JP2009295548A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】強度を確保しつつ抵抗溶接に適したリードプレートを備えた電池パックを提供する。
【解決手段】素電池２０に電気接続用のリードプレート５を溶接している電池パックであって、リードプレート５は、素電池２０側が開放した凸状部５１を形成しており、凸状部５１を挟む位置２６に溶接をしている。リードプレート５は、凸状部５１を形成したことにより、抵抗を大きくしている。このことにより、強度を確保しつつ、リードプレート５を抵抗溶接する際の無効電流を減少させることができ、溶接強度を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、素電池に電気接続用のリードプレートを溶接した電池パックに関する。

近年の電池パックの薄型化、小型化に伴ない、素電池の封口体側から正極リード、負極リードをとり、保護回路及び保護素子を封口体側に集約させた電池パックが主流になりつつある。

図８を用いて、従来の電池パック一例の全体構成について説明する。図８は、従来の電池パック１００の一例の分解視図を示している。素電池１０１は、外装缶１０２の開口を封口体１０３で封止したものである。封口体１０３の注液孔は封止体１０４で塞がれている。

封口体１０３（正極）のうち封止体１０４の近傍に、リードプレート１０５が溶接され、負極端子１０６にリードプレート１０７の一端が溶接される。リードプレート１０５は、リードプレート１２２（図１０）を介して保護回路１０８に溶接され、リードプレート１０７の他端は保護素子１０９の一端に溶接される。保護素子１０９の他端は、リードプレート１１０の一端に溶接され、リードプレート１１０の他端は保護回路１０８に溶接される。保護回路１０８と封口体１０３との間には、絶縁板１１１を介在させる。

封口体１０３と外装カバー１１２との間に樹脂を注入することにより、素電池１０１の上部の各種部品及び外装カバー１１２と樹脂とが一体成形される。図８では、図示の便宜上、一体成形樹脂１１３を分離して図示している。電池パック１００の完成状態では、一体成形樹脂１１３は素電池１０１の上部と外装カバー１１２との間にあり、前記の各種部品は一体成形樹脂１１３の内部に含まれていることになる。

素電池１０１の下部には、缶底カバー１１４が両面テープ１１５を介して貼り付けられる。素電池１０１の全周には、ラベル１１６が貼り付けられる。

次に、図９、１０を用いて、リードプレート１０５の溶接について説明する。図９は、リードプレート１０５の溶接の様子を示す斜視図を示している。封口体１０３は、通常アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、リードプレート１０５は通常ニッケル又はニッケル合金で形成される。このように、封口体１０３とリードプレート１０５とが異種金属で形成されている場合には、抵抗溶接ではなくレーザ溶接が用いられる。図の矢印１２０はレーザ光の照射方向を示している。丸印１２１は溶接位置を示している。

レーザ溶接により、封口体１０３とリードプレート１０５とを確実に接合するには、図９に示したように多数点の溶接が必要になる。

図１０は、リードプレート１０５とリードプレート１２２との溶接を示す斜視図である。本図は図８において、素電池１０１を背面側から見た斜視図である。図の矢印１２３は電極の押圧方向を示している。丸印１２４は溶接位置を示している。

リードプレート１０５、１２２は、通常いずれもニッケル又はニッケル合金で形成され、同種金属である。このため、両者の接合には抵抗溶接を用いることができ、溶接点数も１点で足りることになる。

下記特許文献１、２には、異種金属であるキャッププレート（封口体）とリードプレートとをレーザ溶接して接合することが記載されている。

一方、下記特許文献３の図３には、キャッププレート（封口体）に、上部がニッケル金属板、下部がアルミニウム金属板の密封プレートを接合した構成が記載されている。この構成によれば、アルミニウムで形成したキャッププレートと（封口体）と密封プレートの下部とは同種金属が接することになり、溶接性が向上する。同様に、ニッケルで形成したリードプレートとニッケル金属板で形成した密封プレートの上部とは同種金属が接することになり、溶接性が向上する
特開２００５−２８５７５８号公報 特開２００５−２８５７６１号公報 特開２００６−１２８２９号公報

したがって、図８の構成において、リードプレート１０５と封口体１０３との間に、特許文献３の密封プレートを介在させることにより、リードプレート１０４を密封プレートに抵抗溶接することができる。

しかしながら、プレート同士を重ね合わせて抵抗溶接する場合は、下記のような問題があった。一対の電極をリードプレート１０５の両端に当接させ通電すると、一対の電極間に、密封プレートを経由することなく、リードプレート１０５のみを流れる電流が生じる。この電流は溶接にほとんど寄与しない無効電流である。このため、無効電流の量が多くなると、所定の溶接強度が得られないという問題があった。

