【手続補正書】
【提出日】平成17年9月7日(2005.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  電池パック
【特許請求の範囲】
【請求項１】  扁平角形金属ケースを用いた単電池と回路基板と２つのリードを筐体内に有する電池パックにおいて、前記単電池は、扁平角形金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が扁平角形金属ケースから絶縁されて設けられ、一方のリードは扁平角形金属ケースと回路基板を接続し、他方のリードは他方の電極端子と回路基板を接続し、前記他方のリードは単電池の扁平角形金属ケースの厚み方向の側面に沿って設け、前記他方のリードと単電池の扁平角形金属ケースの厚み方向の側面との間に紫外線硬化樹脂シートからなる絶縁層を備えることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平角形金属ケースを用いた単電池を筐体内に有する電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の急激な小型軽量化に伴い、その電源である電池に対して小型で軽量かつ高エネルギー密度、更に繰り返し充放電が可能な二次電池への要求が高まっている。また、大気汚染や二酸化炭素の増加等の環境問題により、電気自動車の早期実用化が望まれており、高効率、高出力、高エネルギー密度、軽量等の特徴を有する、優れた二次電池の開発が要望されている。
【０００３】
これらの要求を満たす二次電池として、非水電解質を使用した二次電池が実用化されている。この電池は、従来の水溶液電解液を使用した電池の数倍のエネルギー密度を有している。その例として、正極にコバルト複合酸化物、ニッケル複合酸化物又はスピネル型リチウムマンガン酸化物を用い、負極にリチウムが吸蔵・放出可能な炭素材料や金属リチウムなどを用い、電解質として有機電解液を用いた、高エネルギーで長寿命な、リチウムイオン電池あるいはリチウム電池などの非水電解質二次電池が実用化されている。
【０００４】
非水電解質二次電池を携帯型の電子機器の電源に使用する場合、携帯性を高めるために、単電池と、保護回路を含む電気回路と、２つのリードなどを筐体内に有する電池パックとして使用され、この電池パックの小型化・軽量化が望まれている。
【０００５】
従来から、携帯電話機で多く使用されているリチウムイオン電池などの非水電解質二次電池パックの例を図２に示す。図２において、２１は上ケース、２２は下ケース、２３は電池パックの負極端子、２４は電池パックの正極端子、２５は単電池、２６は回路基板である。
【０００６】
従来の電池パックは、単電池２５と回路基板２６および単電池と回路基板とを接続する２つのリード（図示せず）などを、樹脂製の上ケース２１および下ケース２２とからなる筐体内に収納した構造とするのが一般的であった。ここで、電池パックの負極端子２３と正極端子２４とを合わせて「入出力端子」とする。
【０００７】
回路基板２６には、入出力端子と電気回路と保護回路等が備えられている。また、回路基板２６とは別の場所に保護素子を設ける場合や、回路基板２６と保護素子とを一体化する場合がある。保護素子としては、ＰＴＣ（正温度特性抵抗素子）やバイメタル式のサーマルプロテクターなどが用いられている。また、入出力端子は、回路基板２６の表面に金メッキ端子として形成する方式と、回路基板２６からリード線を引き出して、リード線の先端にコネクターを形成する方式とがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電池パックにおいて、単電池の電極端子と回路基板に設けられた端子をリードで接続している。扁平角形金属ケースを用い、扁平角形金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が扁平角形金属ケースから絶縁されて設けられた単電池においては、一方と他方の２つのリードを使用し、一方のリードは扁平角形金属ケースと回路基板に設けられた端子に接続し、他方リードは他方の電極端子と回路基板に設けられた他方の端子に接続し、他方のリードは単電池の扁平角形金属ケースの厚み方向の側面に沿って設けられている。このような電池パックにおいては、扁平角形金属製電池ケースと他方のリードとを絶縁するために、ファイバー板からなる絶縁材を、両面粘着テープを用いて単電池の厚み方向の側面に貼り付けるのが一般的である。
