JP4342479B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳細には、電極組立体、缶、及びキャップ組立体を備えてなる電池本体の上部に樹脂によりモールディングされる保護回路基板の付着強度を増加させた二次電池に関する。

二次電池は、再充電可能で、小型化及び大容量化が可能であるため、近年、多いに研究開発されている。近年に開発され、使われている代表的なものとしては、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、及びリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池がある。

これらの二次電池において、電池本体（ベアセル）の大部分は、正極、負極、及びセパレータからなる電極組立体を、通常、アルミニウム、または、アルミニウム合金からなる缶に受納し、缶をキャップ組立体により封止した後、缶の内部に電解液を注入し、封止することにより形成される。缶がアルミニウム、または、アルミニウム合金で形成されると、アルミニウムの軽い属性により電池の軽量化がなされることができ、高電圧下で長時間使用する時にも腐食しない等の長所がある。

前記電池本体には、通常、上部に周辺部分と絶縁された電極端子が備えられ、この電極端子が電池本体において、電極組立体の一電極と連結されて電池の正極端子、または、負極端子をなすことになる。そして、缶自体は電極端子と逆の極性を有する。

ところが、電池はエネルギー源であって、多くのエネルギーを放出する可能性を有している。二次電池の場合、エネルギーが充電された状態で、二次電池自体が高いエネルギーを蓄積しており、充電過程では他のエネルギー源からエネルギーの供給を受けて蓄積することになる。このような過程および状態で内部短絡など、二次電池に異常が生じる場合、電池内に蓄積されたエネルギーが短時間に放出されることにより、発火、爆発などの安全問題を起こすおそれがある。

また、最近、多いに使われるリチウム系二次電池は、リチウム自体が高い活性を有するので、電池の異常発生時、発火や爆発のおそれがある。リチウムイオン電池の場合は金属状態のリチウムでないイオン状態のリチウムのみが存在するので、金属リチウムを使用する電池に比べて安全性が向上した。しかしながら、相変わらず、電池に使われる負極や非水性電解液などの材料は可燃性を有する等の理由により電池の異常発生時、発火や爆発の危険性が高い。

従って、二次電池は、充電された状態、あるいは、充電する過程において、電池自体の異常による発火や爆発などを防ぐために、いろいろな安全装置が備えられる。これらの安全装置は、電池の高温上昇や、過度な充放電等により電池の電圧が急上昇する等の場合に電流を遮断して電池の破裂、発火など危険を防止するようにする。安全装置としては、電池本体に連結されるものには、異常電流や電圧を感知して電流の流れを防ぐ保護回路基板、異常電流による過熱により作動するＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、及びバイメタルなどがある。

通常、電池本体の電極と保護回路基板などの電気端子を直接熔接して電気的に接続させることは電池本体の形態及び材質上、容易でない。従って、リードプレート（ｌｅａｄ ｐｌａｔｅ）と呼ばれる導体構造が電池の正極、負極と保護回路基板のような安全装置の電気端子とを連結する役割をする。リードプレートの材質としては、通常、ニッケル、もしくは、ニッケル合金、またはニッケルがメッキされたステンレス鋼が使われる。このような電池本体と保護回路基板とは一般的に熔接により電気的に連結される。

図１は、成形樹脂により結合する前段階にある一般的なリチウムイオン二次電池の概略的分解斜視図である。図２は、保護回路基板が成形樹脂によりモールディングされて電池本体に取付けられた状態の二次電池を示す斜視図である。

図１と図２とを参照すると、缶型二次電池は、内部に電極組立体が受容され、上段はキャップ組立体が結合したキャッププレート１３により封止する缶１２からなる電池本体１０と保護回路基板２０とを含んで形成される。

キャッププレート１３は、缶１２の開放された上段に対応する大きさと形状を有し、中央部には負極端子１４が形成される。また、キャッププレート１３の上面の両側には負極接続リード１６とリードプレート１８とが結合している。負極接続リード１６は一端が負極端子１４に結合し、他端の一側面がキャッププレート１３の上面に突出して形成される。リードプレート１８も一側面がキャッププレート１３の上面に突出して形成される。

保護回路基板２０は、外部入出力端子２２，２３が形成された上面と回路部（図示してはいない）及び接続端子２６，２８が備えられた下面とからなる。接続端子２６，２８は、負極用接続端子２６と正極用接続端子２８とからなり、キャッププレート１３の各リードプレート１６，１８との電気接続のために‘Ｌ’字型構造で形成される。キャッププレート１３のリードプレート１６，１８と接続端子２６，２８とは、一般的に、抵抗スポット熔接により結合される。

