JP2004006115A

JP2004006115A - 電池

Info

Publication number: JP2004006115A
Application number: JP2002159945A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kaneda; 金田　正明; Kanehito Masumoto; 増本　兼人; Hajime Konishi; 小西　始; Tomoshi Kataoka; 片岡　智志
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4222779B2

Abstract

【課題】電池保護素子及び端子台を電池本体上に構成し、電池保護素子を内装した電池を提供する。
【解決手段】電池本体２の封口板６上にＰＴＣ素子８及び温度ヒューズ９を配設し、これを囲んで正極端子板１８及び負極端子板１６をインサートした樹脂カバー１７を配する。正極端子板１８の一端は外部露出させた正極外部接続端子３に、負極端子板１６の一端は外部露出させた負極外部接続端子４に構成され、負極端子板１６の延出部は封口板６に溶接されて樹脂カバー１７及び正極端子板１８、負極端子板１６は電池本体に固定される。前記正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４を外部露出させて金属キャップ７が封口板６上の構成物上に壁背られ、電池缶５に溶接される。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池保護手段を内装した電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電子機器の小型薄型化、高機能化に伴って、その電源である電池には小型で高容量化が望まれている。小型で高容量化を可能にする電池としてリチウムイオン二次電池が有効であり、中でも偏平な角形のものは機器の薄型化に好適であり、繰り返し使用できる二次電池として携帯電子機器への適用が増加している。
【０００３】
前記リチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、安全性への配慮が重要となる。何らかの原因によって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えないように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極と負極との間が何らかの原因によって短絡された場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が急上昇し、電池は破裂や発火に至る恐れがある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけでなく、二次電池を過充電した場合や、電池を装填した携帯電子機器を暖房機の傍らに置いたり、炎天下に駐車した車内に放置した場合なども該当する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
比較的大型のリチウム系電池では、電池の封口部にＰＴＣ素子や温度ヒューズを内装し、外部短絡や高温状態が生じたとき電池の入出力回路を遮断する構造が設けられている。しかし、扁平角形の電池ではＰＴＣ素子や温度ヒューズを内装するスペースを確保することができず、外部にＰＴＣ素子や電池保護回路等を設けて電池パックの形態に構成される。
【０００５】
電池が危険な状態に陥るのは、電池温度が異常上昇することが最大の要因であって、上記電池パックに構成する場合でも、ＰＴＣ素子や温度ヒューズを電池に接触させて配置したり、電池温度をサーミスタ等の温度センサによって検出することにより、異常な電池温度が検出されたときに入出力回路を遮断する制御がなされる。しかし、電池温度の検出は電池の外部から行っているため、異常温度の検出に遅れが生じたり、検出精度が低い問題がある。
【０００６】
また、比較的大型の円筒形電池において、封口部に温度ヒューズを設けた構成が特開平９−１５３３５５号公報に開示されているが、温度ヒューズが作動すると電池は使用できなくなる。従って、温度ヒューズの溶断温度は電池が危険な状態に至る直前の温度に設定されるが、そこに至るまでの温度によって電池は損傷を受けることになる。
【０００７】
