JP2006344457A - 薄型二次電池とその集合電池及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端子が引き出されて熱シールされる周縁部の加工性を改善することにより、電子機器等に組み込んだ際に容積効率の高い薄型二次電池とその集合電池及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】アルミラミネートシートより形成された外装体内に電池要素を収容し、前記電池要素から正極端子および負極端子を外部へ引き出した薄型二次電池において、前記アルミラミネートシートの周縁部の外側領域を熱シールし、かつ前記周縁部の内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部を熱シールすることにより、前記周縁部の全域を電池要素収納部の外部側面に接するように折り曲げることができる薄型二次電池とその集合電池及びそれらの製造方法を提供する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、携帯用機器などに利用されているリチウムイオン二次電池など多くの種類の中でも特に電池容器として多層のアルミラミネートシートを成形して用いる薄型二次電池において、容積エネルギー効率の優れた薄型二次電池とそれらを集合した集合電池及びそれらの製造方法に関するものである。

ノート型パーソナルコンピューター、携帯電話などの携帯用電子機器の発達に伴い、少しでも長い時間使用でき、小型で軽量、かつエネルギー密度が高い電池の開発が要望されている。特にリチウム二次電池では、円筒形やフィルム形、扁平形などの薄型電池が普及しており、この中で円筒型電池は電極活物質自体のエネルギー密度の向上や電極構成の最密化などによる電池容量のアップが図られている。

しかしながら、外装体にアルミラミネートシートを用いた薄型リチウム二次電池の場合は、円筒型電池に比べて電池性能の向上が十分に図られていない。この理由は、従来の薄型電池は、図５に示されるように熱シールされた周縁部を電池要素が収容された外部側面に接するように折り曲げて電池幅を小さくしているものの、正極及び負極端子が存在する周縁部はそのシール性を確保するために過度に折り曲げることができずに熱シールしたままの平面状態で電池外部へ引き出されており、その無駄となった周縁部上部空間には充放電時の電池電圧制御を行うための電池保護回路などを設けることにより対処しているのが一般的だからである。

このように、電子機器に要求される電圧及び容量を得るためには複数個の薄型電池を直列接続及び／又は並列接続して集合化する必要があるが、限られた容積内に複数個の薄型電池を収容し各電池間を接続した上で最大限の電池容量を得るためには、個々の薄型電池においても外装体容積に占める電池要素の割合をできるだけ大きくすることが求められる。特にシールされた外装体周縁部をコンパクト形状に一体的に処理することが重要となる。

また、薄型電池の集合化に対してもその接続方法により、集合化された電池の厚さ、幅、長さなど、集合電池自体の容積が左右されるため、限られた容積内で電子機器側に求められる特性値を満たすためには、組み込まれる薄型電池自体の構造やそれらの集合方法など、その両面から課題を解決する必要があった。

薄型電池の外装材料には、前述したように、従来の金属缶に代わりより薄形化を目的としたアルミニウム箔と熱シール性樹脂フィルムを積層した多層機能性フィルムからなる外装フィルム材料が使用されている。このような薄型電池を収容するための外装フィルム材料は、プレス加工により形成された矩形状の凹部（四隅の角部は最少曲率（Ｒ）で形成）と、この凹部の上縁部から水平方向に延出された周縁部と蓋部とから構成される。

この外装フィルム材料の凹部には、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極（例えば、コバルト酸リチウムと導電材とバインダーを所定量混合したものをアルミニウム箔の両面に被覆したもの）および負極（例えば、黒鉛と導電材とバインダーを所定量混合したものを銅箔の両面に被覆したもの）と、これらの正極負極間に介在させられるセパレータ（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、アラミド繊維などからなる微多孔性膜または不織布）またはポリマー電解質（又は電解液）が含浸されたセパレータを含み、そして、これらの正極、負極およびセパレータと共に、またはセパレータなしで捲回又は積層することにより形成された電池要素が、電池要素の正極負極のそれぞれに接続された端子を外部へ引き出して収容される。

さらに、前記外装フィルム材料の蓋部は、前記電池要素を凹部に収容し前記正極端子および負極端子を外部に引き出したままの状態で電池要素を密封するように１８０°折り返され、この折り返された周縁部を除く他の３つの周縁部を熱シールすることにより前記電池要素を気密に封止した、エンボスタイプの外装体を用いた薄型電池が作製される。

なお、薄型電池の外装体には、電池要素を収納するための凹部を有する外装フィルム材料と、前記電池要素が収納された外装フィルム材料と対になって蓋をするための外装フィルム材料とに分かれて構成され、電池要素を収容した後、４つの周縁部を熱シールすることにより電池要素を密封する他のエンボスタイプのものや、予め外装フィルムを袋状に形成しておき、これに正極及び負極端子を外部に引き出した状態で電池要素を収容してその口部を熱シールするパウチタイプのものなどがある。

