JP5119665B2 - Battery pack - Google Patents
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Description
この発明は電池パックに関し、特に電池パック内部において基板による電池セルの損傷を防止した電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack, and more particularly to a battery pack that prevents damage to battery cells due to a substrate inside the battery pack.
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、かつ機器内の収容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。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Along with this, the demand for batteries used as power sources for portable electronic devices is growing rapidly, and the battery design is lighter, thinner, and more efficient in the storage space in devices to realize smaller and lighter devices. It is required to use. As a battery satisfying such requirements, a lithium ion secondary battery having a large energy density and output density is most suitable.
リチウムイオン二次電池を用いた電池パックは、電池セルから導出された正極端子および負極端子を、電子部品を実装した回路基板に接続し、回路基板に設けられた外部接続端子が外部に露出するようにして外装ケース等に収容することにより得られる。電池セルは、例えば、帯状の正極および負極をセパレータを介して積層し、長手方向に巻回して電池素子を作製し、この電池素子をラミネートフィルムで外装し、正極および負極と接続された正極端子および負極端子を外部に導出することにより作製される。 In a battery pack using a lithium ion secondary battery, a positive terminal and a negative terminal derived from a battery cell are connected to a circuit board on which electronic components are mounted, and external connection terminals provided on the circuit board are exposed to the outside. Thus, it is obtained by accommodating in an exterior case etc. The battery cell is formed by, for example, laminating a belt-like positive electrode and a negative electrode via a separator, and winding it in the longitudinal direction to produce a battery element. The battery element is covered with a laminate film and connected to the positive electrode and the negative electrode. And the negative electrode terminal is produced outside.
このような電池パックとしては、例えば、下記の特許文献1および特許文献2のような電池パックが挙げられる。
特許文献1では、プラスチック製の上ケースと下ケースからなる外装ケースに電池素子および電池素子と接続された回路基板を収容した電池パックが開示されている。また、特許文献2では、電池素子を外装材に封入した電池と、この電池と接続された回路基板を、フレームと天板で外装し、さらにフレームと天板とを覆うように包装体を設けて作製した電池パックが開示されている。
上述の特許文献1および特許文献2のいずれにおいても、電池パックおよび電池セルの強度の観点から、電極端子が導出される電池セルの前側壁部に臨むように回路基板が配置されている。
In both
ところが、電池パックの設計上、電池セルの前側壁部に回路基板を設けることができず、側壁部と比して強度が十分でない電池セルの上面に臨むように回路基板を配置した電池パックが必要とされる場合がある。 However, in the design of the battery pack, the circuit board cannot be provided on the front side wall portion of the battery cell, and the battery pack in which the circuit board is disposed so as to face the upper surface of the battery cell that is not strong enough as compared with the side wall portion. May be required.
図1に示すように、電池素子がラミネートフィルム4で外装され、正極端子3aおよび負極端子3bが導出された電池セル2の上面に正極端子3aおよび負極端子3bと接続した回路基板5を配置し、例えば上ケース10aおよび下ケース10bからなる外装ケースに収容して作製された電池パック1では、例えば電池セル2のラミネートフィルム4と正極端子3aおよび負極端子3bとの短絡が生じやすい部分には絶縁部材7を、電池セル2と回路基板5上に実装されたコネクタ5a等の実装部品が干渉して電池セル2に損傷が生じやすい部分には保護部材8を設けると共に、外装ケースに収容した後に電池セル2と上ケース10aとの間に空間が生じる部分にはクッション等の緩衝部材9を設けていた。このとき、PTC素子6は、電池セルと直列に接続され、また、電池セル2は、例えば両面テープからなる接着部材11によって下ケース10bに固定されていた。
As shown in FIG. 1, the circuit board 5 connected to the positive electrode terminal 3a and the negative electrode terminal 3b is disposed on the upper surface of the battery cell 2 in which the battery element is packaged with the laminate film 4 and the positive electrode terminal 3a and the negative electrode terminal 3b are led out. For example, in the
これにより、電池セルの上面に回路基板を配置し、電池パックを作製した後電池内部でのショートや電池セルの損傷、ならびに外部からの押圧時に生じる外装ケースのへこみや外装ケース内での電池セルの移動を防止していた。 As a result, after the circuit board is arranged on the upper surface of the battery cell and the battery pack is produced, the battery cell in the outer case or the dent of the outer case or the damage of the battery cell inside the battery as well as when pressed from the outside Was preventing movement.
