JP2008117654A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と保護回路基板を備えた電池パックにおいて、小型軽量で機械的強度や寸法精度が高いと共に、外観体裁が良好な電池パック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と、上記電池の保護回路基板と、上記電池の端子を外部に導出した状態で電池及び保護回路基板を一体的に被覆し且つ外面の少なくとも一部に化粧フィルムを一体化した形状維持ポリマー層を備えた電池パック。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば非水電解質二次電池を含む電池パックに関し、詳しくは、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池要素をラミネートフィルムで包装した電池とその保護回路基板を一体化した電池パックに関するものである。

近年、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話及び携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が数多く登場し、その小型、軽量化が図られている。かかる電子機器の小型、軽量化に伴って、これらのポータブル電源として用いられる電池パックに対しても、高エネルギーを有し、小型、軽量化されることが求められている。このような電池パックに用いられる電池としては、高容量を有するリチウムイオン二次電池がある。

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンをドープ・脱ドープすることができる正極及び負極を有する電池素子を備え、この電池素子を金属缶や金属ラミネートフィルムに封入すると共に、電池素子と電気的に接続した回路基板により制御するようになっている。また、従来のリチウムイオン二次電池には、上下に二分割された収納ケースに回路基板とともに収納して電池パックを構成したものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
特許第３５５６８７５号 特許第３６１４７６７号 特許第３６４３７９２号

ところで、上記したような従来のリチウムイオン二次電池において、電池素子の封入に金属缶を用いたものでは、高い寸法精度を確保しやすいものの、厚みや重量が若干大きくなる。他方、電池素子の封入に金属ラミネートフィルムを用いたものでは、金属缶に比べて薄型で軽量になるが、電池素子の寸法のばらつきが大きいために寸法精度を高めることが難しいと共に、機械的強度が低いという欠点があった。

また、従来の電池パックにおいて、リチウムイオン二次電池と回路基板を収納ケースに収納したものにあっては、リチウムイオン二次電池や回路基板を外部衝撃等から保護するために、収納ケースに充分な肉厚が必要となり、さらに、上下に分割した収納ケースを両面テープや超音波溶着で接合するに際しても、これらに対応し得るように収納ケースに充分な肉厚を確保しておく必要があることから、電池パック全体の厚みや重量が増大することとなり、ポータブル電源として好ましくないという問題点があった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであり、電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と保護回路基板を備えた電池パックにおいて、小型軽量で機械的強度や寸法精度が高いと共に、外観体裁が良好な電池パック及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の電池パックは、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と、上記電池の保護回路基板と、上記電池の端子を外部に導出した状態で電池及び保護回路基板を一体的に被覆し且つ外面の少なくとも一部に化粧フィルムを一体化した形状維持ポリマー層を備えた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の電池パックの製造方法は、成形型の成形空間内に、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と、上記電池の保護回路基板と、外面の少なくとも一部を形成する化粧フィルムをセットした後、上記成形型の成形空間内に樹脂を充填する。すなわち、電池、保護回路基板及び化粧フィルムを含む樹脂のインモールド成形により、上記電池の端子を外部に導出した状態で電池及び保護回路基板を一体的に被覆する形状維持ポリマー層を形成し、且つ上記形状維持ポリマー層の形成と同時にその外面に化粧フィルムを一体化したことを特徴としている。

上記構成において、形状維持ポリマー層は、望ましくは、母材である樹脂とフィラーを含む複合材料であって、より望ましくは、母材の樹脂としてウレタン樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれか一つを用いることができる。この形状維持ポリマー層は、電池パックの外観形状を形成するものであって、その形状としては、直方体、円柱体及び円盤状等の各種立体形状のほか、少なくとも一部に、段差及び波形等の凹凸や、湾曲面、球面あるいは模様を有するものとすることができ、製品に当該電池パックを装着した状態で、製品外観の一部を形成し得るものとなる。

また、化粧フィルムは、印刷等の適宜の手段により、文字及び絵による情報類や模様及び色彩などを設けたものである。この化粧フィルムは、ヘアライン加工のような立体感のある模様を形成するも可能であり、当該電池パックを電源とする製品の外観に合わせた意匠装飾を施すことにより、製品外面の一部を形成し得るものとなる。

