(57)【要約】【課題】部品点数を削減しつつ組立て易く、外装ケースでラミネート電池の外側から電池膨張を抑制できるラミネート電池のバッテリパック及びその製造方法を提供する。【解決手段】積層された２枚のラミネートフィルムの外周縁部を相互接合することによって形成された外装フィルム袋の内部に発電要素および電解液を収容し、発電要素に集電されたリード板を外装フィルム袋の外に引出してなる外形を略直方体とするラミネート電池と、ラミネート電池を内部に収容する略長方形断面をした筒状薄肉ケースとを備え、筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が、ラミネート電池側に凸な形状で湾曲することにより、ラミネート電池の中央部を筒状薄肉ケースのみで押し付け、抑制するので、ラミネート電池の外側からしっかりと電池膨張抑制できるとなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された２枚のラミネートフィルムの外周縁部を相互接合することによって形成された外装フィルム袋の内部に発電要素および電解液を収容し、前記発電要素に集電されたリード板を前記外装フィルム袋の外に引出してなる外形を略直方体とするラミネート電池と、
前記ラミネート電池を内部に収容する略長方形断面をした筒状薄肉ケースとを備え、
前記筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が、前記ラミネート電池側に凸な形状で湾曲している事を特徴とするバッテリパック。
【請求項２】
前記筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁は、中央部がコーナー部に比べて０．０５〜１．５ｍｍ前記ラミネート電池側に凸な形状である請求項１記載のバッテリパック。
【請求項３】
前記筒状薄肉ケースの短辺側の周囲壁は、前記ラミネート電池側に凹な形状で湾曲している事を特徴とする請求項１または２記載のバッテリパック。
【請求項４】
前記筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の厚みｔ１と短辺側周囲壁の厚みｔ２の板厚比ｔ１／ｔ２は、１．０〜３．０である請求項３記載のバッテリパック。
【請求項５】
前記筒状薄肉ケースの対面する２つの長辺側周囲壁の離間距離は、前記ラミネート電池の厚みよりも小さい事を特徴とする請求項１または２記載のバッテリパック。
【請求項６】
前記筒状薄肉ケースは、前記ラミネート電池に接触する第１層と、前記第１層を覆う第２層が貼り合わされた層状構造であり、前記第１層は前記第２層に比べて熱膨張係数が大きい事を特徴とする請求項１または２記載のバッテリパック。
【請求項７】
前記筒状薄肉ケースは、バネ鋼製である請求項１から６のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【請求項８】
前記筒状薄肉ケースの内表面は、すべり性のよいめっき層または塗膜層が成形されている請求項１から７のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【請求項９】
前記筒状薄肉ケースの内表面は、ディンプル成形が施されている請求項１から８のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【請求項１０】
前記筒状薄肉ケースの周囲壁同士で、前記リード板のラミネートフィルムのシール部位を通過する部分を挟みつけ、直接押圧する事を特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【請求項１１】
前記筒状薄肉ケースの周囲壁同士で、前記リード板のラミネートフィルムのシール部位を通過する部分および挿入部品を挟みつけ、押圧する事を特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【請求項１２】
積層された２枚のラミネートフィルムの外周縁部を相互接合することによって形成された外装フィルム袋の内部に発電要素および電解液を収容し、前記発電要素に集電されたリード板を前記外装フィルム袋の外に引出してなる外形を略直方体とするラミネート電池を、略長方形断面をした筒状薄肉ケースの中に収容するバッテリパックの製造方法であって、
前記筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が、前記ラミネート電池側に凸な形状で湾曲しており、
前記筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部の離間距離を広げながら、前記ラミネート電池を前記筒状薄肉ケースの中に収納し、収納後に前記筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部の離間距離を広げることをやめることを特徴とするバッテリパックの製造方法。
