(57)【要約】【課題】  小型化及び軽量化を図る。【解決手段】  正極１３と負極１４とがセパレータ１６を介して積層された電池素子１１を外装材１２に封入した電池１０と、電池１０と電気的に接続され、外部端子２２が設けられている回路基板２０と、外部端子２２を外部に露出させる開口孔３５を有し、回路基板２０を固定する前壁部３１と、前壁部３１と対向する後壁部３２と、前壁部３１と後壁部３２とを接続する一対の側壁部３３とを有し、前壁部３１と後壁部３２と一対の側壁部３３とで電池１０と回路基板２０とを囲むフレーム３０と、薄板状をなし、フレーム３０の電池１０及び回路基板２０が露出する領域上に載置される天板４０と、フィルム状又は薄板状をなし、少なくともフレーム３０の開口孔３５から外部端子２２を外部に臨ませた状態で、電池１０と回路基板２０とフレーム３０と天板４０とを一緒に包む包装体５０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して積層された電池素子を外装材に封入した電池と、
上記電池と電気的に接続され、外部端子が設けられている回路基板と、
上記外部端子を外部に露出させる開口孔を有し、上記回路基板を固定する前壁部と、上記前壁部と対向する後壁部と、上記前壁部と上記後壁部とを接続する一対の側壁部とを有し、上記前壁部と上記後壁部と一対の上記側壁部とで上記電池と上記回路基板とを囲むフレームと、
上記薄板状をなし、上記フレームの上記電池及び上記回路基板が露出する領域上に載置される天板と、
フィルム状又は薄板状をなし、少なくとも上記前壁部の上記開口孔から上記外部端子を外部に臨ませた状態で、上記電池と上記回路基板と上記フレームと上記天板とを一緒に包む包装体とを備える電池パック。
【請求項２】
正極と負極とがセパレータを介して積層され、外装材に封入された電池素子を有する電池と、外部端子が設けられた回路基板とを電気的に接続させ、
上記外部端子を外部に露出させる開口孔を有し、上記回路基板を固定する前壁部又は上記前壁部と対向する後壁部のうちの一方の端部に一対の側壁部の一端を接続し、
上記前壁部又は上記後壁部のうちの一方と上記一対の側壁部とで囲まれた区域に上記電池及び上記回路基板を挿入し、
上記一対の側壁部の他端に上記前壁部又は上記後壁部の他方を接続し、上記前壁部と上記後壁部と上記側壁部とで上記電池及び上記回路基板を囲むフレームを形成し、
上記フレームの上記電池及び上記回路基板が露出する領域上に、薄板状の天板を載置し、
フィルム状又は薄板状をなす包装体で、少なくとも上記前壁部の上記開口孔から上記外部端子を外部に臨ませた状態で、上記電池と上記回路基板と上記フレームと上記天板とを一緒に包む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、小型化及び軽量化が図られた電池パック及びこの電池パックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話、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。この電子機器の小型、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。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。リチウムイオン二次電池は、パックを形成する際に、回路基板と共に収納ケースに収納される。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
収納ケースは、プラスチック等からなり、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。電池パックでは、収納ケースを用いて形成する際、外部からの衝撃等から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。また、超音波溶着により分割された収納ケースを繋ぎ合わせる際は、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なくなり用途が限られてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９３９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、小型化及び軽量化が図られた電池パック及びこの電池パックの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成する本発明に係る電池パックは、正極と負極とがセパレータを介して積層された電池素子を外装材に封入した電池と、電池と電気的に接続され、外部端子が設けられている回路基板と、外部端子を外部に露出させる開口孔を有し、回路基板を固定する前壁部と、前壁部と対向する後壁部と、前壁部と後壁部とを接続する一対の側壁部とを有し、前壁部と後壁部と一対の側壁部とで電池と回路基板とを囲むフレームと、薄板状をなし、フレームの電池及び回路基板が露出する領域上に載置される天板と、フィルム状又は薄板状をなし、少なくとも前壁部の開口孔から外部端子を外部に臨ませた状態で、電池と回路基板とフレームと天板とを一緒に包む包装体とを備える。
【０００８】