しかしながら、上述のような電池パックでは、電池パック組み立て時の回路基板の位置決め精度が低く、製造ばらつきが生じやすい。また、回路基板の位置安定性が低く、電池パックの落下衝撃時に回路基板がずれて電極端子が損傷したり、正極端子と負極端子とが短絡する場合がある。 However, in the battery pack as described above, the positioning accuracy of the circuit board at the time of assembling the battery pack is low, and manufacturing variations tend to occur. Further, the position stability of the circuit board is low, the circuit board may be displaced when the battery pack is dropped and the electrode terminal may be damaged, or the positive electrode terminal and the negative electrode terminal may be short-circuited.
また、従来は電池セル上に直接回路基板を配置していたため、回路基板の電池セル対向面と逆の面にしか電子部品を実装することができなかった。しかしながら、このような場合、実装部品が外装ケースと直接対向するため、実装部品と外装ケースとの干渉が起こりやすく、回路基板の損傷のおそれが大きかった。 Conventionally, since the circuit board is arranged directly on the battery cell, the electronic component can be mounted only on the surface opposite to the battery cell facing surface of the circuit board. However, in such a case, since the mounting component directly faces the exterior case, interference between the mounting component and the exterior case is likely to occur, and there is a great risk of damage to the circuit board.
したがって、この発明は、上記問題点を解消し、高い品質および安全性を有する電池パックを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery pack that solves the above problems and has high quality and safety.
上記課題を解決するために、この発明は、電極端子が引き出された第1の側面と、この第1の側面と対向する第2の側面とを有する電池セルと、電極端子と接続された回路基板と、電池セルと回路基板とを仕切る仕切り板と、電池セル、回路基板および仕切り板を収容する外装ケースとを有した電池パックであり、仕切り板は、回路基板が配設された回路基板配設部と、回路基板配設部から電池セルの第1の側面および第2の側面に沿って電池セル側に向かった方向にそれぞれ延在された第1の延在部および第2の延在部を有し、回路基板配設部には、回路基板の位置決め用リブが設けられること特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a battery cell having a first side surface from which an electrode terminal is drawn out, a second side surface facing the first side surface, and a circuit connected to the electrode terminal. A battery pack having a board, a partition plate that partitions the battery cell and the circuit board, and an exterior case that houses the battery cell, the circuit board, and the partition board, and the partition board is a circuit board on which the circuit board is disposed An arrangement portion, and a first extension portion and a second extension extending from the circuit board arrangement portion along the first side surface and the second side surface of the battery cell toward the battery cell side, respectively. The circuit board disposition portion is provided with positioning ribs for the circuit board.
なお、回路基板配設部の回路基板に対向する面には、回路基板保持用リブおよび外装ケース変形防止用リブが設けられることが好ましい。また、第1の延在部には、電極端子干渉防止用リブが設けられ、第2の延在部には、外部接続用コネクタ固定用ガイドが設けられることが好ましい。 In addition, it is preferable that a circuit board holding rib and an outer case deformation preventing rib are provided on the surface of the circuit board disposition portion facing the circuit board. Moreover, it is preferable that an electrode terminal interference prevention rib is provided in the first extension part, and an external connection connector fixing guide is provided in the second extension part.
さらに、回路基板配設部の電池セルに対向する面は、電池セルに対して凹形状とされていることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the surface of the circuit board disposition portion facing the battery cell is concave with respect to the battery cell.
この発明では、電池セルを覆うように仕切り板が設けられることにより、電極端子や外部接続用コネクタによる電池セルの外傷を防止することができる。また、位置決め用リブを設け、回路基板を挟持することにより、回路基板の位置決め精度および位置安定性を高めることができる。 In this invention, the partition plate is provided so as to cover the battery cell, so that the battery cell can be prevented from being damaged by the electrode terminal or the external connection connector. In addition, positioning accuracy and position stability of the circuit board can be improved by providing positioning ribs and sandwiching the circuit board.
また、回路基板保持用リブを設けることにより、回路基板の実装部品を保護することができる。また、外装ケース変形防止用リブを設けることにより、外装ケースの外部からの押圧に対して外装ケースの強度を向上させることができる。また、電極端子干渉防止用リブを設けることにより、電極端子同士が近接しないようにすることができる。また、外部接続用コネクタ固定用ガイドを設けることにより、さらに回路基板の位置安定性を高めることができる。 Further, by providing the circuit board holding rib, it is possible to protect the components mounted on the circuit board. Further, by providing the outer case deformation preventing rib, the strength of the outer case can be improved against the pressure from the outside of the outer case. Further, by providing the electrode terminal interference preventing rib, it is possible to prevent the electrode terminals from being close to each other. Further, by providing the external connection connector fixing guide, the positional stability of the circuit board can be further improved.
さらに、回路基板配設部の電池セルに対向する面が電池セルに対して凹形状とされることにより、電池セル膨張時に膨張分を凹形状の空間に吸収することができる。 Further, the surface of the circuit board disposition portion that faces the battery cell is concave with respect to the battery cell, so that the expansion can be absorbed into the concave space when the battery cell expands.
