JP2010140902A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池に関するものであって、金属材質の薄い上部ケースを備える二次電池を提供する。
【解決手段】ベアセルと、回路基板１２１を備える保護回路モジュールと、保護回路モジュールの回路基板を覆う蓋板を備える金属材質の上部ケース１３０と、上部ケースの蓋板の外面上に形成されたケース絶縁層１３０ｂとを含む二次電池が提供される。また、前記二次電池は、上部ケースの蓋板が保護回路モジュールの回路基板と対向する下面を備え、ケース絶縁層が上部ケースの蓋板の下面上に形成されていてもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、二次電池に関するものであって、特に金属材質の上部ケースを備える二次電池に関するものである。

近年、電子、通信コンピュータ産業の急速な発展に伴い携帯用電子機器の普及が増えている。携帯用電子機器の電源としては再充電が可能な二次電池が主に用いられている。

現在はパック形態の電池が二次電池として広く用いられている。パック形態の電池は、ベアセルと保護回路モジュール（ＰＣＭ、Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）が一つのユニットに統合された形態である。パック形態の二次電池は、ベアセルと、保護回路モジュールと、上部ケースとを備える。保護回路モジュールは、ベアセルの一面に装着され、上部ケースは保護回路モジュールを覆う形で装着される。

従来のパック形態の二次電池では、上部ケースが合成樹脂の射出物からなるため次のような問題点がある。先ず、従来の上部ケースは、射出物からなるため、射出のために要求される厚さよりも薄く形成することができない。したがって射出物で形成された上部ケースでは二次電池の小型化に限界がある。

そして、射出物において一般的に生じる外形上の問題点がある。すなわち、射出成形時に樹脂が合流する場所で生じる細い線のウェルドライン（ｗｅｌｄ ｌｉｎｅ）、製品の一部が白く変色する白化（ｓｔｒｅｓｓ ｗｈｉｔｅｎｉｎｇ）および気泡跡などが発生し得る。

本発明の目的は、金属材質の上部ケースを用いて大きさを小さくした二次電池を提供することにある。

本発明の他の目的は、金属材質の上部ケースを備え、良好な絶縁性を有することにより短絡を防止する二次電池を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、上部ケースが堅固に装着された二次電池を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明のある観点によれば、ベアセルと、回路基板を備える保護回路モジュールと、前記保護回路モジュールの回路基板を覆う蓋板を備える金属材質の上部ケースと、前記上部ケースの蓋板の外面上に形成されたケース絶縁層とを含むことを特徴とする二次電池が提供される。

前記上部ケースの蓋板は、前記保護回路モジュールの回路基板と対向する下面を備え、前記ケース絶縁層は、前記上部ケースの蓋板の下面上に形成できる。

前記保護回路モジュールの回路基板は、前記上部ケースの蓋板と対向する上面を備え、前記保護回路モジュールの回路基板の上面上に形成された回路基板絶縁層をさらに含むことができる。また、前記上部ケースの蓋板は、前記保護回路モジュールの回路基板と対向する下面と、前記下面の反対面である上面とを備え、前記ケース絶縁層は前記上部ケースの蓋板の上面上に形成できる。または、前記ケース絶縁層は前記上部ケースの下面上に形成できる。前記回路基板絶縁層は前記回路基板の上面に付着した絶縁テープによって形成できるが、前記絶縁テープは、例えば前記上部ケースの下面にも付着する両面テープである。

前記回路基板は、二つ以上の端子パッドを備え、前記回路基板絶縁層には、前記回路基板の各端子パッドに対応して形成された二つ以上の露出孔が備えられ、前記上部ケースには、前記回路基板の各端子パッドに対応して形成された二つ以上の端子孔が備えられ、前記回路基板絶縁層に形成された二つ以上の露出孔中の少なくとも一つは、前記上部ケースに形成された対応する端子孔より小さい場合もある。また、前記上部ケースに備えられた端子孔より小さく形成された前記露出孔に対応する前記端子パッドの極性は、例えば前記ベアセルにおいて前記上部ケースと接触する部分の極性と反対である。

前記ケース絶縁層は、例えば、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）コーティング層、ウレタンコーティング層、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）コーティング層、セラミックスコーティング層またはＵＶコーティング層である。

前記上部ケースはアルミニウム材質であり、前記ケース絶縁層は、例えばアノダイジング（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）により形成される。

前記上部ケースは、例えばステンレススチール材質である。

前記上部ケースは、例えばプレス加工によって作製される。

本発明の構成によると、上述した本発明の目的を全て達成することができる。具体的には、回路基板を覆う上部ケースが金属材質からなるため、厚さをより一層薄く形成することができる。それにより二次電池の大きさが小さくなる。

