【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電子機器等に内蔵される電池に関するもので、特に電池コアをパックした電池パックに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機、ノートパソコン、ＰＤＡ等の携帯電子機器の普及につれて、それらに用いられる電池パックの需要も増加している。これら電子機器の高性能化、小型化に伴い電池パックの高エネルギ密度化の要求も高まってきている。このような状況下において、電池パック構成要素の電池コアや端子の高エネルギ密度化の技術開発に並行して、端子を含む電池コアのパッキング技術の開発も鋭意に行われている。
従来のパッキング技術として、電池コア全体をラミネートフィルムで覆い、ケース内に挿入することが示され、このとき前記ラミネートフィルムは電池を包袋状に覆い、電池コアとその周囲に位置する電解液と、正負極端子の一部とを取り囲んで封止することが示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８４３７２号公報（第４頁、図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に示された従来技術では、電池コアがラミネートフィルムによって包袋状に覆って防水構造とした後、ケースに挿入するという二重構造となっている。すなわち電池コアが二重の容器に入れられている。このような従来の構造では、電池パックの組み立て工程における精度を考慮すると、電池コアとラミネートフィルム容器とのクリアランスおよび前記電池コアを覆うラミネートフィルム容器とケース間とのクリアランスと、双方のクリアランスを配慮した電池パックであるのでケースに対するスペースファクタが低下し、外形寸法で規定される電池体積に対する電池コア体積で表されるコア容積率が低くなり、電池の高エネルギ密度化にとって問題となってきた。
【０００５】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、電池コアを包袋状に覆うラミネートフィルムの機能を、本体ケースに施した表面処理で代替えすることによって前記ラミネートフィルムを不要として厚さ方向寸法を減少し、高エネルギ密度化の構造の電池パックを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
電池コアと、前記電池コアを収納する本体ケースと、電池コアの端子部と、本体ケースに接合された端子部の保護ケースとを備えた電池パックであって、
前記本体ケースは開口部を有する深底型であるとともに防水処理が施されて電池コアを収納し、本体ケースの開口部には、気密に接合された端子部を覆うフレキシブルキャップが設けられているとともに、フレキシブルキャップが端子部に設けられた電池コアの集電端子の一部を取り囲んで気密に封止しているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は電池パック１００の斜視図、図２は断面透視図である。図において、電池パック１００は、本体ケース１、フレキシブルキャップ２と、端子部１１０を構成する端子基板３、前記端子部１１０の保護ケース４、ＰＴＣ素子５、負極集電端子６ａ、正極集電端子６ｂと、前記端子部１１０の保護ケース４および図２に示した電池コア７より構成されている。
電池コア７は図には示していないが、正極活物質、導電材、バインダーからなる正極活物質層を集電箔上に塗工した正極板、負極活物質、導電材、バインダーからなる負極活物質層を集電箔上に塗工した負極板、正極板から電力を取り出すための正極集電端子６ｂ、負極板から電力を取り出すための負極集電端子６ａ、正極と負極を電子的に分離するセパレーター、正極板、負極板、セパレーターの多孔部に含浸された電解液またはゲル状の固体電解質を有している。
リチウム二次電池コアの場合の製造方法について以下に述べる。まず、正極板であるが、微粒子状の正極活物質（例えばコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム）とカーボン導電材（例えばアセチレンブラックやケッチェンブラック）とバインダー（例えばポリフッ化ビニリデン）を９１対３対６の重量比でＮＭＰ溶媒に均一に分散させたペーストをロールコーターでアルミニウム箔上に均一に塗工し、乾燥炉で溶媒を蒸発させる。乾燥後の正極板をロールプレス機で多孔度３０％程度まで圧縮する。正極板の活物質層未塗工部を間欠塗工によって予め設けておき、その部分にアルミニウム製の集電端子６ｂを超音波溶着して取り付ける。また、負極板は、負極活物質（例えば黒鉛）とバインダー（例えばポリフッ化ビニリデン）を９５：５の重量比でＮＭＰ溶媒に均一に分散させたペーストをロールコーターで銅箔上に均一に塗工し、乾燥炉で溶媒を蒸発させる。乾燥後の負極板をロールプレス機で多孔度３０％程度まで圧縮する。負極板の活物質層未塗工部を間欠塗工によって予め設けておき、正極集電端子６ｂ同様、ニッケル製の集電端子６ａを超音波溶着して取り付ける。このようにして作製した正極板、負極板をポリエチレン等のポリオレフィン系の微多孔膜であるセパレーターとともに長円状に巻いて電池コアを作製する。
【０００８】
正極板、負極板、セパレーターを巻くときに正極板とセパレーターまたは負極板とセパレーターを酸化アルミニウム等の微粒子とポリフッ化ビニリデンを含む多孔質接着層で接着して一体化された電池コアを作製してもよい。
電池コアをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に１Ｌあたり１モルの濃度のＬｉＰＦ６塩を解かした電解液に浸漬させて、減圧下で電池コアの多孔内に電解液を含浸させる。負極活物質によっては、電解液含浸後の電池コアに電池容量の３分の１時間率で充電して、副反応によるガスを発生させておくこともある。さらに、電解液を含浸させた後に、厚さ２０μｍ厚のポリエチレンシートを袋状に成型したもののなかに、電池コア部に密着させた状態で封入してもよい。
【０００９】
以上のようにして作製された電池コア７を本体ケース１に挿入する場合の詳細について以下説明する。本体ケース１は例えば樹脂製とし、例えばポリカーボネート材を用い、３００℃で射出成型にて厚さ０．３ｍｍ、深さ５０ｍｍの開口部１ａを有する深底型のケース１に成型した。本体ケース１の外表には、真空蒸着法にて、図示省略したニッケルまたはアルミニウム等の金属薄膜を蒸着してコーティングを施している。また、金属薄膜に替りテフロン（登録商標）等の撥水性を有するフッ素系樹脂のエマルジョンを噴霧してコーティングしてもよい。これらの処理により、防水性が向上し外部から本体ケース１への水分浸入を防止することができ、電池の信頼性が向上する。なお前記金属薄膜またはフッ素系樹脂のコーティングは、ケース１の全面もしくは深底型の内表面に施してもよい。さらにまた、本体ケース１の材料はポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、その他フッ素系樹脂等の樹脂製、またはアルミニウムやステンレスのような金属製でもよい。
