JP4323445B2 - 樹脂モールディング型二次電池及びその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池及びその形成方法に関し、より詳しくはベアセルと保護回路基板との間の間隙を樹脂モールディングで満たす樹脂モールディング型二次電池及びそのモールディング方法に関する。

二次電池は、再充電が可能であり、小型化及び大容量化の可能性のため、最近、活発に研究開発されている。最近開発され使われる代表的ものには、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池及びリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池がある。

これら二次電池において、ベアセルの大部分は陽極、陰極及びセパレータからなる電極組立体をアルミニウム等の金属からなる缶に受け入れ、缶をキャップ組立体で仕上げた後、缶の内部に電解液を注入して封入することにより形成される。

ところが、電池はエネルギー源として大きなエネルギーを放出する可能性を有している。これら二次電池の場合、エネルギーが充電された状態で、二次電池自体に高いエネルギーを蓄積しており、充電する過程では他のエネルギー源からエネルギーを供給されて蓄積することになる。このような過程や状態において、内部短絡等、二次電池の異常が発生する場合、電池内に蓄積されたエネルギーが短時間に放出されながら発火、爆発等の安全問題を起こす可能性がある。

従って、二次電池には充電された状態で、あるいは、充電する過程で電池自体の異常による発火や爆発を防止するために、各種安全装置が備えられる。安全装置等の中で保護回路基板は、通常、リードプレート（ｌｅａｄ ｐｌａｔｅ）という導体構造によりベアセルの陽極端子及び陰極端子と連結される。保護回路基板にはＰＴＣ素子やバイメタルが共に構成されることもあり、その場合、保護回路基板は電池の高温上昇や過度な充放電等により電池の電圧が急上昇する等の場合に電流を遮断して、電池の破裂、発火等の危険を防止する。

ベアセルと保護回路基板とが結合された状態の二次電池は、別途のケースに受納されて完成された外観を揃えた二次電池を成すか、ベアセルと保護回路基板とが熔接等により連結されて、その間の空間が成形樹脂で詰められた樹脂モールディング型二次電池を成すことになる。樹脂モールディング型二次電池では、電池の小型化のために、電池と外部回路とを接続する外部入出力端子をリード線等により外部に別途取り出して形成せずに、基板の一面に形成して外部に露出させることが可能になる。

図１は、成形樹脂により結合される前段階にある従来のリチウムイオン樹脂パック電池の一例に対する概略分解斜視図であり、図２は、ベアセルと保護回路基板のリードプレートとが熔接された状態で成形モールドに装着された状態の一例を示す断面図である。

図１及び図２を参照すると、パック型電池において、ベアセルの電極端子１１、１２が形成された面に並んで保護回路基板３０が配置される。そして、図２のように、ベアセル１０と保護回路基板との間隙を成形樹脂で充填する。成形樹脂で充填する際、成形樹脂が保護回路基板のベアセルと対向した面の裏面まで覆うことができるが、その裏面に設けられた電池の外部入出力端子３２は外部に露出できるようにする。

ベアセル１０には、保護回路基板３０と対向する側面に陽極端子１１及び陰極端子１２が形成されている。陽極端子１１はキャッププレート自体、または、キャッププレート上に結合された金属板となることができる。陰極端子１２はキャッププレート上に垂直に突出した端子であり、周囲に介された絶縁体ガスケットによりキャッププレート１３と電気的に離隔される。

保護回路基板３０は、樹脂からなるパネルに回路が形成されて成り、外側の表面に外部入出力端子３２等が形成されている。この基板３０はベアセル１０の対向面（キャッププレート面）とほとんど同じ大きさ及び形態を有する。

保護回路基板３０において、複数の外部入出力端子３２が形成された面の裏面、即ち、内側面には、回路部３５及び接続端子３６、３７が備えられる。回路部３５には充放電時において、過充電、過放電から電池を保護するための保護回路等が形成されている。回路部３５と各々の外部入出力端子３２とは、保護回路基板３０を通過する導電構造により電気接続されている。

