(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組以上の二次電池がケースに収納されてなり、二次電池１組につき対応する正極及び負極の外部端子を有し、各外部端子はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パックであって、電池パック中に収納されている各１組の二次電池が、複数の平板型二次電池が並列に接続されてなり、該平板型二次電池は同一組内の二次電池を構成する平板型二次電池どうしが隣り合わないように他の組の二次電池を構成する平板型二次電池と隣り合わせに積層されてなることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
平板型二次電池が、複数の平板状単位二次電池要素を積層して形成した電池要素を外装材に被包してなるものであることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
平板型二次電池が、複数の平板状単位二次電池要素を積層して形成した電池要素を外装材に被包してなり、かつ各平板状単位二次電池要素の正極タブ及び負極タブがそれぞれ正極リード及び負極リードにまとめられて外装材から外部に引出されていることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項４】
平板状単位二次電池要素が、正極集電体、正極活物質、スペーサー（電解質）、負極活物質及び負極集電体を積層して形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池パック。
【請求項５】
平板状単位二次電池要素が、両面に正極活物質層が形成されている平板状正極集電体と、両面に負極活物質層が形成されている平板状負極集電体とをスペーサー（電解質）を挟んで積層して形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池パック。
【請求項６】
各組の二次電池と外部端子との間に保護素子及び／又は保護回路を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電池パック。
【請求項７】
各組を構成するそれぞれの平板型二次電池が、それぞれ保護回路及び／又は保護素子を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池よりなる電池パック、特に並列充電、直列放電が可能な電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、カメラ、ビデオ等、携帯用の電子機器の用途や数が爆発的に伸びている。これらの携帯用の電子機器には、駆動のための動力源が必要となる。現状、最も一般的に用いられている動力源は電池であり、近年では、特に充電による再利用が可能な二次電池の需要が伸びている。
【０００３】
上記のような携帯用の電子機器は高機能化が進み、液晶やズームレンズモータの様に、低電圧化が進むＩＣと逆行し高い電圧を必要とする部品の搭載が不可欠になっており、なおかつ電流路の抵抗による電力損失を低減するには高電圧低電流での放電が有利である。その対応策として、複数の電池を直列配列することが考えられるが、単に直列配列しただけでは充放電を繰り返す事により各電池の僅かなアンバランスが顕在化し内包する一部の電池の劣化を促進し、また各電池毎には劣化していないにもかかわらず充電量が一部の電池に偏る事によりパックとして充放電容量が下がり見掛け上パックの寿命が尽きた様に見えるという問題を有していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直列配列でも各電池の能力を全て発揮し、繰り返し充放電を行っても電池のアンバランスに起因する見かけの容量低下が起こらない充放電システムを可能とする電池パックが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。即ち本発明の要旨は下記（１）〜（７）に存する。
【０００６】
（１）２組以上の二次電池がケースに収納されてなり、二次電池１組につき対応する正極及び負極の外部端子を有し、各外部端子はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パックであって、電池パック中に収納されている各１組の二次電池が、複数の平板型二次電池が並列に接続されてなり、該平板型二次電池は同一組内の二次電池を構成する平板型二次電池どうしが隣り合わないように他の組の二次電池を構成する平板型二次電池と隣り合わせに積層されてなることを特徴とする電池パック。
【０００７】
（２）平板型二次電池が、複数の平板状単位二次電池要素を積層して形成した電池要素を外装材に被包してなるものであることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【０００８】
（３）平板型二次電池が、複数の平板状単位二次電池要素を積層して形成した電池要素を外装材に被包してなり、かつ各平板状単位二次電池要素の正極タブ及び負極タブがそれぞれ正極リード及び負極リードにまとめられて外装材から外部に引出されていることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【０００９】
