JP4209552B2

JP4209552B2 - 合金型温度ヒュ−ズ

Info

Publication number: JP4209552B2
Application number: JP17957999A
Authority: JP
Inventors: 充明植村; 朋晋三井; 俊朗川西
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001006508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合金型温度ヒュ−ズに関し、リチウムイオン二次電池等の異常昇温の未然防止に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、携帯電話、ＰＨＳ、携帯型のパ−ソナルコンピュ−タ等の携帯型電子機器の電源として、繰返し充放電が可能な電池、すなわち二次電池が使用されている。
この二次電池としては、リチウムイオン二次電池が高いエネルギ−密度、長いライフサイクル、高い作動電圧等のために注目されている。このリチウムイオン二次電池等においては、何らかの原因でエネルギ−が一挙に放出されると、電池が異常高温になって爆裂する畏れがある。
そこで、温度ヒュ−ズをリチウムイオン二次電池等の缶体に密接させ、かつ当該電池の＋極と−極との間に直列に挿入するようにして取付け、当該電池が所定の上限温度に達したときに電池回路を電気的に遮断することが提案されている。
【０００３】
この二次電池用温度ヒュ−ズに要求される一の条件は、薄型・小型であり、かかる薄型・小型温度ヒュ−ズとして、図５に示す合金型温度ヒュ−ズが公知である。
【０００４】
図５の（イ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、一対の帯状リ−ド導体３’，３’の先端部がプラスチックベ−スフィルム１１’の表面に熱融着され、その導体先端部間に低融点可溶合金片４’が接続され、この低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片がプラスチックカバ−フィルム１２’で封止されている。
【０００５】
図５の（ロ）に示す合金型温度ヒュ−ズにおいては、一対の帯状リ−ド導体３’，３’の先端部がプラスチックベ−スフィルム１１’の裏面より表面に水密に現出され、かつリ−ド導体３’とプラスチックベ−スフィルム１１’との間が熱融着され、現出導体３１’，３１’間に低融点可溶合金片４’が接続され、この低融点可溶合金片４’にフラックス５’が塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片がプラスチックカバ−フィルム１２’で封止されている。
【０００６】
更に、二次電池用温度ヒュ−ズに要求される他の条件は、リ−ド導体が二次電池の缶体に容易に溶接できるようにその缶体と同材質とすること、例えばニッケルとすることが挙げられる。
しかしながら、ニツケルははんだ接合が困難な金属であり、上記の合金型温度ヒュ−ズにおいて、リ−ド導体をニッケルにすると、リ−ド導体先端部での低融点可溶合金片の接合が困難となる。
【０００７】
そこで、ニッケルリ−ド導体の先端部表面に銅箔のクラッド、銅めっき等によって銅導体を設け、この銅導体に低融点可溶合金片端を溶着することが提案されている（特開平１１−４００２６号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ニッケルは銅に較べて熱伝導率が低く（約１／４倍）、この先端部表面を銅としたニッケルリ−ド導体ではニッケルを主材としているから、リ−ド導体を経ての熱伝達効率が銅リ−ド導体使用の場合に較べて劣り感熱性の相当の低下が避けられない。
【０００９】
また、上記リチウムイオン二次電池等においては、その高いエネルギ−密度のために定格電流を高く設定することが可能であるが、リ−ド導体の先端部をプラスチックベ−スフィルムに加熱融着している上記の合金型温度ヒュ−ズでは、リ−ド導体先端部の銅導体表面の酸化が加熱のために促進されたり、プラスチックベ−スフィルムから加熱により溶出する異物の付着が生じ、それだけ銅導体表面と低融点可溶合金片との溶着界面の抵抗値が高くなる結果、定格電流を高く設定すると、その高抵抗部位の平常時電流による発熱が原因しての動作誤差も懸念される。
【００１０】
従って、上記薄型・小型の合金型温度ヒュ−ズにおいて、リ−ド導体を二次電池の缶体と同材質にして溶接取付けの容易化を図り、そのリ−ド導体の先端部に易はんだ付け導体を設けてリ−ド導体と低融点可溶合金片との接合の容易化を図っただけでは、リチウムイオン二次電池の高エネモルギ−密度に基づく高い定格電流のもとでは、その二次電池の異常発熱の適確な未然防止を保証することは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、リ−ド導体とニッケル相手面との溶接が容易で、しかもリ−ド導体を経ての熱伝達性に優れた薄型・小型の合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
