(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子を包装体で包装した矩形板状の電池と、上記電池の保護回路基板を、上記電池の六つの平面のうちの最大面である一対の面に配置したスペーサを介して、成形型の成形空間内の所定位置にセットし、
上記成形型の成形空間内に外装材を充填して硬化することで、上記外装材で上記電池及び保護回路基板を一体的に被覆し、
上記スペーサが、ポリカーボネート、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン及びポリエチレンから選ばれる少なくとも一種の樹脂材料のいずれかを含む、電池パックの製造方法。
【請求項２】
正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子を包装体で包装した矩形板状の電池と、上記電池の保護回路基板が、上記電池の六つの平面のうちの最大面である一対の面に配置したスペーサを介して、成形型の成形空間内の所定位置にセットされ、
上記成形型の成形空間内に充填、硬化された外装材によって、上記電池及び保護回路基板が一体的に被覆され、
上記スペーサが、ポリカーボネート、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン及びポリエチレンから選ばれる少なくとも一種の樹脂材料のいずれかを含む、電池パック。
【請求項３】
上記外装材が、形状維持ポリマーとフィラー材を含む複合材料である、請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
上記形状維持ポリマーが、ウレタン樹脂，アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれかの樹脂である、請求項３に記載の電池パック。
【請求項５】
上記スペーサが、円柱形状，角柱形状，直方体形状，円錐台形状，角錐台形状，網状形状，十字形状ないしこれらの形状に類似する形状を成している、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項６】
上記電池の素子を包装する包装体が一層又は二層のフィルムであり、且つ、アルミラミネートフィルム又はポリオレフィンフィルムを含む、請求項２乃至５のいずれか一項に記
載の電池パック。
【請求項７】
上記フィラー材は、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）の酸化物、及びこれらの酸化物の任意の混合物のうちのいずれかの金属酸化物フィラーである、請求項３及び４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項８】
緩衝材が上記電池と一体を成して形成されている、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項９】
上記緩衝材が、ポリカーボネート、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン及びポリエチレンから選ばれる少なくとも一種の樹脂材料、アルミニウム及びステンレスから選ばれる少なくとも一種の金属材料、並びに該樹脂材料に該金属材料をインサート成型した材料のいずれかを含む、請求項８に記載の電池パック。
【請求項１０】
上記電池素子はゲル状電解質を含む、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば非水電解質二次電池を含む電池パックの製造方法に関し、詳しくは、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池要素をラミネートフィルムで包装した電池とその保護回路基板を一体化した電池パックの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話及び携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が数多く登場し、その小型、軽量化が図られている。かかる電子機器の小型、軽量化に伴って、これらのポータブル電源として用いられる電池パックに対しても、高エネルギーを有し、小型、軽量化されることが求められている。このような電池パックに用いられる電池としては、高容量を有するリチウムイオン二次電池がある。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンをドープ・脱ドープすることができる正極及び負極を有する電池素子を備え、この電池素子を金属缶や金属ラミネートフィルムに封入すると共に、電池素子と電気的に接続した回路基板によって制御するようになっている。また、従来のリチウムイオン二次電池には、上下に二分割された収納ケースに回路基板とともに収納して電池パックを構成したものがある（例えば、特許文献１−３参照）。
【特許文献１】特許第３５５６８７５号
【特許文献２】特許第３６１４７６７号
【特許文献３】特許第３６４３７９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような従来のリチウムイオン二次電池において、電池素子の封入に金属缶を用いたものでは、高い寸法精度を確保しやすいものの、厚みや重量が若干大きくなる。他方、電池素子の封入に金属ラミネートフィルムを用いたものでは、金属缶に比べて薄型で軽量になるが、電池素子の寸法のばらつきが大きいために寸法精度を高めることが難しいと共に、機械的強度が低いという欠点があった。
【０００５】
また、従来の電池パックにおいて、リチウムイオン二次電池と回路基板を収納ケースに収納したものにあっては、リチウムイオン二次電池や回路基板を外部衝撃等から保護するために、収納ケースに充分な肉厚が必要となり、さらに、上下に分割した収納ケースを両面テープや超音波溶着で接合するに際しても、これらに対応し得るように収納ケースに充分な肉厚を確保しておく必要があることから、電池パック全体の厚みや重量が増大することとなり、ポータブル電源として好ましくないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、寸法精度及び機械的強度がいずれも高いうえ、小型軽量化をも実現した電池パックを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装した電池と、この電池の保護回路基板とを成形型の成形空間内に収容し、この成形型の成形空間内に外装材を充填して、この外装材で上記電池及び保護回路基板を一体的に被覆することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
