JP3579618B2 - 電池パック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機やモバイルコンピュータ等の携帯情報機器の電池電源として要求される小型軽量化及び薄型化を達成する電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やモバイルコンピュータ等の携帯情報機器の体積及び重量中に電池が占める比率は少なくなく、携帯情報機器の小型軽量化及び薄型化の鍵を電池が握っているといっても過言ではない。この携帯情報機器の小型軽量化及び薄型化の要求に応えるべく扁平形状のリチウムイオン二次電池が用いられているが、更なる軽量化、薄型化を可能とする二次電池としてリチウムポリマー二次電池に期待が寄せられている。特に積層極板群をラミネートシートによって形成した外装体内に収容したものは、軽量化や薄型化の実現に効果的である。
【０００３】
このようなリチウム系二次電池のようにエネルギー密度の高い二次電池では、過充電、過放電、過大放電電流等による劣化や破損を防止するため、保護回路やＰＴＣ等を用いて構成した電池保護装置を用いることが不可欠で、二次電池と共にパックケース内に収容して電池パックの形態に構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次電池は充放電の繰り返しや経年変化による極板の膨張が生じ、過放電や満充電状態での高温放置が継続されると電解液の分解によりガスが発生し、外装体に膨らみが生じることになる。この二次電池をパックケースに収容すると、二次電池の膨らみがパックケースに及び、パックケースの外形寸法に変化が生じることになる。携帯電話機のように小型の携帯機器では、電池パックは僅かな間隙を隔てて機器の構成要素と対面しているので、パックケースの外形寸法の変化が機器に影響を与えることになる。特に、ラミネートシートのように軟質の素材によって外装体を形成した二次電池では、極板の膨張やガスの発生は、直ちに外装体に膨らみを発生させ、それはパックケースの膨らみとなって外形寸法に変化を与える。
【０００５】
また、ラミネートシートのような軟質の外装体に積層された極板群を収容した構造では、外装体が積層された各極板を所定位置に拘束する拘束力が弱いため、衝撃や振動が加わったときに極板の位置ずれが生じやすく、内部短絡やリード破断等の損傷を生じやすい問題点があった。
【０００６】
本発明が目的とするところは、ラミネートシートを外装体とした二次電池を用いた電池パックにおける二次電池の極板の膨張を抑制すると同時にガスによる外装体の膨らみの影響を抑制する構造を備えた電池パックを提供することにある。
【０００７】
【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、ラミネートシートを外装体として矩形平板形状に形成された二次電池をパックケース内に収容してなる電池パックにおいて、前記パックケース内に、二次電池の４隅を囲んでその平板面方向の収容位置を規制するための位置規制部位が形成され、４隅の各位置規制部位のそれぞれの間に、前記外装体の前記平板面方向の膨らみを許容する空間が設けられていること特徴とする。また本発明は上記構成において、二次電池の平板面に臨むパックケースの内面に、二次電池の厚み方向の位置を規制するための位置規制部位と、前記外装体の前記厚み方向の膨らみを許容する空間形成部位とが形成されていることを特徴とする。上記二次電池が、外装体内に複数の正負極板を積層した積層極板群を封入して形成されていると好適である。
【０００８】
上記構成によれば、パックケース内に形成された４隅の位置規制部位は二次電池のパックケース内への収容位置を規制してパックケース内に位置固定し、衝撃や振動が加わったときに積層された極板の移動を防止すると共に、平板面に当接する位置規制部位は極板の積層方向に緊迫圧を加えて極板の膨張を抑制する。また、空間形成部位は二次電池との間に空間を形成するので、ガス発生により外装体に膨らみが生じたとき、ラミネートシートで形成されて軟質な外装体の膨らみを空間形成部位の空間に逃がし、外装体の膨らみがパックケースの外形寸法に変化を生じさせないようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一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。
【００１２】
本実施形態に係る電池パックは、携帯電話機の電池電源として構成した例を示すもので、図１に示すように、それぞれ半殻体に形成された上ケース２ａと下ケース２ｂとからなるパックケース２内に、リチウムポリマー二次電池として構成された二次電池３と、この二次電池３を過充電、過放電等から保護する電池保護装置４とを収容して構成されている。
【００１３】
