JP4001447B2 - 電池 - Google Patents
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- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池および携帯情報端末に関し、特に、過充電等から電池を保護すべく従来から一般に用いられてきた保護回路を省略した電池および該電池を用いた携帯情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機、ノート型パソコンおよびビデオカメラなどの携帯情報端末が普及している。これらの携帯情報端末には、電力を供給するための電池が用いられている。この電池としては、充電が可能な２次電池が用いられている。
【０００３】
携帯情報端末用の電池では、一般に、過充電、過放電、過電流からの電池の保護等のために保護回路が設けられる。この保護回路は、通常、別途設けられた保護回路基板上に形成され、電池パック内に収容される。該保護回路は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)等により構成される。
【０００４】
なお、上記のＰＴＣ素子とは、該素子内に流れる電流値が大きくなり温度が高くなるにつれて電気抵抗が大きくなり、ある温度に到達すると急激に抵抗が上昇して電流を抑制する働きをする電流量制御素子のことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の電池では保護回路を設けていたため、電池の小型化および軽量化が困難となり、また製造コストが増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、従来の保護回路を省略することにより、小型化および軽量化が可能でかつ低コストで製造可能な電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの局面に従った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、電力を発生させる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させる。可溶融部分は、外装部材内に位置する正極端子および負極端子の少なくとも一方の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると溶融切断する。
【０００８】
このように構成された電池において、電気回路での短絡等により過電流が流れた場合には、電流量制御手段により電流量を制御することができる。また、過充電や逆充電等の場合で電流量制御手段で電流量を制御できない場合でも、可溶融部分が溶融し、電流を遮断することができる。そのため、電池が高温になりすぎることがなく、安全性が向上する。このように過充電等から電池を保護することができるので、従来設けていた保護回路を省略することができる。また、電流量制御手段を外装部材の外部に設置しているため、電池を小型化することができる。さらに、可溶融部分は、正極端子および負極端子の少なくとも一方に形成されるため、端子形成と同時に可溶融部分を形成することができる。そのため、新たな部材を設けることなく可溶融部分を形成することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。なお、本発明において、電流量制御手段としてＰＴＣ素子またはサーミスタ等を用いることができる。
【０００９】
上記発電要素は、好ましくは、複数のセルを含み、複数のセルは、それぞれ正極端子および負極端子を有する。そして、各セル毎に可溶融部分を設ける。それにより、全てのセルに対し、過電流を遮断することができる。
【００１０】
本発明の他の局面に従った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、集電体を有し、電力を発生させる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させる。可溶融部分は、集電体の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると、小断面積部が優先的に発熱し溶融切断する。
【００１１】
このように集電体の断面積を局所的に減じて可溶融部分を設けることにより、電流量制御手段で制御できない過電流が電池に流れた場合に、可溶融部分を優先的に溶融させ、集電体を切断することができる。それにより、過電流を遮断することができ、電池内の他の部分を保護することができる。その結果、１つの局面の場合と同様に、従来の保護回路を省略することができる。また、１つの局面の場合と同様に、電池の小型化および製造コスト低減も可能となる。
【００１２】
上記可溶融部分は、集電体に設けられた溝部分を含む。また、集電体に貫通孔を設け、該貫通孔の周囲の部分で可溶融部分を形成してもよい。このように溝部分や貫通孔を集電体に設けることにより、電流が流れる部分の断面積を局所的に減じることができ、所定値以上の過電流が流れた際に、その部分を溶断することができる。
【００１３】
本発明のさらに他の局面に従った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、集電体を有し、電力を発生させる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させる。そして、集電体をメッシュ状とし、所定の電流値を超える電流が流れた部分を溶融切断する。
【００１４】
上記のように集電体をメッシュ状とすることにより、所定値以上の過電流が流れた部分を溶断することができる。それにより、過電流を遮断することができ、電池において過電流が流れた部以外の部分を保護することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図１から図１４を用いて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における電池５を携帯情報端末の一例である携帯電話機１内に設置した状態を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、携帯電話機１は、筐体２と、アンテナと、プリント基板３と、本体回路４と、電池５とを有する。プリント基板３上に本体回路４が形成され、本体回路４に電池５から電力が供給される。本体回路４は、配線、抵抗、キャパシタ、コイルなどの電子部品により構成され、携帯電話機１が送受信する電波の処理を行なう。
