JP2008047331A

JP2008047331A - 電池パック

Info

Publication number: JP2008047331A
Application number: JP2006219603A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ito; 英樹伊東
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】電池パックの内部に、安全保護素子等のセカンド保護部品を実装するスペースを確保することを可能にした電池パックを提供する。
【解決手段】中継タブ１４の一方の端部は、電池セル２の電極端子２５が導出される面である第１の端面２ａの側で電極端子２５と接続され、中継タブ１４の他方の端部は、第１の端面２ａと対向する面である第２の端面２ｂの側で基板１１と接続される。基板１１は、第２の端面２ｂの側に設けられる。安全保護素子１２は中継タブ１４と電極端子２５との間に接続して配置され、電池セル２の第２の端面の側に設けられる。
【選択図】図８

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、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、電池設計においても、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、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。

リチウムイオン二次電池の軽量・薄型化を図る方法として、下記の特許文献１には、電池セルの外周面を硬質な金属製ラミネートフィルムで覆うことにより、薄型の電池パックを作製する方法が記載されている。この方法によれば、電池パックの強度を保ちつつ、さらなる軽量・薄型化を実現できる。また、外装材である金属製ラミネートフィルムの厚みが薄いことから、電池パック内の電池セルの容積の割合を拡大化することができ、電池パックの体積エネルギー密度を向上させることが可能となる。

特開２００５−１６６６５０号公報

ここで、従来の電池パックについて、概略的に説明する。図１０は、従来の薄型の電池パックの分解斜視図である。図１０に示すとおり、電池パック１０１は、正極端子１２５ａおよび負極端子１２５ｂを有する電池セル１０２と、基板１１１と、基板１１１をトップカバー１１５に固定するホルダー１１３と、安全保護素子１１２と、中継タブ１１４とを備え、これらを硬質ラミネートフィルム１０３で外装し、両端開口部をトップカバー１１５およびボトムカバー１１６で封止することにより作製される。図１１に示すように、電池セル１０２の一端面に設けられた負極端子１２５ｂは、安全保護素子１１２および中継タブ１１４ｂを介して、ホルダー１１３によって固定された基板１１１と接続される。また、電池セル１０２の一端面に設けられた正極端子１２５ａは、中継タブ１１４ａを介してホルダー１１３によって固定された基板１１１と接続される。

基板１１１には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）や、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、電池パックを識別するためのＩＤ抵抗、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。安全保護素子１１２は、電池が高温となった場合に電池の電流回路を遮断するための、ＰＴＣ素子（Positive Temperature Coefficient；熱感抵抗素子）やヒューズなどの部品である。電池パック１０１は、内部に基板１１１や安全保護素子１１２を備えることにより、電池セル１０２の熱暴走などを防止し、電池パック１０１の安全性を確保している。

上述で説明したように、電池パックは、安全保護素子、基板、および基板を固定するホルダーなどの部品を備えるため、電池パック内にこれらの部品を実装するためのスペースを確保する必要がある。しかしながら、従来の電池パックの構成では、実装される部品の全てが、電池セルにおいて電極リードが導出される一端面側に配置されているため、電池パックの限られた容積内にこれらの部品を設けるスペースを確保することが困難であるという問題があった。

したがって、この発明の目的は、電池パック内に部品を実装するスペースを確保することができる電池パックを提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、
対向する第１および第２の端面を有し、第１の端面から導出される電極端子を備える電池セルと、
第２の端面側に設けられる基板と、
電極端子および基板を接続する中継タブと、
電池セル、中継タブ、および回路基板を収容する外装材と、を備え、
中継タブの一方の端部は、第１の端面側で電極端子と接続され、
中継タブの他方の端部は、第２の端面側で基板と接続される
ことを特徴とする電池パックである。

この発明では、中継タブと電極端子との間に、安全保護素子をさらに設け、安全保護素子は、第１の端面側に設けられることが好ましい。

この発明では、外装材は、電池セルの第１の端面側と第２の端面側とに開口部を有するもので、第１の端面側の開口部にはボトムカバーが、第２の端面側の開口部にはトップカバーが嵌合されることが好ましい。

この発明では、中継タブの一方の端部が、電池セルの電極端子が導出される面である第１の端面側で電極端子と接続され、他方の端部が、第１の端面と対向する面である第２の端面側で基板と接続され、基板が第２の端面側に設けられることにより、電池パック内において第１の端面側のスペースおよび第２の端面側のスペースを利用して部品を配置することができる。

