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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-10
(45)【発行日】2024-12-18
(54)【発明の名称】低圧リチウム電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 10/0587 20100101AFI20241211BHJP
   H01M 10/052 20100101ALI20241211BHJP
   H01M 50/152 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/184 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/193 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/107 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/119 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/588 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/591 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/559 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/533 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/56 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/545 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/566 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 50/593 20210101ALI20241211BHJP
   H01M 10/0566 20100101ALI20241211BHJP
【FI】
H01M10/0587
H01M10/052
H01M50/152
H01M50/184 D
H01M50/193
H01M50/107
H01M50/119
H01M50/588
H01M50/591 101
H01M50/559
H01M50/533
H01M50/56
H01M50/545
H01M50/566
H01M50/593
H01M10/0566
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2024106791
(22)【出願日】2024-07-02
【審査請求日】2024-07-02
(31)【優先権主張番号】202410147169.3
(32)【優先日】2024-02-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】522251375
【氏名又は名称】深▲セン▼市華美興泰科技股▲フン▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Hamedata Technology Co., Limited
【住所又は居所原語表記】1-3F & 6-8F BLDG#A, Changfang Industrial Park, NO.2 Guihua 5th Road, Pingshan District, Shenzhen 518118, Guangdong, China
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】SK弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】楊 昌軍
(72)【発明者】
【氏名】肖 朋▲飛▼
(72)【発明者】
【氏名】▲趙▼ 建
(72)【発明者】
【氏名】周 ▲偉▼
(72)【発明者】
【氏名】侯 ▲強▼
【審査官】窪田 陸人
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第107968161(CN,A)
【文献】特開2004-265722(JP,A)
【文献】国際公開第2023/085030(WO,A1)
【文献】中国特許出願公開第112201839(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第117013204(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第110289442(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 10/05-10/0587
