二次電池パック
【課題】 保護素子または保護回路基板を配置する位置の自由度を増加し、しかも製造コスト上昇を来たさない構造を有する二次電池パックを提供すること。
【解決手段】 電池要素１０から電流を取り出すためのタブ１１ａ、１１ｂを挿通するためのスリット状の開口部１３ａ、１３ｂを有し、平板形状の電池要素１０の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一部と、タブ１１ａ、１１ｂが導出される部分を覆うように構成された絶縁シート１２を、外装材で覆われた電池要素１０に被せ、絶縁体シート１２の面に、保護素子または保護回路基板１４を配置する。これによって二次電池パックの保護素子または保護回路基板１４の配置位置の自由度と、二次電池パックを取り付ける機器の設計の自由度を増加することができる。
【解決手段】 電池要素１０から電流を取り出すためのタブ１１ａ、１１ｂを挿通するためのスリット状の開口部１３ａ、１３ｂを有し、平板形状の電池要素１０の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一部と、タブ１１ａ、１１ｂが導出される部分を覆うように構成された絶縁シート１２を、外装材で覆われた電池要素１０に被せ、絶縁体シート１２の面に、保護素子または保護回路基板１４を配置する。これによって二次電池パックの保護素子または保護回路基板１４の配置位置の自由度と、二次電池パックを取り付ける機器の設計の自由度を増加することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話を代表とする携帯機器の電源として用いられる、薄型の二次電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、ノート型パーソナルコンピュータなどを始めとする、携帯型の電気電子機器の電源として用いられる分野に開発の重点が置かれ、ニッケルカドミウム電池や、さらに高いエネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が実用化されている。
【０００３】
これらの二次電池の主な構成要素は、電極体、セパレータ、及び電解液を備えた電池要素である。電池要素には、導電性材料のフィルムからなる集電体の表面に、電極活物質層を形成した正負の電極体と、電極体の間に介在するセパレータとを重ねた状態で巻き回した構造の巻回型素子と、複数の電極体をセパレータを介して積層した積層型素子がある。
【０００４】
積層型の電池要素は、特に電池の薄型化が必要な場合に用いられ、電池要素を角形のケースに収納したり、金属箔と高分子材料のフィルムを積層したラミネートフィルムを用いて封止したりして用いられる。
【０００５】
そして、特にリチウムイオン二次電池では、過充電による金属リチウムの析出やガス発生による支障を未然に防止するため、通常は充放電回路などと組み合わせて電池パックとして用いられ、さらに安全性を確保するために、保護素子を取り付けて用いるのが一般的である。
【０００６】
図４及び図５は、従来のリチウムイオン二次電池で、電池要素をラミネートフィルムで封止した例を示す図である。この例では、保護回路基板を、電流を取り出すためのタブの先端部分に取り付ける際に、絶縁性を確保するために、絶縁テープを組み付けているが、図４は絶縁テープを配置する位置を示す斜視図であり、図５は、タブの先端部分に保護回路基板を取り付ける例を示す側面図で、図５（ａ）は保護回路基板を取り付けた状態、図５（ｂ）はタブを折り曲げた状態を示す。
【０００７】
図４及び図５において、４０は外装材で封止された状態の電池要素、４１はタブ、４２は第１の絶縁テープ、４３は第２の絶縁テープ、４４は外装材、４５は保護回路基板、４６はタブの第１の折り曲げ方向を示す矢印、４７はタブの第２の折り曲げ方向を示す矢印である。
【０００８】
図４及び図５に示すように、第１の絶縁テープ４２、第２の絶縁テープ４３を、タブ４１に貼り付けて、折り曲げた構造とするのは、外装材４４の端部に露出している可能性のある金属箔との絶縁を確保し、保護回路基板４５が電池要素４０の厚さの範囲に収まるようにするためである。
【０００９】
このような構造とすることは、電池本体の薄型化には寄与する反面、実装に要する面積が保護回路基板の分だけ広くなり、電池を用いる機器の形状に適応できない場合が生じる。また、タブの折り曲げ、即ち、複雑なフォーミング加工や、前記の絶縁テープのような部材が必要になり、製造コスト増加の要因となる。
【００１０】
特許文献１、特許文献２、特許文献３には、電池パックへの保護素子または保護回路基板の取付構造が開示されているが、いずれも、出力端子、つまりタブの延長方向に保護素子または保護回路基板を配置する構造であり、前記の電池パックの実装面積の減少という課題には、必ずしも対応したものではなかった。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−５４１１０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１６７３号公報