特開２００１−２９７７６４号公報、特開２００２−２４５９８４号公報および特開２００２−１９０２８４号公報には、アルミラミネートシート（外装フィルム材料）を用いて薄型及び軽量化を図ったリチウムイオン電池およびその製造方法が開示されている。

特開２００１−２９７７６４号公報には、正極活物質の組成などを限定することにより高温保存時の膨れを抑制・改善したリチウムイオン電池が開示されており（図１参照）、特開２００２−２４５９８４号公報には、電池外部に引き出された正極及び負極端子間の周縁部のシール性を改善することにより高温状態での電池の密封性を向上させたリチウムイオン電池が開示されている（図１、６、７参照）。また、特開２００２−１９０２８４号公報には、ストッパーにより位置決めされる成型台と両側面成型ローラを有するスライダーを備えた電池の外形寸法成型装置により、電池パッケージのサイドシール部に折り目を入れなくても精度良く成型されるリチウムイオン電池の製造方法が開示されている（図１６、１７参照）。

しかしながら、これらの特許文献に記載されたリチウムイオン電池は、いずれも電池外部へ引き出された正極及び負極端子を含んで熱シールされた周縁部が、前記正極及び負極端子と同一平面を形成しながら電池外部へ引き出されたものであり、このため、突出した周縁部上部空間には無駄なスペースが生じ、また、周縁部と同一平面内に固定された正極及び負極端子の配置により、これらの電池同士を複数個密接させて接続することができないため、これらを組み合わせてコンパクト化された集合電池を作ることが困難であった。

このように、特に電池外部へ引き出された正極及び負極端子を含んで熱シールされた周縁部を電池本体の側面に沿って折り曲げることができず、前記正極及び負極端子と同一平面を形成するように電池外部へ引き出さなければならない理由は、正極及び負極端子を含んで熱シールされた周縁部のシール性を確保する必要があるからである。

すなわち、正極及び負極端子を含んで熱シールされた周縁部は、２枚のアルミラミネートシートとその間に正極又は負極端子を含む層状構造となっており、さらに前記アルミラミネートシートの内部では周縁部の外側領域から電池要素を収容するために形成された凹部上端の内側領域まで熱シール層が形成されているため、かかる周縁部を過度に折り曲げると、各層間で曲率の違いによるズレが生じてしまい、この結果、シール層やアルミニウム層が損傷されて電池のシール性が破壊されてしまうからである。

このような薄型電池を用いた場合、電池外部に正極及び負極端子と一体となって平面上に突出した周縁部の上部空間は電池要素を収容するための有効スペースとして利用することができず、この結果、電池要素が周縁部を含む薄型電池を電子機器等にセットするために必要な空間に占める容積率で約８％の無駄を生じることとなる。換言すれば、薄型電池の電池容量は外装体に収容される電池要素の容積に略比例するから、これらの薄型電池においては、同じ空間をすべて電池要素で埋め尽くすことができる理想形の電池に対して約８％の電池容量の損失が生じていることになる。

一方、特開２００２−１００３３７号公報には、電子機器等に電池をセットするために必要とされる空間を有効利用するために、一対のラミネートシートにより形成された外装体内に電池要素を収容して周縁部を熱シールしたリチウムポリマー二次電池と、これと金属板上に一体的に構成した電池保護回路を含む薄型化及び軽量化された集合電池などが開示されている（図１、２参照）。

しかしながら、このような集合電池においても、電池外部に正極及び負極端子と一体となって平面上に突出した周縁部の上部に生じた無駄な空間は殆ど活用されておらず、また、正極及び負極端子も電池外部に平面上に引き出されているため、集合電池がコンパクトになるように薄型電池を密接させて立体的に積み重ねて接続することは困難であり、図示されているように平面に並べて接続する以外に複数個の薄型電池を集合化させる方法はなかった。

特開２００１−２９７７６４号公報 特開２００２−２４５９８４号公報 特開２００２−１９０２８４号公報 特開２００２−１００３３７号公報

上述したように、電池容器として外装フィルム材料を用いた従来の薄型電池は、端子が引き出されていない熱シールされた周縁部が薄型電池の電池要素が収容された外部側面に沿うように９０°に折り曲げたり、または周縁部を二重に折り返して曲げたりして薄型電池幅を小さくなるようにしているが、正極及び負極端子が引き出されている周縁部は熱シールされたままの平面状態で電池外部へ突出しており、かかる周縁部の上部に生じた無駄な空間は殆ど活用されていない。

また、正極及び負極端子も電池外部に平面上に引き出されているため、薄型電池を密接に積み重ねたり並べたりしながら各電池間を接続し、コンパクト化された集合電池を作製することは容易でない。

