JP2006202655A

JP2006202655A - 電池パック

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Publication number: JP2006202655A
Application number: JP2005014758A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamada; 弘幸山田; Kazuo Togashi; 和男富樫; Toru Ishii; 亨石井; Takayuki Yamahira; 隆幸山平; Fumihiko Suzuki; 文彦鈴木; Osamu Takahashi; 修高橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP4639819B2

Abstract

【課題】角形または扁平型の電池パックにおいて、体積効率の低下を招くことなく、正負極の逆装填を防止できるようにする。
【解決手段】電池パックは、両端が開放された角形または矩形状の外装材１と、この外装材１内に収納された電池素子と、外装材１の開放された両端にそれぞれ嵌合されたトップカバー２およびボトムカバー３とを備える。トップカバー２にはその一方の長辺の両側に凹部６ａおよび６ｂを設け、外装材１にはトップカバー２の凹部６ａおよび６ｂを少なくとも露出させるための切り欠き部１０ａおよび１０ｂを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、外装材に電池素子を収納した電池パックに関する。

近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン電池が広く使用されている。

さらに、液系電解液を用いた場合に問題となる液漏れの対策として、例えば電解質としてポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状高分子膜を用いたリチウムポリマー二次電池、および電解質として全固体状の電解質を用いたリチウムポリマー二次電池が実用化されている。

リチウムポリマー二次電池は、正極、負極、ポリマー電解質を有し、正極および負極からそれぞれ電極リードが導出された電池素子が、外装材例えばアルミラミネートで被覆されたセルの構成とされている。さらに、セルは回路部がマウントされた配線基板と共に、上下のケースからなる箱型のプラスチックモールドケース内に収納される構成とされている。下記特許文献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

モールドケース内に電池素子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、０．８〜１ｍｍ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、セルの容積に対して電池パックが１．３〜１．４倍の容積の増加が余儀なくされる。

そこで、本発明者は、両端に第１および第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および第２の開口に対して樹脂成型で製造した第１および第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のカバー内に電池素子の電極リードと接合される回路基板を収納する電池パックを提案している。

この電池パックは、体積効率（体積あたり電気容量／１電池パック）に優れ、かつ電池パックの組立が容易で生産性にも優れるものである。しかしながら、本発明者の知見によれば、外形が単純であるため、正負極を逆装填してしまうことが考えられる。そこで、電池パックの正負極の逆装填を防止するための凸部を端面に設けることが考えられるが、このようにすると、電池パックの体積効率の低下を招いてしまう。

したがって、この発明の目的は、体積効率の低下を招くことなく、正負極の逆装填を防止することができる電池パックを提供することにある。

上述の課題を解決するために、この発明は、両端に開口を有する硬質の外装材内に角形または扁平型の電池素子が収納され、少なくとも電極端子リードが導出される一方の開口に対して樹脂成型で製造されたカバーが嵌合され、一方の開口に嵌合されるカバー内に電池素子の電極端子リードと接合される回路基板が収納される角形または扁平型の電池パックにおいて、
カバーは、一方の長辺の両側に凹部を有し、
外装材は、カバーの凹部を少なくとも露出させるための切り欠き部を有し、
少なくともカバーの長辺側側面と外装材とを熱溶着していることを特徴とする電池パックである。

この発明では、カバーが嵌合される側の開口は、外装材の一端が電池素子の端面よりカバーの厚さ程度突出するようにしてなり、突出した部分の外装材の内側には熱溶着層が設けられていることが好ましい。

また、この発明では、外装材は、略同一のサイズの第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ると共に電池素子に接続された電極端子リードがシール部から導出され、第１のラミネート材の凹部の底面の外側において第１および第２のラミネート材の端部が接合されると共に両側面が外側に向かって膨らむ楕円状に成形されていることが好ましい。

以上説明したように、この発明によれば、カバーにはその一方の長辺の両側に凹部を設け、外装材にはカバーの凹部を少なくとも露出させるための切り欠き部を設けているので、正負極の逆装填防止構造を取りながらも、体積効率の優れた電池パックを提供することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の一実施形態による電池パックの一構成例を示す分解斜視図である。図２は、この発明の一実施形態による電池パックの一端の一形状例を示す斜視図である。電池パックは、例えば、角形または扁平型を有するリチウムイオンポリマー二次電池の電池パックであって、図１に示すように、両端が開放された外装材１と、この外装材１内に収納された電池素子と、外装材１の開放された両端にそれぞれ嵌合されたトップカバー２およびボトムカバー３とを備える。以下では、トップカバー２を嵌合する側をトップ側、ボトムカバー３を嵌合する側をボトム側と称する。

