JP2009301931A

JP2009301931A - パック電池

Info

Publication number: JP2009301931A
Application number: JP2008156574A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Mizuta; 克二水田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】パッケージの小型化を進めるにあたっても、外部端子におけるマイグレーションの発生が確実に抑制されるパック電池を提供する。
【解決手段】パック電池は、２つの素電池と、３つの外部端子１３１〜１３３が形成された保護回路基板１３と、ケース２２とを備える。ケース２２には、３つの外部端子１３１〜１３３のそれぞれに対応して、窓部２２１〜２２３が形成されている。３つの外部端子１３１〜１３３は、保護回路基板１３の主面に沿ったＹ軸方向において、互いに間隙をあけた状態で並設されている。３つの外部端子１３１〜１３３の各々は、これらを平面視するときに、４辺を有し構成されており、且つ、間隙側の辺とこれに続く辺との交差部分が円弧状になっている（矢印Ａで示す箇所）。
【選択図】図４

Description

本発明は、パック電池に関し、特に、外部端子の形状によるマイグレーション抑制技術に関する。

パック電池は、近年のモバイル機器（例えば、携帯電話機など）の普及に伴い、その電源として広く用いられている。従来技術に係るパック電池の構成について、図５を用い説明する。
図５に示すように、従来技術に係るパック電池は、素電池１０１１、１０１２と保護回路基板１０１３などとが組み付けられてなるコアパック１０１０が、上下ケース１０２１、１０２２とで形成される内部空間に収納された構成となっている。なお、コアパック１０１０と下ケース１０２２とは、粘着シート１０３０により固定されることになる。

コアパック１０１０の保護回路基板１０１３における外側主面（Ｘ軸方向の左下側を向く主面）には、装着機器との間で電力の入出力に用いられる外部端子１１３１〜１１３３が形成されている。各外部端子１１３１〜１１３３は、保護回路基板１０１３の主面上に対して金属材料を用いたメッキ膜により構成されている。
下ケース１０２２には、コアパック１０１０の保護回路基板１０１３の上記外側主面が対向する側壁１０２２ａにおいて、外部端子１１３１〜１１３３のそれぞれに対応して窓部１２２１〜１２２３が開設されている。窓部１１３１〜１１３３の各々のサイズは、保護回路基板１０１３における外部端子１１３１〜１１３３の各サイズよりも小さくなっており、窓部１２２１〜１２２３の各々からは、外部端子１１３１〜１１３３の一部分だけが外方に露出するようになっている。

ところで、モバイル機器の電源として用いられるパック電池は、モバイル機器の落下などによる外部衝撃を受け、素電池１０１１、１０１２から電解液が漏出することも考えられる。この場合、漏出した電解液は、保護回路基板１０１３の主面を伝い外部端子１１３１〜１１３３に付着する可能性もある。電解液が付着した外部端子１１３１〜１１３３では、端子間でのマイグレーションの発生という問題を生じることがある。この電解液の漏出に伴う外部端子１１３１〜１１３３の相互間でのマイグレーションに対しては、例えば、特許文献１などでその対策が提案されている。特許文献１では、素電池と保護回路基板との間にコの字状断面を有するホルダーを介挿させ、このホルダーにより電解液が漏出した場合にも、保護回路基板まで電解液が伝わり難くする技術が提案されている。
特開平１１−２４２９４９号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案されている技術を含む従来技術では、マイグレーションの発生を効果的に抑制することが困難である。即ち、上記特許文献１で提案されている技術では、素電池からの電解液の漏出が発生した時点から、マイグレーションの発生までの期間を長くすることはできるが、効果的にマイグレーションを抑制することは困難である。また、特許文献１で提案されている技術を採用する場合には、素電池と保護回路基板との間に、コの字状断面のホルダーを介挿させるので、ホルダーを介挿させるための容積が余分に必要となり、小型化の推進という要請に反することになる。さらに、マイグレーションの発生を抑制するためにホルダーを介挿させることは、部品点数が増え、製造コストの上昇につながる。