また、化粧フィルムは、例えば、フィルム素材にアルミ蒸着膜を利用してメッキ調のプラスチックを形成することにより、金属のような重厚な艶や光沢をもたせたり鮮映性をもたせたりすることが可能となり、このほか、成形型においてコーティング成形することで、電池パックの強度を高めるハードコートとして使用することが可能となる。

本発明の電池パックによれば、薄型で軽量化に好適なラミネートフィルムを用いたうえで、機械的強度や寸法精度を高めることができる。また、化粧フィルムの一体化により、非常に良好な外観体裁を得ることができ、シルク印刷などに比べて手間が省ける分、低コスト化を実現することができると共に、接着剤でラベル類を貼り付ける場合に比べて、耐磨耗性や体積エネルギー密度を高めることができる。

本発明の電池パックの製造方法によれば、薄型で軽量化に好適なラミネートフィルムを用いたうえで、機械的強度や寸法精度が高く且つ非常に良好な外観体裁を有する電池パックを提供することができる。また、化粧フィルムの一体化により、耐磨耗性や体積エネルギー密度の高い電池パックを低コストで且つ生産性良く提供することができる。

以下、本発明の電池パック及びその製造方法について詳細に説明する。なお、以下の説明において、濃度、含有量及び充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。

本発明の電池パックは、典型的には、ポリマー型の非水電解質二次電池であって、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子を金属ラミネートフィルムで包装した電池と、この電池に接続した保護回路基板と、電池の端子を外部に導出した状態で電池及び保護回路基板を一体的に被覆し且つ外面の少なくとも一部に化粧フィルムを一体化した形状維持ポリマー層を備えたものであり、形状維持ポリマー層の表面がインモールド成形によるフィルム加工が成されているので、安価であり、生産性、視認性、耐磨耗性及び体積エネルギー密度にも優れている。

上記の形状維持ポリマー層は、当該電池パックの外観を形成し且つ機械的強度を維持するものであり、母材である樹脂と金属酸化物フィラーを含む複合材料である。この形状維持ポリマー層は、金属ラミネートフィルムとの密着性が良好で、寸法安定性や成型性に優れるものが好ましい。

そこで、形状維持ポリマー層の樹脂としては、金属酸化物フィラーと親和性、相溶性ないしは反応性を有し、且つ高い寸法精度及び強度を有するポリマーを母材樹脂とするものが好ましく、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれか一つの樹脂を好適に使用することができる。

また、形状維持ポリマー層のフィラーに用いられる金属酸化物としては、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）の酸化物、又はこれら酸化物の任意の混合物を挙げることができる。

本発明の電池パックにおいて、上記の金属酸化物フィラーは、形状維持ポリマー層の硬さを高める機能を果たす。したがって、金属酸化物フィラーは、形状維持ポリマー層の全体に均一に散在していることが好ましい。

なお、上記金属酸化物の混入量は、形状維持ポリマー層のポリマー種などに応じて適宜変更することができるが、代表的には、形状維持ポリマー層の質量に対して３〜６０％程度とすることが好ましい。

これは、金属酸化物の混入量が３％未満では、形状維持ポリマー層の硬さを十分に向上できないことがあり、金属酸化物の混入量が６０％を超えると、製造時の成形性、セラミックの脆性により問題が発生することがあるからである。

また、金属酸化物の平均粒径は５００ｎｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは平均粒径が２μｍ以上２０μｍ以下である。これは、平均粒径を下げると硬度が上がる一方、成形時の充填性に影響して生産性に不具合をきたす虞があり、平均粒径を上げると目的の強度を得にくくなり、パックとしての寸法精度を十分に得ることができない虞があるからである。

さらに、フィラーの形状は、球状、鱗片状、板状及び針状など様々な形状とすることができる。例えば、球状のものは、作り易くて平均粒径の揃ったものを安価に得られるので好ましい。また、針状でアスペクト比の高いものは、強度向上により有効であるので好ましい。さらに、鱗片状のものはフィラーの含有量を増した時に充填性を向上できるので好ましい。なお、本発明で用いるフィラーは、これらに限定されることはなく、目的に応じて平均粒径の異なるものや形状の異なるものを混合して用いても良い。

