(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部入出力端子が取り付けられたパックケース内に、正負極板を一対のラミネートシートの周辺部を溶着シールした外装ケース内に封入し、溶着シールした一辺のリード引き出し辺から正極リード及び負極リードを引き出してなる二次電池を、前記リード引き出し辺が外部入出力端子の取り付け側に位置するように収容すると共に、二次電池を過充電、過放電等から保護する電池保護装置を前記リード引き出し辺が位置する空間に収容し、接続部材により前記正極リード及び負極リードを前記電池保護装置を介して前記外部入出力端子に接続してなる電池パックであって、
前記外装ケースの前記電池保護装置、外部入出力端子及び接続部材に臨む面を覆って絶縁シートが配設され、この絶縁シートに正極リード及び負極リードを通過させるリード通し穴が形成されていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
絶縁シートが、１枚のシートを任意の折り曲げた幅で２つ折りにした折り曲げ位置に正極リード及び負極リードを通過させるリード通し穴が形成され、折り曲げ位置から両側に延出するシート面がリード引き出し辺から外装ケース本体に至る両面を覆う長さに形成されてなる請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
外装ケースは、リード引き出し辺の一部がラミネートシートの構成材よりも低融点の樹脂シートを介して溶着シールされてなり、絶縁シートは、前記樹脂シートの配設位置に対応し、電池保護装置、外部入出力端子及び接続部材に臨むシート面と反対のシート面に開口部が形成されてなる請求項１または２記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートシートからなる外装ケースに発電要素を収容した二次電池を用いた電池パックで、携帯電話機、モバイルコンピュータ等の携帯電子機器の電池電源として小型化、薄型化を実現する電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やモバイルコンピュータ等の携帯電子機器の体積及び重量中に電池が占める比率は少なくなく、携帯電子機器の小型軽量化及び薄型化の鍵を電池が握っているといっても過言ではない。この携帯電子機器の小型軽量化あるいは薄型化の要求に応えるべく扁平形のリチウムイオン二次電池が用いられるが、更なる軽量化、薄型化を可能とする二次電池としてリチウムポリマー二次電池に期待が寄せられている。特に、積層極板群をラミネートシートによって形成された外装体内に収容したものは、軽量化や薄型化の実現に効果的である。
【０００３】
このようなリチウム系二次電池のようにエネルギー密度の高い二次電池では、過充電、過放電や過大放電電流による二次電池の劣化や破損を防止するため、保護回路やＰＴＣ等を用いて構成された電池保護装置を用いること不可欠で、二次電池と共にパックケース内に収容して電池パックの形態に構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
携帯電子機器に適用される電池パックは、電池と同様に小型化、薄型化が要求されるため、電池保護装置や電池パックの入出力端子あるいは接続部材等を二次電池と共にパックケース内の空間に無駄なく収容する必要がある。このとき、前述のラミネートシートを外装体とした二次電池を用いて電池パックに構成するとき、電池保護装置や電池パックの入出力端子あるいは接続部材と二次電池との接触によって、二次電池の外装体が損傷する問題点があった。
【０００５】
ラミネートシートは電池の外装体として必要な機能を備えるために、金属層の両面に複数の樹脂層をラミネートした複合フィルムとして形成される。これを外装体とした二次電池をパックケース内の狭い空間に他の構成部材と共に収容したとき、振動や衝撃により金属部分、特にその角部が外装体に触れるとラミネートシートの樹脂層を破壊して、その内層の金属層に接触することによる短絡が発生する。また、外装体の損傷は電池内部の気密性を低下させ、これに起因して大気中の水分の透過をまねく等、電池の外装体としての機能を低下させることになる。
【０００６】