ここで、マイグレーションの発生抑制のためだけであれば、例えば、隣接する外部端子間の間隙を広げるという方策を採用することも考えられる。隣接する外部端子間の間隙を広げる具体的方策としては、各端子のサイズをそのままにし、端子同士のピッチを広げる方策と、端子同士のピッチをそのままにし、各端子の幅を狭くする方策とが考えられる。
上記２つの方策の内、前者の方策では、パック電池の大型化や装着機器の仕様変更を伴うことになり、実際にこの方策を採用することは困難である。また、後者の方策では、装着機器と外部端子との接続面積が小さくなり電気的な性能の低下を生じることが考えられ、また、下ケースの製造時の寸法バラツキなどを考慮するときには、窓部から外部端子の端部分が露出してしまうことが懸念される。このような場合には、パック電池としての、接続に係る電気抵抗の増大あるいは外観品質といった問題を生じる。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、パッケージの小型化を推進するにあたっても、外部端子におけるマイグレーションの発生が確実に抑制されるパック電池を提供することを目的とする。

先ず、課題を解決するための手段を説明する前に、従来技術に係るパック電池におけるマイグレーションの発生について、図６を用い説明する。図６は、従来技術に係るパック電池における保護回路基板１０１３と下ケース１０２２とを示す平面図である。
図６に示すように、保護回路基板１０１３における外部端子１１３１〜１１３３は、互いに間隙をあけてＹ軸方向に並設されている。そして、下ケース１０２２における窓部１２２１〜１２２３（金型成型されるので、所謂、抜きによる傾斜により二重線で表わされている）は、外部端子１１３１〜１１３３と同一ピッチであって、且つ、それぞれが外部端子１１３１〜１１３３よりも小サイズとなっている。

本発明者は、マイグレーションは外部端子１１３１〜１１３３における互いに隣接する側のコーナ部（矢印Ｃで指し示す箇所）で発生することを究明した。これは、コーナ部には表面張力の影響により電解液が付着しやすく、また、各外部端子１１３１〜１１３３におけるエッジ効果や、電流の集中などの現象を伴うことによる影響などによるものであると推測される。

そこで、本発明に係るパック電池では、上記検討結果に基づき、次の構成を採用することを特徴とする。
本発明に係るパック電池は、１または複数の素電池と、これに近接配置された基板と、基板の主面上に形成された複数の外部端子と、１または複数の素電池と基板とを収納するケースとを備える。

ケースには、基板を収納した状態で、複数の外部端子のそれぞれに対応した窓部が形成されている。複数の外部端子は、窓部を通し、外方に露出される。そして、基板の主面上に形成された複数の外部端子は、基板の主面に沿って、互いに間隙をあけた状態で並設されている。
上記構成要素を備える本発明に係るパック電池では、複数の外部端子の各々が、これらを基板の主面に直交する方向から平面視するときに、３辺以上を有し構成されており、且つ、間隙側の辺とこれに続く辺との交差部分が円弧状となっていることを特徴とする。

本発明に係るパック電池では、外部端子の形状を特定することにより、マイグレーションの発生を抑制しようとするものである。即ち、本発明者が究明した上記マイグレーションの発生モードに基づき、外部端子における間隙側での辺とこれに続く辺との交差部分を円弧状に形成することとしている。
従来技術に係るパック電池でのマイグレーションの発生は、上記のように、各外部端子における間隙側のコーナ部を起点に（エッジ効果等に起因して）発生するものであって、このコーナ部を円弧状とする本発明に係るパック電池では、マイグレーションの発生が効果的に抑制される。そして、本発明に係るパック電池では、各外部端子のコーナ部の形状を規定することによりマイグレーションの発生を抑制できるので、外部端子同士のピッチを広くしたり、外部端子の幅を狭くして間隙を広くしたりする必要がなく、パック電池の更なる小型化の要請、および接続抵抗の増大防止、等の観点からも優れている。

