JP5068544B2 - 保護回路基板を含む一体化タイプのキャップ組立品及びこれを含む二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池用の一体化されたキャップ組立品（一体キャップ組立品ともいう）及びこの組立品を含む二次電池に関し、更に詳細には、ベースプレートとして電池缶の上端の開口部に取り付けられた上キャップ、及びこの上キャップに一体に取り付けられた保護回路モジュール等を含むキャップ小組立品を備えた一体キャップ組立品、これを含む二次電池の製造方法、及びこの方法によって製造された二次電池に関する。

充電可能な二次電池は、一般的には、ハードキャップ電池及び内部電池に分類される。図１は、ハードキャップ電池の代表的な例を示す。図１を参照すると、ハードキャップ電池１０は、装置１２の取り外し自在の部品として設けられており、このため電池を装置１２に取り付けるのが便利であるという利点がある。しかしながら、ハードキャップ電池１０は、内部に埋め込まれた電池本体を収容する機能を持つケース（ハウジング）１１を必要とするため、また、関連した装置の種類に従った所定の形状を持つように設計されているため、高価であり且つ互換性がないという問題点がある。

これとは逆に、内部電池２０は、図２に示すように、装置内に埋め込まれた状態で使用され且つ装置の一部を構成するケースによって覆われているため、電池を装置に取り付ける点で不便があるが、安価であり且つ互換性があるという利点がある。

図３及び図４は内部電池の詳細な構造を示す。図３及び図４を参照すると、内部電池２０は、例えば一方の側部にカソード端子を備えており且つ他方の側部にアノード端子を備えた電池本体２１、過電流、過放電、及び過充電から電池を一次的に保護するため、電池本体２１の一方の端子に接続された保護回路（ＰＴＣ）エレメント２２、電池を二次的に保護するため、ＰＴＣエレメント２２に接続された端子にニッケルプレート２３を介して接続されており且つ電池本体の他方の端子にニッケルプレート２７を介して接続された保護回路モジュール２４であって、関連した装置（図示せず）を接続できるようにするために外面に外部入力端子及び外部出力端子が形成されているような保護回路モジュール２４、及び電池本体２１、ＰＴＣエレメント２２、保護回路モジュール２４を包囲する上下のケース２５及び２６を備えている。

絶縁シート２８が電池本体２１の側面とニッケルプレート２３との間、及び保護回路モジュール２４とニッケルプレート２７との間に配置されており、このことにより、ニッケルプレート２３及び２７と、隣接した電池本体２１又は保護回路モジュール２４との間の不要な接触による短絡を阻止する。

更に、電池本体２１と下ケース２６との間に両面接着テープ２９を配置し、電池本体２１を下ケース２６の底面にぴったりと固定できるようにする。従って、電池本体２１が上下のケース２５及び２６内に受け入れられたとき、これらのケース２５及び２６内に安定して固定できる。

上述したような電池を製造するため、電池組立品を電池缶３０に挿入した後、キャップ３１を缶３０の開口部に取り付け、キャップと開口部との間の接触部分に亘ってレーザー溶接を行うことによってここを連結する。次いで、キャップ３１の一方の側部に形成された注入ポート３２を通して電解質を缶３０に注入する。

しかしながら、上文中に説明したように形成された二次電池には幾つかの問題点がある。

第１に、装置を小型化及びコンパクト化しているために、更に小型であり且つ更に軽量の電池に対する要求が大きくなっており、このためこのような電池に対応するケースを超精密薄膜射出成形によって製造することが必要とされている。これは技術的に困難であり、その結果、製造費が上昇する。

第２に、二次電池は、ＰＴＣエレメント、ニッケルプレート、保護回路モジュール、上下のケース等の取り付けに多くの工程を必要とし、また組み立てが困難であり、これにより欠陥製品が出来やすくなり、製造費が上昇する。

第３に、上下のケースは、主として、超音波溶接によって互いに溶接されるため、パックは、超音波溶接を行うための所定の厚さ又はそれ以上の厚さを持つ必要がある。これは、電池の小型化及びコンパクト化の阻害要因となる。更に、超音波溶接中に上下のケースが僅かでも動くことにより、製品の欠陥が起こり易く、オペレータが常に管理しなければならなくなる。

上述した問題点を解決するための方法として、電池本体の上端に取り付けられた多くの構成要素（即ちキャップ組立品）を電池本体と一緒にインサート射出成形するような方法が提案されてきた。図５乃至図７は、それぞれ、このようなインサート射出成形方法を例示する概略図、並びにこの方法によって製造された二次電池を示す正面図及び側面図である。

図５乃至図７を参照すると、電池２０は以下の方法で製造される。即ち、保護回路モジュール２４の側部にある接続端子５０を電池本体２１の側部にある蓋５１に接続し、電池２０の保護回路モジュール２４及び電池本体２１を、上金型４１及び下金型４２を含む金型４３の成形スペース４０内で、上金型４１の注入ポート４４を通して注入された溶融樹脂（図示せず）によって一体となるよう互いに固定する。

