JP5345995B2 - 保護素子組立体及びこれを備えた二次電池 - Google Patents

Description

本発明は保護素子及びこれを含む二次電池に関し、更に詳しくは、保護回路モジュールと二次保護素子の金属タブ相互間の結合力を向上させると共に、これらの金属タブ間の溶接又は半田付け不良を防止する二次電池に関する。

一般に、二次電池は化学エネルギーと電気エネルギー間の相互変換が可逆的であるので、充電と放電を繰り返しできる電池であって、モバイル及び携帯用ＩＴ機器の軽量化及び高機能化に伴い、これらの機器に対する駆動電源に関心が多く寄せられている。

このような二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などが挙げられるが、これらのうち、リチウム二次電池は再充電が可能であり、小型化及び大容量化が可能であるだけでなく、作動電圧が高く、単位重量当りのエネルギー密度が高いという長所から先端電子機器分野において広く用いられており、その種類としては、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などが挙げられる。

このような従来技術に係る二次電池は、温度上昇や過充電と過放電などを防止するために、ＰＣＭ（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ）及び二次保護素子のような安全装置が設けられる。そして、このようなＰＣＭと二次保護素子は共に備えられることができる。この場合、ＰＣＭの一端には二次保護素子が連結され、他端にはセルを連結し、また、二次保護素子の場合、セルとＰＣＭとの間に取り付けられ、同様に過電流とセルの発熱からセルを保護する。そして、このような二次保護素子をＰＣＭに連結時にＰＣＭに安着している金属タブと溶接を通じて連結するようになるが、この過程でしばしば問題が発生する。これは、ＰＣＭ外郭の金属タブと二次保護素子の金属タブが安着する位置まではある程度の離間が発生せざるを得ないところ、このような離間により金属タブの相互溶接連結時に溶接不良が発生したり、一方の金属タブが離脱する現象などの問題が発生する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＰＣＭの金属タブと二次保護素子の金属タブ相互間の結合力を向上させると共に、これらの金属タブ間の溶接又は半田付け不良を防止し、ＰＣＭに取り付けられる金属タブの脱落を防止することによって、品質の信頼性を向上させることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、保護回路モジュールであるＰＣＭと二次保護素子を有する二次電池において、ＰＣＭの金属タブと二次保護素子の金属タブがＰＣＭの上部で連結され、このとき、ＰＣＭと二次保護素子はそれぞれの金属タブのうちいずれかが他の１つに密着するように折り曲げられる。

本発明によれば、ＰＣＭは二次保護素子の金属タブが通過するための通過部が形成される。

本発明によれば、通過部は溝又はホール状からなる。

本発明によれば、ＰＣＭと二次保護素子は、それぞれの金属タブが溶接や半田付けにより互いに連結される。ここで、溶接は抵抗溶接が使用され得る。

本発明によれば、二次保護素子と金属タブの相互溶接のために、上部ケースに溶接用ホールが両側の長側断面上に形成される。そして、前記金属タブ相互間の溶接時に発生するスパークからＰＣＭを保護するために、上部ケースの内側には別途の隔離膜が備えられることができる。

本発明に係る二次電池によれば、ＰＣＭの金属タブと二次保護素子の金属タブ相互間の結合力を向上させると共に、これらの金属タブ間の溶接又は半田付け不良を防止し、ＰＣＭに取り付けられる金属タブの脱落を防止し、製造工程の安定化と動作及び品質の信頼性を向上させるという効果を奏する。

二次電池においてＰＣＭの金属タブと二次保護素子の金属タブ相互間の離隔空間が発生した状態を示す要部断面図である。 前記図１Ａに示す離隔空間によって溶接時にＰＣＭの金属タブが一部脱落する状態を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態に係るＰＣＭと二次保護素子を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係るＰＣＭと二次保護素子を示す要部断面図である。 二次保護素子の金属タブが通過するホールを備えたＰＣＭの要部斜視図である。 二次保護素子の金属タブが通過するホームを備えたＰＣＭの要部斜視図である。 本発明のＰＣＭと二次保護素子が上部ケースに結合される状態を示す概略図である。 本発明に係る上部ケースの概略斜視図である。 本発明に係る上部ケースの底面斜視図である。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態及びその他に当業者が本発明の内容を容易に理解するために必要な事項について詳細に記載する。ただし、本発明は請求の範囲に記載された範囲内で多様な形態で実現されることができるので、後述する実施形態は表現如何にかかわらず、例示的なものに過ぎない。