以上のような本体ケース１に防水用のコーティング処理を施す理由は、本体ケース１の防水性を向上させることによって、従来技術で示したラミネートフィルムで電池コア７を覆わない構成として、厚さ方向の寸法を減少させ、高エネルギ密度化を達成させたものである。すなわち近年、携帯電話に代表される携帯電子機器の技術進歩はめざましく、バージョン更新も著しい。このような情勢のもとでユーザによる利用のされ方、バージョン交替を含めた寿命も考慮して、本体ケース１への防水処理としてのコーティング法を採用し、後述するフレキシブルキャップを含めた新規な気密構造を有した高エネルギ密度の電池パックを創出したものである。
【００１０】
従ってこのような本体ケース１に電池コア７を直接収納した構造の電池パック１００は、従来技術と比較して大幅な薄型化がはかられている。すなわち電池コアを覆っていたほぼ１００μｍ厚のラミネートフィルムを設けていないので、電池パック１００の厚さ寸法を少なくとも２００μｍは低減されている。さらにラミネートフィルムと電池コアとの組み立て時のクリアランスも不要となり、これらを合算すると電池パック１００の１０％程度の厚さ方向寸法を低減させることができ、電池パック１００の薄型化ひいては高エネルギ密度化に大きく寄与している。なお、深底型本体ケースとしたことで後述する端子部１１０の組立作業が容易となりまた、保護ケース４との接合部の長さが短く、気密保持の信頼性が向上する。
【００１１】
次にフレキシブルキャップ２の構成、機能について図２、図３に基づいて説明する。図２に示すように、本体ケース１に電池コア７を収納後、フレキシブルキャップ２は、電池コア７に接続された正、負集電端子６ａ、６ｂの一部分である電池コア７につながる部分６ｃを気密に封止するとともに、本体ケース１の開口部１ａの内側で熱溶着法または超音波溶着法にて気密に封止係合される。このように、正、負集電端子６ａ、６ｂの一部分である電池コア７につながる側の接続部分６ｃおよび電池コア７の本体ケース１の開口部１ａに面する電池コア部７ａをフレキシブルキャップ２で覆う防水性構造を採用するとともに、開口部１ａの内側で封止係合されているので、防水性を有する、薄型の電池パック１００を構成している。なお前記フレキシブルキャップ２は斜視図図３に示すように胴巻き状に取り付けられ、その側面を内側に折り込み幅方向の広がりを防止している。
また、フレキシブルキャップ２はアルミニウム箔の両面にポリエチレンまたはポリプロピレンの樹脂層を成型したラミネートフィルムで形成されている。
【００１２】
フレキシブルキャップ２を取り付け後、次に集電端子６ａ、６ｂのいずれか一方にＰＴＣ素子５を取り付け、その上部に端子板３を設けＰＴＣ素子５との結線を行う。端子板３には正、負極端子、温度検知用端子が配置され、図１に示した矢印の方向に端子部１１０の保護ケース４を設置する。本体ケース１と保護ケース４とはその接合部８にて接着剤または超音波溶接で封止する。ここで４ａ〜４ｃは保護ケース４に設けた端子窓である。また前記フレキシブルキャップ２は本体ケース１の開口部１ａの内側で気密に封止係合された構造を示したが、これにかぎらず、開口部１ａの外側で気密に封止係合してもよい。この場合、保護ケース４はフレキシブルキャップ２と接着剤にて接合する。
【００１３】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成の電池パックであるので、以下のような効果がある。
電池コアと、前記電池コアを収納する本体ケースと、前記電池コアの端子部と、前記本体ケースに接合された前記端子部の保護ケースとを備え、本体ケースは開口部を有する深底型であるとともに防水処理が施されて電池コアを収納し、本体ケースの開口部には、気密に接合された端子部を覆うフレキシブルキャップが設けられているとともに、フレキシブルキャップが端子部に設けられた電池コアの集電端子の一部を取り囲んで気密に封止している電池パックであるので、気密構造の電池パックであるとともに、厚さ方向寸法を小さくし薄型の高エネルギ密度化した電池パックを提供できるという優れた効果を奏する。
またさらに、電池コアが深底型本体ケースに直接収納される構造であるので、組立工程が単純化され工期の短縮、コスト低減につながる。またさらに、従来使用していた電池コアを覆う高価なラミネートフィルムを不要とした構成であるので、さらなるコスト低減がはかれるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電池パックの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電池パックの断面透視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による本体ケース、フレキシブルキャップの斜視図である。
【符号の説明】
１ 本体ケース、１ａ 開口部、２ フレキシブルキャップ、３ 端子基板、
４ 保護ケース、４ａ〜４ｃ 端子窓、５ ＰＴＣ素子、６ａ 負極端子、
６ｂ 正極端子、６ｃ 接続部分、７ 電池コア、
７ａ 開口部に面する電池コア部、８ 本体ケースと保護ケースの接合部、
１００ 電池パック、１１０ 端子部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery incorporated in a portable electronic device or the like, and more particularly to a battery pack having a battery core packed therein.
[0002]
[Prior art]
With the spread of portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, PDAs, and the like, the demand for battery packs used for them has been increasing. Demands for higher energy density of battery packs have been increasing along with higher performance and smaller size of these electronic devices. Under such circumstances, in parallel with the development of the technology for increasing the energy density of the battery core and the terminals of the battery pack components, the development of the packing technology of the battery core including the terminals is also being vigorously performed.