上記外装材、特に粘度のある外装材を成形型の成形空間内に充填するにあたっては、成形空間内に隙間が生じるのを阻止する都合上、通常外装材を高圧で充填する必要がある。この場合には、高圧充填される外装材によって電池及び保護回路基板が成形空間内における所定位置から移動するのを抑えるために、例えば、成形型に位置決め用の突起を設ける策を講じた場合には、外装材の硬化時において形成された位置決めのための凹部が意匠性を損ねたり、利用者の使用しにくい形状となるなどの障害があった。
【０００９】
そこで、本発明の電池パックにおいて、例えば、平板状の電池の六つの平面のうちの少なくとも最大面である一対の面に電池位置保持用のスペーサを設けて、電池及び保護回路基板を成形空間内における所定位置に保持し得るようにしたうえで、外装材が成形型の成形空間内の隅々にまで流れ込むように、最大面をカバーしつつ且つ外装材の充填空間を維持しつつスペーサを配置し、このスペーサを最終的に外装材と一体化させて電池パック内に残すようにしている。
【００１０】
すなわち、本発明の電池パックの製造方法は、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子を包装体で包装した矩形板状の電池と、電池の保護回路基板を、電池の六つの平面のうちの最大面である一対の面に配置したスペーサを介して、成形型の成形空間内の所定位置にセットし、
成形型の成形空間内に外装材を充填して硬化することで、外装材で電池及び保護回路基板を一体的に被覆し、
スペーサが、ポリカーボネート、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン及びポリエチレンから選ばれる少なくとも一種の樹脂材料のいずれかを含む、電池パックの製造方法である。
【００１１】
本発明の電池パックは、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子を包装体で包装した矩形板状の電池と、電池の保護回路基板が、電池の六つの平面のうちの最大面である一対の面に配置したスペーサを介して、成形型の成形空間内の所定位置にセットされ、
成形型の成形空間内に充填、硬化された外装材によって、電池及び保護回路基板が一体的に被覆され、
スペーサが、ポリカーボネート、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン及びポリエチレンから選ばれる少なくとも一種の樹脂材料のいずれかを含む、電池パックである。
【００１２】
本発明において、成形型の成形空間内に外装材を充填するにあたって、スペーサにより電池及び保護回路基板を精度良く所定位置に位置決めすることができるので、例えば、平板状の電池の六つの平面全てに、精度良くほぼ設計値どおりに強固な外装材の層を形成でき、加えて、外装材の注入量を増減することで、電池素子をラミネートフィルム又は少なくともポリオレフィンを含む二層構造のフィルムで包装した電池の製造上避けられない寸法のばらつきを六つの平面全面で吸収し得ることから、非常に寸法精度の高い電池パックを安定して供給可能となる。
【００１３】
また、本発明において、外装材で上記電池及び保護回路基板を一体的に被覆するようにしているので、従来必要だった、例えば、平板状の電池の六つの平面の最大面である一対の面を覆うようなハードカバーを設けなくても済むので、機械的強度の向上に加えて、小型軽量化をも実現し得ることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上記した構成としているので、寸法精度及び機械的強度がいずれも高く、そして、小型軽量化をも実現した電池パックを提供することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の電池パックについて詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量及び充填量などについての「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１６】
上述の如く、本発明の電池パックは、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子をラミネートフィルムで包装したポリマー型の非水電解質二次電池と、この電池の保護回路基板を外装材で一体的に被覆して成るものであり、この外装材が、樹脂と金属酸化物フィラーを含む複合材料である構成とすることが可能である。
【００１７】
ここで、上記外装材を構成する樹脂としては、上記金属酸化物フィラーと親和性、相溶性ないしは反応性を有し、且つ、高い寸法精度および強度をもつポリマーを構成樹脂とするものが好ましく、例えば、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を形状維持ポリマー層（ポリマーフィルム）として好適に使用することができる。なお、形状維持ポリマーとしては、金属ラミネートフィルムとの密着性が良好で、寸法安定性や成型性に優れるものが好ましい。
【００１８】
一方、金属酸化物フィラーとしては、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）の酸化物、又はこれら酸化物の任意の混合物を挙げることができる。このような金属酸化物フィラーは、この外装材の硬さを向上する機能を果たし、上記形状維持ポリマー層と接触した状態で配置され、例えば、この金属酸化物フィラーを上記形状維持ポリマー層に混入してもよく、この場合、形状維持ポリマー層の全体に亘って均一に散在していることが好ましい。
【００１９】
上記金属酸化物フィラーの混入量は、形状維持ポリマー層のポリマー種などに応じて適宜変更することができるが、形状維持ポリマー層の質量に対する混入量が３％未満の場合には、この外装材の硬さを十分に高め得ないことがあり、一方、混入量が６０％を超える場合には、製造時の成形性やセラミックの脆性による問題が発生することがあるので、形状維持ポリマー層の質量に対する金属酸化物フィラーの混入量を３〜６０％程度とすることが好ましい。
