JP3507398B2 - 電池パック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラミネートシート
による外装ケース内に発電要素を収容した二次電池を用
いて薄型化、軽量化を図った電池パックに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機、モバイルコンピュータ等の
携帯情報機器や携帯型音響機器などは、その携帯性を向
上させるべく小型軽量化、薄型化の要求が高まってい
る。その鍵を握っているのが電池電源装置であると言っ
ても過言ではなく、特に二次電池を用いた電池電源装置
の軽量化、薄型化の要求が高い。

【０００３】二次電池を用いた電池電源装置（電池パッ
ク）の軽量化、薄型化は、取りも直さず二次電池の軽量
化、薄型化を達成することにあり、これを目的として金
属層の両面を複数の樹脂層で被覆したラミネートシート
を外装ケースとして、これに発電要素を封入した二次電
池が実用化されている。このラミネートシートを外装ケ
ースとした二次電池を用いることにより、軽量化、薄型
化された電池パックを構成することができる。

【０００４】図１は、複数の二次電池１によって電池パ
ックを構成したもので、図１（ｂ）に示すように、二次
電池１の厚さ方向に上ケース２ａと下ケース２ｂとに分
割されたパックケース２の下ケース２ｂ上に複数の二次
電池１を配設し、電池保護装置を構成した回路基板３に
各二次電池１の正極及び負極の各リードを接続して回路
基板３の回路パターンにより各二次電池１を並列接続
し、下ケース２ｂに上ケース２ａを接合することによ
り、図１（ａ）に示すように、薄型化された電池パック
が構成できる。上ケース２ａと下ケース２ｂとの接合は
超音波溶接が好適で、溶剤接合の作業性の悪さや溶剤に
よる汚れ等がなく、仕上がりがよく確実な接合を実施で
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラミネ
ートシートを外装ケースとした二次電池１を配設した下
ケース２ｂ上に上ケース２ａを超音波接合するとき、超
音波振動により二次電池１の外装ケースに損傷が生じる
恐れがあった。

【０００６】図２に示すように、二次電池１の外装ケー
ス４は、アルミニウム等の展性に富む金属を厚さ２５〜
４０μｍの箔状に形成した金属層の両面に、ポリエチレ
ン、ナイロン等の樹脂を厚さ１５〜３０μｍのフィルム
状に形成した樹脂層を接合したラミネートシート３２に
よって形成されている。このラミネートシート３２の一
方側に発電要素を収容するための凹部２９を形成し、こ
の凹部２９に発電要素を収容した後、折り曲げ線Ｔから
他方側を折り曲げて凹部２９上に被せ、図３に示すよう
に、３辺のシール辺Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を熱シールして外
装ケース４に形成される。発電要素を構成する積層極板
３０の正極極板に接続された正極リード１１及び負極極
板に接続された負極リード１２は、外装ケース４の同一
のシール辺Ｐ３から外部に引き出される。外装ケース４
を形成した両側のシール辺Ｐ１、Ｐ２は、図３（ｃ）に
示すように、折り曲げて平板面上に粘着テープ３１で固
定され、幅寸法の縮小を図っている。

【０００７】このように形成された二次電池１を上ケー
ス２ａと下ケース２ｂとの間に収めて超音波振動が加え
られたとき、二次電池１に超音波振動が伝わると、外装
ケース４に形成された凹部２９の底面周囲のラミネート
シートに金属層の亀裂が生じる場合がある。

【０００８】ラミネートシートの金属層は、二次電池１
の外装ケース４として不可欠な防湿性、防気性、遮光性
を担っており、金属層は樹脂層を透過する大気中の水分
を遮断し、二次電池１の内部に水分が侵入することを抑
制している。この金属層に亀裂が生じると、亀裂を通じ
て水分が侵入することになり、二次電池１の寿命特性に
悪影響を与え、劣化を加速させることになる。