電池２０を製造するためのこのようなインサート射出成形方法は上下のケースを必要とせず、このため電池の寸法（特に厚さ）が減少するという利点がある。しかしながら、キャップ組立品６０が金型４０内で電池本体２１と一体成形されるため、この方法には以下の幾つかの問題点がある。

第１に、電池本体２１及び保護回路モジュール２４が、電極組立品を含む電池本体２１を保護回路モジュール２４とともに金型４０の成形スペース４３内に位置決めすることによって、回路が作動している状態で溶融樹脂によって成形スペース４３内で固定される。このため、電池本体２１及び保護回路モジュール２４が金型４０内で一体的に固定されるときに金型４０と接触することにより、短絡が起こる可能性が高い。従って、電池本体２１及び保護回路モジュール２４は、電力が加えられた状態で回路を構成するため、短絡が起こらないようにするために出力端子にコーティングを施さなければならないという不便がある。

第２に、電池本体２１の大きさに基づいて加えられる圧力により電池本体２１が変形する場合、又は金型４０の成形スペース４３内で電池本体２１を保護回路モジュール２４に一時的に接合した状態で上金型４１及び下金型４２を連結したときに高温高圧の溶融樹脂が成形スペース４３に注入される場合、成形スペース４３への溶融樹脂の注入中に電池本体２１と保護回路モジュールとの間で位置ずれが起こり易く、これによって欠陥製品が出来易くなる。

第３に、電池本体２１が成形スペース４３内で高温である場合には、電池の電気的特性が変化し易く、爆発の危険がある。更に、電池本体２１を構成する電池缶に金型４０内で圧力が加えられると、電池缶及びキャップが互いに溶接された部分に圧力が加わることにより、溶接されない部分が形成されてしまう。

従って、内部電池には、電池本体２１とともに射出成形することにより内部構成要素が動いてしまうこと、電池本体２１の接触表面と樹脂成形部分との不安定さ、及び電池本体２１を金型４０に挿入できるようにするための電池本体２１の寸法精度、等の幾つかの問題点がある。

従って、本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電池缶の上端の開口部にベースプレートとして取り付けられた上キャップ、及びこの上キャップに一体的に取り付けられた保護回路モジュール等を含むキャップ小組立品を備えた一体キャップ組立品を提供し、これによって、電池の製造を容易にできると同時に欠陥製品の発生率を大幅に低減することである。

本発明の別の目的は、キャップ組立品を使用した簡単な組み立てによって電池を製造する方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、この方法によって製造された二次電池を提供することである。

本発明の一の特徴によれば、以上の目的及び他の目的は、ベースプレートとして電池缶の開口部に取り付けられた上キャップ、及びこの上キャップに一体に取り付けられる保護回路モジュールを含むキャップ小組立品を備えた、一体キャップ組立品を提供することによって達成できる。

本発明のキャップ組立品は独立した部材として提供され、保護回路モジュールを含むキャップ小組立品及びキャップハウジングが上キャップに一体的に取り付けられているという特徴がある。従って、電池は、カソード、セパレータ、及びアノードを含む電極組立品を電池缶に挿入し、本発明のキャップ組立品を電池缶の開口部に取り付けることによって容易に製造できる。このように、ベースプレートとして作用する上キャップにキャップ小組立品が一体に取り付けられた独立した部材として提供されるキャップ組立品は新規なものである。

本明細書中、「キャップ小組立品」という用語は、電池の上部分を形成するときに上キャップに取り付けられる全ての構成要素を意味し、例えば電池の過電流、過放電、及び過充電を防ぐための保護回路モジュールや、保護基板の外面を覆うためのキャップハウジング等を有していてもよい。任意であるが、キャップ小組立品は、電気的に接続するための電極蓋、短絡を阻止するための絶縁部材、並びにＰＴＣエレメント、バイメタル、ヒューズ等を含む安全エレメントを有していてもよい。

上キャップ（ベースプレート）及びキャップ小組立品の一体化は、締結、付着、溶接等により様々に行うことができる。特に好ましくは、キャップ小組立品は、インサート射出成形によって、金型内で上キャップに電気的に接続された状態で上キャップに一体に連結される。

更に詳細には、一体キャップ組立品は、キャップ小組立品を挿入体として金型内に挿入し、この金型内で、キャップ小組立品を、二つの電極端子を含む上キャップの一方の表面に、保護回路モジュールが上キャップの二つの電極端子に電気的に接続されるように取り付け、次いで溶融樹脂によって、上キャップの他方の側部が金型内の樹脂の外側に露出されるようにインサート射出成形することによって製造されてもよい。

