電池パック
【課題】複数の電池セルを効率的に配置し、接続スペースを減らすとともに組み立て作業の効率化を図る。
【解決手段】第１の電池セルおよび第２の電池セルの正極端子および負極端子が同一の側に電池セルの所定の面と同一の高さに設けられ、第１の電池セルおよび第２の電池セルのそれぞれの所定の面が重ね合わせられることにより、第１の電池セルおよび第２の電池セルの正極端子同士および負極端子同士が互いに隣接する。したがって、第１の電池セルおよび第２の電池セルの正極端子同士および負極端子同士を直接的に接続することができる。
【解決手段】第１の電池セルおよび第２の電池セルの正極端子および負極端子が同一の側に電池セルの所定の面と同一の高さに設けられ、第１の電池セルおよび第２の電池セルのそれぞれの所定の面が重ね合わせられることにより、第１の電池セルおよび第２の電池セルの正極端子同士および負極端子同士が互いに隣接する。したがって、第１の電池セルおよび第２の電池セルの正極端子同士および負極端子同士を直接的に接続することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電池セルを重ね合わせた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン二次電池が広く使用されている。
【０００３】
例えばノート型ＰＣでは、電解質として電解液を用いた円筒型のリチウムイオン二次電池が使用されることが多いが、電解液を用いた場合、液漏れの対策が必要となる。そこで、電解液を用いた場合に問題となる液漏れの対策として、例えば、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状のポリマー電解質を用いたり、全固体状のポリマー電解質を用いた、リチウムイオンポリマー二次電池が実用化されている。
【０００４】
リチウムイオンポリマー二次電池は、正極、負極、ポリマー電解質を有し、正極および負極からそれぞれ端子が導出された電池素子が外装フィルム等で被覆された電池セルの構成とされている。さらに、電池パックは、電池セルと回路部がマウントされた回路基板と共に、上下のケースからなる箱型のプラスチックモールドケース内に収納される構成とされている。
【０００５】
なお、本明細書では、帯状の正極、帯状の負極とがポリマー電解質および／またはセパレータを介して積層され、長手方向に巻回されると共に、正極および負極からそれぞれ端子が導出されているものを電池素子と称する。そして、電池素子を軟質のフィルムで被覆したものを電池セルと称する。さらに、電池セルに対して保護回路等の回路がマウントされた回路基板を付加し、外装体に収納したものを電池パックと称する。
【０００６】
ところで、電池パックを電源として用いる電子機器においては、電子機器の使用可能時間を長時間化するために、大容量化が求められている。そこで、電池パックの大容量化のために、従来は、同一形状の複数の電池セルを同一方向に重ね合わせ、上下に位置した電極端子を接続することで、並列接続された組電池からなる電池パックが用いられていた。
【０００７】
このように、複数の電池セルを組み合わせた組電池に関する技術が下記の特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−４７１６７号公報
【０００９】
ここで、従来の組電池１００について、概略的に説明する。図１１は、従来の組電池１００の一例の構成を示す。組電池１００は、複数の電池セル１０２が、正極端子１１１ａおよび負極端子１１１ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１１１とする）が同一方向に位置するように重ね合わせられて構成される。そして、それぞれの電池セル１０２における電極端子１１１が回路基板１１２に中継タブ１１３を介して接続される。
【００１０】
回路基板１１２には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）や、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣ（Integrated Circuit）を含む保護回路、外部と接続するためのコネクタ等がマウントされている。また、回路基板１１２には、電極端子１１１と接続するための接点部が設けられている。中継タブ１１３は、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の導電性の板金で構成されている。
【００１１】
図１２は、組電池１００と回路基板１１２とが接続された状態を示す側面図である。組電池１００と回路基板１１２とを接続する場合、重ね合わせられた複数の電池セル１０２の電極端子１１１に対して、例えば溶接により中継タブ１１３をそれぞれ接続する。そして、一方の電池セル１０２の電極端子１１１に接続された中継タブ１１３を、例えばクランク状に折り曲げ、他方の電池セル１０２の電極端子１１１に接続された中継タブ１１３と接続する。次に、中継タブ１１３を回路基板１１２の接点部に溶接等によって接続する。このようにして、複数の電池セルの電極端子と回路基板１１２とが電気的に接続される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述で説明した従来の組電池の場合、それぞれの電池セルの電極端子は、底面側から導出されているので、複数の電池セルを重ね合わせると、電池セル自体の厚み分だけ離れてしまう。従来は、それぞれの電池セルと回路基板とを接続するために、電極端子と回路基板との間に導電性の中継タブを用いて電極端子同士を接続し、その後に中継タブと回路基板とを接続していた。しかしながら、この場合、中継タブを接続するための接続スペースが必要となり、電池パック内の空間の使用効率が悪いという問題点があった。
【００１３】
また、複数の電池セルのそれぞれの電極端子同士を接続する場合には、一方の中継タブを他方の中継タブに向けて折り曲げる必要がある。しかしながら、中継タブを折り曲げて用いると、中継タブの折り曲げ部分にストレスがかかり、振動や衝撃等により中継タブが切断してしまったり、中継タブと電極端子との接続部分がはずれてしまうおそれがあり、電池パックの品質を低下させてしまうという問題点があった。
【００１４】
さらに、電池セル作製時においては、作製上、電極端子の位置に±１ｍｍ程度の寸法誤差が生じてしまう。そのため、重ね合わせられた電池セルの電極端子同士を中継タブを用いて接続する際には、位置決めが困難であり、作業効率が悪くなってしまう。
【００１５】
従って、この発明の目的は、効率的に電池セルを配置して接続スペースを減らすとともに、組み立て作業の効率化を図ることができる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】
【００１６】
上述した課題を解決するために、この発明は、１または２以上の組電池と、組電池に接続される回路基板とを有し、組電池は、それぞれの所定の面が重ね合わせられた第１および第２の電池セルを備え、第１および第２の電池セルは、外装内に電池素子が収納され、正極端子および負極端子が同一の側に所定の面と同一の高さに設けられ、第１の電池セルの正極端子および負極端子が、それぞれ第２の電池セルの正極端子および負極端子と隣接するようにされていることを特徴とする電池パックである。
【００１７】
上述したように、この発明は、第１および第２の電池セルの正極端子および負極端子が同一の側に電池セルの所定の面と同一の高さに設けられ、第１および第２の電池セルのそれぞれの所定の面が重ね合わせられることにより、第１および第２の電池セルの正極端子同士および負極端子同士が互いに隣接し、それぞれの正極端子同士および負極端子同士を直接的に接続することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、中継タブを用いることなく、第１の電池セルおよび第２の電池セルのそれぞれの電極端子と回路基板とを直接的に接続するようにしているため、接続スペースを減らして電池パックを小型化することができ、且つ、電池パック作製時の作業効率を向上させることができるという効果がある。
【００１９】
