JP4841119B2 - Pack battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、小型化を図ったパック電池及びその製造方法に関するものである。
The present invention relates to a battery pack and a manufacturing method thereof aimed at miniaturization.
携帯電話などの各種携帯用電子機器の小型軽量化が進み、また、これらの機器の高性能化、多機能化に伴って、これらの機器の電源となる電池として、より一層高容量で小型や薄型のものが求められている。これらの機器の電源として用いられる電池は、軽量で高電圧、高容量のリチウムイオン電池が用いられることが多い。リチウムイオン電池を用いる場合、過充電や過放電、過電流などから電池を保護するために、電池と一緒に保護回路や保護素子を組み込んでパック電池にして用いられる。保護回路を内蔵する場合は、プリント基板に温度ヒューズやPTC素子などの保護素子やFETなどのその他の回路部品を実装するとともに、プリント基板上に外部接続端子となる金属板を固定したり、あるいは外部接続端子を固定した樹脂製の端子ホルダーを別途設けて、プリント基板と端子ホルダーとをパック電池内に収納する。一方、保護回路を簡素化して、温度ヒューズやブレーカー、PTC素子などの保護素子をプリント基板に実装することなく内臓する場合は、例えば、外部接続端子を固定した端子ホルダーにこれらの保護素子を連結させて、電池と一緒にパック電池内に収納する。また、保護素子のケース表面に直接金属板を固定して外部接続端子を設けたものも知られている。 Various portable electronic devices such as mobile phones have been reduced in size and weight, and as these devices have become more sophisticated and multifunctional, the batteries that serve as the power source for these devices have higher capacity and smaller size. Thin type is required. As a battery used as a power source for these devices, a light-weight, high-voltage, high-capacity lithium ion battery is often used. In the case of using a lithium ion battery, in order to protect the battery from overcharge, overdischarge, overcurrent, etc., it is used as a pack battery by incorporating a protection circuit and a protection element together with the battery. When a protection circuit is built in, a protective element such as a thermal fuse or PTC element and other circuit components such as an FET are mounted on the printed circuit board, and a metal plate serving as an external connection terminal is fixed on the printed circuit board, or A resin terminal holder to which the external connection terminals are fixed is separately provided, and the printed circuit board and the terminal holder are accommodated in the battery pack. On the other hand, when simplifying the protection circuit and installing protection elements such as thermal fuses, breakers, and PTC elements without mounting them on the printed circuit board, for example, these protection elements are connected to a terminal holder to which external connection terminals are fixed. And housed in the battery pack together with the battery. Also known is an external connection terminal provided with a metal plate fixed directly on the surface of a protective element case.
このような携帯電話などの機器の電源として使用するリチウムイオン電池のパック電池は、小型化を図るために外観ケースにハードな樹脂ケースを用いずに、例えば電池の封口板上に端子ホルダーなどを配置して、電池と端子ホルダーなどを一緒にインサート樹脂によって樹脂モールドしてパック電池として、外観ケースを簡素化して小型で薄型のパック電池が開発されている。 Lithium-ion battery packs used as power sources for such devices as mobile phones do not use a hard resin case as the outer case in order to reduce the size of the battery. For example, a terminal holder is placed on the battery sealing plate. A small and thin pack battery has been developed in which a battery case and a terminal holder are molded together with an insert resin together to form a pack battery.
