JP4298986B2

JP4298986B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery

Info

Publication number: JP4298986B2
Application number: JP2002344215A
Authority: JP
Inventors: 正明金田; 兼人増本; 始小西; 克彦森; 正敏羽野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004178994A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の温度、電流にて電流を規制／遮断する電流規制／遮断素子を具備した非水電解質二次電池に関するもので、特に、過電流による異常発熱、高温状態に曝された場合の熱暴走を防止する機能を電池自体に設けると共に、樹脂被覆された電池缶を使用し、電池単体での使用を可能にした非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解質二次電池の一例である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、水溶液系の電池に比して安全性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、電池の正極端子と負極端子との間に金属片等が接触して外部短絡が生じた場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、この電流が内部抵抗によってジュール熱を発生させ、電池温度を上昇させてしまう。電池が高温になると正負極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圧力が急上昇し、電池の破裂や発火に至る恐れがある。
【０００３】
さらに電池が異常な状態に陥る原因は、上述した外部短絡だけでなく、電気的、機械的、熱的など種々の要因が考えられる。リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池では、電池が異常状態に陥ることを防止すると共に異常状態に陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が設けられている。
【０００４】
上記のような背景から、リチウムイオン二次電池は、ＰＴＣ（positive thermal coefficient）素子や温度ヒューズと共にパックケース内に収容した電池パック（例えば、特許文献１参照）や過充電や過放電等から電池を保護する電池保護回路を構成した回路基板と共にパックケース内に収容した電池パックの形態に構成されるのが一般的である。電池単独で機器に装填される構成でも、接続回路に前記のＰＴＣ素子や電池保護回路が設けられる。
【０００５】
電池が危険な状態に陥るのは、過電流や過充電、さらには高温環境への曝露により電池の温度が異常上昇することが最大の要因である。そこで、上記電池パックを構成する場合には、温度ヒューズを電池缶に接触させて配置したり、電池温度をサーミスタ等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場合に入出力回路を遮断する制御がなされる。しかし、電池温度の検知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。電池内部で温度を検出して異常高温に対応するのが最も好ましい処置である。これを実現すべく、電池缶の開口部に温度ヒューズを内蔵した封口体を配した円筒形の密閉型電池も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４９４８０号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−１５３３５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、角形電池のように小型化あるいは薄型化された電池には、ＰＴＣ素子や温度ヒューズを設けるスペースを確保することが困難であるため、電池パックの形態に構成して、電池の外部に電池保護回路やＰＴＣ素子を設け、電池が危険な状態に陥ることを防止している。さらに前述したように電池が危険な状態に陥る温度状態を電池の外部から検出しても、検出の遅れや検出精度に問題があり、小型薄型化された電池内の温度に対応して動作する安全機能を設けることが望まれている。
【０００９】
一方、電池保護回路やＰＴＣ素子を設けた構成では、温度ヒューズのみを具備した電池パックに比べて制御回路や素子の価格が高くなるため、コスト高を招いてしまう。さらに昨今、電池パックを使用する機器の価格低下に伴い、電池パックに対するコスト低減の要求が厳しくなっており、コスト高を招く電池パックの高機能化に逆行する市況環境である。そこで、電池パックを構成する筐体の構成を簡素化することが望まれている。
【００１０】
本発明者らは、上述した状況に鑑み、所定の温度、電流にて電流を制御する電流規制素子、及び電流遮断素子を具備した電池を提案した。この電池は、正極端子、負極端子の導体面を外部露出させる絶縁部材を前記封口板の上部に配置し、封口板と絶縁部材にて囲まれた空間に前記各素子を収容した構成を有しており、電池単体として使用可能である。
【００１１】
さらに、上記の電池は、発電要素を収容する電池缶の外面を樹脂フィルムにて被覆した外装被覆としている。樹脂フィルムは、一面に接着層を形成し、電池缶の表面を取り囲むように貼付されており、電池の表面には樹脂フィルムの巻着端が露呈している。このため、樹脂製の筐体を用いた電池パックに比較して、意匠性、商品性に劣ってしまう。
【００１２】
また、使用者が興味本位で電池の外装被覆を容易に剥離させる事が可能である。この時、外装被覆が剥がされた電池缶の部位は、正負極の何れか一方の電位を有しているため、他極の電位を有する部位との間で誤って短絡を発生させてしまう恐れがある。
【００１３】
以上のことから、本発明が目的とするところは、電池単体として使用可能とし、且つ外観の商品性を高めた電池であり、同時に安全機能を異なる複数の条件で作動させ、安全性を確保した非水電解質二次電池を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る非水電解質二次電池は、発電要素を収容した電池缶の開口端を封口板によって封口し、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る絶縁部材を前記封口板の上部に配置してなる非水電解質二次電池であって、前記封口板と絶縁部材に囲まれた空間に、所定の温度又は電流にて充放電電流を規制又は遮断する復帰式電流規制素子及び／又は所定の温度又は電流にて電流を遮断する非復帰式電流遮断素子が配設され、前記電池缶は、樹脂被覆金属板を、ＤＩ工法で、横断面形状が長円形の有底筒状に成形した成形体からなり、その外面側が少なくとも樹脂被覆されており、前記樹脂被覆は、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とする共重合ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ブチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とするポリエステル樹脂、またはこれらのポリエステル樹脂を少なくとも２種類ブレンドしたポリエステル樹脂、または上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層してなる複層のポリエステル樹脂のいずれか、さらにポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも１種類ブレンドした樹脂、さらに、ポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層した複層樹脂からなる二軸配向樹脂フィルムのいずれかにより構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の構成において電池缶は、樹脂被覆金属を横断面形状が長円形の有底筒状にＤＩ加工を施して成形されたケースを用いている。成形されたケースは、発電要素を収容し、後述する復帰式電流規制素子、及び非復帰式電流遮断素子を配置することで、電池に完成される。電池缶は、上記所定の樹脂被覆が施された樹脂被覆金属から形成されることにより、従来構成で不可欠であった外装被覆用の樹脂フィルムを必要としない。特に樹脂フィルムによる絶縁、保護が困難であった電池缶の底面部分も被覆されることから、底面被覆に要する部材も必要としない。このため、外装被覆を施すための工程を簡略化できる点、さらに電池の部品点数を削減できる点で有利な効果を奏する。
【００１６】
加えて、従来の電池缶における金属部分と外装の被覆層となる樹脂部分とが一体化されていることから、使用者による樹脂フィルムの剥離、及びこれに起因する短絡の発生を防止するだけでなく、外装被覆の物理的強度を向上させ、電池に対する擦れや引っ掻き等による外装被覆の破損を抑制できる効果も奏する。
【００１７】
一方、本発明の構成において、電池缶の開口端を封口する封口板と、正負極接続端子の導体面を露出させる絶縁部材とによって形成される空間部に、非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子を配置している。これにより、デッドスペースとなっていた空間部を有効活用でき、電池の体積を増加させることなく安全機能を備えた電池に構成することができる。さらに、複数の異なる温度／電流条件で電流を規制／遮断する素子を設け、これら素子が共に正負極の各端子よりも発電要素側に配置され、且つ電池表面に前記端子のみを露出させる構成とすることで、電池単体としての安全性を大幅に向上させるものである。
【００１８】
尚、絶縁部材は、封口板の上部に配置されており、前記正極端子、負極端子を含む端子の導体面を露出させ、他の部位を絶縁被覆するものである。この絶縁部材は、接続端子を露出させるための開口部を設けた形状に樹脂成形する事で得られる。また、前記の樹脂成型された絶縁部材を用いる構成に代えて、基板上に接続端子を形成し、他の部位を絶縁被覆することで端子部分を露出させる構成、また同様に基板上に端子部分を形成した後、端子部分が露出する様に樹脂成形を行う構成でも良い。
【００１９】
また、本発明に係る非水電解質二次電池は、上記本発明の構成において、正極端子、及び負極端子が絶縁部材上に形成するのが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、正極端子、負極端子が封口板の上部に配置される絶縁部材上に形成されることから、電池及び絶縁部材と別体にて端子を形成する必要がなく、構成の簡素化をはかることができる。
【００２１】
尚、本発明の構成において、正極端子及び負極端子は、非水電解質二次電池とこの電池を使用、或いは充電する機器との接続用途に供せられる端子部分を指すものである。これら端子は、上述した封口板の上部に配置される基板に形成する構成に加えて、非復帰式及び／又は復帰式の電流規制素子の表面に形成する構成、さらには封口板等の電池構成要素に形成する構成を、単独或いは組み合わせたものである。従って、本発明における正負極の接続端子は、電池缶及び封口板の表面において正負極の各電位を呈する部分を指すものではない。
【００２２】
またさらに、本発明に係る非水電解質二次電池は、上記本発明の構成において、絶縁部材が回路基板から構成され、この回路基板の一面に正極端子、及び負極端子を形成し、他面に少なくとも充放電状態を制御する制御回路を実装してなり、発電要素と正負極端子との経路に介挿されたスイッチ手段を制御し、非復帰式もしくは復帰式電流規制素子の何れか一方として機能するものである。
【００２３】
この構成によれば、正負極端子が形成された回路基板に、充放電状態を制御する制御回路、この回路にて制御され、電池缶に収容された発電要素と正負極端子とを接続する経路に配置されるスイッチ手段、とを備え、制御手段が電池に付加される電流、及び／もしくは温度を検出、評価し、電池への電流供給を遮断、或いは規制する必要があると判断した際に、スイッチ手段をオフ状態へ切り替えるものである。従って、制御回路は、非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子の何れか一方の機能を果たす事ができる。そこで、前記各素子の何れか一方の機能を制御回路にて代行することで、非復帰式電流遮断素子、復帰式電流規制素子を削減することができる。
【００２４】
制御回路は、正負極端子が形成された回路基板上に形成することで、部品点数の削減、省スペース化を実現できることから好ましい構成であるが、正負極端子の少なくとも一方を別体としても同様の機能を果たすことはできる。さらに、非復帰式電流規制素子、復帰式電流遮断素子に併用して、制御回路及びスイッチ手段による制御を設けても良い。この構成では、前記素子による２重の安全機能に加えて、制御手段による安全機能も反映することから、電池の安全性をさらに向上させる効果を奏するものである。
【００２５】
尚、本発明における非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子は、共に所定の動作温度及び／又は動作電流で電流を遮断／規制する。これら素子は、過大な電流が流れることで、温度上昇を生じ、この温度上昇により電流を規制／遮断する作用効果を奏するものである。また、素子が高温環境下におかれた場合には、温度上昇により電流を規制／遮断するものである。従って、これら素子は、温度、電流の条件により別個独立に作動するのではなく、素子に加わる温度、及び電流により生じた温度上昇の両因子が密接に絡み合って作動するものである。本発明に係る非水電解質二次電池は、復帰式電流規制素子による電流規制が非復帰式電流遮断素子による電流遮断に優先して生じさせるものであり、両素子の動作温度及び電流は、素子の特性、電池の使用条件等を鑑みて決定するのが好ましい。特に、非復帰式電流遮断素子は、温度による作動条件を優先すると、過大な短絡電流が流れた際に、電池自体の内部抵抗によってジュール熱が発生し、過度な温度上昇を招く虞がある。そこで、電流による作動条件を優先させ、ジュール熱による異常な温度上昇が生ずる前に非復帰式電流遮断素子を作動させることで、信頼性を高める効果が得られる。この設定は、非復帰式電流遮断素子が動作する電流値を低く設定することで実現できる。
【００２６】
好ましくは、復帰式電流規制素子の動作温度は８０〜１００℃に、非復帰式電流遮断素子の動作温度は１００〜１３０℃に設定すると、復帰式電流規制手段による動作がなされなかった場合にも、非復帰式電流遮断手段による動作がなされるので、二重の安全機能を構成することができる。
【００２７】
復帰式電流規制手段は、所定の動作温度以上に加熱された、或いは所定値以上の電流が加わった際に、抵抗値が急増するＰＴＣ素子が好適であり、抵抗値の急増により過大電流を規制することができる。また、所定値を超える動作温度、電流が加わった際に、変形により回路を開くバイメタルを適用することもできる。このバイメタルは、作動時には電流を遮断し、電流／温度が正常値に戻ると、再度、閉状態に復帰するものである。このように、復帰式電流規制素子は、異常状態に有る場合のみに電流を規制、或いは遮断するものである。さらに、ＰＴＣ素子、バイメタルに代えて、復帰式電流規制素子としては、形状記憶合金を用いたスイッチ機構やサーミスタ素子を用いることができる。後者のサーミスタ素子は、所定の動作温度に到達すると電流を規制する素子である。
【００２８】