As a conventional packing technique, it has been shown that the entire battery core is covered with a laminate film and inserted into a case.At this time, the laminate film covers the battery in a wrapper shape, and includes a battery core and an electrolyte solution located around the battery core. And a part of the positive and negative electrode terminals are sealed (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-184372 (page 4, FIG. 5)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technique disclosed in Patent Document 1, the battery core has a double structure in which the battery core is covered with a laminate film in a wrapping shape to form a waterproof structure, and then inserted into a case. That is, the battery core is contained in a double container. In such a conventional structure, considering the accuracy in the battery pack assembling process, the clearance between the battery core and the laminate film container and the clearance between the laminate film container covering the battery core and the case, and both clearances are considered. Since the battery pack is a battery pack, the space factor with respect to the case is reduced, and the core volume ratio represented by the battery core volume with respect to the battery volume defined by the outer dimensions is reduced, which has been a problem for increasing the energy density of the battery.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and eliminates the need for the laminate film by substituting the function of the laminate film for covering the battery core in a wrapper shape with a surface treatment applied to the main body case. An object of the present invention is to provide a battery pack having a structure in which the thickness in the thickness direction is reduced and the energy density is increased.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A battery pack including a battery core, a main body case for housing the battery core, a terminal portion of the battery core, and a protective case for a terminal portion joined to the main body case,
The main body case is a deep-bottom type having an opening, and is subjected to a waterproof treatment to house the battery core. The opening of the main body case is provided with a flexible cap that covers the terminal portion that is airtightly joined. In addition, the flexible cap surrounds a part of the current collecting terminal of the battery core provided in the terminal portion and hermetically seals it.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of the battery pack 100, and FIG. 2 is a sectional perspective view. In the figure, a battery pack 100 includes a main body case 1, a flexible cap 2, a terminal board 3 constituting a terminal portion 110, a protective case 4 for the terminal portion 110, a PTC element 5, a negative current collecting terminal 6 a, and a positive current collecting terminal. 6b, the protective case 4 for the terminal section 110, and the battery core 7 shown in FIG.
