JP2009301960A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】外装缶の上方開口を金属製の封口板により封口してなる素電池と、封口板の上方に配されたパック構成部材とを有する電池パックにおいて、パック構成部材を封口板に対して容易に組み付けることができるようにする。
【解決手段】本発明の電池パック１は、外装缶２の上方開口を金属製の封口板３により封口してなる素電池５と、該封口板３の上方に配された外装カバー９等のパック構成部材とを有する。この電池パック１は、パック構成部材を支持する樹脂製の支持リブ３５・３６・３７が、封口板３に一体的に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯用電子機器に適用される電池パックに関する。この電池パックは、外装缶の上方開口を金属製の封口板により封口してなる素電池と、該封口板の上方に配されたパック構成部材とを有している。ここで言うパック構成部材とは、例えば保護素子、回路基板又は外装カバーを意味する。

携帯用電子機器の小型化が進むにつれ、それに使用する二次電池としての電池パックに対する小型化（薄型化）・軽量化の要請が大きくなっている。かかる電池パックの小型化・軽量化に際しては、素電池以外の回路基板等の存在がネックとなっており、従来においては、回路基板や保護素子を外装カバーと共に樹脂モールドされた従来形態に換えて、回路基板等が封口板で直接的に支持された形態が知られている。例えば特許文献１においては、素電池の封口板の上面に溶接固定された金属製の支持部材により、回路基板を支持している。

特開２００６−６６２９０号公報（段落番号００２４、図３）

特許文献１の形態では、素電池の封口板上の所定位置に支持部材を適正姿勢で載置したうえで、溶接作業を行って、支持部材を封口板に溶接固定する必要がある。つまり、支持部材の封口板に対する溶接が煩わしく、当該支持部材の組み付け作業に手間を要する点に不利があった。

本発明の目的は、外装缶の上方開口を金属製の封口板により封口してなる素電池と、該封口板の上方に配されたパック構成部材とを有する電池パックにおいて、パック構成部材を封口板に対して容易に組み付けることができるようにし、結果として電池パックの製造コストの低減化を図ることにある。

本発明は、外装缶２の上方開口を金属製の封口板３により封口してなる素電池５と、該封口板３の上方に配されたパック構成部材とを有する電池パック１を対象とする。
この電池パック１は、パック構成部材を支持する樹脂製の支持リブ３５・３６・３７が、封口板３に一体的に設けられていることを特徴とする。ここでのパック構成部材としては、封口板３の上側に配置される部材、例えば保護素子６、回路基板７又は外装カバー９が該当する。

封口板３には、電極端子１９が上下貫通状に取り付けられており、電極端子１９の下端には、導電性のリード体２０が接続されている。封口板３において、支持リブ３６の配置箇所に貫通孔４０が設けられ、貫通孔４０の下面側に、リード体２０を封口板３の下面から絶縁する樹脂製の絶縁材１７が設けられている。そして、支持リブ３６を形成する樹脂と絶縁材１７を形成する樹脂とが、貫通孔４０を介して一体に繋がっているものとすることができる。

リード体２０は、封口板３の長さ方向に伸びており、絶縁材１７の下面に、リード体２０の嵌まり込みを許す凹部４２が形成されているものとすることができる。

支持リブ３５・３７が、封口板３の上面側に位置するリブ本体３５ａ・３７ａと、封口板３の下面側に位置して、リブ本体３５ａ・３７ａの上方への抜け止めを図る抜止部４１とを有し、リブ本体３５ａ・３７ａを形成する樹脂と抜止部４１を形成する樹脂とが、封口板３に設けられた貫通孔４０を介して一体に繋がっているものとすることができる。

パック構成部材には、少なくとも封口板３の上側を覆う外装カバー９が含まれており、外装カバー９の上壁３０の内面には、外装カバー９を支持する支持リブ３５のリブ本体３５ａに係合する係合部３８が設けられているものとすることができる。

本発明に係る電池パック１では、パック構成部材を支持する支持リブ３５・３６・３７が、素電池５の封口板３に一体的に設けられているので、パック構成部材を素電池５の封口板３に確実に支持できる。かかる支持リブ３５・３６・３７は、金型内に封口板３を装填して、該金型内に溶融樹脂を注入することで形成できる。つまり、本発明では、例えば特許文献１のように金属製の支持材を、素電池５の封口板３の上面の所定位置に適正姿勢で置き、この状態で溶接によって支持材を封口板３に一体化する場合よりも、工程が簡単になって電池パック１の製造効率が向上する。