（４）平板状単位二次電池要素が、正極集電体、正極活物質、スペーサー（電解質）、負極活物質及び負極集電体を積層して形成されていることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の電池パック。
【００１０】
（５）平板状単位二次電池要素が、両面に正極活物質層が形成されている平板状正極集電体と、両面に負極活物質層が形成されている平板状負極集電体とをスペーサー（電解質）を挟んで積層して形成されていることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の電池パック。
【００１１】
（６）各組の二次電池と外部端子との間に保護素子及び／又は保護回路を備えていることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の電池パック。
【００１２】
（７）各組を構成するそれぞれの平板型二次電池が、それぞれ保護回路及び／又は保護素子を備えていることを特徴とする上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の電池パック。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、直列配列でも各電池の能力を全て発揮し、繰り返し充放電を行っても電池のアンバランスに起因する見かけの容量低下が起こらない充放電システムを可能とする電池パック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】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電池パック並びにこの電池パックを用いて並列充電、直列放電を行うのに用いる充電器及び機器のそれぞれの構成をまとめて示すブロック図である。
電池パック１０１は２組以上の二次電池１０３からなり、二次電池１０３に対応する正極及び負極の外部端子１０２を有していて、外部端子１０２はそれぞれ独立して対応する二次電池１０３の正極又は負極に電気的に接続されている。なお、本発明において１つの二次電池１０３を１組の二次電池と定義している。これは図２に示すように、二次電池１０３は複数の二次電池１０４から構成されているためである。電池容量を増大させるという観点から、複数の二次電池１０４は並列に接続されて１組の二次電池１０３を形成していることが好ましい。
【００１５】
次に図２及を用いて、電池パックが２組の二次電池１０３からなる場合を説明する。なお、図２においては正極と負極をまとめて模式的に表しているが、実際は正極、負極がそれぞれ独立して接続されている。各１組の二次電池１０３は複数の二次電池１０４からなり、該複数の二次電池１０４は、小型化という観点から、平板型の二次電池であることが好ましい。２組分の二次電池１０４は積層されて電池パックの中に収納されていることが好ましい。その際、一方の二次電池１０４が万一発熱を伴う異常事態に陥った時、もう一方の二次電池１０４がこの熱を吸収する事により異常二次電池の熱暴走を抑制するという観点から、該二次電池１０４を積層順に番号を付した場合に、奇数番号となる二次電池１０４を１組の二次電池として並列に接続され、偶数番号となる二次電池１０４をもう１組の二次電池として並列に接続されていることが好ましい。
【００１６】
具体的には、図３において、積層した二次電池１０４を上から順番に１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−４、１０４−５、１０４−６、１０４−７、１０４−８とした場合、１０４−１、１０４−３、１０４−５及び１０４−７を並列に接続して１組の二次電池１０３をなし、１０４−２、１０４−４、１０４−６及び１０４−８を並列に接続してもう１組の二次電池１０３をなす。上記においては電池パックが２組の二次電池からなる場合を説明したが、電池パックは２組以上の二次電池から構成されていてよく、該二次電池を構成する該平板型二次電池は、同一組内の二次電池を構成する平板型二次電池どうしが隣り合わないように他の組の二次電池を構成する平板型二次電池と隣り合わせに積層されて電池パック中に収納されていればよい。
【００１７】
本発明においては、１組の二次電池１０３と各外部端子１０２の間に保護素子１０７及び保護回路１０６が設けられている（図２参照）ものが好ましい。保護素子は過充電時の熱暴走を防止するために設けられており、保護回路は過充電，過放電，過電流放電，外部短絡から電池を保護するために設けられている。
また、本発明においては、１組の二次電池１０３を構成する複数の二次電池１０４が、各々保護回路及び／又は保護素子１０５（図２参照。図２では「保護回路及び／又は保護素子」を１０５で定義している）を備えていることが好ましい。該保護素子は過充電時の熱暴走を防止するため設けられており、該保護回路は過充電，過放電，過電流放電，外部短絡から電池を保護するために設けられている。１組の二次電池１０３と各外部端子１０２の間に保護素子１０７及び保護回路１０６が設けられているので、１組の二次電池１０３を構成する複数の二次電池１０４の各々に、保護回路と保護素子の両方が設けられている必要性はなく、どちらか一方でもよいが、安全サイドでは両方ともが設けられていることが好ましい。どちらか一方のみの場合は、コスト面から保護素子が好ましい。