このとき、モールドするインサート樹脂として、低温低圧で成形が可能なポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂またはポリオレフィン系樹脂などが用いられるが、これらの樹脂が成形後に電池から剥がれてしまわないように、電池に強固に密着させる必要がある(特許文献1参照)。
このパック電池は、アンダーカット部品3の形状が軸状の凸部3−1に対して上面が水平方向に突出して形成されているので、溶融したインサート樹脂6が水平方向に突出した上面の下方にも回り込む。このため、インサート樹脂6とアンダーカット部品3とによって引っ掛かりができて、封口板5とインサート樹脂6とを強固に連結させることができる。
In this battery pack, the shape of the
しかしながら、この構造のパック電池は、封口板5の上面にアンダーカット部品3をあらかじめ取りつけておかなければならない。図1においては、例えば、溶接部4によって、封口板5の上面にアンダーカット部品3を固定している。このため、アンダーカット部品3を別部品として準備し、且つ、封口板5への溶接が必要になり、部品点数が増加したり加工工程が複雑になって、製造コストが増大してしまう問題がある。
However, in the battery pack having this structure, the
さらに、アンダーカット部品3は、アンダーカット部品3の上面と封口板5との間に樹脂が回り込む空間を形成する必要があるので、凸部3−1の高さを高くしなければならない。その結果、パック電池1の高さが高くなってしまい、小型化を阻害してしまう問題がある。
Furthermore, since it is necessary for the
本発明は、これらの問題を解決することを目的に開発されたものであり、部品点数の増加や加工工程の複雑化を招かずに製造コストを抑え、また、パック電池の小型化を阻害することなく、封口板に設けたアンダーカット部のアンカー強度を保持して、電池の封口板とインサート樹脂との連結を強固にするパック電池とその製造方法を提供するものである。
The present invention has been developed with the object of solving these problems, and suppresses the manufacturing cost without increasing the number of parts or complicating the processing process, and hinders downsizing of the battery pack. it not, retain the anchor strength of undercut portions provided on the sealing plate, there is provided packs battery and its manufacturing method to strengthen the connection between the sealing plate and the insert resin of the battery.
本発明のパック電池は、電極体を収納した外装缶を封口板で密閉し、封口板の板厚内に開口部を小さくしてなるアンダーカット凹部を設けた電池と、前記電池の保護素子と、前記電池及び前記保護素子と接続された外部出力端子と、これら電池、保護素子及び外部出力端子を連結するインサート樹脂とを備えるパック電池であって、
前記アンダーカット凹部の内部に凸部を有し、前記凸部の外周縁は前記アンダーカット凹部の内周縁に向かってアンダーカットとなるように傾斜しており、前記インサート樹脂が前記アンダーカット凹部の中に充填されて、前記電池、前記保護素子及び前記外部出力端子とが一体に結合したことを特徴とする。
また本発明のパック電池の製造方法は、金属板をプレス加工することにより、凹部を形成すると共に、前記凹部の周囲にと前記凹部の内部にそれぞれ肉盛り部を形成し、次いで、これらの肉盛りが前記凹部の内方に向けて傾斜するように、プレス加工により肉盛り部をテーパー状に潰した後、傾斜した肉盛り部をプレス加工により前記金属板の上面と面一にすることにより、アンダーカット凹部を備えた封口板を形成するステップと、電極体を収納した外装缶を前記封口板で密閉して電池を製造するステップと、インサート樹脂を前記封口板のアンダーカット凹部に充填すると共に、このインサート樹脂で前記電池と前記電池の保護素子と外部出力端子を固定するステップを有することを特徴とする。
The battery pack according to the present invention includes a battery in which an outer can containing an electrode body is hermetically sealed with a sealing plate, and an undercut recess having a small opening is provided in the thickness of the sealing plate; A battery pack comprising an external output terminal connected to the battery and the protection element, and an insert resin connecting the battery, the protection element and the external output terminal,
The undercut concave portion has a convex portion, the outer peripheral edge of the convex portion is inclined so as to be undercut toward the inner peripheral edge of the undercut concave portion, and the insert resin of the undercut concave portion The battery, the protection element, and the external output terminal are integrally coupled with each other.
In the method for manufacturing a battery pack according to the present invention, a concave portion is formed by pressing a metal plate, and a built-up portion is formed around the concave portion and inside the concave portion. By crushing the built-up portion into a taper shape by pressing so that the incline inclines toward the inside of the concave portion, and then making the inclined built-up portion flush with the upper surface of the metal plate by pressing A step of forming a sealing plate having an undercut recess, a step of manufacturing a battery by sealing an outer can containing the electrode body with the sealing plate, and filling an undercut recess of the sealing plate with an insert resin And a step of fixing the battery, the protection element of the battery, and an external output terminal with the insert resin.