このように、インサート射出成形によるキャップ組立品の製造は、保護回路モジュールが電池本体に電気的に接続されていない状態で、即ち保護回路モジュールが、二つの電極が形成された上キャップにこれに電力を加えずに取り付けられた状態で、キャップ組立品を成形することによって行うことができる。かくして、本発明のインサート射出成形により、プロセス中の電気的安定性を保証しながら、一般的な溶融樹脂を使用することによってキャップ組立品を容易に成形できる。更に、本発明のインサート射出成形は、短絡及び保護回路に対する電気的損傷の危険を防ぐためのコーティングプロセスをなくす。更に、保護回路モジュールは金型内で電池本体と一緒に成形されないため、保護回路を金型内で電池本体と一緒に成形する場合に起こる、電池本体に圧力や熱が加わることによる電池本体の不安定といった問題点や、金型に挿入された電池本体の寸法エラーによる欠陥がない。代わりに、キャップ組立品のインサート射出成形は、電池本体を金型に挿入する必要がないため、金型の大きさが減少するという利点を提供する。

インサート射出成形中、溶融樹脂の凝固により、上キャップ及びキャップ小組立品を一体的な本体に形成する。このとき、樹脂注入材料への連結力を高めるため、上キャップには、好ましくは、溶融樹脂の一部が侵入できる一又はそれ以上の固定用凹所が形成される。従って、固定用凹所に侵入した溶融樹脂は、凝固後、上キャップと樹脂注入材料との間の連結力を高めるように作用する。

インサート射出成形に関する最も重要な考慮すべき点の一つは、キャップ小組立品、詳細には保護回路モジュールが動いてしまうという問題である。このため、保護回路モジュール及び上キャップは、金型に挿入される前に連結された構造として提供されるのが望ましい。

このような連結された構造の一例に関し、保護回路モジュール及び上キャップがインサート射出成形時に位置ずれとならないようにするため、保護回路モジュール及び／又は上キャップには一つ又はそれ以上のガイド溝が形成されていてもよく、キャップ組立品は、保護回路及び上キャップを連結するため、ガイド溝に連結された一又はそれ以上の連結部材を更に含んでいてもよい。これらの連結部材の各々は、ガイド溝に連結されるようにするために、別体の部材として提供されてもよく、あるいは上キャップ又は保護回路モジュールに形成された突出部として設けられていてもよい。保護回路モジュールと上キャップとの間を電気的に接続するためにこれらの連結部材の一方又は両方を使用してもよい。

本発明の別の特徴によれば、本発明による一体キャップ組立品を使用して二次電池を製造するための方法が提供される。この方法は、ａ）カソード、セパレータ、及びアノードを含む電極組立品を電池缶に挿入する工程、ｂ）キャップ組立品を電池缶の開口部に取り付けた後、電池缶及びキャップ組立品を連結する工程、及びｃ）キャップ組立品を通るよう形成された電解質注入ポートを通して電解質を電池缶に注入した後、電解質注入ポートをシールする工程を含む。

工程ｂ）において、キャップ小組立品は、締結、付着、又は溶接等の様々な方法で電池缶に連結できる。締結は、ファスナ、ファスニング溝等のファスニング構造を電池缶及びキャップ小組立品の夫々に形成し、このようなファスニング構造を締結することによってキャップ小組立品を電池缶に連結できるようにすることによって行われる。締結は、クランプを使用して行われてもよい。付着は、上キャップ及びキャップ組立品の接触面間に接着剤を提供することによって、又は上キャップ及びキャップ組立品の接触面に溶融樹脂を適用することによって、あるいは接着剤テープ又はラベルを接触面に取り付けることによって行われてもよい。溶接には、レーザー溶接、はんだ付け等が含まれていてもよい。最も好ましくは、上キャップへのキャップ小組立品の接合はレーザー溶接によって行われる。

工程ｂ）において、キャップ小組立品は、保護回路モジュールが上キャップの上部分に配置されるように電池缶の開口部に取り付けられてもよい。別の態様では、キャップ小組立品は、保護回路モジュールが上キャップの下部分に配置されるように電池缶の開口部に取り付けられてもよい。後者の場合、保護回路モジュールは樹脂注入材料に埋め込まれ、このため電解質と接触しないようにできる。この構造は、キャップ組立品の製造中に保護回路モジュールと電極組立品との間を電気的に接続するための電極蓋を、樹脂注入材料の外面から露出できるようにキャップ組立品を製造することによって提供できる。電池の様々な構造は、電池が本発明の一体キャップ組立品を使用して製造される限り、本発明の範囲から逸脱しないということに着目すべきである。

本発明の更に別の特徴によれば、本発明の方法によって製造された二次電池が提供される。本発明の二次電池は、特定の種類の二次電池に限定されない。このため、本発明の二次電池は、電極組立品の構造により、リチウム二次電池であってもよく、電池缶の形状により、矩形二次電池であってもよい。

本発明の以上の及び他の目的、特徴、及び他の利点は、添付図面を参照して以下の説明を読むことにより、更に明らかに理解されるであろう。

次に、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。これらの実施の形態は、例示を目的として開示されたものであって、本発明の範囲を限定しようとするものではない。

