JP4367744B2 - 薄型電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯情報端末や携帯電話などの各種小型電子機器の電源として使用するのに適した薄型電池であって、特に保護回路を一体に備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、薄さが要求される小型電子機器にあっては、厚みの比較的薄いリチウムイオン電池等の二次電池が使用される場合が多い。この種の二次電池には、深絞り加工による薄型矩形板状の金属缶を使用し、これの開口部に金属蓋を嵌合して溶接する構造としたものや、弁当箱の様な浅絞りの金属缶を使用し、これの開口部に金属蓋を嵌合して溶接する構造としたものがある（例えば、特開平１１−１８５８２０号公報参照）。
【０００３】
更にこれらの薄型電池を用いるに当たっては、過充電や過放電を防止したり大電流が流れることを防止するために保護回路を備える必要があるが、従来の薄型電池にあっては、電池缶の形態が単純な直方体形状であったため、保護回路を取り付けるためのスペースやベースを別途用意することにより対応することが一般的であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、携帯用電子機器に対する軽量化および小型化に対する要望は更に強まっている。本発明はかかる要望に基づいてなされたものであって、電池缶の内部に保護回路も一体に収納することにより、電池全体のサイズを更に小型化できると同時に、構造の簡略化が図られて製造コストの低廉化を可能とする薄型電池を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる薄型電池２０は、図１にその概略的に構成を示す如く、１つのパッケージ１０内に、電極体と電解液からなる電池部１６と、この電池部１６に対する電気的な保護を可能とする保護回路部１８とを一体に収納している。
【０００６】
更に、パッケージ１０内で電池部１６と保護回路部１８とを電気的に接続し、且つ、物理的に分離して配置するとともに、パッケージ１０の周面１１上に、保護回路部１８を介した電池部１６に対する電流の入出力を可能とする電極部２２を備えたことを特徴とする。
【０００７】
保護回路部１８は、図２ないし図４の様に、電池部１６に対する過充電および過放電を防止するためのものであって、基板２４の一方の面上に回路部品２６を配置する一方、他方の面に電極２８を設けるとともに、電池缶４４の様な所定パッケージの周面に設けた開口３０を介して基板２４上の電極２８を外部に露出することにより電極部２２を構成している。
【０００８】
電池部１６と保護回路部１８とは、図５や図６（ａ）の様に、保護回路部１８の周囲を包囲した封止部材３２で物理的に分離することも可能であるし、図６（ｂ）の様にパッケージ１０の内部に形成された２つの区画３４ａ・３４ｂにより物理的に分離することもできる。
【０００９】
またパッケージ１０は、図３および４で示す様に、金属薄板を加工して中空の矩形扁平状に構成した電池缶４４で構成することが可能であって、更にその電池缶４４は、浅い凹部３６を有する缶本体３８と、その缶本体３８における凹部３６の開口縁４０を閉じる平面状の閉止板４２とを、一体に接合して構成することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる薄型電池２０を、図２〜図５に示す如く、角型のリチウムイオン二次電池に実施した一例に基づいて説明するが、電池に対する保護回路を必要とする各種二次電池に実施できることは勿論である。
【００１１】
薄型電池２０は、中空に形成された扁平な矩形状の電池缶４４内に、電極体１２と電解液１４とからなる電池部１６と、この電池部１６に対して入出力する電流を制限する保護回路部１８とを一体に収納されることにより、矩形薄板状に構成されている。ここで電池缶４４は、凹部３６を有する缶本体３８と、この缶本体３８における凹部３６の開口縁４０を密封する閉止板４２とからなる。
【００１２】
缶本体３８と閉止板４２は共に、鉄板、ニッケル板、アルミニウム板、これらの金属の合金板、マグネシウム合金板、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを施した圧延鋼板、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板など、その厚さが例えば０．１５ｍｍ程度の薄板金属板で形成される。
【００１３】