ベアセル１０と保護回路基板３０との間には、リードプレート４１、４２及び絶縁プレート４３等が配置されている。リードプレート４１、４２は、通常、ニッケルからなり、キャッププレート１３及び保護回路基板３０の接続端子３６、３７との電気接続のために形成され、‘Ｌ’字形構造、あるいは、平面構造からなる。リードプレート４１、４２と各端子３６、３７との熔接等の連結は、電気的接続のためのものであり、通常、機械的強度が保障されない。即ち、リードプレート４１、４２と接続端子３６、３７との熔接が成された状態でも、保護回路はベアセルに固く固定されない。

一方、保護回路基板３０とベアセル１０とが熔接された状態で、成形モールド１００に装着される際、外部回路との電気接続のために、外部入出力端子３２の表面には樹脂が覆われないように保護する必要がある。保護回路基板の外部入出力端子３２が基板面から突出するように形成されると、図２のように端子面が直接モールド１００の内面と接触するようにする方法を使用することができる。その他、端子面の保護のためには、モールド１００自体の内側形態を保護回路基板の外部入出力端子３２と当接するように、突出するように作ることができる。

端子面の保護のため、モールド１００に保護回路基板３０を設ける際、初めから保護回路基板の端子面がモールドの内面と当接するようにすることもできるが、その過程でモールドの内面と基板の外部入出力端子３２の表面との間に隙間が生じやすい。このような問題を無くす方法として、一旦、保護回路基板３０をモールド１００内に設け、一方では、端子面と対向したモールドの内面の全体を、あるいは、端子面と対向するモールド面の一部分を作動自在にして、モールドに保護回路基板及びベアセルを設けた後、端子面と対向するモールド面、あるいは、モールド面の一部分を端子面側に移動させる方法を使用することができる。

その際、モールド面の一部分だけが端子面側に動く方法により、外部入出力端子３２に対応するモールド部分に通孔を形成し、その部分に柱形状のコア２１０を挿入して前進させ、コア２１０の前段面をモールド１００の内側面より突出させることにより、外部入出力端子３２と当接するようにすることもできる。

モールドにコア２１０を使用する場合、樹脂成形方法を見ると、先ず、二次電池を形成する過程で、保護回路基板３０を受け入れるように形成されたモールド１００にベアセル１０と接続された基板３０を装着する。コア２１０をモールド１００の通孔を介して保護回路基板３０側に移動させてコア２１０の前段面を基板の外部入出力端子３２の表面と当接させる。そして、モールド１００の内側に液状の樹脂を注入して固化させる。

このような過程で、保護回路基板は上述のように薄いリードプレート４１、４２と接続端子３６、３７との連結のみによりベアセル１０に固定された状態であるので、コア２１０の移動時にベアセル１０側に不均一にずれる場合が多い。このような場合、図３の説明図から分るように、保護回路基板３０は定位置の基板面と平行でない傾斜した状態を成して、コア２１０の前段面と保護回路基板の外部入出力端子３２の表面との間に微細な楔型の隙間が生じる。この隙間に樹脂２０が詰められると、図４に示すように、外部入出力端子３２の表面の一部が樹脂膜２１によりコーティングされる‘フラッシュ（ｆｌａｓｈ）不良’という問題を起こす。そして、保護回路基板が定位置にいないことによって、定まった規格から外れるその他の不良要因を有することになる。

コアを移動させる際、保護回路基板が不均一にベアセル側にずれる現象を防止するために、ベアセルとリードプレートとを介して結合された保護回路基板をモールドに設けるステップにおいて、ベアセルと保護回路基板との間に樹脂材質のような支持固定物を設ける方法も考えることができる。しかし、このような固定物はモールド内に樹脂を注入させるステップで、樹脂の能率的な注入を妨害する問題を発生させる。

