(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケースを用いた単電池と電気回路と２本のリードを筐体内に有し、前記単電池は、金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が金属ケースから絶縁されて設けられ、第１のリードは金属ケースと電気回路を接続し、第２リードは他方の電極端子と電気回路を接続し、前記第２のリードは単電池の金属ケースに沿って設けられ、前記第２のリードと単電池の金属ケースの間に絶縁性粒子を含む絶縁層を備えた電池パックの製造方法において、絶縁性粒子を含む物質を単電池の金属ケース表面の必要な部分に取付けた後に固化または硬化して絶縁層を形成することを特徴とする電池パックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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本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は上部筐体、２２は下部筐体、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は電気回路である。
【０００６】
従来の電池パックは、単電池２５と保護回路を含む電気回路２６および単電池と保護回路とを接続する２本のリード（図示せず）などを樹脂製の筐体２１および２２に有する構造とするのが一般的であった。
【０００７】
【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電気回路に設けられた端子をリードで接続している。金属ケースを用い、金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が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、第１と第２の２本のリードを使用し、第１のリードは金属ケースと電気回路に設けられた端子に接続し、第２リードは他方の電極端子と電気回路に設けられた他方の端子に接続し、第２のリードは単電池の金属ケース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、金属製電池ケースと第２のリードとを絶縁するために、両面接着テープ（以後、単に両面テープと呼ぶ）が使用されてきた。
【０００８】
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以下のような問題があった。
【０００９】
１）両面テープを単電池ケースへ貼り付ける際に位置的なズレが生じると、電池ケースに当接する第２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。
【００１０】
２）単電池ケースに当接する第２のリードとの電気的絶縁を保証するためには、両面テープの厚みは平坦部では１００μｍ以上が必要であり、また、単電池のコーナー部などエッジ部では１５０μｍが必要であった。電池パックを小型化および軽量化するためには、この両面テープの厚みを薄くすることが望ましいが、これ以上薄くすると耐絶縁性の低下を生じる不都合があった。
【００１１】
３）両面テープを単電池ケースまたは第２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。
【００１２】
これらのことから、単電池ケースと第２のリードとを確実に絶縁することができ、取りつ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、単電池ケースと第２のリードとを確実に絶縁することができ、しかも従来の両面接着テープを用いる方法に比較して、作業が簡単な製造方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、金属ケースを用いた単電池と電気回路と２本のリードを筐体内に有し、前記単電池は、金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が金属ケースから絶縁されて設けられ、第１のリードは金属ケースと電気回路を接続し、第２リードは他方の電極端子と電気回路を接続し、前記第２のリードは単電池の金属ケースに沿って設けられ、前記第２のリードと単電池の金属ケースの間に絶縁性粒子を含む絶縁層を備えた電池パックの製造方法において、絶縁性粒子を含む物質を単電池の金属ケース表面の必要な部分に取付けた後に固化または硬化して絶縁層を形成することを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明によれば、単電池ケースと第２のリードとを確実に絶縁することができ、簡単かつ短時間で、単電池ケース表面の必要な部分に絶縁層を形成することができる。
【００１５】
上記請求項１の発明において、絶縁性粒子の平均粒径が１０μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の電池パックの製造方法は、金属ケースを用いた単電池と電気回路と２本のリードを筐体内に有し、前記単電池は、金属ケースが一方の電極端子を兼ね、他方の電極端子が金属ケースから絶縁されて設けられ、第１のリードは金属ケースと電気回路を接続し、第２リードは他方の電極端子と電気回路を接続し、前記第２のリードは単電池の金属ケースに沿って設けられ、前記第２のリードと単電池の金属ケースの間に絶縁性粒子を含む絶縁層を備えた電池パックの製造方法において、絶縁性粒子を含む物質を単電池の金属ケース表面の必要な部分に取付けた後に固化または硬化して絶縁層を形成することを特徴とするもので、この方法によれば、従来は単電池表面への両面接着テープの貼り付けを主として手作業にて実施していたのに対して、簡単かつ短時間で、単電池ケース表面の必要な部分に絶縁層を形成することができる。
本発明によれば、絶縁層に含まれる絶縁性粒子が、単電池の金属ケース表面とこれに当接する第２のリードとの電気的接触を妨げることによって、確実に短絡を防止することができる。また、電池パックの外部から、第２のリードを単電池の金属ケースに押しつける方向に力が加わった場合、絶縁性粒子が絶縁層の厚みを保持するために、短絡を防止することができる。
【００２０】
また、本発明においては、第２のリードと単電池の金属ケースとの間の絶縁層に含まれる絶縁性粒子の平均粒径を１０μｍ以上、５０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁性粒子の平均粒径が１０μｍよりも小さくなると、第２のリードを単電池の金属ケースに押し付ける方向に力が加わった場合に、絶縁性粒子が絶縁層の厚みを保持する機能が低下して、短絡が発生する恐れが生じ、また、５０μｍよりも大きくなると、絶縁層の厚みが大きくなり、電池パックを軽量にしたり、小型化することが不可能になる。
