JP4137881B2 - 薄型電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば携帯情報端末の電源として使用されるカード状の薄型電池に関する。

この種の電池は、例えば特開平１１−１７６４００号公報に公知である。そこでは、図９に示すように、電池ユニット３０と、電池ユニット３０を収容する外装ケース３１と、電池ユニット３０と外装ケース３１との間を隔てる腐蝕防止用の樹脂シート３２などで構成してある。電池ユニット３０は、断面長円状に圧縮処理された正極体、負極体、およびセパレータを含む巻装体３３と、電解液と、これらを収容するラミネートフィルム製の容器３４とで扁平なマット状に構成してある。外装ケース３１は、蓋合わせ状に接合される上ケース３１ａと下ケース３１ｂとからなり、上下ケース３１ａ・３１ｂ内に先の電池ユニット３０が封入されている。上ケース３１ａおよび下ケース３１ｂは、それぞれアルミニウム板材を素材にしてプレス成形した平板状のケース壁材３５と、ケース壁材３５の四周辺部の表裏に固定されるプラスチック製の枠体３６とからなり、例えば枠体３６の形成時にケース壁材３５を一体にインサート成形している。上下ケースの全体をプラスチック成形品とした電池もある。

上記の電池によれば、上下ケース３１ａ・３１ｂがアルミニウム製のケース壁材３５とプラスチック製の枠体３６とからなるので、電池を軽量化できる。しかし、ケース壁材３５の四周辺部の表裏に分厚い枠体３６を固定するので、電池の全厚寸法が大きくなるのを避けられず、電池の薄型化に限界がある。

また、ラミネートフィルム製の容器３４内に、正極体、負極体、および電解液などの巻装体３３を封入して電池ユニット３０を構成し、これとは別に設けた外装ケース３１内に電池ユニット３０を収容する形式では、電池全体の構成部品点数が増え、その分だけ電池の製造コストが高く付く。

例えば、リチウムイオン電池などの高エネルギー電池に代表されるように、電池の種類によっては、過充電や過放電を防ぎ、さらに大電流が流れるのを防ぐ保護回路を付加して不測の事態に備えるが、上記のようにカード化した電池においては、保護回路を設けるためのスペースや取り付けベースを別途設ける必要があり、その分だけ電池の外形が大きくなり、あるいは保護回路の組み付けに多くの手間が掛かるなどの問題があった。因みに、外装ケースが深絞り缶で形成された従来の電池においては、保護回路を外装ケース内に収容する以外にないため、電気的な配線や組立に多くの手間を要していた。

本発明は、電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する外装ケースとを備えた薄型電池であって、
前記外装ケースは、第１ケース体と第２ケース体とを含み、
前記第１ケース体と前記第２ケース体とは、相互に接合するための接合壁を外周部に含み、
前記第１ケース体および前記第２ケース体から選ばれる少なくとも一方は、片面に収容部が膨出形成された皿状のケース要素と、前記収容部の膨出壁の周囲に沿って前記ケース要素に固定される補強枠とを含み、
前記収容部の内部には前記電池モジュールが収納され、
前記電池モジュールは、前記第１ケース体の前記接合壁と前記第２ケース体の前記接合壁とを密着接合することにより、前記外装ケースの内部に封入されていることを特徴とする薄型電池を提供する。

本発明は、電池の全厚寸法を可能な限り薄くしながらも、充分な構造強度を備えており、従って携帯情報端末等の軽量化と小型化が厳しく要求される小型電子機器の電源として好適な薄型電池を提供することができる。

また、本発明は、外装ケース自体が電池モジュールの収納容器を兼ねるようにして、電池の構成部品点数の削減化を図り、その分だけ電池の製造コストを低減できる薄型電池を提供することができる。

また、本発明は、カード化された薄型電池の厚みを増す必要も無く、保護回路などの制御回路を外装ケースに対して簡単に、しかも確実に組み立てることができ、制御回路を備えた電池全体の小型化に有利な薄型電池を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

