JP4628020B2 - パック電池 - Google Patents

Description

本発明は、パック電池に関する。

パック電池は、二次電池である素電池と、これを制御・保護するための制御回路などとがパッケージングされたものであって、携帯電話やＰＤＡといった種々の用途に使用されている。中でも、インサート成形法を用いて素電池の一部と回路基板との間に樹脂部を形成した形態のパック電池が、サイズおよびコストなどの観点から優れ、多く用いられている。

パック電池には、通常、素電池の温度などに応じて入出力電力の制御を行うために、例えばブレーカ素子などの感熱素子が備えられる。ここで、感熱素子としては、ブレーカ素子の他にも、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）素子などがよく知られているが、上記インサート成形法を用い成形するパック電池には、ＰＴＣ素子やＮＴＣ素子を用いることに困難を伴う。即ち、感熱素子が形成された部分に樹脂材料を充填してインサート成形を実施した場合には、成形後において、感熱素子の初期抵抗値が復帰しない。

このような問題に対して、例えば、ＰＴＣ素子あるいはＰＴＣ素子を含む構成全体を断熱性シートなどで覆い、この状態でインサート成形する方法なども提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、上記のように感熱素子を断熱シートなどで覆った場合には、素子電極などに腐蝕を生じ、これによる素子性能が劣化してしまうことが考えられるが、感熱素子の素子電極の劣化を防止するために素子電極の外表面をエポキシ樹脂などでコーティングする技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−３０８８１５号公報 特開２００３−１３２８６０号公報 特開平０９−２８３２６３号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３のパック電池では、コスト高となってしまう。即ち、上記特許文献１、２の技術を適用したパック電池では、感熱素子の保護のために用いる断熱シートなどが、パック電池のコスト高を招く原因となる。また、これらのパック電池では、保護シートや保護ケースを備える分だけ、その外観サイズも大きくせざるを得ない。

さらに、上記特許文献１、２のパック電池では、上述のように、感熱素子の素子電極の腐蝕防止のためにエポキシ樹脂などでコーティングしておくことが実際上必要となり、さらにコストを上昇させる原因となる。
本発明は、上記課題を解決しようとなされたものであって、感熱素子を備えるとともに、当該感熱素子の初期抵抗特性の維持が可能であって、且つ、コストの低減を図ることも可能な構成のパック電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパック電池は、以下の特徴を有する。
（１）本発明に係るパック電池は、素電池と、当該素電池と外部との電力流通を、自己あるいは雰囲気の温度に応じて制御する感熱素子と、素電池の外周の一部と感熱素子とを一体にパッケージングする樹脂部とを有してなるものであって、構成要素の内、感熱素子は、導電性物質としての金属粒子が分散された高分子物質からなる素子本体部を有しており、樹脂部は、インサート成形によって素子本体部の外表面をコーティングする状態で形成たものであることを特徴とする。

（２）上記（１）に係るパック電池であって、樹脂部は、ポリアミド系樹脂から構成されていることを特徴とする。

上記（１）のように、本発明に係るパック電池では、金属粒子が分散されてなる素子本体部を有する感熱素子を用いている。本発明で用いた感熱素子は、抵抗値の復帰性能が高いことから、インサート成形時における熱影響を受けても、初期抵抗特性を維持することができる。このため、本発明に係るパック電池では、上記特許文献１、２のパック電池のように感熱素子を保護するための断熱シートなどを用いる必要がなく、コストの面から優位性を有する。

また、上記（１）のように、本発明に係るパック電池では、素子本体部の外表面をコーティングする状態で樹脂部が形成されているので、素子本体部（特に、素子本体部の中に分散された金属粒子）が腐蝕されることもない。これより、本発明に係るパック電池は、素子本体部が腐蝕するのが抑制され、感熱素子の抵抗値全体が増加することもない。
なお、感熱素子は、素子本体部と、この素子本体部を挟むように形成された一対の素子電極とから構成されるが、この場合において、素子本体部の外表面だけでなく素子電極の外表面についても樹脂部でコーティング状態としておくことが望ましい。即ち、このような状態で樹脂部を形成しておくことで、上記特許文献３のようにエポキシ樹脂により感熱素子の素子電極をコーティングしておかなくても、本発明に係るパック電池では、感熱素子における素子電極の腐蝕も抑制され、これによってもパック電池のコストが低減される。