電池素子は、例えば、角形または扁平型を有する券回型の電池素子である。外装材１は、全体としては板状を有し、面方向から見ると矩形状を有する。外装材１には、トップカバー２の長辺の両側に設けられた凹部６ａおよび６ｂが少なくとも露出するように切り欠き部１０ａおよび１０ｂが設けられている。また、外装材１の両端の開口は、全体としては矩形状を有し、その両短辺が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。

また、トップカバー２およびボトムカバー３は、外装材１の両端の開口に嵌合可能な形状を有し、具体的には、正面から見ると、全体としては矩形状を有し、その両短辺が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。トップ側端面の一方の長辺の両端には、図２に示すように、電池パックの正負極の逆装填を防止するための凹部６ａおよび６ｂが設けられている。また、トップカバー２の正面には、貫通孔２６ａおよび２６ｂが設けられている。

以下、図３〜７を参照しながら、電池素子４、外装材１、トップカバー２、ボトムカバー３について説明する。
＜電池素子＞
図３は、この発明の一実施形態による電池素子４の外観の一例を示す斜視図である。図３に示すように、電池素子４は、例えば、角形または扁平型を有し、帯状の正極、帯状の負極とがポリマー電解質および／またはセパレータを介して積層され、長手方向に巻回されると共に、正極および負極からそれぞれ電極リード５ａおよび５ｂが導出されている。

正極は、帯状の正極集電体上に正極活物質層が形成されてなり、さらに、正極活物質層上にポリマー電解質層が形成されている。また、負極は、帯状の負極集電体上に負極活物質層が形成されてなり、さらに、負極活物質層上にポリマー電解質層が形成されている。正極および負極の電極リード５ａおよび５ｂは、それぞれ正極集電体および負極集電体に接合されている。正極活物質、負極活物質、ポリマー電解質としては、既に提案されている材料を使用することができる。

正極は、目的とする電池の種類に応じて金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物質として構成することができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合では、正極活物質として、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複合酸化物等を使用することができる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）等が好ましい。

このようなリチウムイオン複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等を挙げることができる。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。また、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。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、導電剤や結着剤等を添加しても良い。

負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。例えば、難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。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。このような材料から負極を形成するに際して、結着剤等を添加しても良い。

ポリマー電解質は、高分子材料と電解液と電解質塩とを混合してゲル状化した電解質をポリマー中に取り込んだものとされている。高分子材料は、電解液に相溶する性質を有し、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、およびこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等、若しくはフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）、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）、或いはポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン）等の高分子材料、およびこれらの混合物が使用される。

電解液成分は、上述した高分子材料を分散可能とし、非プロトン性溶媒として例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）或いはブチレンカーボネート（ＢＣ）等が用いられる。電解質塩には、溶剤に相溶するものが用いられ、カチオンとアニオンと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。電解質塩には、具体的には六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムが電解液に対して溶解可能な濃度で用いられる。

＜外装材＞
図４は、外装材１の第１の例を示す。図４に示すように、この外装材１は、電池素子４を収納するための凹部１５が設けられた軟質ラミネート材１ａと、この軟質ラミネート材１ａ上に凹部１５を覆うようにして重ねられる硬質ラミネート材１ｂとからなる。凹部１５は、例えば、予め金型で絞り加工を施して電池素子４の形状に応じて形成される。また、凹部１５の底面に相当する位置の外側表面には熱溶着シート１５ａが設けられている。

軟質ラミネート材１ａは、矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側長辺１１ａおよびボトム側長辺１２ａと、互いに等しい長さの左側短辺１３ａおよび右側短辺１４ａを有する。同様に、硬質ラミネート材１ｂも矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側長辺１１ｂおよびボトム側長辺１２ｂと、互いに等しい長さの左側短辺１３ｂおよび右側短辺１４ｂとを有する。なお、左右は、図面に向かって見た場合の位置関係を示している。

