JP4458145B2 - 電池パックおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、非水電解質二次電池を収納した電池パックおよびその製造方法に関し、特に、高い体積効率を実現する電池パックに関する。
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（Videotape recorder：ビデオテープレコーダ）、携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル電子機器の電源として用いられる電池の需要が急速に伸びており、機器の小型軽量化実現のために、電池設計も軽く、薄型であり、かつ機器内の収納スペースを効率的に使うことが求められている。このような要求を満たす電池として、エネルギー密度および出力密度の大きいリチウムイオン二次電池が最も好適である。
中でも、従来の液系電解液を用いた場合に問題となる電解液の液漏れを防止するために、ゲル状のポリマー電解質を用いたリチウムイオンポリマー二次電池が広く用いられている。リチウムイオンポリマー二次電池は、電極端子を接続し、両面にポリマー電解質を塗布した帯状の正極および負極をセパレータを介して積層した後、長手方向に巻回して電池素子を作製する。そして、この電池素子をラミネートフィルムで外装して電池セルとし、電池セルを樹脂モールドケースに収納することにより、電池パックとしている。
また、例えば、以下の特許文献１には、電池セルを樹脂モールドケースに収納することを不要とし、体積効率を高めた電池パックが記載されている。
特開２００５−１６６６５０号公報
図１に、特許文献１に記載の電池パック１の構成を示す。電池パック１は、電池素子が備えられた電池セル１０と、電池セル１０から導出された正極端子２ａおよび負極端子２ｂ（以下、限定しない場合は電極端子２と適宜称する）と接続した回路基板４と、回路基板４を収納し、電池セル１０の電極端子２導出側（以下、トップ側と適宜称する）の開口に嵌合されるトップカバー５ａと、電池セル１０のトップ側と対向する側（以下、ボトム側と適宜称する）の開口に嵌合されるボトムカバー５ｂとからなる。
図２Ａないし図２Ｃに、電池パック１の製造途中の状態を示す。図２Ａは、製造途中の電池セル１０の上面図であり、図２Ｂは図２Ａに示す電池セル１０の右側横方向から見た側面図であり、図２Ｃは図２Ａに示す電池セル１０のボトム側方向から見た側面図である。
図２に示すように、電池セル１０は、正極端子２ａと負極端子２ｂとを備えた電池素子９が、矩形状の硬質ラミネートフィルム６と、硬質ラミネートフィルム６と略同等の長辺と、硬質ラミネートフィルム６と略同等、もしくはやや小さい短辺を有する矩形状の軟質ラミネートフィルム７により外装されたものである。
図３Ａおよび図３Ｂに、硬質ラミネートフィルム６および軟質ラミネートフィルム７の断面図を示す。電池パック１の最外装となる硬質ラミネートフィルム６は、図３Ａに示すように、硬質の金属材料からなる金属層６ａの一方の面に外側樹脂層６ｂが形成されており、他方の面に内側樹脂層６ｃが形成されている。また、図３Ｂに示すように、軟質ラミネートフィルム７は、軟質の金属材料からなる金属層７ａの一方の面に外側樹脂層７ｂが形成されており、他方の面に内側樹脂層７ｃが形成されている。
外側樹脂層６ｂおよび外側樹脂層７ｂは、表面保護の機能を有しており、例えばナイロン（Ｎｙ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。また、内側樹脂層６ｃおよび内側樹脂層７ｃは、硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７、もしくは、硬質ラミネートフィルム６とトップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂとの接着機能を有しており、例えば無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）からなる。
軟質ラミネートフィルム７には、電池素子９を収納するための凹部８が、例えば絞り加工を施すことにより形成されている。硬質ラミネートフィルム６は、電池素子９が凹部８に収納された後、凹部８の開口を覆うようにして軟質ラミネートフィルム７と重ね合わされる。このとき、硬質ラミネートフィルム６は、軟質ラミネートフィルム７に対して例えばやや右側にずれた位置に重ね合わされる。これにより、硬質ラミネートフィルム６および軟質ラミネートフィルム７が重ね合わされた状態では、図２Ａに示すように、硬質ラミネートフィルム６のみが位置し、内側樹脂層６ｃが露出する右側領域と、軟質ラミネートフィルム７のみが位置し、内側樹脂層７ｃが露出する左側領域とが生じる。そして、硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７との重なり合う部分が熱融着され、電池素子９の周囲４辺が封止されている。
この後、硬質ラミネートフィルム６および軟質ラミネートフィルム７の左右両端部が、凹部８を包み込むようにして折り曲げられ、両端に開口を有する電池セル１０が作製される。図４に、硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７との当接部分の断面を示す。図４に示すように、硬質ラミネートフィルム６の対向する短辺同士、および軟質ラミネートフィルム７の対向する短辺同士が、それぞれ当接するかわずかな隙間を隔てて対向するように成型される。このとき、凹部８の底面外側には、例えば樹脂材料からなる熱接着フィルム１１が配設される。硬質ラミネートフィルム６と、軟質ラミネートフィルム７とが、電池素子９が包み込まれるように変形された後、電池セル１０を加熱することにより、熱接着フィルム１１を溶融させて凹部８の底部外側と軟質ラミネートフィルム７の両端部とが接着される。
また、このとき、硬質ラミネートフィルム６のみが位置する右側領域および軟質ラミネートフィルム７のみが位置する左側領域が同時に接着される。硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７とがややずれた位置で重ね合わされることにより、硬質ラミネートフィルム６の内側樹脂層６ｃと軟質ラミネートフィルム７の内側樹脂層７ｃとが、凹部８の底面外側で対向した状態とされ、ある程度の幅を持って接着される。
電池セル１０では、硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７との封止部から正極端子２ａと負極端子２ｂとが導出されている。このとき、正極端子２ａと負極端子２ｂとが硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７とに接触する部分には、樹脂片３ａおよび３ｂが設けられている。樹脂片３ａおよび３ｂは、正極端子２ａおよび負極端子２ｂのそれぞれの金属材料との接着性に優れており、正極端子２ａおよび負極端子２ｂと、硬質ラミネートフィルム６と軟質ラミネートフィルム７との接着性を向上させることができる。
しかしながら、上述の特許文献１に記載の電池パック１では、略同様の大きさを有する硬質ラミネートフィルム６および軟質ラミネートフィルム７を用いて電池素子を外装するため、構造上電池パックの厚み方向には４枚分のラミネートフィルムが存在することになる。
また、軟質ラミネートフィルム７の短辺同士、および硬質ラミネートフィルム７の短辺同士を対向させるように電池パック１を包み込む際、軟質ラミネートフィルム７の外側樹脂層７ｃ同士を接着するために、熱接着フィルム１１を用いる必要がある。熱接着フィルム１１は、薄いもので３０μｍ〜５０μｍ程度の厚みがあり、これ以上薄くするとフィルムの剛性がなくなってハンドリング性が悪くなり、貼り付ける際にしわや折れが発生するおそれがある。
