によりＰＣＭ部材を結合させる方式であってもよい。ここで、接続部材を巻き取るときは、電極端子を前記接続部材に最大限密着させながら固定させることが好ましい。場合に応じては、電極端子を挿入した接続部材を電池セルの方向に巻き取った後、電池セルに固定する前にＰＣＭ部材を結合した後、最終の電池セルに固定して完成してもよい。
接続部材を電池セルの上部に固定する方式は多様であり、例えば、前記接続部材は、両面テープにより電池セルに固定する方式、または、互いに接する電池セルと接続部材の部位に別途の締付部材を装着し、または、当該部位を締付構造に形成する方式などが挙げられる。前者の方式と関連して、具体的には、電池セルの上端と接続部材との間に両面テープを配置し、接続部材が電池セルの上部に密着されて固定され得る。
本発明はまた、上述したような二次電池をソフトパックとして含む電池パックを提供する。
前記二次電池は、金属層と樹脂層を含むラミネートシートのパウチ形ケースに電極組立体を内蔵しているパウチ形電池セルを含んでいるので、全般的に機械的強度が低い。したがって、このような機械的強度を補充し、関連素子を保護するために別途のパックケースに内蔵して電池パックとして構成する。
前記接続部材とＰＣＭ部材に取り付けられた締付部を電池パックの製造に適用した結果、電池パックの組立が極めて容易であり、完成された電池パックが落下し、または、外部衝撃が加えられても、安定した結合状態を維持することができ、故障の可能性が顕著に減少した。したがって、溶接を行わなくても、電池セルの電極端子と安定的な電気的連結をなすことが立証された。
本発明の無溶接方式の二次電池によれば、電極端子を挿入可能な特殊な構造の接続部材を導入し、ＰＣＭ部材に締付部を設置するなど、画期的な接続方式を導入することにより、電池の組立時、一般に行われるスポット溶接や半田付けを省略し、組立工程の簡素化により生産性を向上させ、一つの部品を用いて電池セルとＰＣＭを連結するので、組立工程上において生じるその他の不良発生を最小化することができ、二次電池の産業に広く効果的に適用され得るという効果がある。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明の範疇がこれらに限定されるものではない。
図２は、本発明の一実施の形態に係る二次電池において用いられる接続部材を示す斜視図である。
図２を参照すると、接続部材５００は、全体的に円筒構造からなり、両端部の周囲にそれぞれ端子挿入溝５１０、５１２が穿孔されている。端子挿入溝５１０、５１２は、金属素材の接続部５２０、５２２に形成されており、これらの円筒部５２０、５２２は、電気絶縁性のプラスチック素材の絶縁部５３０に連結されている。
図３は、本発明の一実施の形態に係る二次電池において用いられるＰＣＭ部材を示す斜視図である。
図３を参照すると、ＰＣＢ部材６００は、保護回路が印刷されているＰＣＢの下端の両端部の周囲に二つの締付部６１０、６１２が取り付けられている。
締付部６１０、６１２は、接続部材（図２の５００）の導電性接続部５２０、５２２に着脱可能に結合されるように、接続部５２０、５２２に対応する円筒状の内面を有する下端が開放した掛け金の構造になっている。締付部６１０、６１２は、弾力的な金属素材からなり、簡単な挿入方式により結合され得る。
図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）は、図２の接続部材と図３のＰＣＭ部材を用いて、電池セルの電気的連結を行う過程を示す模式図である。
これらの図面を参照すると、接続部材５００の端子挿入溝５１０、５１２にそれぞれ正極端子７１０と負極端子７１２を挿入した後、電池セル７００の方向に回転させる。すると、板状の電極端子７１０、７１２は、巻かれながら接続部材５００の導電性接続部５２０、５２２に接触するようになる。その後、ＰＣＭ部材６００の下端に位置する締付部６１０、６１２を接続部材５００の導電性接続部５２０、５２２上に結合させる。締付部６１０、６１２もまた金属素材となっているので、電極端子７１０、７１２は、導電性接続部５２０、５２２を経て、ＰＣＭ部材６００の締付部６１０、６１２に電気的に連結される。
したがって、溶接、半田付けなどを行わなくても、電池セル７００の電極端子７１０、７１２とＰＣＢ部材６００との電気接続が可能となるものである。
たとえ、上述した本発明による図面では、円筒形の接続部材を例示して説明したが、本発明は、これに限定されず、接続部材の形状を様々に変化させ、ソフトパックを構成することができる。また、前記ＰＣＭ部材の締付部を前記接続部材に締め付ける方式においても、様々に応用して様々な形態の締付構造を有してもよい。
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能である。
図１（Ａ）乃至図１（Ｅ）は、従来、電池パックの製造過程における一般の電気接続過程を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態に係る二次電池において用いられる接続部材を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る二次電池において用いられるＰＣＭ部材を示す斜視図である。 図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）は、図２の接続部材と図３のＰＣＭ部材を用いて、電池セルの電気的連結を行う過程を示す模式図である。
符号の説明
５００ 接続部材
５１０、５１２ 端子挿入溝
５２０、５２２ 接続部
５３０ 絶縁部
６００ ＰＣＢ部材
６１０、６１２ 締付部
７００ 電池セル
７１０ 正極端子
７１２ 負極端子

Claims (9)

  1. 金属層と樹脂脂を含むシート状電池ケースに電極組立体が内蔵されている二次電池において、端子挿入溝が形成されている接続部材に電極端子を挿入して電気的連結をなし、前記接続部材に締め付けられる導電性の締付部を含んでいるＰＣＭ部材を前記接続部材に結合して電気的連結をなす二次電池。
  2. 前記接続部材が、電池セルの幅と同一であり、または、それよりも短い長さの、多角形または円筒形の部材であって、電池セルの電極端子が挿入可能な挿入溝が形成されており、前記挿入溝および／または外面は導電性素材となっていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記接続部材が、端子挿入溝が形成されている部位が円筒形構造であり、端子挿入溝とその外周面は、導電性素材となっていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  4. 前記ＰＣＭ部材が、保護回路が印刷されているＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）であって、その下端に接続部材に締め付けるための導電性の締付部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  5. 前記締付部が、接続部材を取り囲むように、その断面形状に対応する内面形状を有し、挿入方式による装着が可能であるように、下端が開放されている弾力的な構造となっていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  6. 前記接続部材の端子挿入溝に電極端子を挿入した接続部材を電池セルの方向に巻き取って固定した後、ＰＣＭ部材の締付部を前記接続部材に結合させることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  7. 前記接続部材が、両面テープにより電池セルに固定されることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
  8. 互いに接する電池セルと接続部材の部位に別途の締付部材を装着し、または、当該部位に締付構造が形成されており、接続部材が電池セルに固定されることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の二次電池をソフトパックとして含む電池パック。
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