JP3791351B2

JP3791351B2 - Battery pack

Info

Publication number: JP3791351B2
Application number: JP2001162301A
Authority: JP
Inventors: 能也金子; 智樹野口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002358941A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パックに関し、より詳細には充電時は並列充電、放電時は直列放電できる電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、カメラ、ビデオ等、携帯用の電子機器の用途や数が爆発的に伸びている。これらの携帯用の電子機器には、駆動のための動力源が必要となる。現状、最も一般的に用いられている動力源は電池であり、近年では、特に充電による再利用が可能な二次電池の需要が伸びている。
【０００３】
上記のような携帯用の電子機器は高機能化が進み、液晶やズームレンズモータの様に、高い電圧を必要とする部品の搭載が不可欠になっており、電池の高電圧化が求められてきた。その対応策として、複数の電池を直列配列することが考えられてきた。しかしながら、全ての電池を同等に満充電するという観点からすると並列充電することが好ましく、並列充電、直列放電可能な電池パックが求められてきた。電池パックは、過充電、過放電、過電流放電、外部短絡から電池を保護する為に、各二次電池には保護回路が設けられる。また、複数ある保護回路の電流路抵抗を揃えるという観点から保護回路と共にＦＥＴを設ける。従来の電池パックを図１に示すように各二次電池にそれぞれ２つのＦＥＴを同一モールドしたチップを備えるものであった。しかしながら複数の保護回路の電池路抵抗にばらつきがあり、しいては電池の寿命が短くなるという問題を有していた。電池のばらつきがある場合、２つの電池のうち抵抗が大きい方の電池は抵抗が大きい為に充電の際にもう一方の抵抗が小さい電池よりもフル充電までに時間を有する。電池の充電は、抵抗の小さい方の電池がふる充電になった段階でシステム的にストップされる。そのため、抵抗の大きい方の電池はフル充電されることなく放電に使用される。そうして放電の際にはフル充電の電池よりもはやく放電が完了してしまい、放電は抵抗の小さい方の電池がフル放電されていない状態でシステム的に放電が完了する。その電池をまた充電する為、抵抗の小さい方の電池はまた一段と早く充電が完了してしまう。その結果、抵抗の大きい方の電池はまた一段と充電量が少ない状況で充電がシステム的に完了する。この充放電を繰り返す内に抵抗の大きい方の電池はシステム的に容量が小さくなってしまい、最後にはシステム的に電池として機能しなくなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複数の保護回路の電流路抵抗にばらつきが抑えられた電池パックが求められていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、同一チップ内の素子を分け合う事で抵抗値を揃えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明の要旨は下記（１）〜（７）に存する。
（１）２組の二次電池がケースに収納されてなり、二次電池１組につき対応する正極及び負極の外部端子を有し、各外部端子はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パックにおいて、２つのＦＥＴを同一モールドしたチップを２個有し、二次電池が各々保護回路を有し、該２つの保護回路が同一モールド内のＦＥＴを１個ずつ分けて使っていることを特徴とする電池パック。
【０００６】
（２）２組の二次電池がケースに収納されてなり、各１組の二次電池が複数の平板型二次電池が並列に接続されてなり、該平板型二次電池は同一組内の二次電池を構成する平板型二次電池どうしが隣り合わないように、他の組の二次電池を構成する平板型二次電池と隣り合わせに積層されて電池パック中に収納されていることを特徴とする上記（１）に記載の電池パック。
【０００７】
（３）保護回路がサーミスタを備えていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の電池パック。
（４）二次電池が各々更に保護素子を備えていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電池パック。
（５）各１組の二次電池が複数の平板型二次電池が並列に接続されてなり、該平板型二次電池が、各々保護回路及び／又は保護素子を備えていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電池パック。
【０００８】
（６）保護素子が電流ヒューズ又は温度ヒューズであることを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の電池パック。
（７）（Ａ）２組の二次電池がケースに収納されてなり、二次電池１組につき対応する正極及び負極の外部端子を有し、各外部端子はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パックにおいて、２つのＦＥＴを同一モールドしたチップを２個有し、二次電池が各々保護回路を有し、該２つの保護回路が同一モールド内のＦＥＴを１個ずつ分けて使っていることを特徴とする電池パックと、（Ｂ）該電池パックの外部端子と対応する接合端子を有し、外部端子と接合端子を接合した際に、２組の二次電池が並列になるよう接合端子が配線された充電器からなる電池キット。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
図２は、本発明の電池パックの構成を示すブロック図である（但し、充電器２０１と接続された状態）。
本発明の電池パックは２組の二次電池１０３がケースに収納されてなり、二次電池１組につき対応する１組の正極及び負極の外部端子１０２を有し、各外部端子１０２はそれぞれ独立して対応する二次電池１０３の正極又は負極に電気的に接続されている。なお、本発明においては１つの二次電池１０３を１組の二次電池と定義している。これは図３に示すように、二次電池１０３は複数の二次電池１０４から構成されているためである。電池容量を増大させるという観点から、複数の二次電池１０４は並列に接続されて１組の二次電池１０３を形成していることが好ましい。
【００１０】
本発明の電池パックは２つのＦＥＴ１０７を同一モールドしたチップ１０８を２個有することを必須とする。電池パック内の二次電池１０３は各々保護回路１０６を有しており、該２つの保護回路１０６は、同一モールド１０８内のＦＥＴ１０７を１個ずつ分けて使っている。即ち図２において２つのＦＥＴ１０７を同一モールドしたチップ１０８とは、ＦＥＴ１０７−ＡとＦＥＴ１０７−Ｃを同一モールドしたチップ１０８−１と、ＦＥＴ１０７−ＢとＦＥＴ１０７−Ｄを同一モールドしたチップ１０８−２とであり、該チップ１０８を２個有するとは、１０８−１と１０８−２を有するということである。また、２つの保護回路１０６は、同一モールド１０８内のＦＥＴ１０７を１個ずつ分けて使っているとは、即ち図２において、保護回路１０６−１がチップ１０８−１のＦＥＴ１０７−Ａとチップ１０８−２のＦＥＴ１０７−Ｂを使用しており、保護回路１０６−２がチップ１０８−１のＦＥＴ１０７−Ｃとチップ１０８−２のＦＥＴ１０７−Ｄを使用しているということである。
【００１１】
ＦＥＴのオン抵抗はロットにより大きくバラつく。その比率は２倍以上になる事がある。２組の電池を並列で充電する場合、このオン抵抗が２倍も違うＦＥＴが同一パッケージ内に存在した場合、２組の間で充電量にアンバランスが生じる。このアンバランスは充電量減少、劣化促進、安全性縮小をもたらす。ＦＥＴスイッチは１つのチップ内に複数のＦＥＴを封入したものがある。同一チップ内のＦＥＴは同一ウェハから切り出されたと考えられるのでその特性（オン抵抗）は極めて似ていると考えられる。並列充電される２組の電池の内部抵抗を合わせる為に内部に使用するＦＥＴスイッチとしてペアＦＥＴを使う事により上記の問題点を解決する事ができる。
【００１２】
次に図３を用いて、本発明の電池パックを説明する。なお、図３は図２の電池パック１０１と同様であるが、ここではＦＥＴ１０７及び２つのＦＥＴ１０７を同一モールドしたチップ１０８は簡略化して記載してある。また、図３においては正極と負極をまとめて模式的に表しているが、実際は正極、負極がそれぞれ独立して接続されている。各１組の二次電池１０３は複数の二次電池１０４からなり、該複数の二次電池１０４は、小型化という観点から、平板型の二次電池であることが好ましい。２組分の二次電池１０４は積層されて電池パックの中に収納されていることが好ましい。その際、一方の二次電池１０４が万一発熱を伴う異常事態に陥った時、もう一方の二次電池１０４がこの熱を吸収する事により異常二次電池の熱暴走を抑制するという観点から、該二次電池１０４を積層順に番号を付した場合に、奇数番号となる二次電池１０４を１組の二次電池として並列に接続され、偶数番号となる二次電池１０４をもう１組の二次電池として並列に接続されていることが好ましい。具体的には、図４において、積層した二次電池１０４を上から順番に１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−４、１０４−５、１０４−６、１０４−７、１０４−８とした場合、１０４−１、１０４−３、１０４−５及び１０４−７を並列に接続して１組の二次電池１０３をなし、１０４−２、１０４−４、１０４−６及び１０４−８を並列に接続してもう１組の二次電池１０３をなす。
【００１３】
本発明においては、１組の二次電池１０３と各外部端子１０２の間に保護素子１０９及び保護回路１０６が設けられている（図３参照）ものが好ましい。保護素子１０９は過充電時の熱暴走を防止するために設けられており、保護回路１０６は過充電、過放電、過電流放電、外部短絡から電池を保護するために設けられている。
【００１４】
また、本発明においては、１組の二次電池１０３を構成する複数の二次電池１０４が、各々保護回路及び／又は保護素子１０５（図３参照。図３では「保護回路及び／又は保護素子」を１０５で定義している）を備えていることが好ましい。該保護素子は過充電時の熱暴走を防止するため設けられており、該保護回路は過充電、過放電、過電流放電、外部短絡から電池を保護するために設けられている。１組の二次電池１０３と各外部端子１０２の間に保護素子１０７及び保護回路１０６が設けられているので、１組の二次電池１０３を構成する複数の二次電池１０４の各々に、保護回路と保護素子の両方が設けられている必要性はなく、どちらか一方でもよいが、安全サイドでは両方ともが設けられていることが好ましい。どちらか一方のみの場合は、コスト面から保護素子が好ましい。
【００１５】
なお、保護素子としては電流ヒューズ、温度ヒューズが挙げられる。また、回路上の電子部品の熱からの保護、過充電時の熱暴走の防止という観点から、保護回路がサーミスタを備えていることが好ましい。
以下１組の二次電池１０３を構成する二次電池１０４（以下「電池単体」という）の好ましい実施形態について以下、図５〜８を参照して説明する。なお、図５は平板型二次電池の斜視図、図６はこの電池単体の分解斜視図、図７はこの電池単体の要部の断面図、図８は電池要素の概略的な斜視図である。
【００１６】
この電池単体は、電池要素１を外装材２の凹部２ａに収容した後、外装材３を外装材２に被せ、真空封止により外装材２，３の周縁部２ａ，３ａを接合したものである。
図６の通り、外装材２は平板状である。外装材３は方形箱状の凹部よりなる収容部３ｂと、この収容部３ｂの４周縁からフランジ状に外方に張り出す周縁部３ａとを有した浅い無蓋箱状のものである。
【００１７】
図７、８の通り、電池要素１は、複数の単位電池要素を積層したものである。この単位電池要素からは、タブ４ａ又は４ｂが引き出されている。正極からの各タブ４ａ同士は束ねられて（即ち、相互に重ね合わされ）、正極リード２１が接合されている。負極からのタブ４ｂ同士も束ねられ、負極リード２１が接合されている。
【００１８】
外装材３の収容部３ｂ内に電池要素１が収容され、外装材２が被せられる。電池要素１から延出した１対のリード２１は、それぞれ外装材２，３の１辺部の周縁部２ａ，３ａの同士の合わせ面を通って外部に引き出される。その後、減圧（好ましくは真空）雰囲気下で外装材２，３の４周縁の周縁部２ａ，３ａ同士が熱圧着、超音波溶着などの手法によって気密に接合され、電池要素１が外装材２，３内に封入される。