図８は、本発明の一の好ましい実施の形態による二次電池の分解斜視図であり、図９は図８の二次電池の組み立てられた状態での斜視図である。

図８及び図９を参照すると、二次電池１００は、カソード、アノード、及びセパレータを含む電極組立品２１０が挿入される電池缶２００、この缶２００の上端の開口部に取り付けられた上キャップ３００、及びこの上キャップ３００に取り付けられたキャップ小組立品４００を含む。

上キャップ３００は、アルミニウム等の導電体から形成されるプレート３１０、導電性プレート３１０から絶縁され且つ電極組立品２１０のカソード又はアノードに接続されるように導電性プレート３１０に形成された突出端子３２０、インサート射出成形中に樹脂注入材料への連結力を高めるための固定凹所３３０、及び電解質注入ポート３４０を含む。導電性プレート３１０は、電極組立品２１０のアノード及びカソードに接続された電池缶２００に連結されたとき、電極端子を構成する。任意であるが、導電性プレート３１０に結合したＡｌ−Ｎｉを含むクラッドプレートを電極端子に形成してもよい。これに関し、Ａｌ−Ｎｉクラッドは、アルミニウム製の導電性プレート３１０と接触したとき、当該導電性プレート３１０に対する接触力を高めることができる。

キャップ小組立品４００は、このキャップ小組立品４００の突出端子３２０以外を上キャップ３００から絶縁するための絶縁部材４１０、過放電を制御するための保護回路モジュール４２０、上キャップ３００と保護回路モジュール４２０とを電気的に接続するための電極蓋４３０及び４３１、及び保護回路モジュール４２０等を安定的に包囲するためのキャップハウジング４４０を含む。

保護回路モジュール４２０は、充電時又は放電時に電池を過電流、過放電、過充電から保護するための、基板４２２上に形成された保護回路４２１を含むエレメントである。保護回路４２１を有する基板４２２は、概してエポキシコンパウンド樹脂から形成されている。

基板４２２には、保護回路４２１が形成された側部とは反対側の基板４２２の後側において外部入力端子及び外部出力端子４２３及び４２４が形成されていてもよく、接続コードがコネクタ等に接続されている。保護回路４２１及び各々の外部入力端子及び外部出力端子４２３及び４２４は、基板をその厚さ方向に通るよう穿孔された孔を通して互いに接続されている。更に、試験点４２５が基板４２２上に形成されている。

保護回路モジュール４２０及びキャップ３００に設けられた端子３２０は、保護回路モジュール４２０に設けられた接続端子を通して、又は電極蓋４３０及び４３１を通して互いに電気的に接続されている。別の態様では、保護回路モジュール４２０とキャップ３００に設けられた端子との間を、ワイヤを使用して接続してもよい。電極蓋４３０は、例えば、ニッケル又はＡｌ−Ｎｉクラッドで形成されていてもよく、スポット溶接やレーザー溶接等によって電極端子３１０及び３２０に電気的に接続されている。

キャップハウジング４４０にはウィンドウ４４１及び４４２が形成されており、これらのウィンドウを通して保護回路モジュール４３０の外部入力端子及び外部出力端子４２３及び４２４が外側に露出される。更に、キャップハウジング４４０には孔４４３が設けられており、この孔を通して試験点４２５が外側に露出される。追加的に、電池の組み立ての完了後に電池に電解質を注入するため、電解質注入ポート３４０と連通した孔４４４がキャップハウジング４４０に形成されている。この孔は、電解質の注入後にシールキャップ４５０でシールされる。

本発明によれば、上キャップ３００及びキャップ小組立品を一体化し、別体のキャップ組立品５００にする。

図１０は、本発明の一の好ましい実施の形態に従ってインサート射出成形によって製造された、一体化したキャップ組立品（一体キャップ組立品ともいう）の平面図、及びこの平面図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１０を参照すると、キャップ組立品５００はインサート射出成形によって製造され、溶融樹脂を凝固させることによって形成された樹脂注入材料５１０によって、保護回路モジュール４２０が、ベースプレートとして作用する上キャップ３００に一体的に連結されている。

上キャップ３００には、インサート射出成形中に溶融樹脂が侵入して凝固する固定溝３３０がいずれか一方の側部に形成されており、固定溝３３０の一方の側部に孔４４４が設けられている。固定溝３３０は下方にテーパしていてもよいし、図１０に示すように固定溝３３０の下部分に大きな直径の部分が画成されていてもよく、これによって、電池の上端に大きな衝撃が加わった場合でも上キャップ３００が樹脂注入材料５１０から分離しないようにする。突出した端子３２０は上キャップ３００の中央に形成され、この上キャップ３００から絶縁されている。