【０００９】
しかしこのような絶縁方法では、電池パックを小型化および軽量化するためにはつぎのような問題があった。
【００１０】
１）電池パックが落下などの衝撃を受けた場合にも、単電池ケースと他方のリードとが短絡を生じないようにするためには、絶縁材はおよそ２００μｍ以上の厚さが必要であり、電池パックの小型化の妨げとなっていた。
【００１１】
２）絶縁材は、通常は板状のものが多く、この板状絶縁材を単電池の厚み方向の側面にコの字状に折り曲げて、両面接着テープ等を用いて貼り付ける場合、絶縁材が元の形状に戻ろうとするため、電池パックの組立工程中に、絶縁材が単電池のコーナー部で浮いたり、コーナー部近くの絶縁材の端が剥がれたりする不具合があった。
【００１２】
３）両面テープを単電池ケースの厚み方向の側面へ貼り付ける際に位置的なズレが生じると、単電池ケースに当接する他方のリードとの絶縁が不完全になり、電気的に短絡を生じることや、単電池の厚み方向の側面からはみ出した両面テープのために樹脂製筐体に変形が生じることがあった。
【００１３】
４）両面テープを単電池ケースの厚み方向の側面または他方のリードに貼り付ける作業手順は、多くの場合人手にたよっており、一部、機械化で対応している部分もあるが、繁雑で時間がかかり、また、仕損じの手直しにもより多くの時間を必要とした。
【００１４】
また、別な方法としては特開２００２−２０３５２６号で提案されているように、液状の樹脂と微粒子とを単電池に塗布、硬化させることで絶縁層を形成する方法もある。しかしながら、この方法の場合、塗布用の設備コストが大きいことや環境問題への対応が困難である問題を有している。
【００１５】
これらのことから、単電池ケース他方のリードとを確実に絶縁することができ、取り付け作業が簡単な絶縁構造が求められていた。そこで本発明は、きわめて薄い絶縁材を用いて、単電池ケースと他方のリードとを確実に絶縁することができ、しかも従来の方法と比較して、作業が簡単な製造方法を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、扁平角形金属ケースを用いた単電池と回路基板と２つのリードを筐体内に有する電池パックにおいて、前記単電池は、扁平角形金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が扁平角形金属ケースから絶縁されて設けられ、一方のリードは扁平角形金属ケースと回路基板を接続し、他方のリードは他方の電極端子と回路基板を接続し、前記他方のリードは単電池の扁平角形金属ケースの厚み方向の側面に沿って設け、前記他方のリードと単電池の扁平角形金属ケースの厚み方向の側面との間に紫外線硬化樹脂シートからなる絶縁層を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１の発明によれば、単電池ケースの厚み方向の側面と他方のリードとを、きわめて薄い絶縁層を用いて、確実に絶縁することができ、しかも作業が簡単な絶縁構造を提供することができる。
【００１８】
紫外線硬化樹脂シートは、半導体の分割工程などで用いられているダイシング用シートであり、ポリオレフィンやＰＥＴからなる基材の片面または両面にアクリル樹脂系やエポキシ樹脂系の紫外線硬化樹脂の層が設けられたものである。この紫外線硬化樹脂層は、初期には未硬化であって柔軟性を有しているが、紫外線が照射されることで硬化して柔軟性が減少する一方で機械的強度が向上する特性を有している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の電池パックは、扁平角形金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が扁平角形金属ケースから絶縁されて設けられた単電池を使用し、他方の電極端子と回路基板を接続する他方のリードが扁平角形単電池の金属ケースの厚み方向の側面に沿って設けられ、この他方のリードと扁平角形単電池の金属ケースの厚み方向の側面との間に紫外線硬化樹脂シートからなる絶縁層を備えるものである。
【００２０】