この発明によれば、電池パックにおいて電池セルの電極端子が導出される面である第１の端面側のスペースと、第１の端面と対向する面である第２の端面側のスペースとを利用することができるので、電池パック内に部品を実装するスペースを確保することが可能となる。

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。

（１）第１の実施形態
図１に示すように、電池パック１は、全体として扁平な薄型の形状で、外装材３に電池セルを収容し、両端開口部にトップカバー１５およびボトムカバー１６を嵌合したものである。外装材３には必要に応じて製品ラベル（図示せず）が設けられている。

図２に示すように、外装材３の内部には、電池素子が軟質ラミネートフィルムで外装された電池セル２と、基板１１と、基板１１を固定するためのホルダー１３と、安全保護素子１２と、中継タブ１４ａと、中継タブ１４ｂと（以下、中継タブ１４ａおよび中継タブ１４ｂを中継タブ１４とする）が収容されている。電池セル２は、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子２５とする）が導出される第１の端面２ａと、第１の端面２ａと対向する第２の端面２ｂと、第１の端面２ａおよび第２の端面２ｂとの間に垂直に設けられる主面２ｃと、主面２ｃ’と、側面２ｄと、側面２ｄ’とからなる。第１の端面２ａとボトムカバー１６との間（以下、ボトム部のスペースと適宜称する）には、安全保護素子１２が配置される。一方、第２の端面２ｂとトップカバー１５との間（以下、トップ部のスペースと適宜称する）には、基板１１およびホルダー１３が配置される。また、電池セル２の主面２ｃに沿って、中継タブ１４が設けられる。

トップカバー１５は、第２の端面２ｂ側に設けられる樹脂成型カバーであり、ボトムカバー１６は、第１の端面２ａ側に設けられる樹脂成型カバーである。トップカバー１５およびボトムカバー１６は、それぞれ電池セル２を外装材３で包むことにより形成される外装材３の両端の開口部に嵌合され、熱融着等で電池セル２に接着される。

ホルダー１３は、トップカバー１５と嵌合し、ホルダー１３とトップカバー１５との間に設けられる基板１１をトップカバー１５に固定する樹脂成型部品である。

基板１１は、トップカバー１５とホルダー１３との間に設けられる。基板１１には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）や、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、電池パックを識別するためのＩＤ抵抗、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、基板１１には、複数個の接点部が設けられており、これらは、中継タブ１４を介して電極端子２５と接続される。充放電制御ＦＥＴおよび充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣを含む保護回路は、二次電池の端子電圧が、例えば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、二次電池電圧が放電禁止電圧を下回ると、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、二次電池の電圧を監視して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。

安全保護素子１２は、電池セル２の第１の端面２ａとボトムカバー１６との間に設けられ、抵抗溶接や超音波溶接等によって負極端子２５ｂと接続される。安全保護素子１２が第１の端面２ａとボトムカバー１６との間に設けられることにより、ボトム部のスペースを有効に利用することができる。また、電池セル２の直近に安全保護素子１２を配置することが可能となる。

安全保護素子１２は、電池が高温となった場合に電池の電流回路を遮断し、電池セル２の熱暴走を防止する部品で、例えば、ＰＴＣ素子、ヒューズ、サーミスタ等である。ＰＴＣ素子は電池セルと直列に接続され、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。

中継タブ１４は、抵抗溶接や超音波溶接等によって電極端子２５と基板１１や安全保護素子１２等の部品と接続される。すなわち、中継タブ１４ａの一方の端部は第１の端面２ａ側で正極端子２５ａと接続され、他方の端部は第２の端面２ｂ側で基板１１上に設けられた接点部と接続される。また、中継タブ１４ｂの一方の端部は、第１の端面２ａ側で安全保護素子１２を介して負極端子２５ｂと接続され、中継タブ１４ｂの他方の端部は第２の端面２ｂ側で基板１１上に設けられた接点部と接続される。このように、中継タブ１４を介して電極２５と基板１１とが接続されることにより、基板１１を第２の端面２ｂ側に、安全保護素子１２を第１の端面２ａ側に配置することが可能となる。

