JP2007323875A

JP2007323875A - トップカバー、電池パック及びその製造方法

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Publication number: JP2007323875A
Application number: JP2006150977A
Authority: JP
Inventors: Yuta Nikaido; 雄太二階堂; Fumihiko Suzuki; 文彦鈴木; Koji Watanabe; 晃司渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】基板の実装領域を狭小化することなく、高エネルギー化や小型軽量化を促進し得る電池パック用のトップカバー、これを用いた電池パック及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板４１とＰＴＣ素子４２を有し、非水電解質二次電池を収納した電池パックの保護回路が配されるトップ側に接合されるトップカバーである。
ＰＴＣ素子４２を保持するＰＴＣ素子ホルダー４３と、ＰＴＣ素子ホルダー４３を基板４１に固定するタブ４４，４４’と、クッション材４５と、基板、ＰＴＣ素子、ＰＴＣ素子ホルダーなどを包囲する樹脂体５０と、を備える。ＰＴＣ素子ホルダー４３が空間保持部４３ｓとＰＴＣ素子搭載部４３ｍを有する。ＰＴＣ素子搭載部４３ｍの一部がＰＴＣ素子４２を収容するＰＴＣ素子収容部４３ｐを構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、トップカバー及びこれを用いた電池パックに係り、更に詳細には、非水電解質二次電池の電池パックを形成するのに用いられるトップカバー、並びに電池パック及びその製造方法に関する。

近年、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話及び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。これに伴い、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ついても、高エネルギー化や小型、軽量化が求められている。

ところで、このような電池パックおいて、２次的な保安を目的とした部品として、温度ヒューズや正特性サーミスタ（以下、「ＰＴＣ」と略す）が用いられており、これらの部品は、電池パックの二次電池本体が発熱した際に切断するか又は電気抵抗が上昇し、電流を遮断する機能を果たす。
従来、ＰＴＣやヒューズを基板に実装した常温作動型二次電池装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２４３９４１号公報

しかしながら、かかる従来の基板実装形式の電池パックにあっては、ＰＴＣなどが基板の実装領域を狭小化してしまうことは不可避であり、この結果、上述の電池パックの高エネルギー化や小型軽量化の要請には十分に対応できなくなるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板の実装領域を狭小化することなく、高エネルギー化や小型軽量化を促進し得る電池パック用のトップカバー、これを用いた電池パック及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ＰＴＣを基板の実装領域から排除し、所定の構造を採用することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の電池パック用トップカバーは、基板とＰＴＣ素子を有し、非水電解質二次電池を収納した電池パックの保護回路が配されるトップ側に接合されるトップカバーにおいて、
上記基板上に載置され、上記ＰＴＣ素子を保持するＰＴＣ素子ホルダーと、
上記基板と接合するとともに上記ＰＴＣ素子ホルダーと係合して、このＰＴＣ素子ホルダーを上記基板に固定するタブと、
上記ＰＴＣ素子に載置されるクッション材と、
上記基板、上記ＰＴＣ素子、上記ＰＴＣ素子ホルダー、上記タブ及び上記クッション材を包囲して当該トップカバーの外形を構成する樹脂体と、を備え、
上記ＰＴＣ素子ホルダーが、上記基板との空間を確保する空間保持部と、この空間保持部によって上記基板と離間されたＰＴＣ素子搭載部と、を有し、
上記ＰＴＣ素子搭載部の一部が、上記ＰＴＣ素子を収容するＰＴＣ素子収容部を構成している、ことを特徴とする。

また、本発明の電池パック用トップカバーの好適形態は、上記ＰＴＣ素子収容部が、略矩形の底面と、この矩形底面のうちの１〜３辺から立設された１〜３個の立壁と、を有することを特徴とする。

更に、本発明の電池パックは、正極と負極とをセパレータを介して巻回して成る電池素子と、この電池素子を包装する外装材を有し、上記正極と負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記外装材を封止して成る非水電解質二次電池と、
この非水電解質二次電池と対象機器とを電気接続する接続端子、及びこの非水電解質二次電池を電池的に保護する保護回路を有する基板と、を備える電池パックにおいて、
上記保護回路が配される電池パックのトップ側に接合され、ＰＴＣ素子を有するトップカバーを備え、
このトップカバーが、上記基板上に載置され、上記ＰＴＣ素子を保持するＰＴＣ素子ホルダーと、
上記基板と接合するとともに上記ＰＴＣ素子ホルダーと係合して、このＰＴＣ素子ホルダーを上記基板に固定するタブと、
上記ＰＴＣ素子に載置されるクッション材と、
上記基板、上記ＰＴＣ素子、上記ＰＴＣ素子ホルダー、上記タブ及び上記クッション材を包囲して当該トップカバーの外形を構成する樹脂体と、を備え、
上記ＰＴＣ素子ホルダーが、上記基板との空間を確保する空間保持部と、この空間保持部によって上記基板と離間されたＰＴＣ素子搭載部と、を有し、
上記ＰＴＣ素子搭載部の一部が、上記ＰＴＣ素子を収容するＰＴＣ素子収容部を構成している、ことを特徴とする。

