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JP3727840B2 - 電池パック及び携帯用電子機器 - Google Patents

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JP3727840B2
JP3727840B2 JP2000301303A JP2000301303A JP3727840B2 JP 3727840 B2 JP3727840 B2 JP 3727840B2 JP 2000301303 A JP2000301303 A JP 2000301303A JP 2000301303 A JP2000301303 A JP 2000301303A JP 3727840 B2 JP3727840 B2 JP 3727840B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１個あるいは複数個の二次電池からなる二次電池ユニットを備える電池パックと、前記電池パックを電源として備える携帯用電子機器に関するものである。携帯用電子機器としては、例えば、表示装置部を有するノート型コンピュータなどを挙げることができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクス分野の技術革新により、携帯用電子機器の小型・軽量化は飛躍的に進み、その駆動用電源である電池に対しては、エネルギー密度の向上が求められている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高いことから、現在では多くの携帯機器の電源として用いられている。
【０００３】
非水電解質二次電池としては、従来、正極と負極をセパレータを介在して渦巻き状に捲回した電極群及び非水電解液を金属製の円筒形容器内に収納した円筒形非水電解液二次電池が主流であった。その後、容器の形状を矩形筒形に変更することにより円筒形二次電池に比べて体積効率を向上させた偏平角型の非水電解液二次電池が用いられるようになった。さらに最近では、ラミネートフィルムなどのフィルム材からなる外装材を用いることにより薄型化及び軽量化が図られた薄型非水電解質二次電池が実用化されている。
【０００４】
前記薄型非水電解質二次電池を携帯用電子機器の電源として使用することによって、携帯用電子機器の薄型化及び軽量化が達成される。また、前記薄型非水電解質二次電池は、放熱効率が良く、従来の円筒形非水電解液二次電池に比べて安全性が向上するという利点も有する。しかし、裏を返せば、薄型非水電解質二次電池は周囲の温度の影響を受けやすいという側面を持つため、携帯用電子機器に搭載された際に以下に説明するような問題点を生じる。
【０００５】
すなわち、携帯用電子機器には、コンピュータのＣＰＵや、液晶のバックライトあるいは昇圧回路等の発熱を生じる部品が組み込まれている。そのため、このような携帯用電子機器に薄型非水電解質二次電池の組電池を搭載すると、前記組電池を構成する二次電池のうち前記発熱部品に近接する特定の二次電池のみが加熱され、組電池の中で大きな温度差が生じる。その結果、組電池の各電池間の電圧差が大きくなり、一部の電池に大きな負荷がかかるため、電池特性、特にサイクル寿命が大幅に低下するという問題点を生じる。また、大容量の単電池を前記携帯用電子機器に搭載した際には、電池の一部が前記発熱部品により加熱され、電池内の温度分布に偏りが生じるため、不均一反応を生じやすく、組電池の場合と同様にサイクル寿命の大幅な低下を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、絶縁性の外装材を備える１個もしくは複数個の二次電池からなる二次電池ユニットを備える電池パックにおいて、電子機器等で使用される際の二次電池ユニットの温度分布の偏りを抑制することができ、サイクル寿命を向上することが可能な電池パックと、この電池パックを備える携帯用電子機器を提供することである。
【０００７】
また、本発明の別な目的は、１個もしくは複数個の二次電池からなる二次電池ユニットを備える電池パックにおいて、電解液漏れによる発火事故を防止することが可能な電池パックと、この電池パックを備える携帯用電子機器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の電池パックは、絶縁性の外装材を備える１個または複数個の二次電池からなる二次電池ユニットと、
前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に配置され、アルミニウム、銅及びカーボンのうちの少なくとも１種類を構成成分とした熱伝導性シートと
を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る第１の携帯用電子機器は、前記第１の電池パックを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る第１の電池パックによれば、電子機器内の部品が発熱した際に二次電池ユニットが部分的に加熱されるが、この熱が熱伝導性シートを介して二次電池ユニットの各部位に伝達されるため、二次電池ユニットの温度分布を均等にすることができる。また、熱伝導性シートは、二次電池ユニットからの放熱を促すことができる。これらの結果、電池パックの放電容量及びサイクル寿命を向上することができる。
【００１１】
本発明に係る第１の電池パックにおいて、二次電池ユニットが複数個の二次電池から構成されている場合、熱伝導性シートは、前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に前記複数個の二次電池に跨って配置されることが好ましい。
【００１２】