【請求項１３】
前記筒状薄肉ケースの短辺側周囲壁に外側から押力をかけながら、前記ラミネート電池を前記筒状薄肉ケースの中に収納し、収納後に前記押力をかけることをやめることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリパックの製造方法。
【請求項１４】
前記筒状薄肉ケースを暖めた状態で、前記ラミネート電池を前記筒状薄肉ケースの中に収納し、収納後に前記筒状薄肉ケースを冷却する事を特徴とする請求項１２に記載のバッテリパックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート電池を内蔵するバッテリパックとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラミネート電池は発電要素である電極群の両側にラミネートフィルムシートを積層し、その周縁部を相互接合して密封することで製作される。この構造だと、深絞り加工した金属缶に電極群を収容して製作される電池に比べ、薄く且つ大きくできるという特徴がある。しかしながらラミネートフィルムは金属缶に比べると強度が弱いので、使用条件によって電池内圧が高まってくると、電池が膨れてしまうという課題がある。また先鋭物で引っ掻くなどで表面が損傷しやすいという課題もある。
【０００３】
これらの課題を解決するために、ラミネート電池を外装ケースに入れているバッテリパックが開発されている（特許文献１及び２参照）。この特許文献１及び２に記載されるバッテリパックの外装ケースは、図１０に示すように、ラミネート電池１の外周縁に沿って配設している四角形の枠体４と、ラミネート電池１と枠体４とを上下方向に挟みこむ第一金属板５と、第二金属板６とから構成されており、枠体４の外周面に設けた係止溝１１を用いて、第一金属板５及び第二金属板６が枠体４と連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１４１４３号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のバッテリパックは以下の二つの課題を有していた。まず１つ目は、二枚の金属板と樹脂製の枠体を組合せて一つのケースとなるため、部品点数が増え、また組立工数もかかる。２つ目は、第一金属板５及び第二金属板６は枠体４に配設された樹脂製の係止溝１１で連結されているため、ラミネート電池１が膨張することで発生する力が樹脂製の枠体４の係止溝１１を広げるように伸びてしまい、ラミネート電池１の膨張を抑制することができず、電池が膨らんで厚みが大きくなる恐れがある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、部品点数を削減しつつ組立て易く、外装ケースでラミネート電池の外側から電池膨張を抑制できるラミネート電池のバッテリパック及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のバッテリパックは、積層された２枚のラミネートフィルムの外周縁部を相互接合することによって形成された外装フィルム袋の内部に発電要素および電解液を収容し、発電要素に集電されたリード板を外装フィルム袋の外に引出してなる外形を略直方体とするラミネート電池と、ラミネート電池を内部に収容する略長方形断面をした筒状薄肉ケースとを備え、筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が、ラミネート電池側に凸な形状で湾曲している事を特徴とする。
【０００８】
本構成によって、ラミネート電池の中央部を筒状薄肉ケースのみで押し付け、抑制することができる。
【０００９】
また、本発明のバッテリパックの製造方法は、積層された２枚のラミネートフィルムの外周縁部を相互接合することによって形成された外装フィルム袋の内部に発電要素および電解液を収容し、発電要素に集電されたリード板を外装フィルム袋の外に引出してなる外形を略直方体とするラミネート電池を、略長方形断面をした筒状薄肉ケースの中に収容するバッテリパックの製造方法であって、筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が、ラミネート電池側に凸な形状で湾曲しており、筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部の離間距離を広げながら、ラミネート電池を筒状薄肉ケースの中に収納し、収納後に筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部の離間距離を広げることをやめることを特徴とする。
【００１０】
本構成によって、ラミネート電池を筒状薄肉ケースに容易に挿入することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、部品点数を削減しつつ組立て易く、ラミネート電池の外側からしっかりと電池膨張抑制できる外装ケースを提供し、その結果、安価で作り易いラミネート電池のバッテリパック及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ラミネート電池の概略構成を示す斜視図
