JP4900751B2

JP4900751B2 - 薄型電池のパック構造

Info

Publication number: JP4900751B2
Application number: JP2001252161A
Authority: JP
Inventors: 英昭海老原; 正智田中; 浩史富田
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP2003059468A

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小型電子機器の電源に用いるのに適した薄型電池のパック構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄さが要求される携帯情報端末や携帯電話などの小型の電子機器においては、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。この種の薄型電池には、深絞り加工による薄型直方体状の金属缶（深絞り缶）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、弁当箱のような浅絞りの金属缶（浅絞り缶）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などがある（例えば前記特開平１１−１８５８２０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、先の携帯情報端末などの普及に見られるように、電子機器に対する小型軽量化への要望が強くなっており、これに伴ってそれらに搭載される電池についても薄型化への要求が高まっている。
【０００４】
しかしながら、これまでの薄型電池は直方体形状や長円柱形状であり、機器への取り付けや、機器に装着される樹脂パック（電池パック）への取り付けには電池室を設けるか、両面テープや接着剤を使用して所定の位置に固定する必要があった。電池室を設けると、その分だけ機器の厚みが増加し、接着剤によって固定すると厚みの増加は避けられるが、廃棄時に電池の分離がしづらくなり、なるべくリサイクルすることが求められている昨今ではその点で弊害となりやすい。
【０００５】
本発明は、このような問題に対処するもので、パックケースなどに対して薄型電池を容易に着脱することができる構造を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、平面視で４角形の電池缶の内部に電極体および電解液を収容して密封した薄型電池のパック構造として、次のような構成を採用したものである。
【０００７】
まず請求項１に係る発明においては、電池缶の厚み方向の周面を取り囲むようにフランジ部を設ける。一方、パックケースにおける電池装着面には、フランジ部を含めた電池缶の幅とほぼ等しい間隔をあけて対向するように少なくとも一対の弾性片を立設する。そして、これらの弾性片の先端部に、前記電池缶に設けられたフランジ部を引っ掛けて固定できるように、フランジ部係止用の係止爪を設ける。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る発明によれば、パックケースの電池装着面に設けられた係止爪に、薄型電池の周囲に形成されているフランジ部を係止させるだけで、パックケースの電池装着面に薄型電池を容易に固定することができる。また、その状態から弾性片を外側に弾性変形させれば、係止爪よるフランジ部に対する係止状態が解除されので、パックケースの電池装着面から薄型電池を容易に取り外すことができる。こうして、パックケースへの取り付け性に優れ、しかも使用後の廃棄時にバックケースからの分離が容易な構造が実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明が適用される薄型電池の一例として、保護回路取り付け前の角型リチウムイオン二次電池（以下、単に電池という）の構造について説明する。図１および図２に示すように、電池１は、四隅にアールが付けられた平面視（図２の状態）で長方形の電池缶２を有する。電池缶２は、図１ないし図４に示すように、凹部３１を有する缶本体３と、この缶本体３の凹部３１の開口端を密封する金属板４とからなる。
【００１２】