この電池パック１は、携帯電話機に着脱自在に装填できるように構成されるもので、パックケース２を構成する上ケース２ａは携帯電話機の外装ケースの一部を構成する。従って、上ケース２ａは機器外装としての強度と美観を呈するように形成される。この上ケース２ａ及び下ケース２ｂは樹脂成形により形成され、二次電池３及び電池保護装置４を収容して両ケース間は、それぞれの周縁部で接合により一体化される。
【００１４】
前記二次電池３は、図２に断面図として示すように、シート状に形成された正極板と負極板とをポリマー電解質シートからなるセパレータを介して複数層に積層して形成された積層極板群１０を、ラミネートシートからなる柔軟な外装体１１内に収容して構成されている。
【００１５】
この外装体１１は、アルミニウム層の両側に複数の樹脂層を形成したラミネートシートを用いて密閉構造に形成される。図３に示すように、外装体１１を形成するラミネートシート２０は、中央折り曲げ線Ｔで２分した一方側に、前記積層極板群１０の外形寸法よりやや大きな矩形状で、積層極板群１０の厚さとほぼ同一の深さを有する極板収容凹部３３が形成される。この極板収容凹部３３に積層極板群１０を収容し、中央折り曲げ線Ｔから２つ折りにすると共に、積層極板群１０の正極板から正極リード１２、負極板から負極リード１３を引き出し、電解液を注入して、周辺の３か所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を熱接合によりシールして前記極板収容凹部３３を密閉し、図４（ａ）に示すような二次電池３に形成する。両サイドのシール辺Ｐ２、Ｐ３は、図４（ｂ）に示すように、内側に折り返して二次電池３の幅寸法の縮小を図ると共に、シール性の向上を図っている。
【００１６】
上記構成になる二次電池３は、図５に示すように、下ケース２ｂ内に電池保護装置４と共に収容される。下ケース２ｂには、矩形平板状に形成された二次電池３の側面に臨む部位に、二次電池３の４隅のコーナーをそれぞれ囲んで二次電池３の収容位置を規制する位置規制部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ（斜線表示）が形成されており、二次電池３の下ケース２ｂへの収容位置を位置決めし、収容位置からの移動を規制している。また、下ケース２ｂの二次電池３の図示左右側面に臨む部位の前記位置規制部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを除く部位は、二次電池３の左右側面との間に所定距離の隔たりを形成した空間形成部１５ａ、１５ｂが形成され、図示下側面に臨む部位の前記位置規制部１４ｅ、１４ｆを除く部位は、二次電池３の下側面との間に所定距離の隔たりを形成した空間形成部１５ｃが形成されている。
【００１７】
図５に示す二次電池３及び電池保護装置４を収容した下ケース２ｂに上ケース２ａを接合した状態で、前記位置規制部１４ｃ、１４ｄの形成位置であるＡ−Ａ線矢視断面を図６（ａ）に、前記空間形成部１５ａ、１５ｂの形成位置であるＢ−Ｂ線矢視断面を図６（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、位置規制部１４ｃ、１４ｄの形成位置では、二次電池３の側面（シール辺Ｐ２、Ｐ３の折り返し部分）に近接して二次電池３の幅方向の収容位置を規制している。一方、位置規制部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが形成されていない空間形成部１５ａ、１５ｂの形成位置では、図６（ｂ）に示すように、二次電池３の側面との間に空間が形成されている。
【００１８】
また、二次電池３及び電池保護装置４を収容した下ケース２ｂに上ケース２ａを接合した状態で、前記位置規制部１４ｂ、１４ｆの形成位置であるＣ−Ｃ線矢視断面を図７（ａ）に、前記空間形成部１５ｃの形成位置であるＤ−Ｄ線矢視断面を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）に示すように、位置規制部１４ｂ、１４ｆの形成位置では、二次電池３の側面に近接して二次電池３の幅方向の収容位置を規制している。一方、空間形成部１５ｃの形成位置では、図７（ｂ）に示すように、二次電池３の側面との間に空間が形成されている。
【００１９】
この二次電池３の側面に対して位置規制部１４ａ〜１４ｆ及び空間形成部１５ａ〜１５ｃが形成されると同時に、二次電池３の平板面に対しても二次電池３に当接して二次電池３に緊迫力を加える当接部（位置規制部位）１６と、二次電池３との間に空間を形成する間隙部（空間形成部位）１７とが形成される。即ち、図６に示すように、上ケース２ａの中央部には、二次電池３の平板面に当接するように肉厚にした当接部１６と、その両側に二次電池３との間に間隙Ｇが形成されるように肉薄にした間隙部１７とが形成されている。
【００２０】
