JP2006202652A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 体積効率に優れるとともに、電池パックの対外部衝撃強度を確保し、電池パック収納部での位置決めのしやすい電池パックを得る。
【解決手段】 電池セルと嵌合するトップカバーの嵌合部断面が、電池セル底面側と電池セル上面側で異なる曲率半径の曲面部を持つ楕円状になるように成型する。電池セルと嵌合されず、電池パックの外装の一部となる上面部には、対応する嵌合部と同じ曲率半径を有するコーナー部を形成し、電池パック側面部に対応する部分に平面部を設ける。
【選択図】 図１１

Description

この発明は、例えばリチウムイオンポリマー二次電池に適用される電池パックに関する。

近年、カメラ一体型ＶＴＲ（Videotape recorder：ビデオテープレコーダ）、携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル電子機器の電源として用いられる電池の需要が急速に伸びており、機器の小型軽量化実現のために、機器に接続する電池パックの設計も軽く、薄型であり、かつ機器内の収容スペースを効率的に使うことが求められている。このような要求を満たす電池として、エネルギー密度および出力密度の大きいリチウムイオン電池が最も好適である。

中でも、従来の液系電解液を用いた場合に問題となる液漏れを防止するために、ゲル状のポリマー電解質を用いたリチウムイオンポリマー二次電池が広く用いられている。リチウムイオンポリマー二次電池は、電極端子を接続し、両面にゲル状電解質を塗布した帯状の正極および負極をセパレータを介して積層した後、長手方向に巻回して作製した電池素子をラミネートフィルムで外装して電池セルとしている。電池セルからは正極、負極と接続された電極端子が導出されており、回路基板を接続した後にプラスチック製モールドケースに収納して電池パックとしていた。以下の特許文献１には、かかる構成のリチウムイオンポリマー二次電池の一例が記載されている。
特開２００２−２６０６０８号公報

ところが、モールドケース内に電池セルを収納する従来の構成では、モールドケースの肉厚が０．３〜０．４ｍｍ程度となり、固定のための両面テープや公差を考慮すると、セルの厚みに対して０．８〜１．０ｍｍ程度厚みが増加していた。また、外周方向でも上下のモールドケースを超音波溶着するための形状が必要となり、そのために、０．７ｍｍ程度の肉厚が求められる。結果として、従来の電池パックはセルの容積に対して１．３〜１．４倍の容積の増加が余儀なくされた。

また、電池セルをモールドケース内に収納することで放熱性が悪くなり、電池性能が低下したり電池が発熱するおそれもあった。

そこで我々は、両端に第１及び第２の開口を有する硬質の外装材内に電池素子を収納し、この第１及び第２の開口に対して樹脂成型で製造した第１及び第２のカバーをそれぞれ嵌合し、第１の開口に嵌合される第１のカバー内に上記電池素子の電極端子と接合される回路基板を収納する電池パックを提案した。

この構成による電池パックでは、電池素子をモールドケースに収納する必要がないため、体積効率（体積あたり電気容量／１電池パック）に優れ、かつ放熱性も良く、電池性能の向上に寄与する。また、電池パックの組み立てが容易であり、生産性に優れた構成となっている。

上述のような電池パックを用いた場合、その構造的簡易性から対外部衝撃強度の確保が重要となる。従来、このような構成の電池パックでは、図１Ａに示すように、軟質の外装材２ｂに絞り加工を施して電池素子収納用の凹部を設け、電池素子１を収納した後にこの凹部の開口部分を覆うようにして硬質の外装材２ａを配置し、電池素子周辺部を熱融着する。その後、図１Ｂに示すように、断面が略楕円形状になるように成型し、外装材２ａおよび２ｂの端部を貼り合わせて電池セルとし、トップ部およびボトム部のそれぞれの開口部に断面が楕円形状のカバーを嵌合して電池パックとしている。

ところが、図２に示すように、このような構成の電池パックでは、電池素子収納用部の開口部から電池素子長手方向に対して左右に位置する側面部に至る部分において電池素子１の形状に沿って成型する際に折り曲げられ易いため、電池パック側面部から外装材２ａ，２ｂの端部の貼り合わせ部における部分の曲率半径と比較して小さい曲率半径となってしまい、実際は断面楕円形状とはなっていない。

