JP4629952B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型の携帯電子機器等の電池電源に適するように構成要素を樹脂充填により一体化し、小型化並びに堅牢性の向上を図った電池パックとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やＰＤＡなどの携帯電子機器の小型化あるいは薄型化、更には高機能化の進展は著しく、それに対応してその電源となる電池に小型、薄型で高容量化が要求されている。小型で高容量化を可能にする電池としてリチウムイオン二次電池が有効であり、中でも扁平な角形のものは機器の薄型化に好適であり、繰り返し使用ができる二次電池として携帯電子機器への適用が増加している。
【０００３】
前記リチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、安全性への配慮が重要となる。何らかの原因によって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えないように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極端子と負極端子との間が何らかの原因によって短絡した場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が急上昇し、電池は破裂や発火に至る恐れがある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけでなく、二次電池を過充電した場合や、電池を装填した携帯電子機器を暖房機の傍らに置いたり、炎天下に駐車した車内に放置した場合なども該当する。
【０００４】
電池が異常な状態に陥る原因は、電気的、機械的、熱的など種々の要因が考えられ、リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池では、電池が異常状態に陥ることを防止すると共に、異常状態に陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が設けられる。電池自体の機能として、極板の活物質や電解液が過剰な反応を起こしにくいように工夫され、セパレータとして用いられるポリオレフィン系微多孔膜は異常な高温になると軟化して細孔が塞がれることによるシャットダウン機能が備わっている。また、円筒形のリチウムイオン二次電池では、封口部に入出力回路と直列に接続したＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）素子を配設して、外部短絡による過大電流を制限する保護機能が設けられている。電池内に前記ＰＴＣ素子を設けるスペースがない小型の電池では、外付けの回路部品としてＰＴＣ素子や温度ヒューズが配線接続され、更に過充電や過放電等から電池を保護する電池保護回路を設けるのが必須要件となっており、これらの構成要素を二次電池と共にパックケース内に収容して電池パックの形態に構成されのが一般的である。
【０００５】
しかし、前記パックケースを形成するための樹脂成形金型は、その製作費用が高く、開発期間も長くなるので、新機種の投入期間が短い携帯電子機器などに対応できない。また、前述のように携帯電子機器の小型化、薄型化に対応する電池パックを構成するには、樹脂成形の成形可能な肉厚の限度があり、樹脂成形による外装ケースに限界がある。
【０００６】
また、電池パックは、それを分解して間違った使用や興味本位で使用されることを防ぐために、分解し難いように構成することや、分解したことが分かるように構成することが安全確保上で重要である。また、携帯電子機器に適用されることを考慮すると、落下等による衝撃や振動に耐え得る堅牢な構造や電子回路部位の耐湿性が要求される。このような分解し難く堅牢且つ耐湿性を有する構造を実現すべく、電池保護回路等を構成した回路基板と電池とを樹脂モールディングにより一体化することが構想されている。
【０００７】
上記樹脂モールディングによる電池パックは、特許文献１および特許文献２に開示されたものがあり、電池と回路基板とを接続部材により接続した中間完成品を金型内に配置し、回路基板に形成した外部接続端子が外部露出するようにして中間完成品の周囲に樹脂を充填する。
【０００８】
また、特許文献３では、電池と回路基板とを接続部材により接続したものを金型内に配置し、回路基板を樹脂封止して電池上又はパックケース（電池蓋体）に固定する構成、あるいは回路基板と電池とを樹脂封止する構成が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３４０７７号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−１６６４４７号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−３１５４８３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようにリチウムイオン二次電池を用いた電池パックでは、外部短絡や過充電等によって温度上昇しないように二次電池を保護する機能が設けられるが、このような保護機能が機能しなかった場合の最終的な安全機能として電池回路を遮断するために温度ヒューズやＰＴＣ素子などの熱感応素子を設けて電池パックが構成される。
【００１３】
熱感応素子は過大電流だけでなく二次電池の温度によっても作動するように二次電池に熱結合した状態に配設され、二次電池から回路基板に至る回路に接続されるので、二次電池と回路基板との間に樹脂を充填成形する場合に、充填された樹脂の温度により熱感応素子が熱破壊されないようにする必要がある。温度ヒューズの場合では一般的に１０４℃で溶断するように設定されており、これに対して充填される樹脂が比較的溶融温度の低いホットメルトであっても、その温度は２００℃を越える温度である。ホットメルトは他の成形用樹脂に比して溶融温度が低く取り扱いが容易であるが、それでも温度ヒューズの溶断温度をはるかに越える温度である。このホットメルトが直接温度ヒューズに接触すると、温度ヒューズは間違いなく溶断し、電池パックは回路が切断されて機能しないものとなる。また、ＰＴＣ素子の場合でも２００℃を越える温度の樹脂により主要な構成材料である導電性ポリマーの架橋状態等に変化を来し、温度−電流特性やトリップ温度を変動させ、ＰＴＣ素子の信頼性を損なう状態になる。従って、熱感応素子を用いて安全機能を構成し、二次電池と回路基板とを樹脂充填により一体化して構成される電池パックでは、製造途上で熱感応素子を破壊させてしまわない対策を講じることが必須の要件となる。
【００１４】