Although not shown in the figure, the battery core 7 has a positive electrode plate in which a positive electrode active material layer made of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is coated on a current collector foil, a negative electrode active material, a negative electrode active material made of a conductive material, and a binder. A negative electrode plate coated with a material layer on a current collector foil, a positive electrode current collecting terminal 6b for extracting electric power from the positive electrode plate, a negative electrode current collecting terminal 6a for extracting electric power from the negative electrode plate, and electronically separating the positive electrode and the negative electrode And a solid electrolyte in the form of a gel or electrolyte impregnated in the porous portion of the separator, the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator.
A method for manufacturing a lithium secondary battery core will be described below. First, regarding the positive electrode plate, a fine particle-shaped positive electrode active material (for example, lithium cobalt oxide or lithium nickel oxide), a carbon conductive material (for example, acetylene black or Ketjen black) and a binder (for example, polyvinylidene fluoride) are used in a ratio of 91: 3. A paste uniformly dispersed in an NMP solvent at a weight ratio of 6 is uniformly applied on an aluminum foil by a roll coater, and the solvent is evaporated in a drying oven. The dried positive electrode plate is compressed to a porosity of about 30% by a roll press. An uncoated portion of the active material layer of the positive electrode plate is provided in advance by intermittent coating, and a current collecting terminal 6b made of aluminum is attached to the portion by ultrasonic welding. The negative electrode plate is formed by uniformly coating a paste in which a negative electrode active material (for example, graphite) and a binder (for example, polyvinylidene fluoride) are uniformly dispersed in an NMP solvent at a weight ratio of 95: 5 on a copper foil with a roll coater. And evaporate the solvent in a drying oven. The dried negative electrode plate is compressed to a porosity of about 30% using a roll press. An uncoated portion of the active material layer of the negative electrode plate is provided in advance by intermittent coating, and a nickel current collecting terminal 6a is attached by ultrasonic welding similarly to the positive electrode current collecting terminal 6b. The positive electrode plate and the negative electrode plate thus produced are wound in an elliptical shape together with a separator, which is a microporous film of a polyolefin such as polyethylene, to produce a battery core.
[0008]
When winding the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator, the positive electrode plate and the separator or the negative electrode plate and the separator are bonded with a porous adhesive layer containing fine particles such as aluminum oxide and polyvinylidene fluoride to form an integrated battery core. Is also good.
The battery core is immersed in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an electrolyte obtained by dissolving a LiPF6 salt at a concentration of 1 mol per liter, and the electrolyte is impregnated into the pores of the battery core under reduced pressure. Depending on the negative electrode active material, the battery core impregnated with the electrolyte may be charged at a rate of 1/3 of the battery capacity to generate gas by a side reaction. Furthermore, after impregnation with the electrolytic solution, a polyethylene sheet having a thickness of 20 μm may be molded into a bag shape and sealed in a state in which the sheet is in close contact with the battery core.
[0009]
Details when the battery core 7 manufactured as described above is inserted into the main body case 1 will be described below. The main body case 1 was made of, for example, a resin, and was molded into a deep-bottom case 1 having an opening 1a having a thickness of 0.3 mm and a depth of 50 mm at 300 ° C. by injection molding at 300 ° C., for example. The outer surface of the main body case 1 is coated with a metal thin film such as nickel or aluminum (not shown) by vapor deposition using a vacuum vapor deposition method. Further, instead of the metal thin film, a coating may be applied by spraying a water-repellent fluororesin emulsion such as Teflon (registered trademark). By these treatments, the waterproofness is improved, moisture can be prevented from entering the main body case 1 from the outside, and the reliability of the battery is improved. The coating of the metal thin film or the fluorine-based resin may be applied to the entire surface of the case 1 or the inner surface of the deep bottom type. Furthermore, the material of the main body case 1 may be made of a resin such as polypropylene, polyethylene, Teflon (registered trademark), other fluorine-based resins, or a metal such as aluminum or stainless steel.