更にまた、本発明の電池パックの製造方法は、正極と負極をセパレータを介して巻回して成る電池素子と、この電池素子を包装する外装材を有し、上記正極と負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記外装材を封止して成る非水電解質二次電池と、
この非水電解質二次電池と対象機器とを電気接続する接続端子、及びこの非水電解質二次電池を電池的に保護する保護回路を有する基板と、を備える電池パックであって、
上記保護回路が配される電池パックのトップ側に接合され、ＰＴＣ素子を有するトップカバーを備え、
このトップカバーが、上記基板上に載置され、上記ＰＴＣ素子を保持するＰＴＣ素子ホルダーと、
上記基板と接合するとともに上記ＰＴＣ素子ホルダーと係合して、このＰＴＣ素子ホルダーを上記基板に固定するタブと、
上記ＰＴＣ素子に載置されるクッション材と、
上記基板、上記ＰＴＣ素子、上記ＰＴＣ素子ホルダー、上記タブ及び上記クッション材を包囲して当該トップカバーの外形を構成する樹脂体と、を備え、
上記ＰＴＣ素子ホルダーが、上記基板との空間を確保する空間保持部と、この空間保持部によって上記基板と離間されたＰＴＣ素子搭載部と、を有し、
上記ＰＴＣ素子搭載部の一部が、上記ＰＴＣ素子を収容するＰＴＣ素子収容部を構成している、電池パックを製造するに当たり、
上記非水電解質二次電池のトップ側に、上記基板と上記ＰＴＣ素子と上記ＰＴＣ素子ホルダーと上記タブと上記クッション材を組み立てたトップカバーアッシーを装着し、
上記樹脂体を構成する溶融樹脂を、上記トップカバーアッシーを装着した上記非水電解質二次電池のトップ側に注入し固化して成型する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ＰＴＣを基板の実装領域から排除し、所定の構造を採用することとしたため、基板の実装領域を狭小化することなく、高エネルギー化や小型軽量化を促進し得る電池パック用のトップカバー、これを用いた電池パック及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明のトップカバーにつき詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量及び充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。また、「アッシー」とは単一の部品ではなく、いくつかの部品が既に組み合わされているものや状態を示すものとする。

図１〜図３に、本発明のトップカバーの一実施形態を示す。
ここで、図１は本発明のトップカバーに係るトップカバーアッシーの一実施形態を示す分解斜視図、図２は図１に示すトップカバーアッシーを用いて成るトップカバーをセル（非水電解質二次電池）に接合した状態を示す斜視図、図３及び図４は図１に示すトップカバーアッシーの組み込み状態を示す部分斜視図である。

図１において、このトップカバーアッシー４６は、細長い形状の基板４１と、ＰＴＣ素子４２と、このＰＴＣ素子４２を保持するＰＴＣ素子ホルダー４３と、タブ４４及び４４’と、クッション材４５を備える。このトップカバーアッシー４６は、図示しない樹脂体５０に包囲されてトップカバー４０（図２参照）を構成する。

上記ＰＴＣ素子ホルダー４３は、ＰＴＣ素子４２を搭載するＰＴＣ素子搭載面４３ｍと、このＰＴＣ素子搭載面４３ｍから下方に延在した脚状の空間保持部４３ｓを有し、ＰＴＣ素子搭載面４３ｍと空間保持部４３ｓが一体成型されて成る。
また、ＰＴＣ素子搭載面４３ｍの一部には、ＰＴＣ素子４２を収容するＰＴＣ素子ポケット４３ｐが設けられており、このＰＴＣ素子ポケット４３ｐは、底面４３ｂが略矩形をなし、この矩形底面４３ｂの３辺から立壁４３ｗが立設されている。

更に、対向する一対の立壁４３ｗ、即ち図１では矩形底面４３ｂの短辺同士から立設されている立壁４３ｗには、それぞれ底面４３ｂの面方向と平行に延在する段部４３ｇが形成されており、この段部４３ｇにＰＴＣ素子４２を掛け渡すことによって、ＰＴＣ素子４２がＰＴＣ素子ポケット４３ｐに格納されるようになっている。また、クッション材４５は、ＰＴＣ素子４２の頂部に載置される。
なお、本実施形態において、ＰＴＣ素子ポケットの底面４３ｂは、ＰＴＣ素子搭載面４３ｍの高さよりも若干低く形成されており、後述するタブ４４と合致するように形成されている。即ち、ＰＴＣ素子搭載面４３ｍは、ＰＴＣ素子ポケットの矩形底面４３ｂよりも基板４１の表面から離間している。

上記タブ４４及び４４’は、フック状をなしその一端部を基板４１の表面に接合されるとともに、他端部でＰＴＣ素子ホルダー４３と係合し、基板４１とＰＴＣ素子ホルダー４３とを固定する機能を果たす。
なお、タブ４４の高さはタブ４４’の高さよりも若干低く形成されており、それぞれタブ４４がＰＴＣ素子ポケット４３ｐの底面４３ｂと、タブ４４’がＰＴＣ素子搭載面４３ｍと適切に係合するようになっている。

上述のような構成部材を有する本実施形態のトップカバーアッシーを組み立てる際には、基板４１とタブ４４及び４４’の一端部を接合するとともに、タブ４４の他端部をＰＴＣ素子ポケットの底面４３ｂに係合させ、タブ４４’の他端部をＰＴＣ素子搭載面４３ｍに係合させて、基板４１とＰＴＣ素子ホルダー４３とを固定する。
この際、ＰＴＣ素子ホルダー４３が空間保持部４３ｓを有するので、基板４１とＰＴＣ素子搭載面４３ｍとが離間して固定されることになる。