本発明が目的とするところは、電池と回路基板とを樹脂モールドにより一体化して電池パックに構成するとき、安全機能として設けられた熱感応素子が充填される樹脂により破壊されない構造を設けた電池パックとその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第１発明は、 二次電池の正極となる封口板側に形成された負極に温度ヒューズの一方接続片をスポット溶接する工程と、前記温度ヒューズの上面に断熱シートを貼着する工程と、断面L字状の正極リード板と負極リード板が形成された回路基板の前記正極リード板を前記封口板に溶接する工程と、前記負極リード板を前記温度ヒューズの他方接続片に溶接する工程と、正極リード板および負極リード板を折り曲げ、前記回路基板を前記封口板に対面する位置に配置することで前記回路基板と前記封口板の間に隙間を形成した樹脂充填対象物を得る工程と、前記樹脂充填対象物の前記隙間に樹脂を充填する工程を有する二次電池の製造方法である。溶融（軟化）した状態にある高温度の成形樹脂が間隙に充填される際に、熱感応素子を取り囲む様に接続リード、絶縁シート等の前記成形樹脂を除く他の構成要素を介在させ、この構成要素が熱感応素子を成形樹脂から熱的に遮蔽することで、高温度の前記成形樹脂に直接曝されるのを防止し、熱感応素子の機能破壊や特性悪化という不具合の発生を抑制できる。また、熱感応素子が二次電池に熱的に結合されていることで、二次電池温度の検出精度が向上する。これは、二次電池と基板との間隙に熱感応素子を配すると共に、この間隙に成形樹脂を充填成形する本願特有の構成を採用する電池パックであっても、電池温度の検出精度の向上を可能にする特有の効果を奏するものである。一方、二次電池と熱感応素子との熱結合は両者を直接接触させることでなされ、二次電池の熱が熱感応素子へと伝わり、熱感応素子による二次電池の温度の検出精度を向上させるものである。さらに熱結合は、熱感応素子と二次電池との間にシリコーン樹脂等の熱伝導性を有する絶縁性材料を介在させる構成として良い。この構成で有れば、二次電池と熱感応素子との絶縁性を確保できる。また、単なる接触に比べて熱伝導性が大幅に向上し、検出精度の面でも好ましい効果を発揮する。また、少なくとも前記間隙内に配設されている熱感応素子の配設位置に対応する部位が熱伝導性に優れた材料によって形成された金型内に、前記樹脂充填対象物を配置して、間隙内に樹脂を充填成形することを特徴とするものである。金型の熱感応素子の配設位置に対応する部位を熱伝導性のよい材料によって形成することによって、充填された樹脂の熱は熱伝導性のよい材料面に伝熱するので、樹脂から熱感応素子に伝熱する熱量が抑制され、充填された樹脂の熱によって熱感応素子が熱破壊されることがなく樹脂充填により二次電池に基板を一体化した電池パックを製造することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２２】
本実施形態は、扁平角形のリチウムイオン二次電池を用いて携帯電話機に適用する電池パックを構成した例を示すものである。携帯電話機に適用する電池パックは、小型、軽量、薄型に加えて高機能化に対応する高エネルギー密度、携帯機器として避けられない落下等による衝撃に耐え得る機械的強度、分解され難い構造、短絡や過充電、高温等から二次電池を保護する安全機能など備えることが要求されており、以下に示す電池パックはこれらの要件を満たすように構成されている。
【００２３】
図１は、実施形態に係る電池パック１の外観を示すもので、一方端面に正極端子及び負極端子、温度検出端子からなる外部接続端子６を外部露出させ、水没シール９を貼着した扁平形状に構成されている。図２は、この電池パック１を分解して各構成要素を示したもので、以下に各構成要素の詳細と、各構成要素を用いた電池パック１の製造方法について説明する。
【００２４】
リチウムイオン二次電池（以下、二次電池）２は、図３に示すように、横断面形状が長円形の有底筒状に形成されたアルミニウム製の電池缶２２内に発電要素を収容し、電池缶２２はその開口端に封口板２３をレーザー溶接することにより封口されている。電池缶２２に接合して電池正極となる封口板２３には、その中央に上ガスケット２４ａ及び下ガスケット２４ｂで絶縁して電池負極２５が凸形成されている。また、封口板２３の両側には封口板２３をプレス加工してキノコ状の係合突起２６、２６が形成される。尚、２７は電解液注入口を閉じる封栓で、電池缶２２内に電解液を注入した後、電解液注入口は封栓２７によって閉じられ、封栓２７は封口板２３に溶接される。
【００２５】
前記係合突起２６は、封口板２３の所定位置にプレス加工により円筒状の突出部を形成し、これの頭部が周囲に開くようにプレス加工すると、図示するようなキノコ状に形成される。尚、係合突起２６はプレス加工によらずキノコ状や逆Ｌ字状の部材を封口板２３に溶接することによっても形成することができる。
【００２６】
上記二次電池２には、図３（ｃ）に示すように、電池負極２５に温度ヒュ−ズ（熱感応素子）１０の一方接続片１０ａがスポット溶接される。温度ヒューズ１０の上面には破線で示すように断熱シート１６が貼着され、後述する樹脂充填時に温度ヒューズ１０が溶断することを防止している。断熱シート１０として、ここではアクリル樹脂を発泡処理したシートに粘着剤層を形成した０．６ｍｍ厚さのＶＨＢアクリルフォーム（住友３Ｍ社製）を適用しているが、後述する素材を用いることもできる。温度ヒューズ１０の他方接続片１０ｂは、封口板２３上に貼着した絶縁紙２１上に配置され、後述する負極リード板５が接続される。また、温度ヒューズ１０は熱伝導性の接着剤により封口板２３に固定されることにより、二次電池２と熱結合された状態に配設される。
【００２７】
二次電池２を過充電や過放電、過電流から保護する保護回路を構成した回路基板３は、その外面側となる一方面に、図４（ａ）に示すように、前記外部接続端子６やテスト端子３０が形成され、二次電池２側となる他方面に、図４（ｂ）に示すように、集積回路部品をはじめとする電子部品３１が実装され、両側に二次電池２に接続するための正極半田付けランド３２、負極半田付けランド３３が形成されている。尚、各図は回路パターンやスルーホール等の表示は省略している。前記正極半田付けランド３２には電子部品３１上に絶縁紙３４を配して正極リード板（接続部材）４の一端が、負極半田付けランド３３には負極リード板（接続部材）５の一端が、図４（ｃ）に示すように半田付けされる。
【００２８】
この接続加工を終えた回路基板３は、図５（ａ）に示すように、二次電池２に対し、正極リード板３２の他端は封口板２３の板面に、負極リード板３３の他端は前記温度ヒューズ１０の他方接続片１０ｂ上に、それぞれスポット溶接される。この接続状態では、回路基板３は封口板２３の板面に対して直交する方向になっているので、図５（ｂ）に示すように、正極及び負極の各リード板４、５を折り曲げ、回路基板３の板面と封口板２３の板面との間に間隙を設け、封口板２３と略並行になる状態に整形する。このように二次電池２に回路基板３を接続して、図９（ａ）に示すような樹脂充填対象物７が形成される。
【００２９】
上記樹脂充填対象物７の二次電池２と回路基板３との間の間隙に樹脂を充填し、二次電池２に回路基板３を一体化する。このとき、二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子６の形成面までの高さＨが所定寸法になるように樹脂成形することが重要で、それを実現する製造方法について以下に説明する。
【００３０】
