JP2008117620A - バッテリ - Google Patents
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Abstract
【課題】組立効率を改善することができるバッテリを提供する。
【解決手段】前面が開放されたバッテリケース3と、バッテリケース3の前面側より挿入され、該前面より外方に臨む一面に正極部24及び負極部25が形成されたバッテリセル2と、バッテリセル2と対峙する面に正極部24と接合される正極端子45を保持し、バッテリケース3の前面に取り付けられるホルダ42と、ホルダ42のバッテリケース3の前面の開放方向と同じ向きに開放された保持部50に支持され、負極部25と接合される負極端子46と、ホルダ42を介して正極部24上を跨ぐように配設されたPTC48とを有する電極保護部材49と、保持部50に保持された端子板43と、バッテリケース3の前面に取り付けられるトップカバー44とを有する。
【選択図】図13
【解決手段】前面が開放されたバッテリケース3と、バッテリケース3の前面側より挿入され、該前面より外方に臨む一面に正極部24及び負極部25が形成されたバッテリセル2と、バッテリセル2と対峙する面に正極部24と接合される正極端子45を保持し、バッテリケース3の前面に取り付けられるホルダ42と、ホルダ42のバッテリケース3の前面の開放方向と同じ向きに開放された保持部50に支持され、負極部25と接合される負極端子46と、ホルダ42を介して正極部24上を跨ぐように配設されたPTC48とを有する電極保護部材49と、保持部50に保持された端子板43と、バッテリケース3の前面に取り付けられるトップカバー44とを有する。
【選択図】図13
Description
本発明は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池といった筐体の内部に発電要素となる電池素子が収容され、該電池素子が発生する電力を正負一対の電極端子から外部に取り出すバッテリに関する。
近年、ノート型パソコン等の情報機器や携帯電話等の移動通信機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯型オーディオ等の携帯型電子機器の需要が急増している。このような電子機器の電源として、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の密閉式小型二次電池が多く使用されており、その中でもリチウムイオン二次電池は高電圧、高エネルギー密度、軽量といった特性が生かされ、多種多様な分野で採用されている。
特に、液系電解液を用いた場合に問題となる液漏れの対応策として例えば、電解質として、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状高分子膜を用いたもの、あるいは全固体状の電解質を用いた、いわゆるポリマーリチウムイオン二次電池が実用されている。
このようなポリマーリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、軽量といった電池特性に加え、電池形状の自由度が高い特性を生かして、近年の各種電子機器における小型化、軽量化、薄型化といった需要に応えるべく、さらなる開発が進められているところである。
ポリマーリチウムイオン二次電池は、例えば、電池素子がラミネートされたバッテリセルを形成し、このバッテリセルを電極端子や保護回路などが形成された回路基板と接続し、これを金属ケースに収納したものが多く用いられ、リチウムイオン二次電池は、電池素子が電解液とともに金属ケースに収納されたバッテリセルを形成し、このバッテリセルの端面に形成された正極及び負極に、正極端子部及び負極端子部が形成されたプリント基板を取り付けてプラスチック筐体等に収納したものが多く用いられている。また、バッテリセルには、保護素子として温度を検出して入出力回路を遮断、制御することにより充電制御や安全制御等を行うPTC(Positive Temperature Coeffcient)等の保護素子が設けられる。
ここで、保護素子をバッテリセルを構成する金属ケースに貼着する場合、二次電池の組立工程においては、バッテリセルに保護素子を貼着する工程や、保護素子と回路基板とを溶接する工程を経る。かかる工程においては、保護素子のバッテリセルへの貼着方向や保護素子と回路基板との溶接方向とが異なり、治具の入れ替えが必要となって、組立効率が悪い。またバッテリセルをプラスチック筐体に収納する際にも、保護素子との干渉を回避し、回路基板をプラスチック筐体に収納、固定するためには、治具の入れ替えなどが必要となり、組立効率の向上にも限界がある。
本発明は、かかる従来の問題点を解決するものであり、組立効率を改善することができるバッテリを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係るバッテリは、前面が開放された略矩形筐体からなるバッテリケースと、上記バッテリケースの前面側より挿入され、該前面より外方に臨む一面に正極部及び負極部が形成されている略矩形筐体からなるバッテリセルと、上記バッテリセルの一面と対峙する一面に上記正極部と接合される正極端子を保持し、上記バッテリケースの前面に取り付けられるホルダと、上記ホルダの上記バッテリケースの前面の開放方向と同じ向きに開放された保持部に支持され、上記ホルダに設けられた開口部を挿通して上記負極部と接合される負極端子と、上記ホルダを介して上記正極部上を跨ぐように配設された保護素子とを有する電極保護部材と、上記電極保護部材と絶縁を保ちながら上記保持部に保持され、上記正極端子及び負極端子と接続される電極端子部を備えた端子板と、上記バッテリケースの前面に取り付けられ、上記電極端子部を該前面側に臨ませるトップカバーとを有するものである。
本発明に係るバッテリによれば、バッテリケースの前面が開放されると共に、ホルダにこのバッテリケースの前面の開放方向と同じ向きに開放された保持部が形成されていることから、バッテリケースの前面側から、バッテリセル、ホルダ、電極保持部材、端子板、トップカバーが組み付けられる。したがって、バッテリケースをいったん治具に装着すれば、治具の入れ替えや脱着を要せず、バッテリを組み立てることができ、組み立て工程の効率を向上させることができる。
