JP2005158452A - 電池パック、この電池パックの製造方法及び電池包装体 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化及び軽量化を図る。
【解決手段】 正極１３と負極１４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部３５を有し、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、少なくとも開口部３４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とを一括して包む包装体とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、小型化及び軽量化が図られた電池パック、この電池パックの製造方法及び電池用包装体に関する。

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。

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）。

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ず用途が限られてしまう。

特開２００１−９３９４５号公報

本発明は、小型化及び軽量化が図られた電池パック、この電池パックの製造方法及び電池用包装体を提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明に係る電池パックは、正極と負極とが間にセパレータを介して積層され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部を有し、電池と回路基板とを囲むフレームと、薄板状をなし、少なくとも開口部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を一括して包む包装体とを備える。

このような構成からなる電池パックでは、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、小型化及び軽量化が図られる。

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た電池素子を有する電池に、外部端子が設けられた回路基板を電気的に接続させ、外部端子を外部に露出させる開口部を有するフレームで電池と回路基板とを囲み、薄板状の包装体で、少なくとも開口部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を一括して包む。

このような構成からなる電池パックの製造方法では、電池と回路基板との囲むフレームを配置し、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、小型化及び軽量化が図られた電池パックが得られる。

また、上述した目的を達成する本発明に係る電池包装体は、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部を有し、電池と回路基板とを囲むフレームとを少なくとも開口部から外部端子を臨ませた状態で一括して包み、且つ薄板状をなしている。

このような構成からなる電池包装体では、薄板状をなし、電池と回路基板とを囲むフレームを外側から包むことによって、電池パックを小型化及び軽量化させることができる。

本発明では、電池と回路基板とをフレームで囲み、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。また、本発明では、プラスチックのケースを用いる場合より、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。また、本発明では、電池と回路基板とフレームとを一括して包装体で包むことによりパックが形成されるため、パック形成が容易であり、歩留まりが向上する。

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３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、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０とフレーム３０とを一括して包む包装体４０とから構成される。

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４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。

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。

正極１３は、図５に示すように、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。

正極活物質としては、例えばＬｉ_ｘＭＯ_２（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、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＣｏ_１−ｙＯ_２（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４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Ｌｉ_ｘＭ_ｙＰＯ_４（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ＬｉＦｅＰＯ_４等である。さらに、正極活物質としては、例えばＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＮｂＳｅ_２、Ｖ_２Ｏ_５等の金属硫化物も用いることができる。

結着剤としては、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。

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。

負極１４は、図６に示すように、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。

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。

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Ｄ_ｓＥ_ｔＬｉ_ｕ（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、ＳｉＢ_４、ＳｉＢ_６、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｓｎ、Ｎｉ_２Ｓｉ、ＴｉＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＣａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、Ｃｕ_５Ｓｉ、ＦｅＳｉ_２、ＭｎＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＶＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＺｎＳｉ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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４に示すようなリチウムイオン二次電池１０が構成される。

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、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。

フレーム３０は、図２及び図７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、この前壁部３１と対向する後壁部３２及び前壁部３１と後壁部３２とを接続する側壁部３３とから構成される。

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としては、材料に耐衝撃性を有し、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を用いたり、これらの樹脂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。

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、回路基板２０を保持できるように略矩形状の凹部で形成されており、凹部の内面には回路基板２０を凹部内で係止させるための係止突部３４が１つ以上設けられている。また、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部３５が設けられている。ここでは、３つの開口部３５が設けられた例を示しており、これら３つの開口部３５は、例えば正極外部端子用、負極外部端子用、その他情報端子用とすることができる。しかし、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。

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。

側壁部３３は、リチウムイオン二次電池１０の長辺側の側面に配され、前壁部３１の両端と、この前壁部３１の両端とそれぞれ相対する後壁部３２の両端とを接続することで、前壁部３１と後壁部３２との間を接続している。これにより、フレーム３０は、前壁部３１と、後壁部３２と、側壁部３３とにより略矩形状の枠に形成されている。