一方、非復帰式電流遮断手段は、所定の動作温度以上に達した際に、溶融して回路を開く温度ヒューズが好適である。このヒューズの配置形状としては、封口板、接続リード、基板上にチップ状のヒューズを配置する構成、或いは基板上に過電流や異常温度で溶断する回路パターンを形成したパターンヒューズによる構成が好ましい。また、これらヒューズに代えて、所定の動作温度以上に達した際に、記憶する形状に戻って回路を開き、温度が低下しても開状態を維持するように設定された形状記憶合金を用いたスイッチ機構を適用することもできる。
【００２９】
【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。
（電池缶の作製方法）
本実施形態における電池缶は、以下の手順にて作成した。
【００３０】
本実施形態における電池缶は、樹脂被覆ニッケル鋼板を用いて形成した。この樹脂被覆ニッケル鋼板は、ニッケルメッキ層が形成された鋼板に熱可塑性樹脂フィルムを積層することによって得られるものである。また、このニッケルメッキ鋼板に代えて、アルミニウム合金板、好ましくはＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ合金を用いても良い。また、ニッケル鋼板やアルミニウム合金板に積層される熱可塑性樹脂フィルムには、ポリアミド樹脂を用いるのが好ましい。
【００３１】
ニッケルメッキ鋼板と熱可塑性樹脂フィルムの積層は以下のようにして行われる。すなわち、供給手段から連続的に送り出された鋼板を、加熱手段を用いて熱可塑性樹脂フィルムの融点以上の温度に加熱し、その両面に、フィルム供給手段から送り出された熱可塑性樹脂フィルムを接触させ、１対のラミネートロールの間で重ね合わせ、挟みつけて圧着した後、直ちに急冷することで作製される。
【００３２】
得られた樹脂被覆ニッケルメッキ鋼板は、絞り加工等の加工方法により電池缶とされる。好ましくはＤＩ工法を採用することで、底厚が側厚に比べて肉厚に設定された電池缶を効率的に作製できる。このＤＩ工法は、プレス加工によってカップ状に形成された中間製品をパンチにより絞りダイス、及び複数のシゴキダイスが一直線上に列設されたダイス列内に押し出すことで実施される。中間製品が、パンチの進出方向にその内径が小さくなるようにダイスが配列された絞りダイス、各シゴキダイス内に押し込まれる毎に絞り及びシゴキが加えられ、一工程で所定寸法の有底円筒形の電池缶に成形することができる。
【００３３】
電池缶の作製を実施するに際し、熱可塑性樹脂フィルムの上面に、高温揮発性潤滑剤を塗布するのが好ましい。高温揮発性潤滑剤は、加工後に２００℃程度の温度で数分の加熱を施した時に５０％以上飛散することが望ましく、具体的には、流動パラフィン、合成パラフィン、天然ワックスなどの単体、またはこれらの混合物から加工条件、加工後の加熱条件に応じ選択する。塗布される潤滑剤の特性としては融点が２５〜８０℃、沸点が１８０〜４００℃の範囲が好ましく、塗布量は缶外面となる面、缶内面となる面、加工条件、加工後の加熱条件等を考慮して決定される。
【００３４】
さらにニッケルメッキ鋼板やアルミニウム合金板に積層される熱可塑性樹脂としては、上述のポリアミド樹脂に代えて、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂などを主成分とした単層または複層の樹脂フィルム、これらの樹脂が２種以上ブレンドされた樹脂フィルム、あるいは共重合した樹脂フィルムなどを用いることができる。特にＤＩ工法を適用する場合には、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とする共重合ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ブチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とするポリエステル樹脂、またはこれらのポリエステル樹脂を少なくとも２種類ブレンドしたポリエステル樹脂、または上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層してなる複層のポリエステル樹脂のいずれか、さらにポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも１種類ブレンドした樹脂、さらに、ポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層した複層樹脂からなり、公知の押し出し機によりフィルム成形後、縦横二方向に延伸し、熱固定して製造される二軸配向樹脂フィルムが好ましい。
【００３５】
積層される樹脂フィルムの厚さは５〜５０μｍの範囲が好ましく、１０〜３０μｍの範囲がより好ましい。厚さが５μｍ以下の場合、連続的に高速で金属板に積層することがむずかしい。一方、積層される樹脂フィルムの厚さが５０μｍ以上になると、エポキシ系樹脂塗料などと比較して経済性の点からも好ましくない。
【００３６】
また、樹脂フィルムはニッケルメッキ鋼板やアルミニウム合金板に直接積層されてもよいし、樹脂フィルムとニッケルメッキ鋼板、或いはアルミニウム合金板の間にエポキシ−フェノール樹脂のような熱硬化性接着剤を介在させて積層されてもよい。熱硬化性接着剤を樹脂フィルムまたは鋼板／合金板のどちらかの、互いと接着する片面に予め塗布しておくことにより、熱硬化性接着剤を介在させて樹脂フィルムをニッケルメッキ鋼板、或いはアルミニウム合金板に積層することができる。
【００３７】
（第１の実施形態）
本実施形態は、非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池について説明する。図１は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外観を示すもので、扁平な角形電池として形成されている。この角形電池は、電池缶１の開口端を封口する封口板３に電池缶１内側に向けた凹部（図１には図示せず）を形成している。また、絶縁板１１は、封口板の上部に配置されており、封口板の凹部と絶縁板１１とにより囲まれた空間に、非復帰式電流遮断素子及び復帰式電流規制素子の双方を配置している。
【００３８】
図１において、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述した電池缶の作製方法によって得られた電池缶１を用いた。この電池缶１は、ニッケルメッキ鋼板の一方側のニッケルメッキ層をポリアミド樹脂フィルムにて被覆しており、樹脂フィルム側が外面となるようにプレス加工及びＤＩ加工を施すことによって断面形状が長円形である有底筒状に形成されている。そして、電池缶１内に発電要素を収容し、電池缶１の開口部は後述する封口板３によって封口され、封口板３上に設けられた正極端子（＋）及び負極端子（−）を構成する部位が封口板３上を閉じる絶縁板１１に形成された開口部から外部に露出するように構成されている。また、ポリアミド樹脂からなる電池缶１の被覆層２８には、レーザー印字、或いは印刷にて製造者名、品番、消費者への警告等の表示の用に供される。これら印字及び印刷は、電池缶１の作成工程以降に実施されるものである。缶形状への加工工程の前段階で印刷、印字を行った場合には、加工により変質、消去されてしまう。好ましくは、絶縁板１１を一体化し、電池として完成し、電池が正常に機能する状態、即ち製造工程の最終段階で、印字や印刷を施す方法が用いられる。この方法によれば、上記の表示に加えて製造番号等の印字も可能となり、電池の品質管理面で極めて有用な効果を奏する。
【００３９】
図２及び図３は、上記リチウムイオン二次電池の内部構成を示す部分断面図で、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ図２に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線位置での矢視断面であり、電池上部の内部構造を示している。電池缶１内には正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群１４が収容され、枠体２によって収容位置から移動しないように位置固定されている。電池缶１の開口端には缶内側に向けて凹部を形成した封口板３が嵌め合わされ、その周囲が電池缶１にレーザー溶接されることにより電池缶１の開口端が封口されている。封口板３の両側に形成された開口部の一方の開口部には上ガスケット７と下ガスケット５とにより封口板３と絶縁すると共に封口性を保ち、ワッシャ４及び後述するＰＴＣ素子９の下極板９ａを取り付けてリベット６が固定されている。他方の開口部は封口板３が電池缶１上に取り付けられた後に、電池缶１内に電解液を注液するためのもので、注液後は図示するように封栓１０が挿入され、封栓１０を封口板３に溶接することにより閉じられる。
【００４０】
このように封口板３に形成された開口部にガスケット５を介してリベット６を嵌入し、締結により封口板３に固定することで、リベット３が電池缶１内と封口板３上との間を電気的に接続することを可能にする。さらに、リベット６の電池缶１内側に極板群１４から引き出されたリードを接合することで、封口性を保った状態でリードとの接続を封口板３上に導くことができる。さらに、リベット６は電池缶１内側にリード接続用の延出部を形成しておくことで、リードの接続が容易になる効果を奏する。さらにまた、リベット６を締結する際に、後述する復帰式電流規制素子、又は非復帰式電流規制素子の端子を同時に締結すると、前記素子とリベット６との電気的接続が同時になされ、電池缶１内側で接続されたリードとの接続が別途の接続手段を用いることなくなされる。
【００４１】
図２、図３においては、前記極板群１４を構成する正極板から引き出された正極リード１２は、前記リベット６の延出部６ａに溶接接続され、負極板から引き出された負極リード１３は封口板３の底面に溶接接続される。封口板３の凹部内には、上ガスケット７によって封口板３と絶縁されたＰＴＣ素子（復帰式電流規制素子）９と、樹脂モールドされた温度ヒューズ（非復帰式電流遮断素子）８とが配設されている。温度ヒューズ８は所定の動作温度になったとき溶断する低融点合金を樹脂モールドして低融点合金の保護と伝熱性の安定化を図ったもので、低融点合金の一端は樹脂モールドの上面に配置された端子板８ａに接続され、低融点合金の他端は樹脂モールド外にリード板８ｂとして引き出されている。このリード板８ｂは前記ＰＴＣ素子９の上電極９ｂに半田付けにより接合されている。
【００４２】
封口板３の上部は、図示するように正極開口部１１ａ及び負極開口部１１ｂを設けた絶縁板１１によって閉じられる。前記正極開口部１１ａからは温度ヒューズ８の端子板８ａが外部露出して正極端子（＋）の用に供され、負極開口部１１ｂからは前記封栓１０の天面が外部露出して負極端子（−）の用に供される。この端子構成により、正極端子（＋）及び負極端子（−）を形成するための部材を用いることなく端子の形成がなされる。
【００４３】
上記のように、極板群１４を構成する正極板は正極リード１２、リベット６、ＰＴＣ素子９、温度ヒューズ８を通じて正極端子（＋）に接続され、負極板は負極リード１３、封口板３、封栓１０を通じて負極端子（−）に接続される。即ち、図４に回路図として示すように、極板群１４の正極板と正極端子Ａとの間には、温度ヒューズ８とＰＴＣ素子９とが直列に接続されたリチウムイオン二次電池に構成される。
【００４４】
前記ＰＴＣ素子９は、有機ポリマー材料に導電性カーボンを分散させたＰＴＣ導電性ポリマーを平板状に形成し、その上下面に上電極９ｂ、下電極９ａを取り付けて構成され、上電極９ｂ、下電極９ａ間の抵抗値は平常時に０．１Ω以下の低抵抗値であるが、所定の動作温度（トリップ温度）になると、抵抗値が１０の４乗〜６乗Ωにも急増するものである。温度ヒューズ８は、所定の動作温度で溶融する低融点合金の両端をそれぞれ端子板８ａ、リード板８ｂに接続したもので、所定の動作温度によって溶融したとき端子板８ａとリード板８ｂとの間の導通が遮断されるものである。
【００４５】
上記構成において、温度ヒューズ８はその動作温度が１００〜１３０℃に設定され、ＰＴＣ素子９の動作温度、即ちトリップ状態となる温度が８０〜１００℃に設定される。ＰＴＣ素子９のトリップ状態になる温度を８０℃、温度ヒューズ８の動作温度を１００℃に設定した場合、このリチウムイオン二次電池が装填された機器の故障や、金属物が正極端子（＋）と負極端子（−）との間に接触したような外部短絡が生じたとき、過大な短絡電流によりＰＴＣ素子９は温度上昇し、その温度がトリップ状態となる温度８０℃に達すると、抵抗値が急増するので短絡電流は一気に制限され、短絡によって電池が危険な状態に至る前に阻止することができる。短絡状態が解除されると、過大な短絡電流がなくなるので、ＰＴＣ素子９の温度は低下してトリップ状態から外れ、抵抗値も下がるので再び正常な電池使用が可能となる。
【００４６】
また、このリチウムイオン二次電池が装填された機器の故障などの原因によって高電圧が印加されたり、逆充電がなされたような場合に、ＰＴＣ素子９が絶縁破壊され、それによる電流規制の作用が働かなかったときには、電池温度の急激な上昇により１００℃の温度状態に達すると、温度ヒューズ８が溶断して、ＰＴＣ素子９が動作し得ない状態での危険状態への移行が阻止される。このような二重の安全機能によってエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池を安全に使用することができる。
【００４７】
また、真夏の炎天下に駐車したクルマの車内に電池又はそれが装填された機器が放置されていたような場合に、電池温度は８０℃を超えるまでになることがある。このとき、ＰＴＣ素子９はトリップ状態となって抵抗値が増大するために電池の使用はできず、電池が異常温度になっている状態で使用されることが防止できる。電池が通常の温度環境に戻されると、ＰＴＣ素子９はトリップ状態から復帰するので、再度正常な電池使用が可能である。電池が１００℃を超えるような高温環境下に曝されたような場合には、電解液や極板活物質が熱により変質し、正常な充放電反応が得られない恐れがある。このような高温状態に陥った場合には、温度ヒューズ８が溶断して電池の使用を不可にすることで危険状態への移行を阻止することができる。
【００４８】
上記温度ヒューズ８とＰＴＣ素子とは、封口板３上に取り付けられる以前に一体化された１つの複合パーツとして構成され、ＰＴＣ素子９の下電極９ａに形成された穴にリベット６の軸部を差し込み、リベット６を上ガスケット７及び下ガスケット５を介して封口板３に締結することにより、電気的接続と共に封口板３上への取り付けがなされる。
【００４９】
上記構成になる電池の製造は、以下に示す手順により実施することができる。まず、封口板３の凹部内に上ガスケット７を配し、その上に温度ヒューズ８とＰＴＣ素子９とを一体化した複合パーツを置き、封口板３の底面側に下ガスケット５を配してリベット６により下ガスケット５、上ガスケット７、ＰＴＣ素子９の下電極９ａ、ワッシャ４を締結すると、封口板３に安全機能及び端子を備えた更なる複合パーツが形成される。更に、封口板３の凹部内の温度ヒューズ８やＰＴＣ素子９が収容された部位は凹部の側壁及び突出部３３によって囲まれているので、そこに配設された構成要素を包み込んでシリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂材料が充填される。樹脂充填は側壁及び突出部３３で囲まれた中で行なわれるので、樹脂が負極端子（−）となる封栓１０に付着しないように充填することができる。この樹脂充填により封口板３の凹部内に配置された各構成要素が絶縁体で被覆固定され、電池に振動や衝撃が加わったときにも各構成要素が保護され、絶縁性が向上すると同時に熱伝導性がよくなり、ＰＴＣ素子９や温度ヒューズ８に対する伝熱性を向上させることができる。
【００５０】