以下、本発明にかかるバッテリをリチウムイオン二次電池に適用した場合を例に、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明が適用された二次電池1は、図1に示すように、例えば角形に形成されたリチウムイオン二次電池であり、図2(a)乃至図2(c)に示すように、各種電子機器、例えばデジタルスチルカメラ10等の電子機器に用いられる。具体的に、二次電池1は、図2に示すデジタルスチルカメラ10の本体内部に設けられた電池収容部12に収容されることにより、このデジタルスチルカメラ10に駆動電力を供給する。電池収容部12は、二次電池1の形状に応じて略扁平の凹部からなり、図3に示すように、デジタルスチルカメラ10の側面部13に回動自在に設けられた電池蓋14が開放されることにより外方に臨まされ、二次電池1が収容された後、電池蓋14によって閉塞される。
また電池収容部12は、底部に後述する二次電池1に設けられた正極端子部61及び負極端子部62と接触される収容部電極が形成されている。そして、二次電池1は、正極端子部61及び負極端子部62が設けられた前面を挿入端として電池収容部12内に収容されることにより、収容部電極と接続され、デジタルスチルカメラ10に電力を供給する。なお、かかる電池収容部12には、二次電池1を電池収容部12から排出させるための付勢部材(図示せず)と、該付勢部材の付勢力に対抗して二次電池1を電池収容部12内に係止する係止部材19が設けられている。この係止部材19は、スライド可能に形成され、二次電池1を電池収容部12から排出する際にはスライド操作されることにより、二次電池1の係止を解除し、排出可能とする。
この電池収容部12及び二次電池1は、デジタルスチルカメラ10以外の機種のデジタルスチルカメラやカムコーダその他の電子機器と同一の規格で形成され、二次電池1を、規格化された電池収容部12を備える各種電子機器に収容することにより、これらを駆動させることができる。これにより、電子機器に付属の二次電池に換えて、電池容量が増大された別売りの二次電池を用いて当該電子機器を使用したり、二次電池1を各種電子機器において共用することが可能となる。
次いでかかる二次電池1について説明する。この二次電池1は、図1及び図4に示すように、略扁平状に形成された樹脂製のバッテリケース3の前面に設けられた開口部から、電極素子が収納された金属製のバッテリセル2が挿入されるとともに、バッテリセル2の正極部及び負極部と接続された正極端子部及び負極端子部を備えた電池蓋4によって閉塞され、外装フィルム5及び機銘フィルム6によって巻回されることにより形成されている。
バッテリセル2は、図5に示すように、帯状の正極と帯状の負極とがセパレータを介して積層され、長手方向に巻回された電池素子20が、非水電解液とともに金属製のセル筐体21に封入されてなる。セル筐体21は、断面が長円の矩形平板状の金属ケース22と、金属ケース22を閉塞することによりセル筐体21の前面21aを構成する長円形のキャップ23とからなる。またセル筐体21の前面21aには、正極部24と負極部25と安全弁26とが形成されている。
正極は、帯状の正極集電体上に正極活物質層が形成されてなり、また、負極は、帯状の負極集電体上に負極活物質層が形成されてなる。正極からは正極リードが導出され、この正極リードがキャップ23に取り付けられている正極ピン27に接合されている。これによりセル筐体21は、前面21aの略中央に正極部24が形成されている。また負極からは負極リードが導出され、この負極リードが金属ケース22の一部に接合されている。これによりセル筐体21は、前面21aの正極部24を除き、負極部25を含む全体が負極を構成する。
また、正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、LixMO2(式中Mは一種以上の遷移金属を表し、xは電池の充放電状態によって異なり、通常0.05以上1.10以下である。)を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Mとしては、Co,Ni,Mn等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはLiCoO2,LiNiO2,LiNiyCo1−yO2(式中、0<y<1である。)、LiMn2O4等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。また、正極活物質としてTiS2、MoS2、NbSe2,V2O5等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物を用いることもできる。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。
負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。例えば、難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。このほか、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やSnO2等の酸化物を使用することもできる。このような材料から負極を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。
セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止すると共に、非水電解質液中のリチウムイオンを通過させるものである。セパレータは、孔の平均径が5μm以下程度の微小な孔を多数有する樹脂からなる微多孔性膜である。樹脂としては、オレフィン系ポリマー、プロピレン系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維等がある。
