JP2006228715A

JP2006228715A - 電池パック

Info

Publication number: JP2006228715A
Application number: JP2006011667A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Suzuki; 文彦鈴木; Tadashi Miehori; 正三重堀; Koji Watanabe; 晃司渡辺; Yuta Nikaido; 雄太二階堂; Osamu Takahashi; 修高橋; Toshiaki Endo; 俊朗遠藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP5044934B2

Abstract

【課題】回路基板を確実に保持し、機械的強度を向上させる。
【解決手段】トップカバーには、ホルダーと結合させるためのボスが回路基板側の両端にそれぞれ形成される。また、ホルダーには、ボスを貫通させるための穴が両端にそれぞれ形成される。このトップカバーとホルダーとの間に回路基板を収納し、トップカバーとホルダーとを嵌合させると、トップカバーのボスがホルダーの穴に貫通する。そして、トップカバーのボスの先端を溶解させることにより、トップカバーとホルダーとが溶着し、トップカバーとホルダーとの間に収納された回路基板が確実に固定される。
【選択図】図２２

Description

この発明は、例えばリチウムイオン二次電池の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もの、或いは全固体状の電解質を用いた、リチウムイオンポリマー二次電池が実用化されている。

ポリマーリチウムイオン電池は、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端子が導出された電池素子が外装フィルム例えばアルミラミネートで被覆された電池セルの構成とされている。さらに、電池セルと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た。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

なお、本明細書では、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端子が導出されているものを電池素子と称する。そして、電池素子を軟質ラミネートフィルムで被覆したものを発電要素、発電要素を硬質ラミネートフィルムで被覆したものを電池セルと称する。さらに、電池セルに対して保護回路等の回路がマウントされた回路基板を付加したものを電池パックと称する。

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から０．４ｍｍ程度の範囲となり、固定のための両面テープや公差を考慮すると、電池セルの厚みに対して、０．８から１ｍｍ程度の範囲、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、電池セルの容積に対して電池パックが１．３から１．４倍程度の範囲の容積の増加が余儀なくされた。

この問題を解決する方法として、両側に開口を有する硬質の外装材内に電池素子を収納し、それぞれの開口に対して樹脂成型で製造したカバーをそれぞれ嵌合し、そして、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と接続される回路基板を収納し、このカバー内にホットメルト樹脂等を充填する電池パックが検討されている。

しかしながら、この電池パックは、樹脂が十分に充填されず、第１のカバー内部に空洞ができてしまい、回路基板が樹脂により十分に固定されないため、落下時等に回路基板が変形し、場合によっては回路が損傷を受けてしまうおそれがあるという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、回路基板を確実に保持し、さらに機械的強度を向上させた電池パックを提供することにある。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、二次電池の電池素子を有する電池パックにおいて、両端に第１および第２の開口を有する硬質の外装内に電池素子が収納され、第１の開口に第１のカバーが設けられ、第２の開口に第２のカバーが設けられ、電池素子のリードと回路基板とが互いに接合され、第１のカバーは、機械的係合手段で嵌合されるトップカバーとホルダーとからなり、回路基板は、トップカバーとホルダーとの間に収納され、トップカバーは、電池素子と第１のカバーとの間の空間に樹脂を充填するための樹脂充填孔を有し、ホルダーは、両端にそれぞれ突起が形成され、突起の中央部分に切欠部が設けられ、さらに中央近傍に回路基板側に突出した１または複数の基板支持突起が形成され、電池素子と第１のカバーとの間の空間に樹脂が充填されることを特徴とする電池パックである。

また、第２の発明は、二次電池の電池素子を有する電池パックにおいて、両端に第１および第２の開口を有する硬質の外装内に電池素子が収納され、第１の開口に第１のカバーが設けられ、第２の開口に第２のカバーが設けられ、電池素子のリードと回路基板とが互いに接合され、第１のカバーは、トップカバーとホルダーとからなり、回路基板は、トップカバーとホルダーとの間に収納され、トップカバーは、ホルダーと嵌合するためのボスが回路基板側の両端にそれぞれ形成され、ホルダーは、ボスを貫通させるための穴が両端にそれぞれ形成され、トップカバーのボスがホルダーの穴に貫通し、ボスの先端を溶解させて回路基板を固定することを特徴とする電池パックである。

上述したように、第１の発明は、電池素子と第１のカバーとの間の空間に樹脂を充填するための樹脂充填孔を有するトップカバーと、中央部分に切欠部が設けられた両端の突起および１または複数の基板支持突起を有するホルダーとの間に回路基板が収納され、機械的係合手段でトップカバーとホルダーとを嵌合させ、電池素子と第１のカバーとの間の空間に樹脂が充填されることにより、回路基板を確実に保持することができる。

また、第２の発明は、ホルダーと嵌合するためのボスを回路基板側の両端に有するトップカバーと、ボスを貫通させるための穴を両端に有するホルダーとの間に回路基板が収納され、ボスの先端を溶解させてトップカバーとホルダーとを嵌合させることにより、回路基板を確実に保持することができる。

この発明は、樹脂を充填する際に、樹脂の流れに対して抵抗が少ないホルダーを用いることにより、トップカバー内部に樹脂を十分充填することができるため、回路基板を確実に保持し、さらに機械的強度を向上することができるという効果がある。

また、この発明は、ホルダーの両端の突起から長手方向に延出部を設けることにより、樹脂を充填する際に、樹脂の流れを単一化することができるため、トップカバー内部に樹脂を十分充填することができるという効果がある。

さらに、この発明は、ホルダーに延出部を設けることにより、トップカバーとホルダーの嵌合時に、樹脂充填孔と延出部とが対向するため、樹脂充填孔から金属ピン等を挿入した場合に電池素子との接触を抑制し、短絡等の事故を防止することができるという効果がある。

さらにまた、この発明は、トップカバーに設けられた接合用ボスを溶着させて、トップカバーとホルダーとを嵌合させるようにしているため、より確実に回路基板を固定することができ、回路基板に設けられた接点部の端子深さをほぼ一定にすることができるという効果がある。

さらにまた、この発明は、トップカバーの両端を溶着させるようにしているため、トップカバーにそりが生じた場合でも、トップカバーとホルダーとを嵌合させることによってそりを抑制することができるという効果がある。

（１）第１の実施形態
以下、この発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用可能な電池パック、例えばリチウムイオンポリマー二次電池の電池パック１の一例の構成を示す。電池パック１は、主に、電池セル２、トップカバー３、ホルダー４、ボトムカバー５、およびトップカバー３とホルダー４との間に収納される回路基板９で構成されている。また、一例として、電池セル２は、電池素子を外装材としての硬質ラミネート材で被覆したものである。