また、図３に示すように、ＰＴＣ素子４２は、ＰＴＣ素子ポケット４３ｐにおける短辺立壁４３ｗの段部４３ｇに掛け渡され、更にＰＴＣ素子４２の頂部にはクッション材４５が載置される（図４参照）。
そして、このクッション材４５は、ＰＴＣ素子ポケットの底面４３ｂとセル１００の端部とによって押圧され（図２参照）、これにより、ＰＴＣ素子４２がＰＴＣ素子ポケット４３ｐに固定された状態で格納される。

この際、ＰＴＣ素子ポケットの底面４３ｂは、上述の如くその高さが若干低く形成されているので、タブ４４の他端部の厚みを吸収することができ、この結果、ＰＴＣ素子ポケット４３ｐが形成する空間内に隙間をできる限り生じさせないようになっている。
また、クッション材４５も上述のように押圧され、ＰＴＣ素子ポケット４３ｐ内に隙間ができるのを抑制する機能を果たすとともに、そのクッション性により、ＰＴＣ素子４２に加わる力を吸収して保護する機能を果たす。

そして、本実施形態のトップカバーアッシー４６は、上述のように組み立てられた状態でセル１００のトップ側に組み込まれ、適切な外形形状を転写した金型キャビティにセットされ、更に樹脂体５０を構成する溶融樹脂を注入され、固化して成型され、トップカバー４０がセル１００を有する電池パックと一緒にできあがる（図２参照）。

この溶融樹脂を注入する際、ＰＴＣ素子４２は上述のように隙間が低減されたＰＴＣ素子ポケット４３ｐに格納されているので、溶融樹脂がＰＴＣ素子ポケット４３ｐ内に浸入することが少なく、よって、ＰＴＣ素子４２が高温の溶融樹脂に直接接触する可能性が極めて低い。
特に、本実施形態においては、ＰＴＣ素子ポケット４３ｐの矩形底面４３ｂの３辺から立設した立壁４３ｗが、溶融樹脂の浸入を効果的に抑制する。
また、クッション材４５を樹脂発泡体で形成すれば、かかる樹脂発泡体が内包するエアなどによって断熱効果も得られるので、溶融樹脂からＰＴＣ素子４２への熱伝達も有効に抑制される。

上述のように、本発明のトップカバーではＰＴＣ素子４２が基板４１上に実装されておらず、基板表面が図５（Ｂ）に示すような構成となっており、基板表面上にＰＴＣ素子４２を実装する形式の従来の電池パック（図５（Ａ）参照）の場合よりも実装エリアを広くとることができる。
従って、実装部品の個数や種類が増大する傾向にある近時の電池パックに用いるのに好適である。

ところで、近時の電池パックに対する小型軽量化及び高エネルギー化の要請により、電池素子を収納するための収納ケース（ハードケース）を省略した電池パックが検討されており、かかる電池パックでは、内部部品を固定し、また機械的強度を向上すべく、トップカバー部分は溶融樹脂の注入によって成型して作製される。

ここで、ＰＴＣ素子を基板上に実装しない形式のトップカバーは、図５（Ｂ）に示したように、基板の実装エリアを広く確保することができる優れたものである。
しかし、この形式のトップカバーを上述の樹脂注入法で作製しようとすると、図６（Ｂ）に模式的に示すように、ＰＴＣ素子４２が溶融樹脂に接触して包囲されてしまうことになる。よって、ＰＴＣ素子４２の片面が外部に露出している基板実装型のもの（図６（Ａ）参照）よりも放熱効果に劣り、ＰＴＣ素子のインピーダンスが大きく上昇してしまい問題になることがあった。

本発明のトップカバーは、上述の実施形態で明確に示したように、所定形状のＰＴＣ素子ホルダー４３の一部に、溶融樹脂が極めて浸入し難いＰＴＣ素子ポケット４３ｐを設けたものであり、上記の樹脂注入による作製に際しても、ＰＴＣ素子の性能を劣化させることを回避できるものであるとともに、基板の実装エリアを広く確保可能な極めて優れたものである。

次に、上述のトップカバーにおける構成部材の材質等について説明する。
各構成部材には、従来公知の材質のものを用いることができるが、溶融樹脂の注入による成型を考慮すればある程度の耐熱性を有するものであることが好ましく、具体的には、基板４１としてはガラス基板やエポキシ樹脂製のもの、ＰＴＣ素子ホルダー４３としてはＰＰ（ポリプロピレン）やＰＣ（ポリカーボネート）製のものを挙げることができる。
また、タブ４４及び４４’としてはニッケル（Ｎｉ）や銅（Ｃｕ）製のものを例示できる。

更に、クッション材４５としては、クッション性を有すれば十分であるが、発泡樹脂体を用いると、内包されるエアなどにより断熱性を付与することができるので好適である。
かかる発泡樹脂体としては、ウレタンフォーム、シリコンフォーム及びラバーフォームなどを挙げることができる。
更にまた、樹脂体５０を構成する樹脂としては、ＰＰ、ＰＣ及びＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）を例示することができる。