【００２６】
電池５は、発電要素としての電池コア５１と、正極端子５２と、負極端子５３とを備える。正極端子５２は、配線７、電流量制御手段としてのＰＴＣ素子６および配線９を介して本体回路４と接続される。
【００２７】
負極端子５３は、配線８を介して本体回路４と接続される。なお、ＰＴＣ素子６の代わりに他のサーミスタを設置してもよい。このようにＰＴＣ素子６やサーミスタを備えることにより、電池５が高温になりすぎるのを防ぐことができる。
【００２８】
本実施の形態では、電池５の内部に位置する正極端子５２に、局所的に断面積の小さい小断面積部（可溶融部分）５２０を設けている。それにより、短絡などにより電池コア２１内に大電流が流れてＰＴＣ素子６が作動しなくなった場合においても、小断面積部５２０を優先的に溶融切断することができ、過電流を遮断することができる。その結果、電池５の破壊等を阻止することができる。
【００２９】
なお、小断面積部５２０は、正極端子５２と負極端子５３との少なくとも一方に設けられればよい。これは、以下に説明する実施の形態についても同様である。また、ＰＴＣ素子６と小断面積部５２０とをそれぞれ別の端子に設置してもよい。
【００３０】
以上のように、ＰＴＣ素子６あるいはサーミスタと、小断面積部５２０とを設けることにより電池５を保護することができるので、従来のような保護回路を設ける必要がなくなる。それにより、電池５の小型化、軽量化および製造コスト低減が可能となる。
【００３１】
次に、図２を用いて、本実施の形態における電池５の構造についてより詳しく説明する。図２は、本実施の形態における電池５の斜視図である。
【００３２】
図２に示すように、電池５は、電池コア５１を取り囲んで封止する外装部材としてのラミネートフィルム１０を備える。このラミネートフィルム１０は、正極端子５２および負極端子５３の一部を覆う。正極端子５２および負極端子５３は、電池コア５１から延出している。
【００３３】
ラミネートフィルム１０は、たとえばアルミニウム箔をポリプロピレン、ポリエチレンなどの高分子樹脂で挟んだ複合材料により構成される。そのため、ラミネートフィルム１０は、高分子樹脂、アルミニウム箔および高分子樹脂の３層構造を有する。また、ラミネートフィルム１０の厚さは３００μｍ以下である。
【００３４】
正極端子５２はアルミニウム箔により構成され、その厚みは０．２〜０．５ｍｍであり、寸法は、縦×横が７ｍｍ×４ｍｍである。負極端子５３は銅箔により構成され、その厚みは０．２〜０．５ｍｍであり、寸法は、縦×横が７ｍｍ×４ｍｍである。ここで、小断面積部５２０の断面積は、それ以外の部分における正極端子５２の１％〜１５％程度である。
【００３５】
ラミネートフィルム１０内に位置する正極端子５２に、上述の小断面積部５２０が形成される。正極端子５２に電流が流れた場合には、小断面積部５２０流れる電流の電流密度が、正極端子５２における小断面積部５２０以外の部分を流れる電流の電流密度よりも相対的に大きくなる。このため、電流値が所定値以上となった場合に、小断面積部５２０が優先的に発熱し、この部分が溶融して正極端子５２が断線する。それにより、過電流を遮断することができる。
【００３６】
なお、小断面積部５２０の断面積、長さ、幅等を適切に調整することにより、小断面積部５２０が溶融切断する電流値を設定することができる。
【００３７】
図３に、本実施の形態における電池５の断面構造例を示す。図３に示すように、電池コアは、所定の積層体を巻き重ねて形成され、正極集電体（集電体アルミニウム箔）５２３と、負極集電体（集電体銅箔）５３１と、これらの間に介在したセパレータ５４との積層体を備える。正極集電体５２３は正極端子５２と接続され、負極集電体５３１は負極端子５３と接続される。
【００３８】
正極集電体５２３には、リチウムを含有する正極活物質層（金属酸化物）５２２が塗布されている。負極集電体５３１には、負極活物質層（リチウムを含有する有機物）５３０が塗布されている。
【００３９】
上記の小断面積部５２０は、この場合であれば電池５の封止部１３に配置されている。ＰＴＣ素子６は、正極端子５２および配線１２と接続される。なお、ＰＴＣ素子６の代わりにサーミスタ１４を設置する場合には、図４に示すように、たとえば電池５の周縁部に位置する傾斜面上にサーミスタ１４を取付ければよい。
【００４０】
上記のようにラミネートフィルム１０内に小断面積部５２０を設けることにより、小断面積部５２０の溶断電流に対する外気の影響（たとえば温度や湿度等）を低減することができ、溶断電流のばらつきを低減することができる。
【００４１】
また、小断面積部５２０は、正極端子５２あるいは負極端子５３の形成と同時に形成することができる。そのため、特に製造工程を増やすことなく小断面積部５２０を形成することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、図５および図６を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本発明の実施の形態２における電池５の断面図である。図６は、図５に示す電池の等価回路図である。
【００４３】
図５および図６に示すように、電池５が複数のセル１１を備えた場合、各セル１１から延出する正極端子５２に小断面積部５２０を設けている。それにより、上述の実施の形態１の場合と同様の効果に加えて、電池コアに大電流が流れた場合に、一部のセル１１を生かすことができる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、図７および図８を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。これ以降の実施の形態では、電池コア内部の要素を実質的に複数の領域に区画するように、過電流が流れた時に優先的に溶融切断する可溶融部分を選択的に設けている。それにより、単一あるいはいくつかの領域を犠牲にして過電流を実質的に遮断することができ、結果として他の領域を保護することができる。
