JP2008041292A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】体積効率を向上させ、作製の際にかかるコストを抑える。
【解決手段】電池の同一の側に設けられた正極端子および負極端子を導出する導出部と導出部の縁部が互いに対向するように、導出部に対して立設された壁部とを有し、一方向に向かって並べられた複数の電池と、壁部を避けることが可能な位置に設けられた切り欠き部とを有し、複数の電池に対して接続される基板とを接続する際に、切り欠き部が電池の壁部を避けるようにして基板の一部が導出部上に配置される。また、接続用基板と回路基板とが接続部により着脱可能とされている。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数の電池を接続する電池パックに関する。

近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、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二次電池が広く使用されている。

例えばノート型ＰＣでは、電解質として電解液を用いた円筒型のリチウムイオン二次電池が使用されることが多いが、最近では、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状のポリマー電解質や、全固体状のポリマー電解質等を用いた、扁平型のリチウムイオンポリマー二次電池を使用する機会が増えている。

リチウムイオン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端子が導出された電池素子が外装フィルム等で被覆された電池セルの構成とされている。さらに、電池パックは、電池セルと回路部がマウントされた回路基板と共に、例えば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。

電池パックを電源として用いるノート型ＰＣなどの電子機器においては、電子機器の使用可能時間を長時間化するために、大容量化が求められている。そこで、電池パックの大容量化のために、従来は、同一形状の複数の電池セルを並列接続した電池パックが用いられていた。

ここで、従来の電池パック１００について、図面を参照して概略的に説明する。従来の電池パック１００は、図８および図９に示すように、扁平型の電池セル１０２が複数並べられ、それぞれの電池セル１０２の正極端子１１１ａおよび負極端子１１１ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１１１とする）が回路基板１０３に接続されて、例えば上下のケースからなる箱型の筐体等の外装体に収納される構成となっている。

電池セル１０２は、例えば電池素子が矩形状に成型された軟質ラミネートフィルムに
収納される構成となっており、このラミネートフィルムが折り曲げられることによって壁部１０５が形成されている。また、壁部１０５に囲まれた面には、電極端子が導出される導出部１０４が形成されている。

このように、電池素子をラミネートフィルムに収納し、このラミネートフィルムを折り曲げることにより側面に壁部を有する電池セルが下記の特許文献１に記載されている。

特開２０００−１５６２０８号公報

回路基板１０３には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣ（Integrated Circuit）を含む保護回路、および外部と接続するためのコネクタ等がマウントされている。また、回路基板１０３には、電極端子１１１と接続するための接点部１１２が設けられている。

電池パック１００の形状や寸法は、この電池パック１００が用いられる電子機器により様々である。すなわち、電池パック１００の形状や寸法は、電子機器内の電池パック１００が収納される空間の形状や寸法に応じて決定される。また、電池セル１０２の形状や寸法は、その充放電容量や充放電電力量によって決まっているため、回路基板１０３の形状や寸法は、電池パック１００および電池セル１０２の形状や寸法に基づき、決定されることになる。

したがって、電池セル１０２と回路基板１０３とを接続する場合には、回路基板１０３に設けられた接点部に対して電極端子１１１を直接接続することができない場合がある。このような場合には、中継タブ１０１を用いて電極端子１１１と中継タブ１０１とを接続し、さらに中継タブと回路基板１０３とを接続することにより、電池セル１０２と回路基板１０３とを電気的に接続するようにしている。このような中継タブ１０１としては、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の導電性の板金が用いられる。

ところで、携帯型電子機器等に用いられる電池パックおいては、小型且つ大容量・高出力である電池パックが要求されているため、電池パック内の無駄な空間を可能な限り減らし、体積効率を向上させることが要求されている。

しかしながら、このような電池セルを複数並べて電池パックを構成した場合、電池セルに設けられた壁部が妨げとなるため、導出部に基板を配置することができず、導出部による無駄な空間のために体積効率を低下させてしまう原因となるという問題点があった。

また、回路基板１０３では、図９に示すように、電極端子を接続するための配線パターンを直線的に引き回すことができないため、回路基板上の面積を必要以上に取ってしまうという問題点があった。

さらに、回路基板の形状や寸法は、電池パックの形状や寸法によって異なる。さらに、回路基板に搭載されている保護回路は、電池パックに用いられる電池セルの充放電電圧や充放電電流等の特性に応じて異なる。そのため、既存の回路基板を流用することが困難である。即ち、電池パックを新規設計した場合には、それに応じて回路基板も新規設計する必要があるため、設計コストが増加してしまうという問題点があった。

