JP4537958B2 - リチウムイオン電池 - Google Patents

Description

相互参照
本出願は、２００３年６月１３日に出願され、中国特許出願番号が第０３２４７２９１．９号であって、名称が「リチウムイオン電池」であり、引用によってこの明細書に組み込まれる中国特許出願の優先権を主張するものである。

本発明は、ある種の電池に関するものであり、特に、移動電話、ＰＤＡ および移動式機器の使用に適しているある種の充電式リチウムイオン電池に関するものである。

リチウムイオン電池は、高容量、高出力、安全、環境調和型で、汚染無しの新型充電式電池である。これは、移動電話、ラップトップ・コンピュータ、ＰＤＡ等のような機器で広く使用され、また、これらの型式の機器の標準的な付属品となっている。

リチウムイオン電池は一般的に、電池芯体、電池保護回路、プラスチック製外側ボディシェル等で構成されている。電池保護回路は、電池芯体とシェルとの間でボディシェルの内部に置かれている。プラスチック製外側ボディシェルは、電池芯体と電池保護回路との対応位置を固定して電池保護回路を保護するのに使用されている。電池芯体の内部には、正極、負極、１つ以上の隔離板および電解液がある。電池芯体は全体が金属製外側ケーシングの中に収容されている。電池芯体の外面には、電池芯体内部の正極および負極に接続される正極端子および負極端子がある。正極端子および負極端子は先ず電池保護回路に接続される。そして、これらの端子は、電池保護回路の接点を介して、移動電話、ラップトップ・コンピュータ、ＰＤＡ等の本体または充電器に接続される。この種の電池は、電池芯体を収容するために、別に製造されたプラスチック製ボディシェルを必要とし、従って、そのようなプラスチック製ボディシェルを製造するためのコストはより高い。また、電池芯体を電池製品の中に組み込むプロセスも、いっそう複雑で、いっそう不便である。

上記の問題を解決するために、より新しい型の１つのリチウムイオン電池はプラスチック製外部シェルを使っているが、ここで、カバーが射出成形されて、電池芯体の上下両端部のそれぞれに設置されている。電池保護回路は接着剤でカバーと電池芯体との間に接着されている。カバーの上面には開口と穴とがあり、これらの開口と穴とによって、電池の接触板が外部に露出することができるようにされており、ここで、接触板は電池保護回路、正極および負極に接続されている。この方式の欠点は、射出成形処理がより複雑で、コストがより高く、さらにカバーと電池芯体との接着力も低いことである。

カバーと電池芯体との保持力を強めるため、日本の松下電器株式会社は、先ず、シェル本体の２つの端部にそれぞれ釘を溶接する。そして、射出成形法を使用してカバーを製造し、このカバーを電池芯体に固定する。この方法では、カバーと電池芯体との間の保持力がある程度高められる。しかしながら、その製造工程はより複雑であり、コスト問題がまだ解決されていない。

この従来技術の欠点は、製造および組立プロセスに有利であって、さらにコストが低い電池構造が必要であることを示している。

本発明の１つの目的は、電池カバーと電池芯体との間に強い保持力を有している電池構造を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、製造および組立プロセスが簡単で、総コストが低い電池構造を提供することである。

