(57)【要約】      （修正有）【課題】小型・軽量化の実現、耐衝撃性の確保、製造効率の向上に寄与し得る電池パック、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】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１０と、ラミネートフィルムから成りこの電池素子を包囲する電池素子外装部材を有し、正極と負極の電極端子を外部に導出したまま、電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装部材を封止して成る非水電解質二次電池と、電池素子外装部材を包囲する電池外装材１８と、電池外装材に内蔵され、上記非水電解質二次電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板３２と、を備える。電池外装材が、後硬化タイプの形状維持ポリマーとフィラーを含有し、フィラーが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、カルシウム及びマグネシウムなどの金属酸化物で、フィラーの平均粒径が０．５〜４０μｍである。【選択図】図５
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【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と、ラミネートフィルムから成りこの電池素子を包囲する電池素子外装部材を有し、上記正極と上記負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装部材を封止して成る非水電解質二次電池と、
上記電池素子外装部材を包囲する電池外装材と、
この電池外装材に内蔵され、上記非水電解質二次電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板と、を備え、
上記電池外装材が、形状維持ポリマーとフィラーを含有し、
上記フィラーが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、カルシウム及びマグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む金属酸化物であり、
上記フィラーの平均粒径が０．５〜４０μｍであることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
上記形状維持ポリマーが、ウレタン樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
上記電池外装材が、上記形状維持ポリマーとフィラーの溶融液の注入痕を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
上記電池外装材が矩形板状をなし、この矩形板状をなす電池外装材において、上記電極端子導出側の辺部及びこれと対向する辺部の少なくとも一方に、緩衝材が内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項５】
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と、ラミネートフィルムから成りこの電池素子を包囲する電池素子外装部材を有し、上記正極と上記負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装部材を封止して成る非水電解質二次電池と、
上記電池素子外装部材を包囲する電池外装材と、
この電池外装材に内蔵され、上記非水電解質二次電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板と、を備え、
上記電池外装材が、形状維持ポリマーとフィラーを含有し、
上記フィラーが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、カルシウム及びマグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む金属酸化物であり、
上記フィラーの平均粒径が０．５〜４０μｍである、電池パックを製造するに当たり、
上記非水電解質二次電池と上記保護回路基板を、上記電池外装材の成型用金型内に配置し、
次いで、上記形状維持ポリマーと上記フィラーを含有する後硬化成型材料を、上記成型用金型のキャビティ内に注入し、硬化させる、ことを特徴とする電池パックの製造方法。
【請求項６】
上記成型用金型のキャビティは２個以上のゲートを有し、これに起因して上記電池外装材に形成される成型材料余剰分を、上記硬化後に切除することを特徴とする請求項５に記載の電池パックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パック及びその製造方法に係り、更に詳細には、小型・軽量化を実現でき、所望の耐衝撃性を有する電池パック、及び製造効率に優れる当該電池パックの製造方法に関する。
【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、この電池素子と電気的に接続される回路基板によって制御されている。リチウムイオン電池は金属缶や金属ラミネートフィルムに封入される。
金属缶に封入される場合には、深絞りによって成型された金属缶を用いるために缶の直方体の３辺のうち、深絞りする縦方向は長く作ることが難しい。よって、自ずと缶の厚みが厚いタイプの形状設計しかできず、サイズの大きな電池は製造できない。
また、深絞りで形成される缶の厚みは２００μｍが限界なので製造適性として２００μｍ厚み以下の厚みのある缶しか適用できず、また逆に従来よりも強度を高めるために数ｍｍ以上の厚みに設計することもできず、設計自由性がなかった。
また、深絞りするために成型性に優れた金属しか投入できないため、強度を向上させることもできなかった。金属缶に封入された電池は注液後にヒートプレスすることができないので、事実上、ポリマー電池では金属缶を使用できなかった。
以上のことより、金属缶は体積エネルギー密度、サイズ、形状自由性がないこと、パックとしての強度の設計といった点で問題があった。