支持リブ３６を形成する樹脂と、リード体２０を封口板３から絶縁する絶縁材１７を形成する樹脂とが、封口板３の貫通孔４０を介して一体に繋がっていると、支持リブ３６と絶縁材１７とが相互に抜け止めの役を果たす。これにて、支持リブ３６と絶縁材１７とがそれぞれ封口板３に対して脱落不能な状態で一体化し、支持リブ３６でパック構成部材を封口板３に確実に支持できるとともに、絶縁材１７でリード体２０を確実に支持、且つ封口板３から絶縁できる。

また、支持リブ３６と絶縁材１７とは一体成形によって形成できるので、例えば絶縁材１７と支持リブ３６とを別々に形成して、支持リブ３６と絶縁材１７とを封口板３に接着剤等で固定する場合よりも工程が簡単になり、これによっても電池パック１の製造効率が向上する。さらに、絶縁材１７に貫通孔４０内の樹脂が繋がっていることで、絶縁材１７が電極端子１９を軸に回転することが防止される。

絶縁材１７の下面に、リード体２０の嵌まり込みを許す凹部４２が形成されていると、絶縁材１７の凹部４２の前後の壁面によって、リード体２０が負極端子１９を軸に回転することが規制される。これにてリード体２０が外装缶２の内面に接触して短絡することが確実に防止される。この分だけ電池パック１の歩留まりが向上して、これによっても電池パック１の製造効率が向上する。

支持リブ３５・３７のリブ本体３５ａ・３７ａを形成する樹脂と、抜止部４１を形成する樹脂とが、封口板３の貫通孔４０を介して一体に繋がっていると、支持リブ３５・３７が封口板３に対して脱落不能な状態で一体化し、支持リブ３５・３７でパック構成部材を封口板３に確実に支持できる。そして、リブ本体３５ａ・３７ａと抜止部４１とは一体成形によって形成できるので、例えば支持リブ３５・３７を封口板３に接着剤等で固定する場合よりも工程が簡単になり、この分だけ電池パック１の製造効率が向上する。

外装カバー９の上壁３０の内面に、外装カバー９を支持する支持リブ３５のリブ本体３５ａに係合する係合部３８が設けられていると、外装カバー９が封口板３に対して横方向にずれることが防止される。これにて、外装カバー９が封口板３に対してずれた状態で、ラベル４６等で外装カバー９が素電池２に固定されることが防止される。この分だけ電池パック１の歩留まりが向上して、これによっても電池パック１の製造効率が向上する。

図１から図７に、本発明に係る電池パックの実施形態を示す。図１および図４に示すように、電池パック１は、外装缶２の上方開口を金属製の封口板３により封口してなる素電池５と、該封口板３の上側に配された複数個のパック構成部材とを有する。これらパック構成部材には、ＰＴＣ素子等からなって封口板３の上側に配置される保護素子６と、封口板３の上側に配置される左右横長の回路基板７と、封口板３の上面と保護素子６と回路基板７とを覆う外装カバー９とが含まれる。素電池５は、充放電が可能なリチウムイオン電池等の二次電池からなり、上下高さ寸法および左右幅寸法に比べて前後厚み寸法が小さい扁平な直方体状に形成される。

素電池５の外装缶２は、アルミニウムまたはその合金からなる板材を深絞り加工することで形成され、封口板３は、アルミニウム合金等の板材をプレス加工することで形成される。そして、封口板３が、レーザによって外装缶２の開口周縁にシーム溶接される。素電池５の内部には、絶縁体１０と電極体１１と非水電解液とが封入される。絶縁体１０は、合成樹脂からなり、封口板３の下側に配置される。電極体１１は、帯状の正極と帯状の負極とを帯状のセパレータを挟んで渦巻状に巻回してなり、全体が扁平状に形成される。