側壁部３３は、図７及び図８に示すように、電池パック１を形成する際に、後述する包装体４０で覆われる外側面３３ａが曲面となっている。側壁部３３の外側面３３ａを曲面とすることによって、側壁部３３の角部３３ｂの角度が９０度以上となる。これにより、フレーム３０を包装体４０で包む際には、図９に示すように、包装体４０が側壁部３３に沿って配され、角部３３ｂで略直角に折り曲げられることがなくなるため、角部３３ｂで剥がれたり、浮き上がったりするような図１０に示すような不具合が防止される。また、ある程度の硬さを有する包装体４０を用いた場合でも、角部３３ｂが９０度以上あるため、包装体４０が側壁部３３に沿って配することができ、角部３３ｂで略直角に折り曲げられることがなくなり、包装体４０自身の硬さにより角部３３ｂで包装体４０が剥がれたり、浮き上がたりするといった不具合を防止できる。

このような外側面３３ａの曲面は、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３３ａ全体に曲面を形成することができなくなり、外側面３３ａの一部に曲面が形成され、この曲面により外側面３３ａ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３３ａがゆるやかな曲面とならず、角部３３ｂが略直角となり、角部３３ｂで包装体４０が剥がれたり、浮いたりしてしまう虞がある。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３３ａ全体がゆるやかな曲面となり、角部３３ｂの角度が９０度以上となるため、包装体４０を側壁部３３に沿って配することができ、包装体４０の剥がれや浮きを防止できる。

なお、以上では、側壁部３３の外側面３３ａに曲面を形成した場合を例に挙げて説明したが、このようなことに限定されることなく、例えば側壁部３３の包装体４０が接触する角部３３ｂだけを曲面にしても上述した作用効果を得ることができる。この場合、フレーム３０を包装体４０で包む際に、包装体４０が曲面にされた角部３３ｂに沿って折り曲げられることから、包装体４０が角部３３ｂや角部３３ｂの近傍で剥がれたり、浮いたりすることが防止される。

包装体４０は、図２に示すように、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０、及びリチウムイオン二次電池１０と回路基板２０とを共に囲むフレーム３０をフレーム３０の外側から外部端子２２が露出する開口部３５を除いて覆い、リチウムイオン二次電池１０及び回路基板２０を保護している。包装体４０は、略矩形状からなり、フレーム３０の長さとほぼ同じ幅で形成され、フレーム３０の外周を包むことができる長さで形成されている。包装体４０は、薄板状をなし、基材層として、具体的に図１１に示すような表面保護層４１と金属層４２とからなるラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムの一方主面に接着材を塗布し、接着材層４３が形成された構成からなる。

表面保護層４１は、ナイロンやポリエチレンテレフタレート、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。表面保護層４１は、電池パック１の表面を形成し、突き刺し等の外部からの衝撃に耐える強度を有し、電池パック１の内部に収納されているリチウムイオン二次電池１０や回路基板２０を保護している。また、表面保護層４１は、電池パック１の外部と金属層４２との間の絶縁を維持している。

金属層４２は、ステンレスやアルミニウム、ニッケル、鉄等の金属からなり、電池パック１の強度及び気密性を維持する。金属層４２としては、引張強さが約７００Ｎ／ｍｍ^２程度有するステンレス材（例えばＳＵＳ３０４）等を用いて、電池パック１の強度を向上させる。

接着材層４３は、フレーム３０及びリチウムイオン二次電池１０の外装材１２との接着、及びフレーム３０を覆った際に包装体４０の端部同士を接続する。接着材層４３としては、フレーム３０や外装材１２、表面保護層４１と接着することができるような材料からなる。

このような構成からなる包装体４０は、薄板状からなり、厚さが薄いため、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０及びフレーム３０を一括して包むことによって電池パック１の軽量化及び小型化を図ることができる。なお、包装体４０の端部同士を貼合わせた部分４０ａに、図９に示すように、外装ラベル４４を張り付けて貼合わせ部分４０ａを目立たなくしてもよい。

