JP5135805B2 - Battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、例えばリチウムイオン二次電池に適用される電池パックに関し、更に詳しくは、外装材のトップ開口部とボトム開口部にカバーを装着した電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack applied to, for example, a lithium ion secondary battery, and more particularly to a battery pack in which a cover is attached to a top opening and a bottom opening of an exterior material.
近年、カメラ一体型VTR(Videotape recorder:ビデオテープレコーダ)や携帯電話或いはラップトップ型コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化及び軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル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、機器の小型軽量化の実現のために、機器に接続する電池パックの設計も、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、エネルギー密度及び出力密度の大きいリチウムイオン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 devices is growing rapidly, and the design of battery packs that are connected to devices is light, thin, and within the devices to achieve smaller and lighter devices. It is required to efficiently use the storage space. As a battery that satisfies such requirements, a lithium ion battery having a large energy density and output density is most suitable.
中でも、いままでの液系電解液を用いた場合に問題となる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、両面にゲル状電解質を塗布した帯状の正極及び負極を、セパレータを介して積層した後に、長手方向に巻回して作製した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ている。 Among them, lithium ion polymer secondary batteries using a gel polymer electrolyte are widely used in order to prevent liquid leakage that becomes a problem when conventional liquid electrolytes are used. Lithium ion polymer secondary battery is a laminate film made by laminating a belt-like positive electrode and negative electrode with electrode terminals connected and gel electrolyte applied on both sides via a separator and then winding in the longitudinal direction The battery cell is packaged with
電池パックの一例として、図13に示すように、薄型電池50がフィルム外装体51であって端部に突出凹部52を設けており、突出凹部52の底面部に平行にプリント基板53を配設して、プリント基板53の底面部に対向する面に温度保護素子54を固定し、温度保護素子54と底面部との間に絶縁シート55を配設したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
As an example of a battery pack, as shown in FIG. 13, a
特許文献1では、外部衝撃強度を増すために、薄型電池50をプラスチック製ケース56に収納して電池パックとしている。
In Patent Document 1, in order to increase the external impact strength, a
電池パックの他例として、カバーの曲率半径を変えることで、外部衝撃強度を確保するようにしているものもある(例えば、特許文献2参照)。 As another example of the battery pack, there is a battery pack that secures external impact strength by changing the radius of curvature of the cover (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来の電池パックでは、薄型電池50をプラクスチック製ケース56に収納しているため、放電電圧を電流で積分して計算される値であって、電池が貯蔵できるエネルギーを電池の体積(外装も含む)で割った値である体積エネルギー密度が低下する虞がある。
However, in the conventional battery pack disclosed in Patent Document 1, since the
また、上記特許文献2に開示された従来の電池パックでは、電池とカバーとの接合が樹脂と樹脂との接着のみであるために、外部衝撃により接着部分が剥離し易く、その場合、カバーが剥がれてしまう虞がある。 Moreover, in the conventional battery pack disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, since the bonding between the battery and the cover is only the adhesion between the resin and the resin, the bonded portion is easily peeled off by an external impact. There is a risk of peeling.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部衝撃に対する強度を増すことができるとともにカバー挿入時の歩留を低下させることがない電池パックを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a battery pack that can increase the strength against external impact and does not decrease the yield when the cover is inserted. .
上記の目的を達成するため、本発明に係る電池パックは、
金属層を有するラミネートフィルムにより形成された外装材と、該外装材に収納され正極と負極を含む電池素子と、を備え、該ラミネートフィルムにより形成された外装材に沿って固定し、該外装材のトップ側の開口部及びボトム側の開口部に樹脂製のカバーを配置した電池パックであって、トップ側の開口部及びボトム側の開口部の少なくとも一方の面積が、電池素子を収納する外装材部分を含む断面積に対して70%〜90%であり、カバーが、外装材の軸方向に長さ0.5mm以上で、幅0.5mm以上の切欠部を少なくとも2個以上有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the battery pack according to the present invention includes:
An exterior material formed of a laminate film having a metal layer, and a battery element that is housed in the exterior material and includes a positive electrode and a negative electrode, and is fixed along the exterior material formed of the laminate film. of the opening of the opening and the bottom side of the top side a battery pack arranged resin cover, at least one area of the opening of the opening及beauty bottom-side of the top-side, the battery element accommodating the 70% to 90% with respect to the cross-sectional area including the outer Paneling part, the cover is a length of 0.5mm or more in the axial direction of the outer package, at least a notch or width 0.5mm 2 It is characterized by having more than one .
上記構成の電池パックによれば、注入した樹脂の断面が電池素子に近づくほど大きくなるので、そのアンカー効果により、外部衝撃に対する強度を増加させることができる。 According to the battery pack having the above configuration, the cross section of the injected resin becomes larger as it approaches the battery element, so that the strength against external impact can be increased by the anchor effect.
また、上記記載の前記トップ側の開口部及び前記ボトム側の開口部の面積が、前記外装材部分を含む断面積に対して70%〜90%であることを特徴としている。 The area of the opening on the top side and the opening on the bottom side described above is 70% to 90% with respect to a cross-sectional area including the exterior material portion.