図１の未説明符号１５は、負極接続リード１６とキャッププレート１３との間を電気的に絶縁するための絶縁板である。

保護回路基板２０は、図２に示すように、モールディング部３０によりモールディングされながら電池本体１０の上部に取付けられる。外部入出力端子２２，２３は、モールディング部３０の上面に露出して形成される。

ところが、樹脂でモールディング部３０を形成して、電池本体１０の上部に保護回路基板２０などを固定する際、モールディング部３０が接触するキャッププレート１３やリードプレート１８は金属からなって、モールディング部２０と材質が異なり、接触面積も大きくないので、電池本体１０に対する付着強度が劣るという問題がある。

更に、モールディング部が側面方向から力を受ければモールディング部の接触面に作用するベンディング外力が大きくなって、モールディング部が電池本体から容易に捩れるという問題がある。

上記のような問題を解決するための本発明は、電極組立体、缶、及びキャップ組立体を備えてなる電池本体の上部に樹脂によりモールディングされる保護回路基板の付着強度を増加させた二次電池を提供することを目的とする。

上記目的の達成のための本発明は、負極板と正極板との間にセパレータが介されて巻き取られた電極組立体、前記電極組立体及び電解液を受け入れる缶、ならびに前記缶の開口部を封止し、一側にリードプレートが熔接されるキャッププレートを含むキャップ組立体を備える電池本体と、前記電池本体に電気的に結合する保護回路基板と、樹脂により形成されて前記保護回路基板を前記電池本体に固定するモールディング部と、を含む二次電池であって、前記リードプレートは底面と前記底面の端部から上方に延びて形成される側壁を備え、前記側壁は、前記モールディング部を形成する前記樹脂が満たされることによって前記モールディング部を支持する補強溝を所定の位置に備えることを特徴とする。

また、本発明において、前記側壁は、少なくとも１つ形成されることができる。

また、本発明において、前記補強溝は、前記側壁の一端において、当該側壁の下段と上段との間の所定の位置に少なくとも１つ形成されることができる。

また、本発明において、前記補強溝は、前記側壁の他端において、当該側壁の下段と上段との間の所定の位置に少なくとも１つ追加形成されることができる。

また、本発明において、前記補強溝は矩形、または、三角形で形成されることができる。

また、本発明において、前記補強溝は前記側壁の内側に突出して、少なくとも１つ形成されることができる。

また、本発明において、前記リードプレートは、ニッケル、または、ニッケル合金で形成されることができる。

また、本発明において、前記リードプレートは、０．０５ないし０．４５ｍｍの厚さで形成されることができる。

本発明によると、リードプレートに形成された補強溝がモールディング部を支持する役割をすることになるので、保護回路基板がモールディングされたモールディング部が電池本体に取付けられる強度を増加させる効果がある。

また、本発明によると、モールディング部が側面方向から力を受けても補強溝がモールディング部を支持する役割をすることになるので、モールディング部が捩れることを防止できる効果がある。

以下、図面を参照しながら実施の形態を通して、本発明をより詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の分解斜視図を示す。図４は、本発明の一実施の形態に係るリードプレートの斜視図を示す。図５は、本発明の他の実施の形態に係るリードプレートの斜視図を示す。図６は、本発明のさらに他の実施の形態に係るリードプレートの斜視図を示す。図７は、本発明のさらに他の実施の形態に係るリードプレートの斜視図を示す。図８ａは、本発明のさらに他の実施の形態に係るリードプレートの側面図を示す。図８ｂは、図８ａに示されるリードプレートの正面図を示す。

本発明に係る缶型二次電池は、図３を参照すると、内部に電極組立体（図示してはいない）が受容され、開口部がキャップ組立体１４０により封止される缶１２０からなる電池本体１００と保護回路基板２００とを含んで形成される。

缶１２０は、角形リチウムイオン電池において、略直六面体で、かつ、上側が開放された形状を有する金属材質の容器であり、一般的には、軽くて、腐食に容易に対処可能なアルミニウム、または、アルミニウム合金が使われる。缶１２０は、正極、セパレータ、及び負極からなる電極組立体と電解液を収容する容器であり、電極組立体が缶１２０の開放された上段、即ち、上段開口部を通じて缶１２０に挿入された後、缶１２０の上段開口部は、キャップ組立体１４０により封止される。

キャップ組立体１４０は、キャッププレート１５０、電極端子１６０、及びリードプレート１７０を含んで形成される。

キャッププレート１５０は、缶１２０の上段開口部に対応する大きさと形状を有する平板型で形成され、中央部の端子通孔（図示してはいない）と一側部の電解液注入口１５４とを備える。前記端子通孔には、電極端子１６０が挿入されて結合する。電解液注入口１５４は、キャップ組立体１４０により封止される缶１２０の内部に電解液を注入することに使われ、電解液が注入された後には電解液注入口１５４に熔接される栓により封止される。キャッププレート１５０は、缶１２０との熔接性の向上のために、缶１２０と同じアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されることが好ましい。

