JP4702290B2

JP4702290B2 - 電池

Info

Publication number: JP4702290B2
Application number: JP2007005768A
Authority: JP
Inventors: 克己高津; 兼人増本; 邦夫鶴田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2007165328A

Description

本発明は、外部接続性及び安全性を向上させた電池に関するものであり、このような電池を用いて小型化・薄型化及び堅牢性の向上を図った携帯電子機器用の電池パックを提供するものである。

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、それに伴ってその電源となる電池あるいは電池パックに小型、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系電池が有効であり、中でも扁平な角形のリチウムイオン二次電池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話機などの携帯電子機器への適用が増加している。

前記リチウム系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、負極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。

リチウム系電池では、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、異常に温度上昇したときに入出力回路を遮断する温度ヒューズや異常内圧を外部に放出する安全弁が設けられ、円筒形のリチウム電池では、封口部に入出力回路と直列に接続したＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）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。

電池内に前記温度ヒューズやＰＴＣ素子を設けることができない小型の電池や角形の電池では、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、更に二次電池では過充電や過放電から二次電池を保護する電池保護回路を構成した回路基板が設けられ、これらの構成要素は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る。

しかし、パックケースは樹脂成形によって製造されるため、成形用金型の製作費が高く、その費用がパックケースのコストに加わってコストアップをまねくことや、金型の開発期間が長いこともあって、携帯電話機のように新機種の投入間隔が短い携帯電子機器の電池パックに対応させることが困難になっている。また、樹脂成形における成形可能な肉厚には限度があり、逆に強度を保持するためには肉厚を増す必要があり、電池パックの小型化、薄型化に限度がある。

また、電池や電池パックは、それを分解することによる危険性や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。

上記樹脂モールディングによる電池パックは、本願出願人により特願２０００−３２０１６６号、特願２０００−３６３５１８号として提案したものがあり、二次電池と回路基板とを接続部材により固定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して二次電池と回路基板とを一体化している。

また、特開２０００−３１５４８３号に開示されたものでは、二次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二次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二次電池とを樹脂封止する構成が開示されている。

携帯電子機器などの電源として用いられる小型の電池に前述した温度ヒューズやＰＴＣ素子などの電子部品を接続するには、電池と電子部品とをケース内に収容した電池パックの形態に構成する必要があり、コストアップにつながる。また、前記温度ヒューズやＰＴＣ素子などの熱感応素子は電池と熱結合させた状態に配置することが重要で、電池と一体化した構造に構成する必要がある。従って、電池パックの形態に構成することなく、電池の外部に熱感応素子を一体化した構造の電池が望まれている。

また、二次電池の場合には、電池温度を検出して充電制御や安全制御などに利用される。前記電池温度を検出するために、二次電池に接してサーミスタ等の温度検出センサが配置され、検出出力を制御回路に入力する他、外部接続端子から充電器に提供するように構成される。温度検出センサを配設するには電池パックの形態に構成することになるが、電池パックの製造工数が増加するばかりでなく、電池温度を正確に検出できるように配置するための構造を設けるためにコストアップが伴う問題点があった。

また、小型の電池はその構造上から正極、負極は異なる面に形成されている。正極、負極を同一平面上や接続に容易となる面に形成できれば使用上の便が向上する。例えば、円筒形の電池では一方端に正極、他方端に負極が形成されている。従って、この電池を使用する機器側では、電池の収容スペースの両側に電池の正極、負極に接続するための接続部材を配設することになる。また、角形の電池では、封口部に正極、負極を設けることができるが、両極は同一平面上になく、段差があるため、外部接続構造が複雑になる問題がある。機器の小型化あるいは薄型化に伴って電池の正極、負極に対する外部接続構造を簡易に構成したい要求が高まっている。

また、樹脂モールドにより電池と回路基板等を一体化するとき、樹脂が電池や回路基板に接合しないので一体化が充分になされず、樹脂モールドで電池や回路基板を包み込む必要があり、結果的に樹脂成形されたパックケースに電池や回路基板を収容した電池パックと同様の形態となり、小型化や薄型化を達成することができない課題があった。