このような第１の電池パックによれば、電子機器内の部品が発熱した際に複数個の二次電池のうち一部の二次電池が加熱されるが、この熱が熱伝導性シートを介して各二次電池に伝達されるため、二次電池の温度を均等にすることができ、二次電池間の電圧差を小さくすることができる。また、熱伝導性シートは、二次電池からの放熱を促すことができる。これらの結果、電池パックの放電容量及びサイクル寿命を向上することができる。
【００１３】
本発明に係る第２の電池パックは、熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シート上に熱可塑性フィルムを介して配置される電極群と、
前記熱可塑性フィルム上に前記電極群を覆うように配置され、前記熱可塑性フィルムに熱融着されることにより前記電極群を密封するフィルム材と
を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る第２の携帯用電子機器は、前記第２の電池パックを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明に係る第２の電池パックによれば、電子機器内の部品が発熱した際に二次電池が部分的に加熱されるが、この熱が熱伝導性シートを介して各部位に伝達されるため、二次電池の温度分布を均等にすることができる。また、熱伝導性シートは、二次電池からの放熱を促すことができる。これらの結果、電池パックの放電容量及びサイクル寿命を向上することができる。
【００１６】
本発明に係る第３の電池パックは、１個または複数個の二次電池からなる二次電池ユニットと、前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に配置され、電解液を吸収する性質及び難燃性を有する電解液吸収シートとを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る第３の携帯用電子機器は、前記第３の電池パックを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
二次電池の中でも、フィルム材からなる外装材を備える二次電池は、外装材として金属缶を備える二次電池よりも強度が劣る。とりわけ、この二次電池は、鋭利な先端部を有する部品等で突き刺すような外力に対して弱く、フィルム材製外装材が破れて、電解液が漏れる危険性が高い。金属配線が剥き出しになった電子機器内においてこのような現象が発生すると、電子機器回路の発熱・発火事故を起こす可能性がある。すなわち、フィルム材からなる外装材を備えた二次電池を電子機器に搭載した場合には、電解液漏れによる安全性の低下が大きな問題となる。
【００１９】
本願発明に係る第３の電池パックによれば、二次電池から電解液が漏洩した際、漏洩した電解液を電解液吸収性シートにより吸収することができるため、電子機器内の電子部品に電解液が付着するのを回避することができ、電解液による電子部品の腐食並びに電子機器の発熱・発火事故を防止することができる。
【００２０】
本発明に係る第３の電池パックにおいては、前記電解液吸収シートは難燃性であることが好ましい。このような構成にすることによって、漏洩した電解液を吸収したシートが、二次電池のショートや電子機器内に発生した火花等によって発火する危険性を払拭することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２２】
本発明に係る第１の電池パックは、絶縁性の外装材を備える１個または複数個の二次電池からなる二次電池ユニットと、前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に配置され、前記外装材よりも熱伝導率の高い熱伝導性シートとを具備することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明に係る第１の電池パックの一例を図１に示す。
【００２４】
電池パック１は、薄型非水電解質二次電池（例えば、薄型リチウムイオン二次電池、薄型リチウム二次電池、薄型リチウムポリマー二次電池）のような薄型二次電池２が３個直列に接続された組電池（二次電池ユニット）を備える。各薄型二次電池の正極リード３及び負極リード４は、保護回路５に接続されている。前記組電池は、熱伝導性シート６上に配置されている。
【００２５】
前記薄型非水電解質二次電池２は、図２に示すように、正極７と負極８の間にセパレータ９を介在して偏平形状に捲回した電極群１０と、前記電極群１０に保持される非水電解質と、前記正極７に接続される正極リード３と、前記負極８に接続される負極リード４と、フィルム材を袋状に加工したものから形成され、前記電極群１０を密封するための外装材１１とを備える。なお、正極リード３及び負極リード４は、先端が前記外装材１１の外部に延出している。
【００２６】
このような電池パック１によれば、電子機器内の部品が発熱した際、この発熱箇所に近接した一部の二次電池が加熱されるが、この熱が前記熱伝導性シート６を介して他の二次電池に速やかに伝達されるため、二次電池２間の温度差を小さくすることができ、二次電池２間の電圧差を少なくすることができる。また、熱伝導性シート６を配置することによって、電子機器外部への放熱を促すこできるため、部品の発熱による組電池の温度上昇を抑制することができる。これらの結果、組電池の放電容量及びサイクル寿命を向上することができる。
【００２７】
前記熱伝導性シートは、外装材よりも熱伝導率の高い材料から形成することができる。外装材よりも熱伝導率が高い材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅などの金属や各種合金、窒化アルミニウムなどのセラミックス、膨張黒鉛シート、高分子シートを熱処理して得られるグラファイトシート等を挙げることができる。中でも、アルミニウム、銅及びカーボンのうちの少なくとも１種類を主な構成成分とした材料を用いることが好ましい。このような材料は、シート形成が容易で、また、この材料から形成された熱伝導性シートは、軽く、柔軟性に富む。また、カーボン製熱伝導性シートの中でも好ましいのは、有機フィルムに熱処理を施すことにより得られるカーボンシート、天然黒鉛をプレスすることにより得られるグラファイトシートである。
