JP2004095357A - 非水電解質電池から成る電池ブロック及び交換機器サイズのバッテリーパック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3つの非水電解質電池30a、30c、30eを直列接続してセル電池ブロックAとし、同様に2つの非水電解質電池30b、30d及び30fを直列接続してセル電池ブロックBを構成する。
セル電池ブロックA及びBを並列接続した後、フレキシブル基坂18を折曲して夫々重ね合わせ、ドライブ−ベイ内のスロットに着脱可能な外形寸法の電池ブロックを構成する。この電池ブロックに制御回路31、コネクタを接続して交換機器サイズのバッテリーパックとする。
【選択図】 図5
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数セルの非水電解質電池から成る電池ブロック及び携帯型のパーソナルコンピュータ等に装備される交換機器と互換可能な外形寸法を有する交換機器サイズのバッテリーパックに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、パーソナルコンピュータ等の携帯性、可搬性を考慮した情報処理装置は、交流(AC)電源が容易に得られない場所においても使用できるようにバッテリー電源を内蔵したり、バッテリーパックを外部から着脱可能に装着できるよう構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
パーソナルコンピュータ等のような情報処理装置を長時間に亘って使用するためには、大容量で大型サイズのバッテリーパックを装着するか、別に予備のバッテリーパックを準備しておく必要がある。この場合には、バッテリーパック自体がある程度の大きさを有することから、持ち運びに難があり、携帯性を損なうことになる。
【0004】
また、大容量のバッテリーパックを準備していても、容易に交流(AC)電源が得られない場所では、長時間の使用により電池切れが生じデータを喪失してしまう虞がある。携帯電話では、比較的入手し易い一時電池を使用したコネクタや一次電池パックを用いた簡易充電器が市販されているがパーソナルコンピュータ等では消費電力が大きいため実用化されていない。
【0005】
一方、最近の携帯型のほとんどのパーソナルコンピュータ等では限られたサイズ内で機能を変更したり、拡張するためのドライブ−ベイを備えている。このドライブ−ベイは、CDや、DVD等のディスク装置や、フロッピー(登録商標)ディスク装置、セコンド(2nd)ハードディスク装置、PCカードスロット等の異なる機能を有する交換機器を選択して装備し、動作させる時のために設けられている。
【0006】
これらの交換機器を使用しない場合には、このドライブ−ベイスロットは、空いているので、このベイスロットに同サイズのバッテリーパックを挿入して使用してもパーソナルコンピュータ等の携帯性を損なうことはない。
【0007】
また、バッテリーパックを構成する電池群に着目すると、一般にCDやDVDの直径は、120mmであるため、このベイスロット内に挿入できる電池群は、高さが120mm以内であって、容量を大きく取るため出来るだけサイズを大きくしたい。また、ベイスロットの内寸は、11mm程度であり、直径がφ18やφ17mpの円筒型電池は用いられず角型電池が使用されている。
【0008】
しかしながら、この角型電池の使用に際しても問題が生じていた。即ち、角型電池では缶の深絞り成形を行うため、サイズを大きくしたくても高さ70mm以上は、実現できず、実際は、厚み10mm、高さ50mmの角型電池を1セルとして、ベイスロット内に6セルの角型電池を内臓させているのが実情である。
【0009】
パーソナルコンピュータ等の情報機器の主電源として用いられるリチウムイオン電池は、3セル直列接続か、4セル直列接続のいずれかを採用できたが、この角型電池を使用する場合は、寸法上の制限から3セル直列接続にしか対応できなかった。
【0010】
また、角型電池の場合、一般に端子のサイズが小さいので、パック化した場合、小さい端子からリードへの溶接はむずかしく、またリードを外部に導出させていない構造上、まとめて溶接が出来ず、溶接箇所も16箇所と多いので加工性が悪いという欠点もあった。
【0011】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上に外部に導出させた非水電解質電池の複数セルを直列及び/又は並列接続して構成され、ドライブ−ベイスロット内を有効活用する外形寸法の、交換機器と互換可能で長時間の使用に耐えるよう容量を増すことのできる電池ブロック及びこの電池ブロックに接続される制御回路及びコネクタを含んで構成される交換機器サイズのバッテリーパックを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述したような課題等を解決し、上記目的を達成するために、本出願の請求項1記載の非水電解質電池から成る電池ブロックは、正極端子リード及び負極端子リードを有し且つ充電及び放電可能な発電要素と、上記正極端子リード及び負極端子リードを外部に導出させて上記発電要素を収納して密閉する外装体とを有する非水電解質電池を1セルとし、上記1セル非水電解質電池の複数個を直列及び/又は並列に接続したことを特徴としている。
【0013】
本出願の請求項2に記載の電池ブロックは、上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池4個を一度に直列及び/又は並列に接続してセル電池ブロックを構成し、上記セル電池ブロックの2個を接続したことを特徴としている。
【0014】
本出願の請求項3に記載の電池ブロックは、直列接続して電池ブロックを構成する非水電解質電池同士は、夫々の正極端子リード及び負極端子リードをフレキシブル基板に溶接した後、上記フレキシブル基板を折り曲げることにより重ね合わされ、交換機器サイズの外形寸法を有する6セル構成の電池ブロックとしたことを特徴とする。
【0015】
本出願の請求項4に記載の電池ブロックは、上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池の3個を直列接続して1セル電池ブロックを構成し、上記1セル電池ブロックを2個並列接続したことを特徴としている。
【0016】