電極端子１６０は、前記端子通孔に貫通して結合し、電極端子１６０の外側には電極端子１６０とキャッププレート１５０との電気的絶縁のために、チューブ形状のガスケット１６２が設けられる。電極端子１６０は、一般的に、負極端子として形成される。キャッププレート１５０の端子通孔の近辺のキャッププレート１５０の下面には絶縁板（図示してはいない）が配置され、絶縁板の下面にはターミナルプレート（図示してはいない）が設けられる。電極端子１６０の上部には負極接続リード１６４が形成され、保護回路基板２００の接続端子２０２と熔接されて、電極端子１６０と保護回路基板２００の負極を電気的に連結する。

リードプレート１７０は、図４を参照すると、底面１７１と底面１７１の一端から上方に延びて形成される一の側壁１７２とを含んで形成される。側壁１７２には補強溝１７３ａが形成される。また、リードプレート１７０は、底面１７１の他端から上方に延びて形成される他の側壁１７６を含むことができる。即ち、リードプレート１７０は底面１７１の各端部から上方に延びて形成される、少なくとも一つの側壁１７２，１７６を含んで形成される。リードプレート１７０の側壁１７２には保護回路基板２００の接続端子２０４が熔接されて、キャッププレート１５０と保護回路基板２００とを電気的に連結することになる。

リードプレート１７０は、底面１７１が電解液注入口１５４の上部に熔接されて固定される。熔接は、レーザー熔接によりなされる。リードプレート１７０を熔接する際、熔接の深度は、キャッププレート１５０の厚さ及び材質、リードプレート１７０の厚さ及び材質を考えて、０．１５ないし０．５０ｍｍまででなされることができる。

リードプレート１７０は、ニッケル、ニッケル合金、あるいは、ニッケルメッキされたステンレス鋼材質からなることが好ましく、リードプレート１７０の厚さは０．０５ないし０．４５ｍｍからなることが好ましい。リードプレート１７０の厚さは缶１２０の厚さと熔接の便宜性と関連し、厚く形成される場合、キャップ組立体１４０により封止した缶１２０と保護回路基板２００との間の空間を樹脂で満たして形成するパック電池において、電池を捩る（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）とか、曲げる（ｂｅｎｄｉｎｇ）際、支持体として作用して外力に対する抵抗強度を高めることができるので有利な点がある。

側壁１７２の一端には所定の高さに所定の大きさの補強溝１７３ａが形成される。補強溝１７３ａは、側壁１７２の一端で、側壁１７２の下段と上段との間に所定の形状で形成される。補強溝１７３ａは、図４に示すように、所定の高さと深さを有する矩形で形成されることができる。但し、側壁１７２に保護回路基板２００の接続端子２０２，２０４が熔接される場合には、熔接に必要な面積は確保されるように補強溝１７３ａは所定の大きさで形成されなければならない。なお、側壁１７２の一端には、補強溝１７３ａが複数形成されていてもよい。

図３の未説明符号１６８は、負極接続リード１６４とキャッププレート１５０との間を電気的に絶縁するための絶縁板である。

保護回路基板２００は、外部入出力端子２１０，２２０が形成された上面と回路部（図示してはいない）及び接続端子２０２，２０４が備えられた下面で形成される。接続端子２０２，２０４は負極用接続端子２０２と正極用接続端子２０４で構成され、キャッププレート１５０の負極接続リード１６４とリードプレート１７０との電気接続のために‘Ｌ’字型構造で形成される。キャッププレート１５０のリードプレート１６４，１７０と接続端子２０２，２０４は一般的に抵抗スポット熔接により結合される。

保護回路基板２００は、図２を参照すると、モールディング部によりモールディングされながら電池本体１００の上部に取付けられる。外部入出力端子２１０，２２０は、モールディング部３０の上面に露出して形成される。

図５は、本発明に係る他の実施の形態を示す。

補強溝１７３ｂは、図５に示すように、三角形で形成されることができる。補強溝１７３ｂは、上記のような矩形及び三角形の他にも多様な形状で形成できることは勿論である。

図６は、本発明に係る他の実施の形態を示す。

補強溝１７３ｃは、図６に示すように、側壁１７２の他端にも同時に形成できることは勿論である。このような場合に補強溝１７３ｃの形状は、側壁１７２の一端に形成される補強溝１７３ａと形状を同じに、または、異にすることができることは勿論である。