更に、この目的に加え、リチウムイオン二次電池のような高エネルギ−密度の二次電池の異常昇温の未然防止に好適に使用できる合金型温度ヒュ−ズを提供することにある。
【００１２】
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る一の合金型温度ヒューズは、リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リード導体の先端部がプラスチックベースフィルムの表面に融着され、その先端部間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リード導体に、後端部の少なくとも一部にニッケル被覆を施した銅または銅合金帯状体が用いられていることを特徴とする構成であり、本発明に係る他の合金型温度ヒューズは、リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リード導体の先端部がプラスチックベースフィルムの裏面より表面に水密に現出され、かつリード導体とプラスチックベースフィルムとの間が融着され、現出導体間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リード導体に、後端部の少なくとも一部にニッケル被覆を施した銅または銅合金帯状体が用いられていることを特徴とするこうせいであり、何れの構成においても、帯状リード導体先端部の銅または銅合金表面を研磨し、該研磨面に低融点可溶合金片端を溶着すること、定格電流値を０．１Ａ〜１５Ａとすることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一実施例を示す図面、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１１はプラスチックベ−スフィルムである。３，３は銅または銅合金の帯状リ−ド導体であり、その先端部裏面をプラスチックベ−スフィルム１１の上面に熱プレスで融着してある。このリ−ド導体の後半部の一部または全体には、電池缶体等のニッケル面との溶接を容易に行ない得るように、図２の（イ）または図２の（ロ）及び図２の（ハ）〔図２の（ロ）の正面図〕に示すように、めっき等によるニッケル被覆２を施してある。
４は低融点可溶合金片であり、リ−ド導体先端部の銅または銅合金表面を研磨しその研磨銅表面に低融点可溶合金片端を溶着してある。５は低融点可溶合金片に塗布したフラックス、１２はプラスチックベ−スフィルム１１の表面上に配したプラスチックカバ−フィルムであり、プラスチックカバ−フィルムの周辺のフィルム間及びプラスチックカバ−フィルムと帯状リ−ド導体との間を熱プレスや超音波融着或いは接着剤等で封止してある。
【００１４】
図３の（イ）は、本発明に係る温度ヒュ−ズの別実施例を示す図面、図３の（ロ）は図３の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図３において、３，３は前記と同じく銅または銅合金の帯状リ−ド導体を示し、後半部の一部または全体には、電池缶体等のニッケル面との溶接を容易に行ない得るように、めっき等によるニッケル被覆を施してあり、先端部を熱プレス等でプラスチックベ−スフィルム１１にその裏面側から表面側に表出させて融着し、次いで、これらの帯状リ−ド導体先端部の表出部３１，３１を研磨し、その研磨面に低融点可溶合金片４を溶着し、低融点可溶合金片４にフラックス５を塗布し、プラスチックカバ−フィルム１２でフラックス塗布低融点可溶合金片を封止してある。
【００１５】
本発明において、リ−ド導体の研磨した銅または銅合金表面への低融点可溶合金片の溶着は、研磨後酸化膜が実質上再生されない早期に行われ、その研磨領域は溶着部を包含する範囲内であれば適宜の範囲に設定できる。
上記銅または銅合金帯状導体のニッケル被覆領域は溶接箇所を包含する範囲であればよく、またニッケル被覆は不被覆部をマスキングし残部をニッケルめっきすることによって施すことができる。
上記ニッケル被覆の厚みは、０．１μｍ〜１０μｍとされる。
【００１６】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズは二次電池、特にリチウムイオン二次電池の異常発熱の防止に好適に使用できる。