缶本体３は、一枚の金属板（板金）を浅絞り加工することにより皿状に形成されており、これの開口端の周縁部には、その全周にわたって平坦なフランジ部３２が形成されている。このフランジ部３２は、図２に示した状態で缶本体３の上端側に位置する第１短辺部３ａにおけるフランジ部分（第１フランジ部分）３２ａの幅（フランジ幅）Ｌ１が、缶本体の下端側に位置する第２短辺部３ｂおよび両側に位置する各長辺部３ｃおけるフランジ部分（第２フランジ部分）３２ｂの幅（フランジ幅）Ｌ２よりも１mm以上幅広とされている。図示例では、Ｌ１＝2.５mmであり、Ｌ２＝1.５mmである。
【００１３】
缶本体３の凹部３１内、すなわち電池缶２内には、図３および図４に示すように、電極体５および図示しない電解液（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ＬｉＢＦ₄ などの電解質を溶解させてなる非水電解液）などが収容されている。電極体５は、例えばＬｉＣｏＯ₂ 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捲回したのち、全体を缶本体３の凹部３１内に収容できるように当該凹部３１の断面形状に合わせて断面長円形状に押しつぶし変形して形成してある。電極体５を構成しているシート状の正極および負極からは、それぞれ導電タブ（図示例では負極側の導電タブ６のみを示す）が導出されている。このうち図示しない正極側の導電タブは電極缶３の内面所定位置に、また負極側の導電タブ６は後述する負極端子７にそれぞれ接続されている。
【００１４】
缶本体３の第１短辺部３ａ側（第１フランジ部分３２ａ側）において凹部３１の側面を形成している周面部分（以下、上壁部という）３１ａの所定位置には、負極端子７の取り出し部と、正極端子８とが設けられている。このうち正極端子８は、図示例の電池１では電池缶２が正極側となっていることから、上壁部３１ａの外面に取り付けられた一枚の長円形状もしくは矩形状の金属板で構成されている。また、負極端子７の取り出し部は、図４に一部拡大して示すように、上壁部３１ａを貫通する取り付け孔３１ｂと、上壁部３１ａの外側に配置される樹脂製の絶縁パッキング１８ａと、上壁部３１ａの内側に配置されるゴム製の絶縁バッキング１８ｂおよび押さえ板１８ｃと、これらの絶縁パッキング１８ａ・１８ｂおよび押さえ板１８ｃに貫通状に嵌合されて取り付け孔３１ｂに配置された前記負極端子７とからなり、これらを同時にかしめることで上壁部３１ａに取り付けることによって、取り付け孔３１ｂを気密および液蜜に密閉した構成である。負極端子７は、一方の端面が缶本体３の外側に露出され、他方の端面が凹部３１内に配置されていて、この端面に前記シート状の負極から導かれた導電タプ６が接続されている。
【００１５】
凹部３１の側面を形成している缶本体３の前記上壁部３１ａを含む周面３１ｃは、フランジ部３２や凹部３１の底面３１ｄに対して直角となるように形成してもよいが、図３および図４に示すように、フランジ部３２や凹部３１の底面３１ｄに対して所定の鈍角（１０〜３０度）となるように傾斜させた構成とすることもできる。このようにすれば、電池缶２内の隅部において缶内面と電極体５との間に生じる隙間Ｃが多少なりとも増えるので、その分だけ電解液の液溜めとして利用できるスペースが増大し、その結果、電池缶２内への電解液の注入量を増やすことができる。
【００１６】
一方、金属蓋４は、プレス打ち抜き品からなる一枚の金属板で構成されおり、その周縁の形状およびサイズが、缶本体３におけるフランジ部３２の外周縁の形状およびサイズと同一とされている。この金属蓋４は、図３および図４に示すように缶本体３のフランジ部３２に接合一体化されており、この接合一体化された金属蓋４で缶本体３の凹部３１の開口端が密封されることにより、当該凹部３１内（電池缶２内）が気密および液蜜の状態に保たれるようになっている。
【００１７】
金属蓋４と缶本体３のフランジ部３２との接合一体化は、レーザー溶接により、あるいは樹脂を用いた熱接着により行うことができる。前者の場合は、フランジ部３２に金属蓋４を合わせた状態で、これらの周縁の近傍あるいは当該合わせ面の外周部分Ｐを全周にわた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。また、後者の場合は、フランジ部３２の表面あるいはこれと合わされる金属蓋４の周縁部分４ａ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接着することにより、両者を接合一体化する。
【００１８】
金属蓋４には、例えば図４に拡大して示すように、缶本体３内において電極体５の一端部側に形成される空間Ｓに対応位置するように、安全弁となる切り込み４ｂをプレス成形時に形成しておくことができる。この切り込み（安全弁）４ｂは、電池内圧が所定圧以上に上昇したときに開裂して、電池内圧を外部に開放する。