扁平角形単電池の厚み方向の側面への紫外線硬化樹脂シートの取り付け方法としては、テープ状の定寸に切断した未硬化で柔軟性を有する紫外線硬化樹脂シートを扁平角形単電池の厚み方向の側面へ貼り付けた後、紫外線を照射することで紫外線硬化樹脂を硬化させる方法や複数の扁平角形単電池を厚み方向に重ね、厚み方向の側面部全体に１枚の幅広の紫外線硬化樹脂シートを貼り付け、次いで、カッターで個々の扁平角形単電池の厚みに沿って紫外線硬化シートを切り分けた後に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。この製造方法によれば、紫外線硬化シートからなる絶縁材が扁平角形単電池の厚み方向からはみ出すことを防ぐことが可能である。
【００２１】
紫外線硬化樹脂シートを用いる利点は、初期は柔軟であるため取り扱いが容易である一方で、紫外線を照射することで形状が固定されるために、製造工程の中での絶縁材の浮きや剥がれを防ぐことができる。このことによって、従来の方法で必要であった手直しの工数を削減することができる。
【００２２】
さらに、紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射して硬化した後は、高い剛性を有する皮膜になる。したがって、従来の、ファイバー板などの絶縁材に比較して、厚みを約１００μｍ程度に薄くすることができる。
【００２３】
扁平角形単電池の厚み方向の側面に紫外線硬化樹脂層からなる絶縁材を設けることにより、扁平角形単電池の金属ケース表面とこれに当接する他方のリードとの電気的な短絡を確実に防止することができる。また、電池パックの外部から、他方のリードを扁平角形単電池の金属ケースの厚み方向の側面に押しつける方向に力が加わった場合にも、紫外線硬化樹脂層が高い剛性を有するために、短絡を防止することができる。
【００２４】
なお、他方のリードには、リードの中間にＰＴＣ素子などが接続されていてもよい。
【００２５】
また、本発明の電池に用いる発電要素の形状としては、平板状正極板と平板状負極板とをセパレータを介して積層した積層型発電要素や帯状正極板と帯状負極板とをセパレータを介して巻回した巻回型発電要素など、種々の形状のものを用いることができる。
【００２６】
また、電池の種類としては、リチウムイオン電池をはじめとする非水電解質二次電池が適しているが、それ以外でも、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池をはじめとする水溶液系二次電池も使用可能である。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
【００２８】
［実施例１］
扁平角形単電池として、アルミニウム製角形ケースを用いた非水系電解質二次電池を用い、この扁平角形単電池と保護回路を含む回路基板と２つのリードをポリカーボネート製の筐体に有する電池パックを作製した。
【００２９】
正極板は、活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）９０ｗｔ％、導電剤としてのアセチレンブラック３ｗｔ％、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）７ｗｔ％に、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）適当量を混合してペーストとし、このペーストを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔上に塗布し、１５０℃で乾燥してＮＭＰを蒸発させ、この操作をアルミニウム箔の両面におこなった後に、プレスすることによって作製した。プレス後の正極板の厚さは１７０μｍであり、正極板の寸法は、幅４７ｍｍ、長さ２３５ｍｍとした。
【００３０】
負極板は、活物質としてのグラファイト９０ｗｔ％、結着剤としてのＰＶｄＦ１０ｗｔ％に、溶剤であるＮＭＰ適当量を混合してペーストとし、このペーストを、厚さ１４μｍの銅箔上に塗布し、１５０℃で乾燥してＮＭＰを蒸発させ、この操作を銅箔の両面に対しておこなった後に、プレスすることによって作製した。プレス後の負極の厚さは１９０μｍであり、負極板の寸法は、幅５０ｍｍ、長さ２７０ｍｍとした。
【００３１】
このようにして作製した正極と負極間に微細孔をもつポリオレフィン製セパレータを挟み、巻回して発電要素とし、この発電要素を、ケースの厚さ０．３ｍｍ、内寸６０×７５×８．０ｍｍのアルミニウム製扁平角形角形ケースに収納した。その後電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（３０：７０、ｖｏｌ％）に１Ｍの六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解させた溶液を２ｍｌ注液した後、電池蓋をレーザー溶接で取りつけて、非水電解質二次電池を作製した。なお、この電池はケースが正極端子を兼ね、一方負極端子は、電池蓋の中央部にケースと絶縁されて設けられている。