本発明が目的とするところは、電池の安全機能が複数の温度条件で作動するようにして電池自体で安全性を確保した構造を小型薄型化された電池にも適用可能とした電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、発電要素を収容した電池缶の開口端を封口した封口板上に、電池保護手段と正極外部接続端子及び／又は負極外部接続端子を形成した端子台とが配設され、前記正極外部接続端子及び負極外部接続端子を外部露出させて封口板上を覆う金属キャップが前記電池缶の開口端側に接合されてなることを特徴とするもので、電池内に電池保護手段が内装されるので、外部短絡や高温状態から電池を保護することができる。また、電池保護手段と共に端子台が設けられ、それらは端子台に形成された正極外部接続端子及び負極外部接続端子を外部露出させた金属キャップにより被覆されるので強固な構造に形成される。
【０００９】
上記構成において、端子台は、正極外部接続端子部分を外部露出させた正極端子板及び負極外部接続端子部分を外部露出させた負極端子板が、封口板上に配設された樹脂カバーにインサート成形して構成され、強固な一体化構造に形成することができる。
【００１０】
また、端子台は、樹脂カバーを封口板に接着することにより封口板上に固定することができ、あるいは、正極端子板又は負極端子板の延出部を封口板に溶接することにより固定することができる。
【００１１】
また、電池保護手段は、温度ヒューズ及び／又はＰＴＣ素子として構成することができ、それらを単独で適用することにより温度ヒューズは高温状態に曝されて電池が破裂する事態に陥ることが防止でき、ＰＴＣ素子は外部短絡や高温状態での通電を阻止することができる。また、これらを併せて適用することにより二重の保護機能を構成することができる。
【００１２】
また、電池缶の金属キャップが被る部位を金属キャップの材厚に相当する量だけ縮口加工することにより、金属キャップの装着により外形に段差が生じることがない。
【００１３】
また、金属キャップの表面に絶縁性の塗装もしくはコーティングを施すことにより、金属キャップの接触による短絡や漏電を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る電池１の外観を示すもので、扁平角形のリチウムイオン二次電池として構成されたものである。この電池１は、図２に示すように、有底角筒状の電池缶５内に発電要素（図示省略）を収容し、開口端を封口板６によって封口してなる電池本体２の封口板６上に、後述する電池保護手段及び正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４を構成し、正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４を外部露出させて金属キャップ７により封口板６上の構成物を被覆している。この金属キャップ７の材質としては、電位や電池缶５との接合性の観点から電池缶５と同質であるニッケルメッキ鋼板やアルミニウム及びアルミニウム合金が好適で、その厚さは強度とプレス加工性の観点から０．１５〜０．３０ｍｍのものが好適である。
【００１６】
図２において、電池缶５の開口端にレーザー溶接により接合され、電池缶５を封口する封口板６に形成された中央開口部には、上ガスケット１１及び下ガスケット１２で封口板６と絶縁すると共に密閉性を確保してリベット１０が締結されている。このリベット１０の締結時には電気的接続を行うための金属板１３が同時に締結される。リベット１０の電池缶５内側には、電池缶５内に収容された図示しない極板群を構成する正極板から延出する正極リードが溶接接続され、リベット１０は電池本体２の正極を構成する。負極板は電池缶５に接続されるので、それに溶接された封口板６は電池本体２の負極を構成する。また、封口板６の一部は金属箔２１を貼り合わせたクラッド板に形成されており、封口板６のクラッド板部分に開口部２２を形成して安全弁２０が形成されている。電池缶５内の圧力が異常上昇したとき、前記金属箔２１が破断して異常内圧が外部に放出され、電池本体２の破裂を防止する。尚、１９は封栓であって、電池缶５が封口板６により封口された後、注液口から電池缶５内に電解液を注入し、注液口に封栓１９が挿入され、封口板６に溶接される。
【００１７】