この発明によれば、電池セルの外傷および回路基板の損傷を防止し、電池パックの安全性および品質を向上させることができる。また、電池パックの製造ばらつきを防止するとともに、回路基板と接続された電極端子等の損傷を防止し、電池パック外形寸法への影響を抑制することができる。 According to the present invention, the battery cell can be prevented from being damaged and the circuit board can be prevented from being damaged, and the safety and quality of the battery pack can be improved. In addition, the manufacturing variation of the battery pack can be prevented, the electrode terminal connected to the circuit board can be prevented from being damaged, and the influence on the outer dimensions of the battery pack can be suppressed.
以下、この発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)第1の実施形態
図2に、この発明を適用して作製した電池パック20の外観を示す。また、図3は図2に示す電池パック20の分解斜視図であり、図4は図2に示す電池パック20のX方向からの分解斜視図である。
(1) First Embodiment FIG. 2 shows an appearance of a
電池パック20は、主として、電池素子が収容され、正極端子34aおよび負極端子34b(以下、正極端子および負極端子を限定しない場合は電極端子34と適宜称する)が導出された電池セル30と、電極端子34と接続され、電池セル30の上面に配置された回路基板22と、電池セル30と回路基板22とを仕切る仕切り板21とを有し、電池セル30、回路基板22および仕切り板21等の部品が上ケース25aおよび下ケース25bからなる外装ケース25に収容されたものである。
The
電池セル30の上面部は、一般的に強度が充分でないため、電池セル30の電池素子収容部分を覆うように仕切り板21を配置している。回路基板22には、電子機器と接続を図る外部接続用コネクタ22a(以下、コネクタ22aと適宜称する)および図示しない電子部品が実装されており、回路基板22上に実装されたコネクタ22aが外装ケース25の外部に露出するように構成されている。なお、電池セル30は、両面テープ等の接着部材24を用いて下ケース25bに固定されており、また、例えば負極端子34bはPTC素子(Positive Temperature Coefficient;熱感抵抗素子)23を介して回路基板22と接続される。
Since the upper surface portion of the
以下、この発明を適用した仕切り板21について詳細に説明する。
Hereinafter, the
[仕切り板]
図5に、この発明の第1の実施形態による仕切り板21の第1の構成例を示す。なお、図5Aは仕切り板21の斜視図であり、図5Bは、図5Aの仕切り板21のY方向からの斜視図であり、図5Cは、図5Aの仕切り板21のa−a´断面を示す断面図である。また、図6は、仕切り板21と、仕切り板21を配置した電池セル30の断面図である。
[Partition plate]
FIG. 5 shows a first configuration example of the
仕切り板21は、電池セル30を保護し、例えばコネクタ22aの接触による外傷や、電極端子34と電池セル30を外装するラミネートフィルムの金属層との短絡を防止するとともに、回路基板22と、回路基板22に実装された電子部品の保護する役割を有する。また、複数のリブやガイドを設けることにより、電極端子同士の短絡の防止や回路基板22の位置安定性、電池パック20外部からの押圧による外装ケース25の変形を防止する効果も有している。
The
このような仕切り板21は、例えば略矩形状の回路基板配設部である上面部26と、上面部26から電極端子34導出側であるトップ部側の電極端子収容部側面にそって延在された延在部27aと、上面部26からトップ部に対向するボトム部側の電極端子収容部側面にそって延在された延在部27bと、延在部27aから電池セル30の溶着部分30aに沿って張り出した張り出し部28を有している。
Such a
上面部26は、電池セル30の上面を覆うものであり、回路基板22に対向する一面に外装ケース変形防止用リブ21b、回路基板保持用リブ21c、回路基板位置決め用リブ21dおよび21e(以下、リブ21b、リブ21c、リブ21dおよびリブ21eと適宜称する)を有している。上面部26は、コネクタ22aの接触により電池セル30に外傷を加えることを防ぐ。また、上ケース25aと下ケース25bの溶着後には、リブ21bと上ケース25aとの間に例えば0.1mm以下の間隙が設けられ、電池パック20外部からの押圧時に上ケース25aの変形が生じないようにするとともに、電池パック20の振動時に電池パック20内部に収容された部品が振動するのを防止する。リブ21cは、回路基板22を保持することにより回路基板22と仕切り板21との間に空間を設け、回路基板22に実装された電子部品を保護するためのものであり、この空間に回路基板22の仕切り板21側に実装された電子部品が位置するように回路基板22が載置される。
The
リブ21dおよびリブ21eは回路基板22の位置決め精度および位置安定性を高めるものであり、リブ21dおよびリブ21eに挟持されるように回路基板22を載置することで回路基板22が容易に位置決めされるとともに、確実に固定される。また、リブ21eは、仕切り板21上に載置されたPTC素子23の位置決めの役割も果たしている。
The
また、図5Cのように、上面部26の電池セル30との対向面側は、電池セル30に対して微小な凹形状を有するように構成されている。この凹形状は、電池パック20の使用に伴って生じる電池セル30の膨張に対して設けたものであり、電池セル30の膨張時における電池パック20の外形寸法への影響を抑制することができる。なお、このような凹形状は、例えば上面部26の長辺側または短辺側の少なくとも一方に設けられるようにすればよい。
