JP7407050B2 - 端子付き電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、端子付き電池及びその製造方法に関する。

一般的に、ボタン形電池などの扁平形電池は、平面部及び周壁部を有する外装缶と、平面部及び周壁部を有し、外装缶の開口を覆う封口缶とを備え、外装缶と封口缶との間に形成された内部空間に発電要素を収容した構成となっている。扁平形電池は、外装缶と封口缶との各々に外部端子を接続することにより、電子機器及び回路基板等との導電接続がなされる。このような端子付きの電池として、以下のものが開示されている。

特開２００６－１７９８４０号公報は、コイン型電池の下蓋及び上蓋の外表面の各々に略三角形状を有した外部リード端子部を溶接したコイン型電気化学素子を開示している。コイン型電気化学素子は、略三角形状の外部リード部によって上蓋及び下蓋への溶接面積が広くなるため、外部リード端子の取付けを精度良く確実に行える。

特開２００６－１７９８４０号公報

しかしながら、コイン型電気化学素子は、一方の外部リード端子部にコイン型電池の下蓋を溶接する際、外部リード端子部の上面にコイン型電池を単に配置しているため、コイン型電池の位置決めが容易ではなく、位置ズレが生じ得る。また、他方の外部リード端子部にコイン型電池の上蓋を溶接する際、一方の外部リード端子部と他方の外部リード端子部との各々に形成されたパイロットピン穴を整合させるように外部リード端子部を配置する必要があり、手間がかかる。

そこで、本開示は、扁平形電池に取付ける外部端子の位置決めが容易であり、外部端子の位置精度を向上することができる端子付き電池及びその製造方法を提供することを課題とした。

上記課題を解決するために、本開示は次のように構成した。すなわち、本開示に係る端子付き電池は、外装缶、封口缶及び電極体を有する扁平形電池と、扁平形電池を収容する絶縁ケースと、扁平形電池に接続される第１外部端子とを備えてよい。絶縁ケースは、外装缶及び封口缶のいずれか一方の第１電池缶の一部を露出させる第１開口部を有してよい。第１外部端子は、平坦部と、平坦部から延びる先端部とを有してよい。第１外部端子の平坦部は、前後左右方向への移動が規制されるように第１開口部に嵌合されて第１外部端子の先端部の位置決めをし、第１開口部を介して第１電池缶に固定されてよい。

好ましくは、第１外部端子の平坦部の外周端と第１開口部の内周端とが接する境界線は、平面視で直線を有してよい。

好ましくは、第１外部端子の平坦部を第１開口部に嵌合した際、第１開口部内に遊びを有してよい。

好ましくは、さらに、扁平形電池の他方の電極に接続される第２外部端子を備えてよい。絶縁ケースは、外装缶及び封口缶のいずれか他方の第２電池缶の一部を露出させる第２開口部を有してよい。第２外部端子は、平坦部と、平坦部から延びる先端部とを有してよい。第２外部端子の平坦部は、前後左右方向への移動が規制されるように第２開口部に嵌合されて第２外部端子の先端部の位置決めをし、第２開口部を介して第２電池缶に固定されてよい。第１外部端子の先端部と第２外部端子の先端部とは、位置決めによって所定の距離間隔で配置されてよい。

好ましくは、第２外部端子の先端部は、第１電池缶側に曲げられてよい。

本開示に係る端子付き電池の製造方法は、絶縁ケース、扁平形電池及び第１外部端子を準備する工程を含んでよい。絶縁ケースに扁平形電池を収容する工程を含んでよい。絶縁ケースの第１開口部に第１外部端子の平坦部を嵌合し、第１外部端子の先端部の位置決めをする工程を含んでよい。第１外部端子の平坦部を第１開口部を介して扁平形電池の第１電池缶に固定する工程とを含んでよい。

好ましくは、絶縁ケースの第２開口部に第２外部端子の平坦部を嵌合し、第２外部端子の先端部の位置決めをする工程を含んでよい。第２外部端子の平坦部を第２開口部を介して扁平形電池の第２電池缶に固定する工程を含んでよい。