また、この発明は、第１の電池セルおよび第２の電池セルの電極端子と回路基板とを直線的に接続するようにしているため、電極端子にかかるストレスを排除し、電池パックの品質を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の一形態について説明する。図１は、この発明の実施の一形態に適用可能な組電池１の一例の構成を示す。組電池１は、扁平型の第１の電池セル２ａと第２の電池セル２ｂとが、それぞれの底面を互いに接するようにされるとともに、正極端子１１ａ、１１ａおよび負極端子１１ｂ、１１ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１１とする）同士が隣接するように重ね合わせられて構成される。そして、それぞれの電池セル２ａおよび２ｂの電極端子１１が回路基板１２に接続される。なお、第２の電池セル２ｂは、第１の電池セル２ａに対して正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が反転したものである。
【００２１】
回路基板１２には、正極端子１１ａと接続するための接点部１２ａや負極端子１１ｂと接続するための接点部１２ｂが設けられており、抵抗溶接や超音波溶接等によって電池セル２ａおよび２ｂの正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを接続することができる。また、回路基板１２には、ヒューズ、サーミスタ等の温度保護素子、充放電制御ＦＥＴ、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣを含む保護回路や、外部と接続するためのコネクタがマウントされている。
【００２２】
図２は、この発明の実施の一形態に適用可能な第１の電池セル２ａの外観の一例を示す。第１の電池セル２ａは、所定の形状に成型された軟質ラミネートフィルム１３に後述する第１の電池素子３を収納する構成となっている。正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、軟質ラミネートフィルム１３に収納された第１の電池素子３に接続されており、第１の電池セル２ａの所定の側面側から導出されている。
【００２３】
また、第２の電池セル２ｂは、上述の第１の電池セル２ａと同様に、所定の形状に成型された軟質ラミネートフィルム１３に後述する第２の電池素子３を収納する構成となっている。なお、第２の電池セル２ｂは、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が第１の電池セル２ａに対して反転したものであり、その他の構成については、第１の電池セル２ａと同様である。
【００２４】
図３は、軟質ラミネートフィルム１３の層構成の一例を示す。軟質ラミネートフィルム１３は、参照符号３１で示される金属箔が、外装層３２およびシーラント層３３に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。
【００２５】
金属層３１は、軟質の金属材料が用いられ、外装材の強度向上の他、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る役割を担っている。軟質の金属材料としては、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム（Ａｌ）が最も好適であり、特に８０２１−Ｏまたは８０７９−Ｏ等で、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲のアルミニウムを用いるのが好ましい。また、金属層３１と外装層３２および金属層３１とシーラント層３３のそれぞれは、接着層３４および３５を介して貼り合わされている。接着層３４は、必要に応じて省いてもよい。
【００２６】
外装層３２には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、ナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である。外装層３２は、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度とされる。
【００２７】
また、シーラント層３３は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（Ｎｙ）の他、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。
【００２８】
ラミネートフィルムの最も一般的な構成は、外装層／金属箔／シーラント層＝Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰである。また、この組み合わせばかりでなく、以下に示すような他の一般的なラミネートフィルムの構成を採用することができる。すなわち、外装層／金属膜／シーラント層＝Ｎｙ／Ａｌ／ＰＥ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＰＥ、Ｎｙ／ＰＥ／Ａｌ／ＬＬＤＰＥ、ＰＥＴ／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＬＤＰＥ、またはＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＬＤＰＥ／ＣＰＰとすることができる。なお、金属箔としてはＡｌ以外の金属を採用することができることはもちろんである。
【００２９】
図４は、第１の電池素子３の一例の構成を示す。以下では、第１および第２の電池素子３に同一の符号を付し、第１の電池素子３を例にとって説明する。第１の電池素子３は、帯状の正極２１と、セパレータ２３ａと、正極２１と対向して配された帯状の負極２２と、セパレータ２３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、図示しないゲル状電解質が正極２１および負極２２の両面に形成されている。また、第１の電池素子３からは、正極２１と接続された正極端子１１ａおよび負極２２と接続された負極端子１１ｂが導出されており、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂのそれぞれの両面には後に外装するラミネートフィルムとの接着性を向上させるために樹脂片２４ａおよび２４ｂが被覆されている。
【００３０】
なお、第２の電池素子３は、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が第１の電池素子３に対して反転している以外は第１の電池素子３と同様であるので、図示を省略し、共通する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
以下、第１の電池素子３および第２の電池素子３の材料について、詳細に説明する。
【００３２】
［正極］
正極２１は、正極活物質を含有する正極活物質層２１ａが、正極集電体２１ｂの両面上に形成されたものである。正極集電体２１ｂとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔により構成されている。
【００３３】
正極活物質層２１ａは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体２１ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００３４】
正極活物質としては、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
【００３５】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。
【００３６】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００３７】
正極２１は正極集電体２１ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子１１ａを有している。この正極端子１１ａは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子１１ａの材料としては、例えばＡｌ等が挙げられる。
【００３８】
［負極］
負極２２は、負極活物質を含有する負極活物質層２２ａが、負極集電体２２ｂの両面上に形成されたものである。負極集電体２２ｂとしては、例えば銅（Ｃｕ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００３９】