なお、強度および軽量である点を重視する場合には、高強度材料でしかも軽量な、Ｈｖ（ビッカース硬さ）が７０以上のアルミニウム合金やマグネシウム合金を使用するのが好ましい。また、電解液に対する耐腐食性を重視する場合には、ニッケルメッキを施した圧延鋼板やステンレス鋼版を使用するのがよい。
【００１４】
更に閉止板４２については、缶本体３８との接合面側、即ち電池缶４４の内面側には缶本体３８と同じ材質のものを使用し、反対側の面、即ち電池缶４４の外周側には、強度および軽さの点で優れる積層材であるクラッド材（例えば、ニッケルを積層してなるニッケルクラッド材）を使用することもできる。
【００１５】
缶本体３８は、一枚の金属板を浅絞り加工することにより、矩形状の底面４８と細帯状の側面５０とを備えた皿状に形成するとともに、その開口端の周縁縁４０には、その全周に亘って平坦なフランジ部５２が、略同幅の細幅状に形成されている。なお側面５０は、底面４８に対して直角に構成することが可能であるが、本実施例にあっては更に数十度外側に傾斜させている。
【００１６】
閉止板４２は、プレス打ち抜き品からなる一枚の平坦な金属板で構成されており、その周縁の形状およびサイズが、缶本体３８におけるフランジ部５２の外周縁の形状およびサイズと同一に形成されている。この閉止板４２は、フランジ部５２に接合することによって缶本体３８と一体化され、両者の接合面からの液漏れを防止している。
【００１７】
缶本体３８に対する閉止板４２の接合方法としては、レーザー溶接あるいは樹脂を用いた熱溶着が使用できる。ここで前者の場合は、缶本体３８のフランジ部５２に閉止板４２を密着させた状態で、これらの周縁の近傍あるいはその合わせ面の外周部分を全周に亘ってレーザー溶接することにより、両者を接合一体化する。後者の場合は、フランジ部５２の表面あるいはこれと合わされる閉止板４２の周縁部分に接着剤としての樹脂を塗り、この樹脂を熱で一時的に溶かして熱溶着することにより、両者を接合する。その他、缶本体３８と閉止板４２とを密着状態で接合できるものであれば、接合方法が限定されるものでないことは勿論である。
【００１８】
本発明は上記した構成にあって更に、電池缶４４の内部に、電池部１６と保護回路部１８とを一体に収納する構造にその特徴を有する。ここで電池部１６を構成する電解液１４としては、例えばプロピレンカーボネートやエチレンカーボネートなどの非水溶媒に、ＬｉＢＦ_４などの電解質を溶解させた非水電解液が使用される。
【００１９】
また電極体１２は、例えばＬｉＣｏＯ ₂ を活物質とするシート状の正極と、例えば黒鉛を活物質とするシート状の負極とを、セパレータを間にして渦巻き状に巻いたのち、全体を缶本体３８の凹部３６に収納できるように押しつぶして扁平状に構成している。更に正極と負極からは各々導線５４・５４を延ばし、保護回路部１８に接続している。
【００２０】
保護回路部１８は、缶本体３８の凹部３６における短辺長さより稍短い細幅状に形成したプリント配線式の基板２４における一方の面上にチップ状の回路部品２６を使用して電子回路を構成する一方、基板２４の他方の面に矩形状の電極２８が形成されたものである。そして、電極２８を介して各種の電子機器と接続され、二次電池の過放電あるいは過充電等の充放電時に発生する恐れのある事故を未然に防止するために使用される。
【００２１】
保護回路部１８を構成する電子回路は、二次電池の電池電圧を検出する手段と、充電中に電圧検出手段により検出された電池電圧が上限電圧を上回ると充電電流を遮断する過充電防止手段と、放電中に電池電圧が下限値を下回ると放電電流を遮断する過放電防止手段と、充電あるいは放電時に設定値を超える電流が流れると溶断する電流ヒューズとから構成される。しかしながら、その他の保護手段を備え、あるいは一部の保護手段を省略するなど、その構成を適宜に増減して実施できる。
【００２２】
また基板２４上に形成される電極２８は、前記した電子回路と接続されて電池電圧を電池缶４４の外部に導出するためのものであって、本実施例にあっては、正電極および負電極に加え、制御用や検査用の電極など合計で４つの矩形状の電極２８を備えているが、電極２８の数は適宜増減して実施できることは勿論である。
【００２３】
本発明は上記構成にあって更に、保護回路部１８の電池缶４４内における取り付け構造にその特徴を有する。すなわち、缶本体３８の凹部３６における一方の短辺に寄せて電極体１２を配置する一方、他方の短辺の近傍に、保護回路部１８における基板２４の面積より稍広い空間を設け、電極２８を凹部３６の底面４８に向けて保護回路部１８を収納する。
【００２４】
一方、保護回路部１８に備えた４つの電極２８が当接する缶本体３８の底面４８上には、４つの電極２８の配設位置と一致するが、その大きさが稍小さい開口３０が形成され、その開口３０との絶縁状態を維持しながら閉じる様にして保護回路部１８の電極２８が配設される。更に、保護回路部１８の周囲を、絶縁性あるいは耐腐食性を有する樹脂材からなる封止部材３２で密封することにより、電解液１４から保護回路部１８を守っている。
