JP2010020904A - 電池パックおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 保護回路基板周辺のスペースを保護回路基板に熱負荷をかけることなく樹脂材で強固に覆い、組立が簡単で、薄型、小型化に適した電池パックおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 正極端子１ｂおよび負極端子１ａをヘッダに配置させたリチウムイオン二次電池セル１と保護回路基板５とを備えた電池パックであって、前記正極端子１ｂおよび前記負極端子１ａを貫通する貫通孔を有する絶縁体２と、予めＬ字型に折り曲げ加工がなされたニッケルタブ４および保護素子３と、前記ニッケルタブ４と前記保護素子３を貫通する貫通孔と前記保護回路基板５を収容する収容部を備えた樹脂ケース６からなるように電池パックを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、組立が簡単でかつ保護回路基板周辺のスペースが樹脂で十分に覆われた強度のある電池パックおよびその製造方法に関するものである。

近年の携帯電話、携帯ゲーム機、デジタルカメラに代表される携帯電子機器の小型化、軽量化、高機能化に伴い、それらの電源としての役割を持つリチウムイオン二次電池パックに対してもますます最小化、高容量化が求められるようになっている。

これを実現するため特許文献１では、回路基板とバッテリーセルとを、正極端子、負極端子を介して電気的に接続し、バッテリーセルを金型内に設置して、樹脂を注入することで回路基板周辺を熱可塑性ポリアミド或いはポリウレタン樹脂で被覆成形して、バッテリーセルの小型、薄型化を実現している。

また、リチウムイオン二次電池セルは正極端子、負極端子が異なる面に形成されることが多いが、電池パックの小型化の傾向が強まる中で電池のヘッダの一面に正極端子と負極端子を設けたリチウムイオン二次電池セルを使用することで電池パックの小型化が図られる場合もある。特許文献２では、電池本体と電気的接続した基板との間に樹脂を充填成形して両者を一体化する。基板の両端には切り欠き部が形成され、切り欠き部を除く外周縁の形状が二次電池の両側面形状に合致していることで、基板周辺のスペースを樹脂で完全に埋め基板周辺の堅牢性を高め小型かつ薄型化に適した基板一体化電池を提案している。

特開２０００−３１５４８３号公報 特開２００３−１６２９８７号公報

特許文献１、２では、インサート成形により溶融樹脂を保護回路基板周辺に充填させているが、このような方法を施す場合には保護回路基板や保護素子に熱的負荷を与えてしまうため、ＰＴＣ（温度上昇によって抵抗値が増加する電流制限素子）などの保護素子の選択の幅が狭まってしまうなどの問題点がある。また、溶融樹脂を流し込むための設備の調整や条件出し、保護回路基板の位置決めに多大な労力を要してしまうという問題点があることや、電気的に接続がなされた半完全体を金型に入れるために、ショートなどの安全対策に一層の注意が必要となる。

すなわち、本発明の技術的課題は、保護素子や保護回路基板形状の選択肢を幅広くとることが可能で、熱的な負荷をかけることなく基板周辺のスペースを樹脂材で強固に覆うことが可能でありながらも、組立が安全かつ簡単に行え、薄型、小型化に適した電池パックおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の電池パックは、正極端子および負極端子をヘッダに配置させたリチウムイオン二次電池セルと保護回路基板とを備えた電池パックにおいて、前記正極端子および前記負極端子を貫通する貫通孔を有する絶縁体と、予めＬ字型に折り曲げ加工がなされた金属タブおよび保護素子と、前記金属タブおよび前記保護素子を貫通する貫通孔と前記保護回路基板を収容する収容部とを備えた樹脂ケースを有することを特徴とする。

本発明の電池パックは、前記保護回路基板から電気的に接続する電気接続タブが前記保護回路基板の外側に引き出されるのが好ましい。

本発明の電池パックは、前記リチウムイオン二次電池セルに外装ラベルが貼り付けられるのが好ましい。

本発明の電池パックの製造方法は、絶縁体をヘッダに貼付する第一の工程と、前記絶縁体を貫通して正極端子と金属タブ、および負極端子と保護素子を電気的に接続する第二の工程と、樹脂ケースと、前記金属タブおよび前記保護素子とを嵌合する第三の工程と、電気接続タブと、前記金属タブおよび前記保護素子とを電気的に接続する第四の工程と、外装ラベルをリチウムイオン二次電池セルに貼り付ける第五の工程を有することを特徴とする。