なお、ＰＴＣ素子ホルダーの厚みは、目的とするトップカバーの寸法や注入する樹脂の種類などに応じて適宜変更できるが、０．５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
０．５ｍｍ未満では、断熱効果が発揮できない可能性があり、１．０ｍｍを超えると、部品寸法が大きすぎて格納できない問題が発生することなどに繋がる。

以上に説明した本実施形態のトップカバーは、各種の非水電解質二次電池の電池パックに適用可能であり、例えばゲル状電解質やポリマー状電解質を有するリチウムイオン二次電池の電池パックに好適に使用することができる。
また、電池素子を収容するハードケースを有するものにも有用であるが、以下に説明するように、ハードケースを有さない電池パックに特に有用で、かかるハードケースを有しない電池パックの小型軽量性や高エネルギー特性を促進し得るものである。

図７は、本発明の電池パックの一実施形態であるリチウムイオンポリマー二次電池の電池パックの構成を示す平面及び端面図である。同図において、符号１Ａ及び１Ｂは、それぞれ第１及び第２のラミネート材を示し、電池素子１４が外装材の例であるこれらのラミネート材１Ａ及び１Ｂによって被覆されてセル（電池）が構成されている。
電池素子１４は、リチウムイオンポリマー二次電池であり、本例では長辺が４９ｍｍ、短辺が４０ｍｍ、厚みが４．４ｍｍの板状の形状をなしている。

なお、ラミネート材１Ａ及び１Ｂは、後述するように、金属層の両面に接着層と表面保護層が配設された３層構造のフィルムである。
セルの外側表面には、全体としてラミネート材１Ｂの表面保護層が現れる。図７（Ｂ）では、線Ｐに沿ってラミネート材１Ａ、１Ｂを切断し除去して、電池素子１４が表面に現れた状態を示している。

この電池パックでは、電池素子１４の正極及び負極とそれぞれ接続されたリード端子２及び３が導出されている。リード端子２及び３と保護回路とは抵抗溶接や超音波溶接等で接合されている。
また、図７（Ａ）に示すように、トップカバー４は、上述のトップカバー４０と同様の構成を有するもので、電池素子１４と接合済みの保護回路がマウントされた回路基板を有し、一つのブロックを構成している。回路基板６の保護回路は、ＰＴＣやサーミスタ等の高温下でセルの電流通路を遮断する温度保護素子を有するが、これらの温度保護素子は回路基板６から独立分離して配置されている（図２などを参照）。

この電池パックの作製に際しては、セルのリード端子２及び３が出ている端面側（適宜トップ側と称する）に、予め上述のようなトップカバーアッシーを取り付け、溶融樹脂を注入することでセルのトップ側とトップカバーアッシーとを一体的に成型して、トップカバー４が装着されたセルを得る。
次いで、セルのラミネート材１Ｂの接着層が露出している部分と、樹脂製（例えばポリプロピレン（ＰＰ）製）のトップカバー４を熱で溶着し、接着強度の向上を図る。

その後、セルのリードが出ている端面の反対側（以下、ボトム側と称する）に予め接着剤を流し込んで、樹脂製のリアカバー７（図７（Ｃ））を挿入する。なお、リアカバー７の代わりに、ホットメルト材によってリアカバーを成型してもよい。
しかる後、接着剤付きアルミ蒸着ＰＥＴフィルムから成る外装ラベル８（図１（Ｄ））を貼付して電池パックを得る。

上述のように、本発明に係る本実施形態の電池パックは、トップカバー４とリアカバー７を、溶融樹脂などを用いた成型によってセルと一体化して製造することができる。
よって、セルに対してトップカバーとリアカバーを別個の工程で接合しなくてもよいのので、本発明の電池パックは製造効率を著しく向上し得るものである。

次に、図８を参照して上述のセルの構成を説明する。
図８は、非水電解質二次電池（セル）の一例を製造する途中の状態を示す平面及び端面図である。この図に示す例では、２種類のラミネート材１Ａ及び１Ｂが使用されている。ラミネート材１Ａには、電池素子１４を収納すべく、金型で予め所定の形状の絞り加工が施されている。この絞り加工で形成された凹部に電池素子１４が収納される。また、凹部の底面に相当する位置の外側表面に熱溶着シート１２が配置される。

また、図９は、ラミネート材で包装される電池素子の一例を示す斜視図である。同図において、符号１４は電池素子を示しており、この電池素子１４は、帯状の正極、帯状の負極とがポリマー電解質及び／又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ともに、正極及び負極からそれぞれリード端子２及び３を導出して形成されている。

上記の正極は、帯状の正極集電体上に正極活物質層が形成されて成り、更に正極活物質層上にはポリマー電解質層が形成されている。また、負極は帯状の負極集電体上に負極活物質層が形成されて成り、更に負極活物質層上にはポリマー電解質層が形成されている。
リード端子２及び３は、それぞれ正極集電体及び負極集電体に接合されている。正極活物質、負極活物質及びポリマー電解質としては、従来公知の材料を使用することができる。

正極は、目的とする電池の種類に応じて金属酸化物、金属硫化物又は特定の高分子を正極活物質として構成することができる。
例えば、リチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としてＬｉｘＭＯ_２（式中のＭは一種以上の遷移金属を示し、ｘは電池の充放電状態によって異なるが通常０．０５〜１．１０である）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。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等が好ましい。