また、金属材質の上部ケースが絶縁層を備えるため、回路基板と接触しても絶縁性が保持されて短絡を防止できる。そして回路基板に絶縁テープが付着するため、金属材質の上部ケースとの絶縁性がより一層向上する。

また、絶縁テープが両面テープからなるため、上部ケースが回路基板に装着されて上部ケースが二次電池により一層堅固に装着される。

本発明の一実施例に係る二次電池を示す斜視図である。 図１に示す二次電池を示す分解斜視図である。 図１の二次電池の上部ケースをＡ-Ａ線に沿って切断して示す断面図である。 図２の保護回路モジュールから絶縁テープを分離して示す斜視図である。 図３において外部端子が位置する部分を拡大して示す断面図である。 図２の回路基板の平面図であって、上部ケースに形成された端子孔の位置を共に示す図である。 本発明の他の実施例に係る回路基板の平面図であって、上部ケースに形成された端子孔の位置を共に示す図である。 本発明のまた他の実施例に係る上部ケースを示す断面図である。 本発明のまた他の実施例に係る上部ケースを示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係る実施例を説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る二次電池を示す斜視図である。図２は、図１の二次電池を示す分解斜視図である。図３は、図１の二次電池の上部ケースをＡ-Ａ線に沿って切断して示す断面図である。図４は、図２の保護回路モジュールから絶縁テープを分離して示す斜視図である。図５は、図３において外部端子が位置する部分を拡大して示す断面図である。図６は、図２の回路基板の平面図であって、上部ケースに形成された端子孔の位置を共に示す図である。

図１〜図３に示すように、二次電池１００はベアセル（ｂａｒｅ ｃｅｌｌ）１１０と、保護回路モジュール（ＰＣＭ、Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）１２０と、上部ケース（ｃａｓｅ）１３０と、下部ケース１４０と、接着部材１５０と、ラベル１６０とを備える。

上部ケース１３０は、金属材質であり、ＰＣＭ１２０の回路基板１２１と対向する面が絶縁処理されて上部ケース１３０とＰＣＭ１２０間の短絡を防止する。また、ＰＣＭ１２０の回路基板１２１も上部ケース１３０と対向する面が絶縁処理されて、上部ケース１３０とＰＣＭ１２０間の短絡を防止する。

ベアセル１１０は、電気エネルギーを供給し、正極、負極および正極と負極の間に介するセパレータを含んでなる電極組立体（図示せず）と、金属材質からなり、電極組立体および電解液（図示せず）を収容する缶（ｃａｎ）１１１と、缶１１１の開口部を密封するキャップ組立体１１２とを備える。キャップ組立体１１２は、金属材質で形成されるキャッププレート１１２ａと、キャッププレート１１２ａに突出した形状に形成された第１電極端子１１５と、キャッププレート１１２ａと第１電極端子１１５との間に介し、第１電極端子１１５をキャッププレート１１２ａから絶縁させるガスケット１１６とを備える。本実施例では第１電極端子１１５が負極端子として機能するものとして説明する。

缶１１１およびキャッププレート１１２ａは第２電極端子として機能する。本実施例では缶１１１とキャッププレート１１２ａが負極端子として機能するものとして説明する。本実施例では、第１電極端子１１５が負極で、缶１１１とキャッププレート１１２ａが正極であるものとして説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。第１電極端子１１５が正極、缶１１１とキャッププレート１１２ａが負極であっても構わないことは当業者であれば既知であろう。

ＰＣＭ１２０は、回路基板１２１、第１電極リードプレート１２８、第１支持部材１２９ａ、及び第２支持部材１２９ｂとを備える。ＰＣＭ１２０は二次電池１００の充放電を含む諸作動を制御する。

回路基板１２１は、配線パターンが印刷された印刷回路基板（ＰＣＢ）であって、ベアセル１１０のキャッププレート１１２ａの長さ方向に沿って長く延びた略長方形の板状である。回路基板１２１は上面１２２と、上面１２２の反対面である下面１２３とを備える。回路基板１２１の上面１２２は上部ケース１３０の後述する蓋板１３１と対向する面である。回路基板１２１の上面１２２には第１、第２、第３端子パッド（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ）が備えられる。回路基板１２１の第１端子パッド１２６ａは正極端子、第２端子パッド１２６ｂは負極端子、第３端子パッド１２６ｃは制御用補助端子として機能する。各端子パッド（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ）の大きさは略同一に形成される。回路基板１２１の上面１２２には回路基板絶縁層１２４が形成される。