【図２】筒状薄肉ケースの概略構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施形態に係るバッテリパックの概略構成を示す斜視図
【図４】（ａ）は図３のバッテリパックの筒状薄肉ケース形状を示す断面図で、（ｂ）は筒状薄肉ケースに短辺側周囲壁に外側から押力をかける概要図で、（ｃ）は筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が押力で広がる概要図
【図５】本発明の実施形態に係る筒状薄肉ケースの一変形例を示す断面図
【図６】（ａ）は本発明の異なる実施形態に係る筒状薄肉ケース形状を示す断面図の全体図で、（ｂ）はＡ部拡大断面図で、（ｃ）は筒状薄肉ケースに熱をかけた時の熱膨張を表すＡ部拡大断面図で、（ｄ）は筒状薄肉ケースに熱をかけた時の形状変化を示すＡ部拡大断面図
【図７】（ａ）本発明の異なる実施形態に係るバッテリパックの概略構成を示す斜視図で、（ｂ）は挿入部品の第１の形状例の図、（ｃ）は挿入部品の第２の形状例の図
【図８】図７のバッテリパックのシール部近傍の断面図
【図９】図７のバッテリパックの概略構成の一変形例を示す局所斜視図と断面図
【図１０】従来のバッテリパックの概略構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００１４】
まずラミネート電池１の製造方法について説明する。図１はラミネート電池１の概略構成を示す斜視図である。略長方形のラミネートフィルム１３を２枚積層し、各々の外周縁部を熱圧着工法などで相互に溶着することによって形成された外装フィルム袋１６の内部に、電極群１４および電解液を収容し、電極群１４の各発電要素に集電されたリード板１５を外装フィルム袋１６の外に引き出し、リード板１５を挟みつつ、リード板１５との交差領域１６ｂを含む外装フィルム袋開口部１６ａを溶着して密封完成する。
【００１５】
次に、本発明の実施形態に係る筒状薄肉ケース１２について説明する。図２は筒状薄肉ケース１２の概略構成を示す斜視図である。筒状薄肉ケース１２は予め筒状に形成された薄板をプレスなどで所望の形状に加工したり、薄板を所望の形状に折曲げた後に溶接などで筒状に加工したり、押出し成形したりして略長方形断面をした形状で形成されている。
【００１６】
筒状薄肉ケース１２の対面する２つの長辺側周囲壁１２ａの最大離間距離は、ラミネート電池１の厚みよりも０．１〜０．３ｍｍ大きく、筒状薄肉ケース１２の対面する２つの短辺側周囲壁１２ｂの最大離間距離は、ラミネート電池１の幅より０．２〜０．５ｍｍ大きく設計されている。そして、長辺側周囲壁１２ａは、中央部がラミネート電池１側に凸形状で湾曲しており、筒状薄肉ケース１２の対面する２つの長辺側周囲壁１２ａの中央の離間距離は、ラミネート電池１の厚みよりも０．０５〜０．３ｍｍ小さく設計されている。
【００１７】
筒状薄肉ケース１２は、中央部が最大離間距離であるコーナー部に比べて０．０５〜１．５ｍｍラミネート電池１の側に凸な形状である。
【００１８】
本発明の実施形態に係るバッテリパック２の構成について図３を参照して説明する。ラミネート電池１から引き出されたリード板１５とトップキャップ１８の内側に予め接合した回路基板１７を抵抗溶接やハンダ溶接などで接合し、回路基板接合済みラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２開口部より滑らせながら所定位置まで挿入する。
【００１９】
最後に筒状薄肉ケース１２の上下にある開口部を塞ぐようにトップキャップ１８及びボトムキャップ１９を装着し、絶縁フィルム（図示せず）を巻いてバッテリパック２を完成させる。
【００２０】
次に、バッテリパック２の断面、つまり、ラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２の内部に収容している断面について説明する。図４（ａ）は図３のバッテリパックの筒状薄肉ケース形状を示す断面図で、図４（ｂ）は筒状薄肉ケースに短辺側周囲壁に外側から押力をかける概要図で、図４（ｃ）は筒状薄肉ケースの長辺側周囲壁の中央部が押力で広がる概要図である。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、筒状薄肉ケース１２の長辺側周囲壁１２ａの中央部が、挿入されるラミネート電池側に凸な形状に湾曲して形成されている。このため、挿入されるラミネート電池１を外側から押し付けるバネ力を発生させることができ、ラミネート電池１の最も膨張する中央部を効率的に押し付ける事が可能となる。
【００２２】