上記構成の電池パックによれば、固化した樹脂の断面が電池素子に近づくほど大きくなるために、そのアンカー効果により、外部衝撃に対する強度が増すのに加えて、円弧に沿って折り曲げる外装材合わせ部が大きくならず、且つ円弧の半径が小さくならないため、カバー挿入時の歩留を低下させることはない。 According to the battery pack having the above configuration, since the cross section of the solidified resin becomes larger as it approaches the battery element, the anchor effect increases the strength against external impact, and in addition, the exterior material matching portion that bends along the arc. Does not increase and the radius of the arc does not decrease, so that the yield at the time of inserting the cover is not lowered.
また、上記記載の前記カバーが、前記外装材の軸方向に長さ0.5mm以上で、幅0.5mm以上の切欠部を少なくとも2個以上有することを特徴としている。 The cover described above is characterized in that it has at least two notches having a length of 0.5 mm or more and a width of 0.5 mm or more in the axial direction of the exterior material.
上記構成の電池パックによれば、切欠部を通じてカバーの外側と外装材との間に樹脂が充填され易く、切欠部が2個あるので充填が不十分である部分ができ難い。 According to the battery pack having the above configuration, the resin is easily filled between the outside of the cover and the exterior material through the notch, and since there are two notches, it is difficult to form a portion that is not sufficiently filled.
本発明の電池パックによれば、外部衝撃に対する強度を増すことができるとともに、カバー挿入時の歩留を低下させることがない電池パックを提供することができる。 According to the battery pack of the present invention, it is possible to provide a battery pack that can increase the strength against external impact and does not reduce the yield when the cover is inserted.
以下、図1〜図12を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の一実施形態の電池パックの分解斜視図、図2は図1のII−II線断面を含むI−I線断面図、図3は図1に示す電池パックに用いられる電池素子の外観斜視図、図4(A)、(B)、(C)は図3に示す電池素子を含む外装材周りのそれぞれ平面図、正面図、右側面図、図5は図1に示す電池パックに用いられる外装材の軟質ラミネート材の断面図である。また、図6は図1に示す電池パックに用いられる外装材の硬質ラミネート材の断面図、図7は図3に示す電池素子に外装材を巻回した外観斜視図、図8は図7の外装材の断面図、図9〜図11は図1に示す電池パックの組立工程のそれぞれ図1のII−II線断面相当の断面図、図12は図1の電池パックの組立外観斜視図である。また、表1は実施例の落下試験と作製歩留との比較表である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I including the cross section taken along the line II-II of FIG. 4A, 4B, and 4C are a plan view, a front view, a right side view, and FIG. 5 showing the periphery of the exterior material including the battery element shown in FIG. It is sectional drawing of the soft laminate material of the exterior material used for a battery pack. 6 is a cross-sectional view of the hard laminate material of the exterior material used in the battery pack shown in FIG. 1, FIG. 7 is an external perspective view of the exterior material wound around the battery element shown in FIG. 3, and FIG. FIG. 9 to FIG. 11 are sectional views corresponding to the section taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 12 is an assembled external perspective view of the battery pack of FIG. is there. Table 1 is a comparison table of the drop test and production yield of the examples.
図1に示すように、本発明の一実施形態である電池パック10は、両端が開放された外装材11と、この外装材11内に収納された電池素子(図3参照)12と、外装材11の開放された前端部に嵌合されたトップカバー13と、後端部に嵌合されたボトムカバー14と、を備えた角形または扁平形のリチウムイオンポリマー二次電池の電池パックである。なお、以下の説明では、トップカバー13の嵌合される側をトップ側と称し、ボトムカバー14の嵌合される側をボトム側と称する。
As shown in FIG. 1, a
外装材11は、全体として板状であり、面方向から見ると矩形状である。外装材11の両端の開口部15,16は、全体として矩形状であり、それらの両短辺が外側に向けて楕円の円弧をなすように膨らんで成形されている。
The
電池素子12は、例えば、角形または扁平形の巻回型の電池素子である。
The
トップカバー13及びボトムカバー14は、外装材11の両端の開口部15,16に嵌合可能な形状に形成されており、具体的には、正面から見ると、全体として矩形状であり、その両短辺が外側に向けて楕円の円弧をなすように膨らんで成形されている。
The
そして、ボトムカバー14には、その両短辺側に、一対の切欠部17が対称位置に形成されている。切欠部17は、外装材11の軸方向に0.5mm以上の長さL1で、0.5mm以上の幅L2をそれぞれ有する。切欠部17は、ボトムカバー14と外装材11とを接着するために注入される樹脂がボトムカバー14の外側と外装材11の間に充填し易くする機能を有する。
The
このとき、切欠部17は、長さ及び幅が0.5mmよりも小さい場合、ボトムカバー14の外側と外装材11との間に樹脂が十分に充填されず、外部衝撃によるボトムカバー14の剥離発生率が高くなる。従って、長さL1は1.0mm以上であって、幅L2は1.0mm以上であるのが好ましい。
At this time, when the
また、切欠部17が1個所であると、樹脂の充填が十分に行われず、外部衝撃によるボトムカバー14の剥離発生率が高くなる。なお、切欠部17は、ボトムカバー14に加えてトップカバー13にボトムカバー14と同様にして形成しても良い。
Further, if the
図2に示すように、ボトム側の開口部16の面積AR1は、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して、70%〜90%に設定されているため、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18に対して、ボトム側の開口部16は小さくなっている。
As shown in FIG. 2, the area AR <b> 1 of the bottom opening 16 is set to 70% to 90% with respect to the cross-sectional area AR <b> 2 including the outer
このとき、ボトム側の開口部16の面積AR1を、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して90%を超えた値にすると、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18の断面積AR2とボトム側の開口部16の面積AR1との偏差が小さくなるため、注入した樹脂が固化し、アンカー効果により外部衝撃によるボトムカバー14の剥離発生率が低下する。
At this time, when the area AR1 of the opening 16 on the bottom side is set to a value exceeding 90% with respect to the cross-sectional area AR2 including the outer
これに反して、ボトム側の開口部16の面積AR1を、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して70%を超えない値にすると、ボトムカバー14を装着する際の作業性が著しく低下する。従って、ボトム側の開口部16の面積AR1は、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して80%〜90%が好ましく、85%〜90%が最も好ましい。このような比率は、トップ側の開口部15にも適用可能である。