このようなリチウムイオン複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉｙＣｏ_１−ｙＯ_２（式中のｙは０＜ｙ＜１を満足する）、及びＬｉＭｎ_２Ｏ_４等を挙げることができる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度に優れたものである。
また、正極活物質としてＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＮｂＳｅ_２、Ｖ_２Ｏ_５等のリチウムを有しない金属硫化物又は酸化物を使用してもよい。正極には、これらの正極活物質の複数種を併用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際しては、導電剤や結着剤等を添加してもよい。

一方、負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。例えば、難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。
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）、炭素繊維及び活性炭等の炭素材料を挙げることができる。
更に、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ＳｎＯ_２等の酸化物を使用することができる。このような材料から負極を形成するに際しては結着剤等を添加してもよい。

次に、ポリマー電解質は、高分子材料と電解液と電解質塩とを混合してゲル状化した電解質をポリマー中に取り込んだものである。高分子材料は、電解液に相溶する性質を有し、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド及びこれらの複合ポリマーや、架橋ポリマー、変性ポリマー等、又はフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−テトラフルオロプロピレン）、若しくはポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン等の高分子材料、及びこれらの混合物が使用される。

また、電解液成分は、上述した高分子材料を分散可能とし、非プロトン性溶媒として例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）又はブチレンカーボネート（ＢＣ）等が用いられる。
電解質塩としては、溶剤に相溶するものが用いられ、カチオンとアニオンとが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンにはＣｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、ＳＣＮ⁻、ＣｌＯ_４ ⁻、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻等が用いられる。
具体的には、電解質として六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムが電解液に対して溶解可能な濃度で用いられる。

図８などに示す本例のセルにおいては、ラミネート材１Ａ及び１Ｂが上述した電池素子の外装材として機能する。従来のリチウムイオンポリマー二次電池では、一層のラミネート材のみが使用されていたのに対し、本例では、２枚のラミネート材１Ａ及び１Ｂを重ねた構成としている。

図１１は、外装材の一例であるラミネート材１Ａの積層構造を示す断面図である。
ラミネート材１Ａとしては、絞り加工に適し、電池素子を挿入する凹部を形成するのに適したものが使用され、ラミネート材１Ｂに比して軟質のものである。
本例では、内側（ラミネート材１Ｂと接する側）から順に、接着層としてのポリプロピレン（ＰＰ）層１５Ａ、金属層としての軟質アルミ金属層１６Ａ、及び表面保護層としてのナイロン又はＰＥＴ層１７Ａを有する。

ポリプロピレン層１５Ａは、ポリマー電解質の変質を防ぐ機能を有する。ポリプロピレン層１５Ａとして、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）等が使用される。例えば３０μｍ程度の厚みのポリプロピレン（ＰＰ）層１５Ａが形成される。
軟質アルミ金属層１６Ａは、水分の内部への浸入を防ぐ機能を有し、焼きなまし処理済みのアルミニウム（３００３−ＯＪＩＳＨ４１６０）又は（３００４−ＯＪＩＳＨ４１６０）等で、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度のものが使用される。
ナイロン層又はＰＥＴ層１７Ａは、表面保護の機能を有し、その厚みが１０〜３０μｍ程度のものが使用される。

他方のラミネート材１Ｂは、曲げた後の形状を維持し、外部からの変形に耐えることができる硬質のラミネート材である。ラミネート材１Ｂも、上記ラミネート材１Ａと同様の層構造を有する。
但し、硬質アルミ金属層としては、焼きなまし処理なしのアルミニウム（３００３−ＯＪＩＳＨ４１６０）又は（３００４−ＯＪＩＳＨ４１６０）等で、厚みが３０μｍ〜１３０μｍ程度のものが使用される。
なお、ラミネート材１Ａ及び１Ｂの各層の厚みは、総厚を考慮して適切なものに選定される。

以下、図８などに示すセルの製造方法について説明する。
まず、ラミネート材１Ａに、電池素子１４を入れるために予め深絞りを行う。電池素子１４をラミネート材１Ａに形成された凹部内に収納する。なお、図２（Ａ）では、凹部の底面の外側が現れており、凹部の開口は底面と反対面に位置している。

次に、凹部の開口面を覆うように、ラミネート材１Ａに対して互いのポリプロピレン層同士を対向させて、ラミネート材１Ｂを重ねて配置する。この場合、図２（Ａ）に示すように、ラミネート材１Ａ及び１Ｂの位置関係をずらしたものとする。
ここで、ラミネート材１Ａは、互いに等しい長さのトップ側長辺２１、ボトム側長辺２２を有し、また互いに等しい長さの左側短辺２３及び右側短辺２４を有する。同様に、ラミネート材１Ｂは、互いに等しい長さのトップ側長辺３１、ボトム側長辺３２を有し、また互いに等しい長さの左側短辺３３及び右側短辺３４を有する。なお、この場合の「左右」は図面に正対した場合の位置関係を示している。

また、トップ側長辺２１及び３１並びにボトム側長辺２２及び３２は、互いにほぼ等しい長さとされる。この長辺の長さは、電池素子の収納部を包み込んだ状態で対向する短辺同士（短辺２３及び２４、短辺３３及び３４）が当接するか、短辺の端面同士が僅かな隙間を隔てて対向するものに選定されている。