本発明が目的とするところは、ラミネートシートを外装体とした二次電池の外装体の損傷を防止する構造を備えた電池パックを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、外部入出力端子が取り付けられたパックケース内に、正負極板を一対のラミネートシートの周辺部を溶着シールした外装ケース内に封入し、溶着シールした一辺のリード引き出し辺から正極リード及び負極リードを引き出してなる二次電池を、前記リード引き出し辺が外部入出力端子の取り付け側に位置するように収容すると共に、二次電池を過充電、過放電等から保護する電池保護装置を前記リード引き出し辺が位置する空間に収容し、接続部材により前記正極リード及び負極リードを前記電池保護装置を介して前記外部入出力端子に接続してなる電池パックであって、前記外装ケースの電池保護装置、外部入出力端子及び接続部材に臨む面を覆って絶縁シートが配設され、この絶縁シートに正極リード及び負極リードを通過させるリード通し穴が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成による電池パックは、二次電池をパックケース内に収容したとき、そのリード引き出し辺が位置するパックケース内に電池保護装置が配設され、外部入出力端子が取り付けられ、二次電池の正極リード及び負極リードを電池保護装置を介して外部入出力端子に接続する接続部材が配設され、これらが二次電池の外装ケースに接触した状態になり、振動や衝撃が加わったときに外装ケースに損傷を与える恐れがあるが、外装ケースの電池保護装置、外部入出力端子及び接続部材に臨む面を覆って絶縁シートが配設されていることにより、ラミネートシートで形成された外装ケースの損傷が防止される。ラミネートシートは金属層の両面を樹脂層で覆って形成されており、金属部材の角部の接触により損傷を受けやすいが、絶縁シートが介在することによって損傷が防止され、ラミネートシートを用いて軽量化、薄型化した二次電池の欠点をカバーすることができる。
【０００９】
上記構成において、絶縁シートは、１枚のシートを任意の折り曲げた幅で２つ折りにした折り曲げ位置に正極リード及び負極リードを通過させる開口部が形成され、折り曲げ位置から両側に延出するシート面がリード引き出し辺から外装ケース本体に至る両面を覆う長さに形成することによって、外装ケースが電池保護装置、外部入出力端子及び接続部材に臨む面を覆うことができる。また、正極リード及び負極リードを開口部から外に引き出すことによって、リード自体が外装ケースに接触することが防止される。また、二次電池は満充電された状態で高温環境下で放置されたような場合に電解液の分解に伴うガスが発生し、ガス圧の増加によりリード引き出し辺から外部にガスが噴出したとき、開口部はガスの排気口となる。
【００１０】
また、外装ケースは、リード引き出し辺の一部がラミネートシートの構成材よりも低融点の樹脂シートを介して溶着シールされてなり、絶縁シートは、前記樹脂シートの配設位置に対応し、電池保護装置、外部入出力端子及び接続部材に臨むシート面と反対のシート面に開口部を形成して構成することができる。前記低融点の樹脂シートは、満充電された状態で高温環境下に放置されたような場合に軟化し、電池温度の上昇とこれに起因する電解液の分解によってガスが発生したとき、ガス圧力によって部分的に開口して異常上昇したガス圧力を外部に放出する。このとき、絶縁シートの樹脂シートに対応する位置に開口部が形成されていることによって、ガスの放出が容易となり、更に、開口部は絶縁シートの電池保護装置等に臨むシート面と反対面に形成されていることから、放出されたガスによって電池保護装置等が悪影響を受けることが防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施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ものではない。
【００１２】
本実施形態に係る電池パックは、携帯電話機の電池電源として構成した例を示すものである。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る電池パックの構成を分解して示すもので、電池パック１は、上ケース２ａと下ケース２ｂとからなるパックケース２内にリチウムポリマー二次電池として構成された電池３、この電池３を保護する電池保護回路を構成したセーフティユニット（以下、ＳＵ）４及び臨界温度抵抗素子であるＰＴＣ素子５を備えて構成された電池保護装置８を収容し、この電池パック１を携帯電話機に電気接続するための外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃを備えて構成されている。
【００１４】
この電池パック１は、携帯電話機に着脱自在に装填できるように構成されており、パックケース２を構成する上ケース２ａは携帯電話機の外装ケースの一部を構成する。従って、上ケース２ａは機器外装としての強度と美観を呈するように形成される。この上ケース２ａ及び下ケース２ｂは樹脂成形により形成され、電池３及び電池保護装置８を収容して両ケース間は超音波接合により一体化される。
【００１５】