硬質ラミネート材１ｂの長辺１１ｂおよび１２ｂの長さは、電池素子４が収納された収納部１５を包み込んだ状態において、その短辺１３ｂおよび１４ｂ同士が当接するか、僅かな隙間を隔てて対向するように設定されている。軟質ラミネート材１ａの長辺１１ａおよび１２ａの長さは、硬質ラミネート材１ｂの長辺１１ｂおよび１２ｂの長さより短く選ばれ、例えば、電池素子４が収納された収納部１５を包み込んだ状態において、その短辺１３ａおよび１４ａ同士が当接するか、隙間を隔てて対向するように設定されている。ここで、この軟質ラミネート材１ａの隙間は、僅かな幅のものに限られず、ある程度の幅のものとしてもよい。

軟質ラミネート材１ａの短辺１３ａおよび１４ａは、硬質ラミネート材１ｂの短辺１３ｂおよび１４ｂよりやや短いものとされている。したがって、トップ側に硬質ラミネート材１ｂのみが存在するように、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂを積層することができる。このようにした場合、トップ側の開口に設けられたトップカバー２の周面を硬質ラミネート材１ｂのポリプロピレン層により熱溶着できるという利点を得ることができる。なお、ボトム側おいても、硬質ラミネート材１ｂの接着層がむき出しになるようにして、ボトム側の開口に設けられたボトムカバー３の周面を硬質ラミネート材１ｂのポリプロピレン層により熱溶着できるようにしてもよい。

硬質ラミネート材１ｂは、その一方の長辺の側に切り欠き部１０ａおよび１０ｂを有する。この切り欠き部１０ａおよび１０ｂは、外装材１により電池素子４を被覆し、トップ側開口にトップカバー２を嵌合した場合に、このトップカバー２に設けられた凹部６ａおよび６ｂが少なくとも露出する位置に設けられている。また、切り欠き部１０ａおよび１０ｂは、トップ側開口にトップカバー２を嵌合したときに、そのトップカバー２の凹部６ａおよび６ｂが少なくとも露出する形状に選ばれ、例えば矩形状を有する。

軟質ラミネート材１ａは、絞り加工により電池素子４を挿入する凹部１５を形成するのに適し、かつ、硬質ラミネート材１ｂに比して軟質のものである。

図５は、外装材１を構成する軟質ラミネート材１ａの一構成例を示す断面図である。軟質ラミネート材１ａは、接着層としてのポリプロピレン（ＰＰ）層１６ａ、金属層としての軟質アルミ金属層１７ｂ、表面保護層としてのナイロン層またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層１８ａを順次積層した積層構造を有し、ポリプロピレン層１６ａが内側（硬質ラミネート材１ｂと接する側）となる。

ポリプロピレン層１６ａは、ポリマー電解質の変質を防ぐ機能を有する。ポリプロピレン層１６ａとして、例えば、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）等が使用される。ポリプロピレン（ＰＰ）層１６ａの厚さは、例えば３０μｍ程度である。

軟質アルミ金属層１７ａは、内部への水分の侵入を防ぐ機能を有する。軟質アルミ金属層１７ａの材料としては、例えば、焼きなまし処理済のアルミニウム（ＪＩＳＡ８０２１Ｐ−Ｏ）または（ＪＩＳＡ８０７９Ｐ−Ｏ）等を使用できる。また、軟質アルミ金属層１７ａの厚さは、例えば、３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲に選ばれる。ナイロン層またはＰＥＴ層１８ａは、表面保護の機能を有する。ナイロン層またはＰＥＴ層１８ａの厚さは、例えば、厚みが１０〜３０μｍ程度の範囲に選ばれる。

硬質ラミネート材１ｂは、曲げた後の形状を維持し、外部からの変形に耐えることができるものである。硬質ラミネート材１ｂは、接着層としてのポリプロピレン層、金属層としての硬質アルミ金属層、表面保護層としてのナイロン層またはＰＥＴ層を順次積層した積層構造を有する。

硬質ラミネート材１ｂのポリプロピレン層およびナイロン層またはＰＥＴ層は、軟質ラミネート材１ａと同様のものである。硬質アルミ金属層は、例えば、焼きなまし処理なしのアルミニウム（ＪＩＳＡ３００３Ｐ−Ｈ１８）または（ＪＩＳＡ３００４Ｐ−Ｈ１８）等を用いて厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲のものが使用される。なお、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂの各層の厚みは、総厚を考慮して適切なものに選定される。

図６は、外装材１の第２の例を示す。なお、図６では、外装材１により被覆するためのラミネート電池素子４１と、このラミネート電池素子４１の両端面にそれぞれ設けられるトップカバー２およびボトムカバー３とが図示されている。