突出した端子３２０は、上キャップ３００から絶縁部材４１０によって電気的に絶縁された電極蓋４３０を通して保護回路モジュール４２０に電気的に接続される。更に、導電性上キャップ３００が電極端子を形成するため、この突出した端子３２０は、電極蓋４３１を通して保護回路モジュール４２０に電気的に接続される。

保護回路モジュール４２０を取り囲む樹脂注入材料の上端には、端子用のウィンドウ４４１及び４４２、及び試験点用の孔４４３が形成され、これらの夫々を通して保護回路モジュール４２０の外部入力端子及び外部出力端子、及び試験点が外側に露出される。

電解質の注入の完了後、樹脂注入材料５１０の孔４４４をシールキャップ４５０でシールする。シールキャップ４５０は、プラスチック成形材料又はゴムで形成されていてもよい。

本発明によれば、保護回路モジュール、及びベースプレートとして作用する上キャップを金型に挿入した状態で、電池本体を金型に入れずにインサート射出成形が行われるため、高温高圧の溶融樹脂並びに低温低圧の溶融樹脂を使用してインサート射出成形が行われる場合であっても、欠陥製品をほぼ完全になくすことができる。かくして、保護回路モジュールのインサート射出成形材料に適用される樹脂には、高温高圧のポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、等、並びに低温低圧のポリアミドが含まれる。更に、当該樹脂には一般的な樹脂が含まれてもよい。

このように、保護回路モジュールを持つインサート射出成形体を製造するための方法が、インサート射出成形中に電流が流れないような構成要素を使用するため、この方法は、従来技術とは異なり、金型を電気的に絶縁するための別のプロセス又は別の部材を必要としない。更に、インサート射出成形により得られる構成要素はサイズが小さく、これにより、従来技術におけるように電池本体を他の構成要素とともに金型内でインサート射出成形する場合に生じる不必要な空間が減少する。

保護回路モジュールを有するキャップ小組立品を挿入体として使用するインサート射出成形中の最も重要な考慮すべき点の一つは、キャップ小組立品、特に保護回路モジュール４２０が動いてしまうという問題点である。これに関し、図１１は、図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１１を参照すると、上キャップ３００及び保護回路モジュール４２０が金型に挿入された状態でのインサート射出成形中に保護回路モジュール４２０が動かないようにするため、端子用ウィンドウの方向に導入された第１ガイド部材６００及び樹脂注入ポートの方向に導入された第２ガイド部材６１０によって保護回路モジュール４２０を固定する。第１ガイド部材６００は、更に、保護回路モジュール４２０の外部入力端子及び外部出力端子を外側に対して露出できるように、端子用ウィンドウ４４２を形成するよう機能する。第２ガイド部材６１０は、保護回路モジュール４２０の側区分とほぼ一致する形状を持つ前端を有する。かくして、インサート射出成形中に第１及び第２のガイド部材６００及び６１０が協働することによって、保護回路モジュール４２０を金型内で上キャップ３００上の位置に安定して固定できる。

図１２は、図１０の一体キャップ組立品を使用する電池の製造方法を示すフローダイヤグラムである。この方法を以下に詳細に説明する。

工程ａ）では、ベースプレートとして作用する上キャップ上に電極端子を組み立てることによってベースプレート組立品を形成した後、カソード蓋、アノード蓋、保護回路モジュール等を上キャップの一方の側部に取り付けることによって保護回路モジュールを持つキャップ小組立品を形成する。必要であれば、構成要素間の短絡を防ぐため、絶縁部材をキャップ小組立品に設ける。このとき、電極蓋、絶縁部材等を含む構成要素をスポット溶接によって組み立てる。

工程ｂ）では、保護回路モジュールを持つキャップ小組立品を金型内の成形スペースに挿入し、上キャップの他方の側部が外側に露出されるように溶融樹脂を成形スペースに注入した後、インサート射出成形を行う。これによって本発明による一体キャップ組立品を形成する。溶融樹脂が凝固するとき、上キャップ、保護回路モジュール、電極蓋、絶縁部材等の構成要素が凝固した樹脂によって固定され、これによって一体部材、即ち一体キャップ組立品を形成する。

工程ｃ）では、電極組立品が内部に設けられた電池缶の開口部に、樹脂注入材料の外側に露出された上キャップの他方の側部を通して、キャップ組立品を連結する。キャップ組立品と電池との間の接続は、締結、結合、溶接等によって行ってもよく、好ましくはレーザー溶接によって行われる。

工程ｄ）では、孔を通して露出された電解質注入ポートを通して電解質を注入した後、注入ポートをシールキャップによってシールする。

工程ｅ）では、電池の組み立てを完了するとき、電池缶に直接的な後プロセスを行う。このとき、電池缶に様々なコーティング方法を自在に適用してもよく、最終的には、ラベルを使用して電池缶を包囲する。