一方、軽くて薄い金属ラミネートフィルムに封入されてなる場合には、上記のヒートプレスやサイズ、形状が自由になるものの電池の強度が弱いという欠点があった。
【０００４】
また、リチウムイオン二次電池は、電池パックを形成する際に、回路基板とともに収納ケースに収納される（例えば、特許文献１〜３参照）。
ここで、収納ケースは、ポリアミド、ポリウレタンなどの樹脂を溶融させて流し込む熱可塑性樹脂等から成り、例えば上下２つに分割され上ケースと下ケースとから構成される。収納ケースは、この上ケースと下ケースとを繋ぎ合わせることによって、内部にリチウムイオン二次電池と回路基板とを収納する空間を有する１つ筐体を形成する。
【特許文献１】特許第３５５６８７５号公報
【特許文献２】特許第３６１４７６７号公報
【特許文献３】特許第３６４３７９２号公報
【０００５】
かかる収納ケースを用いて電池パックを形成する際には、内部に収納されているリチウムイオン二次電池や回路基板を外部からの衝撃等から保護するため、収納ケースの肉厚がある程度必要となる。このため、電池パック全体の厚みが厚く、重量が重くなってしまう。
また、上下２つに分割された収納ケースを両面テープで繋ぎ合わせる場合、両面テープの厚みの分さらに電池パックの厚みが増してしまう。更に、分割された収納ケースを超音波溶着により繋ぎ合わせる際、超音波溶着する部分にある程度の厚みが必要となるため、電池パックが大きくなってしまう。
このように、従来の電池パックでは、収納ケースの肉厚を厚くせざるを得ず、全体が大型化され、重量が重くなってしまい、ポータブル電源に適さず用途が限られてしまう。
【０００６】
また、従来、電池素子が金属缶に封入された角形電池をやはり溶融樹脂、即ち熱可塑性樹脂で一体成型する方式も提案されている（例えば、特許文献４及び５参照）。
【特許文献４】特開２００４−３０３６２５号公報
【特許文献５】特開２００４−３５８７３５号公報
【０００７】
このような方式は、保護回路を接着させて隙間を無くした構造にすることを意図しているが、金属缶に封入された角形電池と、アルミラミネートフィルムに封入された電池では強度、寸法精度及び製造条件に大きな隔たりがある。
例えば、金属缶に封入された電池は既に分厚い金属缶に封入されているので機械的強度が十分であり、一体成型用の樹脂としては耐落下衝撃性を考慮して弾性に優れた樹脂を用いる必要がある。よって、硬い樹脂ではなく柔軟なゴム状の樹脂が注入される。
【０００８】
更に、金属缶に封入された電池では、電解液を注液し、作製した後にゲルポリマーを熱溶着させるヒートプレス工程を経ることができない。よって、金属缶に封入される電池としては電解液が液状のもののみ使用可能であり、いわゆるラミネート電池のみが、液状及びゲルポリマー双方の電解液を使用することができる。
【０００９】
こうした公知技術に対し、ラミネート電池と回路基板とを囲むようにフレームを配置し、電池と回路基板とフレームとを一括して薄板状の包装体で包むことによって、小型化及び軽量化を図った電池パックが提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献６】特開２００５−１５８４５２号公報
【００１０】
しかし、このような特許文献６に記載の電池パックにあっても、包装体に金属板を用いていたために必要な硬度と成形性を得るために、典型的には、１００〜２００μｍ程度の厚みと、更に接着剤や接着テープに５０〜１００μｍ程度の厚みが必要であり、更なる改善が望まれている。
また、金属酸化物セラミックスを電池パックの外装に用いることも考えられるが、金属酸化物セラミックは金属自体よりも硬さに優れるものの、脆性を有するので、外装に薄く密着させる加工技術に問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように、上記従来技術においては、ラミネートフィルムを用いた電池パックであって、電池パックの体積エネルギー密度の向上、小型・軽量化の実現、耐衝撃性の確保、製造効率の向上に寄与し得る電池パック、及びその製造方法は見当たらなかった。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池パックの体積エネルギー密度の向上、小型・軽量化の実現、耐衝撃性の確保、製造効率の向上に寄与し得る電池パック、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】
【００１３】
本明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の形状維持ポリマーとフィラーを用いることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、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と、ラミネートフィルムから成りこの電池素子を包囲する電池素子外装部材を有し、上記正極と上記負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装部材を封止して成る非水電解質二次電池と、
上記電池素子外装部材を包囲する電池外装材と、
この電池外装材に内蔵され、上記非水電解質二次電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板と、を備え、
上記電池外装材が、後硬化樹脂である形状維持ポリマーとフィラーを含有し、
上記フィラーが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、カルシウム及びマグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む金属酸化物であり、
上記フィラーの平均粒径が０．５〜４０μｍであることを特徴とする。
【００１５】
また、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と、ラミネートフィルムから成りこの電池素子を包囲する電池素子外装部材を有し、上記正極と上記負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装部材を封止して成る非水電解質二次電池と、
上記電池素子外装部材を包囲する電池外装材と、
この電池外装材に内蔵され、上記非水電解質二次電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板と、を備え、