【００１９】
周縁部２ａ，３ａ同士が接合されることにより、接合片部（フラップ）４Ａ，４Ｆが形成される。このフラップ４Ａ，４Ｆは、電池要素１を被包している被包部４Ｂから外方に張り出している。そこで、この接合片部４Ａを被包部４Ｂに沿うように折曲し、接着剤や接着テープ（図示略）等によって被包部４Ｂの側面に留め付けられる。
【００２０】
図６では、外装材２，３が別体となっているが、本発明では、図９のように外装材２，３が一連一体となっていても良い。図１０では、外装材３の一辺と外装材２の一辺とが連なり、外装材２が外装材３に対し屈曲可能に連なる蓋状となっている。この外装材２，３が連なる一辺から、収容部３ｂの凹部が形成されており、この一辺においてはフラップ（接合片部）が形成されていない以外は図６と同一の構成のものとなる。
【００２１】
図６、９では、収容部３ｂを有した外装材３と平板状の外装材２とが示されているが、本発明では図９のように、それぞれ浅箱状の収容部６ｂ，７ｂと、該収容部６ｂ，７ｂの４周縁から張り出す周縁部６ａ，７ａとを有した外装材６，７によって電池要素１を被包しても良い。図１０は、外装材６，７が一連一体となっているが、前記図７と同様にこれらは別体となっていてもよい。
【００２２】
本発明では、図１１のように１枚の平たいシート状の外装材８を中央片８ａに沿って２ツ折り状に折り返して第１片８Ａと第２片８Ｂとの２片を形成し、これら第１片８Ａと第２片８Ｂとの間に電池要素１を介在させ、図１２の如く、第１片８Ａと第２片８Ｂの周縁部８ｂ同士を接合して電池要素１を封入してもよい。なお、この実施の形態にあっては、折曲されたフラップ（接合片部４Ａ）を被包部４Ｂに沿わせ、接着剤や接着テープで固定しているため、電池の側面の強度、剛性が高いる
但し、本発明では、このフラップ４Ａが被包部４Ｂから側方に張り出したままであってもよい。
【００２３】
上記電池要素１は、正極及び負極を有する平板状の単位電池要素を厚さ方向に複数積層してなる平板積層型電池要素である。本発明は、特にリチウム二次電池に適用するのに好適であるので、以下に上記の電池要素をリチウム二次電池要素とした場合の好適な構成について説明する。
図１３は、このリチウム二次電池要素の単位電池要素の好適な一例を示すものである。この単位電池要素は、正極集電体２２、正極活物質２３、スペーサ（電解質層）２４、負極活物質２５、負極集電体２６を積層したものである。通常、正極活物質２３は正極集電体２２の片面上に結着され、負極活物質２５は負極集電体２６の片面上に結着されている。
【００２４】
この単位電池要素を複数個積層して電池要素とするのであるが、この積層に際しては、正極を上側とし負極を下側とした順姿勢（図１３）の単位電池要素と、これとは逆に正極を下側とし負極を上側とした逆姿勢（図示略）の単位電池要素とを交互に積層する。即ち、積層方向に隣り合う単位電池要素は同極同士を（即ち、正極同士及び負極同士）が対面するように積層される。
【００２５】
この単位電池要素の正極集電体２２からは正極タブ４ａが延設され、負極集電体２６からは負極タブ４ｂが延設されている。
図１３のように正極集電体と負極集電体との間に正極活物質、スペーサ及び負極活物質を積層した単位電池要素の代わりに、図１４に示すように、正極集電体１５ａ又は負極集電体１５ｂを芯材としてその両面に正極活物質１１ａ又は負極活物質１２ａを積層してなる正極１１、負極１２を準備し、この正極１１と負極１２とを図１５の如くスペーサ（電解質層）１３を介して交互に積層して単位電池要素としてもよい。この場合は、１対の正極１１と負極１２との組み合わせ（厳密には正極１１の集電体１５ａの厚み方向の中心から負極１２の集電体１５ｂの厚み方向の中心まで）が単位電池要素に相当する。
【００２６】
正極集電体１５ａ，２２としてはアルミニウム、ステンレス、ニッケル等の金属箔が使用でき、特にアルミニウムが好適であり、負極集電体１５ｂ，２６としては、銅、ステンレス、ニッケルなどの金属箔が使用でき、特に銅が好適である。集電体の厚みは１〜３０μｍ程度が好ましい。
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であれば無機化合物でも有機化合物でも使用できる。無機化合物として、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物、具体的には、ＭｎＯ、Ｖ₂Ｏ₅、Ｖ₆Ｏ₁₃、ＴｉＯ₂等の遷移金属酸化物、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、ＴｉＳ₂、ＦｅＳ、ＭｏＳ₂などの遷移金属硫化物等が挙げられる。これらの化合物はその特性を向上させるために部分的に元素置換したものであってもよい。有機化合物としては、例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物が挙げられる。正極活物質は、これらの無機化合物、有機化合物を混合して用いてもよい。特に好ましいものは、コバルト、ニッケル及びマンガンからなる群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属とリチウムとの複合酸化物である。
【００２７】
正極活物質の粒径は、それぞれ電池の他の構成要素との兼合で適宜選択すればよいが、通常１〜３０μｍ、特に１〜１０μｍとするのが初期効率、サイクル特性等の電池特性が向上するので好ましい。
負極活物質としては、通常、グラファイトやコークス等の炭素系物質が挙げられる。この炭素系物質は、金属、金属塩、酸化物などとの混合体や、被覆体の形態として用いてもよい。負極活物質としては、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の酸化物や硫酸塩、金属リチウム、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｂｉ−Ｃｄ、Ｌｉ−Ｓｎ−Ｃｄ等のリチウム合金、リチウム遷移金属窒化物、シリコン等も使用できる。好ましくは、容量の面からグラファイト又はコークスである。負極活物質の平均粒径は、初期効率、レイト特性、サイクル特性などの電池特性の向上の観点から、通常１２μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下とする。この粒径が大きすぎると電子伝導性が悪化する。また、通常は０．５μｍ以上、好ましくは７μｍ以上である。
【００２８】
これらの正極活物質及び負極活物質を集電体上に結着させるために、バインダーを使用することが好ましい。バインダーとしてはシリケート、ガラスのような無機化合物や、主として高分子からなる各種の樹脂が使用できる。樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１，１−ジメチルエチレンなどのアルカン系ポリマー；ポリブタジエン、ポリイソプレンなどの不飽和系ポリマー；ポリスチレン、ポリメチルスチレン、ポリビニルピリジン、ポリーＮ−ビニルピロリドンなどの環を有するポリマー；ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミドなどのアクリル系ポリマー；ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂；ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニドなどのＣＮ基含有ポリマー；ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系ポリマー；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマー；ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが使用できる。また、上記のポリマーなどの混合物、変性体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体などであっても使用できる。
【００２９】
活物質１００重量部に対するバインダーの配合量は好ましくは０．１〜３０重量部、更に好ましくは１〜１５重量部である。樹脂の量が少なすぎると電極の強度が低下することがある。樹脂の量が少なすぎると容量が低下したり、レイト特性が低下したりすることがある。
正極活物質及び負極活物質中には必要に応じて導電材料、補強材などの各種の機能を発現する添加剤、粉体、充填材などを添加しても良い。
【００３０】
導電材料としては、上記活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限は無いが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔などが挙げられる。添加剤としては、トリフルオロプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉｏｘａｓｐｉｒｏ［４，４］ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄｉｏｎｅ、１２−クラウン−４−エーテルなどが電池の安定性、寿命を高めるために使用することができる。補強材としては、各種の無機、有機の球状、繊維状フィラーなどが使用できる。
【００３１】
電極を集電体上に形成する手法としては、例えば、粉体状の活物質をバインダーと共に溶剤と混合し、ボールミル、サンドミル、二軸混練機などにより分散塗料化したものを、集電体上に塗布して乾燥する方法が好適に行われる。この場合、用いられる溶剤の種類は、電極材に対して不活性であり且つバインダーを溶解し得る限り特に制限されず、例えばＮ−メチルピロリドン等の一般的に使用される無機、有機溶剤のいずれも使用できる。
【００３２】
また、活物質をバインダーと混合し加熱することにより軟化させた状態で、集電体上に圧着、あるいは吹き付ける手法によって電極材層を形成することもできる。さらには活物質を単独で集電体上に焼成することによって形成することもできる。
正極、負極内には通常イオン移動相が形成される。電極中におけるイオン移動相の占める割合は、高い方がイオン移動が容易になり、レイト特性上は好ましい一方で低い方が容量的には高くなる。好ましくは１０〜５０体積％である。イオン移動相の材料としては、後述する電解質相の材料と同様のものが使用できる。
【００３３】
正極活物質及び負極活物質の膜厚は容量的には厚い方が、レイト上は薄い方が好ましい。膜厚は通常２０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上、さらに好ましくは５０μｍ以上、最も好ましくは８０μｍ以上である。正極及び負極膜厚は、通常２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。
スペーサ（電解質層）１３，２４は、通常、流動性を有する電解液や、ゲル状電解質や完全固体型電解質等の非流動性電解質等の各種の電解質を含む。電池の特性上は電解液又はゲル状電解質が好ましく、また、安全上は非流動性電解質が好ましい。特に、非流動性電解質を使用した場合、従来の電解液を使用した電池に対してより有効に液漏れが防止できるので、後述するラミネートフィルムのような形状可変性を有するケースを使用する利点を最大に生かすことができる。
【００３４】
電解質層に使用される電解液は、通常支持電解質を非水系溶媒に溶解したものである。
支持電解質としては、電解質として正極活物質及び負極活物質に対して安定であり、かつリチウムイオンが正極活物質或いは負極活物質と電気化学反応をするための移動をおこない得る非水物質であればいずれのものでも使用することができる。具体的にはＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＬｉＡｌＣｌ、ＬｉＨＦ₂、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＳＯ₃ＣＦ₂等のリチウム塩が挙げられる。これらのうちでは特にＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄が好適である。
【００３５】
これら支持電解質を非水系溶媒に溶解した状態で用いる場合の濃度は、０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌが好適である。これら支持電解質を溶解する非水系溶媒は特に限定されないが、比較的高誘電率の溶媒が好適に用いられる。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、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などの非環状カーボネート類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のグライム類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫黄化合物、アセトニトリル等のニトリル類等の１種又は２種以上が例示される。