そこで、本発明は、従来は鋭角に折り曲げることができなかった、正極及び負極端子が引き出されて熱シールされる周縁部の加工性を改善することにより、電子機器等に組み込んだ際に容積効率の高い薄型二次電池とその集合電池及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る薄型二次電池は、アルミニウム箔、熱シール性樹脂フィルムおよび非熱シール性フィルムなどを有する多層機能性フィルム材料をプレス加工することにより矩形状の凹部を形成した外装フィルム材料と、この外装フィルム材料の凹部に収納される正極、負極および正極負極間に配置された電解質を含むセパレータ（多孔性樹脂フィルム、ポリマーなど）又は固体電解質層を有する、扁平状に捲回又は積層された電池要素と、前記電池要素の正極集電体及び負極集電体のそれぞれ接続され、前記外装フィルム材料の凹部上端から周縁部を通して外部に引き出された正極及び負極端子を備え、前記電池要素は、減圧下で前記正極端子および負極端子を含む外装フィルム材料の周縁部外側領域を熱シールし、かつ前記周縁部内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部を熱シールすることにより密封することで、薄型二次電池の周縁部を鋭角に折り曲げてもシール性や電池の保存性などといった多層機能性フィルム材料の機能性を低下させず、電池寿命の低下をきたさない薄型二次電池を提供するものである。

また、本発明に係る薄型二次電池においては、アルミニウム箔および熱シール性樹脂フィルム、非熱シール性フィルムなどを有する多層機能性フィルム材料からなるアルミラミネートシートを外装体にした薄型二次電池であって、電池要素を収容し減圧密閉したアルミラミネートシートの周縁部の全域を電池要素収納部の外部側面に接するように折り曲げたコンパクトな薄型二次電池を提供するものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、（１）アルミラミネートシートより形成された外装体内に電池要素を収容し、前記電池要素から正極端子および負極端子を外部へ引き出した薄型二次電池において、前記アルミラミネートシートの周縁部の外側領域を熱シールし、かつ前記周縁部の内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部を熱シールすることにより、前記周縁部の全域を電池要素収納部の外部側面に接するように折り曲げることができる薄型二次電池にある。

また、本発明の要旨は、（２）前記熱シールしない内側折り曲げ領域は、前記周縁部の四隅に略円形または矩形状に形成されていることを特徴とする（１）の薄型二次電池にある。

また、本発明の要旨は、（３）前記周縁部は、前記四隅の少なくとも一部においてつづら折りされていることを特徴とする（２）の薄型二次電池にある。

また、本発明の要旨は、（４）前記正極端子および負極端子は、電池要素収納部の外部側面に沿って延伸させられていることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかの薄型二次電池にある。

また、本発明の要旨は、（５）前記電池要素は、リチウム二次電池である（１）ないし（４）のいずれかの薄型二次電池にある。

また、本発明の他の要旨とするところは、（６）前記薄型二次電池の側面および上下面の少なくとも一面同士を接するように積み重ねて並べることにより、複数個の前記薄型二次電池を直列及び／又は並列接続し、一体化したことを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかの薄型二次電池を用いた集合電池にある。

また、本発明の他の要旨は、（７）前記集合電池と該集合電池と接続される電子機器との間で、電気的情報の伝達を行うための電子通信回路基板が一体的に接続されていることを特徴とする（６）の集合電池にある。

また、本発明の他の要旨は、（８）前記集合電池には、電池保護回路が一体的に接続されていることを特徴とする（６）又は（７）の集合電池にある。

また、本発明の他の要旨は、（９）前記電池保護回路は、温度感知により電流回路を遮断するために前記正極端子または負極端子に接続された感熱回路遮断素子か、または前記電池の表面に密接された電圧制御回路内にプリント配線された感熱回路遮断素子であることを特徴とする（８）の集合電池にある。

また、本発明の他の要旨は、（１０）前記電池保護回路は、前記集合電池に収納されている薄型二次電池を完全放電状態にするために接続された電気負荷回路および切替スイッチであることを特徴とする（８）の集合電池にある。

さらに、本発明の他の要旨とするところは、（１１）アルミラミネートシートより形成された外装体内に正極端子および負極端子を外部へ引き出した電池要素を収容し、前記正極端子および負極端子を含むアルミラミネートシートの周縁部の外側領域を熱シールし、かつ前記周縁部の内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部を熱シールすることにより、前記周縁部の全域を電池要素収納部の外部側面に接するように折り曲げることができる薄型二次電池の製造方法にある。

また、本発明の他の要旨は、（１２）前記周縁部は、その内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部の四隅に対応する部分が略円形または矩形状に欠損しているプレス面を有する熱プレスにより熱シールすることを特徴とする（１１）の薄型二次電池の製造方法にある。

本発明によれば、正極及び負極端子が電池外部へ引き出されている熱シールされた周縁部を含めて全ての周縁部を鋭角に折り曲げることができる。その結果、熱シールされた外装フィルム材料の周縁部の全域を電池要素が収容された外装体フィルム内の凹部外部側面に接するように折り曲げることが可能となり、かかる周縁部を折り曲げることができない部分の上部に生じる無駄な空間の形成を排除することができる。