中継タブ１４は、電池セル２に沿う形状で、例えば扁平型の電池セル２の第１の端面２ａから主面２ｃを経由して第２の端面２ｂへと沿うように設けられたコの字型の形状である。このような中継タブ１４は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ）等の導電性の板金で構成されている。また、柔軟で、折れ、曲げ等の屈曲に強いフレキシブル配線を用いることもできる。なお、中継タブ１４は、第１の端面２ａ側に設けられた電極端子２５と第２の端面２ｂ側に設けられた基板１１とを接続すればよく、例えば電池セル２の側面２ｄまたは側面２ｄ’を経由するように設けてもよい。また、中継タブ１４は図２に示すように分離した２つの中継タブ１４ａ、１４ｂを用いることもできるが、正極端子２５ａと負極端子２５ｂとをそれぞれ絶縁して接続できる形状であれば、一体化された形状の中継タブを用いることも可能である。

電池セル２は、所定の形状に成型された軟質ラミネートフィルムに電池素子を収納する構成となっている。電極端子２５は、軟質ラミネートフィルムに収納された電池素子に接続されており、電池セル２の第１の端面２ａの側から導出される。電池セル２は、第１の端面２ａをボトムカバー１６と対向させるように配置される。これにより、ボトム部のスペースを利用して安全保護素子１２などの部品を設けることが可能となり、部品の実装スペースを確保することができる。

以下、電池セル２の外装である軟質ラミネートフィルムの構成について説明する。図３は、軟質ラミネートフィルム２７の層構成の一例を示す。軟質ラミネートフィルム２７は、金属箔６１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。

金属箔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（Ａｌ）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、金属箔６１と外装層６２および金属箔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／金属箔／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。

図４は、軟質ラミネートフィルム２７の内部に収容された電池素子２０の構成を示す。この電池素子２０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２０からは、正極２１と接続された正極端子２５ａおよび負極２２と接続された負極端子２５ｂが導出されており、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂ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２６ａおよび２６ｂが被覆されている。

以下、電池素子２０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２１ａが、正極集電体２１ｂの両面上に形成されてなる。なお、正極集電体２１ｂの片面のみに正極活物質層２１ａが設けられた領域を有するようにしてもよい。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、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）、ニッケル（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、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。

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２５ａを有している。この正極端子２５ａ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２５ａ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てなる。なお、負極集電体２２ｂの片面のみに負極活物質層２２ａが設けられた領域を有するようにしてもよい。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）、アルミニウム（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（Ｌｉ）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、圧延したリチウム（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。

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２５ｂを有している。この負極端子２５ｂ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２５ｂの材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。

なお、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂ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、プロピレンカーボネート、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ーでゲル化することでゲル状電解質を得る。マトリクスポリマーは、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ーとしては、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、電池セル２、基板１１、安全保護素子１２等を被覆して収容する外装材３の構成について説明する。外装材３は、例えば、硬質ラミネートフィルムを用いることができる。

図５に示すように、外装材３である硬質ラミネートフィルムは、金属箔３１が、樹脂フィルムからなる外装層３２および樹脂フィルムからなるシーラント層３３に挟まれ、さらにシーラント層３３上に、熱接着層３４を有する、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。

金属箔３１は、硬質の金属材料が用いられ、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）あるいは銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ブリキ、トタン、ニッケルメッキを施した鉄（Ｆｅ）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（ＳＵＳ）が最も好適であり、特に３００３−Ｈ１８、３００４−Ｈ１８、１Ｎ３０−Ｈ１８等のアルミニウム（Ａｌ）、もしくはＳＵＳ３０４等のステンレスを用いるのが好ましい。

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。

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。

熱接着層３４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２７で外装された電池セル２と硬質ラミネートフィルム３とを接着するためのものである。熱接着層３４としては、軟質ラミネートフィルム２７の外装層として用いられるナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタラート（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３４は、シーラント層３３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３４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において、熱接着層３４は、例えば１〜５μｍ程度の厚さで設ける。また、金属箔３１は、電池パック１の最外装に用いて電池パック１の強度を保持するという機能を有することから、例えば５０〜１００μｍ程度の厚さで用いられる。また、外装層３２は例えば９〜１５μｍ程度、シーラント層３３は例えば２５〜３５μｍ程度の厚さとする。

シーラント層３３は、後にトップカバー１５およびボトムカバー１６を熱融着する際に融着層として用いられる。このため、トップカバー１５およびボトムカバー１６と接着性のよい樹脂材料が選択される。また、硬質ラミネートフィルム３を電池セル２に接着する際のクッション機能も有する。すなわち、電池セル２の外装材である軟質ラミネートフィルム２７と、硬質ラミネートフィルム３を、熱接着層３４を介して熱融着する際、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。例えば２５〜３５μｍ程度の厚さを有するシーラント層３３が設けられていることにより、シーラント層３３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。