さらにまた、中継タブを用いて電池セルと回路基板とを接続する場合には、中継タブ自体や、中継タブを接続する工程を追加する必要があるため、製造コストが増加してしまうという問題点があった。

従って、この発明の目的は、空間を効率的に利用して体積効率を向上させることができる電池パックを提供することにある。

また、この発明の目的は、回路基板を小型化し、全体のサイズを小型化することができる電池パックを提供することにある。

さらに、この発明の目的は、回路基板を流用し、製作にかかるコストを抑えることができる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、この発明は、複数の電池と、複数の電池に対して接続される接続用基板と、外部の電子機器と接続する回路基板と、接続用基板と回路基板とを接続する接続部材とからなり、電池は、電池の同一の側に設けられた正極端子および負極端子を導出する導出部を有し、導出部は、導出部の縁部が互いに対向するように、導出部に対して立設された壁部を備え、複数の電池は、複数の電池の導出部が同一の方向を向くように一列に並べられ、接続用基板の一部が電池の導出部上に配置され、接続用基板の縁部には、壁部を避けることが可能な位置に切り欠き部が設けられ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、電池の同一の側に設けられた正極端子および負極端子を導出する導出部および導出部の縁部が互いに対向するように、導出部に対して立設された壁部を備え、一方向に向かって並べられた複数の電池と基板とを接続する際に、基板に縁部に設けられた切り欠き部が壁部を避けるようにして、基板の一部が電池の導出部上に配置される。

上述したように、この発明によれば、接続用基板に設けられた切り欠き部が導出部の両側に設けられた壁部を避けるようにして、導出部が同一の方向を向くように一列に並べられた複数の電池と基板とが接続され、基板の一部が導出部上に配置されることにより電池パック内の無駄な空間が抑えられるため、体積効率を向上することができる。

また、第１および第２の接点部がそれぞれ平行な異なる直線上に配設される場合には、接点部同士を接続するパターン配線を平行に設けることができる。したがって、パターン配線を効率的に引き回すことができるため、接続用基板を小型化し、電池パックのサイズを小型化することができる。

さらに、接続用基板と回路基板とを接続部によって着脱可能な構成とした場合には、接続用基板と回路基板とを着脱可能とすることができる。したがって、接続用基板を流用でき、製作にかかるコストを抑えることができる。

また、複数の電池セルを接続するための接続用基板と回路基板とが着脱可能とされ、接続用基板を流用することができるため、新規の電池パックを作製する場合に、作製にかかるコストを抑えることができる。

以下、この発明の実施の一形態による電池パックについて、図面を参照して説明する。電池パック１は、図１および図２Ａに示すように、複数の扁平型の電池セル２が両側に設けられた壁部６を合わせるようにして並べられている。そして、それぞれの電池セル２の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１１とする）がセル接続基板３に接続されるとともに、セル接続基板３と回路基板４とが接続部５を介して接続され、必要に応じて、例えば上下のケースからなる箱型の筐体等の外装体に収納される構成となっている。

セル接続基板３は、複数の電池セル２を直列または並列に接続するための基板である。このセル接続基板３には、図２Ａに示すように、それぞれの電池セル２の正極端子１１ａを接続するための正極用接点部４２ａ、負極端子１１ｂを接続するための負極用接点部４２ｂ、複数の正極用接点部４２ａを接続するための正極用パターン配線４３ａおよび複数の負極用接点部４２ｂを接続するための負極用配線パターン４３ｂが設けられている。また、セル接続基板３は、接続部５を介して回路基板４と接続されるようになっている。なお、以下では、セル接続基板３のうち、正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂが設けられている面を裏面と称し、それとは反対側の面を表面と称する。

また、セル接続基板３は、例えば矩形状を有し、その長辺の側に１または複数の切り欠き部４１が設けられている。この切り欠き部４１は、セル接続基板３を配置する際に、電池セル２の両側面に立設された壁部６を避けるためのものである。

正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂは、セル接続基板３の短手方向の位置に所定の差を設けて裏面に配置される。また、セル接続基板３としては、両面基板等の多層基板が用いられる。