このような構成からなる電池パックでは、フレームの電池及び回路基板が露出する領域に載置される天板が薄板状からなり、且つ電池、回路基板、フレーム及び天板を包む包装体が薄板状又はフィルム状からなるため、小型化及び軽量化が図られる。
【０００９】
また、上述した目的を達成する本発明に係る電池パックの製造方法は、正極と負極とがセパレータを介して積層され、外装材に封入された電池素子を有する電池と、外部端子が設けられた回路基板とを電気的に接続させ、外部端子を外部に露出させる開口孔を有し、回路基板を固定する前壁部又は前壁部と対向する後壁部のうちの一方の端部に一対の側壁部の一端を接続し、前壁部又は後壁部のうちの一方と一対の側壁部とで囲まれた区域に電池及び回路基板を挿入し、一対の側壁部の他端に前壁部又は後壁部の他方を接続し、前壁部と後壁部と側壁部とで電池及び回路基板を囲むフレームを形成し、記フレームの電池及び回路基板が露出する領域上に、薄板状の天板を載置し、フィルム状又は薄板状をなす包装体で、少なくとも前壁部の開口孔から外部端子を外部に臨ませた状態で、電池と回路基板とフレームと天板とを一緒に包む。
【００１０】
このような構成からなる電池パックの製造方法では、フレームの電池及び回路基板が露出する領域に薄板状からなる天板を載置し、電池、回路基板、フレーム及び天板を薄板状又はフィルム状からなる包装体で包み電池パックを製造することから、電池パックを小型化及び軽量化させることができる。また、この電池パックの製造方法では、前壁部又は後壁部のうち一方と一対の側壁部とで囲まれた区域内に、側壁部の他端から電池及び回路基板とを挿入し、一対の側壁部の他端に前壁部又は後壁部の他方を接続することによって、電池及び回路基板を容易にフレームで囲むことができる。また、この電池パックの製造方法では、フレームの電池及び回路基板が露出する領域に天板を載置し、電池、回路基板、フレーム及び天板を包装体で包むことで電池パックを製造することができるため、従来のような溶接作業等が必要なく、電池パックの組み立てが容易となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、電池と回路基板とをフレームで囲み、フレームの電池及び回路基板が露出する領域上に載置される天板が薄板状であり、且つフレーム及び天板等を包む包装体がフィルム状又は薄板状からなることから、小型化及び軽量化を図ることができる。これにより、本発明は、携帯機器の電源として幅広く活用することができる。
【００１２】
また、本発明では、前壁部又は後壁部のいずれか一方と一対の側壁部とで囲まれた内側に電池及び回路基板とを挿入し、一対の側壁部の前壁部又は後壁部のいずれか一方と接続されていない端部に前壁部又は後壁部の他方を接続することによって、電池及び回路基板をフレームで容易に囲むことでき、且つ電池及び回路基板が露出する領域に薄板状の天板を載置し、フレーム及び天板等をフィルム状又は薄板状の包装体で一括して包むため、従来のような溶接作業等が必要なく、電池パックの組み立てが容易となり、歩留まりが向上する。また、本発明では、プラスチックのケースを用いた場合のように繋ぎ合わせるテープ等の他の部材を必要としないため、部品点数の削減が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した電池パック１について図面を参照して詳細に説明する。電池パック１は、図１乃至図４に示すように、電池としてリチウムイオン二次電池１０と、このリチウムイオン二次電池１０と電気的に接続される回路基板２０と、リチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを囲むフレーム３０と、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とが露出する領域に載置される天板４０と、天板４０が載置されたフレーム３０を包む包装体５０とから構成される。
【００１４】
リチウムイオン二次電池１０は、高容量を有し軽量であるため、携帯用の電源として用いられている。リチウムイオン二次電池１０は、図５に示すように、リチウムイオンをドープ・脱ドープする電池素子１１と、電池素子１１を包む外装材１２とを有する。
【００１５】
電池素子１１は、正極１３及び負極１４と、この正極１３と負極１４との間に設けられる固体電解質１５と、正極１３と負極１４との短絡を防止するセパレータ１６とから構成され、正極１３及び負極１４と、固体電解質１５と、セパレータ１６とを積層し扁平状に巻回してなる。
【００１６】
正極１３は、正極集電体１３ａの両主面上に正極活物質層１３ｂが形成されてなる。このうち、正極集電体１３ａには、箔状又は網状に形成されたアルミニウム等が用いられ、正極活物質層１３ｂは、この正極集電体１３ａの両主面上に、それぞれ正極活物質と結着剤とが含有された正極合剤を塗布し乾燥させた後、加圧することによって形成されている。
【００１７】