本開示によれば、扁平形電池に取付ける外部端子の位置決めが容易であり、外部端子の位置精度を向上することができる端子付き電池を得ることができる。

図１は、本実施形態に係る端子付き電池の構造を示す外観斜視図である。 図２は、図１に示す端子付き電池の底面図である。 図３は、図１に示す端子付き電池の分解斜視図である。 図４は、図１に示す端子付き電池のＡ－Ａ’断面図である。 図５は、変形例の端子付き電池を示す分解斜視図である。

以下、本開示の実施形態に係る端子付き電池１を図１～４を用いて具体的に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

図１～３に示すように、端子付き電池１は、扁平形電池２、扁平形電池２を収容する絶縁ケース３、扁平形電池２の外装缶（電池缶）２１に接続される外部端子４及び扁平形電池２の封口缶（電池缶）２２に接続される外部端子５を備えている。

扁平形電池２は、図３及び４に示すように、外装缶２１と、外装缶２１の開口を覆う封口缶２２と、外装缶２１と封口缶２２との間に配置された電極体２３と、外装缶２１と封口缶２２との間を封止するガスケット２４とを備えている。

外装缶２１は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底筒状に形成されている。外装缶２１は、円形状の平面部２１１と、平面部２１１の外周から連続して形成される円筒状の周壁部２１２とを備えている。周壁部２１２は、縦断面視で、平面部２１１に対して略垂直に延びるように設けられている。

封口缶２２は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。封口缶２２は、円形状の平面部２２１と、平面部２２１の外周から連続して形成される円筒状の周壁部２２２とを備える。周壁部２２２は、縦断面視で、平面部２２１に対して略垂直に延びるように設けられている。

電極体２３は、発電要素として、正極材２３１と、負極材２３２と、正極材２３１及び負極材２３２の間に配置された電解質２３３とを備えている。正極材２３１は、正極活物質等を円柱状に成形した正極ペレットである。正極材２３１は、外装缶２１の平面部２１１の内面に隣接して配置されている。よって、外装缶２１は、正極缶として機能する。負極材２３２は、負極活物質を円柱状に成形した負極ペレットである。負極材２３２は、封口缶２２の平面部２２１の内面に隣接して配置されている。よって、封口缶２２は、負極缶として機能する。電解質２３３は、セパレータ（図示せず）の空孔内に保持された電解液であってもよく、固体電解質やポリマー電解質であってもよい。電解質２３３は、セパレータに保持された状態で、或いは、それ単独で正極材２３１と負極材２３２との間に配置されている。すなわち、扁平形電池２は、非水電解質電池又は全固体電池等であってもよく、また、一次電池又は二次電池であってもよく、その構成は限定されない。

外装缶２１と封口缶２２とは、電極体２３を内部空間に収容したのち、外装缶２１の周壁部２１２と封口缶２２の周壁部２２２との間にガスケット２４を介してカシメられる。具体的には、外装缶２１と封口缶２２とは、外装缶２１と封口缶２２の互いの開口を対向させ、外装缶２１の周壁部２１２の内側に封口缶２２の周壁部２２２を挿入したのち、周壁部２１２と周壁部２２２との間にガスケット２４を介してカシメられる。これにより、外装缶２１と封口缶２２とによって形成された内部空間は、密閉状態となる。

なお、扁平形電池２の形状は、略円柱形状に限定されるものではなく、略多角柱形状や略楕円柱形状等であってもよい。

絶縁ケース３は、図１～３に示すように、略円筒形状に形成されており、その内部に扁平形電池２を収容している。絶縁ケース３の内部空間の形状は、扁平形電池２の外形状と略同じか僅かに大きい。絶縁ケース３は、例えば、樹脂製である。絶縁ケース３は、図３に示すように、扁平形電池２を収容するための開口部３１を有している。絶縁ケース３は、扁平形電池２を収容した状態で、外装缶２１の少なくとも一部を露出させる開口部３２と、封口缶２２の少なくとも一部を露出させる開口部３３とを有している。なお、絶縁ケース３の内部空間の形状は、扁平形電池２の種々の形状に応じて扁平形電池２を収容できれば、これに限定されるものではない。