図４は、上記図１に示した合金型温度ヒュ−ズの使用状態の一例を示し、ａは正極であるキャツプａに対して部位ｂで絶縁分離された負極のでニッケル缶体を示し、この缶体ａ上の絶縁膜ｃを局部的に剥離し、その露出缶体面に合金型温度ヒュ−ズの本体Ａと一方のリ−ド導体３１１のニッケル被覆面とを接触させ、この接触面を抵抗溶接等で溶接し、キャツプａの正極端子と合金型温度ヒュ−ズの他方のリ−ド導体３１２とを二端子として携帯機器の負荷に電気的に接続する構成である。
【００１７】
而して、一方のリ−ド導体３１１と缶体ｂとの溶接がニッケル同士の溶接であるために容易に行うことができる。
また、リ−ド導体の主体が銅または銅合金であり、これらの熱伝導率がニッケルに較べて相当に高いから（銅の熱伝導率４０３w/m.kに対しニッケルの熱伝導率は９４w/m.k）、電池の発生熱をリ−ド導体を経て温度ヒュ−ズの低融点可溶合金片に効率良く伝達でき優れた感熱性を保証できる。
更に、リ−ド導体先端部の銅または銅合金表面を研磨したうえでその研磨面に低融点可溶合金片端を溶着してあるから、低融点可溶合金片の溶着界面の抵抗値を充分に低くでき、また、溶着性の向上により界面溶着強度を高くでき（溶着は抵抗溶接、レザ−溶接等により行うが、研磨表面には酸化物等の異質物質が存在しないから、溶着部への異質物質の巻き込みを排除でき、低抵抗値で優れた機械的強度を保証できる）、低融点可溶合金片の断面積を安定に維持できる。従って、溶着部を含めた低融点可溶合金片の抵抗値を充分に低くでき、定格電流値を大きく設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱を防止して所定の温度で適確に作動させ得る。
更にまた、封止とフラックス塗布との二重の酸化防止機構により、銅または銅合金の研磨表面の後発的酸化をよく防止できるから、溶融した低融点可溶合金の研磨導体表面への濡れをよく保証でき、温度ヒュ−ズの作動時、溶融した低融点可溶合金が溶融フラックスとの共存下で銅または銅合金表面によく濡れさせて迅速に分断させ得る。
【００１８】
従って、高度の感熱性、リ−ド導体の電池缶体への溶接容易性を保証でき、更に定格電流値を高く設定しても、低融点可溶合金片の自己発熱をよく抑えて低融点可溶合金片の融点で規制された温度で適確に作動させることができる。
更に、温度ヒュ−ズの薄型・小型のために温度ヒュ−ズ装着電池の外形寸法もほぼ元のままに維持でき、リチウムイオン二次電池の異常発熱の防止に好適である。
【００１９】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズを上記のように二次電池の異常発熱の未然防止に使用する場合、二次電池の内部短絡などにより異常電流が流れると、その異常電流による低融点可溶合金片のジュ−ル発熱・溶断で通電を遮断させること、すなわち電流温度ヒュ−ズとしても機能させることができる。
また、低融点可溶合金片の近傍に抵抗体を取付け、温度以外の異常例えば二次電池過充電時の電圧上昇を検知して抵抗体を通電発熱させ、この通電発熱で低融点可溶合金片を溶断させること、すなわち異常昇温とこれ以外の異常との双方で温度ヒュ−ズを作動させることもできる。
【００２０】
上記した通り本発明に係る合金型温度ヒュ−ズでは、定格電流値を相当に高く設定できる。この定格電流は、０．１Ａ〜１５Ａ、好ましくは１．５Ａ〜１５Ａに設定され、この場合、低融点可溶合金片には抵抗値４５ｍΩ以下、好ましくは１５ｍΩ以下、特に好ましくは２ｍΩ以下のものが使用され、上記電極表面の研磨のために、低融点可溶合金片の断面寸法（丸線の場合は直径、リボンの場合は厚み）５０μｍ〜８００μｍのもとでリ−ド導体と電極及び低融点可溶合金片を経る抵抗値を充分に低くでき（低融点可溶合金片の抵抗値４５ｍΩ以下に対しては２０ｍΩ以下、低融点可溶合金片の抵抗値１５ｍΩ以下に対しては２０ｍΩ以下、低融点可溶合金片の抵抗値２ｍΩ以下に対しては１２ｍΩ以下）、低融点可溶合金片の自己発熱をよく防止して合金型温度ヒュ−ズを低融点可溶合金片の融点で規制された正確な温度で作動させ得る。また、低融点可溶合金片の断面寸法（丸線の場合は直径、リボンの場合は厚み）を３５０μｍ以下にして合金型温度ヒュ−ズの一層の薄厚化を図ることも可能となる。
【００２１】
上記低融点可溶合金片には、固相線温度が８０℃〜１２０℃、固相線温度が８０℃〜１２０℃である合金、例えばＩｎ３０〜７５重量％、Ｓｎ５〜５０重量％、Ｃｄ０．５〜２５重量％の合金、更にこの合金組成にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉのうちの１種または２種以上を合計０．１〜５重量％添加した合金、Ｂｉ４８〜５３重量％、Ｐｂ２８〜３３重量％、Ｓｎ１３〜１９重量％の合金、Ｉｎ０．５〜４重量％、Ｂｉ５０〜５４重量％、Ｐｂ３０〜３４重量％、Ｓｎ１４〜１８重量％の合金等を使用できる。
【００２２】