セル接続基板３として、例えば両面基板を用いる場合、正極用接点部４２ａを接続するための正極用パターン配線４３ａが裏面に引き回され、負極用接点部４２ｂを接続するための負極用パターン配線４３ｂが表面に引き回されている。このとき、正極用接点部４２ａと負極用接点部４２ｂとの位置に差が設けられているため、正極用パターン配線４３ａは、負極用接点部４２ｂに接触することなく、直線的に引き回すことができる。また、負極用パターン配線４３ｂは、表面に引き回されているため、正極用接点部４２ａに接触することなく、直線的に引き回すことができる。

なお、図２Ｂに示すように、正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂの位置の差ｄは、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすると好ましい。これは、セル接続基板３上に正極用パターン配線４３ａを負極用接点部４２ｂに接触することなく設ける際に、少なくとも２ｍｍ必要であり、セル接続基板３の大きさを実用的な大きさとするために、１０ｍｍ以下とする必要があるためである。

回路基板４には、ヒューズやサーミスタ等の温度保護素子、充放電制御ＦＥＴ、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣを含む保護回路、および外部と接続するためのコネクタがマウントされている。接続部５は、セル接続基板３と回路基板４とを接続および分離するためのものである。接続部５としては、例えばコネクタや線材を用いることができる。

電池セル２は、図３に示すように、例えば矩形状に成型された軟質ラミネートフィルム１２に後述する電池素子を収納する構成となっている。また、電池セル２の両側には、立設された壁部６が形成される。さらに、この壁部６に囲まれた面には、軟質ラミネートフィルム１２に収納された電池素子に接続された正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが導出される導出部１３が形成されている。

軟質ラミネートフィルム１２は、図４に示すように、金属箔３１が外装層３２およびシーラント層３３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３１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である電池素子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（Ａｌ）が好ましく、８０２１−Ｏまたは８０７９−Ｏ等からなる、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲のアルミニウムが特に好ましい。また、金属層３１と外装層３２および金属層３１とシーラント層３３のそれぞれは、接着層３４および３５を介して貼り合わされている。接着層３４は、必要に応じて省いてもよい。

外装層３２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３２の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度とされる。

また、シーラント層３３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。

図５は、電池素子１０の一例の構成を示す。電池素子１０は、帯状の正極２１と、セパレータ２３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２３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２１および負極２２の両面に形成されている。また、電池素子１０からは、正極２１と接続された正極端子１１ａおよび負極２２と接続された負極端子１１ｂが導出されており、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂのそれぞれの両面には、電池素子１０を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２４ａおよび２４ｂが被覆されている。

以下、電池素子１０の材料について、詳細に説明する。

［正極］
正極２１は、正極活物質を含有する正極活物質層２１ａが、正極集電体２１ｂの両面上に形成されたものである。正極集電体２１ｂ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２１ａ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。正極活物質としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な公知の正極活物質材料を用いることができ、特に限定されないが、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。中でも、リチウム含有コバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ₂）、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.2Ｏ₂）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＭｎＯ₂）を用いると、高電圧が得られるために好ましい。なお、正極活物質としては、１種類の酸化物を単独で使用しても、あるいは２種類以上の酸化物を混合して使用しても良い。

なお、正極活物質材料としては、上述の正極活物質を複数種混合して用いることもできる。

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は正極集電体２１ｂ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１１ａを有している。この正極端子１１ａ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１１ａの材料としては、例えばアルミニウム（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２２ａが、負極集電体２２ｂの両面上に形成されたものである。負極集電体２２ｂとしては、例えば銅（Ｃｕ）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。

負極活物質層２２ａ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。負極活物質としては、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料、結晶質、非結晶質金属酸化物が用いられる。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、難黒鉛化性炭素材料、易黒鉛化性炭素材料、結晶構造が発達した高結晶性炭素材料等が挙げられる。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）、炭素繊維や活性炭、カーボンブラック等の炭素材料あるいはポリアセチレン等のポリマー等を使用することができる。

また、他の負極活物質材料として、リチウムと合金を形成可能な金属、またはこのような金属の合金化合物が挙げられる。ここで言う合金化合物とは、具体的にはリチウムと合金を形成可能なある金属元素をＭとしたとき、Ｍ_pＭ’_qＬｉ_r（式中、Ｍ’はＬｉ元素およびＭ元素以外の１つ以上の金属元素である。また、ｐは０より大きい数値であり、ｑ，ｒは０以上の数値である。）で表される化合物である。さらに、この発明では半導体元素であるＢ，Ｓｉ，Ａｓ等の元素も金属元素に含めることとする、具体的には、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），ケイ素（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）の各金属とそれらの合金化合物、すなわち、例えばＬｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ａｌ−Ｍ（式中、Ｍは２Ａ族、３Ｂ族、４Ｂ族遷移金属元素のうち１つ以上からなる。）、ＡｌＳｂ、ＣｕＭｇＳｂ等が挙げられる。