図６に示すように、一次モールド金型３５の下型３６は、可動部４１が付勢手段４５によって固定部４２側に移動可能に構成され、可動部４１には真空吸着部４３が設けられている。前記可動部４１を後退させた状態にして下型３６内に樹脂充填対象物７（図では二次電池２と回路基板３のみを表示）を配置し、可動部４１を前進させると二次電池２はその底面が固定部４２内の壁面に押し付けられて位置決めされる。一方、回路基板３は真空吸着部４３からの真空吸引により真空吸着部４３の壁面に密着して位置決めされる。
【００３１】
前記二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子６の形成面までの高さ寸法Ｈは、二次電池２の高さ寸法ｈのバラツキ及び回路基板３が一定位置に固定されないことが原因で変動するが、回路基板３は真空吸引によって一定位置に固定され、可動部４１は二次電池２の高さ寸法ｈに応じて、その前進量が変化するので、下型３６内に位置決めされた二次電池２と回路基板３とは、それらの間の間隙の高さ寸法Ｇの変化により、二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子６の形成面までの高さ寸法Ｈは一定の状態になる。
【００３２】
上記のように二次電池２と回路基板３とを位置決めした下型３６上に、図７に示すように上型３７を下降させ、上型３７に設けられたゲート４４から二次電池２と回路基板３との間の間隙に樹脂を注入する。図８に示すように、注入された樹脂は、回路基板３に実装された電子部品３１や正極及び負極の各リード板４、５の周囲にも回り込んで回路基板３に接合し、二次電池２の封口板２３上に形成された係合突起２６のアンダーカット部分にも回り込んで封口板２３に接合する。樹脂は電子部品３１や二次電池３、あるいは温度ヒューズ１０に悪影響を与えない程度の温度で流動化し、温度低下により硬化するホットメルトが好適である。
【００３３】
樹脂の温度が比較的低くても２００℃を越える温度であるため、溶断温度が１０４℃に設定されている温度ヒューズ１０に触れると、温度ヒューズ１０は溶断して電池パック１自体の機能を停止させてしまうことになる。その対策として、前述したように断熱シート１６により温度ヒューズ１０を覆い、温度ヒューズ１６を樹脂の熱から遮蔽している。
【００３４】
充填された樹脂を硬化させた後、上型３７を開き、真空吸着部４３の真空吸引を解除し、可動部４１を後退させると、二次電池２と回路基板３とが樹脂の硬化により形成された一次モールド体１１により一体化され、図１１（ｂ）に示すような中間完成品８として下型３６から取り出すことができる。この中間完成品８の周囲に外装被覆を施すことによって電池パック１に形成することができる。
【００３５】
外装被覆は、二次モールディングと巻着シートの貼着によって形成される。二次モールディングを実施する前に、二次電池２の底面にインシュレータ１４を貼着する。
【００３６】
二次モールディングは、図９に示すように、二次モールド金型４６に前記中間完成品８を配置して、中間完成品８の所要部位に樹脂を成形する。二次モールド金型４６の下型４７には中間完成品８を収容する凹部５０が形成されており、凹部５０の一側壁面には内方に進出付勢される３個の外部接続端子用突起５１とテスト端子用突起５２とが設けられ、対向する他側壁面には内方に進出付勢される底面用突起５４が設けられている。凹部５０内に中間完成品８を配置し、前記外部接続端子用突起５１及びテスト端子用突起５２、底面用突起５４を進出させると、外部接続端子用突起５１は回路基板３上に形成された３か所の外部接続端子６に圧接し、底面用突起５４は二次電池２に底面に貼着されたインシュレータ１４に圧接する。
【００３７】
この状態の下型４７上を上型４８で閉じ、上型４８に設けられたゲート５３から二次モールド金型４６内に樹脂を充填する。樹脂は４か所から二次モールド金型４６内に射出され、図１０に示すように、中間完成品８の外部接続端子６及びテスト端子３０を外部露出させて一次モールド体１１及び回路基板３を被覆し、図１１（ｃ）に示すように二次電池２の封口板２３上に固着した上部成形部１７を形成すると共に、二次電池２の底面にインシュレータ１４の周囲を包み込んで所定厚さに固着した下部成形部１８を形成し、更に前記上部成形部１７と下部成形部１８とを二次電池の側面コーナーで連結する連結成形部１９が形成される。前記連結成形部１９は、図１２に示すように、横断面形状が長円形の二次電池２の円弧側面の一方側９０度部位が直角に形成されるように樹脂が成形される。前記上部成形部１７及び下部成形部１８、連結成形部１９によって、図２に示した二次モールド体１２が形成される。
【００３８】
前記上部成形部１７の周面の二次電池寄りには段差部３８が形成されており、これを貼着位置決め線として、二次電池２の側周面を巻回して巻着シート１３が巻着される。この後、テスト端子３０を用いて動作状態が検査され、検査合格品にはテスト端子３０周囲の凹部内に水没シール９が貼着され、テスト端子３０は水没シール９によって被覆隠蔽され、図１に示したような電池パック１が形成される。
【００３９】
このように形成された電池パック１は、扁平な一方面の両肩部分が二次電池２の両側面の円弧が表面に現れる円弧コーナーに形成され、他方面の両肩部分が連結成形部１９によって角形コーナーに形成されるので、外部接続端子６が非対称位置に形成されていることと相まって機器への逆装填が防止できる。また、円弧コーナーは機器ケースの角部のアール形状に対応し、無駄な空間が形成されることなく機器への収納が可能となる。
【００４０】
上記構成においては、温度ヒューズ１０等の熱感応素子が充填される樹脂の熱により破壊や変質に至ることを防止するために断熱シート１６を貼着する構成を示したが、充填された樹脂が固化するまでの間、熱感応素子への熱的影響を阻止することができるものを適用することができる。断熱処理の形態としては、断熱性のシートを熱感応素子上に貼着する方法と、熱感応素子を断熱性の樹脂で被覆する方法とを適用することができる。
【００４１】
熱感応素子を被覆する断熱性樹脂としては、充填される樹脂より高い溶融温度を有する樹脂が選択され、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などが好適で、更に充填される樹脂との密着性に優れたものがより好ましい。
【００４２】
熱感応素子に貼着する断熱シートとしては、発泡処理を施したアクリル樹脂やポリウレタンのシート、上記断熱性樹脂を用いたシートやポリウレタン、液晶ポリマー、フェノール樹脂、フッ素樹脂を用いたシートを適用することができる。また、セラミックス、ガラスウールやガラスクロス等を基層として耐熱性樹脂を含侵させたシートなどを適用することができる。これらのシートは、充填成形される樹脂からの断熱及び射出圧力からの保護の観点から０．３〜１．０ｍｍ程度の厚さのものが好適である。
【００４３】
上記構成において、二次電池２と回路基板３との間に樹脂を充填成形する際に、温度ヒューズ１０に樹脂からの熱影響が及ばないようにする対策構造として、以下に示すような対策構造あるいは充填成形方法を適用することもできる。
【００４４】