【００２０】
また、上記金属酸化物フィラーの平均粒径を小さくすると、硬度が上がるものの成形時の充填性に影響して生産性に不具合を来たす可能性があり、一方、金属酸化物フィラーの平均粒径を大きくすると、目的の強度を得にくくなって電池パックとしての寸法精度を十分に得ることができない可能性があることから、金属酸化物フィラーの平均粒径を０．５〜４０μｍとすることが好ましく、２〜２０μｍとすることがより好ましい。
【００２１】
さらに、上記金属酸化物フィラーの形状としては、球状や鱗片状や板状や針状など様々な形状を採用することができる。特に限定されるものではないが、球状のものは、作製し易く平均粒径の揃ったものを安価に得られるので好ましく、針状でアスペクト比の高いものは、フィラーとして強度を高め易いので好ましい。また、鱗片状のものは、フィラーの含有量を増したときに充填性を高め得るので好ましい。なお、用途や材質に応じて、平均粒径の異なるフィラーを混合して用いたり、形状の異なるフィラーを混合して用いたりすることが可能である。
【００２２】
上述のように、本発明の電池パックにおける外装材は、形状維持ポリマー層及び所定の金属酸化物フィラーを有することが望ましいが、これ以外にも各種添加剤を含有することが可能であり、例えば、上記形状維持ポリマー層中に、紫外線吸収剤や、光安定剤や、硬化剤又はこれらの任意の混合物を添加して、金属酸化物フィラーと共存させることができる。
【００２３】
上記外装材は、その厚みが薄く、例えば、形状維持ポリマー層の厚みが１０００μｍ以下である。形状維持ポリマー層の厚みが１０００μｍを超えると、この外装材を用いて製造した電池パックであったとしても、体積エネルギ密度の点でメリットを発揮し難いことがある。さらに好ましくは形状維持ポリマー層の厚みが３００μｍ以下であり、必要な機械的強度及び耐衝撃性を満たせるのであれば薄いほどよい。
【００２４】
このように、上記した外装材は、従来より薄く、そして、高強度な電池パックを実現し得るものであると共に、電池パックの小型化及び軽量化をも実現し得るものである。また、上述のような金属酸化物フィラーとともに紫外線吸収材，光安定剤及び硬化剤のいずれかを用い、且つ、ウレタン樹脂，アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれかの樹脂を用いることにより、金属板よりも薄く、生産性に優れた加工を施すことができるため、得られる電池のエネルギ密度が向上するだけでなく、電池パックの形成が容易であり、寸法精度が高くなって歩留まりが向上し、加えて、多種多様な用途に応じたサイズや形状や強度の設計の自由度が拡がることとなる。
【００２５】
次に、本発明の電池パックについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１〜図７は、本発明の電池パックの一実施形態を示しており、図５に示すように、この電池パックは、電池素子１０を金属ラミネートフィルム１７で被覆して作製される電池２０を備えている。この電池２０において、ラミネートフィルム１７に形成した凹部１７ａ（空所１７ａ）に電池素子１０を収容して、その周辺部を封止するようになっており、この場合、ラミネートフィルム１７の空所１７ａは、矩形板状を成している電池素子１０の形状に対応した矩形板状の空間となっている。
【００２７】
上記電池素子１０は、図６にも示すように、帯状の正極１１と、セパレータ１３ａと、正極１１と対向して配置された帯状の負極１２と、セパレータ１３ｂとを順に積層して、長手方向に巻回して成っており、正極１１及び負極１２の両面にはゲル状電解質１４が塗布してある。
【００２８】
この電池素子１０からは、正極１１と接続する正極端子１５ａ及び負極１２と接続する負極端子１５ｂが導出させてあり（以下、特定の端子を指定しない場合は電極端子１５と称する）、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂには、後に外装するラミネートフィルム１７との接着性を向上させるために、無水マレイン酸変性されたポリプロピレン（ＰＰａ）等の樹脂片であるシーラント１６ａ及び１６ｂ（以下、特定のシーラントを指定しない場合はシーラント１６と適宜称する）が被覆してある。
【００２９】
以下、上述の電池（外装材によるパック前）の構成要素について詳細に説明する。
［正極］
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層を正極集電体の両面状に形成して成るものである。正極集電体は、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔などの金属箔により構成され、一方、正極活物質層は、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る。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤及び溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問われない。
【００３０】
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、金属硫化物又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、主として、次式（１）
ＬｉＸＭＯ２…（１）
（式中のＭは少なくとも一種の遷移金属を示し、Ｘは電池の充放電状態によって異なるが、通常は０．０５〜１．１０である）で表されるリチウムと遷移金属との複合酸化物を用いることができる。なお、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）及びマンガン（Ｍｎ）等を用いることができる。
【００３１】