上述したような元素の中でも、リチウムと合金形成可能な元素としては３Ｂ族典型元素を用いるのが好ましい。中でも、ＳｉやＳｎ等の元素またはその合金を用いるのが好ましく、さらにＳｉまたはＳｉ合金が特に好適である。Ｓｉ合金またはＳｎ合金として具体的には、Ｍ_xＳｉ、Ｍ_xＳｎ（式中、ＭはＳｉまたはＳｎを除く１つ以上の金属元素である。）で表される化合物で、具体的にはＳｉＢ₄、ＳｉＢ₆、Ｍｇ₂Ｓｉ、Ｍｇ₂Ｓｎ、Ｎｉ₂Ｓｉ、ＴｉＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＣｏＳｉ₂、ＮｉＳｉ₂、ＣａＳｉ₂、ＣｒＳｉ₂、Ｃｕ₅Ｓｉ、ＦｅＳｉ₂、ＭｎＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＴａＳｉ₂、ＶＳｉ₂、ＷＳｉ₂、ＺｎＳｉ₂等が挙げられる。

さらに、１つ以上の非金属元素を含む、炭素を除く４Ｂ族化合物もこの発明の負極材料として利用することができる。負極材料中には、２種類以上の４Ｂ族元素が含まれていても良い。また、リチウムを含む４Ｂ族以外の金属元素が含まれていても良い。例示するならばＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ₂Ｎ₂Ｏ、Ｇｅ₂Ｎ₂Ｏ、ＳｉＯ_x(０＜ｘ≦２)、ＳＮＯ_x(０＜ｘ≦２)、ＬｉＳｉＯ、ＬｉＳＮＯ等である。

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、負極集電体２２ｂ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１１ｂを有している。この負極端子１１ｂ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１１ｂの材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。

［電解質］
電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。

電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して含むようにすれば、よりサイクル特性を向上させることができるので好ましい。

非水溶媒は、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートあるいはメチルプロピルカーボネートなどの鎖状炭酸エステルのうち、少なくとも１種を含んでいることが好ましい。サイクル特性をより向上させることができるからである。

非水溶媒は、さらに、２，４−ジフルオロアニソールおよびビニレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を改善することができ、ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上させることができるからである。特に、これらを混合して含んでいれば、放電容量およびサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。

非水溶媒は、さらにまた、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部または全部をフッ素基で置換したもの、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチルなどのいずれか１種または２種以上を含んでいてもよい。

組み合わせる電極によっては、上述の非水溶媒群に含まれる物質の水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものを用いることにより、電極反応の可逆性が向上する場合がある。したがって、これらの物質を適宜用いることも可能である。

電解質塩であるリチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＣＨ₃ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆、ＬｉＣｌ、ＬｉＢＦ₂（ｏｘ）、ＬｉＢＯＢあるいはＬｉＢｒが適当であり、これらのうちのいずれか１種または２種以上が混合して用いられる。なかでも、ＬｉＰＦ₆は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。

高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性を考慮すると、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイドなどが好ましい。

［セパレータ］
セパレータ２３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２３の厚みは５μｍ〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７μｍ〜３０μｍがより好ましい。セパレータ２３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。

次に、この発明の実施の一形態に適用可能な電池パック１の作製方法について説明する。

［電池素子の作製方法］
まず、電池素子１０の作製方法について説明する。正極２１および負極２２のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質を形成する。そののち、正極集電体２１ｂの端部に正極端子１１ａを溶接により取り付けると共に、負極集電体２２ｂの端部に負極端子１１ｂを溶接により取り付ける。次いで、ゲル状の電解質が形成された正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回する。

正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き始め側に取り付けられた場合、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、巻回された電池素子１０の中心付近から導出されている。

この場合、電池素子１０の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面に沿うように扁平型の電池素子１０の一方の主面側に屈曲された後、その一方の主面と略同一面内となるように再度屈曲されてクランク状とされる。そして、屈曲された正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂのそれぞれの両面に、樹脂片２４ａおよび２４ｂが被覆される。

