JP2002100411A

JP2002100411A - 電池パック

Info

Publication number: JP2002100411A
Application number: JP2000290636A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Mita; 雅昭三田; Takanari Kaneko; 能也金子
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP3968980B2

Abstract

(57)【要約】【課題】過充電、過電流に対する安全性が高く、重量
及び体積も比較的小さい電池パックを提供することを目
的とする。【解決手段】各電池単体５０にそれぞれ温度ヒューズ
７０が設けられている。複数の電池単体５０の積層体５
１の端面に沿ってプリント配線基板６０が配置される。
このプリント配線基板６０には二次電池用保護回路６
６、ヒューズ６７及びサーミスタ６８が実装されてい
る。基板６０と各電池単体５０は配線６１，７４及びコ
ネクタ６３，６４，７５，７６を介して接続されてい
る。この積層体５１がサポート５３，５４，５５及び基
板６０と共にケーシング５７に収納される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池単体を複数個備
えてなる電池パックに係り、特に電池の保護のための温
度素子と保護回路とを備えた電池パックに関する。詳し
くは、携帯機器に用いるのに好適な電池パックに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用無線電話装置、携帯用パー
ソナルコンピュータ、携帯用ビデオカメラ等の携帯電子
機器の小型化に伴って、高エネルギー密度を有しかつ軽
量性に優れたリチウムイオン電池等の二次電池が実用化
されている。

【０００３】このリチウムイオン二次電池を所定の電池
電圧以上に過充電すると、負極上でリチウム金属の析
出、正極活物質の分解、有機電解液の分解等が起こり、
正負極の短絡、電池性能の劣化等の原因となることがあ
る。逆に、リチウムイオン二次電池を所定の電池電圧以
下に過放電すると、負極集電体の金属がイオン化して有
機電解液中に溶出し、集電機能の劣化及び負極活物質の
脱落による容量低下の原因となることもある。

【０００４】そこで、リチウムイオン二次電池の過充電
及び過放電等を防止するために、保護回路を実装したプ
リント配線基板が電池パックに組み込まれている。例え
ば、保護回路及び二次電池を樹脂等からなるモールドケ
ースに収納した電池パック（バッテリパック）が知られ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年の携帯機器、例え
ば、携帯用オーディオ、携帯電話、ノート型パーソナル
コンピュータ、ビデオレコーダー、デジタルカメラ等に
おいては、その動力源たる電池の小型化・軽量化も求め
られている。

【０００６】しかしながら、電池の安全性を高めるた
め、上記のような安全装置を多く付けるほど、電池全体
又は電池を使用する機器全体の重量や大きさが増大し、
その利便性は低下してしまう。

【０００７】本発明は、電池の安全性が高く、しかも電
池の小型化、軽量化が可能な電池パックを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電池パックは、
電池要素をケースに収納してなる電池単体を複数個有す
る電池パックにおいて、各電池単体の正極及び負極の少
なくとも一方に接続した温度素子と、各電池単体に共通
する保護回路とを有することを特徴とするものである。

【０００９】電池にとってその安全性が問題となるよう
な過酷な条件とは、概ね過充電、過電流、過放電及び過
熱の４つのタイプに分類できる。この過充電や過電流の
結果は、必ず、電池の温度上昇につながるため、温度上
昇を検知して電池動作を遮断するのが最も簡便且つ汎用
的である。そこで、本発明の電池パックでは、各電池単
体それぞれに対し温度ヒューズやＰＴＣ素子のような温
度素子を設ける。その結果、どの電池において過充電、
過電流、過熱等の異常が発生しても、これを少なくとも
最終的には温度上昇によって検知し、電池機能を遮断さ
せる。

【００１０】ところで、温度素子が作動しなくなってし
まう場合を考えると、温度ヒューズのみを設けるので
は、安全性に問題が生じることがある。そこで、本発明
の電池パックでは、温度素子の後に、各電池単体に共通
する保護回路を設け、これによって過充電や過電流、過
放電を検知することによって、より安全性を向上させる
ことができる。温度素子はそれ自体は小型軽量であるの
で、これを各電池単体毎に設けてもそれほどの重量増加
や体積増加にはならない。また、相対的に高価保護回路
は、各電池毎に設けられるのではなく、電池単体に共通
に用いるので、コスト増加は最小限である。

【００１１】また、電池パック内に電流ヒューズを設け
ると、過電流が生じた際により確実に電池機能を遮断さ
せることができる。

【００１２】さらに、保護回路をプリント配線基板上に
設けることによって、保護回路の組立、ひいては電池パ
ックの組立が容易となるだけでなく、保護回路をより小
型化して電池パック全体の体積をより小さくすることが
できる。