このように複合パーツに構成された封口板３と、極板群１４を収容した電池缶１との間で正極リード１２及び負極リード１３の接続を行なう。正極リード１２及び負極リード１３は、極版群１４から枠体２に設けられた穴から外部に引き出され、電池缶１より外に置かれた封口板３との接続作業が容易にできるように長く引き出されている。このリード接続がなされた後、電池缶１の開口端に封口板３を嵌め込むと、正極リード１２及び負極リード１３は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、枠体２上に折り畳まれる。電池缶１の開口端に嵌め込まれた封口板３の周縁と電池缶１の内周縁との間はレーザー溶接され、封口板３は電池缶１に固定される。
【００５１】
次いで、封口板３の開口部から電池缶１内に電解液が注入された後、開口部には封栓１０を嵌入させて開口部を閉じると共に、レーザー溶接によって封口板３に固定される。この後、封口板３上を閉じるように絶縁板１１が封口板３及び電池缶１に接合されると、絶縁板１１に形成された正極開口部１１ａから温度ヒューズ８の端子板８ａが外部露出し、負極開口部１１ｂから封栓１０の天面が外部露出して正極端子（＋）及び負極端子（−）が形成される。さらに、図２、図３に示すように、破線で示すように、樹脂被覆層２８で絶縁板１１の周囲まで電池缶１を被覆しており、図１に示すような外観に形成される。この樹脂被覆層２８は、ＰＥＴ等の樹脂フィルムによって形成することができる。
【００５２】
図１、図２に示すように、正極端子（＋）及び負極端子（−）が電池の天面の一方に偏った位置に形成されているので、機器の電池収容スペースに対して逆装填されることが防止できる。この電池では機器との接続は、正極端子（＋）及び負極端子（−）に機器側に設けられたプローブが圧接することによってなされ、電池の形状は左右対称になっているので、逆装填される恐れは多分にあるが、この偏った位置に端子が形成されていることにより、逆装填は確実に防止できる。
【００５３】
本実施形態に示した角形の電池では、従来は発電要素を収容した電池缶の開口部は平らな封口板で封口され、封口板と極板群との間の空間は極板群から引き出されたリードの接続空間としての用に供されるだけの空間であったが、上述のように本実施形態の構成のように、凹部を形成した封口板３によって電池缶１の開口部が閉じられることにより、封口板３の凹部に電池の安全機構を設けて空間が有効活用され、安全機能を備えた角形リチウム二次電池が構成される。
【００５４】
前記封口板３は、プレス加工により所要の板材を絞り加工して凹部を形成した後、電池缶１の内径寸法に対応する形状に外形抜き加工することによって形成される。この外形抜き加工を行なうプレス金型を変更、即ち、抜き形状寸法を変更することにより、電池容量により電池の短側面の幅が異なる電池にも容易に対応させることができる。角形のリチウムイオン二次電池の場合、電池の短側面の幅を大きくすると、巻回する正負極板の長さを増加させることができ、極板群１４の反応面積を増加させることができるので、同一形状でありながら電池の短側面の幅が異なり、電池容量が異なる複数品種の電池が構成される。このとき、各品種毎の電池を製造するのに用意される封口板３を製作するために、各品種毎の封口板３を製作する金型を複数に準備することなく、外形抜きの金型を変更するだけで複数の品種に対応させることができる。
【００５５】
図５は、電池の短側面の幅が異なる２種類の電池を製造するための封口板３の外形寸法変更の例を示すもので、図５（ａ）に示すように、共通の絞り加工金型により板材２６を絞り加工して凹部２９を形成すると、凹部２９の周囲にフランジ部分が形成される。この後、本実施形態に示した電池のように短側面の幅Ｗ１が小さい場合には、凹部２９の立ち上がり部外側の至近位置でフランジ部分を打ち抜く外形抜き加工がなされて形成された封口板３は、図５（ｂ）に示すように、短側面の幅Ｗ１が小さい電池缶１の開口部に嵌り合う状態となる。一方、短側面の幅をＷ２に増加させた電池の場合には、外形抜き金型の加工位置を大きくすると、図５（ｃ）に示すように、短側面の幅をＷ２に増加させた電池缶１ａに対応する封口板３ａに形成することができる。
【００５６】
以上説明した各実施形態において、ＰＴＣ素子９が適用された復帰式電流規制素子は、所定の動作温度以上になったとき変形して接点を開き、温度が低下すると元の状態に復帰して接点を閉じるバイメタルによって構成することもできる。また、温度ヒューズ８が適用された非復帰式電流遮断素子は、所定の動作温度以上になったとき記憶された形状に戻って接点を開き、電流回路を遮断する形状記憶合金を備えたスイッチ構造によって構成することもできる。
【００５７】
また、本実施形態の構成では、正極接続ラインに温度ヒューズ８及びＰＴＣ素子９を配設しているが、負極接続ラインに配設することもできる。また、温度ヒューズ８とＰＴＣ素子９とを正極接続ラインと負極接続ラインとに振り分けて配設することもできる。要は電池の入出力ライン上に配設されていれば、その効果は同様に発揮される。
【００５８】
また、各実施形態に説明したＰＴＣ素子９と温度ヒューズ８とによる二重の安全機能に加えて、電池缶１内の圧力が異常上昇したとき、異常内圧を外部に排出する異常内圧排出構造を設け、三重の安全機能を構成することができる。前記異常内圧排出構造は、内圧によって動作する弁体を用いた構成、クラッド板の薄板部分を内圧で破断する構成、電池缶１の一部をスクライブ又は刻印によって薄肉化して内圧で薄肉部分を破断させる構成を適用することができる。
【００５９】
図１に示したように、小型薄型化された本実施形態のリチウムイオン二次電池では、異常内圧排出構造はスペース占有率が少ない構成が望ましく、図６及び図７に例を示す構成が好適である。
【００６０】
図６は、電池缶１の胴部分にスクライブ２４を形成し、電池缶１の材厚をスクライブ２４によって部分的に薄肉化した異常内圧排出構造の例を示すものである。スクライブ２４は電池缶１の材厚を５〜９０％まで減少させるように溝状に形成する。温度上昇に伴うガスの発生により内圧が異常上昇し、内圧がスクライブ２４による電池缶１の破断強度を越えたとき、電池缶１はスクライブ２４から破断するので、異常内圧は外部に排出されて破裂等の危険な状態に陥ることが防止できる。
【００６１】
図７は、封口板３をステンレススチール板２１にアルミニウム板２２を接合したクラッド板で形成し、所要位置のステンレススチール板２１に排気穴２０を設け、この排気穴２０を薄いアルミニウム板２２で塞いだ異常内圧排出構造の例を示すものである。温度上昇に伴うガスの発生により内圧が異常上昇し、内圧がアルミニウム板２２の破断強度を越えたとき、排気穴２０を塞ぐアルミニウム板２２は破断するので、異常内圧は外部に排出されて破裂等の危険な状態に陥ることが防止できる。排気穴２０内のアルミニウム板２２は、図示するように穴内に膨出する球面に形成しておくことにより、圧力が球面に集中するため安定した破断動作が得られる。この異常内圧排出構造は、封口板３上に配置される構成要素により閉塞されない位置に形成される。
【００６２】
上記例に示すような異常内圧排出構造は、温度ヒューズ８が溶断し、それでも電池温度が１００℃以上である場合に、ガス発生による内圧の上昇によって排出動作が起動するように構成される。従って、復帰式電流規制素子及び非復帰電流遮断素子の動作が正常に働かない状態にあっても、最終の安全機能として動作する。この異常内圧排出構造を設けることによって、ＰＴＣ素子９、温度ヒューズ８に加えて三重の安全機能を備えたリチウムイオン二次電池を構成することができ、更にはセパレータのシャットダウンによる安全機能が約１５０℃で働くことから、高エネルギー密度の電池を安全使用することができる。
【００６３】
また、以上説明した実施形態は、ニッケルメッキ鋼を用いた電池缶１を扁平な角形に形成した例について説明したが、樹脂被覆されたアルミニウム合金やステンレス鋼を用いることもでき、それらを円筒形に形成した電池に本構成を適用することもできる。
【００６４】
以上のように、第１の実施形態に係る非水電解質二次電池は、封口板に形成した凹部内に電池の安全機能となる復帰式電流規制素子や非復帰式電流遮断素子などの電池の構成要素を配設することで、電池缶内の極板群と封口板との間にできるデッドスペースとなっていた空間を有効に活用し、電池の体積を増加させることなく安全機能を備えた電池に構成することができる。また、封口板上に配設された構成要素の導体面を正極端子又は負極端子として外部露出させることができ、端子を形成するための部材を設けることなく、部品点数を減らしてコストダウンを図ることができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態と同様に非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池について説明する。図８は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００ａ，１００ｂの外観を示すもので、扁平な角形電池として形成されている。
【００６６】
本実施形態では、正極端子、負極端子を含む接続端子が端子板１０２上に形成している。この端子板は絶縁性の樹脂材料からなり、電池の表面に露出する外面側には、前記接続端子のみが露出している。一方、端子板の内面側には、非復帰式の電流遮断機能を果たす制御回路、及び一方の接続端子と発電要素との電気的接続を遮断するスイッチ手段が実装されている。また、端子板１０２と電池本体１０１との間には、復帰式の電流規制素子が配置されている。従って、各電流規制素子が前記端子板と電池本体１０１の封口板により形成される空間に配置されることになる。
【００６７】
以下、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成について詳述する。図８において、電池本体１０１はその正極及び負極に接続された端子板（基板）１０２と樹脂モールド体１０３により一体化され、端子板１０２の外面上に正極端子１０４及び負極端子１０５が形成されている。電池１００ａは、端子板１０２を電池本体１０１の封口面と平行に配置し、正極端子１０４及び負極端子１０５を上面に設けた構成である。電池１００ｂは、端子板１０２を電池本体１０１の側面と平行に配置し、正極端子１０４及び負極端子１０５を側面端に設けた構成である。
【００６８】
前記電池本体１０１は、図９に示すように、横断面形状が長円形の有底筒状に形成された電池缶１２２内に発電要素を収容し、その開口端は封口板１２３がレーザー溶接されることによって封口されている。電池缶１２２について、本実施形態では第１の実施形態におけるニッケルメッキ鋼板に樹脂被覆層を形成した電池缶に代えて、アルミニウム合金板、詳しくはＡｌ−Ｍｎ合金にポリアミド樹脂層を形成し、同様にプレス加工、及びＤＩ加工を施したものを使用している。電池缶１２２に接合して電池正極となる封口板１２３には、その中央に上ガスケット１２４ａ及び下ガスケット１２４ｂにより絶縁して電池負極となるリベット１２５が締結されている。また、封口板１２３の一部は箔状板を貼り合わせたクラッド板に形成されており、クラッド板部分に放出口１２０ａを形成した安全弁１２０が構成されている。また、封口板１２３の両側には樹脂モールド体１０３を電池本体１０１に係合する一対の係合部材１２６が形成されている。この係合部材１２６の形成方法は、封口板１２３にプレス加工により形成する方法、係合部材１２６を封口板１２３に溶接接合する方法のいずれかを採用することができる。
【００６９】
尚、封栓１２７は電解液注入口を閉じる用途に供され、電池缶１２２内に電解液を注入した後、電解液注入口は封栓１２７によって閉じられ、封栓１２７は封口板１２３に溶接される。
【００７０】
上記構成になる電池本体１０１には、図１０に示すように、リベット１２５に一方の電極板を接合してバイメタル素子１１０が配設され、バイメタル素子１１０の他方電極板は封口板１２３上に貼着された絶縁シート１２１上に配置され、後述する正極接続リード板（正極接続ライン）１０８と接合される。このバイメタル素子１１０は、可動接点構造を有している。この接点に過電流が流れることで発生する過度の温度上昇や高温環境により、接点が反転し、完全に電流を遮断する復帰式電流規制素子である。このバイメタル素子の動作温度は、上述した第１の実施形態と同様に８０〜１００℃に設定される。この設定は、可動接点を構成する熱膨張係数の異なる２種類の金属の貼り合わせ状態、形状等を制御することで、任意に設定可能である。また、このバイメタル素子は、通電時で１０ｍΩ程度の接触抵抗値を示し、ＰＴＣ素子に比べて３分の１となることから、電池の負荷を低減する効果を有する。このようなバイメタル素子１１０は、後述する樹脂の充填成形時に溶融状態にある成形樹脂に接することになる。バイメタル素子１１０は、成形時の熱負荷に耐えうる特性を有しているが、バイメタル素子１１０が熱破壊されないように断熱シート１１６を配設するのが好ましい。また、安全弁１２０の放出口１２０ａを覆って樹脂シート１４０が貼着される。
【００７１】
端子板１０２は、図１１に示すように、外面側となる一方面に正極端子１０４及び負極端子１０５が形成され、電池本体１０１に対向する内面側となる他方面に電池本体１０１と接続する正極接続ランド１０６及び負極接続ランド１０７が形成されている。前記正極端子１０４及び負極端子１０５は板面上に貼り付けられた銅箔をエッチングして形成することができるが、板面に端子部材を取り付けて構成することもできる。
【００７２】
また、電池１００ｂのように側面に正極端子１０４及び負極端子１０５を設けた構成は、機器側の接続端子と摺動接触させるのに好適な構造なので、板状の端子部材を端子板１０２に取り付けることが望ましい。更に好ましくは、略コ字状に形成された端子部材を用い、端子板１０２の内面側と外面側とを接続する構成とすることで、端子板１０２の両面に接続端子を容易に形成できる。
【００７３】
端子板１０２は、その一方面と他方面との間を図示しないスルーホールにて接続している。また、回路パターンにより要所が接続されている。この回路パターンは、端子板１０２の内面側、外面側の何れの面に形成することができるが、外面側に形成した場合には接続パターンを絶縁被覆する構成が必要となる。
【００７４】
さらに端子板１０２の内面側には、前記回路パターン、正極及び負極の接続ランドに加えて、非復帰型電流遮断素子の機能を果たす制御回路、及び発電要素と正負極の少なくとも一方の端子との電気的接続を遮断するスイッチ手段（何れも図示せず）が形成されている。この制御回路は、過電流、異常温度を認識した際に、スイッチ手段を開状態とし、電池温度の低下、過電流の付加が解除した場合でもスイッチ手段は開状態を維持し、非復帰型電流遮断素子として機能する。
【００７５】
既に述べたように本実施形態における非復帰型電流遮断機構は、発電要素の少なくも一方の電極と封口板上に位置する同極性の端子とを接続する接続ライン上にスイッチ手段を配置している。このスイッチ手段は、好ましくは正極と正極端子との間にFET素子を配置したものであり、FET素子が制御回路にて制御される。本実施形態では、復帰型電流規制素子であるバイメタル素子１１０と組み合わせていることから、バイメタル素子１１０が動作した後も温度上昇、過電流が継続した場合に制御回路による電流遮断素子としての機能を奏している。さらに、この構成では、非復帰型電流遮断素子として制御回路を用いていることから、後述する樹脂モールド時の熱影響を排除することができる特有の効果も奏する。この熱影響は、温度ヒューズ等の熱感応性を有する電流規制／遮断素子を用いた場合に共通して認められる特有の現象であり、樹脂モールド時に成形樹脂の熱、圧力により前記の素子が溶断してしまい、素子としての機能を喪失、若しくは劣化する虞がある。このような不具合を解決するために、素子を成形樹脂から保護する部材を配置する構成を本発明者らは先に提案したが、工数の増加等を招いてしまう。上述した構成で有れば、樹脂モールド時の熱影響を排除できる特有の効果を得ることができる。