【００２８】
前記熱伝導性シートの厚さは、０．０１〜３ｍｍの範囲内にすることが好ましい。携帯用電子機器の薄型化・軽量化の観点から、熱伝導性シートは薄い方が望ましく、現実的な値として３ｍｍ以下とすることが好ましい。しかしながら、熱伝導性シートが０．０１ｍｍより薄いと、熱伝導性シートの放熱性及び均熱性が低下するため、二次電池ユニットの温度分布の均一化が十分に達成されなくなる恐れがある。厚さのより好ましい範囲は、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
【００２９】
前述した図１に示すように、組電池に直接、前記熱伝導性シート６を配置するだけで組電池の均熱及び放熱が十分になされるものの、前記組電池と前記熱伝導性シート６は、金属、カーボン、セラミック等の伝熱材料の粉末を含んだ接着剤などで固定することが好ましい。また、前記組電池を金属製パックまたはプラスチック製パックに収納し、このパックを前記熱伝導性シートに配置しても良い。前記パックと前記熱伝導性シートとは、前記伝熱材料の粉末を含んだ接着剤などで固定することが望ましい。
【００３０】
前述した図１に示すように、二次電池２の表面のうち最大面積を有する面全体に前記熱伝導性シート６を配置する方が、二次電池ユニットの温度分布が均一になりやすく、かつ放熱効果も高くなるために好ましいが、均熱化及び放熱の効果を十分に得られるのであれば、最大面積を有する面の一部を覆うだけにしてもよい。また、二次電池ユニットとして組電池を使用する場合には、前述した図１に示すように、熱伝導性シート６を、組電池を構成する各二次電池２に跨るように配置することが好ましい。このような構成にすることによって、均熱化及び放熱の効果を十分に得ることができるため、組電池の放電容量及びサイクル寿命をより向上させることができる。
【００３１】
以下、非水電解質二次電池２に含まれる正極、負極、セパレータ、非水電解質及び外装材について説明する。
【００３２】
（１）正極
この正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔等の集電体に塗布、乾燥、プレスすることにより作製される。
【００３３】
前記正極活物質は、種々の酸化物、硫化物が挙げられる。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉＭｎ2Ｏ4またはＬｉＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-xＣｏxＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎxＣｏ1-xＯ2）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）などが挙げられる。また、導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などの有機材料も挙げられる。正極活物質のうち好ましいのは、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（ＬｉＭｎxＣｏ1-xＯ2）などである。
【００３４】
前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００３５】
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
【００３６】
前記正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。
【００３７】
（２）セパレータ
前記セパレータとしては、例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを挙げることができる。
【００３８】
（３）負極
前記負極は、例えば、負極活物質、導電材及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、銅箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスすることにより作製される。
【００３９】
前記負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金、金属酸化物（例えば、Ｌｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 12 、アモルファススズ酸化物、ＷＯ2、ＭｏＯ2など）、ＴｉＳ2、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物等を挙げることができる。中でも、炭素質物が好ましい。この炭素質物を含む負極は、負極の充放電効率を向上することができると共に、充放電に伴う負極抵抗を小さくすることができるため、非水電解質二次電池のサイクル寿命及び出力特性を大幅に向上することができる。
【００４０】
前記炭素質物としては、例えば、黒鉛、等方性黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素などを挙げることができる。中でも、メソフェーズピッチを原料とした炭素繊維や、球状炭素を含む負極は、充電効率が高いためにサイクル寿命を向上することができ、好適である。さらに、メソフェーズピッチを原料とした炭素繊維や、球状炭素の黒鉛結晶の配向は、放射状であることが好ましい。メソフェーズピッチを原料とした炭素繊維や、球状炭素は、例えば、石油ピッチ、コールタール、樹脂などの原料を５５０℃〜２０００℃で熱処理することにより炭素化するか、あるいは２０００℃以上の熱処理で黒鉛化することによって作製することができる。