なお、後述するように、ホルダー４としては、ホルダー４ａ、ホルダー４ｂ、ホルダー４ｃ、ホルダー４ｄおよびホルダー４ｅの例がある。以下の説明では、ホルダー４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄおよび４ｅを特に区別する必要がない場合は、ホルダー４と記述する。

図２は、この電池パック１に用いる電池素子６の構成を示す。この電池素子６は、帯状の正極５１と、セパレータ５３ａと、正極５１と対向して配された帯状の負極５２と、セパレータ５３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、図示しないゲル状電解質が正極５１および負極５２の両面に形成されている。また、電池素子６からは、正極５１と接続された正極端子７ａおよび負極５２と接続された負極端子７ｂ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７とする）、正極端子７ａおよび負極端子７ｂ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５６ａおよび５６ｂが被覆されている。なお、電解液を用いる場合は、後に電解液の注液工程を設ける。

以下、電池素子６の材料について詳しく説明する。

［正極］
正極５１は、正極活物質を含有する正極活物質層５１ａが、正極集電体５１ｂの両面上に形成されてなる。正極集電体５１ｂ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（ＳＵＳ）箔などの金属箔により構成されている。

正極活物質層５１ａ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。次いで、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５１ｂ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５１は正極集電体５１ｂ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７ａを有している。この正極端子７ａ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７ａの材料としては、例えばＡｌ等が挙げられる。

［負極］
負極５２は、負極活物質を含有する負極活物質層５２ａが、負極集電体５２ｂの両面上に形成されてなる。負極集電体５２ｂ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５２ａ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５２ｂ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負極活物質層５２ａが形成される。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５２も正極５１と同様に、負極集電体５２ｂ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７ｂを有している。この負極端子５２ｂ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５２ｂの材料としては、例えばＣｕ、Ｎｉ等が挙げられる。

なお、正極端子７ａおよび負極端子７ｂ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７ａおよび負極端子７ｂ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。

ゲル状電解質を用いる場合は、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。

［電池セルの作製］
図３は、電池素子６を被覆する外装材の形状の一例を示す展開図である。電池素子６は、電池素子６を収納するために予め金型で所定の形状に絞り加工を施された軟質ラミネートフィルム８ａと、絞り加工部の開口面を覆うように配置される硬質ラミネート材８ｂとによって封入（絞り加工部の周囲が熱溶着）される。

図４は、外装材により被覆された電池素子６の外観の一例を示す。硬質ラミネート材８ｂの両端を軟質ラミネートフィルム８ａの絞り加工部の底面外側へ向けて折り曲げ、絞り加工部の底面外側に熱溶着して構成される。

軟質ラミネートフィルム８ａとしては、図５で示す構成のラミネートフィルムを用いることができる。軟質ラミネートフィルム８ａは、参照符号６１で示される金属箔が、樹脂フィルムからなる外装層６２および樹脂フィルムからなる内装層（以下、シーラント層と適宜称する）６３に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。

金属層６１は、軟質の金属材料が用いられ、外装材の強度向上の他、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る役割を担っている。軟質の金属材料としては、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウムが最も好適であり、特に８０２１−Ｏまたは８０７９−Ｏ等で、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲のアルミニウムを用いるのが好ましい。また、金属層６１と外装層６２および金属層６１とシーラント層６３のそれぞれは、接着層６４および６５を介して貼り合わされている。接着層６４は、必要に応じて省いてもよい。

外装層６２には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、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）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である。外装層６２は、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度とされる。

また、シーラント層６３は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（Ｎｙ）の他、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。

ラミネートフィルムの最も一般的な構成は、外装層／金属箔／シーラント層＝Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰである。また、この組み合わせばかりでなく、以下に示すような他の一般的なラミネートフィルムの構成を採用することができる。すなわち、外装層／金属膜／シーラント層＝Ｎｙ／Ａｌ／ＰＥ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＰＥ、Ｎｙ／ＰＥ／Ａｌ／ＬＬＤＰＥ、ＰＥＴ／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＬＤＰＥ、またはＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＬＤＰＥ／ＣＰＰとすることができる。なお、金属箔としてはＡｌ以外の金属を採用することができることはもちろんである。

外側表面に現れる硬質ラミネートフィルム８ｂ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、硬質のものである。硬質ラミネートフィルム８ｂは、接着層としてのポリプロピレン（ＰＰ）層、硬質アルミ金属層および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）層を有する。硬質アルミ金属層は、焼きなまし処理なしのアルミニウム（ＪＩＳＡ３００３Ｐ−Ｈ１８）または（ＪＩＳＡ３００４Ｐ−Ｈ１８）等で、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲のものが使用される。

［電池パックの作製］
図６は、電池セル２に回路基板９が接続された状態を示す。電池セル２の一方（トップ側）の端面から正極および負極とそれぞれ接続された正極端子７ａおよび負極端子７ｂが導出される。正極端子７ａおよび負極端子７ｂに対して回路基板９が抵抗溶接、超音波溶接等によって固着されている。回路基板９には、ヒューズ、ＰＴＣ素子（熱感抵抗素子：Positive Temperature Coefficient）、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（IDentification）抵抗等がマウントされている。回路基板９上には、複数例えば３個の接点部１０が形成されている。上記保護回路には、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。

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／二次電圧を超えると、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、４．３〜４．４Ｖ／二次電池を越えると充電制御ＦＥＴをオフし、充電を禁止する。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。したがって、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５は、別行程の射出成型等によって製造された樹脂モールド品で、回路基板９を収納したトップカバー３が嵌合される硬質外装材の一開口部とは反対側の開口部に嵌合される。

なお、ボトムカバー５は、この例に限らず、ホットメルト樹脂、例えばポリアミド系樹脂を開口部に直接充填して成型してもよい。

トップカバー３は、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。図７に示すように、回路基板９がトップカバー３の解放面側から挿入される。回路基板９を覆うように、回路基板９に対してトップカバー３が取り付けられる。トップカバー３の内部には、回路基板９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３の上面の接点部１０と対応する位置に複数例えば３個の開口１１が形成されている。この開口１１を介して接点部１０が外部に臨むことになる。トップカバー３の幅は、電池セル２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。

さらに、トップカバー３の両端近傍には、回路基板９と重ならない位置に樹脂充填孔１２ａおよびガス抜き孔１２ｂが設けられている。穴の大きさは、例えば、φ０．８ｍｍ〜φ１．５ｍｍの範囲である。