開口部３１は、絶縁ケース３の周側面に開口形成されている。開口部３１は、周方向の開口両端の距離幅を有する。この距離幅は、扁平形電池２の直径と略同じであるか、或いは、開口部３１の開口両端の弾性変形によって収容された扁平形電池２を保持できるように扁平形電池２の直径より僅かに小さくすることもできる。また、開口部３１は、上述の距離幅に直交する高さを有する。開口部３１の高さは、扁平形電池２の高さと略同じか僅かに大きい。扁平形電池２は、開口部３１を通じて絶縁ケース３の内部空間に収容される。なお、開口部３１は、絶縁ケース３の内部に扁平形電池２を収容できればよく、開口部３１の開口位置及び開口形状等は、これに限定されるものではない。

開口部３２は、絶縁ケース３の上面に開口形成されている。平面視で開口部３２の面積は、外装缶２１の平面部２１１の面積よりも小さい。すなわち、開口部３２は、外装缶２１の平面部２１１の一部を露出させている。開口部３２は、後述する外部端子４の平坦部４１を嵌合させる。開口部３２は、図３に示すように、平面視で略四角形状の大開口部３２１と、大開口部３２１の一辺（後述する前方向（Ｆ）の一辺）から樹脂ケース３上面の周端まで延びる小開口部３２２と、小開口部３２２に対向する一辺（後述する後方向（Ｂ）の一辺）の両端に形成された切欠き部３２３とを有している。切欠き部３２３の外側端部は、大開口部３２１の一辺と連続するように形成されている。

開口部３３は、絶縁ケース３の下面に開口形成されている。開口部３３は、封口缶２２の平面部２２１の一部を露出させる。開口部３３の形状等は、基本的には開口部３２と同じである。そのため、開口部３３の詳細な説明は、省略する。ただし、図３に示すように、開口部３３の小開口部は、開口部３２の小開口部３２２に対して周方向に位置ズレしている。

外部端子４は、平坦部４１及び先端部４２を有する。図１に示すように、外部端子４の前後左右方向において、前方向とは、先端部４２が位置決めされた方向Ｆであり、その反対側が後方向（Ｂ）であり、図示の左側が右方向Ｒであり、図示の右側が左方向Ｌである。平坦部４１は、前後左右方向への移動が規制されるように絶縁ケース３の開口部３２に嵌合されている。すなわち、平坦部４１は、外装缶２１の平面部２１１の面積よりも小さく、平面視で開口部３２に嵌合可能な形状で形成されている。具体的に、平坦部４１は、平面視において、大開口部３２１のうち後方向（Ｂ）側に沿う略四角形状を有し、先端部４２側に向かって徐々に左右方向の幅が狭くなるとともに、開口部３２の小開口部３２２に沿って前方向（Ｆ）に向かって突出するように形成されている。なお、平坦部４１の前後左右方向への移動のうち、左右方向への移動は、平坦部４１の主面に直交する線を軸として左右方向へ水平に回転する移動を含む。

平坦部４１は、大開口部３２１の後方向（Ｂ）の辺と、大開口部３２１及び小開口部３２２の境界によって形成された絶縁ケース３上面の角部とに当接することによって前後方向の位置決めがされる。また、平坦部４１は、大開口部３２１の左方向（Ｌ）の辺及び右方向（Ｒ）の辺に当接することによって左右方向の位置決めがされる。これにより、外部端子４の先端部４２が位置決めされる。先端部４２は、図示しない電子機器及び回路基板等に接続される。図１に示すように、先端部４２は、絶縁ケース３の上面に対向して配置される電子機器及び回路基板等に端子付き電池１を取付けるために、平坦部４１から絶縁ケース３の外方に向かって延びている。すなわち、先端部４２は、平坦部４１から図示上方に向かって曲げられている。