一方、リードプレート１０５の断面積が小さいと無効電流の量は少なくなるが、強度も低下する。この構成では、リードプレート１０５に樹脂を一体成形した場合、樹脂との結合力も弱くなる。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、強度を確保しつつ抵抗溶接に適したリードプレートを備えた電池パックを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の電池パックは、素電池に電気接続用のリードプレートを溶接している電池パックであって、前記リードプレートは、前記素電池側が開放した凸状部を形成しており、前記凸状部を挟む位置に前記溶接をしていることを特徴とする。

本発明によれば、強度を確保しつつ抵抗溶接に適したリードプレートを備えた電池パックが得られる。

本発明の電池パックに係るリードプレートは、凸状部を形成したことにより、抵抗を大きくしている。このことにより、強度を確保しつつリードプレートを抵抗溶接する際の無効電流を減少させることができ、溶接強度を向上させることができる。

前記本発明の電池パックにおいては、前記素電池と一体に樹脂が成形されており、前記リードプレートは前記成形された樹脂の内部にあることが好ましい。この構成によれば、一体成形樹脂を素電池から剥離するように外力が加わった場合、リードプレートの凸状部が抵抗になり、凸状部が一体成形樹脂１３の剥離を妨げるように作用することになる。このことにより、一体成形樹脂の素電池への取り付け強度を向上させることができる。

また、前記素電池は、注液孔と前記注液孔を塞ぐ封止体とを備えており、前記封止体は金属板を積層したものであり、前記封止体の最上層を形成する第１の金属板と前記リードプレートとが溶接され、前記封止体の最下層を形成する第２の金属板と前記素電池とが溶接されており、前記第１の金属板は、前記リードプレートと同種の金属で形成され、前記第２の金属板は、前記素電池のうち前記第２の金属板が溶接されている部分と同種の金属で形成されていることが好ましい。この構成によれば、リードプレートと封止体との溶接性が良好になる。

また、前記リードプレートに、幅を狭めた部分があることが好ましい。この構成によれば、リードプレートを抵抗溶接する際の無効電流をさらに減少させることができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る電池パックの分解斜視図である。図１を参照しながら、電池パック１の概略構成を説明する。素電池２は、発電要素を内蔵した外装缶３の開口を封口体４で封止したものである。素電池２は、例えば、角形リチウムイオン電池であり、携帯電話やモバイル機器等に用いられる。

封止体２０に、リードプレート５が溶接される。封止体２０は、電解液を注入する注液口を封止するものである。本実施の形態では、封止体２０はリードプレート５との溶接性を向上させるため、異種金属板を積層した構成になっている。封止体２０の詳細については、後に図２を用いて説明する。

負極端子６にリードプレート７の一端が溶接される。リードプレート７の他端は保護素子９の一端に溶接される。リードプレート５は、リードプレート３３（図５）を介して保護回路８に溶接される。保護素子９の他端は、リードプレート１０の一端に溶接され、リードプレート１０の他端は保護回路８に溶接される。保護回路８と封口体４との間には、絶縁板１１を介在させている。

封口体４と外装カバー１２との間に樹脂を注入することにより、素電池２の上部の各種部品及び外装カバー１２と樹脂とが一体成形される。図１では、図示の便宜上、一体成形樹脂１３を分離して図示している。電池パック１の完成状態では、一体成形樹脂１３は素電池２の上部と外装カバー１２との間にあり、前記の各種部品は一体成形樹脂１３の内部に含まれていることになる。

素電池２の下部には、缶底カバー１４が両面テープ１５を介して貼り付けられる。素電池２の全周には、ラベル１６が貼り付けられる。

本実施の形態に係る電池パック１は、図８の従来の電池パック１０１と比較すると、リードプレート５及び封止体２０の構造が異なっている。以下、この相違点について説明する。

図２は、図１に示した封止体２０の拡大図である。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ線における断面図である。封止体２０は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム板２１と、ニッケル又はニッケル合金で形成したニッケル板２２とを圧着して積層したものである。図２（ｂ）に示したように、アルミニウム板２１は凸部２１ａを形成しており、凸部２１ａを封口体４の注液口２４に嵌合させて、注液口２４を封止している。

封止体２０は、アルミニウム板２１を封口体４に溶接することにより、封口体４に接合している。このことにより、アルミニウム板２１の全周には溶接部２３が形成されている。封口体４とアルミニウム板２１は、いずれもアルミニウム又はアルミニウム合金の同種金属で形成されており、溶接性は良好である。