【００４１】
前記炭素質物は、Ｘ線回折ピークから得られる黒鉛結晶の（００２）面の面間隔ｄ002が０．３３５４ｎｍ〜０．４ｎｍの範囲にあることが好ましい。前記炭素質物は、ＢＥＴ法による比表面積が０．５ｍ2／ｇ以上であることが好ましい。前記比表面積のより好ましい範囲は、１ｍ2／ｇ以上である。
【００４２】
前記バインダーとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。
【００４３】
（４）非水電解質
前記非水電解質としては、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される液状非水電解質、高分子材料と非水溶媒と電解質を複合化したゲル状非水電解質、高分子材料に電解質を保持させた固体非水電解質、リチウムイオン伝導性を有する無機固体電解質等を挙げることができる。中でも、種々の特性により、液状非水電解質を用いることが好ましい。
【００４４】
非水溶媒としては、公知の非水溶媒を用いることができ、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）などの環状カーボネートや、環状カーボネートと環状カーボネートより低粘度の非水溶媒（以下第２の溶媒）との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いることが好ましい。
【００４５】
第２の溶媒としては、例えばジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、環状エーテルとしてテトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなど、鎖状エーテルとしてジメトキシエタン、ジエトキシエタンなどが挙げられる。
【００４６】
電解質としては、アルカリ塩が挙げられるが、とくにリチウム塩が好ましい。リチウム塩として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化ヒ素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）などが挙げられる。特に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）が好ましい。
【００４７】
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２モル／Ｌとすることが好ましい。
【００４８】
（５）外装材
前記外装材を構成するフィルム材としては、ラミネートフィルムを使用することができる。
【００４９】
前記ラミネートフィルムは、熱可塑性樹脂層と金属層を含むことが好ましい。前記熱可塑性樹脂としては、例えば、アイオノマー、ポリエチレン等を挙げることができる。一方、前記金属層は、アルミニウムから形成されていることが好ましい。中でも、ヒートシール面に熱可塑性樹脂が配され、かつ中間にアルミニウム（Ａｌ）のような金属薄膜を介在させたラミネートフィルムが好ましい。具体的には、ヒートシール面側から外面に向けて積層したポリエチレン（ＰＥ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム；ＰＥ／ナイロン／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥ／ＰＥＴのラミネートフィルム；エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）／ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム；アイオノマー／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム等を用いることができる。ここで、シール面側のＰＥ、アイオノマー、ＥＶＡ以外のフィルムは防湿性、耐通気性、耐薬品性を担っている。
【００５０】
フィルム材の厚さは、０．０１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。フィルム材の厚さを０．０１ｍｍ未満にすると、外装材の強度が不充分になる恐れがある。一方、フィルム材の厚さが０．５ｍｍを超えるのは、二次電池の薄型化・軽量化の観点からあまり好ましくない。フィルム材の厚さのより好ましい範囲は、０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である。
【００５１】
二次電池の厚さは、０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。電池厚さを０．１ｍｍ未満にすると、二次電池の強度が不十分になる恐れがある。一方、また、電池厚さが５ｍｍを超えると、二次電池の体積エネルギー密度が低くなる恐れがある。電池厚さのより好ましい範囲は、１ｍｍ以上、４．５ｍｍ以下である。
【００５２】
前述した図２においては、正極と負極の間にセパレータを介在して偏平形状に捲回した電極群を使用したが、正極、セパレータ及び負極をこの順序で複数積層した電極群を使用しても良い。
【００５３】
次いで、本発明に係る第２の電池パックは、熱伝導性シートと、前記熱伝導性シート上に熱可塑性フィルムを介して配置される電極群と、前記熱可塑性フィルム上に前記電極群を覆うように配置され、前記熱可塑性フィルムに熱融着されることにより前記電極群を密封するためのフィルム材とを具備することを特徴とするものである。
【００５４】
本発明に係る第２の電池パックの一例を図３〜図４に示す。なお、前述した図１に示す第１の電池パックで説明したのと同様な部材については、同符号を付す。
【００５５】