上記低融点可溶合金片に塗布するフラックスは、研磨したリ−ド導体先端部表面を無酸化状態に保持して溶融した低融点可溶合金片の濡れを促しつつ球状化分断を促進する作用を呈し、天然ロジン、変性ロジン（水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン等）及びこれらの精製ロジンにジエチルアミンの塩酸塩、ジエチルアミンの臭化水素酸塩等を添加したものを使用できる。
【００２３】
上記プラスチックフィルムには、厚み５μｍ〜２６０μｍ好ましくは１６０μｍ〜２１０μｍの熱可塑性樹脂フィルムを使用できる。例えば、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリアミド、ポリイミド、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンサルファイド、ポリサルホン等のエンジニアリングプラスチック、ホリアセタ−ル、ポリカ−ボネ−ト、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエ−テルエ−テルレトン、ポリエ−テルイミド等のエンジニアリングプラスチックやポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アイオノマ−、ＡＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂等）の中から選択される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る合金型温度ヒュ−ズにおいては、相手ニッケル面とリ−ド導体との溶接をリ−ド導体のニッケル被覆面において行うことができるから、その溶接を容易に行うことができ、また、リ−ド導体の主材を銅または銅合金としているから、リ−ド導体を経ての温度ヒュ−ズの低融点可溶合金片への熱伝達を効率良く行わせ得る。さらに、リ−ド導体先端部の銅または銅合金表面を研磨して低融点可溶合金片を溶着してあるから、その溶着界面を充分に低抵抗にでき高い定格電流値のもとでも自己発熱を排除して適確な温度で作動させ得る。
従って、缶体がニッケルであり、かつ常時電流がその大なる蓄積エネルギ−のために高く設定されるリチウムイオン二次電池の異常発熱の未然防止に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一実施例を示す図面である。
【図２】本発明において使用する帯状リ−ド導体を示す図面である。
【図３】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの別実施例を示す図面である。
【図４】本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの使用状態を示す図面である。
【図５】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
１１プラスチックベ−スフィルム
２ニッケル被覆
３帯状リ−ド導体
４低融点可溶合金片
５フラックス
１２プラスチックカバ−フィルム

Claims

リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リード導体の先端部がプラスチックベースフィルムの表面に融着され、その先端部間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リード導体に、後端部の少なくとも一部にニッケル被覆を施した銅または銅合金帯状体が用いられていることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
帯状リード導体先端部の銅または銅合金表面が研磨され、該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されている請求項１記載の合金型温度ヒュ−ズ。
定格電流値が０．１Ａ〜１５Ａである請求項１または２記載の合金型温度ヒュ−ズ。
リ−ド導体が電池の缶体に溶接される合金型の温度ヒュ−ズであり、一対の帯状リード導体の先端部がプラスチックベースフィルムの裏面より表面に水密に現出され、かつリード導体とプラスチックベースフィルムとの間が融着され、現出導体間に低融点可溶合金片が接続され、低融点可溶合金片にフラックスが塗布され、フラックス塗布低融点可溶合金片が封止され、帯状リード導体に、後端部の少なくとも一部にニッケル被覆を施した銅または銅合金帯状体が用いられていることを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
帯状リード導体先端部の銅または銅合金表面が研磨され、該研磨面に低融点可溶合金片端が溶着されている請求項４記載の合金型温度ヒュ−ズ。
定格電流値が０．１Ａ〜１５Ａである請求項４または５記載の合金型温度ヒュ−ズ。