Further, as shown in FIG. 5C, the surface of the
延在部27aおよび張り出し部28は、電池セル30の電極端子34導出辺近傍を覆うものであり、電極端子干渉防止用リブ21f(以下、リブ21fと適宜称する)を有している。延在部27aおよび張り出し部28は、電極端子34が電池セル30に外傷を加えることを防ぐ。また、リブ21fは正極端子34aと負極端子34bとの接触を防止するためのものであり、少なくとも電池セル30から導出された正極端子34aおよび負極端子34bのそれぞれの内側部分に位置するように設けられる。また、電池パック20の落下・振動時の電極端子34の変形、損傷を抑制する効果も有している。
The extending
延在部27bは、電池セルのボトム部を覆うものであり、外部接続用コネクタ固定用ガイド21a(以下、コネクターガイド21aと適宜称する)を有している。延在部27bは、コネクタ22aの接触により電池セル30に外傷を加えることを防ぐ。また、コネクターガイド21aは、回路基板22の仕切り板21側に実装されたコネクタ22aを挟持して回路基板22の位置安定性を高めるものであり、リブ21cと併用して用いることによりより高い位置安定性を得ることができる。
The extending
なお、仕切り板21は、仕切り板21自身による電池セル30への外傷を防止するために、仕切り板21の少なくとも電池セル30に対向する部分のコーナー部をR形状としている。これにより、コーナー部の角が電池セル30に突き刺さったりすることがなく、高い安全性を有している。
In addition, the
このような仕切り板21を構成する材料としては、絶縁性を有する樹脂材料が好ましい。具体的には、PC(ポリカーボネート)、PP(ポリプロピレン)が挙げられる。また、仕切り板21は、例えば樹脂材料を射出成型することにより形成される。
As a material constituting such a
このような仕切り板21を用いることにより、回路基板の位置決め精度を高め、電池パック20の製造ばらつきを防止するとともに、回路基板の位置安定性を高め、電極端子の損傷を防止することができる。また、従来電池セルの保護等のために用いていた複数の部品を一体化することができ、電池パック20の作製工数を削減することができる。さらに、保護部材、絶縁部材等の貼り付けに要していた時間も不必要となり、電池パック20の生産性を大きく向上させることができる。
By using such a
[電池セル]
以下、上述のような仕切り板21を収容した電池パック20に用いることができる電池セル30について説明する。電池セル30は、ゲル電解質を含む電池素子40がラミネートフィルム36で外装され、電池素子40の正極31と接続された正極端子34aと、負極32と接続された負極端子34bとがラミネートフィルム36の封止部から導出されたものである。以下、電池素子40の構成について説明する。
[Battery cell]
Hereinafter, the
[電池素子の構成]
図7Aに電池素子40の構造の一例を、図7Bに電池素子40をラミネートフィルム36で外装した電池セル30の構造の一例を示す。この電池素子40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、正極31および負極32の両面には図示しないゲル電解質層が形成されている。電池素子40からは正極31と接続された正極端子34aおよび負極32と接続された負極端子34bが導出されている。また、正極端子34aおよび負極端子34bのラミネートフィルム36の封止部分に対向する部分には、ラミネートフィルム36と正極端子34aおよび負極端子34bとの接着性を向上させるため、樹脂片35aおよび樹脂片35bが設けられている。
[Configuration of battery element]
FIG. 7A shows an example of the structure of the
[正極]
正極は、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たものである。正極集電体31bとしては、例えばアルミニウム(Al)箔などの金属箔により構成されている。
[Positive electrode]
In the positive electrode, a positive electrode
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。ここで、正極活物質、導電剤および結着剤は均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
The positive electrode
正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、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),Ni,マンガン(Mn)等が用いられる。 As the positive electrode active material, a metal oxide, a metal sulfide, or a specific polymer can be used depending on the type of the target battery. For example, in the case of constituting a lithium ion battery, Li x MO 2 (wherein M represents one or more transition metals, and x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually 0.05 or more and 1.10 or less. ) And a composite oxide of lithium and transition metal. As the transition metal constituting the lithium composite oxide, cobalt (Co), Ni, manganese (Mn) or the like is used.