【００７６】
また、バイメタル素子１１０に代えて非復帰型電流遮断素子として温度ヒューズを用いることでもできる。この場合には、上記の制御回路は復帰型電流規制素子として機能させる必要があり、温度ヒューズに動作に先立って制御回路がスイッチ手段を開状態とすることで電流を規制（遮断）し、電池が定常状態に復帰した際にスイッチ手段を閉状態とすることで通常使用を可能にする。
【００７７】
さらに、前記の温度ヒューズに代えて、回路基板上にパターンヒューズを形成し、これが非復帰型電流遮断素子としての機能を果たす構成としても良い。このパターンヒューズは、回路パターンに比べて極細のパターンを端子板１０２上に形成することで得られる。高温状態になると、パターンヒューズは端子板１０２上で溶断し、電気的接続が断ち切られる。同様に、過大な電流が付加された場合にも、パターンヒューズに発生する過度の温度上昇により、ヒューズ部分が溶断し、完全に電流を遮断する非復帰式電流遮断素子の特性を示す。端子板状にパターンヒューズと制御回路を形成する構成では、復帰式電流規制素子、非復帰型電流遮断素子の双方が回路基板上に形成されることから、これら素子の少なくとも一方を電池本体１０１と端子板１０２との間に別途配置する必要が無く、構成の簡素化、及びコストの削減を可能にする。また、非復帰型電流規制素子が回路パターンと同時に端子板１０２上に形成可能なため、製造工程の簡略化にもつながる。
【００７８】
以下、復帰型電流規制素子としてバイメタル素子１１０を用いた本実施形態に係る構成に戻って説明を継続する。前記正極接続ランド１０６及び負極接続ランド１０７には、図１１（ｃ）に示すように、それぞれ正極と正極端子を電気的に接続する正極接続ラインの機能を果たす正極接続リード板１０８、負極接続ラインである負極接続リード板１０９の一端が半田付けにより接合される。この端子板１０２は、図１２に示すように、正極接続リード板１０８の他端を封口板１２３に接合し、負極接続リード板１０９の他端を前記バイメタル素子１１０の他方電極板に接合して電池本体１０１に接続される。図８（ａ）に示した電池１００ａに構成する場合には、端子板１０２は図１２（ａ）に示すように封口板１２３と平行になるように正極接続リード板１０８及び負極接続リード板１０９を折り曲げる。図８（ｂ）に示した電池１００ｂに構成する場合には、図１２（ａ）に示すように封口板１２３に対して直交した状態のままでよい。
【００７９】
上記のように電池本体１０１と端子板１０２とを接続した後、図１３に示すように、電池本体１０１と端子板１０２との間に樹脂を充填成形して電池本体１０１と端子板１０２とを一体化する。電池本体１０１はその表面の大部分が金属体であり、充填成形された樹脂モールド体１０３と接合し難いが、封口板１２３上に取り付けられた係合部材１２６が樹脂モールド体１０３に包み込まれ、そのアンダーカット部分で樹脂モールド体１０３に係合するので、樹脂モールド体１０３に対する投錨効果が得られ、樹脂モールド体１０３は電池本体１０１に接合した状態となる。端子板１０２は正極接続リード板１０８や負極接続リード板１０９が樹脂モールド体１０３内に包み込まれて樹脂モールド体１０３と係合するが、更に係合性を向上させるには、リベット状の突起を設けると、係合部材１２６と同様の効果が得られる。充填成形される樹脂としては、熱可塑性ポリアミド樹脂が用いられる。この樹脂は、接着性、電気絶縁性、耐薬品性に優れており、さらに１９０℃〜２３０度の範囲で成型可能なことから電池本体１０１、バイメタル素子１１０等への熱影響を抑制することができる。
【００８０】
さらに、端子板１０２及び電池本体１０１の樹脂モールド体１０３と接する面に樹脂及び金属と接着性のよい接着剤を塗布することによって、樹脂モールド体１０３と電池本体１０１及び端子板１０２との接合性を向上させることもできる。この接着剤としては、ポリアミド樹脂のホットメルト接着剤や、エポキシ樹脂系、シリコン変成樹脂系の接着剤が用いられる。
【００８１】
このように本実施形態では、樹脂モールド体１０３により端子板１０２と電池本体１０１とを一体化する構成を採用している。この樹脂モールド１０３による一体化に代えて、予め復帰式電流規制素子や正負極の接続リードを電池本体、及び端子板に接続しておき、電池本体と端子板との間に樹脂枠体を配置し、これらを一体化することで本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池における非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子の動作を詳細に説明する。
【００８３】
上記構成になる電池１００ａ，１００ｂは、正極端子１０４と負極端子１０５との間が何らかの原因によって外部短絡された場合に、短絡による過大な短絡電流によってバイメタル素子１１０の可動接点が温度上昇し、その温度が設定された可動接点の反転温度を越えたとき、通常温度状態では極少な抵抗値であるバイメタル素子１１０は可動接点の形状変化により電流が遮断される。このため、短絡電流はバイメタル素子１１０により遮断され、電池が外部短絡により温度上昇して破裂等の事態に陥ることを防止する。
【００８４】
また、電池１００ａ，１００ｂが高温環境に曝された際にも、バイメタル素子が温度上昇によって可動接点を反転させるので、高温環境で電池が使用状態となることを防止する。即ち、電池１００ａ，１００ｂはバイメタル素子１１０の内蔵した安全機能を備えたものとなる。そして、短絡電流や高温環境というバイメタル素子１１０を作動させる要因が除去され、電池が正常な条件下で使用可能な状態になると、バイメタル素子１１０の可動接点は導通を再開し、電池は使用可能な状態になる。
【００８５】
一方、電池が外部短絡されているにも拘わらず、バイメタル素子１１０による電流遮断機構が動作しない場合、あるいはバイメタル素子１１０を破壊するような過大な電流が付加された場合には、これら電流により制御回路がスイッチ手段を開状態とし、電流が遮断される。また、バイメタル素子１１０の作動温度よりも高温環境に曝された場合にも、制御回路が作動し、電池を使用不能な状態とする。
【００８６】
さらに電池１００ａ，１００ｂが、前記の各電流規制素子の作動温度を超える異常温度にまで上昇して電池本体１０１内にガスが発生すると、電池本体１０１が破裂に至る恐れがあるが、発生したガスの圧力が安全弁１２０を作動圧力に達すると、安全弁１２０はその箔状板部分が破断して異常上昇した内圧を外部に放出する。安全弁１２０の放出口１２０ａ上は樹脂シート１４０により塞がれ、更に樹脂モールド体１０３で覆われているので、放出口１２０ａから噴出したガスは樹脂シート１４０及び樹脂モールド体１０３と電池本体１０１との界面から外部に放出される。従って、電池本体１０１が温度上昇によって破裂に至ることは防止され、前記バイメタル素子１１０、制御回路と共に三重の安全機能が設けられた電池１００ａ，１００ｂに構成することができる。
【００８７】
上記のように構成された電池１００ａ、１００ｂは、更に外装被覆を設けることによって外観及び強度の向上を図ることができる。外装被覆は、図１３（ｂ）に示すように、正極端子１０４及び負極端子１０５上に開口部を形成して端子板１０２上を被覆する二次モールド体１５０によるもので、図１４に示すような外観の電池１００ｃ，１００ｄに仕上げることができる。一方、電池缶１２１の表面にはポリアクリル樹脂からなる樹脂被覆層（図示せず）が形成されており、電池の意匠性を向上させる効果が得られる。さらに、第１の実施形態と同様に品番等の印字、印刷がなされる。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、携帯電子機器等の電源として好適な小型の二次電池内にその安全機能を設けることができ、同時に電池缶に樹脂被覆層を設けることで電池単体として電池パックの機能を奏するものである。これにより低コストに信頼性を確保した非水電解液二次電池を提供することができ、その工業的価値は大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る角形のリチウムイオン二次電池の構成を示す外観斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る電池の内部構成を示す部分断面図。
【図３】同上構成の（ａ）はＡ−Ａ線、（ｂ）はＢ−Ｂ線、（ｃ）はＣ−Ｃ線での矢視断面図。
【図４】同上構成の回路図。
【図５】封口板のプレス加工による形成を示す断面図。
【図６】スクライブによる異常内圧排出手段を設けた電池の斜視図。
【図７】クラッド板を用いた異常内圧排出手段の構成を示す部分断面図。
【図８】第２の実施形態に係る電池の外観を示す斜視図。
【図９】同電池の本体の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図１０】同電池の本体にバイメタル素子を取り付けた状態での（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図１１】端子板の構成を（ａ）は外面側、（ｂ）は内面側、（ｃ）はリード板取付け状態をそれぞれ示す斜視図。
【図１２】端子板の電池本体への取付け状態を示す斜視図。
【図１３】端子板と電池本体とを樹脂モールド体で一体化した状態を示す断面図。
【図１４】電池の外装被覆を施した状態の電池の斜視図。
【符号の説明】
１電池缶
３封口板
６リベット
６ａ延出部
８温度ヒューズ（非復帰式電流遮断素子）
９ＰＴＣ素子（復帰式電流規制素子）
９ａ下電極
１１絶縁板
１１ａ正極開口部
１１ｂ負極開口部
１２正極リード
１３負極リード
１４極板群
１６樹脂
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ電池
１０１電池本体
１０２端子板（基板）
１０３樹脂モールド体
１０４正極端子
１０５負極端子
１１０バイメタル素子
１２３封口板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery equipped with a current regulating / shut-off element that regulates / shuts off current at a predetermined temperature and current, and particularly when it is exposed to abnormal heat generation due to overcurrent or a high temperature state. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery that is provided with a function for preventing thermal runaway of the battery itself and that can be used as a single battery by using a resin-coated battery can.
[0002]
[Prior art]
A lithium ion secondary battery, which is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery, has a high energy density and uses a flammable organic solvent as an electrolyte. Therefore, safety considerations are more important than aqueous batteries. Become. It is necessary to ensure safety so as not to damage the human body and equipment even when an abnormality occurs for some reason. For example, when a metal piece contacts between the positive and negative terminals of a battery and an external short circuit occurs, an excessive short circuit current flows in a battery with high energy density, and this current generates Joule heat due to the internal resistance. Cause the battery temperature to rise. When the battery reaches a high temperature, the reaction between the positive and negative electrode active materials and the electrolytic solution, the evaporation and decomposition of the electrolytic solution, and the like, the internal pressure of the battery rises rapidly, which may lead to battery explosion or ignition.
[0003]
In addition to the external short circuit described above, various causes such as electrical, mechanical, and thermal are considered as causes for the battery to fall into an abnormal state. Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are provided with a function to prevent the battery from falling into an abnormal state and not to be in a dangerous state even when it goes into an abnormal state. .
[0004]
From the above background, a lithium ion secondary battery is a battery pack (for example, refer to Patent Document 1) housed in a pack case together with a PTC (positive thermal coefficient) element or a thermal fuse, or a battery from overcharge or overdischarge. Generally, it is configured in the form of a battery pack housed in a pack case together with a circuit board that forms a battery protection circuit for protecting the battery. Even in a configuration in which a battery alone is loaded into a device, the connection circuit is provided with the PTC element and the battery protection circuit.