【００３６】
これらのうちでは、特にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、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などの非環状カーボネート類から選ばれた１種又は２種以上の溶媒が好適である。また、これらの溶媒に添加剤などを加えてもよい。添加剤としては、例えば、トリフルオロプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉｏｘａｓｐｉｒｏ［４，４］ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄｉｏｎｅ、１２−クラウン−４−エーテルなどが電池の安定性、寿命を高める目的で使用できる。
【００３７】
電解質層に使用できるゲル状電解質は、通常、上記電解液を高分子によって保持してなる。即ち、ゲル状電解質は、通常電解液が高分子のネットワーク中に保持されて全体として流動性が著しく低下したものである。このようなゲル状電解質は、イオン伝導性などの特性は通常の電解液に近い特性を示すが、流動性、揮発性などは著しく抑制され、安全性が高められている。ゲル状電解質中の高分子の比率は好ましくは１〜５０重量％である。低すぎると電解液を保持することができなくなり、液漏れが発生することがある。高すぎるとイオン伝導度が低下して電池特性が悪くなる傾向にある。
【００３８】
ゲル状電解質に使用する高分子としては、電解液と共にゲルを構成しうる高分子であれば特に制限は無く、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミドなどの重縮合によって生成されるもの、ポリウレタン、ポリウレアなどのように重付加によって生成されるもの、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル誘導体系ポリマーやポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリビニル系などの付加重合で生成されるものなどがある。好ましい高分子としては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを挙げることができる。ここで、ポリフッ化ビニリデンとは、フッ化ビニリデンの単独重合体のみならず、ヘキサフルオロプロピレン等他のモノマー成分との共重合体をも包含する。また、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどのアクリル系モノマーを重合して得られるアクリル系ポリマーも好ましく用いることができる。
【００３９】
上記高分子の重量平均分子量は、通常１００００〜５００００００の範囲である。分子量が低いとゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くなりすぎて取り扱いが難しくなる。高分子の電解液に対する濃度は、分子量に応じて適宜選べばよいが、好ましくは０．１〜３０重量％である。濃度が低すぎるとゲルを形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して流動、液漏れの問題が生じることがある。濃度が高すぎると粘度が高くなりすぎて工程上困難を生じると共に、電解液の割合が低下してイオン伝導度が低下しレイト特性などの電池特性が低下することがある。
【００４０】
電解質層として完全固体状の電解質層を用いることもできる。このような固体電解質としては、これまで知られている種々の固体電解質を用いることができる。例えば、上述のゲル状電解質で用いられる高分子と支持電解質塩を適度な比で混合して形成することができる。この場合、伝導度を高めるため、高分子は極性が高いものを使用し、側鎖を多数有するような骨格にすることが好ましい。
【００４１】
電解質層として、上記電解質を多孔膜等の多孔性シートに含浸したものを用いてもよい。
電解質層の厚みは、通常１〜２００μｍ、好ましくは、５〜１００μｍである。
多孔性シートとしては、具体的には厚さ通常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、また通常２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下のものが使用される。空隙率は、通常１０〜９５％、好ましくは３０〜８５％程度である。多孔性シートの材料としては、ポリオレフィン又は水素原子の一部もしくは全部がフッ素置換されたポリオレフィンを使用することができる。具体的には、ポリオレフィン等の合成樹脂を用いて形成した微多孔性膜、不織布、織布等を用いることができる。
【００４２】
電極の平面形状は任意であり、四角形、円形、多角形等にすることができる。図１３〜１５の通り、集電体２２，２６又は１５ａ，１５ｂには、通常、リード結合用のタブ４ａ，４ｂが連設される。電極が四角形であるときは、通常図１３に示すように電極の一辺の一サイド近傍に正極集電体より突出するタブ４ａを形成し、また、負極集電体のタブ４ｂは他サイド近傍に形成する。
【００４３】
複数の電池要素を積層するのは、電池の高容量化を図る上で有効であるが、この際、電池要素それぞれからのタブ４ａとタブ４ｂの夫々は、通常、厚さ方向に結合されて正極と負極のリード結合端子が形成される。その結果、大容量の電池要素１を得ることが可能となる。
タブ４ａ，４ｂには、前記図７に示すように、薄片状の金属からなるリード２１が結合される。その結果、リード２１と電池要素の正極及び負極とが電気的に結合される。タブ４ａ同士、４ｂ同士の結合及びタブ４ａ，４ｂとリード２１との結合はスポット溶接等の抵抗溶接、超音波溶着あるいはレーザ溶接によって行うことができる。
【００４４】
本発明においては、上記正極リードと負極リードの少なくとも一方のリード２１好ましくは両方のリードとして、焼純金属を使用するのが好ましい。その結果、強度のみならず折れ曲げ耐久性に優れた電池とすることができる。
リードに使用する金属の種類としては、一般的にアルミや銅、ニッケルやＳＵＳなどを用いることができる。正極のリードとして好ましい材料はアルミニウムである。また、負極のリードとして好ましい材質は銅である。
【００４５】
リード２１の厚さは、通常１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上、最も好ましくは４０μｍ以上である。薄すぎると引張強度等リードの機械的強度が不十分になる傾向にある。また、リードの厚さは、通常１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。厚すぎると折り曲げ耐久性が悪化する傾向にあり、また、ケースによる電池要素の封止が困難になる傾向にある。リードに後述する焼鈍金属を使用することによる利点は、リードの厚さが厚いほど顕著である。
【００４６】
リードの幅は通常１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、特に１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度であり、リードの外部への露出長さは通常１ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度である。上記の外装材２，３，６，７，８は、形状可変性を有することが好ましい。その結果、電池の形状を様々に変更することが容易に可能となる。また、外装材の内部を真空状態とした後、外装材の周縁部を封止することにより、電池要素１に押し付け力を付与することができ、その結果、サイクル特性などの電池特性を向上させることができる。
【００４７】
外装材の材料としては、アルミニウム、ニッケルメッキをした鉄、銅等の金属、合成樹脂等を用いることができるが、好ましくは金属と合成樹脂が積層されたラミネート状の複合材が用いられる。このラミネート状の複合材を用いることにより、外装材の薄膜化・軽量化が可能となり、電池全体としての容量を向上させることができる。
【００４８】
ラミネート状複合材としては、金属層と合成樹脂層が積層されたものを使用することができる。この金属層は水分の浸入の防止あるいは形状保持性を維持させるもので、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、チタン、モリブデン、金等の単体金属やステンレス、ハステロイ等の合金又は酸化アルミニウム等の金属酸化物でもよい。特に加工性の優れたアルミニウムが好ましい。
【００４９】
金属層の形成は、金属箔、金属蒸着膜、金属スパッター等を用いて行うことができる。
合成樹脂層は、ケース部材の保護あるいは電解質による侵触を防止したり、金属層と電池要素等との接触を防止したり、あるいは金属層の保護のために用いられるもので、本発明において合成樹脂は、弾性率、引張伸び率は制限されるものではない。従って本発明における合成樹脂は一般にエラストマーと称されるものも含むものとする。
【００５０】
合成樹脂としては、熱可塑性プラスチック、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性樹脂、プラスチックアロイが使われる。これらの樹脂にはフィラー等の充填材が混合されているものも含んでいる。
また、ラミネート状複合材は、金属層の外側面に外側保護層として機能するための合成樹脂層を設けると共に、内側面に電解質による腐蝕や金属層と電池要素との接触を防止したり金属層を保護するための内側保護層として機能する合成樹脂層を積層した三層構造体とすることができる。
【００５１】
この場合、外側保護層に使用する樹脂は、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、非晶性ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等耐薬品性や機械的強度に優れた樹脂が望ましい。
内側保護層としては、耐薬品性の合成樹脂が用いられ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。
【００５２】
また、複合材は、金属層と保護層形成用合成樹脂層、耐蝕層形成用合成樹脂層間にそれぞれ接着剤層を設けることもできる。さらにまた、ケース部材同士を接着するために、複合材の最内面に溶着可能なポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂からなる接着層を設けることもできる。これらの金属、合成樹脂あるいは複合材を用いてケースが形成される。ケースの成形はフィルム状体の周囲を融着して形成してもよく、シート状体を真空成形、圧空成形、プレス成形等によって絞り成形してもよい。また、合成樹脂を射出成形することによって成形することもできる。射出成形によるときは、金属層はスパッタリング等によって形成されるのが通常である。
【００５３】
外装材に凹部よりなる収容部を設けるには絞り加工等によって行うことができる。
本発明の電池パックは２組以上の二次電池がケースに収納されてなるが、該ケースは２組以上の二次電池並びに電池パックの構成パーツ（保護回路、保護素子等）を収納できるものであればよく、その形状、材質は任意に選択すればよい。ケースの材質としては金属、樹脂等が挙げられるが、合成樹脂ケースが一般的である。
【００５４】
図１６は、本発明における電池パック、及び本発明の電池パックを並列充電するための充電器並びに本発明の電池パックを直列放電するための機器のそれぞれの構成をまとめて示すブロック図である。
電池パック１０１は図２の電池パック１０１と同様であるが、ここでは簡略化して記載してある。
【００５５】
本発明の電池パックを並列充電するための充電器は、対応する電池パック１０１の外部端子１０２と対応する接合端子２０２を有し、外部端子１０２と接合端子２０２を接合した際に、２組の二次電池１０３が並列になるよう接合端子２０２が配線された充電器である。「外部端子１０２と接合端子２０２を接合した際に、２組の二次電池１０３が並列になるような接合端子２０２の配線」とは、例えば図１６の充電器２０２で示す様な配線である。
【００５６】
