JP2006185756A

JP2006185756A - 電池パック

Info

Publication number: JP2006185756A
Application number: JP2004378405A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Hamao; 尚宏濱尾; Hirofumi Yamamura; 浩文山村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】高い難燃性を有しながらコンパクトに構成できる電池パックを提供する。
【解決手段】金属製電池ケース内に極板群と電解液を収容して成り、その一端面に接続電極を有した電池と、接続電極に接続された充放電保護回路及び外部接続端子を有する回路基板とを、外部接続端子を外部に露出させる窓部を有する収容ケース内に収容してなる電池パックにおいて、その収容ケース２は上ケース１１と下ケース１２を接合して構成し、上ケース１１と下ケース１２はそれぞれ主部を金属板から成る金属ケース１３、１５にて構成し、上ケース１１と下ケース１２の接合部をインサート成形した難燃性樹脂の樹脂接合部１４、１６にて構成し、上ケース１１と下ケース１２の接合部を難燃性樹脂単体の樹脂接合部１８にて構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池とその充放電保護回路及び外部接続端子を有する回路基板を収容ケース内に収容してなる電池パックに関するものである。

電池と充放電保護回路を有する回路基板とを収容ケース内に収容して一体化した電池パックにおいては、軽量でかつコンパクトな構成であることと並んで、所定の難燃性を有することが要請されている。

従来の電池パックとして、電池と回路基板を合成樹脂製の収容ケース内に収容したものは知られており、さらに電池パックに難燃性を持たせるために、収容ケースを難燃性樹脂で構成することも知られている。

一方、電池ケースがラミネート外装材から成るラミネート外装電池を、アルミニウム板の周縁部に樹脂枠をインサート成形で形成してなる上ケースと下ケースの樹脂枠同士を接合した収容ケース内に収容し、かつアルミニウム板に凹状またき凸状の補強部を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、同様のラミネート外装電池と回路基板を、第１と第２のケースを合体してなる収容ケース内に収容して成り、第１と第２のケースは、樹脂製の枠体とそれにインサート成形によって一体化された金属板から成り、金属板の周縁にはインサート成形を可能とする側縁部を折り曲げや絞り加工によって形成したものが知られている。なお、樹脂にはポリカーボネートや液晶ポリマなどの熱可塑性樹脂とガラス繊維のチョップ又はガラスビーズからなる樹脂組成物を使用することで寸法精度と強度を確保し、金属板の厚みは０．０５〜０．２５ｍｍ、樹脂製の枠体の厚みは金属板が０．１ｍｍの場合で、０．６〜１．５ｍｍとされている（例えば、特許文献２参照。）。

また、同様のラミネート外装電池を、合成樹脂製の第１と第２のケースを溶着又は接着して構成した収容ケース内に収容した電池パックにおいて、電池パックの表面にステンレス製の補強板を貼り付けて剛性の向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−１７６４００号公報特開２００１−９３４９５号公報特開２００１−３０７７０３号公報

ところで、従来の電池パックの収容ケースを難燃性樹脂で構成したものにおいても、難燃性試験のＵＬ９４規格（Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances）のＶ−１レベル以上を満足するためには、収容ケースの肉厚を３．２ｍｍ程度以上にする必要があり、収容ケースの肉厚が厚くなるため、電池パックのコンパクト化に反するという問題がある。

また、特許文献１や特許文献３の構成においては、難燃性を確保するという課題もそのための構成も記載されていないが、その収容ケースの構成によれば金属板配置面における難燃性は全く問題ない。しかし、収容ケースの周側壁が樹脂枠のみから成っているので、強度とともに難燃性を確保するためには、その肉厚を厚くする必要があり、その結果電池パックの一層のコンパクト化には限界があるという問題がある。

また、特許文献２の構成においても、難燃性を確保するという課題もそのための構成も記載されていず、また金属板の周縁に折り曲げや絞り加工によって側縁部が形成され、枠体内に一体埋設されているが、インサート成形に必要な限りのもので、枠体を含めてケースを金属板で構成するという技術を示唆するものではなく、基本的に上記特許文献１や特許文献３と同様の問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高い難燃性を有しながらコンパクトに構成できる電池パックを提供することにある。