【特許文献３】特開２００３−４５４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の課題は、前記の課題を解決し、保護素子または保護回路基板を配置する位置の自由度を増加し、しかも製造コスト上昇を来たさない構造を有する二次電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題解決のため、外装材で封止された電池要素本体の部分にも、保護素子または保護回路基板を取り付けることが可能な絶縁体の構造を再検討した結果なされたものである。
【００１４】
即ち、本発明は、タブを挿通するためのスリット状の開口部を有し、平板形状の電池要素の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一部と、タブが導出される部分を覆うように構成された絶縁シートを、外装材で覆われた電池要素に被せることで、保護素子または保護回路基板の配置の自由度を増加したことを特徴とする二次電池パックである。
【００１５】
つまり、絶縁シートで覆った部分であれば、任意の位置に保護素子または保護回路を配置することができ、図４及び図５に示したような絶縁テープが不要になり、かつタブのフォーミングも不要になる。
【００１６】
また、本発明に用いられる電池要素の形状が、平板形状であることから、電池要素の構造は複数の正負の電極体を、セパレータを介して積層した積層型であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明に用いることができる保護素子としては、温度ヒューズ、正温度特性素子（Positive Temperature Coefficient：以下ＰＴＣ素子と記す）サーモスタット、サーミスタなどを用いることでき、これらは単独使用、複数種類の併用のどちらでもよい。
【００１８】
また、本発明に用いられる電池要素には、リチウムイオン二次電池を構成する部材からなる電池要素を適用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の二次電池パックにおいては、前記のように、保護素子または保護回路基板の配置の自由度が増加するという効果の他に、二次電池パックの組立工程でのタブのフォーミングに際し、絶縁シートをガイドとして用いることができる、つまり、タブを絶縁シートに押し付けるという方法でフォーミングすることが可能となるので、組立の作業性を向上することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の用いる絶縁シートは、外装材で覆われた電池要素を覆うので、電池要素を外装材と絶縁シートで保護することになるので、二次電池パックの信頼性を一層向上することにも繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の二次電池パックにおいて、絶縁シートで電池要素を覆う一例を示す斜視図で、図１（ａ）は電池要素を絶縁シートで覆う前の状態、図１（ｂ）は電池要素を絶縁材で覆った状態を示す。
【００２２】
図１において、１０は外装材で覆った状態の電池要素、１１ａ、１１ｂはタブ、１２は絶縁シート、１３ａ、１３ｂはタブ１１ａ、１１ｂを挿通するための開口部である。図１に示した例では、絶縁シート１２が電池要素１０の厚さ方向に垂直な対向する２面、つまり図１における上下面を覆う構成である。これによって、保護素子または保護回路基板を、上下面の任意の位置に配置することが可能となる。
【００２３】
なお、電池要素１０としては、正極と負極の電極体を、セパレータを介して積層した積層素子を用いる。具体的には、正極電極体は、たとえばアルミニウム箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンをＮ−メチルピロリドンに溶解して得られる溶液に、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムの粉末を分散させたペーストを塗布することで、正極電極活物質層を形成して得られる。
【００２４】
また、負極電極体は、たとえば銅箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンを溶解して得られる溶液に、グラファイトやカーボンブラックを分散させたペーストを塗布することで、負極電極活物質層を形成して得られる。これらの正負の電極体に介在させるセパレータには、多孔質のポリエチレンフィルムなどが用いられる。また、電解液には、プロピレンカーボネートに六フッ化リン酸リチウムを溶解した溶液などが用いられる。
【００２５】
図２は、図１における電池要素１０の上側の面に保護回路基板を配置した例を示す図で、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。図２において、１４は保護回路基板であり、温度ヒューズ、ＰＴＣ素子、サーモスタット、サーミスタなどから選ばれる少なくとも１種の保護素子を備えている。これらの保護素子は、基板に実装することなく、直接接続してもよい。また、図３は、図１における電池要素１０の下側の面に保護回路基板を配置した例を示す図で、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は正面図である。