素電池５の封口板３の左側には、開裂ベント１２が形成され、開裂ベント１２は、電池内圧が異常上昇したときに開裂して電池内圧を解放する。封口板３の右側には、素電池５内に非水電解液を注入するための注液孔１４が形成され、非水電解液の注入後の注液孔１４が、封止栓１５で塞がれてレーザによって封口される。封止栓１５の頭部１５ａは、上層がニッケルで下層がアルミニウムのクラッド材で形成される。

素電池５の封口板３の左右方向の中央には、上側の絶縁パッキング１６および下側の絶縁材１７を介して負極端子（電極端子）１９が上下貫通状に取り付けられる。絶縁材１７は、負極端子１９側から開裂ベント１２側へ向けて伸びている。負極端子１９は、絶縁パッキング１６および絶縁材１７によって封口板３と絶縁される。負極端子１９の下端には、左右横長のニッケル製の薄板からなるリード体２０が接続される。該リード体２０は、封口板３の長さ方向、つまり封口板３に沿って負極端子１９側から開裂ベント１２側へ向けて横方向に伸びている。絶縁材１７は、リード体２０と封口板３との間に介在し、絶縁材１７によってリード体２０が封口板３と絶縁される。負極端子１９をかしめることで、負極端子１９、絶縁パッキング１６およびリード体２０が、封口板３に一体的に固定される。

電極体１１の負極には、負極集電リード２１の下端が接続され、負極集電リード２１の上端がリード体２０の下面に溶接される。電極体１１の正極には、正極集電リード２２の下端が接続され、正極集電リード２２の上端が、封口板３の下面において負極端子１９と注液孔１４との間のスペースに溶接される。これにて、負極端子１９が電極体１１の負極と同電位になり、封口板３、外装缶２および封止栓１５が電極体１１の正極と同電位になる。

回路基板７の下面には、充放電の制御用ＩＣ等の電子部品が実装され、該電子部品は、合成樹脂で被覆されて保護される。かかる合成樹脂による被覆部分２３は、図１および図２に示すように、回路基板７の下面の左右中央に配置される。回路基板７の下面の左右両端には、ニッケル板等からなるタブ２５・２６がそれぞれ半田付け等で接続される。両タブ２５・２６は、回路基板７の左右方向の外方へ伸びている。両タブ２５・２６のうち、負極タブ２５の先端部が、保護素子６の上面に溶接等で接続され、正極タブ２６の先端部が、下方に折れ曲がって封止栓１５の頭部１５ａの上面に溶接等で接続される。

回路基板７の上面には、図２および図４に示すように、３個の外部接続端子２７が左右方向に所定間隔をあけて並べて配置される。保護素子６の下面には、ニッケル板等からなる接続タブ２９が溶接等で接続される。該接続タブ２９は、負極端子１９側に伸びていて、接続タブ２９の先端部が負極端子１９の上面に接続される。

外装カバー９は、合成樹脂からなっていて、上壁３０と、該上壁３０の外周から下向きに伸びる周側壁３１とからなる。外装カバー９の周側壁３１の前後の中央部は、周側壁３１の左右部分よりも下方に伸びている。すなわち、外装カバー９は、封口板３の上側を覆うとともに、素電池５の外装缶２の前後上端部も覆っている。なお、外装カバー９は、封口板３の上側のみを覆ってもよい。外装カバー９の上壁３０には、回路基板７の３個の外部接続端子２７を電池パック１の外表面に露出させる３個の窓口３２が形成される。そして、図２に示すように、各外部接続端子２７に外部機器の接続端子３３がそれぞれ接触することで、素電池５への充放電電流の入出力が可能になる。

素電池５の封口板３の上面には、図４および図５に示すように、左右方向の三箇所に四角柱状の支持リブ３５・３６・３７がそれぞれ設けられている。これら支持リブ３５・３６・３７および前記絶縁材１７は、それぞれポリカーボネートまたはポリエチレン等の成形性、耐薬品性および耐熱性に優れた合成樹脂からなり、該樹脂を射出成形法によって封口板３の一部に付着固定させることで、支持リブ３５・３６・３７を封口板３に一体的に設けてある。