上記電池外装材が、後硬化樹脂である形状維持ポリマーとフィラーを含有し、
上記フィラーが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、カルシウム及びマグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む金属酸化物であり、
上記フィラーの平均粒径が０．５〜４０μｍである、電池パックを製造するに当たり、
上記非水電解質二次電池と上記保護回路基板を、上記電池外装材の成型用金型内に配置し、
次いで、上記形状維持ポリマーと上記フィラーを含有する後硬化成型材料を、上記成型用金型のキャビティ内に注入し、硬化させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、後硬化樹脂である特定の形状維持ポリマーとフィラーを用いることとしたため、電池パックの体積エネルギー密度の向上、小型・軽量化の実現、耐衝撃性の確保、製造効率の向上に寄与し得る電池パック、及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の電池パックにつき詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量及び配合量などのついての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１８】
上述の如く、本発明の電池パックは、巻回型又は積層型の電池素子をラミネートフィルムから成る外装部材で包装した非水電解質二次電池と、この電池の保護回路基板を、後硬化樹脂である所定の形状維持ポリマーとフィラーを含む電池外装材で包囲、具体的には、電池外装材が非水電解質二次電池と保護回路基板を内包するように一体的に成型して成るものである。
【００１９】
ここで、電池外装材を構成する後硬化樹脂である形状維持ポリマーとしては、上記フィラーと親和性、相溶性ないしは反応性を有し、且つ高い寸法精度及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、ウレタン樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を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、電池素子外装材である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。
【００２０】
また、フィラーとしては、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はこれらの組み合わせに係る元素を含む金属酸化物が用いられる。
かかる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と接触した状態で配置される。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に混入してもよく、この場合、金属酸化物フィラーが形状維持ポリマーの全体に亘って均一に散在していることが好ましい。
【００２１】
このフィラーの平均粒径は、５００ｎｍ（０．５μｍ）〜４０μｍであり、好ましくは２〜２０μｍである。
平均粒径を下げると硬度が上がる一方、成型時の充填性に影響して生産性に不具合をきたす虞がある。平均粒径を上げると所望の強度を得にくくなり、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虞がある。
【００２２】
フィラーの形状としては、球状、鱗片状、板状及び針状など種々の形状を採ることができる。特に限定されるものではないが、球状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い。また、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向上し易いので好ましい。鱗片状はフィラーの含有量を増したときに充填性を向上できるので好ましい。
なお、本発明においては、用途や材質に応じ、平均粒径の異なるフィラーを混合して用いることもできるし、形状の異なるフィラーを混合して用いることもできる。
【００２３】
なお、上記フィラーの形状維持ポリマーへの混入量は、形状維持ポリマーの種類などに応じて適宜変更することができるが、代表的には、形状維持ポリマーの質量に対して３〜６０％程度とすることが好ましい。
３％未満では、この電池外装材の硬さを十分に向上できないことがあり、６０％を超えると、製造時の成形性、金属酸化物の脆性により問題が発生することがある。
【００２４】
ところで、金型ホットメルト方式で外装材を形成しようとする場合、加熱により液体化し、冷却すれば再び固形化する性質を持っている固形の熱可塑性樹脂を用いるか、又は当初は融体状態で反応により硬化する熱硬化樹脂を選択できる。
熱可塑性樹脂では、高温液状である間に被着材の表面を濡らし、冷えて固形化する過程で緊密な接着を数秒で作成できる利点がある。
しかし、樹脂の融点又はガラス転移温度よりも５０〜１５０℃高い温度に加温されて流動性が発現するために、１８０℃〜４５０℃程度の高温に熱する必要がある。また、硬化が型に流し込んだ時点から始まるために成型厚みを薄くしようとした場合、非常に狭い隙間から広範囲の面積に、注入口付近では数秒で固まろうとする樹脂を流し込むプロセスになってしまう。樹脂を高温にして粘度を下げても、注入圧力を高めても、注入孔を増やしても、大面積で２５０μｍ以下の厚みに抑えたパックを作製することはできず、アルミニウム缶に比べても体積エネルギー密度に劣るパックしか製造できないという問題があった。
一方、熱硬化性樹脂を用いた場合にも、一部の熱硬化性樹脂の硬化温度は比較的低温にできるものの、一部の強度に優れた熱硬化性樹脂の硬化温度は１５０℃前後とまだ高温であり、且つ硬化に時間がかかるために生産性に劣る欠点があった。
【００２５】
また、非水電解質二次電池に汎用されるポリエチレンベースのセパレータは、通常１２０〜１４０℃の間にシャットダウンしてイオンを透過しない膜に変化してしまう。
更に、かかる電池では、電解液が正極で酸化、負極で還元されるために、６０℃以上の高温で保持するとガス発生により膨れが発生するる虞がある。