【００２６】
本発明においては、図２及び図３に示したように、保護素子または保護回路基板を、電池要素の絶縁シートで覆われた任意の位置に配置することが可能となり、二次電池パックを取り付ける機器の、設計の自由度を増加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の二次電池パックにおける、絶縁シートで電池要素を覆う一例を示す斜視図。図１（ａ）は電池要素を絶縁シートで覆う前の状態。図１（ｂ）は電池要素を絶縁材で覆った状態。
【図２】電池要素の上側の面に保護回路基板を配置した例を示す図。図２（ａ）は正面図。図２（ｂ）は側面図。
【図３】電池要素の下側の面に保護回路基板を配置した例を示す図。図３（ａ）は側面図。図３（ｂ）は正面図。
【図４】絶縁テープを配置する位置を示す斜視図。
【図５】タブの先端部分に保護回路基板を取り付ける例を示す側面図。図５（ａ）は保護回路基板を取り付けた状態。図５（ｂ）はタブを折り曲げた状態。
【符号の説明】
【００２８】
１０，４０ （外装材で封止された状態の）電池要素
１１ａ，１１ｂ，４１ タブ
１２ 絶縁シート
１３ａ，１３ｂ 開口部
１４，４５ 保護回路基板
４２ 第１の絶縁テープ
４３ 第２の絶縁テープ
４４ 外装材
４６ タブの第１の折り曲げ方向を示す矢印
４７ タブの第２の折り曲げ方向を示す矢印
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話を代表とする携帯機器の電源として用いられる、薄型の二次電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、ノート型パーソナルコンピュータなどを始めとする、携帯型の電気電子機器の電源として用いられる分野に開発の重点が置かれ、ニッケルカドミウム電池や、さらに高いエネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が実用化されている。
【０００３】
これらの二次電池の主な構成要素は、電極体、セパレータ、及び電解液を備えた電池要素である。電池要素には、導電性材料のフィルムからなる集電体の表面に、電極活物質層を形成した正負の電極体と、電極体の間に介在するセパレータとを重ねた状態で巻き回した構造の巻回型素子と、複数の電極体をセパレータを介して積層した積層型素子がある。
【０００４】
積層型の電池要素は、特に電池の薄型化が必要な場合に用いられ、電池要素を角形のケースに収納したり、金属箔と高分子材料のフィルムを積層したラミネートフィルムを用いて封止したりして用いられる。
【０００５】
そして、特にリチウムイオン二次電池では、過充電による金属リチウムの析出やガス発生による支障を未然に防止するため、通常は充放電回路などと組み合わせて電池パックとして用いられ、さらに安全性を確保するために、保護素子を取り付けて用いるのが一般的である。
【０００６】
図４及び図５は、従来のリチウムイオン二次電池で、電池要素をラミネートフィルムで封止した例を示す図である。この例では、保護回路基板を、電流を取り出すためのタブの先端部分に取り付ける際に、絶縁性を確保するために、絶縁テープを組み付けているが、図４は絶縁テープを配置する位置を示す斜視図であり、図５は、タブの先端部分に保護回路基板を取り付ける例を示す側面図で、図５（ａ）は保護回路基板を取り付けた状態、図５（ｂ）はタブを折り曲げた状態を示す。
【０００７】
図４及び図５において、４０は外装材で封止された状態の電池要素、４１はタブ、４２は第１の絶縁テープ、４３は第２の絶縁テープ、４４は外装材、４５は保護回路基板、４６はタブの第１の折り曲げ方向を示す矢印、４７はタブの第２の折り曲げ方向を示す矢印である。
【０００８】
図４及び図５に示すように、第１の絶縁テープ４２、第２の絶縁テープ４３を、タブ４１に貼り付けて、折り曲げた構造とするのは、外装材４４の端部に露出している可能性のある金属箔との絶縁を確保し、保護回路基板４５が電池要素４０の厚さの範囲に収まるようにするためである。
【０００９】
このような構造とすることは、電池本体の薄型化には寄与する反面、実装に要する面積が保護回路基板の分だけ広くなり、電池を用いる機器の形状に適応できない場合が生じる。また、タブの折り曲げ、即ち、複雑なフォーミング加工や、前記の絶縁テープのような部材が必要になり、製造コスト増加の要因となる。
【００１０】
特許文献１、特許文献２、特許文献３には、電池パックへの保護素子または保護回路基板の取付構造が開示されているが、いずれも、出力端子、つまりタブの延長方向に保護素子または保護回路基板を配置する構造であり、前記の電池パックの実装面積の減少という課題には、必ずしも対応したものではなかった。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−５４１１０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１６７３号公報