本発明の１つの観点によれば、充電式電池であって、２つの端部を有し、複数の接点開口、複数の検査開口、上記２つの端部のそれぞれにおけるねじ開口、および上記２つの端部のそれぞれにおける位置決め切欠を有しているカバーと、ＰＣＢの第１側面に、上記電池に接触するための接点と上記電池を検査するための検査点とを有している、ＰＣＢの上における電池保護回路と、電池芯体と、上記電池芯体と上記電池保護回路との間に接続され、温度検出機能をもたらす安全ユニットとを備えてなり、上記電池芯体が、外側シェルと、上記電池芯体を密封するために上記電池芯体の外側シェルに溶接された上面板とを有し、かつ、上記上面板が、端子、放出弁、充填穴、位置決め穴およびねじ穴を有し、上記カバーが上記電池保護回路を覆い、また、上記カバーと上記電池保護回路とが上記電池芯体に固定されて一体型電池が形成されており、さらに、上記ＰＣＢが、上記電池保護回路を上記電池芯体に電気的に導通させるための少なくとも１つの接点構造の備わった第２側面を有している充電式電池が提供される。
本発明の別の観点によれば、充電式電池であって、２つの端部が備わった細長い長方形を有し、複数の接点開口、複数の検査開口、上記２つの端部のそれぞれにおけるねじ開口、および上記２つの端部のそれぞれにおける位置決め切欠を有しており、プラスチックまたはゴムを使用して射出成形によって作られたカバーと、一方側面に、上記電池に接触するための接点と上記電池を検査するための検査点とを有しており、過充電、過放電および過大電流を防ぐ機能をもたらす、ＰＣＢの上における電池保護回路と、上記カバーの形状に実質的に一致する細長い長方形を有している電池芯体と、上記電池芯体と上記電池保護回路との間に接続され、温度検出機能をもたらす安全ユニットと、上記電池芯体と上記カバーとの間に置かれた構造支持部とを備えてなり、上記電池芯体が、１つの金属製外側シェルと、上記電池芯体を密封するために上記電池芯体の上記外側シェルに溶接された上面板とを有し、この上面板が、０．３ミリメートル〜０．６ミリメートルの厚さを有し、かつ、その上に配置された端子、放出弁、充填穴、位置決め穴およびねじ穴を有しており、上記構造支持部と上記カバーとが上記電池保護回路を収容しており、上記カバーが上記電池保護回路を覆い、また、上記カバーと上記電池保護回路とが上記電池芯体に固定されて一体型電池が形成されており、さらに、上記電池芯体が、上記電池保護回路に接続されかつ上記電池保護回路を通じて上記カバーを介して露出された板に接触する正極端子および負極端子を有している充電式電池が提供される。

本発明の利点は、電池カバーと電池芯体との間に強い保持力を有している電池構造がもたらされることである。

本発明のもう１つの利点は、製造および組立プロセスが簡単であり、かつ総コストが低い電池構造がもたらされることである。

図面および実施形態の組み合わせによって、本発明がさらに説明される。

本発明の現在好ましい実施形態では、電池芯体、電池保護回路およびカバーを有しているある種の電池構造が開示されている。図１によれば、 カバー１の上にはいくつかの開口と穴とがあり、また、カバー１は別ユニットとして製造されている。カバー１は細長く、長方形の構造である。この構造では、電池芯体６の上面の開口とカバー１との間に安全距離をもたらすために、カバー１はある程度の高さがあるように製造されている。カバー１の２つの端部のそれぞれにはねじ開口５があり、カバー１の上面にあるねじ開口５のそれぞれを通してねじが挿入されているとともに、カバー１を電池芯体６に固定するため、ねじが電池芯体６の上面にあるねじ穴にしっかり固定されている。また、いくつかの接点開口１０といくつかの検査開口１１とがある。

従来技術の改良として、先ず、カバー１はゴムまたはプラスチックを使用して射出成形される。最終的な電池製品に必要な間隔用支持部を設けるために、上面カバー１と底板７とがあってもよい。上面カバー１と電池芯体６との間に電池保護回路を置くことができる。