【００１３】特に、平板形状の電池単体を厚さ方向に積
層したり、それにさらにプリント配線基板を積層体の端
面と対面するように設けることによって、電池パック全
体をさらにコンパクトにすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して実施の形態
に係る電池について説明する。図１は実施の形態に係る
ブロック図、図２はこの電池パックの電池単体の斜視
図、図３（ａ）、（ｂ）はこの電池パックの分解斜視
図、図４〜７は電池単体に対する温度ヒューズの取付方
法の説明図、図８（ａ）、（ｂ）は電池単体の積層工程
を示す斜視図、図９（ａ）、（ｂ）は電池単体積層体と
コネクタ及び回路基板との接続構造を示す斜視図であ
る。

【００１５】図３の通り、複数個（図示では８個）の平
板状の電池単体５０が厚さ方向に積層されており、この
電池単体５０の積層体の一端面に対面するようにプリン
ト配線基板６０が配置される。このプリント配線基板６
０には二次電池用保護回路が実装されている。各電池単
体５０は、後述するように電池要素を外装材で被包した
ものであり、電池要素に連なる正極リード２１及び負極
リード２１が外装材の外部に引き出されている。

【００１６】一方のリード２１は配線６１を介してコネ
クタ６３（図９）に直接的に接続される。他方のリード
２１には温度ヒューズ７０の一端が接続され、この温度
ヒューズ７０の他端が配線７４を介してコネクタ７５に
接続される。これらのコネクタ６３、７５がプリント配
線基板の相手方コネクタ６４、７６に装着される。

【００１７】なお、図４の通り、配線６１はめがね端子
８０と称される金属製接続チップ金具を介して固着され
ている。なお、このめがね端子８０は周知のものであ
り、一端側の円筒部８１に配線６１が差し込まれ、この
円筒部８１をカシメることにより配線６１とめがね端子
８０とが固着される。めがね端子８０の他端側には孔８
２が設けられており、リード２１の孔８３と該孔８２と
にリベット８４が挿入され、該リベット８４の先端をカ
シメることによりめがね端子８０とリード２１とが固着
される。この固着の後、図５のようにリード２１及びめ
がね端子８０を絶縁テープ８６で覆う。

【００１８】他方のリード２１に対しては、図６、７の
通り、温度ヒューズ７０の一端がリベット８４によって
固着される。

【００１９】この温度ヒューズ７０は、ヒューズ本体７
２の両端部に１対の端子片７１、７３を接続してなるも
のである。この温度ヒューズ７０は、電池単体５０の端
辺と平行方向に配置され、一方の端子片７１が上記の通
りリベット８４によってリード２１に固着される。他方
の端子片７３に前記配線７４がめがね端子８０及びリベ
ット８４によって固着される。

【００２０】図６の通り、温度ヒューズ７０の端子片７
１をリード２１に接続した後、電池単体５０のフラップ
４Ｆに接着剤７８を付着させ、次いで該リード２１をそ
の付け根側から１８０°折り返し、温度ヒューズ７０を
フラップ４Ｆに接着する。これにより、温度ヒューズ７
０と電池単体５０とが一体化する。

【００２１】このように温度ヒューズ７０を一体化させ
た電池単体５０が前記図３の通り電池単体５０の厚さ方
向に積層され、粘着テープ５２によって固定され、直方
体状の積層体５１とされる。この積層体５１の１対の長
手方向の側面にゴムシートよりなるサイドサポート５３
が当てがわれ、１つの端面（短手方向の側面）にゴムシ
ートよりなるエンドサポート５４が当てがわれる。

【００２２】積層体５１の残りの端面に対しては、ブロ
ック形状のターミナルサポート５５を介してプリント配
線基板６０が対面配置される。

【００２３】この積層体５１は、各サポート５３、５
４、５５及びプリント配線基板６０と共に電池パック用
のケーシング５７に収納され、該ケーシング５７に蓋５
７ａが被せられ、超音波溶着等によって、接合され、電
池パックとされる。

【００２４】プリント配線基板６０には、図１の通り、
保護回路６６、ヒューズ６７及びサーミスタ６８が搭載
されており、携帯電話等の外部機器への通電用の端子６
９が該ヒューズ６７に接続されている。ヒューズ６７は
保護回路６６を介して各電池単体５０に並列に接続され
ている。保護回路６６は、サーミスタ６８の検出温度が
所定温度以上になると回路を遮断するよう構成されてい
る。また、保護回路６６は、過充電や過放電、過電流を
検知すると回路を遮断するように構成されている。

【００２５】なお、上記の電池単体５０は直列に接続さ
れてもよいが、電池容量を増大させるために図示のよう
に並列に接続されていてもよい。

【００２６】図１〜９の実施の形態では、電池単体５０
の積層体５１を粘着テープ５２で結束しているが、図１
０の如く、積層体５１の両側面にサイドサポート５３を
当てがい、シュリンクフィルム５８を周回させた後、該
シュリンクフィルム５８を熱収縮させて積層体５１を結
束させてもよい。