【００１８】
なお、保護素子としては電流ヒューズ、温度ヒューズが挙げられる。また、回路上の電子部品の熱からの保護、過充電時の熱暴走の防止という観点から、保護回路がサーミスタを備えていることが好ましい。
以下１組の二次電池１０３を構成する二次電池１０４（以下「電池単体」という）の好ましい実施形態について以下、図４〜７を参照して説明する。なお、図５は、この電池単体の分解斜視図、図６はこの電池単体の要部の断面図、図７は電池要素の概略的な斜視図である。
【００１９】
この電池単体は、電池要素１を外装材３の凹部３ｂに収容した後、外装材２を外装材３に被せ、真空封止により外装材２、３の周縁部２ａ、３ａを接合したものである。
図５の通り、外装材２は平板状である。外装材３は方形箱状の凹部よりなる収容部３ｂと、この収容部３ｂの４周縁からフランジ状に外方に張り出す周縁部３ａとを有した浅い無蓋箱状のものである。
【００２０】
図６、７の通り、電池要素１は、複数の単位電池要素を積層したものである。この単位電池要素からは、タブ４ａ又は４ｂが引き出されている。正極からの各タブ４ａ同士は束ねられて（即ち、相互に重ね合わされ）、正極リード２１が接合されている。負極からのタブ４ｂ同志も束ねられ、負極リード２１が接合されている。
【００２１】
外装材３の収容部３ｂ内に電池要素１が収容され、外装材２が被せられる。電池要素１から延出した１対のリード２１は、それぞれ外装材２、３の１辺部の周縁部２ａ、３ａの同士の合わせ面を通って外部に引き出される。その後、減圧（好ましくは真空）雰囲気下で外装材２、３の４周縁の周縁部２ａ、３ａ同士が熱圧着、超音波溶着などの手法によって気密に接合され、電池要素１が外装材２、３内に封入される。
【００２２】
周縁部２ａ、３ａ同士が接合されることにより、接合片部（フラップ）４Ａ、４Ｆが形成される。このフラップ４Ａ、４Ｆは、電池要素１を被包している被包部４Ｂから外方に張り出している。そこで、この接合片部４Ａを被包部４Ｂに沿うように折曲し、接着剤や接着テープ（図示略）等によて被包部４Ｂの側面に留め付けられる。
【００２３】
図５では、外装材２、３が別体となっているが、本発明では、図８のように外装材２、３が一連一体となっていても良い。図９では、外装材３の一辺と外装材２の一辺とが連なり、外装材２が外装材３に対し屈曲可能に連なる蓋状となっている。この外装材２、３が連なる一辺から、収容部３ｂの凹部が形成されており、この一辺においてはフラップ（接合片部）が形成されていない以外は図５と同一の構成のものとなる。
【００２４】
図５、８では、収容部３ｂを有した外装材３と平板状の外装材２とが示されているが、本発明では図９のように、それぞれ浅箱状の収容部６ｂ、７ｂと、該収容部６ｂ、７ｂの４周縁から張り出す周縁部６ａ、７ａとを有した外装材６、７によって電池要素１を被包しても良い。図９は、外装材６、７が一連一体となっているが、前記図６と同様にこれらは別体となっていてもよい。
【００２５】
本発明では、図１０のように１枚の平たいシート状の外装材８を中央片８ａに沿って２ツ折り状に折り返して第１片８Ａと第２辺８Ｂとの２片を形成し、これら第１片８Ａと第２片８Ｂとの間に電池要素１を介在させ、図１１の如く、第１片８Ａと第２片８Ｂの周縁部８ｂ同士を接合して電池要素１を封入してもよい。
なお、この実施の形態にあっては、折曲されたフラップ（接合片部４Ａ）を被包部４Ｂに沿わせ、接着剤や接着テープで固定しているため、電池の側面の強度、剛性が高い。
【００２６】
但し、本発明では、このフラップ４Ａが被包部４Ｂから側方に張り出したままであってもよい。
上記電池要素１は、正極及び負極を有する平板状の単位電池要素を厚さ方向に複数積層してなる平板積層型電池要素である。本発明は、特にリチウム二次電池に適用するのに好適であるので、以下に上記の電池要素をリチウム二次電池要素とした場合の好適な構成について説明する。
【００２７】
図１２は、このリチウム二次電池要素の単位電池要素の好適な一例を示すものである。この単位電池要素は、正極集電体２２、正極活物質２３、スペーサ（電解質層）２４、負極活物質２５、負極集電体２６を積層したものである。通常、正極活物質２３は正極集電体２２の片面上に結着され、負極活物質２５は負極集電体２６の片面上に結着されている。
【００２８】
この単位電池要素を複数個積層して電池要素とするのであるが、この積層に際しては、正極を上側とし負極を下側とした順姿勢（図１２）の単位電池要素と、これとは逆に正極を下側とし負極を上側とした逆姿勢（図示略）の単位電池要素とを交互に積層する。即ち、積層方向に隣り合う単位電池要素は同極同士を（即ち、正極同士及び負極同士）が対面するように積層される。
【００２９】
この単位電池要素の正極集電体２２からは正極タブ４ａが延設され、負極集電体２６からは負極タブ４ｂが延設されている。
図１２のように正極集電体と負極集電体との間に正極活物質、スペーサ及び負極活物質を積層した単位電池要素の代わりに、図１３に示すように、正極集電体１５ａ又は負極集電体１５ｂを芯材としてその両面に正極活物質１１ａ又は負極活物質１２ａを積層してなる正極１１、負極１２を準備し、この正極１１と負極１２とを図１４の如くスペーサ（電解質層）１３を介して交互に積層して単位電池要素としてもよい。この場合は、１対の正極１１と負極１２との組み合わせ（厳密には正極１１の集電体１５ａの厚み方向の中心から負極１２の集電体１５ｂの厚み方向の中心まで）が単位電池要素に相当する。