上記特開２０００−３１５４８３号に開示された構成においては、回路基板は両面テープにより電池に固定した後に樹脂モールドがなされ、樹脂は少なくとも電池の３面にまたがってモールドされるため、電池と回路基板とが固着した状態になるが、前述したように樹脂と金属とは基本的に接合していないため、振動や衝撃を受けた場合などに樹脂モールドは電池から剥がれる恐れが多分にある。電池や電池パックは携帯電子機器に適用することを主目的としており、振動や衝撃は不可避であり、樹脂モールドが電池などの金属に係合した状態を得る必要がある。

また、同上従来技術においては、電池パックの外部接続構造は、樹脂モールドされた中の回路基板から外に引き出したリード線の先端にコネクタが設けられており、機器との接続は機器側のコネクタと雄雌間の嵌合によってなされる。この外部接続構造は比較的大型の機器で電池収容スペースに余裕がある場合には問題はないが、本願発明の電池パックが主目的とする小型の機器では電池収容スペースに余裕が少ないのが当然で、この接続構造を適用することは困難である。本願発明の電池又は電池パックの機器側との接続構造は、機器側の電池収容スペースに電池又は電池パックを収納したとき、そこに設けられた機器側接触端子（プローブ）が電池又は電池パックの所定位置に外部露出する外部接続端子に圧接するようにしたものである。外部接続端子を形成した回路基板と電池とを樹脂モールドして電池パックに構成し、機器側の電池収容スペースに設けられた機器側接続端子と前記外部接続端子とが接触抵抗が小さい状態に圧接させるには、電池パックの外形寸法及び外部接続端子の位置は高精度に形成する必要がある。このような接触による接続の場合に、形成精度が低いと、機器側接続端子と外部接続端子との接触抵抗が大きくなり、接触不良や電圧降下などの異常を来すことになる。

本発明が目的とするところは、電池本体と回路基板とを樹脂モールディングにより一体化した電池を提供することにある。

上記目的を達成するために本願第１発明に係る電池は、電池本体と、一方の主面に外部接続用端子が形成され、前記主面の裏面に電池の保護回路素子が実装された回路基板と、前記回路基板と前記電池本体の正負極を電気的に接続すると共に、熱感応素子を配した接続部材と、前記電池本体及び前記回路基板を配置したモールド型に樹脂を充填成形し、前記電池本体及び前記回路基板それぞれの任意の面に固着させて両者を一体化した樹脂モールド体とを備えてなることを特徴とする。

即ち、上記構成になる電池は、電池本体と回路基板とは樹脂モールド体によって一体化されており、この樹脂モールド体により、回路基板の裏面に実装された保護回路素子が、電池の正負極及びこれら正負極と回路基板とを接続する接続部材に対して絶縁されることになる。従って、樹脂モールド体は、電池本体と回路基板とを固着し、一体化する機能と、保護回路素子を絶縁する機能を兼ねている。また、回路基板の主面には外部接続端子が形成されており、電池本体と組み合わせた際に外部接続端子が外面に位置することから、電池の充電、放電端子として機能する。

そして、前記のような構成を有する電池は、電池パックに収容した際に、外装ケースに回路基板を保持する保持部材、あるいは回路基板の外部接続端子と電池本体とを接続する接続部材を必要としない。このため、外装ケースの設計自由度が向上するため、開発期間の短縮、外装ケースの汎用化が可能となり、更に電池パックの構成も簡素化されることから、電池パックのコスト低減を実現することができる。また、樹脂モールド体によって、電池本体に装着される温度ヒューズあるいはＰＴＣ素子等と回路基板とが絶縁され、各構成要素を接続する接続部材が固定、絶縁されるために高密度の配置が可能となり、電池パックの体積効率の改善に大きく寄与する。