上述のように、本発明の電池パックにおける形状維持ポリマー層は、形状維持ポリマー層及び所定の金属酸化物を必須の構成要件とするが、これ以外にも各種添加剤を含有することが可能であり、例えば、上記樹脂中に、紫外線吸収剤、光安定剤、硬化剤又はこれらの任意の混合物を添加して、金属酸化物と共存させることができる。

本発明の電池パックにおける形状維持ポリマー層は、その厚みが例えば１０００μｍ以下であって、さらに好ましくは３００μｍ以下であり、必要な機械的強度及び耐衝撃性を満足すれば薄いほど良い。この厚みが１０００μｍを超えると、体積エネルギー密度の点でメリットを発揮し難いことがある。この形状維持ポリマー層の成形方法としては、成形型を用いたインモールド成形であればとくに制限されることはなく、射出成形やブロー成形などの従来の方法を適用することができる。

また、本発明の電池パックにおける形状維持ポリマー層は、その成形型に少なくとも２つの樹脂注入孔（ゲート）があり、溶融樹脂を充填した後に注入孔内で硬化した余分な樹脂をカットすることで、成形時における溶融樹脂の注入痕を有するものとなっている。この注入痕は、形状維持ポリマー層の一体成形の根拠に成り得るもので、当然のことながら製品外面を形成する部分や化粧フィルムの位置を避けて目立たない位置に形成する。

本発明の電池パックにおける化粧フィルムは、文字や絵が予め印刷されていて、形状維持ポリマー層の表面が、平面以外に、凹凸、球面、段差、波打ち及び模様などの各種立体形状であっても対応することができる。さらに、本発明の電池パックは、形状維持ポリマー層により決定される外観形状を、直方体等の比較的簡単な形状のほか、流線形、球形又は楕円形などの各種形状にも対応することが可能となるために、当該電池パックを電源とする製品の外観と一体化することが可能であり、この際、化粧フィルムにより製品の外観の一部を形成することも可能である。

化粧フィルムについては、予め加飾されたものであればどの様なものでも使用することができるが、孔を有する場合にはその孔の変形を最小限にするために、フィルム素材の強度が高い材料を用いたり厚さを増したりするのが良い。しかし、フィルム素材の厚さをあまり大きくすると成形物が変形する虞もあるので、適宜条件により修正可能である。

化粧フィルムの素材については、ポリエステルやポリカーボネートなどが使用可能であり、これらのほか、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン及びポリエチレン等の樹脂や、樹脂材料にアルミニウム等の金属材料をインサート成形したものを用いたりすることができる。また、天然ゴム、加硫した合成ゴム、例えばポリブタジエン、ブタジエンーアクリロニトリル系、スチレンーブタジエン系及びクロロプレン系などやエボナイト、ウレタンゴム及びシリコンゴムを用いることができる。

化粧フィルムの厚さは、例えば２０〜３００μｍであれば構わないが、好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１００μｍ以下である。 また、加飾処理については、各種処理することが可能であり、メタリック感を出すための金属蒸着処理（ＶＭ処理）等の各種処理や、木目模様や梨地模様等の様々な模様、あるいはキャラクター等の絵柄や文字の形成に限らず、彩色を含む印刷等の各種処理や、これらを適宜組み合わせた処理を利用することができる。

また、電池パックの強度を増すための処理として、化粧フィルムにハードコート処理を施すこともできる。この際、ハードコート材としては、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂などの有機物、ゾルゲル法や蒸着などで処理した無機物、あるいはその両方を用いることができる。

このように、本発明の電池パックは、形状維持ポリマー層の形成とともに化粧フィルムを一体化することで、小型化、軽量化及び高強度化を実現し得ると共に、生産性、文字等の視認性、耐磨耗性及び体積エネルギー密度の向上も実現し得るものである。

