(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素を外装材で被包してなる電池単体を複数個有する電池パックにおいて、
各電池単体の正極リード及び負極リードの少なくとも一方に接続した温度ヒューズ又はＰＴＣ素子と、各電池単体に共通する保護回路とを有しており、
該温度ヒューズ又はＰＴＣ素子は、該外装材のうち該正極リード及び負極リードが外部に引き出されている部分に一体化されていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１において、さらに、各電池単体に共通する電流ヒューズを有することを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２において、保護回路が、電池パック内部に備えられたプリント配線基板上に設けられていることを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか1項において、前記電池単体が平板形状を有した状態で厚さ方向に積層されていることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項４において、プリント配線基板が電池単体の積層体の端面に対面するように設けられていることを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記電池要素がリチウム二次電池であることを特徴とする電池パック。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記電池パックが携帯機器用のものであることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池単体を複数個備えてなる電池パックに係り、特に電池の保護のための温度素子と保護回路とを備えた電池パックに関する。詳しくは、携帯機器に用いるのに好適な電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用無線電話装置、携帯用パーソナルコンピュータ、携帯用ビデオカメラ等の携帯電子機器の小型化に伴って、高エネルギー密度を有しかつ軽量性に優れたリチウムイオン電池等の二次電池が実用化されている。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池を所定の電池電圧以上に過充電すると、負極上でリチウム金属の析出、正極活物質の分解、有機電解液の分解等が起こり、正負極の短絡、電池性能の劣化等の原因となることがある。逆に、リチウムイオン二次電池を所定の電池電圧以下に過放電すると、負極集電体の金属がイオン化して有機電解液中に溶出し、集電機能の劣化及び負極活物質の脱落による容量低下の原因となることもある。
【０００４】
そこで、リチウムイオン二次電池の過充電及び過放電等を防止するために、保護回路を実装したプリント配線基板が電池パックに組み込まれている。例えば、保護回路及び二次電池を樹脂等からなるモールドケースに収納した電池パック（バッテリパック）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の携帯機器、例えば、携帯用オーディオ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオレコーダー、デジタルカメラ等においては、その動力源たる電池の小型化・軽量化も求められている。
【０００６】
しかしながら、電池の安全性を高めるため、上記のような安全装置を多く付けるほど、電池全体又は電池を使用する機器全体の重量や大きさが増大し、その利便性は低下してしまう。
【０００７】
本発明は、電池の安全性が高く、しかも電池の小型化、軽量化が可能な電池パックを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池パックは、電池要素を外装材で被包してなる電池単体を複数個有する電池パックにおいて、各電池単体の正極リード及び負極リードの少なくとも一方に接続した温度ヒューズ又はＰＴＣ素子と、各電池単体に共通する保護回路とを有しており、該温度ヒューズ又はＰＴＣ素子は、該外装材のうち該正極リード及び負極リードが外部に引き出されている部分に一体化されていることを特徴とするものである。
【０００９】
電池にとってその安全性が問題となるような過酷な条件とは、概ね過充電、過電流、過放電及び過熱の４つのタイプに分類できる。この過充電や過電流の結果は、必ず、電池の温度上昇につながるため、温度上昇を検知して電池動作を遮断するのが最も簡便且つ汎用的である。そこで、本発明の電池パックでは、各電池単体それぞれに対し温度ヒューズ又はＰＴＣ素子（以下、「温度素子」という。）を設ける。その結果、どの電池において過充電、過電流、過熱等の異常が発生しても、これを少なくとも最終的には温度上昇によって検知し、電池機能を遮断させる。
【００１０】
ところで、温度素子が作動しなくなってしまう場合を考えると、温度素子のみを設けるのでは、安全性に問題が生じることがある。そこで、本発明の電池パックでは、温度素子の後に、各電池単体に共通する保護回路を設け、これによって過充電や過電流、過放電を検知することによって、より安全性を向上させることができる。温度素子はそれ自体は小型軽量であるので、これを各電池単体毎に設けてもそれほどの重量増加や体積増加にはならない。また、相対的に高価保護回路は、各電池毎に設けられるのではなく、電池単体に共通に用いるので、コスト増加は最小限である。
【００１１】
また、電池パック内に電流ヒューズを設けると、過電流が生じた際により確実に電池機能を遮断させることができる。
【００１２】
さらに、保護回路をプリント配線基板上に設けることによって、保護回路の組立、ひいては電池パックの組立が容易となるだけでなく、保護回路をより小型化して電池パック全体の体積をより小さくすることができる。
【００１３】