上記構成になる電池において、熱感応素子は、熱伝導性の接着剤にて前記電池本体に熱結合されているのが望ましく、これにより、電池本体の温度上昇が速やかに熱感応素子に伝達され、電池の安全機能を適正に作動させることができる。

また、本願第２発明に係る電池は、電池本体と、一方の主面に外部接続用端子が形成され、前記主面の裏面に電池の保護回路素子が実装された回路基板と、前記回路基板と前記電池本体の正負極を電気的に接続すると共に、熱感応素子を配した接続部材と、前記電池本体及び前記回路基板を配置したモールド型に樹脂を充填成形し、前記電池本体及び前記回路基板それぞれの任意の面に固着させて両者を一体化した樹脂モールド体と、少なくとも前記外部接続用端子を外部露出させ、前記樹脂モールド体及び前記回路基板を外部被覆する外装被覆とを備えてなることを特徴とする。

上記構成になる電池は、電池本体と回路基板とを樹脂モールド体により一体化するとともに、更に少なくとも基板上の外部接続端子を外部露出させて外装被覆を施したものであり、電池本体と回路基板との一体化構造がより強固に形成されると同時に、外観が向上して商品価値を高めることができる。

また、外装被覆は、少なくとも外部接続端子を外部露出させて回路基板及び樹脂モールド体を被覆する上部樹脂成形体と、電池本体の基板配設面の反対面を被覆する下部樹脂成形体と、上部樹脂成形体及び下部樹脂成形体の一部と電池本体の胴部分とを被覆して巻着された巻着シートとを備えて構成することができ、外装被覆による電池の厚さ増加を僅少に抑えて強固な一体構造と外観の向上を図ることができる。前記上部樹脂成形体と下部樹脂成形体とを連結する連結樹脂成形体を形成することにより、一体構造をより強固に構成することができる。

本発明によれば、電池本体と回路基板とを樹脂モールディングにより一体化した電池を得ることができる。

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。

図１は、第１の実施形態に係る電池１００ａ，１００ｂの外観を示すもので、扁平角形のリチウムイオン二次電池として構成されたものである。電池本体１０１はその正極及び負極に接続された端子板（基板）１０２と樹脂モールド体１０３により一体化され、端子板１０２の外面上に正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５が形成されている。電池１００ａは、端子板１０２を電池本体１０１の封口面と平行に配置し、正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５を上面に設けた構成である。電池１００ｂは、端子板１０２を電池本体１０１の側面と平行に配置し、正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５を側面端に設けた構成である。

前記電池本体１０１は、図２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、その開口端は封口板２３がレーザー溶接されることによって封口されている。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により絶縁して電池負極となるリベット２５が締結されている。また、封口板２３の一部は箔状板を貼り合わせたクラッド板に形成されており、クラッド板部分に放出口２０ａを形成した安全弁２０が構成されている。また、封口板２３の両側には樹脂モールド体１０３を電池本体１０１に係合する一対の係合部材２６が形成されている。この係合部材２６の形成方法は、封口板２３にプレス加工により形成する方法、係合部材２６を封口板２３に溶接接合する方法のいずれかを採用することができる。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。

上記構成になる電池本体１０１には、図３に示すように、リベット２５に一方電極板を接合してＰＴＣ素子１１０が配設され、ＰＴＣ素子１１０の他方電極板は封口板２３上に貼着された絶縁シート２１上に配置され、後述する正極接続リード板（接続部材）１０８と接合される。ＰＴＣ素子１１０上には後述する樹脂の充填成形時にＰＴＣ素子１１０が熱破壊されないように断熱シート１６が配設される。また、安全弁２０の放出口２０ａを覆って樹脂シート４０が貼着される。