On the contrary, when the area AR1 of the
次に、図3〜図6を参照して、電池パック10に用いられる電池素子12と、外装材11と、トップカバー13と、ボトムカバー14と、についてさらに詳細に説明する。
Next, with reference to FIGS. 3 to 6, the
図3に示すように、電池素子12は、帯状の正極と帯状の負極とがポリマー電解質及び/またはセパレータを介して積層されながら長手方向に巻回されるとともに、正極及び負極から正極リード19及び負極リード20が導出されている。
As shown in FIG. 3,
正極は、帯状の正極集電体上に正極活物質層が形成されており、さらに正極活物質層上にポリマー電解質層が形成されている。また、負極は、帯状の負極集電体上に負極活物質層が形成されており、さらに負極活物質層上にポリマー電解質層が形成されている。正極リード19及び負極リード20は、正極集電体及び負極集電体にそれぞれスポット溶接、抵抗溶接などを用いて接合されている。なお、正極活物質、負極活物質、ポリマー電解質としては、既に提案されている材料を適宜使用することができる。
In the positive electrode, a positive electrode active material layer is formed on a strip-shaped positive electrode current collector, and a polymer electrolyte layer is further formed on the positive electrode active material layer. In the negative electrode, a negative electrode active material layer is formed on a strip-shaped negative electrode current collector, and a polymer electrolyte layer is further formed on the negative electrode active material layer. The
正極は、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材料を正極活物質として構成することができる。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合では、正極活物質として、LiXMO2(本式中、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、通常は0.05以上1.10以下である。)を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属Mとしては、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)等が好ましい。 The positive electrode can be composed of a metal oxide, a metal sulfide or a specific polymer material as the positive electrode active material depending on the type of the target battery. For example, in the case of constituting a lithium ion battery, as the positive electrode active material, LiXMO 2 (wherein M represents one or more transition metals, X varies depending on the charge / discharge state of the battery, and usually 0.05 or more and 1 .10 or less) may be used. As the transition metal M constituting the lithium composite oxide, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn) and the like are preferable.
このようなリチウムイオン複合酸化物の具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiNiyCo1−yO2(本式中、0<y<1である。)、LiMn2O4等を挙げることができる。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。また、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良い。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用しても良い。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、導電剤や結着剤等を添加しても良い。 Specific examples of such a lithium ion composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNiyCo 1 -yO 2 (where 0 <y <1), LiMn 2 O 4 and the like. . These lithium composite oxides can generate a high voltage and have an excellent energy density. Also, as the positive electrode active material, TiS 2, MoS 2, NbSe 2, V 2 O no lithium metal sulfides such as 5 or may be used oxides. A plurality of these positive electrode active materials may be used in combination for the positive electrode. Further, when forming the positive electrode using the positive electrode active material as described above, a conductive agent, a binder or the like may be added.
負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。例えば、難黒鉛炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。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。このような材料から負極を形成するに際して、結着剤等を添加しても良い。 As the negative electrode material, a material capable of doping and dedoping lithium can be used. For example, a non-graphite carbon material or a carbon material such as a graphite material can be used. 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 that can be doped or undoped with lithium, a polymer such as polyacetylene or polypyrrole or an oxide such as SnO 2 can be used. When forming the negative electrode from such a material, a binder or the like may be added.
ポリマー電解質は、高分子材料と電解液と電解質塩とを混合してゲル状とした電解質をポリマー中に取り込んだものとされている。高分子材料は、電解液に相溶する性質を有し、シリコンゲル、アクリルゲン、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、及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、若しくは、フッ素系ポリマーとして、例えば、ポリ(ビニリデンフルオロライド)、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)、或いは、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−トリフルオロエチレン)等の高分子材料、及びこれらの混合物が使用される。 The polymer electrolyte is obtained by incorporating a polymer electrolyte, an electrolytic solution, and an electrolyte salt into a polymer into a gel. The polymer material has a property compatible with the electrolytic solution, such as silicon gel, acrylogen, acrylonitrile gel, polyphosphazene modified polymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and composite polymers, cross-linked polymers, modified polymers thereof, etc. Alternatively, as the fluorine-based polymer, for example, a polymer material such as poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), or poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene), and Mixtures of these are used.