ホルダー４ａは、別工程の射出形成等によって製造された樹脂モールド品である。図８において参照符号４ａは、ホルダーの第１の例を示す。ホルダー４ａの両端にトップカバー３との嵌合用の突起１３ａおよび１３ｂが形成され、それぞれの突起１３ａおよび１３ｂの中央部には、切欠が設けられている。

また、ホルダー４ａの中央近傍には、長手方向に対して平行な方向に面を有する基板支持突起１４ａが形成される。この基板支持突起１４ａにより、トップカバー３とホルダー４ａとが嵌合された際に、間に収納される回路基板９を支持することができる。

図９は、トップカバー３とホルダー４ａとが係合される様子を示す。トップカバー３に対して下方からホルダー４ａが係合され、トップカバー３とホルダー４ａとの間に回路基板９が収納される。この発明の第１の実施形態では、機械的係合手段によりトップカバー３とホルダー４ａとを係合している。すなわち、図１０に示すように、トップカバー３に係止用の穴１５ａおよび１５ｂが形成され、穴１５ａに対してホルダー４ａの突起１３ａの先端部に形成されたフック１６ａが入り込み、穴１５ｂに対してホルダー４ａの突起１３ｂの先端部に形成されたフック１６ｂが入り込むことにより、トップカバー３とホルダー４ａとが係合される。

そして、図１１において矢印Ｒで示すように、係合されたトップカバー３およびホルダー４ａ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９が垂直に位置することになる。この場合、回路基板９がトップカバー３とホルダー４ａとによって狭持されており、外部に露出していないので、回路基板９に触れずに回転させることができる。

その後、係合したトップカバー３およびホルダー４ａが電池セル２に収納され、樹脂充填孔１２ａからホットメルト樹脂が充填される。充填されたホットメルト樹脂により、回路基板９が保持され、さらに機械的強度が向上される。

図１２において、参照符号４ｂは、ホルダーの第２の例を示す。ホルダー４ｂは、長手方向に対して直交する面を有する基板支持突起１４ｂが一体形成され、さらに基板支持突起１４ｂの先端部が先細となるような台形状に形成されている。こうすることにより、ホットメルト樹脂の流れに対して基板支持突起の抵抗が少なくなるため、樹脂の充填性を向上することができる。

次に、この発明の第１の実施形態の第３の例について説明する。第３の例としてのホルダー４ｃは、図１３に示すように、ホルダーの両端の突起から長手方向に延出部１７ａおよび１７ｂが設けられたものである。第３のホルダー４ｃによって、ホットメルト樹脂の充填性をより向上させることができる。

すなわち、トップカバー３とホルダー４ｃとを係合した場合、延出部１７ａおよび１７ｂがトップカバー３の樹脂充填孔１２ａおよびガス抜き孔１２ｂとに対向する。図１４は、トップカバー３とホルダー４ｃとを係合した場合の樹脂充填孔１２ａ近傍を、ホルダー側から見た斜視図である。図１４に示すように、ホルダー４ｃの延出部１７ａがトップカバー３の樹脂充填孔１２ａを覆うように嵌合するため、ホットメルト樹脂を充填する際に流れを単一化し、樹脂の充填性が向上する。

また、延出部１７ａおよび１７ｂを設けることにより、樹脂充填孔１２ａやガス抜き孔１２ｂから金属ピン等を差し込まれた場合においても、電池素子６との接触を抑制するため、短絡等の事故を防ぐことができる。

なお、基板支持突起は、必要に応じて複数設けてもよい。例えば、図１５に示すように、基板支持突起１４ａ、１４ｂを複数設けることで、より確実に回路基板９を支持することができる。

以下、実施例により、この発明の第１の実施形態および第１の実施形態の変形例に適用可能なホルダーについて、具体的に説明する。

図８、図１２および図１３、に示すホルダー４ａ〜４ｃに加え、図１６に示すホルダー４ｄおよび図１７に示すホルダー４ｅを作製し、各ホルダーを用いた電池パック１をそれぞれ５０個製造し、この電池パック１の落下試験を実施した。落下試験は、電池パック１をコンクリート上１．５ｍからトップカバー３側を下方に向けた状態で落下させ、回路基板９の異常およびトップカバー３と外装材との剥離の度合いを確認することとした。

実施例１
図８に示すように、中央部に切欠が設けられた突起１３ａおよび１３ｂが両端に設けられ、さらに、中央近傍には、長手方向に対して平行な方向に面を有する基板支持突起１４ａが形成されたホルダー４ａを作製した。

実施例２
図１２に示すように、基板支持突起１４ａの代わりに、長手方向に対して直交する面を有し、先端部が先細となるような台形状に形成された基板支持突起１４ｂを設ける以外は、実施例１と全て同様にしてホルダー４ｂを作製した。

実施例３
図１３に示すように、ホルダーの両端の突起から長手方向に延出部１７ａおよび１７ｂを設ける以外は、実施例２と全て同様にしてホルダー４ｃを作製した。

比較例１
図１６に示すように、基板支持突起１４ａの代わりに、長手方向に対して直交して直方形の面を有する基板支持突起１４ｃを設ける以外は、実施例１と全て同様にしてホルダー４ｄを作製した。

比較例２
図１７に示すように、突起１３ａおよび１３ｂの代わりに、両端に突起１３ａ’および１３ｂ’を設け、さらに、基板支持突起１４ａの代わりに、長手方向に対して直交して直方形の面を有する基板支持突起１４ｃを設ける以外は、実施例１と全て同様にしてホルダー４ｅを作製した。

以下の表１に、落下試験の結果を示す。

回路異常数は、回路基板９に異常が認められた個数を示す。状態は、トップカバー３が変形した個数を示し、さらにトップカバー３と外装材との剥離の度合いによって、状態Ａ〜状態Ｃに分類している。状態Ａは、トップカバー３が外れた場合を含めて剥離が外周の３／４以上であった個数を示す。状態Ｂは、トップカバー３の剥離が外周の１／２以上３／４未満であった個数を示す。状態Ｃは、トップカバー３の剥離が外周の１／２未満であった個数を示す。表１に示す「＊／５０」は、各ホルダーを用いた電池パックをそれぞれ５０個製造し、落下試験を５０回連続して行った後に回路基板異常または状態Ａ〜状態Ｃとなった個数を示す。例えば、ホルダー４ａ〜ホルダー４ｄを用いた電池パックの場合、回路基板異常となったものは無く、ホルダー４ｅを用いた電池パックの場合は、５０個中７個の電池パックに回路異常が認められたことを示す。また、例えば、ホルダー４ａを用いた電池パックを５０回落下させた場合、トップカバー３と外装材との剥離の度合いが状態Ａのものは無く、状態Ｂのものが５０個中６個、状態Ｃのものが５０個中４４個であることを示す。