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及びＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（０＜ｙ＜１）等がある。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り、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．５Ｏ２やＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２等をその例として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。さらに、正極活物質としてＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２及びＶ２Ｏ５等のリチウムを有しない金属硫化物又は酸化物を使用してもよい。これらの正極活物質は、単独で又は複数種を混合して用いてもよい。
【００３２】
また、導電剤としては、例えば、カーボンブラックやグラファイトなどの炭素材料等を用いることができる。さらに、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及びポリビニリデンフルオライド等を用いることができる。また、溶剤としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン等を用いることができる。
【００３３】
上述の正極活物質、結着剤及び導電剤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などにより正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蒸発させ、プレスすることにより正極活物質層を形成する。
【００３４】
正極１１は、正極集電体の一端部にスポット溶接又は超音波溶接で接続した正極端子１５ａを有している。この正極端子１５ａは金属箔や網目状のものが望ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、通電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１５ａの材料としては、例えばアルミニウム等がある。
【００３５】
［負極］
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層を負極集電体の両面上に形成して成るものである。負極集電体は、例えば銅（Ｃｕ）箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。
【００３６】
負極活物質層は、例えば、負極活物質と、必要に応じて導電剤と、結着剤とを含有して構成される。なお、負極活物質、導電剤、結着剤及び溶剤については、正極活物質と同様に、その混合比は不問である。
【００３７】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金又はリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料又は金属系材料と炭素系材料との複合材料を用いることができる。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、難黒鉛化炭素及び易黒鉛化炭素等がある。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、及び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。
【００３８】
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、ケイ素（Ｓｉ）及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しても構わない。
【００３９】
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブタジエンゴム等を用いることができる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドンやメチルエチルケトン等を用いることができる。
【００４０】
上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、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散させ、プレスすることにより負極活物質層を形成する。
【００４１】
負極１２も正極１１と同様に、集電体の一端部にスポット溶接又は超音波溶接で接続した負極端子１５ｂを有しており、この負極端子１５ｂは電気化学的及び化学的に安定であり、通電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１５ｂの材料としては、例えば銅、ニッケル等がある。
【００４２】
なお、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂは、上述したように、電池素子１０が矩形板状を成す場合には、その一辺（通常は短辺の１つ）から同じ方向に導出させ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、いずれの方向から導出させても問題はない。また、正極端子１５ａ及び１５ｂの接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば、取り付ける場所や取り付ける方法は上記の例に限定されない。
【００４３】
［電解液］
電解液としては、リチウムイオン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。
【００４４】
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及びエチルプロピルカーボネート、又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ある。これらの溶媒は一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用いてもよい。
【００４５】