正極活物質としては、例えばＬｉｘＭＯ２（式中、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ等のうち、何れか１種以上の遷移金属を表し、０．５≦ｘ≦１．１０である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を用いることができる。また、このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等を用いることが好ましく、このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を挙げることができる。また、正極活物質としては、安価で結晶構造が安定している、例えばＬｉｘＭｙＰＯ４（式中、Ｍは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂ、ＳｎＣａ、Ｓｒのうち１種以上を表し、０．５≦ｘ≦１．１であり、０．５≦ｙ≦１である。）を主体とする化合物等を用いることができ、例えばＬｉＦｅＰＯ４等である。さらに、正極活物質としては、例えばＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等の金属硫化物も用いることができる。
【００１８】
結着剤としては、一般的な非水電解質電池の正極合剤に用いられる、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。また、正極合剤には、例えば炭素質材料等を導電材として添加したり、他にも公知の添加剤等を添加することができる。
【００１９】
また、正極１３には、例えばアルミニウム等が短冊状に形成されてなる正極リード１７が電気的に接続されている。この正極リード１７は、正極１３の長手方向の一端（例えば内周側の端部）に設けられた正極集電体露出部分、すなわち正極リード１７の幅に合わせて正極活物質層１３ｂが形成されずに正極集電体１３ａが露出してなる部分に抵抗溶接や超音波溶接等により接合されている。したがって、正極リード１７は、一端が正極１３の幅方向から延長して設けられている。
【００２０】
負極１４は、負極集電体１４ａの両主面上に負極活物質層１４ｂが形成されてなる。このうち、負極集電体１４ａには、箔状又は網状に形成されたニッケル等が用いられており、負極活物質層１４ｂは、この負極集電体１４ａの両主面上に、それぞれ負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を塗布して乾燥させた後、加圧することによって形成されている。
【００２１】
負極活物質としては、例えばリチウムに対して２Ｖ以下の電位を有し、リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な炭素質材料、２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料、結晶化しやすい原材料を３０００℃付近の高温で焼成した人造黒鉛等の高結晶性炭素材料等を用いることができる。このような炭素質材料の具体例としては、例えば熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭素等を挙げることができ、コークス類としては、例えばピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等を挙げることができる。なお、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し、炭素化したものである。
【００２２】
また、負極活物質としては、上述した炭素質材料の他にも、リチウムと化合可能な元素又はこの元素の化合物、例えば化学式ＤｓＥｔＬｉｕ（式中、Ｄは、リチウムと化合可能な金属元素及び／又は半導体元素のうち１種以上を表し、Ｅは、リチウム及びＤ以外の金属元素及び／又は半導体元素のうち１種以上を表し、０＜ｓ、０≦ｔ、０≦ｕである。）等を用いることができ、その具体例としては、ＳｉＢ４、ＳｉＢ６、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｎ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、Ｃｕ５Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＭｎＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＶＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｎＳｉ２等を挙げることができる。また、これらのうち何れか１種以上を用いた場合には、上述した炭素質材料を導電材として添加することもできる。
【００２３】
また、負極活物質としては、上述したものの他にも、例えばポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等といった比較的電位が卑であり、リチウムのドープ・脱ドープが可能な酸化物や、これら酸化物の炭素を窒素で置換した窒化物等を用いることもできる。
【００２４】
また、結着剤としては、非水電解質電池の負極合剤に用いられる、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００２５】