【００２７】また、図１〜９の実施の形態では、電池単
体毎に設けられる温度素子として非復帰型の温度ヒュー
ズが用いられているが、これを復帰型のＰＴＣ素子に代
えることもできる。

【００２８】以下、上記の電池単体の好適な形態につい
て前記図２と図１３〜１５とを参照して説明する。な
お、図１３は、この電池単体の分解斜視図、図１４はこ
の電池単体の要部の断面図、図１５は電池要素の概略的
な斜視図である。

【００２９】この電池単体は、電池要素１を外装材２の
凹部２ａに収容した後、外装材３を外装材２に被せ、真
空封止により外装材２、３の周縁部２ａ、３ａを接合し
たものである。

【００３０】図１３の通り、外装材２は平板状である。
外装材３は方形箱状の凹部よりなる収容部３ｂと、この
収容部３ｂの４周縁からフランジ状に外方に張り出す周
縁部３ａとを有した浅い無蓋箱状のものである。

【００３１】図１４，１５の通り、電池要素１は、複数
の単位電池要素を積層したものである。この単位電池要
素からは、タブ４ａ又は４ｂが引き出されている。正極
からの各タブ４ａ同士は束ねられて（即ち、相互に重ね
合わされ）、正極リード２１が接合されている。負極か
らのタブ４ｂ同志も束ねられ、負極リード２１が接合さ
れている。

【００３２】外装材３の収容部３ｂ内に電池要素１が収
容され、外装材２が被せられる。電池要素１から延出し
た１対のリード２１は、それぞれ外装材２、３の１辺部
の周縁部２ａ、３ａの同士の合わせ面を通って外部に引
き出される。その後、減圧（好ましくは真空）雰囲気下
で外装材２、３の４周縁の周縁部２ａ、３ａ同士が熱圧
着、超音波溶着などの手法によって気密に接合され、電
池要素１が外装材２、３内に封入される。

【００３３】周縁部２ａ、３ａ同士が接合されることに
より、接合片部（フラップ）４Ａ、４Ｆが形成される。
このフラップ４Ａ、４Ｆは、電池要素１を被包している
被包部４Ｂから外方に張り出している。そこで、この接
合片部４Ａを被包部４Ｂに沿うように折曲し、接着剤や
接着テープ（図示略）等によて被包部４Ｂの側面に留め
付けられる。

【００３４】図１３では、外装材２、３が別体となって
いるが、本発明では、図１６のように外装材２、３が一
連一体となっていても良い。図１７では、外装材３の一
辺と外装材２の一辺とが連なり、外装材２が外装材３に
対し屈曲可能に連なる蓋状となっている。この外装材
２、３が連なる一辺から、収容部３ｂの凹部が形成され
ており、この一辺においてはフラップ（接合片部）が形
成されていない以外は図１３と同一の構成のものとな
る。

【００３５】図１３、１６では、収容部３ｂを有した外
装材３と平板状の外装材２とが示されているが、本発明
では図１７のように、それぞれ浅箱状の収容部６ｂ、７
ｂと、該収容部６ｂ、７ｂの４周縁から張り出す周縁部
６ａ、７ａとを有した外装材６、７によって電池要素１
を被包しても良い。図１７は、外装材６、７が一連一体
となっているが、前記図１４と同様にこれらは別体とな
っていてもよい。

【００３６】本発明では、図１８のように１枚の平たい
シート状の外装材８を中央片８ａに沿って２ツ折り状に
折り返して第１片８Ａと第２辺８Ｂとの２片を形成し、
これら第１片８Ａと第２片８Ｂとの間に電池要素１を介
在させ、図１９の如く、第１片８Ａと第２片８Ｂの周縁
部８ｂ同士を接合して電池要素１を封入してもよい。

【００３７】なお、この実施の形態にあっては、折曲さ
れたフラップ（接合片部４Ａ）を被包部４Ｂに沿わせ、
接着剤や接着テープで固定しているため、電池の側面の
強度、剛性が高い。

【００３８】但し、本発明では、このフラップ４Ａが被
包部４Ｂから側方に張り出したままであってもよい。

【００３９】図１１はこのように張り出した被包部４Ｂ
を有した電池単体５０’を積層する場合の構成を示す斜
視図、図１２はこの電池パックの断面図である。この電
池単体５０’の積層体５１’の両側面に当てがわれるサ
ポート５３’は、積層体５１’に対面する板面に複数の
凹条５３ａが設けられている。各凹条５３ａは平行にフ
ラップ４Ａの延在方向に延設されており、この凹条５３
ａにフラップ４Ａを受け入れさせてサポート５３’を積
層体５１’の側面に当てがう。そして、この積層体５
１’及びサポート５３’をシュリンクフィルム５８で取
り巻き、シュリンクフィルム５８を過熱収縮させて積層
体５１’とサポート５３’とを結束して一体化させる。
なお、図１１、１２にあっては、積層体５１の上下両面
にスポンジ５９を当てがうようにしているが、図１〜１
０においても同様のスポンジ５９を積層体５９の上下両
面に当てがうようにしてもよい。