図１３に示すように、二次電池２の封口板２３に凹部２８を形成し、この凹部２８内に温度ヒューズ１０を配設する。温度ヒューズ１０上は凹部２８の開口を閉じるように断熱シート１６を貼着してもよいが、他の構成要素を配置して凹部２８内への樹脂の流入を阻止しても、同様の効果が得られる。この構成の場合、二次電池２の温度が温度ヒューズ１０に伝熱しやすくなるので、二次電池２が異常に温度上昇したことを温度ヒューズ１０により検出して作動する検出精度及び応答速度が向上する効果が得られる。温度ヒューズ１０の両側に設けられた接続片１０ａ、１０ｂはそれぞれ絶縁紙２９、２９によって封口板２３から絶縁され、温度ヒューズ１０の本体は凹部２８内に熱伝導性の接着剤（例えば、シリコーン樹脂）により固定されることにより、二次電池２と熱結合した状態に配設される。
【００４５】
また、一次モールド金型３５の少なくとも温度ヒューズ１０の配設位置に対応する部位を熱伝導性のよい材質（例えば、アルミニウム）で形成することにより、樹脂の熱を金型側に放散させ、温度ヒューズ１０への熱伝導を抑制することによっても樹脂の充填成形時に温度ヒューズ１０が溶断することを防止することができる。
【００４６】
また、一次モールド金型３５は、その全体もしくは下型３６の固定部４２を熱伝導性のよい材料、例えばアルミニウム合金で形成することにより、温度ヒューズ１０が配設された部位の熱伝導性を高めることができる。
【００４７】
また、一次モールド金型３５及び二次モールド金型４６は、樹脂充填対象物７又は中間完成品８の活電部位、例えば正極リード板４、負極リード板５、外部接続端子６、テスト端子３０などに対応する部位に絶縁層を形成して、活電部位が金型に接触することによる短絡や漏電の発生を防止する。絶縁層はアルミニウム製の金型にアルマイト処理、フッ素樹脂処理等を施すことにより、熱伝導性に優れると同時に絶縁性を有する金型とすることができる。
【００４８】
上記説明では、断熱シートで温度ヒューズを成形樹脂から熱的に遮蔽する構成として説明したが、断熱シートの代わりに、二次電池と基板とを電気接続する接続リードが温度ヒューズを覆うように配置することによって成形樹脂から熱的に遮蔽することができる。
【００４９】
以上説明した構成における温度ヒューズ１０はＰＴＣ素子に変更することができる。ＰＴＣ素子は周知の通り平常温度状態では微小な抵抗値であるが、所定温度に温度上昇したとき抵抗値が急増して流れる電流値を一気に制限するもので、短絡等による過大電流が流れたときには自己発熱して抵抗値を急増させて過大電流を制限する。また、二次電池２に熱結合させて配置すると、二次電池２が異常温度上昇したことを感熱して抵抗値を増加させ、異常温度上昇の原因となっている電流を一気に制限して温度上昇を停止させる。
【００５０】
このＰＴＣ素子を用いた場合にも、樹脂の充填成形時に樹脂が直接触れると、その機能が破壊される恐れがある。従って、温度ヒューズ１０の場合と同様に熱遮蔽の構造を設ける必要がある。
【００５１】
さらに、前述の構成における温度ヒューズ１０はバイメタル式サーモスタットに変更することができる。バイメタル式サーモスタットは、熱膨張係数の異なる２種類の金属をはりあわせて可動接点を形成し、所定温度に温度上昇すると熱膨張係数の差に伴う変形により可動接点が開となって電流を遮断する素子で、短絡等による過大電流が流れたときには自己発熱による温度上昇から電流を遮断する。また、二次電池２に熱結合させて配置すると、二次電池２が異常温度上昇したことを感熱し、異常温度上昇の原因となっている電池電流を遮断して温度上昇を停止させる。
【００５２】
このバイメタル式サーモスタットを用いた場合にも、樹脂の充填成形時に樹脂が直接触れると、温度ショック等によりその機能に悪影響を及ぼす恐れがある。従って、温度ヒューズ１０の場合と同様に熱遮蔽の構造を設けるのが好ましい。断熱シートで覆うことによりより断熱性が向上し、内部のバイメタル素子への熱影響がより確実に回避される。
【００５３】
二次電池と熱結合する部位以外が断熱樹脂で被覆外装されているバイメタル式サーモスタットを用いると、単体で樹脂成形時の熱から遮蔽することができ、この場合には、断熱シートは不要となる。
【００５４】
なお、これらの熱感応素子は、設計に応じて設定温度の異なる素子を組み合わせて使用することもできる。
【００５５】
また、二次電池２に熱結合される熱感応素子に加えて、回路基板３に、所定の電流値を超えると電流を遮断する非復帰式電流遮断機能を発揮するパターンヒューズを形成し、複数の電流規制／遮断機能を有する素子を具備することで、電池パックの信頼性を大幅に向上させることができる。この構成では、パターンヒューズも、温度ヒューズ１０やＰＴＣ素子と同様に溶融状態にある成形樹脂からの熱影響を受け、本願発明に係る課題と同様の作用にてパターンヒューズの特性悪化を招いてしまう。そこで、回路基板３においてパターンヒューズの形成部位に成形樹脂の熱を遮蔽する要素を付加する。具体的には、請求項１に係る樹脂を除く他の構成要素により熱遮蔽する構成、或いは請求項２に係る断熱部材を配置する構成を採用することで、本願発明と同様に熱影響を排除できる効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、外部接続端子が形成された基板を二次電池と間隙を隔てて配置し、間隙に樹脂を充填成形することにより基板と二次電池とを一体化して電池パックに構成するとき、前記間隙内に配置される熱感応素子が充填される樹脂により熱破壊されることがなく、樹脂充填成形により堅牢に構成された電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図。
【図２】同上電池パックの各構成要素を示す分解斜視図。
【図３】二次電池の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は封口板側の断面図、（ｃ）は温度ヒューズを取り付けた状態の平面図。
【図４】回路基板の構成を（ａ）は外面側、（ｂ）は内面側、（ｃ）はリード板取付け状態をそれぞれ示す斜視図。
【図５】回路基板の二次電池への取付け状態を示す斜視図。
【図６】金型による位置決め方法を説明する模式図。
【図７】一次モールド金型の構成を示す斜視図。
【図８】一次モールド体を形成した状態を示す断面図。
【図９】二次モールド金型の構成を示す斜視図。
【図１０】二次モールド体を形成した状態を示す断面図。
【図１１】製造工程の各段階での形成状態を順に示す斜視図。
【図１２】連結成形部の形成位置を説明する断面図。
【図１３】温度ヒューズの配設構造の別態様を示す断面図。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ 二次電池
３ 回路基板
７ 樹脂充填対象物
８ 中間完成品
１０ 温度ヒューズ
１１ 一次モールド体
１２ 二次モールド体
１６ 断熱シート
２３ 封口板
３５ 一次モールド金型
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型の携帯電子機器等の電池電源に適するように構成要素を樹脂充填により一体化し、小型化並びに堅牢性の向上を図った電池パックとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やＰＤＡなどの携帯電子機器の小型化あるいは薄型化、更には高機能化の進展は著しく、それに対応してその電源となる電池に小型、薄型で高容量化が要求されている。小型で高容量化を可能にする電池としてリチウムイオン二次電池が有効であり、中でも扁平な角形のものは機器の薄型化に好適であり、繰り返し使用ができる二次電池として携帯電子機器への適用が増加している。