また、本発明では、マイグレーションの発生を抑制するために、上記特許文献１で提案されている技術のように、ホルダーを介挿させることも必要がないので、製造コストの増大も抑制できる。
従って、本発明に係るパック電池は、パッケージの小型化を推進するにあたっても、外部端子におけるマイグレーションの発生が確実に抑制される。

本発明に係るパック電池では、例えば、次のようなバリエーションを採用することができる。
・上記本発明に係るパック電池では、各外部端子における上記交差部分を、０．２［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の曲率半径を以って形成する、という構成を採用し得る。
・上記本発明に係るパック電池では、複数の外部端子の内、基板の主面に直交する方向から平面した場合に、両外側となる２つの外部端子において、上記間隙とは反対側の辺とこれに続く辺とが、角を有し突き合わせ状態となっている、という構成を採用し得る。

・上記本発明に係るパック電池では、複数の外部端子の各々における辺が外方に露出させないように、窓部の内縁を形成する、という構成を採用し得る。
・上記本発明に係るパック電池では、複数の外部端子の各々を、金（Ａｕ）または金（Ａｕ）を含む合金からなるメッキ膜により形成する、という構成を採用し得る。
・上記本発明に係るパック電池では、複数の外部端子の各々と窓部の内縁とを、これらを基板の主面に直交する方向から平面視するときに、互いに０．１［ｍｍ］以上１．０［ｍｍ］以下の重なり代を有するようにする、という構成を採用し得る。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、一例を示して説明する。なお、以下の説明で用いる実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例で会って、本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
１．パック電池１の全体構成
本実施の形態に係るパック電池１の全体構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、パック電池１は、コアパック１０が、上ケース２１と下ケース２２と間に形成される内部空間に収納された構成となっている。コアパック１０は、２つの素電池１１、１２と保護回路基板１３などとが組み合わされて構成されている。保護回路基板１３における外向きの主面（Ｘ軸方向の左下側の主面）には、３つの外部端子１３１〜１３３と２つのテスト端子１３４、１３５とが設けられている。これらの端子１３１〜１３５は、例えば、表面側に金（Ａｕ）またはＡｕを含む合金を用いたメッキ膜により構成されている。このような端子は、Ａｕ膜／Ｎｉ膜／Ｃｕ膜／プリント基板の層構造を採用することができる。

上ケース２１と下ケース２２とは、互いに対応するサイズの開口を有する浅皿形状をしている。なお、下ケース２２とコアパック１０とは、粘着シート３０の介挿により互いが固定されている。
下ケース２２の一方の側壁２２ａには、コアパック１０の保護回路基板１３に形成された５つの端子１３１〜１３５のそれぞれに対応して、窓部２２１〜２２５が設けられている。上ケース２１と下ケース２２との間の空間にコアパック１０を収納した状態においては、窓部２２１〜２２５のそれぞれから端子１３１〜１３５の一部分が外方に露出する。なお、窓部２２４、２２５については、パック電池１の検査が終了した時点で、ラベル（図示を省略。）などが貼着されて塞がれる。

２．コアパック１０の構成
パック電池１の構成の内、コアパック１０の構成について、図２を用い説明する。
図２に示すように、コアパック１０には、２つの素電池１１、１２が備えられている。素電池１１、１２は、例えば、角型リチウムイオン電池である。各素電池１１、１２では、Ｘ軸方向左下の端面１１ａ、１２ａに外装缶に対し絶縁が図られた負極端子１１１、１２１がそれぞれ形成されている。また、素電池１１、１２では、Ｘ軸方向右上の端面１１ｂ、１２ｂを含む外装缶の外面が正極となっている。

素電池１１と素電池１２とは、その厚み方向に積層されており、間に環状のスペーサ１４が介挿されている。
素電池１１、１２の端面１１ｂ、１２ｂには、リード１９の接合部分１９ａ、１９ｂがそれぞれ接合されている。リード１９における他方の接合部分１９ｃは、保護回路基板１３の導電ランド（図示を省略。）に接合されている。