以下、この発明の第１の実施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］
まず、電池素子の作製方法について説明する。上述の正極活物質と、導電剤と、結着剤と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。次に、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２１ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばした後、例えばロールプレス機で圧縮成型することにより、正極活物質層２１ａを形成し、正極２１を作製する。なお、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。

また、上述の負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤と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２２ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばした後、例えばロールプレス機で圧縮成型することにより負極活物質層２２ａを形成し、負極２２を作製する。なお、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、正極活物質と同様にその混合比は問わない。

上述のようにして作製した正極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２５ａ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２５ｂを溶接により取り付ける。次に、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し、電池素子２０を作製する。

なお、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂ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２５ａおよび負極端子２５ｂは、巻回された電池素子２０の中心付近から導出されている。

［電池セルの作製］
次に、上述のようにして作製された電池素子２０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２７は深絞りにより凹部２７ａを形成し、電池素子２０を凹部２７ａに収容する。そして、軟質ラミネートフィルム２７を折り返して軟質ラミネートフィルム２７が凹部２７ａの開口部を覆うようにする。次に、電池素子２０の周辺部の、折り返し辺２７ｂを除く三辺を減圧下で熱溶着することにより封止して、電池セル２とする。このとき、電極端子２５は、凹部２７ａを覆う面の側から導出される。その後、図７に示すように、熱溶着された辺のうち電極端子２５が導出された辺を除く両辺を矢印方向に折り曲げることにより、電池セル２が作製される。

なお、電解液を用いた電池の場合は、軟質ラミネートフィルム２７を熱溶着によって封止する前に電解液を注液する。電池素子２０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］
次に、上述のようにして作製された電池セル２と、基板１１と、安全保護素子１２と、ホルダー１３と、中継タブ１４と、外装材３とを用いて、電池パック１を作製する方法について説明する。まず、図８Ａに示すように中継タブ１４を電池セル２の主面２ｃに沿わせて、電池セル２と中継タブ１４とを密着させる。次に、電池セル２の第１の端面２ａ側から導出された正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂと、中継タブ１４ａ、１４ｂの一方の端部とを、それぞれ抵抗溶接、超音波溶接等により固着する。このとき、中継タブ１４ｂと負極端子２５ｂとの間に、安全保護素子１２を接続する。

次に、電池セル２を外装材３の所定の位置に合わせ、その後電池セル２を包みこむようにして外装材３を曲げ、電池セル２の主面２ｃ上で外装材３の端部が合うように外装する。次に、電池セル２の主面２ｃおよび主面２ｃ’の方向からヒータブロックをあて、熱接着層３４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３４の樹脂材料は溶融して接着剤となり、外装材３と電池セル２とを接着する。これにより、断面を図８Ｂに示す電池セル２が作製される。なお、外装材３の端部の合わせ目を、主面２ｃ’、側面２ｄ、側面２ｄ’に設けるようにしてもよい。

ヒータブロックの温度は熱接着層３４の樹脂材料により変化するが、熱接着層３４の樹脂材料の溶融温度以上であり、シーラント層３３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３３の樹脂材料を溶融させることなく、熱接着層３４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２０に影響を与えることが考えられる。例えば電池素子２０に用いられるセパレータ２３は、ポリエチレン（ＰＥ）を用いることが多いが、ポリエチレン（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ことが好ましい。

次に、中継タブ１４ａ、１４ｂにおいて電極端子２５ａ、２５ｂとそれぞれ接続していない側の端部と、基板１１上の接点部とを、抵抗溶接、超音波溶接等により固着して接続する。基板１１は、あらかじめ成型されたホルダー１３およびトップカバー１５とを嵌合することにより、ホルダー１３およびトップカバー１５との間に固定される。その後、トップカバー１５を第２の端面２ｂ側の開口部に嵌合させる。なお、図８Ａのトップカバー１５側の矢印は、トップカバー１５を外装材の開口部に嵌め合わせる方向を示す。

次に、ヒータヘッドによりトップカバー１５およびボトムカバー１６と電池セル２との嵌合部を加熱し、トップカバー１５と電池セル２とを熱融着する。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３３の樹脂材料の溶融温度以上とされ、トップカバー１５およびボトムカバー１６は、熱接着層３４ではなくシーラント層３３と接着される。