また、電解質塩の一例であるリチウム塩としては、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及びＬｉＳｉＦ６等を挙げることができるが、酸化安定性の点からは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は、上記非水溶媒に溶解することができる濃度であれば問題はないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ〜２．０ｍｏｌ／ｋｇの範囲であることが好ましい。
【００４６】
ゲル状電解質を用いる場合は、上述の電解液をマトリクスポリマでゲル化して用いる。マトリクスポリマは、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としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、及び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、一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を混合して用いてもよい。
【００４７】
その中でも特に好ましいのは、マトリクスポリマとして、ポリフッ化ビニリデン又はポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが７．５％以下の割合で導入された共重合体である。かかるポリマーは、通常、数平均分子量が５．０×１０５〜７．０×１０５（５０万〜７０万）の範囲であるか、又は、重量平均分子量が２．１×１０５〜３．１×１０５（２１万〜３１万）の範囲にあり、固有粘度が１．７〜２．１ｄｌ／ｇの範囲にある。
【００４８】
［セパレータ］
セパレータは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）若しくはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料から成る多孔質膜、又は、セラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜により構成され、これらの二種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。中でも、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００４９】
一般的に、セパレータの厚みとしては５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍ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。
【００５０】
［電池の作製］
上述のようにして作製したゲル状電解質溶液を正極１１及び負極１２に均一に塗布し、正極活物質層及び負極活物質層に含浸させた後、常温で保存するか、若しくは乾燥工程を経てゲル状電解質層１４を形成する。
【００５１】
次いで、ゲル状電解質層１４を形成した正極１１及び負極１２を用い、正極１１、セパレータ１３ａ、負極１２，セパレータ１３ｂの順に積層した後巻回して電池素子１０を形成し、続いて、この電池素子１０をラミネートフィルム１７の凹部（空所）１７ａに収容して外装し、ゲル状非水電解質二次電池を得る。
【００５２】
なお、ラミネートフィルム１７としては、従来公知の金属ラミネートフィルム、例えば、アルミラミネートフィルムを用いることができる。かかるアルミラミネートフィルムとしては、絞り加工に適し、電池素子１０を収容する凹部１７ａを形成するのに適したものがよい。
【００５３】
通常、アルミラミネートフィルムは、アルミニウム層の両面に接着層と表面保護層が配設された積層構造を有するもので、内側、即ち電池素子１０の表面側から順に、接着層としてのポリプロピレン層（ＰＰ層）、金属層としてのアルミニウム層及び表面保護層としてのナイロン層又はポリエチレンテレフタレート層（ＰＥＴ層）が配設される。
【００５４】
そして、本実施形態では、図５及び図６に示すように、上述のようなラミネートフィルム１７で電池素子１０を外装し、電池素子１０の周囲を溶着・封止して電池２０とする。また、上述のように、ラミネートフィルム１７への電池素子１０の収容及び封止を行った後、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、電池素子１０を収容した凹部１７ａの両側の部分（以下、サイド封止部と適宜称する）１７ｂを凹部１７ａの方向に向けて折り曲げる。
【００５５】
上記の折り曲げ角度θは、８０゜〜１００゜の角度範囲とすることが好ましい。８０゜未満では、凹部１７ａの両側に設けられたサイド封止部１７ｂが開きすぎて電池２０の幅が広くなってしまい、電池２０の小型化及び電池容量の向上が困難となる。また、上限値の１００゜は凹部１７ａの形状によって規定される値であり、扁平型の電池素子１０を収容する場合、折り曲げ角度の限界値は１００゜程度となる。なお、サイド封止部１７ｂにおける熱溶着の幅は、好ましくは０．５〜２．５ｍｍ、より好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。
【００５６】
サイド封止部１７ｂの折り返し幅Ｄは、電池２０の小型化及び電池容量の向上のためには、凹部１７ａの高さｈ又は電池素子１０の厚み以下の寸法にすることが好ましい。また、非水電解質二次電池２０の小型化及び電池容量の向上のためには、折り返しの回数は一回にすることが好ましい。
【００５７】
次に、本発明の電池パックの製造方法の一実施形態について説明する。
【００５８】
この実施例における電池パックの製造方法では、上述のように作製した非水電解質二次電池２０を当該電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板及びスペーサとともに、成形用金型のキャビティ（成形空間）に収容し、上記スペーサによって上記電池及び保護回路基板をキャビティ内の所定位置にセットした後、上記形状維持ポリマーとフィラーを含有する外装材を上記キャビティに充填して硬化させ、これにより、外装材を装着した電池パックを得る。
【００５９】
上記スペーサは、上述したように矩形板状を成している電池の六つの平面のうちの少なくとも最大面である一対の面に設けられて、リチウムイオン二次電池及び保護回路基板を成形空間内に精度良く中央に保持し得るようにしたうえで、外装材が成形型の成形空間内の隅々にまで流れ込むように、最大面をカバーしつつ且つ外装材の充填空間を維持するべく配置されて、最終的に外装材と一体化して電池パック内に残るようにしてあって、均等な形状維持ポリマー層の形成に大いに寄与し得るものである。