なお、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを取り付ける位置は、この例に限らず、例えば正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き終わり側に取り付けるようにしてもよい。正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き終わり側に取り付けた場合、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、扁平型の電池素子１０の主面と略同一面内から導出される。電池素子１０をこのような構成にすることで、電極端子１１をクランク状に曲げる工程を省くことができるため、電池素子１０を効率的に作製することができる。

［電池セルの作製方法］
次に、上述のようにして作製された電池素子１０を用いて、電池セル２を作製する方法について説明する。図６に示すように、軟質ラミネートフィルム１２に対して深絞りにより凹部２５を形成し、上述のようにして作製された電池素子１０を凹部２５に収容する。そして、軟質ラミネートフィルム１２を折り返して軟質ラミネートフィルム１２が凹部２５の開口部を覆うようにする。次いで、電池素子１０の周辺部の、折り返し辺Ｌを除く三辺を減圧下で熱溶着などすることにより封止する。このとき、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、樹脂片２４ａおよび２４ｂが被覆された部分が軟質ラミネートフィルム１２に挟まれて外部へ導出される。

そして、図７に示すように、封止された三辺のうち対向する二辺を矢印の示す方向に折り曲げることにより、壁部６が形成される。また、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが導出された辺を含む面が導出部１３として形成される。このようにして、電池セル２が作製される。

なお、電解液を用いた電池素子１０の場合は、軟質ラミネートフィルム１２を熱溶着によって封止する前に電解液を注液する。例えば、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。

［電池パックの作製方法］
次に、電池セル２を用いて電池パック１を作製する方法について説明する。電池セル２の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂと接続できるように、例えば切断したり折り曲げることによって正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの長さが調整される。例えば、負極端子１１ｂが正極端子１１ａに対して所定の長さだけ短くなるように調整する。

なお、正極端子１１ａと負極端子１１ｂとの長さの差は、正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂの位置の差ｄと同等であると好ましい。具体的には、正極端子１１ａと負極端子１１ｂとの長さの差が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすると好ましい。

また、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの長さの調整は、例えば、電池素子１０を作製する際に予め行うようにしてもよい。具体的には、例えば、電池素子１０を作製する場合において、負極集電体２２ｂの端部に負極端子１１ｂを溶接する際に、予め正極端子１１ａよりも短くなるように取り付けると好ましい。

このような複数の電池セル２、２、・・・が、電極端子１１が同一方向に向かうように並べられ、セル接続基板３の一部が複数の電池セル２、２、・・・に設けられた導出部１３上に配置される。また、導出部１３上にセル接続基板３を配置する際に、セル接続基板３の縁に設けられた切り欠き部４１が電池セル２の側面の壁部６を避けるようになっているため、電池セル２とセル接続基板３とが接触することなく、セル接続基板３を導出部１３上に配置することができる。

そして、セル接続基板３の裏面に設けられた正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂと、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂとを抵抗溶接、超音波溶接、またはハンダ付け等により接続する。このとき、正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂと、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂとは、中継タブ等を使用することなく、直接的に接続することができる。

次に、接続部５を用いてセル接続基板３と回路基板４とを接続する。例えば、接続部５がコネクタである場合には、セル接続基板３に設けられたコネクタと接続部５のセル接続基板３側のコネクタとを嵌合させるとともに、回路基板４に設けられたコネクタと接続部５の回路基板４側のコネクタとを嵌合させる。また、例えば、接続部５が線材である場合には、線材の一端部がセル接続基板３に接続され、他端部が回路基板４に接続される。こうすることにより、セル接続基板３と回路基板４とが物理的且つ電気的に接続される。

上述のようにして接続された電池セル２、２、・・・、セル接続基板３および回路基板４が外装体に収納され、電池パック１が作製される。

なお、セル接続基板３および電池セル２、２、・・・を接続する工程と、セル接続基板３および回路基板４を接続する工程との順序は、電池パック１を作製する際の作業効率等に応じて適宜入れ換えてもよい。

上述したように、この発明の実施の一形態では、セル接続基板３を導出部１３上に配置するようにしている。こうすることにより、電池パック１内の空間を効率的に利用し、電池パック１の体積効率を向上させ、電池パック１を小型化することができる。

また、セル接続基板３と回路基板４とが分離可能な構成となっているため、形状や寸法が異なる電池パックであっても、使用される電池セルの寸法や数が同等であれば、セル接続基板３を流用することができ、設計コストを抑えることができる。さらに、回収した電池パックからセル接続基板３を取り外し、再利用することもできる。