【００１９】
以上に加えて、電池１においては、金属蓋４と、これに対向位置する缶本体３の一面（凹部の底面３１ｄを形成している面）が、それぞれ電池内部に向かって僅かに凸状となるように形成されている。そして、これらの凸状部分の中心の突出方向における変形量が0.０５〜0.３mmの範囲に設定されていることにより、電極体５の膨張や電池内圧の上昇による電池缶２の厚み方向の膨れを抑制するようになっている。
【００２０】
次に、電池およびその構成各部のサイズや材質等について説明する。
【００２１】
電池１の総厚みＬ３は３mm以下、長辺部３ｃの長さＬ４は６５mm以上、第短辺部３ａ（第２短辺部３ｂも同様）の長さＬ５は３４mm以上とすることができる。図示例の電池では、Ｌ３＝2.８mm、Ｌ４＝６７mm、Ｌ５＝３５mmである。図示例の電池の全体形状は角型であるが、円盤型あるいは丸型であってもよい。
【００２２】
電池缶２すなわち缶本体３および金属蓋４には、例えば、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を用いることができる。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）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板を使用するのがよい。さらに、金属蓋４については、缶本体３との接合面側に缶本体３と同じ材質のものを使用し、反対側の面には、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。
【００２３】
缶本体３および金属蓋４の板厚は、いずれも0.２mm以下とすることができ、0.１５mm程度とするのがより好ましい。図示例のものでは0.１５mmである。本発明の電池１では、浅絞り加工により缶本体３を形成するので、先に述べたような高強度で硬い材料を使用することができ、その結果、板厚を上記のように薄くしても電池膨れに十分に耐えることができる。
【００２４】
次に、上記のような電池１をパック化するに当たり、パックケース側において採用する固定手段について説明する。図７は、パックケース（図示せず）の電池装着面５０に電池１を固定した状態を示す正面図である。この図に示したように、パックケースの電池装着面５０には少なくとも一対または複数対の弾性片５１が立設されている。これらの弾性片５１は、前記フランジ部３２を含めた電池缶２の全幅（図２に示したＬ５）とほぼ等しい間隔をあけて対向するように配置されている。各弾性片５１の先端部には係止爪５２がそれぞれ設けられている。図示例の場合、各係止爪５２の上端面には、内側（互いに対向する側）に行くにしたがって電池装着面５０に近くなるように図示状態で下向きに傾斜した傾斜面５２ａが形成されている。対となった弾性片５１において、両係止爪５２における傾斜面５２ａの下端間の間隔は、先に述べた電池缶の全幅Ｌ５よりも狭く、係止爪５２よりも下方に位置する基端部間の間隔は、電池間の全幅Ｌ５と同じか僅かに大きめに設定されている。そして、図７および図８に示すように、電池装着面５０の上方から電池１のフランジ部３２の下面側を係止爪５２の傾斜面５２ａに当ててわずかに下方側に押圧したときに、各弾性片５１が外方に弾性変形して、電池１の周囲に設けられているフランジ部３２の左右両端側が係止爪５２を通過し、通過と同時に弾性片５１が当初の位置に弾性復帰することにより、図７に示したように電池１のフランジ部３２の左右両端側が係止爪５２によって係止され、これによりパックケースの電池装着面５０に電池１が固定されるようになっている。
【００２５】
このような構成によれば、パックケースの電池装着面５０に設けられた係止爪５１に、電池の周囲に形成されているフランジ部３２を係止させるだけで、電池装着面５０に電池１を容易に固定することができる。また、その状態から電池装着面５０における弾性片５１を外側に弾性変形させれば、係止爪５２よるフランジ部３２に対する係止状態が解除されるので、電池装着面５０から電池１を容易に取り外すことができる。こうして、パックケースへの取り付け性に優れ、しかも使用後の廃棄時にバックケースからの分離が容易なパック構造が実現できる。
【００２６】
次に、パック構造の参考例について説明する。図９は、フレーム６０に対して電池１を固定する場合を例示したものである。図９において、電池１の構成は先に説明したとおりであるが、以下で述べるように、この電池１の固定手段として、平面視でコ状のフレーム６０を用いる点や、このフレーム６０の開口側を閉鎖して電池１のフレーム６０からの抜けを防止する手段として、モジュール化された保護回路すなわち保護回路モジュール７０を用いる点などが先の例と大きく異なっている。