非水電解液は、有機溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調整される。有機溶媒には、非水電解液系の電池に使用されているものであればいずれも用いることができ、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラビドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4メチル1,3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等がある。
電解質塩には、非水電解液系の電池に用いられるものであればいずれも用いることができ、例えば、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr等のうちいずれか一種又は複数種を混合したものが用いられる。
このような電池素子20をその内部に収納するセル筐体21は、図5に示すように、電池素子20が収納される金属ケース22と、金属ケース22を閉塞しセル筐体21の前面21aを構成するキャップ23とからなる。
金属ケース22は、略扁平状の立方体の一面が開放された金属製の筐体からなり、短辺側の稜が円弧状に形成された円弧部22aを有することにより断面略長円形状に形成されている。この金属ケース22は、アルミニウムや鉄等の金属材料を深絞り加工によって成型することにより、前面のみに電池素子20の挿入用の開口部が形成された略扁平状の立方体に形成されている。セル筐体21は、電池素子20を金属ケース22に収納することにより、落下や振動等の衝撃や、鋭利な刃物等の先鋭体に対する機械的強度を備え、後述する外装フィルム5や機銘フィルム6が剥離したり切れた場合にも電池素子20が外部に露出する事態を防止することができる。
キャップ23は、金属ケース22の前面側に溶接されることにより金属ケース22を閉塞するとともに、電池素子20の正極部24及び負極部25を構成するものである。キャップ23は、金属ケース22の断面形状に応じて長円形の板状体からなり、略中央部に正極部24が形成され、長手方向の一方側に負極部25が形成され、長手方向の他方側に安全弁26が形成されている。
正極部24は、正極ピン27と、正極端子板28と、絶縁プレート29とを有する。絶縁プレート29は、キャップ23を含む金属ケース22が負極を構成することから、正極部24をキャップ23の他の負極部分から絶縁させるものであり、キャップ23上に配設されている。正極端子板28は、絶縁プレート29上に配置され、後述する電池蓋4の正極タブ45と接合されるものである。正極ピン27は、電池素子20の正極より導出されている正極リードと接続されている。そして正極部24は、キャップ23の略中央部に絶縁プレート29及び正極端子板28を重ねて正極ピン27を貫通させることにより形成されている。
負極部25は、後述する電池蓋4の第1の負極タブ46が接合される箇所であり、プレス加工により一段高く形成されている。安全弁26は、電池の過充電や短絡等により温度が上昇し、セル筐体21内の圧力が高圧になって設定圧力になると、開裂し、セル筐体21の爆発を防止するものであり、ステンレス鋼やニッケルメッキ鉄、アルミニウムなどの金属薄板がキャップ23の他方側に穿設された弁孔にレーザ溶接等によって取りつけられている。
なお、セル筐体21は、電池素子20とキャップ23との間の絶縁を保つポリプロピレンなどからなる仕切り板30及び正極ピン27を正極部24に保持するガスケット31が配設されている。
かかるバッテリセル2は、セル筐体21の正極部24を除く全体が負極を構成しているため、後述する外装フィルム5及び機銘フィルム6が破れるなどしてセル筐体21の一部が外部に露出した場合にも、安全性が確保されている。
次いでバッテリセル2が収納されるバッテリケース3について説明する。図4に示すように、バッテリケース3は、略扁平状の立方体の一面が開放されたプラスチック製の筐体からなり、短辺側の稜の一方を円弧状に、他方を角形に形成された断面略台形状に形成されている。このバッテリケース3は、射出成型によって形成されることにより略扁平状の立方体に形成されるとともに、前面が開放されている。そしてバッテリケース3は、前面側からバッテリセル2が挿入されるとともに電池蓋4が取り付けられる。
このバッテリケース3は、主面部3a及び主面部3aと反対側の裏面部3bに開口部36a,36bが形成されている。開口部36a,36bは、バッテリケース3内に収納されたバッテリセル2の主面を外方に臨ませるものであり、出荷時においてバッテリセル2を収容していたバッテリケース3に(図6(a))、電池素子20の過熱や充放電を繰り返し行っていくにつれてバッテリセル2が膨張した場合の、バッテリセル2の収容マージンを与えることができる(図6(b))。この開口部36a,36bは、バッテリケース3の主面部3a及び裏面部3bの各外側縁より内面側に、外側縁に沿って方形状に形成されている。したがって、バッテリケース3は、バッテリセル2の挿入方向と直交する両側面部3c,3d、及びバッテリセル2の挿入方向となる背面部3eが、それぞれ断面略コ字状に形成される。
またバッテリケース3の両側面部3c,3dは、主面部3a側の稜に円弧状の円弧部37が形成され、裏面部3b側の稜に角形の角部38が形成されている。このうち、主面部3a側の円弧部37は、金属ケース22の円弧部22aと曲率を略等しく形成され、円弧部22aを隙間を設けることなく支持する。また裏面部3b側の角部38は、金属ケース22の円弧部22aと対峙する隙間領域に該円弧部22aと曲率を略同一に形成された支持壁39が形成されている。すなわち、バッテリケース3は、角形の角部38に対してバッテリセル2の円弧部22aが対峙することとなるため、仮にこのままでは角部38と円弧部22aとの間にクリアランスが形成されてしまうが、バッテリケース3では、このクリアランス部分に、側面部3c,3dから円弧状に裏面部3bへ連続することによりバッテリセル2の円弧部22aを支持する支持壁39が形成されている。これによりバッテリケース3は、裏面部3b側の稜においても支持壁39によってバッテリセル2の円弧部22aを隙間なく支持し円弧部37と支持壁39とによってバッテリセル2をがたつかせることなく収納することができる。