これらのラミネートフィルムや熱接着フィルム１１は電池パック１の厚さ方向において余分な厚みとなり、電池パック１の体積効率が低下する要因となる。
また、硬質ラミネートフィルムおよび軟質ラミネートフィルムを広い範囲で熱融着する必要があるため、硬質ラミネートフィルムおよび軟質ラミネートフィルムが折れ曲がった不良品となり、歩留が低下するおそれがある。
したがって、この発明は、上述の問題点を解消し、高い体積効率の電池パックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するために、第１の発明は、第１の開放端部および第２の開放端部が形成された電池セルと、
電池セルと電気的に接続される回路基板と、
回路基板を収納し、第１の開放端部に嵌合される第１のカバーと、
第２の開放端部に嵌合される第２のカバーと
を備え、
電池セルは、
電池素子と、
第１の金属層と、第１の金属層の一面に形成された第１の外側樹脂層と、第１の金属層の他の面に形成された第１の内側樹脂層とが少なくとも設けられ、第１の内側樹脂層側から、第１の外側樹脂層側に向けて凹部が形成され、凹部のサイド側周縁と対向するサイド側端部との距離が凹部の深さ以下である矩形状の第１の外装材と、
第２の金属層と、第２の金属層の一面に形成された第２の外側樹脂層と、第２の金属層の他の面に形成された第２の内側樹脂層とが少なくとも設けられた矩形状の第２の外装材と
からなり、
凹部に電池素子が収納され、
凹部の開口を第２の外装材が覆うように、第１の外装材および第２の外装材が重ねられ、
開口の周囲が封止され、
第１の外装材の凹部の底面外側において、第２の外装材の両端部が当接され、
第１の外装材もしくは第２の外装材のいずれかに予め設けられることにより第１の外装材の凹部の底面外側と第２の外装材の両端部との間に介在する厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の熱接着層が熱で溶けることによって、第１の外側樹脂層と第２の内側樹脂層とが接着されてなり、熱接着層が、第１のカバーおよび第２のカバーが嵌合された際に接する領域と、第２の外装材の合わせ目となる領域とを除いた部分に設けられている
電池パックである。
上述の熱接着層は、融点が９０℃以上１８０℃以下の熱接着性樹脂であることが好ましく、中でもエチレン−酢酸ビニル共重合体からなることがより好ましい。また、熱接着層の厚みは、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。
また、熱接着層は、第２の外装材の第２の内側樹脂層表面に予め形成され、第２の外装材の端部ならびに第２の外装材が電池素子および第１の外装材と対向する領域を除いて形成されることが好ましい。
さらに、上記第２の外装材の上記第２の金属層は硬質金属材料からなり、硬質金属材料としては、焼きなまし処理なしのアルミニウム（ＪＩＳ Ａ３００３Ｐ−Ｈ１８）または（ＪＩＳ Ａ３００４Ｐ−Ｈ１８）を用いることが好ましい。
また、第２の発明は、電池素子を作製する電池素子作製工程と、
第１の金属層と、第１の金属層の一面に形成された第１の外側樹脂層と、第１の金属層の他の面に形成された第１の内側樹脂層とが設けられた矩形状の第１の外装材において、第１の内側樹脂層側から第１の外側樹脂層側に向けて凹部を形成し、凹部のサイド側周縁と対向するサイド側端部との距離が凹部の深さ以下となるようにする凹部形成工程と、
凹部に電池素子を収容し、第２の金属層と、第２の金属層の一面に形成された第２の外側樹脂層と、第２の金属層の他の面に形成された第２の内側樹脂層と、第２の内側樹脂層の長辺および短辺に沿った端部を除いた部分に厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の熱接着層を予め形成した矩形状の第２の外装材が、熱接着層が第１の外装材と対向して凹部の開口を覆うように重ね、開口の周囲を封止する封止工程と、
第２の外装材が凹部を包み、第２の外装材の両端部が当接されて第１の開放端部および第２の開放端部が形成されるように成型する成型工程と、
少なくとも第２の外装材の両端部が位置する面を加熱することにより、第１の外装材の凹部の底面外側と第２の外装材の両端部との間に介在する熱接着層を溶融させて、第１の外側樹脂層と第２の内側樹脂層とを接着させる接着工程と、
電池素子と、回路基板とを電気的に接続する回路基板接続工程と、
回路基板を第１のカバーに収納し、第１のカバーを第１の開放端部に嵌合し、第１のカバーと第２の内側樹脂層とを溶着する第１の嵌合工程と、
第２のカバーを第２の開放端部に嵌合し、第２のカバーと第２の内側樹脂層とを溶着する第２の嵌合工程と
を備える電池パックの製造方法である。
上述の熱接着層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる層を印刷法により形成することが好ましい。
第１の発明では、電池パックの厚さを外装材１枚分薄くすることができる。また、予め外装材に熱接着層を形成することにより、熱接着層の厚みを従来の熱接着フィルムと比較して１０分の１程度とすることができる。さらに、電池パックを、外装材接着時において外装材に折れ曲がりが生じにくい構成とすることができる。
第２の発明では、予めラミネートフィルムに位置精度よく薄い熱接着層を設けることができる。
この発明によれば、電池パックの厚さを、電池素子以外の構造部分において従来よりも薄くすることができるため、電池パックの体積効率が向上する。また、外装材の折れ曲がりが生じにくく、ハンドリング性に劣る熱接着フィルムが不要な構成とすることができるため、電池パックの製造歩留が向上する。
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する図５ないし図１５において、図１ないし図４の構成と対応する部分には、同一の符号を付す。また、この明細書では、電池素子を硬質ラミネートフィルムおよび軟質ラミネートフィルムで外装したものを電池セルと称し、電池セルに回路基板を接続し、トップカバーおよびボトムカバーを嵌合したものを電池パックと称する。電池パックおよび電池セルにおいて、正極端子および負極端子導出側をトップ部、トップ部と対向する側をボトム部、それ以外をサイド部と称する。また、サイド部方向の長さを幅方向、トップ部−ボトム部方向の長さを高さと称する。
（１）電池パックの構成
図５に、この発明の一実施形態による電池パック２０の一構成例を示す。電池パック２０は、例えば、角形または扁平型を有するリチウムイオンポリマー二次電池の電池パックであって、図５に示すように、両端が開放されて開口が形成されており、外装材内に電池素子が収納されてなる電池セル３０と、電池セル３０の両端の開口にそれぞれ嵌合されたトップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂとを備える。
図６に、この発明の一実施形態による電池セル３０の製造途中の状態を示す。外装材は、全体としては板状を有し、面方向から見ると矩形状を有する硬質ラミネートフィルム２６と、硬質ラミネートフィルム２６よりもサイド部方向の長さが短い矩形状を有する軟質ラミネートフィルム２７からなる。電池セル３０の両端の開口は、全体としては矩形状を有し、その両短辺が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。
電池セル３０は、凹部２８が設けられた軟質ラミネートフィルム２７と、凹部２８に収納された電池素子２９と、電池素子２９を収納した凹部２８の開口を覆うように設けられた硬質ラミネートフィルム２６とからなる。硬質ラミネートフィルム２６の軟質ラミネートフィルム２７側の一部には、軟質ラミネートフィルム２７と対向せずに露出する領域に、軟質ラミネートフィルム２７に対して熱接着可能な熱接着層２６ｄが予め形成されている。