【００４５】
図７（ａ）は、本実施の形態３における正極集電体５２３の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って見た電池コアの断面図である。
【００４６】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、正極集電体５２３に、その長手方向と幅方向とに断続的に複数の溝１５を形成している。より詳しくは、正極集電体５２３を複数の矩形領域１９に区画するように、溝１５を上記２方向に形成している。
【００４７】
それにより、電池コアに内部短絡過電流が流れた場合に、この大電流が流れた部分に対応する矩形領域１９を、溝１５の形成箇所において溶融切断し、他の矩形領域１９との電気的接続を解除することができる。それにより、上記過電流を遮断することができ、内部短絡過電流から電池５の他の部分を保護することができる。
【００４８】
なお、図７（ａ）および（ｂ）に示す溝１５の形状および配置は一例であり、溝１５の形状および配置は任意に選択可能である。たとえば、斜め方向に延在するように溝１５を形成しても良く、図８（ａ）および（ｂ）に示すように所定間隔をあけて一方向に溝１５断続的に形成してもよい。図８（ａ）および（ｂ）に示す場合には、正極集電体５２３を、幅方向に並ぶ複数の短冊状の矩形領域１９に区画することができる。
【００４９】
上記のいずれの場合にも、正極集電体５２３を複数の矩形領域１９に区画することができ、図７（ａ）および（ｂ）に示す場合と同様の効果を期待できる。また、溝１５を、負極集電体５３１側、あるいは正極集電体５２３と負極集電体５３１との双方に設けてもよい。
【００５０】
上記の溝１５は、たとえば金型を用いて正極集電体５２３を加圧して形成することができる。また、正極集電体５２３にエッチングやスパッタリングを施すことにより、正極集電体５２３の厚みを局所的に減じて溝１５を形成してもよい。
【００５１】
（実施の形態４）
次に、図９を用いて、本発明の実施の形態４について説明する。図９は、本実施の形態４における正極集電体５２３の平面図である。
【００５２】
図９に示すように、本実施の形態４では、正極集電体５２３をメッシュ状としている。そして、正極集電体５２３は、金属製の線材で囲まれた複数の矩形領域１９を備えている。
【００５３】
電池コアに内部短絡過電流が流れた場合には、たとえば×印を付した部分が溶融切断し、該部分と正極集電体５２３における他の部分との電気的接続を解除することができる。その結果、実施の形態３の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００５４】
なお、負極集電体５３１をメッシュ状としてもよく、正極集電体５２３と負極集電体５３１の双方をメッシュ状としてもよい。
【００５５】
（実施の形態５）
次に、図１０を用いて、本発明の実施の形態５について説明する。図１０は、本実施の形態５における正極集電体５２３の平面図である。
【００５６】
図１０に示すように、本実施の形態５では、正極集電体５２３に複数の孔１６を設けている。この孔１６は、正極集電体５２３の長手方向と幅方向とにそれぞれ複数設けられ、複数の孔１６に囲まれる複数の領域に正極集電体５２３を実質的に区画することができる。
【００５７】
それにより、電池コアに内部短絡過電流が流れた場合には、複数の孔１６に挟まれ局所的に小さい断面積を有する部分が優先的に溶融切断し、この溶融切断された領域と正極集電体５２３における他の部分との電気的接続を解除することができる。その結果、実施の形態３の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００５８】
なお、負極集電体５３１側に複数の孔１６を設けてもよく、正極集電体５２３と負極集電体５３１の双方に複数の孔１６を設けてもよい。
【００５９】
（実施の形態６）
次に、図１１を用いて、本発明の実施の形態６について説明する。図１１は、本実施の形態６における電池コアの部分断面図である。
【００６０】
図１１に示すように、本実施の形態６では、正極集電体５２３と正極活物質層５２２との間に、ポリスイッチ等に使用される多孔性ポリマ１７を挿入している。この多孔性ポリマ１７の空孔には電解液が入り込んでいるので、正極集電体５２３と負極集電体５３１間に電流を流すことができる。
【００６１】
電池コア内で内部短絡過電流が発生した場合には、その際の温度上昇により上記多孔性ポリマ１７が膨張し、多孔性ポリマ１７の空孔内から電解液が排出される。それにより、その部分に電流を流さないようにすることができる。
【００６２】
また、異物が原因で内部短絡過電流が発生した場合には、多孔性ポリマ１７の膨張により異物を押し切ることができる。その結果、実施の形態３の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００６３】
なお、上記多孔性ポリマ１７を、負極集電体５３１と負極活物質層５３０との間に挿入してもよい。また、多孔性物質であって、温度上昇により膨張して空孔内の電解液を排出可能であれば、多孔性ポリマ１７以外の任意の材質を採用可能である。
【００６４】
（実施の形態７）
次に、図１２を用いて、本発明の実施の形態７について説明する。図１２は、本実施の形態７における電池コアの部分断面図である。
【００６５】
図１２に示すように、本実施の形態７では、正極集電体５２３を、メタル部１８と多孔性ポリマ１７とで構成している。より詳しくは、メタル部１８に溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ１７を延在させている。
【００６６】
それにより、上述の実施の形態６と同様の効果を期待できるとともに、多孔性ポリマ１７の膨張によりメタル部１８における薄肉部を局所的に切断することもできる。それにより、より確実に内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００６７】