【０００３】
前記リチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、安全性への配慮が重要となる。何らかの原因によって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えないように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極端子と負極端子との間が何らかの原因によって短絡した場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が急上昇し、電池は破裂や発火に至る恐れがある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけでなく、二次電池を過充電した場合や、電池を装填した携帯電子機器を暖房機の傍らに置いたり、炎天下に駐車した車内に放置した場合なども該当する。
【０００４】
電池が異常な状態に陥る原因は、電気的、機械的、熱的など種々の要因が考えられ、リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池では、電池が異常状態に陥ることを防止すると共に、異常状態に陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が設けられる。電池自体の機能として、極板の活物質や電解液が過剰な反応を起こしにくいように工夫され、セパレータとして用いられるポリオレフィン系微多孔膜は異常な高温になると軟化して細孔が塞がれることによるシャットダウン機能が備わっている。また、円筒形のリチウムイオン二次電池では、封口部に入出力回路と直列に接続したＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）素子を配設して、外部短絡による過大電流を制限する保護機能が設けられている。電池内に前記ＰＴＣ素子を設けるスペースがない小型の電池では、外付けの回路部品としてＰＴＣ素子や温度ヒューズが配線接続され、更に過充電や過放電等から電池を保護する電池保護回路を設けるのが必須要件となっており、これらの構成要素を二次電池と共にパックケース内に収容して電池パックの形態に構成されのが一般的である。
【０００５】
しかし、前記パックケースを形成するための樹脂成形金型は、その製作費用が高く、開発期間も長くなるので、新機種の投入期間が短い携帯電子機器などに対応できない。また、前述のように携帯電子機器の小型化、薄型化に対応する電池パックを構成するには、樹脂成形の成形可能な肉厚の限度があり、樹脂成形による外装ケースに限界がある。
【０００６】
また、電池パックは、それを分解して間違った使用や興味本位で使用されることを防ぐために、分解し難いように構成することや、分解したことが分かるように構成することが安全確保上で重要である。また、携帯電子機器に適用されることを考慮すると、落下等による衝撃や振動に耐え得る堅牢な構造や電子回路部位の耐湿性が要求される。このような分解し難く堅牢且つ耐湿性を有する構造を実現すべく、電池保護回路等を構成した回路基板と電池とを樹脂モールディングにより一体化することが構想されている。
【０００７】
上記樹脂モールディングによる電池パックは、特許文献１および特許文献２に開示されたものがあり、電池と回路基板とを接続部材により接続した中間完成品を金型内に配置し、回路基板に形成した外部接続端子が外部露出するようにして中間完成品の周囲に樹脂を充填する。
【０００８】
また、特許文献３では、電池と回路基板とを接続部材により接続したものを金型内に配置し、回路基板を樹脂封止して電池上又はパックケース（電池蓋体）に固定する構成、あるいは回路基板と電池とを樹脂封止する構成が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３４０７７号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−１６６４４７号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−３１５４８３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようにリチウムイオン二次電池を用いた電池パックでは、外部短絡や過充電等によって温度上昇しないように二次電池を保護する機能が設けられるが、このような保護機能が機能しなかった場合の最終的な安全機能として電池回路を遮断するために温度ヒューズやＰＴＣ素子などの熱感応素子を設けて電池パックが構成される。
【００１３】
熱感応素子は過大電流だけでなく二次電池の温度によっても作動するように二次電池に熱結合した状態に配設され、二次電池から回路基板に至る回路に接続されるので、二次電池と回路基板との間に樹脂を充填成形する場合に、充填された樹脂の温度により熱感応素子が熱破壊されないようにする必要がある。温度ヒューズの場合では一般的に１０４℃で溶断するように設定されており、これに対して充填される樹脂が比較的溶融温度の低いホットメルトであっても、その温度は２００℃を越える温度である。ホットメルトは他の成形用樹脂に比して溶融温度が低く取り扱いが容易であるが、それでも温度ヒューズの溶断温度をはるかに越える温度である。このホットメルトが直接温度ヒューズに接触すると、温度ヒューズは間違いなく溶断し、電池パックは回路が切断されて機能しないものとなる。また、ＰＴＣ素子の場合でも２００℃を越える温度の樹脂により主要な構成材料である導電性ポリマーの架橋状態等に変化を来し、温度−電流特性やトリップ温度を変動させ、ＰＴＣ素子の信頼性を損なう状態になる。従って、熱感応素子を用いて安全機能を構成し、二次電池と回路基板とを樹脂充填により一体化して構成される電池パックでは、製造途上で熱感応素子を破壊させてしまわない対策を講じることが必須の要件となる。
【００１４】