また、負極１４には、例えばニッケル等が短冊状に形成されてなる負極リード１８が電気的に接続されている。この負極リード１８は、負極１４の長手方向の一端（例えば外周側の端部）に設けられた負極集電体露出部分、すなわち負極リード１８の幅に合わせて負極活物質層１４ｂが形成されずに負極集電体１４ａが露出している部分に抵抗溶接や超音波溶接等により接合されている。また、負極リード１８は、一端が負極１４の幅方向から正極リード１７と同一方向に延長して設けられている。
【００２６】
固体電解質１５は、マトリックス高分子に非水電解液を可塑剤として加えてなるゲル状電解質や、高分子に電解質塩を溶かし込んだ高分子固体電解質からなり、これらは、上述した正極１３及び負極１４の両主面上に、高分子化合物と電解質塩とを含有する溶液を塗布した後に、固化することで形成される。
【００２７】
セパレータ１６は、上述した正極１３と負極１４とを離間させるものであり、リチウム等を用いた非水電解質電池の絶縁性多孔質膜として通常用いられている公知の材料、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子フィルムからなる。
【００２８】
上述した電池素子１１を封入する外装材１２は、樹脂フィルムと金属箔とが積層されて貼り合わされたラミネートフィルムからなる。このうち、樹脂フィルムとしては、正極リード１７及び負極リード１８に対する熱溶着性を示し且つ気密性に優れた材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体、ポリオレフィン樹脂等の樹脂材料が用いられている。一方、金属箔には、例えばアルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄等が用いられている。
【００２９】
そして、この外装材１２は、電池素子１１を挟み込み電池素子１１の外形に沿って外縁部分が熱融着により貼り合わされ、電池素子１１を封止する。このとき、正極リード１７及び負極リード１８は、貼合せ面１２ａの間から外部へと引き出された状態とする。
【００３０】
貼り合わされる外装材１２の間には、外装材１２と正極リード１７及び負極リード１８との密着性をより向上させるために、正極リード１７及び負極リード１８と、外装材１２との接触部分に熱融着により溶融される樹脂片１９を設ける。この樹脂片１９としては、正極リード１７及び負極リード１８に対する熱溶着性を示し且つ気密性に優れた材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂及びこれらの共重合体等を用いることができる。以上のようにして、図５に示すようなリチウムイオン二次電池１０が構成される。
【００３１】
回路基板２０は、図２に示すように、長尺状に形成された基板２１の一方の面に外部の電源と接続される外部端子２２が設けられており、他方の面には正極リード１７及び負極リード１８が接続される接続端子２３が設けられている。また、基板２１には、詳細を図示しないが、リチウムイオン二次電池１０の電流等を制御する回路部品が実装されており、外部端子２２、接続端子２３及び回路部品をそれぞれ電気的に接続する配線パターンが形成されている。回路基板２０は、基板２１に形成されている配線パターンにより、リチウムイオン二次電池１０と電気的に接続される。回路基板２０は、リチウムイオン二次電池１０の正極リード１７及び負極リード１８が導出されている外装材１２の貼合せ面１２ａ上に、リチウムイオン二次電池１０と接続端子２３が対向し、外部端子２２が外側となるように配置される。
【００３２】
フレーム３０は、図２及び図６に示すように、略矩形状の枠であり、回路基板２０が固定される前壁部３１と、この前壁部３１と対向する後壁部３２と、前壁部３１と後壁部３２とを接続する一対の側壁部３３とから構成され、それぞれ分離可能に形成されている。
【００３３】
フレーム３０は、電池パック１を形成する際に、リチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを共に囲み、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を保護すると共に、電池パック１の耐衝撃性を向上させる。このため、フレーム３０には、耐衝撃性を有し、寸法精度のよい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材料に用いたり、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たりする。
【００３４】
前壁部３１は、リチウムイオン二次電池１０の正極リード１７及び負極リード１８が導出されている側に配置される。前壁部３１は、図６及び図７に示すように、回路基板２０を保持できるように略矩形状の凹部３１ａが形成されており、凹部３１ａの内面には回路基板２０を内部で保持できるように係止する係止突部３４が１つ以上設けられている。例えば、係止突部３４は、図３に示すように、回路基板２０が凹部３１ａの挿入された際に、回路基板２０の長辺が係止される位置に設けられている。前壁部３１には、固定される回路基板２０に設けられている外部端子２２と対向する位置に、外部端子２２を外部に露出させる開口孔３５が設けられている。なお、図２に示すように、前壁部３１に３つの開口孔３５が設けられた例を示しているが、この３つに限定されることはなく、適宜設けるようにしてよい。また、係止突部３４についても、回路基板２０を固定するために必要な数及び配置で設けるようにしてよい。