また、硬質ラミネートフィルム２６と軟質ラミネートフィルム２７とが封止された封止部からは、電池素子２９の正極および負極とそれぞれ電気的に接続された正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが導出されている。
トップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂは、電池セル３０の両端の開口に嵌合可能な形状を有し、具体的には、正面から見ると、全体としては矩形状を有し、その両短辺が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。なお、正面とは、トップ側から電池セル３０を見る方向を示している。
以下、図５ないし図８を参照しながら、外装材、電池素子、回路基板ならびにトップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂについて説明する。
［外装材］
図５および図６に示すように、この外装材は、電池素子２９を収納するための凹部２８が設けられた軟質ラミネートフィルム２７と、この軟質ラミネートフィルム２７上に凹部２８を覆うようにして重ねられる硬質ラミネートフィルム２６とからなる。硬質ラミネートフィルム２６の一部分には、予め熱接着層２６ｄが形成されている。
以下、硬質ラミネートフィルム２６について説明する。
硬質ラミネートフィルム２６は、矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側長辺３６ａおよびボトム側長辺３６ｂと、互いに等しい長さの両サイド側短辺３６ｃおよび３６ｄとを有する。硬質ラミネートフィルム２６のトップ側長辺３６ａおよびボトム側長辺３６ｂの長さは、電池素子２９が収納された凹部２８を包み込んだ状態において、両サイドの短辺３６ｃおよび３６ｄ同士が当接するか、わずかな隙間を隔てて対向するように設定されている。
また、硬質ラミネートフィルム２６のトップ側長辺３６ａには、図６に示すように、切り欠き部３８が設けられていてもよい。切り欠き部３８は、図５に示すように、電池セル３０の正面から見て両短辺に位置するように設けられる。切り欠き部３８を設けることにより、トップカバー５ａの嵌合を容易にすることができる。
図７Ａに、硬質ラミネートフィルム２６の熱接着層２６ｄ形成部分の断面図を示す。硬質ラミネートフィルム２６は、外側樹脂層２６ｂと、金属層２６ａと、内側樹脂層２６ｃと、熱接着層２６ｄとが順に積層されてなる。
金属層２６ａは、曲げた後の形状を維持し、外部からの変形に耐える機能を有し、硬質の金属材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）あるいはニッケル（Ｎｉ）を材料として適宜用いることができる。中でも、アルミニウム（Ａｌ）およびステンレス（ＳＵＳ）が最も好適であり、特に、焼きなまし処理なしの硬質アルミニウム（ＪＩＳ Ａ３００３Ｐ−Ｈ１８）または（ＪＩＳ Ａ３００４Ｐ−Ｈ１８）、もしくはオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）等を用いるのが好ましい。
金属層２６ａの厚みは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。５０μｍ未満の場合、材料強度に劣ってしまう。また、１５０μｍを超えた場合、加工が著しく困難になるとともに、硬質ラミネートフィルム２６の厚さが増してしまい、電池パック２０の体積効率の低下につながってしまう。
外側樹脂層２６ｂとしては、外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、ナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である。
外側樹脂層２６ｂの厚みは、５μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましい。５μｍ未満では保護層としての機能に劣り、１５μｍを超えると電池パック２０の体積効率の低下につながってしまう。
なお、電池パック２０の最外装として、ラベル等を巻く場合は、外側樹脂層２６ｂを設けないようにしてもよい。
内側樹脂層２６ｃは、熱で溶けて互いに融着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。
内側樹脂層２６ｃの厚みは、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。２０μｍ未満では接着性が低下するとともに、圧力緩衝作用が不十分となってしまう。また、５０μｍを超えると、内側樹脂層２６ｃを通じて水分が浸入しやすくなっていまい、電池内部でのガス発生およびそれに伴う電池膨れが生じるおそれがある。
熱接着層２６ｄは、熱で溶けて軟質ラミネートフィルム２７と融着する部分であり、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ；Ethylene-Vinyl Acetate copolymer）が用いられる。熱接着層２６ｄは、内側樹脂層２６ｃ上に、ＥＶＡをグラビア印刷、スクリーン印刷およびフレキソ印刷等により塗布、乾燥することにより形成される。熱接着層２６ｄの形成にグラビア印刷を用いることにより、塗布位置を高い精度で制御することができる。
熱接着層２６ｄは、内側樹脂層２６ｃが軟質ラミネートフィルム２７と対向せずに露出する領域のうち、トップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂが嵌合された際に接するトップ側およびボトム側の端部と、電池セル３０形成時に合わせ目となるサイド側の端部とを除いた部分に設けられている。なお、熱接着層２６ｄは、上述の領域を除いて、できるだけ大きい面積で設けられることが好ましい。
熱接着層２６ｄの厚みは、１μｍ以上２０μｍ以下となることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。１μｍ未満では接着性が低下してしまい、２０μｍを超えると体積効率の低下につながってしまう。
熱接着層２６ｄに用いるＥＶＡとしては、酢酸ビニルの含有量が３０質量％以上９５質量％以下とすることが好ましい。３０質量％未満の場合、アルコール等の溶媒に溶けにくく、熱接着層２６ｄの形成が困難となってしまう。また９５質量％を超える場合、柔軟性が低下してしまい、硬質ラミネートフィルム２６の成型性が低下してしまう。
また、熱接着層２６ｄ形成時におけるＥＶＡ膜の塗工性を向上させるために、ＥＶＡを一部ケン化変性し、アセトオキシ基、カルボキシル基、水酸基等を含むグラフトポリマーとして、溶媒に対する溶解性を高めてもよい。
さらに、熱接着層２６ｄには、内側樹脂層２６ｃとの密着性とホットタック性を向上させる粘着付与成分と、軟質ラミネートフィルム２７の巻回状態でのブロッキングを防止するためのブロッキング防止剤とを、それぞれ樹脂に対して１質量％以上２０質量％以下程度の範囲で含有させることが好ましい。
熱接着層２６ｄは、１８０℃程度以下で溶融し、硬質ラミネートフィルム２６の内側樹脂層２６ｃと、後述する軟質ラミネートフィルム２７の外側樹脂層のそれぞれに対して接着性のよい材料であればＥＶＡ以外の材料を用いてもよい。また、熱接着層２６ｄは、内側樹脂層２６ｃよりも融点が低いことがより好ましい。さらに、熱接着層２６ｄは、電池パック２０の使用環境を考慮して融点が９０℃以上であることが好ましい。内側樹脂層２６ｃよりも低い融点の樹脂材料を用いて熱接着層２６ｄを形成することにより、電池セル３０作製時には熱接着層２６ｄのみが溶融させることが可能となる。これにより、硬質ラミネートフィルム２６の短辺３６ｃおよび３６ｄの当接部分から内側樹脂層２６ｃの樹脂材料が溶出したり、熱接着層２６ｄと共に内側樹脂層２６ｃが溶融して、内側樹脂層２６ｃの樹脂材料が必要な箇所から流動してしまうのを防止することができる。内側樹脂層２６ｃの樹脂材料が必要な箇所としては、例えば、後にトップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂを嵌合する電池セル３０の開口端部などが挙げられる。