また、端子板１０２は、図４に示すように、外面側となる一方面に正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５が形成され、電池本体１０１に対向する内面側となる他方面に電池本体１０１と接続する正極接続ランド１０６及び負極接続ランド１０７が形成されている。前記正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５は板面上に貼り付けられた銅箔をエッチングして形成することができるが、板面に端子部材を取り付けて構成することもできる。電池１００ｂのように側面に正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５を設けた構成は、機器側の接続端子と摺動接触させるのに好適な構造なので、板状の端子部材を端子板１０２に取り付けることが望ましい。尚、端子板１０２の一方面と他方面との間は図示しないスルーホール及び回路パターンにより要所が接続されている。

前記正極接続ランド１０６及び負極接続ランド１０７には、図４（ｃ）に示すように、それぞれ正極接続リード板１０８、負極接続リード板（接続部材）１０９の一端が半田付けにより接合される。この端子板１０２は、図５に示すように、正極接続リード板１０８の他端を封口板２３に接合し、負極接続リード板１０９の他端を前記ＰＴＣ素子１１０の他方電極板に接合して電池本体１０１に接続される。図１（ａ）に示した電池１００ａに構成する場合には、端子板１０２は図５（ａ）に示すように封口板２３と平行になるように正極接続リード板１０８及び負極接続リード板１０９を折り曲げる。図１（ｂ）に示した電池１００ｂに構成する場合には、図５（ａ）に示すように封口板２３に対して直交した状態のままでよい。

上記のように電池本体１０１と端子板１０２とを接続した後、図６に示すように、電池本体１０１と端子板１０２との間に樹脂を充填成形して電池本体１０１と端子板１０２とを一体化する。電池本体１０１はその表面の大部分が金属体であり、充填成形された樹脂モールド体１０３と接合し難いが、封口板２３上に取り付けられた係合部材２６が樹脂モールド体１０３に包み込まれ、そのアンダーカット部分で樹脂モールド体１０３に係合するので、樹脂モールド体１０３に対する投錨効果が得られ、樹脂モールド体１０３は電池本体１０１に接合した状態となる。端子板１０２は正極接続リード板１０８や負極接続リード板１０９が樹脂モールド体１０３内に包み込まれて樹脂モールド体１０３と係合するが、更に係合性を向上させるには、リベット状の突起を設けると、係合部材２６と同様の効果が得られる。充填成形される樹脂としては、熱可塑性ポリアミド樹脂が用いられる。この樹脂は、接着性、電気絶縁性、耐薬品性に優れており、さらに１９０℃〜２３０度の範囲で成型可能なことから電池本体１０１、ＰＴＣ素子１１０等への熱影響を抑制することができる。

また、端子板１０２及び電池本体１０１の樹脂モールド体１０３と接する面に樹脂及び金属と接着性のよい接着剤を塗布することによって、樹脂モールド体１０３と電池本体１０１及び端子板１０２との接合性を向上させることもできる。この接着剤としては、ポリアミド樹脂のホットメルト接着剤や、エポキシ樹脂系、シリコン変成樹脂系の接着剤が用いられる。

上記構成になる電池１００ａ，１００ｂは、正極外部接続端子１０４と負極外部接続端子１０５との間が何らかの原因によって外部短絡された場合に、短絡による過大な短絡電流によってＰＴＣ素子１１０が温度上昇し、その温度が設定されたトリップ温度を越えたとき、通常温度状態では僅少な抵抗値であるＰＴＣ素子１１０はトリップ現象により抵抗値を急増させるので、短絡電流は一気に規制されて電池本体１０１が外部短絡により温度上昇して破裂等の事態に陥ることを防止する。ＰＴＣ素子１１０は電池本体１０１が高温環境に曝されたときにも温度上昇によってトリップするので、高温環境で電池本体１０１が使用状態となることを防止する。即ち、電池１００ａ，１００ｂはＰＴＣ素子１１０の内蔵した安全機能を備えたものとなる。