この発明によれば、封口板内にアンダーカット凹部を設けているので、従来の図1のように、アンダーカット部品を別部品とすることなく部品点数を削減することができる。また、このアンダーカット凹部は封口板の板厚内に設けられているので、封口板の上面から突出することがなく、電池やパック電池が必要以上に大きくならない。さらに、このアンダーカット凹部は開口部を小さくしているので、溶融したインサート樹脂が充填された後、樹脂が抜け出てしまうことを防止することができる。さらに、前記アンダーカット凹部の内部には凸部を有し、凸部の外周縁がアンダーカット凹部の内周縁に向かってアンダーカットとなるように傾斜をもたせているので、インサート樹脂が抜け出てしまうことをさらに防止することができる。その結果、アンダーカット凹部のアンカー強度を保持して、小型化を阻害することなく、電池の封口板とインサート樹脂との連結を強固にすることができる。
According to the present invention , since the undercut concave portion is provided in the sealing plate, the number of parts can be reduced without using the undercut parts as separate parts as in the conventional FIG. Moreover, since this undercut recessed part is provided in the plate | board thickness of a sealing board, it does not protrude from the upper surface of a sealing board, and a battery and a battery pack do not become larger than necessary. Further, since the undercut concave portion has a small opening, it is possible to prevent the resin from coming out after being filled with the melted insert resin. Further, the undercut concave portion has a convex portion, and since the outer peripheral edge of the convex portion is inclined so as to be undercut toward the inner peripheral edge of the undercut concave portion, the insert resin escapes. This can be further prevented. As a result, the anchor strength of the undercut recess can be maintained, and the connection between the battery sealing plate and the insert resin can be strengthened without hindering downsizing .
さらに、前記アンダーカット凹部はリング状とすることができ、リング状のアンダーカット凹部の開口部全周を鋭角に傾斜させることができ、インサート樹脂が抜け出てしまうことをさらに防止することができる。
Further, the undercut recess can be formed in a ring shape, the entire circumference of the opening of the ring-shaped undercut recess can be inclined at an acute angle, and the insert resin can be further prevented from slipping out.
次に、この発明のパック電池の製造方法によれば、金属板から封口板のアンダーカット凹部を形成する各ステップをプレス加工により行うので、加工工程を簡単に行うことができる。また、このとき、金属板の肉盛り部をテーパー状に潰すステップを行うことにより、肉盛り部が凹部の周囲から内方に向けて傾斜するようになり、その結果、アンダーカット凹部の開口部を小さくすることができる。
Next, according to the method for manufacturing a battery pack of the present invention, each step of forming the undercut concave portion of the sealing plate from the metal plate is performed by pressing, so that the processing step can be easily performed. Further, at this time, by performing the step of crushing the built-up portion of the metal plate into a taper shape, the built-up portion is inclined inward from the periphery of the recessed portion, and as a result, the opening portion of the undercut recessed portion Can be reduced.
本発明の実施例を図面に基づき説明する。1は電池である。この電池1は角型のリチウムイオン電池であり、一面を開口した有底筒状の外装缶の内部に、正極板、負極板及びセパレータを渦巻き状に巻きとって扁平状にした電極体と電解液とを収納している。そして、外装缶の開口部に封口板5をレーザー溶接により密封している。外装缶の材質はマンガン等を含有したアルミニウム合金であり、封口板5の材質はアルミニウムで構成されている。封口板5の中央部には、電極体の負極板と電気接続された負極端子17が突出して設けられており、絶縁材を介して封口板5に固定されており、封口板5と負極端子17とは電気的に絶縁されている。一方、電池1の正極端子は、外装缶や封口板5が兼用しており、封口板5の前記負極端子17を除く領域に、リード板18を溶接して正極端子を取り出すことができる。また、封口板5には安全弁19が設けられている。安全弁19は、封口板5の板厚を薄くして箔状にして、リチウムイオン電池の過充電などによって内圧が上昇したときに、安全弁19が作動して安全にガスを放出するようになっている。尚、この電池1としては、リチウムイオン電池に限定する必要はなく、他の異なる電池系の電池を用いても良く、また、円筒型の電池や、封口板の密閉方式をレーザ溶接ではなくかしめ構造の電池を用いても良い。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a battery. This