【００３５】
また、前壁部３１には、凹部３１ａの開口部のリチウムイオン二次電池１０と対向する面から突出するように、天板４０を支える突部３６が形成されている。突部３６は、凹部３１ａの長辺に沿ってリチウムイオン二次電池１０の短辺方向の長さと略同一の長さにわたり形成されている。この突部３６には、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０が露出する領域を覆う天板４０の端部が載置される。この突部３６は、後述する後壁部３２の突部３９と共に、天板４０がフレーム３０の内に落ちてしまうことを防ぎ、天板４０を支える。
【００３６】
前壁部３１には、リチウムイオン二次電池１０と対向する面の長辺方向の両端に一対の側壁部３３のそれぞれの一端が着脱可能に係合される係合凹部３７が形成されている。この係合凹部３７は、側壁部３３の一端の形状に合わせて形成されている。前壁部３１の係合凹部３７に側壁部３３の一端が係合されることによって、前壁部３１と一対の側壁部３３とが一体となる。
【００３７】
後壁部３２は、前壁部３１とほぼ同じ大きさの略矩形状をなし、リチウムイオン二次電池１０の正極リード１７及び負極リード１８が導出する側とは反対側、即ちリチウムイオン二次電池１０の一方短辺側に配置される。後壁部３２は、電池パック１に耐衝撃性を持たせるため、ある程度の厚みを有する。後壁部３２には、リチウムイオン二次電池１０と対向する面の長辺方向の両端に、前壁部３１に形成された係合凹部３７と対向するように、前壁部３１の係合凹部３７に一端が係合された側壁部３３の他端が係合される係合凹部３８が形成されている。この係合凹部３８は、側壁部３３の他端の形状に合わせて形成されている。また、後壁部３２には、リチウムイオン二次電池１０と対向する面に、リチウムイオン二次電池１０の厚みとほぼ同じ幅で、且つ後壁部３２の長辺方向に沿ってリチウムイオン二次電池１０の幅と略同一の幅にわたり、天板４０が載置される突部３９が形成されている。この突部３９は、前壁部３１の突部３６と共に天板４０がフレーム３０の枠内に落ちてしまうことを防ぎ、天板４０を支える。
【００３８】
側壁部３３は、一端が前壁部３１に形成されている係合凹部３７に着脱可能に係合され、他端が後壁部３２に形成されている係合凹部３８に着脱可能に係合される。側壁部３３は、一端が前壁部３１の係合凹部３７に係合され、他端が後壁部３２の係合凹部３８に係合されることによって、前壁部３１及び後壁部３２を接続し、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を囲む略矩形状の枠を形成する。側壁部３３には、枠を形成した際に、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０が配置される側が開口されている凹部３３ａが形成された形状からなる。側壁部３３は、リチウムイオン二次電池１０の長辺方向の側面に沿って配され、リチウムイオン二次電池の長辺方向の側面が凹部３３ａに嵌合されることによって、リチウムイオン二次電池１０をフレーム３０内に維持する。側壁部３３は、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０と対向する側とは反対側の外側面３３ｂが平坦に形成されており、角部３３ｃが略直角に形成されている。
【００３９】
なお、側壁部３３は、図８及び図９に示すように、外側面３３ｂが例えば曲面で形成されていてもよい。側壁部３３は、電池パック１を形成する際に、後述する包装体５０で覆われるため、外側面３３ｂが曲面で形成されることによって、後述する包装体５０でフレーム３０を覆う際に、側壁部３３に包装体５０が沿って配され、且つ包装体５０が曲げられる側壁部の角部３３ｃが９０度以上となり、角部３３ｃで包装体５０が剥がれたり、浮いたりすることを防止することができる。
【００４０】
外側面３３ｂが形成する曲面は、曲率半径がリチウムイオン二次電池１０の厚さの０．５倍以上、３倍以下で形成される。曲率半径がリチウムイオン二次電池１０の厚さの０．５倍未満である場合、外側面３３ｂ全体に曲面を形成することができなくなり、外側面３３ｂの一部に曲面が形成され、この曲面により外側面３３ｂに段差ができてしまう。一方、曲率半径がリチウムイオン二次電池１０の厚さの３倍より大きいと、外側面３３ｂがゆるやかな曲面にならなくなってしまう。したがって、曲面の曲率半径をリチウムイオン二次電池１０の厚さの０．５倍以上、３倍以下にすることによって、外側面全体がゆるやかな曲面となり、角部の角度が９０度以上となるため、包装体５０を側壁部３３に沿って配することができ、包装体５０の剥がれや浮きが防止され、品質低下を抑えられる。また、側壁部３３を略矩形の板状に形成してもよく、板状の外側面が曲面を形成していてもよい。
【００４１】
また、上述したフレーム３０では、前壁部３１、後壁部３２、側壁部３３がそれぞれ分離して形成されているが、前壁部３１と側壁部３３、又は後壁部３２と側壁部３３とがインサート成型されていてもよい。また、フレーム３０は、側壁部３３を前壁部３１及び後壁部３２の係合凹部３７、３８に係合することで、前壁部３１と後壁部３２とを側壁部３３で接続していたが、このことに限定されず、前壁部３１及び後壁部３２に係合凹部３７、３８を設けずに、前壁部３１及び後壁部３２の両端に接着剤等で側壁部３３を接続するようにしてもよい。