落下試験の結果、実施例１のホルダー４ａを用いた電池パック１の場合、回路基板９の異常が認められた電池パックはなく、また、トップカバー３の剥離についても、状態Ａに分類されるような剥離が認められるものはなかった。実施例２のホルダー４ｂおよび実施例３のホルダー４ｃを用いた電池パック１の場合、回路基板９の異常が認められるものはなかった。また、トップカバー３の剥離については、それぞれ状態Ａの剥離が認められる電池パックが１個または数個確認されたが、それ以外については、比較的小規模の剥離であった。

比較例１のホルダー４ｄを用いた電池パック１の場合、回路基板９の異常は認められなかったが、トップカバー３の剥離の度合いは、ホルダー４ａ〜ホルダー４ｃを用いた電池パックに比べて大きかった。比較例２のホルダー４ｅを用いた従来の電池パック１の場合、回路基板９の異常が認められる電池パックが確認された。また、落下試験で用いられた５種類のホルダーのうち、ホルダー４ｅを使用した場合、トップカバー３の剥離の度合いが最も大きかった。

上述した５種類のホルダーを用いた電池パックをそれぞれ分解し、電池パックの内部を調査したところ、ホルダー４ｅを使用した電池パックは、内部に樹脂が十分充填されておらず、大きな空洞部分が存在しているものが多数あることが確認された。

（２）第２の実施形態
次に、この発明の第２の実施形態による電池パックについて説明する。上述の第１の実施形態では、トップカバーの係止用の穴とホルダーのフックとを用いてトップカバーとホルダーとを係合させるとともに、トップカバーの樹脂充填孔から内部へホットメルト樹脂を注入することによって、回路基板を固定するようにしている。つまり、ホットメルト樹脂注入前のトップカバーおよびホルダーによる回路基板の保持状態によって、トップカバーの開口面から回路基板の接点部までの端子深さが決定されることになる。

しかしながら、係止用の穴、フックおよび回路基板の寸法公差に偏りがあった場合は、ホルダーによる回路基板の固定はゆるくなるため、端子深さが規定値よりもさらに深くなることが考えられる。また、フックを用いて固定しているため、フックのクリアランス分で回路基板を保持する効果が薄れることも考えられる。

そこで、この発明の第２の実施形態では、回路基板をより確実に固定することができるトップカバーおよびホルダーを適用している。以下、この発明の第２の実施形態による電池パックについて、概略的に説明する。

［正極］
正極５１は、正極活物質を含有する正極活物質層５１ａが、正極集電体５１ｂの両面上に形成されてなる。正極集電体５１ｂとしては、例えばＡｌ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。なお、正極５１については、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

［負極］
負極５２は、負極活物質を含有する負極活物質層５２ａが、負極集電体５２ｂの両面上に形成されてなる。負極集電体５２ｂ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。なお、負極５２については、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

［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。なお、電解質については、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

［セパレータ］
セパレータは、例えばＰＰあるいは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。なお、セパレータについては、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

［電池セルの作製］
電池素子６は、電池素子６を収納するために予め金型で所定の形状に絞り加工を施された軟質ラミネートフィルム８ａと、絞り加工部の開口面を覆うように配置される硬質ラミネート材８ｂとによって封入される。そして、硬質ラミネート材８ｂの両端を軟質ラミネートフィルム８ａの絞り加工部の底面外側へ向けて折り曲げ、絞り加工部の底面外側に熱溶着して構成される。なお、電池セルの作製工程については、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

［電池パックの作製］
電池セル２の一方（トップ側）の端面から導出された正極端子７ａおよび負極端子７ｂに対して回路基板３０が抵抗溶接、超音波溶接等によって固着される。回路基板３０には、温度保護素子を含む保護回路や電池パックを識別するためのＩＤ抵抗等がマウントされている。また、回路基板３０上には、複数例えば３個の接点部１０が形成されている。なお、回路基板にマウントされている回路の機能については、上述の第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

ボトムカバー５は、別行程の射出成型等によって製造された樹脂モールド品で、回路基板３０を収納したトップカバー２０ａが嵌合される硬質外装材の一開口部とは反対側の開口部に嵌合される。

図１８は、この発明の第２の実施形態に適用可能なトップカバー２０ａの一例の外観を示す斜視図である。トップカバー２０ａは、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。図１８に示すように、トップカバー２０ａの両端近傍には、上面の内側から開放面側に向かって接合用ボス２１ａおよび２１ｂが形成されている。この接合用ボス２１ａおよび２１ｂは、例えば中空円柱状をなしており、トップカバー２０ａと後述するホルダー２５ａとを接合するためのものである。このとき、接合用ボス２１ａおよび２１ｂの外形寸法は、例えば、φ１ｍｍ〜２ｍｍ程度の範囲とすると好ましい。

また、トップカバー２０ａの両端には、嵌合用の側壁２２ａおよび２２ｂが形成される。さらに、トップカバー２０ａの長手方向の側面には、ホルダー２５ａとの嵌合時に用いられる係止用穴２４ａおよび２４ｂが設けられている。

図１９は、この発明の第２の実施形態に適用可能なホルダー２５ａの一例の外観を示す斜視図である。ホルダー２５ａは、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。ホルダー２５ａの両端近傍には、嵌合用穴２６ａおよび２６ｂが設けられている。この嵌合用穴２６ａおよび２６ｂは、ホルダー２５ａとトップカバー２０ａとを嵌合させた際に、トップカバー２０ａの接合用ボス２１ａおよび２１ｂが貫通するようになっている。また、ホルダー２５ａの長手方向の側面には、トップカバー２０ａとの嵌合時に用いられるフック２７ａおよび２７ｂが設けられている。

図２０は、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが嵌合される様子を示す斜視図である。なお、通常は、回路基板３０に電池セル２の電極端子７ａおよび７ｂが接続された状態で、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａを嵌合させるが、ここでは説明を簡単にするため、回路基板３０が電極端子７ａおよび７ｂと接続されていない状態で説明する。

トップカバー２０ａの開放面側から回路基板３０が挿入され、さらに、トップカバー２０ａの開放面側からホルダー２５ａが嵌合されることにより、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間に収納される。