上記構成になる電池本体２の封口板６上に電池保護手段及び外部接続端子が形成される。前記金属板１３には接続板１４の一方面が接続され、接続板１４の他方面にはＰＴＣ素子８の下電極板８ａが接続される。ＰＴＣ素子８の上電極板８ｂには温度ヒューズ９の一方リード９ａが接続され、温度ヒューズ９の他方リード９ｂは正極端子板１８に接続され、正極端子板１８の端部は正極外部接続端子３に形成されているので、電池本体２の正極が正極外部接続端子３にＰＴＣ素子８と温度ヒューズ９とを直列接続して電気的接続された状態が得られる。
【００１８】
図２〜図４に示すように、前記ＰＴＣ素子８及び温度ヒューズ９を囲むように封口板６上に樹脂カバー１７が配設され、樹脂成形によって形成されている。樹脂は耐電解液性を有する熱可塑性樹脂を用いるのが好適である。耐電解液性を有する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができ、これらを単独またはブレンドした樹脂あるいは変性させた樹脂を用いることができる。更に、ガラス繊維、タルク、シリカなどを添加して用いることもできる。
【００１９】
樹脂カバー１７には前記正極端子板１８及び負極端子板１６がそれぞれ正極外部接続端子３部位及び負極外部接続端子４部位を外部露出させて樹脂成形時にインサートされて端子台が構成されている。前記負極端子板１６の一端は負極外部接続端子４に形成され、図４に示すように、封口板６側に向けて折り曲げられ、樹脂カバー１７から露出する部分の先端部が封口板６に接合されるので、電池本体２の負極が負極外部接続端子４に電気的接続された状態が得られる。尚、前記正極端子板１８の正極外部接続端子３の形成部位及び負極端子板１６の負極外部接続端子４の形成部位は、接触導通性のよい金属薄板の接合もしくはメッキが施される。
【００２０】
上記のように電池本体２の封口板６上に構成された構成要素は、正極側がＰＴＣ素子８及び温度ヒューズ９がリベット１０から正極端子板１８に接続され、負極側が樹脂カバー１７にインサートされた負極端子板１６が封口板６に接合されることにより電池本体２に固定されるので、金属キャップ７を樹脂カバー１７に接着もしくは電池缶５に溶接することにより、図１に示すような外観形状の電池１に形成される。また、正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４の周囲には金属キャップ７と絶縁して絶縁部材１５が貼着される。
【００２１】
この電池１は、これが接続された機器の故障や異物の接触等により正極外部接続端子３と負極外部接続端子４との間が外部短絡されたような場合に、正極外部接続端子３に直列接続されたＰＴＣ素子８に過大な短絡電流が流れるので、ＰＴＣ素子８は短絡電流により自己発熱して温度上昇し、その温度が設定されたトリップ温度に達したとき、トリップにより抵抗値を急上昇させるので、短絡電流が制限され、外部短絡状態の継続に伴う電池１の温度上昇を抑える。また、この電池１が装填された機器が暖房機の傍らや炎天下の車内に放置されたような場合に、ＰＴＣ素子８は環境温度の上昇によりトリップして抵抗値を増大させるので、高温環境での電池使用を制限する作用をなす。ＰＴＣ素子８は環境温度が低下し、短絡状態が解除されたときには抵抗値が平常状態にほぼ等しい僅少値に低下するので、電池１の使用は可能となる。
【００２２】
上記ＰＴＣ素子８の作動環境を越える高温状態に電池１が曝された場合に、温度ヒューズ９が作動して溶断により入出力回路を遮断するので、高温環境による電池本体２の破裂等が防止される。この温度ヒューズ９の作動による回路遮断を越えて高温状態が継続されたような場合に、電池本体２は電池缶５内の電解液の気化、分解等によりガスが発生し、内圧が異常上昇すると、安全弁２０を構成する金属箔２１が破断して異常内圧を開口部２２から外部放出するので、電池本体２の破裂が防止される。外部放出されたガスは金属キャップ７に囲まれた中に噴出するが、図１に示すように、金属キャップ７の両側面にはガス抜き孔２３が設けられているので、金属キャップ７内に噴出したガスは、ガス抜き孔２３から外部放出される。
【００２３】
上記ガス抜き孔２３が両側面に設けられていることにより、ガスは電池１の対称位置から放出されるため推進力が相殺され、ガスの噴出圧力により電池１が飛び出し、人体や機器に損傷を与えることが防止できる。電池１は電池本体２及び金属キャップ７の側面には、品番、注意書き等を印刷したシートが貼着されるので、前記ガス抜き孔２３はシートの端辺により被覆されるが、ガスの噴出時にはシート端辺は貼着が破壊されてガスの噴出を妨げることはない。また、シートのガス抜き孔２３に対応する位置にミシン目を形成しておくことにより、ガス噴出によるシートの破壊を容易にすることができる。また、リチウム系電池には電池１を水中に落とした自己経歴が表示されるように水没シートが貼着されるが、この水没シールをガス抜き孔２３を被覆して貼着するようにしてもよい。