本発明の薄型電池の一例は、図３に示すように電池モジュール２と、これを収容する外装ケース１とを備えている。外装ケース１は、外周縁が接合される第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとからなる。第１・第２ケース体１Ａ・１Ｂの少なくともいずれか一方は、図４に示すように片面に収容部７が膨出形成された皿状のケース要素５と、収容部７の膨出壁１１の周囲に沿ってケース要素５に固定される補強枠６とで構成されている。また、収容部７内に収容した電池モジュール２は、図１に示すごとく第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとの周縁部に設けた接合壁８・１８どうしを密着接合することにより、外装ケース１内に封入されている。

具体的には、前記補強枠６がプラスチック成形品であり、前記ケース要素５が金属薄板を素材とするプレス成形品であり、ケース要素５は補強枠６の成形時に成形金型内にインサートして、補強枠６と一体化されている。

収容部７の膨出壁１１に隣接する、第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとの接合壁８・１８の外面には、図２に示すごとく実装領域Ｚが確保されており、この実装領域Ｚに、電池モジュール２用の制御モジュール３と、制御モジュール３を保護するカバー４とが装着されている。

制御モジュール３は、保護回路、正極出力端子、および負極出力端子を含んでおり、実装領域Ｚに導出した電池モジュール２の正極タブ２ｐと負極タブ２ｍとに、図７に示すごとく制御モジュール３の一対の入力端子２１ｐ・２１ｍを接続固定して、制御モジュール３を実装領域Ｚに固定することができる。

角形カード状に形成した外装ケース１の一辺部に、実装領域Ｚが設けられており、前記カバー４が図２に示すごとく制御モジュール３の外面を覆い隠す主面壁２３と、主面壁２３の両側端から突出する一対の脚片２４とで構成されており、主面壁２３に、制御モジュール３の出力端子２０を露出させる端子窓２５が開口している。

本実施形態の外装ケース１は、第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとで構成され、両ケース体１Ａ・１Ｂの間に設けた収容部７内に電池モジュール２を封入してある。つまり、外装ケース１これ自体が電池モジュール２の収納容器を兼ねるようにして、電池の全厚寸法を可能な限り薄くし、しかも電池の構成部品点数を削減できるようにしている。従って、この発明によれば、より薄くてより軽量の薄型電池が得られ、構成部品点数が少ない分だけ電池の製造コストを削減化できる。

第１・第２ケース体１Ａ・１Ｂの少なくとも一方のケース要素５を補強枠６で補強するに際し、収容部７の膨出壁１１の周囲に補強枠６を配置してケース要素５を補強しているので、電池の厚み寸法が増えるのを避けながら、電池の構造強度を充分に向上でき、薄く構成された電池であるにもかかわらず、曲げ力や落下衝撃に強い電池が得られる。つまり、軽量化と小型化が厳しく要求される携帯情報端末等の小型電子機器の電源として好適な薄型電池を得ることができる。

予めプレス成形しておいたケース要素５は、補強枠６の成形時に成形金型内にインサートして補強枠６と一体結合すると、補強枠６を成形しておいてケース要素５に固定する場合に比べて、第１ケース体１Ａまたは第２ケース体１Ｂの加工工数を削減でき、さらにケース要素５と補強枠６との位置決め精度も向上する。

第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとの接合壁８・１８の外面に実装領域Ｚを設けた薄型電池によれば、外装ケース１の外面に露出する実装領域Ｚに制御モジュール３とカバー４とを順に組み付ければよいので、外装ケース１に対する制御モジュール３およびカバー４の組み立て作業が簡単にしかも確実に行える。制御モジュール３およびカバー４を付加することで、カード化された薄型電池の厚みが増すこともなく、この種の制御回路を備えた電池全体を小型化できる。保護回路などの電装部品の全てをまとめて１個の制御モジュール３とするので、制御モジュール３と電池モジュール２との接続の手間も少なくて済む。制御モジュール３の外面はカバー４で覆われているので、異物が制御モジュール３の実装部品に付着したり、例えば回路が短絡したりするなどの不具合を確実に防止できる。