一方、素電池１１、１２の端面１１ａ、１１ｂには、絶縁シート１５が当接されている。絶縁シート１５には、２つの窓部１５ａ、１５ｂが開設されており、各窓部１５ａ、１５ｂからは、負極端子１１１、１２１がそれぞれ露出する。負極端子１１１には、ＰＴＣ素子１６の素子リード１６ａが接合され、負極端子１２１には、ＰＴＣ素子１７の素子リード１７ａが接合される。ＰＴＣ素子１６、１７における他方の素子リード１６ｂ、１７ｂは、保護回路基板１３における導電ランド（図示を省略。）に接合されている。なお、ＰＴＣ素子１６、１７と保護回路基板１３との間にも、絶縁シート１８が介挿されている。

コアパック１０では、例えば、スポット溶接により上記各接合が図られている。
３．保護回路基板１３における外部端子１３１〜１３３
次に、保護回路基板１３における外部端子１３１〜１３３の構造について、図３を用い説明する。なお、図３は、図１および図２において、保護回路基板１３の一部をＸ軸方向の左下側から平面視した平面図である。

図３に示すように、外部端子１３１〜１３３は、Ｙ軸方向において、互いに間隙をあけて並設されている。外部端子１３１〜１３３は、各々が略矩形状をしている。ただし、図６に示す従来技術に係るパック電池の外部端子１１３１〜１１３３とはコーナ部の形状が異なっている。
具体的には、Ｙ軸方向の左端に位置する外部端子１３１では、左端の辺とこれに続く辺との交差部分であるコーナ部１３１ａ、１３１ｂが略直角となっているのに対し、右端の辺（外部端子１３２との間隙側の辺）とこれに続く辺との交差部分であるコーナ部１３１ｃ、１３１ｄが円弧状となっている。同様に、Ｙ軸方向の右端に位置する外部端子１３３では、コーナ部１３３ｃ、１３３ｄが略直角となっているのに対し、コーナ部１３３ａ、１３３ｂが円弧状となっている。Ｙ軸方向の中央に位置する外部端子１３２では、すべてのコーナ部１３２ａ〜１３２ｄが円弧状となっている。

なお、円弧状となっているコーナ部１３１ｃ、１３１ｄ、１３２ａ〜１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂは、二点鎖線の円内に抜き出した部分に示すように、曲率半径がＲ_１となっている。曲率半径Ｒ_１は、例えば、０．２［ｍｍ］〜２．０［ｍｍ］の範囲が、マイグレーションの発生を抑制するという観点から望ましい範囲であるといえる。更には、０．５［ｍｍ］〜１．４［ｍｍ］の範囲が望ましく、０．７［ｍｍ］〜０．９［ｍｍ］の範囲が最も望ましい。本実施の形態においては、約０．８［ｍｍ］の曲率半径Ｒ_１を採用した。

一方、並設された３つの外部端子１３１〜１３３の内、両外側に位置する外部端子１３１、１３３では、コーナ部１３１ａ、１３１ｂ、１３３ｃ、１３３ｄが角を以って突き合わせ状態となっている。本実施の形態に係るパック電池１では、外部端子１３１〜１３３の平面形状を四角形としているので、コーナ部１３１ａ、１３１ｂ、１３３ｃ、１３３ｄは、９０［°］の角度を以って辺同士が突き合わされた状態となっている。これにより、外部端子１３１、１３３について、不必要に端子面積を小さくすることがない。

４．外部端子１３１〜１３３と窓部２２１〜２２３
外部端子１３１〜１３３と窓部２２１〜２２３との相対的な位置関係について、図４を用い説明する。図４（ａ）は、図３に示す外部端子１３１〜１３３に、下ケース２２の側壁２２ａを重ね合わせた状態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面を示す断面図である。

図４（ａ）に示すように、下ケース２２の側壁２２ａに形成された窓部２２１〜２２３は、その内縁２２１ｅ〜２２３ｅが、外部端子１３１〜１３３のそれぞれにおける外辺よりも内側となるように形成されている。即ち、窓部２２１〜２２３からは、外部端子１３１〜１３３の外辺が露出しないようになっている。なお、窓部２２１〜２２３の内縁２２１ｅ〜２２３ｅは、各コーナ部（矢印Ａで示す部分）が外部端子１３１〜１３３のコーナ部１３１ｃ、１３１ｄ、１３２ａ〜１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂに相似する円弧状となっている。