本発明の電池パックは、金属製電池ケース内に極板群と電解液を収容して成り、その一端面に接続電極を有した電池と、接続電極に接続された充放電保護回路及び外部接続端子を有する回路基板とを、外部接続端子を外部に露出させる窓部を有する収容ケース内に収容してなる電池パックにおいて、収容ケースは上ケースと下ケースを接合して構成し、上ケースと下ケースはそれぞれ金属板から成る金属ケースにてその主部を構成するとともに相互の接合部はインサート成形した難燃性樹脂単体の樹脂接合部にて構成したものである。

この構成によると、金属製電池ケースを有する電池を収容ケースに収容した電池パックにおいて、その収容ケースを主部が金属ケースから成る上ケースと下ケースにて構成しているので、全体として高い難燃性を有し、また金属ケースが存在しない上ケースと下ケースを接合するための樹脂接合部は難燃性樹脂にて構成しているので、その難燃性樹脂単体の部分を接合に必要な最小限とすることで、この樹脂接合部の肉厚を薄くしても難燃性を確保することができ、したがって高い難燃性を有しながらコンパクトに構成することができる。

また、樹脂接合部の肉厚ｔを、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍと薄く設定してコンパクト化を図るとともに、上ケースと下ケースの金属ケース端縁間の間隔ｄを、１．０ｔ≦ｄ≦４．０ｔとするのが好適である。ｄ＜１．０ｔであると、樹脂接合部による接合が不安定になる恐れがあり、ｄ＞４．０ｔでは樹脂単体部の幅寸法が大きいために、樹脂接合部の肉厚ｔを上記のように薄くした場合、難燃性に対する信頼性が劣ることになるので、樹脂接合部の肉厚ｔに対する金属ケース端縁間の間隔ｄをこのように規定することで、樹脂接合部の肉厚を薄くしてコンパクト化を図りながら、所望の難燃性を確保することができる。

また、樹脂接合部を構成する難燃性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート−ＡＢＳポリマーアロイ、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイトから選ばれた一種の樹脂を難燃化した樹脂を用いるのが好適である。

本発明の電池パックによれば、収容ケースの主部が金属ケースにて構成されているので全体として高い難燃性を有し、また金属ケースが存在しない樹脂接合部は難燃性樹脂にて構成しているので、その難燃性樹脂単体の幅寸法を接合に必要な最小限とすることで、樹脂接合部の肉厚を薄くしても高い難燃性を確保することができ、高い難燃性とコンパクト化を両立した電池パックを実現することができる。

以下、本発明の電池パックの一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。

図１、図２において、１は扁平な直方体状の電池パックであり、その収容ケース２内に電池３と回路基板４が収容されている。電池３は、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角形の外形で、金属製の電池ケースの内部に発電要素としての極板群と電解液を収容して構成され、その一端面に正極と負極の接続電極（図示せず）が配設されている。本実施形態では、電池３はリチウムイオン電池から成り、極板群は、帯状の正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で巻回することで多層に積層して構成されている。正極板はアルミニウム箔から成る芯材に正極合剤を塗着・乾燥して構成され、負極板は銅箔から成る芯材に負極合剤を塗着・乾燥して構成され、セパレータは微多孔性ポリプロピレンフィルムなどにて構成されている。

回路基板４は、収納ケース２の一端面２ａの内面側に形成された基板配置部５に嵌入係合されて電池３の一端面の近傍に配設され、電池３の一端面の接続電極に接続された充放電安全回路と３つの外部接続端子６を有している。３つの外部接続端子６の内、２つは正極と負極の外部接続端子、残りの１つは識別抵抗検出用の接続端子である。収納ケース２の一端面２ａには、外部接続端子６を外部に露出させる窓部７が開口されている。

収容ケース２は、図３に示すように、長方形の皿状の上ケース１１と下ケース１２を接合して構成されている。上ケース１１は、図５に示すように、長方形の金属板１３ａの四辺に折り曲げ側片１３ｂを連接してなる金属ケース１３をプレス成形にて構成し、この金属ケース１３を用いてインサート成形し、図４及び図３（ａ）に示すように、金属ケース１３の折り曲げ側片１３ｂの内外面に折り曲げ側片１３ｂの端縁から所定量突出した樹脂接合部１４を一体的に設けた構成とされている。