図２によれば、電池芯体６の本体の実施形態が図示されている。ここに、電池芯体は、長い楕円形の上面端部と底面端部とがある長方形状である。電池芯体の側面は丸みを帯びている。電池芯体６の内側には、正極、負極、正極端子、負極端子、正極と負極とを分離する絶縁材、および電解液がある。電池芯体６は金属シェルの中に密封され、収容されているが、そのシェルの金属はアルミニウム、ステンレス鋼、電気めっきされたニッケル等である。電池芯体６の上面には、電池芯体６の金属シェルと同じ材料を有している上面板１４がある。電極とさまざまな部品とを電池芯体の中に挿入した後、上面板は電池芯体６の金属シェル本体に溶接される。上面板１４の上には、電池芯体６の内側の負極に接続された負極端子１３がある。電池芯体６の正極は電池芯体６の金属シェルと上面板１４とに接続されている。正極端子を形成するために、１つの金属板が上面板１４に接続されている。負極端子１３と正極端子１４との間には、正極端子に接続される絶縁隔壁がある。上面板１４の上には、１つの放出弁１２と１つの充填穴１５がある。電池の爆発を防ぐために、放出弁１２は余分な内部圧力を自動的に放出する。電池芯体６が完全に組み立てられた後、電解液を電池芯体６の内部に充填するために、充填穴１５が使用される。電解液を充填した後、充填穴１５が密封されるが、それは、その上に金属板を溶接することによって密封することができる。カバーを上面板１４ にしっかり止めるために、上面板１４の各側部にはねじ穴１７がある。また、上面板１４の各端部には位置決め穴１８がある。これらの位置決め穴によって、カバーを上面板１４にすばやくかつ正確に置くことができ、従って、製造および組立プロセスが促進される。

図３によれば、電池保護回路２と安全ユニット４とがカバー１と電池芯体６との間に置かれている。電池保護回路は、容易に製造し、さらに組み立てられるように設計されている。電池保護回路２は、過充電、過放電および過大電流を防ぐ機能をもたらし、過充電、過放電および充電の間の過大電流、ならびに電池にダメージが及ぶ他の状態から電池を守る。電池保護回路はＰＣＢの上にある。上記電池保護回路の１つの側面には、上記電池と接触する接点２２と上記電池を検査する検査点２０とがある。安全ユニット４は、他の安全関連機能のうちの温度保護機能をもたらす。充電の間に温度が過度に上昇すると、電池を保護するために安全ユニット４は自動的に電源を遮断する。電池芯体６の負極に接続される負極端子１３（図２を参照）は、先ず安全ユニット４に接続され、次いで安全ユニット４を介して電池保護回路２に接続される。電池芯体６の頂部にある上面板１４に接続される正極端子は、接続ユニット９を介して電池保護回路２に直接接続される。電池保護回路２は例えば、移動電話、ラップトップ・コンピュータ、ＰＤＡ等、またはそれぞれの充電ユニットの本体内で、相互に作用し合っている。

電池保護回路２には、正極接触板および負極接触板に接続されるとともに、電池型式を識別する接点が設けられている。カバー１には、電池保護回路板２の接触板が外部との接触が可能になる正方形開口１０と、電池および電池保護回路２の検査が可能になる円形開口１１とがある。装置または機器に電力を供給するか、あるいは電池への充電を受けるために、電池芯体６の正極および負極が、それぞれの端子、安全ユニット４および電池保護回路２を介して、また、電池保護回路の正極接触板および負極接触板を介して、装填材料または充電器と接続されている。

開口と電池芯体６との間に安全距離があることを保証するために、電池芯体６の頂部における上面板１４には充分な厚さが備わっている。電池芯体６の外側シェルは、１つの開放端部がある閉鎖容器（enclosure）として始まっている。上記のように、上面板１４は電池芯体６の外側シェルの開放端部へのカバーとして役立つとともに、上面板１４は、電池芯体６を密封し、かつ電池芯体が使用の間に漏れないことを保証するために、電池芯体６の外側シェルに溶接されている。たくさんの実験研究と調査との後に、アルミニウムを電池の外側シェルの共通材料として使用した場合、上面板１４の厚さが０．３ミリメートル以上であり、好ましくは、０．３〜０．６ミリメートルであるべきである。０．３ミリメートルよりも小さいときには、漏れが起こりやすい。０．６ミリメートルよりも大きいときには無駄な結果になり、それは必要ないであろう。