【００２５】
図６（ａ）は、保護回路部１８の取り付け構造の他の実施例であって、缶本体３８における凹部３６の底面４８側に開口３０を設けて電極２８を外部に露出させるのに代えて、傾斜する側面５０上に開口３０を設けている。かかる構成にすることにより、凹部側面５０の内側に発生するデッドスペースを有効利用し、保護回路部１８を収納する空間を縮小することができ、同一電池容量であれば、電池全体の構成をよりコンパクトに設計できる。
【００２６】
図６（ｂ）は更に他の実施例であって、上記した実施例にあっては封止部材３２による密封で電池部１６と保護回路部１８とを物理的に分離することが行われているが、本実施例にあっては缶本体３８を屈曲して隔壁５６を一体に形成し、電池缶４４の内部に、電池部１６が収納される区画３４ａと保護回路部１８が収納される区画３４ｂの２つの区画３４に分離したことを特徴とする。かかる構成により、樹脂材による保護回路部１８の周囲における封止が不要となるために、封止を嫌う回路部品の使用も可能となるとともに、電池部１６と保護回路部１８とがより完全に分離され、安定した動作を可能とする。
【００２７】
なお、保護回路部１８の電極２８を露出させる開口３０は、凹部３６の底面４８側や側面５０上に設けるほかに、閉止板４２上に設けるなど、その形成位置は限定されるものではない。また、電池缶４４に開口３０を設けて保護回路４６の基板２４上に設けた電極２８を電池缶４４の外部に露出させる外に、電池缶４４を貫通させて一部が外部に露出する電極を設け、その電極と電池缶４４内部の保護回路４６とを電気的に接続させることや、電池缶４４それ自体を電極として利用することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上記の如く、電池缶４４の内部に電池部１６に加えて保護回路部１８も一体に収納することにより、電池全体のサイズを更に小型化できると同時に、構造の簡略化が図られて、故障発生の抑制および製造コストの低廉化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明を実施した一例を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示す薄型電池の組み立て状態を示す上方側から見た斜視図である。
【図４】図２に示す薄型電池の組み立て状態を示す下方側から見た斜視図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面状態を示す説明図である。
【図６】他の実施例を示す図５に類似した説明図である。
【符号の説明】
１０ パッケージ
１１ パッケージ周面
１２ 電極体
１４ 電解液
１６ 電池部
１８ 保護回路部
２０ 薄型電池
２２ 電極部
２４ 基板
２６ 回路部品
２８ 電極
３０ 開口
３２ 封止部材
３４ 区画
３６ 凹部
３８ 缶本体
４０ 開口縁
４２ 閉止板
４４ 電池缶
４８ 凹部底面
５０ 凹部側面
５２ フランジ部
５４ 導線
５６ 隔壁

Claims (4)

1. 金属薄板を加工して中空の矩形扁平状に構成した１つのパッケージ内に、電極体と電解液からなる電池部と、該電池部に対する電気的な保護を可能とする保護回路部とを一体に収納した薄型電池であって、
   前記パッケージは、１枚の金属薄板を浅絞り加工することにより形成されて、浅い凹部を有する缶本体と、該缶本体における凹部の開口縁を閉じる平面状の閉止板とを、一体に接合して構成されており、
   前記パッケージ内で前記電池部と保護回路部とを電気的に接続し、且つ、物理的に分離して配置するとともに、
   パッケージの周面に、保護回路部を介した電池部に対する電流の入出力を可能とする電極部を備えたことを特徴とする薄型電池。
2. 前記保護回路部は、前記電池部に対する過充電および過放電を防止するためのものであって、
   基板の一方の面上に回路部品を配置する一方、他方の面に電極を設けるとともに、
   前記パッケージの周面に設けた開口を介して該電極を外部に露出することにより、前記電極部を構成している請求項１記載の薄型電池。
3. 前記電池部と保護回路部とは、保護回路部の周囲を包囲した封止部材で物理的に分離されている請求項２記載の薄型電池。
4. 前記電池部と保護回路部とは、パッケージの内部に形成された区画により物理的に分離されている請求項２記載の薄型電池。

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