従って、本発明に係るパック電池では、インサート成形によって樹脂部を形成した場合にも、感熱素子の初期抵抗特性の維持が可能であって、且つ、コストの低減を図ることも可能である。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図を参酌しながら説明する。
１．パック電池１の構成
本実施の形態に係るパック電池１の構成について、図１、２を用い説明する。
図１に示すように、パック電池１は、略薄肉直方形をした素電池としてのリチウムイオン二次電池（以下では、単に「二次電池」と記載する。）と、この一端部分に形成された樹脂モールド部２０とから構成されている。この内、樹脂モールド部２０の一部からは、保護回路基板３０に設けられた３つの入出力端子３１が露出されている。また、樹脂モールド部２０における同じ外周面には、後述のテスト用端子３２上に貼付された水没シール４０が存在する。

図２に示すように、二次電池１０には、負極端子１３が設けられた側に保護回路基板３０が取り付けられている。また、二次電池１０と保護回路基板３０との間には、ＰＴＣ素子５０やリード６１、６２、さらには、絶縁板７０などが介挿されている。ＰＴＣ素子５０は、素子本体部５１と、これを挟むように１対の素子電極５２、５３とから構成されており、この内、素子電極５２が二次電池１０の負極端子１３に接続されている。ＰＴＣ素子５０における他方の素子電極５３は、間にリード６２を介した状態で、保護回路基板３０の負極側のリード３４と接続されている。

二次電池１０における電池蓋１２の一部分には、クラッド板１４が接続されており、このクラッド板１４に対してリード６１が接続されている。リード６１は、保護回路基板３０の正極側のリード３３と接続されている。ここで、クラッド板１４については、例えば、Ａｌ−Ｎｉなどからなるものであって、Ａｌ合金からなる二次電池１０の電池蓋１２とＮｉからなるリード６１との間の良好な接合を図るために設けられている。

ＰＴＣ素子５０と二次電池１０の電池蓋１２との間の絶縁板７０は、素子電極５２、５３などと二次電池１０の電池蓋１２との間の絶縁を図るために介挿されている。また、二次電池１０の電池蓋１２には、安全弁１５が設けられているが、絶縁板７０は、この安全弁１５に樹脂モールド部２０を形成する樹脂が流れ込まないようにする役割も果たしている。

保護回路基板３０における二次電池１０と対向するのとは反対側の主面には、上記入出力端子３１およびテスト用端子３２が設けられている。また、図示はしていないが、保護回路基板３０におけるもう一方の主面には、リード３３、３４の間に、二次電池１０と外部機器との間の電力流通の制御などを行い、二次電池１０の保護をなす保護回路が形成されている。これについては、公知のものであるのでここでの説明を省略する。

二次電池１０は、Ａｌ合金からなる外装缶１１の内部空間に電極体（不図示）が挿入され、また、電解液（不図示）が充填された後に、電池蓋１２をもって封口して形成されている。
図１に示す樹脂モールド部２０は、二次電池１０の電池蓋１２と保護回路基板３０とを覆うように形成される。樹脂モールド部２０には、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ウレタン系樹脂などの材料を用いることができるが、本実施の形態では、一例としてＰＡ樹脂を用いている。

２．ＰＴＣ素子５０の構成とこれにより奏される優位性
次に、本実施の形態に係るパック電池１においても最も特徴的となる部分である、ＰＴＣ素子５０の構成およびこれと樹脂モールド部２０との関係について、図３を用いて説明する。図３では、樹脂モールド部２０の内部を示す断面図である。
図３に示すように、樹脂モールド部２０が形成された部分には、ＰＴＣ素子５０、各リード３３、３４、６２、６３、絶縁板７０などが収納された状態となっている。また、保護回路基板３０についても、入出力端子３１およびテスト用端子３２を除き、樹脂モールド部２０内に収納された状態となっている。テスト用端子３２については、水没シール４０の貼付によって樹脂モールド部２０の表面から外部に露出しないようになっている。

図３の拡大部分に示すように、樹脂モール部２０の内方におけるＰＴＣ素子５０は、その素子本体部５１と素子電極５２、５３の外表面全体が樹脂モールド部２０によってコーティングされた状態となっている。即ち、本実施の形態に係るパック電池１にあっては、樹脂モールド部２０によるコーティングにより、ＰＴＣ素子５０の素子本体部５１が腐蝕するのを抑制可能となっている。