前記電池３は、図２にその概略構造を示すように、シート状に形成された正極板と負極板とをポリマー電解質シートを介して複数層に積層して形成された積層極板群１０を、金属層の両面に樹脂層を複数層に接合したラミネートシートからなる外装ケース１１内に収容して構成されている。この外装ケース１１は短冊状に切断されたラミネートシートを二つ折りにして、両サイドのシール辺１１ａ、１１ａを溶着シールして袋状に形成し、この中に積層極板群１０と電解液とを収容し、積層極板群１０を構成する正極板から正極リード１２、負極板から負極リード１３を引き出し、リード引き出し辺１１ｂを溶着シールすることにより、外装ケース１１内を密閉して形成される。両サイドのシール辺１１ａは、図１に示すように上面側に折り返して無駄な平面スペースの増加を抑制している。このように構成された電池３は、従来のリチウムイオン二次電池等のように正負極板を巻回構造にした構造に比して薄型の平板状に構成することができ、電池パック１としても薄く形成できるので、機器の薄型化に寄与できるものとなる。
【００１６】
図１に示すように、下ケース２ｂの側面から裏面側にかけた９０度方向に、端子装着部１９ａ、１９ｂ、１９ｃがそれぞれ凹部として形成されており、この凹部の底面には、上下２か所にスリット状の端子挿入孔２２が下ケース２ｂ内に貫通するように形成され、コの字状に形成された各外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃをそれぞれの両先端部から圧入する。図５に正極端子となる外部入出力端子６ａの装着状態が示されており、外部入出力端子６ａはその先端部の一方が他の端子より長く形成されているので、下ケース２ｂに装着されたとき、下ケース２ｂに形成された接合穴２３の上に挿入先端が位置し、接合穴２３から挿入先端が覗くようになる。この接合穴２３上の挿入先端に図１に示す正極接続リード（接続部材）３０の端部を重ね合わせ、両者はスポット溶接により接合される。
【００１７】
外部入出力端子６ａ〜６ｃは、上下の端子挿入孔２２、２２から圧入されて下ケース２ｂに嵌合すると共に、下ケース２ｂ内に配設される各構成要素に接合されるので確実な取付け構造となる。また、図５に示すように、端子装着部１９ａ〜１９ｃの底面に密着した状態に装着されるので、電池パック１を携帯電話機に装填したときに電気的接続のために圧接される接続プローブからの加圧を受けても確実な接続状態が得られ、接触抵抗の少ない電気的接続がなされる。
【００１８】
次に、図３に示すように、電池保護装置８に設けられたテスト端子（接続部材）２４ａ、２４ｂを下ケース２ｂに形成されたテスト端子窓２９ａ、２９ｂに嵌入することにより位置決めして、電池保護装置８を下ケース２ｂの端部に配設する。図８（ｂ）に前記テスト端子２４ｂの取り付け状態が示されており、テスト端子２４ｂの先端をテスト端子窓２９ｂの一辺に嵌入して位置決めすると同時に先端を下ケース２ｂに固定している。このテスト端子２４ａ、２４ｂの先端は、テスト端子窓２９ａ、２９ｂを通して外部から覗く位置にあるので、電池パック１完成後の製造検査時に検査プローブを当接させて電気的な検査の用に供され、検査終了後にテスト端子窓２９ａ、２９ｂは前記接合穴２３と共に目隠しシート３９によって閉じられる。
【００１９】
電池保護装置８が下ケース２ｂに位置決めされると、図６に示すように、ＳＵ４を構成した回路基板１４は、下ケース２ｂに装着された各外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃの下に配置され、回路基板１４に形成されたハンダ付けランド３１ａ、３１ｂ、３１ｃ上にそれぞれ外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃの先端部が当接した状態になる。この各ハンダ付けランド３１ａ、３１ｂ、３１ｃにそれぞれ外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃをハンダ付けすることにより端子接続がなされると同時に、外部入出力端子６ａ〜６ｃ及び電池保護装置８が下ケース２ｂ上に位置固定される。また、外部入出力端子６ａ〜６ｃがハンダ付けされた回路基板１４のハンダ付け面は絶縁素材により被覆するオーバーコート処理がなされ、電気的絶縁を確保すると共に、電池３から電解液が漏出したような場合に液絡や腐食が生じることを防止する。
【００２０】
図６（ｂ）に示すように、回路基板１４及びＰＴＣ素子５の板面は、下ケース２ｂの底面と平行に配設されているので、電池保護装置８を収容した部分の厚さ方向のスペースを減少させることができる。更に、電池３のリード引き出し辺１１ｂを電池保護装置８上に収容する厚さ方向のスペースをつくることができ、パックケース２内に無駄なスペースをつくることなく電池パック１の小型化を図っている。
【００２１】