下ケース１２は、図７に示すように、長方形の金属板１５ａの四辺に折り曲げ側片１５ｂを連接してなる金属ケース１５をプレス成形にて構成し、この金属ケース１５を用いてインサート成形し、図６及び図３（ａ）に示すように、金属ケース１５の折り曲げ側片１５ｂの内外面に折り曲げ側片１５ｂの端縁から所定量突出した樹脂接合部１６を一体的に設けた構成とされている。

上ケース１１の樹脂接合部１４と下ケース１２の樹脂接合部１６には、相互にいんろう接合されるように、樹脂接合部１４の内周側に嵌合突部１４ａが突設され、樹脂接合部１６の内周側にはこの嵌合突部１４ａが嵌合する嵌合凹段部１６ａが形成されている。また、これら樹脂接合部１４、１６の密閉接合性を高めるため、嵌合突部１４ａの先端縁が尖突部１４ｂに形成され、嵌合凹段部１６ａの内周縁から上方に突出する突出片１６ｂが形成されている。

なお、収容ケース２の一端面２ａを形成する上ケース１１の一側壁においては、図４に示すように、窓部７に対応して樹脂接合部１４に切込部１７が形成されるとともに、金属ケース１３の折り曲げ側片１３ｂにもそれに対応して図５に示すように切欠部１３ｃが形成されている。また、下ケース１２の一側壁においては、図６に示すように、樹脂接合部１６に窓部７が形成されるとともに、金属ケース１５の折り曲げ側片１５ｂにそれに対応して図７に示すように切欠部１５ｃが形成されている。

上ケース１１及び下ケース１２の金属ケース１３、１５には、０．１０ｍｍ〜０．３０ｍｍ厚さ、好適には０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの厚さのステンレス鋼板やアルミニウム合金板などが好適に用いられる。また、上ケース１１及び下ケース１２の周側壁を、本実施形態のように折り曲げプレス加工にて形成すると生産性が高く好適であるが、絞り加工によって形成することもできる。

上ケース１１及び下ケース１２の樹脂接合部１４、１６は難燃性合成樹脂にて構成されている。この難燃性合成樹脂としては、ポリカーボネート樹脂を難燃化したものが好適に用いられ、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート−ＡＢＳ共重合体、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイトから選ばれた一種の樹脂を難燃化した樹脂なども用いることができる。また、これら樹脂接合部１４、１６の肉厚ｔは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、好適には０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲である。難燃化する方法としては、デカブロモジフェニルオキサイド（ＤＢＤＰＯ）、テトラブロモビスフェノールＡ（ＴＢＢＰＡ）などの臭素化合物と三酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）を併用して相乗効果による方法や、リン酸トリクレジル（ＴＣＰ）、リン酸トリ−ｎブチル（ＴＢＰ）、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）などのリン酸エステル系の難燃剤、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）などを単独または併用した非ハロゲン系による難燃化の方法があるが、特に限定されるものではない。

そして、図３（ａ）に示すように、電池３及び回路基板４を収容した下ケース１２上に、上ケース１１を被せ、図３（ｂ）に示すように、上ケース１１と下ケース１２の樹脂接合部１４、１６を超音波加熱や誘導加熱などによって加熱して相互に溶着させることによって収容ケース２が密封接合され、電池パック１が構成されている。

これら上ケース１１と下ケース１２を接合して構成した収容ケース２において、図３（ｂ）に示すように、金属ケース１３、１５が存在しない樹脂接合部１４、１６から成る難燃性樹脂単体の樹脂接合部１８は、その厚さｔが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍで、かつその幅寸法が１．０ｔ≦ｄ≦４．０ｔとなるように設定されている。

以上の構成の電池パック１によれば、その収容ケース２を構成している上ケース１１と下ケース１２の主部が金属ケース１３、１５にて構成されているので、全体として高い難燃性を有する。また、金属ケース１３、１５が存在しない上ケース１１と下ケース１２を接合するための樹脂接合部１４、１６を難燃性樹脂にて構成し、その難燃性樹脂単体の樹脂接合部１８の厚さ寸法ｔを０．５〜１．０ｍｍと薄くするとともに、その幅寸法ｄを、１．０ｔ≦ｄ≦４．０ｔとしていることで、樹脂接合部１８の肉厚を上記のように薄くしても難燃性を確保することができ、かくして、高い難燃性を有しながらコンパクトな電池パック１を構成することができる。

