JP2004171894A

JP2004171894A - 電池パック

Info

Publication number: JP2004171894A
Application number: JP2002335565A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsuda; 俊夫松田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】電池パックの外筐に電池及び回路基板を効率よく収納する。
【解決手段】外装材７に電池素子６が封入されると共に、この電池素子６を構成する正極８及び負極９と導通された一対の電極リード１４，１７が外装材７の貼合せ面７ａの間から外部へと引き出されてなる電池３と、一対の電極リード１４，１７が電気的に接続される接続部１９と電池３の制御回路が構成される回路部２０とが設けられた回路基板４と、電池３及び回路基板４を収納する外筐３とを備え、回路基板４は、可撓性を有しており、接続部１９と回路部２０との間で折り曲げられた状態で電池３と共に外筐２に収納されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外筐に電池と回路基板とが収納されてなる電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パーソナルコンピュータや、携帯端末装置（ＰＤＡ：ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、カメラ一体型ＶＴＲ（ＶｉｄｅｏＴａｐｅＲｅｃｏｒｄｅｒ）等の携帯可能な小型電子機器が多く登場しており、その電源として、軽量且つ高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池の開発が活発に進められている。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池では、更なる小型軽量化を図るために、ゲル状電解質や高分子固体電解質等の固体電解質を用いると共に、外装材として熱融着が可能なラミネートフィルムを用いて発電要素である電池素子を封入することが行われている。このようなリチウムイオン二次電池は、一般的にポリマー電池と呼ばれており、電解質が固体又はゲル状であることから液漏れの心配がなく、金属製容器の代わりにラミネートフィルムからなる外装材を用いることで、更なる薄型化が可能となっている。
【０００４】
また、ポリマー電池は、充放電を制御する制御回路が構成された回路基板と電気的に接続されており、過充放電等からの保護が図られている。そして、これらポリマー電池及び回路基板は、プラスチックケース等からなる外筐に収納されることによって、いわゆる電池パックとして構成されている。
【０００５】
ところで、上述した電池パックにおいて、体積エネルギー密度の向上を図るためには、回路基板を外筐に収納しながらも、この外筐内でのポリマー電池の体積効率を向上させるような構造が求められる。すなわち、この電池パックでは、外筐内により大きな（より多くの）ポリマー電池を収納すると共に、このポリマー電池が収納された外筐の限られたスペース内に回路基板を効率よく収納することが求められている。
【０００６】
しかしながら、従来の電池パックでは、例えばラミネートフィルムからなる外装材に電池素子が封入され、この電池素子を構成する正極及び負極と導通された一対の電極リードが、熱融着により貼り合わされたラミネートフィルムの貼合せ面の間から外部へと引き出されると共に、これら一対の電極リードが回路基板側の接続端子と中継タブを介して接続された構造となっている。また、中継タブは、例えば略Ｌ字状や略コ字状に折り曲げられたニッケル板等からなっており、一端がポリマー電池側の電極リードと溶接により接続され、他端が回路基板側の接続端子と半田付けにより接続されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
この場合、ポリマー電池側の電極リードと回路基板側の接続端子との間の距離が中継タブの分だけ長くなることから、これらをプラスチックケースからなる外筐に収納した際に中継タブの占める部分が大きくなり、パック全体の小型化に対して非常に不利となってしまう。また、この場合には、ポリマー電池側の電極リードと回路基板側の接続端子との接続に中継タブを介することで、部品点数の増加と共に製造コストが嵩むといった問題も発生してしまう。
【０００８】
また、一対の電極リード間の寸法精度が悪く、ポリマー電池の製造時におけるバラツキが大きい場合には、回路基板側の接続端子も予め大きく形成しておく必要があり、この接続端子の回路基板上に占める面積も大きくなってしまう。このため、回路基板では、一対の接続端子が接続される部分に、両主面に亘って上述した制御回路を構成する電子部品を配置することができなくなることや、この基板自体が大きくなるといった不都合が生じてしまう。
【０００９】
また、ポリマー電池における外装材の貼合せ部分は、外筐内において電池として用を為さない無駄な空間となる。そこで、このような外装材の貼合わせ部分に電池の制御回路を搭載することが提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【００１０】
しかしながら、このような外装材の貼合せ部分に、上述した電池の制御回路を構成する回路基板を搭載した場合には、この外装材の貼合わせ部分の面積よりも大きな回路基板を搭載することはできないことから、回路基板上に実装される電子部品の実装可能な面積も自ずと制限されたものとなる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１２４２３２号公報（第２頁、第２４図）