本出願の請求項5に記載の電池ブロックは、8セルが接続されたフレキシブル基板を折り曲げることにより重ね合わされ、交換機器サイズの外形寸法を有する8セル構成の電池ブロックとしたことを特徴とする
【0017】
本出願の請求項6に記載の電池ブロックは、上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上の外部に導出させた非水電解質電池は、外形寸法がセルの厚み5mm以上のとき、上記セルの厚みに対する対角寸法が13倍以上で20倍以下であることを特徴としている。
【0018】
本出願の請求項7に記載の電池ブロックは、上記4セルの非水電解質電池の夫々の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させて上記非水電解質電池の4個を直列接続して構成したことを特徴としている。
【0019】
本出願の請求項8に記載の電池ブロックは、直列接続された上記4セル非水電解質電池の夫々の正極端子リード及び負極端子リードの上記2セル非水電解質電池同士を対向させてフレキシブル基板に溶接した後、交換機器サイズの外形寸法を有する4セル構成の電池ブロックとすることを特徴としている。
【0020】
本出願の請求項9に記載の電池ブロックは、上記3セルの非水電解質電池の夫々の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を直列接続して構成したことを特徴としている。
【0021】
本出願の請求項10に記載の電池ブロックは、上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池は、外形寸法がセルの厚み10mm以上のとき、上記セルの厚みに対する対角寸法が6倍以上で11倍以下であることを特徴としている。
【0022】
本出願の請求項11に記載の交換機器サイズのバッテリーパックは、正極端子リード及び負極端子リードを有し充電及び放電可能な発電要素と、上記端子リードを外部に導出させて上記発電要素を収納して密閉する外装体とを有する非水電解質電池を1セルとし、この1セルの正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池の複数個を直列及び/又は並列接続して構成する電池ブロックと、上記電池ブロックを構成する上記各非水電解質電池の端子リードに接続される制御回路と、上記制御回路に電気的に接続され、上記外装体に固定されると共に、外部機器に接続されるコネクタとを一体に構成し、交換機器サイズの外形寸法を有することを特徴としている。
【0023】
上記構成としたことにより、本出願の請求項1記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、パーソナルコンピュータ等の消費電力パターンに応じた複数個を直列及び/又は並列に接続した上記非水電解質電池セルを選択して用いることができ、携帯性、緊急性に対応して長時間の使用を可能とする。
【0024】
本出願の請求項2記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、6セルの直並列接続を構成してパーソナルコンピュータ等の所定の消費電力容量に対応できる。
【0025】
本出願の請求項3記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、6セル構成の外形寸法を交換機器サイズの外形寸法に合わせ互換可能とした。
【0026】
本出願の請求項4記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、8セルの直並列接続を構成してパーソナルコンピュータ等の所定の消費電力容量に対応できる。
【0027】
本出願の請求項5記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、8セル構成の外形寸法を交換機器サイズの外形寸法に合わせ互換可能とした。
【0028】
本出願の請求項6記載の電池ブロックは、正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池の1セルの所定の厚みに対する対角寸法を大きく取ることにより容量を増し、パーソナルコンピュータ等の長時間使用の要望に応えることができる。
【0029】
本出願の請求項7記載の4セルの正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を4個直列接続して構成した電池ブロックは、パーソナルコンピュータ等の所定の消費電力容量に対応できる。
【0030】
本出願の請求項8記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、4セル構成の外形寸法を交換機器サイズの外形寸法に合わせ互換可能とした。
【0031】
本出願の請求項9記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロックは、3セルの直列接続を構成してパーソナルコンピュータ等の所定の消費電力容量に対応できる。
【0032】
本出願の請求項10記載の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池の1セルの所定の厚みに対する対角寸法を大きく取ることにより容量を増し、パーソナルコンピュータ等の長時間使用の要望に応えることができる。
【0033】
本出願の請求項11記載の交換機器サイズのバッテリーパックは、交換機器と互換可能とすることにより、拡張性、携帯性を損なうことなくパーソナルコンピュータ等の長時間の使用を可能とできる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である巻回電極体を構成する以前の帯状状態の各層の配置を模式的に示す図、図2は、本発明の一実施形態である巻回電極体の構成を示す斜視図、図3は、本発明の外装体及び発電要素の形状を示す分解斜視図、図4は、図3の組み立て後の斜視図、図5は、本発明の第1の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図、図6は、同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図、図7は、本発明の第2の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図、図8は、同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図、図9は、本発明の第3の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図、図10は、同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図、図11は、本発明の第4の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図、図12は、同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図、図13は、ノートブックコンピュータのベイスロットに交換機器と本発明のバッテリーパックが互換可能に装備されることを説明する斜視図、図14は、本発明との比較例を示す複数セルのリチウムイオン電池から成る電池ブロックの接続関係を示す図である。