本発明は、リードプレートを介して電気接続している保護回路基板とベアセルとをモールドに装着させ、保護回路基板とベアセルとの間の空間に溶けた樹脂を注いで樹脂モールディング型二次電池を製造する際、保護回路基板の外部入出力端子面に対応するモールド部分を移動させて、外部入出力端子面に当接させることにより、端子面を保護する方法を使用する工程において、端子面が樹脂で覆われる不都合を防止するためのものであって、より詳しくは、本発明はモールドの一部分が保護回路基板の外部入出力端子面と当接して端子面を保護するようにする際、端子面と当接するために移動するモールド部分が保護回路基板を不均一に押して外部入出力端子面とモールド部分の前段面との間に隙間が生じ、モールドに樹脂を注入する際、その隙間に樹脂が詰められて端子面が樹脂で覆われる不都合が防止できる樹脂モールディング型二次電池の形成方法及び樹脂モールディング型二次電池を提供することを目的とする。

また、本発明は保護回路基板の一部が定位置から外れた状態でモールドに装着された場合、これを校正して保護回路基板を定位置に位置させ、保護回路基板の定位置からの離脱による不良の要因が除去できる樹脂モールディング型二次電池の形成方法及び樹脂モールディング型二次電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成のための本発明の樹脂モールディング型二次電池の形成方法は、ベアセルと保護回路基板とをモールドに設けるステップと、支持ピンの側部が定位置における前記保護回路基板の前記ベアセルと対向する裏面と当接するように、前記モールドに前記支持ピンを設けるステップと、前記モールドの外部から挿入可能であり前記保護回路基板と接することが可能なコアに圧力を加えて前記コアの前記保護回路基板と接する前段面を前記モールドに形成された通孔を介して移動させることにより、前記前段面を前記保護回路基板の前記裏面と反対面に形成された外部入出力端子面と密着させるステップと、前記モールド内に樹脂を注ぎ込むステップと、を備えてなることを特徴とする。

本発明の樹脂モールディング型二次電池の形成方法において、通常、ベアセルと保護回路基板の電気接続リードとはモールドに設けられる前に熔接等により接続されている。

通常、モールドは、ベアセル及び保護回路基板の全体を含むように形成されるが、保護回路基板及びベアセルの上部だけを含むように形成することもできる。

コアは、圧力を受ければ移動して、前記保護回路基板の外側面に形成される外部入出力端子面に密着しながら、保護回路基板にある程度の圧力を加えることになる。しかし、保護回路基板の裏側には支持ピンが形成されるので、このような圧力により定位置を外れないことになる。

このようなコアの動作のために、本発明において、コアはコアの形態でモールドの他の部位と区分できるようになされる。即ち、保護回路基板の外部入出力端子面に対応するモールド部分に通孔を形成し、その部分に柱形状のコアを挿入して前進させて、コアの前段面をモールドの他の部分の内側面より突出させる。該突出したコア前段面が外部入出力端子と当接して密着するようにする。従って、モールド内に樹脂が詰められる際にも密着した面には樹脂が侵入せずに、フラッシュ現象が防止できる。

本発明において、支持ピンを設けるステップは、支持ピンをモールドの外側からモールドの所定位置に形成されたピンホールを介して内側に挿入する方式によりなされる。その際、支持ピンは、コアの移動方向を基準にしてモールドの側部の所定位置に設けられたピンホールを介して、保護回路基板の後面に当接するように挿入する形態で設けられることが望ましいが、予めモールドに保護回路基板が接続されたベアセルを装着するステップで、モールドの内側に形成することもできる。

本発明において、支持ピンが内側に挿入される方式で使われる場合、支持ピンの少なくとも１つには縦断面から見て、挿入される端部の前記保護回路基板に向けて傾斜部（テーパ面）が形成されることが望ましい。このような形態であれば、保護回路基板の一部が定位置から外れた場合、支持ピンがモールド内に挿入されると、傾斜部が保護回路基板の外郭部に当接して保護回路基板の位置を校正する役目をすることができる。

支持ピンの少なくとも１つは、縦断面から見て、端部に段が形成されて前記保護回路基板の後面と当接する部分が薄く形成されることもできる。その際、支持ピンがモールドの内側から外側に亘っている場合、モールドの内側の支持ピンは薄く、モールドの外側の支持ピンは厚い形態を有することができる。