更にまた、漏液を防止すべくアルミラミネートで包装したポリマー電池において、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの物理ゲルを用いた場合には、８０〜９０℃でゲル溶融が起こり電池形状が変形する虞がある。
また、保護回路基板と一体成型したパックを用いた場合、異常電流が流れた際の制御部品として保護回路に組み込まれるＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ：正温度係数「正温度係数」とは温度が上昇するにしたがい電池抵抗値も上昇し、正の係数値が変化する特性）、又は温度ヒューズがダメージを受ける虞があった。
ＰＴＣであれば１２０℃までなら電気抵抗値が以前に近い値まで復帰するが、さらなる高温ではやはり電気を遮断したまま復帰しなくなる。温度ヒューズを用いた基板であれば、ヒューズの種類によるが９０℃から１３０℃を一度超えてしまえばヒューズが作動、復帰しなくなってしまう虞がある。
【００２６】
このように、加熱、特に１２０℃以上の温度をかけるモールド成型においては、金型内に配置される電池素子に深刻な温度ダメージを与える虞があった。
これに対しては、金属フィラーを含有したエポキシ樹脂を用い、温度制御なしにパテを用いることが考えられる。
しかし、加熱処理を行わずにエポキシ樹脂を用いると、得られる外装材が強度に劣り、且つ目標とする強度にもよるが、反応時間（硬化時間）が少なくとも１５分以上から通常１日超かかるために、生産効率が劣化する虞がある。
【００２７】
以上のことから、本発明では、形状維持ポリマーとして、上述のウレタン樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を用いるが、これらの樹脂としては、１２０℃以下で熱硬化するか、又は紫外線で硬化するものを用いることが望ましい。
【００２８】
なお、本発明では、このような形状維持ポリマーに上述のような金属酸化物フィラーを混入して用いるが、金属酸化物をフィラーとして用いた樹脂は、歯科充填材として使用されるものから自動車用材料に使用されるものまで多岐に亘る。
通常、歯科充填材としては、磨耗強度や噛みあわせを高めるために数十ｎｍ〜１μｍ程度までの極めて細かいフィラーが使われる。逆に、自動車用の部品としては、２００μｍ程度のアルミニウム金属フィラーや１００μｍ程度のアルミニウム窒化物などが用いられ、成型のみで金属光沢が得られ、色剥がれがないなど工業的に使用されている。
【００２９】
このように、歯科充填材や自動車部品に用いられる金属酸化物フィラーは、本発明が意図する平均粒径範囲とは実質的に異なるものである。
また、金属酸化物フィラーの使用は、一般に、粒径を下げることで材料自体はセラミックに近くなって硬く強度を増す一方で、成型の際の流動性が難しくなっていくことや、樹脂の弾性が失われて成型が難しくなるなど、強度、耐衝撃性及び生産性などのパラメータが複雑に絡み合うために、フィラー材料の選択や粒径の制御などには詳細な検討が必要である。
【００３０】
本発明者らは、以上のような技術背景の下、種々検討を繰り返して、上述のような形状維持ポリマーとフィラーとの併用を知見したのであり、かかる混合使用は、電池素子外装部材としてラミネートフィルムを用いた非水電解質二次電池と、保護回路基板とを一体成型して包囲する電池外装材としての用途に極めて適したものである。
【００３１】
上述のように、本発明で用いる電池外装材は、所定の形状維持ポリマーと金属酸化物フィラーを必須の構成要件とするが、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、形状維持ポリマー中に、紫外線吸収剤、光安定剤、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。
【００３２】
かかる電池外装材は、その厚みが薄く、携帯機器用途の角形状の電池の最大面のパック部の厚みは例えば１０００μｍ以下である。
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も、体積エネルギー密度の点でメリットを発揮し難いことがある。
更に好ましくは３００ｕｍ以下であり、必要な機械的強度及び耐衝撃性を満たせば薄いほど良い。
本発明の形状維持ポリマーとフィラーとの併用は、従来のアルミニウム金属や熱可塑性樹脂と金属の併用よりも、高強度で且つ耐衝撃性に優れるため、同等の強度が必要であれば薄く製造することで体積エネルギー密度を高めることができる。また、厚くすれば、従来よりも更に高強度で信頼性の高い電池パックを得ることができる。更に、電池のサイズや形状選択が自由であることから、サイズが大きい自転車や自動車、バックアップ電源といった大型電池にも適用でき、必要な部位に必要な強度を設計できる設計自由度も持っている。
【００３３】
このように、上述の電池外装材は、従来より薄く高強度な電池パックを実現し得るものであるとともに、その小型化や軽量化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共に紫外線吸収材、光安定剤及び硬化剤のいずれかを用い、アクリル樹脂、エポキシ樹脂のいずれかを用いることにより、従来使用されていた金属板よりも薄く、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ー密度が向上するだけでなく、多種多様な用途に応じサイズや形状、必要な強度を自由に設計したパックを提供できる。
【００３４】
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。
図１は、本発明の電池パックの一実施形態において、電池外装材でパックする前の非水電解質二次電池を示す分解斜視図である。
同図において、この電池２０は、電池素子１０が電池素子外装部材の一例である金属ラミネートフィルム１７に外装されて作製されるものであり、電池素子１０はラミネートフィルム１７に形成された凹部１７ａ（空所１７ａ）に収容され、その周辺部を封止される。
なお、本実施形態において、空所１７ａは、矩形板状をなす電池素子１０の形状に対応して矩形板状の空間を有している。
【００３５】
次に、電池素子１０の構成について説明する。