【０００９】本発明が目的とするところは、パックケー
スの超音波接合時に二次電池の外装ケースに損傷を与え
ないように構成した電池パックを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ラミネートシートによって形成され、発電
要素を収容するための凹部を有する外装ケース中に、発
電要素を前記凹部内に位置するように収容して扁平直方
体状に形成され、外装ケースの同一辺から正極リード及
び負極リードが同一方向に引き出されてなる二次電池
を、二次電池の厚さ方向に上ケースと下ケースとに分割
したパックケースのいずれか一方のケース上に位置決め
配置し、上ケースと下ケースとの間を超音波接合して構
成された電池パックであって、前記二次電池が位置決め
配置されたケースと、前記二次電池の外装ケースにおけ
る凹部底面でリード引き出し辺側の凹部底辺に沿った部
位との間に、超音波振動を減衰させる制振部材を介在さ
せてなることを特徴とする。

【００１１】上記構成によれば、パックケースの超音波
接合時に制振部材により二次電池に伝わる超音波振動が
減衰するので、外装ケースを構成するラミネートシート
の金属層が超音波振動によって損傷を受けることが防止
できる。この構成によりラミネートシートを外装ケース
とした二次電池をパックケース内に収容する作業を超音
波接合を用いて実施することができ、薄型で強度信頼性
の高い電池パックを構成することができる。

【００１２】上記構成における制振部材は、所要部位に
塗布されたペースト状の弾性樹脂、あるいは所要部位に
貼着された弾性体シートとして具体化することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００１４】本発明の実施形態は、ラミネートシートに
よって形成された外装ケース内に発電要素を収容した二
次電池１を３個並列接続した電池パックの構成を示すも
ので、図１（ｂ）に示すように、パックケース２を構成
する下ケース２ｂ内に３個の二次電池１と回路基板３と
を収容し、下ケース２ｂに上ケース２ａを接合すること
によって、図１（ａ）の外観図に示すように偏平な二次
電池パックに形成したものである。

【００１５】前記二次電池１は、リチウムポリマ二次電
池として構成されたもので、金属層の両面を複数の樹脂
層で被覆したラミネートシートを２つ折りにして、図３
（ｂ）に示すように、２つ折りするラミネートシートの
一方面側に形成された凹部２９内に発電要素を収容し、
図３（ａ）に示すように、３方のシール辺Ｐ１、Ｐ２、
Ｐ３を熱シールして外装ケース４を形成し、発電要素を
構成する積層極板３０の正極極板に接続された正極リー
ド１１及び負極極板に接続された負極リード１２は、外
装ケース４の同一のシール辺Ｐ３から外部に引き出され
ている。外装ケース４を形成した両側のシール辺Ｐ１、
Ｐ２は、図３（ｃ）に示すように、折り曲げて平板面上
に粘着テープ３１で固定され、幅寸法の縮小を図ってい
る。

【００１６】この二次電池１は、図４に示すように、樹
脂成形によって半殻体に形成された下ケース２ｂ内に配
設される。図示するように下ケース２ｂには、複数の二
次電池１それぞれを位置決め保持する電池位置決めリブ
６ａ、６ｂが形成され、下ケース２ｂの内周壁２８と共
に、二次電池１はその４辺で位置決め保持される。この
下ケース２ｂの底面にはプラス入出力端子２５ａ、マイ
ナス入出力端子２５ｂ、温度検出端子２５ｃからなる外
部入出力端子２５が取り付けられ、それぞれにプラスリ
ード板２２ａ、マイナスリード板２２ｂ、温度検出リー
ド板２２ｃからなるリード板２２が接合され、それぞれ
の一端が回路基板３の配設位置下に位置している。回路
基板３は基板位置決めリブ７ａ、７ｂと内周壁２８とに
よって位置決めされ、下ケース２ｂ上に回路基板３が配
置されたとき、回路基板３に形成されたプラス接続端子
２０ａ、マイナス接続端子２０ｂ、温度検出接続端子２
０ｃからなる接続端子２０それぞれの孔に対応するリー
ド板２２がそれぞれ入るので、リード板２２と接続端子
２０とをハンダ付けして両者が接続され、回路基板３が
外部入出力端子２５に接続された状態が得られる。この
接続構成により外部入出力端子２５から回路基板３を通
じて二次電池１に対する充放電を行うことができる。