回路基板３０は、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間に収納される際に、基板の両端がボス２１ａおよび２１ｂと接触しないような形状となっている。そして、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが嵌合される際に、ホルダー２５ａにより回路基板３０の両端が固定されるようになっている。

トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間に回路基板３０が収納された後、機械的係合手段によりトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａが係合される。すなわち、トップカバー２０ａの係止用穴２４ａに対してホルダー２５ａのフック２７ａが入り込み、係止用穴２４ｂに対してフック２７ｂが入り込むことにより、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが係合される。

また、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが嵌合されると、図２１に示すようにトップカバー２０ａに設けられたボス２１ａおよび２１ｂがホルダー２５ａの嵌合用穴２６ａおよび２６ｂを貫通する。このとき、接合用ボス２１ａおよび２１ｂがホルダー２５ａの底面から、例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度突出するようにすると好ましい。

図２２は、図２１の点線Ｘ−Ｘ’で示すように、長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面図である。トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａが嵌合されると、図２２Ａに示すように、トップカバー２０ａに設けられたボス２１ａおよび２１ｂは、嵌合用穴２６ａおよび２６ｂを貫通し、ホルダー２５ａの上に突出する。そして、図２２Ｂに示すように、回路基板３０がトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａに密着するように固定された状態において、例えばインパルスウェルダーでボス２１ａおよび２１ｂの先端を溶解させることにより、ボス２１ａおよび２１ｂの先端がほぼ半球形状となり、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが接合される。こうすることにより、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間に収納された回路基板３０が確実に固定される。

そして、第１の実施形態と同様に、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａを電池セル２に収納するために、嵌合されたトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａを手または治具によって反時計方向に９０°回転させる。

次に、ホルダー２５ａと嵌合したトップカバー２０ａを電池セル２に収納し、治具にて全長を押さえ、トップカバー２０ａの熱溶着を行う。すなわち、銅などの金属からなるヒータブロックを外装材のトップカバー側の端の近傍に上下から押し当て、トップカバー２０ａの周面と、硬質ラミネート材の内面のポリプロピレン層とを熱溶着する。

このように、回路基板３０がトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａと密着するように固定され、回路基板３０の寸法公差、フック２７ａ、２７ｂおよび、係止用穴２４ａ、２４ｂのクリアランスを吸収できる構造とすることにより、トップカバー２０ａの開口面から回路基板３０の接点部１０までの端子深さをほぼ一定にすることができる。

また、トップカバー２０ａを溶着させることにより電池セル２とトップカバー２０ａとを接合しているので、溶着部分の接合強度が高く、ホットメルト樹脂を注入することなく回路基板３０を確実に固定することができる。

さらに、トップカバー２０ａの両端近傍を溶着することにより接合しているので、トップカバー２０ａにそりがあった場合でも、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとを嵌合させることによってそりを抑制することができる。

次に、この発明の第２の実施形態の第１の変形例について説明する。この第２の実施形態の第１の変形例としてのトップカバー２０ｂは、図２３に示すように、嵌合用の側壁２２ａおよび２２ｂに、トップカバー２０ｂを電池セル２に固定するための抜け防止用突起２３ａおよび２３ｂが設けられたものである。

上述の第２の実施形態と同様にトップカバー２０ｂとホルダー２５ａとを嵌合し、電池セル２に収納する場合、図２４Ａに示すように、トップカバー２０の端部と電池セル２の外装材の端部とにおけるカーブ形状には差が設けられており、トップカバー２０ｂの嵌合前において、トップカバー２０の抜け防止用突起２３ａおよび２３ｂが外装材と重なるようにされている。トップカバー２０を電池セル２に収納する際には、圧入することにより、図２４Ｂに示すように、電池セル２の外装材が押し広げられるようにしてトップカバー２０が固定される。

なお、この場合、抜け防止用突起２３ａの最も凸となる部分と電池セル２の外装材とは、例えば０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度重なるようにすると好ましい。

このように、トップカバー２０ｂおよびホルダー２５ａを電池セル２に圧入して収納することにより、収納時の接合強度を向上させることができる。

次に、この発明の第２の実施形態の第２の変形例について説明する。この第２の実施形態の第２の変形例では、トップカバーと電池セルの外装材との熱溶着を行う際に、トップカバーとともにホルダーも熱溶着するようにした。

図２５は、この第２の実施形態の第２の変形例に適用可能なホルダーの一例の外観を示す。ホルダー２５ｂの側面には溶着部２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄが設けられ、トップカバー２０ａとホルダー２５ｂとが嵌合された場合に、トップカバー２０ａの側面とホルダー２５ｂの溶着部２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄとがほぼ同一の高さとなるように形成されている。なお、ホルダー２５ｂの左手側には、嵌合用穴２６ａが設けられているが、図２５においては図示しない。

図２６は、ホルダー２５ｂを用いた場合において、電池セル２にトップカバー２０ａおよびホルダー２５ｂを収納した際の嵌合用穴２６ａ部分の断面図である。嵌合されたトップカバー２０ａおよびホルダー２５ｂを電池セル２に収納すると、トップカバー２０ａの側面が電池セル２の外装材に接触するとともに、点線の円で示す部分のように、ホルダー２５ｂの溶着部２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄが外装材と接触する。そして、上述の第２の実施形態と同様に熱溶着を行うことにより、トップカバー２０ａが熱溶着されるとともに、ホルダー２５ｂの溶着部２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄが熱溶着される。

このように、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ｂを電池セル２の外装材に熱溶着することにより、外装材との接合強度を向上させるとともに、落下時などにおけるトップカバー側の変形を抑制することができる。

（３）第３の実施形態
次に、この発明の第３の実施形態による電池パックについて説明する。この第３の実施形態では、より密封性の高い電池セルに上述の第２の実施形態によるトップカバーおよびホルダーを用いるようにした。

図２７は、この発明の第３の実施形態による電池パック４０の外観を示す。この電池パック４０は、外装材としての硬質ラミネートフィルム４１に発電要素を収容し、両端開口部に樹脂成型カバーであるトップカバー２０ａおよびボトムカバー４３を嵌合したものであり、必要に応じて製品ラベル４６が設けられている。なお、図２７において、上述した第１および第２の実施形態と共通する部分には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図２８は、この発明の第３の実施形態による電池セル４５の一例の構成を示す。電池パック４０は、電池素子が軟質ラミネートフィルムで外装された発電要素５０と、回路基板３０と、トップカバー２０ａおよびボトムカバー４３から構成されており、発電要素５０が硬質ラミネートフィルム４１で被覆されて電池セルとされている。