また、本発明の電池パックは、形状維持ポリマー層において、上述した金属酸化物フィラーと共に紫外線吸収材、光安定剤及び硬化剤のいずれかを用い、母材としてウレタン樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれか一つの樹脂を用いることにより、金属板を用いた場合によりも薄く、生産性に優れた加工を施すことができるため、得られる電池のエネルギー密度が向上するだけでなく、電池パックの製造が容易であると共に、寸法精度が高くなり且つ歩留まりも向上する。

次に、本発明の電池パックについて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の電池パックの一実施形態において、形状維持ポリマー層で被覆する前の電池を示す分解斜視図である。図示の電池２０は、正極と負極をセパレータを介して巻回した電池素子１０を金属ラミネートフィルム１７で包装したものである。すなわち、ラミネートフィルム１７には、矩形板状の電池素子１０に対応する凹部（空所）１７ａが形成してあり、この凹部１７ａに電池素子１０を収容した後、ラミネートフィルム１７の周辺部を封止している。

図２は、ラミネートフィルム１７で包装した電池素子１０の構造を示す斜視図である。図示の電池素子１０は、帯状の正極１１と、セパレータ１３ａと、正極１１と対向して配した帯状の負極１２と、セパレータ１３ｂとを順に積層し、この積層体を長手方向に巻回して形成したものであって、正極１１及び負極１２の両面にはゲル状電解質１４が塗布してある。

電池素子１０からは、正極１１と接続された正極端子１５ａ及び負極１２と接続された負極端子１５ｂが導出してあり、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂには、後に外装するラミネートフィルム１７との接着性を向上させるために、無水マレイン酸変性されたポリプロピレン（ＰＰａ）等の樹脂片であるシーラント１６ａ及び１６ｂが被覆してある。

以下、上述の電池２０の構成要素について詳細に説明する。

［正極］
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の両面状に形成されたものである。正極集電体は、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔などの金属箔により構成される。正極活物質層は、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る。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤及び溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問われない。

正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物又は特定の高分子を用いることができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合、主として、次式（１）
ＬｉＸＭＯ_２…（１）
（式中のＭは少なくとも１種の遷移金属を示し、Ｘは電池の充放電状態によって異なるが、通常は０．０５〜１．１０である）で表されるリチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。なお、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）及びマンガン（Ｍｎ）等が用いられる。

リチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４及びＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ_２（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。ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．５Ｏ_２やＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ_２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ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＮｂＳｅ_２及びＶ_２Ｏ_５等のリチウムを有しない金属硫化物又は酸化物を使用してもよい。これらの正極活物質は、単独で又は複数種を混合して用いてもよい。

導電剤としては、例えばカーボンブラックやグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。さらに、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及び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。

上述の正極活物質、結着剤及び導電剤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などにより正極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を蒸発させ、プレスすることにより正極活物質層が形成される。

正極１１は、正極集電体の一端部にスポット溶接又は超音波溶接で接続された正極端子１５ａを有している。この正極端子１５ａは金属箔や網目状のものが望ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、通電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１５ａの材料としては、例えばアルミニウム等が挙げられる。

［負極］
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されたものである。負極集電体は、例えば銅（Ｃｕ）箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。

負極活物質層は、例えば負極活物質と、必要に応じて導電剤と、結着剤とを含有して構成される。なお、負極活物質、導電剤、結着剤及び溶剤については、正極活物質と同様に、その混合比は不問である。

負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金又はリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料又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、難黒鉛化炭素及び易黒鉛化炭素等が挙げられる。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、及び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ＳｎＯ_２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、ケイ素（Ｓｉ）及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、圧延したリチウム金属箔を集電体に圧着しても良い。

結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデンや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−メチルピロリドンやメチルエチルケトン等が用いられる。

上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、正極と同様の方法により負極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛散させ、プレスすることで負極活物質層が形成される。

負極１２も正極１１と同様に、集電体の一端部にスポット溶接又は超音波溶接で接続された負極端子１５ｂを有しており、この負極端子１５ｂは電気化学的及び化学的に安定であり、通電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１５ｂの材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられる。

なお、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂは同じ方向、例えば図２に示すように電池素子１０が矩形板状をなす場合には、その一辺（通常は短辺の１つ）、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１５ａ及び１５ｂ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。