【００４０】図１０〜１２の積層体のその他の構成は図
１〜９と同様であり、この積層体も図１〜９と同様にし
て電池パックとされる。

【００４１】上記電池要素１は、正極及び負極を有する
平板状の単位電池要素を厚さ方向に複数積層してなる平
板積層型電池要素である。本発明は、特にリチウム二次
電池に適用するのに好適であるので、以下に上記の電池
要素をリチウム二次電池要素とした場合の好適な構成に
ついて説明する。

【００４２】図２０は、このリチウム二次電池要素の単
位電池要素の好適な一例を示すものである。この単位電
池要素は、正極集電体２２、正極活物質２３、スペーサ
（電解質層）２４、負極活物質２５、負極集電体２６を
積層したものである。通常、正極活物質２３は正極集電
体２２の片面上に結着され、負極活物質２５は負極集電
体２６の片面上に結着されている。

【００４３】この単位電池要素を複数個積層して電池要
素とするのであるが、この積層に際しては、正極を上側
とし負極を下側とした順姿勢（図２０）の単位電池要素
と、これとは逆に正極を下側とし負極を上側とした逆姿
勢（図示略）の単位電池要素とを交互に積層する。即
ち、積層方向に隣り合う単位電池要素は同極同士を（即
ち、正極同士及び負極同士）が対面するように積層され
る。

【００４４】この単位電池要素の正極集電体２２からは
正極タブ４ａが延設され、負極集電体２６からは負極タ
ブ４ｂが延設されている。

【００４５】図２０のように正極集電体と負極集電体と
の間に正極活物質、スペーサ及び負極活物質を積層した
単位電池要素の代わりに、図２１に示すように、正極集
電体１５ａ又は負極集電体１５ｂを芯材としてその両面
に正極活物質１１ａ又は負極活物質１２ａを積層してな
る正極１１、負極１２を準備し、この正極１１と負極１
２とを図１１の如くスペーサ（電解質層）１３を介して
交互に積層して単位電池要素としてもよい。この場合
は、１対の正極１１と負極１２との組み合わせ（厳密に
は正極１１の集電体１５ａの厚み方向の中心から負極１
２の集電体１５ｂの厚み方向の中心まで）が単位電池要
素に相当する。

【００４６】正極集電体１５ａ，２２としてはアルミニ
ウム、ステンレス、ニッケル等の金属箔が使用でき、特
にアルミニウムが好適であり、負極集電体１５ｂ，２６
としては、銅、ステンレス、ニッケルなどの金属箔が使
用でき、特に銅が好適である。集電体の厚みは１〜３０
μｍ程度が好ましい。

【００４７】正極活物質としては、リチウムイオンを吸
蔵・放出可能であれば無機化合物でも有機化合物でも使
用できる。無機化合物として、遷移金属酸化物、リチウ
ムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物、具体的
には、ＭｎＯ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ _６Ｏ１_１３、ＴｉＯ_２等の
遷移金属酸化物、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチ
ウム、マンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属と
の複合酸化物、ＴｉＳ _２、ＦｅＳ、ＭｏＳ_２などの遷移
金属硫化物等が挙げられる。これらの化合物はその特性
を向上させるために部分的に元素置換したものであって
もよい。有機化合物としては、例えばポリアニリン、ポ
リピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリ
スルフィド系化合物が挙げられる。正極活物質は、これ
らの無機化合物、有機化合物を混合して用いてもよい。
特に好ましいものは、コバルト、ニッケル及びマンガン
からなる群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属とリ
チウムとの複合酸化物である。

【００４８】正極活物質の粒径は、それぞれ電池の他の
構成要素との兼合で適宜選択すればよいが、通常１〜３
０μｍ、特に１〜１０μｍとするのが初期効率、サイク
ル特性等の電池特性が向上するので好ましい。

【００４９】負極活物質としては、通常、グラファイト
やコークス等の炭素系物質が挙げられる。この炭素系物
質は、金属、金属塩、酸化物などとの混合体や、被覆体
の形態として用いてもよい。負極活物質としては、ケイ
素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の酸化物や硫
酸塩、金属リチウム、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｂｉ−Ｃｄ、
Ｌｉ−Ｓｎ−Ｃｄ等のリチウム合金、リチウム遷移金属
窒化物、シリコン等も使用できる。好ましくは、容量の
面からグラファイト又はコークスである。負極活物質の
平均粒径は、初期効率、レイト特性、サイクル特性など
の電池特性の向上の観点から、通常１２μｍ以下、好ま
しくは、１０μｍ以下とする。この粒径が大きすぎると
電子伝導性が悪化する。また、通常は０．５μｍ以上、
好ましくは７μｍ以上である。