負極活物質層２２ａは、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体２２ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層２２ａが形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００４０】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられ、より具体的には熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（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）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
【００４１】
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したＬｉ金属板でも構わない。
【００４２】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。
【００４３】
負極２２も正極２１と同様に、負極集電体２２ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子１１ｂを有している。この負極端子１１ｂは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子１１ｂの材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。
【００４４】
［電解質］
電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。
【００４５】
電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して含むようにすれば、よりサイクル特性を向上させることができるので好ましい。
【００４６】
非水溶媒は、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートあるいはメチルプロピルカーボネートなどの鎖状炭酸エステルのうち、少なくとも１種を含んでいることが好ましい。サイクル特性をより向上させることができるからである。
【００４７】
非水溶媒は、さらに、２，４−ジフルオロアニソールおよびビニレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を改善することができ、ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上させることができるからである。特に、これらを混合して含んでいれば、放電容量およびサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。
【００４８】
非水溶媒は、さらにまた、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部または全部をフッ素基で置換したもの、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチルなどのいずれか１種または２種以上を含んでいてもよい。
【００４９】
組み合わせる電極によっては、上述の非水溶媒群に含まれる物質の水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものを用いることにより、電極反応の可逆性が向上する場合がある。したがって、これらの物質を適宜用いることも可能である。
【００５０】
電解質塩であるリチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＣＨ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6、ＬｉＣｌ、ＬｉＢＦ2（ｏｘ）、ＬｉＢＯＢあるいはＬｉＢｒが適当であり、これらのうちのいずれか１種または２種以上が混合して用いられる。なかでも、ＬｉＰＦ6は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。
【００５１】
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性を考慮すると、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイドなどが好ましい。
【００５２】
［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００５３】
一般的にセパレータの厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
【００５４】
次に、この発明の実施の一形態に適用可能な組電池１の作製方法について説明する。
【００５５】
［電池素子の作製方法］
まず、第１の電池素子３および第２の電池素子３の作製方法について説明する。正極２１および負極２２のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質を形成する。そののち、正極集電体２１ｂの端部に正極端子１１ａを溶接により取り付けると共に、負極集電体２２ｂの端部に負極端子１１ｂを溶接により取り付ける。次いで、ゲル状の電解質が形成された正極２１と負極２２とをセパレータ２３ａを介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回する。
【００５６】
正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き始め側に取り付けられた場合、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、巻回された電池素子３の中心付近から導出されている。
【００５７】
この場合、第１の電池素子３の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面に沿うように一方の主面側に屈曲された後、一方の主面と略同一面内となるように屈曲されてクランク状とされる。また、第２の電池素子３の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面に沿うように一方の主面とは反対側の他方の主面側に屈曲された後、他方の主面と略同一面内となるように屈曲される。
【００５８】
このように、電極端子１１をクランク状に折り曲げるとともに、折り曲げる方向を変えることによって、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が互いに反転された第１の電池素子３および第２の電池素子３を形成することができる。
【００５９】
なお、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを取り付ける位置は、この例に限らず、例えば正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き終わり側に取り付けるようにしてもよい。正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き終わり側に取り付けた場合、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面の主面と略同一面内から導出される。
【００６０】
また、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂに取り付ける際に、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係を第１の電池素子３に対して反転させて取り付ける。こうすることにより、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が第１の電池素子３に対して反転された第２の電池素子３を形成することができる。さらに、電池素子３をこのような構成にすることで、電極端子１１をクランク状に曲げる工程を省くことができるため、電池素子３を効率的に作製することができる。
【００６１】
［電池セルの作製方法］