本発明の電池パックに対となる充電器は、パックへ流入する総エネルギー量を規制する事により熱暴走が起きるだけのエネルギーをパックに与えないという観点から、トータルタイマーで充電時間を制御する手段を備えていることが好ましい。具体的には電子回路上のクロック等であり、充電開始から時間を計測し規定時間を過ぎても充電が完了していない場合、強制的に充電を停止する。
【００５７】
なお、（Ａ）２組の二次電池がケースに収納されてなり、二次電池１組につき対応する正極及び負極の外部端子を有し、各外部端子はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パックにおいて、２つのＦＥＴを同一モールドしたチップを２個有し、二次電池が各々保護回路を有し、該２つの保護回路が同一モールド内のＦＥＴを１個ずつ分けて使っていることを特徴とする電池パック１０１と、（Ｂ）該電池パックの外部端子と対応する接合端子を有し、外部端子と接合端子を接合した際に、２組の二次電池が並列になるよう接合端子が配線された充電器２０１からなる電池キットも本発明に含まれる。
【００５８】
本発明の電池パックを直列放電させる機器は、対応する電池パック１０１の外部端子１０２と対応する接合端子３０２を有し、外部端子１０２と接合端子３０２を接合させた際に２組の二次電池１０３が直列となるよう接合端子３０２が配線された機器である。「外部端子１０２と接合端子３０２を接合させた際に２組の二次電池１０３が直列となるような接合端子３０２の配線」とは、例えば図１６の機器３０１で示す様な配線である。
【００５９】
本発明においては、図１６における電池パック１０１（２組の二次電池１０３がケースに収納されてなり、二次電池（１０３）１組につき対応する正極及び負極の外部端子１０２を有し、各外部端子１０２はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パック）と、図１６における充電器２０１（該電池パックの外部端子１０２と対応する接合端子２０２を有し、外部端子１０２と接合端子２０２を接合した際に、２組の二次電池１０３が並列になるよう接合端子２０２が配線された充電器）を接合することにより二次電池１０３を並列充電することができる。全ての電池を同等に満充電するという観点からすると、充電は並列充電にすることが好ましい。
【００６０】
また、充電された該電池パック（図１６における電池パック１０１）に、図１６の機器３０１（該電池パックの外部端子１０２と対応する接合端子３０２を有し、外部端子１０２と接合端子３０２を接合させた際に２組の二次電池１０３が直列となるよう接合端子３０２が配線された機器を用いて放電することにより、直列放電を可能とする。保護回路等の電流路に存在する抵抗による電力損失を軽減する為には高電圧低電流での放電が望ましいという観点からすると、放電は直列放電が好ましい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明により、複数の保護回路の電流路抵抗にばらつきが抑えられた電池パックを提供することができ、しいては直列配列でも各電池の能力を全て発揮し、繰り返し充放電を行っても電池のアンバランスに起因する見かけの容量低下が起こらない充放電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のＦＥＴ搭載電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のＦＥＴ搭載電池パックの構成を示すブロック図である。
【図３】電池パックのブロック図である。
【図４】平板型二次電池を積層を示す斜視図である。
【図５】平板型二次電池の斜視図である。
【図６】平板型二次電池の分解斜視図である。
【図７】平板型二次電池の要部の断面図である。
【図８】平板型二次電池の電池要素を示す斜視図である。
【図９】平板型二次電池の製造途中の斜視図である。
【図１０】平板型二次電池の製造途中の斜視図である。
【図１１】平板型二次電池の製造途中の斜視図である。
【図１２】図１１の平板型二次電池の製造途中の平板図である。
【図１３】単位電池要素の斜視図である。
【図１４】正極又は負極の模式的な断面図である。
【図１５】電池要素の模式的な断面図である。
【図１６】本発明における、電池パック、充電器及び機器のそれぞれの構成をまとめて示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１電池パック
１０２外部端子
１０３二次電池
１０４，１０４−１，１０４−２，１０４−３，１０４−５，１０４−６，１０４−７，１０４−８二次電池１０３を構成する二次電池
１０５保護回路及び／又は保護素子
１０６，１０６−１，１０６−２保護回路
１０７，１０７−Ａ，１０７−Ｂ，１０７−Ｃ，１０７−ＤＦＥＴ
１０８，１０８−１，１０８−２２個のＦＥＴを同一モールドしたチップ
１０９保護素子
２０１充電器
２０２接合端子
３０１機器
３０２接合端子
１電池要素
２，３，６，７，８外装材
４ａ，４ｂタブ
４Ａ，４Ｆ接合片部（フラップ）
４Ｂ被包部
１１正極
１１ａ正極活物質
１２負極
１２ｂ負極活物質
１３非流動性電解質層
１５ａ正極集電体
１５ｂ負極集電体
２１リード
２２正極集電体
２３正極活物質
２４スペーサー（電解質層）
２５負極活物質
２６負極集電体
５０電池単体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack, and more particularly to a battery pack capable of parallel charging during charging and series discharging during discharging.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use and number of portable electronic devices such as mobile phones, notebook personal computers, cameras, and videos have exploded. These portable electronic devices require a power source for driving. At present, the most commonly used power source is a battery. In recent years, the demand for a secondary battery that can be reused by charging is increasing.
[0003]
The above-mentioned portable electronic devices have advanced functions, and it is indispensable to mount components that require a high voltage, such as liquid crystal and zoom lens motors. It was. As a countermeasure, it has been considered to arrange a plurality of batteries in series. However, from the viewpoint of fully charging all the batteries equally, parallel charging is preferable, and a battery pack capable of parallel charging and series discharging has been demanded. The battery pack is provided with a protection circuit for each secondary battery in order to protect the battery from overcharge, overdischarge, overcurrent discharge, and external short circuit. Further, an FET is provided together with the protection circuit from the viewpoint of aligning the current path resistances of a plurality of protection circuits. As shown in FIG. 1, the conventional battery pack includes a chip in which two FETs are molded in the same manner in each secondary battery. However, there has been a problem that the battery path resistance of the plurality of protection circuits varies and the life of the battery is shortened. When there is a variation in the batteries, the battery having the larger resistance of the two batteries has a larger resistance, so that it takes more time to fully charge than the battery having the smaller resistance when charging. The charging of the battery is systematically stopped when the battery with the smaller resistance is fully charged. Therefore, the battery having the higher resistance is used for discharging without being fully charged. Thus, when discharging, the discharge is completed more than the fully charged battery, and the discharge is systematically completed in a state where the battery having the smaller resistance is not fully discharged. Since the battery is charged again, the battery having the smaller resistance is completed more quickly. As a result, the battery with the higher resistance is charged systematically in a state where the amount of charge is much smaller. While repeating this charge / discharge, the battery having the larger resistance becomes smaller in capacity in terms of the system, and finally functions as a battery in terms of the system.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
There has been a demand for a battery pack in which variations in current path resistance of a plurality of protection circuits are suppressed.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that resistance values can be made uniform by sharing elements in the same chip, and the present invention has been completed. That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (7).