また、支持ピンがモールドの側方の両側長辺に、少なくとも２個ずつ形成されると、コアの移動による圧力に対し、支持ピンが保護回路基板を均一で、かつ、安定に支持することができるので望ましい。

本発明によると、樹脂モールディング型二次電池を製造する際、保護回路基板の外部入出力端子面に対応するモールド部分（例えば、コア）を移動させて外部入出力端子面に当接するようにすることにより、端子面を保護する方法を使用する工程において、保護回路基板が部分的に捩れて、一部の端子面とモールド部分との間に隙間が生じ、一部の端子面が樹脂で覆われる不都合を防止することができる。

また、モールドに安着した電池の保護回路基板がベアセル側に微細にずれている場合にも、傾斜面を有する支持ピン等を使用して保護回路基板の位置を正すことができる。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態をより詳細に説明する。

図５は、本発明の過程において、保護回路基板とベアセルとが接続した後、樹脂モールディングのためにモールドに安着され、保護回路基板の裏面に接して位置するように支持ピンがモールドに設けられたステップを示す平断面図であり、図６は、図５のステップにおいて、ベアセルの最も狭い面側から見た、支持ピン位置における断面図であり、図７は、図６と同じ状態を成す過程において、端部に傾斜部（テーパ面）を有する支持ピンが定位置から外れた保護回路基板を定位置に誘導する作用を説明するための断面図である。

先ず、モールドについて概略的に説明すると、通常、全体モールドは上部分と下部分との結合によりなされる。上部分と下部分とは角形缶の広い面と平行に設けられる２つの部分のモールド片であるか、保護回路及びベアセルの接続部を包括する洞空（ｃａｖｉｔｙ）部分とベアセルの下部を包括する洞空（ｃａｖｉｔｙ）部分である場合もある。上・下部分が缶の広い面と平行に設けられる一例を見ると、モールドの上部分及び下部分の内面側には保護回路基板とベアセルとの結合体が定位置に受容できるように、ベアセル及び保護回路基板に対応する形態を備えた、窪んでいる空間（ｃａｖｉｔｙ）が形成される。上下部分が結合された状態のモールドの一部分に保護回路基板とベアセルとの間の空間に溶けた樹脂を注入できるように、ピンホールタイプ（ｐｉｎｈｏｌｅ ｔｙｐｅ）のゲート（ｇａｔｅ）が形成され、ゲートには樹脂の通路となるランナー（ｒｕｎｎｅｒ）が連結、設置される。モールド（ｍｏｌｄ）とランナー（ｒｕｎｎｅｒ）との一部は一体形成されることができるが、通常、ランナーには残留した樹脂が容易に固まって通路を塞ぐことになるので、ランナーはモールドと別途に形成され、使用済のランナーは交替、廃棄される場合が多い。

図５ないし図６を参照すると、上下部分のモールドの正面壁体部分から外部入出力端子に該当する部分等は除去されて、上下部分のモールドを結合させる際、この部分は穿孔されたようなホールの形態を成すことになる。ホール部分にはコア（保護部位）２１０が挿入されて、モールド１００に樹脂が注入される際に樹脂が外部に流れないように、ホールを隙間なしに塞ぐことになる。コア２１０は、モールド１００の外部でコア本体２００に結合されてコア本体２００が前後動することにより、同時にホールを介して前後に移動することになる。

電池がモールド１００に装着された状態で電池の最大面積の面と対面するモールド側面を介して、支持ピン３００、３１０、３２０がモールド１００内に挿入される。支持ピン３００、３１０、３２０が挿入される位置には予めピンホールが形成されている。ピンホールは装着された電池が定位置にある際、電池の保護回路基板３０、より正確には、保護回路基板の回路部３５の裏面、即ち、ベアセル１０と対向する面が、支持ピン３００、３１０、３２０の側部に当接する位置に形成される。