【特許文献２】
特開２０００−１５６２０８号公報（第３−４頁、第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電池パックにおいて体積エネルギー密度の向上を図るためには、回路基板を外筐に収納しながらも、この外筐内でのポリマー電池の体積効率を向上させるような構造が求められる。したがって、外筐内でのポリマー電池の体積効率を向上させるためには、このポリマー電池が収納された外筐の限られたスペース内に回路基板を如何に効率よく収納できるかが重要となる。また、上述した携帯可能な小型電子機器では、電池パックの設置場所が空間的に制限されたものが多く、高容量且つ小型軽量薄型化された電池パックが求められている。
【００１３】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、外筐に電池及び回路基板を効率よく収納することを可能とし、体積エネルギー密度の向上を図ると共に、パック全体の更なる小型軽量薄型化を可能とした電池パックを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る電池パックは、外装材に電池素子が封入されると共に、この電池素子を構成する正極及び負極と導通された一対の電極リードが外装材の貼合せ面の間から外部へと引き出されてなる電池と、一対の電極リードが電気的に接続される接続部と電池の制御回路が構成される回路部とが設けられた回路基板と、電池及び回路基板を収納する外筐とを備え、回路基板は、可撓性を有しており、接続部と回路部との間で折り曲げられた状態で電池と共に外筐に収納されていることを特徴としている。
【００１５】
以上のように、本発明に係る電池パックでは、可撓性を有する回路基板が接続部と回路部との間で折り曲げられた状態で電池と共に外筐に収納されることから、この電池が収納された外筐の限られたスペース内に回路基板を折り曲げた状態で効率よく収納することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した電池パックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明を適用した電池パック１は、外筐２に電池ユニットを構成するポリマー電池３及び回路基板４が収納された構造を有している。
【００１８】
外筐２は、いわゆるプラスチックケースからなり、略扁平箱状の上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとを互いに突き合わすことで、内部にポリマー電池３及び回路基板４が収納される収納空間を形成すると共に、その外形形状は略矩形平板状である。また、この外筐２の長手方向の一側端部には、後述するコネクタ２３の端子を外部に臨ませる開口部５が形成されており、上ハーフ２ａ及び下ハーフ２ｂには、この開口部５を構成する切欠き部５ａ，５ｂがそれぞれ形成されている。
【００１９】
ポリマー電池３は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であり、発電要素である電池素子６が外装材７に封入されると共に、後述する電池素子６を構成する正極８及び負極９と導通された一対の電極リード１４，１７が外装材７の貼合せ面７ａの間から外部へと引き出されてなる。
【００２０】
具体的に、電池素子６は、図３に示すように、帯状の正極８と負極９とがセパレータ１０を介して積層され、これら正極８とセパレータ１０との間及び負極９とセパレータ１０との間に、それぞれ固体電解質１１を介在させた状態で巻回された構造を有している。
【００２１】
正極８は、正極集電体１２の両主面上に正極活物質層１３が形成されてなる。このうち、正極集電体１２には、箔状又は網状に形成されたアルミニウム等が用いられており、正極活物質層１３は、この正極集電体１２の両主面上に、それぞれ正極活物質と結着材とを含有する正極合剤を塗布して乾燥させた後、加圧することによって形成されている。
【００２２】
正極活物質としては、電池容量を比較的大きくすることのできる、例えばＬｉ_ｘＭＯ_２（式中、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ等のうち、何れか１種以上の遷移金属を表し、０．５≦ｘ≦１．１０である。）を主体とするリチウム複合酸化物等が用いることができる。また、このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等を用いることが好ましく、このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＣｏ_１−ｙＯ_２（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等を挙げることができる。また、正極活物質としては、安価で結晶構造が安定している、例えばＬｉ_ｘＭ_ｙＰＯ_４（式中、Ｍは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂ、ＳｎＣａ、Ｓｒのうち１種以上を表し、０．５≦ｘ≦１．１であり、０．５≦ｙ≦１である。）を主体とする化合物等を用いることができ、その具体例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４等を挙げることができる。さらに、正極活物質としては、例えばＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＮｂＳｅ_２、Ｖ_２Ｏ_５等の金属硫化物も用いることができる。