電解質成分は、上述した高分子材料を分散可能とし、非プロトン性溶媒として、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)或いはブチレンカーボネート(BC)等が用いられる。電解質塩には、溶剤に相溶するものが用いられ、カチオンとアニオンと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ている。アニオンには、Cl−、Br−、I−、SCN−、ClO4 −、BF4 −、PF6 −、CF3SO3 −等が用いられる。電解質塩には、具体的に、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムが電解液に対して溶解可能な濃度で用いられる。 As the electrolyte component, the above-described polymer material can be dispersed, and as an aprotic solvent, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), or the like is used. As the electrolyte salt, one that is compatible with a solvent is used, and a combination of a cation and an anion is used. As the cation, an alkali metal or an alkaline earth metal is used. As the anion, Cl − , Br − , I − , SCN − , ClO 4 − , BF 4 − , PF 6 − , CF 3 SO 3 − and the like are used. Specifically, lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate is used in the electrolyte salt at a concentration at which it can be dissolved in the electrolytic solution.
図4(A)、(B)、(C)に示すように、外装材11は、電池素子12を収納するための凹部21が設けられた軟質ラミネート材22と、この軟質ラミネート材22上に凹部21を覆うように重なられた硬質ラミネート材23と、からなる。凹部21は、例えば、予め金型で絞り加工を施して電池素子12の形状に応じて形成される。また、凹部21の底面に相当する位置の外側表面には、熱溶着シート24が設けられている。
As shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the
軟質ラミネート材22は、矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側長辺25及びボトム側長辺26と、互いに等しい長さの左側短辺27及び右側短辺28を有する。同様に、硬質ラミネート材23も矩形状であって、互いに等しい長さのトップ側長辺29及びボトム側長辺30と、互いに等しい長さの左側短辺31及び右側短辺32を有する。なお、説明中の左右は、図4(A)に向かって見た位置関係を示している。
The
硬質ラミネート材23のトップ側長辺29及びボトム側長辺30の長さは、電池素子12が収納された凹部21を包み込んだ状態において、その左側短辺31及び右側短辺32同士が当接するか、または僅かな隙間を隔てて対向するように設定されている。軟質ラミネート材22のトップ側長辺25及びボトム側長辺26の長さは、硬質ラミネート材23のトップ側長辺29及びボトム側長辺30の長さよりも短く設定されており、例えば、電池素子12が収納された凹部21を包み込んだ状態において、その左側短辺27及び右側短辺28同士が当接するか、または僅かな隙間を隔てて対向するように設定されている。ここで、この軟質ラミネート材22の隙間は、僅かな幅のものに限られず、ある程度の幅のものとしても良い。
The lengths of the top
軟質ラミネート材22の左側短辺27及び右側短辺28は、硬質ラミネート材23の左側短辺31及び右側短辺32よりも短く設定されている。従って、トップ側に硬質ラミネート材23のみが存在するように、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23を積層することができる。このようにした場合、トップ側の開口部15に設けられたトップカバー13の周囲を硬質ラミネート材23のポリプロピレン層により熱溶着できるという利点を得ることができる。なお、ボトム側においても、硬質ラミネート材23の接着層が剥き出しになるようにして、ボトム側の開口部16に設けられたボトムカバー14の周囲を硬質ラミネート材23のポリプロピレン層により熱溶着できるようにしても良い。
The left
軟質ラミネート材22は、絞り加工により電池素子12を挿入する凹部21を形成するのに適し、且つ硬質ラミネート材23に比べて軟質のものである。
The
図5に示すように、軟質ラミネート材22は、接着層としてのポリプロピレン(PP)層33、金属層としての軟質アルミ金属層34、表面保護層としてのナイロン層またはPET(ポリプロピレンテレフタレート)層35を順次積層した積層構造を有し、ポリプロピレン層33が内側(硬質ラミネート材23と接する側)となる。
As shown in FIG. 5, the
ポリプロピレン層33は、ポリマー電解質の変質を防ぐ機能を有する。ポリプロピレン層33としては、例えば、無軸延伸ポリプロピレン(CPP)等が使用される。ポリプロピレン(PP)層33の厚さは、例えば、30μm程度である。
The
軟質アルミ金属層34は、内部への水分の浸入を防ぐ機能を有する。軟質アルミ金属層34の材料としては、例えば、焼きなまし処理済のアルミニウム(JIS A8021P−0)または(JIS A8079P−0)等を使用できる。また、軟質アルミ金属層34の厚さは、例えば、30μm〜130μm程度の範囲に選ばれる。ナイロン層またはPET層35は、表面保護の機能を有する。ナイロン層またはPET層35の厚さは、例えば、厚みが10μm〜30μm程度の範囲に設定される。
The soft
図6に示すように、硬質ラミネート材23は、曲げた後の形状を維持し、外部からの変形に耐えることができるものである。硬質ラミネート材23は、接着層としてのポリプロピレン(PP)層36、金属層としての硬質アルミ金属層37、表面保護層としてのナイロン層またはPET(ポリプロピレンテレフタレート)層38を順次積層した積層構造を有する。
As shown in FIG. 6, the
硬質ラミネート材23のポリプロピレン層36及びナイロン層またはPET層38は、軟質ラミネート材22と同様のものである。
The
硬質アルミ金属層37は、例えば、焼きなまし処理済のアルミニウム(JIS A3003P−H18)または(JIS A3004P−H18)等を用いて厚みが30μm〜130μm程度の範囲のものが使用される。なお、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23の各層の厚みは、総厚を考慮して適切なものが選定される。