カバー１を電池芯体６にしっかり固定するために、ねじが、カバーの各側面におけるねじ開口を通して、電池芯体６のねじ穴（図２の１７）に挿入される。電池芯体６と電池保護回路２とを絶縁するために、１枚の絶縁紙がそれらの間に置かれている。カバー１は、先ずゴムまたはプラスチックを使用して射出成形によって作られる。原料としてのゴムまたはプラスチックが安価で、また射出成形プロセスが簡単な製造方法でもあるので、製造および組立の全プロセスは簡単であり、総コストも下がる。

電池芯体６の外側シェルは普通、金属アルミニウムから作られる。通常、アルミニウムは柔らかいので、電池芯体６の外側シェルにある開口はねじ穴の中におけるねじ山を必要としない。ねじが電池芯体６の外側シェルにあるこれらのねじ穴の中にしっかり止められているとき、開口の中にねじ山が自然に形成されている。明らかなことであるが、ねじ山は、電池芯体６の外側シェルにあるこれらの穴の中に形成することができ、その場合、より堅い材料、例えばステンレス鋼のような材料を電池芯体６の外側シェルの上面板に使用することができる。この方法によれば、カバー１と電池芯体６との間の保持力が高められる。

カバー１と電池芯体６との間の保持力と密封度とを高めるために、接着封止剤をねじに、また電池芯体６とカバー１との間に施すことができる。接着封止剤とねじとを一緒に使用することによって、カバー１と電池芯体６とは堅く固定することができる。電池芯体６の底には底板７がある。底板７もまた、ゴムまたはプラスチックを使用して射出成形で作られ、接着封止剤によって電池芯体６に接着される。

さらにまた、電池芯体の上面にある開口の近くに位置決め穴（図２の１８）がある場合もある。カバーには、電池芯体６の上面の位置決め穴（図２の１８）に対応する位置に小さい位置決め切欠がある。

図４は本発明のリチウムイオン電池のもう１つの実施形態を示す。それは、最初に示した実施形態とはいくつかの観点で異なる。上端カバーは上面カバー１と構造支持部３とによって形成されている。構造支持部３は電池保護回路２を支持し、そこで電池保護回路２は上面カバー１と構造支持部３との間に置かれている。また、構造支持部３も、ゴムまたはプラスチックを使用して射出成形により別に作られ、接着封止剤を使用して電池芯体６に接着される。安全ユニット４は支持部３の下に置かれている。支持部３は、電池保護回路２に保護機能および絶縁機能をもたらし、電池保護回路２および電池の安全性を保証する。支持部３が存在するので、本実施形態には絶縁紙８が必要でない。

上面カバー１と構造支持部３とが使用され、電池保護回路が上面カバー１と構造支持部３との間に置かれるとき、このような組み合わせが、電池保護回路２を支持しかつ隔離するのに使用され、また、電池芯体６に関連する電池保護回路２の位置を定めるのにも使用される。

これらの実施形態では、製造および組立プロセスの場合に、カバー１（および／または構造支持部３）をすばやくかつ正確に電池芯体６に置くため、電池芯体６の上面の開口近くに位置決め穴が設けられている。カバー１（および／または構造支持部３） の底部には、また電池芯体６の上面における位置決め穴の対応位置には、小さい位置決め切欠がカバー１（および／または構造支持部３） の底部に設けられている。

本発明のさらにもう１つの実施形態では、電池を容易に組み立てるために、また、電池芯体６と電池保護回路２との間の堅固な接触を保証するために、電池保護回路２は特別に設計されている。図５ａによれば、電池保護回路２はプリント回路基板（「ＰＣＢ」）３０の上にあり、ＰＣＢ３０の上には第１接点構造３２があり、これはＰＣＢと電池芯体６の負極端子との接触をもたらす。また、ＰＣＢと安全ユニット４との接触をもたらす第２接点構造３４もある。これらの接点構造は、ＰＣＢから突出し、そして構造支持部３に設けられたそれぞれの開口の中に入る。接点構造３２，３４は、導電性材料を使用して作ることができ、また、ばね止めすることもできる。接点構造３２，３４は、さまざまな方法を使用してＰＣＢに取り付けることができる。図５ｂはＰＣＢ３０の他の側面を示す。ここで、ＰＣＢにはエッチングされた複数の検査点２０と複数の接点２２とがある。当然、ＰＣＢの表面にはいくつかの他の部品があり、それらはＰＣＢによってもたらされる機能を遂行する。