【００５０】これらの正極活物質及び負極活物質を集電
体上に結着させるために、バインダーを使用することが
好ましい。バインダーとしてはシリケート、ガラスのよ
うな無機化合物や、主として高分子からなる各種の樹脂
が使用できる。樹脂としては、例えば、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリ−１，１−ジメチルエチレンなど
のアルカン系ポリマー；ポリブタジエン、ポリイソプレ
ンなどの不飽和系ポリマー；ポリスチレン、ポリメチル
スチレン、ポリビニルピリジン、ポリ−Ｎ−ビニルピロ
リドンなどの環を有するポリマー；ポリメタクリル酸メ
チル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチ
ル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポ
リアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド
などのアクリル系ポリマー；ポリフッ化ビニル、ポリフ
ッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ
素系樹脂；ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシア
ニドなどのＣＮ基含有ポリマー；ポリ酢酸ビニル、ポリ
ビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系ポリマ
ー；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのハロゲ
ン含有ポリマー；ポリアニリンなどの導電性ポリマーな
どが使用できる。また、上記のポリマーなどの混合物、
変性体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グ
ラフト共重合体、ブロック共重合体などであっても使用
できる。

【００５１】活物質１００重量部に対するバインダーの
配合量は好ましくは０．１〜３０重量部、更に好ましく
は１〜１５重量部である。樹脂の量が少なすぎると電極
の強度が低下することがある。樹脂の量が少なすぎると
容量が低下したり、レイト特性が低下したりすることが
ある。

【００５２】正極活物質及び負極活物質中には必要に応
じて導電材料、補強材などの各種の機能を発現する添加
剤、粉体、充填材などを添加しても良い。

【００５３】導電材料としては、上記活物質に適量混合
して導電性を付与できるものであれば特に制限は無い
が、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒
鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔など
が挙げられる。添加剤としては、トリフルオロプロピレ
ンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉ
ｏｘａｓｐｉｒｏ〔４，４〕ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄ
ｉｏｎｅ、１２−クラウン−４−エーテルなどが電池の
安定性、寿命を高めるために使用することができる。補
強材としては、各種の無機、有機の球状、繊維状フィラ
ーなどが使用できる。

【００５４】電極を集電体上に形成する手法としては、
例えば、粉体状の活物質をバインダーと共に溶剤と混合
し、ボールミル、サンドミル、二軸混練機などにより分
散塗料化したものを、集電体上に塗布して乾燥する方法
が好適に行われる。この場合、用いられる溶剤の種類
は、電極材に対して不活性であり且つバインダーを溶解
し得る限り特に制限されず、例えばＮ−メチルピロリド
ン等の一般的に使用される無機、有機溶剤のいずれも使
用できる。

【００５５】また、活物質をバインダーと混合し加熱す
ることにより軟化させた状態で、集電体上に圧着、ある
いは吹き付ける手法によって電極材層を形成することも
できる。さらには活物質を単独で集電体上に焼成するこ
とによって形成することもできる。

【００５６】正極、負極内には通常イオン移動相が形成
される。電極中におけるイオン移動相の占める割合は、
高い方がイオン移動が容易になり、レイト特性上は好ま
しい一方で低い方が容量的には高くなる。好ましくは１
０〜５０体積％である。イオン移動相の材料としては、
後述する電解質相の材料と同様のものが使用できる。

【００５７】正極活物質及び負極活物質の膜厚は容量的
には厚い方が、レイト上は薄い方が好ましい。膜厚は通
常２０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上、さらに好
ましくは５０μｍ以上、最も好ましくは８０μｍ以上で
ある。正極及び負極膜厚は、通常２００μｍ以下、好ま
しくは１５０μｍ以下である。

【００５８】スペーサ（電解質層）１３，２４は、通
常、流動性を有する電解液や、ゲル状電解質や完全固体
型電解質等の非流動性電解質等の各種の電解質を含む。
電池の特性上は電解液又はゲル状電解質が好ましく、ま
た、安全上は非流動性電解質が好ましい。特に、非流動
性電解質を使用した場合、従来の電解液を使用した電池
に対してより有効に液漏れが防止できるので、後述する
ラミネートフィルムのような形状可変性を有するケース
を使用する利点を最大に生かすことができる。