2は樹脂製の端子ホルダーである。この端子ホルダー2は、図8や図9に示されるように、複数枚のニッケル板などの金属板をあらかじめインサート成形している。そして、端子ホルダー2に金属板を露出させる電極窓25を形成して、電極窓25から露出した金属板を外部出力端子20としている。外部出力端子20は合計3端子形成されており、電池1の正極及び負極に接続された出力端子と、電池1の機種などを識別するための信号端子を備えている。外部出力端子20は、携帯電話などの機器側の接点に電気接続されるが、接触抵抗を低減するために金メッキなどを施しても良い。
外部出力端子20の正極端子となる金属板の一端は、封口板5に抵抗スポット溶接されているL字状のリード板18に抵抗スポット溶接されて電気接続される。このとき、L字状のリード板18は封口板5に容易に抵抗スポット溶接されるように、封口板5にはあらかじめアルミニウム層とニッケル層との二層構造のクラッド材21が超音波溶着されており、クラッド材21の上層であるニッケル層にL字のリード板18が抵抗スポット溶接される。
One end of the metal plate serving as the positive electrode terminal of the external output terminal 20 is electrically connected by resistance spot welding to an L-shaped lead plate 18 that is resistance spot welded to the sealing plate 5. At this time, a
外部出力端子20の負極端子となる金属板の一端は、保護素子22を介して電池1の負極端子17に接続されている。保護素子22は、温度が上昇すると抵抗値が急激に上昇するPTC素子や、あるいは、温度上昇によって接点が開くバイメタルを利用したブレーカーが用いられる。保護素子22は、電池の電極と直列に接続されているので、電池1に過電流が流れると、保護素子22にも過電流が流れてジュール熱により素子自身が発熱し、PTC素子の場合は抵抗値を飛躍的に上昇させ、ブレーカーの場合は接点を開いて、電池1に流れる過電流を遮断して電池1を安全に保護したり、パック電池の更なる温度上昇を防止する。また、電池1が過充電状態となった場合にも電池1が発熱することがあるが、保護素子22は電池1と近接配置されているので、この場合でも、保護素子22が周囲温度の上昇を受けて、PTC素子が抵抗値を増大させたり、ブレーカーが接点を開いたりすることができる。
One end of the metal plate serving as the negative electrode terminal of the external output terminal 20 is connected to the
次に、7はアンダーカット凹部であり、封口板5の板厚内で、上面に開口部が向くように設けられている。アンダーカット凹部7は、図7に示されるように、封口板5の両側にリング状に形成されている。アンダーカット凹部7は、凹部の底を大きく、開口部を小さくしている。そして、このリング状のアンダーカット凹部7の中央部にはすり鉢状の傾斜凹部16が形成されている。傾斜凹部16を形成したことによって、封口板5の肉がアンダーカット凹部7の内方へ寄せられる。傾斜凹部16はアンダーカット凹部7とは逆に、開口部が広く、底が小さくなったすり鉢状に形成されているので、開口部側ほどたくさんの肉が寄せられ、その結果、アンダーカット凹部7の内周壁が開口部ほど狭くなるように傾斜させることができる。
Next, 7 is an undercut recessed part, and it is provided so that the opening part faces the upper surface within the thickness of the sealing plate 5. The undercut recessed
ここで、開口部が小さくなったアンダーカット凹部7の形成方法について説明する。本発明のアンダーカット凹部7を得るために、次の3つの実験を行った。
(実験1:図3)
(1)封口板5となるべきアルミニウムの金属板8の表面に、プレス面の形状が凸部と凸部の周囲が凹んだ形状のパンチ9によってプレス加工を行い、金属板8の表面に肉盛り部10を形成するとともに、金属板8の裏面からも凸状のパンチによってプレス加工を行い、肉の押し上げ部11を形成する。
(2)次に、プレス面の形状が平坦状のパンチによって金属板8の表面にプレス加工を行い、肉盛り部10を押し潰して、金属板8の表面を面一にし、アンダーカット凹部を形成する。
Here, a method of forming the undercut
(Experiment 1: Fig. 3)
(1) Press working is performed on the surface of the aluminum metal plate 8 to be the sealing plate 5 with a
(2) Next, the surface of the metal plate 8 is pressed by a punch having a flat press surface shape, and the build-up
このアンダーカット凹部は、開口部の周縁部がR形状部12となってしまうことが確認された。このアンダーカット凹部に溶融したインサート樹脂6を充填しても、樹脂のすべりと延性により、樹脂が抜けてしまいやすく、アンカー強度を強くすることができなかった。 As for this undercut recessed part, it was confirmed that the peripheral part of an opening part will turn into the R-shaped part 12. FIG. Even when the melted insert resin 6 was filled in the undercut recess, the resin was easily removed due to the slip and ductility of the resin, and the anchor strength could not be increased.