回路基板絶縁層１２４は、図４に示すように絶縁テープ１２４が回路基板１２１に付着して形成される。回路基板絶縁層１２４は、回路基板１２１と金属材質の上部ケース１３０を絶縁させることにより、二次電池１００の安全性を向上させる。

絶縁テープ１２４には、回路基板１２１の第１、第２、第３端子パッド（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ）のそれぞれに対応する領域に形成された第１、第２、第３露出孔（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ）が備えられる。第１露出孔１２４ａは、回路基板１２１に備えられた第１端子パッド１２６ａの少なくとも一部を露出させる。第２露出孔１２４ｂは、回路基板１２１の第２端子パッド１２６ｂの一部を露出させる。第３露出孔１２４ｃは、回路基板１２１の第３端子パッド１２６ｃを露出させる。

絶縁テープ１２４の第１露出孔１２４ａは、回路基板１２１の第１端子パッド１２６ａと略同一な形状と大きさで形成され、第１端子パッド１２６ａを露出させる。絶縁テープ１２４の第２露出孔１２４ｂは他の露出孔１２４ａ、１２４ｃおよび回路基板１２１の第２端子パッド１２６ｂより小さく形成され、第２端子パッド１２６ｂの内部領域の一部を露出させる。絶縁テープ１２４の第３露出孔１２４ｃは、回路基板１２１の第３端子パッド１２６ｃと略同一な形状と大きさで形成され、第３端子パッド１２６ｃを露出させる。

回路基板１２１の各端子パッド（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ）において絶縁テープ１２４の各露出孔（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ）により露出した部分（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ）が充電器（図示せず）または外部負荷（図示せず）に備えられた端子（図示せず）と接触する。

実施例では絶縁テープ１２４は両面テープであるものとして説明する。すなわち、絶縁テープ１２４の一面は回路基板１２１に付着し、その反上面は上部ケース１３０の後述する蓋板１３１に付着して上部ケース１３０が堅固に装着される。その他にも回路基板絶縁層１２４は回路基板１２１に絶縁性物質をコーティングするなどの方法によって形成することもできる。上記の両面テープの厚みは、０．１ｍｍであることが好ましく、当該両面テープは、基板と、ＰＥＴを含む基板の両面にアクリル由来の吸着層とを含む。

回路基板１２１の下面１２３はベアセル１１０のキャッププレート１１２ａと対向する面である。回路基板１２１の下面１２３には詳細に示していないが、複数の電気回路素子が実装される。電気回路素子はコントロールＩＣ、充放電スイッチ、温度ヒューズなどの素子からなる。下面１２３の両端部には、それぞれ第１支持部材１２９ａと第２支持部材１２９ｂが設けられている。下面１２３はベアセル１１０のキャッププレート１１２ａと離隔距離をおいて対向している。

回路基板１２１の中央には貫通孔１２６が備えられる。貫通孔１２６を通じて第１電極リードプレート１２８がベアセル１１０の第１電極端子１１５に溶接される。

第１電極リードプレート１２８は、回路基板１２１と電気的に接続されており、溶接などの方法によってベアセル１１０の第１電極端子１１５と電気的に接続する。溶接は回路基板１２１の貫通孔１２６を用いて行われる。第１電極リードプレート１２８は、回路基板１２１をベアセル１１０の負極の第１電極端子１１５と電気的に接続させる。

第１支持部材１２９ａと第２支持部材１２９ｂはそれぞれ回路基板１２１の両端部に位置する。第１支持部材１２９ａは、支持部１２９ｃと、第１連結部１２９ｄと、第２連結部１２９ｅとを備える。支持部１２９ｃは回路基板１２１から略下方に延びる。第１連結部１２９ｄは支持部１２９ｃの上端と繋がり、第２連結部１２９ｅは支持部１２９ｃの下端と繋がる。二つの連結部１２９ｄ、１２９ｅは支持部１２９ｃと略直角をなす。第１連結部１２９ｄが支持部１２９ｃから延びた方向は、第２連結部１２９ｅが支持部１２９ｃから延びた方向と逆方向である。第１連結部１２９ｄは回路基板１２１の下面１２３に連結する。第２連結部１２９ｅは回路基板１２１とは離隔されている。第２連結部１２９ｅはベアセル１１０のキャッププレート１１２ａに溶接などの方法で連結する。第２支持部材１２９ｂは第１支持部材１２９ａと同一な構成であるので、これについての詳細な説明は省略する。