[0005]
The most important factor for the battery to fall into a dangerous state is that the temperature of the battery rises abnormally due to overcurrent, overcharge, or exposure to a high temperature environment. Therefore, when the battery pack is configured, an input / output circuit is provided when an abnormal battery temperature is detected by placing a thermal fuse in contact with the battery can or by detecting the battery temperature with a thermistor or the like. Control to shut off is made. However, since the battery temperature is detected from the outside of the battery, there is a problem that the detection of the abnormal temperature is delayed or the detection accuracy is low. The most preferable treatment is to detect the temperature inside the battery and cope with an abnormally high temperature. In order to achieve this, a cylindrical sealed battery having a sealing body with a built-in thermal fuse in the opening of a battery can has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-349480
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-153355
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, since it is difficult to secure a space in which a PTC element or a thermal fuse is provided in a battery that is downsized or thin like a square battery, it is configured in the form of a battery pack and the battery outside the battery. A protection circuit and a PTC element are provided to prevent the battery from falling into a dangerous state. Further, as described above, even if a temperature state where the battery falls into a dangerous state is detected from the outside of the battery, there is a problem in detection delay and detection accuracy, and the battery operates in accordance with the temperature in the small and thin battery. It is desirable to provide a safety function.
[0009]
On the other hand, in the configuration in which the battery protection circuit and the PTC element are provided, the price of the control circuit and the element is higher than that of the battery pack having only the thermal fuse, which increases the cost. In recent years, with the price reduction of devices using battery packs, the demand for cost reduction for battery packs has become stricter, which is a market environment that goes against high-performance battery packs that lead to high costs. Therefore, it is desired to simplify the configuration of the casing that constitutes the battery pack.
[0010]
In view of the above-described situation, the present inventors have proposed a battery including a current regulating element that controls current at a predetermined temperature and current, and a current interrupting element. This battery has a configuration in which an insulating member that exposes the conductor surfaces of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is disposed on the upper portion of the sealing plate, and each element is accommodated in a space surrounded by the sealing plate and the insulating member. And can be used as a single battery.
[0011]
Furthermore, the battery described above has an exterior covering in which the outer surface of the battery can that houses the power generation element is covered with a resin film. The resin film forms an adhesive layer on one surface and is attached so as to surround the surface of the battery can. The winding end of the resin film is exposed on the surface of the battery. For this reason, compared with the battery pack using the resin-made housing | casing, it will be inferior to the designability and merchantability.
[0012]
In addition, the user can easily peel off the battery outer covering with interest. At this time, since the part of the battery can from which the exterior coating has been peeled has the potential of one of the positive and negative electrodes, a short circuit may occur accidentally with the part having the potential of the other electrode. There is.
[0013]
From the above, the object of the present invention is a battery that can be used as a single battery and has improved appearance merchandise, and at the same time, the safety function is operated under different conditions to ensure safety. The object is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is an insulating material in which the open end of a battery can containing a power generation element is sealed with a sealing plate, and the positive external connection terminal and the negative external connection terminal are exposed to the outside. A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a member is disposed on an upper portion of the sealing plate, and the charge / discharge current is regulated or blocked at a predetermined temperature or current in a space surrounded by the sealing plate and the insulating member. A return-type current regulating element and / or a non-return-type current cut-off element that cuts off current at a predetermined temperature or current is provided. The battery can is made of a resin-coated metal plate by a DI method and has a long cross-sectional shape. It consists of a molded body molded into a round bottomed cylindrical shape, and the outer surface side is at least resin-coated. The Liethylene terephthalate, copolymerized polyester resin mainly composed of ethylene terephthalate repeating unit, polybutylene terephthalate, polyester resin mainly composed of butylene terephthalate repeating unit, polyester resin blended with at least two of these polyester resins, or the above polyester resin Any one of a multilayer polyester resin obtained by laminating at least two types, a polycarbonate resin, a resin obtained by blending at least one type of polycarbonate resin and the above polyester resin, and at least two types of polycarbonate resin and the above polyester resin. It is characterized by being composed of any one of biaxially oriented resin films made of laminated multilayer resin.
[0015]
In the configuration of the present invention, the battery can is made of resin-coated metal. The cross-sectional shape is oval DI processing is applied to the bottomed cylinder The A molded case is used. The molded case accommodates the power generation element, and a resettable current regulating element and a non-resettable current interrupting element described later are arranged to complete the battery. The battery can The predetermined resin coating was applied By being formed from a resin-coated metal, a resin film for exterior coating that has been indispensable in the conventional configuration is not required. In particular, since the bottom portion of the battery can, which has been difficult to insulate and protect with a resin film, is also covered, a member required for the bottom surface coating is not required. For this reason, there exists an advantageous effect at the point which can simplify the process for giving exterior covering, and also can reduce the number of parts of a battery.
[0016]
In addition, since the metal part in the conventional battery can and the resin part that becomes the covering layer of the exterior are integrated, it is only necessary to prevent the resin film from being peeled off by the user and the occurrence of a short circuit due to this. In addition, the physical strength of the outer covering is improved, and the outer covering can be prevented from being damaged by rubbing or scratching the battery.
[0017]
On the other hand, in the configuration of the present invention, a non-returnable current interrupting element and a return are formed in a space formed by a sealing plate that seals the open end of the battery can and an insulating member that exposes the conductor surface of the positive and negative electrode connection terminals. A type current regulating element is arranged. Thereby, the space part used as the dead space can be used effectively, and it can comprise in the battery provided with the safety function, without increasing the volume of a battery. Furthermore, there are provided a plurality of elements for regulating / interrupting current under different temperature / current conditions, both of these elements being arranged closer to the power generation element than the positive and negative terminals, and only the terminals being exposed on the battery surface; By doing so, the safety of the battery alone is greatly improved.
[0018]
In addition, the insulating member is arrange | positioned at the upper part of a sealing board, exposes the conductor surface of the terminal containing the said positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and carries out insulation coating of the other site | part. This insulating member can be obtained by resin molding into a shape provided with an opening for exposing the connection terminal. Also, instead of the configuration using the resin-molded insulating member, a connection terminal is formed on the substrate, and the terminal portion is exposed by insulatingly covering other portions. Similarly, the terminal portion is also formed on the substrate. After forming, the resin molding may be performed so that the terminal portion is exposed.
[0019]
In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, it is preferable that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed on the insulating member in the configuration of the present invention.
[0020]
According to this configuration, since the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed on the insulating member disposed above the sealing plate, it is not necessary to form the terminal separately from the battery and the insulating member, and the configuration is simple. Can be realized.
[0021]
In the configuration of the present invention, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal refer to a terminal portion used for connection between a non-aqueous electrolyte secondary battery and a device that uses or charges the battery. In addition to the structure formed in the board | substrate arrange | positioned above the sealing board mentioned above, these terminals are formed in the surface of a non-returning type | formula and / or a resetting type current regulation element, Furthermore, battery structures, such as a sealing board The structure formed in an element is single or combined. Therefore, the positive and negative connection terminals in the present invention do not refer to portions that exhibit positive and negative potentials on the surfaces of the battery can and the sealing plate.
[0022]
Still further, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, in the configuration of the present invention, the insulating member is composed of a circuit board, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed on one surface of the circuit substrate, and the other surface is formed. At least a control circuit that controls the charge / discharge state is mounted, controls the switch means inserted in the path between the power generation element and the positive and negative terminals, and functions as either a non-returnable or resettable current regulating element To do.
[0023]
According to this configuration, on the circuit board on which the positive and negative terminals are formed, the control circuit that controls the charge / discharge state, the path that is controlled by this circuit and connects the power generation element housed in the battery can and the positive and negative terminals Switch means disposed in the battery, and when the control means detects and evaluates the current and / or temperature applied to the battery and determines that it is necessary to cut off or regulate the current supply to the battery. The switch means is switched to an off state. Therefore, the control circuit can perform the function of any one of the non-returnable current interruption element and the returnable current regulating element. Therefore, by substituting one of the functions of each of the elements with a control circuit, the non-returnable current interrupting element and the returnable current regulating element can be reduced.
[0024]
The control circuit is preferable because it can be formed on the circuit board on which the positive and negative terminals are formed, so that the number of parts can be reduced and the space can be saved. Can fulfill the functions of Furthermore, the control by the control circuit and the switch means may be provided in combination with the non-returnable current regulating element and the returnable current interrupting element. In this configuration, in addition to the double safety function by the element, the safety function by the control means is also reflected, so that the effect of further improving the safety of the battery is achieved.
[0025]
Note that both the non-returnable current interrupting element and the resettable current regulating element in the present invention interrupt / limit the current at a predetermined operating temperature and / or operating current. These elements have an effect of restricting / cutting off the current due to an increase in temperature caused by excessive current flowing. Further, when the element is placed in a high temperature environment, the current is regulated / cut off by the temperature rise. Therefore, these elements do not operate independently depending on the conditions of temperature and current, but operate by intertwining both factors of the temperature applied to the element and the temperature rise caused by the current. In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the current regulation by the resettable current regulating element is generated in preference to the current cutoff by the non-returnable current cutoff element. It is preferable to determine in consideration of the characteristics of the battery, the use conditions of the battery, and the like. In particular, when priority is given to the operating condition depending on the temperature of the non-returnable current interrupting element, when an excessive short-circuit current flows, Joule heat is generated due to the internal resistance of the battery itself, which may cause an excessive temperature rise. In view of this, priority is given to the operating conditions based on the current, and the non-returnable current interrupting element is operated before an abnormal temperature rise due to Joule heat occurs, thereby improving the reliability. This setting can be realized by setting a low current value for operating the non-returnable current interrupting element.
[0026]
Preferably, when the operating temperature of the resettable current regulating element is set to 80 to 100 ° C. and the operating temperature of the non-returnable current interrupting element is set to 100 to 130 ° C., even when the operation by the resettable current regulating means is not performed. Since the operation by the non-returnable current interrupting means is performed, a double safety function can be configured.
[0027]
The resettable current regulating means is preferably a PTC element whose resistance increases rapidly when heated to a predetermined operating temperature or when a current exceeding a predetermined value is applied, and an excessive current is regulated by a rapid increase in resistance. can do. Further, it is possible to apply a bimetal that opens a circuit by deformation when an operating temperature or current exceeding a predetermined value is applied. This bimetal cuts off the current during operation and returns to the closed state again when the current / temperature returns to a normal value. Thus, the resettable current regulating element regulates or cuts off the current only when it is in an abnormal state. Furthermore, instead of the PTC element and the bimetal, a switch mechanism using a shape memory alloy or a thermistor element can be used as the resettable current regulating element. The latter thermistor element is an element that regulates current when a predetermined operating temperature is reached.
[0028]
On the other hand, the non-returnable current interrupting means is preferably a thermal fuse that melts and opens a circuit when the temperature reaches a predetermined operating temperature or higher. As the arrangement shape of the fuse, a configuration in which a chip-shaped fuse is disposed on a sealing plate, a connection lead, or a substrate, or a configuration by a pattern fuse in which a circuit pattern that melts due to overcurrent or abnormal temperature is formed on the substrate is preferable. Instead of these fuses, use a shape memory alloy that is set so that when the temperature reaches a predetermined operating temperature or higher, the circuit returns to the memorized shape and the circuit is opened, and the open state is maintained even if the temperature drops. The switch mechanism that was used can also be applied.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
(Production method of battery can)
The battery can in this embodiment was created by the following procedure.
[0030]
The battery can in this embodiment was formed using a resin-coated nickel steel plate. This resin-coated nickel steel sheet is obtained by laminating a thermoplastic resin film on a steel sheet on which a nickel plating layer is formed. In place of the nickel-plated steel plate, an aluminum alloy plate, preferably an Al—Mn alloy containing Mn may be used. Moreover, it is preferable to use a polyamide resin for the thermoplastic resin film laminated | stacked on a nickel steel plate or an aluminum alloy plate.
[0031]
Lamination of the nickel-plated steel sheet and the thermoplastic resin film is performed as follows. That is, the steel sheet continuously fed from the supply means is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin film using the heating means, and the thermoplastic resin film sent from the film supply means is brought into contact with both surfaces thereof. It is manufactured by superimposing between a pair of laminating rolls, sandwiching and pressing, and then immediately cooling.
[0032]
The obtained resin-coated nickel-plated steel sheet is made into a battery can by a processing method such as drawing. Preferably, by adopting the DI method, a battery can having a bottom thickness set to be thicker than a side thickness can be efficiently manufactured. This DI method is carried out by extruding an intermediate product formed in a cup shape by pressing into a die row in which a drawing die and a plurality of squeak dies are arranged in a straight line. An intermediate product is a drawing die in which dies are arranged so that its inner diameter decreases in the punch advance direction. Each time the die is pushed into each squeeze die, the squeeze and squeeze are added. It can be formed into a battery can.
[0033]
When producing the battery can, it is preferable to apply a high-temperature volatile lubricant to the upper surface of the thermoplastic resin film. The high-temperature volatile lubricant is desirably scattered by 50% or more when heated for several minutes at a temperature of about 200 ° C. after processing, specifically, liquid paraffin, synthetic paraffin, natural wax or the like, or It selects from these mixtures according to process conditions and the heating conditions after a process. As the characteristics of the lubricant to be applied, a melting point of 25 to 80 ° C. and a boiling point of 180 to 400 ° C. are preferable, and the coating amount is a surface that becomes the outer surface of the can, a surface that becomes the inner surface of the can, processing conditions, and heating conditions after processing. It is determined in consideration of etc.