本発明が目的とするところは、電池と回路基板とを樹脂モールドにより一体化して電池パックに構成するとき、安全機能として設けられた熱感応素子が充填される樹脂により破壊されない構造を設けた電池パックとその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第１発明は、 二次電池の正極となる封口板側に形成された負極に温度ヒューズの一方接続片をスポット溶接する工程と、前記温度ヒューズの上面に断熱シートを貼着する工程と、断面L字状の正極リード板と負極リード板が形成された回路基板の前記正極リード板を前記封口板に溶接する工程と、前記負極リード板を前記温度ヒューズの他方接続片に溶接する工程と、正極リード板および負極リード板を折り曲げ、前記回路基板を前記封口板に対面する位置に配置することで前記回路基板と前記封口板の間に隙間を形成した樹脂充填対象物を得る工程と、前記樹脂充填対象物の前記隙間に樹脂を充填する工程を有する二次電池の製造方法である。溶融（軟化）した状態にある高温度の成形樹脂が間隙に充填される際に、熱感応素子を取り囲む様に接続リード、絶縁シート等の前記成形樹脂を除く他の構成要素を介在させ、この構成要素が熱感応素子を成形樹脂から熱的に遮蔽することで、高温度の前記成形樹脂に直接曝されるのを防止し、熱感応素子の機能破壊や特性悪化という不具合の発生を抑制できる。また、熱感応素子が二次電池に熱的に結合されていることで、二次電池温度の検出精度が向上する。これは、二次電池と基板との間隙に熱感応素子を配すると共に、この間隙に成形樹脂を充填成形する本願特有の構成を採用する電池パックであっても、電池温度の検出精度の向上を可能にする特有の効果を奏するものである。一方、二次電池と熱感応素子との熱結合は両者を直接接触させることでなされ、二次電池の熱が熱感応素子へと伝わり、熱感応素子による二次電池の温度の検出精度を向上させるものである。さらに熱結合は、熱感応素子と二次電池との間にシリコーン樹脂等の熱伝導性を有する絶縁性材料を介在させる構成として良い。この構成で有れば、二次電池と熱感応素子との絶縁性を確保できる。また、単なる接触に比べて熱伝導性が大幅に向上し、検出精度の面でも好ましい効果を発揮する。また、少なくとも前記間隙内に配設されている熱感応素子の配設位置に対応する部位が熱伝導性に優れた材料によって形成された金型内に、前記樹脂充填対象物を配置して、間隙内に樹脂を充填成形することを特徴とするものである。金型の熱感応素子の配設位置に対応する部位を熱伝導性のよい材料によって形成することによって、充填された樹脂の熱は熱伝導性のよい材料面に伝熱するので、樹脂から熱感応素子に伝熱する熱量が抑制され、充填された樹脂の熱によって熱感応素子が熱破壊されることがなく樹脂充填により二次電池に基板を一体化した電池パックを製造することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２２】
本実施形態は、扁平角形のリチウムイオン二次電池を用いて携帯電話機に適用する電池パックを構成した例を示すものである。携帯電話機に適用する電池パックは、小型、軽量、薄型に加えて高機能化に対応する高エネルギー密度、携帯機器として避けられない落下等による衝撃に耐え得る機械的強度、分解され難い構造、短絡や過充電、高温等から二次電池を保護する安全機能など備えることが要求されており、以下に示す電池パックはこれらの要件を満たすように構成されている。
【００２３】
図１は、実施形態に係る電池パック１の外観を示すもので、一方端面に正極端子及び負極端子、温度検出端子からなる外部接続端子６を外部露出させ、水没シール９を貼着した扁平形状に構成されている。図２は、この電池パック１を分解して各構成要素を示したもので、以下に各構成要素の詳細と、各構成要素を用いた電池パック１の製造方法について説明する。
【００２４】
リチウムイオン二次電池（以下、二次電池）２は、図３に示すように、横断面形状が長円形の有底筒状に形成されたアルミニウム製の電池缶２２内に発電要素を収容し、電池缶２２はその開口端に封口板２３をレーザー溶接することにより封口されている。電池缶２２に接合して電池正極となる封口板２３には、その中央に上ガスケット２４ａ及び下ガスケット２４ｂで絶縁して電池負極２５が凸形成されている。また、封口板２３の両側には封口板２３をプレス加工してキノコ状の係合突起２６、２６が形成される。尚、２７は電解液注入口を閉じる封栓で、電池缶２２内に電解液を注入した後、電解液注入口は封栓２７によって閉じられ、封栓２７は封口板２３に溶接される。
【００２５】
前記係合突起２６は、封口板２３の所定位置にプレス加工により円筒状の突出部を形成し、これの頭部が周囲に開くようにプレス加工すると、図示するようなキノコ状に形成される。尚、係合突起２６はプレス加工によらずキノコ状や逆Ｌ字状の部材を封口板２３に溶接することによっても形成することができる。
【００２６】
上記二次電池２には、図３（ｃ）に示すように、電池負極２５に温度ヒュ−ズ（熱感応素子）１０の一方接続片１０ａがスポット溶接される。温度ヒューズ１０の上面には破線で示すように断熱シート１６が貼着され、後述する樹脂充填時に温度ヒューズ１０が溶断することを防止している。断熱シート１０として、ここではアクリル樹脂を発泡処理したシートに粘着剤層を形成した０．６ｍｍ厚さのＶＨＢアクリルフォーム（住友３Ｍ社製）を適用しているが、後述する素材を用いることもできる。温度ヒューズ１０の他方接続片１０ｂは、封口板２３上に貼着した絶縁紙２１上に配置され、後述する負極リード板５が接続される。また、温度ヒューズ１０は熱伝導性の接着剤により封口板２３に固定されることにより、二次電池２と熱結合された状態に配設される。
【００２７】
二次電池２を過充電や過放電、過電流から保護する保護回路を構成した回路基板３は、その外面側となる一方面に、図４（ａ）に示すように、前記外部接続端子６やテスト端子３０が形成され、二次電池２側となる他方面に、図４（ｂ）に示すように、集積回路部品をはじめとする電子部品３１が実装され、両側に二次電池２に接続するための正極半田付けランド３２、負極半田付けランド３３が形成されている。尚、各図は回路パターンやスルーホール等の表示は省略している。前記正極半田付けランド３２には電子部品３１上に絶縁紙３４を配して正極リード板（接続部材）４の一端が、負極半田付けランド３３には負極リード板（接続部材）５の一端が、図４（ｃ）に示すように半田付けされる。
【００２８】
この接続加工を終えた回路基板３は、図５（ａ）に示すように、二次電池２に対し、正極リード板３２の他端は封口板２３の板面に、負極リード板３３の他端は前記温度ヒューズ１０の他方接続片１０ｂ上に、それぞれスポット溶接される。この接続状態では、回路基板３は封口板２３の板面に対して直交する方向になっているので、図５（ｂ）に示すように、正極及び負極の各リード板４、５を折り曲げ、回路基板３の板面と封口板２３の板面との間に間隙を設け、封口板２３と略並行になる状態に整形する。このように二次電池２に回路基板３を接続して、図９（ａ）に示すような樹脂充填対象物７が形成される。
【００２９】
上記樹脂充填対象物７の二次電池２と回路基板３との間の間隙に樹脂を充填し、二次電池２に回路基板３を一体化する。このとき、二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子６の形成面までの高さＨが所定寸法になるように樹脂成形することが重要で、それを実現する製造方法について以下に説明する。
【００３０】
図６に示すように、一次モールド金型３５の下型３６は、可動部４１が付勢手段４５によって固定部４２側に移動可能に構成され、可動部４１には真空吸着部４３が設けられている。前記可動部４１を後退させた状態にして下型３６内に樹脂充填対象物７（図では二次電池２と回路基板３のみを表示）を配置し、可動部４１を前進させると二次電池２はその底面が固定部４２内の壁面に押し付けられて位置決めされる。一方、回路基板３は真空吸着部４３からの真空吸引により真空吸着部４３の壁面に密着して位置決めされる。
【００３１】