図１３及び図１４は、夫々、他の実施の形態による一体キャップ組立品における、保護回路モジュールを持つキャップ小組立品を示す斜視図である。図１５は、図１４の保護回路モジュールを持つキャップ小組立品を使用するインサート射出成形によって製造された一体キャップ組立品のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。保護回路モジュールを持つキャップ小組立品では、インサート射出成形中に保護回路モジュール４２０を動かないようにでき、場合によっては、インサート射出成形中に保護回路モジュールと上キャップとの間を電気的に接続できる。

第１に、図１３を参照すると、インサート射出成形中に保護回路モジュールが金型内で動かないようにするため、上キャップ３００の導電性プレート３１０に二つの突出連結部材７００を形成し、保護回路モジュール４２０の基板４２２にガイド溝８００及び８１０を形成し、これらの溝に連結部材７００を取り付けることができるようになっている。これは、連結部材７００及びガイド溝８００及び８１０を連結することによって保護回路モジュール４２０を導電性プレート３１０に固定するように行われる。

連結部材７００は導電性プレート３１０と一体化され、導電性プレート３１０の加工時に形成される。連結部材７００とガイド溝８００及び８１０との間を連結することにより、保護回路モジュール４２０がｘ方向及びｙ方向に移動しないようにし、金型に設けられたガイド部材６００（図１１参照）により保護回路モジュール４２０がｚ方向に移動しないようにし、これによってインサート射出成形中に保護回路モジュール４２０が移動しないようにする。連結部材７００並びにガイド溝８００及び８１０の構造により、金型に追加のガイド部材（図１１に参照番号６１０で示す）を設ける必要がない。

連結部材７００並びにガイド溝８００及び８１０の形状は、特定の形状に限定されない。例えば、ガイド溝８００の形状は孔に限定されず、一方のガイド溝８１０は、図１３に示すように窪みとして形成されていてもよい。即ちガイド溝８１０の窪みは一方の側部が開放しており、これにより、組み立て許容誤差による連結時の困難をなくす。

二つの連結部材７００の一方は、一つの電極端子として作用する上キャップの導電性プレート３１０と保護回路モジュール４２０との間を電気的に接続するための蓋又はワイヤとして作用し、これにより、これらの間を電気的に接続するための追加の蓋又はワイヤの必要性をなくすように形成されていてもよい。他方、導電性プレート３１０に形成された突出電極端子３２０と保護回路モジュール４２０との間を電気的に接続するため、蓋又はワイヤを用いる必要があり、このため任意であるが、保護回路モジュール４２０に直接接続されるよう、電極端子３２０を大きな突出部として形成してもよい。

好ましくは、保護回路モジュール４２０を支持する連結部材７００の機能を強化するため、はんだ付けを含む追加のプロセスを連結部材７００と保護回路モジュール４２０との間の接触部分で実行してもよい。

図１４及び図１５を参照すると、連結部材７０１及び７０２が別体の部材として設けられ、上キャップ３００に取り付けられている。これらの連結部材７０１及び７０２は、これらの連結部材７０１及び７０２の両方が電気的に接続するための蓋又はワイヤとして機能するという点で、図１３の連結部材７００とは異なる。連結部材７０２と保護回路モジュール４２０との間を確実に電気的に接続するため、アノード端子３２０が連結部材７０２の近傍に配置される。カソード端子用の連結部材７０１は上キャップ３００の導電性プレート３１０に直接接続されるのに対し、アノード端子３２０及びアノード端子３２０用の連結部材７０２は絶縁体４１２によって導電性プレート３１０から絶縁されている。

連結部材７０１及び７０２は、リベットの使用により導電性プレート３１０に連結されており、付着又は溶接によって保護回路モジュール４２０に接続されており、これによって蓋又はワイヤとして機能する。

保護回路モジュール４２０は、インサート射出成形中、連結部材７０１及び７０２とガイド溝６００及び６０１との間を連結することによって、及び図１１に示すように第１ガイド部材６００として作用するガイド部材７２０の協働によって、金型内で上キャップ３００上の所定位置に安定して固定できる。

図１６は、本発明の更に別の実施の形態に従って上キャップの上端の外周面に沿って溝が形成された一体キャップ組立品の斜視図であり、図１７は、図１６の縦断面図である。図１８は、リング部材が溝に取り付けられた、電池缶に連結されたキャップ組立品を示す断面図である。図１９は、キャップ組立品を電池缶に連結し、リング部材を溝に取り付けるためのプロセスを示すフローダイヤグラムである。

図１６乃至図１９を参照すると、本発明の一体キャップ組立品では、上キャップ３００の上端の樹脂注入材料５１０は、その外周面に沿って凹形となっている側部溝９００を有する。上述したように、電池缶２００と上キャップ３００との間の連結は、好ましくはレーザー溶接によって行われる。このとき、溶融中に伝達された熱により、上キャップ３００と隣接した樹脂注入材料５１０の一部が部分的に溶融し又は変形してしまう。このことが起こらないようにするため、溶接幅を最小にしなければならない。これには更に精密なプロセスが必要とされる。かくして、上述した構造に関し、上キャップ３００の上端の外周面に沿って樹脂注入材料５１０に側部溝９００を形成することによって、熱伝達による問題点を最小にし、連結のためにプロセスが行われる部分の周囲の幅を大きくし、このことにより製造を容易にする。