本発明により、保護素子や保護回路基板形状の選択肢を幅広くとることが可能であり、従来技術のようなインサート成形による構造と同様に保護回路基板周辺のスペースが樹脂で強固に覆われる構造をとることができ、保護素子や保護回路基板には熱負荷をかけることなく、また、保護回路基板の位置決めが樹脂ケースによりなされるため組立が安全かつ簡単に行え、薄型、小型化に適した電池パックの提供が可能となる。

また、保護回路基板の外周縁をセル側面と合致させる必要がなく、また、組立時に高温の溶融樹脂に触れないためＰＴＣなどの保護素子の選択幅が広がる。すなわち、従来技術のインサート成形では、高温樹脂（１００℃以上）が保護回路基板や保護素子に直接触れるためＰＴＣがトリップしてしまい、ＰＴＣは１度トリップすると抵抗が大きくなってしまうが、本発明ではＰＴＣをトリップさせなくてすむ。また、温度ヒューズは一般的に８０〜９０℃の温度で作用するので保護素子として温度ヒューズは使用できないが、本発明では温度ヒューズを使用することが可能となる。

保護回路基板から電気的に接続する電気接続タブが保護回路基板の外側に引き出されることで、金属タブおよび保護素子と電気的に接続するのが容易になる。

リチウムイオン二次電池セルに外装ラベルを貼り付けることにより、保護回路基板を固定することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明による電池パックの構成図である。リチウムイオン二次電池セル１に、正極端子１ｂと負極端子１ａの両方がヘッダに配置されている。ヘッダにはＰＥＴや変性ＰＰＥ等の絶縁材の表裏面に両面テープが貼られた構造の絶縁体２が貼り付けられる。

正極端子１ｂには予めＬ字型に折り曲げ加工がなされた金属タブとしてのニッケルタブ４が、負極端子１ａには予めＬ字型に折り曲げ加工がなされた保護素子３が抵抗溶接により接続される。金属タブとしては、ある程度の電気抵抗のある金属が好ましく、ニッケルの他に鉄、ステンレス、ニッケルめっきを施した銅等が適用可能である。

その上から、ニッケルタブ用電気接続タブ５ｂおよび保護素子用電気接続タブ５ａが基板外側に引き出されている構造の保護回路基板５、ニッケルタブ４、保護素子３の収納スペースが設けられた樹脂ケース６が嵌められており、樹脂ケース６の外周部が絶縁体２の両面テープに接着され、絶縁体２を介してリチウムイオン二次電池セル１と接着される。

樹脂ケース６としては、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂が適用可能である。また、温度ヒューズは一般的に８０〜９０℃の温度で作用するので、樹脂が１００℃以上の高温状態で保護素子３に直接触れる場合は、保護素子３として温度ヒューズは使用できないが、本発明では温度ヒューズを使用することが可能である。保護素子３は、樹脂ケース６に納まり、ニッケルタブ４や保護回路基板５と干渉しない形状であればよい。保護回路基板５は、リチウムイオン二次電池セル１のヘッダと同じか又は小さければよく、保護回路基板５の形状を幅広くとることが可能である。

次いで、樹脂ケース６の上に保護回路基板５が装着される。ニッケルタブ４がニッケルタブ用電気接続タブ５ｂと、保護素子３が保護素子用電気接続タブ５ａと抵抗溶接されることでリチウムイオン二次電池セル１と保護回路基板５との電気的な接続がなされる。このとき、接着剤や両面テープを用いて保護回路基板５と樹脂ケース６を強固に固定してもよい。この上から外装ラベル７を貼付して電池パックが作製される。