次に、上述のようにして作製された第１の電池素子３および第２の電池素子３を用いて、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂを作製する方法について説明する。図５に示すように、軟質ラミネートフィルム１３は深絞りにより凹部２５を形成し、上述のようにして作製された第１の電池素子３を凹部２５に収容する。そして、図６に示すように、軟質ラミネートフィルム１３を折り返して軟質ラミネートフィルム１３が凹部２５の開口部を覆うようにする。次いで、第１の電池素子３の周辺部の、折り返し辺を除く三辺を減圧下で熱溶着することにより封止して、第１の電池セル２ａとする。このとき、電極端子１１は、折り返し辺に対向する側面の底面（凹部２５を覆う面）側から導出される。
【００６２】
第２の電池セル２ｂは、上述と同様にして、軟質ラミネートフィルム１３の凹部２５に第２の電池素子３を収容することによって作製される。なお、電池素子として第２の電池素子３を用いること以外のことについては、上述の第１の電池セル２ａの作製方法と同様であるため、図示および説明を省略する。
【００６３】
なお、電解液を用いた電池の場合は、軟質ラミネートフィルム１３を熱溶着によって封止する前に電解液を注液する。電池素子の周辺部の、折り返し辺を除く二辺を熱溶着した後、残る開口部から所定量の電解液を注液し、最後にこの開口部を熱溶着する。
【００６４】
［組電池の作製方法］
次に、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂを用いて、組電池１を作製する方法について説明する。図７は、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂが重ね合わせられる様子を示す。第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂがそれぞれの底面を互いに接するように重ね合わせられ、組電池１が形成される。
【００６５】
第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの電極端子１１は、所定の側面の底面側から導出されており、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの底面同士が接するように重ね合わせられると、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの電極端子１１が互いに隣接する。隣接した第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの正極端子１１ａ同士および負極端子１１ｂ同士を、溶接等により接続する。なお、電極端子１１同士の接続は、後述する回路基板１２との接続の際に、同時に接続するようにしてもよい。
【００６６】
図８は、組電池１に回路基板１２が接続される様子を示す。組電池１の電極端子１１と、回路基板１２に設けられた接点部とを、溶接やハンダ付け等により接続する。組電池１から導出された電極端子１１を回路基板１２に接続する際には、図９に示すように、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを折り曲げることなく、直線的に回路基板１２と接続することができる。
【００６７】
なお、組電池１と回路基板１２との接続方法は、上述の例に限られない。例えば、回路基板１２を配置する位置に応じて、電極端子１１を折り曲げて回路基板に接続するようにしてもよい。
【００６８】
ただし、電極端子１１と回路基板１２とを接続する際に、電極端子１１を折り曲げると、電極端子１１の折り曲げ部分にストレスがかかってしまうため、電極端子１１を折り曲げずに接続するとより好ましい。
【００６９】
このようにして作製された組電池１に対して、例えば、図示されない硬質の外装体に収納することにより、電池パックを作製することができる。
【００７０】
上述したように、この発明の実施の一形態では、組電池１を構成する第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂのいずれにおいても、電極端子１１が所定の面（底面）と同一の高さで延出されており、且つ、第１の電池セル２ａと第２の電池セル２ｂとで正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが反転されて配置されているので、第１の電池セル２ａの底面と第２の電池セル２ｂの底面とを対向させて重ね合わせることにより、正極端子１１ａ、１１ａ同士、および負極端子１１ｂ、１１ｂ同士が互いに隣接する。そのため、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂそれぞれの正極端子１１ａ、１１ａ同士、および負極端子１１ｂ、１１ｂ同士をそのまま直接的に接続することができる。また、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの電極端子１１を、中継タブを用いたり、余分に延長させることなく直接的に回路基板１２に接続することができる。
【００７１】
そして、電極端子１１と回路基板１２との間に中継タブを介在させる工程が不要となるため、製造の効率を向上させることができる。また、中継タブを配設するためのスペースが不要となるので、電池パックを小型化することができる。
【００７２】
さらに、中継タブを介在させずに電極端子１１と回路基板１２とを直線的に接続できるので、回路基板１２への接続端の位置を調整するために従来の中継タブのように電極端子を折り曲げる必要もないので、電極端子１１にかかるストレスが少なく、また、中継タブを介在させないので、電極端子１１と回路基板１２とをより確実に接続できる。このため、電池パックの品質を向上させることができる。
【００７３】
なお、この実施の一形態では、電池セルを上下に重ね合わせた１組の組電池１について説明したが、これに限られず、例えば図１０に示すように、組電池１を複数並べて並列接続または直列接続し、図示されない外装体に収納することにより、より大容量・高出力の電池パックを作製することができる。
【００７４】
以上、この発明の実施の一形態について具体的に説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の実施の一形態に適用可能な組電池の一例の構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の一形態に適用可能な第１の電池セルの外観を示す斜視図である。
【図３】軟質ラミネートフィルムの層構成の一例を示す略線図である。
【図４】第１の電池素子の一例の構成を示す略線図である。
【図５】第１の電池セルを作製する様子を示す斜視図である。
【図６】第１の電池セルを作製する様子を示す斜視図である。
【図７】組電池を作製する様子を示す斜視図である。
【図８】組電池と回路基板とを接続する様子を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の一形態に適用可能な組電池と回路基板とが接続された状態を示す側面図である。
【図１０】この発明の実施の一形態に適用可能な複数の組電池と回路基板とが接続された様子を示す斜視図である。
【図１１】従来の組電池の一例の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の組電池と回路基板とが接続された状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 組電池
２ａ、２ｂ 電池セル
３ 電池素子
１１ａ 正極端子
１１ｂ 負極端子
１２、１２’ 回路基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電池セルを重ね合わせた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン二次電池が広く使用されている。
【０００３】
例えばノート型ＰＣでは、電解質として電解液を用いた円筒型のリチウムイオン二次電池が使用されることが多いが、電解液を用いた場合、液漏れの対策が必要となる。そこで、電解液を用いた場合に問題となる液漏れの対策として、例えば、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状のポリマー電解質を用いたり、全固体状のポリマー電解質を用いた、リチウムイオンポリマー二次電池が実用化されている。
【０００４】