[0034]
Furthermore, as thermoplastic resins laminated on nickel-plated steel plates and aluminum alloy plates, instead of the above-mentioned polyamide resin, single-layer or multi-layer resin films mainly composed of polyester resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, etc. A resin film in which two or more of these resins are blended or a copolymerized resin film can be used. In particular, when the DI method is applied, at least two types of polyethylene terephthalate, copolymer polyester resin mainly composed of ethylene terephthalate repeating units, polybutylene terephthalate, polyester resins mainly composed of butylene terephthalate repeating units, or these polyester resins are used. Either a blended polyester resin or a multilayer polyester resin obtained by laminating at least two types of the above polyester resins, a polycarbonate resin, or a resin obtained by blending at least one type of the polycarbonate resin and the above polyester resin, and further a polycarbonate. It consists of a multilayer resin in which at least two types of resin and the above polyester resin are laminated. After film formation by a known extruder, it is stretched in two directions, longitudinally and transversely, and heat-set. Biaxially oriented resin film produced Te is preferred.
[0035]
The thickness of the laminated resin film is preferably in the range of 5 to 50 μm, and more preferably in the range of 10 to 30 μm. When the thickness is 5 μm or less, it is difficult to continuously laminate the metal plate at a high speed. On the other hand, if the thickness of the laminated resin film is 50 μm or more, it is not preferable from the viewpoint of economy as compared with an epoxy resin coating or the like.
[0036]
The resin film may be directly laminated on a nickel-plated steel plate or an aluminum alloy plate, or laminated with a thermosetting adhesive such as an epoxy-phenol resin between the resin film and the nickel-plated steel plate or the aluminum alloy plate. May be. By pre-applying thermosetting adhesive on one side of either resin film or steel plate / alloy plate that adheres to each other, the thermosetting adhesive is interposed to make the resin film nickel-plated steel plate or aluminum. It can be laminated on an alloy plate.
[0037]
(First embodiment)
This embodiment demonstrates the lithium ion secondary battery which is an example of a nonaqueous electrolyte secondary battery. FIG. 1 shows an external appearance of a lithium ion secondary battery according to this embodiment, which is formed as a flat prismatic battery. In this rectangular battery, a recess (not shown in FIG. 1) is formed on the sealing plate 3 that seals the opening end of the battery can 1 toward the inside of the battery can 1. The insulating plate 11 is disposed on the top of the sealing plate, and both the non-returnable current blocking element and the returnable current regulating element are disposed in a space surrounded by the concave portion of the sealing plate and the insulating plate 11. ing.
[0038]
In FIG. 1, the lithium ion secondary battery according to the present embodiment uses the battery can 1 obtained by the above-described battery can manufacturing method. This battery can 1 has a nickel-plated steel plate coated with a nickel-plated layer on one side with a polyamide resin film, and is subjected to press processing and DI processing so that the resin film side becomes the outer surface, so that the cross-sectional shape is oval. It is formed in a certain bottomed cylindrical shape. The power generation element is accommodated in the battery can 1, and the opening of the battery can 1 is sealed by a sealing plate 3 to be described later to constitute a positive terminal (+) and a negative terminal (−) provided on the sealing plate 3. The portion to be exposed is exposed to the outside through an opening formed in the insulating plate 11 that closes the sealing plate 3. In addition, the coating layer 28 of the battery can 1 made of polyamide resin is used for displaying a manufacturer name, a product number, a warning to the consumer, etc. by laser printing or printing. These printing and printing are performed after the production process of the battery can 1. If printing or printing is performed at a stage prior to the can shape processing step, the processing is altered and erased. Preferably, a method is used in which the insulating plate 11 is integrated and completed as a battery, and printing or printing is performed in a state where the battery functions normally, that is, in the final stage of the manufacturing process. According to this method, it is possible to print the production number and the like in addition to the above-described display, and there is an extremely useful effect in terms of battery quality control.
[0039]
2 and 3 are partial cross-sectional views showing the internal configuration of the lithium ion secondary battery, and FIGS. 3A, 3B, and 3C are respectively the AA line and the BB line shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC, showing the internal structure of the upper part of the battery. In the battery can 1, an electrode plate group 14 in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound via a separator is accommodated, and the position is fixed by the frame body 2 so as not to move from the accommodation position. The opening end of the battery can 1 is fitted into the opening end of the battery can 1 by fitting a sealing plate 3 having a recess toward the inside of the can, and the periphery of the sealing plate 3 is laser welded to the battery can 1. One opening of the openings formed on both sides of the sealing plate 3 is insulated from the sealing plate 3 by the upper gasket 7 and the lower gasket 5 and has a sealing property. The washer 4 and the lower pole of the PTC element 9 to be described later The plate 9a is attached and the rivet 6 is fixed. The other opening is for injecting the electrolyte into the battery can 1 after the sealing plate 3 is mounted on the battery can 1, and after injection, the plug 10 is inserted as shown in the figure. It is closed by welding the sealing plug 10 to the sealing plate 3.
[0040]
Thus, the rivet 6 is inserted into the opening formed in the sealing plate 3 through the gasket 5 and fixed to the sealing plate 3 by fastening, so that the rivet 3 is placed between the battery can 1 and the sealing plate 3. Can be electrically connected. Furthermore, by connecting the lead drawn from the electrode plate group 14 to the inside of the battery can 1 of the rivet 6, the connection with the lead can be guided onto the sealing plate 3 while maintaining the sealing property. Further, the rivet 6 has an effect of facilitating the connection of leads by forming an extension part for lead connection inside the battery can 1. Furthermore, when the rivet 6 is fastened, if a terminal of a return type current regulating element or a non-returnable type current regulating element, which will be described later, is fastened at the same time, the electrical connection between the element and the rivet 6 is made at the same time. The connection with the lead connected inside is made without using a separate connection means.
[0041]
2 and 3, the positive electrode lead 12 drawn out from the positive electrode plate constituting the electrode plate group 14 is welded to the extending portion 6a of the rivet 6, and the negative electrode lead 13 drawn out from the negative electrode plate is The bottom surface of the sealing plate 3 is welded. In the recess of the sealing plate 3, a PTC element (resettable current regulating element) 9 insulated from the sealing plate 3 by the upper gasket 7 and a resin-molded thermal fuse (non-resettable current interrupting element) 8 are arranged. It is installed. The thermal fuse 8 is formed by resin molding a low melting point alloy that is blown when a predetermined operating temperature is reached, to protect the low melting point alloy and stabilize heat transfer. One end of the low melting point alloy is placed on the upper surface of the resin mold. The other end of the low melting point alloy is connected to the arranged terminal plate 8a and is drawn out as a lead plate 8b outside the resin mold. The lead plate 8b is joined to the upper electrode 9b of the PTC element 9 by soldering.
[0042]
The upper part of the sealing plate 3 is closed by an insulating plate 11 provided with a positive electrode opening 11a and a negative electrode opening 11b as shown in the figure. The terminal plate 8a of the thermal fuse 8 is externally exposed from the positive opening 11a and used for the positive terminal (+), and the top surface of the plug 10 is externally exposed from the negative opening 11b. Used for (-). With this terminal configuration, the terminals are formed without using the members for forming the positive terminal (+) and the negative terminal (−).
[0043]
As described above, the positive electrode plate constituting the electrode plate group 14 is connected to the positive electrode terminal (+) through the positive electrode lead 12, the rivet 6, the PTC element 9, and the thermal fuse 8, and the negative electrode plate is connected to the negative electrode lead 13, the sealing plate 3, The negative electrode terminal (−) is connected through the sealing plug 10. That is, as shown in FIG. 4 as a circuit diagram, a lithium ion secondary battery in which a thermal fuse 8 and a PTC element 9 are connected in series between the positive electrode plate of the electrode plate group 14 and the positive electrode terminal A is configured. Is done.
[0044]
The PTC element 9 is formed by forming a PTC conductive polymer in which conductive carbon is dispersed in an organic polymer material in a flat plate shape, and an upper electrode 9b and a lower electrode 9a are attached to the upper and lower surfaces thereof. The resistance value between the electrodes 9a is a low resistance value of 0.1Ω or less in normal times, but when the predetermined operating temperature (trip temperature) is reached, the resistance value rapidly increases to 10 4 to 6th power Ω. . The thermal fuse 8 is formed by connecting both ends of a low melting point alloy that melts at a predetermined operating temperature to the terminal plate 8a and the lead plate 8b, respectively, and when melted at a predetermined operating temperature, between the terminal plate 8a and the lead plate 8b. Is interrupted.
[0045]
In the above configuration, the operating temperature of the thermal fuse 8 is set to 100 to 130 ° C., and the operating temperature of the PTC element 9, that is, the temperature at which the trip state is set is set to 80 to 100 ° C. When the temperature at which the PTC element 9 is tripped is set to 80 ° C. and the operating temperature of the thermal fuse 8 is set to 100 ° C., a failure of a device in which the lithium ion secondary battery is loaded or a metal object is a positive terminal (+) When an external short circuit such as contact between the negative electrode terminal (−) occurs and the PTC element 9 rises in temperature due to an excessive short circuit current, and the temperature reaches a temperature of 80 ° C. at which the trip state is reached, the resistance value As the current increases rapidly, the short circuit current is limited at once, and can be prevented before the battery reaches a dangerous state due to the short circuit. When the short-circuit state is released, an excessive short-circuit current disappears, so that the temperature of the PTC element 9 is reduced to be out of the trip state, and the resistance value is also lowered, so that the normal battery can be used again.
[0046]
In addition, when a high voltage is applied due to a failure of a device loaded with the lithium ion secondary battery or when reverse charging is performed, the PTC element 9 is dielectrically broken, thereby causing current regulation. When the temperature does not work, when the battery temperature reaches a temperature state of 100 ° C. due to a rapid rise in the battery temperature, the thermal fuse 8 is blown and the transition to the dangerous state in the state where the PTC element 9 cannot operate is prevented. . With such a double safety function, a lithium ion secondary battery with high energy density can be used safely.
[0047]
In addition, when a battery or a device loaded with the battery is left in a car parked under a hot summer sun, the battery temperature may exceed 80 ° C. At this time, since the PTC element 9 is in a trip state and the resistance value increases, the battery cannot be used, and it can be prevented that the battery is used in an abnormal temperature state. When the battery is returned to the normal temperature environment, the PTC element 9 returns from the trip state, so that the normal battery can be used again. When the battery is exposed to a high temperature environment exceeding 100 ° C., the electrolyte solution and the electrode plate active material may be altered by heat, and a normal charge / discharge reaction may not be obtained. When falling into such a high temperature state, the transition to the dangerous state can be prevented by melting the thermal fuse 8 and making the battery unusable.
[0048]
The thermal fuse 8 and the PTC element are configured as one composite part integrated before being mounted on the sealing plate 3, and the shaft portion of the rivet 6 is attached to the hole formed in the lower electrode 9 a of the PTC element 9. By inserting and fastening the rivet 6 to the sealing plate 3 via the upper gasket 7 and the lower gasket 5, the electrical connection and the attachment onto the sealing plate 3 are made.
[0049]
Manufacture of the battery having the above-described configuration can be performed by the following procedure. First, the upper gasket 7 is disposed in the recess of the sealing plate 3, a composite part in which the thermal fuse 8 and the PTC element 9 are integrated is placed thereon, and the lower gasket 5 is disposed on the bottom surface side of the sealing plate 3. When the lower gasket 5, the upper gasket 7, the lower electrode 9 a of the PTC element 9, and the washer 4 are fastened by the rivets 6, further composite parts having safety functions and terminals are formed on the sealing plate 3. Further, the portion of the sealing plate 3 in which the thermal fuse 8 and the PTC element 9 are accommodated is surrounded by the side wall of the concave portion and the protruding portion 33, so that the components arranged there are wrapped in silicon resin or A resin material such as an epoxy resin is filled. Since the resin filling is performed while being surrounded by the side wall and the protruding portion 33, the resin can be filled so as not to adhere to the sealing plug 10 serving as the negative electrode terminal (−). By this resin filling, each constituent element disposed in the recess of the sealing plate 3 is covered and fixed with an insulator, so that each constituent element is protected even when vibration or impact is applied to the battery, improving insulation and heat. The conductivity is improved and the heat transfer to the PTC element 9 and the thermal fuse 8 can be improved.
[0050]
Thus, the positive electrode lead 12 and the negative electrode lead 13 are connected between the sealing plate 3 configured in the composite part and the battery can 1 containing the electrode plate group 14. The positive electrode lead 12 and the negative electrode lead 13 are drawn out from the hole provided in the frame body 2 from the electrode plate group 14 so that the connection work with the sealing plate 3 placed outside the battery can 1 can be easily performed. Has been pulled out for a long time. After the lead connection is made, when the sealing plate 3 is fitted into the opening end of the battery can 1, the positive lead 12 and the negative lead 13 are placed on the frame 2 as shown in FIGS. Folded. Laser welding is performed between the periphery of the sealing plate 3 fitted into the opening end of the battery can 1 and the inner periphery of the battery can 1, and the sealing plate 3 is fixed to the battery can 1.