熱伝導性シート６の表面は、熱可塑性フィルム１２で被覆されている。３個の偏平形電極群９は、前記熱伝導性シート６の表面のうち前記熱可塑性フィルム１２で被覆された表面に配置されている。フィルム材１３は、熱可塑性フィルム表面１２上に前記電極群９を覆うように配置され、熱可塑性フィルム表面１２にヒートシールされている。前記電極群９の正極リード３及び負極リード４は、前記フィルム材１３の外部に延出されている。フィルム材１３と熱伝導性シート６により電極群９を密封した構成の３個の薄型非水電解質二次電池は、直列に接続されており、各二次電池の正極リード３及び負極リード４は、保護回路（図示しない)に接続されている。
【００５６】
前記熱可塑性フィルムは、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンから選ばれる少なくとも１種類のポリオレフィンから形成することができる。
【００５７】
本発明に係る第２の電池パックによれば、電子機器内の部品が発熱した際に一部の二次電池が過度に加熱されるが、この熱が熱伝導性シート６を介して他の二次電池に伝達されるため、二次電池間の温度差を少なくすることができ、二次電池間の電圧差を少なくすることができる。また、熱伝導性シート６を配置することによって、電子機器外部への放熱を促すことができるため、部品の発熱による電池パックの温度上昇を抑制することができる。これらの結果、電池パックの放電容量及びサイクル寿命を向上することができる。
【００５８】
なお、前述した図３、４においては、電極群９の数を３個にしたが、電極群の数は特に限定されず、１個、２個、あるいは３個以上にすることができる。また、前述した図３、４においては、電極群を個別にフィルム材で被覆したが、３個の電極群を１枚のフィルム材で被覆するようにしても良い。
【００５９】
本発明に係る第３の電池パックは、1個または複数個の二次電池からなる二次電池ユニットと、前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に配置され、電解液を吸収する性質を有するシートとを具備することを特徴とするものである。
【００６０】
この本発明に係る第３の電池パックの一例を図５に示す。なお、前述した図１に示す第１の電池パックで説明したのと同様な部材については、同符号を付す。
【００６１】
電池パック１４は、薄型非水電解質二次電池のような薄型二次電池２が３個直列に接続された組電池（二次電池ユニット）を備える。各薄型二次電池の正極リード３及び負極リード４は、保護回路５に接続されている。前記組電池は、電解液を吸収する性質を有するシート１５上に配置されている。ここで使用する薄型非水電解質二次電池は、液状非水電解質（非水電解液)を備える。
【００６２】
本発明に係る第３の電池パックによれば、二次電池２のフィルム材１１に鋭利な先端部を有する部品等が突き刺さるなどにより破損が生じ、非水電解液が漏洩した際、この非水電解液が電解液吸収シート１５に吸収されるため、非水電解液が電子機器内の電子回路等に拡散するのを抑制することができ、電子機器内部で発熱及び発火が生じるのを回避することができる。また、適当な材料を選定することで、電解液の漏洩部を自己修復する機能を持たせることも可能である。
【００６３】
電解液を吸収する性質を有するシートは、電池から電解液が漏洩した場合に、漏洩した電解液が電子機器内に拡散しないようにするためのものであるから、漏洩した電解液を充分に吸収し、かつ安定な形状を保つ材料であれば、特に限定されるものではなく、紙、不織布、各種吸液性高分子等を用いることができる。吸液性高分子は、電解液に対して正あるいは零の浸透圧を有する高分子材料であることが好ましい。中でも、吸液性が高く、簡便な方法で薄いシート状に加工できる高分子材料、例えば、カーボネートやオレフィン炭化水素等の単独重合体・共重合体、またはこれらの混合物からなる材料を用いることが好ましい。具体的には、ポリカーボネート、アクリル酸エチル重合体、メタアクリル酸メチル重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等の材料や、これらのモノマーを含む共重合体を列挙することができる。
【００６４】
電解液吸収シートの形態も特に限定されるものではないが、携帯機器の薄型・軽量化の観点から、薄く、軽く、柔軟性に富むことが好ましく、さらに、生産性の観点からは簡便に作製できることが好ましいため、例えば、高分子繊維等の不織布で構成されることが望ましい。
【００６５】
電解液吸収シートの厚さも特に限定されるものではないが、０．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下にすることが好ましい。電解液吸収シートの厚さを０．０１ｍｍ未満にすると、漏洩した電解液が電子機器内に拡散する恐れがある。一方、電解液吸収シートの厚さが３ｍｍを超えるのは、携帯用電子機器の薄型化及び軽量化の観点から望ましくない。吸液シート厚さのより好ましい範囲は、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。
【００６６】
また、電池の安全性の観点から、電解液吸収シートには難燃性高分子材料が含有されていることが好ましい。本発明で使用する難燃性材料は、特に限定されるものではないが、例えば、モダクリル繊維のように難燃性高分子を共重合したものや、難燃剤を高分子に添加したものなど、公知の難燃性材料を使用することができる。もちろん、これらの材料を組み合わせた混合物を用いても良い。
【００６７】
漏洩した電解液の回収率を高めるためには、前述した図５に示すように、二次電池２の表面のうち最大面積を有する面に前記電解液吸収シート１５を配置することが好ましいが、十分な電解液回収率を得られるのであれば二次電池２の最大面積を有する面の一部を覆うだけでもよい。また、二次電池ユニットとして組電池を使用する場合には、前述した図５に示すように、電解液吸収シート１５を、組電池を構成する全ての二次電池２に跨って配置させることが好ましい。