具体的な実施例と難燃性試験のＵＬ９４規格の概要について説明する。

（実施例１）
上ケース１１は、図５に示すように、長方形のＪＩＳＡ３００３系アルミニウム合金製で厚みが０．２０ｍｍの金属板１３ａの四辺に折り曲げ側片１３ｂを連接してなる金属ケース１３をプレス成形にて構成し、この金属ケース１３を用いてインサート成形し、図４及び図３（ａ）に示すように、金属ケース１３の折り曲げ側片１３ｂの内外面に折り曲げ側片１３ｂの端縁から１．０ｍｍ突出した難燃化ポリカーボネート樹脂接合部１４を一体的に設けた構成とした。

下ケース１２は、図７に示すように、長方形のＪＩＳＡ３００３系アルミニウム合金製で厚みが０．２０ｍｍの金属板１５ａの四辺に折り曲げ側片１５ｂを連接してなる金属ケース１５をプレス成形にて構成し、この金属ケース１５を用いてインサート成形し、図６及び図３（ａ）に示すように、金属ケース１５の折り曲げ側片１５ｂの内外面に折り曲げ側片１５ｂの端縁から１．０ｍｍ突出したテトラブロモビスフェノールＡ（ＴＢＢＰＡ）と三酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）による難燃化ポリカーボネート樹脂接合部１６を一体的に設けた構成とした。

このようにして作製した上ケース１１と下ケース１２からなる収納ケース２内に、横断面形状が扁平な長方形のリチウムイオン電池３と回路基板４を収容した。回路基板４は、収納ケース２の一端面２ａの内面側に形成された基板配置部５に嵌入係合されて電池３の一端面の近傍に配設され、電池３の一端面の接続電極に接続された充放電安全回路と３つの外部接続端子６を有する構成とした。

そして、図３（ｂ）に示すように、上ケース１１と下ケース１２の樹脂接合部１４、１６を超音波加熱し、相互に溶着させることによって収容ケース２を密封接合し、電池パック１を構成し、実施例１の電池パックとした。

なお、これら樹脂接合部１４、１６の肉厚ｔは、厚み０．２０ｍｍの上下ケースの両端に、それぞれ厚み０．１５ｍｍの難燃化ポリカーボネート樹脂を加えた０．５０ｍｍ、上ケースと下ケースの金属ケース端縁間の間隔ｄを、１．０ｍｍとした。

（実施例２）
樹脂接合部１４、１６の肉厚を、厚み０．２０ｍｍの上下ケースの両端に、それぞれ厚み０．４０ｍｍのデカブロモジフェニルオキサイド（ＤＢＤＰＯ）と三酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）による難燃化ＡＢＳ樹脂を加えた１．００ｍｍ、上ケースと下ケースの金属ケース端縁間の間隔ｄを、１．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例２の電池バックを作製した。

（実施例３）
樹脂接合部１４、１６の肉厚を、厚み０．２ｍｍの上下ケースの両端に、それぞれ厚み０．１５ｍｍの難燃化ポリカーボネート樹脂を加えた０．５０ｍｍ、上ケースと下ケースの金属ケース端縁間の間隔ｄを、２．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして実施例３の電池バックを作製した。

（比較例１）
上下ケースに金属ケースを用いないで、厚み１．０ｍｍの難燃化ポリカーボネート樹脂を用いた以外は、実施例１と同様にして比較例１の電池バックを作製した。

（比較例２）
上下ケースに金属ケースを用いないで、厚み１．５ｍｍの難燃化ポリカーボネート樹脂を用いた以外は、実施例１と同様にして比較例２の電池バックを作製した。

（比較例３）
樹脂接合部１４、１６の肉厚を、厚み０．２ｍｍの上下ケースの両端に、それぞれ厚み０．１５ｍｍの非難燃ポリカーボネート樹脂を加えた０．５０ｍｍ、上ケースと下ケースの金属ケース端縁間の間隔ｄを、１．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして比較例３の電池バックを作製した。

このようにして得られた実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例３の電池パックを用いてＵＬ９４規格による難燃性を評価した結果を表１に示す。