このとき、必要に応じて、電池セル２とトップカバー１５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、予めトップカバー１５に接着剤・ホットメルト樹脂の注入口を設ける。接着剤もしくはホットメルト樹脂を注入することにより、電池セル２とトップカバー１５との接着性がより向上する。ただし、ホットメルト樹脂を注入する場合は、基板１１が熱で変形したり損傷しないように対応が必要である。

続いて、ボトムカバー１６を第１の端面２ａ側の開口部に嵌合させる。その後、ヒータヘッドによりボトムカバー１６と電池セル２との嵌合部を加熱してボトムカバー１６と電池セル２とを熱融着する。この場合もトップカバー１５の場合と同様に、ボトムカバー１６が嵌合される際に熱接着層３４がボトムカバー１６で押されて電池セル２の奥に移動し、露出したシーラント層３３とボトムカバー１６とが接着される。なお、図８Ａのボトムカバー１６側の矢印は、ボトムカバー１６を外装材の開口部に嵌め合わせる方向を示す。

このとき、トップカバー１５の場合と同様に、必要に応じて電池セル２とボトムカバー１６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。この場合も、予めボトムカバー１６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１５とボトムカバー１６の嵌合および熱融着工程を同時に行ってもよい。

また、ボトムカバー１６は予め成型された部材を用いるだけでなく、電池セル２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２と一体に成型する方法を用いることも可能である。

必要に応じて、電池パック１の一部に生じる外装材３の合わせ目部分を覆うように、製品ラベルを貼着してもよい。また、製品ラベルを設ける替わりに、外装材３自体に印刷、焼付け塗装等を施す方法を用いることもできる。

この発明の第１の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。電池パック１内のトップ部のスペースとボトム部のスペースを利用することができるので、基板１１や安全保護素子１２等の部品を設けるスペースを確保することができる。また、電池パック１内に部品を実装するスペースが確保されることから、実装する部品の種類や部品の数に応じて電池パック１の設計を変更する必要がなくなる。したがって、電池パック１の構造の標準化を図れるともに、基板１１、ホルダー１３、トップカバー１５等の部品の構造の標準化を図ることも可能となる。さらに、安全保護素子１２がボトム部のスペースに設けられることにより、トップ部のスペースに余裕が生じることから、基板１１上に設ける電気部品の数を増加させることも可能である。

（２）第２の実施形態
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。なお、上述の第１の実施形態と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する。

図９に示すように、電池パック１の外装材３の内部には、電池セル２、基板１１、ホルダー１３、安全保護素子１２および中継タブ１４が収容されている。電池セル２は正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂを備えるが、第２の実施形態では、第１の実施形態の電池パック１に対して、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂの位置関係が反転されている。中継タブ１４は電池セル２の主面２ｃ’に沿うように設けられる。電池セル２の第２の端面２ｂとトップカバー１５との間には、基板１１およびホルダー１３が設けられる。一方、第１の端面２ａとボトムカバー１６との間には、安全保護素子１２が設けられる。

第２の実施形態による電池パック１を構成する材料は、図１および図２で示す上述の第１の実施形態と同様である。以下では、第２の実施形態における電池パック１の作製について説明する。

［電池パックの作製］
第１の実施形態と同様にして作製した電池セル２の電極端子２５と、中継タブ１４とを以下の方法で接続する。まず、中継タブ１４を電池セル２の主面２ｃ’に沿わせて、電池セル２と中継タブ１４とを密着させる。次に、電池セル２の第１の端面２ａから導出された正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂと、中継タブ１４ａおよび１４ｂの一方の端部とを、それぞれ抵抗溶接、超音波溶接等により固着する。このとき、中継タブ１４ｂと負極端子２５ｂとの間に、安全保護素子１２を接続する。

次に、この電池セル２にを、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂの位置関係を第１の実施形態の電池パック１に対して反転させて外装材３で外装する。すなわち第２の実施形態では、電池セル２を外装材３の所定の位置に合わせる際、第１の実施形態の電池パック１に対して主面２ｃおよび主面２ｃ’の位置関係を反転させて、外装材３の所定の位置に合わせる。その後、電池セル２を包みこむようにして外装材３を曲げ、電池セル２の主面２ｃ’上で外装材３の端部が合うように外装する。こうすることにより、正極端子２５ａと負極端子２５ｂとの位置関係が第１の実施形態の電池パック１に対して反転された電池パックを作製することができる。