実装領域Ｚに電池モジュール２の正極タブ２ｐと負極タブ２ｍとを導出しておき、これらのタブ２ｐ・２ｍに制御モジュール３の一対の入力端子２１ｐ・２１ｍを接続固定して、制御モジュール３を実装領域Ｚに固定する薄型電池によれば、制御モジュール３を所定の位置に装填し、その入力端子２１ｐ・２１ｍを接続するだけの最小限の手間で、制御モジュール３を電池に対して組み付けることができる。しかも、組み立てた電池が仕様通りの状態にあることを確認し、さらに制御モジュール３が正常であることを確認しながら、組立作業を進めることができるので、組立完了時の不良品の発生を極力避けることができる。

制御モジュール３の外面を覆い隠す主面壁２３と、主面壁２３の両側端から突出する一対の脚片２４とでカバー４を構成し、制御モジュール３の出力端子２０を露出させるための端子窓２５が前記主面壁２３に開口されている電池によれば、制御モジュール３の出力端子２０以外の部分をカバー４で完全に覆って、制御モジュール３を確実に保護できる。主面壁２３と一対の脚片２４とが協同して外力に対向するので、例えば落下衝撃を受けてカバー４が電池から分離することもよく防止できる。

さらに、図１０〜図１２を用いて本発明の薄型電池の他の一例を説明する。本実施形態では、外装ケースの辺部には、さらに逆挿入防止用凹部４２が形成され、この逆挿入防止用凹部４２は、薄型電池４１を装着する本体装置４４の電池挿入部４５に設けられた逆挿入防止用凸部４６と嵌合する構造となっている。これにより、薄型電池４１を本体装置４４に挿入する際に逆挿入等の誤挿入を防止できる。

また、本実施形態では、外装ケースの辺部には、さらに脱落防止用凹部４３が形成され、この脱落防止用凹部４３は、薄型電池４１を装着する本体装置４４に設けられた脱落防止機４８の脱落防止用凸部４７と系合する構造となっている。これにより、薄型電池４１を挿入・装着した本体装置４４に強い衝撃が加わっても、薄型電池４１が容易に脱落することがない。

次に、本発明を実施例に基づき説明する。

図１ないし図７は本発明に係る薄型電池の実施例を示す。図２および図３において薄型電池は、外装ケース１と、外装ケース１の内部に封入される電池モジュール２および電解質と、外装ケース１の外面側に組み付けられる制御モジュール３およびカバー４とからなる。外装ケース１は、蓋合わせ状に接合される第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとで構成する。

図４において第１ケース体１Ａは、プレス成形品からなるケース要素５と、ケース要素５の外周縁に沿って固定した補強枠６とで構成する。図４においては、ケース要素５と補強枠６との関係構造を明確化するために、両者を分解した状態で図示した。

ケース要素５は、厚みが０．１〜０．２mm前後のアルミニウム薄板を素材にして形成してあり、その片面に縦長四角形状の収容部７が膨出形成されており、収容部７の外周に接合壁８が張り出して角皿状に形成されている。収容部７の左右両側および下側の接合壁８は幅狭に形成し、上側の接合壁８は広幅に形成する。接合壁８の広幅に形成した上側部分の殆どを制御モジュール３用の実装領域Ｚとして利用するためである。実装領域Ｚの上端寄りの左右２箇所には、電極導出口９が後工程で開口形成される。

補強枠６は四角枠状のプラスチック成形品からなり、収容部７の斜めの膨出壁１１の外周囲に沿って配され、ケース要素５の接合壁８の外面に固定される。この実施例では、補強枠６の射出成形時にケース要素５を成形用金型内にインサートして、補強枠６を先の接合壁８と一体化した。このように、ケース要素５が補強枠６にインサート固定されていると、補強枠６をケース要素５に組み付ける手間を省略できるので、その分だけ電池の製造工程を削減できる。電池の厚み寸法が大きくなるのを避けるために、図１に示すように、補強枠６の厚みは収容部７の膨出寸法と同じ厚みに設定してあり、その外面は収容部７の外表面と面一状になっている。補強枠６の上端両側には、カバー４を装着するための接合座１２が凹み形成されている（図４参照）。