H01M 50/10-50/198
H01M 50/50-50/598
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路モジュール(1)、プラスチック中枠(2)、巻回セルモジュール(3)、金属ケース(4)及び絶縁外被(5)を含み、前記回路モジュール(1)、プラスチック中枠(2)及び巻回セルモジュール(3)は上から下へ順に金属ケース(4)内に設置され、前記絶縁外被(5)は金属ケース(4)の外を包み、前記回路モジュール(1)はPCB板(11)、外導電キャップ(12)及び内導電キャップ(13)を含み、前記PCB板(11)の正面に正極銅リング(111)及び負極銅リング(112)が設けられ、前記正極銅リング(111)は外導電キャップ(12)に電気的に接続され、前記負極銅リング(112)は金属ケース(4)に電気的に接続され、前記PCB板(11)の背面に高圧入力銅リング(113)が設けられ、前記高圧入力銅リング(113)は内導電キャップ(13)に電気的に接続され、前記巻回セルモジュール(3)の正極タブ(31)は内導電キャップ(13)に電気的に接続され、負極タブ(32)は金属ケース(4)に電気的に接続され、前記外導電キャップ(12)及び内導電キャップ(13)はいずれも表面実装によりPCB板(11)に溶接され、前記PCB板(11)における電子素子は外導電キャップ(12)及び内導電キャップ(13)内に集中的に配置されることを特徴とする低圧リチウム電池。
【請求項2】
前記金属ケース(4)の上部に転動溝(41)が内向きに設けられ、前記転動溝(41)は、巻回セルモジュール(3)金属ケース(4)内で移動できないように、前記巻回セルモジュール(3)を制限するために用いられ、さらにプラスチック中枠(2)を支持するために用いられることを特徴とする請求項1に記載の低圧リチウム電池。
【請求項3】
前記金属ケース(4)にスピニング辺(42)が内向きに設けられ、プラスチック中枠(2)を押さえるために用いられ、前記スピニング辺(42)の上方に正負極隔離シート(6)がさらに貼り付けられ、前記正負極隔離シート(6)の一部の上面はさらに絶縁外被(5)に包まれることを特徴とする請求項2に記載の低圧リチウム電池。
【請求項4】
前記プラスチック中枠(2)の内壁にフランジ辺(21)が設けられ、PCB板(11)を支持するために用いられることを特徴とする請求項2に記載の低圧リチウム電池。
【請求項5】
前記内導電キャップ(13)とプラスチック中枠(2)との間にポッティング接着剤(7)がさらに設けられ、シールを形成して、電解液を隔離することを特徴とする請求項4に記載の低圧リチウム電池。
【請求項6】
前記回路モジュール(1)は弾性リング(14)をさらに含み、前記弾性リング(14)はベースリング(141)及びベースリング(141)の周辺に均一に設置された反り片(142)を含み、前記ベースリング(141)の背面は表面実装により負極銅リング(112)に溶接され、前記反り片(142)は金属ケース(4)のスピニング辺(42)に弾性的に圧着されることを特徴とする請求項3に記載の低圧リチウム電池。
【請求項7】
前記巻回セルモジュール(3)は巻回セル(33)、上隔離シート(34)及び下隔離シート(35)を含み、前記正極タブ(31)は上隔離シート(34)の中心孔から貫通し、端部が内導電キャップ(13)の下面に溶接され、負極タブ(32)は巻回セル(33)の側面から底面に回り、端部が金属ケース(4)の底壁に溶接されることを特徴とする請求項1に記載の低圧リチウム電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願はリチウム電池技術の分野に関し、特に低圧リチウム電池に関する。
【背景技術】
【0002】
公開番号がCN203787480Uで、名称が「可変電圧の円筒形電池装置」である中国特許出願において、電圧降下回路基板によりリチウム電池の高電圧(3.0~4.2V)を1.5Vの低電圧に変換する低圧リチウム電池が開示され、それにより一般的なアルカリ電池及びニッケル水素電池を置き換え、5号電池、7号電池などのサイズに従って作製されると、リモコン、電動玩具、電動歯ブラシ、シェーバー、ワイヤレスマイク、ドアベルなど、各種の機器に広く用いることができる。リチウムセルはメモリ効果がなく、エネルギー密度が大きく、耐用年数が長いという利点を有し、電圧降下後の汎用性が大幅に向上する。しかし当該出願にて提供される構造は合理的ではなく、電気的性能の安定性が高くなく、概念的な革新に過ぎず、産業化しにくい。
【0003】