またバッテリケース3は、支持壁39を形成することにより、バッテリセル2の挿入方向に亘って、裏面部3b側の稜を肉厚に形成することができ、バッテリセル2の挿入方向の圧縮加重に対する耐性を向上させることができる。したがって、バッテリケース3は、二次電池1がデジタルスチルカメラ10の電池収容部12内に収納され、電池蓋14に閉塞されたときに、電極端子部61,62を収容部電極に押し付ける付勢部材によってバッテリセル2の挿入方向に圧縮加重が加わった場合にも、座屈などを起こすことがない。
また、バッテリケース3は、主面部3a及び裏面部3bの前面側の側縁部に、電池蓋4のホルダ42によって外側から当接される突片40が形成されている。バッテリケース3は、突片40がホルダ42に外側から当接されることで、主面部3a及び裏面部3bの外側への撓みが防止され、両側面部3c,3d側からの圧縮加重に対する耐性を向上させることができる。また、バッテリケース3は、主面部3a及び裏面部3bの前面側の側縁部に、突片40と近接して、電池蓋4のトップカバー44に突設された係合凸部67が係合する係合孔41が複数穿設されている。バッテリケース3は、係合孔41とトップカバー44の係合凸部67が係合されることにより電池蓋4が組み付けられる。
このバッテリケース3に組み付けられる電池蓋4は、バッテリセル2の正極部24及び負極部25と接続される電極端子部を有し、バッテリセル2が収納されたバッテリケース3を閉塞するとともに端子部を外方に臨ませるものである。この電池蓋4は、図4に示すように、バッテリケース3の前面に取り付けられるホルダ42と、ホルダ42に支持される端子板43と、ホルダ42及び端子板43が組み付けられたバッテリケース3の前面を覆うトップカバー44とからなる。
ホルダ42は、バッテリケース3の前面に取り付けられると共に、正極部24と端子板43の正極溶接板63とに接合される正極タブ45と、負極部25と端子板43の負極溶接板64とに接合される第1、第2の負極タブ46,47及びPTC48(Positive Temperature Coeffcient)等の熱感応素子を有する電極保護部材49、及び後述する端子板43とをバッテリケース3の前面部に保持するものである。このホルダ42は、合成樹脂によりバッテリケース3の断面形状と略同一形状となるようにモールド成形された、短辺側の稜が円弧状に形成された略台形平板状の部品である。またホルダ42は、前面に凹部が形成されている。すなわちホルダ42は、バッテリケース3の前面の開放方向と同じ向きに開放された矩形凹部を有し、後述する電極保護部材49を収納するとともに端子板43を支持する保持部50が形成されている。
ホルダ42は、保持部50と反対側の面、すなわちバッテリセル2と対峙する面の長手方向の略中央部に、正極タブ45の形状に対応した矩形凹部が形成され、矩形凹部に正極タブ45を保持部50側からバッテリセル2の正極部24に溶接するための溶接用開口部42aが開口されている。また、ホルダ42は、図7に示すように、長手方向の略中央部下面側に、矩形凹部と連続して正極タブ45が挿通保持される挿通孔53が形成されている。挿通孔53は、バッテリセル2の正極部24と対峙する裏面に開口され、この裏面側から正極タブ45が挿通され、ホルダ42の下面より前面側に引き出す。
ここで、正極タブ45は、ニッケル(Ni)等の金属薄板からなり、図8(a)に示すように、略T字状に形成されることにより正極部24に溶接される溶接部51と、溶接部51より略L字状に折り曲げられホルダ42の挿通孔53を介して端子板43と溶接される折曲げ片部52とを有する。また図9に示すように、折り曲げ片部52には、幅方向に狭小化されることにより挿通孔53にガイドされて折り曲げられる折曲げ部52aが形成されている。折曲げ部52aは、挿通孔53にガイドされることにより折り曲げられる領域Rに亘って形成されている。折曲げ片部52が挿通孔53にガイドされながら折り曲げられることにより、正極タブ45は、略U字状に折り曲げられる(図7)。
図7に示すように、ホルダ42は、挿通孔53に、正極タブ45の折曲げ片部46bの折り曲げをガイドするガイド部54が形成されている。ガイド部54は、折曲げ片部52の折り曲げ方向に沿って略円弧状に形成されており、挿通孔53を挿通された折曲げ片部52の折曲げ部52aが当接される。そしてガイド部54は、折り曲げ片部52が後述する端子板43と溶接された後、端子板43とともに、折り曲げられると、折曲げ部52aの折り曲げをガイドし、折曲げ片部52を90°に折り曲げる。
なお、図8(b)に示すように、正極タブ45は、折り曲げ片部52に挿通孔53からの抜け止めを図る係止突部55が形成されている。係止突部55は、折曲げ片部52に穿孔が設けられると共に、この穿孔側縁が突設されることにより、折曲げ片部52の先端側から溶接部51側に亘って漸次盛り上がるとともに、溶接部51側に端面が形成されてなる。正極タブ45は、折曲げ片部52が挿通孔53に挿通されると、引き出し端となる挿通孔53の外側面に係止突部55の端面が係止され(図7)、挿通孔53への挿入位置が決まり、折曲げ片部52の折曲げ部52aが挿通孔53のガイド部54と当接可能となる。また正極タブ45は、係止突部55が挿通孔53に係止されることで、挿通孔53からの抜け止めが図られる。
またホルダ42は、バッテリセル2の負極部25と対峙する位置に第1の負極タブ46が挿通される負極開口56が形成され、負極開口56と長手方向の反対側に第2の負極タブ47を係止する負極係止片57が形成されている。負極開口56は、保持部50側から電極保護部材49の第1の負極タブ46が挿通され、負極部25に溶接される。また負極係止片57は電極保護部材49の第2の負極タブ47を係止することにより、電極保護部材49を支持しホルダ42からの脱落を防止する。この負極係止片57近傍には、図10に示すように、第2の負極タブ47の折り曲げをガイドするガイド突部57aが形成されている。ガイド突部57aは、第2の負極タブ47の折曲げ片部59が下側に挿通され、第2の負極タブ47が端子板43に溶接され端子板43とともにホルダ42の前面側に折り曲げられる際に、折曲げ片部59が90°に折り曲げられるのをガイドする。
その他、ホルダ42は、バッテリセル2の安全弁26の位置に対応した位置に弁孔42bが開口されている。また、ホルダ42は、裏面側の上側縁及び下側縁に、バッテリケース3の突片40に外側から当接される当接縁部42cが張り出し形成されている。