なお、正極集電体５２３を実施の形態４の場合のようにメッシュ状とした場合には、多孔性ポリマ１７の膨張により、線状部分を選択的に切断することができる。また、負極集電体５３１を、メタル部１８と多孔性ポリマ１７とで構成してもよい。
【００６８】
（実施の形態８）
次に、図１３を用いて、本発明の実施の形態８について説明する。図１３は、本実施の形態８における電池コアの部分断面図である。
【００６９】
図１３に示すように、本実施の形態８では、正極活物質層５２２に溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ１７を延在させている。それにより、内部短絡過電流が流れた場合に、多孔性ポリマ１７が膨張し、過電流が流れた部分における正極活物質層５２２を他の部分から切断することができる。この場合にも、実施の形態７の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００７０】
なお、負極活物質層５３０に溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ１７を延在させてもよい。
【００７１】
（実施の形態９）
次に、図１４を用いて、本発明の実施の形態９について説明する。図１４は、本実施の形態９における電池コアの部分断面図である。
【００７２】
図１４に示すように、本実施の形態９では、正極活物質層５２２中に多孔性ポリマ１７を設けている。それにより、本実施の形態６の場合と同様の効果を期待することができる。
【００７３】
なお、負極活物質層５３０中に多孔性ポリマ１７を設けてもよい。また、正極あるいは負極活物質層５２２、５３０と、セパレータ５４との間に多孔性ポリマ１７を設けてもよい。
【００７４】
以上のように、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はあくまでも一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７５】
たとえば、正極端子および負極端子の材質として、アルミニウムや銅以外の通常用いられているあらゆる材料を用いることが可能である。
【００７６】
また、携帯情報端末の一例として携帯電話機を示したが、ノート型パソコンやビデオテープレコーダに本発明を適用してもよい。
【００７７】
さらに、本発明は、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などに適用可能である。また、１次電池に適用することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池によれば、従来のような保護回路を省略することができるので、電池の小型化および軽量化が可能となるばかりでなく製造コストをも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における携帯電話機の平面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における電池の斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１における電池の断面図である。
【図４】 実施の形態１の変形例における電池の断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態２における電池の断面図である。
【図６】 図５に示す電池の回路図である。
【図７】 （ａ）はこの発明の実施の形態３における集電体の平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って見た電池コアの断面図である。
【図８】 （ａ）はこの発明の実施の形態３の変形例における集電体の平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿って見た電池コアの断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態４における集電体の平面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５における集電体の平面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６における電池コアの部分断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態７における電池コアの部分断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８における電池コアの部分断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態９における電池コアの部分断面図である。
【符号の説明】
１ 携帯電話機、２ 筐体、３ プリント基板、４ 本体回路、５ 電池、６ＰＴＣ素子、７〜９，１２ 配線、１０ ラミネートフィルム、１１ セル、１３ 封止部、１４ サーミスタ、１５ 溝、１６ 孔、１７ 多孔性ポリマ、１８ メタル部、１９ 矩形領域、５１ 電池コア（発電要素）、５２ 正極端子、５３ 負極端子、５４ セパレータ、５２０ 小断面積部（可溶融部分）、５２２ 正極活物質層、５２３ 正極集電体、５３０ 負極活物質層、５３１ 負極集電体。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池および携帯情報端末に関し、特に、過充電等から電池を保護すべく従来から一般に用いられてきた保護回路を省略した電池および該電池を用いた携帯情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機、ノート型パソコンおよびビデオカメラなどの携帯情報端末が普及している。これらの携帯情報端末には、電力を供給するための電池が用いられている。この電池としては、充電が可能な２次電池が用いられている。
【０００３】
携帯情報端末用の電池では、一般に、過充電、過放電、過電流からの電池の保護等のために保護回路が設けられる。この保護回路は、通常、別途設けられた保護回路基板上に形成され、電池パック内に収容される。該保護回路は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)等により構成される。