【0035】
本発明は、複数セルの正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池から成る電池ブロック及び携帯型のパーソナルコンピュータ等に装備される交換機器と互換可能な外形寸法を有するバッテリーパックを提供し、携帯用電源、或いは予備の電源として用いる。
【0036】
本発明の電池ブロック及び上記電池ブロックから構成されるバッテリーパックは、例えば、ノートブックコンピュータに対して図13に示すように装着され用いられる。
【0037】
図13に示すノートブックコンピュータ40の本体に設けられたドライブ−ベイ41は、右側方から例えばCD−ROMドライブ装置42が挿入され、上記本体内に装着される。
【0038】
上記CD−ROMドライブ装置42でビデオCDの動画再生や、CD−ROMのゲームソフトなどの操作を終了した後は、ドライブ−ベイ41から上記CD−ROMドライブ装置42を抜き取っても支障はない。
【0039】
その後、図上仮想線で示す本発明のバッテリーパック43を上記CD−ROMドライブ装置42に換えてドライブ−ベイ41内に挿入し、装着する。このとき、バッテリーパック43の一側面に装着されたコンタクト32aは、コンタクト32bと嵌合されて、上記本体内に装着される。
【0040】
次に、本発明の1セルを構成する非水電解質電池及び複数セルから構成される電池ブロックについて説明する。
本発明の電池ブロックを構成する複数セルの各ポリマーリチウムイオン二次電池は、例えば、固体電解質電池、あるいはゲル状電解質電池、液系電解質電池などを総称する正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池である。
【0041】
充電及び放電のための端子リードを有する発電要素としてのポリマーリチウムイオン二次電池は、例えば、図1及び図2に示すように巻回電極体として構成される。
【0042】
図1は、巻回電極体を構成する以前の帯状状態の各層の配置を模式的に示し、正極10は、帯状に形成される正極集電体10aと、この正極集電体10aの両面に塗布される正極合剤層10b、10cとで構成される。正極合剤層10b、10cは、正極合剤スラリーを均一に塗布することによって得られる。
【0043】
正極集電体10aは、例えば、厚さ20μmのアルミニウム箔を用いることが出来る。この際、正極集電体10aの長手方向の巻き終わり側の一端には、一定の長さに亘ってブランク部14が形成される。このブランク部14には、正極合剤スラリーは、塗布されない。
【0044】
正極10に相対してセパレータ12を介在させて負極11が配される。負極11は、帯状に形成される負極集電体11aと、この負極集電体11aの両面に塗布される負極合剤層11b、11cとで構成される。
【0045】
正極10と負極11の内周側表面には、互いに平行に並ぶように、帯状の正極、負極の長手方向に直角に正極端子リード15と負極端子リード16とをそれぞれ配置する。
【0046】
負極11、セパレータ12、正極10、及びセパレータ13を順に積層して、これら帯状体を一端から他端まで巻回させる。その後、図2に示すように側方から押圧して偏平させた後、粘着テープを使用して巻き終わり部を固定する。このようにして偏平形状とされた渦巻き状の巻回電極体5が作成される。
【0047】
この場合のセパレータ12,13は、例えば、微多孔性のポリプロピレンフィルムを用い、厚さは25μm程度である。
巻回電極体5は、図3に示すように正極端子リード15と負極端子リード16とを外部に導出させた状態で外装体6内に包み込み、周囲の接触面を熱溶着して密封する。外装体6の材質としては、例えば、アルミラミネートフィルムを用いることが出来る。
【0048】
このアルミラミネートフィルム材を幅広の長方形に形成し、長手方向の中央部で2つに折り曲げて本体片6aと、蓋体片6bを形成する。中央の折り曲げ辺を除く他の3辺に適当な幅の縁取り部6cを設け、その縁取り部6cの内側に巻回電極体5が収納できる容積の膨出部18を設ける。
【0049】
膨出部18は、巻回電極体5の外形に合うように深絞り加工を施すことで成形される。この膨出部18の内面に設けられた凹部19に巻回電極体5が収納された後、本体片6aと蓋体片6bとを重ね合わせる。
これにより、巻回電極体5が本体片6aと蓋体片6bとによって、包み込まれる。
【0050】
次に、フィルム材6の中央の折り曲げ辺と平行に対向する辺である本体片6aの縁取り部6cと、重ね合わされた蓋体片6bの1辺との対向する周縁部を熱溶着などの固着手段によって固着する。これにより、正極及び負極の両端子15,16が、膨出部18の凹部19の内側面によってクランク状に屈折され、屈折部15a,16aと、引き出し部15b、16bが形成される。
【0051】
その後、本体片6aの残った2辺、即ち、折曲辺と直交する側面で対向する2辺の縁取り部6cと、これに重ね合わされた蓋体片6bの2辺の周縁部を真空ヒートシール機を用いてシールして固着する。これにより、外装体6の膨出部18の周囲が密着され、2本の正極及び負極の両端子15,16の引き出し部15b、16bが外部に導出された状態で、巻回電極体5が外装体6に封止される。
【0052】
次に、外装体6の側面の2辺のシール部を、膨出部18の根元部と、シール部の中途部の2箇所で膨出部18側に略90度ずつ2回折り曲げる。その結果、図4に示すように、2辺のシール部をそれぞれ2つに折り曲げて重ね合わせ、互いに平行な2つの囲い壁20、20を形成する。この囲い壁20の高さは、膨出部18の高さと同程度の高さに設定する。