【００２２】
本発明による、絶縁性粒子を含む物質を単電池の金属ケース表面の必要な部分に取りつける方法の例としては、絶縁性粒子を含む紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂を単電池の金属ケース表面の必要な部分に吹きつけ塗装し、次いでＵＶ照射して樹脂を硬化させる手段がある。この方法によれば、塗装ラインにて効率的に絶縁層を形成できるため、自動化が容易であり、省人化、合理化が可能である。
【００２３】
他の例としては、また、絶縁性粒子を含むエポキシ樹脂を単電池の金属ケース表面の必要な部分に塗布し、次いで加熱によってエポキシ樹脂を熱硬化させる手段を用いることもできる。
【００２４】
本発明の方法によれば、絶縁性粒子を含む絶縁層をセルの必要な箇所に短時間に、確実に、しかも大量に形成することが可能である。そして、電池パックの組立に際しては、単電池の金属ケース表面の絶縁層の上に第２のリードを取り付ければ、一方の端子を兼ねる金属ケースと第２のリードとの確実な絶縁性を確保することができる。
【００２５】
本発明に使用する絶縁性粒子の材質としては、アクリル樹脂やナイロンなどの高分子材料、アルミナやシリカや酸化チタン等の無機化合物など、絶縁性の材料なら全て使用可能である。これらの中では、硬くて比重の小さい樹脂が好ましい。また、絶縁性粒子の形状としては、球状が好ましいが、略球状、塊状、繊維状などの使用が可能である。
【００２６】
本発明で使用する単電池の種類は、アルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属ケースを使用した電池なら、非水電解質電池やアルカリ電池などの、あらゆる電池を使用することができる。
【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］
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、この単電池と保護回路を含む電気回路と２本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一側面と蓋の一部に、粒子径１０μｍのアクリル樹脂製粒子を含む紫外線硬化性樹脂を塗布し、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アクリル樹脂製粒子を含む絶縁層を形成した。この単電池の外観を図１に示す。図１において、１はアルミニウム製電池ケース、２は電池蓋、３は負極端子、４はアクリル樹脂製粒子を含む絶縁層（ハッチングで示した部分）である。なお、この電池では、アルミニウム製電池ケース１は正極端子を兼ねている。
【００３３】
図１で示した単電池と、電気回路およびリードを図３のように組み合せた。図３において、１はアルミニウム製電池ケース、３は負極端子、４はアクリル樹脂製粒子を含む絶縁層、５は第１のリード、６は第２のリード、７は電気回路、８は電気回路の正極端子、９は電気回路の負極端子、１０は保護回路等である。第１のリード５は、正極端子を兼ねる電池ケース１と電気回路の正極端子８とを接続し、第２のリード６は、負極端子３と電気回路の負極端子９とを接続している。第２のリード６と電池ケース１との間にはアクリル樹脂製粒子を含む絶縁層４が存在するため、第２のリード６と電池ケース１とは絶縁されている。
【００３４】
図３で示した、単電池と、電気回路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。
【００３５】
［実施例２］
紫外線硬化性樹脂の代わりにエポキシ樹脂を使用し、５０℃で３時間硬化した以外は実施例１と同様にして、本発明の電池パックを作製し、これを電池パックＢとした。
【００３６】
［実施例３］
アクリル樹脂製粒子として粒子径５０μｍのものを用いた以外は実施例１と同様にして、本発明の電池パックを作製し、これを電池パックＣとした。
【００３７】
［比較例１］
アクリル樹脂製粒子を含む紫外線硬化性樹脂の代わりに、表面に粘着層を有するポリプロピレン製の基材から成る絶縁テープ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Ｄとした。
【００３８】
比較試験としては、電池パックの第２のリードの表面部から単電池の向かって、先端が１φの鉄製の棒で負荷を加え、第２リードと単電池ケースとの間の絶縁抵抗値が低下する荷重を測定した。その結果を表１にまとめた。なお、表１には単電池表面に形成した絶縁層の重量を併せて示した。
【００３９】
【表１】
0003541175.tif 000002
【００４０】
表１から、比較例の電池パックＤでは、５３Ｎの荷重で絶縁抵抗値が低下し、短絡の可能性が生じたのに対して、本発明の電池パックＡ、ＢおよびＣでは、９８Ｎの荷重に対しても絶縁抵抗値の低下は認められなかった。この主たる理由は、負荷に対して、絶縁層に含まれるアクリル樹脂製粒子が第２のリードと電池ケースとの間隔を保持し、絶縁状態が維持されるためである。
【００４１】
また、表１からわかるように、本発明の絶縁層の質量は、従来例に比べて軽量であった。
【００４２】
【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電池ケースと、他方の電極端子に接続される第２のリードと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。
【００４３】
また、本発明は、絶縁性粒子を含む物質を単電池の金属ケース表面の必要な部分に、塗布等の簡単な方法で取りつけた後に、紫外線や熱を利用して固化または硬化して絶縁層を形成するため、簡単かつ短時間で、単電池ケース表面の必要な部分に絶縁層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池パックに仕様する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】本発明の電池パックに仕様する単電池の外観を示した図。
【符号の説明】
１  アルミニウム製電池ケース
２  電池蓋
３  負極端子
４  アクリル樹脂製粒子を含む絶縁層
５  第１のリード
６  第２のリード
７  電気回路
８  電気回路の正極端子
９  電気回路の負極端子
１０  保護回路等
２１  上部筐体
２２  下部筐体
２３  電池パックの負極端子
２４  電池パックの正極端子
２５  単電池
２６  電気回路
【図１】
0003541175.tif 000003
【図２】
0003541175.tif 000004
【図３】
0003541175.tif 000005