【００４２】
天板４０は、強度を有するステンレスやアルミ等の金属材料からなる略矩形状の金属板であり、厚さが３０μｍ〜５０μｍ程度の薄板である。天板４０は、金属板の一方主面に厚さ３０μｍ〜４０μｍ程度の接着剤が塗布された構成からなる。天板４０は、接着剤が塗布されている面をフレーム３０側にして、短辺方向の端部が前壁部３１の突部３６及び後壁部３２の突部３９に載置され、接着剤で端部が前壁部３１の突部３６及び後壁部３２の突部３９と接着し、一方主面がリチウムイオン二次電池の主面に接着することによって、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０とが露出する領域上に配置される。これにより、天板４０は、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０に対する突き刺し強度を向上させ、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を保護すると共に、リチウムイオン二次電池１０、前壁部３１及び後壁部３２の位置が維持する。なお、天板４０は、前壁部３１及び後壁部３２の他に包装体５０と接着可能とするため、金属板の両面に接着剤が塗布されていてもよい。
【００４３】
包装体５０は、図２に示すように、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を囲むフレーム３０を前壁部３１の開口孔３５から外部端子２２を外部に臨ませるように包装する。包装体５０は、略矩形状のフィルム又は薄板であり、ナイロンやポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体、ポリオレフィン樹脂等の樹脂材料からなるフィルム又は薄板の一方の主面には接着剤が塗布されている。例えば、包装体として、覆われたフレームや天板が外部から見えないようにするため、アルミ蒸着ＰＥＴフィルム等を用いる。これにより、電池パック１は、内部が見えなくなるので見栄えが良くなる。
【００４４】
包装体５０は、図３に示すように、短辺方向の幅が側壁部３３の長辺の長さとほぼ同じであり、長辺方向の長さが前壁部３１の外周の一周分よりも長く形成されている。包装体５０は、図１０に示すように、接着剤が塗布されている面をフレーム３０及び天板４０と対向するように配置され、短辺方向の端部が前壁部３１の突部３６及び後壁部３２の突部３９に載置されている天板４０上に載置され、長辺をリチウムイオン二次電池１０の外周に沿って配し側壁部３１及び天板４０を覆い、長辺方向の端部５２同士が重ね合わされる。長辺方向の端部５２同士は、重ね合わされる端部に塗布されている接着剤で貼り合わされる。なお、包装体５０の端部５２同士が貼り合わされた部分５０ａには、図３に示すように、外装ラベル５１を張り付けて貼り合わせた部分が目立たなくなるようにしてもよい。
【００４５】
ここで、包装体５０でフレーム３０等を包装する際には、包装体５０の短辺方向の端部を、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０及び回路基板が露出する領域に配置され、前壁部３１の突部３６及び後壁部３１の突部３９に載置された天板４０の端部と、前壁部３１のリチウムイオン二次電池１０と対向する面とによって形成された角部に突き合わし、前壁部３１の突部３６及び後壁部３１の突部３９に載置された天板４０上に載置される。これにより、包装体５０で覆った面とフレーム３０とが面一となり、包装体５０の端部から剥がれたりすることが防止される。また、包装体５０で覆うことによって、天板４０と、リチウムイオン二次電池１０、前壁部３１の突部３６及び後壁部３２の突部３９との接続が維持されるようになる。また、フィルム状又は薄板状の包装体５０を用いることによって、電池パック１の小型化及び軽量化が図られる。
【００４６】
上述した構成からなる電池パック１では、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０をフレーム３０で囲み、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０が露出する領域に載置される天板４０が薄板状であり、且つ天板４０が載置されたフレーム３０を外側から包む包装体５０がフィルム状又は薄板状であることから、小型化及び軽量化されている。また、電池パック１では、天板４０や包装体５０によって、従来のリチウムイオン二次電池と比べて電池容量を大きくすることができる。
【００４７】
次に、上述した電池パック１の製造方法について説明する。先ず、正極集電体１３ａの両主面に正極活物質層１３ｂを形成し、正極１３を作製する。具体的には、正極１３は、正極活物質と結着剤とを混合した正極合剤を、正極集電体１３ａとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔の正極リード１７を接続する部分を除いた両主面に均一に塗布し、乾燥することにより、正極集電体１３ａの両主面に正極活物質層１３ｂが形成されて作製される。正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。また、キャスト塗布、焼結等の手法を用いて正極活物質層１３ｂを形成することもできる。