本発明のさらに別の実施形態では、図６は、カバー４０と構造支持部４２との一体型ユニットの底面図を示している。カバー４０と構造支持部４２とは１ユニットとして射出成形されており、組立プロセスがさらに簡単にされている。ここで、電池保護回路（上記のようなもの）はカバー４０の底部の中に挿入され、その後、構造支持部４２は定位置にスナップ止めされる。構造支持部４２は、薄いプラスチックヒンジ４４によってカバー４０に接続されているが、これらのすべては単一片として射出成形されている。全体の構造は、上記の方法により電池芯体の上面にしっかり固定されている。

本発明のさらに別の実施形態では、図７は、キャップ５２付きの一体型カバー本体５０の斜め上面図を示す。上記のように、電池保護回路はカバー本体５０の空所の中に置くことができ、キャップ５２は定位置に簡単にスナップ止めされ、接着剤により封止することができる。キャップをカバー本体５０にロックするためにカバーロック部５４を設けることができる。多くの型式のカバーロック部があるが、ここには単に１つの型式しか説明されていないことに留意すべきである。カバーの空所には、電池保護回路を支持するための切欠５６がある。また、このようなキャップとカバー本体との組み合わせは一体物として射出成形され、キャップとカバー本体との製造コストを低く維持するともに、組立プロセスを非常に簡単にすることができる。

本発明はいくつかの好ましい実施形態について記述されているが、本発明がそのような特定の実施形態に限られるべきでないことを理解すべきである。むしろ、本発明が特許請求の範囲によって反映される最も広い原理で理解され、解釈されるということは、発明者の主張である。従って、これらの特許請求の範囲は、一体として、かつ、ここに記述されている好ましい実施形態だけでなく、当業者にとって明らかである他の改造と修正とのすべてのケースも含めて、理解されるべきである。

図１はリチウムイオン電池の全体外観図である。 図２はリチウムイオン電池の電池芯体の外観図である。 図３は１つの実施形態の電池カバーおよび電池芯体の構造の分解図である。 図４はもう１つの実施形態の電池カバーおよび電池芯体の構造の分解図であり、構造支持片を示している。 図５（ａ）および図５（ｂ）は本発明の１つの実施形態のプリント回路基板の両面を示している。 図６はカバーと構造支持部とが１つのユニットである本発明のもう１つの実施形態を示している。 図７はカバーと構造支持部とが１つのユニットである本発明のさらにもう１つの実施形態を示している。

Claims (19)