次に、図４に示すように、電池３をそのリード引き出し辺１１ｂを外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃ側に向けて下ケース２ｂ内に収容される。電池３は、図１に示すように、そのリード引き出し辺１１ｂに絶縁シート４０を被せ、この絶縁シート４０を介して電池保護装置８上を覆うように配置され、下ケース２ｂに形成された凹部３２と位置決め凸部３４との間で収容位置が位置決めされる。この電池３のリード引き出し辺１１ｂから引き出された正極リード１２及び負極リード１３は、絶縁シート４０に形成されたリード通し穴４０ａ、４０ｂを通し、正極リード１２は正極接続リード３０に、負極リード１３は負極接続リード３３にそれぞれ対面するようにする。この正極リード１２と正極接続リード３０との間、負極リード１３と負極接続リード３３との間は、スポット溶接または超音波溶接により接合される。
【００２２】
図５は、正極リード１２と正極接続リード３０との間の接合状態を示すもので、正極リード１２は厚さ８０μｍのアルミニウムで形成されている。図５（ａ）に示すように、正極リード１２はニッケル薄板からなる正極接続リード３０に重ね合わされ、両者間はスポット溶接により接合される。この正極リード１２が接合された正極接続リード３０は、図５（ｂ）に示すように、電池３のリード引き出し辺１１ｂに被さる絶縁シート４０上に折り曲げられる。一方、負極リード１３は、厚さ８０μｍの銅で形成されており、正極リード１２と同様にニッケル薄板からなる負極接続リード３３とスポット溶接により接合され、接合後に同様に絶縁シート４０上に折り曲げられる。
【００２３】
このように電池３は、その一方の同一辺から正極リード１２及び負極リード１３が引き出され、このリード引き出し辺側に電池保護装置８が配設されるので、電池３と電池保護装置８との間の接続のためにリードの引回しがなく、外部入出力端子６ａ〜６ｃ及び電池保護装置８は下ケース２ｂの所定位置に固定されるので、パックケース２内に収容される各構成要素間の接続が堅牢且つ確実になされ、電池パック１として携帯機器に用いるための薄型化に加えて堅牢性を備えたものとなる。
【００２４】
以上説明した工程により下ケース２ｂ内に各構成要素が収容された後、下ケース２ｂに上ケース２ａが超音波溶着により接合され、図７に示すように、薄型形状の電池パック１に組み立てられる。図７（ａ）は電池パック１を下ケース２ｂ側から見た平面図で、電池３の平板面に対面する面は薄肉形成されて、電池３が膨張によりその厚さが変化した場合に弾性的に変形する弾性変形面１５が形成されている。また、この弾性変形面１５を取り囲むように突出形成された外周部１６が形成されている。更に、弾性変形面１５は薄肉形成されているので、刃物等による突き刺しにより電池３が損傷を受けることを防止するため、弾性変形面１５の周辺部分を除いた部分にステンレス薄板（金属薄板）７が貼着されている。このステンレス薄板７の角部には、外周部１６に当接する突出部が形成され、ステンレス薄板７を弾性変形面１５に貼着するときの位置決めができるように構成されている。
【００２５】
図８は、電池パック１として完成された状態での断面図であり、（ａ）は負極接続リード３３の配設位置、（ｂ）はテスト端子２４ｂの配設位置、（ｃ）は正極接続リード３０の配設位置について、いずれも電池３のリード引き出し辺１１ｂ側を断面で示している。
【００２６】
図８（ａ）（ｃ）に示すように、外装ケース１１のリード引き出し辺１１ｂから引き出された正極リード１２及び負極リード１３は、絶縁シート４０に形成されたリード通し穴４０ａ、４０ｂから絶縁シート４０の外面側に引き出され、それぞれ正極接続リード３０及び負極接続リード３３に接合された後、下ケース２ｂ内に向けて折り曲げられると、図示するように、正極リード１２、負極リード１３及び正極接続リード３０、負極接続リード３３は絶縁シート４０の上になり、電池３の外装ケース１１に接触しない状態となる。また、図８（ａ）に示す負極接続リード３３の下端及びＰＴＣ素子５は、外装ケース１１との間に絶縁シート４０が介在して、外装ケース１１に接触しない状態となる。また、図８（ｂ）に示すテスト端子２４ｂは、外装ケース１１との間に絶縁シート４０が介在して、外装ケース１１に接触しない状態となる。また、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、外装ケース１１のリード引き出し辺１１ｂは、ＳＵ４を構成した回路基板１４やその上にハンダ付けされた外部入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃの上に載るが、絶縁シート４０が介在することにより直接接触する状態とはならない。
【００２７】
前述したように、外装ケース１１はラミネートシートで形成されており、これに電池保護装置８の構成部材や正極及び負極の接続部材等が接触した状態にあると、電池パック１に振動や衝撃が加わったときに、外装ケース１１はその樹脂層が破壊され、その内層にある金属層に構成部材や接続部材が接触して短絡を発生させることになるが、絶縁シート４０が介在していることによって、外装ケース１１の破損や短絡は防止される。