また、本発明は、電池を組み込むために電子機器等内で必要とされる電池収納容積を最小限に留め、電池としての容積効率を高めることができる。

さらに、本発明によれば、正極及び負極端子も電池外部側面に沿うように配置することができるため、薄型電池を密接に積み重ねたり並べたりしながら各電池間を自在に接続すること可能となり、薄型電池を集合化する際にもコンパクト化された集合電池を作製することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る薄型電池について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下に示される実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。

図１には、本発明に使用される１ピース薄型電池外装用のアルミラミネートシート１からなる外装体フィルム材料が示されている。図１は、アルミラミネートシート１に後述される電池要素５を収容する前の状態を示したものであって、所定の寸法に切断された後、その片側約半分の平面領域上に電池要素５を収容するための凹部電池要素収納部２がプレス加工により成形される。

図２には、前記アルミラミネートシート１で外装される電池要素５が示されている。電池要素５は正極及び負極の間にセパレータを介して捲回又は積層された偏平した構造となっており、その正極及び負極からは、それぞれに接続され正極端子３及び負極端子４が電池要素外部に引き出されている。

図３は、前記電池要素５がアルミラミネートシート１上の凹部電池要素収納部２へ収容された状態を示す。電池要素５は、正極端子３及び負極端子４がアルミラミネートシート１の周縁部６から外方へ引き出された状態で凹部電池要素収納部２へ収容される。

電池要素５を収容した後、アルミラミネートシート１の凹部電池要素収納部２が成形されていない残りの片側約半分の平面領域８は、図４に示されるように電池要素５全体を覆い、かつアルミラミネートシート１の縁が重なり合うように折り返し線８ａを中心に１８０°凹部電池要素収納部２側へ折り返され、凹部電池要素収納部２の周りに形造られた周縁部６、７、または場合によっては折り返し線８ａの近傍を熱プレスによって熱シールすることにより、外装体内に電池要素５を密封する。

このとき、アルミラミネートシート１の周縁部６、７は、周縁部６、７の外側領域を熱シールし、かつ周縁部６、７の内側折り曲げ領域（凹部電池要素収納部２の上端部）を熱シールしないように熱シールされる。

また、電解液などを電池要素５に充填する場合は、あらかじめ電池要素５に電解液を含浸させておくか、または周縁部７のうち１つを開口しておき、この開口から電解液を電池要素５に真空含浸した後、減圧下で周縁部７を熱シールすることで電池要素５を真空シールすることができる。また、電解液の代わりにポリマー電解質を用いる場合は、あらかじめ電池要素５の中で硬化させたものを密封することも、密閉した後で外装体の中で硬化させることもできる。なお、シールされた薄型電池を所定の寸法にするためには、熱シールされた周縁部６、７の不要な部分をトムソン刃やプレス金型を用いて切断することにより所定の寸法に仕上げることができる。

図１６は、電池要素５を収納した後、外装フィルム材料（例えばＰＥＴフィルム３３、アルミニウム箔３４、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム３５など７層から構成されるアルミラミネートシート１であるが、マクロ的には３層構成に見える）を熱プレスにより、その周縁部６、７を熱シールした部分の一部拡大断面図であり、その中の図１６ａには、従来の熱シール方法により周縁部６、７を熱シールしたものが示され、図１６ｂには、本発明による薄型二次電池の製造方法により周縁部６、７を熱シールしたものが示されている。

また、図１７には、図１６で示される熱シールされたアルミラミネートシート１の周縁部６、７を電池要素収納部２の外部側面に接するように鋭角に折り曲げた状態の一部拡大断面図が示されている。

従来の熱シール方法により周縁部６、７を熱シールした場合は、図１６ａに示されるように熱シールされた周縁部６、７の熱シール性樹脂フィルム（ポリプロピレンフィルム３５）同士が融着したシール領域Ａが電池要素収納部２の開口部上端のＲ部まで侵入して形成されているため、コーナー部Ｃにおいて図１７ａに示されるように鋭角に折り曲げると、各層間で曲率の違いによるズレが生じてしまい、この結果、特にシール層（ポリプロピレンフィルム３５）やアルミニウム層（アルミニウム箔３４）が破壊されて電池のシール性を損なう。

これに対して、本発明による薄型二次電池の製造方法により周縁部６、７を熱シールした場合は、図１６ｂに示されるように熱シールされた周縁部６、７のシール領域Ｂが電池要素収納部２の開口部上端のＲ部から離れて形成されているため、コーナー部Ｃにおいて図１７ｂに示されるように鋭角に折り曲げても、各層間の曲率の違いにより生じるズレによりシール層やアルミニウム層が破壊されて電池のシール性を損なうことがない。