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNiyCo1-yO2(0<y<1)等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。LiNi0.5Co0.5O2、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酸化物を使用してもよい。これらの正極活物質は、単独で用いるか、もしくは複数種を混合して用いてもよい。 Specific examples of such a lithium composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi y Co 1-y O 2 (0 <y <1). A solid solution in which a part of the transition metal element is substituted with another element can also be used. Examples thereof include LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 . These lithium composite oxides can generate a high voltage and have an excellent energy density. Furthermore, TiS 2, MoS 2, may be used NbSe 2, V no lithium metal sulfides such as 2 O 5 or an oxide as the positive electrode active material. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
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、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等が用いられる。 As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or the like is used. Moreover, as a solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) etc. are used, for example.
[負極]
負極は、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たものである。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)箔などの金属箔により構成されている。
[Negative electrode]
In the negative electrode, a negative electrode
負極活物質層32aは、例えば負極活物質と、必要により導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。ここで、負極活物質、導電剤および結着剤は均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
The negative electrode
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る。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、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。 As the negative electrode active material, lithium metal, a lithium alloy, a carbon material that can be doped / undoped with lithium, or a composite material of a metal material and a carbon material is used. Specific examples of the carbon material that can be doped / undoped with lithium include graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. More specifically, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke), graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies (phenolic resin, furan resin, etc.) at an appropriate temperature. Carbon materials such as those obtained by firing and carbonization), carbon fibers, activated carbon, and the like can be used. Furthermore, as a material capable of doping and dedoping lithium, a polymer such as polyacetylene or polypyrrole or an oxide such as SnO 2 can be used.
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箔を集電体に圧着する方法でも構わない。 Various materials can be used as materials capable of alloying lithium, such as tin (Sn), cobalt (Co), indium (In), aluminum (Al), silicon (Si), and these. Often alloys are used. When metallic lithium is used, it is not always necessary to use powder as a coating film with a binder, and a method of pressure bonding a rolled lithium metal foil to a current collector may be used.
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、メチルエチルケトン等が用いられる。 As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber (SBR) or the like is used. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone and methyl ethyl ketone.
[ゲル電解質]
ゲル電解質は、電解液をマトリクスポリマーでゲル化してなる。電解液としては、リチウムイオン二次電池に一般的に使用されるものを用いることができる。このような電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。
[Gel electrolyte]
The gel electrolyte is formed by gelling an electrolytic solution with a matrix polymer. As the electrolytic solution, those generally used in lithium ion secondary batteries can be used. As such an electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used.
非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、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。 Specific examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, or hydrogen of these carbonic acid esters to halogen. Examples include substituted solvents. One of these solvents may be used alone, or a plurality of these solvents may be mixed with a predetermined composition.
また、電解質塩としては通常の電池電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、LiCl、LiBr、LiI、LiClO3、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiNO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiAlCl4、LiSiF6等を挙げることができるが、酸化安定性の点からLiPF6、LiBF4が望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても複数種を混合して用いてもよい。リチウム塩を溶解する濃度として、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。 Moreover, as an electrolyte salt, it is possible to use the material used for a normal battery electrolyte. Specifically, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiNO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 and the like can be mentioned, but LiPF 6 and LiBF 4 are preferable from the viewpoint of oxidation stability. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. There is no problem as long as the lithium salt can be dissolved in the above solvent, but the lithium ion concentration is 0.4 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less with respect to the non-aqueous solvent. Preferably there is.
ゲル電解質は、上述の電解液をマトリクスポリマーでゲル化して用いる。マトリクスポリマーは、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されてなる非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。このようなマトリクスポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。 As the gel electrolyte, the above-described electrolytic solution is gelled with a matrix polymer. The matrix polymer only needs to be compatible with a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving the electrolyte salt in the non-aqueous solvent and can be gelled. Such matrix polymers, fluorine-based high molecular compounds, such as a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene, ether-based high molecular weight compound such as cross-linked body containing polyethylene oxide, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile And a polymer containing polymethacrylonitrile as a repeating unit. Such a polymer may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
その中でも酸化還元安定性の点から特に好ましいのは、フッ素系高分子化合物であり、例えば、ポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが75.0重量%以下の割合で導入された共重合体を用いることができる。このようなポリマーは、数平均分子量が5.0×105から7.0×105(50万〜70万)の範囲であるか、または重量平均分子量が2.1×105から3.1×105(21万〜31万)の範囲であり、固有粘度が1.7(dl/g)から2.1(dl/g)の範囲とされている。 Among them, a fluorine-based polymer compound is particularly preferable from the viewpoint of redox stability. For example, a copolymer in which hexafluoropropylene is introduced into polyvinylidene fluoride at a ratio of 75.0% by weight or less is used. Can do. Such polymers have a number average molecular weight in the range of 5.0 × 10 5 to 7.0 × 10 5 (500,000 to 700,000) or a weight average molecular weight of 2.1 × 10 5 to 3. The range is 1 × 10 5 (210,000-310,000), and the intrinsic viscosity is in the range of 1.7 (dl / g) to 2.1 (dl / g).