前記二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子６の形成面までの高さ寸法Ｈは、二次電池２の高さ寸法ｈのバラツキ及び回路基板３が一定位置に固定されないことが原因で変動するが、回路基板３は真空吸引によって一定位置に固定され、可動部４１は二次電池２の高さ寸法ｈに応じて、その前進量が変化するので、下型３６内に位置決めされた二次電池２と回路基板３とは、それらの間の間隙の高さ寸法Ｇの変化により、二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子６の形成面までの高さ寸法Ｈは一定の状態になる。
【００３２】
上記のように二次電池２と回路基板３とを位置決めした下型３６上に、図７に示すように上型３７を下降させ、上型３７に設けられたゲート４４から二次電池２と回路基板３との間の間隙に樹脂を注入する。図８に示すように、注入された樹脂は、回路基板３に実装された電子部品３１や正極及び負極の各リード板４、５の周囲にも回り込んで回路基板３に接合し、二次電池２の封口板２３上に形成された係合突起２６のアンダーカット部分にも回り込んで封口板２３に接合する。樹脂は電子部品３１や二次電池３、あるいは温度ヒューズ１０に悪影響を与えない程度の温度で流動化し、温度低下により硬化するホットメルトが好適である。
【００３３】
樹脂の温度が比較的低くても２００℃を越える温度であるため、溶断温度が１０４℃に設定されている温度ヒューズ１０に触れると、温度ヒューズ１０は溶断して電池パック１自体の機能を停止させてしまうことになる。その対策として、前述したように断熱シート１６により温度ヒューズ１０を覆い、温度ヒューズ１６を樹脂の熱から遮蔽している。
【００３４】
充填された樹脂を硬化させた後、上型３７を開き、真空吸着部４３の真空吸引を解除し、可動部４１を後退させると、二次電池２と回路基板３とが樹脂の硬化により形成された一次モールド体１１により一体化され、図１１（ｂ）に示すような中間完成品８として下型３６から取り出すことができる。この中間完成品８の周囲に外装被覆を施すことによって電池パック１に形成することができる。
【００３５】
外装被覆は、二次モールディングと巻着シートの貼着によって形成される。二次モールディングを実施する前に、二次電池２の底面にインシュレータ１４を貼着する。
【００３６】
二次モールディングは、図９に示すように、二次モールド金型４６に前記中間完成品８を配置して、中間完成品８の所要部位に樹脂を成形する。二次モールド金型４６の下型４７には中間完成品８を収容する凹部５０が形成されており、凹部５０の一側壁面には内方に進出付勢される３個の外部接続端子用突起５１とテスト端子用突起５２とが設けられ、対向する他側壁面には内方に進出付勢される底面用突起５４が設けられている。凹部５０内に中間完成品８を配置し、前記外部接続端子用突起５１及びテスト端子用突起５２、底面用突起５４を進出させると、外部接続端子用突起５１は回路基板３上に形成された３か所の外部接続端子６に圧接し、底面用突起５４は二次電池２に底面に貼着されたインシュレータ１４に圧接する。
【００３７】
この状態の下型４７上を上型４８で閉じ、上型４８に設けられたゲート５３から二次モールド金型４６内に樹脂を充填する。樹脂は４か所から二次モールド金型４６内に射出され、図１０に示すように、中間完成品８の外部接続端子６及びテスト端子３０を外部露出させて一次モールド体１１及び回路基板３を被覆し、図１１（ｃ）に示すように二次電池２の封口板２３上に固着した上部成形部１７を形成すると共に、二次電池２の底面にインシュレータ１４の周囲を包み込んで所定厚さに固着した下部成形部１８を形成し、更に前記上部成形部１７と下部成形部１８とを二次電池の側面コーナーで連結する連結成形部１９が形成される。前記連結成形部１９は、図１２に示すように、横断面形状が長円形の二次電池２の円弧側面の一方側９０度部位が直角に形成されるように樹脂が成形される。前記上部成形部１７及び下部成形部１８、連結成形部１９によって、図２に示した二次モールド体１２が形成される。
【００３８】
前記上部成形部１７の周面の二次電池寄りには段差部３８が形成されており、これを貼着位置決め線として、二次電池２の側周面を巻回して巻着シート１３が巻着される。この後、テスト端子３０を用いて動作状態が検査され、検査合格品にはテスト端子３０周囲の凹部内に水没シール９が貼着され、テスト端子３０は水没シール９によって被覆隠蔽され、図１に示したような電池パック１が形成される。
【００３９】
このように形成された電池パック１は、扁平な一方面の両肩部分が二次電池２の両側面の円弧が表面に現れる円弧コーナーに形成され、他方面の両肩部分が連結成形部１９によって角形コーナーに形成されるので、外部接続端子６が非対称位置に形成されていることと相まって機器への逆装填が防止できる。また、円弧コーナーは機器ケースの角部のアール形状に対応し、無駄な空間が形成されることなく機器への収納が可能となる。
【００４０】
上記構成においては、温度ヒューズ１０等の熱感応素子が充填される樹脂の熱により破壊や変質に至ることを防止するために断熱シート１６を貼着する構成を示したが、充填された樹脂が固化するまでの間、熱感応素子への熱的影響を阻止することができるものを適用することができる。断熱処理の形態としては、断熱性のシートを熱感応素子上に貼着する方法と、熱感応素子を断熱性の樹脂で被覆する方法とを適用することができる。
【００４１】
熱感応素子を被覆する断熱性樹脂としては、充填される樹脂より高い溶融温度を有する樹脂が選択され、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などが好適で、更に充填される樹脂との密着性に優れたものがより好ましい。
【００４２】
熱感応素子に貼着する断熱シートとしては、発泡処理を施したアクリル樹脂やポリウレタンのシート、上記断熱性樹脂を用いたシートやポリウレタン、液晶ポリマー、フェノール樹脂、フッ素樹脂を用いたシートを適用することができる。また、セラミックス、ガラスウールやガラスクロス等を基層として耐熱性樹脂を含侵させたシートなどを適用することができる。これらのシートは、充填成形される樹脂からの断熱及び射出圧力からの保護の観点から０．３〜１．０ｍｍ程度の厚さのものが好適である。
【００４３】
上記構成において、二次電池２と回路基板３との間に樹脂を充填成形する際に、温度ヒューズ１０に樹脂からの熱影響が及ばないようにする対策構造として、以下に示すような対策構造あるいは充填成形方法を適用することもできる。
【００４４】
図１３に示すように、二次電池２の封口板２３に凹部２８を形成し、この凹部２８内に温度ヒューズ１０を配設する。温度ヒューズ１０上は凹部２８の開口を閉じるように断熱シート１６を貼着してもよいが、他の構成要素を配置して凹部２８内への樹脂の流入を阻止しても、同様の効果が得られる。この構成の場合、二次電池２の温度が温度ヒューズ１０に伝熱しやすくなるので、二次電池２が異常に温度上昇したことを温度ヒューズ１０により検出して作動する検出精度及び応答速度が向上する効果が得られる。温度ヒューズ１０の両側に設けられた接続片１０ａ、１０ｂはそれぞれ絶縁紙２９、２９によって封口板２３から絶縁され、温度ヒューズ１０の本体は凹部２８内に熱伝導性の接着剤（例えば、シリコーン樹脂）により固定されることにより、二次電池２と熱結合した状態に配設される。