図２は、本発明の電池パックの保護回路基板周辺の模式図で、図２（ａ）は樹脂ケース近傍の構造を示す正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）において、樹脂ケース６にはニッケルタブ引き出し穴６ｂと保護素子引き出し穴６ａが設けられ、それぞれニッケルタブ４、保護素子３が通される。保護回路基板５、ニッケルタブ４、保護素子３の周りのスペースは樹脂ケース６で覆われており、保護回路基板５周辺の強度が確保される構造となっている。保護回路基板５、ニッケルタブ４、保護素子３の寸法と、樹脂ケース６に設けられたそれらの収納スペースとのクリアランスは０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。これは、それぞれの寸法や組立の位置決め精度を考慮するためである。

保護回路基板５の外部接続用端子の位置に穴があるポリカーボネート等の樹脂で成形された保護回路基板カバーを超音波溶着、レーザー溶接、あるいは両面テープでの接着等により樹脂ケース６に取り付けることも可能である。

保護回路基板カバーを取り付けることで、保護回路基板５の損傷を防ぐことができるとともに、保護回路基板５周辺のスペースを樹脂で覆うことにより接着剤や両面テープなしで保護回路基板５を固持することができる。

レーザー溶接により保護回路基板カバーを樹脂ケース６に取り付ける場合には、保護回路基板カバーと樹脂ケース６の色や材質は、レーザー溶接が可能な組合せを選択する。例えば、レーザー光を透過させることが可能な透明樹脂とレーザー光を吸収して発熱する不透明樹脂の組合せ、または不透明樹脂と不透明樹脂の組合せで保護回路基板カバー側にレーザー光を透過する着色材を使用する方法、透明樹脂と透明樹脂の組合せで、樹脂の間に吸収体を設ける方法のいずれかを選択することが可能である。また、保護回路基板カバーには保護回路基板５周辺のスペースを樹脂で覆い保護回路基板５を固持する形状をとるのが好ましい。

以下に本発明の実施例を詳述する。

（実施例１）
本発明の実施例について図１及び図２を用いて説明する。角型のリチウムイオン二次電池セル１には、ヘッダに正極端子１ｂと負極端子１ａが配置されている。なお、製作したリチウムイオン二次電池セル１のサイズは、縦４０ｍｍ×横３３．８ｍｍ×厚さ４．２ｍｍであった。ヘッダにはＰＥＴの絶縁材の表裏面に両面テープが貼り付けられた絶縁体２を貼り付けた。絶縁体２にはリチウムイオン二次電池セル１の正極端子１ｂと負極端子１aの位置に、正極接続用穴２ｂと負極接続用穴２ａが設けられている。

リチウムイオン二次電池セル１のヘッダに予めＬ字型に折り曲げ加工がなされているニッケルタブ４、保護素子３を抵抗溶接して取り付けた。その上から保護回路基板５、ニッケルタブ４、保護素子３を収納するスペース、および保護回路基板５の実装部品を収納する縦１．７ｍｍ×横１０．４ｍｍ×厚さ２．１ｍｍのスペースと、保護素子引き出し穴６ａおよびニッケルタブ引き出し穴６ｂが設けられたポリカーボネートの樹脂で成形された樹脂ケース６を取り付け、樹脂ケース６の外周部が絶縁体２の両面テープに接着され、絶縁体２を介してリチウムイオン二次電池セル１と接着され固定した。

その後、基板外側に電気接続タブが引き出された保護回路基板５を収納スペースに取り付け、ニッケルタブ用電気接続タブ５ｂにニッケルタブ４を、保護素子用電気接続タブ５ａに保護素子３を、抵抗溶接により接続した。外装としては出力端子用穴７ａを設けた外装ラベル７を貼り付けた。また、外装ラベル７により保護回路基板５が固定された。

上記の方法においてリチウムイオン二次電池セル１は全て電池ヘッダ面を上にして組立が行われた。保護回路基板の位置決めは樹脂ケース６の基板収納スペースにより行われ、製造ラインでの組立が簡単であった。また、電気的な絶縁も絶縁体２と樹脂ケース６だけでなされるため、設備によるショート対策を施す必要がなく安全に組立を行うことが出来た。

