CN101176220A - 封口体以及使用该封口体的电池组 - Google Patents

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Abstract

提供一种更紧凑的电池组，具有充电电池以及具有PTC部件(120)，所述充电电池具有罐状体(100)以及封闭其开口部的封口体(102)，其特征在于，封口体具有安装在其上的PTC部件。

Description

封口体以及使用该封口体的电池组
技术领域
本发明涉及封口体(或者封口板)以及具有该封口体的电池组。
背景技术
在便携用的电气或者电子装置中使用各种充电电池。在这样的装置中，为了令构成其的元件例如充电电池组所占据的体积最小化，进行了各种研究。
即便要令体积最小化，也不能妨碍元件的本来的功能以及附属的功能，在便携装置中使用的充电电池中配置有PTC部件，在电池充电时以及放电时事先防止过剩电流的流过，或者事先防止装置或者元件异常地变为高温。
作为这样的PTC部件，使用以夹持导分散有炭黑的电性聚合体元件的方式配置电极的所谓的聚合体PTC部件(或者PPTC部件)。以具有这样的PTC部件的充电电池作为电池组的例子而在图4中用立体图示意地进行表示。
在图示的电池组中，作为构成该电池组的电池的壳体使用铝或者钢的罐状体10，它也起到电池的一方的电极(+或者-极)的端子的作用。而且，从配置在壳体的一方的端部的封口体12伸出的端子14(由于看不到所以用虚线表示)起到另一方的电极(-或者+极)的端子的作用。PTC部件16，配置在罐状体的侧表面18上，构成安全性高的电池组。PTC部件的一方的导线20与端子14电气连接。PTC部件的另一方的导线22(经由PTC部件而朝向导线20)以既定的方式与其他电路(未图示)电气连接。
在这样的电池组中，由于PTC部件配置在罐状体的侧表面上，所以电池组的整体的体积变大，所以作为要求更小型化的便携装置用的电池组而言并不优选。但是，由于目前使用在市场上销售的PTC部件，不得不成为上述那样的电池组，并且目前正在使用这样的电池组。
另外，提出有在电池的罐状体的底部配置PTC部件的电池组(参照下述专利文献1)。但是，该电池组，由于在罐状体的底面上形成凹部，并在该凹部中配置PTC部件，所以其结果，作为电池所必须的罐状体的整体的体积与凹部对应而变大。因此，对于将PTC部件配置在罐状体的底部的电池组，也与将PTC部件配置在罐状体的侧表面的方式一样，电池组的体积变大。
专利文献1：特开平7-169506号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种更加紧凑的电池组。
通过对上述课题进行反复研究，认为可通过下述方式解决该课题，即在电池的封口体上安装PTC部件，即将PTC部件直接(或者紧邻地)配置在电池的封口体上。
因此，在第1方案中，本发明为一种电池组，具有充电电池以及PTC部件，所述充电电池具有罐状体以及封闭罐状体开口部的封口体，其特征在于，封口体具有安装在其上的PTC部件。
在本发明中，PTC部件紧邻地安装在封口体的上方。该安装，以在邻接的状态下配置PTC部件和封口体并将它们电气连接(而且机械连接)的方式通过存在于它们之间的连接元件而实现。作为这样的连接元件，可例示例如后述的软钎料(也可以是由钎焊膏形成的材料)、导电性粘合剂等的粘合材料。这样的连接元件将PTC部件(更详细而言其金属层、例如金属箔)连接在封口体上。
具体而言，作为连接元件而存在的软钎料、导电性粘合剂等的粘合材料优选以层的形式存在于PTC部件(更详细而言为部件的金属层)与封口体之间。这样的层，优选在PTC部件与封口体之间在PTC部件的下表面的整个范围内在与封口体之间形成，但只要能够得到必要的导电性，不一定要在PTC部件的下表面的整个范围上形成(不存在层的部分可作为空隙部而存在)。
在其他方式中，也可电气(而且机械)连接处于邻接状态的PTC部件(更详细而言其金属层)和金属导线，并将这样的金属导线在与封口体邻接的状态下电气(而且机械)连接在封口体上。此时，PTC部件与金属导线之间的连接可通过例如软钎料、导电性粘合剂等的粘合材料(优选层的形式)进行，此外，金属导线与封口体之间的连接可通过例如软钎料、导电性粘合剂等的粘合材料(优选为层的形式)实现。因此，该情况下，位于PTC部件与封口体之间的连接元件可以说由金属导线以及其两侧的粘合材料的层构成。另外，金属导线与封口体之间的连接可借助焊接进行，通常，特别优选这样地实施。该情况下，位于PTC部件与封口体之间的连接元件可以说由金属导线以及位于该PTC部件侧的粘合材料(优选为层的形式)构成。