特に、平板形状の電池単体を厚さ方向に積層したり、それにさらにプリント配線基板を積層体の端面と対面するように設けることによって、電池パック全体をさらにコンパクトにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して実施の形態に係る電池について説明する。図１は実施の形態に係るブロック図、図２はこの電池パックの電池単体の斜視図、図３（ａ）、（ｂ）はこの電池パックの分解斜視図、図４〜７は電池単体に対する温度ヒューズの取付方法の説明図、図８（ａ）、（ｂ）は電池単体の積層工程を示す斜視図、図９（ａ）、（ｂ）は電池単体積層体とコネクタ及び回路基板との接続構造を示す斜視図である。
【００１５】
図３の通り、複数個（図示では８個）の平板状の電池単体５０が厚さ方向に積層されており、この電池単体５０の積層体の一端面に対面するようにプリント配線基板６０が配置される。このプリント配線基板６０には二次電池用保護回路が実装されている。各電池単体５０は、後述するように電池要素を外装材で被包したものであり、電池要素に連なる正極リード２１及び負極リード２１が外装材の外部に引き出されている。
【００１６】
一方のリード２１は配線６１を介してコネクタ６３（図９）に直接的に接続される。他方のリード２１には温度ヒューズ７０の一端が接続され、この温度ヒューズ７０の他端が配線７４を介してコネクタ７５に接続される。これらのコネクタ６３、７５がプリント配線基板の相手方コネクタ６４、７６に装着される。
【００１７】
なお、図４の通り、配線６１はめがね端子８０と称される金属製接続チップ金具を介して固着されている。なお、このめがね端子８０は周知のものであり、一端側の円筒部８１に配線６１が差し込まれ、この円筒部８１をカシメることにより配線６１とめがね端子８０とが固着される。めがね端子８０の他端側には孔８２が設けられており、リード２１の孔８３と該孔８２とにリベット８４が挿入され、該リベット８４の先端をカシメることによりめがね端子８０とリード２１とが固着される。この固着の後、図５のようにリード２１及びめがね端子８０を絶縁テープ８６で覆う。
【００１８】
他方のリード２１に対しては、図６、７の通り、温度ヒューズ７０の一端がリベット８４によって固着される。
【００１９】
この温度ヒューズ７０は、ヒューズ本体７２の両端部に１対の端子片７１、７３を接続してなるものである。この温度ヒューズ７０は、電池単体５０の端辺と平行方向に配置され、一方の端子片７１が上記の通りリベット８４によってリード２１に固着される。他方の端子片７３に前記配線７４がめがね端子８０及びリベット８４によって固着される。
【００２０】
図６の通り、温度ヒューズ７０の端子片７１をリード２１に接続した後、電池単体５０のフラップ４Ｆに接着剤７８を付着させ、次いで該リード２１をその付け根側から１８０°折り返し、温度ヒューズ７０をフラップ４Ｆに接着する。これにより、温度ヒューズ７０と電池単体５０とが一体化する。
【００２１】
このように温度ヒューズ７０を一体化させた電池単体５０が前記図３の通り電池単体５０の厚さ方向に積層され、粘着テープ５２によって固定され、直方体状の積層体５１とされる。この積層体５１の１対の長手方向の側面にゴムシートよりなるサイドサポート５３が当てがわれ、１つの端面（短手方向の側面）にゴムシートよりなるエンドサポート５４が当てがわれる。
【００２２】
積層体５１の残りの端面に対しては、ブロック形状のターミナルサポート５５を介してプリント配線基板６０が対面配置される。
【００２３】
この積層体５１は、各サポート５３、５４、５５及びプリント配線基板６０と共に電池パック用のケーシング５７に収納され、該ケーシング５７に蓋５７ａが被せられ、超音波溶着等によって、接合され、電池パックとされる。
【００２４】
プリント配線基板６０には、図１の通り、保護回路６６、ヒューズ６７及びサーミスタ６８が搭載されており、携帯電話等の外部機器への通電用の端子６９が該ヒューズ６７に接続されている。ヒューズ６７は保護回路６６を介して各電池単体５０に並列に接続されている。保護回路６６は、サーミスタ６８の検出温度が所定温度以上になると回路を遮断するよう構成されている。また、保護回路６６は、過充電や過放電、過電流を検知すると回路を遮断するように構成されている。
【００２５】
なお、上記の電池単体５０は直列に接続されてもよいが、電池容量を増大させるために図示のように並列に接続されていてもよい。
【００２６】
図１〜９の実施の形態では、電池単体５０の積層体５１を粘着テープ５２で結束しているが、図１０の如く、積層体５１の両側面にサイドサポート５３を当てがい、シュリンクフィルム５８を周回させた後、該シュリンクフィルム５８を熱収縮させて積層体５１を結束させてもよい。
【００２７】
また、図１〜９の実施の形態では、電池単体毎に設けられる温度素子として非復帰型の温度ヒューズが用いられているが、これを復帰型のＰＴＣ素子に代えることもできる。
【００２８】
以下、上記の電池単体の好適な形態について前記図２と図１３〜１５とを参照して説明する。なお、図１３は、この電池単体の分解斜視図、図１４はこの電池単体の要部の断面図、図１５は電池要素の概略的な斜視図である。
【００２９】
この電池単体は、電池要素１を外装材２の凹部２ａに収容した後、外装材３を外装材２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。
【００３０】
図１３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。
【００３１】
図１４，１５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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図１３では、外装材２、３が別体となっているが、本発明では、図１６のように外装材２、３が一連一体となっていても良い。図１７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１３と同一の構成のものとなる。
【００３５】
図１３、１６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１７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１７は、外装材６、７が一連一体となっているが、前記図１４と同様にこれらは別体となっていてもよい。