【００３０】
正極集電体１５ａ，２２としてはアルミニウム、ステンレス、ニッケル等の金属箔が使用でき、特にアルミニウムが好適であり、負極集電体１５ｂ，２６としては、銅、ステンレス、ニッケルなどの金属箔が使用でき、特に銅が好適である。集電体の厚みは１〜３０μｍ程度が好ましい。
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であれば無機化合物でも有機化合物でも使用できる。無機化合物として、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物、具体的には、ＭｎＯ、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＴｉＯ2等の遷移金属
酸化物、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、ＴｉＳ2、ＦｅＳ、ＭｏＳ2などの遷移金属硫化物等が挙げられる。これらの化合物はその特性を向上させるために部分的に元素置換したものであってもよい。有機化合物としては、例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物が挙げられる。正極活物質は、これらの無機化合物、有機化合物を混合して用いてもよい。特に好ましいものは、コバルト、ニッケル及びマンガンからなる群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属とリチウムとの複合酸化物である。
【００３１】
正極活物質の粒径は、それぞれ電池の他の構成要素との兼合で適宜選択すればよいが、通常１〜３０μｍ、特に１〜１０μｍとするのが初期効率、サイクル特性等の電池特性が向上するので好ましい。
負極活物質としては、通常、グラファイトやコークス等の炭素系物質が挙げられる。この炭素系物質は、金属、金属塩、酸化物などとの混合体や、被覆体の形態として用いてもよい。負極活物質としては、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の酸化物や硫酸塩、金属リチウム、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｂｉ−Ｃｄ、Ｌｉ−Ｓｎ−Ｃｄ等のリチウム合金、リチウム遷移金属窒化物、シリコン等も使用できる。好ましくは、容量の面からグラファイト又はコークスである。負極活物質の平均粒径は、初期効率、レイト特性、サイクル特性などの電池特性の向上の観点から、通常１２μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下とする。この粒径が大きすぎると電子伝導性が悪化する。また、通常は０．５μｍ以上、好ましくは７μｍ以上である。
【００３２】
これらの正極活物質及び負極活物質を集電体上に結着させるために、バインダーを使用することが好ましい。バインダーとしてはシリケート、ガラスのような無機化合物や、主として高分子からなる各種の樹脂が使用できる。樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１，１−ジメチルエチレンなどのアルカン系ポリマー；ポリブタジエン、ポリイソプレンなどの不飽和系ポリマー；ポリスチレン、ポリメチルスチレン、ポリビニルピリジン、ポリ−Ｎ−ビニルピロリドンなどの環を有するポリマー；ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミドなどのアクリル系ポリマー；ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂；ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニドなどのＣＮ基含有ポリマー；ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系ポリマー；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマー；ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが使用できる。また、上記のポリマーなどの混合物、変性体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体などであっても使用できる。
【００３３】
活物質１００重量部に対するバインダーの配合量は好ましくは０．１〜３０重量部、更に好ましくは１〜１５重量部である。樹脂の量が少なすぎると電極の強度が低下することがある。樹脂の量が少なすぎると容量が低下したり、レイト特性が低下したりすることがある。
正極活物質及び負極活物質中には必要に応じて導電材料、補強材などの各種の機能を発現する添加剤、粉体、充填材などを添加しても良い。
【００３４】