トップカバー２０ａは、正極および負極が導出されるトップ部に設けられ、電池セルの開口部に嵌合される樹脂成型カバーである。トップカバー２０ａには、さらにホルダー２５ａが嵌合され、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間には回路基板３０が配置される。また、ボトムカバー４３は、電池のボトム部に設けられ、電池セル４５の開口部に嵌合される樹脂成型カバーである。トップカバー２０ａおよびボトムカバー４３は、電池セル４５の開口部に嵌合した後、熱溶着等で電池セル４５に接着される。

回路基板３０は、保護回路が予めマウントされており、発電要素５０から導出された正極端子および負極端子と保護回路とが抵抗溶接、超音波溶接等で接続されている。保護回路は、ＰＴＣ素子やサーミスタ等、電池が高温となった場合に電池の電流回路を遮断する温度保護素子を有する。なお、回路基板３０については、上述の第１および第２の実施形態と同様のものを用いることができるため、詳細な説明を省略する。

以下、電池パック４０の構成について説明する。

［発電要素の作製］
上述の第１の実施形態と同様にして作製された電池素子６を軟質ラミネートフィルム８ａにて外装し、成型することにより、図２９で示すような発電要素５０を作製する。

軟質ラミネートフィルム８ａは、参照符号６１で示される金属箔が、外装層６２およびシーラント層６３に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。なお、軟質ラミネートフィルム８ａは、第１の実施形態と同様に、図５で示す構成のラミネートフィルムを用いることができるため、詳細な説明を省略する。

図３０に示すように、軟質ラミネートフィルム８ａは深絞りにより凹部５７ａを形成し、この凹部５７ａに電池素子６を収容した後、軟質ラミネートフィルム８ａを折り返して軟質ラミネートフィルム８ａが凹部５７ａの開口部を覆うようにする。次いで、電池素子６の周辺部の、折り返し辺を除く三辺を減圧下で熱溶着することにより封止して、発電要素５０とする。

電解液を用いた電池の場合は、このときに電解液を注液する。まず、電池素子の周辺部の、折り返し辺を除く二辺を熱溶着した後、残る開口部から所定量の電解液を注液し、最後にこの開口部を熱溶着することにより、発電要素が得られる。

発電要素５０は、後の製造工程を考慮して、正極端子７ａおよび負極端子７ｂの導出辺であるトップ部の不必要な部分をトリミングにより削除してもよい。図３１Ａおよび図３１Ｂに示すように、参照符号Ｐの線に沿ってトリミングを施すことにより、例えばトップカバーと軟質ラミネートフィルムとの干渉を減少させることができる。

［電池セルの作製］
このようにして作製した発電要素５０を硬質ラミネートフィルム４１で外装し、電池セル４５を作製する。まず、硬質ラミネートフィルム４１の構成について説明する。

図３２に示すように、硬質ラミネートフィルム４１は、参照符号７１で示される金属箔が、樹脂フィルムからなる外装層７２および樹脂フィルムからなるシーラント層７３に挟まれ、さらにシーラント層７３上に、熱接着層７４を有する、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。

金属層７１は、硬質の金属材料が用いられ、アルミニウム、ステンレスあるいは銅、チタン、ブリキ、トタン、ニッケルメッキを施した鉄等を材料として適宜用いることができる。中でも、アルミニウム（Ａｌ）およびオーステナイト系ステンレスが最も好適であり、特に３００３−Ｈ１８、３００４−Ｈ１８、１Ｎ３０−Ｈ１８等のアルミニウム、もしくはＳＵＳ３０４等のステンレスを用いるのが好ましい。また、金属層７１と外装層７２および金属層７１とシーラント層７３のそれぞれは、接着層７５および７６を介して貼り合わされている。接着層７５は、必要に応じて省いてもよい。

外装層７２には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、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）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である

シーラント層７３は、熱や超音波で溶け、互いに溶着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（Ｎｙ）の他、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。

熱接着層７４は、別に接着用部材を設けることなく、軟質ラミネートフィルム８ａで外装された発電要素５０と硬質ラミネートフィルム４１とを接着するためのものである。熱接着層７４としては、軟質ラミネートフィルム８ａの外装層として用いられるＮｙ，ＰＥＴ、ＰＥＮ等との接着性に優れ、その溶融温度が電池素子に影響を与えない程度である樹脂材料が用いられる。また、熱接着層７４は、シーラント層７３に用いる材料よりも低い融点の樹脂材料を用いる。

具体的には、エチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）、酸変成したポリプロピレン、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、アクリル酸エチルコポリマー、アクリル酸メチルコポリマー、メタクリル酸コポリマー、メタクリル酸メチルコポリマー、ポリアクリロニトリル、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、アイオノマーが使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。熱接着層７４は、これら材料をフィルム状として貼り合せる方法、熱により溶融した樹脂材料（ホットメルト樹脂）を塗布し、冷却する方法、ホットメルト樹脂を溶剤で希釈し、塗布後、溶剤を乾燥させる方法等を用いることができる。

このような硬質ラミネートフィルム４１において、熱接着層７４は、１〜５μｍ程度の厚さで設けられる。また、金属層７１は、電池パック４０の最外装に用いて電池パック４０の強度を保持するという機能を有することから、５０〜１００μｍ程度の厚さで用いられる。また、外装層７２は９〜１５μｍ程度、シーラント層７３は２５〜３５μｍ程度の厚さで用いられる。

シーラント層７３は、後にトップカバー２０およびボムカバー４３を熱溶着する際に溶着層として用いられる。このため、トップカバー２０ａおよびボトムカバー４３と接着性のよい樹脂材料が選択される。また、シーラント層７３は、硬質ラミネートフィルム４１を発電要素５０に接着する際のクッション機能も有する。すなわち、発電要素５０の外装材である軟質ラミネートフィルム８ａと、硬質ラミネートフィルム４１を、熱接着層７４を介して熱溶着する際、ラミネートフィルムそれぞれが表面に微細な凹凸を有していることから接着性に優れない場合が生じる。２５〜３５μｍ程度の厚さを有するシーラント層７３が設けられていることにより、シーラント層７３がクッションの役割を果たし、表面の微細な凹凸を有するラミネートフィルム同士を良好に接着させることができる。

このような硬質ラミネートフィルム４１からなる外装材を、発電要素５０に接着する。まず、図３３Ａに示すように、発電要素５０を包みこむようにして硬質ラミネートフィルム４１を曲げ、発電要素５０の上面で硬質ラミネートフィルム４１の端部が合うように外装する。次いで、発電要素５０の上面および底面からヒータブロックをあて、熱接着層７４の樹脂材料が溶融する程度の温度で加圧しながら加熱する。熱接着層７４の樹脂材料は溶融されて接着剤となり、硬質ラミネートフィルム４１と発電要素５０とを接着する。これにより、断面を図３３Ｂに示す電池セル４５が作製される。