また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、外部端子１３１〜１３３の外辺と窓部２２１〜２２３の内縁２２１ｅ〜２２３ｅとの間隔、即ち、外部端子１３１〜１３３と下ケース２２との重なり代は、寸法ｄが確保されている。寸法ｄは、例えば、０．１［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］の範囲となっている。
５．優位性
上記構成を採用する本実施の形態に係るパック電池１では、上記従来技術に係るパック電池に比べて、次のような優位性を有する。

本実施の形態に係るパック電池１では、保護回路基板１３における外部端子１３１〜１３３について、互いの間隙側の辺とこれに続く辺とのコーナ部１３１ｃ、１３１ｄ、１３２ａ〜１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂを円弧状に形成することにより、マイグレーションの発生が効果的に抑制される。
例えば、図５および図６に示す従来技術に係るパック電池について、次の条件で環境試験を行ったところ、外部端子１１３１〜１１３３の各コーナ部（矢印Ｃで示す箇所）の近傍において、下ケース１０２２に熱損の発生（マイグレーションの発生）が確認された。ここで、下ケース２２での熱損は、以下のようにして、発生していると考えられる。電解液により、金（Ａｕ）がマイグレーションし、端子間が導状態となり、発生した電流により過熱状態となり、ケースの熱損（例えば、熱により変形したり、穴が開く）が発生する。

・保護回路基板１０１３の主面に電解液を塗布
・４５［℃］、９０［％］の環境下で４８［ｈｒ．］放置
これに対して、コーナ部１３１ｃ、１３１ｄ、１３２ａ〜１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂを円弧状に形成した本実施の形態に係る外部端子１３１〜１３３では、上記と同一の条件で環境試験を行ったが、下ケース２２での熱損は発生しなかった。

以上のように、パック電池１では、各外部端子１３１〜１３３のコーナ部１３１ｃ、１３１ｄ、１３２ａ〜１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂの形状を円弧状に規定することにより、マイグレーションの発生を確実に抑制できる。よって、パック電池１に係る外部端子１３１〜１３３の構成を採用する場合には、外部端子１３１〜１３３同士のピッチを広くしたり、外部端子１３１〜１３３の各幅を狭くして間隙を広くしたりする必要がなく、パック電池１の更なる小型化の要請、および接続抵抗の増大防止、等の観点からも優れている。

また、本実施の形態に係る外部端子１３１〜１３３の形状を採用する場合には、素電池１１、１２と保護回路基板１３との間にホルダーを介挿させることも必要がないので、製造コストの増大を抑制できる。
従って、本実施の形態に係るパック電池１は、パッケージの小型化を推進するにあたっても、外部端子１３１〜１３３におけるマイグレーションの発生が確実に抑制される。

６．その他の事項
上述のように、実施の形態で採用した形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いた一例であって、本発明は、その本質的な特徴部分以外に何ら上記形態に限定を受けるものではない。例えば、パック電池１では、コアパック１０に２つの素電池１１、１２を備えることとしたが、コアパック１０における素電池の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

また、コアパック１０では、素電池１１と素電池１２とをその厚み方向に積層することとしたが、幅方向や長手方向に並設することとしてもよい。
また、上記実施の形態に係るパック電池１では、保護回路基板１３に３つの外部端子１３１〜１３３が形成された構成を採用したが、保護回路基板に形成される外部端子の数については、２つであってもよいし、逆に４つ以上であってもよい。また、パック電池１では、外部端子１３１〜１３３の各々が、４辺を有する略矩形状のものとしたが、３辺のものや、５辺以上のものとすることも勿論可能である。

また、上記実施の形態に係るパック電池１では、素電池１１、１２として角型のリチウムイオン電池を採用したが、素電池の外観形状、および電池種類などはこれに限定されるものではない。例えば、円筒型の外観形状を有する電池を素電池とすることや、ラミネートフィルム外装を有する電池を素電池とすることもできる。また、リチウムイオン電池以外に、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などを素電池として採用することもできる。