図７は、本発明に係る他の実施の形態を示す。

補強溝１７３ｄは、図７に示すように、底面１７１の他の端部で形成された側壁１７６にも形成されることができる。即ち、一の側壁１７２に形成される矩形及び三角形などの補強溝１７３ａが他の側壁１７６の一端に形成されることができる。同様に、側壁１７６の他端にも補強溝１７３ｄが形成されることができ、多様な形状で形成されることができる。

図８ａと図８ｂは、本発明に係るさらに他の実施の形態を示す。

補強溝１７３ｅは、図８ａと図８ｂを参照すると、側壁１７２の両端でない所定の位置において、側壁１７２の内側へ突出して形成されることができる。補強溝１７３ｅが、側壁１７２の内側に突出してなる凹部で形成されると、追加的に、側壁と樹脂の接触面積を増加させて、付着強度を増加させることができるようになる。補強溝１７３ｅは、側壁１７２の面積と補強溝１７３ｅの大きさによって１つ以上で形成されることができる。本実施の形態において、側壁１７２の大きさに対して補強溝１７３ｅが小さい場合、補強溝１７３ｅは、側壁１７２に小さな凹部として形成される。勿論、側壁１７２の補強溝１７３ｅは他の側壁１７６にも同一に形成されることができる。

次に、本発明に係る二次電池の作用について説明する。

電池本体１００の上部に、保護回路基板２００が、各接続端子２０２，２０４と接続リード１６４またはリードプレート１７０とを熔接されて結合する。その際、リードプレート１７０の各側壁には所定の大きさと形状で補強溝１７３ａ〜１７３ｅが形成されている。電池本体１００と保護回路基板２００をモールドに入れて樹脂を注いでモールディング部（図２の３０参照）を形成する。樹脂は、モールディング部３０内に安着した電池本体１００と保護回路基板２００との間の空間を満たしながら補強溝１７３ａにも流入する。従って、リードプレート１７０の補強溝１７３ａにも樹脂が満たされることになって、モールディング部３０とリードプレート１７０との間の結合が強くなる。即ち、補強溝１７３ａに流入した樹脂はモールディング部３０の他の部分と異に、電池本体１００に対して垂直方向に動こうとする傾向を減らすことになってモールディング部３０が電池本体１００に取付けられる強度を増加させることになる。

以上、説明したように、本発明は上述の特定の好ましい実施の形態に限るのではなく、特許請求範囲で請求する本発明の要旨を外れない範囲で当発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形の実施が可能なことは勿論であり、そのような変更は特許請求範囲の記載の範囲内にあることになる。

成形樹脂により結合する前段階にある一般的なリチウムイオン二次電池の概略的分解斜視図である。 保護回路基板が成形樹脂によりモールディングされて電池本体に取付けられた状態の二次電池を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る二次電池の分解斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るリードプレートの斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係るリードプレートの斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るリードプレートの斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るリードプレートの斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るリードプレートの側面図である。 図８ａに示すリードプレートの正面図である。

符号の説明

１０，１００ 電池本体、
１８，１７０ リードプレート、
２０，２００ 保護回路基板、
２６，２８，２０２，２０４ 接続端子、
１４０ キャップ組立体、
１５０ キャッププレート、
１６０ 電極端子、
１７２，１７６ 側壁、
１７３ 補強溝。

Claims (9)

1. 負極板と正極板との間にセパレータが介されて巻き取られた電極組立体、前記電極組立体及び電解液を受け入れる缶、ならびに前記缶の開口部を封止し、一側にリードプレートが熔接されるキャッププレートを含むキャップ組立体を備える電池本体と、前記電池本体に電気的に結合する保護回路基板と、樹脂により形成されて前記保護回路基板を前記電池本体に固定するモールディング部と、を含む二次電池であって、
   前記リードプレートは、底面と前記底面の端部から上方に延びて形成される側壁を備え、前記側壁は、前記モールディング部を形成する前記樹脂が満たされることによって前記モールディング部を支持する補強溝を所定の位置に備えることを特徴とする二次電池。
2. 前記側壁は、少なくとも１つ形成されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
3. 前記補強溝は、前記側壁の一端において、当該側壁の下段と上段との間の所定の位置に少なくとも１つ形成されることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
4. 前記補強溝は、前記側壁の他端において、当該側壁の下段と上段との間の所定の位置に少なくとも１つ追加形成されることを特徴とする請求項３記載の二次電池。
5. 前記補強溝は、矩形で形成されることを特徴とする請求項３または４記載の二次電池。
6. 前記補強溝は、三角形で形成されることを特徴とする請求項３または４記載の二次電池。
7. 前記補強溝は、前記側壁の内側に突出して、少なくとも１つ形成されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
8. 前記リードプレートは、ニッケル、または、ニッケル合金で形成されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
9. 前記リードプレートは、０．０５ないし０．４５ｍｍの厚さで形成されることを特徴とする請求項８記載の二次電池。