【００６８】
また、電解液吸収シートに電解液と反応して固化する高分子材料を含有させておくと、漏洩部の破損したラミネート材を自己修復させる機能を持たせることが可能である。
【００６９】
本発明に係る第３の電池パックにおいては、電解液吸収シート１５の二次電池ユニットが固定されていない面側に熱伝導性シート６を配置するか、電解液吸収シート１５として熱伝導性を有するものを使用することができる。このような構成にすることによって、二次電池ユニットから漏洩した電解液を電解液吸収シート１５により回収することができると共に、二次電池ユニットの均熱化及び放熱を行うことができる。なお、電解液吸収シート１５と熱伝導性シート６とは、接着剤などで固定することができる。
【００７０】
なお、前述した図１〜図５においては、第１〜第３の電池パックに組み込まれる二次電池を薄型非水電解質二次電池に適用した例を説明したが、第１〜第３の電池パックには種々の二次電池を用いることができる。例えば、鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などが主として挙げられるが、これらに限定されるものではない。携帯機器の軽量化のためには高エネルギー密度の電池を採用することが好ましく、非水電解質二次電池の利用が望ましい。特に、携帯機器の薄型・軽量化の観点から、フィルム材で構成された外装材を備える薄型非水電解質二次電池の利用が好ましく、更には、低温特性や負荷特性等の電池特性の観点から、液状非水電解質（非水電解液）を備える薄型リチウム二次電池の利用が好ましい。
【００７１】
次に、本発明に係る第１〜第３の電池パックが搭載される携帯用電子機器の一例を図６〜図８を参照して説明する。
【００７２】
携帯用電子機器としてのノート型コンピュータ１６は、表示装置部１７を備える第１の本体（上ケーシング）１８と、キーボード入力装置部１９を備える第２の本体（下ケーシング）２０と、前記第１の本体１８と前記第２の本体２０とを繋ぐヒンジ部２１とを具備する。前記第１の本体１８は、図７に示すように、表示装置部１７と、前記表示装置部１７の背面に配置され、熱伝導性もしくは電解液吸収性を有するシート２２と、前記シート２２に隣接する駆動電源としての二次電池ユニット２３と、前記二次電池ユニット２３に隣接する筐体２４とを有する。前記表示装置部１７には、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）を採用することができ、バックライトや回路基板等（図示しない）が内蔵されている。前記二次電池ユニット２３は、３個の薄型非水電解質二次電池２を直列に接続した組電池を２組備える。各二次電池２の正極３及び負極４は、保護回路５に接続されている。また、前記第２の本体２０には、前述したキーボード入力装置部１９の他にメイン回路部（ＣＰＵ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ハードディスクドライブ、ＰＣカードスロット等（図示しない)が内蔵されている。
【００７３】
このような構成の携帯用電子機器によれば、熱伝導性シート２２を表示装置部１７の背面に配置することによって、バックライトや回路基板等の発熱によって二次電池ユニットの一部が過度に加熱されるのを抑制することができると共に、過剰な熱を電子機器外部に放出することができる。
【００７４】
また、電解液吸収性を有するシート２２を表示装置部１７の背面に配置することによって、二次電池２の外装材１１を構成するフィルム材が破損し、電解液の漏洩が生じた際に、漏洩した電解液を電解液吸収シート２２が速やかに吸収することができるため、漏洩した電解液が電子機器の内部に拡散するのを抑制することができる。その結果、携帯用電子機器に発熱及び発火反応が生じるのを回避することができる。
【００７５】
なお、前述した図６，７においては、熱伝導性もしくは電解液吸収性を有するシート２２を表示装置部１７の背面に配置したが、熱伝導性もしくは電解液吸収性を有するシート２２は筐体２４の内側に配置することも可能である。
【００７６】
また、前述した図６，７においては、２組の組電池から二次電池ユニット２３を構成したが、図８に示すように、組電池の数を１組にすることも可能である。
【００７７】
また、前述した図６〜８においては、熱伝導性もしくは電解液吸収性を有するシート２２を第１の本体１８に内蔵させたが、いずれの箇所に搭載した場合にも本発明は有効で、例えば第二の本体２０に内蔵させることができる。熱伝導性シート２２を第二の本体２０に内蔵させることによって、ＣＰＵ等による発熱を効果的に分散、均一化させることができる。もちろん、本発明に係る第１〜第３の電池パックを第一の本体と第二の本体の両方同時に搭載することもできる。
【００７８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
【００７９】
（実施例１）
アルミニウム箔を含む厚さが０．１ｍｍのラミネートフィルムからなる外装材を備える幅５４ｍｍ、高さ９０ｍｍ、厚さ３ｍｍの薄型リチウムイオン電池３個を直列に接続し、各リチウムイオン二次電池の正負極リードに保護回路を接続することにより組電池を構成した。
【００８０】
前述した図８に示すようなノート型コンピュータ１６の表示装置部１７である液晶表示部の裏面に、熱伝導性シートである厚さ０．３ｍｍのアルミニウム製シートを配置し、このアルミニウム製シートに前記組電池を配置し、電池の搭載を行った。
【００８１】
（実施例２)
熱伝導性シートとして厚さ０．３ｍｍの銅製シートを用いること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【００８２】
（実施例３)