［電解液］
電解液としては、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及びエチルプロピルカーボネート、又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用いてもよい。

また、電解質塩の一例であるリチウム塩としては、通常の電池電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_３、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＡｌＣｌ_４及びＬｉＳｉＦ_６等を挙げることができるが、酸化安定性の点からはＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４が望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても複数種を混合して用いてもよい。

リチウム塩を溶解する濃度は、上記非水溶媒に溶解することができる濃度であれば問題はないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ〜２．０ｍｏｌ／ｋｇ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、上述の電解液をマトリクスポリマでゲル化して用いる。マトリクスポリマは、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されて成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、及び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。

その中でもとくに好ましいのは、マトリクスポリマとして、ポリフッ化ビニリデン又はポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが７．５％以下の割合で導入された共重合体である。かかるポリマーは、通常、数平均分子量が５．０×１０５〜７．０×１０５（５０万〜７０万）の範囲であるか、又は重量平均分子量が２．１×１０５〜３．１×１０５（２１万〜３１万）の範囲にあり、固有粘度が１．７〜２．１ｄｌ／ｇの範囲にある。

［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）若しくはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料から成る多孔質膜、又はセラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜により構成され、これらの２種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。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、セパレータの厚みとしては、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。

［電池の作製］
上述のようにして作製したゲル状電解質溶液を正極１１及び負極１２に均一に塗布し、正極活物質層及び負極活物質層に含浸させた後、常温で保存するか、若しくは乾燥工程を経てゲル状電解質層１４を形成する。そして、ゲル状電解質層１４を形成した正極１１及び負極１２を用い、正極１１、セパレータ１３ａ、負極１２、セパレータ１３ｂの順に積層して巻回し、電池素子１０とする。次いで、この電池素子１０をラミネートフィルム１７の凹部（空所）１７ａに収容して外装し、ゲル状非水電解質二次電池を得る。

なお、ラミネートフィルム１７としては、従来公知の金属ラミネートフィルム、例えば、アルミラミネートフィルムを用いることができる。かかるアルミラミネートフィルムとしては、絞り加工に適し、電池素子１０を収容する凹部１７ａを形成するのに適したものがよい。

通常、アルミラミネートフィルムは、アルミニウム層の両面に接着層と表面保護層が配設された積層構造を有するもので、内側、すなわち電池素子１０の表面側から順に、接着層としてのポリプロピレン層（ＰＰ層）、金属層としてのアルミニウム層及び表面保護層としてのナイロン層又はポリエチレンテレフタレート層（ＰＥＴ層）が配される。

そして、本実施形態では、図１及び図２に示すように、上述のようなラミネートフィルム１７で電池素子１０を包装し、電池素子１０の周囲を溶着・封止して電池２０とする。また、上述のように、電池素子１０の収容及びラミネートフィルム１７封止を行った後、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、電池素子１０を収容した凹部１７ａの両側のサイド封止部１７ｂを、凹部１７ａの方向に向けて折り曲げる。

上記のサイド封止部１７ｂの折り曲げ角度θは、８０゜〜１００゜の角度範囲とすることが好ましい。８０゜未満では、サイド封止部１７ｂが開きすぎて電池２０の幅が広くなってしまい、電池２０の小型化及び電池容量の向上が困難となる。また、上限値の１００゜は凹部１７ａの形状によって規定される値であり、扁平型の電池素子１０を収容する場合、折り曲げ角度の限界値は１００゜程度となる。なお、サイド封止部１７ｂにおける熱溶着の幅は、好ましくは０．５〜２．５ｍｍｍ、より好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。

サイド封止部１７ｂの折り返し幅Ｄは、電池２０の小型化及び電池容量の向上のためには、凹部１７ａの高さｈ又は電池素子１０の厚み以下の寸法にすることが好ましい。また、非水電解質二次電池２０の小型化及び電池容量の向上のためには、折り返しの回数は１回にすることが好ましい。このようにラミネートフィルム１７にサイド封止部１７ｂを形成することにより、電池２０の機械的強度が向上し、また、後記する形状維持ポリマー層との接合性いわゆる食い付き性が良好になって、電池パックの機械的強度も高められる。