The hard
図1を参照して、トップカバー13には回路基板が備えられており、この回路基板に対して電池素子12から引き出された正極リード19及び負極リード20が電気的に接続される。回路基板には、ヒューズ、PTC、サーミスタ等の温度保護素子を含む保護回路や電池パック10を識別するためのID抵抗等がマウントされており、さらに複数の、例えば3個の接点部39が設けられている。また、保護回路には、二次電池の監視とFET(Field Effect Transistor)の制御を司るIC、及び充放電制御FETが含まれる。
Referring to FIG. 1, the
PTCは、電池素子12と直列に接続されており、電池素子12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素子12と直列に接続されており、電池素子12の温度が設定温度よりも高くなると、電池に流れる電流を遮断する。
The PTC is connected in series with the
また、電池素子12の監視とFETの制御を司るIC及び充放電制御FETを含んだ保護回路は、電池素子12の端子電圧が、4.3V〜4.4Vを超えると、発熱・発火等の危険な状態になる虞があるので、電池素子12の電圧を監視し、4.3V〜4.4Vを超えると充電制御FETをオフし、充電を禁止する。一方、電池素子12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、電池素子12が内部ショート状態となり、再充電が不可能となる虞があるので、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をオフして放電を禁止する。
In addition, the protection circuit including the IC for controlling the
また、トップカバー13には、電池素子12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40が、1個以上、好ましくは2個以上設けられている。貫通孔40は、2個以上設けることで、樹脂注入時において、少なくとも1つの貫通孔40を、電池素子12とボトムカバー14との間の空気を抜くために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。
Further, the
図1を参照して、ボトムカバー14は、ボトム側の開口部16を塞ぐものであり、正面方向から見ると、全体としては矩形状であり、その短辺側の両側が外側に向けて楕円の円弧をなすように膨らんでいる。ボトムカバー14の電池素子12側となる面には、ボトム側の開口部16に嵌合するための側板41が設けられている。この側板41は、ボトムカバー14の外周の一部または全部に沿って設けられている。
Referring to FIG. 1, the
ボトムカバー14は、電池素子12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42が、1個以上、好ましくは2個以上設けられている。貫通孔42は、2個以上設けることで、樹脂注入時において、少なくとも1つの貫通孔42を電池素子12とボトムカバー14との間の空気を抜くために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。
The
次に、図7〜図12を参照して、本発明の一実施形態に係る電池パック10の製造方法について説明する。
Next, with reference to FIGS. 7-12, the manufacturing method of the
先ず、例えば、ゲル電解質層が両面に形成された正極、負極及びセパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータの順に順次積層し、この積層体を平板の芯に巻き付けて、長手方向に多数巻回することで、図3に示す巻回型の電池素子12を作製する。
First, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a separator each having a gel electrolyte layer formed on both surfaces are sequentially laminated in the order of the negative electrode, the separator, the positive electrode, and the separator, and this laminate is wound around a flat plate core and wound many times in the longitudinal direction. Thus, the
次に、例えば、予め絞り成形により、電池素子12を入れるための凹部21を軟質ラミネート材22に成形する。この際、図4(A)を参照して、軟質ラミネート材22の電池素子収納用の凹部21は、例えば、中心位置に対してやや右側にずれた位置に形成する。そして、電池素子12を軟質ラミネート材22に形成されている凹部21内に収納する。
Next, for example, the
次に、同様に図4(A)を参照して、硬質ラミネート材23を、軟質ラミネート材22に対してやや右側にずれた位置に積層する。これにより、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23が積層された状態では、軟質ラミネート材22のみが位置する左側領域と、硬質ラミネート材23のみが位置する右側領域とが生じる。このように位置をずらしているのは、後述するように、軟質ラミネート材22の凹部21の底面外側へ向けて軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23の端部を折り込んだ後、軟質ラミネート材22のポリプロピレン層33と硬質ラミネート材23のポリプロピレン層36とが、ある程度の幅でもって接着されるようにするためである。
Next, similarly, referring to FIG. 4A, the
次に、図4(A)に示したような配置関係の状態で、凹部21の開口の周辺の4辺を減圧しながら熱溶着する。この場合、ポリプロピレン層33,36同士が重なっている部分全体を熱溶着するようにしても良い。このようにして、凹部21の周囲を熱溶着することにより、電池素子12が封止される。
Next, in the state of arrangement as shown in FIG. 4A, the four sides around the opening of the
次に、図4(A)を参照して、凹部21の底面の外側に、所定の形状とした熱溶着シート24を設ける。熱溶着シート24は、軟質ラミネート材22のナイロン層またはPET層35同士に高温をかけることで接着させるための補助的部材である。好ましくは、厚みは、総厚の関係から、10〜60μm程度で、100℃前後の融点のものが用いられる。熱溶着シート24の融点は、電池素子12に対して熱の影響を与えない程度のものが好ましい。