導電材料としては、上記活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限は無いが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔などが挙げられる。添加剤としては、トリフルオロプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉｏｘａｓｐｉｒｏ〔４，４〕ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄｉｏｎｅ、１２−クラウン−４−エーテルなどが電池の安定性、寿命
を高めるために使用することができる。補強材としては、各種の無機、有機の球状、繊維状フィラーなどが使用できる。
【００３５】
電極を集電体上に形成する手法としては、例えば、粉体状の活物質をバインダーと共に溶剤と混合し、ボールミル、サンドミル、二軸混練機などにより分散塗料化したものを、集電体上に塗布して乾燥する方法が好適に行われる。この場合、用いられる溶剤の種類は、電極材に対して不活性であり且つバインダーを溶解し得る限り特に制限されず、例えばＮ−メチルピロリドン等の一般的に使用される無機、有機溶剤のいずれも使用できる。
【００３６】
また、活物質をバインダーと混合し加熱することにより軟化させた状態で、集電体上に圧着、あるいは吹き付ける手法によって電極材層を形成することもできる。さらには活物質を単独で集電体上に焼成することによって形成することもできる。
正極、負極内には通常イオン移動相が形成される。電極中におけるイオン移動相の占める割合は、高い方がイオン移動が容易になり、レイト特性上は好ましい一方で低い方が容量的には高くなる。好ましくは１０〜５０体積％である。イオン移動相の材料としては、後述する電解質相の材料と同様のものが使用できる。
【００３７】
正極活物質及び負極活物質の膜厚は容量的には厚い方が、レイト上は薄い方が好ましい。膜厚は通常２０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上、さらに好ましくは５０μｍ以上、最も好ましくは８０μｍ以上である。正極及び負極膜厚は、通常２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。
スペーサ（電解質層）１３，２４は、通常、流動性を有する電解液や、ゲル状電解質や完全固体型電解質等の非流動性電解質等の各種の電解質を含む。電池の特性上は電解液又はゲル状電解質が好ましく、また、安全上は非流動性電解質が好ましい。特に、非流動性電解質を使用した場合、従来の電解液を使用した電池に対してより有効に液漏れが防止できるので、後述するラミネートフィルムのような形状可変性を有するケースを使用する利点を最大に生かすことができる。
【００３８】
電解質層に使用される電解液は、通常支持電解質を非水系溶媒に溶解したものである。
支持電解質としては、電解質として正極活物質及び負極活物質に対して安定であり、かつリチウムイオンが正極活物質或いは負極活物質と電気化学反応をするための移動をおこない得る非水物質であればいずれのものでも使用することができる。具体的にはＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ
、ＬｉＡｌＣｌ、ＬｉＨＦ2、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＳＯ3ＣＦ2等のリチウム塩が挙げられる
。これらのうちでは特にＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4が好適である。
【００３９】
これら支持電解質を非水系溶媒に溶解した状態で用いる場合の濃度は、０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌが好適である。これら支持電解質を溶解する非水系溶媒は特に限定されないが、比較的高誘電率の溶媒が好適に用いられる。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、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などの非環状カーボネート類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のグライム類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫黄化合物、アセトニトリル等のニトリル類等の１種又は２種以上が例示される。
【００４０】
これらのうちでは、特にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、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などの非環状カーボネート類から選ばれた１種又は２種以上の溶媒が好適である。また、これらの溶媒に添加剤などを加えてもよい。添加剤としては、例えば、トリフルオロプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉｏｘａｓｐｉｒｏ〔４，４〕
ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄｉｏｎｅ、１２−クラウン−４−エーテルなどが電池の安定性、寿命を高める目的で使用できる。
【００４１】