(1) Two sets of secondary batteries are housed in a case, each set of secondary batteries has corresponding positive and negative external terminals, and each external terminal independently corresponds to a positive electrode of a secondary battery. Or in a battery pack electrically connected to the negative electrode, it has two chips in which two FETs are molded in the same manner, each secondary battery has a protection circuit, and the two protection circuits are FETs in the same mold. A battery pack characterized by using one by one separately.
[0006]
(2) Two sets of secondary batteries are housed in a case, each set of secondary batteries is formed by connecting a plurality of plate-type secondary batteries in parallel, and the plate-type secondary batteries are in the same set. The secondary batteries constituting the secondary battery are stacked next to each other so as not to be adjacent to each other, and are accommodated in the battery pack. The battery pack according to (1) above, wherein
[0007]
(3) The battery pack according to (1) or (2), wherein the protection circuit includes a thermistor.
(4) The battery pack according to any one of (1) to (3), wherein each of the secondary batteries further includes a protection element.
(5) Each set of secondary batteries is formed by connecting a plurality of planar secondary batteries in parallel, and each of the planar secondary batteries includes a protection circuit and / or a protection element. The battery pack according to any one of the above (1) to (4).
[0008]
(6) The battery pack according to (4) or (5), wherein the protective element is a current fuse or a thermal fuse.
(7) (A) Two sets of secondary batteries are housed in a case, each set of secondary batteries has corresponding positive and negative external terminals, and each external terminal independently corresponds to a secondary In a battery pack that is electrically connected to the positive electrode or negative electrode of a battery, it has two chips with the same mold of two FETs, each secondary battery has a protection circuit, and the two protection circuits are the same mold A battery pack characterized by using each of the FETs separately, and (B) having a junction terminal corresponding to the external terminal of the battery pack, and joining the external terminal and the junction terminal, A battery kit including a charger in which junction terminals are wired so that two sets of secondary batteries are arranged in parallel.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the battery pack of the present invention (provided that it is connected to the charger 201).
The battery pack of the present invention has two sets of secondary batteries 103 housed in a case, and has one set of positive and negative external terminals 102 corresponding to one set of secondary batteries, and each external terminal 102 is independent. Thus, it is electrically connected to the positive electrode or negative electrode of the corresponding secondary battery 103. In the present invention, one secondary battery 103 is defined as a set of secondary batteries. This is because the secondary battery 103 includes a plurality of secondary batteries 104 as shown in FIG. From the viewpoint of increasing the battery capacity, the plurality of secondary batteries 104 are preferably connected in parallel to form a set of secondary batteries 103.
[0010]
The battery pack of the present invention is required to have two chips 108 in which two FETs 107 are identically molded. Each of the secondary batteries 103 in the battery pack has a protection circuit 106, and the two protection circuits 106 use FET 107 in the same mold 108 one by one. That is, in FIG. 2, the chip 108 in which two FETs 107 are identically molded is a chip 108-1 in which FET 107-A and FET 107-C are identically molded, and a chip 108-2 in which FET 107-B and FET 107-D are identically molded. Yes, having two chips 108 means having 108-1 and 108-2. In addition, the two protection circuits 106 use the FETs 107 in the same mold 108 one by one. That is, in FIG. 2, the protection circuit 106-1 has the FETs 107-A and 108- This means that the second FET 107-B is used, and the protection circuit 106-2 uses the FET 107-C of the chip 108-1 and the FET 107-D of the chip 108-2.
[0011]
The on-resistance of the FET varies greatly depending on the lot. The ratio can be more than doubled. When two sets of batteries are charged in parallel, if FETs having different on-resistances by two times are present in the same package, the charge amount is unbalanced between the two sets. This imbalance results in reduced charge, accelerated degradation, and reduced safety. Some FET switches enclose a plurality of FETs in one chip. Since FETs in the same chip are considered to be cut out from the same wafer, their characteristics (on resistance) are considered to be very similar. The above problems can be solved by using pair FETs as FET switches used internally to match the internal resistance of two sets of batteries charged in parallel.
[0012]
Next, the battery pack of the present invention will be described with reference to FIG. 3 is the same as the battery pack 101 of FIG. 2, but here, the FET 108 and the chip 108 in which the two FETs 107 are identically molded are shown in a simplified manner. Moreover, in FIG. 3, although the positive electrode and the negative electrode are typically represented collectively, the positive electrode and the negative electrode are actually connected independently. Each set of secondary batteries 103 includes a plurality of secondary batteries 104, and the plurality of secondary batteries 104 are preferably flat-type secondary batteries from the viewpoint of miniaturization. The two sets of secondary batteries 104 are preferably stacked and housed in a battery pack. At that time, when one secondary battery 104 falls into an abnormal situation with heat generation, the other secondary battery 104 absorbs this heat to suppress thermal runaway of the abnormal secondary battery. When the secondary batteries 104 are numbered in the stacking order, the odd-numbered secondary batteries 104 are connected in parallel as a set of secondary batteries, and the even-numbered secondary batteries 104 are connected in another set. It is preferable that the secondary batteries are connected in parallel. Specifically, in FIG. 4, the stacked secondary batteries 104 are arranged in the order of 104-1, 104-2, 104-3, 104-4, 104-5, 104-6, 104-7, 104-from the top. 8, 104-1, 104-3, 104-5 and 104-7 are connected in parallel to form a set of secondary batteries 103, and 104-2, 104-4, 104-6 and 104-are formed. 8 are connected in parallel to form another set of secondary batteries 103.
[0013]
In the present invention, it is preferable that the protection element 109 and the protection circuit 106 are provided between the pair of secondary batteries 103 and each external terminal 102 (see FIG. 3). The protection element 109 is provided to prevent thermal runaway during overcharge, and the protection circuit 106 is provided to protect the battery from overcharge, overdischarge, overcurrent discharge, and external short circuit.
[0014]
Further, in the present invention, a plurality of secondary batteries 104 constituting a set of secondary batteries 103 are each provided with a protection circuit and / or a protection element 105 (see FIG. 3; “protection circuit and / or protection element in FIG. 3). "Is defined in 105). The protection element is provided to prevent thermal runaway during overcharge, and the protection circuit is provided to protect the battery from overcharge, overdischarge, overcurrent discharge, and external short circuit. Since the protection element 107 and the protection circuit 106 are provided between the set of secondary batteries 103 and each external terminal 102, each of the plurality of secondary batteries 104 constituting the set of secondary batteries 103 is protected. There is no need to provide both the circuit and the protection element, and either one may be provided, but it is preferable that both are provided on the safety side. In the case of only one of them, a protective element is preferable from the viewpoint of cost.
[0015]
Examples of the protective element include a current fuse and a thermal fuse. Moreover, it is preferable that the protection circuit includes a thermistor from the viewpoint of protecting the electronic components on the circuit from heat and preventing thermal runaway during overcharging.
A preferred embodiment of a secondary battery 104 (hereinafter referred to as “battery unit”) constituting a set of secondary batteries 103 will be described below with reference to FIGS. 5 is a perspective view of a flat type secondary battery, FIG. 6 is an exploded perspective view of the battery unit, FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of the battery unit, and FIG. 8 is a schematic perspective view of the battery element. is there.
[0016]
This battery unit is obtained by housing the battery element 1 in the recess 2a of the exterior material 2 and then covering the exterior material 3 on the exterior material 2 and joining the peripheral portions 2a and 3a of the exterior materials 2 and 3 by vacuum sealing. is there.
As shown in FIG. 6, the exterior material 2 has a flat plate shape. The outer packaging material 3 is a shallow, open box-like box having a housing portion 3b formed of a rectangular box-shaped concave portion and a peripheral edge portion 3a projecting outwardly in a flange shape from the four peripheral edges of the housing portion 3b.
[0017]
As shown in FIGS. 7 and 8, the battery element 1 is formed by stacking a plurality of unit battery elements. The tab 4a or 4b is pulled out from the unit battery element. The tabs 4a from the positive electrode are bundled (that is, overlapped with each other), and the positive electrode lead 21 is joined. The tabs 4b from the negative electrode are also bundled, and the negative electrode lead 21 is joined.
[0018]
The battery element 1 is accommodated in the accommodating portion 3b of the exterior material 3, and the exterior material 2 is covered. A pair of leads 21 extending from the battery element 1 are drawn out through the mating surfaces of the peripheral edges 2a and 3a on one side of the exterior materials 2 and 3, respectively. Thereafter, the peripheral edge portions 2a and 3a at the four peripheral edges of the outer packaging materials 2 and 3 are hermetically bonded by a technique such as thermocompression bonding and ultrasonic welding in a reduced pressure (preferably vacuum) atmosphere. 3 is enclosed.