【００５９】電解質層に使用される電解液は、通常支持
電解質を非水系溶媒に溶解したものである。

【００６０】支持電解質としては、電解質として正極活
物質及び負極活物質に対して安定であり、かつリチウム
イオンが正極活物質或いは負極活物質と電気化学反応を
するための移動をおこない得る非水物質であればいずれ
のものでも使用することができる。具体的にはＬｉＰＦ
_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣ
ｌＯ_４、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＬｉＡｌＣｌ、
ＬｉＨＦ_２、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_２等のリチウ
ム塩が挙げられる。これらのうちでは特にＬｉＰＦ_６、
ＬｉＣｌＯ_４が好適である。

【００６１】これら支持電解質を非水系溶媒に溶解した
状態で用いる場合の濃度は、０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌ
が好適である。これら支持電解質を溶解する非水系溶媒
は特に限定されないが、比較的高誘電率の溶媒が好適に
用いられる。具体的には、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、エチルメチルカーボネートなどの非環状
カーボネート類、テトラヒドロフラン、２−メチルテト
ラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のグライム類、γ
−ブチルラクトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫
黄化合物、アセトニトリル等のニトリル類等の１種又は
２種以上が例示される。

【００６２】これらのうちでは、特にエチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート
類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エ
チルメチルカーボネートなどの非環状カーボネート類か
ら選ばれた１種又は２種以上の溶媒が好適である。ま
た、これらの溶媒に添加剤などを加えてもよい。添加剤
としては、例えば、トリフルオロプロピレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉｏｘａｓｐｉ
ｒｏ〔４，４〕ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄｉｏｎｅ、１
２−クラウン−４−エーテルなどが電池の安定性、寿命
を高める目的で使用できる。

【００６３】電解質層に使用できるゲル状電解質は、通
常、上記電解液を高分子によって保持してなる。即ち、
ゲル状電解質は、通常電解液が高分子のネットワーク中
に保持されて全体として流動性が著しく低下したもので
ある。このようなゲル状電解質は、イオン伝導性などの
特性は通常の電解液に近い特性を示すが、流動性、揮発
性などは著しく抑制され、安全性が高められている。ゲ
ル状電解質中の高分子の比率は好ましくは１〜５０重量
％である。低すぎると電解液を保持することができなく
なり、液漏れが発生することがある。高すぎるとイオン
伝導度が低下して電池特性が悪くなる傾向にある。

【００６４】ゲル状電解質に使用する高分子としては、
電解液と共にゲルを構成しうる高分子であれば特に制限
は無く、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネー
ト、ポリイミドなどの重縮合によって生成されるもの、
ポリウレタン、ポリウレアなどのように重付加によって
生成されるもの、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリ
ル誘導体系ポリマーやポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニ
ル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリビニル系などの付
加重合で生成されるものなどがある。好ましい高分子と
しては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン
を挙げることができる。ここで、ポリフッ化ビニリデン
とは、フッ化ビニリデンの単独重合体のみならず、ヘキ
サフルオロプロピレン等他のモノマー成分との共重合体
をも包含する。また、アクリル酸、アクリル酸メチル、
アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メト
キシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアク
リレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、
エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタク
リレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポ
リエチレングリコールモノメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジ
エチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルア
ミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、ア
リルアクリレート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロ
リドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエ
チレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリ
コールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリ
レート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリ
エチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレン
グリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール
ジメタクリレートなどのアクリル系モノマーを重合して
得られるアクリル系ポリマーも好ましく用いることがで
きる。

【００６５】上記高分子の重量平均分子量は、通常１０
０００〜５００００００の範囲である。分子量が低いと
ゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くな
りすぎて取り扱いが難しくなる。高分子の電解液に対す
る濃度は、分子量に応じて適宜選べばよいが、好ましく
は０．１〜３０重量％である。濃度が低すぎるとゲルを
形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して流動、液
漏れの問題が生じることがある。濃度が高すぎると粘度
が高くなりすぎて工程上困難を生じると共に、電解液の
割合が低下してイオン伝導度が低下しレイト特性などの
電池特性が低下することがある。

【００６６】電解質層として完全固体状の電解質層を用
いることもできる。このような固体電解質としては、こ
れまで知られている種々の固体電解質を用いることがで
きる。例えば、上述のゲル状電解質で用いられる高分子
と支持電解質塩を適度な比で混合して形成することがで
きる。この場合、伝導度を高めるため、高分子は極性が
高いものを使用し、側鎖を多数有するような骨格にする
ことが好ましい。

【００６７】電解質層として、上記電解質を多孔膜等の
多孔性シートに含浸したものを用いてもよい。

【００６８】電解質層の厚みは、通常１〜２００μｍ、
好ましくは、５〜１００μｍである。

【００６９】多孔性シートとしては、具体的には厚さ通
常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、また通常２００
μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下のものが使用され
る。空隙率は、通常１０〜９５％、好ましくは３０〜８
５％程度である。多孔性シートの材料としては、ポリオ
レフィン又は水素原子の一部もしくは全部がフッ素置換
されたポリオレフィンを使用することができる。具体的
には、ポリオレフィン等の合成樹脂を用いて形成した微
多孔性膜、不織布、織布等を用いることができる。