【００１７】図５に示すように、回路基板３が配設され
た下ケース２ｂ上に３個の二次電池１を配置すると、各
二次電池１それぞれの正極リード１１及び負極リード１
２は、その先端が回路基板３に形成されたハンダ付けラ
ンド２１上に位置するようになる。正極リード１１及び
負極リード１２それぞれには、予めその先端にニッケル
板によって形成された接続部材１９が超音波溶接され、
この接続部材１９を基板１０上に導体パターンにより形
成されたハンダ付けランド２１にハンダ付けすることに
より、３個の二次電池１の回路基板３への接続がなされ
る。このように接続部材１９を用いるのは、正極リード
１１がアルミニウムであり、ハンダ付けができないた
め、容易なハンダ付けを可能とするためのものである。

【００１８】回路基板３は両面基板として形成され、裏
面に各ハンダ付けランド２１を接続して各二次電池１を
並列接続する導体パターン９が形成され、表裏の導体パ
ターン９は要所でスルーホール１３によって接続され、
電池保護装置を構成する過電流保護素子８及び保護回路
５の回路パターンが形成されている。

【００１９】各二次電池１を回路基板３に接続すること
によって、図６の回路図に示すように、各二次電池１は
それぞれ過電流保護素子８を直列接続した状態にして並
列接続され、並列接続された３個の二次電池が保護回路
５を通じて接続端子２０に接続された回路構成が得られ
る。過電流保護素子８は、各二次電池１それぞれに過大
な充放電電流が流れたときに溶断して二次電池１個々の
破損を防止するものである。また、保護回路５は、ＩＣ
部品を含む複数の電子部品を基板１０上の所定位置に集
中的に実装し、樹脂モールド２６により被覆して構成さ
れたもので、過充電、過放電等の二次電池パックとして
の異常状態を検出したとき、入出力回路を遮断して二次
電池１を異常状態から保護するものである。これら過電
流保護素子８及び保護回路５によって電池保護装置が構
成されており、この二次電池パックに接続される機器の
故障や誤動作、あるいは間違った使用などによる二次電
池の破損を防止することができる。

【００２０】このように下ケース２ｂ内に全ての構成要
素が収容された後、図１に示すように、下ケース２ｂに
上ケース２ａが超音波接合され、複数の二次電池１をパ
ックケース２内に封じた二次電池パックが完成される。
以下に上ケース２ａと下ケース２ｂとの接合構成につい
て説明する。

【００２１】上ケース２ａには、図７に示すように、下
ケース２ｂの内周壁２８と外周壁２７との間に形成され
た側周溝３４に嵌入する側周リブ３３と、下ケース２ｂ
に形成された電池位置決めリブ６ｂ、６ｂの間の電池保
持溝３５に嵌入する電池保持リブ３６と、下ケース２ｂ
に形成された電池位置決めリブ６ａと基板位置決めリブ
７ａとの間に嵌入するリード辺保持リブ３７と、回路基
板３の厚さ方向の位置を規制する基板押さえリブ３８と
が形成されている。また、位置決めリブ３９が３ヵ所の
隅に形成され、下ケース２ｂに形成された位置決め部４
０に嵌合できるように構成されている。また、図７に示
すように、二次電池１のリード引き出し辺側の凹部２９
底辺に対応する位置にシリコンゴム（制振部材）４１が
塗布される。