ホルダ42の保持部50に収納、支持される電極保護部材49は、PTC48と、PTC48の両端に接続された一対の第1、第2の負極タブ46,47と、正極タブ45との絶縁を保つ絶縁紙60とからなる。PTC48は、ホルダ42の長手方向に沿って配設されるものであり、矩形平板状に形成されている。PTC48は、第1、第2の負極タブ46,47と溶接される矩形平板状の金属薄板によって挟持され、この金属薄板を介して第1、第2の負極タブ46,47と接続されている。
PTC48の一端に接続される第1の負極タブ46は、ニッケル(Ni)等の金属薄板からなり、バッテリセル2の負極部25側に向かって段差状に折り曲げられることにより、PTC48の一端側と接合される接合片部46aと、負極開口56を介して負極部25に溶接される溶接片部46bとが形成される。
またPTC48の他端に接続されている第2の負極タブ47は、ニッケル(Ni)等の金属薄板からなり、略L字状に形成されることにより、PTC48の他端側に接合される接合片部58と、接合片部58より略U字状に折り曲げられ端子板43の負極溶接板64と接続される折曲げ片部59とを有する。折曲げ片部59は、接合片部58より略90°に折り曲げられてホルダ42に支持された電極保護部材49より前面側に引き出された後、さらに上方に略90°折り曲げられている(図11(b))。また折曲げ片部59には、上記正極タブ45と同様に、幅方向に狭小化されることにより負極係止片57のガイド突部57aにガイドされて折り曲げられる折曲げ部59aが形成されている。折曲げ部59aは、図10に示すように、第2の負極タブ47がホルダ42の負極係止片57に係止されると、ガイド突部57aに当接される。そして折曲げ部59aは、折曲げ片部59が端子板43の負極溶接板64に溶接された後、ガイド突部57aにガイドされることにより90°に折り曲げられる。なお、図10では、かかる構成を明確化するため、バッテリケース3、第1の負極タブ46及びPTC48を省略している。
また、PTC48の前面側には絶縁紙60が貼着されている。絶縁紙60は、電極保護部材49の前面側に引き出されている正極タブ45の折曲げ片部52が電極保護部材49と対峙するように上方に折り曲げられた際に、正極タブ46と電極保護部材49との絶縁を保つものである。
かかる電極保護部材49は、第2の負極タブ47がホルダ42の負極係止片57に係止されるとともに、第1の負極タブ46が負極開口56を挿通して保持部50側より負極部25に溶接されることにより、図11(a)及び図11(b)に示すように、ホルダ42の前面側において、ホルダ42を介して正極部24及び正極タブ45を跨ぐように支持される。このとき、正極タブ45の溶接部51と電極保護部材49とは、ホルダ42を介して所定のクリアランスを隔てて対峙されており、絶縁が保たれている。またこのときホルダ42の前面側には、挿通孔53に挿通された正極タブ45の折曲げ片部52と、第2の負極タブ47の折り曲げ片部59とが引き出され、後述する端子板43の正極溶接板63及び負極溶接板64と溶接可能とされる(図11(a))。なお、図11ではかかる構成を明確化するために、バッテリケース3、ホルダ42及び絶縁紙59を省略している。
このように二次電池1は、矩形平板状に形成されたPTC48、一対の負極タブ46,47及び絶縁紙60を備えた電極保護部材49を、ホルダ42を介在させて正極部24及び正極タブ45を跨ぐように配設している。これにより二次電池1は、正極と負極との絶縁を保ちつつ、正極部24及び正極タブ45と同じバッテリセル2の前面側に負極タブ46,47及びPTC48を備える電極保護部材49を配設することができる。したがってこの二次電池1は、PTC等の保護素子について、バッテリセルに直接貼着させた二次電池に比して、バッテリセルの容積を犠牲にして保護素子の配置スペースを確保する必要が無く、また矩形平板状のPTC48を用いることで厚さを抑えてスペース効率のよい部品配置を可能とし、限られた二次電池1の体積内においてバッテリセル2の容積を最大限に確保でき、これによる電池の大容量化を実現できる。
具体的に、PTCの配置とバッテリセル2の容積との関係を図12に示す。図12(a)は、PTCを貼着させていないバッテリセルであり、PTCの配置とセル容積との関係を量る基準とする。図12(b)は、本発明に係る二次電池1を示すものであり、バッテリセル2の前面側に正極部24及び正極タブ45を設けると共にPTC48を配置したバッテリセル2を示す。この図12(b)に示すバッテリセル2は、図12(a)に示す基準のセルに比してセル容積が1.8%減少した。
図12(c)は、側面に沿ってPTCを配置したバッテリセルである。この図12(c)に示すバッテリセル2は、図12(a)に示す基準のセルに比してセル容積が3%減少した。図12(d)は、背面側にPTCを配置したバッテリセルである。この図12(d)に示すバッテリセル2は、図12(a)に示す基準のセルに比してセル容積が5%減少した。図12(e)は、上面に沿ってPTCを配置したバッテリセルである。この図12(e)に示すバッテリセル2は、図12(a)に示す基準のセルに比してセル容積が9.6%減少した。
このように、本発明が適用された二次電池1は、矩形平板状のPTC48を用い、バッテリセル2の前面側に形成された正極部24及び正極タブ45を跨ぐように配設しているため、バッテリセル2の容積を殆ど減少させることなくPTC48を配設でき、他のバッテリセルの側面や背面、上面にPTCを貼着させているバッテリセルに比して、セル容積を増加させ、これにより電池容量を増加させることができる。
また二次電池1は、矩形平板状に形成された長尺状のPTC48と一対の負極タブ46,47を備えた電極保護部材49を正極部24及び正極タブ45を跨ぐようにして配設することで、PTC48の厚みを抑えつつ温度上昇の際に電流を遮断するのに必要な抵抗値を確保することができる。したがって二次電池1は、バッテリケース3と電池蓋4とを、互換性を確保するために規定のバッテリ収納部12に応じた規定の大きさに形成する際に、長尺状のPTC48を用いるとともにバッテリケース3の前面に沿ってPTC48を配置することでPTC48が占めるスペースを最小化でき、省スペース化に伴ってバッテリセル2の容積を増加させ、電池容量を増加させることができる。