熱伝導性シートとして厚さ０．３ｍｍのグラファイト製シートを用いること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【００８３】
（実施例４)
前述した実施例１で説明したリチウムイオン二次電池に組み込まれているのと同容量の電極群を３個用意した。熱伝導性シートである厚さ０．３ｍｍのアルミニウム製シートの一方の面に熱可塑性フィルムであるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを熱融着によって固定した。この熱可塑性フィルム表面に３個の電極群を配置し、各電極群を前述した実施例１で説明したのと同様なラミネートフィルムで被覆した。この際、電極群に接続されている正極リード及び負極リードをラミネートフィルムの外部に延出させた。次いで、各ラミネートフィルムを熱可塑性フィルム表面に熱融着させることにより前述した図３,４に示す構造を有する電池パックを作製した。
【００８４】
次いで、前述した図８に示すようなノート型コンピュータ１６の表示装置部１７である液晶表示部の裏面に電池パックをアルミニウム製シート側が液晶表示部と接するように配置し、電池の搭載を行った。
【００８５】
（比較例１)
熱伝導性シートを設置しないこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【００８６】
実施例１〜４及び比較例１のコンピュータを起動させた状態で放置し、コンピュータの電源がシャットダウンされるまでの時間を測定したところ、実施例１〜４のコンピュータは、いずれも２時間以上の駆動が実現されたのに対して、比較例１のコンピュータは１時間２５分で電源がシャットダウンされた。この結果から、熱伝導性シートを配置することによって、二次電池ユニット全体の温度分布が均一になり、組電池の放電特性が向上されることがわかる。
【００８７】
また、実施例１〜４及び比較例１について、電池パックをコンピュータに搭載した状態で１００回の充放電を繰り返し、１００回目のコンピュータ使用可能時間を測定したところ、実施例１〜４についてはいずれも２時間以上の駆動が実現されたのに対して、比較例１は１時間で電源がシャットダウンされた。この結果から、熱伝導性シートを配置することによって、二次電池ユニット全体の温度分布が均一になり、組電池のサイクル特性が向上されることがわかる。
【００８８】
実施例１〜４及び比較例１について、これらの試験を終えた二次電池を分解して電極群の観察を行ったところ、実施例１〜４については劣化箇所が認められなかったが、比較例１については、電極群のうちバックライトおよび回路基板部に近接した部位で顕著な劣化が確認された。比較例１における熱劣化は、組電池内の温度分布の不均一に起因するものと考えることができる。
【００８９】
（実施例５)
前述した図８に示すようなノート型コンピュータ１６の第二の本体（キーボード部が含まれる部位）２０内のメイン回路部（ＣＰＵ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ハードディスクドライブ、ＰＣカードスロット等に熱伝導性シートである厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製シートを隣接させ、このアルミニウム製シートに前述した実施例１で説明したのと同様な組電池を配置し、電池の搭載を行った。
【００９０】
（実施例６)
熱伝導性シートとして厚さ０．５ｍｍの銅製シートを用いること以外は、前述した実施例５で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【００９１】
（実施例７)
熱伝導性シートとして厚さ０．５ｍｍのグラファイト製シートを用いること以外は、前述した実施例５で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【００９２】
（実施例８)
熱伝導性シートであるアルミニウム製シートの厚さを０．５ｍｍにすること以外は、前述した実施例４で説明したのと同様な構成の電池パックを用意した。
【００９３】
前述した図８に示すようなノート型コンピュータ１６の第二の本体（キーボード部が含まれる部位）２０内のメイン回路部（ＣＰＵ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ハードディスクドライブ、ＰＣカードスロット等の電子部品に前述した電池パックをアルミニウム製シート側が電子部品と接するように配置し、電池の搭載を行った。
【００９４】
（比較例２)
熱伝導性シートを設置しないこと以外は、前述した実施例５で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【００９５】
実施例５〜８及び比較例２のコンピュータを起動させた状態で放置し、コンピュータの電源がシャットダウンされるまでの時間を測定したところ、実施例５〜８のコンピュータは、いずれも２時間以上の駆動が実現されたのに対して、比較例２のコンピュータは１時間２０分で電源がシャットダウンされた。この結果から、熱伝導性シートを配置することによって、組電池全体の温度分布が均一になり、組電池の放電特性が向上されることがわかる。
【００９６】
また、実施例５〜８及び比較例２について、電池パックをコンピュータに搭載した状態で１００回の充放電を繰り返し、１００回目のコンピュータ使用可能時間を測定したところ、実施例５〜８についてはいずれも２時間以上の駆動が実現されたのに対して、比較例２は１時間で電源がシャットダウンされた。この結果から、熱伝導性シートを配置することによって、組電池全体の温度分布が均一になり、組電池のサイクル特性が向上されることがわかる。
【００９７】
実施例５〜８及び比較例２について、これらの試験を終えた二次電池を分解して電極群の観察を行ったところ、実施例５〜８については劣化箇所が認められなかったが、比較例２については、電極群のうちバックライトおよび回路基板部に近接した部位で顕著な劣化が確認された。比較例２における熱劣化は、組電池内の温度分布の不均一に起因するものと考えることができる。