【００４５】
また、一次モールド金型３５の少なくとも温度ヒューズ１０の配設位置に対応する部位を熱伝導性のよい材質（例えば、アルミニウム）で形成することにより、樹脂の熱を金型側に放散させ、温度ヒューズ１０への熱伝導を抑制することによっても樹脂の充填成形時に温度ヒューズ１０が溶断することを防止することができる。
【００４６】
また、一次モールド金型３５は、その全体もしくは下型３６の固定部４２を熱伝導性のよい材料、例えばアルミニウム合金で形成することにより、温度ヒューズ１０が配設された部位の熱伝導性を高めることができる。
【００４７】
また、一次モールド金型３５及び二次モールド金型４６は、樹脂充填対象物７又は中間完成品８の活電部位、例えば正極リード板４、負極リード板５、外部接続端子６、テスト端子３０などに対応する部位に絶縁層を形成して、活電部位が金型に接触することによる短絡や漏電の発生を防止する。絶縁層はアルミニウム製の金型にアルマイト処理、フッ素樹脂処理等を施すことにより、熱伝導性に優れると同時に絶縁性を有する金型とすることができる。
【００４８】
上記説明では、断熱シートで温度ヒューズを成形樹脂から熱的に遮蔽する構成として説明したが、断熱シートの代わりに、二次電池と基板とを電気接続する接続リードが温度ヒューズを覆うように配置することによって成形樹脂から熱的に遮蔽することができる。
【００４９】
以上説明した構成における温度ヒューズ１０はＰＴＣ素子に変更することができる。ＰＴＣ素子は周知の通り平常温度状態では微小な抵抗値であるが、所定温度に温度上昇したとき抵抗値が急増して流れる電流値を一気に制限するもので、短絡等による過大電流が流れたときには自己発熱して抵抗値を急増させて過大電流を制限する。また、二次電池２に熱結合させて配置すると、二次電池２が異常温度上昇したことを感熱して抵抗値を増加させ、異常温度上昇の原因となっている電流を一気に制限して温度上昇を停止させる。
【００５０】
このＰＴＣ素子を用いた場合にも、樹脂の充填成形時に樹脂が直接触れると、その機能が破壊される恐れがある。従って、温度ヒューズ１０の場合と同様に熱遮蔽の構造を設ける必要がある。
【００５１】
さらに、前述の構成における温度ヒューズ１０はバイメタル式サーモスタットに変更することができる。バイメタル式サーモスタットは、熱膨張係数の異なる２種類の金属をはりあわせて可動接点を形成し、所定温度に温度上昇すると熱膨張係数の差に伴う変形により可動接点が開となって電流を遮断する素子で、短絡等による過大電流が流れたときには自己発熱による温度上昇から電流を遮断する。また、二次電池２に熱結合させて配置すると、二次電池２が異常温度上昇したことを感熱し、異常温度上昇の原因となっている電池電流を遮断して温度上昇を停止させる。
【００５２】
このバイメタル式サーモスタットを用いた場合にも、樹脂の充填成形時に樹脂が直接触れると、温度ショック等によりその機能に悪影響を及ぼす恐れがある。従って、温度ヒューズ１０の場合と同様に熱遮蔽の構造を設けるのが好ましい。断熱シートで覆うことによりより断熱性が向上し、内部のバイメタル素子への熱影響がより確実に回避される。
【００５３】
二次電池と熱結合する部位以外が断熱樹脂で被覆外装されているバイメタル式サーモスタットを用いると、単体で樹脂成形時の熱から遮蔽することができ、この場合には、断熱シートは不要となる。
【００５４】
なお、これらの熱感応素子は、設計に応じて設定温度の異なる素子を組み合わせて使用することもできる。
【００５５】
また、二次電池２に熱結合される熱感応素子に加えて、回路基板３に、所定の電流値を超えると電流を遮断する非復帰式電流遮断機能を発揮するパターンヒューズを形成し、複数の電流規制／遮断機能を有する素子を具備することで、電池パックの信頼性を大幅に向上させることができる。この構成では、パターンヒューズも、温度ヒューズ１０やＰＴＣ素子と同様に溶融状態にある成形樹脂からの熱影響を受け、本願発明に係る課題と同様の作用にてパターンヒューズの特性悪化を招いてしまう。そこで、回路基板３においてパターンヒューズの形成部位に成形樹脂の熱を遮蔽する要素を付加する。具体的には、請求項１に係る樹脂を除く他の構成要素により熱遮蔽する構成、或いは請求項２に係る断熱部材を配置する構成を採用することで、本願発明と同様に熱影響を排除できる効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、外部接続端子が形成された基板を二次電池と間隙を隔てて配置し、間隙に樹脂を充填成形することにより基板と二次電池とを一体化して電池パックに構成するとき、前記間隙内に配置される熱感応素子が充填される樹脂により熱破壊されることがなく、樹脂充填成形により堅牢に構成された電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図。
【図２】同上電池パックの各構成要素を示す分解斜視図。
【図３】二次電池の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は封口板側の断面図、（ｃ）は温度ヒューズを取り付けた状態の平面図。
【図４】回路基板の構成を（ａ）は外面側、（ｂ）は内面側、（ｃ）はリード板取付け状態をそれぞれ示す斜視図。
【図５】回路基板の二次電池への取付け状態を示す斜視図。
【図６】金型による位置決め方法を説明する模式図。
【図７】一次モールド金型の構成を示す斜視図。
【図８】一次モールド体を形成した状態を示す断面図。
【図９】二次モールド金型の構成を示す斜視図。
【図１０】二次モールド体を形成した状態を示す断面図。
【図１１】製造工程の各段階での形成状態を順に示す斜視図。
【図１２】連結成形部の形成位置を説明する断面図。
【図１３】温度ヒューズの配設構造の別態様を示す断面図。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ 二次電池
３ 回路基板
７ 樹脂充填対象物
８ 中間完成品
１０ 温度ヒューズ
１１ 一次モールド体
１２ 二次モールド体
１６ 断熱シート
２３ 封口板
３５ 一次モールド金型
Claims (2)
- 二次電池の正極となる封口板側に形成された負極に温度ヒューズの一方接続片をスポット溶接する工程と、
前記温度ヒューズの上面に断熱シートを貼着する工程と、
断面L字状の正極リード板と負極リード板が形成された回路基板の前記正極リード板を前記封口板に溶接する工程と、
前記負極リード板を前記温度ヒューズの他方接続片に溶接する工程と、
正極リード板および負極リード板を折り曲げ、前記回路基板を前記封口板に対面する位置に配置することで前記回路基板と前記封口板の間に隙間を形成した樹脂充填対象物を得る工程と、
前記樹脂充填対象物の前記隙間に樹脂を充填する工程を有する二次電池の製造方法。 - 前記樹脂を充填する工程は、
前記樹脂充填対象物を、前記隙間に相当する部分が他の部分より熱伝導率の高い材質で形成されたモールド金型内に配置し、樹脂を充填する工程である請求項１に記載された二次電池の製造方法。
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