【００２３】
また、結着剤としては、非水電解質電池の正極合剤に用いられる、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。また、正極合剤には、例えば炭素質材料等を導電材として添加したり、他にも公知の添加剤等を添加することができる。
【００２４】
また、正極８には、例えばアルミニウム等が短冊状に形成されてなる正極リード１４が電気的に接続されている。この正極リード１４は、正極８の長手方向の一端（例えば内周側の端部）に設けられた正極集電体露呈部分、すなわち当該リードの幅に合わせて正極活物質層１３が形成されずに正極集電体１２が露呈してなる部分に抵抗溶接や超音波溶接等により接合されている。また、正極リード１４は、一端が正極８の幅方向から延長して設けられている。
【００２５】
負極９は、負極集電体１５の両主面上に負極活物質層１６が形成されてなる。このうち、負極集電体１５には、箔状又は網状に形成されたニッケル等が用いられており、負極活物質層１６は、この負極集電体１５の両主面上に、それぞれ負極活物質と結着材とを含有する負極合剤を塗布して乾燥させた後、加圧することによって形成されている。
【００２６】
負極活物質としては、例えばリチウムに対して２Ｖ以下の電位を有し、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素質材料、２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料、結晶化しやすい原材料を３０００℃付近の高温で焼成した人造黒鉛等の高結晶性炭素材料等を用いることができる。このような炭素質材料の具体例としては、例えば熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭素等を挙げることができ、コークス類としては、例えばピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等を挙げることができる。なお、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し、炭素化したものである。
【００２７】
また、負極活物質としては、上述した炭素質材料の他にも、リチウムと化合可能な元素又はこの元素の化合物、例えば化学式Ｄ_ｓＥ_ｔＬｉ_ｕ（式中、Ｄは、リチウムと化合可能な金属元素及び／又は半導体元素のうち１種以上を表し、Ｅは、リチウム及びＤ以外の金属元素及び／又は半導体元素のうち１種以上を表し、０＜ｓ、０≦ｔ、０≦ｕである。）等を用いることができ、その具体例としては、ＳｉＢ_４、ＳｉＢ_６、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｓｎ、Ｎｉ_２Ｓｉ、ＴｉＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＣａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、Ｃｕ_５Ｓｉ、ＦｅＳｉ_２、ＭｎＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＶＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＺｎＳｉ_２等を挙げることができる。また、これらのうち何れか１種以上を用いた場合には、上述した炭素質材料を導電材として添加することもできる。
【００２８】
また、負極活物質としては、上述したものの他にも、例えばポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等といった比較的電位が卑であり、リチウムのドープ・脱ドープが可能な酸化物や、これら酸化物の炭素を窒素で置換した窒化物等を用いることもできる。
【００２９】
また、結着剤としては、非水電解質電池の負極合剤に用いられる、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００３０】
また、負極９には、例えばニッケル等が短冊状に形成されてなる負極リード１７が電気的に接続されている。この負極リード１７は、負極９の長手方向の一端（例えば外周側の端部）に設けられた負極集電体露呈部分、すなわち当該リードの幅に合わせて負極活物質層１６が形成されずに正極集電体１５が露呈している部分に抵抗溶接や超音波溶接等により接合されている。また、負極リード１７は、一端が負極９の幅方向から正極リード１４と同一方向に延長して設けられている。
【００３１】
セパレータ１０は、上述した正極８と負極９とを離間させるものであり、この種の非水電解質電池の絶縁性多孔質膜として通常用いられている公知の材料、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子フィルムからなる。また、セパレータ１０は、リチウムイオン伝導度とエネルギー密度との関係から、厚みをできるだけ薄くすることが好ましく、例えば３０μｍ以下の厚みにしている。これにより、ポリマー電池３では、正極８と負極９との間のリチウムイオン伝導度を良好なものとし、高いエネルギー密度を得ることができる。
【００３２】
固体電解質１１は、マトリックス高分子に非水電解液を可塑剤として加えてなるゲル状電解質や、高分子に電解質塩を溶かし込んだ高分子固体電解質からなり、これらは、上述した正極８及び負極９の両主面上に、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル状電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を塗布した後に、固化することで形成される。なお、架橋系の場合には、光又は熱で架橋して固化される。