(実験2:図4)
(1)金属板8の表面に、プレス面の形状がリング状の凸部と凸部の中央部と周囲とが凹んだ形状のパンチ9によってプレス加工を行い、金属板8の表面に肉盛り部10を形成するとともに、金属板8の裏面からも凸状のパンチによってプレス加工を行い、肉の押し上げ部11を形成する。このとき、実験1のように凹部の周囲に形成される肉盛り部10に加え、中央部13にも肉盛り部が形成される。
(2)実験1と同様に、プレス面の形状が平坦状のパンチによって金属板8の表面にプレス加工を行い、肉盛り部10を押し潰して、金属板8の表面を面一にし、アンダーカット凹部を形成する。
(Experiment 2: Fig. 4)
(1) The pressing process is performed on the surface of the metal plate 8 with a
(2) In the same manner as in
このアンダーカット凹部は、実験1と比較して、凹部をリング状に形成したことによって、充填されたインサート樹脂の引っ掛かりをリング状の凹部の内周部と外周部とで行うようにしているが、この場合でも、開口部の周縁部がR形状部12となってしまうことが確認された。従って、実験1と同様に、このアンダーカット凹部に溶融したインサート樹脂6を充填しても、樹脂のすべりと延性により、樹脂が抜けてしまいやすく、アンカー強度を強くすることができなかった。
(実験3:図5)
(1)実験2と同様に、金属板8の表面に、プレス面の形状がリング状の凸部と凸部の中央部と周囲とが凹んだ形状のパンチ9によってプレス加工を行い、金属板8の表面に肉盛り部10を形成するとともに、金属板8の裏面からも凸状のパンチによってプレス加工を行い、肉の押し上げ部11を形成する。このとき、実験1のように凹部の周囲に形成される肉盛り部10に加え、中央部13にも肉盛り部が形成される。
(2)楔状パンチ15を用いて、プレス加工により、肉盛り部10の周辺に周辺テーパ−潰し部14を形成して、凹部の開口部を内方へ傾斜させる。
(3)実験1と同様に、プレス面の形状が平坦状のパンチによって金属板8の表面にプレス加工を行い、肉盛り部10を押し潰して、金属板8の表面を面一にし、アンダーカット凹部を形成する。このとき、リング状のアンダーカット凹部の中央部には、上記(2)のステップで形成した周辺テーパ−潰し部14によって、すり鉢状の傾斜凹部16が形成されている。
Compared to
(Experiment 3: Fig. 5)
(1) As in
(2) Using the wedge-shaped punch 15, a peripheral taper-crushing
(3) In the same manner as in
このアンダーカット凹部は、上記(1)と(3)のステップの間に(2)のステップを行ったことによって、金属板8の肉がアンダーカット凹部7の内方へ寄せられる。傾斜凹部16はアンダーカット凹部7とは逆に、開口部が広く、底が小さくなったすり鉢状に形成されているので、開口部側ほどたくさんの肉が寄せられ、その結果、アンダーカット凹部7の内周壁が開口部ほど狭くなるように傾斜させることができた。そして、このアンダーカット凹部に溶融したインサート樹脂6を充填したところ、樹脂をしっかりと保持することができ、アンカー強度を強くすることができた。
The undercut concave portion is moved inward of the undercut
実験3のようにしてアンダーカット凹部7を形成した封口板5を用いて、電池1を組み
立てて、この電池1を用いてパック電池を組み立てる。パック電池は以下のようにして組み立てられる。
(1)電池1の負極端子17と保護素子22の一端に設けられた端子板とを抵抗スポット溶接するとともに、封口板5に抵抗スポット溶接されているL字状のリード板18と外部出力端子20の正極端子となる金属板の一端とを抵抗スポット溶接して、電池1と保護素子22と端子ホルダー2とを一体化したコア電池を形成する。
(2)コア電池を金型内に位置決め配置して、インサート樹脂充填口23からインサート樹脂6を金型内に充填する。インサート樹脂6は、低温低圧で成形が可能なポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂またはポリオレフィン系樹脂などが用いられる。
The
(1) The
(2) The core battery is positioned and arranged in the mold, and the insert resin 6 is filled into the mold from the insert resin filling port 23. As the insert resin 6, a polyamide resin, a polyurethane resin, a polyolefin resin, or the like that can be molded at a low temperature and a low pressure is used.