また、電解質注入ポートが配置された一体キャップ組立品５００の一方の側部には、図１０に示す孔４４４の代わりに窪みが形成されていてもよく、リング部材９１０は、窪み４４５に取り付けることができる突出部９１１を含む。従って、電解質の注入後、図１１に示す別体のシールキャップ４５０の代わりに、リング部材９１０を側部溝９００及び窪み４４５に取り付け、これによって電解質注入ポートをシールする。

図２０は本発明の一実施の形態による二次電池の形状を示す。

図２０を参照すると、二次電池１００の下端には下方に延びる突出部２０１が形成されている。上述したように、二次電池はハードキャップ電池及び内部電池に分類され、本発明は、好ましくは内部電池に適用される。かくして、下方突出部２０１により、携帯電話やＰＤＡ等を含む装置１０００に電池を容易に脱着できる。下方突出部２０１は、電池缶２００の下端ばかりでなく、側面に形成してもよい。更に、下方突出部２０１の形状及び位置は、これらの形状及び位置により電池の脱着を容易にできる限り、特定の形状及び位置に限定されない。

以上の説明から明らかなように、本発明の一体的なキャップ組立品及びこれを使用した二次電池の製造方法は、ベースプレートとして作用する上キャップと、保護回路モジュールが設けられたキャップ小組立品とを含む一体的な部材を提供する。これによって、電池の製造プロセスを簡単にすると同時に製品の欠陥の頻度を最小にする。また、本発明に従ってインサート射出成形により製造された一体的なキャップ組立品は、電池本体を他の構成要素とともに金型内に入れるという従来技術を上回る優れた利点を提供する。このように、キャップ小組立品を上キャップと一体化することによって単一の独立した部材を提供するための方法は新規である。

本発明の好ましい実施の形態を例示の目的で開示したが、特許請求の範囲に開示された本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変形、追加、及び置換が可能であるということは当業者には理解されよう。

外部二次電池の概略図である。 従来技術の内部二次電池の概略図である。 図２の二次電池の部分的に組み立てられた図である。 図２の二次電池の分解斜視図である。 従来技術のインサート射出成形プロセスを示す断面図である。 図５のインサート射出成形プロセスによって製造された二次電池を示す正面図である。 図５のインサート射出成形プロセスによって製造された二次電池を示す側面図である。 本発明の一の好ましい実施の形態による二次電池の分解斜視図である。 図８の二次電池の組み立てられた状態での斜視図である。 本発明の一つの好ましい実施の形態に従ってインサート射出成形によって製造された一体キャップ組立品の平面図及びこの平面図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１０の一体キャップ組立品を使用する電池を製造するための方法を示すフローダイヤグラムである。 別の実施の形態による一体キャップ組立品の保護回路モジュールを持つキャップ小組立品のインサート射出成形前の斜視図である。 更に別の実施の形態による一体キャップ組立品の保護回路モジュールを持つキャップ小組立品のインサート射出成形前の斜視図である。 図１４の保護回路モジュールを含むキャップ小組立品を使用する、インサート射出成形によって製造された一体キャップ組立品のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の更に別の実施の形態に従って上キャップの上端の外周面に沿って溝が形成された一体キャップ組立品を示す斜視図である。 図１６の縦断面図である。 図１６の溝にリング部材が取り付けられた、電池缶に連結されたキャップ組立品を示す断面図である。 図１６のキャップ組立品を電池缶に連結し、リング部材を溝に取り付けるプロセスを示すフローダイヤグラムである。 本発明の一の実施の形態による二次電池の斜視図及び部分拡大斜視図である。

Claims (21)