図２は、ラミネートフィルム１７に外装・収容される電池素子１０の構造を示す斜視図である。同図において、この電池素子１０は、帯状の正極１１と、セパレータ１３ａと、正極１１と対向して配された帯状の負極１２と、セパレータ１３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回して形成されており、正極１１及び負極１２の両面にはゲル状電解質１４が塗布されている。
【００３６】
電池素子１０からは、正極１１と接続された正極端子１５ａ及び負極１２と接続された負極端子１５ｂが導出されており（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）が被覆されている。
【００３７】
以下、上述の電池（電池外装材によるパック前）の構成要素につき詳細に説明する。
［正極］
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の両面状に形成されたものである。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る。
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。
【００３８】
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１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が用いられる。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）等が用いられる。
【００３９】
かかる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）等が挙げられる。
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る。ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．５Ｏ２やＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２等がその例として挙げられる。
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。更に、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。
【００４０】
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が用いられる。更に、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が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００４１】
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が形成される。
【００４２】
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された正極端子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挙げられる。
【００４３】
［負極］
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されたものである。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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が用いられる。
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挙げられる。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。
更に、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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が用いられる。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が用いられる。
【００４８】
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が形成される。
【００４９】
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された負極端子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、ニッケル等が挙げられる。
【００５０】
なお、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂは同じ方向、例えば図２に示すように電池素子１０が矩形板状をなす場合には、その一辺（通常は短辺の１つ）、から導出されてい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、どの方向から導出されていても問題はない。
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、取り付ける方法は上記の例に限られない。
【００５１】
［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。
【００５２】
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挙げられる。これらの溶媒は１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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００５５】
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。
【００５６】
［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２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、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００５７】