本構成になる二次電池３のように、軟質の外装体１１内に複数の極板を積層した積層極板群１０を収容した構造では、外装体１１の積層極板群１０を拘束する力が弱く、衝撃や振動が加わったときに積層された極板に位置ずれが生じやすくなるが、上記位置規制部１４ａ、１４ｂは二次電池３のリード引き出し側の左右コーナー部分を囲み、位置規制部１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆは二次電池の後端側の左右コーナー部分を囲んでいるので、極板の移動が規制される。極板の移動は、極板間の位置ずれによる内部短絡やリード断線、極板の移動によって外装体１１のラミネートシートを傷つけ、その内層のアルミニウム層に極板が接触することによる局部電池の発生等の弊害を生じさせる恐れがあるが、位置規制部１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆによる位置規制により、これらの弊害の発生が防止される。また、上ケース２ａに形成された当接部１６によって極板の積層方向に緊迫力が加わるので、積層された極板間の摩擦力が大きくなり、極板は更に位置ずれし難い状態となる。また、当接部１６による緊迫力は、積層極板群１０の充放電の繰り返しや経年変化による膨張を抑制する効果もある。
【００２１】
また、二次電池は過充電や満充電状態で放置されたような場合にガスが発生する。二次電池３のようにラミネートシートを外装体１１とした場合には、外装体が軟質であるため、ガスの発生は直ちに外装体１１に膨らみを生じさせ、外装体１１の膨らみは電池パック１に外形形状の変化を及ぼすことになる。このような電池使用の誤りによるガス発生に対処するため、前記空間形成部１５ａ〜１５ｃ及び間隙部１７が設けられており、ガス発生による外装体１１の膨らみをパックケース２内の空間に逃がすようにしている。外装体１１は軟質であるため、位置規制部１４ａ〜１４ｆや当接部１６が二次電池３に当接している以外の空間のある部分に膨らみを逃がすことができ、万が一のガス発生に対しても電池パック１の変形が防止される。
【００２２】
図８は、空間形成部１５ｂの形成位置の断面を示し、図８（ａ）に示すように、ガス発生のない正常状態では、二次電池３の側面と空間形成部１５ｂとの間、及び二次電池３の平板面と間隙部１７との間には、空間が形成されている。前述したような二次電池３の異常使用により外装体１１内にガスが発生したとき、軟質の外装体１１は、図８（ｂ）に示すように膨らみ、この膨らみは空間形成部１５ｂと間隙部１７とによって形成された空間に逃がすことができる。外装体１１は軟質であるため、位置規制部１４ａ〜１４ｆや当接部１６が外装体１１に当接している以外の空間のある部分に膨らみを逃がすことができ、万が一のガス発生に対しても電池パック１の変形が防止される。
【００２３】
図９は、電池パック１を下ケース２ｂ側から見た平面図で、二次電池３の平板面に対面する面は、図６及び図７に示したように薄肉形成されて、二次電池３の積層極板群１０が膨張によりその厚さが変化した場合や、前述のガス発生により外装体１１が膨張した場合に、弾性的に変形する弾性変形面１８が形成されている。また、この弾性変形面１８を取り囲むように突出形成された外周部１９が形成されている。更に、弾性変形面１８は薄肉形成されているので、刃物等による突き刺しにより二次電池３が損傷を受けることを防止するため、弾性変形面１８の周辺部分を除いた部分にステンレス薄板（金属薄板）７が貼着されている。このステンレス薄板７の角部には、外周部１９に当接する突出部７ａが形成され、ステンレス薄板７を弾性変形面１８に貼着するときの位置決めができるように構成されている。
【００２４】
この構成により二次電池３は、前記弾性変形面１８と上ケース２ａの当接部１６とに挟まれた状態になり、弾性変形面１８により弾性加圧を受けて、その厚さ方向に緊迫力が加わった状態にパックケース２内に収容されるので、極板の膨張が抑制されると同時に、ガス発生によるパックケース２の厚さ方向の外形変化を抑制している。
【００２５】
図６及び図７に示すように、前記弾性変形面１８は本構成においては厚さ０．２２ｍｍに薄肉形成され、この弾性変形面１８の周囲には、所定高さに外周部１９が形成されている。この外周部１９の頂部と弾性変形面１８に貼着されたステンレス薄板７の表面との間には段差Ｈができるように外周部１９の突出高さが形成される。尚、本構成での段差Ｈは０．４ｍｍに設定されている。
【００２６】
充放電の繰り返しや経年変化により積層極板群１０が膨張して二次電池３の厚さが増加して上ケース２ａと下ケース２ｂとの間の電池収容空間の高さを越えたとき、二次電池３の膨張による圧力は薄肉形成されて変形しやすくなっている弾性変形面１８を押し出して弾性変形させる。弾性変形面１８は二次電池３と接触する面が平均的に押し上げられ、図８（ｂ）に示すように、変形は外周部１９に接する周辺部で弾性変形する。本構成におけるリチウムポリマー二次電池の厚さは３．９１ｍｍで、これが充放電を繰り返した全寿命経過における膨張による厚さは４．３１ｍｍとなり、０．４ｍｍの膨張が生じるデータが取得されている。前述したように、弾性変形面１８上には外周部１９に囲まれた高さ０．４ｍｍの段差Ｈによる空間が形成されているため、電池パック１の全寿命が経過した状態でも電池パック１の最大厚さに変化は生じない。また、弾性変形面１８の表面には、その周囲を残してステンレス薄板７が貼着されていることにより、二次電池３の平均的な厚さ変化と相まって周囲の弾性変形により平面状態を保って均等に外周部１９内に膨出する。