【００２２】前記位置決めリブ３９を下ケース２ｂの位
置決め部４０に挿入して上ケース２ａを下ケース２ｂに
位置決めし、上ケース２ａを下ケース２ｂ側に加圧する
と、図８に示すように側周リブ３３は側周溝３４に、図
９に示すように電池保持リブ３６は電池保持溝３５に、
リード辺保持リブ３７は電池位置決めリブ６ａと基板位
置決めリブ７ａとの間に嵌入し、それぞれリブ先端のＶ
字リブ４２は溝の底に形成されたＶ字溝４３に嵌まり合
う。この状態で上ケース２ａと下ケース２ｂとを超音波
溶接装置のホーンと受け治具とにより挟圧し、ホーンか
ら超音波加振すると、上ケース２ａと下ケース２ｂとは
Ｖ字リブ４２とＶ字溝４３との間で溶着される。この超
音波接合時に、上ケース２ａの所要部位にシリコンゴム
４１が塗布されていることにより、二次電池１に伝わる
超音波振動はシリコンゴム４１により減衰してラミネー
トシートの金属層に損傷を与えることが防止される。

【００２３】二次電池１の外装ケース４は、前述したよ
うにラミネートシートに発電要素を収容する凹部２９の
形成時に、変形による応力により金属層と樹脂層との弾
性率の違いから両者の接合界面に微細な剥離が生じ、金
属層は塑性変形により引き延ばされた状態となる。この
変形が最も著しい凹部２９の底面周囲であり、ここに超
音波振動が加わると引き延ばされた金属層に亀裂が生じ
やすくなる。そこで、シリコンゴム４１により超音波振
動を減衰させることにより、金属層の損傷が防止でき
る。ラミネートシートの金属層は、外装ケース４として
の防気性、遮光性等を保つ上で重要であり、これが損な
われることは二次電池１の劣化につながることになり、
前記シリコンゴム４１による超音波振動の減衰効果は、
超音波接合を用いた電池パックの構成に極めて有効な手
段となる。尚、超音波振動の減衰効果は、弾性体シート
を所要部位に貼着しても同様の効果が得られる。また、
シリコンゴム４１は、二次電池１に塗布しても同様の効
果が得られる。

【００２４】上記のように超音波振動を減衰させる部材
としては、前記シリコンゴム４１のように粘度が高いペ
ースト状のものの緩衝作用を利用して超音波振動を減衰
させることができるが、同様に超音波振動を減衰させ得
るものとして、高弾性率にあり内部摩擦により振動を減
衰させる防振ゴム、発泡ウレタン樹脂等を利用すること
もできる。また、液体もしくはゲル状の組成物を樹脂フ
ィルム等の袋体内に封入したものでも同様の減衰効果が
得られる。

【００２５】図１０は、二次電池１のパックケース２内
への収容状態を示すもので、（ａ）は二次電池１の短手
方向、（ｂ）は二次電池１の長手方向の断面図である。
図示するように、下ケース２ｂの二次電池１の平板面と
接する部位は薄肉成形された弾性変形面４４に形成され
ている。図１１は、下ケース２ｂの外面側の平面図で、
前記弾性変形面４４の形成状態を示している。弾性変形
面４４は、その周囲から段差Ｈだけ低い位置に薄肉成形
され、二次電池１が膨張によりその厚さが変化した場合
に平面状態を保って弾性変形する。この弾性変形面４４
には薄肉成形されているので、刃物等による突き刺しに
より二次電池１が損傷を受けることを防止するため、ス
テンレス薄板４５が貼着されている。このステンレス薄
板４５はその角部には突出部４５ａが形成されて貼着時
の位置決めを容易にし、４辺には弾性変形面４４を被覆
しない部分を設けて、弾性変形面４４の弾性変形する部
分の変形を阻害しないようにしている。尚、外部入出力
端子２５が設けられた位置に配設される二次電池１に対
しては、薄肉成形された弾性変形溝４６を設け、同様に
二次電池１の厚さ変化に対応できるようにしている。