【０００４】
なお、上記のＰＴＣ素子とは、該素子内に流れる電流値が大きくなり温度が高くなるにつれて電気抵抗が大きくなり、ある温度に到達すると急激に抵抗が上昇して電流を抑制する働きをする電流量制御素子のことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の電池では保護回路を設けていたため、電池の小型化および軽量化が困難となり、また製造コストが増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、従来の保護回路を省略することにより、小型化および軽量化が可能でかつ低コストで製造可能な電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの局面に従った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、電力を発生させる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させる。可溶融部分は、外装部材内に位置する正極端子および負極端子の少なくとも一方の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると溶融切断する。
【０００８】
このように構成された電池において、電気回路での短絡等により過電流が流れた場合には、電流量制御手段により電流量を制御することができる。また、過充電や逆充電等の場合で電流量制御手段で電流量を制御できない場合でも、可溶融部分が溶融し、電流を遮断することができる。そのため、電池が高温になりすぎることがなく、安全性が向上する。このように過充電等から電池を保護することができるので、従来設けていた保護回路を省略することができる。また、電流量制御手段を外装部材の外部に設置しているため、電池を小型化することができる。さらに、可溶融部分は、正極端子および負極端子の少なくとも一方に形成されるため、端子形成と同時に可溶融部分を形成することができる。そのため、新たな部材を設けることなく可溶融部分を形成することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。なお、本発明において、電流量制御手段としてＰＴＣ素子またはサーミスタ等を用いることができる。
【０００９】
上記発電要素は、好ましくは、複数のセルを含み、複数のセルは、それぞれ正極端子および負極端子を有する。そして、各セル毎に可溶融部分を設ける。それにより、全てのセルに対し、過電流を遮断することができる。
【００１０】
本発明の他の局面に従った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、集電体を有し、電力を発生させる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させる。可溶融部分は、集電体の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると、小断面積部が優先的に発熱し溶融切断する。
【００１１】
このように集電体の断面積を局所的に減じて可溶融部分を設けることにより、電流量制御手段で制御できない過電流が電池に流れた場合に、可溶融部分を優先的に溶融させ、集電体を切断することができる。それにより、過電流を遮断することができ、電池内の他の部分を保護することができる。その結果、１つの局面の場合と同様に、従来の保護回路を省略することができる。また、１つの局面の場合と同様に、電池の小型化および製造コスト低減も可能となる。
【００１２】
上記可溶融部分は、集電体に設けられた溝部分を含む。また、集電体に貫通孔を設け、該貫通孔の周囲の部分で可溶融部分を形成してもよい。このように溝部分や貫通孔を集電体に設けることにより、電流が流れる部分の断面積を局所的に減じることができ、所定値以上の過電流が流れた際に、その部分を溶断することができる。
【００１３】
本発明のさらに他の局面に従った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、集電体を有し、電力を発生させる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させる。そして、集電体をメッシュ状とし、所定の電流値を超える電流が流れた部分を溶融切断する。
【００１４】
上記のように集電体をメッシュ状とすることにより、所定値以上の過電流が流れた部分を溶断することができる。それにより、過電流を遮断することができ、電池において過電流が流れた部以外の部分を保護することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図１から図１４を用いて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における電池５を携帯情報端末の一例である携帯電話機１内に設置した状態を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、携帯電話機１は、筐体２と、アンテナと、プリント基板３と、本体回路４と、電池５とを有する。プリント基板３上に本体回路４が形成され、本体回路４に電池５から電力が供給される。本体回路４は、配線、抵抗、キャパシタ、コイルなどの電子部品により構成され、携帯電話機１が送受信する電波の処理を行なう。
【００２６】
電池５は、発電要素としての電池コア５１と、正極端子５２と、負極端子５３とを備える。正極端子５２は、配線７、電流量制御手段としてのＰＴＣ素子６および配線９を介して本体回路４と接続される。
【００２７】
負極端子５３は、配線８を介して本体回路４と接続される。なお、ＰＴＣ素子６の代わりに他のサーミスタを設置してもよい。このようにＰＴＣ素子６やサーミスタを備えることにより、電池５が高温になりすぎるのを防ぐことができる。
【００２８】
本実施の形態では、電池５の内部に位置する正極端子５２に、局所的に断面積の小さい小断面積部（可溶融部分）５２０を設けている。それにより、短絡などにより電池コア２１内に大電流が流れてＰＴＣ素子６が作動しなくなった場合においても、小断面積部５２０を優先的に溶融切断することができ、過電流を遮断することができる。その結果、電池５の破壊等を阻止することができる。