図４は、上記した電池の作製から電池パックの作製に至る工程を示した平面説明図である。電池２０の作製後、図４（Ａ）に示すように、電池２０のラミネートフィルム１７の両側を図中の破線に沿って折り曲げて、図４（Ｂ）に示すように、両側のサイド封止部１７ｂを形成する。

その後、図示しない成形装置において、成形型の成形空間（キャビティ）内に、上記の電池２０と、電池２０の保護回路基板３２と、ゴム製のトップ側の緩衝材３４及びボトム側の緩衝材３３と、外面の少なくとも一部を形成する化粧フィルムをセットした後、上記成形空間内に樹脂を充填して、上記電池２０の端子を外部に導出した状態で電池２０、保護回路基板３２及び緩衝材３４を一体的に被覆する形状維持ポリマー層１８を形成し、図４（Ｃ）に示すように、上記形状維持ポリマー層１８の形成と同時にその外面に化粧フィルム１９を一体化した電池パック３０を得る。このようにして得られた電池パック３０をボトム部に沿って切断した断面図を図５（Ａ）に示し、電極端子の延在方向に沿って切断した断面図を図５（Ｂ）に示す。

上述の実施形態ではゲル状電解質を用いた非水電解質二次電池について説明したが、本発明は、電解液を用いたラミネートフィルム外装電池にも適用することができる。この場合、上述の実施形態において、ゲル状電解質を正極及び負極表面に塗布する工程を省き、ラミネートフィルム溶着工程の途中で電解液を注液する工程を設ける。より具体的には、矩形板状をなす電池素子１０の周囲の三辺を溶着して封止した後、残りの１辺の開口部から電解液を注液し、その後にこの一辺を溶着して封止すればよい。これにより、封止部の全体形状は矩形枠状になる。

なお、本発明の非水電解質二次電池を用いれば、小型化及び軽量化が図られた電池パックを得ることができるが、かかる電池パックは、一例として上述の実施形態のような非水電解質二次電池に対し、この電池を電気的に保護する保護回路及び対象機器と接続する接続端子を備える配線基板と配設することによって作製できる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

図１に示す構造の電池として、アルミニウム蒸着ＰＥＴフィルムの内面側に接着剤を塗布したラミネートフィルム１７を有する電池２０を準備し、この電池２０を保護回路基板（３２）に接続した後、緩衝材（３４）とともに成形型の成形空間内にセットした。

［インモールド成型］
電池パックの外装となる形状維持ポリマー層の材料として、金属酸化物フィラーを含む樹脂を用いた。また、化粧フィルム（１９）は、最外層であるポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）に文字や絵柄等を印刷した後、接着剤を用いてバリアー層であるアルミ箔（１５μｍ）をラミネートした後、接着剤を用いて最内層であるポリプロピレンフィルム（６０μｍ）をラミネートした３層フィルムを形成し、所定の形状（実施例により凹凸形状がない場合は長方形３０ｍｍｘ４０ｍｍ）に打ち抜いたものとした。

次いで、上記の化粧フィルムを成形型の雌型表面に配置し、雄型を合わせた後、０．５ｍｍの径を有するゲート（及びゲート位置に対応するゲート穴）を通して樹脂をキャビティに注入し通常のインモールド成形を行った。その後、常温放置もしくは恒温槽内で表中に示した温度で静置、もしくは透明な型を用い、紫外線照射装置により３６５ｎｍの紫外光を照射して樹脂を硬化させて形状維持ポリマー層を形成した。

このとき、化粧フィルムに接着層はないが、形状維持ポリマー層を形成する樹脂が接着剤となるので、化粧フィルムと形状維持ポリマー層を一体化することができる。そして、形状維持ポリマー層の硬化後、樹脂注入孔及び排出孔に残った余分な枝状の樹脂を切断して電池パックの完成とした。

上述のようにして各種金属酸化物および各種樹脂および予め加飾されたフィルムをインモールド成型し、実施例１〜１０の電池パックを得た。また、比較例として、形状維持ポリマー層を有していない電池パックと、形状維持ポリマー層に粘着層を有する文字シールを貼り付けた電池パックを作製した。