外装材１は、硬質ラミネート材であって、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した構成を有する。各層を構成する材料としては、例えば、上述の第１の例における硬質ラミネート材１ｂと同様のものを用いることができる。

ラミネート電池素子４１は、電極リード５ａおよび５ｂを導出するようにして、電池素子４を軟質ラミネート材により被覆し、その周辺を例えば熱融着により封止したものである。軟質ラミネート材には、電池素子４を収納するための収納部を設けることが好ましく、この収納部は、例えば、金型により予め所定の形状に軟質ラミネート材を絞り加工することにより形成される。軟質ラミネート材は、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した構成を有し、各層を構成する材料としては、例えば、上述の第１の例における軟質ラミネート材１ａと同様のものを用いることができる。

外装材１は、矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側長辺３１ａおよびボトム側長辺３１ｂと、互いに等しい長さの短辺３２ａおよび短辺３２ｂを有する。また、外装材１は、トップ側長辺３１ａの側に切り欠き部１０ａおよび１０ｂを有する。この切り欠き部１０ａおよび１０ｂは、外装材１により電池素子４を被覆し、トップ側開口にトップカバー２を嵌合した場合に、このトップカバー２に設けられた凹部６ａおよび６ｂが少なくとも露出する位置に設けられている。また、切り欠き部１０ａおよび１０ｂは、トップ側開口にトップカバー２を嵌合したときに、そのトップカバー２の凹部６ａおよび６ｂが少なくとも露出する形状に選ばれ、例えば矩形状を有する。

ラミネート電池素子４１は、例えば以下のようにして外装材１により被覆される。まず、ラミネート電池素子４１のトップ側から導出された電極リード５ａおよび５ｂを、トップカバー２に収納される回路基板に対して接続して、ラミネート電池素子４１のトップ側の端面に配置する。次に、トップカバー２の上端面が外装材１のトップ側長辺３１ａとほぼ揃うようにして、外装材１の中央部にラミネート電池素子４１を載置する。次に、ラミネート電池素子４１のボトム側の端面にボトムカバー３を配置する。

次に、外装材１の短辺３２ａおよび短辺３２ｂを、ラミネート電池素子４１が載置された方向に折り曲げて、ラミネート電池素子４１の表面保護層と外装材１の接着層とを、例えば熱溶着により貼り合わせる。次に、治具にて全長をおさえ、熱溶着を行う。すなわち、銅等の金属からなるヒーターブロックを外装材１のトップ側の端の近傍に上下から押し当て、トップカバー２の周面と、硬質ラミネート材１ｂの内面の接着層とを熱溶着する。また、同様に、ヒーターブロックを外装材１のボトム側の端の近傍に上下から押し当て、ボトムカバー３の周面と、硬質ラミネート材１ｂの内面の接着層とを熱溶着するようにしてもよい。

次に、トップカバー２の貫通孔２６ａおよび２６ｂを介して電池素子４とトップカバー２との間に溶融樹脂を充填し、固化させる。次に、ボトムカバー３の貫通孔を介して電池素子４とボトムカバー３との間に溶融樹脂を充填し、固化させる。

なお、ラミネート電池素子４１を外装材１により被覆し、外装材１の両端面にトップ側開口およびボトム側開口を形成した後に、このトップ側開口およびボトム側開口それぞれに対して、トップカバー２およびボトムカバー３を嵌合するようにしてもよい。

＜トップカバー＞
図７は、トップカバー２の一形状例を示す斜視図である。トップカバー２は、トップ側の開口を塞ぐためのものである。トップカバー２は、正面から見ると、全体としては矩形状を有し、その両短辺が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。トップカバー２は、その一方の長辺とその両側にある両短辺とにより形成される角部にそれぞれ、凹部６ａおよび６ｂを有する。この凹部６ａおよび６ｂは、電池パックが装填される機器側で、電池パックの正負極逆装填を防止するために利用されるものである。外装材１には、この凹部６ａおよび６ｂに対向する位置に切り欠き部１０ａおよび１０ｂが設けられ、これにより、正負極の逆装填防止構造を取りながらも体積効率の優れたものとすることができる。

トップカバー２の長辺の両側に設けられる凹部６ａおよび６ｂの形状は、特に限定されるものではないが、機器側の設計の自由度を考慮した形状とすることが好まく、例えば、トップカバー２の短辺側の方向に向かって階段状に凹んだ形状である。