ラミネート材１Ｂのトップ側長辺３１の電池素子収納部の側壁の延長上に一対の切欠きが形成されている。また、ボトム側長辺２２及び３２も、互いにほぼ等しい長さとされる。
ラミネート材１Ａの短辺２３、２４は、ラミネート材１Ｂの短辺３３、３４よりやや短いものとされている。従って、ラミネート材１Ａ及び１Ｂを積層した場合に、トップ側の長辺に沿ったエッジ付近では、ラミネート材１Ｂのみが存在することになる。

図８（Ａ）に示すように、ラミネート材１Ａの電池素子収納用凹部は、中心位置に対してやや右側にずれた位置に形成されている。ラミネート材１Ｂは、ラミネート材１Ａに対してやや右側にずれた位置で積層される。従って、ラミネート材１Ａ及び１Ｂが積層された状態では、図８（Ａ）に示すように、ラミネート材１Ａのみが位置する左側領域と、ラミネート材１Ｂのみが位置する右側領域とが生じる。
このように位置をずらしているのは、ラミネート材１Ａ及び１Ｂの継ぎ目の位置の近傍で、一方のラミネート材のポリプロピレン層がそれぞれ他方のラミネート材とある程度の幅でもって接着されるようにするためである。

そして、図８（Ａ）に示すような配置関係の状態で、電池素子１４を挿入し、凹部の開口の周辺の４辺を減圧しながらシールする。この場合、ポリプロピレン層同士が重なっている部分全体を熱溶着するようにしてもよい。
次いで、金型にシール済の電池素子を入れ、図１０及び図１２（Ｂ）に示すように、両サイドの端面１１Ａ及び１１Ｂが外側に膨らむような楕円状となるように、電池素子１４を金型で成型する。図１２（Ａ）は、図７（Ｂ）と同様に、線Ｐに沿ってラミネート材１Ａ、１Ｂを切断し除去して、電池素子１４が表面に現れた状態を示している。

次に、図８（Ａ）に示すように、凹部の底面の外側に、所定の形状とした熱溶着シート１２を挿入する。熱溶着シート１２は、ラミネート材１Ａのナイロン層又はＰＥＴ層１７Ａ同士、即ちナイロン（Ｎｙ）同士又はＰＥＴ同士に高温をかけることで接着させるための補助的部材である。
その厚みは、総厚の関係から好ましくは１０〜６０μｍ程度で、１００℃前後の融点のものが用いられる。熱溶着シート１２の融点は、電池素子に対して熱の影響を与えない程度のものが好ましい。

そして、ラミネート材１Ａ及び１Ｂを図８（Ａ）に示す開いた状態から、電池素子１４が収納された凹部を包み込むように、それぞれの短辺２３、２４及び３３、３４を内側に折り込み、外側から熱溶着を行い、閉じた状態を固定する。
図１０及び図１２は、このようにラミネート材を閉じてシールした状態を表している。

これらの図１０及び図１２に示したように、外側には、ラミネート材１Ｂの短辺３３及び３４同士が接するか、又は僅かな隙間を介して互いの端面が対向してなる継ぎ目Ｌ１が生じ、また、ラミネート材１Ｂの内側には、ラミネート材１Ａの短辺２３及び２４同士が接するか、又は僅かな隙間を介して互いの端面が対向してなる継ぎ目Ｌ２が生じる。

図１２（Ｃ）は、継ぎ目Ｌ１及びＬ２の部分の断面図である。
熱溶着シート１２の下側には、図示を省略しているが、ラミネート材１Ａのナイロン層又はＰＥＴ層１７Ａが位置している。ラミネート材１Ａ及び１Ｂを内側に折り曲げて閉じると、熱溶着シート１２の上側では、両者の上下関係が逆となり、下側にラミネート材１Ａが位置し、上側にラミネート材１Ｂが位置する。
なお、図１２（Ｃ）において、符号１５Ｂはラミネート材１Ｂのポリプロピレン層を示し、符号１６Ｂは硬質アルミ金属層を示し、符号１７Ｂはナイロン層又はＰＥＴ層を示している。

図１２（Ｃ）に示すように、熱溶着シート１２の上側に接して、ラミネート材１Ａのナイロン層又はＰＥＴ層１７Ａが位置することになる。従って、ナイロン層又はＰＥＴ層１７Ａが熱溶着シート１２を挟んだ構造となり、外側から熱を加えることで、ナイロン層又はＰＥＴ層同士を接着することができる。また、ラミネート材１Ａ及び１Ｂの互いのポリプロピレン層１５Ａ及び１５Ｂが対向接触するので、外側から熱を加えることで、これらのポリプロピレン層１５Ａ及び１５Ｂを接着することができる。

上述のように、樹脂製の箱型のケースを使用することなく、また、両サイドに樹脂製のフレームを配することなく、硬質のラミネート材１Ｂが外装材を兼ねる電池パックを製造することができる。

また、上述した電池パックの例において、外装ラベル８を貼り付けないように構成された電池パックを製造することもできる。この場合は、上述した製造工程において、第２のラミネート材１Ｂの代わりに、予めパターン又は文字が印刷されたラミネート材１Ｃを使用すればよい。