本実施形態を説明するにおいて、関連する公知となった機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。そして、図面において同じ構成要素について、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同じ参照番号及び符号で示していることに留意しなければならない。なお、図面において各層の厚さや大きさは説明の便宜性及び明確性のために誇張されることができ、実際の層厚や大きさとは異なり得る。

図１Ａは、本発明が適用される以前に保護回路モジュールであるＰＣＭの金属タブと二次保護素子の金属タブが相互離間した状態で配置された状態を示す図であり、図１Ｂは、金属タブが相互離間した状態で溶接時に一側の金属タブの一部が脱落する状態を示す図である。ここで、二次保護素子１２は、セル（図示せず）とＰＣＭ１１との間に取り付けられて過電流とセルの発熱からセルを保護し、ＰＣＭ１１は一端に二次保護素子１２が連結されると共に、他端にセルが連結されて外部から供給される電力に過充電及び過放電を制御させることで、セルを安全に保護して長時間使用できるようにするものである。以下で前記保護回路モジュールはＰＣＭ１１と称して使う。

しかしながら、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、二次電池１０はＰＣＭ１１の金属タブ１１ａと二次保護素子１２の金属タブ１２ａが互いに離間した状態で互いに溶接される。これは、ＰＣＭ１１の製造工程上、発生せざるを得ないＰＣＭ１１外郭と金属タブ１１ａが安着した位置までの距離によってＰＣＭ１１と二次保護素子１２のそれぞれの金属タブ１１ａ、１２ａ間の隔離距離ｄが発生するようになる。通常、このような隔離距離が０.２ｍｍ以上になる場合、図１Ａに示すように、金属タブ１１ａ、１２ａの間で溶接時に溶接不良を引き起こすだけでなく、ＰＣＭ側の金属タブ１１ａが離脱する現象を誘発させて製品の動作及び品質の信頼性を低下させた。

図２は、前記のような問題を解決するために、二次保護素子の金属タブ１２１を折り曲げてＰＣＭ１１０に密着させた状態を示す図である。図示のように、本発明に係る二次電池１００は、ＰＣＭ１１０の金属タブ１１１と二次保護素子１２０の金属タブ１２１がＰＣＭ１１０上部で連結されるようにするものの、図２では二次保護素子１２０の金属タブ１２１をＰＣＭの上部で折り曲げた折曲部１２２を形成してＰＣＭの金属タブ１１１と密着させるようにする。

図３は、逆に、二次保護素子の金属タブ１２１を折り曲げず、ＰＣＭ１１０上部でＰＣＭの金属タブ１１１を折り曲げて二次保護素子の金属タブ１２１に密着させるようにしたことを示す図である。図２及び図３から分かるように、ＰＣＭ１１０と二次保護素子１２０はそれぞれの金属タブ１１１、１２１のうちいずれかが他の１つに密着するように折り曲げられる。図２に示すような実施形態は二次保護素子１２０の金属タブ１２１が折り曲げられることで、ＰＣＭ１１０の金属タブ１１１に密着し得るようにし、そのために、二次保護素子１２０の金属タブ１２１はＰＣＭ１１０上部に位置する折曲部１２２を有することができる。同様に、図３ではＰＣＭ１１０の金属タブ１１１をＰＣＭ１１０の上部で折り曲げて二次保護素子１２０の金属タブ１２１に密着させるようにする。

金属タブ１２１は、通電のための多様な材質のタブが使用されることができ、本実施形態のように、ニッケルタブ（Ｎｉ−ｔａｂ）が使用され得る。

折曲部は本実施形態で１回の折り曲げにより形成されることができ、これに限定されず、ＰＣＭ１１０の金属タブと二次保護素子１２０の金属タブ１２１が互いに密着可能なようにするための多様な形態の折り曲げ構造を有することができる。