另外，只要能够上述那样地连接PTC部件与封口体，金属导线可采用任意的适当方式，通常，为板或者带的形式。此外，该金属导线可以在PTC部件的下表面(即朝向封口体的面)的整体范围内延伸，也可以在局部范围内延伸，在其他方式中，也可具有从PTC部件的下表面向PTC部件的外侧延伸的部分(参照后述图3)。
在上述另外的方式中，先前说明的使用粘合材料作为连接元件说明同样适用(即，不一定在要连接的两个对象之间的整体范围内存在粘合剂)。另外，在通过焊接将金属导线与封口体连接的情况下，在PTC部件与封口体之间形成焊接这些的焊接部。这样的焊接部(可为层的形式)是在金属导线以及与其邻接的封口体之间的接触边界面上将金属导线以及与其邻接的封口体熔融(之后，冷却)而形成的部分。熔融可在这样的接触边界面上通过适当的方法产生热(例如使用超声波焊接)而进行，焊接部可为接触边界面整体，或者只要能够得到必要的导电性也可形成在接触边界面的一部分上(例如参照图3)。
另外，本发明中，构成充电电池所必须的元件(例如、罐状体、封口体、罐状体内的正极板、负极板、隔离物、电解质等)可与现有的元件实质上相同，即可为通常的充电电池中使用的元件。上述以及后述的本发明的电池组当然可根据需要而含有这样的元件而构成。另外，如众所周知的那样，罐状体具有开口部，封口体封闭罐状体的开口部而密封。
本发明的特征之一在于，PTC部件隔着上述各种方式的连接元件的某一种而紧邻地配置在封口体上，为了表示这种含义而在本说明书中表示为“直接配置(或者安装)(PTC部件)”。
进而，在第2方案中，本发明提供一种封口体，在上方配置即直接配置PTC部件。该封口体，与罐状体以及其他的构成充电电池的元件组合而用于制造充电电池组。另外，“上方”是指封口体在组合到电池组上时露出的一侧。
在电池组中，通常，存在从封口体伸出的端子，所以PTC部件向封口体上的安装以下述方式进行，即在构成电池组时在不影响端子从封口体伸出的状态下将PTC部件配置在封口体上。
如先前说明的那样，在充电电池的封口体中，从其表面伸出端子，因此从封口体的表面(即上侧的表面)到端子的顶部之间的空间部分是端子所必须的。在本发明中，在将PTC部件配置在封口体上时，可在这样的空间部分内收纳PTC部件的大部分，优选实质上全部收纳(即可有效地利用空间部分)，可令由于配置PTC部件而产生的电池组的体积的增大最小化，优选可实质上没有体积的增加。
附图说明
图1是本发明的电池组的上方部分的示意剖视图。
图2是安装有PTC部件的图1所示的电池组的封口体的一部分的放大示意图。
图3是安装有PTC部件的图1的电池组的另外的方式的封口体的一部分的放大示意图。
图4是现有的电池组的示意立体图。
附图标记说明：
100...罐状体、102...封口体、104...端子、106...集电体、108...薄层部、110...电解质供给口、112...密封件、120...PTC部件、122...PTC元件、124、126...电极、128...金属导线、130...粘合材料、132...金属导线、134...粘合材料、136...焊接部
具体实施方式
本发明中，PTC部件是具有PTC元件以及电极的通常的聚合体PTC部件，所述PTC元件由分散有作为导电性填充物的炭黑的导电性聚合体(例如聚乙烯)形成(优选为层状的PTC元件)，所述电极配置在所述PTC元件两侧(优选为金属材料的层状电极、更优选为箔状电极)。
但是，特别优选的PTC部件，作为填充物含有作为导电性填充物的镍粉或者镍或钴的合金的粉末。另外，这样的合金可仅构成粒子的表面部分，所述粒子构成作为导电性填充物的粉末，内侧部分可由镍构成。这样的含有钴的镍粉在例如WO2005-023461号中公开，在本发明中特别优选使用作为填充物而含有上述公开的镍粉的聚合体PTC部件。另外，对于镍粉，例如在日本国特许第3635089号中公开，本发明中优选使用作为填充物而含有上述公开的镍粉的聚合体PTC部件。
在使用这样的填充物时，PTC部件自身的大小非常小，可减小PTC部件所占据的封口体的面积。因此，对于除了搭载PTC部件的功能以外还具有各种功能(提供电解质供给口、形成极薄部分而提高安全性、令端子伸出等)的封口体，使用这样的填充物而形成的PTC部件特别优选。