これは、電池素子収納用部の凹部が絞り加工により設けられており、この凹部の端部３が折り曲げられやすい構造となっているためである。このような形状の電池セル開口部に略断面楕円形状のカバーを嵌合すると、外装材２ａとカバーの形状が合わず、密着性が低下するため熱融着が不十分となって落下時や衝撃が加わった際にはがれ易くなる。

さらに、他の問題点として電池パック自体を断面楕円形状に設計した場合に、側面が曲面となっているため電子機器側の電池パック挿入部での位置決めがしにくく、一旦はめ込んでも電池パックがずれてしまうおそれがあった。

したがって、この発明では、体積効率に優れるとともに、電池パックの対外部衝撃強度を確保し、電池パック収納部での位置決めのしやすい電池パックを得ることを目標とする。

上記課題を解決するために、この発明の第１の態様は、外装材が第１および第２のラミネート材からなり、第１のラミネート材に形成された凹部にポリマー電池からなる電池素子が収納され、凹部の開口を第２のラミネート材が覆うように、第１および第２のラミネート材が重ねられ、開口の周囲がシールされ、第１のラミネート材の凹部の底面の外側において、第２のラミネート材の両端部が接合され、両側面が外側に向かって膨らむ略楕円状に成型され、外装材により形成される開口部に少なくとも一つの樹脂成型カバーが嵌合された電池パックにおいて、カバーの短辺側両側面部にはそれぞれコーナー部が形成され、第１のラミネート材の凹部開口部側から側面部に至る曲面に対向するコーナー部の曲率半径が、第１のラミネート材の凹部の底面外側面から側面部に至る曲面に対向するコーナー部の曲率半径より小さくなっていることを特徴とする電池パックである。

この発明によれば、カバーと外装材の嵌合部の密着性が向上して熱融着部が剥がれにくくなり、落下時や衝撃を受けた場合に破損しにくくなる。また、電子機器の電池パック収納部での位置決めがしやすくなり、また位置ずれも起こりにくくなるため、品質の向上を図ることができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図３に、この発明を適用したリチウムイオンポリマー二次電池の電池パックの構成を示す。この電池パックは、外装材としての硬質ラミネート材に電池素子を収納し、両端開口部に樹脂成型カバーを嵌合したものである。

図４は、この電池パックに用いる電池素子２０の構成を示す。図４Ａは、電池素子２０の斜視図であり、図４Ｂは正極２１および負極２２の巻終端部の構成を示す断面図である。この電池素子２０は、帯状の正極２１と、セパレータ２３ａと、正極２１と対向して配された帯状の負極２２と、セパレータ２３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、正極２１および負極２２の両面にはポリマー電解質２４が塗布されている。ポリマー電解質は、図４Ｂに示すように、正極２１および負極２２の終端部を完全に覆うように塗布されている。また、電池素子２０からは正極２１と接続された正極端子１２ａおよび負極２２と接続された負極端子１２ｂが導出されており（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１２とする）、正極端子１２ａおよび負極端子１２ｂのそれぞれの両面には後に外装するラミネートフィルムとの接着性を向上させるために樹脂片（以下、シーラントと適宜称する）１３ａおよび１３ｂが被覆されている。

以下、電池素子の材料について詳しく説明する。

［正極］
正極２１は、正極活物質を含有する正極活物質層が、正極集電体の両面上に形成されてなる。正極集電体としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。

正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。ついで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。

正極活物質としては、Ｌｉ_XＭＯ₂（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ），Ｎｉ，マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。

このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ_0.5Ｃｏ_0.5Ｏ₂、ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.2Ｏ₂等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＮｂＳｅ₂、Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。

また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。

正極２１は集電体の一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子（１２ａを有している。この正極端子は金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子の材料としては、例えばＡｌ等が挙げられる。

［負極］
負極２２は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されてなる。負極集電体としては、例えば銅（Ｃｕ）箔，Ｎｉ箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。

負極活物質層は、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。

負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられ、より具体的には熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（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）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ₂等の酸化物を使用することができる。

また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、Ａｌ、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したＬｉ金属板でも構わない。

結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。

負極２２も正極２１と同様に、集電体の一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子１２ｂを有している。この負極端子は金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子の材料としては、例えば銅、Ｎｉ等が挙げられる。

なお、正極端子１２ａおよび負極端子１２ｂは同じ方向から導出されていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題がなければ、どの方向から導出されていても問題はない。また、正極端子１２ａおよび負極端子１２ｂの接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。

［電解質］
電解質は、リチウムイオン電池に一般的に使用される電解質塩と非水溶媒が使用可能である。非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、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、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。