このような材料としては、例えば、酸変性させたポリプロピレン（ＰＰ）等が挙げられる。熱接着層２６ｄの融点が１８０℃を超えた場合、後に電池セル３０を作製する際に電池素子２９が損傷したり、セパレータが溶融し、シャットダウンするおそれがある。熱接着後は、硬質ラミネートフィルム２６および軟質ラミネートフィルム２７間の剥離強度が２Ｎ／ｃｍ以上であることが好ましい。
このように、熱接着層２６ｄを設けることにより、従来のように別部品の熱接着フィルムを設ける必要がなくなる。熱接着フィルムはタック性を有しており、所定の寸法にカットすることが困難である。また、熱接着フィルムは、一旦フィルム状にするため、コストが高くなってしまう。さらに、熱接着フィルムを用いる場合、ハンドリング性に劣り、所定の位置に配設するために他の基材が必要になる場合もある。
一方、グラビア印刷では粘着性の高いＥＶＡ等の樹脂材料を所定の位置に高い精度で塗布することができるため、位置ずれがほとんど生じない。また、硬質ラミネートフィルム２６に、熱接着フィルムの約１０分の１程度の厚みで熱接着層２６ｄを予め形成するため、余分な基材を用いることなく、樹脂材料自体の使用量も少なくできるためコストが抑えられる。
以下、軟質ラミネートフィルム２７について説明する。
軟質ラミネートフィルム２７は、矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側短辺３７ａおよびボトム側短辺３７ｂと、互いに等しい長さの両サイド側長辺３７ｃおよび３７ｄとを有し、中央部には電池素子２９を収納する凹部２８が絞り加工等により形成されている。軟質ラミネートフィルム２７のトップ側短辺３７ａおよびボトム側短辺３７ｂの長さは、電池素子２９が収納された凹部２８の幅よりも大きくなるように設定されている。なお、一実施形態では、軟質ラミネートフィルム２７のトップ側およびボトム側の対向する２辺を短辺とし、サイド側の対向する２辺を長辺としているが、電池素子２９の形状によってはトップ側およびボトム側を長辺、サイド側を短辺としてもよい。
また、軟質ラミネートフィルム２７の両サイド側長辺３７ｃおよび３７ｄは、硬質ラミネートフィルム２６の両サイド側短辺３６ｃおよび３６ｄよりもやや短いものとされている。これにより、電池セル３０のトップ側およびボトム側において硬質ラミネートフィルム２６のみが存在するように、軟質ラミネートフィルム２７を硬質ラミネートフィルム２６上に積層することができる。硬質ラミネートフィルム２６のみが存在する部分には、硬質ラミネートフィルム２６の内側樹脂層２６ｃが露出しているため、後にトップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂを嵌合する際に内側樹脂層２６ｃとトップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂとを熱融着によって接着することができる。
凹部２８は、例えば、予め金型で絞り加工を施して電池素子２９に応じた形状に形成される。このとき、凹部２８は、凹部２８のサイド側周縁と軟質ラミネートフィルム２７のサイド側端部である長辺３７ｄとの距離ａが、凹部２８の深さｂ以下となるようにして形成される。また、もう一方のサイド部についても同様である。凹部２８の周縁から軟質ラミネートフィルム２７の端部までの部分は、軟質ラミネートフィルム２７が硬質ラミネートフィルム２６と溶着される封止部である。なお、封止部は、溶着幅が必要以上（例えば１．０ｍｍ以上）あればよく、その全ての領域において溶着される必要はない。
これにより、硬質ラミネートフィルム２６と軟質ラミネートフィルム２７との両サイド部の封止幅は凹部２８の深さ、すなわち電池素子の厚み以下となり、凹部２８の底部外側に軟質ラミネートフィルム２７が回り込むことがなくなる。このため、電池パック２０の厚みをラミネートフィルム１枚分薄くすることができ、体積効率の向上につながる。また、軟質ラミネートフィルム２７の使用量を少なくすることができる。
なお、長辺３７ｃまたは３７ｄと凹部２８の形成端部との距離ａは、水分浸入の影響を考慮して０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、１．０ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。
図７Ｂに、軟質ラミネートフィルム２７の断面図を示す。軟質ラミネートフィルム２７は、外側樹脂層２７ｂと、金属層２７ａと、内側樹脂層２７ｃとが順に積層されてなる。
金属層２７ａは、外装材の強度向上の他、水分、酸素、光の浸入を防ぎ、電池素子２９を守る機能を有している。金属層２７ａには、軟質の金属材料、例えば焼きなまし処理済みのアルミニウム（ＪＩＳ Ａ８０２１Ｐ−Ｏ）または（ＪＩＳ Ａ８０７９Ｐ−Ｏ）等を用いるのが好ましい。
金属層２７ａの厚みは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。５０μｍ未満の場合、材料強度に劣ってしまう。また、１５０μｍを超えた場合、加工が著しく困難になるとともに、軟質ラミネートフィルム２７の厚さが増してしまい、電池パック２０の体積効率の低下につながってしまう。
外側樹脂層２７ｂとしては、硬質ラミネートフィルム２６の外側樹脂層２６ｂと同様の材料を用いることができる。また、内側樹脂層２７ｃは、硬質ラミネートフィルム２６の内側樹脂層２６ｃと同様の材料を用いることができる。
［電池素子］
次に、電池素子２９について説明する。図８は、この電池パック２０に用いる電池素子２９の構成を示す。この電池素子２９は、帯状の正極３１と、セパレータ３３ａと、正極３１と対向して配された帯状の負極３２と、セパレータ３３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、図示しないポリマー電解質層が正極３１および負極３２の両面に形成されている。また、電池素子２９からは、正極３１と接続された正極端子２２と、負極３２と接続された負極端子２２ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子２２と適宜称する）とが導出されている。正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂの硬質ラミネートフィルム２６および軟質ラミネートフィルム２７と接する部分には、それぞれ接着性を向上させるために樹脂片２３ａおよび２３ｂが被覆されている。
［正極］
正極３１は、正極活物質を含有する正極活物質層３１ａが、正極集電体３１ｂの両面上に形成されてなる。正極集電体３１ｂとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔が用いられる。
正極活物質層３１ａは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）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。例えば、ニッケルコバルト複合リチウム酸化物（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等）がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または金属酸化物を使用してもよい。正極活物質としては、これら材料を複数混合して用いてもよい。
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。
［負極］