Next, referring to FIG. 4A, a
次に、図7に示すように、軟質ラミネート材22の凹部21の底面外側へ向けて、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23の両端、即ち短辺27,28及び短辺31,32を内側に折り込む。そして、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23の端部を熱溶着するとともに、凹部21の底面外側に対して軟質ラミネート材22を熱溶着する。これにより、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23が、電池素子12が収納された凹部21を包み込むように閉じた状態で固定されて、トップ側の開口部15及びボトム側の開口部16が形成される。
Next, as shown in FIG. 7, both ends of the
図8に示されるように、電池素子12を包み込んだ状態では、硬質ラミネート材23の短辺31及び32同士が接するか、または僅かな隙間を介して互いの端面が対向してなる継ぎ目L5が生じる。また、硬質ラミネート材23の内側には、軟質ラミネート材22の短辺27及び28同士が接するか、または僅かな隙間を介して互いの端面が対向してなる継ぎ目L6が生じる。なお、ここでは、軟質ラミネート材22の短辺27及び28同士が接するか、または僅かな隙間を介して互いの端面が対向する場合について図示しているが、ある程度の幅の隙間を介して互いの端面が対向するようにしても良い。
As shown in FIG. 8, in a state where the
また、熱溶着シート24の上側に接して、軟質ラミネート材22のナイロン層またはPET層35が位置する。従って、ナイロン層またはPET層35が熱溶着シート24を挟んだ構造となり、外側から熱を加えることで、ナイロン層またはPET層35同士を接着することができる。また、軟質ラミネート材22及び硬質ラミネート材23の互いのポリプロピレン層33及び36が対向接触するので、外側から熱を加えることで、これらのポリプロピレン層33及び36を接着することができる。
Further, the nylon layer or the
以上のようにして、樹脂製の箱型のケースを使用することなく、また両サイドに樹脂製のフレームを配することなく、ラミネート材22,23が外装材11を兼ねる電池パック10が製造される。
As described above, the
次に、トップカバー嵌合工程が行われる。トップカバー嵌合工程では、正極リード19及び負極リード20が、例えば抵抗溶接や超音波溶接によってトップカバー13に対して接続される。トップカバー13の幅は、外装材11のトップ側の端面の開口部15の高さの内寸よりやや小さい値に設定されている。
Next, a top cover fitting process is performed. In the top cover fitting process, the
次に、正極リード19及び負極リード20を折り曲げながらトップカバー13をトップ側の開口部15に向けて押し込む。トップカバー13の幅は、上述したようにトップ側の開口部15の内寸よりやや小さい値にされているので、外装材11の端面付近の硬質ラミネート材23で形成されるスペース内に収納することができる。
Next, the
次に、図9〜図11に示すように、ボトムカバー嵌合工程が行われる。ボトムカバー嵌合工程では、ボトム側の開口部16の面積を縮小するため、ボトム側の外装材11の円弧部分を内側に曲げて、くさび形状の切欠43を形成し、くさび形状の2辺を合わせて外装材合わせ部44を形成し、外装材合わせ部44を円弧に沿って折り曲げる。そして、ボトム側の開口部16の寸法よりやや小さいボトムカバー14を、形成したボトム側の開口部16に押し込む。これにより、ボトム側の開口部16に対してボトムカバー14の側板41が嵌合されるとともに、ボトムカバー14の本体によってボトム側の開口部16が覆われる。
Next, as shown in FIGS. 9 to 11, a bottom cover fitting step is performed. In the bottom cover fitting step, in order to reduce the area of the
次に、熱溶着工程が行われる。熱溶着工程では、治具にて全長を押えて熱溶着を行う。すなわち、銅等の金属からなるヒーターブロックを外装材11のトップ側の端の近傍に上下から押し当て、トップカバー13の周面と、硬質ラミネート材23の内面のポリプロピレン層36とを熱溶着する。
Next, a heat welding process is performed. In the thermal welding process, thermal welding is performed by pressing the entire length with a jig. That is, a heater block made of a metal such as copper is pressed from above and below near the top side end of the
次に、樹脂圧入工程が行われる。樹脂圧入工程では、トップカバー13の貫通孔40を介して電池素子12とトップカバー13との間に溶融樹脂を充填して固化させる。これにより、トップカバー13が電池素子12の端面に接着される。溶融樹脂としては、ホットメルト接着剤、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などを適宜用いる。
Next, a resin press-fitting process is performed. In the resin press-fitting step, the molten resin is filled between the
次に、ボトムカバー14の貫通孔42を介して電池素子12とボトムカバー14との間に溶融樹脂を充填して固化させる。これにより、ボトムカバー14が電池素子12の端面に接着される。樹脂はボトムカバー14と電池素子12との間に十分に注入され、且つボトム側の開口部16の面積AR1が、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して70%〜90%に設定されているため、固化した樹脂の断面は、電池素子12に近づくほど大きくなるので、そのアンカー効果により外部衝撃に対する強度が増す。なお、充填される樹脂は、圧入時に低粘度状態を有すればよく、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアミド系ホットメルト、ポリオレフィン系ホットメルト、ナイロン、PP、PC、ABS等を使用することができる。
Next, the molten resin is filled between the
図12に示すように、以上の工程により電池パック10が製造される。
As shown in FIG. 12, the
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited only to these Examples.