そして、実施例１〜１０及び比較例１，２の電池パックの特性を測定した結果、下記の表１に示すような結果が得られた。なお、試験において、定格エネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）は、２３℃で１Ｃ（電池の理論容量を１時間で放出できる電流値）の定電流定電圧充電を上限４．２Ｖまで１５時間行い、続いて、１Ｃの定電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行った。この充放電を繰り返し、定格エネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）＝（平均放電電圧〔Ｖ〕×定格容量〔Ａｈ〕）／電池体積〔ｌ〕から求めた。

１ｍ落下試験は、ランダムに電池の落とす面を変えながら、角型電池６面の全ての面が当たるようにコンクリートの床に自由落下させ、１０回実施して外観に異常が見られなかったものを良品（ＯＫ）とし、割れたり部品が外れるなどの外観に異常が見られたものを不良品（ＮＧ）とした。硬化時間は、成形型に樹脂を充填した後、成形硬化するまでの時間である。

表１から明らかなように、電池素子をラミネートフィルムで包装した電池の表面に、母材であるウレタン樹脂又はアクリル樹脂又はエポキシ樹脂とフィラーであるケイ素やアルミニウム等の金属酸化物を含む形状維持ポリマー層を形成した実施例１〜１０の電池パックは、比較例に比べて、作製の時間を増加させることなく安定した品質で優れた強度特性を有し、且つ非常に良好な外観体裁を有していることが分かる。

以上、本発明を若干の好適実施形態及び実施例により説明したが、本発明はかかる実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本発明の電池素子外装材は、図１などに示した電池や電池素子のみならず、各種のゲル状ないしはポリマー型の非水電解質二次電池に用いることができる。

本発明の電池パックの一実施形態において、電池素子及びラミネートフィルムを説明する分解斜視図である。 図１に示す電池素子の構造を説明する斜視図である。 図１に示す電池のサイド封止部の形成前及び形成後を示す各々端面図（Ａ）（Ｂ）である。 サイド封止部の形成前を示す平面図（Ａ）、サイド封止部の形成後を示す平面図（Ｂ）及び形状維持ポリマー層の形成後を説明する部分破断状態の平面図（Ｃ）である。 電池パックのボトム部の断面図（Ａ）及び電極端子の延在方向に沿って切断した断面図（Ｂ）である。

符号の説明

１０…電池素子、１１…正極、１２…負極、１３ａ、１３ｂ…セパレータ、１５ａ…正極端子、１５ｂ…負極端子、１７…ラミネートフィルム、１８…形状維持ポリマー層、１９…化粧フィルム、２０…電池、３０…電池パック。

Claims (8)

1. 正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と、上記電池の保護回路基板と、上記電池の端子を外部に導出した状態で電池及び保護回路基板を一体的に被覆し且つ外面の少なくとも一部に化粧フィルムを一体化した形状維持ポリマー層を備えたことを特徴とする電池パック。
2. 上記形状維持ポリマー層が、母材である樹脂とフィラーを含む複合材料であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 上記形状維持ポリマー層が、ウレタン樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれか一つの樹脂を母材とした複合材料であることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 上記形状維持ポリマー層が、成形時における溶融樹脂の注入痕を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
5. 上記化粧フィルムの厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
6. 上記形状維持ポリマー層が、当該電池パックを電源とする製品に装着した状態で製品外観の一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
7. 上記形状維持ポリマー層に一体化した化粧フィルムが、当該電池パックを電源とする製品に装着した状態で製品外面の一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
8. 成形型の成形空間内に、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と、上記電池の保護回路基板と、外面の少なくとも一部を形成する化粧フィルムをセットした後、上記成形型の成形空間内に樹脂を充填して、上記電池の端子を外部に導出した状態で電池及び保護回路基板を一体的に被覆する形状維持ポリマー層を形成し、且つ上記形状維持ポリマー層の形成と同時にその外面に化粧フィルムを一体化したことを特徴とする電池パックの製造方法。

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