負極３２は、負極活物質を含有する負極活物質層３２ａが、負極集電体３２ｂの両面上に形成されてなる。負極集電体３２ｂとしては、例えば銅（Ｃｕ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔が用いられる。
負極活物質層３２ａは、例えば負極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられ、より具体的には熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、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板でも構わない。
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等が用いられる。
［電解質］
電解質は、リチウムイオン二次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（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ-，Ｂｒ-，Ｉ-，ＳＣＮ-，ＣｌＯ4 -，ＢＦ4 -，ＰＦ6 -，ＣＦ3ＳＯ3 -等が用いられる。具体的には、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2）過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）等が挙げられる。電解質塩濃度としては、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
ポリマー電解質を用いる場合は、非水溶媒と電解質塩とを混合してゲル状とした電解液をマトリクスポリマに取り込むことでポリマー電解質を得る。マトリクスポリマは、非水溶媒に相溶可能な性質を有している。このようなマトリクスポリマとしては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドおよびこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等が用いられる。また、フッ素系ポリマーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）とを繰り返し単位に含む共重合体等のポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
［セパレータ］
セパレータ３３ａおよび３３ｂは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
一般的にセパレータの厚みは５μｍ以上５０μｍ以下が好適に使用可能であるが、７μｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。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。
［回路基板］
回路基板４４は、電池素子２９の正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが電気的に接続されるものである。回路基板４４には、ヒューズ、熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）、サーミスタ等の温度保護素子を含む保護回路の他、電池パックを識別するためのＩＤ抵抗等がマウントされ、更に複数個（例えば３個）の接点部が形成されている。保護回路には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor；電界効果トランジスタ）、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣ（Integrated Circuit）等が設けられている。
熱感抵抗素子は電池素子と直列に接続され、電池の温度が設定温度に比して高くなると、電気抵抗が急激に高くなって電池に流れる電流を実質的に遮断する。ヒューズも電池素子と直列に接続され、電池に過電流が流れると、自身の電流により溶断して電流を遮断する。また、ヒューズはその近傍にヒータ抵抗が設けられており、過電圧時にはヒータ抵抗の温度が上昇することにより溶断して電流を遮断する。
また、二次電池の端子電圧が４．３Ｖ〜４．４Ｖを超えると、発熱・発火など危険な状態になる可能性がある。このため、保護回路は二次電池の電圧を監視し、電圧が４．３Ｖ〜４．４Ｖを越えて過充電状態となった場合には充電制御ＦＥＴをオフして充電を禁止する。さらに二次電池の端子電圧が放電禁止電圧以下まで過放電し、二次電池電圧が０Ｖになると二次電池が内部ショート状態となり再充電不可能となる可能性がある。このため、二次電池電圧を監視して過放電状態となった場合には放電制御ＦＥＴをオフして放電を禁止する。
［トップカバー］
トップカバー５ａは、電池セル３０のトップ側開口に嵌合されるものであり、正面方向から見ると、全体としては矩形状を有し、その短辺側の両側が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。トップカバー５ａの電池素子２９の側となる面には、ボトム側開口に嵌合するための側壁が設けられている。この側壁は、トップカバー５ａの外周の一部または全部に沿って設けられており、側壁と、硬質ラミネートフィルム２６の端部が熱融着されて接着される。
トップカバー５ａには、回路基板４が収納される。トップカバー５ａには、回路基板４の複数の接点部が外部に露出するように、接点部に対応する位置に複数の開口が設けられている。回路基板４の接点部は、トップカバー５ａの開口を通じて電子機器と接触する。これにより、電池パック２０と電子機器とが電気的に接続される。このようなトップカバー５ａは、射出成型により予め作製される。
［ボトムカバー］
ボトムカバー５ｂは、電池セル３０のボトム側開口に嵌合されるものであり、正面方向から見ると、全体としては矩形状を有し、その短辺側の両側が外側に向かって楕円の円弧をなすように膨らんでいる。ボトムカバー５ｂの電池素子２９の側となる面には、ボトム側開口に嵌合するための側壁がボトムカバー５ｂの外周の一部または全部に沿って設けられており、側壁と、硬質ラミネートフィルム２６の端部が熱融着されて接着される。
ボトムカバー５ｂには、電池素子２９に対向する側の面からそれとは反対側の面に向けて貫通する貫通孔が、１以上、好ましくは２以上設けられていてもよい。この場合、貫通孔からホットメルト樹脂を注入することにより、電池セル３０とボトムカバー５ｂとをより強固に接着することができる。貫通孔を２以上設けた場合には、樹脂注入時において、少なくとも１つの貫通孔を電池素子２９とボトムカバー５ｂとの間の空気を抜くためのものとして用いることができるので、樹脂の充填性を向上させることができる。
このようなボトムカバー５ｂは、射出成型により予め作製される。また、電池セル３０を金型に設置し、ボトム部にホットメルト樹脂を流し込むことにより、電池セル３０と一体に成型する方法を用いることも可能である。
（２）電池パックの作製方法
以下、図９ないし図１４を参照しながら、電池パック２０の製造方法について説明する。
［電池素子の作製］
まず、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体３１ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより、正極活物質層３１ａが形成される。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
次に、正極集電体３１ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接により正極端子２２ａを接続する。この正極端子２２ａは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子２２ａの材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。