また、上記実施の形態に係るパック電池１では、外部端子１３１〜１３３を保護回路基板１３の主面上に形成されたメッキ膜からなるものとしたが、必ずしもメッキ膜とすることに限定を受けない。例えば、金属箔をエッチングなどすることで外部端子を形成することとしてもよい。また、外部端子の構成材料についても、導電性を有する材料であれば、上記材料に限定を受けるものではない。

また、上記実施の形態に係るパック電池１では、上ケース２１と下ケース２２とで外周容器が構成されることとしたが、必ずしも上ケースと下ケースとで外周容器が構成される形態に限定されるものではない。例えば、枠形状のケースにラベルを巻いて構成されるものや、基板部分をインサート成型で成型してケースとして、ラベルを巻いて構成されるものについても、電池パックとして成立する構成であれば、上記構成に限定を受けるものではない。

本発明は、携帯電話機などのモバイル機器の電源として、高いエネルギ密度と高い品質との両立、さらには低コスト化を求められるパック電池を実現するのに有用な技術である。

実施の形態に係るパック電池１の構成を示す展開斜視図である。コアパック１０の構成を示す展開斜視図である。保護回路基板１３の主面に形成された外部電極１３１〜１３３の構成を示す平面図である。保護回路基板１３の外部電極１３１〜１３３と、下ケース２２の側壁２２ａの窓部２２１〜２２３との相対的な位置関係を示す平面図である。従来技術に係るパック電池の構成を示す展開斜視図である。従来技術に係るパック電池における外部端子１１３１〜１１３３と、下ケース１０２２の窓部１２２１〜１２２３との相対的な位置関係を示す平面図である。

符号の説明

１．パック電池
１０．コアパック
１１、１２．素電池
１１ａ、１２ａ．封口体
１３．保護回路基板
１４．スペーサ
１５、１８．絶縁シート
１６、１７．ＰＴＣ素子
１９．正極リード
２１．上ケース
２２．下ケース
２２ａ．側壁
３０．粘着シート
１１１、１２１．負極端子
１３１〜１３３．外部端子
１３１ａ〜１３１ｄ、１３２ａ〜１３２ｄ、１３３ａ〜１３３ｄ．コーナ部
１３４、１３５．テスト端子
２２１〜２２５．窓部
２２１ｅ、２２２ｅ、２２３ｅ．窓縁

Claims

１または複数の素電池と、
前記１または複数の素電池に近接配置された基板と、
前記素電池の正負極端子に接続され、前記基板の主面上に形成された複数の外部端子と、
前記１または複数の素電池と前記複数の外部端子が形成された前記基板とを内方に収納し、且つ、前記複数の外部端子を外方に露出させる窓部が形成されてなるケースとを有するパック電池であって、
前記複数の外部端子は、前記基板の主面に沿って、互いに間隙をあけた状態で並設されており、
前記複数の外部端子の各々は、これらを前記基板の主面に直交する方向から平面視するときに、３辺以上を有し構成されており、且つ、前記間隙側の辺とこれに続く辺との交差部分が円弧状となっている
ことを特徴とするパック電池。
前記交差部分は、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の曲率半径を以って形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
前記並設された複数の外部端子の内、前記基板の主面に直交する方向から平面した場合に、両外側に位置する２つの外部端子では、前記間隙とは反対側の辺とこれに続く辺とが、角を有し突き合わせ状態となっている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパック電池。
前記窓部は、前記複数の外部端子の各々における前記辺を、外方に露出させない状態にその内縁が構成されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のパック電池。
前記複数の外部端子の各々は、ＡｕまたはＡｕを含む合金からなるメッキ膜により構成されている
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のパック電池。
前記複数の外部端子の各々と前記窓部の内縁とは、これらを前記基板の主面に直交する方向から平面視するときに、互いに０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の重なり代を有する
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のパック電池。