補強枠６の上方には、実装領域Ｚの上端縁に沿うよう、左右横長の受枠１４が設けられている。この受枠１４は補強枠６と同時に成形されて実装領域Ｚに固定してある。図４および図５において受枠１４の下部両側には、後述する電池モジュール２の正極タブ２ｐおよび負極タブ２ｍを固定するための接続座１５が形成されており、各接続座１５に先の電極導出口９に対応する開口１６を形成してある。受枠１４と補強枠６の上枠部分とには、カバー４を後述する要領で密着接合するための接合座１７がそれぞれ形成されている（図４参照）。

図３において第２ケース体１Ｂは、アルミニウム薄板を第１ケース体１Ａと同じ外郭形状に打ち抜いた平板状の蓋体からなり、その外周縁の接合壁１８を第１ケース体１Ａの接合壁８に接合することにより収容部７を塞ぐことができる。両接合壁８・１８の接合強度を充分なものとし、さらに接合面の密封度合いを高めるために、両接合壁８・１８の少なくとも一方には、接合に先立って熱可塑性の接合樹脂２７を固着してある。

電池モジュール２は、ＬｉＣｏＯ₂を活物質とするシート状の正極体と、黒鉛を活物質とするシート状の負極体とを、セパレータを間にして渦巻状に巻装した後、全体を断面長円状に押し潰し変形して構成してある。正極体と負極体の巻装端には、図２に示すごとくそれぞれ正極タブ２ｐおよび負極タブ２ｍを導出してある。

図５において制御モジュール３は、基板１９の裏面にＩＣチップや回路遮断用のスイッチなどからなる保護回路と、ポリスイッチなどを実装し、基板１９の表面の中央に３個の出力端子２０を配置してなる。保護回路は電池が過充電状態や、過放電状態に陥るのを防ぎ、ポリスイッチは大電流が流れて熱破壊するのを防ぐ。先の出力端子２０は、左右両側に位置する正極出力端子２０ｐおよび負極出力端子２０ｍと、中央の信号出力端子２０ｓとからなる。基板１９の左右端側には、電池モジュール２の正極タブ２ｐおよび負極タブ２ｍに接続される入力端子２１ｐ・２１ｍが固定してある。先の信号出力端子２０ｓは、例えば保護回路と共に基板１９に組み込んだＩＤ抵抗の抵抗値を検出する際に使用されて、電子機器側で電池が適正であるか否かを判定するために設けてある。

図５においてカバー４は、制御モジュール３の外面を覆い隠す主面壁２３と、主面壁２３の左右両側端から下向きに突出する一対の脚片２４とを一体に成形した門形のプラスチック成形品からなる。主面壁２３の左右中央には、制御モジュール３の出力端子２０（２０ｐ、２０ｍ、２０ｓ）を露出させるための３個の端子窓２５が開口している。主面壁２３の左右両側の裏面には、受枠１４と補強枠６との間の隙間を塞ぐブロック栓２６が突出形成されている。

電池の組み立て手順の概略を説明すると、まず第１ケース体１Ａの収容部７に電池モジュール２を装填し、その正極および負極のタブ２ｐ・２ｍを電極導出口９および開口１６に挿通した後、図７に示すように反転状に折り返えして、接続座１５の外面に露出させる。このとき、正負の両タブ２ｐ・２ｍが電極導出口９に直接接触するのを防ぐために、両タブ２ｐ・２ｍの中途部は絶縁テープで被覆しておく。

次に、電解質（非水電解質）を収容部７に充填したうえで、第２ケース体１Ｂを第１ケース体１Ａに蓋合わせ状に接合し、第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂの接合壁８・１８どうしを加熱しながら加圧して、接合樹脂２７を溶融させた後に固化させることにより、外装ケース１内に電池モジュール２を封入する。