[セパレータ]
セパレータは、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種以上の樹脂を混合、溶融した多孔質膜や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、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)の多孔質フィルムが最も有効である。
[Separator]
The separator is made of, for example, a porous film made of a polyolefin-based material such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE), or a porous film made of an inorganic material such as a ceramic nonwoven fabric. A porous film in which a resin is mixed and melted or a structure in which two or more porous films are laminated may be used. Among them, polypropylene (PP) and polyethylene (PE) porous films are most effective.
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。 In general, the thickness of the separator is preferably 5 μm to 50 μm, more preferably 7 μm to 30 μm. If the separator is too thick, the amount of the active material filled decreases, the battery capacity decreases, and the ionic conductivity decreases and the current characteristics deteriorate. On the other hand, if the film is too thin, the mechanical strength of the film decreases.
[外装材]
外装するラミネートフィルム36は金属箔が樹脂フィルムからなる外側樹脂層および内側樹脂層に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。金属箔は、外装材の強度向上の他、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る最も重要な役割を担っており、ステンレスあるいはニッケルメッキを施した鉄等を材料として適宜用いることができるが、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム(Al)が最も好適である。なお、必要であれば金属箔と外側樹脂層および内側樹脂層とのそれぞれの間に接着層を設けてもよい。
[Exterior material]
The
外側樹脂層には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからナイロン(Ny)、またはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)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。 Nylon (Ny), polyethylene terephthalate (PET), or polyethylene (PE) is used for the outer resin layer because of its beautiful appearance, toughness, and flexibility, and a plurality of types can be selected and used. .
また、内側樹脂層は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、ポリエチレン(PE)、無延伸ポリプロピレン(CPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン(Ny)の他、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)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。 The inner resin layer is a part that melts and fuses with heat or ultrasonic waves, and is made of polyethylene (PE), unstretched polypropylene (CPP), polyethylene terephthalate (PET), nylon (Ny), and low density polyethylene. (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and linear low density polyethylene (LLDPE) can be used, and a plurality of types can be selected and used.
[回路基板、PTC素子]
回路基板22は、電子機器と接続可能な外部端子であるコネクタ22aと、電池セル20を保護する保護回路が設けられたものである。
[Circuit board, PTC element]
The
回路基板22には、ヒューズ、サーミスタ等の温度保護素子を含む保護回路、電池パック30を識別するためのID抵抗、電子機器と電気的に接続するための接点部が設けられたコネクタ22a等が実装されている。また、保護回路には、二次電池の監視とFET(Field Effect Transistor;電界効果トランジスタ)の制御を行うIC(Integrated Circuit;集積回路)、および充放電制御FETが含まれている。
The
また、保護回路として、回路基板22と、負極端子34bとの間に接続されたPTC素子23も設けられている。
Further, a
PTC素子23は、電池セル30と直列に接続され、電池セル30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。ヒューズやサーミスタも電池セル30と直列に接続され、電池セル30の温度が設定温度より高くなると電池に流れる電流を遮断する。また、電池セル30の監視とFETの制御を行うIC、および充放電制御FETを含んだ保護回路は、電池セル30の端子電圧が上昇しすぎると発熱・発火等危険な状態になる可能性があるので、電池セル30の電圧を監視し、規定の電圧を越えると充電制御FETをオフして充電を禁止する。電池セル30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になると電池セル30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ので、二次電池電圧を監視し、放電禁止電圧を下回ると放電制御FETをオフし、放電を禁止する。
The
[外装ケース]
外装ケースは、例えば樹脂材料を成型して作製された上ケース25aおよび下ケース25bからなり、コネクタ22aを保持して外部に露出させるコネクタ保持部25cを有する。
[Exterior case]
The exterior case includes an
[電池パックの作製方法]
上述のように構成された電池パック30は、例えば以下のようにして作製することができる。
[Production method of battery pack]
The
[正極の作製]
上述の正極活物質、結着材、導電材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正極合剤スラリーとする。次に、この正極合剤スラリーを例えばドクターブレード法等により塗布する。続いて、高温で乾燥させて溶剤を飛ばし、加圧することにより正極活物質層31aが形成される。なお、溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン等が用いられる。
[Production of positive electrode]
The above-mentioned positive electrode active material, binder and conductive material are uniformly mixed to form a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent to form a positive electrode mixture slurry. Next, this positive electrode mixture slurry is applied by, for example, a doctor blade method. Subsequently, the positive electrode