なお、図２（ａ）、（ｂ）では、封止体２０は金属板を２層にした例を示しているが、２層の金属板の間にさらに金属板を介在させたものでもよい。

図３は、リードプレート５の溶接の様子を示す斜視図である。封止体２０のニッケル板２２上に、リードプレート５を重ねた状態で、抵抗溶接を開始する。矢印２５は電極の当接方向を示しており、丸印２６は溶接箇所を示している。リードプレート５と封止体２０の上層のニッケル板２２は、いずれもニッケル又はニッケル合金の同種金属で形成されており、抵抗溶接の溶接性は良好である。

図４は、リードプレート５の側面を示す拡大図であり、図３において矢印Ｂ方向から見た図に相当する。図４に示したように、リードプレート５の抵抗溶接の際には、ニッケル板２２上に載置したリードプレート５の表面に一対の電極３０を押し当てる。この状態で通電することにより、リードプレート５を２点で溶接することができる。

抵抗溶接の際には、破線３１で示した電流と、破線３２で示した電流が生じる。破線３１で示した電流は、一方の電極３０から、リードプレート５を板厚方向に通過し、ニッケル板２２を経て、再びリードプレート５を板厚方向に通過し、他方の電極３０に流れる電流である。破線３２で示した電流は、一方の電極３０からリードプレート５を経て他方の電極３０に流れる電流である。

破線３１で示した電流は、リードプレート５及びニッケル板２２の双方に流れる電流であるので、溶接に寄与する有効電流となる。一方、破線３２で示した電流は、ニッケル板２２には流れないので、溶接にはほとんど寄与しない無効電流となる。

溶接強度を高めるには、リードプレート５に流れる無効電流の量をできるだけ小さくする必要がある。このためには、リードプレート５の抵抗を大きくすることが考えられる。導体の抵抗Ｒ（Ω）は、下記の式（１）で表すことができる。

式（１） Ｒ＝ρ×（Ｌ／Ｓ）
式（１）において、ρは係数である電気抵抗率（Ωｍ）、Ｌは導体長（ｍ）、Ｓは導体断面積（ｍ²）である。

式（１）によれば、抵抗Ｒを大きくするには、導体長Ｌを大きくしてもよく、導体断面積Ｓを小さくしてもよい。導体長Ｌを大きくした構成を考えてみると、リードプレート５の長さを単に素電池２の幅方向（図４の矢印Ｃ方向）に長くすると、溶接間隔が広がることになる。この場合、ニッケル板２２における溶接間隔も広がり、ニッケル板２２の抵抗も大きくなってしまう。

一方、長さの増加分を素電池２の高さ方向（図４の矢印Ｄ方向）で確保すれば、一対の電極３０間の距離は維持しつつ、一対の電極３０間におけるリードプレート５の抵抗を大きくすることができる。図３、４に示したリードプレート５は、素電池２側に開放した凸状部５１を形成している。このことにより、強度を確保しつつ、一対の電極３０間の距離を大きくすることなく、リードプレート５の表面に沿った長さが長くなる。

したがって、破線３２で示した無効電流の量は、凸状部５１を形成していない平板状のリードプレートを用いた構成と比較すると、減少することになる。破線３２で示した無効電流が減少した分、破線３１で示した有効電流が増加することになり、溶接強度も高まることになる。

図５は、リードプレート５とリードプレート３３との溶接を示す斜視図である。本図は図１において、リードプレート５を背面側から見た斜視図である。図示の便宜上、リードプレート３３は単品で図示しているが、リードプレート３３は保護回路８の構成部品である。このため、リードプレート５にリードプレート３３を溶接すれば、リードプレート５に保護回路８を接続したことになる。

図５において、リードプレート３３をリードプレート５と同種の金属材料にしておけば、両者の接合には抵抗溶接を用いることができ、溶接点数も１点で足りることになる。矢印３４は電極の押圧方向を示しており、丸印３５は溶接位置を示している。このことは、従来の図１０においても同様である。すなわち、本実施の形態によれば、リードプレート５は、素電池２側へ抵抗溶接できるとともに、保護回路８にも従来と同様に抵抗溶接をすることができる。

図６は、樹脂成形部分の側面を示す拡大図である。図６の図示は保護回路８を取り付け、その上に外装カバー１２（図１参照）を取り付けた状態を示している。図６は、樹脂注入前の状態の図示であるが、一体成形樹脂１３を２点鎖線で示している。

樹脂注入前は、外装カバー１２は、保護回路８上に載置しているに止まり、素電池２に強固には固定されていない。外装カバー１２と素電池２との間に注入した樹脂を、外装カバー１２及び素電池２と一体成形することにより、外装カバー１２は、一体成形樹脂１３を介して、素電池２に強固に固定されることになる。