【００７０】電極の平面形状は任意であり、四角形、円
形、多角形等にすることができる。

【００７１】図２０〜２２の通り、集電体２２，２６又
は１５ａ，１５ｂには、通常、リード結合用のタブ４
ａ，４ｂが連設される。電極が四角形であるときは、通
常図２０に示すように電極の一辺の一サイド近傍に正極
集電体より突出するタブ４ａを形成し、また、負極集電
体のタブ４ｂは他サイド近傍に形成する。

【００７２】複数の電池要素を積層するのは、電池の高
容量化を図る上で有効であるが、この際、電池要素それ
ぞれからのタブ４ａとタブ４ｂの夫々は、通常、厚さ方
向に結合されて正極と負極のリード結合端子が形成され
る。その結果、大容量の電池要素１を得ることが可能と
なる。

【００７３】タブ４ａ，４ｂには、前記図１４に示すよ
うに、薄片状の金属からなるリード２１が結合される。
その結果、リード２１と電池要素の正極及び負極とが電
気的に結合される。タブ４ａ同士、４ｂ同士の結合及び
タブ４ａ，４ｂとリード２１との結合はスポット溶接等
の抵抗溶接、超音波溶着あるいはレーザ溶接によって行
うことができる。

【００７４】本発明においては、上記正極リードと負極
リードの少なくとも一方のリード２１好ましくは両方の
リードとして、焼鈍金属を使用するのが好ましい。その
結果、強度のみならず折れ曲げ耐久性に優れた電池とす
ることができる。

【００７５】リードに使用する金属の種類としては、一
般的にアルミや銅、ニッケルやＳＵＳなどを用いること
ができる。正極のリードとして好ましい材料はアルミニ
ウムである。また、負極のリードとして好ましい材質は
銅である。

【００７６】リード２１の厚さは、通常１μｍ以上、好
ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上、
最も好ましくは４０μｍ以上である。薄すぎると引張強
度等リードの機械的強度が不十分になる傾向にある。ま
た、リードの厚さは、通常１０００μｍ以下、好ましく
は５００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下で
ある。厚すぎると折り曲げ耐久性が悪化する傾向にあ
り、また、ケースによる電池要素の封止が困難になる傾
向にある。リードに後述する焼鈍金属を使用することに
よる利点は、リードの厚さが厚いほど顕著である。

【００７７】リードの幅は通常１ｍｍ以上２０ｍｍ以
下、特に１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度であり、リードの
外部への露出長さは通常１ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度で
ある。

【００７８】上記の外装材２，３，６，７，８は、形状
可変性を有することが好ましい。その結果、電池の形状
を様々に変更することが容易に可能となる。また、外装
材の内部を真空状態とした後、外装材の周縁部を封止す
ることにより、電池要素１に押し付け力を付与すること
ができ、その結果、サイクル特性などの電池特性を向上
させることができる。

【００７９】外装材の材料としては、アルミニウム、ニ
ッケルメッキをした鉄、銅等の金属、合成樹脂等を用い
ることができるが、好ましくは金属と合成樹脂が積層さ
れたラミネート状の複合材が用いられる。このラミネー
ト状の複合材を用いることにより、外装材の薄膜化・軽
量化が可能となり、電池全体としての容量を向上させる
ことができる。

【００８０】ラミネート状複合材としては、金属層と合
成樹脂層が積層されたものを使用することができる。こ
の金属層は水分の浸入の防止あるいは形状保持性を維持
させるもので、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、チタ
ン、モリブデン、金等の単体金属やステンレス、ハステ
ロイ等の合金又は酸化アルミニウム等の金属酸化物でも
よい。特に加工性の優れたアルミニウムが好ましい。

【００８１】金属層の形成は、金属箔、金属蒸着膜、金
属スパッター等を用いて行うことができる。

【００８２】合成樹脂層は、ケース部材の保護あるいは
電解質による侵触を防止したり、金属層と電池要素等と
の接触を防止したり、あるいは金属層の保護のために用
いられるもので、本発明において合成樹脂は、弾性率、
引張伸び率は制限されるものではない。従って本発明に
おける合成樹脂は一般にエラストマーと称されるものも
含むものとする。

【００８３】合成樹脂としては、熱可塑性プラスチッ
ク、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性樹脂、プラスチ
ックアロイが使われる。これらの樹脂にはフィラー等の
充填材が混合されているものも含んでいる。

【００８４】また、ラミネート状複合材は、金属層の外
側面に外側保護層として機能するための合成樹脂層を設
けると共に、内側面に電解質による腐蝕や金属層と電池
要素との接触を防止したり金属層を保護するための内側
保護層として機能する合成樹脂層を積層した三層構造体
とすることができる。