本実施の形態に係るパック電池１に備えられているＰＴＣ素子５０は、その素子本体部５１が高分子物質に導電性粒子として金属粒子が分散されてなる構成を有するものであって、従来の一般的なＰＴＣ素子に用いられていたカーボンブラックが金属粒子に置換されたものである。金属粒子が分散されてなる素子本体部５１を有するＰＴＣ素子５０を感熱素子は、カーボンブラックが分散された構成の素子本体部を備える従来のＰＴＣ素子に比べて、その抵抗値の復帰性能が高く、上記特許文献１、２のような断熱シートなどを用いずにインサート成形を実施しても、ＰＴＣ素子５０の初期抵抗特性が維持可能である。

具体的には、ＰＡ樹脂を用いてインサート成形を行う場合には、ＰＴＣ素子５０が約２００〜２５０（℃）の熱に晒されてトリップすることになるが、本実施の形態におけるＰＴＣ素子５０は初期抵抗値近くに復帰する性能を有している。
このように、本実施の形態に係るパック電池１では、金属粒子が分散されてなる素子本体部５１を有するＰＴＣ素子５０を用いているので、ＰＴＣ素子５０の周囲に断熱シートなどを配さずにインサート成形を行った場合にも、ＰＴＣ素子５０の初期抵抗特性を維持することが可能である。よって、パック電池１では、断熱シートなどを用いなくてもよい分、コスト面で優位である。

また、本実施の形態に係るパック電池１では、ＰＴＣ素子５０の素子本体部５１および素子電極５２、５２の外表面が樹脂モールド部２０によりコーティングされた状態となっているので、素子本体部５１に金属粒子が分散されているにもかかわらず、酸化などによるＰＴＣ素子５０の抵抗値が上昇するという問題を生ずることもない。
さらに、樹脂モールド部２０は、ＰＴＣ素子５０の素子電極５２、５３の外表面もコーティングする状態で存在するので、上記特許文献３のように、予めエポキシ樹脂などで素子電極の外表面をコーティングしておくことも必要なく、この観点からも本実施の形態に係るパック電池１は、コストを低く抑えることが可能である。

従って、本実施の形態に係るパック電池１では、 インサート成形によって形成される樹脂モールド部２０を備えながらも、ＰＴＣ素子５０の初期抵抗特性の維持が可能であって、且つ、コストの低減を図ることも可能である。
なお、樹脂モールド部２０をウレタン系樹脂を用いることもできるが、その場合には、インサート成形時における成形温度は略１２０（℃）であり、ＰＴＣ素子５０の初期抵抗特性を維持するという観点からより優位である。

３．その他の事項
上記実施の形態では、パック電池にリチウムイオン二次電池１０を素電池として備える形態のものを一例としたが、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池を素電池として備えるものでもよく、さらには、素電池の数についても、必ずしも１つである必要はなく、２つ以上としてもよい。

また、上記実施の形態では、樹脂モールド部２０の形成材料として、ＰＡ樹脂を用いたが、上述のように、これ以外の樹脂材料、例えば、 ＡＢＳ樹脂、ＰＶＣ樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＰ樹脂、ＰＥ樹脂、ウレタン系樹脂等を用いることもできる。
さらに、感熱素子としては、ＰＴＣ素子以外にも。感熱抵抗体を備える素子を用いることが可能であって、例えば、ＮＴＣ素子などを採用することができる。

本発明は、携帯電話やＰＤＡなどの電力源として用いるパック電池に適用が可能である。

本発明の実施の形態に係るパック電池１の外観斜視図である。 パック電池１の展開斜視図である。 パック電池１における部分断面図である。

符号の説明

１．パック電池
１０．リチウムイオン二次電池
１１．外装缶
１２．電池蓋
１３．負極端子
１４．クラッド板
１５．安全弁
２０．樹脂部
３０．保護回路基板
３１．入出力端子
３２．テスト端子
３３、３４、６１、６２．リード
４０．水没シール
５０．ＰＴＣ素子
５１．素子本体部
５２、５３．素子電極
７０．絶縁板

Claims (2)

1. 素電池と、当該素電池と外部との電力流通を、自己あるいは雰囲気の温度に応じ
   て制御する感熱素子と、前記素電池の外周の一部と前記感熱素子とを一体にパッ
   ケージングする樹脂部とを有してなるパック電池であって、
   前記感熱素子は、導電性物質としての金属粒子が分散された高分子物質からな
   る素子本体部を有しており、
   前記樹脂部は、インサート成形によって前記素子本体部の外表面をコーティン
   グする状態で形成されたものである
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記樹脂部は、ポリアミド系樹脂から構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
   

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