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の外側から薄板状の包装体４０で包むことによって、小型化及び軽量化が図られ、小型化及び軽量化された携帯機器の電源として利用することができる。また、この電池パック１では、フレーム３０の側壁部３３の外側面３３ａが曲面であることから、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０及びフレーム３０を包むと包装体４０がフレーム３０に沿って完全に密着するようになり、包装体４０の剥がれや浮きを防止できる。これにより、電池パック１の密閉性が向上し、品質の低下が抑えられる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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を一括して薄板状の包装体４０で包む。フレーム３０を包む際は、図２に示すように、フレーム３０と包装体４０の接着材層４３とが対向するようにフレーム３０の下に包装体４０を配置し、フレーム３０の外側から包装体４０を図２中矢印Ｘ方向に曲げ、開口部３５を除いてフレーム３０の外周を覆い、包装体４０の端部同士及びフレーム３０、リチウムイオン二次電池１０と接着材層４３を介して接着し、電池パック１を密閉する。ここで、フレーム３０の側壁部３３の外側面３３ａが曲面であるため、図９に示すように、包装体４０をフレーム３０に沿って配することができ、角部３３ｂ等で包装体４０がフレーム３０から剥がれてしまうことがなくなる。そして、包装体４０の端部同士の貼合わせ部分４０ａに外装ラベル４４を貼り付け、包装体４０の貼合わせ部分４０ａを目立たなくするようにしてもよい。

上述した電池パック１の製造方法では、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の外側から薄板状の包装体４０で包むことによって、小型化及び軽量化が図られた電池パック１が得られる。また、この電池パック１の製造方法では、フレーム３０の側壁部３３の外側面３３ａが曲面であることから、フレーム３０を包装体４０で包む際に包装体４０がフレーム３０に沿って完全に密着するようになり、包装体４０の剥がれや浮きが防止される。これにより、この電池パック１の製造方法では、電池パック１の密閉性及び歩留まりが向上する。また、この電池パック１の製造方法では、リチウムイオン二次電池１０、回路基板２０及びフレーム３０を包装体４０で囲むことによって電池パック１を形成することができ、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、歩留まりが向上する。

以下、本発明の好適な実施例を説明する。

サンプル１
先ず、リチウムイオン二次電池を作製する。正極は、正極集電体の両主面に正極活物質層を形成して作製する。負極は、負極集電体の両主面に負極活物質層を形成して作製する。これらの正極及び負極の各両主面に固体電解質を形成する。次に、正極集電体の一端に正極リードを超音波溶接し、負極集電体の一端に負極リードを超音波溶接する。次に、以上のようにして作製した正極と負極との間にセパレータを介在させ、正極及び負極のそれぞれに形成された固体電解質を対向させて、正極リード及び負極リード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を作製する。次に、電池素子の正極リード及び負極リードが一端から導出するように樹脂片を間に設けて外装材で挟み込み、電池素子の周囲を熱溶着して、電池素子を外装材で覆い、長辺５０ｍｍ、短辺が３４ｍｍ、厚さ３．８ｍｍのリチウムイオン二次電池を作製した。

次に、リチウムイオン二次電池と回路基板とを電気的に接続する。リチウムイオン二次電池の正極リード及び負極リードを回路基板の接続端子にはんだ付け等で接続し、リチウムイオン二次電池と回路基板とを電気的に接続する。

次に、接続したリチウムイオン二次電池と回路基板とを共に囲むようにフレームを配置する。ここで、フレームの大きさは、長辺５４．６ｍｍ、短辺３４．８ｍｍ、厚さ３．８ｍｍであり、側壁部の外側面が曲面で形成されている。曲面の曲率半径は、１．９ｍｍ、即ち曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚みの０．５倍で形成されているものを用いる。

次に、リチウムイオン二次電池、回路基板及びフレームを一括して厚さ０．１ｍｍの包装体で覆い、包装体の繋ぎ合わせ部分が露出する側面に厚さ５０μｍの外装ラベルを貼り付け、厚さ４．０５ｍｍの電池パックを１０個形成した。

サンプル２
サンプル２では、フレームの側壁部の外側面が曲面で形成されており、曲面の曲率半径が３．８ｍｍ、即ち曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚みの１．０倍で形成されているフレームを用いること以外はサンプル１と同様に電池パックを１０個作製した。

サンプル３
サンプル３では、フレームの側壁部の外側面が曲面で形成されており、曲面の曲率半径が１１．４ｍｍ、即ち曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚みの３．０倍で形成されているフレームを用いること以外はサンプル１と同様に電池パックを１０個作製した。