左端の支持リブ３５は、封口板３の左端部に配置され、図６および図７に示すように、封口板３の上面側に位置する支持リブ３５のリブ本体３５ａが、外装カバー９の上壁３０の内面に設けた係合部３８に係合する。係合部３８は、外装カバー９の上壁３０の左端部の下面に設けた前後一対の板状突起３９・３９からなり、板状突起３９・３９間に支持リブ３５の上端部が挟まることで係合する。これにて外装カバー９が封口板３に対して前後方向にずれることが防止される。また、支持リブ３５のリブ本体３５ａの上面で外装カバー９の上壁３０の左端部を受け止めており、支持リブ３５によって外装カバー９の左端部が支持されて補強される。両突起３９・３９は、それぞれ左右方向に平行姿勢で伸びている。

左右中間の支持リブ３６は、図１および図２に示すように、開裂ベント１２と負極端子１９との間であって保護素子６の下面に臨む箇所に配置され、封口板３の上面側に位置する支持リブ３６のリブ本体３６ａの上面で接続タブ２９を介して保護素子６を受け止めて支持する。これにて接続タブ２９または保護素子６が封口板３に接触して、封口板３と負極端子１９とが短絡することが防止される。また、負極タブ２５の先端部を保護素子６の上面に溶接等で接続する際に、保護素子６が下方に動いて接続不良が生じることが防止される。

右端の支持リブ３７は、負極端子１９と注液孔１４との間であって回路基板７の下面の右端に臨む箇所に配置され、封口板３の上面側に位置する支持リブ３７のリブ本体３７ａの上面で正極タブ２６を介して回路基板７の右端を受け止めて支持する。これにて回路基板７の各外部接続端子２７に外部機器の接続端子３３が接触した際に、回路基板７が下方にずれ動くことが防止される。なお、回路基板７の被覆部分２３の下面が、接続タブ２９を介して負極端子１９の上面に受け止められて支持される。これにても回路基板７が下方にずれ動くことが防止される。

封口板３においては、各支持リブ３５・３６・３７の配置箇所に、それぞれ貫通孔４０が設けられている。左右両端の支持リブ３５・３７の貫通孔４０・４０の下面側の位置には、貫通孔４０の横断面積よりも横断面積が大きい扁平な四角板状の抜止部４１・４１が、それぞれ封口板３に一体的に設けられている。各抜止部４１は、リブ本体３５ａ・３７ａの上方への抜け止めを図るものであり、それぞれポリカーボネート又はポリエチレン等の成形性、耐薬品性および耐熱性に優れた合成樹脂からなる。そして、射出成形時において、各支持リブ３５・３７のリブ本体３５ａ・３７ａを形成する溶融樹脂と、抜止部４１を形成する溶融樹脂とは、貫通孔４０を介してそれぞれ一体に繋がる。これにて各支持リブ３５・３７が、それぞれ封口板３に対して脱落不能な状態で一体化する。

封口板３において、左右中間の支持リブ３６の配置箇所にも、貫通孔４０が設けられており、該貫通孔４０の下面側の位置に前記絶縁材１７が配置される。つまり、射出成形時において、左右中間の支持リブ３６のリブ本体３６ａを形成する溶融樹脂と、絶縁材１７を形成する溶融樹脂とは、貫通孔４０を介して一体に繋がる。これにて左右中間の支持リブ３６のリブ本体３６ａおよび絶縁材１７が、それぞれ封口板３に対して脱落不能な状態で一体化する。

絶縁材１７の下面には、図５に示すように、リード体２０の嵌まり込みを許す溝状の凹部４２が、封口板３の長さ方向（左右方向）に伸びるように形成される。該絶縁材１７には、図２および図５に示すように、負極端子１９の軸部１９ｂおよび絶縁パッキング１６の筒部１６ｂが貫通する孔４３が形成される。絶縁材１７の凹部４２の前後の壁面によって、リード体２０が負極端子１９を軸に回転することが規制される。

素電池５の下端には、図３に示すように、底カバー４５が両面テープ等で固定され、素電池５の外周面には、絶縁性のラベル４６が貼り付けられる。図６に示すように、外装カバー９の周側壁３１の前後の内面において左右方向の中間には、内向きの一対の突起４７・４７がそれぞれ対向状に設けられ、これら突起４７・４７によって回路基板７が前後から挟まれて、回基板７の前後方向のがたつきが規制される。封口板３の上面の左右方向の中央には、図５に示すように、負極端子１９の頭部１９ａおよび絶縁パッキング１６の頭部１６ａが係合する凹部４８が形成される。