この場合、一体成形樹脂１３の内部にはリードプレート５も含まれていることになる。この構成は、凸状部５１を形成していない平板状のリードプレートを用いた構成と比較すると、一体成形樹脂１３との結合力が強化されることになる。

より具体的には、一体成形樹脂１３を素電池２から剥離するように外力が加わった場合、リードプレート５の凸状部５１が抵抗になり、凸状部５１が一体成形樹脂１３の剥離を妨げるように作用することになる。このため、凸状部５１を設けたリードプレート５を用いることにより、一体成形樹脂１３の素電池２０への取り付け強度を向上させることができる。

一体成形樹脂１３を素電池２から剥離させる外力としては、一体成形樹脂１３を垂直方向に引っ張る外力や、一体成形樹脂１３にねじる外力が考えられる。

また、凸状部５１は、樹脂の充填空間に配置できるので、他の付属部品と干渉することなく、かつ充填空間の高さを高くしないように形成することが可能である。

図７は、リードプレート５の別の例を示す斜視図である。本図に示したリードプレート５は、凸状部５１に切り欠き５２を設けている。切り欠き５２を設けた部分は、断面積が小さくなる。すなわち、図７の例は、前記式（１）において、導体長Ｌを大きくし、かつ導体断面積Ｓを小さくした例に相当する。したがって、この構成によれば、抵抗Ｒを一層大きくでき、さらに無効電流を減少させることができる。

一方、切り欠き５２を形成したことにより、図３−６の構成に比べ、リードプレート５の強度は低下するので、一体成形樹脂１３の素電池２０への取り付け強度向上の効果は小さくなる。したがって、図７の構成とするかどうか、又は図７の構成とした場合は断面積をどの程度にすべきかについては、無効電流の減少による溶接強度向上と一体成形樹脂１３の素電池２０への取り付け強度の低下の程度とを考慮して決定すればよい。

図７では、切り欠き５２を形成した例を示したが、リードプレート５の幅を狭くした部分があればよく、凸状部５１に穴を設けたものでもよい。また、リードプレート５の幅を狭くした部分は、電極３０間に設けていればよく、図７の例のように凸状部５１の上面に限らず、側面に設けてもよい。

なお、前記実施の形態において、リードプレート５の凸状部５１は側面が矩形状の例で説明したが、これに限るものではなく、素電池２側に開放した凸状部であればよい。例えば、側面形状は、逆Ｖ字状、半円状、三角形状又は台形状であってもよい。

以上のように、本発明によれば、強度を確保しつつ抵抗溶接に適したリードプレートを備えた電池パックが得られるので、本発明は、例えば、携帯電話やモバイル機器に用いる電池パックとして有用である。

本発明の一実施の形態に係る電池パックの分解斜視図。 図１に示した封止体２０の拡大図であり、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＡＡ線における断面図。 本発明の一実施の形態に係るリードプレートの溶接の様子を示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係るリードプレートの側面図。 本発明の一実施の形態に係るリードプレート同士の溶接を示す斜視図。 本発明の一実施の形態に係る樹脂成形部分を示す拡大側面図。 本発明の別の実施の形態に係るリードプレートを示す斜視図。 従来の電池パックの一例を示す分解斜視図。 従来のリードプレートの溶接の様子を示す斜視図。 従来のリードプレート同士の溶接を示す斜視図。

符号の説明

１ 電池パック
２ 素電池
５ リードプレート
１３ 一体成形樹脂
２４ 注液口
２０ 封止体
２１ アルミニウム板
２２ ニッケル板
５１ 凸状部
５２ 切り欠き

Claims (4)

1. 素電池に電気接続用のリードプレートを溶接している電池パックであって、
   前記リードプレートは、前記素電池側が開放した凸状部を形成しており、
   前記凸状部を挟む位置に前記溶接をしていることを特徴とする電池パック。
2. 前記素電池と一体に樹脂が成形されており、前記リードプレートは前記成形された樹脂の内部にある請求項１に記載の電池パック。
3. 前記素電池は、注液孔と前記注液孔を塞ぐ封止体とを備えており、
   前記封止体は金属板を積層したものであり、
   前記封止体の最上層を形成する第１の金属板と前記リードプレートとが溶接され、前記封止体の最下層を形成する第２の金属板と前記素電池とが溶接されており、
   前記第１の金属板は、前記リードプレートと同種の金属で形成され、前記第２の金属板は、前記素電池のうち前記第２の金属板が溶接されている部分と同種の金属で形成されている請求項１又は２に記載の電池パック。
4. 前記リードプレートに、幅を狭めた部分がある請求項１から３のいずれかに記載の電池パック。

Images