図１３は、ラミネート材１Ｃの断面拡大図である。同図に示すように、ラミネート材１Ｃは、接着層としてのポリプロピレン層５１、硬質アルミ金属層５２、表面保護層５３としてのナイロン層、ＰＥＴ層又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）層を有する。
表面保護層５３の内側の面５４及び／又は外側の面５５に文字等又はパターンが印刷される。

図１４は、ラミネート材１Ｃの一例を示した模式図である。同図に示すように、ラミネート材１Ｃの表面上には、一例としての模倣されにくい模様のパターンが印刷されている。
このパターン以外にも、パック名やバーコード、２次元コード等を印刷してもよい。更に、かかるパターンとしては、模倣されにくいものが好適であり、例えば透かしやホログラムを印刷してもよい。具体的には、内側の面５４にパターンを印刷し、外側の面５５にテキスト、２次元コード等を印刷することができる（図１３参照）。

文字又はパターンが印刷されたラミネート材１Ｃは、図１４に示すように、ラミネート基材７０から、１セル分ずつ切断されて作製される。このように、予めパターン又は文字が印刷されているラミネート材１Ｃを使用することにより、外装ラベル８を貼り付ける必要がなくなるので、体積エネルギー密度を向上することができる。また、パターン又は文字は、セルを製造する段階で印刷されるので、模倣の防止に資する。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１〜図３に示すトップカバーを装着した電池パックを作製した。この際、基板４１としてガラス基板、ＰＴＣ素子４３ホルダーとしてはＰＰ製のものを用いた。また、タブ４４、４４’としてはニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）製のものを用いた。
更に、クッション材４５としては、発泡樹脂体であるウレタンフォームを用いた。なお、クッション材としては、クッション性を有すれば十分であるが、発泡樹脂体を用いると、内包されるエアなどにより断熱性を付与できるので好適である。
更にまた、樹脂体５０を構成する樹脂としてはＰＰを用いた。

（比較例１）
図６（Ａ）に簡略的に示したような基板実装型のトップカバーを装着した電池パックを作製した。なお、基板やＰＴＣ素子は実施例１と同じものを用いた。

［性能評価］
実施例１及び比較例１の電池パックにおいて、加熱樹脂を注入する前後におけるＰＴＣ素子のインピーダンス（Ｉｍｐ）を測定し、得られた結果をそれぞれ表１及び表２に示す。

表１及び表２より、本発明の範囲に属する実施例１によれば、加熱樹脂を用いたバッテリーパックであっても、二次保護としてのＰＴＣ素子を組み込むことができることが分かる。比較例１の従来構造のままＰＴＣ素子を使用すると、Ｉｍｐは樹脂樹脂注入後には１５．１８まで上昇したのに対し、実施例１においてはＩｍｐは５．８３にしか上昇しなかった。
このように、本発明の範囲に属する実施例１の電池パック構造は、ＰＴＣ素子の電気的特性の劣化を抑制する効果が顕著であることが分かる。

その他の実施例として、基板４１をエポキシ樹脂としたもの、ＰＴＣ素子ホルダー４３としてＰＣ製のもの、発泡樹脂体４５としてシリコーンフォーム又はラバーフォームを用いたもの、樹脂体５０の構成樹脂としてＰＣ又はＡＢＳ製のものを、それぞれ作製し、上記同様の性能評価に供したところ、いずれも実施例１と同様の効果が得られた。

以上、本発明を若干の好適実施形態及び実施例により説明したが、本発明はかかる実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上述のトップカバーの実施形態では、ＰＴＣ素子ポケット４３ｐの立壁４３ｗを矩形底面４３ｂの３辺から立設したが、１辺〜２辺からの立設でも溶融樹脂とＰＴＣ素子４２との接触を抑制できる。
また、本発明は、ＰＴＣ素子の導入を対象としているが、同じく熱の影響を受け動作する温度ヒューズを用いたバッテリーパックを製造する際にも有効であると思われる。

本発明のトップカバーに係るトップカバーアッシーの一実施形態を示す分解斜視図である。図１に示すトップカバーアッシーを用いて成るトップカバーをセルに接合した状態を示す斜視図である。図１に示すトップカバーアッシーの組み込み状態を示す部分斜視図である。図１に示すトップカバーアッシーの組み込み状態を示す部分斜視図である。トップカバーの基板表面を示す模式図である。トップカバーにおけるＰＴＣの配置と放熱性を示す模式図である。本発明の電池パックの一実施形態であるリチウムイオンポリマー二次電池の電池パックの構成を示す平面及び端面図である。非水電解質二次電池（セル）の一例を製造する途中の状態を示す平面及び端面図である。電池素子外装材で包装される電池素子の一例を示す斜視図である。電池素子外装材を備えた電池パックの一例を示す斜視図である。電池素子外装材の一例であるラミネート材１Ａの積層構造を示す断面図である。電池素子外装材を備えた電池パックの一例を示す平面及び断面図である。電池素子外装材の他の例を示す部分断面図である。電池素子外装材の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ラミネート材、２，３…リード端子、４…トップカバー、７…リアカバー、８…外装ラベル、１５Ａ，１５Ｂ…接着層、１６Ａ，１６Ｂ…ベースフィルム層、１７Ａ，１７Ｂ…有機金属酸化物層、４０…トップカバー、４１…基板、４２…ＰＴＣ素子、４３…ＰＴＣ素子ホルダー、４３ｍ…ＰＴＣ素子搭載面、４３ｓ…空間保持部、４３ｐ…ＰＴＣ素子ポケット、４３ｂ…底面、４３ｗ…立壁、４３ｇ…段部、４４，４４’…タブ、４５…クッション材、４６…トップカバーアッシー、５０…樹脂体、１００…セル