続いて、負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体３２ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層３２ａが形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
次に、負極集電体３２ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接により負極端子２２ｂを接続する。この負極端子２２ｂは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子２２ｂの材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。
なお、正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは同じ方向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２２ａおよび負極端子２２ｂ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。
続いて、ポリマー電解質を正極活物質層３１ａおよび負極活物質層３２ａ上に塗布した後、正極３１、セパレータ３３ａ、負極３２およびセパレータ３３ｂを順次積層し、この積層体を長手方向に多数回巻回して巻回型の電池素子２９を作製する。
［電池セルの作製］
図９に、所定の領域に熱接着層２６ｄが形成された硬質ラミネートフィルム２６の形成方法を示す。金属層２６ａの両面にそれぞれ外側樹脂層２６ｂおよび内側樹脂層２６ｃを形成してラミネートフィルムシートを作製した後、ラミネートフィルムシートの幅が例えば硬質ラミネートフィルム２６のサイド側短辺３６ｃおよび３６ｄの長さと同等となるように切断する。続いて、切断されたラミネートフィルムシートの内側樹脂層２６ｃ上に、グラビア印刷等によりＥＶＡを所定のパターンで塗布し、乾燥する。これにより、一方向に硬質ラミネートフィルム２６が複数連なったラミネートフィルムシートが作製される。この後、図９の参照符号Ｐで示す位置で、硬質ラミネートフィルム２６の長辺３６ａの長さと同等の間隔で切断する。また、必要に応じて、硬質ラミネートフィルム２６のトップ側となる長辺に切り欠き部を設ける。
なお、上述のように、一方向に硬質ラミネートフィルム２６が連なるラミネートフィルムシートを切断する方法のみならず、縦方向、横方向にそれぞれ硬質ラミネートフィルム２６が連なるラミネートフィルムシートを作製し、所定位置で切断することにより硬質ラミネートフィルム２６を作製するようにしてもよい。また、予め硬質ラミネートフィルム２６の大きさに切断した後、熱接着層２６ｄを形成してもよい。
また、所定の寸法に切断した軟質ラミネートフィルム２７に絞り加工を施すことにより、電池素子２９を収納する凹部２８を設ける。
続いて、図１０および図１１に示すように、硬質ラミネートフィルム２６の熱接着層２６ｄと、軟質ラミネートフィルム２７の内側樹脂層２７ｃとが対向するように配設する。そして、凹部２８に電池素子２９を収納し、凹部２８の開口を硬質ラミネートフィルム２６で覆うようにして硬質ラミネートフィルム２６と軟質ラミネートフィルム２７とを重ね合わせる。この後、硬質ラミネートフィルム２６および軟質ラミネートフィルム２７を、凹部２８の周縁に沿って封止する。封止は、図示しない金属製のヒータヘッドを用い、硬質ラミネートフィルム２６の内側樹脂層２６ｃと、軟質ラミネートフィルム２７の内側樹脂層２７ｃとを減圧しながら熱溶着することにより行う。
次に、図１２に示すように、サイド側の短辺３６ｃおよび３６ｄが当接するように硬質ラミネートフィルム２６を変形する。この後、短辺３６ｃおよび３６ｄの合わせ目が位置する一面に対してヒータヘッドで加熱することにより、硬質ラミネートフィルム２６の熱接着層２６ｄと、軟質ラミネートフィルム２７の外側樹脂層２７ｂとを接着し、電池セル３０とする。なお、電池素子２９に必要以上に高い温度が加わった場合、電池素子２９が損傷するおそれがある。このため、ヒータヘッドは、熱接着層２６ｄの樹脂材料が溶融する程度の温度とする。
［電池パックの作製］
続いて、図１３に示すように、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとを回路基板４に接続した後、回路基板４を、トップカバー５ａと嵌合可能に成型されたホルダー５ｃを用いてトップカバー５ａに収納する。そして、ホルダー５ｃが電池セル３０側となるように方向を変えた後、トップカバー５ａを電池セル３０のトップ側開口に嵌合する。また、ボトムカバー５ｂを、電池セル３０のボトム側開口に嵌合する。
最後に、トップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂの嵌合部をそれぞれヒータヘッドにより加熱し、トップカバー５ａおよびボトムカバー５ｂと、硬質ラミネートフィルム２６の内側樹脂層２６ｃとを溶着する。これにより、図１４に示す外観の電池パック２０が作成される。
図１５に、硬質ラミネートフィルム２６の短辺３６ｃおよび３６ｄ同士の当接部分の断面を示す。電池パック２０では、軟質ラミネートフィルム２７の凹部２８の底面外側には、硬質ラミネートフィルム２６が１枚しか存在しない。また、熱接着フィルムの替わりに、厚さ１μｍ以上２０μｍ以下で形成された熱接着層２６ｄが設けられている。
このように、所定部分に予め熱接着層２６ｄが設けられた硬質ラミネートフィルム２６と、硬質ラミネートフィルム２６よりもサイド方向の幅が狭い軟質ラミネートフィルム２７とを用いることにより、従来のように別部品の熱接着フィルムを設けることなく電池パック２０を作製することができる。熱接着層２６ｄは、熱接着フィルムよりも十分に薄くすることができ、また、電池パック２０の厚み方向に存在するラミネートフィルムを１枚減らすことができるため、電池パック２０の体積効率を向上させることができる。
また、予め熱接着層２６ｄが形成されることにより、熱接着フィルムの位置合わせなどの工程が不要となり、製造工程を短縮することができる。
さらに、熱接着フィルムは高い位置精度が要求され、熱接着フィルムの位置ずれによって不良品が発生するおそれがあったが、予め熱接着層２６ｄが形成されることにより安定した外装が可能となる。また、ラミネートフィルム同士の広範囲にわたる熱融着が不要となり、熱融着に生じるラミネートフィルムの折れ曲がりなどが防止される。このため、歩留が向上する。
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明する。なお、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
＜実施例１＞
［正極の作製］
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９２重量％と、粉状ポリフッ化ビニリデン３重量％と、粉状黒鉛５重量％とを均一に混合し、これをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体となるアルミニウム（Ａｌ）箔の両面に均一に塗布し、１００℃で２４時間減圧乾燥することにより正極活物質層を形成した。
次に、これをロールプレス機で加圧成形することにより正極シートとし、当該正極シートを帯状に切り出して正極とした。さらに、正極集電体上の正極活物質未形成部分にアルミニウム（Ａｌ）リボンからなる正極端子を溶接した。なお、アルミニウム（Ａｌ）リボンには、後にラミネートフィルムで外装する際にラミネートフィルムと対向する部分に、酸変性ポリプロピレンからなる樹脂片を設けた。