【００４８】
次に、負極集電体１４ａの両主面に負極活物質層１４ｂを形成し、負極１４を作製する。具体的に、負極１４は、負極活物質と結着剤とを混合した負極合剤を、負極集電体１４ａとなる例えば銅箔等の金属箔の負極リード１８を接続する部分を除いた両主面に均一に塗布し、乾燥することにより、負極集電体１４ａ上に負極活物質層１４ｂが形成されて作製される。負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。また、キャスト塗布、焼結等の手法を用いて負極活物質層１４ｂを形成することもできる。
【００４９】
固体電解質１５は、マトリックス高分子に非水電解液を可塑剤として加えてなるゲル状電解質や、高分子に電解質塩を溶かし込んだ高分子固体電解質１５からなり、これらは、上述した正極１３及び負極１４の両主面上に、高分子化合物と電解質塩とを含有する非水電解液を塗布した後に、固化することで形成される。
【００５０】
次に、正極集電体１３ａの一端に正極リード１７を超音波溶接し、負極集電体１４ａの一端に負極リード１８を超音波溶接する。
【００５１】
次に、以上のように作製した正極１３と負極１４との間にセパレータ１６を介在させ、正極１３及び負極１４のそれぞれに形成された固体電解質１５を対向させて、正極リード１７及び負極リード１８が一端から導出されるように積層し、巻回して扁平状の電池素子１１を作製する。
【００５２】
次に、電池素子１１の正極リード１７及び負極リード１８が一端から導出するように外装材１２で挟み込み、電池素子１１の周囲を熱溶着して、電池素子１１を外装材１２で包む。貼り合わされる外装材１２の間には、正極リード１７及び負極リード１８との密着性を向上させるために、正極リード１７及び負極リード１８と、外装材１２との接触部分に熱融着により溶融される樹脂片１９を設け、リチウムイオン二次電池１０が作製される。この樹脂片１９としては、正極リード１７及び負極リード１８に対する接着性を有する材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂及びこれらの共重合体等を用いることができる。
【００５３】
次に、リチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを電気的に接続する。リチウムイオン二次電池１０の正極リード１７及び負極リード１８を回路基板２０に設けられている接続端子２３にはんだ付け等で接続し、リチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを電気的に接続する。
【００５４】
次に、図２に示すように、回路基板２０をリチウムイオン二次電池１０の側面と対向するように配置し、リチウムイオン二次電池１０と回路基板２０との外周、即ちリチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを共に囲むようにフレーム３０を配置する
具体的には、先ず、前壁部３１と側壁部３３とを接続する。前壁部３１の係合凹部３７に側壁部３３の一端を係合させ、前壁部３１と側壁部３３とを接続し、略矩形状のフレーム３０の４辺うち３辺を形成し、後壁部３２側が開口するように形成する。次に、開口している側から、接続したリチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを挿入し、前壁部３１の係止突部３４に回路基板２０を係止させ、前壁部３１に回路基板２０を固定する。これにより、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０は、前壁部３１と側壁部３３とで形成される区域内に配置する。次に、開口している側の側壁部３３の他端に後壁部３２の係合凹部３８を係合させ、側壁部３３と後壁部３２とを接続し、略矩形状の枠を形成し、リチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを囲む。なお、前壁部３１に側壁部３３を接続してから、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を挿入することに限定されず、後壁部３２に側壁部３３を接続し、開口している側からリチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを挿入し、側壁部３３に前壁部３１を接続すると共に、前壁部３１に回路基板２０を固定し、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を囲むようにしてもよい。
【００５５】
次に、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とが露出する面側から天板４０を配置し、天板４０の端部を前壁部３１の突部３６及び後壁部３３の突部３９に載置させる。フレーム３０に天板４０を載置する際は、前壁部３１と後壁部３２とに形成された突部３６、３９と、接着剤が塗布されている面とが対向するように載置する。これにより、天板４０は、接着剤によって突部３６、３９及びリチウムイオン二次電池１０の主面と接着される。