なお、二次電池1は、予めPTC48の両端に一対の負極タブ46,47を接続すると共に、絶縁紙60を貼着することにより電極保護部材49を形成しておき、この電極保護部材49を、前面側が開放されたホルダ42の保持部50に前面側から取り付け、電極保護部材49の第2の負極タブ47を負極係止片57に係止させるとともに第1の負極タブ46を負極開口56に挿通し負極部25に溶接することによりバッテリケース3に接続されたホルダ42に装着させる。二次電池1の組み立て工程については、後に詳述する。
次いで、ホルダ42に保持されている正極タブ45及び電極保護部材49の第2の負極タブ47が接合される端子板43について説明する。端子板43は、トップカバー44を介して外方に臨まされデジタルスチルカメラ10の電池収容部12内の電極端子と接続される正極端子部61と負極端子部62と電池保護回路とが形成されている。
具体的に図4に示すように、端子板43は、リジット基板の表面にランドを形成し、このランド上に金メッキ等がされることにより正極端子部61及び負極端子部62が形成される。また端子板43は、図11(a)に示すように、裏面にホルダ42より引き出されている正極タブ45が溶接される正極溶接板63及び第2の負極タブ47が溶接される負極溶接板64が実装されている。正極溶接板63及び負極溶接板64は、いずれもニッケルなどの導電性を有する金属薄板であり、端子板43に形成された回路パターンによってそれぞれ正極端子部61及び負極端子部62と電気的に接続されている。また正極端子部61及び負極端子部62は、トップカバー44に設けられた端子孔68を介して外方に臨まされ、デジタルスチルカメラ10の電池収容部12や充電器側に設けられた電極端子に接触される。
なお、端子板43は、正極端子部61及び負極端子部62の他、電池残量等の情報をデジタルスチルカメラ10側に送信する情報端子部を正極端子部61及び負極端子部62の間に形成している。
かかる端子板43は、正極溶接板63及び負極溶接板64が、バッテリケース3の前面側に導出された正極タブ45及び第2の負極タブ47に溶接される。そして、端子板43は、正極タブ45及び第2の負極タブ47の各折曲げ片部52,59が折り曲げられることにより、ホルダ42の保持部50の前側縁に支持される。このとき、端子板43は、正極端子部61及び負極端子部62及び情報端子部がホルダ42の前面側に臨まされている。その後、端子板43は、トップカバー44がバッテリケース3に取り付けられることにより、トップカバー44とホルダ42の前側縁とに挟持され、位置決めが図られる。
二次電池1は、端子板43がホルダ42の前側縁に支持されることで、電子機器側の電極端子に圧着された際に端子板43にかかる圧力をホルダ42及びバッテリケース3で受けることができ、正極端子部61及び負極端子部62の位置精度を確保することができる。
次いでバッテリケース3の前面に取り付けられるとともに正極端子部61及び負極端子部62を外方に臨ませるトップカバー44について説明する。
トップカバー44は、図4に示すように、合成樹脂によりバッテリケース3の前面と略同一形状にモールド成形された、短辺側の稜が円弧状に形成された略台形平板状の部品であり、バッテリケース3の前面と隙間無く係合可能とされている。このトップカバー44は、短辺側となる上面44a及び長辺側となる下面44bに、上記ホルダ42に突設された連結突起65が挿通係合する連結孔66が、連結突起65に対応して断続的に複数形成されている。またトップカバー44は、上面44a及び下面44bに、バッテリケース3の前面に形成された係合孔41に係合される係合凸部67が複数形成されている。そしてトップカバー44は、上面44a及び下面44bがやや撓みながら前面側からバッテリケース3内に挿入されることにより、ホルダ42の連結突起65が連結孔66に係止されると共に係合凸部67が係合孔41に係合され、ホルダ42及びバッテリケース3に組み付けられる。
またトップカバー44は、前面44cに端子板43に形成された正極端子部61及び負極端子部62を外方に臨ませる端子孔68が形成され、この端子孔68を介してデジタルスチルカメラ10等の電子機器や充電器側の電極端子と正極端子部61及び負極端子部62とを接触させる。なお端子孔68は、端子板43に形成された正極端子部61及び負極端子部62に応じて例えば三カ所設けられ、それぞれ正極端子用、負極端子用、その他電池残量等の情報端子用とすることができる。なお端子孔68の数は、端子板43に設けられた端子部に応じて適宜増減することができる。
このトップカバー44は、ホルダ42に保持された正極タブ45と電極保護部材49の第2の負極タブ47とを介してバッテリセル2の正極部24及び負極部25と、端子板43の正極溶接板63及び負極溶接板64とが接続され、端子板43がホルダ42側に折り曲げられて当接された後、ホルダ42及びバッテリケース3に組み付けられることにより、電池蓋4を構成する。
次いで、かかる二次電池1の製造工程について図13を参照しながら説明する。二次電池1は、バッテリケース3を治具に固定し、開口された前面側より各種構成部品が組み付けられることにより形成される。先ず、図13(a)に示すように、バッテリケース3を図示しない治具に配設する。このときバッテリケース3は前面を上方に向けて配設される。そしてバッテリケース3内にバッテリセル2を収納する。なお、このときバッテリセル2は、セル筐体21の寸法精度を厳密にすることまではしていないため、外装フィルム5及び機銘フィルム6が貼着されるまではバッテリケース3内において若干揺動し得る。二次電池1は、バッテリケース3及び電池蓋4との寸法精度を追い込むことによって全体の寸法を規定し、正極端子部61及び負極端子部62の位置を決め、またこれらと電子機器側の端子部との接触圧を確保する。
ホルダ42は、挿通孔53に正極タブ45が挿通、保持され、折曲げ片部52を前面側に引き出される。正極タブ45は、折曲げ片部52が挿通孔53に挿通されることにより、挿通孔53の外側面に係止突部55の端面が係止され、ホルダ42に保持される。そして、図13(b)に示すように、この正極タブ45が挿通されたホルダ42をバッテリケース3の前面側に取り付ける。