平坦部４１は、開口部３２を介して露出した外装缶２１の平面部２１１に溶接されている。これにより、先端部４２が位置決めされた状態で、外部端子４が扁平形電池２に固定される。このように、外部端子４の平坦部４１を開口部３２に嵌合させることにより、外部端子４を容易に位置決めして外装缶２１に固定させることができ、外部端子４の先端部４１の位置精度を向上させることができる。なお、平坦部４１を平面部２１１に固定し、外装缶２１から外部端子４へと導電できれば、その固定方法は、溶接に限られるものではない。

また、図１に示すように、外部端子４の平坦部４１の外周端と開口部３２の内周端とが接する境界線は、少なくともその境界線の一部において平面視で直線を有している。これにより、例えば、大開口部３２１の左方向（Ｌ）の辺及び右方向（Ｒ）の辺に沿って、平坦部４１の左右の辺を前方向（F）から直線状に滑らせることにより、平坦部４１を開口部３２に容易に嵌め込むことができ、外部端子４の先端部４２の位置決めがより容易になる。

また、図１に示すように、外部端子４の平坦部４１を開口部３２に嵌合した際、開口部３２の切欠き部３２３は、開口部３２内の遊びとなる。また、平坦部４１において徐々に左右方向の幅が狭くなる部分と開口部３２の外周端の間にも開口部３２内の遊びが形成されている。このように、開口部３２内に遊びを有することにより、平坦部４１を開口部３２に嵌め込み易くなり、また、外装缶２１の平面部２１１から外部端子４を容易に取り外すことができる。また、上述の通り、切欠き部３２３の外側端部は各々、大開口部３２１の左右の一辺と連続するように形成されている。これにより、平坦部４１の角部を開口部３２の角部に正確に合わせて嵌合させる必要がなく、平坦部４１を容易に開口部３２に嵌合させることができる。

外部端子５は、平坦部５１と先端部５２とを有する。図２に示すように、外部端子５の前後左右方向において、前方向とは、先端部５２が位置決めされた方向Ｆであり、その反対側が後方向（Ｂ）であり、図示の上側が右方向Ｒであり、図示の下側が左方向Ｌである。平坦部５１は、前後左右方向への移動が規制されるように絶縁ケース３の開口部３３に嵌合されている。すなわち、平坦部５１は、封口缶２２の平面部２２１の面積よりも小さく、平面視で開口部３３に嵌合可能な形状で形成されている。なお、平坦部５１の形状は、平坦部４１の形状と同様であるため、詳細な説明を省略する。これにより、先端部５２が位置決めされる。先端部５２は、絶縁ケース３の上面に対向して配置される電子機器及び回路基板等に端子付き電池１を取付けるために、平坦部５１から絶縁ケース３の外方に向かって延びている。すなわち、先端部５２は、図１に示すように、平坦部５１から外装缶２１側（図示上方）に曲げられ、また、その先端は、絶縁ケース３の外方に向かって延びている。先端部５２は、絶縁ケース３の周側面の外側に配置されている。これにより、先端部５２は、外装缶２から絶縁される。なお、上述の通り、外部端子４の平坦部４１は外装缶２１の平面部２１１よりも小さく、また、外部端子５の平坦部５１も封口缶２２の平面部２２１よりも小さい。これにより、端子付き電池１を小型化できる。

平坦部５１は、開口部３３を介して露出した封口缶２２の平面部２２１に溶接されている。これにより、先端部５２が位置決めされた状態で、外部端子５が扁平形電池２に固定される。このように、外部端子５の平坦部５１を開口部３３に嵌合させることにより、外部端子５を容易に位置決めして封口缶２２に固定させることができ、外部端子５の先端部５２の位置精度を向上させることができる。なお、平坦部５１を平面部２２１に固定し、封口缶２２から外部端子５へと導電できれば、その固定方法は、溶接に限られるものではない。

外部端子４の先端部４２と外部端子５の先端部５２とは、上述の各々の位置決めにより、絶縁ケース３の周方向において所定の距離間隔で配置されている。これにより、外装缶２１に接続される外部端子４の先端部４２と封口缶２２に接続される外部端子５の先端部５２との周方向におけるピッチ間の位置精度を向上させることができる。また、外部端子５の先端部５２は、外装缶２１側に曲げられている。そのため、先端部４２と先端部５２とは、同じ一方の外装缶２１側において、電子機器及び回路基板等に導電接続することができる。
（変形例）