【００２４】
上記構成になる電池１は、ＰＴＣ素子８及び温度ヒューズ９を内装して二重の電池保護機能を備えただけでなく、正極及び負極が同一の平面上に形成できるので、機器との電気的接続構造を簡易に構成できる。また、正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４の形状、面積が異なるように形成することにより、正極、負極の判別が容易になる。また、正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４の形状は、絶縁部材１５の開口部形状を変更することにより、自在な形状で外部露出させることができる。また、正極外部接続端子３及び負極外部接続端子４は一方側に偏った位置に形成されているので、機器に対して電池１が逆装填されることが防止できる。
【００２５】
以上説明した構成において、金属キャップ７は薄板をプレス加工して形成されるが、電池本体２上に被せられたとき電池本体２の外形寸法より材厚分だけ段差が生じることになる。薄板であるから電池１としての外形寸法の増加は僅少であるが、段差が生じることに違和感がある場合には、図５に示すように、電池本体２の金属キャップ７が被さる部位、即ち、電池缶５に上部に縮口加工を施すと、金属キャップ７を被せることにより発生する段差をなくすことができる。
【００２６】
また、金属キャップ７の表面に絶縁性の塗装もしくはコーティングを施すことにより、金属キャップ７が導体に接触した際の短絡や漏電を防止することができる。この塗装もしくはコーティングは、金属キャップ７の表面との密着性に優れ、硬い皮膜強度が得られるエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等の単独または変性した樹脂を水や有機溶剤に溶解させるか分散させたものをスプレー塗布やディップし、自然乾燥や熱硬化させることによって得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電池内にＰＴＣ素子及び／又は温度ヒューズが内装され、電池保護機能を備えた電池に構成することができる。また、正極外部接続端子及び負極外部接続端子が同一の平面上に形成されるので、機器側の電池接続を簡易に構成することができる。この正極外部接続端子及び負極外部接続端子は樹脂にインサートされた正極端子板及び負極端子板により構成されるので、電池本体に強固に一体化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る角型電池の外観を示す（ａ）は平面図、（ｂ）（ｃ）は側面図。
【図２】同上電池Ａ−Ａ線矢視断面図。
【図３】同上電池の金属キャップを取り外した状態の平面図。
【図４】同上電池の負極端子板の構成を示す断面図。
【図５】同上電池の金属キャップ装着部分の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
１　電池
２　電池本体
３　正極外部接続端子
４　負極外部接続端子
５　電池缶
６　封口板
７　金属キャップ
８　ＰＴＣ素子
９　温度ヒューズ
１６　負極端子板
１７　樹脂カバー
１８　正極端子板

Claims

発電要素を収容した電池缶の開口端を封口した封口板上に、電池保護手段と正極外部接続端子及び／又は負極外部接続端子を形成した端子台とが配設され、前記正極外部接続端子及び負極外部接続端子を外部露出させて封口板上を覆う金属キャップが前記電池缶の開口端側に接合されてなることを特徴とする電池。
端子台は、正極外部接続端子部分を外部露出させた正極端子板及び負極外部接続端子部分を外部露出させた負極端子板が、封口板上に配設された樹脂カバーにインサート成形されてなる請求項１に記載の電池。
端子台は、樹脂カバーを封口板に接着することにより封口板上に固定されてなる請求項２に記載の電池。
端子板は、正極端子板又は負極端子板の延出部を封口板に溶接することにより固定されてなる請求項１又は２に記載の電池。
電池保護手段は、温度ヒューズ及び／又はＰＴＣ素子である請求項１に記載の電池。
電池缶の金属キャップが被る部位が金属キャップの材厚に相当する量だけ縮口加工されてなる請求項１に記載の電池。
金属キャップの表面に絶縁性の塗装もしくはコーティングが施されてなる請求項１又は６に記載の電池。