このときホルダ42は、当接縁部42cがバッテリケース3の主面部3a及び裏面部3bの前面側の側縁部に形成された突片40に外側、すなわち主面部3a側及び裏面部3b側から当接する。バッテリケース3は、バッテリセル2の容積を大きく確保するために主面部3a及び裏面部3bが薄肉に形成されているため、バッテリセル2とバッテリケース3との間にクリアランスがあると、側面3c,3dからの圧力によって主面部3a及び裏面部3bの前面側が外側に撓む場合があるが、当接縁部42cが外側から当接することにより、外側への撓みを防止することができる。
また正極タブ45は、ホルダ42がバッテリケース3に取り付けられることにより溶接部51が溶接用開口部42aを介してバッテリセル2の正極部24と当接される。そして、正極タブ45は、保持部50側から溶接用開口部42aを介してスポット溶接されることにより溶接部51が正極部24に溶接される。
次いでホルダ42の保持部50に、予め形成されている電極保護部材49を前面側から取り付ける。図13(c)に示すように、電極保護部材49は、PTC48の両端に第1の負極タブ46の接合片部46a及び第2の負極タブ47の接合片部47aを接続すると共に、絶縁紙60を貼着することにより形成される。そして、電極保護部材49は、第2の負極タブ47がホルダ42の負極係止片57に係止されることにより、ホルダ42の前面側に保持される。このとき電極保護部材49の第1の負極タブ46は、溶接片部46bがホルダ42の負極開口56を介してバッテリセル2の負極部25に当接されている。
次いで、図13(d)に示すように、保持部50側からスポット溶接を行うことによって第1の負極タブ46の溶接片部46bを負極部25に溶接する。このときバッテリケース3の前面側には、ホルダ42の下面部より正極タブ45の折曲げ片部52と第2の負極タブ47の折り曲げ片部59が引き出されると共に、正極タブ45の上方には電極保護部材49の絶縁紙60が位置されている。このように、二次電池1では、PTC48を有する電極保護部材49をバッテリセル2の前面側に取り付けたホルダ42の保持部50に収納、保持させるため、PTCをバッテリセルの側面や背面、底面に貼着する場合に比して、治具からの脱着が不要となり、組み立てが容易で二次電池1の組み立て工程の簡素化、効率化、歩留まりの向上が図られている。
次いで、図13(e)に示すように、バッテリケース3を治具に取り付けた状態で前面が水平方向を向くように横に倒し、正極タブ45及び第2の負極タブ47の各折曲げ片部52,59を、端子板43の正極溶接板63及び負極溶接板64上に位置させる。そして、図13(f)に示すように、各折曲げ片部52,59の上からスポット溶接をして、正極タブ45と正極溶接板63とを溶接し、第2の負極タブ47と負極溶接板64とを溶接する。
次いで、図13(g)及び図14に示すように、各折曲げ片部52,59を折り曲げることにより端子板43がホルダ42の前面に支持される。このとき、正極タブ45は、ホルダ42のガイド部54にガイドされることにより折曲げ部52aが90°に折り曲げられる。また第2の負極タブ47は、ホルダ42のガイド突部57aにガイドされることにより折曲げ部59aが90°に折り曲げられる。また、端子板43は、ホルダ42の前面に形成された凹部と、正極タブ45及び第2の負極タブ47と溶接された正極溶接板63及び負極溶接板64とが嵌合され、位置決めが図られる。
このように二次電池1は、正極タブ46及び第2の負極タブ47が、ホルダ42のガイド部54及びガイド突部57aにガイドされながら折り曲げられることから、折り曲げ用の治具を用いることなく手で正確に折り曲げることができ、組立のスピードや歩留まりを向上することができる。また、二次電池1は、正極タブ45及び第2の負極タブ47に折曲げ部52a,59aを設け、ホルダ42のガイド部54及びガイド突部57aにガイドさせながら折り曲げるものであるため、正極タブ45及び第2の負極タブ47の各折曲げ片部52,59の長さに余裕を持たせる必要がなく、最低限の長さで正確に折り曲げることができ、端子板43をホルダ42に支持させることができる。したがって二次電池1は、ホルダ42に端子板43の正極タブ45及び第2の負極タブ47を収納するスペースを余分に確保する必要がなく、電池蓋4を小型化でき二次電池1全体を小型化することができる。あるいは二次電池1は、電池蓋4を小型化した分、バッテリセル2の容積に充てることができ、電池容量の増加を図ることができる。
端子板43をホルダ42に支持させた後、バッテリケース3を治具に取り付けた状態で前面が上方に向くように立てて、トップカバー44をバッテリケース3の前面側に取り付ける。具体的に、図15に示すように、トップカバー44は、バッテリケース3の前面に形成された係合孔41に係合突部67が係合されるとともに、ホルダ42の連結突起65が連結孔66に係止されることにより組み付けられる。トップカバー44は、バッテリケース3の前面に組み付けられることにより、端子孔68よりホルダ42に形成された正極端子部61及び負極端子部62を外方に臨ませる。
最後に、バッテリケース3を治具から取り外し、図13(h)に示すように、バッテリケース3の主面部3a側から外装フィルム5を巻回し、次いで裏面部3bに機銘フィルム6を貼着する。外装フィルム5及び機銘フィルム6は、バッテリケース3とトップカバー44とに跨るように貼着されるため、バッテリケース3と電池蓋4との結合が強化される。また、これら外装フィルム5及び機銘フィルム6は接着剤層が形成されているため、バッテリケース3に巻回されることにより、主面部3a及び裏面部3bに形成されている開口部36a,36bを介してバッテリセル2の主面にも貼着される。これにより二次電池1は、バッテリケース3内に収納されているバッテリセル2のがたつきが防止される。
このように、二次電池1は、前面が開放されたバッテリケース3に、当該前面側の面に正極部及び負極部が形成されているバッテリセル2を収納すると共に、当該前面に、正極タブ45及び電極保護部材49を保持するホルダ42と、正極タブ45及び負極タブ47と接続される端子板43とを配設し、当該前面をトップカバー44で覆う構成としている。