電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ^-，Ｂｒ^-，Ｉ^-，ＳＣＮ^-，ＣｌＯ₄ ^-，ＢＦ₄ ^-，ＰＦ₆ ^-，ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-等が用いられる。具体的には、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＣｌＯ₄等が挙げられる。電解質塩濃度としては、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。

上述の電解質および電解塩を混合した電解液をマトリクスポリマでゲル化することでゲル状電解質を得る。マトリクスポリマは、非水溶媒に電解質塩が溶解されてなる非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。このようなマトリクスポリマとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。

一般的にセパレータの厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。

上述のようにして作製した電池素子２０を、硬質ラミネート材１１ａおよび軟質ラミネート材１１ｂにて外装し、成型して電池セル１６を作製する。

図５に、電池セル１６の構成を示す。電池セル１６は、参照符号２０で示される電池素子の上下に硬質ラミネート材１１ａと軟質ラミネート材１１ｂとを配置し、熱融着した後、硬質ラミネート材１１ａが外装となるように成形して作製する。軟質ラミネート材１１ｂには電池素子２０を配置するための凹部が設けられており、内側樹脂層であるＣＰＰ層側から絞り加工を施すことによって凹部が形成される。硬質ラミネート材１１ａは、軟質ラミネート材１１ｂに設けられた凹部の開口部を覆うように配置される。

図６に、硬質ラミネート材１１ａおよび軟質ラミネート材１１ｂの主な構成を示す。硬質ラミネート材１１ａおよび軟質ラミネート材１１ｂは、参照符号３０で示される金属層が、外側樹脂層３１および内側樹脂層３２に挟まれた３層構造となっており、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムである。金属層３０は水分、酸素、光の進入を防いで電池素子を守る最も重要な役割を担っており、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム（Ａｌ）が最もよく使われる。外側樹脂層３１には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のいずれかが用いられる。内側樹脂層３２は熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）またはＰＥが多用される。

金属層３０と外側樹脂層３１とは接着層３３を設けて貼り合せる。一方、金属層３０と内側樹脂層３２とは接着層３４を設ける方法の他、ＣＰＰまたはＰＥを熱して溶かし、金属層３０に接着させる方法やＣＰＰフィルムまたはＰＥフィルムを熱ローラ等により張り合わせる方法など、種々の方法が使用可能である。

硬質ラミネート材１１ａの金属層としてＡｌを用いる場合には、焼きなまし処理を施さないＡｌ（ＪＩＳ Ａ３００３Ｐ−Ｈ１８）または（ＪＩＳ Ａ３００４Ｐ−Ｈ１８）等を用いる。また、金属層には上述のＡｌの他、銅（Ｃｕ）、鉄、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）またはチタン（Ｔｉ）等が使用できる。また、軟質ラミネート材１１ｂの金属層としてＡｌを用いる場合には、焼きなまし処理を施したＡｌ（ＪＩＳ Ａ８０２１Ｐ−Ｏ）または（ＪＩＳ Ａ８０７９Ｐ−Ｏ）等を用いる。

上述の軟質ラミネート材１１ｂに設けた凹部に電池素子２０を収納し、凹部の開口部を覆うように硬質ラミネート材１１ａを重ねる。硬質ラミネート材料１１ａおよび軟質ラミネート材料１１ｂのそれぞれは、互いの内側樹脂層であるＣＰＰ層（もしくはＰＥ層）が対向するようにして重ねて配置する。

次いで、電池素子２０の周辺の四辺を減圧下で熱融着して封止する。一般的に、電極端子を封止部界面から取り出しラミネート外装材を封止する場合には、電極端子の厚みを吸収するために表面にゴムのような弾性体をライニングするか、上下のヒータヘッド表面（ラミネートフィルムに接する面）に切り欠きを設ける。平らな金属ヘッドを用いた場合、熱融着時に電極端子部分に大きな圧力がかかり電極端子が切断されたり、電極端子を挟まない部分に金属ヘッドが当たらず、封止性が悪くなるのを防ぐためである。