[0019]
Joining pieces (flaps) 4A and 4F are formed by joining the peripheral portions 2a and 3a to each other. The flaps 4A and 4F project outward from the encapsulating portion 4B encapsulating the battery element 1. Therefore, the joining piece portion 4A is bent along the encapsulating portion 4B and is fastened to the side surface of the encapsulating portion 4B with an adhesive, an adhesive tape (not shown), or the like.
[0020]
In FIG. 6, the exterior materials 2 and 3 are separate bodies. However, in the present invention, the exterior materials 2 and 3 may be integrated as a series as shown in FIG. In FIG. 10, one side of the exterior material 3 and one side of the exterior material 2 are connected, and the exterior material 2 has a lid shape that is connected to the exterior material 3 so as to be bendable. A concave portion of the accommodating portion 3b is formed from one side where the exterior materials 2 and 3 are continuous, and the same configuration as that in FIG. 6 is provided except that a flap (joining piece portion) is not formed on the one side.
[0021]
6 and 9, the exterior material 3 having the accommodating portion 3b and the flat exterior material 2 are shown. However, in the present invention, as shown in FIG. 9, each of the shallow box-like accommodating portions 6b and 7b and Alternatively, the battery element 1 may be encapsulated by the exterior members 6 and 7 having the peripheral portions 6a and 7a protruding from the four peripheral edges of the housing portions 6b and 7b. In FIG. 10, the exterior materials 6 and 7 are integrated in series, but these may be separate as in FIG. 7.
[0022]
In the present invention, as shown in FIG. 11, one flat sheet-like exterior material 8 is folded back into two along the center piece 8a to form two pieces, a first piece 8A and a second piece 8B, The battery element 1 is interposed between the first piece 8A and the second piece 8B, and the peripheral portions 8b of the first piece 8A and the second piece 8B are joined together to enclose the battery element 1 as shown in FIG. May be. In this embodiment, since the bent flap (joining piece portion 4A) is fitted along the enveloping portion 4B and fixed with an adhesive or an adhesive tape, the strength and rigidity of the battery side surface are secured. Is expensive
However, in the present invention, this flap 4A may remain projecting laterally from the enveloping part 4B.
[0023]
The battery element 1 is a flat laminated battery element in which a plurality of flat unit battery elements having a positive electrode and a negative electrode are laminated in the thickness direction. Since the present invention is particularly suitable for application to a lithium secondary battery, a preferred configuration when the above battery element is a lithium secondary battery element will be described below.
FIG. 13 shows a preferred example of the unit battery element of this lithium secondary battery element. This unit battery element is formed by laminating a positive electrode current collector 22, a positive electrode active material 23, a spacer (electrolyte layer) 24, a negative electrode active material 25, and a negative electrode current collector 26. Usually, the positive electrode active material 23 is bound on one side of the positive electrode current collector 22, and the negative electrode active material 25 is bound on one side of the negative electrode current collector 26.
[0024]
A plurality of unit battery elements are stacked to form a battery element. In this stacking, unit battery elements in a normal posture (FIG. 13) with the positive electrode on the upper side and the negative electrode on the lower side are reversed. Unit battery elements in a reverse posture (not shown) with the positive electrode on the lower side and the negative electrode on the upper side are alternately stacked. That is, the unit cell elements adjacent in the stacking direction are stacked so that the same polarity faces each other (that is, the positive electrodes and the negative electrodes) face each other.
[0025]
A positive electrode tab 4 a extends from the positive electrode current collector 22 of the unit battery element, and a negative electrode tab 4 b extends from the negative electrode current collector 26.
Instead of the unit battery element in which the positive electrode active material, the spacer, and the negative electrode active material are stacked between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector as shown in FIG. 13, as shown in FIG. 14, the positive electrode current collector 15a or A positive electrode 11 and a negative electrode 12 are prepared by laminating a positive electrode active material 11a or a negative electrode active material 12a on both sides of a negative electrode current collector 15b as a core material. The positive electrode 11 and the negative electrode 12 are connected to a spacer (electrolyte) as shown in FIG. Layers) 13 may be stacked alternately to form unit cell elements. In this case, a combination of a pair of positive electrode 11 and negative electrode 12 (strictly speaking, from the center in the thickness direction of current collector 15a of positive electrode 11 to the center in the thickness direction of current collector 15b of negative electrode 12) is a unit cell element. It corresponds to.
[0026]
As the positive electrode current collectors 15a and 22, metal foils such as aluminum, stainless steel and nickel can be used. Particularly, aluminum is preferable, and as the negative electrode current collectors 15b and 26, metal foils such as copper, stainless steel and nickel are used. In particular, copper is preferred. The thickness of the current collector is preferably about 1 to 30 μm.
As the positive electrode active material, an inorganic compound or an organic compound can be used as long as it can occlude / release lithium ions. Examples of inorganic compounds include transition metal oxides, composite oxides of lithium and transition metals, transition metal sulfides, specifically MnO, V ₂ O _Five , V ₆ O ₁₃ TiO ₂ Transition metal oxides such as lithium nickel oxide, lithium cobaltate, lithium manganate and other complex oxides of Ti and transition metals, TiS ₂ , FeS, MoS ₂ And transition metal sulfides. These compounds may be partially element-substituted in order to improve the characteristics. Examples of organic compounds include polyaniline, polypyrrole, polyacene, disulfide compounds, and polysulfide compounds. The positive electrode active material may be a mixture of these inorganic compounds and organic compounds. Particularly preferred is a composite oxide of lithium and at least one transition metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and manganese.
[0027]
The particle size of the positive electrode active material may be appropriately selected depending on the balance with other components of the battery, but the battery characteristics such as initial efficiency and cycle characteristics are usually 1 to 30 μm, particularly 1 to 10 μm. Since it improves, it is preferable.
Examples of the negative electrode active material usually include carbon-based materials such as graphite and coke. The carbon-based material may be used as a mixture with a metal, a metal salt, an oxide, or the like, or as a cover. Negative electrode active materials include silicon, tin, zinc, manganese, iron, nickel and other oxides and sulfates, metallic lithium, lithium alloys such as Li-Al, Li-Bi-Cd, Li-Sn-Cd, and lithium transitions. Metal nitride, silicon, etc. can also be used. From the viewpoint of capacity, graphite or coke is preferable. The average particle diameter of the negative electrode active material is usually 12 μm or less, preferably 10 μm or less, from the viewpoint of improving battery characteristics such as initial efficiency, late characteristics, and cycle characteristics. If this particle size is too large, the electron conductivity is deteriorated. Moreover, it is 0.5 micrometer or more normally, Preferably it is 7 micrometers or more.
[0028]
In order to bind these positive electrode active material and negative electrode active material on the current collector, it is preferable to use a binder. As the binder, inorganic compounds such as silicate and glass, and various resins mainly composed of polymers can be used. Examples of the resin include alkane polymers such as polyethylene, polypropylene, and poly-1,1-dimethylethylene; unsaturated polymers such as polybutadiene and polyisoprene; polystyrene, polymethylstyrene, polyvinylpyridine, poly-N-vinylpyrrolidone, and the like. Polymers having the following ring: Acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylamide; polyvinyl fluoride , Fluororesins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide; polyvinylidene such as polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol Alcohol polymers; polyvinyl chloride, halogen-containing polymers such as polyvinylidene chloride; and conductive polymers such as polyaniline can be used. Further, a mixture such as the above-mentioned polymer, a modified body, a derivative, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, a block copolymer, and the like can be used.
[0029]
The blending amount of the binder with respect to 100 parts by weight of the active material is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight. If the amount of the resin is too small, the strength of the electrode may decrease. If the amount of the resin is too small, the capacity may be lowered or the rate characteristics may be lowered.
In the positive electrode active material and the negative electrode active material, additives that exhibit various functions such as conductive materials and reinforcing materials, powders, fillers, and the like may be added as necessary.
[0030]
The conductive material is not particularly limited as long as it is capable of imparting conductivity by mixing an appropriate amount of the above active material. Usually, carbon powder such as acetylene black, carbon black, graphite, and various metal fibers and foils are used. Etc. As additives, trifluoropropylene carbonate, vinylene carbonate, 1,6-Dioxaspiro [4,4] nonane-2,7-dione, 12-crown-4-ether, etc. are used to increase the stability and life of the battery. Can be used. As the reinforcing material, various inorganic, organic spherical, fibrous fillers and the like can be used.
[0031]
As a method for forming an electrode on a current collector, for example, a powdered active material is mixed with a solvent together with a binder, and a dispersion paint is formed by a ball mill, sand mill, biaxial kneader, etc. A method of applying to the substrate and drying is preferably performed. In this case, the type of the solvent used is not particularly limited as long as it is inert to the electrode material and can dissolve the binder. For example, any of commonly used inorganic and organic solvents such as N-methylpyrrolidone can be used. Can also be used.
[0032]
Alternatively, the electrode material layer can be formed by pressure bonding or spraying on the current collector in a state where the active material is mixed with a binder and heated to be softened. Furthermore, it can also be formed by firing the active material alone on the current collector.
An ion mobile phase is usually formed in the positive electrode and the negative electrode. The higher the proportion of the ion mobile phase in the electrode, the easier the ion movement, and this is preferable in terms of rate characteristics, while the lower one is higher in capacity. Preferably it is 10-50 volume%. As the material for the ion mobile phase, the same materials as those for the electrolyte phase described later can be used.