【００６０】
また、上記したスペーサは、外装材と一体化して熱硬化する場合に熱変形しないことが好ましく、紫外線硬化させる場合には透明であることが好ましい。なお、熱硬化する場合に変形せずに、厚さ寸法の精度が良好に保たれれば、金属やガラスや樹脂など如何なる材料でも構わない。特に限定されるものではないが、寸法精度のよいアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネートやアクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属を材料として用いたり、樹脂材料にアルミニウム等の金属材料をインサート成型したものを用いたりすることができる。
【００６１】
さらに、上記したスペーサ３５の形状は特に限定されるものではないが、図４に示す円柱状のスペーサ３５とすることができるほか、図８に示す円錐台形状のスペーサ３５や、図９に示す角柱形状のスペーサ３５や、図１０に示す直方体形状のスペーサ３５や、図１１に示す角錐台形状のスペーサ３５や、図１２に示す網状形状のスペーサ３５や、図１３に示す十字形状のスペーサ３５とすることができる。
【００６２】
なお、使用する成形用金型は、上記実施形態では、アルミラミネートフィルム１７でパックした電池２０と、保護回路基板と、上記したスペーサと、必要に応じて使用する緩衝材（後述する）とをそのキャビティに配置できる限り、特に限定されるものではないが、通常は、そのキャビティに溶融成型材料を導くゲートを２本以上具備している。したがって、得られた電池パックには、ゲートに対応した成型材料の余剰分が、外装材のいずれかの部分に硬化して残存することになり、本発明では、かかる余剰の成型材料をトリミングして削除するが、若干の樹脂注入痕が残る。
【００６３】
上記保護回路は、通常、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂの上方に配置する（図５参照）。また、上述の緩衝材は、電池２０のように矩形板状を成す（形成される電池外装材が矩形板状を成す）場合、端子１５ａ及び１５ｂの導出方向の辺部若しくはこれと対向する辺部、又は双方の辺部に配置する。具体的には、図５において、矩形板状をなす電池２０のいずれか一方の短辺側又は双方の短辺側に配置する。そして、このように配置した保護回路基板及び緩衝材は、上記外装材によって電池２０と一体を成す。
【００６４】
なお、上記緩衝材は、電池及び回路基板を保護すると共に、得られる電池パックの耐衝撃性を向上させる機能を有することから、この緩衝材に使用する材料としては、耐衝撃性を有し寸法精度の良好なポリカーボネートやアクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂や、アルミやステンレス等の金属を用いたり、樹脂材料にアルミ等の金属材料をインサート成型したものを用いることが好ましい。
【００６５】
本発明では、従来と異なり寸法ばらつきは全て形状維持ポリマー層にて吸収できるため、更に種々のゴム状のプラスチックを用いることも可能である。具体的には、天然ゴム、加硫した合成ゴム、例えばポリブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル系、スチレン−ブタジエン系、クロロプレン系などやエボナイト、ウレタンゴム、シリコンゴムを用いることができる。
【００６６】
次に、本実施形態の電池パックを製造する要領を説明すると、図２に示すように、まず、剛性及び樹脂食付き性を高めるべく電池２０の側面に沿うサイド封止部１７ｂを図中の破線に沿って折り曲げて図３（Ａ）に示す状態と成す。
【００６７】
次いで、電池２０のトップ側に保護回路基板３２及び緩衝材３４を配置すると共にボトム側に緩衝材３３を配置し、且つ、電池２０の六つの平面のうちの最大面である一対の面１７ｃに円柱形状を成すスペーサ３５を配置した状態で、図３（Ｂ），（Ｃ）に仮想線で示すように、成形用金型ＣのキャビティＣａ内に設置した後、上記の形状維持ポリマーとフィラーを含む外装材１８を成形用金型ＣのキャビティＣａ内に注入する。
【００６８】
このとき、スペーサ３５が成形用金型Ｃに当接しているので、電池２０及び保護回路基板３２は、キャビティＣａ内において精度良く所定位置に保持されることとなり、加えて、電池２０の最大面１７ｃをカバーしつつ且つ外装材１８の充填空間を維持するべくスペーサ３５を配置しているので、外装材１８がキャビティＣａ内の隅々にまで流れ込むこととなる。
【００６９】
そして、上記形状維持ポリマーとフィラーを含む外装材１８をキャビティＣａ内において硬化させると、図１に示すように、アルミラミネートフィルム１７が外装材１８で被覆された本実施形態の電池パックを３０を得ることとなり、この際、スペーサ３５は、硬化した外装材１８と一体化して電池パック３０に残ることとなる。
【００７０】
このように、本発明によれば、上述したような寸法精度及び機械的強度がいずれも高く、そして、小型化及び軽量化が図られた電池パックを得ることができる。なお、この電池パック３０は、通常、対象機器と接続する接続端子を備えているが、上記ではその説明を省略した。
【００７１】
また、上述の実施形態では、ゲル状電解質を用いた非水電解質二次電池２０を用いて説明したが、本発明は、電解液を用いたラミネートフィルム外装電池パックにも適用することができる。この場合、上述の実施形態において、ゲル状電解質を正極及び負極表面に塗布する工程を省き、ラミネートフィルム溶着工程の途中で電解液を注液する工程を設ける。より具体的には、矩形板状をなす電池素子１０の周囲の３辺を溶着して封止した後、残りの一辺の開口部から電解液を注液し、その後にこの一辺を溶着して封止すればよい。これにより、封止部の全体形状は矩形枠状になる。
【００７２】
さらに、上述の実施形態では、電池要素１０が、正極１１と負極１２をセパレータ１３ａ，１３ｂを介して巻回して成る場合を示したが、図１４に示すように、正極１１と負極１２をセパレータ１３を介して交互に積層して成る電池要素１０を有する電池パックにも本発明を適用することができるのは言うまでもない。