さらに、硬質ラミネート材料１１ａおよび軟質ラミネート材１１ｂを電池素子の形状に沿って湾曲させる。このとき、軟質ラミネート材料１１ｂは絞り加工を施したことにより、開口部の端部が折り曲げられ易くなっており、成型時には電池パック底面部から電池パック側面部にかけて曲率半径の小さい曲線となる。また、電池パック側面部から電池パック上面にかけてはラミネートフィルムの金属層の剛性により、電池パック底面部から側面部にかけての曲率半径に比して大きい曲率半径を持つ曲線となる。図３の電池セル１６のように断面が異なる曲率半径を有する楕円形状になるように成型した後、加熱して硬質ラミネート材料１１ａおよび軟質ラミネート材料１１ｂのＣＰＰ層同士を融着することで、硬質ラミネート材料１１ａが最外装として電池素子２０を保護するように構成された電池パック１０となる。

このとき、軟質ラミネート材１１ｂに設けた凹部の底面の外側に粘着シートを配置することが好ましい。粘着シートは軟質ラミネート材１１ｂのＮｙ層同士、もしくはＰＥＴ層同士、ＰＥＮ層同士を高温をかけて接着するために用いる補助的部材である。

次いで、所定の形状に成型された電池セル１６のトップ部から導出された正極端子１２ａおよび負極端子１２ｂと、回路基板上にあらかじめマウントされた保護回路とを抵抗溶接、超音波溶接等により固着する。電池素子２０と接続された回路基板は、例えば図７に示すようなあらかじめ成型された上部ホルダー１４ａおよび下部ホルダー１４ｂを嵌合してなるトップカバー１４に挿入される。

回路基板には、ヒューズ、ＰＴＣ、サーミスタ等の温度保護素子を含む保護回路の他、電池パックを識別するためのＩＤ、抵抗等がマウントされ、更に複数個の接点部が形成されている。保護回路には、二次電池の監視とＦＥＴ（Field Effect Transistor）の制御を行うＩＣ及び、充放電制御ＦＥＴを含んだ保護回路にも適用される。

熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient：ＰＴＣ素子）は、電池素子と直列に接続され、電池の温度が設定温度に比して高くなると、電気抵抗が急激に高くなって電池に流れる電流を実質的に遮断する。ヒューズや、サーミスタも電池素子と直列に接続され、電池の温度が設定温度より高くなると、電池に流れる電流を遮断する。また、二次電池の監視とＦＥＴの制御を行うＩＣ及び、充放電制御ＦＥＴを含んだ保護回路は、二次電池の端子電圧が４．３Ｖ〜４．４Ｖを超えると、発熱・発火など危険な状態になる可能性があるので、二次電池の電圧を監視し、４．３Ｖ〜４．４Ｖを越えると充電制御ＦＥＴをオフし、充電を禁止する。さらに二次電池の端子電圧が放電禁止電圧以下まで過放電し、二次電池電圧が０Ｖになると二次電池が内部ショート状態となり再充電不可能となる可能性があるので、二次電池電圧を監視し、放電禁止電圧を下回ると放電制御ＦＥＴをオフし、放電を禁止する。

以下に、図８、図９および図１０を参照して、回路基板をトップカバーに収納し、外装材である硬質ラミネート材１１ａと接合するまでの流れを説明する。図８、図９および図１０は、トップカバーを嵌合する際の様子を示す斜視図である。

まず、図８に示すように、電池セル１６と接合した回路基板１８上を、上部ホルダー１４ａが覆うように配置し、次いで図９に示すように、下部ホルダー１４ｂを上部ホルダー１４ａの位置と合わせて回路基板１８を収納する。さらに図１０に示すように、下部ホルダー１４ｂが電池セル１６に近い位置となるようにトップカバー１４の方向を変え、電池セル１６の一開口部に嵌合する。トップカバー１４の嵌合時には、電極端子１２が電池セル内に屈曲して収納されている。

トップカバー１４は、電池セルの回路基板配置側と逆側のボトム部に嵌合されるリアカバー１５とともに、外装材としての硬質ラミネートフィルム１１ａに熱融着される。トップカバー１４の上部ホルダー１４ａは図１１に示すように、電池セル１６の内部に嵌合される端面Ｒ部１７と、電池パックの外装の一部となる上面部１８と、上面部１８の長辺側側面部に位置し、硬質ラミネートフィルム１１ａと熱融着される熱融着部１８ａからなっている。

電池セル１６と嵌合する際、従来の様に上部ホルダー１４ａと硬質ラミネート材１１ａとの密着性が低下してしまうのを防ぐため、この発明では端面Ｒ部１７の断面を、異なる曲率半径Ｒおよびｒのコーナー部を有する形状に成型する。さらに、上面部１８は端面Ｒ部１７と同様の曲率半径のコーナー部を有する断面楕円形状に成型することにより、図１１Ｃに示すようにトップカバー１４と電池セル１６の形状が一体となり、密着性を向上させ、衝撃による剥がれ等を抑えることができる。