(実施例1)
実施例1は、上述のような工程を用いて、厚さ4.3mm、幅35mmの電池パック10を作製した。ボトム側の開口部16の面積AR1は、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して90%、ボトムカバー14は、幅1.0mm、高さ1.0mmの切欠部17を2個有するようにした。
Example 1
In Example 1, the
(実施例2)
実施例2は、ボトム側の開口部16の面積AR1を、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して85%にした以外は、前述した実施例1と同様にして電池パック10を作製した。
(Example 2)
Example 2, except that the area AR1 of the bottom side of the
(実施例3)
実施例3は、ボトム側の開口部16の面積AR1を、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して80%にした以外は、前述した実施例1と同様にして電池パック10を作製した。
(Example 3)
Example 3, except that the area AR1 of the bottom side of the
(実施例4)
実施例4は、ボトム側の開口部16の面積AR1を、電池素子12を収納する外装材11の外周部分18を含む断面積AR2に対して70%にした以外は、前述した実施例1と同様にして電池パック10を作製した。
Example 4
Example 4 except that the area AR1 of the bottom side of the
(実施例5)
実施例5は、ボトムカバー14が、幅0.5mm、高さ0.5mmの切欠部17を有する以外は、前述した実施例1と同様にして電池パック10を作製した。
(Example 5)
In Example 5, the
(比較例1)
比較例1は、ボトム側の開口部の面積AR1を縮小せず、面積AR1を、外装材外周部分を含む断面積AR2に対して100%にした以外は、前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 does not reduce the area AR1 of the opening in the bottom side, the area AR1, except that 100% with respect to the cross-sectional area AR2 containing exterior material periphery portion, in the same manner as in Example 1 described above A battery pack was prepared.
(比較例2)
比較例2は、ボトム側の開口部の面積AR1を、外装材外周部分を含む断面積AR2に対して95%にした以外は、前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2, the area AR1 of the opening in the bottom side, except for the 95% cross-sectional area AR2 containing exterior material periphery portion to produce a battery pack in the same manner as in Example 1 described above.
(比較例3)
比較例3は、ボトム側の開口部の面積AR1を、外装材外周部分を含む断面積AR2に対して65%にした以外は、前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3, the area AR1 of the opening in the bottom side, except for the 65% cross-sectional area AR2 containing exterior material periphery portion to produce a battery pack in the same manner as in Example 1 described above.
(比較例4)
比較例4は、ボトムカバーが、幅1.0mm、高さ0.3mmの切欠部を有する以外は、前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, a battery pack was produced in the same manner as in Example 1 except that the bottom cover had a notch with a width of 1.0 mm and a height of 0.3 mm.
(比較例5)
比較例5は、ボトムカバーが、幅0.3mm、高さ1.0mmの切欠部を有する以外は、前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a battery pack was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the bottom cover had a notch with a width of 0.3 mm and a height of 1.0 mm.
(比較例6)
比較例6は、ボトムカバーが、切欠部を1個有する以外は、前述した実施例1と同様にして電池パックを作製した。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a battery pack was produced in the same manner as in Example 1 except that the bottom cover had one notch.
(落下試験)
得られた実施例1〜5及び比較例1〜6の電池パックの各50個ずつについて、高さ70cmからのランダム落下試験を50回繰り返し、その際、ボトムカバーの剥がれた電池個数を記録し、剥離発生率(%)を算出し、その結果を表1に示す。
(Drop test)
For each of the obtained battery packs of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, a random drop test from a height of 70 cm was repeated 50 times, and the number of batteries with the bottom cover peeled off was recorded. The peel occurrence rate (%) was calculated, and the results are shown in Table 1.
(作製歩留)
得られた実施例1〜5及び比較例1〜6の電池パックの各1000個ずつを作製し、その際の歩留(%)を算出し、その結果を表1に示す。
(Production yield)
1000 pieces of each of the obtained battery packs of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 were produced, the yield (%) at that time was calculated, and the results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、ボトム側の開口部の面積AR1が、外装材外周部分を含む断面積AR2に対して90%以下であり、ボトムカバーが、幅0.5mm以上、高さ0.5mm以上の切欠部を2個有する実施例1〜5及び比較例3の電池パックでは、落下試験においてボトムカバーの剥離が発生しなかった。 As is evident from Table 1, the area AR1 of the opening in the bottom side, not more than 90% with respect to the cross-sectional area AR2 containing exterior material outer peripheral portion, a bottom cover, width 0.5mm or more, the height 0 In the battery packs of Examples 1 to 5 and Comparative Example 3 having two cutout portions of 5 mm or more, the bottom cover was not peeled off in the drop test.
これは、ボトム側の開口部の面積AR1が外装材外周部分を含む断面積AR2よりも小さいため、注入した樹脂の断面が電池素子12に近づくほど大きくなるので、そのアンカー効果により、外部衝撃に対する強度が増したと推定される。また、切欠部の大きさが十分であるため、樹脂がボトムカバーの外側と外装材の間に充填され易く、切欠部が2個あるので充填が不十分である部分ができ難いことがわかる。
This is because the area AR1 of the opening of the bottom side is smaller than the cross sectional area AR2 containing exterior material peripheral portion, since the cross section of the injected resin becomes larger as closer to the
これらに対して、ボトム側の開口部の面積AR1が、外装材外周部分を含む断面積AR2に対して90%より大きい比較例1〜2の電池パックでは、ボトムカバーの剥離が発生した。また、切欠部の幅や高さが0.5mmより小さい比較例4〜6及び切欠部の個数の少ない比較例6の電池パックでは、樹脂の充填が不十分であるためにボトムカバーの剥離が発生した。 For these, the area AR1 of the opening in the bottom side, in the battery pack of the cross-sectional area AR2 against greater than 90% Comparative Example 1-2 containing the exterior material outer peripheral portion, the peeling of the bottom cover has occurred. Further, in the battery packs of Comparative Examples 4 to 6 in which the width and height of the notch portions are smaller than 0.5 mm and the comparative example 6 in which the number of notch portions is small, the bottom cover is peeled off due to insufficient resin filling. Occurred.