【0053】
このようにして形成された図4から明らかなように正極端子リード15と負極端子リード16側の溶着部とポリマーリチウムイオン電極素子端面との間には、クランク状の段差21が生じている。
【0054】
更に、外装体6から露出している正極端子リード15と負極端子リード16の先端をカットして長さが調節され、本発明の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池ロック非水電解質電池の1セル例えば、ポリマーリチウムイオン二次電池30が完成する。
【0055】
次に、具体的数値を用いて本発明の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池の1セルの構成及び複数セルを直並列接続して構成される電池ブロックの実施例について説明する。
尚、非水電解質電池の1セルの構成は、図1乃至図4に示す参照番号を用いて説明し、複数セルを直並列接続して構成される電池ブロックの実施例については、図5乃至図12を参照して説明する。
【0056】
実施例1
正極10は、帯状に形成される正極集電体10aと、この正極集電体10aの両面に塗布される正極合材層10b、10cとから構成されている。正極合剤層10b、10cは、正極合剤スラリーを正極集電体10aの両面に均一に塗布することにより形成される。
【0057】
正極合剤スラリーは、正極活物質を用いて作成されるが、本実施例では、正極活物質として、LiCoO2を85重量部、人造黒鉛粉末を5重量部カーボンブラックを5重量部の割合で充分混合した後、N−メチル−2−ピロリドンに溶かしたポリ弗化ビニリデン(PVdF)を固形分として5重量部となるように加え、インク状の正極スラリーとした。
【0058】
この正極合剤スラリーを厚さ20μmのアルミ箔(集電体)上に金属箔露出部分を残して両面を間欠塗布した。乾燥後、ローラープレス機により圧延した。圧延後、正極原反を裁断し、巻き取った後に真空乾燥処理した。
【0059】
この正電極リールを巻きほどき、金属箔露出部分にアルミニウムの正極端子リード15を接続する。この正極端子リード15の大きさは、例えば、幅5mm、長さ70mm、厚さ100μm、として形成され、電極の端面から17.5mm以上延出するようにして超音波溶接によって接合する。
【0060】
その後、幅19mmの絶縁テープ(ポリイミドテープ:絶縁材)を端子リード15が溶接された金属箔露出部分の表裏面に貼り付けた。この絶縁テープは、電極端面から突き出した正極端子リード15に2mm以上かかるように貼り付けた。以上の工程は、連続的に行われ、帯状の電極は、再び巻き取られる。
【0061】
また、正極用のイオン伝導性ポリマーとして、ジメチルカーボネート(DMC)に溶かしたポリ弗化ビニリデン(PVdF)を固形分として20重量部となるように加え、これに8重量部となるようにリチウム塩を加え、これに72重量部となるようにエチレンカーボネート(EC)と、プロピレンカーボネート(PC)を加え、保温しながら攪拌して混合溶液とした。
【0062】
この混合溶液を、ホットメルトアプリケータを用いて正極電極材の両面、即ち、正極合剤スラリーの面上に連続的に塗工した。塗工されたイオン導電性ポリマーの混合溶液は、乾燥することにより正極合剤スラリーを構成する活物質内部の空隙に含侵されると共に、低沸点溶媒であるジメチルカーボネート(DMC)が蒸発してゴム状のゲルポリマー膜が形成された。このイオン導電性ポリマーは、連続的に塗工され、その後帯状の端子リード付きの正極10が再び巻き取られる。
【0063】
一方、負極11は、帯状に形成される負極集電体11aと、この負極集電体11aの両面に塗布される負極合材層11b、11cとから構成されている。負極合剤層11b、11cは、負極合剤スラリーを負極集電体11aの両面に均一に塗布することにより形成される。
【0064】
負極合剤スラリーは、負極活物質を用いて作成される。負極活物質としては、例えば、リチウムと合金あるいは化合化可能な金属,半導体、又はこれらの合金あるいは化合物を挙げることができる。
【0065】
このような負極活物質を用いて負極合材スラリーは、例えば、粒子径5〜25μmの天然黒鉛90重量部(層間距離3.35Å)、N−メチル−2−ピロリドンに溶かしたPVdFを固定分として10重量部となるように加え、インク状の負極スラリーとした。
【0066】
この負極合剤スラリーを厚さ15μmのアルミ箔(集電体)上に金属箔露出部分を残して両面を間欠塗布した。乾燥後、ローラープレス機により圧延した。圧延後、負極原反を裁断し、巻き取った後に真空乾燥処理した。
【0067】
この負電極リールを巻きほどき、金属箔露出部分にニッケルの負極端子リード16を接続する。この端子リード16の大きさは、例えば、幅5mm、長さ70mm、厚さ100μm、として形成され、電極の端面から15mm以上延出するようにして超音波溶接によって接合する。
【0068】
その後、幅19mmの絶縁テープ(ポリイミドテープ:絶縁材)を端子リード16が溶接された金属箔露出部分の表裏面に貼り付けた。この絶縁テープは、電極端面から突き出した端子リード16に2mm以上かかるように貼り付けた。以上の工程は、連続的に行われ、帯状の電極は、再び巻き取られる。
【0069】
また、負極用のイオン伝導性ポリマーとしては、正極電極に用いたと同じ混合溶液を準備した。この混合溶液を、ホットメルトアプリケータを用いて負極電極材の両面、即ち、負極合剤スラリーの面上に連続的に塗工した。
【0070】
塗工されたイオン導電性ポリマーの混合溶液は、乾燥することにより負極合剤スラリーを構成する活物質内部の空隙に含侵されると共に、低沸点溶媒であるジメチルカーボネート(DMC)が蒸発してゴム状のゲルポリマー膜が形成された。このイオン導電性ポリマーは、連続的に塗工され、その後、帯状の端子リード付きの負極11が再び巻き取られる。
【0071】
このようにして作製した正極10と負極11は、セパレータ12、13を介して帯状体の一端から他端まで巻回させ、側方から押圧して偏平させた後、粘着テープを使用して巻き終わり部を固定する。
【0072】
このようにして偏平形状とされた渦巻き状の巻回電極体5が、正極端子リード15と負極端子リード16が側面から平行して取り出された状態で得られる。上記巻回電極体5は、図3及び図4に示したように外装体6に収納され第1の実施例におけるポリマーリチウムイオン二次電池30の1セルが得られる。