また、トップカバー２には、電池素子４に対向する側の面からそれとは反対側の面に向けて貫通する貫通孔２６ａおよび２６ｂが設けられている。この貫通孔の数は特に限定されるものではないが、例えば、１以上、好ましくは２以上である。貫通孔を２以上設けた場合には、樹脂注入時において、少なくとも１つの貫通孔を電池素子４とトップカバー２との間の空気を抜くためのものとして用いることができるので、樹脂の充填性を向上させることができる。

また、このトップカバー２には回路基板が備えられ、この回路基板に対して電池素子４から引き出された電極リード５ａおよび５ｂが接続される。

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、電池パックを識別するためのＩＤ抵抗等がマウントされ、更に複数例えば３個の接点部が形成されている。また、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、および充放電制御ＦＥＴが含まれている。

ＰＴＣは、電池素子４と直列に接続され、電池素子４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４と直列に接続され、電池素子４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、電池素子４の監視とＦＥＴの制御を行うＩＣおよび、充放電制御ＦＥＴを含んだ保護回路は、電池素子４の端子電圧が４．３Ｖ〜４．４Ｖを超えると、発熱・発火等危険な状態になる可能性があるので、電池素子４の電圧を監視し、４．３〜４．４Ｖを越えると充電制御ＦＥＴをオフし、充電を禁止する。電池素子４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になると電池素子４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。

＜ボトムカバー＞
ボトムカバー３は、ボトム側の開口を塞ぐものであり、正面方向から見ると、全体としては矩形状を有し、その短辺側の両側が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。ボトムカバー３の電池素子４の側となる面には、ボトム側開口に嵌合するための側壁が設けられている。この側壁は、ボトムカバー３の外周の一部または全部に沿って設けられている。また、側壁は、ボトムカバー３の外周から僅かに内側に入り込んだ位置、例えば、ボトムカバー３の外周から外装材１の厚さに相当する分だけ内側に入り込んだ位置に設けられている。

また、ボトムカバー３には、電池素子４に対向する側の面からそれとは反対側の面に向けて貫通する貫通孔が、１以上、好ましくは２以上設けられている。貫通孔を２以上設けた場合には、樹脂注入時において、少なくとも１つの貫通孔を電池素子４とボトムカバー３との間の空気を抜くためのものとして用いることができるので、樹脂の充填性を向上させることができる。

次に、この発明の一実施形態による電池パックの製造方法について説明する。

＜電池素子作製工程＞
まず、例えば、ゲル電解質層が両面に形成された正極および負極と、セパレータとを、負極、セパレータ、正極、セパレータの順に順次積層し、この積層体を平板の芯に巻き付けて、長手方向に多数回巻回して巻回型の電池素子４を作製する。

＜外装材被覆工程＞
次に、例えば予め深絞成形により、電池素子４を入れるための凹部１５を軟質ラミネート材１ａに成形する。この際、図４Ａに示すように、軟質ラミネート材１ａの電池素子収納用凹部１５は、例えば、中心位置に対してやや右側にずれた位置に形成する。そして、電池素子４を軟質ラミネート材１ａに形成された凹部１５内に収納する。

次に、図４Ａに示すように、硬質ラミネート材１ｂを、軟質ラミネート材１ａに対してやや右側にずれた位置に積層する。これにより、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂが積層された状態では、図４Ａに示すように、軟質ラミネート材１ａのみが位置する左側領域と、硬質ラミネート材１ｂのみが位置する右側領域とが生じる。このように位置をずらしているのは、後述するように、軟質ラミネート材１ａの凹部１５の底面外側へ向けて軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート１ｂの端部を折り込んだ後、軟質ラミネート材１ａのポリプロピレン層と硬質ラミネート材１ｂのポリプロピレン層とが、ある程度の幅でもって接着されるようにするためである。

次に、図４Ａに示すような配置関係の状態で、凹部１５の開口の周辺の４辺を減圧しながら熱溶着する。この場合、ポリプロピレン層同士が重なっている部分全体を熱溶着するようにしても良い。このようにして、凹部１５の周囲を熱溶着することにより、電池素子４が封止される。

次に、図４Ａに示すように、凹部１５の底面の外側に、所定の形状とした熱溶着シート１５ａを設ける。熱溶着シート１５ａは、軟質ラミネート材１ａのナイロン層またはＰＥＴ層同士を高温をかけることで接着させるための補助的部材である。好ましくは、厚みは、総厚の関係から１０〜６０μｍ程度で、１００°Ｃ前後の融点のものが用いられる。熱溶着シート１５ａの融点は、電池素子４に対して熱の影響を与えない程度のものが好ましい。