これを更に詳細に説明すれば、本発明においてＰＣＭは第１面と第２面を有し得る。そして、前記ＰＣＭの第１面には二次保護素子が隣接するように配置されることができる。そして、前記ＰＣＭにはＰＣＭタブが第２面から外側に延びる領域を有することができる。そして、前記二次保護素子から前記ＰＣＭに向かって外側に延びる領域を有する二次保護素子タブが備えられることができる。前記二次保護素子タブは前記ＰＣＭの第２面から延びる領域を含んで前記ＰＣＭタブの一端と前記二次保護素子の一端が互いに密着して配置されて相互連結され、前記ＰＣＭタブと二次保護素子タブのうち少なくともいずれかは前記ＰＣＭタブと前記二次保護素子タブとの間の間隔を減少させて相互連結を容易にするための側面形状を含むことができる。

そして、前記保護回路モジュールは通過部を備えて前記二次保護素子タブが前記通過部を介して前記保護回路モジュールの第２面から外側に延びることができ、前記通過部は前記保護回路モジュールの側面部に隣接して形成されるか、又は前記側面部から一定距離離間して溝又はホールを形成できる。

前記保護回路モジュールタブは前記二次保護素子タブに向かって延びる側面形状を含み、前記側面形状は前記保護回路モジュールの第２面から外側に延びる保護回路モジュールタブの一領域上に形成された折曲部を含むことができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、ＰＣＭに二次保護素子の金属タブが通過する状態を示す図である。図面から分かるように、ＰＣＭ１１０は下部に二次保護素子１２０が位置し、自身の金属タブ１１１と二次保護素子１２０の金属タブ１２１が上部、例えば、二次保護素子１２０の反対側又は外部端子の形成方向に連結されるために、二次保護素子１２０の金属タブ１２１が通過するための通過部が形成されることができる。通過部は、ＰＣＭ１１０で一側が開放される溝１１２状からなってもよく、これとは異なり、溝１１２’状からなってもよく、通過させようとする二次保護素子１２０の金属タブ１２１の形状と相応する形状を有するように形成されてもよい。

そして、前記保護回路モジュールタブは、前記保護回路モジュール上に装着されている第１領域と前記保護回路モジュールから外側に延びる第２領域を含み、前記折曲部は、前記第１領域と第２領域との間に位置するものと見られる。前記折曲部は、前記第１領域と第２領域との間に垂直に位置する第３領域を含み、前記第３領域は前記第２領域に対して垂直に延びた形態である。

図５は、本発明のＰＣＭと二次保護素子が上部ケースに結合される状態を示す概略図であり、図６Ａは、本発明に係る上部ケースの概略斜視図であり、図６Ｂは、本発明に係る上部ケースの底面斜視図である。

図面から分かるように、本発明のＰＣＭ金属タブ１１１と二次保護素子の金属タブ１１２を相互溶接して連結するためにＰＣＭが安着する上部ケース２００に別途の空間部２１０が形成されなければならない。この空間部は、ＰＣＭ１１０上部で金属タブ１１１、１１２を相互溶接するための溶接棒が位置するための空間である。この空間部２１０は、上部ケース２００の両側の長側断面に形成されることができる。本発明において、ＰＣＭ１１０と二次保護素子１２０はそれぞれの金属タブ１１１、１２１がより安定的、かつ、正確に接続されるように溶接や半田付けにより互いに連結され得るところ、好ましくは、溶接方法を利用する。または、このような熱による接続だけでなく、導電性材質の媒介部材を用いて互いに連結されることもできる。一方、ここで、溶接は母材に大電流を流して抵抗熱で接合する抵抗溶接が使用され得る。

図６Ａ及び図6Ｂは、本発明に係る上部ケースを更に詳細に示す図である。本発明では上部ケース２００に抵抗溶接のための別途の空間部２１０を形成するだけでなく、このような抵抗溶接時に発生するスパークなどからＰＣＭ１１０を保護するために、上部ケース２００上端面の内側に別途の隔離膜２２０を形成できる。このような隔離膜２２０を溶接棒が位置して金属タブ１１１、１２１を互いに溶接しても、ＰＣＭの他の部分に損傷が発生しないようにする保護壁としての役割を果たすことができる。図６において参照番号２３０は端子ホールを示す。