また、電池１００ａ，１００ｂが異常温度にまで上昇して電池本体１０１内にガスが発生すると、電池本体１０１が破裂に至る恐れがあるが、発生したガスの圧力が安全弁２０を作動圧力に達すると、安全弁２０はその箔状板部分が破断して異常上昇した内圧を外部に放出する。安全弁２０の放出口２０ａ上は樹脂シート４０により塞がれ、更に樹脂モールド体１０３で覆われているので、放出口２０ａから噴出したガスは樹脂シート４０及び樹脂モールド体１０３と電池本体１０１との界面から外部に放出される。従って、電池本体１０１が温度上昇によって破裂に至ることは防止され、前記ＰＴＣ素子１１０と共に二重の安全機能が設けられた電池１００ａ，１００ｂに構成することができる。

上記にように構成された電池１００ａ、１００ｂは、更に外装被覆を設けることによって外観及び強度の向上を図ることができる。外装被覆は、図６（ｂ）に示すように、正極外部接続端子１０４及び負極外部接続端子１０５上に開口部を形成して端子板１０２上を被覆し、樹脂モールド体１０３の側周面を被覆する二次モールド体１２０と、電池本体１０１の側周面に巻着した巻着シート１２１とによるもので、図７に示すような外観の電池１００ｃ，１００ｄに仕上げることができる。巻着シート１２１は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びこれらを含む樹脂等が用いられ、この樹脂に粘着層を付与することで、電池１００ａ、１００ｂに貼付されるものである。また、前記の巻着シート１２１に所望の機能を有するフィルムを用いることで、電池としての機能を高める効果を奏する。例えば、前記の樹脂に代えて、ガラス繊維等を分散させた繊維強化型フィルムを用いることで、電池の強度を高めるという効果が得られる。また、アクリルプロポリマー中に高濃度でニッケル粉、カーボニル鉄粉を分散させることで巻着シート１２１にＥＭＩ（電磁妨害）シールド層を付与することもできる。このシールド層を形成した巻着シート１２１は、端子板１０２に実装される電子部品への電磁妨害に加え、この電池が装着される機器への電磁妨害を抑制する効果を奏する。また、巻着シート１２１に色彩、模様等の装飾を施すこともできる。特に、電池が外部に露出する構成を有する機器に適用される場合には、機器側の色彩、色調に応じた巻着シート１２１が用いられる。

次いで、第２の実施形態に係る電池パックについて説明する。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を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。

図８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、後述するテスト端子３０上に水没シール９を貼着し、扁平な非対称形状に構成されている。図９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、以下に主な構成要素の詳細と組み立て手順について説明する。

電池パック１に用いる二次電池２は、第１の実施形態に示した電池に適用した電池本体１０１（図２参照）と同一の構成であり、その説明は省略する。

二次電池２には、図１０に示すように、リベット２５に温度ヒュ−ズ１０の一方接続片１０ａが溶接される。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。温度ヒューズ１０の他方接続片１０ｂは封口板２３上に貼着された絶縁シート２１上に配置され、後述する負極リード板５の一端にスポット溶接により接合される。また、温度ヒューズ１０は熱伝導性の接着剤によって封口板２３に接着され、二次電池２と熱結合した状態に配設される。尚、ここでは温度ヒューズ１０を適用しているが、前述の電池１００ａ，１００ｂのようにＰＴＣ素子１１０を適用することもできる。

図１１に示すように、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。前記正極半田付けランド３２には正極リード板（接続部材）４の一端が半田付けされ、負極半田付けランド３３には負極リード板（接続部材）５の一端が半田付けされる。尚、各図において回路基板３に形成されている回路パターンやスルーホール等の表示は省略している。

この接続加工を終えた回路基板３は、二次電池２に対し、正極リード板４の他端は封口板２３の板面に、負極リード板５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１１（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、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１２（ａ）に示すような樹脂充填対象物７が形成される。

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成形し、一次モールド体（第１の枠体）１１を形成して二次電池２と回路基板３とを一体化する。一次モールド体１１の形成は、一次モールド金型内に樹脂充填対象物７を収容して、図１３に示すように、二次電池２と回路基板３との間に樹脂を充填成形する。