電解質層に使用できるゲル状電解質は、通常、上記電解液を高分子によって保持してなる。即ち、ゲル状電解質は、通常電解液が高分子のネットワーク中に保持されて全体として流動性が著しく低下したものである。このようなゲル状電解質は、イオン伝導性などの特性は通常の電解液に近い特性を示すが、流動性、揮発性などは著しく抑制され、安全性が高められている。ゲル状電解質中の高分子の比率は好ましくは１〜５０重量％である。低すぎると電解液を保持することができなくなり、液漏れが発生することがある。高すぎるとイオン伝導度が低下して電池特性が悪くなる傾向にある。
【００４２】
ゲル状電解質に使用する高分子としては、電解液と共にゲルを構成しうる高分子であれば特に制限は無く、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミドなどの重縮合によって生成されるもの、ポリウレタン、ポリウレアなどのように重付加によって生成されるもの、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル誘導体系ポリマーやポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリビニル系などの付加重合で生成されるものなどがある。好ましい高分子としては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを挙げることができる。ここで、ポリフッ化ビニリデンとは、フッ化ビニリデンの単独重合体のみならず、ヘキサフルオロプロピレン等他のモノマー成分との共重合体をも包含する。また、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどのアクリル系モノマーを重合して得られるアクリル系ポリマーも好ましく用いることができる。
【００４３】
上記高分子の重量平均分子量は、通常１００００〜５００００００の範囲である。分子量が低いとゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くなりすぎて取り扱いが難しくなる。高分子の電解液に対する濃度は、分子量に応じて適宜選べばよいが、好ましくは０．１〜３０重量％である。濃度が低すぎるとゲルを形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して流動、液漏れの問題が生じることがある。濃度が高すぎると粘度が高くなりすぎて工程上困難を生じると共に、電解液の割合が低下してイオン伝導度が低下しレイト特性などの電池特性が低下することがある。
【００４４】
電解質層として完全固体状の電解質層を用いることもできる。このような固体電解質としては、これまで知られている種々の固体電解質を用いることができる。例えば、上述のゲル状電解質で用いられる高分子と支持電解質塩を適度な比で混合して形成することができる。この場合、伝導度を高めるため、高分子は極性が高いものを使用し、側鎖を多数有するような骨格にすることが好ましい。
【００４５】
電解質層として、上記電解質を多孔膜等の多孔性シートに含浸したものを用いてもよい。
電解質層の厚みは、通常１〜２００μｍ、好ましくは、５〜１００μｍである。
多孔性シートとしては、具体的には厚さ通常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、また
通常２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下のものが使用される。空隙率は、通常１０〜９５％、好ましくは３０〜８５％程度である。多孔性シートの材料としては、ポリオレフィン又は水素原子の一部もしくは全部がフッ素置換されたポリオレフィンを使用することができる。具体的には、ポリオレフィン等の合成樹脂を用いて形成した微多孔性膜、不織布、織布等を用いることができる。
【００４６】
電極の平面形状は任意であり、四角形、円形、多角形等にすることができる。
図１２〜１４の通り、集電体２２，２６又は１５ａ，１５ｂには、通常、リード結合用のタブ４ａ，４ｂが連設される。電極が四角形であるときは、通常図１２に示すように電極の一辺の一サイド近傍に正極集電体より突出するタブ４ａを形成し、また、負極集電体のタブ４ｂは他サイド近傍に形成する。
【００４７】
複数の電池要素を積層するのは、電池の高容量化を図る上で有効であるが、この際、電池要素それぞれからのタブ４ａとタブ４ｂの夫々は、通常、厚さ方向に結合されて正極と負極のリード結合端子が形成される。その結果、大容量の電池要素１を得ることが可能となる。
タブ４ａ，４ｂには、前記図６に示すように、薄片状の金属からなるリード２１が結合される。その結果、リード２１と電池要素の正極及び負極とが電気的に結合される。タブ４ａ同士、４ｂ同士の結合及びタブ４ａ，４ｂとリード２１との結合はスポット溶接等の抵抗溶接、超音波溶着あるいはレーザ溶接によって行うことができる。
【００４８】
本発明においては、上記正極リードと負極リードの少なくとも一方のリード２１好ましくは両方のリードとして、焼鈍金属を使用するのが好ましい。その結果、強度のみならず折れ曲げ耐久性に優れた電池とすることができる。
リードに使用する金属の種類としては、一般的にアルミや銅、ニッケルやＳＵＳなどを用いることができる。正極のリードとして好ましい材料はアルミニウムである。また、負極のリードとして好ましい材質は銅である。