【００７３】
上述した実施形態では、非水電解質二次電池２０を当該電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板及びスペーサとともに、成形用金型のキャビティ（成形空間）に収容し、上記スペーサによって上記電池及び保護回路基板をキャビティ内の所定位置にセットした後、上記形状維持ポリマーとフィラーを含有する外装材を上記キャビティに充填して硬化させ、これにより、外装材を装着した電池パックを得るようにしているが、他の実施形態として、成形用金型に形成又は貼付した突起を位置決め部材とし、電池及び保護回路基板の周囲空間の全体に外装材を行き渡らせるべく上記突起を配置し、これらの突起によって上記電池及び保護回路基板をキャビティ内の所定位置にセットした後、上記形状維持ポリマーとフィラーを含有する外装材を上記キャビティに充填して硬化させるようにしてもよい。
【００７４】
電池パックの製造方法の参考例として、図１５（Ｂ）に示すように、位置決め部材としての突起を有する成形用金型ＣのキャビティＣａ内に、電池２０のトップ側に保護回路基板３２及び緩衝材３４を配置すると共にボトム側に緩衝材３３を配置し、且つ、電池２０の六つの平面のうちの最大面である一対の面１７ｃに突起３５Ａが接触するようにして設置した後、上記の形状維持ポリマーとフィラーを含む外装材１８を成形用金型ＣのキャビティＣａ内に注入するようにしても良い。
【００７５】
このとき、突起３５Ａが成形用金型Ｃに当接しているので、電池２０及び保護回路基板３２は、キャビティＣａ内において精度良く所定位置に保持されることとなり、加えて、電池２０の最大面１７ｃをカバーしつつ且つ外装材１８の充填空間を維持するべく突起３５Ａを配置しているので、外装材１８がキャビティＣａ内の隅々にまで流れ込むこととなる。
【００７６】
そして、上記形状維持ポリマーとフィラーを含む外装材１８をキャビティＣａ内において硬化させると、図１５（Ａ）に示すように、アルミラミネートフィルム１７が外装材１８で被覆された本実施形態の電池パックを３０を得ることとなり、この際、突起３５Ａによる位置決め痕３５Ｂは、硬化した外装材１８に凹部として残ることとなる。この際、図１６に示すように、外装材１８に残る位置決め痕３５Ｂは、文字等の情報表示部や模様として機能させ得るので、プロフェッショナルデザインが損なわれることがない。
【００７７】
上記した突起３５Ａの形状は特に限定されるものではないが、円柱状の突起（図４参照）とすることができるほか、円錐台形状の突起（図８参照）や、角柱形状の突起（図９参照）や、直方体形状の突起（図１０参照）や、角錐台形状の突起（図１１参照）や、網状形状の突起（図１２参照）や、十字形状の突起（図１３参照）とすることができる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例、参考例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００７９】
（実施例１〜９）
まず、アルミ蒸着ＰＥＴフィルムの内面側に接着剤を塗布したラミネートフィルム１７を有する電池２０を用意し、この電池２０をその電圧及び電流を制御可能な保護回路基板３２に接続した状態で、緩衝材３３，３４及びスペーサ３５とともに成形型ＣのキャビティＣａに挿入して、上記スペーサ３５によって電池２０をキャビティＣａ内の所定位置に固定した後、成形型Ｃの上部の三箇所に位置する孔径０．５ｍｍの樹脂注入孔から金属酸化物フィラーを含む樹脂を注入してキャビティＣａに充填し、成形型Ｃの下部の三箇所に位置する樹脂排出孔から余分の樹脂が出た時点で、常温放置、恒温槽内において表１に示した温度で静置、又は、透明な成形型を用いて波長が３６５ｎｍの紫外光を照射して樹脂を硬化させて外装材１８の層を形成し、金属酸化物フィラーを含む樹脂の硬化後における樹脂注入孔及び排出孔に残った余分な枝状の樹脂を切断して、各例の電池パック３０とした。
【００８０】
つまり、各種形状のスペーサ３５を電池２０の六つの平面のうちの少なくとも最大面である一対の面１７ｃに配置することによって、電池２０をキャビティＣａ内の中央に精度良く位置させ、この状態で各種金属酸化物フィラーを含む樹脂を電池２０の六つの平面に配置することで、工程上の時間のロスのない各例の電池パック３０を得た。
【００８１】
（参考例１〜１５）
アルミ蒸着ＰＥＴフィルムの内面側に接着剤を塗布したラミネートフィルム１７を有する電池２０を用意し、この電池２０をその電圧及び電流を制御可能な保護回路基板３２に接続した状態で、緩衝材３３，３４とともに突起３５Ａを有する成形型ＣのキャビティＣａに挿入して、上記突起３５Ａによって電池２０をキャビティＣａ内の所定位置に固定した後、成形型Ｃの上部の三箇所に位置する孔径０．５ｍｍの樹脂注入孔から金属酸化物フィラーを含む樹脂を注入してキャビティＣａに充填し、成形型Ｃの下部の三箇所に位置する樹脂排出孔から余分の樹脂が出た時点で、常温放置、恒温槽内において表２に示した温度で静置、又は、透明な成形型を用いて波長が３６５ｎｍの紫外光を照射して樹脂を硬化させて外装材１８の層を形成し、金属酸化物フィラーを含む樹脂の硬化後における樹脂注入孔及び排出孔に残った余分な枝状の樹脂を切断して、各例の電池パック３０としてもよい。
【００８２】
つまり、各種形状の突起３５Ａを電池２０の六つの平面のうちの少なくとも最大面である一対の面１７ｃに当接させることによって、電池２０をキャビティＣａ内の中央に精度良く位置させ、この状態で各種金属酸化物フィラーを含む樹脂を電池２０の六つの平面に配置することで、工程上の時間のロスのない各例の電池パック３０を得た。
【００８３】
（比較例１）
比較例１として、スペーサ３５を添えずに突起３５Ａのない成形用金型Ｃに入れて成形した電池パックを作製し、すなわち、成形用金型ＣのキャビティＣａ内において全く位置決めをしないで成形した電池パックを作製した。実施例１〜９及び参考例１の電池パック３０の各仕様を表１に示すと共に、参考例２〜１５の電池パック３０の各仕様及び比較例１の電池パック３０の仕様を表２に示す。
【００８４】
（性能評価）
まず、２３℃の温度下において、上限４．２Ｖとして１５時間行う１Ｃの定電流定電圧充電及び終止電圧２．５Ｖまでの１Ｃの定電流放電を繰り返して行い、定格エネルギ密度は、１サイクル目の放電容量から求め、求めた定格エネルギ密度を表１に併記した。