The reason for applying the waterproof coating treatment to the main body case 1 as described above is that the waterproof property of the main body case 1 is improved so that the battery core 7 is not covered with the laminated film shown in the prior art. Are reduced in size to achieve high energy density. That is, in recent years, the technical progress of mobile electronic devices represented by mobile phones has been remarkable, and version updates have been remarkable. Under such circumstances, a coating method as a waterproofing treatment for the main body case 1 is adopted in consideration of the way of use by the user and the life including the version change, and a new method including a flexible cap to be described later. A high energy density battery pack having an airtight structure is created.
[0010]
Therefore, the battery pack 100 having such a structure in which the battery core 7 is directly housed in the main body case 1 is greatly reduced in thickness as compared with the related art. That is, the thickness dimension of the battery pack 100 is reduced to at least 200 μm because the laminate film having a thickness of about 100 μm that covers the battery core is not provided. Furthermore, the clearance at the time of assembling the laminate film and the battery core is not required, and when these are added together, the dimension in the thickness direction of the battery pack 100 can be reduced by about 10%, and the battery pack 100 can be made thinner and thus have a higher energy density. Has greatly contributed to The use of the deep bottom type main body case facilitates the work of assembling the terminal portion 110 described later, shortens the length of the joint portion with the protective case 4, and improves the reliability of airtightness.
[0011]
Next, the configuration and function of the flexible cap 2 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, after the battery core 7 is stored in the main body case 1, the flexible cap 2 is connected to the battery core 7 which is a part of the positive and negative current collecting terminals 6 a and 6 b connected to the battery core 7. And hermetically sealed and engaged inside the opening 1a of the main body case 1 by a thermal welding method or an ultrasonic welding method. As described above, the connection portion 6c on the side connected to the battery core 7 which is a part of the positive and negative current collecting terminals 6a and 6b and the battery core portion 7a facing the opening 1a of the main body case 1 of the battery core 7 are fixed to the flexible cap 2 And a sealing structure inside the opening 1a, so that a thin battery pack 100 having waterproofness is formed. The flexible cap 2 is attached in the shape of a bobbin as shown in a perspective view of FIG. 3, and its side is folded inward to prevent it from spreading in the width direction.
The flexible cap 2 is formed of a laminated film in which a polyethylene or polypropylene resin layer is formed on both sides of an aluminum foil.
[0012]
After the flexible cap 2 is attached, the PTC element 5 is attached to one of the current collecting terminals 6a and 6b, and the terminal plate 3 is provided on the upper part of the PTC element 5, and the connection with the PTC element 5 is performed. A positive terminal, a negative terminal, and a terminal for temperature detection are arranged on the terminal plate 3, and the protective case 4 of the terminal portion 110 is installed in the direction of the arrow shown in FIG. The main body case 1 and the protection case 4 are sealed at the joint 8 by an adhesive or ultrasonic welding. Here, 4a to 4c are terminal windows provided on the protective case 4. The flexible cap 2 has a structure in which the flexible cap 2 is hermetically sealed inside the opening 1a of the main body case 1. However, the present invention is not limited to this, and the flexible cap 2 may be hermetically sealed and engaged outside the opening 1a. Good. In this case, the protective case 4 is bonded to the flexible cap 2 with an adhesive.
[0013]
【The invention's effect】
Since the present invention is a battery pack having the above-described configuration, the following effects can be obtained.
A battery core, a body case for housing the battery core, a terminal portion of the battery core, and a protection case for the terminal portion joined to the body case, wherein the body case is a deep bottom type having an opening. There is a battery that is waterproof and accommodates the battery core, and has a flexible cap covering the airtightly joined terminal at the opening of the main body case, and a flexible cap provided at the terminal. Since it is a battery pack that surrounds a part of the current collecting terminals of the core and is hermetically sealed, it is a battery pack with an airtight structure and a thin, high-energy density battery pack with a reduced size in the thickness direction. It has an excellent effect that it can be provided.
Furthermore, since the battery core has a structure in which the battery core is directly housed in the deep-bottomed main body case, the assembling process is simplified, leading to a reduction in the construction period and cost. Furthermore, since the configuration does not require an expensive laminate film covering the battery core, which has been conventionally used, an effect that the cost can be further reduced is also achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a main body case and a flexible cap according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 body case, 1a opening, 2 flexible cap, 3 terminal board,
4 protective case, 4a-4c terminal window, 5 PTC element, 6a negative electrode terminal,
6b positive electrode terminal, 6c connection part, 7 battery core,
7a battery core facing the opening, 8 junction of body case and protective case,
100 battery pack, 110 terminals.