[0051]
Next, after the electrolyte is injected into the battery can 1 from the opening of the sealing plate 3, the opening 10 is closed by inserting the sealing plug 10 into the opening, and is fixed to the sealing plate 3 by laser welding. Thereafter, when the insulating plate 11 is joined to the sealing plate 3 and the battery can 1 so as to close the top of the sealing plate 3, the terminal plate 8 a of the thermal fuse 8 is exposed to the outside from the positive opening 11 a formed in the insulating plate 11. And the top | upper surface of the sealing plug 10 is exposed outside from the negative electrode opening part 11b, and a positive electrode terminal (+) and a negative electrode terminal (-) are formed. Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, as shown by a broken line, the battery can 1 is covered to the periphery of the insulating plate 11 with the resin coating layer 28, so that the appearance as shown in FIG. 1 is formed. The resin coating layer 28 can be formed of a resin film such as PET.
[0052]
As shown in FIGS. 1 and 2, since the positive terminal (+) and the negative terminal (−) are formed at a position biased to one of the top surfaces of the battery, they are reversely loaded into the battery housing space of the device. Can be prevented. In this battery, the connection with the device is made by pressing the probe provided on the device side to the positive electrode terminal (+) and the negative electrode terminal (−), and the shape of the battery is symmetrical, so it is reverse-loaded. However, since the terminal is formed at this biased position, reverse loading can be reliably prevented.
[0053]
In the rectangular battery shown in the present embodiment, conventionally, the opening of the battery can accommodating the power generation element is sealed with a flat sealing plate, and the space between the sealing plate and the electrode plate group is drawn out from the electrode plate group. However, as described above, the opening of the battery can 1 is closed by the sealing plate 3 having the recesses as in the configuration of the present embodiment. Thus, a battery safety mechanism is provided in the concave portion of the sealing plate 3 to effectively utilize the space, and a prismatic lithium secondary battery having a safety function is configured.
[0054]
The sealing plate 3 is formed by drawing a required plate material by press working to form a recess, and then performing outer shape punching into a shape corresponding to the inner diameter of the battery can 1. By changing the press die for performing the outer shape punching process, that is, by changing the shape of the punched shape, it is possible to easily cope with a battery having a short side width different depending on the battery capacity. In the case of a square lithium ion secondary battery, if the width of the short side surface of the battery is increased, the length of the positive and negative electrode plates to be wound can be increased, and the reaction area of the electrode plate group 14 can be increased. A plurality of types of batteries having the same shape but different short side widths and different battery capacities are formed. At this time, in order to manufacture the sealing plate 3 that is prepared for manufacturing the battery for each product type, the mold without the outer shape is prepared without preparing a plurality of molds for manufacturing the sealing plate 3 for each product type. It is possible to correspond to multiple varieties simply by changing.
[0055]
FIG. 5 shows an example of changing the external dimensions of the sealing plate 3 for manufacturing two types of batteries having different short side widths. As shown in FIG. When the concave portion 29 is formed by drawing the plate material 26 with a mold, a flange portion is formed around the concave portion 29. After that, when the width W1 of the short side surface is small as in the battery shown in the present embodiment, the sealing plate 3 formed by punching the flange portion at the closest position outside the rising portion of the recess 29 is formed. As shown in FIG. 5 (b), the battery can 1 fits into the opening of the battery can 1 having a short side surface W1. On the other hand, in the case of a battery in which the width of the short side surface is increased to W2, as shown in FIG. 5C, when the processing position of the outer die is increased, the battery in which the width of the short side surface is increased to W2. It can form in the sealing board 3a corresponding to the can 1a.
[0056]
In each of the embodiments described above, the resettable current regulating element to which the PTC element 9 is applied is deformed to open the contact when the temperature exceeds a predetermined operating temperature, and returns to the original state when the temperature is lowered. It can also be configured by bimetal closing. Further, the non-returnable current interrupting element to which the thermal fuse 8 is applied is a switch structure provided with a shape memory alloy that returns to a memorized shape when the temperature exceeds a predetermined operating temperature, opens a contact, and interrupts the current circuit. Can also be configured.
[0057]
In the configuration of the present embodiment, the thermal fuse 8 and the PTC element 9 are disposed in the positive electrode connection line, but may be disposed in the negative electrode connection line. Further, the thermal fuse 8 and the PTC element 9 can be arranged separately on the positive electrode connection line and the negative electrode connection line. In short, if it is arranged on the input / output line of the battery, the effect is exhibited in the same manner.
[0058]
Further, in addition to the double safety function by the PTC element 9 and the thermal fuse 8 described in each embodiment, an abnormal internal pressure discharge structure that discharges an abnormal internal pressure to the outside when the pressure in the battery can 1 abnormally rises is provided. A triple safety function can be configured. The abnormal internal pressure discharge structure has a configuration using a valve element that operates by internal pressure, a configuration in which the thin plate portion of the clad plate is broken by internal pressure, a portion of the battery can 1 is thinned by scribe or engraving, and the thin portion is broken by internal pressure A configuration can be applied.
[0059]
As shown in FIG. 1, in the lithium ion secondary battery of the present embodiment that is small and thin, it is desirable that the abnormal internal pressure discharge structure has a small space occupancy, and the configuration shown in FIGS. 6 and 7 is preferable. It is.
[0060]
FIG. 6 shows an example of an abnormal internal pressure discharge structure in which a scribe 24 is formed in the body portion of the battery can 1 and the thickness of the battery can 1 is partially thinned by the scribe 24. The scribe 24 is formed in a groove shape so as to reduce the material thickness of the battery can 1 to 5 to 90%. When the internal pressure rises abnormally due to the generation of gas accompanying the temperature rise and the internal pressure exceeds the breaking strength of the battery can 1 by the scribe 24, the battery can 1 breaks from the scribe 24, so the abnormal internal pressure is discharged to the outside and bursts. It is possible to prevent the user from falling into a dangerous state.
[0061]
In FIG. 7, the sealing plate 3 is formed of a clad plate in which an aluminum plate 22 is bonded to a stainless steel plate 21. An exhaust hole 20 is provided in the stainless steel plate 21 at a required position, and the exhaust hole 20 is closed with a thin aluminum plate 22. An example of an abnormal internal pressure discharge structure is shown. When the internal pressure rises abnormally due to the generation of gas due to the temperature rise and the internal pressure exceeds the breaking strength of the aluminum plate 22, the aluminum plate 22 that closes the exhaust hole 20 breaks, so the abnormal internal pressure is discharged to the outside and ruptured. Can be prevented from falling into a dangerous state. By forming the aluminum plate 22 in the exhaust hole 20 into a spherical surface that swells into the hole as shown in the drawing, the pressure concentrates on the spherical surface, so that a stable breaking operation can be obtained. This abnormal internal pressure discharge structure is formed at a position that is not blocked by the components arranged on the sealing plate 3.
[0062]
The abnormal internal pressure discharge structure as shown in the above example is configured such that when the temperature fuse 8 is blown and the battery temperature is still 100 ° C. or higher, the discharge operation is started by an increase in internal pressure due to gas generation. Therefore, even if the operations of the resettable current regulating element and the non-resettable current interrupting element do not work normally, the resettable current regulating element operates as a final safety function. By providing this abnormal internal pressure discharge structure, a lithium ion secondary battery having a triple safety function in addition to the PTC element 9 and the temperature fuse 8 can be configured, and further, the safety function by the shutdown of the separator is about 150. Since it works at 0 ° C., a battery having a high energy density can be used safely.
[0063]
Moreover, although embodiment described above demonstrated the example which formed the battery can 1 using nickel plating steel in the flat square shape, resin-coated aluminum alloy and stainless steel can also be used, and they are cylindrical. This configuration can also be applied to the battery formed in the above.
[0064]
As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first embodiment includes a battery such as a resettable current regulating element or a non-resettable current interrupting element that functions as a battery safety function in a recess formed in the sealing plate. By arranging the components, it effectively utilized the space that was a dead space between the electrode plate group and the sealing plate in the battery can, and provided a safety function without increasing the volume of the battery The battery can be configured. Moreover, the conductor surface of the component arrange | positioned on the sealing board can be exposed outside as a positive electrode terminal or a negative electrode terminal, and it aims at cost reduction by reducing the number of parts, without providing the member for forming a terminal. be able to.
[0065]
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a lithium ion secondary battery that is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery will be described in the same manner as in the first embodiment. FIG. 8 shows the external appearance of the lithium ion secondary batteries 100a and 100b according to this embodiment, and is formed as a flat prismatic battery.
[0066]
In the present embodiment, connection terminals including a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are formed on the terminal plate 102. This terminal plate is made of an insulating resin material, and only the connection terminal is exposed on the outer surface exposed on the surface of the battery. On the other hand, on the inner surface side of the terminal board, a control circuit that performs a non-returnable current interruption function and switch means for interrupting the electrical connection between the one connection terminal and the power generation element are mounted. Further, a resettable current regulating element is disposed between the terminal plate 102 and the battery body 101. Accordingly, each current regulating element is disposed in a space formed by the terminal plate and the sealing plate of the battery body 101.
[0067]
Hereinafter, the configuration of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described in detail. In FIG. 8, the battery body 101 is integrated with a terminal plate (substrate) 102 connected to the positive electrode and the negative electrode by a resin mold body 103, and a positive electrode terminal 104 and a negative electrode terminal 105 are formed on the outer surface of the terminal plate 102. Yes. The battery 100a has a configuration in which the terminal plate 102 is disposed in parallel with the sealing surface of the battery body 101, and the positive terminal 104 and the negative terminal 105 are provided on the upper surface. The battery 100b has a configuration in which the terminal plate 102 is disposed in parallel with the side surface of the battery body 101, and the positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are provided at the side surface ends.
[0068]
As shown in FIG. 9, the battery body 101 accommodates a power generation element in a battery can 122 formed in a bottomed cylindrical shape having an oblong cross section, and a sealing plate 123 is laser-welded at the open end. Is sealed. Regarding the battery can 122, in this embodiment, instead of the battery can in which the resin coating layer is formed on the nickel-plated steel plate in the first embodiment, a polyamide resin layer is formed on an aluminum alloy plate, specifically, an Al-Mn alloy. Is used after being pressed and DI processed. A sealing plate 123 that is joined to the battery can 122 and serves as a battery positive electrode is fastened with a rivet 125 that is insulated by an upper gasket 124a and a lower gasket 124b and serves as a battery negative electrode at the center. A part of the sealing plate 123 is formed on a clad plate to which a foil-like plate is bonded, and a safety valve 120 is formed in which a discharge port 120a is formed in the clad plate portion. A pair of engaging members 126 that engage the resin mold 103 with the battery body 101 are formed on both sides of the sealing plate 123. As a method of forming the engaging member 126, either a method of forming the sealing plate 123 by press working or a method of welding the engaging member 126 to the sealing plate 123 can be employed.
[0069]
The plug 127 is used for closing the electrolyte injection port. After the electrolyte is injected into the battery can 122, the electrolyte injection port is closed by the seal 127, and the plug 127 is welded to the sealing plate 123. Is done.
[0070]
As shown in FIG. 10, the battery main body 101 having the above configuration is provided with a bimetal element 110 by bonding one electrode plate to a rivet 125, and the other electrode plate of the bimetal element 110 is pasted on a sealing plate 123. It arrange | positions on the apply | coated insulating sheet 121, and is joined with the positive electrode connection lead board (positive electrode connection line) 108 mentioned later. This bimetal element 110 has a movable contact structure. This is a return-type current regulating element that completely reverses the current by reversing the contact due to an excessive temperature rise or high temperature environment caused by an overcurrent flowing through the contact. The operating temperature of this bimetal element is set to 80 to 100 ° C. as in the first embodiment described above. This setting can be arbitrarily set by controlling the bonding state, shape and the like of two kinds of metals having different thermal expansion coefficients constituting the movable contact. In addition, this bimetal element exhibits a contact resistance value of about 10 mΩ when energized, and is one-third that of the PTC element, and thus has an effect of reducing the load on the battery. Such a bimetal element 110 comes into contact with a molding resin that is in a molten state at the time of filling and molding the resin, which will be described later. The bimetal element 110 has a characteristic capable of withstanding the heat load during molding, but it is preferable to dispose the heat insulating sheet 116 so that the bimetal element 110 is not thermally destroyed. In addition, the resin sheet 140 is attached so as to cover the discharge port 120a of the safety valve 120.
[0071]
As shown in FIG. 11, the terminal plate 102 has a positive electrode terminal 104 and a negative electrode terminal 105 formed on one surface on the outer surface side, and is connected to the battery main body 101 on the other surface on the inner surface facing the battery main body 101. A connection land 106 and a negative electrode connection land 107 are formed. The positive terminal 104 and the negative terminal 105 can be formed by etching a copper foil attached on a plate surface, but can also be configured by attaching a terminal member to the plate surface.
[0072]
Further, since the configuration in which the positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are provided on the side surfaces as in the battery 100b is a structure suitable for sliding contact with the connection terminal on the device side, a plate-like terminal member is attached to the terminal plate 102. It is desirable. More preferably, by using a terminal member formed in a substantially U shape and connecting the inner surface side and the outer surface side of the terminal plate 102, the connection terminals can be easily formed on both surfaces of the terminal plate 102.
[0073]
The terminal board 102 is connected between its one surface and the other surface through a through hole (not shown). Also, important points are connected by circuit patterns. This circuit pattern can be formed on either the inner surface side or the outer surface side of the terminal board 102. However, when the circuit pattern is formed on the outer surface side, the connection pattern needs to be insulated.