在本发明中，PTC部件安装在封口体上。如上所述，将这样的PTC部件与封口体的位置关系表示为“PTC部件直接安装在封口体上”。PTC部件的一方的电极与构成封口体的金属表面电气连接，或者经由金属导线、优选带形式的金属导线而电气连接。在该电气连接时，在将PTC部件的一方的电极与封口体的金属表面，或者与金属导线连接时，优选使用例如软钎料或者导电性粘合剂等的粘合材料，在将金属导线连接在封口体的金属表面上时，优选使用例如焊接(超声波焊接等)。这样的电气连接当然同时起到机械连接的作用。
图1表示本发明的电池组的上方部分(封口体所配置的部分)的示意剖视图。在图示的方式中，在电池的罐状体100的开口部上嵌入封口体(或者封口板)102而封闭罐状体。端子104贯通插入封口体102的中央附近，并与下方的集电元件106连接。另外，在图示的方式中，为了简单而以一体状态表示它们。因此罐状体100中，嵌入其中的封口体102作为一方的电极(例如+极)起作用，端子104作为另一极(例如-极)的电极起作用。
一般而言，封口体由铝、钢等的金属的薄板形成，具有可起到安全阀的作用的极薄层部108，此外，具有可向罐状体内供给电解质的口110。另外，为了将端子104与封口体102维持为绝缘状态，在它们之间配置绝缘材料112。绝缘材料还作为密封件而起作用。
PTC部件120，直接配置在封口体102上。PTC部件120具有导电性聚合体元件122和电极，所述电极是配置在聚合体元件的两侧的箔形式的金属层124以及126。在图示的状态下，在金属层124上配置金属导线128。金属导线128可用任意的适当方法配置，例如可借助焊接、导电性粘合剂、软钎料等的连接方法与金属层124电气连接(另外，图1～图3中省略而未图示这样的连接机构)。在图示的方式下，通过将PTC部件的金属层126直接电气连接在封口体102上而将PTC部件安装在封口体102上。
另外，金属导线128可为任意的适当形式。在图示形式下，金属导线128是与PTC部件的电极124相同尺寸的板形式，但在其他的形式中也可配置在PTC部件的电极124的一部分上。此外，金属导线除了配置在PTC部件的电极124的至少一部分上的部分外，还可具有电极124的周围的一部分、从一边或者全部周边向外延伸的部分。例如，金属导线128，可为具有配置在PTC部件的电极124的至少一部分上的部分以及从电极向外延伸的部分的带形式(参照图3)。该情况下，可在PTC部件的电极124上配置金属导线的一部分而将它们点状地电气连接(例如可为点焊)。
图2中，放大而示意地表示具有图1所示的方式的PTC部件120的封口体的一部分。图2所示的方式，表示使用导电性粘合剂130而将PTC部件直接电气连接在封口体102上的情况。PTC部件120，详细而言其金属层126与封口体102为邻接状态，在它们之间以层的状态配置导电性粘合剂130。在图示状态下，在PTC部件的下表面的整体上存在粘合剂层，但不一定在整体范围内存在。另外，导电性粘合剂130的层为了明确其存在而夸张地表示厚度。
图示的封口体，能够通过在将导电性粘合剂涂敷在封口体102上并在封口体102上配置有PTC部件120的状态下进行加热而制造。取代导电性粘合剂而涂敷钎焊膏也可同样地制造。该情况下，通过使用具有PTC部件120的封口体102而形成充电电池，可得到充电电池组。在另外的方式中，也可在用通常方法使用封口体形成充电电池后，如上述那样使用导电性粘合剂或者钎焊膏而将PTC部件粘合在封口体102上而制作充电电池组。
图3与图2同样示意地表示直接配置在封口体102上的PTC部件120。但是，在图示方式中，PTC部件120经由配置在封口体102侧的导线132而间接地电气连接在封口体102上(与图2所示的“直接地”对应)。另外，PTC部件120与金属导线132由软钎料或者导电性粘合剂连接的层134连接。金属导线132从PTC部件120的周边部的至少一部分向外侧延伸，并且在该部分处焊接在封口体102上。在图示方式下，该金属导线借助焊接部136连接在封口体102上。另外，焊接部可在PTC部件的全周边的外侧形成，或者也可在其一部分上形成。