［負極の作製］
人造黒鉛９１重量％と、粉状ポリフッ化ビニリデン９重量％とを均一に混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状の負極合剤を調製した。次に、この負極合剤を負極集電体となる銅（Ｃｕ）箔の両面に均一に塗布し、１２０℃で２４時間減圧乾燥することにより負極活物質層を形成した。
次に、これをロールプレス機で加圧成形することにより負極シートとし、当該負極シートを帯状に切り出して負極とした。さらに、負極集電体上の負極活物質未形成部分にニッケル（Ｎｉ）リボンからなる負極端子を溶接した。なお、ニッケル（Ｎｉ）リボンには、後にラミネートフィルムで外装する際にラミネートフィルムと対向する部分に、酸変性ポリプロピレンからなる樹脂片を設けた。
［ポリマー電解質の作製］
ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）が６．９％の割合でフッ化ビニリデン（ＶｄＦ）に共重合された高分子材料と、非水電解液と、希釈溶剤のジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを混合し、撹拌、溶解させてゾル状の電解質溶液を得た。電解液にはエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）を６：４の重量比で混合し、０．８ｍｏｌ／ｋｇの六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）と０．２ｍｏｌ／ｋｇの四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）とを溶解して作製した。混合比は、高分子材料：電解液：ＤＭＣ＝１：６：１２の重量比とした。次いで、得られたゾル状の電解質溶液を正極および負極の両面に均一に塗布した。その後、溶剤を除去して、正極および負極の両面にポリマー電解質層を形成した。
次いで、両面にポリマー電解質層が形成された帯状の正極と、両面にポリマー電解質層が形成された帯状の負極とを、セパレータを介して長手方向に巻回することにより電池素子を得た。セパレータには厚さ１０μｍ、空孔率３３％の多孔質ポリエチレンフィルムを用いた。
［電池セルの作製］
上述のようにして作製した電池素子を、図６に示す形状の軟質ラミネートフィルムおよび硬質ラミネートフィルムにて外装した。軟質ラミネートフィルムの中央部には凹部が設けられており、凹部に電池素子を収納した後、凹部の開口を硬質ラミネートフィルムで覆うようにした。その後、開口の周囲４辺をヒータヘッドにて加熱し、熱融着により封止した。このとき、トップ部の封止幅は２．０ｍｍ、サイド部の封止幅は３．０ｍｍとした。軟質ラミネートフィルムとしては、金属層を焼きなまし処理済みの軟質アルミニウム（ＪＩＳ Ａ８０２１−Ｏ）、外側樹脂層をナイロン（Ｎｙ）、内側樹脂層を無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）としたものを用いた。また、硬質ラミネートフィルムとしては、金属層を焼きなまし処理なしの硬質アルミニウム（ＪＩＳ Ａ３００３Ｐ−Ｈ１８）、外側樹脂層をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、内側樹脂層を無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、熱接着層をＥＶＡとしたものを用いた。
続いて、硬質ラミネートフィルムのサイド側短辺が当接するように変形させた。その後、ヒータヘッドにより硬質ラミネートフィルムの合わせ目が位置する一面を加熱して熱接着層を溶融させ、電池セルを作製した。
［電池パックの作製］
続いて、電池セルから導出された正極端子および負極端子を回路基板と接続し、回路基板をトップカバーに収納した。最後に、トップカバーおよびボトムカバーを電池セルのトップ側開口およびボトム側開口にそれぞれ嵌合し、ヒータブロックにてトップカバーおよびボトムカバーの嵌合部分を加熱して、電池パックを作製した。
なお、電池パックは、外形が厚さ６．１５ｍｍ、幅４１．０ｍｍ、高さ４０．０ｍｍとなるようにし、電池素子は、上述の電池パック外形に合わせて正極、負極およびセパレータの厚さ等を最適化した。
＜比較例１＞
硬質ラミネートフィルムは、金属層の両面にそれぞれ外側樹脂層と内側樹脂層とが形成されたものとし、図２に示すように、軟質ラミネートフィルムの大きさを硬質ラミネートフィルムと略同等とし、軟質ラミネートフィルムに設けた凹部の底面外側に厚さ５０μｍのＥＶＡシートからなる熱接着フィルムを設けて軟質ラミネートフィルム同士の接着を行った以外は実施例１と同様にして電池パックを作製した。
なお、電池パックは、実施例１と同様に、外形が厚さ６．１５ｍｍ、幅４１．０ｍｍ、高さ４０．０ｍｍとなるようにし、電池素子は、上述の電池パック外形に合わせて正極、負極およびセパレータの厚さ等を最適化した。
（ａ）初期容量
得られた実施例１および比較例１の各電池パックについて、１０００ｍＡの定電流で電池電圧が４．２Ｖに達するまで定電流充電を行ったのち、４．２Ｖの定電圧で充電時間の合計が２．５時間となるまで定電圧充電を行った。次に、８００ｍＡの定電流で電池電圧が３．０Ｖに達するまで定電流放電を行い、このときの放電容量を測定した。
（ｂ）作製歩留
得られた実施例１および比較例１の各電池パックを１０００個ずつ作製し、その際の歩留を算出した。実施例１および比較例１の各電池パックのうち、ラミネートフィルムの折れ曲がりが生じているもの、外装材のラミネートフィルムの接着が十分でないもの等は不良品として歩留を算出した。
以下の表１に、結果を示す。
Figure 0004458145
表１に示すように、電池パック外形を同サイズとした場合、従来の構成を用いた比較例１の電池パックでは、初期容量が１１８０ｍＡｈとなるのに対し、この発明の構成を用いた実施例１の電池パックでは、初期容量が１２００ｍＡｈとなり、初期容量が向上することがわかる。
これは、実施例１の電池パックを、比較例１の電池パックに比べて軟質ラミネートフィルムの大きさが小さくなり、また、熱接着シートの変わりに硬質ラミネートフィルムに熱接着シートの１０分の１程度の厚みの熱接着層を設けた構成としたためである。実施例１の構成を用いることにより、比較例１と比較してラミネートフィルム１枚分と、熱接着フィルムの１０分の９程度の厚さを減少させることができ、体積効率が向上した。
また、製造歩留は、比較例１の９９．２％に対し、実施例１では９９．９％と向上する。これは、実施例１では従来のように広範囲にわたって硬質ラミネートフィルムと軟質ラミネートフィルムとを熱融着する必要がなくなり、また、軟質ラミネートフィルムが固定されているためにラミネートフィルムの折れ曲がりを防止することができるためである。
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の一実施形態において挙げた材料および数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる材料および数値を用いてもよい。また、上述の一実施形態ではリチウムイオン二次電池を用いた電池パックについて説明したが、リチウムイオン二次電池以外の電池を用いることもできる。
上述の一実施形態では、熱接着層が予め設けられた硬質ラミネートフィルムを用いたが、熱接着層が設けられていない硬質ラミネートフィルムと、凹部形成後、凹部の底面外側に熱接着層が設けられた軟質ラミネートフィルムとを用いて電池パックを形成してもよい。