公開番号がCN204966611Uで、名称が「1.5Vの定電圧リチウムイオン電池」である中国特許出願において、1.5Vの低電圧を定常的に出力することができ、同じポートによる充放電機能を実現することができる降圧回路が開示されるが、具体的な組立構造が詳細に開示されず、同様に産業化しにくい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の低圧リチウム電池の産業化の技術的問題を解決するために、本発明は低圧リチウム電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本願にて提供される技術的解決手段は以下のとおりである。低圧リチウム電池は、回路モジュール、プラスチック中枠、巻回セルモジュール、金属ケース及び絶縁外被を含み、前記回路モジュール、プラスチック中枠及び巻回セルモジュールは上から下へ順に金属ケース内に設置され、前記絶縁外被は金属ケースの外を包み、前記回路モジュールはPCB板、外導電キャップ及び内導電キャップを含み、前記PCB板の正面に正極銅リングと負極銅リングが設けられ、前記正極銅リングは外導電キャップに電気的に接続され、前記負極銅リングは金属ケースに電気的に接続され、前記PCB板の背面に高圧入力銅リングが設けられ、前記高圧入力銅リングは内導電キャップに電気的に接続され、前記巻回セルモジュールの正極タブは内導電キャップに電気的に接続され、負極タブは金属ケースに電気的に接続される。
【0006】
本願の回路モジュールにおけるPCB板に同様に降圧回路、定電圧回路、充電回路、過放電保護回路など、必要な回路が設置され、外導電キャップを電池正極とし、金属ケースを電池負極とし、低電圧を安定的に出力することができ、同じポートによる充放電機能を実現し、しかも外導電キャップ及び内導電キャップが設置され、PCB板に正極銅リング、負極銅リング及び高圧入力銅リングを設置することにより、巻回セルモジュールとPCB板との回路接続、及び低電圧出力素子とPCB板との回路接続を実現し、いかなる導電ケーブルも使用せず、電気性能の安定性がより高く、リチウム電池の内部接続構造が簡略化され、問題が発生しにくく、より安全であり、産業化、大規模な生産ができる。
【0007】
好ましくは、前記金属ケースの上部に転動溝が内向きに設けられ、巻回セルモジュールを金属ケース内で移動するように制限するために用いられ、さらにプラスチック中枠を支持するために用いられる。
【0008】
好ましくは、前記金属ケースにスピニング辺が内向きに設けられ、プラスチック中枠を押さえるために用いられ、前記スピニング辺の上方に正負極隔離シートがさらに貼り付けられ、前記正負極隔離シートの一部の上面はさらに絶縁外被に包まれる。
【0009】
好ましくは、前記プラスチック中枠の内壁にフランジ辺が設けられ、PCB板を支持するために用いられる。
【0010】
好ましくは、前記内導電キャップとプラスチック中枠との間にポッティング接着剤がさらに設けられ、シールを形成して、電解液を隔離する。
【0011】
好ましくは、前記回路モジュールは弾性リングをさらに含み、前記弾性リングはベースリング及びベースリングの周辺に均一に設置された反り片を含み、前記ベースリングの背面は表面実装により負極銅リングに溶接され、前記反り片は金属ケースのスピニング辺に弾性的に圧着される。
【0012】
好ましくは、前記外導電キャップ及び内導電キャップはいずれも表面実装によりPCB板に溶接される。
【0013】
好ましくは、前記PCB板における電子素子は外導電キャップ及び内導電キャップ内に集中的に配置される。
【0014】
好ましくは、前記巻回セルモジュールは巻回セル、上隔離シート及び下隔離シートを含み、前記正極タブは上隔離シートの中心孔から貫通し、端部が内導電キャップの下面に溶接され、負極タブは巻回セルの側面から底面まで回り、端部が金属ケースの底壁に溶接される。
【発明の効果】
【0015】
以上説明したように、本願は以下の少なくとも1つの有益な技術的効果を有する。
1.本願の回路モジュールにおけるPCB板に同様に降圧回路、定電圧回路、充電回路、過放電保護回路など、必要な回路が設置され、外導電キャップを電池正極とし、金属ケースを電池負極とし、低電圧を安定的に出力することができ、同じポートによる充放電機能を実現することができる。
2.本願は外導電キャップ及び内導電キャップを設置し、PCB板に正極銅リング、負極銅リング及び高圧入力銅リングを設置し、いかなる導電ケーブルも使用せず、電気性能の安定性がより高い。
3.本願はリチウム電池の内部接続構造を簡略化し、問題が発生しにくく、より安全であり、産業化、大規模な生産ができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本願の実施例に記載の低圧リチウム電池の斜視図である。
図2】本願の実施例に記載の低圧リチウム電池の半断面構造概略図である。
図3図2のA部の拡大図である。
図4図2のB部の拡大図である。
図5】本願の実施例に記載のPCB板の正面斜視図である。
図6】本願の実施例に記載のPCB板の背面斜視図である。
図7】本願の実施例に記載の巻回セルモジュールの斜視図である。
図8】本願の実施例に記載の回路モジュールの組立動作の概略図である。
図9】本願の実施例に記載の回路モジュール及びプラスチック中枠の組立動作の概略図である。
図10】本願の実施例に記載の回路モジュール及びプラスチック中枠を組立てた後の正面斜視図である。
図11】本願の実施例に記載の回路モジュール及びプラスチック中枠を組立てた後の背面斜視図である。