定格エネルギ密度［Ｗｈ／ｌ］＝（平均放電電圧［Ｖ］×定格容量［Ａｈ］）／電池体積［ｌ］
なお、１Ｃは、電池の理論容量を一時間で放出可能な電流値を示す。
【００８５】
また、各例における電池パック３０のパック強度のばらつきを観察するために、各例毎に電池パック３０をそれぞれ十個ずつ作製し、全ての電池パック３０を２ｍの高さからコンクリートの床にそれぞれ自由落下させた。この際、一個の電池パック３０の六つの平面が全て床に当たるように、上記落下試験を一個の電池パック３０に対して十回ずつ行い、全く外装にダメージがないものを良品と判定し、一方、割れたり部品が外れたりするなどの外観に異常が生じたものを不良品と判定し、得られた判定結果を表１，表２に併記した。
【００８６】
さらに、熱硬化樹脂の場合は、ケイ素やアルミニウム等の金属酸化物を含む外装材１８であるウレタン樹脂，アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれかの樹脂を成形型Ｃに充填して、所定の硬化温度に保って成形硬化させるのに要した時間を硬化時間とした。一方、紫外線硬化樹脂の場合は、ケイ素やアルミニウム等の金属酸化物を含む外装材１８であるウレタン樹脂，アクリル樹脂及びエポキシ樹脂のうちのいずれかの樹脂を透明な成形型に充填し、紫外線照射装置によって波長が３６５ｎｍの紫外光を照射強度２００ｍＷ／ｃｍ２で照射して成形硬化させるのに要した時間を硬化時間とし、得られた硬化時間を表１に併記した。
【００８７】
【表１】
0005504554.tif 000002
【００８８】
【表２】
0005504554.tif 000003
【００８９】
アルミ蒸着ＰＥＴフィルムの内面側に接着剤を塗布したラミネートフィルム１７を有する電池２０と保護回路基板３２とを接続した状態で、緩衝材３３，３４及びスペーサ３５とともに成形型ＣのキャビティＣａに挿入し、上記スペーサ３５によって電池２０のキャビティＣａ内における位置決めを行いつつ金属酸化物フィラーを含む樹脂をキャビティＣａに充填して硬化させた実施例１〜９の各電池パック３０は、いずれも本発明の範囲に属しており、表１に示す落下試験の判定結果から、比較例１の電池パック３０と比べて、実施例１〜９の各電池パック３０が、作製工程の時間を増加させることなく安定した品質で優れた強度特性を有していることが分かる。
【００９０】
また、突起３５Ａを有する成形型ＣのキャビティＣａに、電池２０と保護回路基板３２とを接続した状態で、緩衝材３３，３４とともに挿入し、上記突起３５Ａによって電池２０のキャビティＣａ内における位置決めを行いつつ金属酸化物フィラーを含む樹脂をキャビティＣａに充填して硬化させた参考例２〜１５の各電池パック３０も、いずれも本発明の範囲に属しており、表２に示す落下試験の判定結果から、比較例１の電池パック３０と比べて、参考例２〜１５の各電池パック３０が、作製工程の時間を増加させることなく安定した品質で優れた強度特性を有していることが分かる。
【００９１】
以上、本発明を若干の好適実施形態、実施例及び参考例により説明したが、本発明はかかる実施形態や実施例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内種々の変形が可能である。例えば、本発明の電池パックは、図１などに示した電池や電池素子のみならず、各種のゲル状ないしはポリマー型の非水電解質二次電池に適用可能であるほか、巻回型電池素子のみならず、積層型電池素子にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の電池パックの一実施形態を示す平面説明図（Ａ），縦断面説明図（Ｂ）及び横断面説明図（Ｃ）である。
【図２】図１における電池パックの電池のサイド封止部を折り曲げる前の状態を示す電池の平面説明図である。
【図３】図２における電池を外装材で被覆して電池パックを作製する要領を示す電池の平面説明図（Ａ），縦断面説明図（Ｂ）及び横断面説明図（Ｃ）である。
【図４】図１における電池パックの外装材に一体化されるスペーサの斜視説明図である。
【図５】図１における電池パックの外装材で被覆する前の電池を示す分解斜視説明図である。
【図６】ラミネートフィルムに外装・収容される電池素子を示す斜視説明図である。
【図７】図５に示す電池のサイド封止部を折り曲げる要領を示す端面説明図（Ａ），（Ｂ）である。
【図８】本発明の電池パックの外装材に一体化されるスペーサの他の構成例を示す電池に対する配置状況説明図（Ａ）及び斜視説明図（Ｂ）である。
【図９】本発明の電池パックの外装材に一体化されるスペーサのさらに他の構成例を示す電池に対する配置状況説明図（Ａ）及び斜視説明図（Ｂ）である。
【図１０】本発明の電池パックの外装材に一体化されるスペーサのさらに他の構成例を示す電池に対する配置状況説明図（Ａ）及び斜視説明図（Ｂ）である。
【図１１】本発明の電池パックの外装材に一体化されるスペーサのさらに他の構成例を示す斜視説明図である。
【図１２】本発明の電池パックの外装材に一体化されるスペーサのさらに他の構成例を示す斜視説明図である。
【図１３】本発明の電池パックの外装材に一体化されるスペーサのさらに他の構成例を示す斜視説明図である。
【図１４】本発明の電池パックに用いられる電池素子の他の構成例を示す積層型電池素子の斜視説明図である。
【図１５】本発明の電池パックの参考例を示す平面説明図（Ａ）及び縦断面説明図（Ｂ）である。
【図１６】図１５の電池パックの他の構成例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０…電池素子、１１…正極、１２…負極、１３ａ，１３ｂ…セパレータ、１４…ゲル状電解質、１５ａ…正極端子、１５ｂ…負極端子、１７…ラミネートフィルム、１８…電池外装材、２０…電池、３０…電池パック、３２…保護回路基板、３５…スペーサ、３５Ａ…突起、３５Ｂ…位置決め痕、Ｃ…成形用金型
【図１】
0005504554.tif 000004
【図２】
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【図３】
0005504554.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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