支持ピンがピンホールを介してモールド１００に結合された状態で、コア本体２００が移動してコア２１０をモールド１００の内側に移動させる。コア２１０の前段面が保護回路基板３０の外部入出力端子３２の端子面と密着する。コア２１０の前段面は周りのモールド１００の内面と同じレベルの連続面を形成することもできるが、通常、保護回路基板３０の外部入出力端子３２の表面に樹脂が覆われないように保護する役目を容易に行なうことができるように、周りより少し突出する。結果的に、樹脂モールディングされた状態の二次電池の端子３２の表面は、周りより少し低いレベルで形成され、これを、この段差部に嵌め込むようにして使用する接続部として用いることもできる。端子面との接触により工程が続きながらコア２１０の前段面の一部が摩耗する場合にも、コア２１０の進退を調節して摩耗した厚さが補償できる。コア２１０の前段面は、外部入出力端子３２の各々の端子面に一致する大きさからなることが望ましい。

コア２１０が移動して前段面が外部入出力端子面と密着する際にも、保護回路基板の回路部３５の後面が支持ピン３００、３１０、３２０により支持されているので、後方に押されない。支持ピンがモールド１００の側面を取り囲みながら、少なくとも３個以上、分散、分布すると、保護回路基板は縁部の位置でも部分的にずれることがなくなるので、図５のように、保護回路基板３０の各長辺側に２ケ以上ずつ支持ピン３００が設けられると、保護回路基板３０はコア２１０が圧力を加える際にも定位置に安定することができる。従って、保護回路基板３０が定位置で斜めに傾いて、一部の外部入出力端子３２とコア２１０の前段面との間に隙間ができて、フラッシュ現象が発生することが防止できる。逆に、フラッシュ現状の虞がないので、コアの前段面が保護回路の外部入出力端子３２面と十分密着するようにコア２１０を動かす作業工程に、余裕を有することができる。

一方、支持ピンは、図６に示すように、その先端部が傾斜面を有することができる。実施の形態のように、支持ピン３１０、３２０が外部からモールド１００の内側に挿入される方式で使われる場合、支持ピン３２０の少なくとも１つには、縦断面から見て、挿入される側の先端部に、前記保護回路基板に向けて傾斜面（テーパ面）が形成されることが望ましい。

例えば、図７のように、保護回路基板３０がモールド内に装着された状態で保護回路基板の一部が定位置から外れて、若干後方に（ベアセル方向に）偏った場合が想定できる。支持ピン３２０の端部に形成された傾斜面が保護回路基板３０の方に向くと、支持ピン３２０がモールド１００の内側に挿入され、残りの部分が入りながら、鋭い先端部の傾斜面が定位置の平面から角度θ程外れた保護回路基板３０の外郭部に当接して保護回路基板３０を定位置に導き、校正する役目をすることができる。保護回路基板３０がベアセルと結合した状態で、全体的に片方が若干傾いた場合を想定すると、全ての支持ピンではなくても、保護回路基板の２つの長辺の内、一つの長辺側に挿入される支持ピンの全ての端部を傾斜面に形成することを考慮することができる。その場合、形成される二次電池は、モールド部の他方に形成されたピンホールは、支持ピンが除去されて、全てのピンホールに支持ピンの端部形状を有する傾斜部が形成されるべきである。

一方、保護回路基板３０がベアセルの方に偏った場合と逆に、保護回路基板が定位置からモールド１００のコア側（正面壁体のホール方向）に若干偏った場合、樹脂の注入前にコアが引き込まれて移動しながらコアの前端面が外部入出力端子面と密着するようにコアの圧力が保護回路基板に作用するので、保護回路基板の後面が支持ピンに当接するまで保護回路が押されて定位置を探すことになる。