正極31は、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34aが設けられる。この正極端子34a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34aの材料としては、例えばアルミニウム(Al)等が挙げられる。
In the positive electrode 31, a
[負極の作製]
上述の負極活物質、導電材、結着材を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させて負極合剤スラリーとする。次に、この負極合剤スラリーを正極と同様の方法により負極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばし、加圧することにより負極活物質層32aが形成される。
[Production of negative electrode]
The above-described negative electrode active material, conductive material, and binder are uniformly mixed to form a negative electrode mixture, and dispersed in a solvent to form a negative electrode mixture slurry. Next, after applying this negative electrode mixture slurry uniformly on the negative electrode current collector by the same method as that for the positive electrode, the negative electrode
負極32も正極31と同様に、負極集電体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34bが設けられる。この負極端子34bは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34bの材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられる。
Similarly to the positive electrode 31, the
なお、正極端子34aおよび負極端子34bは同じ方向から導出されており、仕切り板21に設けられたリブ21fにより互いに干渉しないようになされている。また、正極端子34aおよび負極端子34bを取り付ける方法は上記の例に限られない。
The
[電池素子の作製]
上述のようなゲル電解質を正極31および負極32の両面に均一に塗布し、正極活物質層31aおよび負極活物質層32aに含浸させた後、常温で保存するか、もしくは乾燥工程を経てゲル電解質層を形成する。次に、ゲル電解質層を形成した正極31および負極32を、正極31、セパレータ33a、負極32、セパレータ33bの順に積層して巻回し、電池素子40とする。
[Production of battery element]
The gel electrolyte as described above is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode 31 and the
[電池セルの作製]
次に、この電池素子40を用いて電池セル30を作製する。電池セル30は、電池素子40をラミネートフィルム36で外装し、電池素子40の周辺部を熱溶着等により封止して作製される。
[Production of battery cells]
Next, the
[電池パックの作製]
上述のようにして作製した電池セル30の正極端子34aと負極端子34bとを、回路基板22に接続する。このとき、負極端子34bと回路基板22とが、PTC素子23を介して接続されるようにする。
[Production of battery pack]
The
次に、電池セル30の上面から、仕切り板21が電池素子40収容部分を覆うように仕切り板21を配置する。続いて、図8に示すように、電池セル30と接続した回路基板22およびPTC素子23を仕切り板21上の所定の位置に配置する。このとき、回路基板22は電極端子34と接続されているため、電極端子34部分を支点にして電池セル30を覆うようにする。従来、この工程においてコネクタによる電池セルの外傷が生じやすかったが、仕切り板21を設けたことにより、電池セル30の外傷を防止することができる。また、このとき、コネクタ22aはコネクターガイド21aに挟持されるようにして配置する。
Next, from the upper surface of the
続いて、仕切り板21および回路基板22を設けた電池セル30を、下ケース25bに収容する。このとき、例えば両面テープ等の接着部材24により、電池セル30を下ケース25bに固定する。最後に、下ケース25bに上ケース25aを嵌合し、超音波溶着等によって下ケース25bと上ケース25aとを接続し、電池パック20を作製する。なお、図3および図4等に図示されているように、例えば下ケース25bには嵌合用リブが形成されており、上ケース25aと容易に嵌合できるように成型されている。
Subsequently, the
このようにして作製した電池パック20は、電池パック20内での電池セル30の損傷や短絡が生じず、高い安全性を有する。また、部品の位置安定性が高く、電池セル30の膨張によって外装ケース25が変形しにくいため、高い品質を有する電池パック30を得ることができる。
The
(2)第2の実施形態
次に、この発明の第2の実施形態における電池パックについて説明する。なお、第2の実施形態では、仕切り板51の構成以外は第1の実施形態と同様であるため、仕切り板51についてのみ説明する。また、第1の実施形態の電池パック30を構成する部材と同一または対応する部分には同一の符号を付す。
(2) Second Embodiment Next, a battery pack according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, in 2nd Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment except the structure of the
図9Aおよび図9Bは、第2の実施形態における仕切り板51の構成を示す斜視図である。なお、図9Bは、図9Aの仕切り板51の電極端子干渉防止用リブ51f(以下、リブ51fと適宜称する)側から見た斜視図である。仕切り板51は、略コ字状の断面を有し、第1の実施形態による仕切り板21と同様に、外部接続用コネクタ固定用ガイド51a(以下、コネクターガイド51aと適宜称する)と、複数の外装ケース変形防止用リブ51b、回路基板保持用リブ51c、回路基板位置決め用リブ51d、51eおよび電極端子干渉防止用リブ51f(以下、リブ51b、リブ51c、リブ51d、リブ51eおよびリブ51fと適宜称する)を有している。また、上面の端部には、複数の凸状部52が形成されており、電池パック作製時に、この凸状部52が下ケース25bの内面に接して位置固定され、電池パック組み立て時に部品のずれが生じるのを防止する。
9A and 9B are perspective views showing the configuration of the
また、仕切り板51のPTC素子23配置部分には、複数の貫通孔が形成された孔部53が設けられる。この孔部53は、電池セル30から仕切り板51上部のPTC素子23への温度伝達効率を向上させ、電池セル30の発熱時に仕切り板51で熱の伝達が遮断されることがないようにするために設けられる。
Further, a
また、仕切り板51のうち、上部に回路基板22またはPTC素子23が配置されない部分には、例えば貫通孔54のような孔が設けられてもよい。貫通孔54は、電池セル30の放熱効果を高め、電池セル30の異常発熱を抑制する。
In addition, a hole such as a through
このような仕切り板51を設けた電池セル30上に回路基板22を配置する場合、図10に示すように、コネクタ22aがコネクターガイド51aで挟持されるようにする。これにより、第1の実施形態と同様に、回路基板22を固定することができる。
When the
また、図11に示すように、仕切り板51にコネクターガイド51aを設けず、下ケース25bのコネクタ保持部のみでコネクタ22aを固定するようにしてもよい。
Moreover, as shown in FIG. 11, the
以上、この発明の第1および第2の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。 Although the first and second embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.