本発明の電池パック１の組立要領を説明すると、先ず、素電池５の封口板３に対して、支持リブ３５・３６・３７、抜止部４１・４１および絶縁材１７がそれぞれ射出成形される。この際、左端の支持リブ３５のリブ本体３５ａと抜止部４１とが封口板３に対して一体化し、左右中間の支持リブ３６のリブ本体３６ａと絶縁材１７とが封口板３に対して一体化し、右端の支持リブ３７のリブ本体３７ａと抜止部４１とが封口板３に対して一体化する。これにて図５に示す封口板組立体５０が完成する。

この後、負極端子１９の軸部１９ｂを絶縁パッキング１６の筒部１６ｂに貫通させ、該負極端子１９の軸部１９ｂと絶縁パッキング１６の筒部１６ｂとを絶縁材１７の孔４３に貫通させる。また、負極端子１９の軸部１９ｂの下端部をリード体２０の挿通孔２０ａ（図２）に貫通させる。このとき、封口板３の凹部４８に、絶縁パッキング１６の頭部１６ａおよび負極端子１９の頭部１９ａが係合する。そして、負極端子１９をかしめることで、負極端子１９、絶縁パッキング１６およびリード体２０が、封口板３に一体的に固定される。

次いで、電極体１１および絶縁体１０を素電池５の外装缶２内に収容し、負極集電リード２１をリード体２０に、正極集電リード２２を封口板３にそれぞれ溶接する。次に、外装缶２の開口周縁に封口板３をシーム溶接したのちに、外装缶２内を真空減圧して注液孔１４から非水電解液を注入する。非水電解液の注入完了後に、封止栓１５で注液孔１４を塞いで、封止栓１５の頭部１５ａの周縁を封口板３の注液孔１４の周縁部にレーザ溶接する。これにて、注液孔１４が封止栓１５で密封され、素電池５が完成する。

完成後の素電池５に対して、保護素子６を該保護素子６の下面に接続された接続リード２９と共に、素電池５の支持リブ３６のリブ本体３６ａの上面に載置して支持し、保護素子６の接続リード２９の先端を負極端子１９の上面に溶接等で接続する。次いで、負極端子１９の上側に回路基板７を重ねた状態で、回路基板７に接続された負極タブ２５を保護素子６の上面に溶接等で接続する。また、回路基板７に接続された正極タブ２６を折り曲げて封止栓１５の頭部１５ａの上面に溶接等で接続する。このとき、回路基板７の右端側が、素電池５の支持リブ３７のリブ本体３７ａの上面に載置されて支持される。

この後、外装カバー９の各窓口３２を回路基板７の各外部接続端子２７に臨ませた姿勢で、外装カバー９を保護素子６および回路基板７に覆い被せる。このとき、素電池５の支持リブ３５のリブ本体３５ａが、外装カバー９の突起３９・３９間に挟まって係合する。次いで、素電池５の下端に底カバー４５が両面テープ等で固定され、素電池５の外周面にラベル４６が貼り付けられる。この際、外装カバー９の周側壁３１の下端部にもラベル４６が貼り付けられ、ラベル４６によって外装カバー９が素電池５に固定される。なお、外装カバー９の周側壁３１の下端部には、図７に示すように、ラベル４６の上端部が係合する凹み５１が形成される。

このように、各支持リブ３５・３６・３７を封口板３に一体成形したので、例えば支持リブ３５・３６・３７をそれぞれ封口板３とは別に形成して、支持リブ３５・３６・３７を封口板３に接着剤等でそれぞれ固定する場合よりも工程が簡単になって、電池パック１の製造効率が向上する。

また、例えば支持リブ３５を外装カバー９の上壁３０の下面から下方に延出させ、該支持リブ３５の下面を封口板３に当接させて外装カバー９の上壁３０を支持する場合、外装カバー９に外力が加わって上壁３０が撓むと、支持リブ３５が傾いてしまい、支持リブ３５によって外装カバー９の上壁３０を適正に支持できなくなる。これに対し、本発明では、支持リブ３５を金属製の封口板３に固定したので、例えば封口板３に外装カバー９を介して外力が加わっても、封口板３が撓み難いことで支持リブ３５が傾き難くなり、したがって支持リブ３５によって外装カバー９の上壁３０を確実に支持できることになる。