【００４９】
リード２１の厚さは、通常１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上、最も好ましくは４０μｍ以上である。薄すぎると引張強度等リードの機械的強度が不十分になる傾向にある。また、リードの厚さは、通常１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。厚すぎると折り曲げ耐久性が悪化する傾向にあり、また、ケースによる電池要素の封止が困難になる傾向にある。リードに後述する焼鈍金属を使用することによる利点は、リードの厚さが厚いほど顕著である。
【００５０】
リードの幅は通常１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、特に１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度であり、リードの外部への露出長さは通常１ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度である。
上記の外装材２，３，６，７，８は、形状可変性を有することが好ましい。その結果、電池の形状を様々に変更することが容易に可能となる。また、外装材の内部を真空状態とした後、外装材の周縁部を封止することにより、電池要素１に押し付け力を付与することができ、その結果、サイクル特性などの電池特性を向上させることができる。
【００５１】
外装材の材料としては、アルミニウム、ニッケルメッキをした鉄、銅等の金属、合成樹脂等を用いることができるが、好ましくは金属と合成樹脂が積層されたラミネート状の複合材が用いられる。このラミネート状の複合材を用いることにより、外装材の薄膜化・軽量化が可能となり、電池全体としての容量を向上させることができる。
【００５２】
ラミネート状複合材としては、金属層と合成樹脂層が積層されたものを使用することができる。この金属層は水分の浸入の防止あるいは形状保持性を維持させるもので、アルミ
ニウム、鉄、銅、ニッケル、チタン、モリブデン、金等の単体金属やステンレス、ハステロイ等の合金又は酸化アルミニウム等の金属酸化物でもよい。特に加工性の優れたアルミニウムが好ましい。
【００５３】
金属層の形成は、金属箔、金属蒸着膜、金属スパッター等を用いて行うことができる。
合成樹脂層は、ケース部材の保護あるいは電解質による侵触を防止したり、金属層と電池要素等との接触を防止したり、あるいは金属層の保護のために用いられるもので、本発明において合成樹脂は、弾性率、引張伸び率は制限されるものではない。従って本発明における合成樹脂は一般にエラストマーと称されるものも含むものとする。
【００５４】
合成樹脂としては、熱可塑性プラスチック、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性樹脂、プラスチックアロイが使われる。これらの樹脂にはフィラー等の充填材が混合されているものも含んでいる。
また、ラミネート状複合材は、金属層の外側面に外側保護層として機能するための合成樹脂層を設けると共に、内側面に電解質による腐蝕や金属層と電池要素との接触を防止したり金属層を保護するための内側保護層として機能する合成樹脂層を積層した三層構造体とすることができる。
【００５５】
この場合、外側保護層に使用する樹脂は、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、非晶性ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等耐薬品性や機械的強度に優れた樹脂が望ましい。
内側保護層としては、耐薬品性の合成樹脂が用いられ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。
【００５６】
また、複合材は、金属層と保護層形成用合成樹脂層、耐蝕層形成用合成樹脂層間にそれぞれ接着剤層を設けることもできる。さらにまた、ケース部材同士を接着するために、複合材の最内面に溶着可能なポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂からなる接着層を設けることもできる。これらの金属、合成樹脂あるいは複合材を用いてケースが形成される。ケースの成形はフィルム状体の周囲を融着して形成してもよく、シート状体を真空成形、圧空成形、プレス成形等によって絞り成形してもよい。また、合成樹脂を射出成形することによって成形することもできる。射出成形によるときは、金属層はスパッタリング等によって形成されるのが通常である。
【００５７】
外装材に凹部よりなる収容部を設けるには絞り加工等によって行うことができる。
本発明の電池パックは２組以上の二次電池がケースに収納されてなるが、該ケースは２組以上の二次電池並びに電池パックの構成パーツ（保護回路、保護素子等）を収納できるものであればよく、その形状、材質は任意に選択すればよい。ケースの材質としては金属、樹脂等が挙げられるが、合成樹脂ケースが一般的である。
【００５８】