リチウムイオンポリマー二次電池は、正極、負極、ポリマー電解質を有し、正極および負極からそれぞれ端子が導出された電池素子が外装フィルム等で被覆された電池セルの構成とされている。さらに、電池パックは、電池セルと回路部がマウントされた回路基板と共に、上下のケースからなる箱型のプラスチックモールドケース内に収納される構成とされている。
【０００５】
なお、本明細書では、帯状の正極、帯状の負極とがポリマー電解質および／またはセパレータを介して積層され、長手方向に巻回されると共に、正極および負極からそれぞれ端子が導出されているものを電池素子と称する。そして、電池素子を軟質のフィルムで被覆したものを電池セルと称する。さらに、電池セルに対して保護回路等の回路がマウントされた回路基板を付加し、外装体に収納したものを電池パックと称する。
【０００６】
ところで、電池パックを電源として用いる電子機器においては、電子機器の使用可能時間を長時間化するために、大容量化が求められている。そこで、電池パックの大容量化のために、従来は、同一形状の複数の電池セルを同一方向に重ね合わせ、上下に位置した電極端子を接続することで、並列接続された組電池からなる電池パックが用いられていた。
【０００７】
このように、複数の電池セルを組み合わせた組電池に関する技術が下記の特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−４７１６７号公報
【０００９】
ここで、従来の組電池１００について、概略的に説明する。図１１は、従来の組電池１００の一例の構成を示す。組電池１００は、複数の電池セル１０２が、正極端子１１１ａおよび負極端子１１１ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１１１とする）が同一方向に位置するように重ね合わせられて構成される。そして、それぞれの電池セル１０２における電極端子１１１が回路基板１１２に中継タブ１１３を介して接続される。
【００１０】
回路基板１１２には、充放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）や、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣ（Integrated Circuit）を含む保護回路、外部と接続するためのコネクタ等がマウントされている。また、回路基板１１２には、電極端子１１１と接続するための接点部が設けられている。中継タブ１１３は、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の導電性の板金で構成されている。
【００１１】
図１２は、組電池１００と回路基板１１２とが接続された状態を示す側面図である。組電池１００と回路基板１１２とを接続する場合、重ね合わせられた複数の電池セル１０２の電極端子１１１に対して、例えば溶接により中継タブ１１３をそれぞれ接続する。そして、一方の電池セル１０２の電極端子１１１に接続された中継タブ１１３を、例えばクランク状に折り曲げ、他方の電池セル１０２の電極端子１１１に接続された中継タブ１１３と接続する。次に、中継タブ１１３を回路基板１１２の接点部に溶接等によって接続する。このようにして、複数の電池セルの電極端子と回路基板１１２とが電気的に接続される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述で説明した従来の組電池の場合、それぞれの電池セルの電極端子は、底面側から導出されているので、複数の電池セルを重ね合わせると、電池セル自体の厚み分だけ離れてしまう。従来は、それぞれの電池セルと回路基板とを接続するために、電極端子と回路基板との間に導電性の中継タブを用いて電極端子同士を接続し、その後に中継タブと回路基板とを接続していた。しかしながら、この場合、中継タブを接続するための接続スペースが必要となり、電池パック内の空間の使用効率が悪いという問題点があった。
【００１３】
また、複数の電池セルのそれぞれの電極端子同士を接続する場合には、一方の中継タブを他方の中継タブに向けて折り曲げる必要がある。しかしながら、中継タブを折り曲げて用いると、中継タブの折り曲げ部分にストレスがかかり、振動や衝撃等により中継タブが切断してしまったり、中継タブと電極端子との接続部分がはずれてしまうおそれがあり、電池パックの品質を低下させてしまうという問題点があった。
【００１４】
さらに、電池セル作製時においては、作製上、電極端子の位置に±１ｍｍ程度の寸法誤差が生じてしまう。そのため、重ね合わせられた電池セルの電極端子同士を中継タブを用いて接続する際には、位置決めが困難であり、作業効率が悪くなってしまう。
【００１５】
従って、この発明の目的は、効率的に電池セルを配置して接続スペースを減らすとともに、組み立て作業の効率化を図ることができる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】
【００１６】
上述した課題を解決するために、この発明は、１または２以上の組電池と、組電池に接続される回路基板とを有し、組電池は、それぞれの所定の面が重ね合わせられた第１および第２の電池セルを備え、第１および第２の電池セルは、外装内に電池素子が収納され、正極端子および負極端子が同一の側に所定の面と同一の高さに設けられ、第１の電池セルの正極端子および負極端子が、それぞれ第２の電池セルの正極端子および負極端子と隣接するようにされていることを特徴とする電池パックである。
【００１７】
上述したように、この発明は、第１および第２の電池セルの正極端子および負極端子が同一の側に電池セルの所定の面と同一の高さに設けられ、第１および第２の電池セルのそれぞれの所定の面が重ね合わせられることにより、第１および第２の電池セルの正極端子同士および負極端子同士が互いに隣接し、それぞれの正極端子同士および負極端子同士を直接的に接続することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、中継タブを用いることなく、第１の電池セルおよび第２の電池セルのそれぞれの電極端子と回路基板とを直接的に接続するようにしているため、接続スペースを減らして電池パックを小型化することができ、且つ、電池パック作製時の作業効率を向上させることができるという効果がある。
【００１９】
また、この発明は、第１の電池セルおよび第２の電池セルの電極端子と回路基板とを直線的に接続するようにしているため、電極端子にかかるストレスを排除し、電池パックの品質を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の一形態について説明する。図１は、この発明の実施の一形態に適用可能な組電池１の一例の構成を示す。組電池１は、扁平型の第１の電池セル２ａと第２の電池セル２ｂとが、それぞれの底面を互いに接するようにされるとともに、正極端子１１ａ、１１ａおよび負極端子１１ｂ、１１ｂ（以下、特定の電極端子を示さない場合は電極端子１１とする）同士が隣接するように重ね合わせられて構成される。そして、それぞれの電池セル２ａおよび２ｂの電極端子１１が回路基板１２に接続される。なお、第２の電池セル２ｂは、第１の電池セル２ａに対して正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が反転したものである。
【００２１】
回路基板１２には、正極端子１１ａと接続するための接点部１２ａや負極端子１１ｂと接続するための接点部１２ｂが設けられており、抵抗溶接や超音波溶接等によって電池セル２ａおよび２ｂの正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを接続することができる。また、回路基板１２には、ヒューズ、サーミスタ等の温度保護素子、充放電制御ＦＥＴ、二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御を行うＩＣを含む保護回路や、外部と接続するためのコネクタがマウントされている。
【００２２】
図２は、この発明の実施の一形態に適用可能な第１の電池セル２ａの外観の一例を示す。第１の電池セル２ａは、所定の形状に成型された軟質ラミネートフィルム１３に後述する第１の電池素子３を収納する構成となっている。正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、軟質ラミネートフィルム１３に収納された第１の電池素子３に接続されており、第１の電池セル２ａの所定の側面側から導出されている。