【0073】
上述した工程を経て、外形寸法の厚さを5.5mm、幅を41.0mm、端子リード部を除く高さ100mmの1セルの電池が作製され、その対角寸法は、105mmとなった。このとき、1セルの電池の厚さに対する対角寸法は、19.1倍である。
【0074】
次に、第1の実施例の電池ブロックの作成について図5及び図6を参照して説明する。
本実施例は、予め制御回路が接続されているフレキシブル基板に、3セルの電池を直列接続し電池ブロックを構成し、その後、2セルブロックを接続する構成である。
【0075】
図5に示すように、セル電池30a、30c,30eの夫々の正極端子リード15a、15c,15eと負極端子リード16a、16c,16eをフレキシブル基板に一度に接続し、3つのセル電池を直列接続したセル電池ブロックAを構成する。
【0076】
同様に、セル電池30b、30d、30fの夫々の正極端子リード15b、15d、15fと負極端子リード16b、16d、16fをフレキシブル基板18に一度に溶接し、3つのセル電池を直列接続したセル電池ブロックBを構成する。
【0077】
セル電池の正極端子リード15a、15b及び負極端子リード16a、16bの夫々のリード先端は、夫々同様な溶接端子17を介在させて共通のフレキシブル基板18に溶接され、並列接続される。又、セル電池の正極端子リード15c、15d及び負極端子リード16c、16dの夫々のリード先端は、夫々同様な溶接端子17を介在させて共通のフレキシブル基板18に溶接され、並列接続される。同様に、セル電池の正極端子リード15e、15f及び負極端子リード16e、16fの夫々のリード先端は、夫々同様な溶接端子17を介在させて共通のフレキシブル基板18に溶接され、並列接続される。
【0078】
次に、フレキシブル基板18を図示一点鎖線19で示す位置で矢印に示す方向に折り曲げる。その結果、図6に示すように、一体化された電池ブロックが完成する。このとき、制御回路31は、折曲されたフレキシブル基板18内に内包される。
【0079】
このようにして得られた制御回路31を含む電池ブロック全体のサイズは、厚み11mm、幅125mm、高さ105mmである。
【0080】
上記電池ブロックは、セル電池ブロックAの側面にコネクタ32を配設し、2つのセル電池ブロックA,B,制御回路31及びコネクタ32で本実施例のバッテリーパックを構成する。このバッテリーパックの容量は、49Whであった。
【0081】
このバッテリーパックの電池ブロック部分は、内寸法が厚み11mm、幅125mm、高さ105mmサイズのドライブ−ベイ内スロットに着脱自在に装着される。
【0082】
パーソナルコンピュータ等で内蔵されているドライブ−ベイは、CDや、DVD等のディスク装置や、フロッピー(登録商標)ディスク装置、セコンド(2nd)ハードディスク装置、PCカードスロット等の異なる機能を選択し、動作させるため設けられているが、これらの装置を使用しない場合には、このドライブ−ベイ内スロットを有効活用するため交換機器と互換可能な上述した外形寸法のバッテリーパックを製作し、装着することにより、携帯用電源、或いは予備の緊急用電源として用いることができ、パーソナルコンピュータ等の使用時間を延長することができる。
【0083】
実施例2
次に、図7及び図8を参照して本発明の第2の実施例について説明する。
この第2の実施例における1セルのポリマーリチウムイオン二次電池の製造工程は、第1の実施例における製造工程と基本的に同一である。
【0084】
図7及び図8に示す1セル電池の外形寸法は、第1の実施例において、正極原反及び負極原反を裁断して帯状の正極及び負極を形成する際の裁断幅を替えることによって製作された巻回電極体に対し、深絞り成形するアルミラミネートフィルムの外装材のサイズを変えて外装体として装着して得られる寸法である。
【0085】
本実施例において、外形寸法の厚さ5.5mm、幅50mm、端子リード部を除く高さ60mmの1セルのポリマーリチウムイオン電池が作製された。この場合、そのセルの対角寸法は、77mmとなった。
このとき、1セルの電池の厚さに対する対角寸法は、14.0倍である。
【0086】
次に、第2の実施例の電池ブロックの作成について図7及び図8を参照して説明する。
本実施例は、予め制御回路が接続されているフレキシブル基板に4セル電池を一度に接続して1セルブロックを構成し、これら2セルブロックを接続する構成である。
【0087】
図7に示すように、セル電池30g、30h、30i、30jの夫々の正極端子リード15g、15h、15i、15j及び負極端子リード16g、16h、16i、16jを一度に接続し、4つのセル電池を接続したセル電池ブロックAを構成する。
【0088】
同様に、セル電池30k、30l、30m、30nの夫々の正極端子リード15k、15l、15m、15n及び負極端子リード16k、16l、16m、16nを一度に接続し、4つのセル電池を接続したセル電池ブロックBを構成する。
【0089】
この2つのセル電池ブロックA,Bが接続されたフレキシブル基板18には予め制御回路31が接続される。
【0090】
セル電池の正極端子リード15g、15h同士及び負極端子リード16g、16hの夫々のリードの先端は、夫々同様な溶接端子17を介在させて共通のフレキシブル基板18に溶接され、並列接続される。他ののセル電池同士の正極端子リード及び負極端子リードの夫々の先端も同様に溶接端子17を介してフレキシブル基板18に溶接される。
【0091】
次に、フレキシブル基板18を図示一点鎖線19で示す位置で矢印に示す方向に折り曲げる。その結果、図8に示すように、並列接続された2セルが対向し、2つのセル電池ブロックA,Bが配置されて一体化された電池ブロックが完成する。
【0092】
このとき、制御回路31は、折曲されて得られる2つのセル電池ブロックA,Bの位置に対して、フレキシブル基板18上で任意の位置に配置できる。
このようにして得られた制御回路31を含む電池ブロック全体のサイズは、厚み11mm、幅122mm、高さ105mmである。
【0093】
上記電池ブロックは、セル電池ブロックDの側面にコネクタ32を配設し、2つのセル電池ブロックA,B,制御回路31及びコネクタ32で本実施例のバッテリーパックを構成する。このバッテリーパックの容量は、45Whであった。
【0094】
このバッテリーパックの電池ブロック部分は、内寸法が厚み11mm、幅125mm、高さ105mmサイズのドライブ−ベイ内のスロットに着脱自在に装着可能である。