【００２６】充放電の繰り返しや経年変化により極板が
膨張したとき、この二次電池１のように外装ケース４が
ラミネートシートのような軟質のもので形成されている
場合に、二次電池１の厚さが平均的に増加し、弾性変形
面４４を押し上げる。弾性変形面４４はその周辺部で変
形するので、弾性変形面４４の中央部は平面状態を保っ
て段差Ｈの中で浮き上がる。従って、段差Ｈを二次電池
１の厚さ変化量に対応して設定することにより、二次電
池１の厚さ変化によって電池パックの厚さに変化を来す
ことがなく、電池パックを装着する機器に影響を与える
ことがない。

【００２７】また、図１０（ａ）に示すように、上ケー
ス２ａの内面に二次電池１の長手方向に膨出部４７が形
成され、二次電池１をパックケース２内に収容したと
き、二次電池１を弾性変形面４４との間で挟み込む。弾
性変形面４４はその弾性により二次電池１に圧縮方向の
力を加えるので、二次電池１には常時緊迫力が加わって
極板の膨張が抑制される。また、ラミネートシートのよ
うな軟質材料によって外装ケース４を形成した二次電池
１は、積層された極板群を拘束する力が弱く、衝撃や振
動が加わった場合に積層された極板に位置ずれが生じや
すくなるが、側面が４辺で囲まれ、厚さ方向には緊迫力
が加えられていることにより、極板の移動が規制され
る。

【００２８】以上説明した実施形態の構成は、３個の二
次電池１をパックケース２内に収容した場合であるが、
３個以下、３個以上の場合にも同様に構成することがで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、ラミ
ネートシートを外装ケースとする複数の二次電池を用い
て二次電池パックを構成するとき、パックケースの上ケ
ースと下ケースとを超音波接合する際の超音波振動は、
パックケースと二次電池との間に介在させた弾性体によ
り減衰するので、超音波振動により二次電池に損傷が生
じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池パックの（ａ）は外観図、（ｂ）はパック
ケースを開いた状態の斜視図である。

【図２】外装ケースの形成方法を示す（ａ）は平面図、
（ｂ）はＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図３】二次電池の構成を示す（ａ）は外装ケースのシ
ール状態を示す平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は完成
状態の平面図である。

【図４】下ケースの内面側の構成を示す平面図である。

【図５】下ケース内に回路基板と二次電池とを収容した
状態を示す平面図である。

【図６】二次電池パックの電気的接続を示す回路図であ
る。

【図７】上ケースの内面側の構成を示すと共に弾性体の
塗布状態を示す平面図である。

【図８】上ケースと下ケースとの周辺部における嵌合状
態を示す断面図である。

【図９】上ケースと下ケースとの電池間における嵌合状
態を示す断面図である。

【図１０】パックケース内への二次電池の収容状態を示
す（ａ）は二次電池短手方向、（ｂ）は二次電池長手方
向の断面図である。

【図１１】下ケースの外面側の構成を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 二次電池 ２ パックケース ２ａ 上ケース ２ｂ 下ケース ４ 外装ケース ４１ シリコンゴム（弾性体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 滋夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小柳 美憲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 児島 正規 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−245752（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−69894（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−63552（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−112302（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−69893（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−241701（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−117071（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラミネートシートによって形成され、発
   電要素を収容するための凹部を有する外装ケース中に、
   発電要素を前記凹部内に位置するように収容して扁平直
   方体状に形成され、外装ケースの同一辺から正極リード
   及び負極リードが同一方向に引き出されてなる二次電池
   を、二次電池の厚さ方向に上ケースと下ケースとに分割
   したパックケースのいずれか一方のケース上に位置決め
   配置し、上ケースと下ケースとの間を超音波接合して構
   成された電池パックであって、前記二次電池が位置決め配置されたケースと、 前記二次
   電池の外装ケースにおける凹部底面でリード引き出し辺
   側の凹部底辺に沿った部位との間に、超音波振動を減衰
   させる制振部材を介在させてなることを特徴とする電池
   パック。
2. 【請求項２】 制振部材はペースト状の弾性樹脂である
   請求項１記載の電池パック。
3. 【請求項３】 制振部材は弾性体シートである請求項１
   記載の電池パック。