【００３３】
このうち、ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子からなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００３４】
一方、高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００３５】
このようなゲル状電解質または高分子固体電解質に含有させるリチウム塩としては、通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化合物（塩）としては、例えば、塩化リチウム臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳｉＦ_６等を挙げることができる。また、これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４が酸化安定性の点から望ましい。また、リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用いることができる。
【００３６】
なお、上述した電池素子６は、正極８及び負極９を固体電解質１１を挟んで重ね合わせ、これを巻回した巻回構造の他にも、正極８と負極９とを固体電解質１１を挟んで交互に積層した積層構造や、正極８及び負極９を固体電解質１１を挟んで重ね合わせ、これを交互に折り畳んだ折畳構造とすることも可能である。
【００３７】
上述した電池素子６を封入する外装材７は、樹脂フィルムと金属箔とが積層されて貼り合わされたラミネートフィルムからなる。このうち、樹脂フィルムとしては、正極リード１４及び負極リード１７に対する接着性を示し且つ気密性に優れた材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体、ポリオレフィン樹脂等の有機樹脂材料が用いられている。一方、金属箔には、例えばアルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄等が用いられている。
【００３８】
そして、この外装材７は、電池素子６を封入する際に、電池素子６を挟み込んだ状態で半分に折り曲げられると共に、封入される電池素子６の外形に沿って外縁部分が熱融着により貼り合わされながら減圧封止される。このとき、外装材７は、樹脂フィルムを内面とすると共に、熱融着により貼り合わされる貼合せ面７ａ，７ｂ，７ｃのうち、折り曲げ位置と対向する貼合せ面７ａの間から、正極リード１４及び負極リード１７が外部へと引き出された状態とする。以上のようにして、ポリマー電池３が構成される。
【００３９】
また、外装部材７と正極リード１４及び負極リード１７との密着性をより向上させるために、これら一対の電極リード１４，１７と外装材７との接触部分には、熱融着により溶融される樹脂片１８が設けられている。この樹脂片１８としては、正極リード１４及び負極リード１７に対する接着性を有する材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂及びこれらの共重合体等を用いることができる。また、外装材７は、ナイロン等からなる樹脂フィルムを最外層とすることで、破れや突き刺し等に対する強度を向上させることができる。
【００４０】
回路基板４は、図２及び図４に示すように、上述したポリマー電池３の過充放電等からの保護を図るためのものであり、外装材７の貼合せ面７ａに対応した幅で長尺状に形成されると共に、その長手方向の両側には、一対の電極リード１４，１７が電気的に接続される接続部１９と、ポリマー電池３の充放電を制御する制御回路が構成される回路部２０とが設けられている。
【００４１】
また、この回路基板４は、可撓性を有すると共に、パターン配線層と誘電絶縁層とが交互に積層されてなる、いわゆる多層フレキシブルプリント配線基板である。
【００４２】
この回路基板４では、パターン配線層に、例えばフィルタやキャパシタ、インダクタ、レジスタといった機能素子や受動素子等を、これらを繋ぐ信号配線パターンやグランドパターンと共にパターン形成することができる。また、誘電絶縁層を介して積層される各パターン配線層は、誘電絶縁層を貫通して形成されるビアホールめっきやスルーホールめっきを介して電気的に接続することができる。なお、この回路基板４を構成するパターン配線層は、電気伝導性が高く廉価な銅箔等により形成されており、誘電絶縁層は、電気絶縁性が高く、可撓性を有するポリイミド等の有機絶縁材料により形成されている。また、この回路基板４には、誘電絶縁層の両面にパターン配線層が形成された両面配線基板をプリプレグを介して貼り合わせたものや、両面配線基板の両主面上に樹脂付銅箔を積み重ねていくものがある。
【００４３】
したがって、この回路基板４では、基板の表層又は層内に、後述する回路部２０の制御回路を構成する機能素子や受動素子等をパターン形成することができ、この制御回路を構成する上で基板自体を小型化することが可能である。また、この回路基板４は、可撓性を有することから、後述する接続部１９と回路部２０との間で折り曲げ可能となっている。
【００４４】