その後、基板１１と中継タブ１４とを接続し、トップカバー１５およびボトムカバー１６で外装材３の開口部を封止する。これらの方法は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このようにして作製された第２の実施形態による電池パック１は、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。電池セル２を外装する際に、第１の実施形態の電池パック１に対して主面２ｃおよび主面２ｃ’の位置関係を反転させて電池パック１を組み立てることで、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂの位置関係を反転させた仕様の電池パック１を容易に作製することができる。すなわち、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂの位置関係を反転させると、それに伴い安全保護素子１２を設ける位置が移動されるため、従来の電池パックの構造では安全保護素子１２と基板１１とホルダー１２等の部品の全てがトップ部のスペースに設けられることから、これら部品の構造変更や電池パックの設計変更を行う必要があるが、この発明では安全保護素子１２はボトム部のスペースに配置されているため、正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂの位置関係を反転させた構造においても柔軟に対応可能となる。

なお、図示はしないが、中継タブ１４ａおよび１４ｂを主面２ｃまたは主面２ｃ’の上で交差させることにより、第１の端面２ａ側の中継タブ１４ａおよび中継タブ１４ｂの位置関係に対して、第２の端面側の中継タブ１４ａおよび中継タブ１４ｂの位置関係を反転させ、基板１１と接続させることも可能である。この方法においても、仕様の異なる電池パック１を容易に作製することが可能である。

以上、この発明の第１および第２の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の第１および第２の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、上述の第１および第２の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、上述の第１および第２の実施形態では、電池セルを硬質ラミネートフィルムで外装した電池パックに対してこの発明を適用した場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば、電池セルをプラスチックモールドケース内に収容した電池パックに対しても適用可能である。

また、上述の第１および第２の実施形態では、電池セル２の第１の端面２ａ側に設ける部品について、安全保護素子１２を用いる場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、他の部品を設けることも可能であり、第２の端面２ａ側に複数の部品を設けてもよい。

また、上述の第１および第２の実施形態では、単数の電池セルを備える電池パックに対してこの発明を適用した場合について説明したが、複数の電池セルを組み合わせた組電池からなる電池パックに対してこの発明を適用するようにしてもよい。

この発明の第１の実施形態による電池パックの斜視図である。この発明の第１の実施形態による電池パックの分解斜視図である。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の実施形態による電池素子の構成を示す模式図である。この発明の第１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模式図である。この発明の第１の実施形態による電池セルの構成を示す模式図である。この発明の第１の実施形態による電池セルを作製する様子を示す模式図である。この発明の第１の実施形態による電池パックを作製する様子を示す模式図である。この発明の第２の実施形態による電池パックを作製する様子を示す模式図である。従来の電池パックの構成を示す分解斜視図の一例である。従来の電池パックの構成を示す模式図の一例である。

符号の説明

１、１０１・・・電池パック
２、１０２・・・電池セル
２ａ・・・第１の端面
２ｂ・・・第２の端面
２ｃ、２ｃ’・・・主面
２ｄ、２ｄ’・・・側面
３、１０３・・・外装材
１１、１１１・・・基板
１２、１１２・・・安全保護素子
１３、１１３・・・ホルダー
１４ａ、１４ｂ・・・中継タブ
１５、１１５・・・トップカバー
１６、１１６・・・ボトムカバー
２０・・・電池素子
２１・・・正極
２２・・・負極
２３・・・セパレータ
２５・・・電極端子
２５ａ・・・正極端子
２５ｂ・・・負極端子
２７・・・軟質ラミネートフィルム
２７ａ・・・凹部

Claims

対向する第１および第２の端面を有し、上記第１の端面から導出される電極端子を備える電池セルと、
上記第２の端面側に設けられる基板と、
上記電極端子および上記基板を接続する中継タブと、
上記電池セル、上記中継タブ、および上記回路基板を収容する外装材と、を備え、
上記中継タブの一方の端部は、上記第１の端面側で上記電極端子と接続され、
上記中継タブの他方の端部は、上記第２の端面側で上記基板と接続される
ことを特徴とする電池パック。
上記中継タブと上記電極端子との間に、安全保護素子をさらに設け、
上記安全保護素子は、上記第１の端面側に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
上記外装材は、上記電池セルの第１の端面側と第２の端面側とに開口部を有するもので、
上記第１の端面側の開口部にはボトムカバーが、
上記第２の端面側の開口部にはトップカバーが嵌合される
ことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。