また、上面部１８には、長手方向の左右に位置する側面部に平面部Ｆが設けられている。これにより、電子機器側の電池パック挿入部での位置決めが容易となり、位置ずれも起こりにくくなる。

さらに、上部ホルダー１４ａの上面部１８には、トップカバー１４の挿入方向を決める凹部１９を形成した。上面部１８の曲率半径の大きいコーナー部に対応する部分に凹部１９を設け、電池セル１６との嵌合の際に嵌合方向が分かりやすいようにした。

この発明の理解を容易にするため、図１２に従来の断面略楕円形状のトップカバー５を嵌合した場合の様子を示す。この場合、電池セル４底面部の両端の曲率半径に比してトップカバー５の曲率半径が大きいため、点線部６に示すように電池セル４底面部の両端に隙間ができる。このため、密着性が不十分となり、破損の原因となりやすい。

トップカバー１４を嵌合した開口部の反対側開口部には、図３に示すように、あらかじめ射出成型により作製した樹脂モールド品のリアカバー１５を嵌合し、熱融着によりリアカバー１５と電池セル１６の外装材を接合する。リアカバー１５は断面略楕円形状であっても良いし、トップカバー１４と同様に、曲率半径ｒのコーナー部と、曲率半径Ｒのコーナー部を有する形状とすることで、より密着性を向上させ、剥がれにくくすることができる。また、外装の一部となる部分には平面部Ｆを設けることにより、位置決めを容易にし、位置ずれを防ぐことができる。

なお、トップカバー１４およびリアカバー１５と外装材との接合は熱融着のみに限らず、温めた樹脂材料（ホットメルト剤）を流し込んで接合する方法も併用して用いることができる。この場合、トップカバー、リアカバーのそれぞれにホットメルト剤の注入口を設ける。なお、温めた樹脂を流し込む場合には、回路基板が熱により変形したり損傷したりしないように構成する必要がある。

このようにして電池パックを作製することにより、体積効率に優れるとともに、電池パックの対外部衝撃強度を確保し、電池パック収納部での位置決めのしやすい電池パックを得ることができる。

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明する。

図３に示すように構成した試験用電池パックを用いてコンクリート上１．５ｍから落下させ、トップカバーの外れの状況を確認した。トップカバーを構成する上部ホルダーの外装材と嵌合される端面Ｒ部は、電池パック底面部両端と電池パック上側両端で異なる曲率半径のコーナー部をそれぞれ有するようにして作製した。また、上部ホルダーの上面部の形状は、曲率半径の大きいコーナー部に正負極の向きを検出するための凹部を形成し、曲率半径の大きいコーナー部と曲率半径の小さいコーナー部との間の側面部には平面部を形成した。落下試験は、
（１）トップカバーを下方に向けた状態での落下
（２）電池パック側面部を下方にした状態での落下
のそれぞれについて行う。

落下試験で用いる試験用電池パックは、トップカバーの嵌合部の両側面曲率半径を電池厚の１／２として均一に成型したトップカバーを用いた試験用電池パックＡと、電池素子収納用の凹部の開口部側から側面に至る曲率半径が、凹部の底面外側の面から上記側面に至る曲率半径より小さく成型された、異なる曲率半径を持つトップカバーを用いた試験用電池パックＢをそれぞれ５０個ずつ作製し、それぞれの試験用電池パックごとに３０回ずつの落下試験を行った。なお、落下試験（２）では、電池パックの両側面について１５回ずつ落下させるものとする。

また、測定の結果について、３０回落下後の試験用電池パックの状態を以下の３種類の状態に分け、それぞれの状態になった電池の個数を測定する。
状態Ａ：トップカバーと外装材との剥離がトップカバー外周の１／４未満の範囲で発生
状態Ｂ：トップカバーと外装材との剥離がトップカバー外周の１／４以上３／４未満の範囲で発生
状態Ｃ：トップカバーと外装材との剥離がトップカバー外周の３／４以上の範囲で発生（カバー外れを含む）