次に、図８に示すように、軟質ラミネート材１ａの凹部１５の底面外側へ向けて、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂの両端、すなわち、短辺１３ａ、１４ａおよび１３ｂ、１４ｂを内側に折り込む。そして、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂの端部を熱溶着するとともに、凹部１５の底面外側に対して軟質ラミネート材１ａを熱溶着する。これにより、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂが、電池素子４が収納された凹部１５を包み込むように閉じた状態で固定されて、トップ側開口およびボトム側開口が形成される。

図９に示されるように、電池素子４を包み込んだ状態では、硬質ラミネート材１ｂの短辺１３ｂおよび１４ｂ同士が接するか、または僅かな隙間を介して互いの端面が対向してなる継ぎ目Ｌ１が生じ、また、硬質ラミネート材１ｂの内側には、軟質ラミネート材１ａの短辺１３ａおよび１４ａ同士が接するか、または僅かな隙間を介して互いの端面が対向してなる継ぎ目Ｌ２が生じる。なお、図７において、参照符号１６ｂは、硬質ラミネート材１ｂのポリプロピレン層を示し、参照符号１７ｂは、硬質アルミ金属層を示し、参照符号１８ｂは、ナイロン層またはＰＥＴ層を示す。ここでは、軟質ラミネート材１ａの短辺１３ａおよび１４ａ同士が接するか、または僅かな隙間を介して互いの端面が対向する場合について、図示および説明をしているが、ある程度の幅の隙間を介して互いの端面が対向するようにしてもよい。

図９に示すように、熱溶着シート１５ａの上側に接して、軟質ラミネート材１ａのナイロン層またはＰＥＴ層１８ａが位置する。したがって、ナイロン層またはＰＥＴ層１８ａが熱溶着シート１５ａを挟んだ構造となり、外側から熱を加えることで、ナイロン層またはＰＥＴ層１８ａ同士を接着することができる。また、軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂの互いのポリプロピレン層１６ａおよび１６ｂが対向接触するので、外側から熱を加えることで、これらのポリプロピレン層１６ａおよび１６ｂを接着することができる。

以上のようにして、樹脂製の箱型のケースを使用することなく、また、両サイドに樹脂製のフレームを配することなく、ラミネート材が外装材を兼ねる電池パックを製造することができる。

＜トップカバー嵌合工程＞
次に、図１０に示すように、電極リード５ａおよび５ｂが、例えば抵抗溶接または超音波溶接によって回路基板２２に対して接続される。次に、図１１に示すように、トップカバー２の開放面側に回路基板２２を挿入して、回路基板２２を覆うように、回路基板２２に対してトップカバー２が取り付ける。このトップカバー２は、例えば、別工程の射出成型等によって製造された樹脂モールド品である。

なお、トップカバー２の内部には、回路基板２２を水平に保持する保持部が設けられている。また、トップカバー２の上面には、回路基板２２の接点部２３と対応する位置に３個の開口２１が設けられている。この開口２１を介して接点部２３が外部に臨むことになる。また、トップカバー２の幅は、外装材１のトップ側の端面の開口の高さの内寸よりやや小に選定されている。

次に、図１２に示すように、トップカバー２に対してホルダー２４を組み込む。ホルダー２４は、例えば、別工程の射出成型等によって製造された樹脂モールド品である。このホルダー２４の両端および中央部にそれぞれトップカバー２に向かって突出するリブ２５ａ、２５ｂおよび２５ｃが設けられている。これらのリブ２５ａ、２５ｂおよび２５ｃの端面がトップカバー２内の回路基板２２を受ける面となるので、回路基板４を確実に支持することができる。

次に、図１３において矢印Ｒで示すように、嵌合されたトップカバー２およびホルダー２４を手または治具によって時計方向に９０°回転させる。その結果、水平に位置していた回路基板２２が垂直に位置することになる。この場合、回路基板２２がトップカバー２とホルダー２４によって挟持されており、外部に露出していないので、回路基板４に触れずに回転させることができる。