【００２９】
なお、小断面積部５２０は、正極端子５２と負極端子５３との少なくとも一方に設けられればよい。これは、以下に説明する実施の形態についても同様である。また、ＰＴＣ素子６と小断面積部５２０とをそれぞれ別の端子に設置してもよい。
【００３０】
以上のように、ＰＴＣ素子６あるいはサーミスタと、小断面積部５２０とを設けることにより電池５を保護することができるので、従来のような保護回路を設ける必要がなくなる。それにより、電池５の小型化、軽量化および製造コスト低減が可能となる。
【００３１】
次に、図２を用いて、本実施の形態における電池５の構造についてより詳しく説明する。図２は、本実施の形態における電池５の斜視図である。
【００３２】
図２に示すように、電池５は、電池コア５１を取り囲んで封止する外装部材としてのラミネートフィルム１０を備える。このラミネートフィルム１０は、正極端子５２および負極端子５３の一部を覆う。正極端子５２および負極端子５３は、電池コア５１から延出している。
【００３３】
ラミネートフィルム１０は、たとえばアルミニウム箔をポリプロピレン、ポリエチレンなどの高分子樹脂で挟んだ複合材料により構成される。そのため、ラミネートフィルム１０は、高分子樹脂、アルミニウム箔および高分子樹脂の３層構造を有する。また、ラミネートフィルム１０の厚さは３００μｍ以下である。
【００３４】
正極端子５２はアルミニウム箔により構成され、その厚みは０．２〜０．５ｍｍであり、寸法は、縦×横が７ｍｍ×４ｍｍである。負極端子５３は銅箔により構成され、その厚みは０．２〜０．５ｍｍであり、寸法は、縦×横が７ｍｍ×４ｍｍである。ここで、小断面積部５２０の断面積は、それ以外の部分における正極端子５２の１％〜１５％程度である。
【００３５】
ラミネートフィルム１０内に位置する正極端子５２に、上述の小断面積部５２０が形成される。正極端子５２に電流が流れた場合には、小断面積部５２０流れる電流の電流密度が、正極端子５２における小断面積部５２０以外の部分を流れる電流の電流密度よりも相対的に大きくなる。このため、電流値が所定値以上となった場合に、小断面積部５２０が優先的に発熱し、この部分が溶融して正極端子５２が断線する。それにより、過電流を遮断することができる。
【００３６】
なお、小断面積部５２０の断面積、長さ、幅等を適切に調整することにより、小断面積部５２０が溶融切断する電流値を設定することができる。
【００３７】
図３に、本実施の形態における電池５の断面構造例を示す。図３に示すように、電池コアは、所定の積層体を巻き重ねて形成され、正極集電体（集電体アルミニウム箔）５２３と、負極集電体（集電体銅箔）５３１と、これらの間に介在したセパレータ５４との積層体を備える。正極集電体５２３は正極端子５２と接続され、負極集電体５３１は負極端子５３と接続される。
【００３８】
正極集電体５２３には、リチウムを含有する正極活物質層（金属酸化物）５２２が塗布されている。負極集電体５３１には、負極活物質層（リチウムを含有する有機物）５３０が塗布されている。
【００３９】
上記の小断面積部５２０は、この場合であれば電池５の封止部１３に配置されている。ＰＴＣ素子６は、正極端子５２および配線１２と接続される。なお、ＰＴＣ素子６の代わりにサーミスタ１４を設置する場合には、図４に示すように、たとえば電池５の周縁部に位置する傾斜面上にサーミスタ１４を取付ければよい。
【００４０】
上記のようにラミネートフィルム１０内に小断面積部５２０を設けることにより、小断面積部５２０の溶断電流に対する外気の影響（たとえば温度や湿度等）を低減することができ、溶断電流のばらつきを低減することができる。
【００４１】
また、小断面積部５２０は、正極端子５２あるいは負極端子５３の形成と同時に形成することができる。そのため、特に製造工程を増やすことなく小断面積部５２０を形成することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、図５および図６を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本発明の実施の形態２における電池５の断面図である。図６は、図５に示す電池の等価回路図である。
【００４３】
図５および図６に示すように、電池５が複数のセル１１を備えた場合、各セル１１から延出する正極端子５２に小断面積部５２０を設けている。それにより、上述の実施の形態１の場合と同様の効果に加えて、電池コアに大電流が流れた場合に、一部のセル１１を生かすことができる。
【００４４】
（実施の形態３）
次に、図７および図８を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。これ以降の実施の形態では、電池コア内部の要素を実質的に複数の領域に区画するように、過電流が流れた時に優先的に溶融切断する可溶融部分を選択的に設けている。それにより、単一あるいはいくつかの領域を犠牲にして過電流を実質的に遮断することができ、結果として他の領域を保護することができる。
【００４５】
図７（ａ）は、本実施の形態３における正極集電体５２３の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って見た電池コアの断面図である。
【００４６】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、正極集電体５２３に、その長手方向と幅方向とに断続的に複数の溝１５を形成している。より詳しくは、正極集電体５２３を複数の矩形領域１９に区画するように、溝１５を上記２方向に形成している。
【００４７】
それにより、電池コアに内部短絡過電流が流れた場合に、この大電流が流れた部分に対応する矩形領域１９を、溝１５の形成箇所において溶融切断し、他の矩形領域１９との電気的接続を解除することができる。それにより、上記過電流を遮断することができ、内部短絡過電流から電池５の他の部分を保護することができる。
【００４８】