このとき、インサート樹脂6は、封口板5に形成されたアンダーカット凹部7の内部にも回り込んで充填される。また、端子ホルダー2の長手方向両端部には突出部24が形成されており、この突出部24の周囲にも樹脂が回り込んでいる。
(3)インサート樹脂6の乾燥後、金型からパック電池を離型して取り出す。
At this time, the insert resin 6 fills the inside of the undercut
(3) After the insert resin 6 is dried, the battery pack is released from the mold and taken out.
このように形成したパック電池は、インサート樹脂6が端子ホルダー2の突出部24の周囲や、電池1に設けたアンダーカット凹部7にも充填され、これらを一体に強固に連結することができる。従って、パック電池の樹脂部分を引っ張ってみたり、またねじれや落下などの衝撃が加えられても、樹脂6が剥がれてしまうことを防止することができる。尚、さらに、これらを強固に連結するために、インサート樹脂6と電池1との境界部を覆うように、パック電池全体にラベルを巻いても良い。また、図10は本発明の他の実施例であり、アンダーカット凹部7を封口板5全体の広い領域に設けて、より連結強度を大きくすることもできる。
In the battery pack formed in this way, the insert resin 6 is filled in the periphery of the protruding
1…電池
2…端子ホルダー
3…アンダーカット部品
3−1…凸部
4…溶接部
5…封口板
6…インサート樹脂
7…アンダーカット凹部
8…金属板
9…パンチ
10…肉盛り部
11…押し上げ部
12…R形状部
13…中央部
14…周辺テーパ−潰し部
15…楔状パンチ
16…傾斜凹部
17…負極端子
18…リード板
19…安全弁
20…外部出力端子
21…クラッド材
22…保護素子
23…インサート樹脂充填口
24…突出部
25…電極窓
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記アンダーカット凹部の内部に凸部を有し、 Having a convex portion inside the undercut concave portion,
前記凸部の外周縁は前記アンダーカット凹部の内周縁に向かってアンダーカットとなるように傾斜しており、 The outer peripheral edge of the convex part is inclined so as to be undercut toward the inner peripheral edge of the undercut concave part,
前記インサート樹脂が前記アンダーカット凹部の中に充填されて、前記電池、前記保護素子及び前記外部出力端子とが一体に結合したことを特徴とするパック電池。The battery pack, wherein the insert resin is filled in the undercut recess, and the battery, the protection element, and the external output terminal are integrally coupled.
電極体を収納した外装缶を前記封口板で密閉して電池を製造するステップと、 Sealing an outer can containing the electrode body with the sealing plate to produce a battery; and
インサート樹脂を前記封口板のアンダーカット凹部に充填すると共に、このインサート樹脂で前記電池と前記電池の保護素子と外部出力端子を固定するステップとを備えるパック電池の製造方法。 A method of manufacturing a battery pack comprising filling an insert resin into an undercut recess of the sealing plate, and fixing the battery, the protection element of the battery and an external output terminal with the insert resin.
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