【００５６】
次に、図１に示すように、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０及びフレーム３０を一括してフィルム状又は薄板状の包装体５０で包む。フレーム３０を包む際は、図１０に示すように、フレーム３０と包装体５０の接着剤層４３とが対向するようにフレーム３０の下に包装体５０を配置し、フレーム３０の外側から包装体５０を図１０中矢印Ｘ方向に曲げ、開口孔３５を除いてリチウムイオン二次電池１０を覆うようにフレーム３０の外周を覆い、接着剤で包装体５０の端部５２同士の接着、包装体５０とフレーム３０及びリチウムイオン二次電池１０との接着を行い、電池パック１を密閉する。そして、包装体５０の端部同士の貼り合わせた部分に外装ラベル５１を貼り付け、包装体５０の貼り合わせ部分を平坦にする。
【００５７】
ここで、上述した電池パック１において、例えば、厚さ３．６ｍｍ、幅３３．５ｍｍ、長さ４９．５ｍｍのリチウムイオン二次電池１０を用いて電池パック１を作製した場合、フレーム３０は、前壁部３１及び後壁部３２の厚さが２．５ｍｍ、リチウムイオン二次電池１０の厚さと対向する短辺の長さが３．８ｍｍ、リチウムイオン二次電池１０の幅と対向する長辺の長さが３４．６ｍｍであり、側壁部３３の厚さが０．１ｍｍ、リチウムイオン二次電池１０の厚さと対向する短辺の長さが３．８ｍｍ、リチウムイオン二次電池１０の長さと対向する長辺の長さが５４ｍｍとなる。これにより、電池パック１の体積は、７４６２ｍｍ３となる。一方、従来のようなプラスチックのケースの用いた場合では、ケースの厚さが４．３ｍｍ、短辺の長さが３５．９ｍｍ、長辺の長さが５４．６ｍｍとなり、電池パックの体積は８４２９ｍｍ３となる。したがって、上述した構成から電池パック１は従来の電池パックに比べて約１３％ほど小さくすることができ、従来と同体積の電池パックを形成した際にリチウムイオン二次電池１０の電池容量を向上させることができる。
【００５８】
上述した電池パック１の製造方法では、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０が露出する領域に薄板状からなる天板４０を載置し、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０、フレーム３０及び天板４０を薄板状又はフィルム状からなる包装体５０で包み電池パック１を製造することから、電池パック１を小型化及び軽量化させることができる。また、この電池パック１の製造方法では、前壁部３１又は後壁部３２のいずれか一方と一対の側壁部３２とで囲まれた内側にリチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０とを挿入し、一対の側壁部３２の前壁部３１又は後壁部３３のいずれか一方と接続されていない端部に前壁部３１又は後壁部３２の他方を接続することによって、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０をフレーム３０で囲み、フレーム３０のリチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０が露出する領域に天板４０を載置して、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０、フレーム３０及び天板４０を包装体５０で包むことで電池パックを製造することができるため、プラスチックケースを用いた場合に比べて、超音波溶接等を必要とせず容易に電池パック１を形成することができ製造工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を適用した電池パックの斜視図である。
【図２】同電池パックの分解斜視図である。
【図３】図１中の線分Ａ−Ａにおける断面図である。
【図４】図１中の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図５】リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図６】フレームの分解斜視図である。
【図７】図６中に線分Ｃ−Ｃにおける断面図である。
【図８】フレームの外側面が曲面である場合の斜視図である。
【図９】図８中の線分Ｄ−Ｄにおける断面図である。
【図１０】リチウムイオン二次電池、回路基板、フレーム及び天板を包装体で包む状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  電池パック、１０  リチウムイオン二次電池、２０  回路基板、２１  基板、２２  外部端子、２３、接続端子、３０  フレーム、３１  前壁部、３２  後壁部、３３  側壁部、３５  開口孔、３９  突部、４０  天板、５０  包装体
【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】
2005158308.tif 000009
【図８】
2005158308.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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