JP2006012589A - 電池とその製造方法及びその電池を用いたパック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 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電池とその製造方法及びその電池を用いたパック電池を提供する。
【解決手段】電極体を収納した外装缶を封口板５で密閉した電池１において、封口板５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７を設ける。
【選択図】 図９

Description

本発明は、各種携帯用電子機器の電池電源に適した電池及びその電池を使用して小型化を図ったパック電池に関するものである。

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。

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。

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）。
特開２００３−８６１５９号公報 この公報に記載されるパック電池は、図１に示すように、電池１の外装缶の開口部を密閉した封口板５にアンダーカット部品３を設けている。そして、金型内に、電池１と、外部接続端子などを設けた端子ホルダー２とをリード板などで接続して、端子ホルダー２を封口板５上に配置してコアパックを形成し、コアパックを金型内に位置決めして、金型内に溶融したインサート樹脂６を充填し、乾燥後、金型から離型してパック電池を完成させる。

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。

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。

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。

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電池とその製造方法及びその電池を用いたパック電池を提供するものである。

本発明の電池は、電極体を収納した外装缶を封口板で密閉した電池において、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ことを特徴とする。

また、前記アンダーカット凹部の周辺部に、アンダーカット凹部の内周壁を傾斜させるための傾斜凹部を設けたことを特徴とする。

さらに、前記アンダーカット凹部はリング状に形成されて、リング状のアンダーカット凹部の中央部にすり鉢状の傾斜凹部が形成されたことを特徴とする。

本発明の電池の製造方法は、次の各ステップによりアンダーカット凹部を形成することを特徴とする。
（１）封口板に、凹部と、凹部の周囲に位置する肉盛り部とをプレス加工により形成するステップ。
（２）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、プレス加工により肉盛り部をテーパー状に潰すステップ。
（３）傾斜した肉盛り部をプレス加工により封口板の上面と面一にするステップ。

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、電池の保護素子と、電池及び保護素子と接続された外部接続端子と、これら電池、保護素子及び外部接続端子を連結するインサート樹脂とを備え、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、電池、保護素子及び外部接続端子とが一体に結合したことを特徴とする。

この発明の電池によれば、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。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、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。

また、この発明の電池によれば、アンダーカット凹部の周辺部に、アンダーカット凹部の内周壁を傾斜させるための傾斜凹部を設けているので、アンダーカット凹部の開口部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より一層防止することができる。

さらに、前記アンダーカット凹部はリング状に形成されて、リング状のアンダーカット凹部の中央部にすり鉢状の傾斜凹部が形成されているので、アンダーカット凹部の内周壁の全域に傾斜をもたせることができ、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。

次に、この発明の電池の製造方法によれば、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、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。

また、この発明のパック電池によれば、封口板の板厚内に形成したアンダーカット凹部にインサート樹脂を充填させることによって、小型化を阻害することなく、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ことができる。

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。

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９や図１０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。

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。

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９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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来のパック電池のアンダーカット部を示す説明図 本発明のパック電池のアンダーカット部を示す説明図 アンダーカット凹部の形成方法を示す手順図 アンダーカット凹部の形成方法を示す手順図 アンダーカット凹部の形成方法を示す手順図 本発明のパック電池の分解斜視図 本発明の電池の封口板の平面図 本発明の電池と端子ホルダーの分解断面図 本発明のパック電池の組立図 本発明のパック電池の他の実施例を示す説明図

符号の説明

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

Claims (5)

1. 電極体を収納した外装缶を封口板で密閉した電池において、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ことを特徴とする電池。
2. 前記アンダーカット凹部の周辺部に、アンダーカット凹部の内周壁を傾斜させるための傾斜凹部を設けたことを特徴とする請求項１記載の電池。
3. 前記アンダーカット凹部はリング状に形成されて、リング状のアンダーカット凹部の中央部にすり鉢状の傾斜凹部が形成されたことを特徴とする請求項２記載の電池。
4. 次の各ステップによりアンダーカット凹部を形成することを特徴とする電池の製造方法。（１）封口板に、凹部と、凹部の周囲に位置する肉盛り部とをプレス加工により形成するステップ。
   （２）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、プレス加工により肉盛り部をテーパー状に潰すステップ。
   （３）傾斜した肉盛り部をプレス加工により封口板の上面と面一にするステップ。
5. 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、電池の保護素子と、電池及び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、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、電池、保護素子及び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。

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