また、図６の一つの支持ピン３１０の例から分るように、支持ピンは縦断面から見て、端部に段が形成されて前記保護回路基板３０の回路部３５の後面と当接する部分が薄く形成することができる。例えば、モールド１００に挿入される形態の支持ピンにおいて、支持ピン３１０がモールド１００の内側から外側に亘っている場合、モールドの内側の支持ピン３１０の部分は薄く、モールド１００の外側の支持ピン部分は厚い形態を有することができる。支持ピンが薄く形成される場合、個別的な支持ピンの支持力は落ちることがあるが、部分的に弾性変形特性が改善できる。支持力の低下問題は、支持ピンの数を増やして補強することができ、弾性変形特性が良くなると、支持ピンがモールドに挿入される際、保護回路基板に一部が突き当たる場合にも容易に挿入されることができる。

一方、このような場合、ピンホールの端面、すなわち、ピンホールの入口は、支持ピンの長さ方向の端面のような形態を有することができ、必要によって円形、半円型、任意の多角形等から形成されることができる。

成形樹脂により結合される前段階にある従来のリチウムイオン樹脂パック電池の一例に対する概略分解斜視図である。 ベアセルと保護回路基板のリードプレートとが熔接された状態で成形モールドに装着された状態の従来の一例を示す断面図である。 モールド内で保護回路基板が定位置で傾斜した状態を成してコアの前端面と保護回路基板の外部入出力端子面との間に楔型の隙間ができた従来の問題を目立つように示す断面図である。 樹脂モールディング型二次電池において、外部入出力端子面の一部が樹脂膜で絶縁された従来のフラッシュ（ｆｌａｓｈ）の不都合を示す一部斜視図である。 本発明の過程において、保護回路基板とベアセルとが接続された後、樹脂モールディングのためにモールドに安着され、保護回路基板の後面に接して位置するように支持ピンがモールドに設けられたステップを示す平断面図である。 図５のステップにおいて、ベアセルの最も狭い面側から見た、支持ピンの位置における断面図である。 図６と同じ状態を成す過程において、端部にテーパ面を有する支持ピンが定位置から外れた保護回路基板を定位置に導く作用を説明するための断面図である。

符号の説明

１０ ベアセル、
１１、１２ 電極端子、
３０ 保護回路基板、
３２ 外部入出力端子、
３６、３７ 接続端子、
４１、４２ リードプレート、
１００ モールド、
２１０ コア、
３００、３１０、３２０ 支持ピン。

Claims (6)

1. ベアセルと保護回路基板とをモールドに設けるステップと、
   支持ピンの側部が定位置における前記保護回路基板の前記ベアセルと対向する裏面と当接するように、前記モールドに前記支持ピンを設けるステップと、
   前記モールドの外部から挿入可能であり前記保護回路基板と接することが可能なコアに圧力を加えて、前記コアの前記保護回路基板と接する前段面を前記モールドに形成された通孔を介して移動させることにより、前記前段面を前記保護回路基板の前記裏面と反対面に形成された外部入出力端子面と密着させるステップと、
   前記モールド内に樹脂を注ぎ込むステップと、を備えてなることを特徴とする樹脂モールディング型二次電池の形成方法。
2. 前記挿入可能なコアの前段面が前記端子面と密着するようにするステップは、
   前記端子面に対応する前記モールドに形成された通孔に柱形状のコアを挿入して、前記コアを形成し、前記コアの裏面側に圧力を加えて、前記通孔を介して前進させて、前記モールドの他の内側面より突出させることにより、前記端子面と密着するようにすることを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールディング型二次電池の形成方法。
3. 前記支持ピンを設けるステップは、前記支持ピンを前記モールドの外側から前記モールドの所定位置に形成されたピンホールを介して内側に挿入する方式で設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂モールディング型二次電池の形成方法。
4. 前記支持ピンの少なくとも１つには、縦断面から見て、前記モールドに対して内側の端部に、前記保護回路基板に向かう方へ傾斜した傾斜部が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂モールディング型二次電池の形成方法。
5. 前記支持ピンの少なくとも１つには、縦断面から見て、前記モールド内側の端部に段が形成されて、前記保護回路基板の前記裏面と当接する部分が薄く形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂モールディング型二次電池の形成方法。
6. 前記支持ピンは、前記保護回路基板の各長辺に少なくとも２つが形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂モールディング型二次電池の形成方法。

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