【００２７】
この極板の膨張は、二次電池３の平板面の一方側の面は弾性変形面１８に当接して弾性圧力が加えられ、他方側の面はその中央部で上ケース２ａの当接部１６に当接しているので、二次電池３は積層極板群１０の積層方向に緊迫力が加えられ、極板の膨張が抑制されるので、上記のようなパックケース２の厚さの増加はより少なくなる。
【００２８】
また、ガス発生の場合は、弾性変形面１８によって二次電池３は緊迫力が加えられた状態となっているので、外装体１１の膨らみは空間形成部１５ａ〜１５ｃ及び間隙部１７に逃げ、膨らみを吸収する余地がなくなったとき、弾性変形面１８が外方に押し出されることになる。
【００２９】
以上説明した電池パック１における二次電池３は、図１０（ａ）に示すように、封筒状に形成したラミネートシートに寄って形成した外装体１１ａ内に積層極板群１０ａを収容して、図１０（ｂ）に示すような形態に構成した二次電池３ａを用いても同様に構成することができる。
【００３０】
また、本実施形態は、携帯電話機の電池電源として適用した例について述べたが、モバイルコンピュータや電子手帳、トランシーバ等においても同様の構成を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、ラミネートシートによって外装体を形成した二次電池をパックケース内に収容して電池パックを構成した場合に、ガス発生により外装体に膨らみが生じたときにも、二次電池との間に形成された空間形成部に膨らみを逃がすことができるので、電池パックの外形形状に変化を及ぼして機器に影響を与えることがない。また、二次電池は位置規制部によって収容位置からの移動が規制されるので、振動や衝撃が加わったときの移動がなく、軟質の外装体内に収容された極板の移動による内部短絡の発生も防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池パックの概略構成を示す斜視図。
【図２】二次電池の構成を示す断面図。
【図３】外装体の構造を示す（ａ）は外装体の平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線矢視断面図。
【図４】二次電池の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図５】下ケースに電池保護装置及び電池を配設した状態を示す平面図。
【図６】電池パックとして完成した状態での（ａ）はＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図７】電池パックとして完成した状態での（ａ）はＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線矢視断面図。
【図８】ガス発生による二次電池の膨張状態を説明する（ａ）は正常時、（ｂ）はガス発生時の断面図。
【図９】電池パックとして完成した状態での下ケース側から見た平面図。
【図１０】二次電池の別態様を示す（ａ）は組み立て図、（ｂ）は完成状態の斜視図。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ パックケース
２ａ 上ケース
２ｂ 下ケース
３ 二次電池
１０ 積層極板群
１１ 外装体
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 位置規制部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 空間形成部
１６ 当接部
１７ 間隙部

Claims (3)

1. ラミネートシートを外装体として矩形平板形状に形成された二次電池をパックケース内に収容してなる電池パックにおいて、
   前記パックケース内に、二次電池の４隅を囲んでその平板面方向の収容位置を規制するための位置規制部位が形成され、４隅の各位置規制部位のそれぞれの間に、前記外装体の前記平板面方向の膨らみを許容する空間が設けられていることを特徴とする電池パック。
2. 二次電池の平板面に臨むパックケースの内面に、二次電池の厚み方向の位置を規制するための位置規制部位と、前記外装体の前記厚み方向の膨らみを許容する空間形成部位とが形成されている請求項１記載の電池パック。
3. 二次電池が、外装体内に複数の正負極板を積層した積層極板群を封入して形成されている請求項１または２記載の電池パック。

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