従来の電池パックの構成を示す略線図である。 従来の電池パックの製造途中の状態を示す略線図である。 従来の電池パックに用いる硬質ラミネートフィルムおよび軟質ラミネートフィルムの構成を示す断面図である。 従来の電池パックの硬質ラミネートフィルムと軟質ラミネートフィルムとの当接部分の構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態による電池パックの一構成例を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池セルの製造途中の状態を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックに用いる硬質ラミネートフィルムおよび軟質ラミネートフィルムの構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態による電池パックに収納する電池素子の構成を示す略線図である。 この発明の一実施形態による硬質ラミネートフィルムの形成方法を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックの製造工程を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックの製造工程を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックの製造工程を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックの製造工程を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックの外観を示す略線図である。 この発明の一実施形態による電池パックの硬質ラミネートフィルムと軟質ラミネートフィルムとの当接部分の構成を示す断面図である。
符号の説明
１，２０・・・電池パック
２ａ，２２ａ・・・正極端子
２ｂ，２２ｂ・・・負極端子
５ａ・・・トップカバー
５ｂ・・・ボトムカバー
８，２８・・・凹部
９，２９・・・電池素子
１０，３０・・・電池セル
１１・・・熱接着フィルム
２６・・・硬質ラミネートフィルム
２６ａ，２７ａ・・・金属層
２６ｂ，２７ｂ・・・外側樹脂層
２６ｃ，２７ｃ・・・内側樹脂層
２６ｄ・・・熱接着層
２７・・・軟質ラミネートフィルム
３８・・・切り欠き部

Claims (13)

  1. 第１の開放端部および第２の開放端部が形成された電池セルと、
    上記電池セルと電気的に接続される回路基板と、
    上記回路基板を収納し、上記第１の開放端部に嵌合される第１のカバーと、
    上記第２の開放端部に嵌合される第２のカバーと
    を備え、
    上記電池セルは、
    電池素子と、
    第１の金属層と、該第１の金属層の一面に形成された第１の外側樹脂層と、該第１の金属層の他の面に形成された第１の内側樹脂層とが少なくとも設けられ、該第１の内側樹脂層側から、上記第１の外側樹脂層側に向けて凹部が形成され、該凹部のサイド側周縁と対向するサイド側端部との距離が上記凹部の深さ以下である矩形状の第１の外装材と、
    第２の金属層と、該第２の金属層の一面に形成された第２の外側樹脂層と、該第２の金属層の他の面に形成された第２の内側樹脂層とが少なくとも設けられた矩形状の第２の外装材と
    からなり、
    上記凹部に上記電池素子が収納され、
    上記凹部の開口を上記第２の外装材が覆うように、該第１の外装材および上記第２の外装材が重ねられ、
    上記開口の周囲が封止され、
    上記第１の外装材の上記凹部の底面外側において、上記第２の外装材の両端部が当接され、
    上記第１の外装材もしくは上記第２の外装材のいずれかに予め設けられることにより上記第１の外装材の上記凹部の底面外側と上記第２の外装材の両端部との間に介在する厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の熱接着層が熱で溶けることによって、上記第１の外側樹脂層と上記第２の内側樹脂層とが接着されてなり、該熱接着層が、上記第１のカバーおよび上記第２のカバーが嵌合された際に接する領域と、上記第２の外装材の合わせ目となる領域とを除いた部分に設けられている
    電池パック。
  2. 上記熱接着層は、融点が９０℃以上１８０℃以下の熱接着性樹脂である
    請求項１に記載の電池パック。
  3. 上記熱接着層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる
    請求項２に記載の電池パック。
  4. 上記熱接着層の厚みが、１μｍ以上５μｍ以下である
    請求項３に記載の電池パック。
  5. 上記熱接着層は、上記第２の外装材の第２の内側樹脂層表面に予め形成される
    請求項４に記載の電池パック。
  6. 上記熱接着層は、上記第２の外装材の端部ならびに上記第２の外装材が上記電池素子および上記第１の外装材と対向する領域を除いて形成される
    請求項５に記載の電池パック。
  7. 上記開口の両サイド部の封止幅が、上記電池素子の厚み以下である
    請求項１に記載の電池パック。
  8. 上記第２の外装材の上記第２の金属層は硬質金属材料からなる
    請求項１に記載の電池パック。
  9. 上記硬質金属材料は、焼きなまし処理なしのアルミニウム（ＪＩＳ Ａ３００３Ｐ−Ｈ１８）または（ＪＩＳ Ａ３００４Ｐ−Ｈ１８）からなる
    請求項８に記載の電池パック。
  10. 電池素子を作製する電池素子作製工程と、
    第１の金属層と、該第１の金属層の一面に形成された第１の外側樹脂層と、該第１の金属層の他の面に形成された第１の内側樹脂層とが設けられた矩形状の第１の外装材において、上記第１の内側樹脂層側から上記第１の外側樹脂層側に向けて凹部を形成し、該凹部のサイド側周縁と対向するサイド側端部との距離が上記凹部の深さ以下となるようにする凹部形成工程と、
    上記凹部に上記電池素子を収容し、第２の金属層と、該第２の金属層の一面に形成された第２の外側樹脂層と、該第２の金属層の他の面に形成された第２の内側樹脂層と、該第２の内側樹脂層の長辺および短辺に沿った端部を除いた部分に厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の熱接着層を予め形成した矩形状の第２の外装材が、上記熱接着層が上記第１の外装材と対向して該凹部の開口を覆うように重ね、上記開口の周囲を封止する封止工程と、
    上記第２の外装材が上記凹部を包み、上記第２の外装材の両端部が当接されて第１の開放端部および第２の開放端部が形成されるように成型する成型工程と、
    少なくとも上記第２の外装材の両端部が位置する面を加熱することにより、上記第１の外装材の上記凹部の底面外側と上記第２の外装材の両端部との間に介在する熱接着層を溶融させて、上記第１の外側樹脂層と上記第２の内側樹脂層とを接着させる接着工程と、
    上記電池素子と、回路基板とを電気的に接続する回路基板接続工程と、
    上記回路基板を第１のカバーに収納し、該第１のカバーを上記第１の開放端部に嵌合し、該第１のカバーと上記第２の内側樹脂層とを溶着する第１の嵌合工程と、
    第２のカバーを上記第２の開放端部に嵌合し、該第２のカバーと上記第２の内側樹脂層とを溶着する第２の嵌合工程と
    を備える電池パックの製造方法。
  11. 上記熱接着層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる層を形成してなる
    請求項１０に記載の電池パックの製造方法。
  12. 上記熱接着層は、印刷法により形成される
    請求項１１に記載の電池パックの製造方法。
  13. 上記熱接着層は、上記第２の外装材の端部ならびに上記第２の外装材が上記電池素子および上記第１の外装材と対向する領域を除いて形成される
    請求項１２に記載の電池パックの製造方法。
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