【００２７】
図９に示したフレーム６０には、これの両側部内面に、電池１におけるフランジ部３２の左右両側部分をスライド可能に案内する内部ガイド溝６１が形成されている。またフレーム６０の開口側の両側部外面には、保護回路モジュール７０の両側部に設けられた一対の弾性片７１をスライド可能に案内する外部ガイド溝６２がそれぞれ形成されている。ここで、各外部ガイド溝６２の奥側には所定の凸部６２ａがそれぞれ形成されているとともに、各弾性片７１の先端には、前記凸部６２ａに係合する凹部７１ａがそれぞれ形成されている。そして、両内部ガイド溝６１に電池１におけるフランジ部３２の左右両側を挿入してフレーム６０内の奥までスライドさせた後、フレーム６０の各外部ガイド溝６２に保護回路モジュール７０における各弾性片７１を嵌合させて奥までスライドさせたときに、外部ガイド溝６２における凸部６２ａと弾性片７１における凹部７１ａとが係合することにより、フレーム６０に対して保護回路モジュール７０が固定され、その状態でフレーム６０の開口側が閉じられて、電池１がフレーム６０から抜け出ないようになっている。また、このとき保護回路モジュール７０に設けられた保護回路Ｑが電池１の第１フランジ部分３２ａの所定位置に接触することにより、電池１における負極端子７および正極端子８あるいは電池缶２に保護回路Ｑが電気的に接続されるように構成されている。
【００２８】
さらに、このようにしてフレーム６０に電池１および保護回路モジュール７０が組み付けられたのち、これらは、保護回路モジュール７０の外部接続用端子７２・７３が設けられている面側を除いて熱収縮フィルム（図示せず）で被覆されることによって、チューブ状に仕上げられている。
【００２９】
このような構成によれば、電池１の周囲に設けられているフランジ部３２の左右両側部をフレーム６０の内部ガイド溝６１に挿入して所定位置まで差し込むだけで、フレーム６０に電池を容易に装着することができる。また、この状態で、フレーム６０の開口側に保護回路モジュール７０を取り付けて当該開口側を閉じることにより、フレーム６０から電池１および保護回路モジュール７０が外れないように、これらを一体化することができる。さらに、保護回路モジュール７０の外部接続用端子７２・７３が設けられている面側を除いて全体が熱収縮フィルムによって被覆されてチューブ状に仕上げられることにより、電池缶２が外部に露出しなくなるから、電池缶２が外部の導電体に不用意に接触することによる容量低下や、電池缶２の表面における傷つきを防止することができる。一方、不要になった電池１のみを分離する必要が生じた場合には、フィルムを破ってフレーム６０から電池１を引き出すだけでよいから、電池１の分離を容易に行えることとなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、パックケースやフレームに対して薄型電池を容易に着脱することができるパック構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いうる電池の一例を示す外観斜視図である。
【図２】電池の平面図である。
【図３】図２のIII −III 線で切断した断面図である。
【図４】図２のIV−IV線で切断した断面図およびその一部拡大図である。
【図５】電池のフランジ部に保護回路を設けた状態の一例を示すフランジ部周辺の斜視図である。
【図６】図５のVI−VI線で切断した拡大断面図である。
【図７】本発明に係るパック構造の一例を示す正面図である。
【図８】図７における電池装着面に電池を装着する前の状態を示す斜視図である。
【図９】パック構造の参考例を示すもので、フレームに電池および保護回路モジュールを取り付ける前の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１電池
２電池缶
５電極体
３２フランジ部
５０電池装着面
５１弾性片
５２係止爪
６０フレーム
６１内部ガイド溝（ガイド溝）

Claims

平面視で４角形の電池缶の内部に電極体および電解液を収容して密封した薄型電池のパック構造において、電池缶には厚み方向の周面を取り囲むようにフランジ部を設ける一方、薄型電池が収納されるパックケースの電池装着面には、前記フランジ部を含めた電池缶の幅とほぼ等しい間隔をあけて対向するように少なくとも一対の弾性片を立設し、これらの弾性片の先端部にフランジ部係止用の係止爪を設けたことを特徴とする薄型電池のパック構造。