また、電池パック作製時の歩留は、表1から明らかなように、ボトム側の開口部の面積AR1が、外装材外周部分を含む断面積AR2に対して70%以上である実施例1〜5及び比較例1〜2、比較例4〜6の電池パックでは良好であった。しかしながら、面積比が70%より小さい比較例3では、円弧に沿って折り曲げる外装材合わせ部が大きくなり、且つ円弧の半径が小さくなって曲げ難くなるため、ボトムカバーが挿入し難くなり、歩留が低下した。 Further, as is clear from Table 1, the yield at the time of manufacturing the battery pack is that the area AR1 of the opening on the bottom side is 70% or more with respect to the cross-sectional area AR2 including the outer peripheral portion of the exterior material. 5 and Comparative Examples 1-2 and Comparative Examples 4-6 were good. However, in Comparative Example 3 in which the area ratio is less than 70%, the exterior material matching portion that is bent along the arc increases, and the radius of the arc decreases, making it difficult to bend. Decreased.
従って、落下試験でボトムカバーの剥離がなく、歩留が良好なボトム側の開口部の面積AR1の外装材外周部分を含む断面積AR2に対する範囲は、70%〜90%であり、好ましい範囲は80%〜90%である。さらに好ましくは、85%〜90%である。 Therefore, no peeling of the bottom cover is in drop test, the range for the cross-sectional area AR2 of the yield includes a sheathing material peripheral portion of the area AR1 of the opening in the good bottom side is 70% to 90%, the preferred range Is 80% to 90%. More preferably, it is 85% to 90%.
そして、ボトムカバーの切欠部の幅及び高さの落下試験でボトムカバーの剥離がなく、歩留が良好な範囲は、0.5mm以上である。好ましくは1.0mm以上である。切欠部の個数は2個以上であることが好ましい。なお、上述した実施例は、ボトム側に限定されるものではなく、トップ側においても同様の効果が得られる。 And in the drop test of the width and height of the notch portion of the bottom cover, the bottom cover is not peeled and the range in which the yield is good is 0.5 mm or more. Preferably it is 1.0 mm or more. The number of notches is preferably 2 or more. The above-described embodiment is not limited to the bottom side, and the same effect can be obtained on the top side.
以上、説明したように、本発明の一実施形態の電池パック10によれば、注入した樹脂の断面が電池素子12に近づくほど大きくなるので、そのアンカー効果により、外部衝撃に対する強度を増加させることができる。
As described above, according to the
また、電池パック10によれば、固化した樹脂の断面が電池素子12に近づくほど大きくなるため、そのアンカー効果により、外部衝撃に対する強度が増すのに加えて、円弧に沿って折り曲げる外装材合わせ部44が大きくならず、且つ円弧の半径が小さくならないため、ボトムカバー14挿入時の歩留を低下させることはない。
Moreover, according to the
また、電池パック10によれば、切欠部17を通じてボトムカバー14の外側と外装材11との間に樹脂が充填され易く、切欠部17が2個あるので充填が不十分である部分ができ難い。
Further, according to the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されることはない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary as long as the present invention can be achieved, and are not limited.
10 電池パック
12 電池素子
13 トップカバー(カバー)
14 ボトムカバー(カバー)
15 トップ側の開口部
16 ボトム側の開口部
17 切欠部
21 凹部
22 軟質ラミネート材(ラミネートフィルム)
23 硬質ラミネート材(ラミネートフィルム)
34 軟質アルミ金属層(金属層)
37 硬質アルミ金属層(金属層)
10
14 Bottom cover (cover)
15 Opening on the
23 Hard laminate (laminate film)
34 Soft aluminum metal layer (metal layer)
37 Hard aluminum metal layer (metal layer)
Claims (1)
前記トップ側の開口部及び前記ボトム側の開口部の少なくとも一方の面積が、前記電池素子を収納する前記外装材部分を含む断面積に対して70%〜90%であり、
前記カバーが、前記外装材の軸方向に長さ0.5mm以上で、幅0.5mm以上の切欠部を少なくとも2個以上有することを特徴とする電池パック。 An exterior material formed of a laminate film having a metal layer, and a battery element that is housed in the exterior material and includes a positive electrode and a negative electrode, and is fixed along the exterior material formed of the laminate film. A battery pack in which a resin cover is disposed in the opening on the top side and the opening on the bottom side,
The area of at least one of the opening part on the top side and the opening part on the bottom side is 70% to 90% with respect to a cross-sectional area including the exterior material part that houses the battery element ,
The battery pack , wherein the cover has at least two notches having a length of 0.5 mm or more and a width of 0.5 mm or more in the axial direction of the exterior material .
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