次に、図１４に示すように、電極リード５ａおよび５ｂを折り曲げながらトップカバー２およびホルダー２４をトップ側開口に向けて（矢印Ｓ₁の方向）に押し込む。これにより、トップ側開口に対してトップカバー２およびホルダー２４が嵌合される。トップカバー２の幅は、上述したように、開口の内寸よりやや小とされているので、外装材１の端面付近の硬質ラミネート材１ｂで形成されるスペース内に、回路基板２２を挟持するトップカバー２およびホルダー２４を収納することができる。

＜ボトムカバー嵌合工程＞
次に、図１４示すように、ボトムカバー３の側壁を外装材１のボトム側端面の開口に向けて（矢印Ｓ₂の方向）に向けて押し込む。これにより、ボトム側開口に対してボトムカバー３の側壁が嵌合されるとともに、ボトムカバー３の本体によってボトム側開口が覆われる。このボトムカバー３は、例えば、別工程の射出成型等によって製造された樹脂モールド品である。

＜熱溶着工程＞
次に、治具にて全長をおさえ、熱溶着を行う。すなわち、銅等の金属からなるヒーターブロックを外装材１のトップ側の端の近傍に上下から押し当て、トップカバー２の周面と、硬質ラミネート材１ｂの内面のポリプロピレン層とを熱溶着する。また、同様に、ヒーターブロックを外装材１のボトム側の端の近傍に上下から押し当て、ボトムカバー３の周面と、硬質ラミネート材１ｂの内面のポリプロピレン層とを熱溶着するようにしてもよい。

＜樹脂注入工程＞
次に、トップカバー２の貫通孔２６ａおよび２６ｂを介して電池素子４とトップカバー２との間に溶融樹脂を充填し、固化させる。これにより、トップカバー２が電池素子４の端面に接着される。

次に、ボトムカバー３の貫通孔を介して電池素子４とボトムカバー３との間に溶融樹脂を充填し、固化させる。これにより、ボトムカバー３が電池素子４の端面に接着される。なお、充填される樹脂は、注形時に低粘度状態を有すればよく、特に限定されるものではなく、例えばポリアミド系ホットメルト、ポリオレフィン系ホットメルト、ナイロン、ＰＰ、ＰＣ、ＡＢＳ等を使用することができる。
以上の工程により、この発明の一実施形態による電池パックが製造される。

この発明の一実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
電池パックは、両端が開放された角形または矩形状の外装材１と、この外装材１内に収納された電池素子４と、外装材１の開放された両端にそれぞれ嵌合されたトップカバー２およびボトムカバー３とを備える。トップカバー２にはその一方の長辺の両側に凹部６ａおよび６ｂを設け、外装材１にはトップカバー２の凹部６ａおよび６ｂを少なくとも露出させるための切り欠き部１０ａおよび１０ｂを設ける。これにより、体積効率の低下を招くことなく、正負極の逆装填を防止することができる。

また、軟質ラミネート材１ａに対して硬質ラミネート材１ｂを重ね合わせてなる外装材１を用いる場合には、軟質ラミネート材１ａの短辺１３ａおよび１４ａを、硬質ラミネート材１ｂの短辺１３ｂおよび１４ｂよりやや短くして、トップ側に硬質ラミネート材１ｂのみが存在するように軟質ラミネート材１ａおよび硬質ラミネート材１ｂを積層することで、短辺側においてトップカバー２を位置決めして嵌合し、長辺側において嵌合されたトップカバー２の周面を硬質ラミネート材１ｂのポリプロピレン層により熱溶着できる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。以下、本発明の実施例および比較例を図面を参照しながら詳細に説明する。

実施例
図１５は、実施例の電池パックの外観形状を示す斜視図である。トップカバー２にはその端面の一方の長辺の両端に凹部６ａおよび６ｂを設け、外装材１にはトップカバー２の凹部６ａおよび６ｂを露出させるための切り欠き部１０ａおよび１０ｂを設けた。

比較例１
図１６は、比較例１の電池パックの外観形状を示す斜視図である。外装材１に対する切り欠き部１０ａおよび１０ｂの形成を省略する以外のことは、実施例と全て同様にした。

比較例２
図１７は、比較例２の電池パックの外観形状を示す斜視図である。トップカバー２の凹部６ａおよび６ｂと、外装材１の切り欠き部１０ａおよび１０ｂとを設ける代わりに、電池パックのトップ側の端面に、正負極の方向を判別するため突起部１０１ａおよび１０１ｂを設ける以外のことは、実施例と全て同様にした。