【特許文献３】特開２００３−４５４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の課題は、前記の課題を解決し、保護素子または保護回路基板を配置する位置の自由度を増加し、しかも製造コスト上昇を来たさない構造を有する二次電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題解決のため、外装材で封止された電池要素本体の部分にも、保護素子または保護回路基板を取り付けることが可能な絶縁体の構造を再検討した結果なされたものである。
【００１４】
即ち、本発明は、タブを挿通するためのスリット状の開口部を有し、平板形状の電池要素の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一部と、タブが導出される部分を覆うように構成された絶縁シートを、外装材で覆われた電池要素に被せることで、保護素子または保護回路基板の配置の自由度を増加したことを特徴とする二次電池パックである。
【００１５】
つまり、絶縁シートで覆った部分であれば、任意の位置に保護素子または保護回路を配置することができ、図４及び図５に示したような絶縁テープが不要になり、かつタブのフォーミングも不要になる。
【００１６】
また、本発明に用いられる電池要素の形状が、平板形状であることから、電池要素の構造は複数の正負の電極体を、セパレータを介して積層した積層型であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明に用いることができる保護素子としては、温度ヒューズ、正温度特性素子（Positive Temperature Coefficient：以下ＰＴＣ素子と記す）サーモスタット、サーミスタなどを用いることでき、これらは単独使用、複数種類の併用のどちらでもよい。
【００１８】
また、本発明に用いられる電池要素には、リチウムイオン二次電池を構成する部材からなる電池要素を適用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の二次電池パックにおいては、前記のように、保護素子または保護回路基板の配置の自由度が増加するという効果の他に、二次電池パックの組立工程でのタブのフォーミングに際し、絶縁シートをガイドとして用いることができる、つまり、タブを絶縁シートに押し付けるという方法でフォーミングすることが可能となるので、組立の作業性を向上することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の用いる絶縁シートは、外装材で覆われた電池要素を覆うので、電池要素を外装材と絶縁シートで保護することになるので、二次電池パックの信頼性を一層向上することにも繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の二次電池パックにおいて、絶縁シートで電池要素を覆う一例を示す斜視図で、図１（ａ）は電池要素を絶縁シートで覆う前の状態、図１（ｂ）は電池要素を絶縁材で覆った状態を示す。
【００２２】
図１において、１０は外装材で覆った状態の電池要素、１１ａ、１１ｂはタブ、１２は絶縁シート、１３ａ、１３ｂはタブ１１ａ、１１ｂを挿通するための開口部である。図１に示した例では、絶縁シート１２が電池要素１０の厚さ方向に垂直な対向する２面、つまり図１における上下面を覆う構成である。これによって、保護素子または保護回路基板を、上下面の任意の位置に配置することが可能となる。
【００２３】
なお、電池要素１０としては、正極と負極の電極体を、セパレータを介して積層した積層素子を用いる。具体的には、正極電極体は、たとえばアルミニウム箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンをＮ−メチルピロリドンに溶解して得られる溶液に、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムの粉末を分散させたペーストを塗布することで、正極電極活物質層を形成して得られる。
【００２４】
また、負極電極体は、たとえば銅箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンを溶解して得られる溶液に、グラファイトやカーボンブラックを分散させたペーストを塗布することで、負極電極活物質層を形成して得られる。これらの正負の電極体に介在させるセパレータには、多孔質のポリエチレンフィルムなどが用いられる。また、電解液には、プロピレンカーボネートに六フッ化リン酸リチウムを溶解した溶液などが用いられる。
【００２５】