ヒータブロックの温度は熱接着層７４の樹脂材料により変化するが、熱接着層７４の樹脂材料の溶融温度以上であり、シーラント層７３に用いた樹脂材料の溶融温度よりも低い温度とする。これにより、シーラント層７３の樹脂材料を溶融させることなく、熱接着層７４の樹脂材料のみを溶融させ、接着することができる。

また、加熱温度が１２０℃を超える場合、電池素子６に影響を与えることが考えられる。例えば電池素子６に用いられるセパレータ５３ａおよび５３ｂは、ポリエチレン（ＰＥ）を用いることが多いが、ＰＥの融点が１２０℃程度であることから安全性や電池機能の低下を引き起こすことが考えられる。これより、ヒータブロックの温度は、１１０℃程度を上限として加熱する。

なお、硬質ラミネートフィルム４１は図３３で示すような構成だけでなく、図３４〜図３７に示すような構成としてもよい。

図３４Ａおよび図３４Ｂは、硬質ラミネートフィルム４１を、発電要素５０の底面部を覆うように設けて電池セル４５とした構成であり、電池セル４５の上面部に硬質ラミネートフィルム４１の合わせ目が設けられる。なお、図３３の電池セルは、サイド部を丸くなるように成型しているのに対し、図３４の電池セルは断面が略長方形形状となるようになされている。

図３５Ａおよび図３５Ｂは、硬質ラミネートフィルム４１を、発電要素５０の一方のサイド部を覆うように設けて電池セル４５とした構成であり、電池セル４５の一方のサイド部に硬質ラミネートフィルム４１の合わせ目が設けられる。

図３６Ａおよび図３６Ｂは、２枚の硬質ラミネートフィルム４１を、発電要素５０の両サイド部を覆うように設けて電池セル４５とした構成であり、電池セル４５の上面部および底面部に硬質ラミネートフィルム４１の合わせ目が設けられる。

図３７Ａおよび図３７Ｂは、２枚の硬質ラミネートフィルム４１を、発電要素５０の上面部および底面部をそれぞれ覆うように設けて電池セル４５とした構成であり、電池セル４５の両サイド部に硬質ラミネートフィルム４１の合わせ目が設けられる。

［電池パックの作製］
次いで、回路基板３０を正極端子７ａおよび負極端子７ｂと接続する。所定の形状に成型された電池セル４５のトップ部から導出された正極端子７ａおよび負極端子７ｂと、回路基板３０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。電池セル４５と接続された回路基板３０は、あらかじめ成型されたトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａの間に挿入される。なお、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａは、図１８および図１９に示すものと同様であるので、詳細な説明は省略する。

トップカバー２０ａは、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。トップカバー２０ａの両端近傍には、接合用ボス２１ａおよび２１ｂが形成されている。また、トップカバー２０ａの両端には、嵌合用の側壁２２ａおよび２２ｂが形成される。さらに、トップカバー２０ａの長手方向の側面には、ホルダー２５ａとの嵌合時に用いられる係止用穴２４ａおよび２４ｂが設けられている。

ホルダー２５ａは、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。ホルダー２５ａの両端近傍には、嵌合用穴２６ａおよび２６ｂが設けられている。また、ホルダー２５ａの長手方向の側面には、トップカバー２０ａとの嵌合時に用いられるフック２７ａおよび２７ｂが設けられている。

次に、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａの嵌合方法について、概略的に説明する。なお、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａの嵌合方法は、図２０〜図２２に示すものと同様であるので、詳細な説明は省略する。

トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間に回路基板３０が収納された後、トップカバー２０ａに係止用穴２４ａに対してホルダー２５ａのフック２７ａが入り込み、係止用穴２４ｂに対してフック２７ｂが入り込むことにより、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが係合される。

また、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが係合されると、トップカバー２０ａに設けられたボス２１ａおよび２１ｂがホルダー２５ａの嵌合用穴２６ａおよび２６ｂを貫通し、ホルダー２５ａの上に突出する。そして、回路基板３０がトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａに密着するように固定された状態において、例えばインパルスウェルダーでボス２１ａおよび２１ｂの先端を溶解させることにより、ボス２１ａおよび２１ｂの先端がほぼ半球形状となり、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとが接合され、トップカバー２０ａとホルダー２５ａとの間に収納された回路基板３０が確実に固定される。

そして、第１の実施形態と同様に、トップカバー２０ａおよびホルダー２５ａを電池セル２に収納するために、嵌合されたトップカバー２０ａおよびホルダー２５ａを手または治具によって反時計方向に９０°回転させ、正極端子７ａおよび負極端子７ｂが電池セル４５内で屈曲するようにして電池セル４５のトップ部の開口部にホルダー２５ａが嵌合されたトップカバー２０ａを嵌合する。

次いで、ヒータヘッドによりトップカバー２０ａと電池セル４５との嵌合部を加熱し、トップカバー２０ａと電池セル４５とを熱溶着する。このとき、ヒータヘッドの温度は、電池セル形成時よりも高く、シーラント層７３の樹脂材料の溶融温度以上とされ、トップカバー２０ａは、熱接着層７４ではなくシーラント層７３と接着される。

硬質ラミネートフィルム４１と発電要素５０とを接着する際に加熱された熱接着層７４は、トップカバー２０ａが嵌合される際にトップカバー２０ａで押され、電池セル４５の奥に移動する。上述のとおり、熱接着層７４にはシーラント層７３に比して低い溶融温度の樹脂材料を用いているため、硬質ラミネートフィルム４１と発電要素５０との接着の際には、熱接着層７４のみが溶融することになる。このため、トップカバー２０ａと接着するために用いるシーラント層７３を移動させることなく、熱接着層７４を移動でき、シーラント層７３を露出させることができる。

続いて、電池セル４５のボトム部にボトムカバー４３を嵌合し、ヒータヘッドによりボトムカバー４３と電池セル４５との嵌合部を加熱してボトムカバー４３と電池セル４５とを熱溶着する。この場合もトップカバー２０ａの場合と同様に、ボトムカバー４３が嵌合される際に熱接着層７４がボトムカバー４３で押されて電池セル４５奥に移動し、露出したシーラント層７３とボトムカバー４３とが接着される。