【００２３】
また、第２の電池セル２ｂは、上述の第１の電池セル２ａと同様に、所定の形状に成型された軟質ラミネートフィルム１３に後述する第２の電池素子３を収納する構成となっている。なお、第２の電池セル２ｂは、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が第１の電池セル２ａに対して反転したものであり、その他の構成については、第１の電池セル２ａと同様である。
【００２４】
図３は、軟質ラミネートフィルム１３の層構成の一例を示す。軟質ラミネートフィルム１３は、参照符号３１で示される金属箔が、外装層３２およびシーラント層３３に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。
【００２５】
金属層３１は、軟質の金属材料が用いられ、外装材の強度向上の他、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る役割を担っている。軟質の金属材料としては、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム（Ａｌ）が最も好適であり、特に８０２１−Ｏまたは８０７９−Ｏ等で、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度の範囲のアルミニウムを用いるのが好ましい。また、金属層３１と外装層３２および金属層３１とシーラント層３３のそれぞれは、接着層３４および３５を介して貼り合わされている。接着層３４は、必要に応じて省いてもよい。
【００２６】
外装層３２には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、ナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である。外装層３２は、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度とされる。
【００２７】
また、シーラント層３３は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（Ｎｙ）の他、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。
【００２８】
ラミネートフィルムの最も一般的な構成は、外装層／金属箔／シーラント層＝Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰである。また、この組み合わせばかりでなく、以下に示すような他の一般的なラミネートフィルムの構成を採用することができる。すなわち、外装層／金属膜／シーラント層＝Ｎｙ／Ａｌ／ＰＥ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＰＥ、Ｎｙ／ＰＥ／Ａｌ／ＬＬＤＰＥ、ＰＥＴ／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＬＤＰＥ、またはＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＬＤＰＥ／ＣＰＰとすることができる。なお、金属箔としてはＡｌ以外の金属を採用することができることはもちろんである。
【００２９】
図４は、第１の電池素子３の一例の構成を示す。以下では、第１および第２の電池素子３に同一の符号を付し、第１の電池素子３を例にとって説明する。第１の電池素子３は、帯状の正極２１と、セパレータ２３ａと、正極２１と対向して配された帯状の負極２２と、セパレータ２３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、図示しないゲル状電解質が正極２１および負極２２の両面に形成されている。また、第１の電池素子３からは、正極２１と接続された正極端子１１ａおよび負極２２と接続された負極端子１１ｂが導出されており、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂのそれぞれの両面には後に外装するラミネートフィルムとの接着性を向上させるために樹脂片２４ａおよび２４ｂが被覆されている。
【００３０】
なお、第２の電池素子３は、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が第１の電池素子３に対して反転している以外は第１の電池素子３と同様であるので、図示を省略し、共通する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
以下、第１の電池素子３および第２の電池素子３の材料について、詳細に説明する。
【００３２】
［正極］
正極２１は、正極活物質を含有する正極活物質層２１ａが、正極集電体２１ｂの両面上に形成されたものである。正極集電体２１ｂとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔により構成されている。
【００３３】
正極活物質層２１ａは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体２１ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００３４】
正極活物質としては、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
【００３５】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。
【００３６】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００３７】
正極２１は正極集電体２１ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子１１ａを有している。この正極端子１１ａは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子１１ａの材料としては、例えばＡｌ等が挙げられる。
【００３８】
［負極］
負極２２は、負極活物質を含有する負極活物質層２２ａが、負極集電体２２ｂの両面上に形成されたものである。負極集電体２２ｂとしては、例えば銅（Ｃｕ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００３９】
負極活物質層２２ａは、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体２２ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層２２ａが形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００４０】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられ、より具体的には熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（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）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
【００４１】
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したＬｉ金属板でも構わない。
【００４２】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。
【００４３】
負極２２も正極２１と同様に、負極集電体２２ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子１１ｂを有している。この負極端子１１ｂは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子１１ｂの材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。
【００４４】
［電解質］
電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。
【００４５】