図12】本願の実施例に記載の回路モジュールとプラスチック中枠との間に接着剤が塗布された後の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図1~12を参照して本願をさらに詳細に説明する。
【0018】
図1から図4を参照し、本願の実施例は低圧リチウム電池を開示し、前記低圧リチウム電池は回路モジュール1、プラスチック中枠2、巻回セルモジュール3、金属ケース4及び絶縁外被5を含み、前記回路モジュール1、プラスチック中枠2及び巻回セルモジュール3は上から下へ順に金属ケース4内に設置され、前記絶縁外被5は金属ケース4の外を包む。前記回路モジュール1はPCB板11、外導電キャップ12及び内導電キャップ13を含む。前記PCB板11の正面に正極銅リング111及び負極銅リング112が設けられ、前記正極銅リング111は外導電キャップ12に電気的に接続され、前記負極銅リング112は金属ケース4に電気的に接続される。前記PCB板11の背面に高圧入力銅リング113が設けられ、前記高圧入力銅リング113は内導電キャップ13に電気的に接続される。前記巻回セルモジュール3の正極タブ31は内導電キャップ13に電気的に接続され、負極タブ32は金属ケース4に電気的に接続される。
【0019】
本実施例において、巻回セルモジュール3は市場でよく見られている三元系巻回セルモジュール又はリン酸鉄巻回セルモジュールを選択することができ、当然ながら他のタイプの巻回セルモジュールを選択してもよく、電圧範囲は3.0~4.2Vの間であり、PCB板11の電圧降下により、好ましくは1.5Vを出力し、実際の必要に応じて、例えば1.2V、2.0Vなど、他の電圧値を出力してもよい。PCB板11における各種の機能回路は既に従来技術であり、本願はこれについて実質的な改善を行わないため、ここでは説明を省略する。本願の絶縁外被5はPVC材料が好ましく、熱収縮の特徴を有し、熱風を吹き付けることにより金属ケース4をしっかりと包むことができる。本願のPCB板11は正面に正極銅リング111及び負極銅リング112が設けられ、背面に高圧入力銅リング113が設けられることを特徴とし、正極銅リング111を低圧出力正極とし、高圧入力銅リング113を高圧入力正極とし、負極銅リング112を共通負極とし、この3つの銅リングを介して外部の導電部材に電気的に接続され、高圧入力及び低圧出力の機能を実現し、いかなる導電ケーブルを配置する必要もない。
【0020】
図3を参照し、前記回路モジュール1は弾性リング14をさらに含み、前記弾性リング14はベースリング141及びベースリング141の周辺に均一に設置された反り片142を含み、前記ベースリング141の背面は表面実装により負極銅リング112に溶接され、前記反り片142は金属ケース4のスピニング辺42に弾性的に圧着され、弾性的圧着は金属ケース4とPCB板11における負極銅リング112との圧着が緊密ではなく、又は負極銅リング112が圧壊される状況の発生を回避することができる。
【0021】
図3を参照し、前記外導電キャップ12及び内導電キャップ13はいずれも表面実装によりPCB板11に溶接される。1つ目は接続強度が高く、固定が確実であり、2つ目は接続部の断面積が大きく、抵抗が小さく、導電性能が高い。前記PCB板11における電子素子は外導電キャップ12及び内導電キャップ13内に集中的に配置されることが好ましく、1つ目は電子素子の配置が合理的であり、外導電キャップ12及び内導電キャップ13の内部空間を十分に利用し、2つ目は外導電キャップ12及び内導電キャップ13の強度が高く、保護作用を果たすことができ、電子素子は外部と接触せず、破損せず、3つ目はシール効果を果たし、水や塵埃の侵入を防止し、PCB板11の耐用年数を引き延ばす。本願の内導電キャップ13内における電子素子はスリーインワン降圧チップであり、従来技術に属し、集積度が高く、体積が小さいという利点を有し、PCB板11の設計がより容易であり、外導電キャップ12内における電子素子は、インダクタ、コンデンサ、抵抗器などの素子である。また、外導電キャップ12が露出し、外部と接触する必要があり、衝撃を受けやすく、より高い強度の固定接続方式を採用する必要があり、そのため、特に外導電キャップ12にフランジ辺が設置され、フランジ辺は所定の幅を有し、外導電キャップ12の肉厚の数倍であり、そのため正極銅リング111との接触面積が大きく、固定が強固で、衝撃に耐える。内導電キャップ13は露出せず、外部からの衝撃を受けず、強度に対する要求がやや低いため、フランジを設置する必要がない。
【0022】
図7を参照し、前記巻回セルモジュール3は巻回セル33、上隔離シート34及び下隔離シート35を含み、前記正極タブ31は上隔離シート34の中心孔から貫通し、端部が内導電キャップ13の下面に溶接され、負極タブ32は巻回コア33の側面から底面に回り、端部が金属ケース4の底壁に溶接される。
【0023】
回路の具体的な接続原理は以下のとおりである。巻回セルモジュール3の正極タブ31は内部導電キャップ13、高圧入力銅リング113を介してPCB板11に接続され、巻回セルモジュール3の負極タブ32は金属ケース4、弾性リング14、負極銅リング112を介してPCB板11に接続され、PCB板11における回路降圧処理を経た後、正極銅リング111、外部導電キャップ12からリチウム電池の正極が出力され、負極銅リング112、弾性リング14、金属ケース4からリチウム電池の負極が出力される。