また、図４（ｂ）のように筒状薄肉ケース１２の短辺側周囲壁１２ｂに外側から押力２４をかける。すると、図４（ｃ）のように短辺側周囲壁１２ｂが筒状薄肉ケース１２の内部に押されると同時に、長辺側周囲壁１２ａの中央部同士の離間距離２１が広がる。長辺側周囲壁１２ａの中央部同士の離間距離２１が広がっている間に、ラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２に収納する。この製造方法にすることで、ラミネート電池１の表面にあるラミネートフィルム１３を傷つけることなく、ラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２に収容することが可能となる。
【００２３】
この製造方法において、筒状薄肉ケース１２の短辺側周囲壁１２ｂは、挿入されるラミネート電池１の側に凹な形状に湾曲している事が望ましい。逆に言うと、筒状薄肉ケース１２の短辺側周囲壁１２ｂは、筒状薄肉ケース１２の外側に向け凸な形状に湾曲していることが望ましい。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、短辺側周囲壁１２ｂはラミネート電池１の側に凹な形状に湾曲しており、短辺側周囲壁１２ｂの湾曲した中央部に押力２４をかける。すると、図４（ｃ）のように短辺側周囲壁１２ｂに押力２４をかけることで、短辺側周囲壁１２ｂの鉛直方向長さ２２は伸び、繋がっている長辺側周囲壁１２ａは互いに離れるように移動する。その結果、長辺側周囲壁１２ａの中央部同士の離間距離２１は大きくなり、ラミネート電池１の表面のラミネートフィルム１３を傷つけることなく、ラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２に収容することが可能となる。
【００２５】
もし、短辺側周囲壁１２ｂがラミネート電池側に凸な形状に湾曲していたり、真っ直ぐな形状であったりすると、短辺側周囲壁１２ｂの鉛直方向長さ２２を伸ばすためには、短辺側周囲壁１２ｂを外側に引っ張る必要があり、特殊な冶具や設備を必要とする。そのため、筒状薄肉ケース１２の短辺側周囲壁１２ｂは、挿入されるラミネート電池１の側に凹な形状に湾曲している事が望ましい。
【００２６】
また、筒状薄肉ケース１２の長辺側周囲壁１２ａの厚みｔ１と短辺側周囲壁１２ｂの厚みｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２は、１．０〜３．０にすることが望ましい。図５を参照しながら説明する。長辺側周囲壁１２ａと短辺側周囲壁１２ｂはコーナー部で繋がっているので、短辺側周囲壁１２ｂに押力２４をかけると、長辺側周囲壁１２ａの面と平行な方向にも分力２５が加わる。この力は長辺側周囲壁１２ａを座屈変形させるよう働く力であり、座屈変形によって長辺側周囲壁１２ａが更にラミネート電池１の方向に凸な形状に湾曲して、長辺側周囲壁１２ａの中央部同士の離間距離２１が小さくなる可能性がある。
【００２７】
そのため、長辺側周囲壁１２ａの中央部同士の離間距離２１を大きくするには、短辺側周囲壁１２ｂの鉛直方向長さ２２の変形量が、座屈による長辺側周囲壁たわみ量２３よりも大きくする必要がある。つまり、長辺側周囲壁１２ａは座屈しにくいように板厚ｔ１を厚くし、短辺側周囲壁１２ｂの鉛直方向長さ２２は伸び易くなるよう板厚ｔ２を薄くする必要がある。ただ、板厚ｔ２を薄くしすぎると、押力２４をかけたとき短辺側周囲壁１２ｂが鉛直状態を維持できずに、ラミネート電池１の方向に凸な形状に逆反りしてしまい、離間距離２１を大きくすることができなくなる。
【００２８】
板厚比ｔ１／ｔ２は、筒状薄肉ケース１２の寸法、使用材質、加工方法、収容されるラミネート電池１のサイズ、発生膨張力、など複数のパラメータが複雑に絡んでくるので、一概には言えないが、弊社にて想定される筒状薄肉ケース１２、ラミネート電池１のサイズ（厚み１〜６ｍｍ×長さ５０〜１２０ｍｍ×幅２０〜８０ｍｍ）から解析計算すると、板厚比ｔ１／ｔ２は１．０〜３．０にすることが望ましい。
【００２９】
また、本発明の異なる実施形態について、図６を参照して説明する。図６は本発明の異なる実施形態に係る筒状薄肉ケース形状を示す断面図で、図６（ａ）は全体図で、図６（ｂ）はＡ部拡大断面図で、図６（ｃ）は筒状薄肉ケースに熱をかけた時の熱膨張を表すＡ部拡大断面図で、図６（ｄ）は筒状薄肉ケースに熱をかけた時の形状変化を示すＡ部拡大断面図である。
【００３０】
図６に示すように、筒状薄肉ケース１２はバイメタルのように熱膨張係数の異なる二つの材質を貼り合わされた層状構造である。例えば、二つの材質を一緒に圧延して金属間を原子間接合する圧延接合などで、堅固に一体化された層状構造をなしており、且つラミネート電池１と接触する側の内側層１２ｃは外側層１２ｄに比べて熱膨張係数が大きい。
【００３１】
この筒状薄肉ケース１２を１００℃程度加熱すると、図６（ｃ）のように内側層１２ｃ及び外側層１２ｄは各々温度に比例して膨張する。その時の熱膨張による伸びは、内側層１２ｃが外側層１２ｄよりも大きいので、長辺側周囲壁１２ａは図６（ｃ）のように凸形状に湾曲した状態から図６（ｄ）のように平坦な状態に変形する。そのため対面する２つの長辺側周囲壁１２ａの中央部同士の離間距離２１はラミネート電池１の厚みよりも大きくなる。