Claims

基板とＰＴＣ素子を有し、非水電解質二次電池を収納した電池パックの保護回路が配されるトップ側に接合されるトップカバーにおいて、
上記基板上に載置され、上記ＰＴＣ素子を保持するＰＴＣ素子ホルダーと、
上記基板と接合するとともに上記ＰＴＣ素子ホルダーと係合して、このＰＴＣ素子ホルダーを上記基板に固定するタブと、
上記ＰＴＣ素子に載置されるクッション材と、
上記基板、上記ＰＴＣ素子、上記ＰＴＣ素子ホルダー、上記タブ及び上記クッション材を包囲して当該トップカバーの外形を構成する樹脂体と、を備え、
上記ＰＴＣ素子ホルダーが、上記基板との空間を確保する空間保持部と、この空間保持部によって上記基板と離間されたＰＴＣ素子搭載部と、を有し、
上記ＰＴＣ素子搭載部の一部が、上記ＰＴＣ素子を収容するＰＴＣ素子収容部を構成している、
ことを特徴とする電池パック用トップカバー。
上記ＰＴＣ素子収容部が、略矩形の底面と、この矩形底面のうちの１〜３辺から立設された１〜３個の立壁と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック用トップカバー。
上記ＰＴＣ素子搭載部の底面が、上記ＰＴＣ素子収容部の矩形底面よりも上記基板の表面から離間していることを特徴とする請求項２に記載の電池パック用トップカバー。
上記クッション材が樹脂発泡体から成ることを特徴とする請求項１に記載の電池パック用トップカバー。
正極と負極をセパレータを介して巻回して成る電池素子と、この電池素子を包装する外装材を有し、上記正極と負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記外装材を封止して成る非水電解質二次電池と、
この非水電解質二次電池と対象機器とを電気接続する接続端子、及びこの非水電解質二次電池を電池的に保護する保護回路を有する基板と、を備える電池パックにおいて、
上記保護回路が配される電池パックのトップ側に接合され、ＰＴＣ素子を有するトップカバーを備え、
このトップカバーが、上記基板上に載置され、上記ＰＴＣ素子を保持するＰＴＣ素子ホルダーと、
上記基板と接合するとともに上記ＰＴＣ素子ホルダーと係合して、このＰＴＣ素子ホルダーを上記基板に固定するタブと、
上記ＰＴＣ素子に載置されるクッション材と、
上記基板、上記ＰＴＣ素子、上記ＰＴＣ素子ホルダー、上記タブ及び上記クッション材を包囲して当該トップカバーの外形を構成する樹脂体と、を備え、
上記ＰＴＣ素子ホルダーが、上記基板との空間を確保する空間保持部と、この空間保持部によって上記基板と離間されたＰＴＣ素子搭載部と、を有し、
上記ＰＴＣ素子搭載部の一部が、上記ＰＴＣ素子を収容するＰＴＣ素子収容部を構成している、
ことを特徴とする電池パック。
正極と負極とをセパレータを介して巻回して成る電池素子と、この電池素子を包装する外装材を有し、上記正極と負極の電極端子を外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記外装材を封止して成る非水電解質二次電池と、
この非水電解質二次電池と対象機器とを電気接続する接続端子、及びこの非水電解質二次電池を電池的に保護する保護回路を有する基板と、を備える電池パックであって、
上記保護回路が配される電池パックのトップ側に接合され、ＰＴＣ素子を有するトップカバーを備え、
このトップカバーが、上記基板上に載置され、上記ＰＴＣ素子を保持するＰＴＣ素子ホルダーと、
上記基板と接合するとともに上記ＰＴＣ素子ホルダーと係合して、このＰＴＣ素子ホルダーを上記基板に固定するタブと、
上記ＰＴＣ素子に載置されるクッション材と、
上記基板、上記ＰＴＣ素子、上記ＰＴＣ素子ホルダー、上記タブ及び上記クッション材を包囲して当該トップカバーの外形を構成する樹脂体と、を備え、
上記ＰＴＣ素子ホルダーが、上記基板との空間を確保する空間保持部と、この空間保持部によって上記基板と離間されたＰＴＣ素子搭載部と、を有し、
上記ＰＴＣ素子搭載部の一部が、上記ＰＴＣ素子を収容するＰＴＣ素子収容部を構成している、電池パックを製造するに当たり、
上記非水電解質二次電池のトップ側に、上記基板と上記ＰＴＣ素子と上記ＰＴＣ素子ホルダーと上記タブと上記クッション材を組み立てたトップカバーアッシーを装着し、
上記樹脂体を構成する溶融樹脂を、上記トップカバーアッシーを装着した上記非水電解質二次電池のトップ側に注入し固化して成型する、
ことを特徴とする電池パックの製造方法。