平坦部４１の平面視形状と開口部３２の平面視形状とは、開口部３２に平坦部４１を嵌合した状態で、平坦部４１の開口部３２内での移動を規制できれば、種々変更することができる。すなわち、平坦部４１の平面視形状は、開口部３２の平面視形状に沿うとは限られない。例えば、平坦部４１を略三角形状で形成し、開口部３２を略円形状等で形成した場合であっても、略三角形の頂点又はいずれかの辺が開口部３２の内周端に当接することにより、先端部４２の位置決めがされた状態で平坦部４１の移動が規制されればよい。なお、外部端子５の平坦部５１の平面視形状と開口部３３の平面視形状においても同様である。

上記の実施形態では、封口缶２２に固定した外部端子５の先端部５２を外装缶２１側に曲げているが、外装缶２１に固定した外部端子４の先端部４２を封口缶２２側に曲げてもよい。また、上記の実施形態では、先端部４２及び先端部５２は各々、電子機器及び回路基板等に接続される方向に曲げられているが、例えば、端子付き電池１の周側面に対向するように電子機器及び回路基板等が配置される場合は、曲げることなく平坦部４１及び平坦部５１に沿う方向に延ばされてもよい。このように、先端部４２及び先端部５２は各々、接続対象である電子機器及び回路基板等に向かって平坦部４１及び平坦部５１から延ばされていればよい。

また、図４に示すように、外装缶２１の周壁部２１２は、封口缶２２の周壁部２２２を覆っているため、開口部３２は、周壁部２１２の一部を露出させるように開口形成されてもよい。或いは、外装缶２１と封口缶２２とのカシメ位置によって外装缶２１の周壁部２１２と封口缶２２の周壁部２２２とがともに露出する場合、開口部３２は、外装缶２１の周壁部２１２を露出させ、開口部３３は、封口缶２２の周壁部２２２を露出させるように開口形成されてもよい。

また、図１に示すように、外部端子４の先端部４２は、外部端子５の先端部５２に対して周方向に位置をずらすことにより、周方向における所定の距離間隔（ピッチ間）で位置決めされているが、上述のように、先端部４２及び先端部５２を曲げずに平坦部４１、５１に沿って延びる場合等においては、必ずしも周方向に位置ズレさせる必要はなく、絶縁ケース３の厚み方向における距離間隔をあけて位置決めできればよい。

また、図５に示すように、開口部３２は、開口部３２の開口下端から径方向で内方に延びるフランジ状の開口底部３２４を含んでもよい。開口底部３２４は、外部端子４の平坦部４１の下面の一部を載置してもよい。開口部３３においても、開口上端から径方向で内側に延びるフランジ状の開口底部を含めることができる。この場合、平坦部４１は、外装缶２１の平面部２１１に溶接できるように、開口底部３２４に囲まれた開口に向かって一部湾曲させてもよい。すなわち、平坦部４１は、必ずしも平坦である必要はなく、種々の凹凸形状を含んでもよい。例えば、図示のように、平坦部４１の中央は、下方に突出する平面視四角形状の凸部４１１を有してもよい。平坦部４１の凸部４１１は、外装缶２１の平面部２１１への溶接（接続）を容易にする。平坦部５１も同様に、上方に突出する凸部を有してもよい。なお、凸部４１１の平面視形状は特に限定されない。

また、外装缶２１側に負極材２３２を配置し、封口缶２２側に正極材２３１を配置してもよい。この場合、外装缶２１が負極缶として機能し、封口缶２２が正極缶として機能する。

以上、実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

次に、端子付き電池１の製造方法について、図３を用いて具体的に説明する。

まず、扁平形電池２を開口部３１から挿入して絶縁ケース３に収容する。この状態で、開口部３２は、扁平形電池２の外装缶２１を露出させている。また、開口部３３は、封口缶２２を露出させている。