さらにまた、正極用接点部４２ａおよび負極用接点部４２ｂの位置に差を設けることにより、パターン配線の引き回しが直線的になるようにしているため、セル接続基板３内のパターン配線を効率的に引き回すことができる。

また、セル接続基板３内のパターン配線を効率的に引き回すようにしているため、パターン配線の幅を広くすることができ、大電流が流れる際の発熱を抑えることができる。

さらに、電池セル２の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの長さが異なるようにしているため、例えば、裏表の判別が困難な電池セルを用いる場合においても、電極端子の極性を容易に判断することができる。

以上、この発明の実施の一形態について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一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。例えば、上述では、負極端子１１ｂが正極端子１１ａに対して所定の長さだけ短くなるようにするように説明したが、これに限られず、正極端子１１ａが負極端子１１ｂに対して所定の長さだけ短くなるようにしてもよい。

また、この発明の実施の一形態では、電池素子として、電極、電解質およびセパレータを積層して巻回したものを例にとって説明したが、これはこの例に限られない。例えば、電極、電解質およびセパレータを積層したスタック構造の電池素子を用いることも可能である。

さらに、電池素子に用いられる電解質として、ポリマー電解質を用いた電池素子を用いるように説明したが、これに限られず、例えば、電解液を用いた電池素子を用いてもよい。

さらにまた、この発明の実施の一形態では、電池素子を軟質ラミネートフィルムで被覆した扁平型の電池セルを例にとって説明したが、これはこの例に限られない。例えば、導出部および壁部を有する角形缶の電池セルを用いてもよい。すなわち、導出部および壁部を有する電池セルであれば、扁平型に限らずどのような形状の電池セルでもよい。

この発明の実施の一形態による電池パックの一例の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の一形態による電池パックを底面側から見た底面図である。 この発明の実施の一形態に適用可能な電池セルの外観を示す斜視図である。 軟質ラミネートフィルムの層構成の一例を示す略線図である。 電池素子の一例の構成を示す略線図である。 電池セルを作製する様子を示す斜視図である。 電池セルを作製する様子を示す斜視図である。 従来の電池パックの一例の構成を示す斜視図である。 従来の電池パックを正面から見た正面図である。

符号の説明

１ 電池パック
２ 電池セル
３ セル接続基板
４ 回路基板
５ 接続部
１１ 電極端子
１１ａ 正極端子
１１ｂ 負極端子
１３ 導出部
４１ 切り欠き部
４２ａ 正極用接点部
４２ｂ 負極用接点部
４３ａ 正極用パターン配線
４３ｂ 負極用パターン配線

Claims (4)

1. 複数の電池と、
   上記複数の電池に対して接続される接続用基板と、
   外部の電子機器と接続する回路基板と、
   上記接続用基板と上記回路基板とを接続する接続部材と
   からなり、
   上記電池は、
   該電池の同一の側に設けられた正極端子および負極端子を導出する導出部を有し、
   上記導出部は、
   該導出部の縁部が互いに対向するように、該導出部に対して立設された壁部を備え、
   上記複数の電池は、該複数の電池の導出部が同一の方向を向くように一列に並べられ、
   上記接続用基板の一部が上記電池の導出部上に配置され、
   上記接続用基板の縁部には、上記壁部を避けることが可能な位置に切り欠き部が設けられている
   ことを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   上記接続用基板は、
   上記複数の電池の正極端子をそれぞれ接続する複数の第１の接点部と、
   上記複数の電池の負極端子をそれぞれ接続する複数の第２の接点部と、
   上記複数の第１の接点部を接続する第１のパターン配線と、
   上記複数の第２の接点部を接続する第２のパターン配線と、
   を備え、
   上記複数の第１の接点部は、直線上に配設され、
   上記複数の第２の接点部は、上記直線と平行な異なる直線上に配設され、
   上記第１のパターン配線および上記第２のパターン配線が平行に設けられている
   ことを特徴とする電池パック。
3. 請求項２に記載の電池パックにおいて、
   上記第１の接点部および上記第２の接点部の、上記直線に対して垂直方向における位置の差は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である
   ことを特徴とする電池パック。
4. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   上記接続用基板と上記回路基板とが上記接続部により着脱可能である
   ことを特徴とする電池パック。

Images