（実施例２）
実施例２は、図３を用いて説明する。図３は、本発明による電池パック半完成体と保護回路基板カバーの模式図である。外装ラベル貼り付け前コアパック８に、基板端子面にポリカーボネートの樹脂で成形される保護回路基板カバー９をかぶせて超音波溶着をした。このとき保護回路基板カバー９には超音波溶着用リブを、樹脂ケースにはその受け溝を設けている。また、保護回路基板カバー９には保護回路基板周辺のスペースを樹脂で覆い保護回路基板を固持する形状をとっている。その後、外装ラベル７を貼り付けて外装した。

（実施例３）
実施例３は、図３を用いて説明する。外装ラベル貼り付け前コアパック８に、基板端子面にポリカーボネートの樹脂で成形される保護回路基板カバー９をかぶせてレーザー溶接をした。保護回路基板カバー９には、光透過性樹脂部品として、透明なポリカーボネートを使用した。樹脂ケースには、光吸収性樹脂部品として、黒色のポリカーボネートを使用した。レーザー溶接の際は、溶接部のみに熱が発生し、保護回路基板に熱負荷はかからない構造となっている。その後、外装ラベル７を貼り付けて外装した。

以上の実施例１〜３を行った結果、保護回路基板周辺のスペースは、樹脂ケースで強固に覆われる構造をとることで、二次保護素子や保護回路基板形状の選択肢を幅広くとることが可能となり、二次保護素子や保護回路基板に熱負荷をかけることなく、さらに、保護回路基板の位置決めが樹脂ケースによりなされるため組立が安全かつ簡単に行うことができた。このような構造にすることで、薄型、小型化に適した電池パックを提供することができた。

保護回路基板から電気的に接続する電気接続タブが保護回路基板の外側に引き出されることで、金属タブおよび保護素子と電気的に接続するのが容易になった。

リチウムイオン二次電池セルに外装ラベルを貼り付けることにより、保護回路基板を固定することができた。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明は、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯端末機器に使用する電池パックに好適で、特に熱的負荷をかけることのできない保護回路基板を使用する薄型、小型の電池パックに適用できる。

本発明による電池パックの構成図。 本発明の電池パックの保護回路基板周辺の模式図で、図２（ａ）は樹脂ケース近傍の構造を示す正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図。 本発明における電池パック半完成体と保護回路基板カバーの模式図。

符号の説明

１ リチウムイオン二次電池セル
１ａ 負極端子
１ｂ 正極端子
２ 絶縁体
２ａ 負極接続用穴
２ｂ 正極接続用穴
３ 保護素子
４ ニッケルタブ
５ 保護回路基板
５ａ 保護素子用電気接続タブ
５ｂ ニッケルタブ用電気接続タブ
６ 樹脂ケース
６ａ 保護素子引き出し穴
６ｂ ニッケルタブ引き出し穴
７ 外装ラベル
７ａ 出力端子用穴
８ 外装ラベル貼付け前コアパック
９ 保護回路基板カバー

Claims (4)

1. 正極端子および負極端子をヘッダに配置させたリチウムイオン二次電池セルと保護回路基板とを備えた電池パックにおいて、前記正極端子および前記負極端子を貫通する貫通孔を有する絶縁体と、予めＬ字型に折り曲げ加工がなされた金属タブおよび保護素子と、前記金属タブおよび前記保護素子を貫通する貫通孔と前記保護回路基板を収容する収容部とを備えた樹脂ケースを有することを特徴とする電池パック。
2. 前記保護回路基板から電気的に接続する電気接続タブが前記保護回路基板の外側に引き出されることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 前記リチウムイオン二次電池セルに外装ラベルが貼り付けられることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
4. 絶縁体をヘッダに貼付する第一の工程と、前記絶縁体を貫通して正極端子と金属タブ、および負極端子と保護素子を電気的に接続する第二の工程と、樹脂ケースと、前記金属タブおよび前記保護素子とを嵌合する第三の工程と、電気接続タブと、前記金属タブおよび前記保護素子とを電気的に接続する第四の工程と、外装ラベルをリチウムイオン二次電池セルに貼り付ける第五の工程を有することを特徴とする電池パックの製造方法。

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