【0095】
実施例3
次に、図9及び図10を参照して本発明の第3の実施例について説明する。
この第3の実施例における1セルのポリマーリチウムイオン二次電池の製造工程は、第1の実施例における製造工程と基本的に同一である。
【0096】
図9及び図10に示す1セル電池の外形寸法は、第1の実施例において、正極原反及び負極原反を裁断して帯状の正極及び負極を形成する際の裁断幅を替えることによって製作された巻回電極体に対し、深絞り成形するアルミラミネートフィルムの外装材のサイズを変えて得られる寸法である。
【0097】
本実施例において、外形寸法の厚さ10.5mm、幅50mm、端子リード部を除く高さ58mmの1セルのポリマーリチウムイオン電池が作製された。このとき、1セルの電池の厚さに対する対角寸法は、6倍である。
【0098】
次に、第3の実施例の電池ブロックの作成について図9及び図10を参照して説明する。
本実施例は、図9に示すように、セル電池30oの正極端子リード15o、負極端子リード16o、及びセル電池30pの正極端子リード15p、負極端子リード16pを直列接続して1セルブロックを構成する。
【0099】
他のセル電池30qの正極端子リード15q、負極端子リード16q、及びセル電池30rの正極端子リード15r、負極端子リード16rを予め制御回路31が接続してある共通のフレキシブル基板18に直列接続して他の1セルブロックを構成する。これら2つのセルブロックを直列接続する構成である。
【0100】
セル電池の正極端子リード15o乃至15r及び負極端子リード16o乃至16rの夫々のリード先端は、夫々同一の溶接端子17を介在させて共通のフレキシブル基板18に溶接され、接続される。
【0101】
制御回路31は、2つのセル電池ブロックの位置に対して、フレキシブル基板18上で任意の位置に配置できる。
【0102】
図10に示すように、このようにして得られた制御回路31を含む電池ブロック全体のサイズは、厚さ11mm、幅125mm、高さ105mmである。
上記電池ブロックの任意のセル電池の側面にコネクタ32を配設し、4つのセル電池30o、30p、30q、30r、制御回路31及びコネクタ32で本実施例のバッテリーパックを構成する。このバッテリーパックの容量は、46Whであった。
【0103】
このバッテリーパックの電池ブロック部分は、内寸法が厚み11mm、幅125mm、高さ105mmサイズのドライブ−ベイの筐体内スロットに着脱自在に装着可能である。
【0104】
実施例4
次に、図11及び図12を参照して本発明の第4の実施例について説明する。
この第4の実施例における1セル電池の製造工程は、第1の実施例における製造工程と基本的に同一である。
【0105】
図11及び図12に示す1セル電池の外形寸法は、第1の実施例において、正極原反及び負極原反を裁断して帯状の正極及び負極を形成する際の裁断幅を替えることによって製作された巻回電極体に対し、深絞り成形するアルミラミネートフィルムの外装材のサイズを変えて得られる寸法である。
【0106】
本実施例において、外形寸法の厚さ10mm、幅34mm、端子リード部を除く高さ110mmの1セルのポリマーリチウムイオン電池が作製された。このとき、1セルの電池の厚さに対する対角寸法は、10.9倍である。
【0107】
次に、第4の実施例の電池ブロックの作製について図11及び図12を参照して説明する。
本実施例は、セル電池30sの正極端子リード15s、負極端子リード16s、及びセル電池30tの正極端子リード15t、負極端子リード16t、及びセル電池30uの正極端子リード15u、負極端子リード16uを順次、直列接続して電池ブロックを構成する。
【0108】
この電池ブロックに制御回路31を接続する構成である。
セル電池の正極端子リード15s乃至15u及び負極端子リード16s乃至16t夫々のリード先端は、夫々同一の溶接端子17を介在させて共通の可撓性基板18に溶接され、接続される。
制御回路31も可撓性基板18に配置される。
【0109】
このようにして得られた制御回路31を含む電池ブロック全体のサイズは、厚み11mm、幅105mm、高さ120mmである。
上記電池ブロックの任意のセル電池の側面にコネクタ32を配設し、3つのセル電池30s、30t、30u、制御回路31及びコネクタ32で本実施例のバッテリーパックを構成する。
このバッテリーパックの容量は、47Whであった。
【0110】
このバッテリーパックの電池ブロック部分は、内寸法が厚み11mm、幅105mm、高さ120mmサイズのドライブ−ベイの筐体内スロットに着脱自在に装着可能である。
【0111】
上述した本発明の第1乃至第4の実施例においては、1セル電池の外形寸法は、1セルの厚さが10mm以上で、厚さに対する対角寸法が6.0倍以上で11.0倍以下となり、大きい容量を許容できることとなった。
【0112】
また、1セル電池の外形寸法は、1セルの厚さが5mm以上で、厚さに対する対角寸法が13倍以上で20倍以下となり、ドライブ−ベイ内のスロットに着脱可能な大きい容量を許容できることとなり、パーソナルコンピュータ等の長時間の使用を可能にした。
【0113】
図13は、ノートブックコンピュータ40のベイ−スロットに41に装着されていたCDや、DVD等のディスク装置42を取り出した後、本発明の電池ブロックを内包して構成されているバッテリーパック43が、接続部32aとコネクタ32bを結合した後、ディスク装置42に換えてベイ−スロットに41内に挿着されることを図示している。
【0114】
次に、上述した本発明の第1乃至第4の実施例が数値的にも優れていることを他の比較例を示し説明する。
第1の比較例
この第1の比較例における非水電解質電池の1セルを構成する際の工程における偏平形状とされた渦巻き状の巻回電極体は、本発明の第1の実施例における複数セルを直並列接続して構成される電池ブロックを製作する際の、正極及び負極集電体に塗布される正極及び負極合剤スラリー塗布の長さ又は、帯状の裁断幅を替えて電極を作製する。正極及び負極端子リードを外部に導出した巻回電極体を金属性の缶内に挿入した後に、絶縁加工した蓋を缶上部にレーザ溶接し、電解液を注入後に封入して、厚さ10.5mm,幅34mm,高さ50mmのリチウムイオン電池を作製した。
この時の電池の厚さ10.5mmに対する対角寸法は、5.7倍に過ぎない。
【0115】