電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して含むようにすれば、よりサイクル特性を向上させることができるので好ましい。
【００４６】
非水溶媒は、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートあるいはメチルプロピルカーボネートなどの鎖状炭酸エステルのうち、少なくとも１種を含んでいることが好ましい。サイクル特性をより向上させることができるからである。
【００４７】
非水溶媒は、さらに、２，４−ジフルオロアニソールおよびビニレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。２，４−ジフルオロアニソールは放電容量を改善することができ、ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上させることができるからである。特に、これらを混合して含んでいれば、放電容量およびサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。
【００４８】
非水溶媒は、さらにまた、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部または全部をフッ素基で置換したもの、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチルなどのいずれか１種または２種以上を含んでいてもよい。
【００４９】
組み合わせる電極によっては、上述の非水溶媒群に含まれる物質の水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものを用いることにより、電極反応の可逆性が向上する場合がある。したがって、これらの物質を適宜用いることも可能である。
【００５０】
電解質塩であるリチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＣＨ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6、ＬｉＣｌ、ＬｉＢＦ2（ｏｘ）、ＬｉＢＯＢあるいはＬｉＢｒが適当であり、これらのうちのいずれか１種または２種以上が混合して用いられる。なかでも、ＬｉＰＦ6は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。
【００５１】
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性を考慮すると、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイドなどが好ましい。
【００５２】
［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００５３】
一般的にセパレータの厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
【００５４】
次に、この発明の実施の一形態に適用可能な組電池１の作製方法について説明する。
【００５５】
［電池素子の作製方法］
まず、第１の電池素子３および第２の電池素子３の作製方法について説明する。正極２１および負極２２のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質を形成する。そののち、正極集電体２１ｂの端部に正極端子１１ａを溶接により取り付けると共に、負極集電体２２ｂの端部に負極端子１１ｂを溶接により取り付ける。次いで、ゲル状の電解質が形成された正極２１と負極２２とをセパレータ２３ａを介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回する。
【００５６】
正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き始め側に取り付けられた場合、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、巻回された電池素子３の中心付近から導出されている。
【００５７】
この場合、第１の電池素子３の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面に沿うように一方の主面側に屈曲された後、一方の主面と略同一面内となるように屈曲されてクランク状とされる。また、第２の電池素子３の正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面に沿うように一方の主面とは反対側の他方の主面側に屈曲された後、他方の主面と略同一面内となるように屈曲される。
【００５８】
このように、電極端子１１をクランク状に折り曲げるとともに、折り曲げる方向を変えることによって、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が互いに反転された第１の電池素子３および第２の電池素子３を形成することができる。
【００５９】
なお、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを取り付ける位置は、この例に限らず、例えば正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き終わり側に取り付けるようにしてもよい。正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂの巻き終わり側に取り付けた場合、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、端面の主面と略同一面内から導出される。
【００６０】
また、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを正極集電体２１ｂおよび負極集電体２２ｂに取り付ける際に、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係を第１の電池素子３に対して反転させて取り付ける。こうすることにより、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂの位置関係が第１の電池素子３に対して反転された第２の電池素子３を形成することができる。さらに、電池素子３をこのような構成にすることで、電極端子１１をクランク状に曲げる工程を省くことができるため、電池素子３を効率的に作製することができる。
【００６１】
［電池セルの作製方法］
次に、上述のようにして作製された第１の電池素子３および第２の電池素子３を用いて、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂを作製する方法について説明する。図５に示すように、軟質ラミネートフィルム１３は深絞りにより凹部２５を形成し、上述のようにして作製された第１の電池素子３を凹部２５に収容する。そして、図６に示すように、軟質ラミネートフィルム１３を折り返して軟質ラミネートフィルム１３が凹部２５の開口部を覆うようにする。次いで、第１の電池素子３の周辺部の、折り返し辺を除く三辺を減圧下で熱溶着することにより封止して、第１の電池セル２ａとする。このとき、電極端子１１は、折り返し辺に対向する側面の底面（凹部２５を覆う面）側から導出される。
【００６２】
第２の電池セル２ｂは、上述と同様にして、軟質ラミネートフィルム１３の凹部２５に第２の電池素子３を収容することによって作製される。なお、電池素子として第２の電池素子３を用いること以外のことについては、上述の第１の電池セル２ａの作製方法と同様であるため、図示および説明を省略する。
【００６３】
なお、電解液を用いた電池の場合は、軟質ラミネートフィルム１３を熱溶着によって封止する前に電解液を注液する。電池素子の周辺部の、折り返し辺を除く二辺を熱溶着した後、残る開口部から所定量の電解液を注液し、最後にこの開口部を熱溶着する。
【００６４】
［組電池の作製方法］
次に、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂを用いて、組電池１を作製する方法について説明する。図７は、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂが重ね合わせられる様子を示す。第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂがそれぞれの底面を互いに接するように重ね合わせられ、組電池１が形成される。