1. 充電式電池であって、
   ２つの端部を有し、複数の接点開口、複数の検査開口、上記２つの端部のそれぞれにおけるねじ開口、および上記２つの端部のそれぞれにおける位置決め切欠を有しているカバーと、
   ＰＣＢの第１側面に、上記電池に接触するための接点と上記電池を検査するための検査点とを有している、ＰＣＢの上における電池保護回路と、
   電池芯体と、
   上記電池芯体と上記電池保護回路との間に接続され、温度検出機能をもたらす安全ユニットとを備えてなり、
   上記電池芯体が、外側シェルと、上記電池芯体を密封するために上記電池芯体の外側シェルに溶接された上面板とを有し、かつ、上記上面板が、端子、放出弁、充填穴、位置決め穴およびねじ穴を有し、上記カバーが上記電池保護回路を覆い、また、上記カバーと上記電池保護回路とが上記電池芯体に固定されて一体型電池が形成されており、さらに、上記ＰＣＢが、上記電池保護回路を上記電池芯体に電気的に導通させるための少なくとも１つの接点構造の備わった第２側面を有している充電式電池。
2. 上記上面板が、０．３ミリメートル〜０．６ミリメートルの厚さを有している請求項１に記載の充電式電池。
3. 上記電池保護回路が、上記安全ユニットと相互作用する請求項１に記載された充電式電池。
4. 上記カバー、上記電池保護回路および上記電池芯体が、細長い楕円形である請求項１に記載された充電式電池。
5. 上記カバー、上記電池保護回路および上記電池芯体が、細長い楕円形である請求項２に記載された充電式電池。
6. 上記カバー、上記電池保護回路および上記電池芯体が、細長い楕円形である請求項３に記載された充電式電池。
7. 上記カバーが、射出成形法を使用してゴムまたはプラスチックによって先ず作られる請求項１に記載された充電式電池。
8. 上記カバーが、上記カバーの底部に位置決め切欠を有し、この位置決め切欠が、上記電池芯体における位置決め穴に対応している請求項１に記載された充電式電池。
9. 上記電池芯体と上記カバーとの間に構造支持部が置かれ、この構造支持部と上記カバーとが上記電池保護回路を収容している請求項１に記載された充電式電池。
10. 上記上面板が、０．３ミリメートル〜０．６ミリメートルの厚さを有している請求項９に記載の充電式電池。
11. 上記電池保護回路が、上記電池芯体と上記電池保護回路との間に接続された安全ユニットと相互作用し、その安全ユニットが温度検出機能をもたらす請求項９に記載された充電式電池。
12. 上記カバー、上記電池保護回路および上記電池芯体が、細長い楕円形である請求項９に記載された充電式電池。
13. 上記カバー、上記電池保護回路および上記電池芯体が、細長い楕円形である請求項１０に記載された充電式電池。
14. 上記カバー、上記電池保護回路および上記電池芯体が、細長い楕円形である請求項１１に記載された充電式電池。
15. 上記カバーが、射出成形法を使用してゴムまたはプラスチックによって先ず作られる請求項９に記載された充電式電池。
16. 上記カバーが、上記カバーの底部に位置決め切欠を有し、この位置決め切欠が、上記電池芯体における位置決め穴に対応している請求項９に記載された充電式電池。
17. 充電式電池であって、
    ２つの端部が備わった細長い長方形を有し、複数の接点開口、複数の検査開口、上記２つの端部のそれぞれにおけるねじ開口、および上記２つの端部のそれぞれにおける位置決め切欠を有しており、プラスチックまたはゴムを使用して射出成形によって作られたカバーと、
    一方側面に、上記電池に接触するための接点と上記電池を検査するための検査点とを有しており、過充電、過放電および過大電流を防ぐ機能をもたらす、ＰＣＢの上における電池保護回路と、
    上記カバーの形状に実質的に一致する細長い長方形を有している電池芯体と、
    上記電池芯体と上記電池保護回路との間に接続され、温度検出機能をもたらす安全ユニットと、
    上記電池芯体と上記カバーとの間に置かれた構造支持部とを備えてなり、
    上記電池芯体が、１つの金属製外側シェルと、上記電池芯体を密封するために上記電池芯体の上記外側シェルに溶接された上面板とを有し、この上面板が、０．３ミリメートル〜０．６ミリメートルの厚さを有し、かつ、その上に配置された端子、放出弁、充填穴、位置決め穴およびねじ穴を有しており、
    上記構造支持部と上記カバーとが上記電池保護回路を収容しており、
    上記カバーが上記電池保護回路を覆い、また、上記カバーと上記電池保護回路とが上記電池芯体に固定されて一体型電池が形成されており、さらに、上記電池芯体が、上記電池保護回路に接続されかつ上記電池保護回路を通じて上記カバーを介して露出された板に接触する正極端子および負極端子を有している充電式電池。
18. 上記電池保護回路が、上記安全ユニットと相互作用する請求項１７に記載された充電式電池。
19. 上記カバーと上記構造支持部とがヒンジによって連結され、かつ、上記カバー、上記構造支持部および上記ヒンジが、単一ユニットとして射出成形されている請求項１７に記載された充電式電池。

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