【0024】
図3を参照し、前記金属ケース4の上部に転動溝41が内向きに設けられ、巻回セルモジュール3を金属ケース4内で移動するように制限するために用いられ、さらにプラスチック中枠2を支持するために用いられる。前記金属ケース4にスピニング辺42が内向きに設けられ、プラスチック中枠2を押さえるために用いられ、前記スピニング辺42の上方に正負極隔離シート6がさらに貼り付けられ、正負極隔離シート6は塵埃などの異物が弾性リング14と外導電キャップ12との間に入ることを遮断することができ、両者の短絡を回避し、前記正負極隔離シート6の一部の上面はさらに絶縁外被5に包まれ、正負極隔離シート6に対してさらなる固定作用を果たす。
【0025】
本願は巻回セル33を金属ケース4内に直接入れ、従来技術におけるソフトパックリチウムセル又はハードパックリチウムセルに比べて包みケースが一層少なく、コストがより低い。転動溝41を設置することにより、巻回セルモジュール3に対するシールを実現し、電解液が漏れにくく、上端のスピニング辺42はさらにプラスチック中枠2を押さえてシールし、一体化のシールを実現する。
【0026】
図3を参照し、前記プラスチック中枠2の内壁にフランジ辺21が設けられ、PCB板11を支持するために用いられる。前記内導電キャップ13とプラスチック中枠2との間にポッティング接着剤7がさらに設けられ、シールを形成して、電解液を隔離し、電解液がPCB板11と接触して、腐食を引き起こし、PCB板11があまりにも早く失効することを防止する。ポッティング接着剤7の厚さ及び断面形状を制御することにより、ポッティング接着剤7に特定の強度を備えさせることができ、巻回セルモジュール3の内部に内部故障が発生した場合、温度が上昇し、気圧が増大し、所定の閾値に達すると、ポッティング接着剤7を突き破って圧力を解放することができ、リチウム電池の過圧力による爆発を回避する。
【0027】
絶縁外被5は、PVC材が好ましく、熱収縮により金属ケース4を包む。
【0028】
本願の実施原理は以下のとおりである。本願の回路モジュール1におけるPCB板11に同様に降圧回路、定電圧回路、充電回路、過放電保護回路など、必要な回路が設置され、外導電キャップ12を電池正極とし、金属ケース4を電池負極とし、低電圧を安定的に出力することができ、同じポートによる充放電機能を実現し、しかも外導電キャップ12及び内導電キャップ13が設置され、PCB板11に正極銅リング111、負極銅リング112及び高圧入力銅リング113を設置することにより、巻回セルモジュール3とPCB板11との回路接続、及び低電圧出力素子とPCB板11との回路接続を実現し、いかなる導電ケーブルも使用せず、電気的性能の安定性がより高く、リチウム電池の内部接続構造が簡略化され、問題が発生しにくく、より安全であり、本願に記載の製造方法は工程が合理的で、良品率が高く、産業化、大規模な生産ができる。
【0029】
以上は、いずれも本願の好適な実施例であり、これに基づいて本願の保護範囲を制限するものではなく、したがって、本願の構造、形状、原理に基づく等価変化は、いずれも本願の保護範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【0030】
1...回路モジュール、11...PCB板、111...正極銅リング、112...負極銅リング、113...高圧入力銅リング、12...外導電キャップ、13...内導電キャップ、14...弾性リング、141...ベースリング、142...反り片、2...プラスチック中枠、21...フランジ辺、3...巻回セルモジュール、31...正極タブ、32...負極タブ、33...巻回セル、34...上隔離シート、35...下隔離シート、4...金属ケース、41...転動溝、42...スピニング辺、5...絶縁外被、6...正負極隔離シート、7...ポッティング接着剤、100...スピニングカッター。
【要約】      (修正有)
【課題】導電ケーブルを使用せず、電気性能の安定性がより高く、リチウム電池の内部接続構造が簡略化され、より安全であり、産業化ができる低圧リチウム電池を提供する。
【解決手段】本願は低圧リチウム電池に関し、前記低圧リチウム電池は回路モジュール、プラスチック中枠、巻回セルモジュール、金属ケース及び絶縁外被を含み、回路モジュールはPCB板11、外導電キャップ及び内導電キャップを含み、PCB板の正面に正極銅リング111及び負極銅リング112が設けられ、正極銅リングは外導電キャップに電気的に接続され、負極銅リングは金属ケースに電気的に接続され、PCB板の背面に高圧入力銅リングが設けられ、高圧入力銅リングは内導電キャップに電気的に接続され、巻回セルモジュールの正極タブは内導電キャップに電気的に接続され、負極タブは金属ケースに電気的に接続される。
【選択図】図5
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12