[0033]
The positive electrode active material and the negative electrode active material are preferably thicker in terms of capacity and thinner on the rate. The film thickness is usually 20 μm or more, preferably 30 μm or more, more preferably 50 μm or more, and most preferably 80 μm or more. The film thickness of the positive electrode and the negative electrode is usually 200 μm or less, preferably 150 μm or less.
The spacers (electrolyte layers) 13 and 24 usually include various electrolytes such as a fluid electrolyte solution and a non-fluid electrolyte such as a gel electrolyte or a completely solid electrolyte. From the viewpoint of battery characteristics, an electrolytic solution or a gel electrolyte is preferable, and from the viewpoint of safety, a non-flowable electrolyte is preferable. In particular, when a non-fluid electrolyte is used, liquid leakage can be more effectively prevented with respect to a battery using a conventional electrolyte solution. Therefore, there is an advantage of using a case having shape changeability such as a laminate film described later. You can make the most of it.
[0034]
The electrolytic solution used for the electrolyte layer is usually a solution obtained by dissolving a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent.
The supporting electrolyte is a non-aqueous material that is stable with respect to the positive electrode active material and the negative electrode active material as an electrolyte, and that allows lithium ions to move for an electrochemical reaction with the positive electrode active material or the negative electrode active material. Any one can be used. Specifically, LiPF ₆ , LiAsF ₆ , LiSbF ₆ , LiBF _Four LiClO _Four , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF ₂ , LiSCN, LiSO _Three CF ₂ And lithium salts such as Of these, LiPF in particular ₆ LiClO _Four Is preferred.
[0035]
The concentration in the case where these supporting electrolytes are used in a state dissolved in a non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.5 mol / L. The non-aqueous solvent for dissolving the supporting electrolyte is not particularly limited, but a solvent having a relatively high dielectric constant is preferably used. Specifically, acyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, lactones such as γ-butyllactone, One type or two or more types of sulfur compounds such as sulfolane and nitriles such as acetonitrile are exemplified.
[0036]
Of these, one or more solvents selected from cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are particularly suitable. Moreover, you may add an additive etc. to these solvents. Examples of additives include trifluoropropylene carbonate, vinylene carbonate, 1,6-Dioxaspiro [4,4] nonane-2,7-dione, 12-crown-4-ether, etc., which improve battery stability and life. Can be used for purposes.
[0037]
The gel electrolyte that can be used for the electrolyte layer is usually formed by holding the electrolyte solution with a polymer. That is, the gel electrolyte is one in which the electrolyte is generally held in a polymer network and the fluidity is significantly reduced as a whole. Such a gel electrolyte exhibits characteristics such as ion conductivity that are close to those of a normal electrolyte solution, but its fluidity and volatility are remarkably suppressed and safety is enhanced. The ratio of the polymer in the gel electrolyte is preferably 1 to 50% by weight. If it is too low, the electrolytic solution cannot be retained, and liquid leakage may occur. If it is too high, the ionic conductivity tends to decrease and the battery characteristics tend to deteriorate.
[0038]
The polymer used in the gel electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer that can form a gel together with the electrolytic solution, and is produced by polycondensation such as polyester, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyurethane, polyurea, etc. Such as those produced by polyaddition, and those produced by addition polymerization of acrylic derivatives such as polymethyl methacrylate and polyvinyls such as polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, and polyvinylidene fluoride. Preferred examples of the polymer include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride. Here, the polyvinylidene fluoride includes not only a homopolymer of vinylidene fluoride but also a copolymer with other monomer components such as hexafluoropropylene. Also, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate, ethoxyethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, ethoxyethoxyethyl methacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, N , N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, allyl acrylate, acrylonitrile, N-vinyl pyrrolidone, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol acrylate, polyethylene glycol diacrylate, diethylene glycol The Methacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, acrylic polymer obtained by polymerizing an acrylic monomer such as polyethylene glycol dimethacrylate may also be used preferably.
[0039]
The weight average molecular weight of the polymer is usually in the range of 10,000 to 5,000,000. When the molecular weight is low, it is difficult to form a gel. If the molecular weight is high, the viscosity becomes too high and handling becomes difficult. The concentration of the polymer with respect to the electrolytic solution may be appropriately selected according to the molecular weight, but is preferably 0.1 to 30% by weight. When the concentration is too low, it is difficult to form a gel, and the retention of the electrolytic solution is lowered, which may cause problems of flow and liquid leakage. If the concentration is too high, the viscosity becomes too high, resulting in difficulty in the process, and the ratio of the electrolytic solution may be reduced, the ionic conductivity may be reduced, and battery characteristics such as late characteristics may be deteriorated.
[0040]
A completely solid electrolyte layer can also be used as the electrolyte layer. As such a solid electrolyte, various known solid electrolytes can be used. For example, it can be formed by mixing the polymer used in the gel electrolyte and the supporting electrolyte salt in an appropriate ratio. In this case, in order to increase conductivity, it is preferable to use a polymer having a high polarity and a skeleton having a large number of side chains.
[0041]
As the electrolyte layer, a material obtained by impregnating a porous sheet such as a porous film with the electrolyte may be used.
The thickness of the electrolyte layer is usually 1 to 200 μm, preferably 5 to 100 μm.
Specifically, a porous sheet having a thickness of usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less is used. The porosity is usually 10 to 95%, preferably about 30 to 85%. As a material for the porous sheet, polyolefin or polyolefin in which a part or all of hydrogen atoms are fluorine-substituted can be used. Specifically, a microporous film, a nonwoven fabric, a woven fabric or the like formed using a synthetic resin such as polyolefin can be used.
[0042]
The planar shape of the electrode is arbitrary, and can be a square, a circle, a polygon, or the like. As shown in FIGS. 13 to 15, the current collectors 22, 26 or 15 a, 15 b are usually provided with lead coupling tabs 4 a, 4 b. When the electrode is rectangular, a tab 4a protruding from the positive electrode current collector is formed near one side of one side of the electrode, as shown in FIG. 13, and the tab 4b of the negative electrode current collector is formed near the other side. Form.
[0043]
Laminating a plurality of battery elements is effective in increasing the capacity of the battery. At this time, the tab 4a and the tab 4b from each battery element are usually joined in the thickness direction. Positive and negative lead coupling terminals are formed. As a result, a large capacity battery element 1 can be obtained.
As shown in FIG. 7, the tabs 4a and 4b are coupled with leads 21 made of a flaky metal. As a result, the lead 21 and the positive electrode and negative electrode of the battery element are electrically coupled. The coupling between the tabs 4a and 4b and the coupling between the tabs 4a and 4b and the lead 21 can be performed by resistance welding such as spot welding, ultrasonic welding, or laser welding.
[0044]
In the present invention, it is preferable to use a refractory metal as at least one of the positive electrode lead and the negative electrode lead 21 and preferably as both of the leads. As a result, a battery excellent in not only strength but also bending durability can be obtained.
Generally, aluminum, copper, nickel, SUS, or the like can be used as the type of metal used for the lead. A preferred material for the positive electrode lead is aluminum. A preferred material for the negative electrode lead is copper.
[0045]
The thickness of the lead 21 is usually 1 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and most preferably 40 μm or more. If it is too thin, the mechanical strength of the lead such as tensile strength tends to be insufficient. The lead thickness is usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, and more preferably 100 μm or less. If it is too thick, the bending durability tends to deteriorate, and the battery element tends to be difficult to seal with the case. The advantage of using an annealed metal to be described later for the lead is more conspicuous as the lead is thicker.
[0046]
The width of the lead is usually 1 mm or more and 20 mm or less, particularly about 1 mm or more and 10 mm or less, and the exposed length of the lead to the outside is usually about 1 mm or more and 50 mm or less. The exterior materials 2, 3, 6, 7, and 8 preferably have shape variability. As a result, it is possible to easily change the shape of the battery in various ways. Moreover, after the inside of the exterior material is evacuated, the peripheral portion of the exterior material is sealed, so that a pressing force can be applied to the battery element 1, and as a result, battery characteristics such as cycle characteristics are improved. be able to.
[0047]
As a material for the exterior material, a metal such as aluminum, nickel-plated iron or copper, a synthetic resin, or the like can be used. Preferably, a laminated composite material in which a metal and a synthetic resin are laminated is used. By using this laminated composite material, the exterior material can be made thinner and lighter, and the capacity of the entire battery can be improved.
[0048]
As the laminated composite material, a laminate in which a metal layer and a synthetic resin layer are laminated can be used. This metal layer is intended to prevent moisture from entering or maintain shape retention, and is composed of a single metal such as aluminum, iron, copper, nickel, titanium, molybdenum and gold, an alloy such as stainless steel and hastelloy, or a metal oxide such as aluminum oxide. It can be a thing. In particular, aluminum having excellent workability is preferable.
[0049]
Formation of a metal layer can be performed using metal foil, a metal vapor deposition film, metal sputtering, etc.
The synthetic resin layer is used for protecting the case member or preventing the contact with the electrolyte, preventing the contact between the metal layer and the battery element, or protecting the metal layer. In the present invention, the synthetic resin layer is used. The elastic modulus and tensile elongation are not limited. Therefore, the synthetic resin in the present invention includes what is generally called an elastomer.
[0050]
As the synthetic resin, thermoplastic plastics, thermoplastic elastomers, thermosetting resins, and plastic alloys are used. These resins include those in which fillers such as fillers are mixed.