例如，在PTC部件的电极126为镍箔时，若借助软钎料、导电性粘合剂等的粘合材料将其直接连接在铝制的封口体102上，则由于是不同材料之间的连接而它们之间的阻值容易变大。这种情况下，若在PTC部件和封口体102之间夹入镍导线132并焊接镍导线132与封口体102，而电气连接镍导线与PTC部件，则整体的阻值可能比没有使用镍导线时小，且PTC部件与封口体之间的连接强度也变大。优选这样地使用与PTC部件的电极为相同材料的导线并将该导线焊接在封口体102上。
为了制造这样的封口体102，得到借助导电性粘合剂或者软钎料等的粘合材料将金属导线132粘合在PTC部件120上的PTC部件，并将这样的PTC部件通过焊接而粘合在封口体102上即可。通过使用这样的封口体102而形成充电电池，可得到充电电池组。在另外的方法中，可在首先同样地形成充电电池后，将粘合有金属导线132的PTC部件120焊接在封口体102上。
在本发明的特别优选的方式中，在上述那样制作了在封口体102上连接PTC部件120的电池组后，利用树脂将封口体102模块化，将PTC部件埋设在树脂中。由此，由于PTC部件没有露出，所以可防止PTC部件受损，并且由于导线没有长距离地露出，所以短路的可能性也降低，可提高电池组的安全性。进而，由于在原本具有突出部的封口体上配置PTC部件，所以与以往的电池组那样PTC部件单独配置在侧表面上而突出的情况相比不易在PTC部件上施加外力。
若使用上述本发明的封口体，则在向充电电池配置PTC部件时，电池组的体积的增加为最小限，优选充电电池组的体积实质上没有增加。进而，由于罐状体100与PTC部件直接配置，所以由于无需将PTC部件配置在罐状体的侧表面上时所必须的长导线，所以可防止与之对应的不必要的阻值增加。
另外，在上述封口体102中，PTC部件与封口体102邻接而配置在其上方，但在另外的方式中，也可将PTC部件配置在从封口体102伸出的端子104上。这种情况下也能与上述配置相同实现安全的电池组，此外，具有无需长导线的优点。
若使用本发明的封口体，则可构成更紧凑的充电电池组，有利于便携电子装置等的小型化。
另外，本申请根据日本国专利申请第2005-143024号(2005年5月16日申请，发明名称：电池组以及用于该电池组的封口体)而主张基于巴黎公约的优先权，上述申请中所述的内容通过引用而构成本说明书的一部分。

Claims (14)

1.一种电池组，具有充电电池以及PTC部件，所述充电电池具有罐状体以及封闭罐状体的开口部的封口体，其特征在于，
封口体具有安装在其上的PTC部件。
2.如权利要求1所述的电池组，PTC部件以邻接的状态配置在封口体上，借助存在于PTC部件与封口体之间的连接元件而将PTC部件安装在封口体上以使它们电气连接。
3.如权利要求2所述的电池组，连接元件是粘合材料的层。
4.如权利要求2所述的电池组，连接元件是金属导线以及金属导线两侧的粘合材料的层。
5.如权利要求2所述的电池组，连接元件是金属导线以及位于金属导线与PTC部件之间的粘合材料的层，粘合材料的层连接PTC部件与金属导线，金属导线借助焊接与封口体连接。
6.如权利要求3～5的任意一项所述的电池组，粘合材料是导电性粘合剂或者软钎料。
7.如权利要求1～6的任意一项所述的电池组，PTC部件具有PTC元件，该PTC元件使用镍粉末或者镍/钴粉末作为导电性填充物。
8.一种封口体，在制造具有充电电池以及PTC部件的电池组时使用，在上方安装有PTC部件，所述充电电池具有罐状体以及封闭该罐状体的开口部的封口体。
9.如权利要求8所述的封口体，PTC部件以邻接的状态配置在封口体上，借助存在于PTC部件与封口体之间的连接元件而将PTC部件安装在封口体上以使它们电气连接。
10.如权利要求9所述的封口体，连接元件是粘合材料的层。
11.如权利要求9所述的封口体，连接元件是金属导线以及金属导线两侧的粘合材料的层。
12.如权利要求9所述的封口体，连接元件是金属导线以及位于金属导线与PTC部件之间的粘合材料的层，粘合材料的层连接PTC部件与金属导线，金属导线借助焊接与封口体连接。
13.如权利要求10～12的任意一项所述的封口体，粘合材料是导电性粘合剂或者软钎料。
14.如权利要求8～13的任意一项所述的封口体，PTC部件具有PTC元件，该PTC元件使用镍粉末或者镍/钴粉末作为导电性填充物。
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