回路基板１２１は、第１支持部材１２９ａおよび第２支持部材１２９ｂによりベアセル１１０のキャッププレート１１２ａ上に支持されて装着される。それによりＰＣＭ１２０がベアセル１１０に装着される。二つの支持部材１２９ａ、１２９ｂ中の少なくとも一つは、伝導性材質からなり、回路基板１２１をベアセル１１０の正極端子である缶１１１およびキャッププレート１１２ａと電気的に接続させる第２電極リードプレートとして機能する。

上部ケース１３０は蓋板１３１と、蓋板１３１から下方に延びた側壁１３４とを備える。上部ケース１３０はその内部空間にＰＣＭ１２０を収容することによりＰＣＭ１２０を保護する。上部ケース１３０はアルミニウムのような金属材質を用いてプレス加工などによって製造される。したがって最小０.４ｍｍの厚さを有する射出物形態の従来の上部ケースに比べ、厚さを約０.１ｍｍ程度に薄くでき、二次電池１００の大きさを小さくすることができる。上部ケース１３０は厚さに比べ強度が優れるステンレススチール（ＳＵＳ）からなることもできる。しかしステンレススチールを用いる場合は、後述するケース絶縁層１３０ｂが剥離した時に腐食の恐れがある。図５に示すように、上部ケース１３０の外面全体にはケース絶縁層１３０ｂが形成される。ケース絶縁層１３０ｂは金属材質の上部ケース１３０に絶縁性を付与して安全性を向上させる。ケース絶縁層１３０ｂは、例えば、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）コーティング層、ウレタンコーティング層、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）コーティング層、セラミックスコーティング層またはＵＶコーティング層である。

また、ケース絶縁層１３０ｂは、上部ケース１３０の材質がアルミニウムである場合、陽極酸化法のアノダイジング（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）により形成することができる。ケース絶縁層１３０ｂは、金属材質の上部ケース１３０と回路基板１２１を絶縁させて二次電池１００の安全性を向上させる。アルミニウムケースは、アノダイジング処理することにより絶縁層を形成することができる。アノダイジング処理は、コート層が形成された金属に適用するよりも、（例えば、アルミニウムケース、マグネシウム等の）軽金属に適用することが好ましい。

蓋板１３１は、ベアセル１１０のキャッププレート１１２ａと略一致する形状であり、ＰＣＭ１２０を覆う。蓋板１３１には、回路基板絶縁層１２４の第１、第２、第３露出孔（１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ）のそれぞれに対応する領域に形成された第１、第２、第３端子孔（１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ）が備えられる。三つの端子孔（１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ）は略同じ大きさである。図６に示すように、第１端子孔１３２ａは、回路基板１２１に備えられた第１端子パッド１２６ａの露出領域１２５ａの少なくとも一部を露出させる。第２端子孔１３２ｂは、回路基板１２１に備えられた第２端子パッド１２６ｂの露出領域１２５ｂ全体を露出させる。この時、第２端子孔１３２ｂは、第２端子パッド１２６ｂの露出領域１２５ｂより大きく形成されることにより、第２端子孔１３２ｂの内側に回路基板絶縁層１２４が露出するようになる。それにより、第２端子パッド１２６ｂと反対極性の可能性がある上部ケース１３０と、第２端子パッド１２６ｂとの短絡を防止することができる。第３端子孔１３２ｃは、回路基板１２１に備えられた第３端子パッド１２６ｃの露出領域１２５ｃの少なくとも一部を露出させる。

側壁１３４は蓋板１３１の外周部から下方に延びて形成される。側壁１３４にはベアセル１１０の側面１１４の上部を覆うように延びた延長部１３４ａが備えられる。

下部ケース１４０は、底板１４１と、底板１４１から上方に延びた二つの延長部１４２とを備える。底板１４１は、ベアセル１１０の下面１１３と略同じ形状であって、接着部材１５０によりベアセル１１０の下面１１３に付着する。二つの延長部１４２はベアセル１１０の側面１１４の下部を覆う。下部ケース１４０は上部ケース１３０のように絶縁層（図示せず）が形成された金属材質からなる。すなわち、下部ケース１４０は、ステンレススチールまたはアルミニウムのような金属材質からなる。また、下部ケース１４０に形成された絶縁層も上部ケースの場合と同様に、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）コーティング層、ウレタンコーティング層、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）コーティング層、セラミックスコーティング層またはＵＶコーティング層である。そして、下部ケース１４０に形成された絶縁層は、下部ケース１４０の材質がアルミニウムである場合、陽極酸化法のアノダイジング（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）により形成することもできる。下部ケース１４０が絶縁層の形成された金属材質からなるため、二次電池の大きさをより一層小さくすることができる。