[0074]
Further, on the inner surface side of the terminal plate 102, in addition to the circuit pattern, the positive and negative connection lands, a control circuit that functions as a non-returnable current interruption element, and a power generation element and at least one terminal of the positive and negative electrodes Switch means (both not shown) for cutting off the electrical connection is formed. This control circuit opens the switch means when recognizing an overcurrent and abnormal temperature, and the switch means remains open even when the battery temperature drops and the overcurrent is released. Functions as a blocking element.
[0075]
As already described, the non-return type current interrupting mechanism in the present embodiment has the switch means arranged on the connection line that connects at least one electrode of the power generation element and the terminal of the same polarity located on the sealing plate. Yes. This switch means is preferably one in which an FET element is disposed between the positive electrode and the positive electrode terminal, and the FET element is controlled by a control circuit. In this embodiment, since it is combined with the bimetal element 110 which is a resettable current regulating element, the function as a current interrupting element by the control circuit when the temperature rise and overcurrent continue even after the bimetal element 110 operates. I play. Further, in this configuration, since the control circuit is used as the non-returnable current interrupting element, there is also a specific effect that can eliminate the thermal influence during the resin molding described later. This thermal effect is a peculiar phenomenon that is commonly observed when using a current regulating / breaking element having thermal sensitivity such as a thermal fuse, and the element is blown by the heat and pressure of the molding resin during resin molding. As a result, the function as an element may be lost or deteriorated. In order to solve such a problem, the present inventors previously proposed a configuration in which a member for protecting the element from the molded resin is arranged, but this leads to an increase in man-hours and the like. If it is the structure mentioned above, the peculiar effect which can exclude the heat influence at the time of resin molding can be acquired.
[0076]
Moreover, it is also possible to use a thermal fuse as a non-recoverable current interrupting element instead of the bimetal element 110. In this case, the above control circuit needs to function as a return-type current regulating element, and the control circuit regulates (cuts off) the current by opening the switch means prior to the operation of the thermal fuse. When the switch returns to the steady state, the switch means is closed to enable normal use.
[0077]
Furthermore, instead of the temperature fuse, a pattern fuse may be formed on the circuit board, and this may function as a non-returnable current interrupting element. This pattern fuse can be obtained by forming an extremely fine pattern on the terminal board 102 as compared with the circuit pattern. When the temperature becomes high, the pattern fuse is melted on the terminal board 102 and the electrical connection is cut off. Similarly, even when an excessive current is applied, the characteristics of the non-returnable current interrupting element that completely interrupts the current due to the fuse portion being blown by an excessive temperature rise generated in the pattern fuse is shown. In the configuration in which the pattern fuse and the control circuit are formed in a terminal plate shape, since both the resettable current regulating element and the non-resettable current interrupting element are formed on the circuit board, at least one of these elements is connected to the battery body 101. There is no need to separately arrange it between the terminal board 102 and the structure can be simplified and the cost can be reduced. Further, since the non-returnable current regulating element can be formed on the terminal board 102 simultaneously with the circuit pattern, the manufacturing process can be simplified.
[0078]
Hereinafter, the description will be continued by returning to the configuration according to the present embodiment using the bimetal element 110 as the return-type current regulating element. As shown in FIG. 11C, the positive electrode connection land 106 and the negative electrode connection land 107 are respectively connected to a positive electrode connection lead plate 108 that functions as a positive electrode connection line for electrically connecting the positive electrode and the positive electrode terminal. One end of the negative electrode connection lead plate 109 is joined by soldering. As shown in FIG. 12, the terminal plate 102 has the other end of the positive connection lead plate 108 joined to the sealing plate 123 and the other end of the negative connection lead plate 109 joined to the other electrode plate of the bimetal element 110. Connected to the battery body 101. In the case of the battery 100a shown in FIG. 8A, the terminal plate 102 is connected to the sealing plate 123 as shown in FIG. Bend. When the battery 100b shown in FIG. 8B is configured, the battery 100b may remain in a state orthogonal to the sealing plate 123 as shown in FIG.
[0079]
After connecting the battery body 101 and the terminal plate 102 as described above, as shown in FIG. 13, a resin is filled between the battery body 101 and the terminal plate 102 to form the battery body 101 and the terminal plate 102. Integrate. Most of the surface of the battery main body 101 is a metal body, and it is difficult to join the resin molded body 103 that is filled and molded, but the engaging member 126 attached on the sealing plate 123 is wrapped in the resin molded body 103, Since the undercut portion engages with the resin mold body 103, the anchoring effect on the resin mold body 103 is obtained, and the resin mold body 103 is joined to the battery body 101. In the terminal plate 102, the positive electrode connection lead plate 108 and the negative electrode connection lead plate 109 are encased in the resin mold body 103 and engaged with the resin mold body 103. In order to further improve the engagement, a rivet-shaped protrusion is used. When provided, the same effect as the engaging member 126 is obtained. As the resin to be filled and molded, a thermoplastic polyamide resin is used. This resin has excellent adhesion, electrical insulation, and chemical resistance, and can be molded in a range of 190 ° C. to 230 ° C., thereby suppressing the thermal effect on the battery body 101, the bimetal element 110, and the like. it can.
[0080]
Furthermore, the bonding property between the resin mold body 103 and the battery body 101 and the terminal plate 102 is applied to the surface of the terminal plate 102 and the battery body 101 that is in contact with the resin mold body 103 by applying an adhesive having good adhesion to the resin and metal. Can also be improved. As the adhesive, a polyamide resin hot melt adhesive, an epoxy resin-based, or a silicone modified resin-based adhesive is used.
[0081]
Thus, in this embodiment, the structure which integrates the terminal board 102 and the battery main body 101 by the resin mold body 103 is employ | adopted. Instead of integration with the resin mold 103, the return current regulating element and the positive and negative connection leads are connected in advance to the battery main body and the terminal plate, and the resin frame is disposed between the battery main body and the terminal plate. Then, by integrating these, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
[0082]
Next, operations of the non-returnable current interrupting element and the returnable current regulating element in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described in detail.
[0083]
In the batteries 100a and 100b configured as described above, when the positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are externally short-circuited for some reason, the temperature of the movable contact of the bimetal element 110 rises due to an excessive short-circuit current due to the short-circuit, When the temperature exceeds the set reversal temperature of the movable contact, the current is interrupted by the change in the shape of the movable contact in the bimetal element 110 which has a minimal resistance value in the normal temperature state. For this reason, the short-circuit current is interrupted by the bimetal element 110, preventing the battery from rising due to an external short-circuit and falling into a situation such as a rupture.
[0084]
In addition, even when the batteries 100a and 100b are exposed to a high temperature environment, the bimetal element inverts the movable contact due to the temperature rise, thereby preventing the battery from being used in a high temperature environment. That is, the batteries 100a and 100b have the safety function built in the bimetal element 110. Then, when the factors for operating the bimetal element 110 such as a short-circuit current and a high temperature environment are removed and the battery becomes usable under normal conditions, the movable contact of the bimetal element 110 resumes conduction, and the battery can be used. It becomes a state.
[0085]
On the other hand, when the current interruption mechanism by the bimetal element 110 does not operate even when the battery is externally short-circuited, or when an excessive current that destroys the bimetal element 110 is added, control is performed using these currents. The circuit opens the switch means and the current is interrupted. In addition, even when exposed to a temperature environment higher than the operating temperature of the bimetal element 110, the control circuit operates and renders the battery unusable.
[0086]
Further, when the batteries 100a and 100b rise to an abnormal temperature exceeding the operating temperature of each of the current regulating elements and gas is generated in the battery body 101, the battery body 101 may be ruptured. When the pressure reaches the operating pressure of the safety valve 120, the safety valve 120 breaks off the foil-like plate portion and discharges the internal pressure that is abnormally increased to the outside. Since the discharge port 120a of the safety valve 120 is covered with the resin sheet 140 and further covered with the resin mold body 103, the gas ejected from the discharge port 120a is generated between the resin sheet 140, the resin mold body 103, and the battery body 101. Released from the interface to the outside. Therefore, the battery main body 101 is prevented from bursting due to temperature rise, and the batteries 100a and 100b provided with a triple safety function together with the bimetal element 110 and the control circuit can be configured.
[0087]
The batteries 100a and 100b configured as described above can be improved in appearance and strength by further providing an exterior coating. As shown in FIG. 13B, the exterior covering is formed by a secondary mold body 150 that covers the terminal plate 102 by forming openings on the positive terminal 104 and the negative terminal 105, as shown in FIG. Thus, the batteries 100c and 100d can be finished. On the other hand, a resin coating layer (not shown) made of polyacrylic resin is formed on the surface of the battery can 121, and the effect of improving the design of the battery is obtained. Further, the product number and the like are printed and printed as in the first embodiment.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the safety function can be provided in a small secondary battery suitable as a power source for portable electronic devices and the like, and at the same time, by providing a resin coating layer on the battery can, as a single battery It functions as a battery pack. As a result, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that ensures reliability at low cost, and its industrial value is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view showing a configuration of a prismatic lithium ion secondary battery according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the internal configuration of the battery according to the first embodiment.
3A is a cross-sectional view taken along line AA, FIG. 3B is line B-B, and FIG. 3C is line C-C.
FIG. 4 is a circuit diagram of the same configuration.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing formation of a sealing plate by press working.
FIG. 6 is a perspective view of a battery provided with an abnormal internal pressure discharging means by scribing.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a configuration of an abnormal internal pressure discharging means using a clad plate.
FIG. 8 is a perspective view showing an appearance of a battery according to a second embodiment.
9A is a plan view and FIG. 9B is a cross-sectional view showing the configuration of the main body of the battery.
FIGS. 10A and 10B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing a state in which a bimetal element is attached to the main body of the battery.
11A is a perspective view showing the configuration of a terminal plate, where FIG. 11A is an outer surface side, FIG. 11B is an inner surface side, and FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a state in which the terminal plate is attached to the battery body.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which a terminal plate and a battery body are integrated with a resin mold body.
FIG. 14 is a perspective view of a battery in a state in which the battery is covered with an outer sheath.
[Explanation of symbols]
1 Battery can
3 Sealing plate
6 Rivet
6a Extension part
8 Thermal fuse (Non-recoverable current interrupting device)
9 PTC element (Reset type current regulating element)
9a Lower electrode
11 Insulation plate
11a Positive electrode opening
11b Negative electrode opening
12 Positive lead
13 Negative lead
14 plate group
16 resin
100a, 100b, 100c, 100d battery
101 Battery body
102 Terminal board (substrate)
103 Resin mold body
104 Positive terminal
105 Negative terminal
110 Bimetal element
123 Sealing plate

Claims

発電要素を収容した電池缶の開口端を封口板によって封口し、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る絶縁部材を前記封口板の上部に配置してなる非水電解質二次電池であって、
前記封口板と絶縁部材に囲まれた空間に、所定の温度又は電流にて充放電電流を規制又は遮断する復帰式電流規制素子及び／又は所定の温度又は電流にて電流を遮断する非復帰式電流遮断素子が配設され、
前記電池缶は、樹脂被覆金属板を、ＤＩ工法で、横断面形状が長円形の有底筒状に成形した成形体からなり、その外面側が少なくとも樹脂被覆されており、
前記樹脂被覆は、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とする共重合ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ブチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とするポリエステル樹脂、またはこれらのポリエステル樹脂を少なくとも２種類ブレンドしたポリエステル樹脂、または上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層してなる複層のポリエステル樹脂のいずれか、さらにポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも１種類ブレンドした樹脂、さらに、ポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層した複層樹脂からなる二軸配向樹脂フィルムのいずれかにより構成されている
ことを特徴とする非水電解質二次電池。A non-aqueous electrolyte secondary battery in which an open end of a battery can containing a power generation element is sealed with a sealing plate, and an insulating member that exposes the positive electrode external connection terminal and the negative electrode external connection terminal to the outside is disposed on the sealing plate. There,
A return-type current regulating element that regulates or cuts off the charge / discharge current at a predetermined temperature or current and / or a non-return type that cuts off the current at a predetermined temperature or current in the space surrounded by the sealing plate and the insulating member A current interrupting element is provided,
The battery can is formed of a resin-coated metal plate formed by a DI method and formed into a bottomed cylindrical shape having an oblong cross-sectional shape, and at least an outer surface side thereof is resin-coated,
The resin coating, port triethylene terephthalate, copolyester resin mainly composed of ethylene terephthalate repeating units, polybutylene terephthalate, polyester resin mainly composed of butylene terephthalate repeating units and at least two blended polyester resin these polyester resins, Or any one of a multilayer polyester resin obtained by laminating at least two kinds of the above polyester resins, a polycarbonate resin, or a resin obtained by blending at least one kind of the above polycarbonate resin with a polycarbonate resin, and further, a polycarbonate resin and the above-mentioned polyester resin. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that it is composed of one of biaxially oriented resin films made of a multilayer resin in which at least two kinds of polyester resins are laminated. pond.

正極端子及び負極端子が絶縁部材上に形成されてなる請求項１記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed on an insulating member.

絶縁部材が回路基板から構成され、この回路基板の一面に正極端子及び負極端子を形成し、他面に少なくとも充放電状態を制御する制御回路を実装してなり、発電要素と正負極端子とを接続する経路に介挿されたスイッチ手段を前記制御手段が制御し、非復帰式もしくは復帰式電流規制素子の何れか一方として機能する請求項１記載の非水電解質二次電池。 The insulating member is composed of a circuit board, a positive terminal and a negative terminal are formed on one surface of the circuit board, and a control circuit that controls at least the charge / discharge state is mounted on the other surface. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the control means controls switch means inserted in a path to be connected, and functions as either a non-returnable type or a resettable current regulating element.