本発明における充電器は、対応する電池パック１０１の外部端子１０２と対応する接合端子２０２を有し、外部端子１０２と接合端子２０２を接合した際に、２組以上の二次電池１０３が並列になるよう接合端子２０２が配線された充電器である。「外部端子１０２と接合端子２０２を接合した際に、２組以上の二次電池１０３が並列になるような接合端子２０２の配線」とは、例えば図１の充電器２０２で示す様な配線である。
【００５９】
発明における充電器は、パックへ流入する総エネルギー量を規制する事により熱暴走が起きるだけのエネルギーをパックに与えないという観点から、トータルタイマーで充電時間を制御する手段を備えていることが好ましい。具体的には電子回路上のクロック等であり、充電開始から時間を計測し規定時間を過ぎても充電が完了していない場合、強制的に
充電を停止する。
【００６０】
本発明における機器は、対応する電池パック１０１の外部端子１０２と対応する接合端子３０２を有し、外部端子１０２と接合端子３０２を接合させた際に２組以上の二次電池１０３が直列となるよう接合端子３０２が配線された機器である。「外部端子１０２と接合端子３０２を接合させた際に２組以上の二次電池１０３が直列となるような接合端子３０２の配線」とは、例えば図１の機器３０１で示す様な配線である。
【００６１】
本発明においては、前述の様な充電器２０１を用いることにより、本願発明の電池パック１０１は並列充電することが可能である。具体的には、図１における電池パック１０１（２組以上の二次電池１０３がケースに収納されてなり、二次電池（１０３）１組につき対応する正極及び負極の外部端子１０２を有し、各外部端子１０２はそれぞれ独立して対応する二次電池の正極又は負極に電気的に接続されている電池パック）と、図１における充電器２０１（該電池パックの外部端子１０２と対応する接合端子２０２を有し、外部端子１０２と接合端子２０２を接合した際に、２組以上の二次電池１０３が並列になるよう接合端子２０２が配線された充電器）を接合することにより二次電池１０３を並列充電することができる。全ての電池を同等に満充電するという観点からすると、充電は並列充電にすることが好ましい。
【００６２】
また本発明の電池パック１０１は、上記の様な機器３０１を用いることにより直列放電することが可能である。具体的には、充電された該電池パック（図１における電池パック１０１）に、図１の機器３０１（該電池パックの外部端子１０２と対応する接合端子３０２を有し、外部端子１０２と接合端子３０２を接合させた際に２組以上の二次電池１０３が直列となるよう接合端子３０２が配線された機器を用いて放電することにより、直列放電を可能とする。保護回路等の電流路に存在する抵抗による電力損失を軽減する為には高電圧低電流での放電が望ましいという観点からすると、放電は直列放電が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る電池パック並びにこの電池パックを用いて並列充電、直列路放電を行うのに用いる、充電器及び機器のそれぞれの構成をまとめて示すブロック図である。
【図２】電池パックのブロック図である。
【図３】平板型二次電池を積層を示す斜視図である。
【図４】平板型二次電池の斜視図である。
【図５】平板型二次電池の分解斜視図である。
【図６】平板型二次電池の要部の断面図である。
【図７】平板型二次電池の電池要素を示す斜視図である。
【図８】平板型二次電池の製造途中の斜視図である。
【図９】平板型二次電池の製造途中の斜視図である。
【図１０】平板型二次電池の製造途中の斜視図である。
【図１１】図１０の平板型二次電池の製造途中の平板図である。
【図１２】単位電池要素の斜視図である。
【図１３】正極又は負極の模式的な断面図である。
【図１４】電池要素の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０１  電池パック
１０２  外部端子
１０３  二次電池
１０４  二次電池１０３を構成する二次電池
１０５  保護回路及び／又は保護素子
１０６  保護回路
１０７  保護素子
２０１  充電器
２０２  接合端子
３０１  機器
３０２  接合端子
１  電池要素
２，３，６，７，８  外装材
４ａ，４ｂ  タブ
４Ａ，４Ｆ  接合片部（フラップ）
４Ｂ  被包部
１１  正極
１１ａ  正極活物質
１２  負極
１２ｂ  負極活物質
１３  非流動性電解質層
１５ａ  正極集電体
１５ｂ  負極集電体
２１  リード
２２  正極集電体
２３  正極活物質
２４  スペーサー（電解質層）
２５  負極活物質
２６  負極集電体
５０  電池単体
【図１】
0004656083.tif 000002
【図２】
0004656083.tif 000003
【図３】
0004656083.tif 000004
【図４】
0004656083.tif 000005
【図５】
0004656083.tif 000006
【図６】
0004656083.tif 000007
【図７】
0004656083.tif 000008
【図８】
0004656083.tif 000009
【図９】
0004656083.tif 000010
【図１０】
0004656083.tif 000011
【図１１】
0004656083.tif 000012
【図１２】
0004656083.tif 000013
【図１３】
0004656083.tif 000014
【図１４】
0004656083.tif 000015