1. キャップ組立品であって、
   ベースプレートとして電池缶の開口部に取り付けられた上キャップと、及び
   前記上キャップに一体的に取り付けられた保護回路モジュールを含むキャップ小組立品とを備えてなり、
   前記キャップ小組立品が、電池の過電流と、電池の過放電と、及び電池の過充電とを阻止するための保護回路モジュールと、及び前記保護回路モジュールを包囲するためのキャップハウジングとを備えてなり、並びに
   前記キャップ小組立品が、選択的に、電気的な接続を得るための電極蓋と、短絡を阻止するための絶縁部材と、及び／又は安全エレメントとを更に備えてなるものである、キャップ組立品。
2. 一体的な前記キャップ組立品が、
   前記キャップ小組立品を挿入体として金型に挿入し、
   前記保護回路モジュールが前記上キャップの二つの電極端子に電気的に接続されるように、前記二つの電極端子を含む前記上キャップの一方の側部に、前記キャップ小組立品を取り付けた後に、
   溶融樹脂によりインサート射出成形し、前記上キャップの他方の側部が前記金型内で前記溶融樹脂の外側に露出されるようして製造される、請求項１に記載のキャップ組立品。
3. 前記上キャップが、該上キャップに形成された少なくとも一つの固定溝を有してなり、 溶融樹脂が前記固定溝に侵入し、インサート射出成形中に前記固定溝内で凝固されてなる、請求項１に記載のキャップ組立品。
4. 前記保護回路モジュール及び前記上キャップが金型に挿入される前に、
   前記保護回路モジュールが、前記上キャップに連結されてなる、請求項１に記載のキャップ組立品。
5. 前記保護回路モジュール及び／又は前記上キャップが、該保護回路モジュール及び／又は該上キャップに形成された少なくとも一つのガイド溝を有することにより、インサート射出成形中に前記保護回路モジュール及び前記上キャップが金型内で位置ずれが生じないようされてなり、及び
   前記キャップ組立品が、前記保護回路モジュールを前記上キャップに連結するための、前記ガイド溝に連結された少なくとも一つの連結部材を更に備えてなる、請求項４に記載のキャップ組立品。
6. 前記連結部材が、前記ガイド溝に連結されるようにするための、別体の部材又は前記上キャップ又は前記保護回路モジュールに形成された突出部である、請求項５に記載のキャップ組立品。
7. 前記少なくとも一つの連結部材が、前記保護回路モジュールと前記上キャップとの間を電気的に接続する為に使用されるものである、請求項５に記載のキャップ組立品。
8. 前記連結部材が、前記上キャップの導電性プレート上に一体的に形成された突出連結部材であり、及び
   前記保護回路モジュールが、前記突出連結部材に連結される前記ガイド溝を有する基板を備えてなる、請求項５に記載のキャップ組立品。
9. 前記ガイド溝が、二つであり、
   一方のガイド溝は孔形状を有し、他方のガイド溝は窪み形状を有し、これによって、組み立て許容誤差による連結の困難性をなくした、請求項８に記載のキャップ組立品。
10. 前記少なくとも一つの連結部材が、二つの互いに独立した導電性連結部材を備えてなり、
    これらの連結部材の一方が、前記上キャップに取り付けられており、かつ、前記電極端子の一方に電気的に接続されてなるものであり、
    他方の連結部材が、前記上キャップに取り付けられ、かつ、他方の電極端子に電気的に接続されてなるものである、請求項５に記載のキャップ組立品。
11. 前記連結部材が、前記上キャップにリベットで取り付けられてなる、請求項１０に記載のキャップ組立品。
12. 前記連結部材及び前記保護回路モジュールが、該連結部材及び該保護回路モジュールの接触部分において溶接により連結されてなる、請求項５に記載のキャップ組立品。
13. 前記上キャップの上端に設けられた、外周面に沿って凹形となっている溝を有する樹脂注入材料と、及び
    電池の組み立て後に前記溝に連結されるリング部材を更に備えてなる、請求項１に記載のキャップ組立品。
14. 前記樹脂注入材料が、前記キャップ組立品の側部で窪みが形成されており、
    前記窪みに電解質注入ポートが位置決めされており、及び
    前記リング部材が、前記窪みに連結される突出部が形成されてなる、請求項１３に記載のキャップ組立品。
15. 二次電池を製造する方法であって、
    ａ）カソードと、セパレータと、及びアノードと備えた電極組立品を電池缶に挿入する工程と、
    ｂ）請求項１に記載のキャップ組立品を前記電池缶の開口部に取り付けた後、前記電池缶及び前記キャップ組立品を連結する工程と、
    ｃ）前記キャップ組立品を通るよう形成された電解質注入ポートを通して電解質を前記電池缶に注入した後、電解質注入ポートをシールする工程とを備えてなる、製造方法。
16. 工程ｂ）において、前記キャップ組立品が前記電池缶に、締結、付着、又は溶接で連結されてなる、請求項１５に記載の製造方法。
17. 前記溶接がレーザー溶接である、請求項１６に記載の製造方法。
18. 工程ｂ）において、前記キャップ組立品を前記電池缶の開口部に取り付け、
    前記保護回路モジュールが前記上キャップの上部分又は前記上キャップの下部分に配置されてなる、請求項１５に記載の製造方法。
19. 前記保護回路モジュールが、前記上キャップ及び前記保護回路モジュールが金型に挿入された状態で、端子用ウィンドウの方向で導入された第１ガイド部材と、及び樹脂注入ポートの方向で導入された第２ガイド部材によって固定されて、
    インサート射出成形中に前記保護回路モジュールが動かないようしてなる、請求項１５に記載の製造方法。
20. 請求項１５に記載の製造方法で製造された、二次電池。
21. 前記二次電池が、該二次電池の下端に、下方突出部が形成されて、
    前記二次電池が、装置へ容易に取り付けられ、又は装置から容易に取り外しできるようにされてなる、請求項２０に記載の二次電池。

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