In addition, the laminated composite material is provided with a synthetic resin layer on the outer surface of the metal layer to function as an outer protective layer, and prevents corrosion by the electrolyte and contact between the metal layer and the battery element on the inner surface. It can be set as the three-layer structure which laminated | stacked the synthetic resin layer which functions as an inner side protective layer for protecting.
[0051]
In this case, the resin used for the outer protective layer is preferably a resin excellent in chemical resistance and mechanical strength, such as polyethylene, polypropylene, modified polyolefin, ionomer, amorphous polyolefin, polyethylene terephthalate, and polyamide.
As the inner protective layer, a chemical-resistant synthetic resin is used. For example, polyethylene, polypropylene, modified polyolefin, ionomer, ethylene-vinyl acetate copolymer, and the like can be used.
[0052]
Moreover, the composite material can also each provide an adhesive layer between the metal layer, the synthetic resin layer for forming the protective layer, and the synthetic resin layer for forming the corrosion resistant layer. Furthermore, in order to adhere the case members to each other, an adhesive layer made of a resin such as polyethylene or polypropylene that can be welded to the innermost surface of the composite material can be provided. A case is formed using these metals, synthetic resins, or composite materials. The case may be formed by fusing the periphery of a film-like body, or the sheet-like body may be drawn by vacuum forming, pressure forming, press forming or the like. It can also be formed by injection molding a synthetic resin. In the case of injection molding, the metal layer is usually formed by sputtering or the like.
[0053]
Providing the housing portion formed of a recess in the exterior material can be performed by drawing or the like.
The battery pack of the present invention has two or more sets of secondary batteries housed in a case. The case can store two or more sets of secondary batteries and battery pack components (protection circuit, protection element, etc.). The shape and material may be selected arbitrarily. Examples of the material of the case include metals and resins, but a synthetic resin case is common.
[0054]
FIG. 16 is a block diagram collectively showing the configurations of the battery pack according to the present invention, a charger for charging the battery pack of the present invention in parallel, and a device for discharging the battery pack of the present invention in series.
The battery pack 101 is the same as the battery pack 101 of FIG. 2, but is simplified here.
[0055]
The charger for parallel charging of the battery pack of the present invention has a joint terminal 202 corresponding to the external terminal 102 of the corresponding battery pack 101, and when the external terminal 102 and the joint terminal 202 are joined, two sets of This is a charger in which the junction terminals 202 are wired so that the secondary batteries 103 are arranged in parallel. The “wiring of the joining terminal 202 so that the two sets of secondary batteries 103 are arranged in parallel when the external terminal 102 and the joining terminal 202 are joined” is, for example, wiring as shown by the charger 202 in FIG. .
[0056]
The battery charger paired with the battery pack of the present invention is a means for controlling the charging time with a total timer from the viewpoint of not giving the pack enough energy to cause thermal runaway by regulating the total amount of energy flowing into the pack. It is preferable to provide. Specifically, it is a clock on an electronic circuit, etc., measures the time from the start of charging, and forcibly stops charging when charging is not completed after a specified time.
[0057]
(A) Two sets of secondary batteries are housed in a case, each set of secondary batteries has a corresponding positive and negative external terminal, and each external terminal independently corresponds to a secondary battery. Battery pack that is electrically connected to the positive electrode or negative electrode of the battery has two chips with the same mold of two FETs, each secondary battery has a protection circuit, and the two protection circuits are in the same mold. The battery pack 101 is characterized in that each of the FETs is used separately, and (B) having a junction terminal corresponding to the external terminal of the battery pack, and when the external terminal and the junction terminal are joined, The present invention also includes a battery kit including the charger 201 in which the junction terminals are wired so that two sets of secondary batteries are arranged in parallel.
[0058]
The device for discharging the battery pack of the present invention in series has a joint terminal 302 corresponding to the external terminal 102 of the corresponding battery pack 101, and two sets of secondary batteries when the external terminal 102 and the joint terminal 302 are joined. This is a device in which junction terminals 302 are wired so that 103 is in series. The “wiring of the joining terminal 302 such that when the external terminal 102 and the joining terminal 302 are joined together, the two sets of secondary batteries 103 are in series” is, for example, wiring as shown by the device 301 in FIG.
[0059]
In the present invention, the battery pack 101 in FIG. 16 (two sets of secondary batteries 103 are housed in a case, and each set of secondary batteries (103) has corresponding positive and negative external terminals 102, The external terminals 102 are each independently connected to the positive or negative electrode of the corresponding secondary battery, and the charger 201 in FIG. 16 (the junction terminal 202 corresponding to the external terminal 102 of the battery pack). When the external terminal 102 and the joining terminal 202 are joined, the secondary battery 103 is connected in parallel by joining the chargers to which the joining terminals 202 are wired so that the two sets of the secondary batteries 103 are placed in parallel. Can be charged. From the viewpoint of fully charging all the batteries equally, the charging is preferably parallel charging.
[0060]
Also, the charged battery pack (battery pack 101 in FIG. 16) has the device 301 in FIG. 16 (joining terminal 302 corresponding to the external terminal 102 of the battery pack, and the external terminal 102 and the joining terminal 302 are joined. In this case, series discharge is possible by discharging using a device in which the junction terminals 302 are wired so that the two sets of secondary batteries 103 are in series, due to resistance existing in a current path such as a protection circuit. From the viewpoint that it is desirable to discharge at a high voltage and a low current in order to reduce power loss, the discharge is preferably a series discharge.
[0061]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a battery pack in which variations in current path resistances of a plurality of protection circuits are suppressed. Thus, it is possible to provide a charge / discharge system that does not cause a decrease in apparent capacity due to the unbalance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a known FET-equipped battery pack.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an FET-mounted battery pack according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a battery pack.
FIG. 4 is a perspective view showing a stack of flat plate type secondary batteries.
FIG. 5 is a perspective view of a flat type secondary battery.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a flat type secondary battery.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a flat type secondary battery.
FIG. 8 is a perspective view showing a battery element of a flat type secondary battery.
FIG. 9 is a perspective view of a flat-type secondary battery in the middle of manufacture.
FIG. 10 is a perspective view of a flat-type secondary battery in the middle of manufacture.
FIG. 11 is a perspective view of a flat-type secondary battery in the middle of manufacture.
12 is a plan view in the middle of manufacturing the flat-type secondary battery of FIG.
FIG. 13 is a perspective view of a unit battery element.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a positive electrode or a negative electrode.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a battery element.
FIG. 16 is a block diagram collectively showing configurations of a battery pack, a charger, and a device in the present invention.
[Explanation of symbols]
101 battery pack
102 External terminal
103 Secondary battery
104, 104-1, 104-2, 104-3, 104-5, 104-6, 104-7, 104-8 Secondary battery constituting the secondary battery 103
105 Protection circuit and / or protection element
106, 106-1, 106-2 protection circuit
107, 107-A, 107-B, 107-C, 107-D FET
108, 108-1, 108-2 Chip in which two FETs are molded in the same way
109 Protection element
201 charger
202 Junction terminal
301 equipment
302 Junction terminal
1 Battery element
2, 3, 6, 7, 8 Exterior material
4a, 4b tab
4A, 4F Joint piece (flap)
4B encapsulation
11 Positive electrode
11a Cathode active material
12 Negative electrode
12b Negative electrode active material
13 Non-fluidic electrolyte layer
15a Positive electrode current collector
15b Negative electrode current collector
21 Lead
22 Positive current collector
23 Positive electrode active material
24 Spacer (electrolyte layer)
25 Negative electrode active material
26 Negative electrode current collector
50 single battery

Claims

Two sets of secondary batteries are housed in a case, each pair of secondary batteries has corresponding positive and negative external terminals, and each external terminal is independently connected to the corresponding positive or negative secondary battery. In an electrically connected battery pack, there are two chips in which two FETs are identically molded, each secondary battery has a protection circuit, and the two protection circuits are one FET in the same mold. Battery pack characterized by being used separately.

Two sets of secondary batteries are housed in a case, and each set of secondary batteries is formed by connecting a plurality of plate-type secondary batteries in parallel. The plate-type secondary batteries are secondary batteries in the same set. The flat-type secondary batteries constituting the batteries are stacked next to each other so as not to be adjacent to each other, and are accommodated in a battery pack. The battery pack according to claim 1.

The battery pack according to claim 1, wherein the protection circuit includes a thermistor.

The battery pack according to claim 1, wherein each of the secondary batteries further includes a protection element.

The set of secondary batteries is formed by connecting a plurality of flat-type secondary batteries in parallel, and each of the flat-type secondary batteries includes a protection circuit and / or a protection element. The battery pack according to any one of 1 to 4.

6. The battery pack according to claim 4, wherein the protection element is a current fuse or a temperature fuse.

(A) Two sets of secondary batteries are housed in a case, each set of secondary batteries has corresponding positive and negative external terminals, and each external terminal independently corresponds to a positive electrode of a secondary battery. Or in a battery pack electrically connected to the negative electrode, it has two chips in which two FETs are molded in the same manner, each secondary battery has a protection circuit, and the two protection circuits are FETs in the same mold. A battery pack characterized in that each of the battery packs is used separately, and (B) a joint terminal corresponding to the external terminal of the battery pack, and when the external terminal and the joint terminal are joined, A battery kit comprising a charger in which junction terminals are wired so that secondary batteries are arranged in parallel.