【００３６】
本発明では、図１８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１９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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１１はこのように張り出した被包部４Ｂを有した電池単体５０’を積層する場合の構成を示す斜視図、図１２はこの電池パックの断面図である。この電池単体５０’の積層体５１’の両側面に当てがわれるサポート５３’は、積層体５１’に対面する板面に複数の凹条５３ａが設けられている。各凹条５３ａは平行にフラップ４Ａの延在方向に延設されており、この凹条５３ａにフラップ４Ａを受け入れさせてサポート５３’を積層体５１’の側面に当てがう。そして、この積層体５１’及びサポート５３’をシュリンクフィルム５８で取り巻き、シュリンクフィルム５８を過熱収縮させて積層体５１’とサポート５３’とを結束して一体化させる。なお、図１１、１２にあっては、積層体５１の上下両面にスポンジ５９を当てがうようにしているが、図１〜１０においても同様のスポンジ５９を積層体５９の上下両面に当てがうようにしてもよい。
【００４０】
図１０〜１２の積層体のその他の構成は図１〜９と同様であり、この積層体も図１〜９と同様にして電池パックとされる。
【００４１】
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。
【００４２】
図２０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。
【００４３】
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２０）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。
【００４４】
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。
【００４５】
図２０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２１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１１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、Ｖ６Ｏ１１３、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
電解質層の厚みは、通常１〜２００μｍ、好ましくは、５〜１００μｍである。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
図２０〜２２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２０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。
【００７２】
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。
【００７３】
タブ４ａ，４ｂには、前記図１４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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の電池パックは、過充電や過電圧に対する安全性が高いと共に、重量や体積が比較的小さなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る電池パックのブロック図である。
【図２】実施の形態に係る電池パックの電池単体の斜視図である。
【図３】実施の形態に係る電池パックの分解図である。
【図４】実施の形態における電池単体への配線接続を示す斜視図である。
【図５】実施の形態における電池単体への配線接続を示す斜視図である。
【図６】実施の形態における電池単体への温度ヒューズ接続を示す斜視図である。
【図７】温度ヒューズへの配線接続を示す斜視図である。
【図８】電池単体の積層体を示す斜視図である。
【図９】電池単体の積層体、コネクタ及び回路基板を示す斜視図である。
【図１０】別の実施の形態に係る電池単体の積層体及びサポートを示す斜視図である。
【図１１】さらに別の実施の形態に係る電池単体の積層体及びサポートを示す斜視図である。
【図１２】図１１の実施の形態に係る電池パックの断面図であり、（ａ）図は（ｂ）図のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ｂ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１３】電池単体の分解斜視図である。
【図１４】電池単体の要部の断面図である。
【図１５】電池単体の電池要素を示す斜視図である。
【図１６】別の電池単体の製造途中の斜視図である。
【図１７】さらに別の電池単体の製造途中の斜視図である。
【図１８】さらに異なる電池単体の製造途中の斜視図である。
【図１９】図１８の電池の製作途中の平面図である。
【図２０】単位電池要素の模式的な断面図である。
【図２１】正極又は負極の模式的な断面図である。
【図２２】電池要素の模式的な断面図である。
【符号の説明】
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（電解質層）
２５  負極活物質
２６  負極集電体
５０  電池単体
５７  ケーシング
５７ａ  蓋
６０  プリント配線基板
６６  保護回路
６７  ヒューズ
６８  サーミスタ
７０  温度ヒューズ
７１，７３  端子片
７２  温度ヒューズ本体
７８  接着剤
８０  めがね端子
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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