図２は、図１における電池要素１０の上側の面に保護回路基板を配置した例を示す図で、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。図２において、１４は保護回路基板であり、温度ヒューズ、ＰＴＣ素子、サーモスタット、サーミスタなどから選ばれる少なくとも１種の保護素子を備えている。これらの保護素子は、基板に実装することなく、直接接続してもよい。また、図３は、図１における電池要素１０の下側の面に保護回路基板を配置した例を示す図で、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は正面図である。
【００２６】
本発明においては、図２及び図３に示したように、保護素子または保護回路基板を、電池要素の絶縁シートで覆われた任意の位置に配置することが可能となり、二次電池パックを取り付ける機器の、設計の自由度を増加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の二次電池パックにおける、絶縁シートで電池要素を覆う一例を示す斜視図。図１（ａ）は電池要素を絶縁シートで覆う前の状態。図１（ｂ）は電池要素を絶縁材で覆った状態。
【図２】電池要素の上側の面に保護回路基板を配置した例を示す図。図２（ａ）は正面図。図２（ｂ）は側面図。
【図３】電池要素の下側の面に保護回路基板を配置した例を示す図。図３（ａ）は側面図。図３（ｂ）は正面図。
【図４】絶縁テープを配置する位置を示す斜視図。
【図５】タブの先端部分に保護回路基板を取り付ける例を示す側面図。図５（ａ）は保護回路基板を取り付けた状態。図５（ｂ）はタブを折り曲げた状態。
【符号の説明】
【００２８】
１０，４０ （外装材で封止された状態の）電池要素
１１ａ，１１ｂ，４１ タブ
１２ 絶縁シート
１３ａ，１３ｂ 開口部
１４，４５ 保護回路基板
４２ 第１の絶縁テープ
４３ 第２の絶縁テープ
４４ 外装材
４６ タブの第１の折り曲げ方向を示す矢印
４７ タブの第２の折り曲げ方向を示す矢印
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して重ねられた正負の電極体及び電解液を有する平板形状の電池要素と、前記電池要素を封止する外装材と、前記正負の電極体のそれぞれに接続され、前記外装材の外部に導出されてなる正負のタブと、前記外装材の少なくとも一部を覆うとともに前記正負のタブがそれぞれ挿通されてなる開口部を有する絶縁シートと、前記電池要素の厚さ方向に垂直な面に、前記外装材及び前記絶縁シートを介して取り付けられた保護素子または保護素子を実装した回路基板を有することを特徴とする二次電池パック。
【請求項２】
前記電池要素は、複数の正負の電極体がセパレータを介して積層された、積層型であることを特徴とする二次電池パック。
【請求項３】
前記保護素子は、温度ヒューズ、正温度特性素子、サーモスタット、サーミスタから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の二次電池パック。
【請求項４】
前記電池要素は、リチウムイオン二次電池を構成する部材からなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の二次電池パック。
【請求項１】
セパレータを介して重ねられた正負の電極体及び電解液を有する平板形状の電池要素と、前記電池要素を封止する外装材と、前記正負の電極体のそれぞれに接続され、前記外装材の外部に導出されてなる正負のタブと、前記外装材の少なくとも一部を覆うとともに前記正負のタブがそれぞれ挿通されてなる開口部を有する絶縁シートと、前記電池要素の厚さ方向に垂直な面に、前記外装材及び前記絶縁シートを介して取り付けられた保護素子または保護素子を実装した回路基板を有することを特徴とする二次電池パック。
【請求項２】
前記電池要素は、複数の正負の電極体がセパレータを介して積層された、積層型であることを特徴とする二次電池パック。
【請求項３】
前記保護素子は、温度ヒューズ、正温度特性素子、サーモスタット、サーミスタから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の二次電池パック。
【請求項４】
前記電池要素は、リチウムイオン二次電池を構成する部材からなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の二次電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−７３４５７（Ｐ２００６−７３４５７Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５８１９０（Ｐ２００４−２５８１９０）
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（３０２０６７０８４）ＮＥＣトーキン栃木株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（３０２０６７０８４）ＮＥＣトーキン栃木株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]