また、電池要素収納部２の四隅近傍の周縁部６、７は、図１８に示されるような周縁部６、７四隅に対応する部分が略円形又は矩形状に欠損した部分３８を備えているプレス面３６、３７を押し付けることにより、熱シールするのが好ましい。

上記ようなプレス面３６、３７を有する熱プレスで熱シールして、電池要素収納部２の四隅近傍の周縁部６、７に略円形又は矩形状の非熱シール領域を形成しておくと、２枚のアルミラミネートシート１とその間にさらに正極端子３又は負極端子４を含む複雑な層状構造を有する領域や、あとで複雑な変形を伴うつづら折りが施される領域であっても、周縁部６、７の曲げ加工によってシール層やアルミニウム層が破壊されることがないため、電池のシール性を低下させることなく周縁部６、７を鋭角に折り曲げたりつづら折りにすることができるようになる。

図５には、本発明による薄型二次電池の製造方法により熱シールされたアルミラミネートシート１の周縁部７のみを電池要素収納部２の外部側面に接するように折り曲げた状態が示されている。図５に示される薄型二次電池の形状は、従来の熱シール方法により周縁部７を熱シールして折り曲げた場合の薄型二次電池の形状に略同じ（特許文献１〜３参照）であるが、本発明の場合は、周縁部７を鋭角に折り曲げた際の各層間の曲率の違いにより生じるシール層やアルミニウム層の破壊がなくなり、このため、同じような形状であっても電池のシール性、およびその信頼性が大幅に向上される。

図６から図８のそれぞれには、図５に示された薄型二次電池を本発明による薄型二次電池の製造方法にしたがって正極端子３および負極端子４を含む周縁部６の両端部９をつづら折りにし、その周縁部６を電池要素収納部２の外部側面に接するように折り曲げ、さらには電池外部に引き出された正極端子３及び負極端子４を電池要素収納部２の外部側面に沿うように折り曲げた薄型二次電池の製造方法が各工程順に示されている。

図６、７は、本発明による薄型二次電池の製造方法にしたがって正極端子３および負極端子４を含む周縁部６の両端部９をつづら折りにし（図６参照）、前記周縁部６を薄型二次電池の電池要素収納部２の外部側面に接するように折り曲げた状態の該薄型二次電池（図７参照）を示す。

従来の熱シール方法により正極端子３および負極端子４を含む周縁部６、７を熱シールした場合は、２方向に広がる周縁部６、７を１つにまとめるために折り曲げると、中心層にあるアルミニウム層にクラックが生じて水分が電池内部に浸透してしまうため、つづら折りのような複雑でかつ鋭角な曲げを伴う加工を施すことができなかったが、本発明の場合は、周縁部６の両端部９をつづら折りにした際の各層間の曲率の違いにより生じるシール層やアルミニウム層の破壊がなくなるため、電池のシール性を阻害することなく周縁部６の両端部９をつづら折りにすることができる。

なお、一度折り曲げた部分を再度繰り返し曲げ直したりすると、折り曲げ部分には金属疲労が生じてアルミニウム層にクラックが生じ易くなるため、折り曲げられる周縁部６、７と薄型二次電池の電池要素収納部２の外部側面との間には、ゴム系接着剤などを塗布して折り曲げ形状の保持性及び電池のシール性を向上させておくことが好ましい。

さらに、図８に示されるように、電池外部へ引き出されていた正極端子３及び負極端子４は、薄型二次電池の電池要素収納部２の外部側面に沿うように折り曲げられ、本発明による軽量かつコンパクト化された実施例１の薄型二次電池が完成する。この結果、本発明による薄型二次電池は、従来の薄型電池のような電池外部に正極及び負極端子と一体となって平面上に突出した周縁部の上部に生じた無駄な空間を生じさせないため、図８に示されるような、例えば厚さ４ｍｍ、幅３５ｍｍ、長さ５７ｍｍのリチウムイオン電池においては、従来の薄型電池よりも電池長さで５ｍｍ、容積で７．０ｃｍ^３のコンパクト化を図ることができ、さらに、容積エネルギー密度が２８９Ｗｈ／ｌとなって約８．８％の容積エネルギー密度の向上を図ることができる。

図９は、本発明による他の実施態様としての薄型二次電池を示す斜視図であって、一対の外装フィルム材料１の凹部電池要素収納部２内のそれぞれに電池要素５を１個ずつ収納したものを電池容量が２倍になるように並列接続し、前記一対の外装フィルム材料を互いに対向させて、かつ負極端子１１及び正極端子１２が対向し合う異なる周縁部から引き出されるようにして本発明の製造方法にしたがって熱シールした薄型二次電池である。