前記上部ケースの空間部２１０は、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）を区画する側壁の形態であって、前記保護回路モジュールと二次保護素子を収容することができる。そして、前記保護回路モジュールタブと二次保護素子タブとの間の空間に隣接するように位置する前記上部ケースの側壁上には少なくとも１つの開口部を備えて前記タブの連結中に前記空間への接近が容易なようにすることができる。

また、本発明に係る二次電池１００は電極組立体を収容するケースが円筒形からなる電池であってもよく、角形からなる電池であってもよく、その他にもポリマー形状からなってもよい。

このような構成を有する本発明に係る二次電池１００の作用を説明すれば、以下の通りである。

ＰＣＭ１１０の金属タブ１１１と二次保護素子１２０の金属タブ１２１が外部端子の形成方向でもあるＰＣＭ１１０上部で連結され得るようにすることで、金属タブ１１１、１２１間の隔離距離を最小化乃至除去することで、ＰＣＭ１１０及び二次保護素子１２０のそれぞれの金属タブ１１１、１２１相互間の結合力を向上させると共に、これらを溶接又は半田付けする際の接続不良を防止する。

また、ＰＣＭ１１０と二次保護素子１２０それぞれの金属タブ１１１、１２１のうちいずれかが他の１つに密着するように折り曲げられ、そのために、一例として二次保護素子１２０の金属タブ１２１が折り曲げられて折曲部が形成されることで、二次保護素子１２０の金属タブ１２１の形状がＰＣＭ１１０の形状に合うようにしてＰＣＭ１１０に取り付けられる金属タブ１２１の脱落を防止したり、又はＰＣＭ１１０上部の金属タブ１１１が折り曲げられて二次保護素子１２０の金属タブ１２１により一層密着して溶接性が顕著に改善される。また、このような溶接時に上部ケース２００に別途の溶接用空間部２１０を形成して溶接を容易に行うことができ、また、溶接時に発生するスパークからＰＣＭ１１０などの素子を保護するための別途の隔離膜２３０を追加で上部ケース２００に形成できる。

このような本発明に係る二次電池１００によれば、ＰＣＭ１１０と二次保護素子１２０の接続に対する信頼性及びこのような組立作業性の向上を図って製造工程の安定化をもたらし、ひいては、二次電池の動作の信頼性及び品質の向上を図るようにする。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

Claims (16)