図14に示すように、リチウムイオン電池44を2セル並列接続したセル電池ブロックA,B,Cを作製し、3セル電池ブロックA,B,Cを直列接続することで一体化された電池ブロックが完成し、次いで制御回路31を接続する。この制御回路31を含む電池ブロック全体のサイズは、厚み11mm、幅102mm、高さ105mmである。
【0116】
この電池ブロックは、セル電池ブロックの側面にコネクタが配設されバッテリーパックを構成する。
このバッテリーパックの電池ブロック部分を、内寸法が厚み11mm、幅125mm、高さ105mmサイズのドライブ−ベイ内のスロットに着脱自在に装着した。
このときのバッテリーパックの容量は、40Whであった。
【0117】
第2の比較例
この第2の比較例における1セルのポリマーリチウムイオン二次電池の製造工程は、第1の実施例における製造工程と基本的に同一である。
セルの厚さ5.5mm,幅40mm,高さ60mmのポリマーリチウムイオン電池を作製した。
【0118】
この時の電池の厚さ5.5mmに対する対角寸法は、13倍に過ぎない。この1セル電池に制御回路の一部を溶接し、本発明の第1の実施例と同様に2セル並列接続したセル電池ブロックを作製し、3セル電池ブロックを直列接続することで一体化された電池ブロックが完成する。
この制御回路を含む電池ブロック全体のサイズは、厚み11mm、幅102mm、高さ105mmである。
【0119】
この電池ブロックは、セル電池ブロックの側面にコネクタを配設し、バッテリーパックを構成する。
このバッテリーパックの電池ブロック部分を、内寸法が厚み11mm、幅125mm、高さ105mmサイズのドライブ−ベイ内のスロットに着脱自在に装着した。
このときのバッテリーパックの容量は、36Whであった。
【0120】
本発明の第1乃至第4の実施例と第1及び第2の比較例の数値的比較を示す表を以下に示す。
【0121】
【表1】
【0122】
【表2】
【0123】
ここで、試験体1(ポリマー):
UP5541100−6セルパック49Wh
(厚さ5.5mm、幅41mm、長さ100mm)
試験体2:(ポリマー):
UP555060−8セルパック45Wh
(厚さ5.5mm、幅50mm、長さ60mm)
試験体3(ポリマー):
UP105058−4セルパック46Wh
(厚さ10.5mm、幅50mm、長さ58mm)
試験体4:(ポリマー):
UP1034110−3セルパック47Wh
(厚さ10.5mm、幅34mm、長さ110mm)
試験体5(角形):
UP103450−6セルパック40Wh
(厚さ10.5mm、幅34mm、長さ50mm)
試験体6:(ポリマー):
UP554060−8セルパック36Wh
(厚さ5.5mm、幅40mm、長さ60mm)
で夫々表わされる。
【0124】
上記表1及び表2から明らかなように、比較例1及び比較例2のいずれよりも、本発明の実施例1乃至4で示したセルの厚みに対角寸法及び容量の数値が優れていることが判る。
尚、本発明のバッテリーパックは、外部ケーブルを介してコネクタとパーソナルコンピュータとを接続することもできる。
【0125】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の請求項1記載の電池ブロックによれば
非水電解質電池を1セルとし、複数セルを直並列接続することによって定まる外形寸法をもって、交換機器と互換可能サイズとし、許容容量を拡大できた。
また、正極端子リード及び負極端子リードを外部に導出させた構造なので複数個を直列及び/又は並列に接続する際に、フレキシブル基板上に正極端子リード及び負極端子リード群を位置合わせをして一度に溶接できるため加工性がよい。
【0126】
本出願の請求項2記載の電池ブロックによれば、正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を1セルとし、6セルを直並列接続することによって、許容容量を拡大できる外形寸法を定め、交換機器と互換可能サイズとした。
【0127】
本出願の請求項3記載の電池ブロックによれば、非水電解質電池を1セルとし、直並列接続された6セルの夫々の正極及び負極端子リードを可撓性基板に溶接した後、上記可撓性基板を折曲することにより対向するセル同士を重ね合わせる構成とすることにより、その外形寸法を交換機器と互換可能サイズとした。
【0128】
本出願の請求項4記載の電池ブロックによれば、正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を1セルとし、8セルを直並列接続することによって、許容容量を拡大できる外形寸法を定め、交換機器と互換可能サイズとした。
【0129】
本出願の請求項5記載の電池ブロックによれば、非水電解質電池を1セルとし、直並列接続された6セルの夫々の正極端子リード及び負極端子リードをフレキシブル基板に溶接した後、上記フレキシブル基板を折曲することにより対向するセル同士を重ね合わせる構成とすることにより、その外形寸法を交換機器と互換可能サイズとした。
【0130】
本出願の請求項6記載の電池ブロックによれば、正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池は、外形寸法がセルの厚み5mm以上のとき、上記セルの厚みに対する対角寸法が13倍以上で20倍以下であるように定めることができ、非水電解質電池の1セルの厚みに対する対角寸法を大きく取ることにより容量を増し、パーソナルコンピュータ等の長時間使用の要望に応えることができる。
【0131】
本出願の請求項7記載の電池ブロックによれば、4セルの正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を直列接続することで容量を拡大することができた。
【0132】
本出願の請求項8記載の電池ブロックによれば、非水電解質電池を1セルとし、直列接続された4セルの夫々の正極及び負極端子リードを可撓性基板に溶接した後、その外形寸法を交換機器と互換可能サイズとした。
【0133】
本出願の請求項9記載の電池ブロックによれば、3セル夫々の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を直列接続して構成することでも容量を拡大することができ、3セル非水電解質電池を並設した外形寸法で交換機器と互換可能とした。
【0134】