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。
【００５８】
［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。
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の順に積層して巻回し、電池素子１０とする。
次いで、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）が配される。
【００６１】
そして、本実施形態では、図１及び図２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、電池素子外装材への電池素子１０の収容及び封止を行った後、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、電池素子１０が収容された凹部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。
【００６２】
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壁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０．５〜２．５ｍｍｍ、より好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。
【００６３】
サイド部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１回にすることが好ましい。
【００６４】
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。
上述の如く、本発明の電池パックの製造方法では、以上のようにして作製した非水電解質二次電池を、当該電池の電圧及び電流を制御可能な保護回路基板と一緒に、成型用金型のキャビティの所定位置に配置する。
次に、上記形状維持ポリマーとフィラーを含有する溶融成型材料を上記キャビティに注入して硬化させ、これにより、電池外装材を装着した電池パックを得る。
【００６５】
ここで、溶融成型材料の硬化は、上述の理由から、電池の熱損傷を回避し製造効率を向上するためにも、紫外線への暴露又は常温〜１５０℃未満の温度での放置により行うことが好ましい。また、後硬化成型材料には、上記の各種添加剤が添加されていてもよい。
【００６６】
なお、使用する成型用金型は、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、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、そのキャビティに後硬化成型材料を導くゲートを２本以上具備している。よって、得られた電池パックでは、ゲートに対応した成型材料の余剰分が、電池外装材のいずれかの部分に硬化して残存することになる。
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。
【００６７】
上記保護回路は、通常、正極端子１５ａ及び負極端子１５ｂの上方に配置される（図１参照）。また、上述の緩衝材は、電池２０のように矩形板状をなす（形成される電池外装材が矩形板状なす）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される。
具体的には、図１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される。
そして、このように配置された保護回路基板と緩衝材は、上記成型材料によって電池２０と一体的に成型される。
【００６８】
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。
このため、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。
【００６９】
本発明では、パック材料自体の機械的強度に優れているため、耐衝撃性を高める目的で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。
【００７０】
図４は、電池を電池外装材でパックして本実施形態の電池パックを作製する工程を示した平面説明図である。
まず、電池２０を図中の破線に沿って折り曲げ（図４（Ａ）及び（Ｂ））、そのトップ側に保護回路基板３２とトップ側緩衝材３４、ボトム側にボトム側緩衝材３３を配置し、図示しない成型用金型に設置する。次いで、上記の形状維持ポリマーとフィラーを含む成型材料を成型用金型に注入して硬化させ、アルミラミネートフィルム１７が電池外装材１８で被覆された本実施形態の電池パックを３０を得る（図４（Ｃ））。
得られた電池パック３０をボトム部に沿って切断した断面図を図５（Ａ）に、電極端子の延在方向に沿って切断した断面図を図５（Ｂ）に示す。
【００７１】
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１辺の開口部から電解液を注液し、その後にこの１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】
なお、本発明によれば、上述のような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。かかる電池パックは、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。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明を実施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。
【００７４】
（実施例１〜３４，比較例１〜５）
図１に示すような電池において、アルミ蒸着ＰＥＴフィルムの内面側に接着剤を塗布した電池素子外装材（ラミネートフィルム１７）を有する電池２０を準備し、このラミネート電池の保護回路として機能する基板に接続し、場合によっては緩衝材（ゴム状パーツ）を配置した後に金型内に設置した。