また、支持リブ３６と絶縁材１７とは、金型内に封口板３を装填して、該金型内に溶融樹脂を注入することで封口板３に一体成形されるので、例えば絶縁材１７と支持リブ３６とを別々に成形して、絶縁材１７と支持リブ３６とを封口板３に接着剤等で固定する場合よりも工程が簡単になる。これによっても電池パック１の製造効率が向上する。

なお、素電池５の封口板３に貫通孔４０を設けることに代えて、素電池５の封口板３における支持リブ３５・３６・３７および絶縁材１７の配置箇所に、レーザにより粗面加工をそれぞれ施してもよい。つまり、素電池５の封口板３における支持リブ３５・３６・３７および絶縁材１７の配置箇所にレーザ光を照射して、例えば格子状に凹凸を形成することで、前記粗面加工部分が形成される。

これによれば、封口板３に対して射出成形を行って、支持リブ３５・３６・３７および絶縁材１７を封口板３に一体成形する際に、前記粗面加工部分に溶融樹脂がくい込んで、支持リブ３５・３６・３７および絶縁材１７が封口板３に確実に一体化する。これによっても、支持リブ３５・３６・３７および絶縁材１７を封口板３に接着剤等で固定する場合よりも工程が簡単になって、電池パック１の製造効率が向上する。

支持リブ３５・３６・３７の下面または絶縁材１７の上面に突起を設け、該突起を封口板３に設けた孔に貫通させて、該突起の下端または上端を加熱してリベットの頭部状に変形させることで、支持リブ３５・３６・３７または絶縁材１７を封口板３に一体化してもよい。また、支持リブ３５・３６・３７または絶縁材１７を、レーザで封口板３に溶着固定して封口板３に一体化してもよい。外装カバー９は、素電池５の全体を覆うものであってもよい。電極端子１９が電極体１１の正極と同電位になり、封口板３、外装缶２および封止栓１５が電極体１１の負極と同電位になってもよい。

本発明に係る電池パックの縦断正面図である。 本発明に係る電池パックの要部の縦断正面図である。 本発明に係る電池パックの平面図である。 電池パックの分解斜視図である。 本発明に係る封口板の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１ 電池パック
２ 外装缶
３ 封口板
５ 素電池
６ 保護素子
７ 回路基板
９ 外装カバー
１７ 絶縁材
１９ 負極端子
２０ リード体
３５・３６・３７ 支持リブ
３５ａ・３６ａ・３７ａ リブ本体
３８ 係合部
４０ 貫通孔
４１ 抜止部
４２ 凹部

Claims (5)

1. 外装缶の上方開口を金属製の封口板により封口してなる素電池と、該封口板の上方に配されたパック構成部材とを有し、
   前記パック構成部材を支持する樹脂製の支持リブが、前記封口板に一体的に設けられていることを特徴とする電池パック。
2. 前記封口板に、電極端子が上下貫通状に取り付けられており、前記電極端子の下端には、導電性のリード体が接続されており、
   前記封口板において、前記支持リブの配置箇所に貫通孔が設けられ、該貫通孔の下面側に、前記リード体を前記封口板の下面から絶縁する樹脂製の絶縁材が設けられており、
   前記支持リブを形成する樹脂と前記絶縁材を形成する樹脂とが、前記貫通孔を介して一体に繋がっている請求項１記載の電池パック。
3. 前記リード体は、前記封口板の長さ方向に伸びており、
   前記絶縁材の下面に、前記リード体の嵌まり込みを許す凹部が形成されている請求項２記載の電池パック。
4. 前記支持リブが、前記封口板の上面側に位置するリブ本体と、該封口板の下面側に位置して、該リブ本体の上方への抜け止めを図る抜止部とを有し、
   前記リブ本体を形成する樹脂と前記抜止部を形成する樹脂とが、前記封口板に設けられた貫通孔を介して一体に繋がっている請求項１記載の電池パック。
5. 前記パック構成部材には、少なくとも前記封口板の上側を覆う外装カバーが含まれており、
   該外装カバーの上壁の内面には、前記外装カバーを支持する支持リブのリブ本体に係合する係合部が設けられている請求項４記載の電池パック。

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