従来の薄型二次電池では、２個の電池要素５を１つの凹部電池要素収納部２に収めるためにその深さを約７ｍｍ以上に取ると、該収納部の角部の曲率（Ｒ）を大きく取らないと金型によるプレス加工の際に外装フィルム材料１のアルミニウム層に亀裂が入り、一方、該角部の曲率（Ｒ）を大き取ると該収納部２内に収容できる実質的な電池要素５の大きさが制限されて電池容量が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明では、一対の外装フィルム材料１のそれぞれに角部の曲率（Ｒ）が小さく深さが７ｍｍに満たない凹部電池要素収納部２を形成しておき、その中のそれぞれに電池要素５を１個ずつ収納して一対の外装フィルム材料１を重ね合わせて接続することにより、従来よりもコンパクトでかつ電池容量の大きな薄型二次電池を作製することができるようにしたものである。なお、このように電池要素５が積層されたタイプの薄型二次電池では、電池の充放電に伴う膨張・収縮に対する電池厚さも均等に変化するため、電池要素５が捲回されたタイプの電池の場合のようにねじれを生じることがない。

図１０は、本発明による他の実施態様としての薄型二次電池を示す斜視図であって、一対の外装フィルム材料１のいずれかに形成された凹部電池要素収納部２内に電池要素５を１個収納し、前記一対の外装フィルム材料を互いに対向させて、かつ負極端子１１及び正極端子１２が対向し合う異なる周縁部から引き出されるようにして本発明の製造方法にしたがって熱シールした薄型二次電池である。また、図１１には、図１０に示される薄型二次電池の負極端子１１及び正極端子１２を電池要素収納部２の外部側面に沿うように折り曲げて延伸させたものが示されている。

図１２は、図８に示される本発明による薄型二次電池３個を直列接続したものを３段に積み重ねて集合化した、プリント基板１３装着前の集合電池を示す斜視図である。３段に積み重ねられた各薄型二次電池は、前面に横たわって示されるプリント基板１３の中の孔１５に直列接続された６個の中間端子１４を挿入しながら該プリント基板１３を電池側面に装着し、集合電池最端部に位置する負極端子１１及び正極端子１２は、プリント基板１３上に設けられた端子接続部１６、１９を介して半田付けすることにより、３個の薄型二次電池を直列接続し、かつこれらを３段に並列接続させた３直３並の集合電池として構成することができる。

プリント基板１３上に設けられた１７は各薄型二次電池の充放電時の終止電圧（例えば１０ｍＶ単位）を制御するためのＩＣ回路であって、１８は薄型二次電池の周縁部に接触させて取付けられた電池の表面温度を検出して所定温度以上になれば電流回路を遮断するための感熱回路遮断素子である。該集合電池は３直列が基本構成となっており、充放電時には中間端子１４を含む計１２個の端子で電池電圧を計測することができる。

図１３には、図８に示される本発明による薄型二次電池を長手方向に３個ずつ並列接続したものを３組直列に接続した集合電池が示されている。かかる集合電池においては、中段に位置する並列接続された３個の薄型二次電池を上段及び下段に位置する薄型二次電池の上下とは逆に配置して負極端子２０及び正極端子２１の配置を左右逆とすることにより、薄型二次電池の各段間での直列接続を可能としている。

また、図１３に示される負極端子２０及び正極端子２１、２３は各薄型二次電池の負極端子１１及び正極端子１２をそれぞれに統合したものであり、これらを各極端子に設けた接続リード２２により直列接続することにより３並３直の集合電池を構成している。

このように本発明の場合は、各電池間の接続を電池外部の側面上で行うことができるため、接続による電池幅の増加は接続リード２２の厚み分の略０．２ｍｍ程度で済ませることができ、この結果、集合電池を専用の電池ケース（図示していない）に収容する場合においても電池ケースの寸法を特別に大きくする必要はなく、特に、電池電圧制御回路などのプリント基板１３を装着する場合においても、電池幅の増加はプリント基板１３の厚みの増加分と略同等に抑えることができる。

図１４には、図１１に示される本発明による薄型二次電池を３段３列に配置した、プリント基板２７装着前の集合電池が示されており、各段の長手方向に３列に配置された薄型二次電池同士はそれぞれに直列接続されている。すなわち、図１４は、３列に直列接続された薄型二次電池を３段に積層している薄型二次電池を示した斜視図である。

かかる集合電池の各段間における接続は、負極端子２４、正極端子２５および中間端子２６を前面に横たわって示されるプリント基板２７の中に設けられた端子孔２８、２９、３０、３１のそれぞれに挿入しながら該プリント基板２７を電池側面に装着し、それらの先端をプリント基板２７の反対側で半田付けすることにより並列接続される。このように、本実施例によれば、薄型二次電池の接続はプリント基板２７上に設けられた配線によって行うことができるため、実施例４（図１３参照）のように、薄型二次電池の側面に外部接続リード２２を配置することは不要となる。