【００３２】
つぎに、この非水電解質二次電池のアルミニウムケースの厚み方向の一側面と蓋の一部に、紫外線硬化性樹脂シートを厚み３０μｍの両面粘着テープで貼り付け、次いで紫外線を照射することで、アルミニウムケース表面に紫外線硬化性樹脂層からなる絶縁材を形成した。紫外線硬化性樹脂層シートの厚さは１００μｍとした。
【００３３】
この扁平角形単電池の外観を図１に示す。図１において、１はアルミニウム製扁平角形電池ケース、２は電池蓋、３は負極端子、４は紫外線硬化性樹脂層シートからなる絶縁材（ハッチングで示した部分）である。この電池では、アルミニウム製扁平角形電池ケース１は正極端子を兼ねている。
【００３４】
図１で示した扁平角形単電池と、保護回路基板およびリードを図３のように組み合せた。図３において、１はアルミニウム製単扁平角形電池ケース（単電池の正極端子を兼ねる）、２は単電池の蓋板、３は単電池の負極端子、４は紫外線硬化樹脂層シートからなる絶縁材、５は一方のリード、６は他方のリード、７は保護回路基板、８は保護回路基板の一方のリードとの接合端子、９は保護回路基板の他方のリードとの接合端子、１０は本体機器との入出力端子、１１はＰＴＣ素子である。
【００３５】
一方のリード５は、正極端子を兼ねる電池ケース１と回路基板の端子８とを接続し、他方のリード６は、ＰＴＣ素子を経由して負極端子３と回路基板の端子９とを接続している。他方のリード６と電池ケース１の厚み方向の側面との間には紫外線硬化樹脂層シートからなる絶縁材４が存在するため、他方のリード６と電池ケース１とは絶縁されている。
【００３６】
図３で示した、単電池と、保護回路基板、ＰＴＣ素子およびリードを組み合せたものを、図２で示したのと類似の形状の、ポリカーボネート製の上部筐体と下部筐体にはさみこみ、本発明の電池パックＡとした。
【００３７】
［比較例１］
絶縁材として、紫外線硬化樹脂層シートの代わりに、厚さ２００μｍのファイバー板を用いた以外は全て実施例１と同様にして、比較例１の電池パックを作製し、これを電池パックＢとした。
【００３８】
比較試験としては、電池の厚み方向の側面に絶縁層を取り付け、他方のリードは取り付けない状態で、絶縁層の表面から、先端が１φの鉄製の棒で負荷を加え、絶縁層の絶縁抵抗値が低下する荷重（これを絶縁層の「突き刺し強度」とする）を測定した。その結果を表１にまとめた。なお、表１の突き刺し強度の値は、各電池パック１０個についての平均値を示した。
【００３９】
【表１】
2004103356.tif 000001
【００４０】
表１から、絶縁材にファイバー板を用いた比較例１の電池パックＢでは、突き刺し強度は９５０ｇ・ｆであったのに対し、本発明の、絶縁材に紫外線硬化樹脂シートを用いた電池パックＡでは、絶縁材の厚さが薄いにもかかわらず、突き刺し強度は、１１５０ｇ・ｆとなった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の電池パックにおいては、一方の電極端子を兼ねる金属製の扁平角形電池ケースの厚み方向の側面と、他方の電極端子に接続される他方のリードとの間に、紫外線硬化樹脂層からなる絶縁材を設けることにより、電池ケースと他方のリードとの間を確実に絶縁することができ、しかも作業が簡単な絶縁構造を提供することができる。また、軽量かつ小型化が可能な電池パックが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池パックに使用する扁平角形単電池の外観を示した図。
【図２】従来の非水電解質二次電池パックの例を示す図。
【図３】扁平角形単電池と保護回路基板およびリードを組み合せた状態を示した図。
【符号の説明】
１  アルミニウム製扁平角形単電池ケース（単電池の正極端子を兼ねる）
２  単電池の蓋板
３  単電池の負極端子
４  紫外線硬化性樹脂シート層からなる絶縁材
５  一方のリード
６  他方のリード
７、２６  保護回路基板
８  保護回路基板の一方のリードとの接合端子
９  保護回路基板の他方のリードとの接合端子
１０  本体機器との入出力端子
１１  ＰＴＣ素子
２５  単電池