接続部１９には、上述したポリマー電池３の正極リード１４及び負極リード１７が電気的に接続される一対の接続端子２１ａ，２１ｂが設けられている。これら一対の接続端子２１ａ，２１ｂは、回路基板４の一主面上に長手方向に所定の間隔で並んでパターン形成されている。そして、一対の電極リード１４，１７は、この回路基板４の長手方向に対して直交して配置されると共に、その先端部が抵抗溶接や超音波溶接等により一対の接続端子２１ａ，２１ｂと接合されている。
【００４５】
回路部２０には、例えばポリマー電池３を過充電や過放電から保護する保護回路や、ポリマー電池３の電力残量等を演算する演算回路、電池パック１が装填される電子機器との間で通信を行う通信回路等が制御回路として構成されている。そして、この回路部２０には、上述した一対の接続端子２１ａ，２１ｂが形成された主面と同一主面上に位置して、これら制御回路を構成するＩＣや受動素子等の電子部品２２と、電池パック１が装填される電子機器と電気的に接続される外部接続用のコネクタ２３とが実装されている。
【００４６】
また、この回路基板４の表層又は層内には、図示を省略するが、これら制御回路を構成する機能素子や受動素子等がパターン形成されている。また、この回路基板４には、接続部１９と回路部２０との間に亘って、一対の接続端子２１ａ，２１ｂと制御回路とを電気的に接続するための信号配線パターンやグランドパターン等が形成されている。
【００４７】
そして、以上のように構成されるポリマー電池３及び回路基板４を外筐２に収納する際は、先ず、図５に示すように、回路基板４の長手方向に対して直交して配置された一対の電極リード１４，１７の先端部が接続部１９側の一対の接続端子２１ａ，２１ｂと接続された状態から、図６に示すように、この一対の電極リード１４，１７の先端部を回路基板４と共に外装材７の貼合せ面７ａ上に折り返す。次に、図７に示すように、回路基板４の回路部２０を、電子部品２２及びコネクタ２３が実装された主面が接続部１９と対向する主面とは反対側の主面、すなわち外側の主面となるように、接続部１９上に折り返す。これにより、回路基板４は、図２に示すように、外装材７の貼合せ面７ａ上に収まるように接続部１９と回路部２０との間で折り曲げられた状態で、且つポリマー電池３の１つの側面に沿って配置される。そして、これらポリマー電池３及び回路基板４を、外筐２の上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとの間に収納した後、これら上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとを接合する。以上のようにして、図１に示すような電池パック１が構成される。
【００４８】
また、コネクタ２３は、図８に示すように、ポリマー電池３及び回路基板４が外筐２に収納される際に、上述した開口部５を構成する上ハーフ２ａ側の切欠部５ａと下ハーフ２ｂ側の切欠部５ｂとの間で挟み込まれることによって外筐２に保持される。これにより、電池パック１では、回路基板４を外筐２に接着やネジ止め等により固定することなく、この回路基板４を外筐２に容易に位置決め固定することができる。
【００４９】
また、上述した制御回路を構成する電子部品２２及びコネクタ２３は、図２に示すように、接続部１９上に折り返される回路部２０の当該接続部１９と対向する主面とは反対側の主面上に実装されていることから、接続部１９側との接触を防ぐことができる。
【００５０】
なお、回路基板４が配置された外装材７の貼合せ面７ａ以外の貼合せ面７ｂ，７ｃの処理であるが、この外装材７に封入された電池素子６の厚み以下となるように、外装材７の貼合せ面７ｂ，７ｃを電池素子６の側面に沿って折り曲げた状態で外筐２に収納するようにすれば、この外筐２内でのポリマー電池３の体積効率を向上させると共に、外部からの衝撃に対して回路基板４を保護することが可能となる。
【００５１】
以上のように、この電池パック１では、体積エネルギー密度の向上を図るため、ポリマー電池３が収納された外筐２の限られたスペース内に回路基板４を接続部１９と回路部２０との間で折り曲げた状態で効率よく収納することが可能であり、この外筐２内でのポリマー電池３の体積効率を向上させると共に、パック全体の更なる小型軽量薄型化が可能である。
【００５２】
また、本発明は、上述した図２に示す電池パック１に限定されず、例えば図９及び図１０に示す電池パック１００であってもよい。なお、以下の説明では、上述した電池パック１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００５３】
この電池パック１００は、上述した回路基板４の代わりに、図１０及び図１１に示す回路基板５０が配設された構造を有している。
【００５４】
この回路基板５０は、上述した回路基板４と同様に、ポリマー電池３の過充放電等からの保護を図るためのものであり、ポリマー電池３の厚みに対応した幅で長尺状に形成されると共に、その長手方向の両側には、一対の電極リード１４，１７が電気的に接続される接続部５１と、ポリマー電池３の充放電を制御する制御回路が構成される回路部５２とが設けられている。
【００５５】
また、この回路基板５０は、可撓性を有すると共に、パターン配線層と誘電絶縁層とが交互に積層されてなる、いわゆる多層フレキシブルプリント配線基板である。したがって、この回路基板５０では、基板の表層又は層内に、後述する回路部５２の制御回路を構成する機能素子や受動素子等をパターン形成することができ、この制御回路を構成する上で基板自体を小型化することが可能である。また、この回路基板５０は、可撓性を有することから、後述する接続部５１と回路部５２との間で折り曲げ可能となっている。
【００５６】