図１４に示すように、一次モールド金型の下型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の内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。

前記二次電池２の底面から回路基板３の外部接続端子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てい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の外部接続端子形成面までの高さ寸法Ｈは一定の状態になる。

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上を上型で閉じ、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。注入された樹脂は、図１３に示すように、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２、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、温度低下により固化する熱可塑性ポリアミド樹脂が好適である。この樹脂の一例としては、ＴＲＬ社製熱可塑性ポリアミド樹脂サーメルト８１７が用いられる。サーメルト８１７は、１９０〜２１０℃の成型が可能であり、また固化時間が５秒と短いことから、電池、電子部品への熱影響を排除できる特徴を有する。

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、溶断温度が例えば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。その対策は、温度ヒューズ１０上に断熱シート１６を貼着して、樹脂の熱が温度ヒューズ１０に伝熱することを抑えている。

充填された樹脂を固化させると、図１２（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。ここでは、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施される。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。

二次モールディングは、図１５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、テスト端子用突起５２はテスト端子３０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。

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１６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、インシュレータ１４の中央部を外部露出させ、一次モールド体１１及び回路基板３を被覆し、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。

一次モールディングと二次モールディングにおいて、それぞれ選択される樹脂の種類は同一であっても異なるものであってもよい。樹脂の種類が同一の場合、樹脂同士の密着度が高く、モールド部分の機械的強度を高めることができる。また、樹脂の種類が異なる場合、各モールディング工程に要求される特性に応じた樹脂を選択できる。例えば、一次モールディングは樹脂による回路基板３の絶縁被覆、二次電池２との一体化を主目的としており、回路基板３、温度ヒューズ１０への熱影響を考慮すると、低温成型が可能であり、且つ絶縁性、金属部分との密着性に富んだ樹脂が選択されるが、二次モールディングは、電池パックの外装を兼ねることから、機械的強度に富み、且つ高い表面性状が求められる。二次モールディングの樹脂は、溶融状態にある樹脂が熱影響の顕著になる構成部材（回路基板３上の電子部品３１、温度ヒューズ１０）に直接接することがないので、一次モールディングの樹脂に比べて高温成形が要求される樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材料）であっても適用が可能である。

但し、異なる樹脂材料を選択した場合、樹脂同士の密着性、機械的強度、材料の化学的な安定性等を考慮する必要がある。また、二次モールディングに使用する樹脂の色調は、一次モールディングで使用する樹脂の色調と同程度、あるいは濃色にするのが好ましい。これは二次モールディングに淡色樹脂を使用した場合、一次モールディング樹脂の色調が透過し、電池パックの美観を損ねてしまうためであり、同様の理由により、回路基板３及びそれに塗布されたレジストの色彩に対しても二次モールディング樹脂の色彩は同程度、あるいは濃色にするのが好ましい。

前記連結成形部１９は、図１７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１２に示した二次モールド体（第２の枠体）１２が形成される。

図１６に示すように、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、図８に示したような電池パック１に形成される。

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。

上記構成における二次モールド体１２の構成は、上部成形部１７のみを二次モールディングとして回路基板３及び一次モールド体１１上に形成し、二次電池２の底面には下部成形部１８と同一形状に成形したインシュレータ１４ａ（ＡＢＳ樹脂、ＡＢＳ＋ＰＣ樹脂、ＰＣ樹脂の成型品）を貼着し、前記連結成形部１９は設けない構造で、二次電池２の側周面と上部成形部１７及びインシュレータ１４の端部を被覆して巻着シート１３を巻着することもできる。二次モールディングにより二次モールド体１２を成形する場合、二次モールディングは、全体をモールドする必要がないため、形成領域のみを金型に入れて成形することができる。従って、二次電池２全体を金型内に配置する必要がないため、電池への熱影響を最少にする共に、金型の小型化を実現でき、製造コストの削減の面でも効果的である。