以下の表１に、落下試験（１）の結果を示す。

また、以下の表２に、落下試験（２）の結果を示す。

上記結果より、落下試験（１）において、従来用いられていたトップカバーを用いた試験用電池パックＡでは、電池パック組み立て時に外装材とトップカバーとの嵌合不良率が高く、また落下試験でのトップカバーと外装材との剥がれ頻度も比較的高かった。一方、この発明を適用したトップカバーＢを用いた試験用電池パックＢにおいては、電池パック組み立て時の外装材とトップカバーとの嵌合不良率が極めて小さく、また落下試験でのトップカバーと外装材との剥がれ頻度も小さかった。これより、カバーＢを用いた方が接合性が高いことから耐外部衝撃強度が高いことが判る。

また落下試験（２）において、従来のトップカバーＡを用いた試験用電池パックＡにおいては、落下試験でのトップカバーと外装材との剥がれ頻度が高く、今回の発明を適用したトップカバーＢを用いた試験用電池パックＢにおいては、落下試験でのトップカバーと外装材との剥がれ頻度が小さかった。トップカバーＡを用いた場合は、外装材外形寸法とカバーとの外形寸法差が大きく、トップカバーＢを用いた方が電池パック側面部での形状均一性が高いため、これが衝撃力吸収性能の差となって現れたものと考える。

以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、硬質ラミネート材および軟質ラミネート材に用いるＡｌ箔は上記のものに限らず、種々の材料を用いることができる。特に、硬質ラミネート材においては、ＪＩＳ規格による１１００Ｈの他、２０００番系、５０００番系、６０００番系の硬質アルミ材料を用いることができる。

電池セルの構造を示す断面図である。 電池セルの構造を示す模式図である。 この発明を適用した電池パックの構成を示す模式図である。 この発明で用いる電池素子の構造を示す模式図である。 この発明で用いる電池セルの構造を示す模式図である。 この発明で用いるラミネートフィルム材料の構成を示す断面図である。 この発明で用いるトップカバーの構成を示す模式図である。す模式図である。 この発明を用いて作製したトップカバーを電池セルに嵌合する様子を示す模式図である。 この発明を用いて作製したトップカバーを電池セルに嵌合する様子を示す模式図である。 この発明を用いて作製したトップカバーを電池セルに嵌合する様子を示す模式図である。 この発明を用いて作製したトップカバーを示す模式図である。 従来の電池パックの構成を示す模式図である。

符号の説明

１・・・電池素子
２ａ，１１ａ・・・硬質ラミネート材
２ｂ，１１ｂ・・・軟質ラミネート材
３，１３ａ，１３ｂ・・・シーラント
４，１４・・・トップカバー
４ａ，１４ａ・・・上部ホルダー
４ｂ、１４ｂ・・・下部ホルダー
５・・・外装材
１０・・・電池パック
１１・・・ラミネート材料
１２・・・電極端子
１５・・・リアカバー
１６・・・電池セル
１７・・・嵌合部
１８・・・上面部
２０・・・電池素子
２１・・・正極
２２・・・負極
２３ａ，２３ｂ・・・セパレータ
２４・・・ゲル状電解質
３０・・・金属層
３１・・・外側樹脂層
３２・・・内側樹脂層
３３，３４・・・接着層

Claims (3)

1. 外装材が第１および第２のラミネート材からなり、上記第１のラミネート材に形成された凹部にポリマー電池からなる電池素子が収納され、上記凹部の開口を上記第２のラミネート材が覆うように、上記第１および第２のラミネート材が重ねられ、上記開口の周囲がシールされ、上記第１のラミネート材の上記凹部の底面の外側において、上記第２のラミネート材の両端部が接合され、両側面が外側に向かって膨らむ略楕円状に成型され、上記外装材により形成される開口部に少なくとも一つの樹脂成型カバーが嵌合された電池パックにおいて、
   上記カバーの短辺側両側面部にはそれぞれコーナー部が形成され、
   上記第１のラミネート材の凹部開口部側から上記側面部に至る曲面に対向するコーナー部の曲率半径が、上記第１のラミネート材の凹部の底面外側面から上記側面部に至る曲面に対向するコーナー部の曲率半径より小さくなっていることを特徴とする電池パック。
2. 上記カバーは、上記第１のラミネート材の凹部開口部側から上記側面部に至るコーナー部と、上記第１のラミネート材の凹部の底面外側の面から上記側面部に至るコーナー部との間に平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 上記第１のラミネート材の凹部の底面外側面から上記側面部に至る曲面に対向する上記カバーのコーナー部には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
   
   
   
   

Images