接続部５１には、上述したポリマー電池３の正極リード１４及び負極リード１７が電気的に接続される一対の接続端子５３ａ，５３ｂが設けられている。これら一対の接続端子５３ａ，５３ｂは、回路基板５０の一主面上に長手方向に所定の間隔で並んでパターン形成されている。そして、一対の電極リード１４，１７は、この回路基板４の長手方向に対して直交して配置されると共に、その先端部が抵抗溶接や超音波溶接等により一対の接続端子５３ａ，５３ｂと接合されている。
【００５７】
回路部５２には、例えばポリマー電池３を過充電や過放電から保護する保護回路や、ポリマー電池３の電力残量等を演算する演算回路、電池パック１００が装填される電子機器との間で通信を行う通信回路等が制御回路として構成されている。そして、この回路部２０には、上述した一対の接続端子５３ａ，５３ｂが形成された主面と同一主面上に位置して、これら制御回路を構成するＩＣや受動素子等の電子部品５４と、電池パック１００が装填される電子機器と電気的に接続される外部接続用のコネクタ５５とが実装されている。
【００５８】
また、この回路基板５０の表層又は層内には、図示を省略するが、これら制御回路を構成する機能素子や受動素子等がパターン形成されている。また、この回路基板５０には、接続部５１と回路部５２との間に亘って、一対の接続端子５３ａ，５３ｂと制御回路とを電気的に接続するための信号配線パターンやグランドパターン等が形成されている。
【００５９】
また、この回路基板５０には、接続部５１と接続された一対の電極リード１４，１７の間からポリマー電池３が位置する側とは反対側に向かって突出された突出片５６が設けられている。
【００６０】
この突出片５６は、外側の主面がポリマー電池３の側面と対向するように折り曲げられ、この折り曲げられた外側の主面にポリマー電池３の発熱を検知する温度ヒューズ等の保護素子５７が実装されると共に、この折り曲げられた内側の主面に保護素子５７をポリマー電池３の側面に押し当てるための弾性部材５８が設けられている。
【００６１】
この弾性部材５８は、図１２に示すように、例えばゴムや鋼、エラストマー等の弾力性を有する材料からなり、矩形平板状の基体５８ａと、この基体５８ａの長手方向の両端部からそれぞれ下方に向かって立設された直方体状の一対の脚部５８ｂ，５８ｃとを有し、基体５８が一対の脚部５８ｂ，５８ｃの間で凹む、すなわち弾性変形可能となっている。そして、この弾性部材５８は、接続部５１の一対の接続端子５３ａ，５３ｂの間に配置され、一対の脚部５８ｂ，５８ｃが両面テープにより回路基板４に固定されている。これにより、弾性部材５８は、折り曲げられた突出片５６の内側の主面に基体５８ａを当接しながら、この基体５８ａの弾性力によって突出片５６の外側の主面に設けられた保護素子５７をポリマー電池３の側面に押し当てることが可能となっている。
【００６２】
また、このような弾性部材としては、図１２に示す弾性部材５８に限定されず、例えば図１３に示す弾性部材５９であってもよい。この弾性部材５９は、直方体状の基体５９ａと、この基体５８ａの一主面側に上方に向かって突出形成された基体５９ａよりも小さい直方体状の突部５９ｂと、この基体５９ａの他主面側に突部５９ｂよりも大きく基体５９ａよりも小さい凹部５９ｃとを有し、突部５９ｂが押圧されることで基体５９ａが凹部５９ｃ側へと凹む、すなわち弾性変形可能となっている。そして、この弾性部材５９は、接続部５１の一対の接続端子５３ａ，５３ｂの間に配置され、基体５９ａの凹部５８ｃ側の主面が両面テープにより回路基板４に固定される。これにより、弾性部材５９は、折り曲げられた突出片５６の内側の主面に突部５９ｂを当接しながら、基体５８ａの弾性力によって突出片５６の外側の主面に設けられた保護素子５７をポリマー電池３の側面に押し当てることが可能となっている。
【００６３】
そして、以上のように構成されるポリマー電池３及び回路基板５０を外筐２に収納する際は、先ず、図１４に示すように、回路基板５０の長手方向に対して直交して配置された一対の電極リード１４，１７の先端部が接続部５１側の一対の接続端子５３ａ，５３ｂと接続された状態から、図１５に示すように、この一対の電極リード１４，１７の先端部を回路基板４と共に外装材７の貼合せ面７ａに対して垂直に折り曲げる。次に、図１６に示すように、回路基板５０の回路部５２を、電子部品５４及びコネクタ５５が実装された主面が接続部５１と対向する主面とは反対側の主面、すなわち外側の主面となるように、ポリマー電池３の外形に沿って折り曲げる。これにより、回路基板５０は、図１０に示すように、接続部５１と回路部５２との間で折り曲げられた状態で、且つポリマー電池３の２つの側面に沿って配置される。
【００６４】
また、回路基板５０の突出片５６を、保護素子５７が設けられた外側の主面がポリマー電池３の側面と対向するように折り曲げる。これにより、保護素子５７は、図１０及び図１６に示すように、この折り曲げられた突出片５６の内側の主面に設けられた弾性部材５８によってポリマー電池３の側面に押し当てられた状態となる。
【００６５】
したがって、この電池パック１では、保護素子５７をポリマー電池３に直接接触した状態とすることができ、このポリマー電池３の発熱を検知するのに適した状態となる。また、このような保護素子５７を配置するためのスペースを外筐２に設ける必要がないことから、更なる小型化が可能である。なお、保護素子５７は、このような外装材７の貼合せ面７ａ上に位置するポリマー電池３の側面に接着剤や接着テープにより直接貼り付けることも可能である。
【００６６】
そして、図１７に示すように、これらポリマー電池３及び回路基板５０を、外筐２の上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとの間に収納した後、これら上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとを接合する。以上のようにして、図９に示すような電池パック１００が構成される。