なお、図７（ａ）および（ｂ）に示す溝１５の形状および配置は一例であり、溝１５の形状および配置は任意に選択可能である。たとえば、斜め方向に延在するように溝１５を形成しても良く、図８（ａ）および（ｂ）に示すように所定間隔をあけて一方向に溝１５断続的に形成してもよい。図８（ａ）および（ｂ）に示す場合には、正極集電体５２３を、幅方向に並ぶ複数の短冊状の矩形領域１９に区画することができる。
【００４９】
上記のいずれの場合にも、正極集電体５２３を複数の矩形領域１９に区画することができ、図７（ａ）および（ｂ）に示す場合と同様の効果を期待できる。また、溝１５を、負極集電体５３１側、あるいは正極集電体５２３と負極集電体５３１との双方に設けてもよい。
【００５０】
上記の溝１５は、たとえば金型を用いて正極集電体５２３を加圧して形成することができる。また、正極集電体５２３にエッチングやスパッタリングを施すことにより、正極集電体５２３の厚みを局所的に減じて溝１５を形成してもよい。
【００５１】
（実施の形態４）
次に、図９を用いて、本発明の実施の形態４について説明する。図９は、本実施の形態４における正極集電体５２３の平面図である。
【００５２】
図９に示すように、本実施の形態４では、正極集電体５２３をメッシュ状としている。そして、正極集電体５２３は、金属製の線材で囲まれた複数の矩形領域１９を備えている。
【００５３】
電池コアに内部短絡過電流が流れた場合には、たとえば×印を付した部分が溶融切断し、該部分と正極集電体５２３における他の部分との電気的接続を解除することができる。その結果、実施の形態３の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００５４】
なお、負極集電体５３１をメッシュ状としてもよく、正極集電体５２３と負極集電体５３１の双方をメッシュ状としてもよい。
【００５５】
（実施の形態５）
次に、図１０を用いて、本発明の実施の形態５について説明する。図１０は、本実施の形態５における正極集電体５２３の平面図である。
【００５６】
図１０に示すように、本実施の形態５では、正極集電体５２３に複数の孔１６を設けている。この孔１６は、正極集電体５２３の長手方向と幅方向とにそれぞれ複数設けられ、複数の孔１６に囲まれる複数の領域に正極集電体５２３を実質的に区画することができる。
【００５７】
それにより、電池コアに内部短絡過電流が流れた場合には、複数の孔１６に挟まれ局所的に小さい断面積を有する部分が優先的に溶融切断し、この溶融切断された領域と正極集電体５２３における他の部分との電気的接続を解除することができる。その結果、実施の形態３の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００５８】
なお、負極集電体５３１側に複数の孔１６を設けてもよく、正極集電体５２３と負極集電体５３１の双方に複数の孔１６を設けてもよい。
【００５９】
（実施の形態６）
次に、図１１を用いて、本発明の実施の形態６について説明する。図１１は、本実施の形態６における電池コアの部分断面図である。
【００６０】
図１１に示すように、本実施の形態６では、正極集電体５２３と正極活物質層５２２との間に、ポリスイッチ等に使用される多孔性ポリマ１７を挿入している。この多孔性ポリマ１７の空孔には電解液が入り込んでいるので、正極集電体５２３と負極集電体５３１間に電流を流すことができる。
【００６１】
電池コア内で内部短絡過電流が発生した場合には、その際の温度上昇により上記多孔性ポリマ１７が膨張し、多孔性ポリマ１７の空孔内から電解液が排出される。それにより、その部分に電流を流さないようにすることができる。
【００６２】
また、異物が原因で内部短絡過電流が発生した場合には、多孔性ポリマ１７の膨張により異物を押し切ることができる。その結果、実施の形態３の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００６３】
なお、上記多孔性ポリマ１７を、負極集電体５３１と負極活物質層５３０との間に挿入してもよい。また、多孔性物質であって、温度上昇により膨張して空孔内の電解液を排出可能であれば、多孔性ポリマ１７以外の任意の材質を採用可能である。
【００６４】
（実施の形態７）
次に、図１２を用いて、本発明の実施の形態７について説明する。図１２は、本実施の形態７における電池コアの部分断面図である。
【００６５】
図１２に示すように、本実施の形態７では、正極集電体５２３を、メタル部１８と多孔性ポリマ１７とで構成している。より詳しくは、メタル部１８に溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ１７を延在させている。
【００６６】
それにより、上述の実施の形態６と同様の効果を期待できるとともに、多孔性ポリマ１７の膨張によりメタル部１８における薄肉部を局所的に切断することもできる。それにより、より確実に内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００６７】
なお、正極集電体５２３を実施の形態４の場合のようにメッシュ状とした場合には、多孔性ポリマ１７の膨張により、線状部分を選択的に切断することができる。また、負極集電体５３１を、メタル部１８と多孔性ポリマ１７とで構成してもよい。
【００６８】
（実施の形態８）
次に、図１３を用いて、本発明の実施の形態８について説明する。図１３は、本実施の形態８における電池コアの部分断面図である。
【００６９】
図１３に示すように、本実施の形態８では、正極活物質層５２２に溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ１７を延在させている。それにより、内部短絡過電流が流れた場合に、多孔性ポリマ１７が膨張し、過電流が流れた部分における正極活物質層５２２を他の部分から切断することができる。この場合にも、実施の形態７の場合と同様に、内部短絡過電流から電池５を保護することができる。
【００７０】
なお、負極活物質層５３０に溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ１７を延在させてもよい。
【００７１】
（実施の形態９）
次に、図１４を用いて、本発明の実施の形態９について説明する。図１４は、本実施の形態９における電池コアの部分断面図である。
【００７２】