ラベル１６０はベアセル１１０の側面１１４を覆うように付着する。また、ラベル１６０は、上部ケース１３０の延長部１３４ａと下部ケース１４０の延長部１４２上に付着することによって、二次電池１００のベアセル１１０、上部ケース１３０および下部ケース１４０は堅固に結合される。

図７には本発明に係る他の実施例が示されている。図７に示すように、全ての端子孔（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ）が回路基板２２１の対応する各端子パッドの露出領域（２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ）より大きく形成される。この場合、全ての端子パッドの露出領域（２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ）に対する絶縁性が向上し、二次電池の安全性がより一層良くなる。その他の構成および作用は、図１〜図６に示す実施例と同一であるので、これについての詳細な説明は省略する。

図８および図９には本発明のまた他の実施例がそれぞれ示されている。図８に示すように、ケース絶縁層３３０ｂは、回路基板３２１と対向する上部ケース３３０の下面３３１ａにだけ形成する場合がある。この場合、上部ケース３３０の厚さをさらに薄くすることができる。また、図９に示すように、ケース絶縁層４３０ｂは、回路基板４２１の反対側に備えられた上部ケース４３０の上面４３１ａにだけ形成する場合もある。この場合も、上部ケース４３０の厚さをさらに薄くすることができる。その他の構成および作用は、図１〜図６に示す実施例と同一であるので、これについての詳細な説明は省略する。

１００ 二次電池
１１０ ベアセル
１２０ 保護回路モジュール
１２１ 回路基板
１２４ 回路基板用内部絶縁層
１２６ａ 第１端子パッド
１２６ｂ 第２端子パッド
１２６ｃ 第３端子パッド
１３０ 上部ケース
１３０ａ 金属部
１３０ｂ ケース絶縁層
１３２ａ 第１端子孔
１３２ｂ 第２端子孔
１３２ｃ 第３端子孔

Claims (13)

1. ベアセルと、
   回路基板を備える保護回路モジュールと、
   前記保護回路モジュールの回路基板を覆う蓋板を備える金属材質の上部ケースと、
   前記上部ケースの蓋板の外面上に形成されたケース絶縁層とを含むことを特徴とする二次電池。
2. 前記上部ケースの蓋板は、前記保護回路モジュールの回路基板と対向する下面を備え、前記ケース絶縁層は、前記上部ケースの蓋板の下面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記保護回路モジュールの回路基板は、前記上部ケースの蓋板と対向する上面を備え、前記保護回路モジュールの回路基板の上面上に形成された回路基板絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
4. 前記上部ケースの蓋板は、前記保護回路モジュールの回路基板と対向する下面と、前記下面の反対面である上面とを備え、前記ケース絶縁層は前記上部ケースの蓋板の上面上に形成されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記上部ケースの蓋板は、前記保護回路モジュールの回路基板と対向する下面を備え、前記ケース絶縁層は前記上部ケースの下面上に形成されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
6. 前記回路基板絶縁層は、前記回路基板の上面に絶縁テープを付着させることによって形成されることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の二次電池。
7. 前記絶縁テープは、前記上部ケースの下面にも付着する両面テープであることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 前記回路基板は二つ以上の端子パッドを備え、前記回路基板絶縁層には、前記回路基板の各端子パッドに対応して形成された二つ以上の露出孔が備えられ、前記上部ケースには、前記回路基板の各端子パッドに対応して形成された二つ以上の端子孔が備えられ、
   前記回路基板絶縁層に形成された二つ以上の露出孔中の少なくとも一つは、前記上部ケースに形成された対応する端子孔より小さいことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の二次電池。
9. 前記上部ケースに備えられた端子孔より小さく形成された前記露出孔に対応する前記端子パッドの極性は、前記ベアセルにおいて前記上部ケースと接触する部分の極性と反対であることを特徴とする請求項８に記載の二次電池。
10. 前記ケース絶縁層は、パリレンコーティング層、ウレタンコーティング層、テフロン（登録商標）コーティング層、セラミックスコーティング層またはＵＶコーティング層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池。
11. 前記上部ケースはアルミニウム材質であり、前記ケース絶縁層はアノダイジングにより形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の二次電池。
12. 前記上部ケースは、ステンレススチール材質であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の二次電池。
13. 前記上部ケースは、プレス加工によって作製されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の二次電池。

Images