比較例３
図１８は、比較例３の電池パックの外観形状を示す斜視図である。外装材１に切り欠き１０ａおよび１０ｂを設ける代わりに、トップカバー２の端面を外装材１のトップ側の開口から突出させて、トップカバー２の凹部６ａおよび６ｂが外装材１に覆われないようにする以外のことは、実施例と全て同様にした。

上述の実施例および比較例を比較することにより以下のことが分かる。

比較例１では、外装材１によりトップカバー２の全周面が覆われてしまうため、機器側において凹部６ａおよび６ｂに嵌合する突起部の設計に自由度がなくなる。また、凹部６ａおよび６ｂを覆っている部分の外装材１が、落下などの外部衝撃により凹部６ａおよび６ｂ内に向けてへこんだ場合、機器への装填に不具合が発生することが予想される。

また、比較例２では、トップ側端面に設けられた突起部１０１ａおよび１０１ｂにより正負極の方向を判別することができるが、このようにすると、電池パックとしての外形寸法が大きくなってしまう。また、突起部１０１ａおよび１０１ｂの形状を機器側の形状に合わせたものとする必要があり、汎用性が劣ってしまう。さらに、落下などの外部衝撃により突起部１０１ａおよび１０１ｂが損傷してしまうと、正負極性方向の判別ができなくなってしまう恐れもある。

また、比較例３では、トップカバー２と外装材１との熱融着代を十分にとるために、トップカバー２自体の高さを大きくする必要があり、電池パックの体積効率を高くできなくなってしまう。

これに対して、実施例では、トップカバー２にはその一方の長辺の両側に凹部６ａおよび６ｂを設け、外装材１にはトップカバー２の凹部６ａおよび６ｂを少なくとも露出させるための切り欠き部１０ａおよび１０ｂを設けているので、比較例１〜３のような問題点がない。すなわち、実施例では、体積効率の低下を招くことがない、落下などの外部衝撃により外装材１が変形することがない、汎用性に優れる、体積効率に優れる等の利点を得ることができる。

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。

この発明の一実施形態による電池パックの一構成例を示す分解斜視図である。この発明の一実施形態による電池パックの一端の一形状例を示す斜視図である。この発明の一実施形態による電池素子の外観の一例を示す斜視図である。外装材の第１の例を示す展開図である。外装材を構成する軟質ラミネート材の一構成例を示す断面図である。外装材の第２の例を示す斜視図である。トップカバーの一形状例を示す斜視図である。外装材により被覆された電池素子の外観の一例を示す斜視図である。電池素子を被覆した外装材の拡大断面図である。この発明の一実施形態による電池パックの製造方法を説明するための斜視図である。この発明の一実施形態による電池パックの製造方法を説明するための斜視図である。この発明の一実施形態による電池パックの製造方法を説明するための斜視図である。この発明の一実施形態による電池パックの製造方法を説明するための斜視図である。この発明の一実施形態による電池パックの製造方法を説明するための斜視図である。実施例の電池パックの外観形状を示す斜視図である。比較例１の電池パックの外観形状を示す斜視図である。比較例２の電池パックの外観形状を示す斜視図である。比較例３の電池パックの外観形状を示す斜視図である。

符号の説明

１外装材
１ａ軟質ラミネート材
１ｂ硬質ラミネート材
２トップカバー
３ボトムカバー
４電池素子
５ａ，５ｂ電極リード
６ａ，６ｂ凹部
１０ａ，１０ｂ切り欠き部

Claims

両端に開口を有する硬質の外装材内に角形または扁平型の電池素子が収納され、少なくとも電極端子リードが導出される一方の開口に対して樹脂成型で製造されたカバーが嵌合され、上記一方の開口に嵌合される上記カバー内に上記電池素子の電極端子リードと接合される回路基板が収納される角形または扁平型の電池パックにおいて、
上記カバーは、一方の長辺の両側に凹部を有し、
上記外装材は、上記カバーの凹部を少なくとも露出させるための切り欠き部を有し、
少なくとも上記カバーの長辺側側面と上記外装材とを熱溶着していることを特徴とする電池パック。
上記カバーが嵌合される側の開口は、上記外装材の一端が上記電池素子の端面より上記カバーの厚さ程度突出するようにしてなり、
上記突出した部分の外装材の内側には熱溶着層が設け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。
上記外装材は、略同一のサイズの第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ると共に上記電池素子に接続された電極端子リードが上記シール部から導出され、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１および第２のラミネート材の端部が接合されると共に両側面が外側に向かって膨らむ楕円状に成形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。