図１４に示すように、本実施の形態９では、正極活物質層５２２中に多孔性ポリマ１７を設けている。それにより、本実施の形態６の場合と同様の効果を期待することができる。
【００７３】
なお、負極活物質層５３０中に多孔性ポリマ１７を設けてもよい。また、正極あるいは負極活物質層５２２、５３０と、セパレータ５４との間に多孔性ポリマ１７を設けてもよい。
【００７４】
以上のように、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はあくまでも一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７５】
たとえば、正極端子および負極端子の材質として、アルミニウムや銅以外の通常用いられているあらゆる材料を用いることが可能である。
【００７６】
また、携帯情報端末の一例として携帯電話機を示したが、ノート型パソコンやビデオテープレコーダに本発明を適用してもよい。
【００７７】
さらに、本発明は、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などに適用可能である。また、１次電池に適用することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池によれば、従来のような保護回路を省略することができるので、電池の小型化および軽量化が可能となるばかりでなく製造コストをも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における携帯電話機の平面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における電池の斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１における電池の断面図である。
【図４】 実施の形態１の変形例における電池の断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態２における電池の断面図である。
【図６】 図５に示す電池の回路図である。
【図７】 （ａ）はこの発明の実施の形態３における集電体の平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って見た電池コアの断面図である。
【図８】 （ａ）はこの発明の実施の形態３の変形例における集電体の平面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿って見た電池コアの断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態４における集電体の平面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５における集電体の平面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６における電池コアの部分断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態７における電池コアの部分断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８における電池コアの部分断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態９における電池コアの部分断面図である。
【符号の説明】
１ 携帯電話機、２ 筐体、３ プリント基板、４ 本体回路、５ 電池、６ＰＴＣ素子、７〜９，１２ 配線、１０ ラミネートフィルム、１１ セル、１３ 封止部、１４ サーミスタ、１５ 溝、１６ 孔、１７ 多孔性ポリマ、１８ メタル部、１９ 矩形領域、５１ 電池コア（発電要素）、５２ 正極端子、５３ 負極端子、５４ セパレータ、５２０ 小断面積部（可溶融部分）、５２２ 正極活物質層、５２３ 正極集電体、５３０ 負極活物質層、５３１ 負極集電体。
Claims (6)
- 電力を発生させる発電要素と、
前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、
前記発電要素を覆う外装部材と、
前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を減少させる電流量制御手段と、
前記外装部材内に位置する前記正極端子および負極端子の少なくとも一方の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると溶融切断する可溶融部分と、
を備えた電池。 - 前記発電要素は、複数のセルを含み、
前記複数のセルは、それぞれ前記正極端子および負極端子を有し、
前記セル毎に前記可溶融部分を設けた、請求項１に記載の電池。 - 集電体を有し、電力を発生させる発電要素と、
前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、
前記発電要素を覆う外装部材と、
前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を減少させる電流量制御手段と、
前記集電体の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると、小断面積部が優先的に発熱し溶融切断する可溶融部分と、
を備えた電池。 - 前記可溶融部分は、前記集電体に設けられた溝部分を含む、請求項３に記載の電池。
- 前記集電体に貫通孔を設け、前記可溶融部分は、前記貫通孔の周囲の部分を含む、請求項３に記載の電池。
- 集電体を有し、電力を発生させる発電要素と、
前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、
前記発電要素を覆う外装部材と、
前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を減少させる電流量制御手段とを備え、
前記集電体をメッシュ状とし、所定の電流値を超える電流が流れた部分を溶融切断する、電池。
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