【００９８】
（実施例９）
前述した図８に示すようなノート型コンピュータ１６の表示装置部１７である液晶表示部の裏面に、電解液を吸収する性質を有するシートである厚さ０．３ｍｍのポリカーボネート製シートを配置し、このポリカーボネート製シートに前述した実施例１で説明したのと同様な組電池を配置し、電池の搭載を行った。
【００９９】
（実施例１０)
電解液吸収シートとして厚さが０．３ｍｍのアクリル酸エチル製シートを用いること以外は、前述した実施例９で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【０１００】
（実施例１１)
電解液吸収シートとして厚さが０．３ｍｍのポリエチレンオキサイド製シートを用いること以外は、前述した実施例９で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【０１０１】
（実施例１２)
電解液吸収シートとして厚さが０．３ｍｍのポリプロピレンオキサイド製シートを用いること以外は、前述した実施例９で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【０１０２】
実施例９〜１２及び比較例１について、設置した電池の外装材に故意にピンホールを開けて非水電解液を漏洩させたところ、実施例９〜１２については漏洩した非水電解液を吸液性シートが完全に吸収して、回路基板部に非水電解液が拡散することはなかったのに対し、比較例１については非水電解液が拡散し、回路基板部の回路を腐食させてしまった。この結果から、吸液性シートを配置することによって、電解液の漏洩から電子機器内部回路を保護できることがわかる。
【０１０３】
（実施例１３)
電解液吸収シートとして、難燃性高分子としてモダクリル繊維を含有する厚さが０．３ｍｍのアクリル酸製シートを用いること以外は、前述した実施例９で説明したのと同様な構成のノート型コンピュータを用意した。
【０１０４】
実施例１３について、設置した電池の外装材に故意にピンホールを開けて非水電解液を漏洩させたところ、漏洩した非水電解液を吸液性シートが完全に吸収して、回路基板部に非水電解液が拡散することはなかった。ひきつづき、電子機器内の組電池を故意にショートさせたが、非水電解液を吸収したシートに発火が認められなかった。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、電子機器内において二次電池ユニットの温度分布を均等に保つことができ、電子機器からの放熱を促すことが可能で、かつ長寿命な電池パックと、この電池パックを備える携帯用電子機器を提供することができる。また、本発明によれば、二次電池ユニットから電解液が漏洩した際の安全性を向上することが可能な電池パックと、この電池パックを備える携帯用電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の電池パックの一例を示す模式図。
【図２】図１の電池パックに組み込まれる薄型非水電解質二次電池を示す部分切欠斜視図。
【図３】本発明に係る第２の電池パックの一例を示す模式図。
【図４】図３の電池パックの部分断面図。
【図５】本発明に係る第３の電池パックの一例を示す模式図。
【図６】本発明に係る携帯用電子機器の一例であるノート型コンピュータを示す模式図。
【図７】図６の第１の本体の分解図。
【図８】本発明に係る携帯用電子機器の一例であるノート型コンピュータの別な例を示す模式図。
【符号の説明】
１…電池パック、
２…薄型二次電池、
５…電池保護回路、
６…熱伝導性シート、
７…正極、
８…負極、
９…セパレータ、
１０…電極群、
１１…外装材、
１２…熱可塑性フィルム、
１３…フィルム材、
１４…電池パック、
１５…電解液を吸収する性質を有するシート、
１６…ノート型コンピュータ、
１７…表示装置部、
１８…第１の本体、
１９…キーボード入力部、
２０…第２の本体、
２２…熱伝導性または電解液を吸収する性質を有するシート、
２３…二次電池ユニット。

Claims (6)

  1. 絶縁性の外装材を備える１個または複数個の二次電池からなる二次電池ユニットと、
    前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に配置され、アルミニウム、銅及びカーボンのうちの少なくとも１種類を構成成分とした熱伝導性シートと
    を具備することを特徴とする電池パック。
  2. 熱伝導性シートと、
    前記熱伝導性シート上に熱可塑性フィルムを介して配置される電極群と、
    前記熱可塑性フィルム上に前記電極群を覆うように配置され、前記熱可塑性フィルムに熱融着されることにより前記電極群を密封するフィルム材と
    を具備することを特徴とする電池パック。
  3. １個または複数個の二次電池からなる二次電池ユニットと、
    前記二次電池ユニットの表面の少なくとも一部に配置され、電解液を吸収する性質及び難燃性を有する電解液吸収シートと
    を具備することを特徴とする電池パック。
  4. 前記熱伝導性シートもしくは前記電解液吸収シートは、前記二次電池ユニットの表面における前記二次電池の最大面積を有する面を被覆していることを特徴とする請求項１または３記載の電池パック。
  5. 前記二次電池及び前記電極群は、Ｌｉ 4 Ｔｉ 5 Ｏ 12 を含む負極を備えることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電池パック。
  6. 請求項１〜５いずれか１項記載の電池パックを備えることを特徴とする携帯用電子機器。
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