なお、ＵＬ９４規格は、ｎ＝５の試験サンプルを用意し、所定の炎に１０秒間晒した後、炎を遠ざけたときに燃焼炎が消えるまでの１回目の時間ｔ_１を測定し、もう一度が所定の炎に１０秒間晒した後、炎を遠ざけたときに燃焼炎が消えるまでの２回目の時間ｔ_２、このときの赤熱状態が消えるまでの時間ｔ_３を測定する。

Ｖ−０レベルの評価基準は、ｔ_１＋ｔ_２の時間が１０秒以内、ｎ＝５の合計時間が５０秒以内、ｔ_２＋ｔ_３の時間が３０秒以内、落下炎により綿が燃えないこと、Ｖ−１レベルの評価基準は、ｔ_１＋ｔ_２の時間が３０秒以内、ｎ＝５の合計時間が２５０秒以内、ｔ_２＋ｔ_３の時間が６０秒以内、落下炎により綿が燃えないこと、Ｖ−２レベルの評価基準は、ｔ_１＋ｔ_２の時間が３０秒以内、ｎ＝５の合計時間が２５０秒以内、ｔ_２＋ｔ_３の時間が６０秒以内、落下炎により綿が燃えることは許容するものである。

表１から、本発明による電池パックは、収納ケースの主部がアルミニウム合金からなる金属ケース、上下ケースの接合部のみが難燃性樹脂にて構成されているので、ＵＬ９４の難燃性はＶ−０レベルを満足するが、難燃性樹脂のみで構成した電池バックの場合、厚みが１．０ｍｍではＶ−１レベルを満足できず、１．５ｍｍ以上でないと満足できないことが明らかになった。この０．５ｍｍの差は、上下左右でそれぞれ１．０ｍｍの差となり、コンパクト化が強く求められている現状では、大きな違いである。

また、収納ケースの主部がアルミニウム合金からなる金属ケースであっても、上下ケースの接合部のみが非難燃性樹脂にて構成されている場合、Ｖ−２レベルも満足できないことも明らかになった。

本発明の電池パックは、収容ケースの主部が金属ケースにて構成されているので全体として高い難燃性を有し、また金属ケースが存在しない樹脂接合部は難燃性樹脂にて構成しているので、その難燃性樹脂単体の部分を接合に必要な最小限とすることで、樹脂接合部の肉厚を薄くしても高い難燃性を確保することができ、高い難燃性とコンパクト化を両立した電池パックを実現することができ、携帯電子機器用などの小型の電池パックに有用である。

本発明の一実施形態における電池パックの全体斜視図。図１のＡ−Ａ断面平面図。同実施形態の収容ケースの図１のＢ−Ｂ線位置での詳細構成を示し、（ａ）は上ケースと下ケースの接合前の断面図、（ｂ）は同接合状態の断面図。同実施形態の上ケースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は側面図。同実施形態の上ケースの金属ケースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は側面図。同実施形態の下ケースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は側面図。同実施形態の下ケースの金属ケースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は側面図。

符号の説明

１電池パック
２収容ケース
３電池
４回路基板
６外部接続端子
７窓部
１１上ケース
１２下ケース
１３金属ケース
１４樹脂接合部
１５金属ケース
１６樹脂接合部
１８樹脂単体の樹脂接合部

Claims

金属製電池ケース内に極板群と電解液を収容して成り、その一端面に接続電極を有した電池と、接続電極に接続された充放電保護回路及び外部接続端子を有する回路基板とを、外部接続端子を外部に露出させる窓部を有する収容ケース内に収容してなる電池パックにおいて、収容ケースは上ケースと下ケースを接合して構成し、上ケースと下ケースはそれぞれ金属板から成る金属ケースにてその主部を構成するとともに相互の接合部はインサート成形した難燃性樹脂単体の樹脂接合部にて構成したことを特徴とする電池パック。
樹脂接合部の肉厚ｔを、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとし、上ケースと下ケースの金属ケース端縁間の間隔ｄを、１．０ｔ＜ｄ＜４．０ｔとしたことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
樹脂接合部を構成する難燃性樹脂は、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート−ＡＢＳポリマーアロイ、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイトから選ばれた一種の樹脂を難燃化した樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の電池パック。