次いで、金属酸化物フィラーを含む樹脂（形状維持ポリマー）を金型上部の０．５ｍｍの径を持つ樹脂注入孔３つから注入して充填し、下部の樹脂排出孔３つから余分の金属酸化物フィラーを含む樹脂が出た時点で常温放置、恒温槽内で表１及び表２中に示した温度で静置、又は透明な型を用い、紫外線照射装置により３６５ｎｍの紫外光を照射して樹脂を硬化させて電池外装材１８を形成した（図４及び図５参照）。硬化後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を完成した。
各例の電池パックの仕様を表１及び表２に示す。
【００７５】
（性能評価）
各例の電池パックについて、外装材の（ショア・）デュロメータ硬度、吸水率、定格Ｅ密度、３Ｃ負荷特性、落下試験、硬化時間などを測定し、得られた結果を表１及び表２に併記した。
【００７６】
［定格エネルギー密度］
まず、２３℃で１Ｃの定電流定電圧充電を上限４．２Ｖまで１５時間行い、次いで、１Ｃの定電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行った。この充放電を繰り返し、定格エネルギー密度は、１サイクル目の放電容量から求めた。
定格エネルギー密度［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１時間で放出できる電流値を表す。
【００７７】
［３Ｃ負荷特性］
また、２３℃で１Ｃの定電流定電圧充電を上限４．２Ｖまで１５時間行い、次いで、１Ｃの定電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行い、１Ｃによる放電容量を求めた。また、同様の条件で定電流定電圧充電を行った後、３Ｃの定電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行い、３Ｃによる放電容量を求めた。
負荷特性は、１Ｃによる放電容量に対する３Ｃによる放電容量の割合、
即ち、（３Ｃによる放電容量の割合／１Ｃによる放電容量）×１００（％）から求めた。
なお、３Ｃは電池の理論容量を１／３時間で放出できる電流値を表す。
【００７８】
［外装材の（ショア・）デュロメータ硬度］
ＪＩＳ−Ｋ７２１５  プラスチックのデュロメーター硬さ試験方法に基づき、タイプＤデュロメーターを用いて測定した。
【００７９】
［吸水率］
ＪＩＳ−Ｋ７２０９  プラスチック−吸水率の求め方に基づき測定した。
【００８０】
［２ｍ落下試験］
ランダムに電池の落とす面を変えながら、角形電池６面全ての面が当たるようにコンクリートの床に自由落下させた。１０回落としてパックの外観に異常が見られなかったものを良品、割れたり、部品が取れるなどの外観に異常が見られたものを不良品とした。
【００８１】
［硬化時間］
熱硬化性樹脂の場合には、電池外装材１８用の成型材料であるケイ素やアルミニウム等の金属酸化物を含むウレタン樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を一緒に成型金型に入れて、表１，２に示した所定の硬化温度に保ち、成型硬化させるのに要した時間を硬化時間とした。
紫外線硬化樹脂の場合は、電池外装材１８用の成型材料であるケイ素やアルミニウム等の金属酸化物を含むウレタン樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を一緒に透明な成型金型に入れて、紫外線照射装置により波長３６５ｎｍの紫外線を照射強度２００ｍＷ／ｃｍ２で照射して成型硬化させるのに要した時間を硬化時間とした。
【００８２】
【表１】
2008117653.tif 000003
【００８３】
【表２】
2008117653.tif 000004
【００８４】
電池２０と、電池外装材１８用の成型材料であるケイ素やアルミニウム等の金属酸化物を含むウレタン樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を一緒に成型金型に入れて成型硬化させ、アルミ蒸着ＰＥＴフィルムの内面側に接着剤を塗布した電池素子外装材（ラミネートフィルム１７）の表面に電池外装材１８を設けた実施例１〜３４の非水電解質二次電池パックは、本発明の範囲に属するが、表１及び表２より、これらが電池特性に影響なく落下試験に優れた強度特性を有していることが分かる。
フィラーを針状にしアスペクト比を向上することで強度が向上し、更に薄くしたパックでも強度を保つことができた。平均粒径の異なる２種のフィラーを混合しても、更に薄くしたパックで強度を保つことができた。
【００８５】
以上、本発明を若干の好適実施形態及び実施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で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することができ、巻回型電池素子のみならず、積層型の電池素子にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の電池パックの一実施形態において、電池外装材でパックする前の非水電解質二次電池を示す分解斜視図である。
【図２】ラミネートフィルムに外装・収容される電池素子の構造を示す斜視図である。
【図３】図１に示す電池のサイド壁近傍を示す端面図である。
【図４】電池を電池外装材でパックして電池パックを作製する工程を示した平面説明図である。
【図５】電池パックの断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
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、１６ａ，１６ｂ…シーラント、１７…ラミネートフィルム、１７ａ…凹部（空所）、１７ｂ…サイド封止部、１８…電池外装材、２０…電池、３０…非水電解質二次電池、３２…保護回路基板、３３…緩衝材（ボトム部）、３４…緩衝材（トップ部）、θ…折り曲げ角度、Ｄ…折り返し幅、ｈ…凹部高さ
【図１】
2008117653.tif 000005
【図２】
2008117653.tif 000006
【図３】
2008117653.tif 000007
【図４】
2008117653.tif 000008
【図５】
2008117653.tif 000009