【００６７】
また、外筐２は、ポリマー電池３の側面に沿って折り曲げられた回路部５２に対応して幅方向に突出された側端部２ｃ，２ｄを有しており、この側端部２ｃ，２ｄには、コネクタ５５の端子を外部に臨ませる開口部５が形成されており、上ハーフ２ａ及び下ハーフ２ｂには、この開口部５を構成する切欠き部５ａ，５ｂがそれぞれ形成されている。そして、コネクタ５５は、図１７に示すように、ポリマー電池３及び回路基板５０が外筐２に収納される際に、この開口部５を構成する上ハーフ２ａ側の切欠部５ａと下ハーフ２ｂ側の切欠部５ｂとの間で挟み込まれることによって外筐２に保持される。これにより、電池パック１００では、回路基板５０を外筐２に接着やネジ止め等により固定することなく、この回路基板５０を外筐２に容易に位置決め固定することができる。
【００６８】
また、上述した制御回路を構成する電子部品５４及びコネクタ５５は、図１０に示すように、ポリマー電池３の側面に沿って折り曲げられた回路部５２の当該電池３と対向する主面とは反対側の主面上に実装されていることから、発熱するポリマー電池３との接触による影響を防ぐことができる。
【００６９】
なお、回路基板５０が配置された外装材７の貼合せ面７ａ，７ｂ以外の貼合せ面７ｃの処理であるが、この外装材７に封入された電池素子６の厚み以下となるように、外装材７の貼合せ面７ｃを電池素子６の側面に沿って折り曲げた状態で外筐２に収納するようにすれば、この外筐２内でのポリマー電池３の体積効率を向上させると共に、外部からの衝撃に対して回路基板５０を保護することが可能となる。
【００７０】
以上のように、この電池パック１００では、体積エネルギー密度の向上を図るため、ポリマー電池３が収納された外筐２の限られたスペース内に回路基板５０を接続部５１と回路部５２との間で折り曲げた状態で効率よく収納することが可能であり、この外筐２内でのポリマー電池３の体積効率を向上させると共に、パック全体の更なる小型軽量薄型化が可能である。
【００７１】
ところで、上述した電池パックを電源として用いる、例えばノート型パーソナルコンピュータや、携帯端末装置（ＰＤＡ：ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、カメラ一体型ＶＴＲ（ＶｉｄｅｏＴａｐｅＲｅｃｏｒｄｅｒ）等の携帯可能な小型電子機器では、電池パックの設置場所が空間的に制限されたものが多く、また、機器によっては、装填される電池パックのコネクタの位置に合わせて、このコネクタと電気的に接続される（コンタクト側の）接続端子を配置する必要があった。このため、従来の電子機器では、装填される電池パックのコネクタの位置に合わせて、場合によってセットサイズやデザイン等を変更しなければならないといった不都合が生じていた。
【００７２】
これに対して、本発明を適用した電池パック１，１００では、回路基板４，５０の折曲げ方向によって、この回路基板４，５０上に実装されたコネクタ２３，５５の位置を容易に変更することが可能である。
【００７３】
具体的に、上述した電池パック１では、回路基板４の接続部１９と接続された一対の電極リード１４，１７の先端部が、この回路基板４と共に外装材７の貼合せ面７ａ上に折り返され、更に回路基板４の回路部２０が接続部１９上に折り返されていることから、この回路基板４の回路部２０上に実装されたコネクタ２３が、外筐２の長手方向の一側端部に設けられた開口部５から外部に臨むことになる。
【００７４】
一方、上述した電池パック１００では、回路基板５０の接続部５１と接続された一対の電極リード１７の先端部が、この回路基板４と共に外装材７の貼合せ面７ａに対して垂直に折り曲げられ、更に回路基板５０の接続部５１と回路部５２との間が電池３の外形に沿って折り曲げられていることから、この回路基板５０の回路部５２上に実装されたコネクタ５５が、外筐２の長手方向と直交する方向の一側端部に設けられた開口部５から外部に臨むことになる。
【００７５】
このように、本発明を適用した電池パック１，１００では、回路基板４，５０の折曲げ方向によって、外筐２の開口部５から外部に臨むコネクタ２３，５５の位置を変更することが可能である。
【００７６】
したがって、上述した電子機器において、電池パックのコネクタと接続される接続端子の配置について、デザイン上の制約等により設計自由度が高くない場合であっても、本発明を適用した電池パック１，１００を用いれば、回路基板４，５０の折曲げ方向によって、コネクタ２３，５５の位置を調整することが可能なことから、この電子機器のセットサイズやデザイン等に影響を与えることなく、効率的な電力供給を行うことが可能となり、電子機器の更なる小型化や低コスト化の要求に応えることが可能となる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る電池パックによれば、可撓性を有する回路基板が接続部と回路部との間で折り曲げられた状態で電池と共に外筐に収納されることから、この電池が収納された外筐の限られたスペース内に回路基板を効率よく収納することが可能であり、体積エネルギー密度の向上を図ると共に、パック全体の更なる小型軽量薄型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電池パックの外観を示す斜視図である。
【図２】上記電池パックの構成を示す分解斜視図である。
【図３】ポリマー電池の構成を示す断面図である。
【図４】ポリマー電池及び回路基板の構成を示す斜視図である。