図１５には、３段に積み重ねられた本発明による薄型二次電池のそれぞれを並列に接続し、前記３段に積み重ねられた薄型二次を電池接続リード３２により直列に接続して３列に並べた集合電池の斜視図が示される。本実施例の場合は、接続リード３２が薄型二次電池の上面（下面であってもよい）に配置されて集合電池の総厚みが厚くなるため、該集合電池を収容するための電池ケースを設計する際には、接続リード３２の厚みを収容するための溝部を電池ケース裏面上に設けるなどの工夫が必要となる。

なお、本実施例において、電池と一体的になってコンパクトな集合電池を構成する回路基板は、例えば、集合電池と該集合電池と接続される電子機器との間で、電気的情報の伝達を行うための電子通信回路基板であってもよい。

集合電池が搭載される電子機器においては、機器の使用目的に適した電池消費容量、残存容量、電圧などが随時確保されていることが好ましい。本発明による集合電池の場合は、このような電子機器の操作プログラムに適合した情報を集合電池と該集合電池が接続される電子回路との間で伝達することができる電子通信回路を集合電池上に一体的に取り付けることができるため、電子機器内でそれぞれに消費エネルギーが異なるハードディスク、ＣＰＵ、ディスプレーなどといった個々の部品に対応した電子保護回路の制御が可能となり、この結果、薄型二次電池の並列及び直列接続の組み合わせによっても過電流、過放電、過充電、異常電流などの異常を起こさないようにすることができる。

また、前記回路基板は電池を保護するための回路基板であってもよく、例えば、温度感知により電流回路を遮断するために正極端子または負極端子に接続された感熱回路遮断素子や電池の表面に密接された電圧制御回路内にプリント配線された感熱回路遮断素子、または集合電池に収納されている薄型二次電池を完全放電状態にするために接続される電気負荷回路および切替スイッチなどが挙げられる。

特に、薄型二次電池を複数個収納して並列及び直列接続することにより電圧負荷を高めた集合電池の場合は、充電状態または放電状態にある集合電池の電子機器内での使用が長期間に及んだり、または集合電池が使われなくなって廃棄される時に端子部分が電気導体に接触したり、または集合電池の外側から何らかの外力が加わり圧壊されることにより、電池内部が発熱を起こして最悪の場合は発火してしまう危険性がある。

しかしながら、本発明のように少なくとも電気負荷回路と切替スイッチが備えられている集合電池の場合は、電池を長期間使用しない場合又は廃棄する場合は、集合電池の切替スイッチを放電側に切り替えることで電池内部の電気回路に備えられた高抵抗媒体を通して個々の薄型二次電池が完全に放電された状態になるまで徐々に放電することが可能となり、発熱及び発火に対する安全性を高めることができる。

さらに、本発明に適用できる最も進化した回路基板としては、以下に示すようなものが挙げられる。

すなわち、本発明は、電子機器の操作プログラムに適合した情報を集合電池と該集合電池が接続される電子回路との間で伝達することができる電子通信回路を集合電池上に一体的に取り付けることができるため、電子機器内に内臓する電子回路（ＢＭＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）は外部充電回路の過充電等による電子回路故障への対応の為の安全リレーが働き放電回路を遮断する保護機能を保有させることができる。

さらに、もう一つ内臓されている電子回路は、集合電池内に流れる充放電電流、電池表面温度等の計測機能、その計測値から残存容量、放電可能時間、充電時間、充放電サイクル数などを算出する演算機能を保有させることができる。

また、さらに、上記の保護機能と演算機能から得られるデータに基づいた電池の位置付け（Ｓｔａｔｕｓ）や入力した集合電池の種類、製造年月日、電池の種類、工場出荷状態の記録を記憶するメモリー機能も保有させることができ、この結果、これらの機能を円滑に動作させることにより、整合性の取れた集合電池の電力コントロールを実現することが可能となる。

図１９〜図２１には、本発明による薄型二次電池を機能別に集合化した他の集合電池が示される。これらの集合電池は、一つの電子機器（例えばｎＰＣなど）が複数個の機能パーツ（ディスプレー、キーボード、ハード・演算回路など）に分離されて使用することができるように、それぞれの機能パーツ毎に集合電池を装備させることができる。このとき、機能パーツのハンドリングを良くするためには、機能パーツを薄くする場合など、厚さ方向に薄型二次電池を並列に接続しないことが好ましい。また、これらの集合電池は、それぞれの機能パーツに要求される電圧およびエネルギー量に対応して集合電池の直列数や並列数を変えることができるため、各集合電池への余分な負荷を低減させることにより電池寿命を向上させることが可能となる。

このように、本発明によれば、薄型二次電池の周縁部から引き出された正極端子及び負極端子を凹部電池収納部の外部側面に沿うように折り曲げて延伸し、複数個の薄型二次電池の該端子を直列及び並列に接続することを可能とするものであるから、電池厚さを増加させず、外装体を損傷させることなく、集合電池が装着される電子機器内に占める容積を必要最小限に留めながら電池要素の容積を最大限に大きくすることができる。