本出願の請求項10記載の電池ブロックによれば、1セルの正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池は、外形寸法がセルの厚み10mm以上のとき、上記セルの厚みに対する対角寸法が6倍以上で11倍以下であるように定めることができ、非水電解質電池の1セルの厚みに対する対角寸法を大きく取ることにより容量を増し、パーソナルコンピュータ等の長時間使用の要望に応えることができる。
【0135】
本出願の請求項10記載のバッテリーパックによれば、交換機器と互換可能とすることにより、拡張性、携帯性を損なうことなくパーソナルコンピュータ等の長時間の使用を可能とできる効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である巻回電極体を構成する以前の帯状状態の各層の配置を模式的に示す図である。
【図2】本発明の一実施形態である巻回電極体の構成を示す斜視図である。
【図3】本発明の外装体及び発電要素の形状を示す分解斜視図である。
【図4】図3に示す外装体及び発電要素の組み立て後の斜視図である。
【図5】本発明の第1の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図である。
【図6】図6は、図5に示す同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図である。
【図7】本発明の第2の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図である。
【図8】図8は、図7に示す同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図である。
【図9】本発明の第3の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図である。
【図10】図10は、図9に示す同実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図である。
【図11】本発明の第4の実施例を示す複数セル電池の接続関係を示す図である。
【図12】図12は、図11に示す実施例における電池ブロックの外形を示す斜視図である。
【図13】本発明のバッテリーパックがノートブックコンピュータに対して交換機器と互換可能であることを説明する斜視図である。
【図14】本発明との比較例を示す複数セルのリチウムイオン電池から成る電池ブロックの接続関係を示す図である。
【符号の説明】
5 発電要素、 6 外装体、 30 ポリマーリチウムイオン二次電池、 15 正極端子リード、 16 負極端子リード、 17 溶接端子、 18 フレキシブル基板、 30 セル電池ブロック、31 制御回路、 32 コネクタ
Claims (11)
- 正極端子リード及び負極端子リードを有し且つ充電及び放電可能な発電要素と、上記正極端子リード及び負極端子リードを外部に導出させて上記発電要素を収納して密閉する外装体とを有する非水電解質電池を1セルとし、上記1セル非水電解質電池の複数個を直列及び/又は並列に接続したことを特徴とする電池ブロック。
- 上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池4個を一度に直列及び/又は並列に接続してセル電池ブロックを構成し、上記セル電池ブロックの2個を直列又は並列に接続したことを特徴とする請求項1記載の電池ブロック。
- 直列接続して電池ブロックを構成する非水電解質電池同士は、夫々の正極端子リード及び負極端子リードをフレキシブル基板に溶接した後、上記フレキシブル基板を折り曲げることにより重ね合わされ、交換機器サイズの外形寸法を有する6セル構成の電池ブロックとしたことを特徴とする請求項1記載の電池ブロック。
- 上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で
外部に導出させた非水電解質電池の3個を直列接続して1セル電池ブロックを構成し、上記1セル電池ブロックを2個並列接続したことを特徴とする請求項1記載の電池ブロック。 - 8セルが接続されたフレキシブル基板を折り曲げることにより重ね合わされ、交換機器サイズの外形寸法を有する8セル構成の電池ブロックとしたことを特徴とする請求項2記載の電池ブロック。
- 上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上の外部に導出させた非水電解質電池は、外形寸法がセルの厚み5mm以上のとき、上記セルの厚みに対する対角寸法が13倍以上で20倍以下であることを特徴とする請求項1記載の電池ブロック。
- 上記4セルの非水電解質電池の夫々の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた上記非水電解質電池の4個を直列接続して構成したことを特徴とする請求項1記載の電池ブロック。
- 直列接続された上記4セル非水電解質電池の夫々の正極端子リード及び負極端子リードの上記2セル非水電解質電池同士を対向させてフレキシブル基板に溶接した後、交換機器サイズの外形寸法を有する4セル構成の電池ブロックとすることを特徴とする請求項7記載の電池ブロック。
- 上記3セルの非水電解質電池の夫々の正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池を直列接続して構成したことを特徴とする請求項1記載の電池ブロック。
- 上記正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池は、外形寸法がセルの厚み10mm以上のとき、上記セルの厚みに対する対角寸法が6倍以上で11倍以下であることを特徴とする請求項7記載の電池ブロック。
- 正極端子リード及び負極端子リードを有し充電及び放電可能な発電要素と、上記端子リードを外部に導出させて上記発電要素を収納して密閉する外装体とを有する非水電解質電池を1セルとし、この1セルの正極端子リード及び負極端子リードを同一平面上で外部に導出させた非水電解質電池の複数個を直列及び/又は並列接続して構成する電池ブロックと、上記電池ブロックを構成する上記各非水電解質電池の端子リードに接続される制御回路と、上記制御回路に電気的に接続され、上記外装体に固定されると共に、外部機器に接続されるコネクタとを一体に構成し、交換機器サイズの外形寸法を有することを特徴とする交換機器サイズのバッテリーパック。
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