サンプル４
サンプル４では、フレームの側壁部の外側面が曲面でなく、平面で形成されたフレームを用いること以外はサンプル１と同様に電池パックを１０個作製した。

サンプル５
サンプル５では、フレームの側壁部の外側面が曲面で形成されており、曲面の曲率半径が１５ｍｍ、即ち曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚みの３．０倍よりも大きく形成されているフレームを用いること以外はサンプル１と同様に電池パックを１０個作製した。

以下、サンプル１からサンプル５ついて、包装体の剥がれを検査した。包装体の剥がれを検査した結果を以下の表１に示す。

表１に示す結果から、フレームの側壁部の外側面が曲面であり、曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚さの０．５倍以上、３．０倍以下であるサンプル１からサンプル３は、外側面が平面であるサンプル４及び曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚さの３．０倍より大きいサンプル５と比べてフレームから包装体が剥がれたり、浮いてしまった電池パックは検出されなかった。

サンプル４では、フレームの側壁部の外側面が曲面でないことから、側壁部の角部が直角となり、包装体がある程度強度を有しているため、作製した電池パック１０個うちほとんどの電池パックが角部で包装体が剥がれてしまったり、浮いてしまった。また、サンプル５では、フレームの側壁部の外側面が曲面で形成されているが、この曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚みの３．０倍よりも大きいため、外側面に緩やかな曲面が形成されず、角部がほぼ直角となり、角部で包装体自身の硬さにより作製した１０個の電池パックすべてが角部で剥がれてしまったり、浮いてしまった。

一方、サンプル１からサンプル３は、外側面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の０．５倍以上、３．０倍以下であることから、側壁部の外側面の緩やかな曲面となっており、角部の角度が９０度以上となっている。これにより、サンプル１からサンプル３では、側壁部の外側面に包装体が沿って配させるようになり、包装体全体がフレームに隙間なく密着され、且つ角部で包装体が略直角に折り曲げられないため角部で包装体が剥がれたり、浮いたりすることが防止されるため、包装体の剥がれや浮きが生じた電池パックは発生しなかった。したがって、電池パックを製造する上で、フレームの側壁部の外側面を曲面とし、この曲面の曲率半径がリチウムイオン二次電池の厚さの０．５倍以上、３倍以下とすることは、フレームの側壁部で包装体が剥がれたり、浮いたりすることを防止するのに重要である。

本発明を適用した電池パックの斜視図である。 同電池パックの分解斜視図である。 図１中の線分Ａ−Ａにおける断面図である。 リチウムイオン二次電池の断面図である。 正極の断面図である。 負極の断面図である。 フレームの斜視図である。 図７中の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。 図１中の線分Ｃ−Ｃにおける断面図である。 フレームの外側面の角部が略垂直に形成されている場合の図１中の線分Ｃ−Ｃにおける断面図である。 包装体の断面図である。

符号の説明

１ 電池パック、１０ リチウムイオン二次電池、１１ 電池素子、２０ 回路基板、２１ 基板、２２ 外部端子、３０ フレーム、３１ 前壁部、３２ 後壁部、３３ 側壁部、３５ 開口部、４０ 包装体

Claims (6)

1. 正極と負極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部を有し、上記電池と上記回路基板とを囲むフレームと、
   薄板状をなし、少なくとも上記開口部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フレームとを一括して包む包装体とを備える電池パック。
2. 上記フレームは、上記包装体で包まれる側面が曲面である請求項１記載の電池パック。
3. 上記フレームは、曲面にされた上記側面の曲率半径が、上記電池の厚さの０．５倍以上、３倍以下である請求項２記載の電池パック。
4. 上記フレームは、上記包装体と接する角部が曲面である請求項１記載の電池パック。
5. 正極と負極がセパレータを介して積層された電池素子を有する電池に、外部端子が設けられた回路基板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部を有するフレームで上記電池と上記回路基板とを囲み、
   薄板状の包装体で、少なくとも上記開口部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フレームとを一括して包む電池パックの製造方法。
6. 正極と負極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部を有し、上記電池と上記回路基板とを囲むフレームとを少なくとも上記開口部から外部端子を臨ませた状態で一括して包み、且つ薄板状をなす電池用包装体。

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