【００２８】
また、電池３は満充電状態での高温放置など誤った使用により電解液の分解に伴うガスが発生する。ガス発生により外装ケース１１内の内圧が異常上昇したとき、シール強度が最も低いリード引き出し辺１１ｂからガスが外部に放出されるが、このガスはリード引き出し辺１１ｂを覆う絶縁シート４０のリード通し穴４０ａ、４０ｂからパックケース２内に排出される。このとき、電池保護装置８上は絶縁シート４０で覆われているため、排出されるガスによって悪影響を受けることがない。
【００２９】
このようなガス発生に対して、図９に示すように、外装ケース１１のリード引き出し辺１１ｂに安全弁部材４６を設けた電池３ａに構成することができる。この安全弁部材４６は、外装ケース１１を構成するポリプロピレンの間に、低融点のエチレンアクリル酸共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、変性ポリプロピレン、変性ポリエチレン及びポリアリレートの群から選ばれた１種を素材として、フィルム状の樹脂シートを挟み込んだもので、リード引き出し辺１１ｂの溶着シール時に装着される。電池３ａが満充電された状態で高温環境下に放置されたような場合に、安全弁部材４６は電池３ａの温度上昇により軟化する。電池温度の上昇に起因して電解液の分解及びこれに伴うガスの発生が生じ、外装ケース１１内の圧力が上昇し、リード引き出し辺１１ｂにこれを剥離させる方向の応力が加わったとき、軟化した安全弁部材４６の配設位置で溶着強度が低下しているため、溶着シールの部分破断によりガスは外装ケース１１外に排出される。従って、外装ケース１１内の圧力の異常上昇が抑制され、圧力上昇に伴う内部短絡の発生が抑制される。
【００３０】
図１０は、前記安全弁部材４６が設けられた電池３ａに好適な実施形態を示すもので、絶縁シート４１には安全弁部材４６に対応する位置に開口部４０ｃが形成されている。また、開口部４０ｃは電池保護装置８とは反対の面に設けられている。外装ケース１１内の圧力が上昇して安全弁部材４６からガスが排出された場合に、ガスは開口部４０ｃから放出され、パックケース２内に散逸される。従って、安全弁部材４６からガスが排出されたとき、電池保護装置８は絶縁シート４１に覆われてガスに直接曝されることがなく、排出ガスによる悪影響を防止することができる。
【００３１】
以上説明した電池パック１の構成は、携帯電話機の電池電源として適用した例について述べたが、モバイルコンピュータや電子手帳、トランシーバ等においても同様の構成を適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、ラミネートシートを外装ケースとした電池を電池保護装置その他の部材と共にパックケース内に収容して電池パックを構成したときに、振動や衝撃が加わった場合に外装ケースに接する部材が外装ケースを破損させ、その金属層と短絡現象を発生させる危険性を絶縁シートを配することによって解決することができる。従って、ラミネートシートを外装ケースとした電池により小型軽量化、薄型化した電池パックの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池パックの構成を示す分解斜視図。
【図２】電池の概略構成を示す平面図。
【図３】下ケースに電池保護装置を配設した状態を示す斜視図。
【図４】下ケースに電池保護装置及び電池を配設した状態を示す斜視図。
【図５】正極リードの接合処理状態を示す（ａ）は接合時、（ｂ）は折り曲げ時の状態を示す断面図。
【図６】電池保護装置の配設状態を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図７】電池パックの完成状態を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図８】絶縁シートによる効果を説明する（ａ）は負極接続リードの配設位置、（ｂ）はテスト端子の配設位置、（ｃ）は正極接続リードの配設位置の断面図。
【図９】安全弁部材を設けた電池の構成を示す平面図。
【図１０】安全弁部材を設けた電池に対応する電池パックの構成を示す分解斜視図。
【符号の説明】
１  電池パック
２  パックケース
２ａ  上ケース
２ｂ  下ケース
３  電池
５  ＰＴＣ素子
６ａ、６ｂ、６ｃ  外部入出力端子
１１  外装ケース
１１ｂ  リード引き出し辺
１２  正極リード
１３  負極リード
１４  回路基板
３０  正極接続リード（接続部材）
３３  負極接続リード（接続部材）
４０、４１  絶縁シート
４０ａ、４０ｂ  リード通し穴
４０ｃ  開口部
【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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