上記のようにして得たブランク電池に、制御モジュール３を装着し、さらにカバー４を固定して薄型電池を完成する。より詳しくは、接続座１５に折り返された正極および負極のタブ２ｐ・２ｍに、制御モジュール３の入力端子２１ｐ・２１ｍを重ねたうえでスポット溶接して、制御モジュール３を電池モジュール２と電気的に接続する。この状態において制御モジュール３は、補強枠６と受け枠１４との間の空所内に位置決め収容されて、上下および左右方向への遊動が規制されている。

最後にカバー４を実装領域Ｚに被せ付け、その主面壁２３の上下が図６に示すように補強枠６と受枠１４との接合座１７で移動規制され、さらに左右の脚片２４が接合座１２に嵌り込んだ状態（図２参照）で、主面壁２３と脚片２４とを受枠１４と補強枠６とに超音波溶着して、カバー４を固定する。この状態では、制御モジュール３が主面壁２３と接合壁８とで前後方向から挟持され、出力端子２０（２０ｐ、２０ｍ、２０ｓ）のみが端子窓２５からカバー外へ露出している（図６参照）。また、受枠１４と補強枠６との間の実装領域Ｚの両側端は、カバー４に設けたブロック栓２６で塞がれている。

完成した薄型電池の全厚み寸法は、第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとの合計厚み寸法に等しく、実装領域Ｚにおける全厚寸法も完成した薄型電池の全厚み寸法に等しい。この実施例の薄型電池の外形寸法は、縦×横×厚みのそれぞれが、９０×５４×２．５mmであり、出力電圧は３．８Ｖ、電池容量は１０００ｍＡＨとした。

上記の実施例においては、第１ケース体１Ａに限って収容部７を設けたが、図８に示すように第２ケース体１Ｂにも収容部７を設け、その外周囲に補強枠６を付加してもよい。

上記以外に、補強枠６を予め成形しておいて、接合壁８に接着あるいは溶着して固定することができる。外装ケース１の外形形状は四角形である必要は無く、適用する電子機器の構造や形状に応じて任意の形状に変更できる。第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとは、ステンレス薄板やメッキ処理した薄鋼板で形成してもよく、接着剤やシーム溶接によって接合固定することができる。第１ケース体１Ａと第２ケース体１Ｂとの形成素材は異なっていてもよい。実装領域Ｚは外装ケース１の外周の複数箇所に設けることができる。受枠１４は補強枠６と一体に成形してあってもよい。カバー４は受枠１４と一体成形ヒンジを介して一体に成形しておくことができる。この発明の薄型電池は、リチウムイオン電池以外の電池にも適用できる。

また、図１０ないし図１２は本発明に係る薄型電池の他の実施例を示す。本実施例では、外装ケースの辺部には、さらに逆挿入防止用凹部４２が形成され、この逆挿入防止用凹部４２は、薄型電池４１を装着する本体装置４４の電池挿入部４５に設けられた逆挿入防止用凸部４６と嵌合する構造となっている。

また、本実施例では、外装ケースの辺部には、さらに脱落防止用凹部４３が形成され、この脱落防止用凹部４３は、薄型電池４１を装着する本体装置４４に設けられた脱落防止機４８の脱落防止用凸部４７と系合する構造となっている。

本発明は、電池の全厚寸法を可能な限り薄くしながらも、充分な構造強度を備え、軽量化と小型化が厳しく要求される携帯情報端末等の電源として好適な薄型電池を提供することができる。

図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の薄型電池の一例を示す一部破断正面図である。 本発明の薄型電池の一例を示す分解斜視図である。 第１ケース体の一例を示す分解斜視図である。 制御モジュールとカバーとの一例を分解した状態で示す要部正面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の薄型電池の他の一例を示す要部断面図である。 従来例の薄型電池の分解断面図である。 本発明の薄型電池のさらに他の一例を示す外観斜視図である。 図１０の薄型電池を本体装置に挿入する前の要部斜視図である。 図１０の薄型電池を本体装置に挿入した状態の断面図である。