【００３２】
これにより、ラミネート電池１の表面のラミネートフィルム１３を傷つけることなく、筒状薄肉ケース１２に収容することが可能となる。例えば、長辺側周囲壁１２ａの幅が１００ｍｍの筒状薄肉ケース１２で、内側層１２ｃに熱膨張係数の大きいアルミニウム（２３．１×１０−６／Ｋ）、外側層１２ｄに熱膨張係数の小さい鉄（１１．８×１０−６／Ｋ）を用いる。そして、筒状薄肉ケース１２を１００℃温度上昇させる。
【００３３】
内側層１２ｃの熱膨張量は０．２３１ｍｍ（＝２３．１×１０−６（／Ｋ）×１００ｍｍ×１００Ｋ）で、外側層１２ｄの熱膨張量は０．１１８ｍｍ（＝１１．８×１０−６／Ｋ）×１００ｍｍ×１００Ｋ）で、熱膨張差は０．１１３ｍｍとなり、筒状薄肉ケース１２の中央部同士の離間距離２１は広くなる。
【００３４】
また、内側層１２ｃにアルミニウム、外側層１２ｄにインバー材（Ｆｅ−３６％Ｎｉ：１．２×１０−６／Ｋ）を用いれば、外側層１２ｄの熱膨張量は０．０１２ｍｍ（＝１．２×１０−６／Ｋ）×１００ｍｍ×１００Ｋ）で、熱膨張差は０．２１９ｍｍとなり、筒状薄肉ケース１２の中央部同士の離間距離２１はさらに広くすることができる。
【００３５】
本発明の筒状薄肉ケース１２の材質については、収容ラミネート電池の剛性や膨張力に合わせた材質を選択する。一般的なラミネート電池１だと、筒状薄肉ケース１２の材質は金属性のものが望ましい。特にバネ鋼は薄肉にしても強いバネ力を得やすいので、バッテリパック２の薄型化に貢献できる。また使用条件によっては、バッテリパック２は発熱するので、外部へ放熱するヒートシンクをこの筒状薄肉ケース１２で行うと考えた場合、放熱性の良好な金属が望ましい。
【００３６】
また本発明の筒状薄肉ケース１２の内表面に、すべり性のよいメッキ層・塗膜が成形されていたり、ディンプル成形などの微小凹凸成形が施されていたりすると、ラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２開口部より滑らせながら挿入する際に、ラミネート電池１の表面のラミネートフィルム１３を傷つけることなく、筒状薄肉ケース１２に収容することが可能となる。
【００３７】
また本発明の異なる実施形態について図７及び図８を参照して説明する。ラミネート電池１を筒状薄肉ケース１２の開口部より滑らせながら挿入する際に、外装フィルム袋１６の外装フィルム袋開口部１６ａとリード板１５が交差する交差領域１６ｂ付近に挿入部品２０を配置しておき、長辺側周囲壁１２ａの間に交差領域１６ｂと挿入部品２０を挟みこんで、交差領域１６ｂを加圧保持状態にする。挿入部品２０はバネ性を有する形状でもバネ性を持たない剛体ブロックでもよいが、放熱性の良好な金属であることが望ましい。
【００３８】
このような挿入部品２０を用いて交差領域１６ｂを加圧する事で、交差領域１６ｂの溶着部に密着性を確保するとともに、電池の使用状況によってリード板１５が発熱する際においても、リード板１５の発熱が、リード板１５、ラミネートフィルム１３、挿入部品２０、長辺側周囲壁１２ａの順番に熱伝達され、バッテリパック２の外部へ速やかに放熱する事ができ、交差領域１６ｂ近傍の熱損傷を防止できる。そして、交差領域１６ｂの溶着密着性を確保することが可能となる。図７（ｂ）、図７（ｃ）に挿入部品２０の形状例を示す。
【００３９】
更に熱伝達性を良好にするために挟み付けた挿入部品２０とラミネートフィルム１３の間に伝熱グリースなどの伝熱促進剤をつけてもよい。また図９に示すように長辺側周囲壁１２ａの一部に、交差領域１６ｂを直接押さえつける形状を設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、部品点数を削減しつつ組立て易く、ラミネート電池の外側からしっかりと電池膨張抑制できる外装ケースを提供し、その結果、安価で作り易いラミネート電池のバッテリパック及びその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ラミネート電池
２  バッテリパック
４  枠体
５  第一金属板
６  第二金属板
１１  係止溝
１２  筒状薄肉ケース
１２ａ  長辺側周囲壁
１２ｂ  短辺側周囲壁
１２ｃ  内側層
１２ｄ  外側層
１３  ラミネートフィルム
１４  電極群
１５  リード板
１６  外装フィルム袋
１６ａ  外装フィルム袋開口部
１６ｂ  交差領域
１７  回路基板
１８  トップキャップ
１９  ボトムキャップ
２０  挿入部品
２１  離間距離
２２  鉛直方向長さ
２３  たわみ量
２４  押力
２５  分力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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