したがって二次電池1は、バッテリケース3を治具に取り付けた状態で、前面側からバッテリセル2、ホルダ42、電極保護部材49、端子板43及びトップカバー44が取り付けられていく。かかる組み立て工程においては、バッテリケース3を治具から取り外すことなく、全て前面側から組み立てていくことができる。またバッテリケース3は、端子板43との溶接時に水平方向に倒すのみで、治具の入れ替え等が不要となる。このように二次電池1は、組み立て効率を改善でき、組立をスピード化することができる。
かかる二次電池1は、端子板43をホルダ42によって支持すると共に、このホルダ42をバッテリケース3に組み付けトップカバー44によって覆う構成とし、正極端子部61及び負極端子部62の位置精度を、バッテリケース3、ホルダ42及びトップカバー44の寸法公差を厳しくとることで確保している。このため、バッテリセル2の寸法精度に関わりなく正極端子部61及び負極端子部62の位置精度を確保することができ、またこれにより電子機器側の電極端子との接触圧を確保でき、所定の電流を供給することができる。
また、二次電池1によれば、バッテリケース3の長辺側の両角部38に支持壁39を形成することにより側面3c,3dを肉厚に形成しているため、バッテリセル2の挿入方向に対する圧縮加重に対する耐性が向上されている。したがって二次電池1は、バッテリセル2の容積を増大させるために主面部3a及び裏面部3bを可能な限り薄く形成しても、強度を損なうことがない。したがって二次電池1は、このため、デジタルスチルカメラ10の電池収容部12内に収容された際に排出用の付勢部材などによる圧縮加重を受けても、外形寸法を維持できる。
さらに二次電池1は、強度を損なうことなくバッテリケース3の主面部3a及び裏面部3bに開口部36a,36bを開口することができ、バッテリセル2の膨張に対するマージンを得ることができる。
さらに二次電池1は、端子板43がホルダ42の前側縁に支持されることから、正極端子部61及び負極端子部62にかかるバッテリセル2の挿入方向に対する圧縮加重を、ホルダ42及び圧縮加重の耐性が向上されているバッテリケース3によって受けることができる。したがって二次電池1は、電池収容部12内の付勢部材や電極端子によって圧縮加重を受けた際にも、端子板43の正極端子部61や負極端子部62の端子位置を精度よく維持することができ、またこれにより二次電池1は、電子機器側の電極端子との接触圧を確保でき、所定の電流を供給することができる。
また二次電池1は、圧縮加重の耐性が向上されているバッテリケース3の前面側からバッテリセル2の挿入方向に向かって、端子板43を支持しているホルダ42及びトップカバー44からなる電池蓋4を取り付けていることから、電池収容部12内の付勢部材や電極端子によってバッテリセル2の挿入方向に向かって圧縮加重を受けた際にも、当該圧縮加重をホルダ42やバッテリケース3で受けることができ、外形の変形や破損等の事故を防止することができる。
以上、本発明が適用された二次電池1が用いられる電子機器としてデジタルスチルカメラ10を例に説明したが、本発明が用いられる電子機器としては、デジタルスチルカメラ10以外の電子機器、例えばビデオカメラ、携帯電話、PHS、ノートパソコン、MDプレーヤ、各種ポータブル機器、PDAなどに用いることができる。
1 二次電池、2 バッテリセル、3 バッテリケース、4 電池蓋、5 外装フィルム、6 機銘フィルム、20 電池素子、21 セル筐体、22 金属ケース、23 キャップ、24 正極部、25 負極部、36 開口部、37 円弧部、38 角部、39 支持壁、42 ホルダ、43 端子板、44 トップカバー、45 正極タブ、46 第1の負極タブ、47 第2の負極タブ、48 PTC、49 電極保護部材、50 保持部、54 ガイド部、57 負極係止片、57a ガイド突部、61 正極端子部、62 負極端子部
Claims (4)
- 前面が開放された略矩形筐体からなるバッテリケースと、
上記バッテリケースの前面側より挿入され、該前面より外方に臨む一面に正極部及び負極部が形成されている略矩形筐体からなるバッテリセルと、
上記バッテリセルの一面と対峙する一面に上記正極部と接合される正極端子を保持し、上記バッテリケースの前面に取り付けられるホルダと、
上記ホルダの上記バッテリケースの前面の開放方向と同じ向きに開放された保持部に支持され、上記ホルダに設けられた開口部を挿通して上記負極部と接合される負極端子と、上記ホルダを介して上記正極部上を跨ぐように配設された保護素子とを有する電極保護部材と、
上記電極保護部材と絶縁を保ちながら上記保持部に保持され、上記正極端子及び負極端子と接続される電極端子部を備えた端子板と、
上記バッテリケースの前面に取り付けられ、上記電極端子部を該前面側に臨ませるトップカバーとを有するバッテリ。 - 上記正極端子及び負極端子が上記ホルダの保持部より開放方向に導出され、上記端子板と接続された後、略90度に屈曲されることにより、上記端子板が上記保持部に支持されることを特徴とする請求項1記載のバッテリ。
- 上記バッテリケースは、上記前面の開放方向を上方に向けて治具に保持され、上記バッテリセル、ホルダ及び電極保持部材が組み付けられ、
上記治具を傾倒させて上記前面の開放方向を水平方向に向けることにより、上記端子板上に上記正極端子及び負極端子を載置して溶接するとともに、該正極端子及び負極端子を屈曲させて上記端子板を上記保持部に支持させることを特徴とする請求項2記載のバッテリ。 - 上記正極端子及び負極端子は、上記ホルダに形成されたガイド部にガイドされることによって屈曲されることを特徴とする請求項2記載のバッテリ。
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CN113474929A (zh) * | 2019-03-27 | 2021-10-01 | 松下知识产权经营株式会社 | 蓄电装置 |
CN114447477A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-05-06 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置及用电设备 |
WO2022267905A1 (zh) * | 2021-06-23 | 2022-12-29 | 比亚迪股份有限公司 | 电池盖板、电池和电子设备 |
-
2006
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