次に、開口部３２に外部端子４の平坦部４１を嵌め込んで位置決めし、外部端子４を外装缶２１に固定（溶接）する。

次に、開口部３３に外部端子５の平坦部５１を嵌め込んで位置決めし、外部端子５を封口缶２２に固定（溶接）する。なお、外部端子４と外部端子５とのいずれを先に扁平形電池２に固定させるかは、適宜決定すればよい。この状態で、外部端子４の先端部４１と外部端子５の先端部５１とは位置精度よく位置決められている。

このように、端子付き電池１の製造方法によれば、外部端子４及び外部端子５の位置決めが容易であり、外部端子４及び外部端子５の位置精度のよい端子付き電池を効率よく得ることができる。なお、外部端子４及び外部端子５のいずれか一方のみを扁平形電池１に取付ける場合は、いずれか一方の工程を省略できる。

１ 端子付き電池
２ 扁平形電池、２１ 外装缶、２２ 封口缶、２３ 電極体
３ 絶縁ケース、３１ 開口部、３２ 開口部、３３ 開口部
４ 外部端子、４１ 平坦部、４２ 先端部
５ 外部端子、５１ 平坦部、５２ 先端部

Claims (7)

1. 外装缶、封口缶及び電極体を有する扁平形電池と、
   前記扁平形電池を収容する絶縁ケースと、
   前記扁平形電池に接続される第１外部端子とを備え、
   前記絶縁ケースは、前記外装缶及び封口缶のいずれか一方の第１電池缶の一部を露出させる第１開口部を有し、
   前記第１外部端子は、平坦部と、該平坦部から延びる先端部とを有し、
   前記第１外部端子の平坦部は、前後左右方向への移動が規制されるように前記第１開口部に嵌合されて前記第１外部端子の先端部の位置決めをし、前記第１開口部を介して前記第１電池缶に固定されている、端子付き電池。
2. 請求項１に記載の端子付き電池であって、
   前記第１外部端子の平坦部の外周端と前記第１開口部の内周端とが接する境界線は、平面視で直線を有する、端子付き電池。
3. 請求項１又は２に記載の端子付き電池であって、
   前記第１外部端子の平坦部を前記第１開口部に嵌合した際、該第１開口部内に遊びを有する、端子付き電池。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の端子付き電池であって、さらに、
   前記扁平形電池に接続される第２外部端子を備え、
   前記絶縁ケースは、前記外装缶及び封口缶のいずれか他方の第２電極缶の一部を露出させる第２開口部を有し、
   前記第２外部端子は、平坦部と、該平坦部から延びる先端部とを有し、
   前記第２外部端子の平坦部は、前後左右方向への移動が規制されるように前記第２開口部部に嵌合されて前記第２外部端子の先端部の位置決めをし、前記第２開口部を介して前記第２電極缶に固定されており、
   前記第１外部端子の先端部と前記第２外部端子の先端部とは、前記位置決めによって所定の距離間隔で配置されている、端子付き電池。
5. 請求項４に記載の端子付き電池であって、
   前記第２外部端子の先端部は、前記第１電池缶側に曲げられている、端子付き電池。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の端子付き電池の製造方法であって、
   前記絶縁ケース、前記扁平形電池及び前記第１外部端子を準備する工程と、
   前記絶縁ケースに前記扁平形電池を収容する工程と、
   前記絶縁ケースの第１開口部に前記第１外部端子の平坦部を嵌合し、前記第１外部端子の先端部の位置決めをする工程と、
   前記第１外部端子の平坦部を前記第１開口部を介して前記扁平形電池の第１電池缶に固定する工程とを含む、端子付き電池の製造方法。
7. 請求項６に記載の端子付き電池の製造方法であって、さらに、
   前記絶縁ケースの第２開口部に前記第２外部端子の平坦部を嵌合し、前記第２外部端子の先端部の位置決めをする工程と、
   前記第２外部端子の平坦部を前記第２開口部を介して前記扁平形電池の第２電池缶に固定する工程とを含む、端子付き電池の製造方法。

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