【００６５】
第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの電極端子１１は、所定の側面の底面側から導出されており、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの底面同士が接するように重ね合わせられると、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの電極端子１１が互いに隣接する。隣接した第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの正極端子１１ａ同士および負極端子１１ｂ同士を、溶接等により接続する。なお、電極端子１１同士の接続は、後述する回路基板１２との接続の際に、同時に接続するようにしてもよい。
【００６６】
図８は、組電池１に回路基板１２が接続される様子を示す。組電池１の電極端子１１と、回路基板１２に設けられた接点部とを、溶接やハンダ付け等により接続する。組電池１から導出された電極端子１１を回路基板１２に接続する際には、図９に示すように、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂを折り曲げることなく、直線的に回路基板１２と接続することができる。
【００６７】
なお、組電池１と回路基板１２との接続方法は、上述の例に限られない。例えば、回路基板１２を配置する位置に応じて、電極端子１１を折り曲げて回路基板に接続するようにしてもよい。
【００６８】
ただし、電極端子１１と回路基板１２とを接続する際に、電極端子１１を折り曲げると、電極端子１１の折り曲げ部分にストレスがかかってしまうため、電極端子１１を折り曲げずに接続するとより好ましい。
【００６９】
このようにして作製された組電池１に対して、例えば、図示されない硬質の外装体に収納することにより、電池パックを作製することができる。
【００７０】
上述したように、この発明の実施の一形態では、組電池１を構成する第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂのいずれにおいても、電極端子１１が所定の面（底面）と同一の高さで延出されており、且つ、第１の電池セル２ａと第２の電池セル２ｂとで正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが反転されて配置されているので、第１の電池セル２ａの底面と第２の電池セル２ｂの底面とを対向させて重ね合わせることにより、正極端子１１ａ、１１ａ同士、および負極端子１１ｂ、１１ｂ同士が互いに隣接する。そのため、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂそれぞれの正極端子１１ａ、１１ａ同士、および負極端子１１ｂ、１１ｂ同士をそのまま直接的に接続することができる。また、第１の電池セル２ａおよび第２の電池セル２ｂの電極端子１１を、中継タブを用いたり、余分に延長させることなく直接的に回路基板１２に接続することができる。
【００７１】
そして、電極端子１１と回路基板１２との間に中継タブを介在させる工程が不要となるため、製造の効率を向上させることができる。また、中継タブを配設するためのスペースが不要となるので、電池パックを小型化することができる。
【００７２】
さらに、中継タブを介在させずに電極端子１１と回路基板１２とを直線的に接続できるので、回路基板１２への接続端の位置を調整するために従来の中継タブのように電極端子を折り曲げる必要もないので、電極端子１１にかかるストレスが少なく、また、中継タブを介在させないので、電極端子１１と回路基板１２とをより確実に接続できる。このため、電池パックの品質を向上させることができる。
【００７３】
なお、この実施の一形態では、電池セルを上下に重ね合わせた１組の組電池１について説明したが、これに限られず、例えば図１０に示すように、組電池１を複数並べて並列接続または直列接続し、図示されない外装体に収納することにより、より大容量・高出力の電池パックを作製することができる。
【００７４】
以上、この発明の実施の一形態について具体的に説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の実施の一形態に適用可能な組電池の一例の構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の一形態に適用可能な第１の電池セルの外観を示す斜視図である。
【図３】軟質ラミネートフィルムの層構成の一例を示す略線図である。
【図４】第１の電池素子の一例の構成を示す略線図である。
【図５】第１の電池セルを作製する様子を示す斜視図である。
【図６】第１の電池セルを作製する様子を示す斜視図である。
【図７】組電池を作製する様子を示す斜視図である。
【図８】組電池と回路基板とを接続する様子を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の一形態に適用可能な組電池と回路基板とが接続された状態を示す側面図である。
【図１０】この発明の実施の一形態に適用可能な複数の組電池と回路基板とが接続された様子を示す斜視図である。
【図１１】従来の組電池の一例の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の組電池と回路基板とが接続された状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 組電池
２ａ、２ｂ 電池セル
３ 電池素子
１１ａ 正極端子
１１ｂ 負極端子
１２、１２’ 回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または２以上の組電池と、
上記組電池に接続される回路基板と
を有し、
上記組電池は、それぞれの所定の面が重ね合わせられた第１および第２の電池セルを備え、
上記第１および第２の電池セルは、外装内に電池素子が収納され、正極端子および負極端子が同一の側に上記所定の面と同一の高さに設けられ、
上記第１の電池セルの正極端子および負極端子が、それぞれ上記第２の電池セルの正極端子および負極端子と隣接するようにされている
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記第２の電池セルの電池素子は、
正極端子および負極端子が上記第１の電池セルの電池素子の正極端子および負極端子に対して反転された位置関係となるように上記外装内に収納される
ことを特徴とする電池パック。
【請求項１】
１または２以上の組電池と、
上記組電池に接続される回路基板と
を有し、
上記組電池は、それぞれの所定の面が重ね合わせられた第１および第２の電池セルを備え、
上記第１および第２の電池セルは、外装内に電池素子が収納され、正極端子および負極端子が同一の側に上記所定の面と同一の高さに設けられ、
上記第１の電池セルの正極端子および負極端子が、それぞれ上記第２の電池セルの正極端子および負極端子と隣接するようにされている
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記第２の電池セルの電池素子は、
正極端子および負極端子が上記第１の電池セルの電池素子の正極端子および負極端子に対して反転された位置関係となるように上記外装内に収納される
ことを特徴とする電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５５０６３（Ｐ２０１３−５５０６３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４５６５９（Ｐ２０１２−２４５６５９）
【出願日】平成２４年１１月７日（２０１２．１１．７）
【分割の表示】特願２００６−１０１５１７（Ｐ２００６−１０１５１７）の分割
【原出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月７日（２０１２．１１．７）
【分割の表示】特願２００６−１０１５１７（Ｐ２００６−１０１５１７）の分割
【原出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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