また、上部成形部１７と同一の外観形状に二次モールド体１２を予め樹脂成形により形成し、これを回路基板３上に被せて１次モールド体１１を覆って貼着し、二次電池２の底面には前述のインシュレータ１４ａを貼着し、それらの端部と二次電池２の側周面を被覆して巻着シート１３を巻着するように構成することもできる。

次に、第３の実施形態に係る電池パックについて説明する。本実施形態は、複数の二次電池を用いた電池パックについて示すものである。

図１８は、第３の実施形態に係る電池パック２００の外観を示すもので、図１９に示すように、扁平角形に構成された２個の二次電池２ａ，２ｂを直列接続して回路基板２０３に接続し、２個の二次電池２ａ，２ｂと回路基板２０３とを樹脂モールド体２０２によって一体化したものである。

二次電池２ａ，２ｂは、基本的な構造は前述の二次電池２と同様であるが、二次電池２ａ，２ｂ間の一体化を確実にするために電池缶２２の底面にも係合部材２６、２６が接合されている。回路基板２０３の正極接続ランドと二次電池２ｂの電池缶２２底面とは正極接続リード板２０４で接続され、回路基板２０３の負極接続ランドと二次電池２ａ上に配設された前記温度ヒューズ１０の他方接続片１０ｂとは負極接続リード板２０５で接続される。また、二次電池２ａの封口板２３と二次電池２ｂのリベット２５との間は直列接続リード板２０７で接続される。

直列接続された２個の二次電池２ａ，２ｂと回路基板２０３とは、図１９に示すように、並列間に所定間隔を設けて互いに逆向きとなるように金型内に配置され、一次モールドがなされる。この工程において、二次電池２ａ，２ｂの上下と並列間に樹脂が充填成形され、２個の二次電池２ａ，２ｂと回路基板２０３とを一体化した樹脂モールド体２０２が形成される。二次電池２ａ，２ｂの上下に設けられている係合部材２６は樹脂モールド体２０２に対して投錨効果を得て、二次電池２ａ，２ｂに樹脂モールド体２０２を固着させる。従って、正極及び負極の各接続リード板２０４，２０５と直列接続リード板２０７で接続されただけで不安定な状態の二次電池２ａ，２ｂ及び回路基板２０３は堅固に一体化される。

図１９に示す状態でも電池パックとして機能するが、更なる強度の向上及び外観の向上のために外装被覆を施すことにより、図１８に示す電池パック２００に形成することができる。外装被覆は、第２の実施形態で示した電池パック１と同様に、二次モールドと巻着シートとによって行なうことができる。また、二次電池２ａの封口板２３上には、図１０に示した場合と同様にリベット２５に接続して温度ヒューズ１０が取り付けられ、安全弁２０上には樹脂シート４０が貼着される。

複数の二次電池を直列及び／又は並列に接続した電池パックの構成は、上記第３の実施形態に示した２個の二次電池２ａ，２ｂを直列接続した形態の他、必要に応じて任意数の二次電池を用いて構成することができる。例えば、図２０に示すように、４個の二次電池２ａ〜２ｄを直列接続した電池パックに構成することができる。この場合も各二次電池２ａ〜２ｄの封口板２３及び電池缶２２の底面に係合部材２６を設けて樹脂を充填成形すると複数の二次電池２ａ〜２ｄと回路基板２０３とを強固に一体化することができる。

以上の説明の通り、本発明に係る電池は、電池本体に少なくとも外部接続端子を形成した基板が一体化されているので、電池の正極及び負極を基板上の同一平面上に形成することができ、機器の電池接続構造を簡易に構成することが可能となる。また、電池本体と基板との間、あるいは基板に温度ヒューズやＰＴＣ素子、サーミスタ等の熱感応素子を内装することができ、電池保護機能や安全機能あるいは温度検出による充電制御機能を備えた電池に構成することができる。