符号の説明

１ 外装ケース
１Ａ 第１ケース体
１Ｂ 第２ケース体
２ 電池モジュール
２ｐ 電池モジュールの正極タブ
２ｍ 電池モジュールの負極タブ
３ 制御モジュール
４ カバー
５ ケース要素
６ 補強枠
７ 収容部
８ 第１ケース体の接合壁
１１ 膨出壁
１８ 第２ケース体の接合壁
２０ 制御モジュールの出力端子
２１ｐ・２１ｍ 制御モジュールの入力端子
２３ カバーの主面壁
２４ カバーの脚片
２５ 端子窓
Ｚ 実装領域

Claims (7)

1. 電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する外装ケースとを備えた薄型電池であって、
   前記外装ケースは、第１ケース体と第２ケース体とを含み、
   前記第１ケース体と前記第２ケース体とは、相互に接合するための接合壁を外周部に含み、
   前記第１ケース体および前記第２ケース体から選ばれる少なくとも一方は、片面に収容部が膨出形成された皿状のケース要素と、前記収容部の膨出壁の周囲に沿って前記ケース要素に固定される補強枠とを含み、
   前記補強枠は、プラスチック成形品であり、
   前記ケース要素は、金属薄板を素材とするプレス成形品であり、
   前記ケース要素は、前記補強枠と一体化して形成されており、
   前記収容部の内部には前記電池モジュールが収納され、
   前記電池モジュールは、前記第１ケース体の前記接合壁と前記第２ケース体の前記接合壁とを密着接合することにより、前記外装ケースの内部に封入されていることを特徴とする薄型電池。
2. 前記収容部の膨出壁に隣接する前記接合壁の外面には、さらに実装領域が形成され、前記実装領域は、前記電池モジュールのための制御モジュールと、前記制御モジュールを保護するカバーとを含んでいる請求項１に記載の薄型電池。
3. 前記制御モジュールが、保護回路、出力端子および入力端子を含み、前記実装領域に導出した前記電池モジュールの正極タブと負極タブとに、前記制御モジュールの一対の前記入力端子を接続固定して、前記制御モジュールが前記実装領域に固定されている請求項２に記載の薄型電池。
4. 前記外装ケースが角形カード状に形成され、前記外装ケースの一辺部には前記実装領域が設けられ、前記カバーが、前記制御モジュールの外面を覆い隠す主面壁と、前記主面壁の両側端から突出する一対の脚片とを含み、前記主面壁には、前記制御モジュールの前記出力端子を露出させる端子窓が開口している請求項２に記載の薄型電池。
5. 前記外装ケースの辺部には、さらに逆挿入防止用の凹部が形成され、前記凹部は、電池を装着する装置の電池挿入部に設けられた逆挿入防止用の凸部と嵌合する請求項１に記載の薄型電池。
6. 前記外装ケースの辺部には、さらに脱落防止用の凹部が形成され、前記凹部は、電池を装着する装置に設けられた脱落防止用の凸部と系合する請求項１に記載の薄型電池。
7. 電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する外装ケースとを備えた薄型電池の製造方法であって、
   前記外装ケースは、相互に接合するための接合壁を外周部に備える第１ケース体と第２ケース体とを含み、
   前記第１ケース体および前記第２ケース体から選ばれる少なくとも一方は、片面に収容部が膨出形成された皿状のケース要素と、前記収容部の膨出壁の周囲に沿って前記ケース要素に固定される補強枠とを含み、
   前記補強枠は、プラスチック成形品であり、前記ケース要素は、金属薄板を素材とするプレス成形品であり、前記ケース要素は、前記補強枠と一体化して形成されており、
   前記収容部の内部に前記電池モジュールを収納し、前記電池モジュールを、前記第１ケース体の前記接合壁と前記第２ケース体の前記接合壁とを密着接合することにより、前記外装ケースの内部に封入することを特徴とする薄型電池の製造方法。

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