1. 二次電池に用いられる二次電池用保護素子組立体であって、
   互いに対向する第１面と第２面を有し、第１面が二次電池に相対する保護回路モジュール（ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｕｌｅ）と、
   前記保護回路モジュールの第１面に隣接するように配置された二次保護素子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）と、
   前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる領域を有する保護回路モジュールタブと、
   前記二次保護素子から二次電池から離れる方向に前記保護回路モジュールに向かって外側に延びる領域を有する二次保護素子タブと
   を含み、
   前記二次保護素子タブは前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる領域を含んで前記保護回路モジュールの一端と前記二次保護素子タブとが互いに密着して配置されて相互連結され、
   前記保護回路モジュールタブは前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる側面形状を含み、前記二次保護素子タブは前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる側面形状を含み、
   前記二次保護素子タブの側面形状の前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる前記二次保護素子タブの一領域上、又は前記保護回路モジュールタブの側面形状の前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる前記保護回路モジュールタブの一領域上には折曲部が形成され、
   前記折曲部は前記保護回路モジュールタブと前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びる二次保護素子タブとの間の間隔を前記保護回路モジュールの一端における間隔より減少させて相互連結を可能にすることを特徴とする二次電池用保護素子組立体。
2. 前記保護回路モジュールは、通過部を備えて前記二次保護素子タブが前記通過部を介して前記保護回路モジュールの第２面から二次電池から離れる方向に外側に延びることができるようにすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用保護素子組立体。
3. 前記通過部は、前記保護回路モジュールの側面部に隣接して形成された溝を含むことを特徴とする請求項２に記載の二次電池用保護素子組立体。
4. 前記通過部は、前記保護回路モジュールの側面部から離間して形成されたことを特徴とする請求項２に記載の二次電池用保護素子組立体。
5. 前記二次保護素子タブは、前記保護回路モジュールタブに向かって延びる側面形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用保護素子組立体。
6. 前記保護回路モジュールタブは、前記二次保護素子タブに向かって延びる側面形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用保護素子組立体。
7. 前記保護回路モジュールタブは、前記保護回路モジュール上に装着されている第１領域と前記保護回路モジュールから二次電池から離れる方向に外側に延びる第２領域とを含み、前記折曲部は前記第１領域と第２領域との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の二次電池用保護素子組立体。
8. 前記折曲部は、前記第１領域と第２領域との間に垂直に位置する第３領域を含み、前記第３領域は、前記第２領域に対して垂直に延びることを特徴とする請求項７に記載の二次電池用保護素子組立体。
9. 前記保護回路モジュールと二次保護素子を覆う上部ケースを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用保護素子組立体。
10. 前記上部ケースは、前記保護回路モジュールと二次保護素子を収容するリセスを区画する側壁を含むことを特徴とする請求項９に記載の二次電池用保護素子組立体。
11. 前記保護回路モジュールタブと二次保護素子タブとの間の空間に隣接するように位置する前記上部ケースの側壁上には少なくとも１つの開口部を備えて前記タブの連結中に前記空間への接近が容易であることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池用保護素子組立体。
12. 前記タブの連結中に前記保護回路モジュールを保護するために、前記保護回路モジュールからタブを分離させるように前記リセス内に形成された少なくとも１つの隔離膜を含むことを特徴とする請求項１１に記載の二次電池用保護素子組立体。
13. ベアセルと、前記ベアセルに電気的に連結され、互いに対向する第１面と第２面を有し、第１面が前記ベアセルと相対する保護回路モジュールと、
    前記保護回路モジュールの第１面に隣接するように配置された二次保護素子と、
    前記保護回路モジュールの第２面から前記ベアセルから離れる方向に外側に延びる領域を有する保護回路モジュールタブと、
    前記二次保護素子から前記ベアセルから離れる方向に前記保護回路モジュールに向かって外側に延びる領域を有する二次保護素子タブと
    を含み、
    前記二次保護素子タブは前記保護回路モジュールの第２面から前記ベアセルから離れる方向に外側に延びる領域を含んで前記保護回路モジュールの一端と前記二次保護素子タブとが互いに密着して配置されて相互連結され、
    前記保護回路モジュールタブは前記保護回路モジュールの第２面からベアセルから離れる方向に外側に延びる側面形状を含み、前記二次保護素子タブは前記保護回路モジュールの第２面からベアセルから離れる方向に外側に延びる側面形状を含み、
    前記二次保護素子タブの側面形状の前記保護回路モジュールの第２面から前記ベアセルから離れる方向に外側に延びる前記二次保護素子タブの一領域上に、又は前記保護回路モジュールタブの側面形状の前記保護回路モジュールの第２面から前記ベアセルから離れる方向に外側に延びる前記保護回路モジュールタブの一領域上には折曲部が形成され、
    折曲部は前記保護回路モジュールタブと前記保護回路モジュールの第２面から前記ベアセルから離れる方向に外側に延びる二次保護素子タブとの間の間隔を前記保護回路モジュールの一端における間隔より減少させて相互連結を可能にすることを特徴とする二次電池。
14. 前記保護回路モジュールは、通過部を備えて前記二次保護素子タブが前記通過部を介して前記保護回路モジュールの第２面から前記ベアセルから離れる方向に外側に延び、前記通過部は、前記保護回路モジュールの側面部に隣接して又は前記側面部から離間して形成された溝を含むことを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
15. 前記保護回路モジュールと二次保護素子を覆う上部ケースを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
16. 前記上部ケースは前記保護回路モジュールと二次保護素子を収容するリセスを区画する側壁を含み、前記保護回路モジュールタブと二次保護素子タブとの間の空間に隣接するように位置する前記側壁上には少なくとも１つの開口部を備えて前記タブの連結中に前記空間への接近が可能なようにし、前記タブの連結中に前記保護回路モジュールを保護するために前記保護回路モジュールから前記タブを分離させるように前記リセス内に形成された少なくとも１つの隔離膜を含むことを特徴とする請求項１５に記載の二次電池。

Images