また、本発明に係る電池パックは、樹脂成形によるパックケースを用いることなく二次電池と回路基板等を一体化した電池パックに構成することができ、小型薄型化を可能とすると共に、樹脂モールドによる堅牢な構造により携帯電子機器のように振動や衝撃が加わることが避け難い機器に適用するのに好適なものとなる。また、樹脂成形によるケースを用いないので、樹脂成形金型を製作するための期間や費用が削減され、多品種少量生産に適応させることができる。

実施形態に係る電池の外観を示す斜視図。電池本体の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。電池本体にＰＴＣ素子を取り付けた状態での（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。端子板の構成を（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。端子板の電池本体への取付け状態を示す斜視図。端子板と電池本体とを樹脂モールド体で一体化した状態を示す断面図。外装被覆を施した状態の電池の斜視図。実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図。電池パックの各構成要素を示す分解斜視図。二次電池に温度ヒューズを取り付けた状態を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。二次電池に回路基板を取り付けた状態を示す斜視図。電池パックの各製造工程における状態を示す斜視図。二次電池に回路基板を樹脂モールド体によって一体化した状態を示す断面図。一次モールド金型の構成を示す模式図。二次モールド金型の構成を示す斜視図。二次モールド体を形成した状態を示す断面図。連結成形部の形成位置を説明する断面図。複数の二次電池を用いた電池パックの外観を示す斜視図。同上電池パックの一体化構造を説明する模式図。複数の二次電池を用いた電池パックの一体化構造を説明する模式図。

符号の説明

１電池パック
２二次電池
３回路基板
４正極リード板（接続部材）
５負極リード板（接続部材）
６外部接続端子
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
１３巻着シート
１６断熱シート
１７上部成形部
１８下部成形部
１９連結成形部
２３封口板
２６係合突起
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ電池
１０１電池本体
１０２端子板（基板）
１０３樹脂モールド体
１０４正極外部接続端子
１０５負極外部接続端子

Claims

電池本体と、一方の主面に外部接続用端子が形成され、前記主面の裏面に電池の保護回路素子が実装された回路基板と、前記回路基板と前記電池本体の正負極を電気的に接続すると共に、熱感応素子を配した接続部材と、前記電池本体及び前記回路基板をモールド型に配置し、前記電池本体の正負極と前記回路基板との間の間隙に樹脂を注入することにより成形され、前記電池本体及び前記回路基板に固着させて両者を一体化するとともに、さらに前記接続部材が固定、絶縁された樹脂モールド体とを備えてなることを特徴とする電池。
前記熱感応素子は、熱伝導性の接着剤にて前記電池本体に熱結合されている請求項１に記載の電池。
電池本体と、一方の主面に外部接続用端子が形成され、前記主面の裏面に電池の保護回路素子が実装された回路基板と、前記回路基板と前記電池本体の正負極を電気的に接続すると共に、熱感応素子を配した接続部材と、前記電池本体及び前記回路基板をモールド型に配置し、前記電池本体の正負極と前記回路基板との間の間隙に樹脂を注入することにより成形され、前記電池本体及び前記回路基板に固着させて両者を一体化するとともに、さらに前記接続部材が固定、絶縁された樹脂モールド体と、少なくとも前記外部接続用端子を外部露出させ、前記樹脂モールド体及び前記回路基板を外部被覆する外装被覆とを備えてなることを特徴とする電池。
前記熱感応素子は、熱伝導性の接着剤にて前記電池本体に熱結合されている請求項３に記載の電池。
前記外装被覆は、前記外部接続端子を外部露出させ、前記回路基板及び前記樹脂モールド体の少なくとも一部を被覆する上部樹脂成形体と、前記電池本体の回路基板配設面の反対面を被覆する下部樹脂成形体と、前記上部樹脂成形体及び前記下部樹脂成形体の一部と前記電池本体の胴部分とを被覆して巻着される巻着シートとを備えてなる請求項３または４に記載の電池。
前記上部樹脂成形体と前記下部樹脂成形体とを連結する連結樹脂成形体が形成されてなる請求項５に記載の電池。