【００８５】この場合、外側保護層に使用する樹脂は、
好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオ
レフィン、アイオノマー、非晶性ポリオレフィン、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリアミド等耐薬品性や機械
的強度に優れた樹脂が望ましい。

【００８６】内側保護層としては、耐薬品性の合成樹脂
が用いられ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変
性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体等を用いることができる。

【００８７】また、複合材は、金属層と保護層形成用合
成樹脂層、耐蝕層形成用合成樹脂層間にそれぞれ接着剤
層を設けることもできる。さらにまた、ケース部材同士
を接着するために、複合材の最内面に溶着可能なポリエ
チレン、ポリプロピレン等の樹脂からなる接着層を設け
ることもできる。これらの金属、合成樹脂あるいは複合
材を用いてケースが形成される。ケースの成形はフィル
ム状体の周囲を融着して形成してもよく、シート状体を
真空成形、圧空成形、プレス成形等によって絞り成形し
てもよい。また、合成樹脂を射出成形することによって
成形することもできる。射出成形によるときは、金属層
はスパッタリング等によって形成されるのが通常であ
る。

【００８８】外装材に凹部よりなる収容部を設けるには
絞り加工等によって行うことができる。

【００８９】

【発明の効果】以上の通り、本発明の電池パックは、過
充電や過電圧に対する安全性が高いと共に、重量や体積
が比較的小さなものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る電池パックのブロック図であ
る。

【図２】実施の形態に係る電池パックの電池単体の斜視
図である。

【図３】実施の形態に係る電池パックの分解図である。

【図４】実施の形態における電池単体への配線接続を示
す斜視図である。

【図５】実施の形態における電池単体への配線接続を示
す斜視図である。

【図６】実施の形態における電池単体への温度ヒューズ
接続を示す斜視図である。

【図７】温度ヒューズへの配線接続を示す斜視図であ
る。

【図８】電池単体の積層体を示す斜視図である。

【図９】電池単体の積層体、コネクタ及び回路基板を示
す斜視図である。

【図１０】別の実施の形態に係る電池単体の積層体及び
サポートを示す斜視図である。

【図１１】さらに別の実施の形態に係る電池単体の積層
体及びサポートを示す斜視図である。

【図１２】図１１の実施の形態に係る電池パックの断面
図であり、（ａ）図は（ｂ）図のＡ−Ａ線に沿う断面
図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、
（ｃ）図は（ｂ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図１３】電池単体の分解斜視図である。

【図１４】電池単体の要部の断面図である。

【図１５】電池単体の電池要素を示す斜視図である。

【図１６】別の電池単体の製造途中の斜視図である。

【図１７】さらに別の電池単体の製造途中の斜視図であ
る。

【図１８】さらに異なる電池単体の製造途中の斜視図で
ある。

【図１９】図１８の電池の製作途中の平面図である。

【図２０】単位電池要素の模式的な断面図である。

【図２１】正極又は負極の模式的な断面図である。

【図２２】電池要素の模式的な断面図である。

【符号の説明】

１電池要素２，３，６，７，８外装材４ａ，４ｂタブ４Ａ，４Ｆ接合片部（フラップ）４Ｂ被包部１１正極１１ａ正極活物質１２負極１２ｂ負極活物質１３非流動性電解質層１５ａ正極集電体１５ｂ負極集電体２１リード２２正極集電体２３正極活物質２４スペーサ（電解質層）２５負極活物質２６負極集電体５０電池単体５７ケーシング５７ａ蓋６０プリント配線基板６６保護回路６７ヒューズ６８サーミスタ７０温度ヒューズ７１，７３端子片７２温度ヒューズ本体７８接着剤８０めがね端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 BA02 FA04 5G053 AA16 BA08 CA01 EC05 5H030 AA03 AA04 BB01 BB21 5H040 AA40 DD08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池要素をケースに収納してなる電池単
体を複数個有する電池パックにおいて、各電池単体の正
極及び負極の少なくとも一方に接続した温度素子と、各
電池単体に共通する保護回路とを有することを特徴とす
る電池パック。
【請求項２】請求項１において、さらに、各電池単体
に共通する電流ヒューズを有することを特徴とする電池
パック。
【請求項３】請求項１又は２において、保護回路が、
電池パック内部に備えられたプリント配線基板上に設け
られていることを特徴とする電池パック。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか1項におい
て、前記電池単体が平板形状を有した状態で厚さ方向に
積層されていることを特徴とする電池パック。
【請求項５】請求項４において、プリント配線基板が
電池単体の積層体の端面に対面するように設けられてい
ることを特徴とする電池パック。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項におい
て、前記電池要素がリチウム二次電池であることを特徴
とする電池パック。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項におい
て、前記電池パックが携帯機器用のものであることを特
徴とする電池パック。