【図５】ポリマー電池に回路基板が接続された状態を示し、（Ａ）は、その平面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図６】電極リードが回路基板と共に外装材の貼合せ面上に折り返された状態を示し、（Ａ）は、その平面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図７】回路部が接続部上に折り返された状態を示し、（Ａ）は、その平面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図８】コネクタが外筐に保持された状態を示す透視平面図である。
【図９】本発明を適用した別の電池パックの外観を示す斜視図である。
【図１０】上記別の電池パックの構成を示す分解斜視図である。
【図１１】ポリマー電池及び回路基板の構成を示す斜視図である。
【図１２】弾性部材の構成を示し、（Ａ）は、上方から見た斜視図であり、（Ｂ）は、下方から見た斜視図である。
【図１３】別の弾性部材の構成を示し、（Ａ）は、上方から見た斜視図であり、（Ｂ）は、下方から見た斜視図である。
【図１４】上記別のポリマー電池に回路基板が接続された状態を示し、（Ａ）は、その平面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図１５】電極リードを回路基板と共に外装材の貼合せ面に対して垂直に折り曲げた状態を示し、（Ａ）は、その平面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図１６】回路部をポリマー電池の外形に沿って折り曲げると共に、突出片を外側の主面がポリマー電池の側面と対向するように折り曲げた状態を示し、（Ａ）は、その平面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図１７】ポリマー電池及び回路基板を外筐に収納した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１電池パック、２外筐、３ポリマー電池、４回路基板、５開口部、６電池素子、７外装材、８正極、９負極、１０セパレータ、１１固体電解質、１４正極リード、１７負極リード、１９接続部、２０回路部、２１ａ，２１ｂ接続端子、２２電子部品、２３コネクタ、５０回路基板、５１接続部、５２回路部、５３ａ，５３ｂ接続端子、５４電子部品、５５コネクタ、５６突出片、５７保護素子、５８，５９弾性部材、１００電池パック

Claims

外装材に電池素子が封入されると共に、この電池素子を構成する正極及び負極と導通された一対の電極リードが外装材の貼合せ面の間から外部へと引き出されてなる電池と、
上記一対の電極リードが電気的に接続される接続部と、上記電池の制御回路が構成される回路部とが設けられた回路基板と、
上記電池及び上記回路基板を収納する外筐とを備え、
上記回路基板は、可撓性を有しており、上記接続部と上記回路部との間で折り曲げられた状態で上記電池と共に上記外筐に収納されていることを特徴とする電池パック。
上記接続部と上記回路部とが上記回路基板の長手方向の両側にそれぞれ配置されており、上記回路基板の長手方向に対して上記一対の電極リードが略直交して配置されると共に、上記接続部と接続された一対の電極リードの先端部が上記回路基板と共に上記外装材の貼合せ面上に折り返され、更に上記回路部が上記接続部上に折り返されていることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
上記制御回路を構成する電子部品が上記接続部上に折り返された回路部の当該接続部と対向する主面とは反対側の主面に実装されていることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
上記接続部上に折り返された回路部には、外部接続用のコネクタが取り付けられており、このコネクタが上記外筐に保持されることによって、上記回路基板が上記外筐に位置決め固定されていることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
上記接続部と上記回路部とが上記回路基板の長手方向の両側にそれぞれ配置されており、上記回路基板の長手方向に対して上記一対の電極リードが略直交して配置されると共に、上記接続部と接続された一対の電極リードの先端部が上記回路基板と共に上記外装材の貼合せ面に対して略垂直に折り曲げられ、更に上記接続部と上記回路部との間が上記電池の外形に沿って折り曲げられていることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
上記制御回路を構成する電子部品が上記電池の外形に沿って折り曲げられた回路部の当該電池と対向する主面とは反対側の主面に実装されていることを特徴とする請求項５記載の電池パック。
上記電池の外形に沿って折り曲げられた回路部には、外部接続用のコネクタが取り付けられており、このコネクタが上記外筐に保持されることによって、上記回路基板が上記外筐に位置決め固定されていることを特徴とする請求項５記載の電池パック。
上記回路基板は、上記接続部と接続された一対の電極リードの間から上記電池が位置する側とは反対側に向かって突出された突出片を有しており、この突出片は、外側の主面が上記電池の側面と対向するように折り曲げられ、この折り曲げられた外側の主面に上記電池の発熱を検知する保護素子が実装されると共に、この折り曲げられた内側の主面に上記保護素子を上記電池の側面に押し当てる弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の電池パック。