このとき、必要に応じて発電要素５０とボトムカバー４３との間隙に接着剤もしくはホットメルト樹脂を注入してもよい。この場合、予めボトムカバー４３に接着剤・ホットメルト樹脂の注入口を設けておく。また、トップカバー２０ａとボトムカバー４３の嵌合および熱溶着工程を同時に行ってもよい。

また、ボトムカバー４３は予め成型された部材を用いるだけでなく、電池セル４５を金型に設置し、ボトム部にホットメルト樹脂を流し込むことにより、電池セル４５と一体に成型する方法を用いることも可能である。

このように、金属層７１の内側に、シーラント層７３としてトップカバー２０ａおよびボトムカバー４３と接着性のよい樹脂材料を設け、さらにシーラント層７３の内側に硬質ラミネートフィルム４１の外装層６２と接着性がよく、シーラント層７３よりも融温度のい樹脂材料を用いた熱接着層７４を設けることにより、発電要素５０と硬質ラミネートフィルム４１、電池セル４５とトップカバー２０ａおよびボトムカバー４３をそれぞれ良好に接着することができる。このため、破損しにくい電池パック４０構成となる。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述したこの発明の第１、第２および第３の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

この発明の第１の実施形態における電池パックの一例の構成を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態における電池素子の一例の構成を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態における電池素子を被覆する外装材の形状の一例を示す展開図である。この発明の第１の実施形態におけ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。この発明の第１の実施形態による軟質ラミネートフィルムの構成を示す断面図である。この発明の第１の実施形態において、電池セルに回路基板が接続された状態を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態において、電池セルにトップカバーが取り付けられる様子を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態におけるホルダーの第１の例を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態において、トップカバーとホルダーとが嵌合される様子を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態におけるトップカバーとホルダーの嵌合部の詳細を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態において、トップカバーとホルダーとを電池セルの端面の開口へ挿入する様子を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態におけるホルダーの第２の例を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態におけるホルダーの第３の例を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態において、トップカバーとホルダーとを係合した場合の樹脂充填孔近傍を、ホルダー側から見た拡大図である。基板支持突起を複数設けた場合のホルダーの形状の一例を示す斜視図である。ホルダーの形状の一例を示す斜視図である。従来の電池パックに用いられるホルダーの形状の一例を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態に適用可能なトップカバーの一例の外観を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態に適用可能なホルダーの一例の外観を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態に適用可能なトップカバーとホルダーとが嵌合される様子を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態に適用可能なトップカバーとホルダーとが嵌合された状態を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態に適用可能なトップカバーとホルダーとが嵌合された状態におけるボス近傍を、長手方向に対して垂直な面で切断した場合の断面図である。この発明の第２の実施形態の第１の変形例に適用可能なトップカバーの外観の一例を示す斜視図である。嵌合時における電池セルおよびトップカバーの端部を示す略線図である。この発明の第２の実施形態の第２の変形例に適用可能なホルダーの一例の外観を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態の第２の変形例に適用可能なホルダーを用いた場合において、電池セルにトップカバーおよびホルダーを収納した際の断面図である。この発明の第３の実施形態による電池パックの一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による電池パックの一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による発電要素の一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による発電要素の一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による発電要素の一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による硬質ラミネートフィルムの構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による電池セルの一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による電池セルの一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による電池セルの一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による電池セルの一例の構成を示す略線図である。この発明の第３の実施形態による電池セルの一例の構成を示す略線図である。

符号の説明

１、４０電池パック
２、４５電池セル
３、２０ａ、２０ｂトップカバー
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、２５ａ、２５ｂホルダー
５ボトムカバー
６電池素子
７ａ正極端子
７ｂ負極端子
９、３０回路基板
１２ａ樹脂充填孔
１２ｂガス抜き孔
１３ａ、１３ｂ、１３ｂ’ 突起
１４ａ、１４ｂ、１４ｂ’、１４ｃ基板支持突起
１７ａ、１７ｂ延出部
２１ａ、２１ｂ接合用ボス
２３ａ、２３ｂ抜け防止用突起
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ溶着部
５０発電要素

Claims

二次電池の電池素子を有する電池パックにおいて、
両端に第１および第２の開口を有する硬質の外装内に電池素子が収納され、
上記第１の開口に第１のカバーが設けられ、
上記第２の開口に第２のカバーが設けられ、
上記電池素子のリードと回路基板とが互いに接合され、
上記第１のカバーは、機械的係合手段で嵌合されるトップカバーとホルダーとからなり、
上記回路基板は、上記トップカバーと上記ホルダーとの間に収納され、
上記トップカバーは、上記電池素子と上記第１のカバーとの間の空間に樹脂を充填するための樹脂充填孔を有し、
上記ホルダーは、両端にそれぞれ突起が形成され、該突起の中央部分に切欠部が設けられ、さらに中央近傍に上記回路基板側に突出した１または複数の基板支持突起が形成され、
上記電池素子と上記第１のカバーとの間の空間に樹脂が充填されることを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記基板支持突起は、さらに、長手方向に対して平行に面を有する
ことを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記基板支持突起は、長手方向に対して直交する面が設けられ、上記面の先端が先細の台形状とされる
ことを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記ホルダーは、両端の上記突起から長手方向に延出部がそれぞれ形成される
ことを特徴とする電池パック。
二次電池の電池素子を有する電池パックにおいて、
両端に第１および第２の開口を有する硬質の外装内に電池素子が収納され、
上記第１の開口に第１のカバーが設けられ、
上記第２の開口に第２のカバーが設けられ、
上記電池素子のリードと回路基板とが互いに接合され、
上記第１のカバーは、トップカバーとホルダーとからなり、
上記回路基板は、上記トップカバーと上記ホルダーとの間に収納され、
上記トップカバーは、上記ホルダーと結合するためのボスが上記回路基板側の両端にそれぞれ形成され、
上記ホルダーは、上記ボスを貫通させるための穴が両端にそれぞれ形成され、
上記トップカバーの上記ボスが上記ホルダーの上記穴に貫通し、上記ボスの先端を溶解させて上記回路基板を固定する
ことを特徴とする電池パック。
請求項５に記載の電池パックにおいて、
上記トップカバーは、上記第１のカバーを上記第１の開口に固定するための抜け防止用突起を有し、
上記抜け防止用突起によって上記硬質の外装が押し広げられるようにして上記第１のカバーが嵌合される
ことを特徴とする電池パック。
請求項５に記載の電池パックにおいて、
上記ホルダーは、上記第１のカバーを上記第１の開口に固定するための溶着部を有する
ことを特徴とする電池パック。