また、本発明によれば、薄型二次電池の外部側面に正極端子及び負極端子を沿わせるように配置でき、この結果、電池保護回路や電気通信回路といった回路基板も薄型二次電池の外部側面に一体的に取り付けることが可能となるため、コンパクトで軽量な容積効率の高い薄型二次電池を作製することができる。

外装フィルム材料をプレス加工した状態を示す斜視図である。 電池要素を示す斜視図である。 図１の外装フィルム材料に図２の電池要素を収容した状態を示す斜視図である。 図３の薄型二次電池を熱シールした状態を示す斜視図である。 図４の薄型二次電池の周縁部を折り曲げた状態を示す斜視図である。 図５の薄型二次電池の端子を含む周縁部両端部をつづら折りにした状態を示す斜視図である。 図６の薄型二次電池の端子を含む周縁部を折り曲げた状態を示す斜視図である。 図７の薄型二次電池の端子を折り曲げた状態を示す斜視図である。 ２個の電池要素を収容した本発明による薄型二次電池を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池の端子形状を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池の端子形状を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池を直列並列接続した集合電池を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池を直列並列接続した集合電池を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池を直列並列接続した集合電池を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池を直列並列接続した集合電池を示す斜視図である。 外装フィルム材料の周縁部を熱シールした部分を拡大した断面図である。 図６の周縁部を折り曲げた状態を示す要部拡大断面図である。 本発明による熱シールを行うためのプレス面を示す要部拡大平面図である。 本発明による薄型二次電池を機能別に集合化した集合電池を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池を機能別に集合化した集合電池を示す斜視図である。 本発明による薄型二次電池を機能別に集合化した集合電池を示す斜視図である。

符号の説明

１ アルミラミネートシート（外装フィルム材料）
２ 凹部電池要素収納部
３、１２、２１、２３、２５ 正極端子
４、１１、２０、２４ 負極端子
５ 電池要素
６、１０ 端子側周縁部
７、８ 周縁部
９ つづら折部
１３、２７ プリント基板
１４、２６ 中間端子
１５、２８、２９、３０、３１ 端子孔
１６、１９ 端子接続部
１７ ＩＣ回路
１８ 感熱回路遮断素子
２２、３２ 接続リード
３３ ＰＥＴフィルム
３４ アルミニウム箔
３５ ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム
３６、３７ プレス面
３８ 円形の欠損部

Claims (12)

1. アルミラミネートシートより形成された外装体内に電池要素を収容し、前記電池要素から正極端子および負極端子を外部へ引き出した薄型二次電池において、前記アルミラミネートシートの周縁部の外側領域を熱シールし、かつ前記周縁部の内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部を熱シールすることにより、前記周縁部の全域を電池要素収納部の外部側面に接するように折り曲げることができる薄型二次電池。
2. 前記熱シールしない内側折り曲げ領域は、前記周縁部の四隅に略円形または矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄型二次電池。
3. 前記周縁部は、前記四隅の少なくとも一部においてつづら折りされていることを特徴とする請求項２に記載の薄型二次電池。
4. 前記正極端子および負極端子は、電池要素収納部の外部側面に沿って延伸させられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄型二次電池。
5. 前記電池要素は、リチウム二次電池である請求項１ないし４のいずれかに記載の薄型二次電池。
6. 前記薄型二次電池の側面および上下面の少なくとも一面同士を接するように積み重ねて並べることにより、複数個の前記薄型二次電池を直列及び／又は並列接続し、一体化したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄型二次電池を用いた集合電池。
7. 前記集合電池と該集合電池と接続される電子機器との間で、電気的情報の伝達を行うための電子通信回路基板が一体的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の集合電池。
8. 前記集合電池には、電池保護回路が一体的に接続されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の集合電池。
9. 前記電池保護回路は、温度感知により電流回路を遮断するために前記正極端子または負極端子に接続された感熱回路遮断素子か、または前記電池の表面に密接された電圧制御回路内にプリント配線された感熱回路遮断素子であることを特徴とする請求項８に記載の集合電池。
10. 前記電池保護回路は、前記集合電池に収納されている薄型二次電池を完全放電状態にするために接続された電気負荷回路および切替スイッチであることを特徴とする請求項８に記載の集合電池。
11. アルミラミネートシートより形成された外装体内に正極端子および負極端子を外部へ引き出した電池要素を収容し、前記正極端子および負極端子を含むアルミラミネートシートの周縁部の外側領域を熱シールし、かつ前記周縁部の内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部を熱シールすることにより、前記周縁部の全域を電池要素収納部の外部側面に接するように折り曲げることができる薄型二次電池の製造方法。
12. 前記周縁部は、その内側折り曲げ領域を熱シールしないように前記周縁部の四隅に対応する部分が略円形または矩形状に欠損しているプレス面を有する熱プレスにより熱シールすることを特徴とする請求項１１に記載の薄型二次電池の製造方法。

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