例えば、上述の第1および第2の実施形態において挙げた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数値を用いてもよい。 For example, the numerical values given in the first and second embodiments are merely examples, and different numerical values may be used as necessary.
また、仕切り板および仕切り板に設けたコネクターガイド、リブ等の形状は、上述の作用効果を得られるものであれば図示したものに限らない。 Further, the shapes of the partition plate and the connector guides, ribs and the like provided on the partition plate are not limited to those shown in the drawings as long as the above-described effects can be obtained.
1,20・・・電池パック
2,30・・・電池セル
3a,32a・・・正極端子
3b,32b・・・負極端子
4・・・ラミネートフィルム
5,22・・・回路基板
5a,22a・・・コネクタ
6,23・・・PTC素子
7・・・絶縁部材
8・・・保護部材
9・・・緩衝部材
10a,25a・・・上ケース
10b,25b・・・下ケース
11,24・・・接着部材
21,51・・・仕切り板
21a,51a・・・コネクターガイド
21b,21c,21d,21e,21f・・・リブ
22b・・・嵌合用突起
25・・・外装ケース
25c・・・コネクタ保持部
26・・・上面部
27a,27b・・・延在部
28・・・張り出し部
40・・・電池素子
51b,51c,51d,51e,51f・・・リブ
52・・・凸状部
53・・・孔部
54・・・貫通孔
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記電極端子と接続されている回路基板と、
上記電池セルと上記回路基板とを仕切る仕切り板と、
上記電池セルと上記回路基板と上記仕切り板とを収容する外装ケースとを有し、
上記仕切り板は、上記回路基板が配設された回路基板配設部と、該回路基板配設部から上記電池セルの上記第1の側面および上記第2の側面に沿って上記電池セル側に向かった方向にそれぞれ延在された第1の延在部および第2の延在部とからなり、
上記回路基板配設部には、上記回路基板の位置決め用リブが設けられること
を特徴とする電池パック。 A battery cell having a first side surface from which the electrode terminal is drawn out, and a second side surface opposite to the first side surface;
A circuit board connected to the electrode terminal;
A partition plate for partitioning the battery cell and the circuit board;
An exterior case that houses the battery cell, the circuit board, and the partition plate;
The partition plate is disposed on the battery cell side along the first side surface and the second side surface of the battery cell from the circuit board placement portion on which the circuit board is placed, and the circuit board placement portion. A first extension part and a second extension part respectively extending in the direction toward
The battery pack according to claim 1, wherein a positioning rib of the circuit board is provided in the circuit board arrangement portion.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 2. The battery pack according to claim 1, wherein a circuit board holding rib is provided on a surface of the circuit board arrangement portion facing the circuit board. 3.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 2. The battery pack according to claim 1, wherein an outer case deformation preventing rib is provided on a surface of the circuit board disposition portion facing the circuit board.
を特徴とする請求項3に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 3, wherein a gap between the outer case deformation preventing rib and the outer case is 0.1 mm or less.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 2. The battery pack according to claim 1, wherein a surface of the circuit board disposition portion facing the battery cell is concave with respect to the battery cell.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 1, wherein the first extending portion is provided with a rib for preventing electrode terminal interference.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 1, wherein a guide for fixing an external connection connector is provided in the second extending portion.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 1, wherein the PTC element disposition portion of the partition plate is provided with a hole portion in which one or a plurality of through holes are formed.
を特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 1, wherein at least a corner portion of the partition plate facing the battery cell has an R shape.
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