JP2000353551A

JP2000353551A - 二次電池

Info

Publication number: JP2000353551A
Application number: JP11165480A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Iwazono; 芳宣祝園; Tomiya Ishimaru; 富也石丸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: JP3154280B2

Abstract

(57)【要約】【課題】過放電や過充電等を防止する保護回路を封口
板内に配設し、パック電池を構成することなく保護回路
を備えた二次電池を提供する。【解決手段】発電要素を収容した電池ケース１５の開
口端を封口する封口板８に、保護回路を構成した回路基
板１０が配設される。回路基板１０の外面側には中央に
温度検出端子３、その外側に正極入出力端子２が設けら
れ、この端子部分を除く回路基板１０の外面側は、電池
ケース１５に嵌合する外キャップ２０によって覆われ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池等の二次電池を構成する電池内に電池保護装置を
装備して、電池自体で過充電や過放電等から保護する機
能を備えて構成された二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池等の高エネルギ
ー密度を有する二次電池は、この二次電池を使用する機
器の電池周辺回路の短絡、正負電極間の短絡、過充電や
過放電等の異常使用による電池の破損を防止するため
に、さまざまの保護機能を設けて使用される。図１２
は、リチウムイオン二次電池をその封口部分の断面図と
して示すもので、発電要素を収容した有底円筒形の電池
ケース６１の開口端を封口部６２により封口して構成さ
れている。前記封口部６２は、電池内部側から封口底板
６４、下金属薄板６５、上金属薄板６６、ＰＴＣ素子６
７、封口上板６８を備え、これらは周辺部で内ガスケッ
ト６９を介して封口底板６４によって挟圧固定されてな
り、この封口部６２を電池ケース６１の開口端に外ガス
ケット６３を介してカシメ固定することにより、電池ケ
ース６１の開口端が封口される。

【０００３】上記構成において、発電要素を構成する正
負極板の正極板は封口底板６４にリード接続され、封口
底板６４、下金属薄板６５、下金属薄板６５と上金属薄
板６６との接合点Ａ、上金属薄板６６、ＰＴＣ素子６
７、封口上板６８に通じる通電回路が形成され、封口上
板６８は二次電池の正極入出力端子として機能し、負極
板が接続される電池ケース６１が二次電池の負極入出力
端子として機能する。一般的には、正極の入出力端子は
封口上板６８に、負極の入出力端子は電池ケース６１に
振り分けられるが、この逆の場合もある。

【０００４】前記下金属薄板６５と上金属薄板６６と
は、それらの中心位置の接合点Ａで溶接接合され、電池
内圧が異常上昇したときに封口底板６４の開口部を通じ
て加わる圧力により変形して接合点Ａが剥離することに
より、封口底板６４から封口上板６８に通じる通電回路
を遮断する電流遮断手段を構成している。また、下金属
薄板６５及び上金属薄板６６にはそれぞれＣの字状に薄
肉部６５ａ、６６ａが形成されており、更なる圧力が加
わったときには薄肉部６５ａ、６６ａから破断して異常
内圧を外部に放出し、異常内圧による電池の破裂を防止
する防爆弁の機能も備えている。また、ＰＴＣ素子６７
は、過大電流により自己発熱して、所定温度を越えたと
きの抵抗値の急増により通電電流を規制する。従って、
短絡等により過大な放電電流が流れたときに抵抗値を増
大させて過大電流を阻止することができる。

【０００５】上記のように二次電池自体が装備する機能
の他に、リチウムイオン二次電池では過充電や過放電等
を防止するために保護回路が設けられ、この保護回路は
一般的にパック電池の形態として、リチウムイオン二次
電池と共にパック電池のケース内に収容して一体化され
る。このような電池と保護回路とをケース内に収容して
一体化した「パック電池」の形態のものは、リチウムイ
オン二次電池等の二次電池を使用する携帯電話機等の携
帯機器の電池電源装置として多く用いられていることは
周知のところであり、特開平７−２７２７４８号公報、
特開平８−３２１２９７号公報等に開示されたものが知
られている。

【０００６】前記保護回路は、前述の過充電や過放電の
防止の他、過大電流の遮断、電池温度モニター等の機能
を備えることができ、これを二次電池自体に内装するこ
とができれば、パック電池を構成することなく保護回路
を備えた二次電池を形成することができ、汎用性の高い
二次電池を提供することができる。電池内に保護回路を
収容する目的で構成されたと考えられるものとしては、
特開平８−３１４６０号公報に開示されたものがある
が、電池の上部に保護回路等の構成要素を配設し、この
保護回路等と電池とを更に外装ケース内に収容してお
り、パック電池の形態と同様のものでしかない。保護回
路を備えた二次電池として要求されるところは、保護回
路のない従来の二次電池とほぼ同一の寸法形状でありな
がら、その電池ケース内に保護回路が収容されたもので
ある。

【０００７】本願発明者は、前記趣旨に則って電池内に
保護回路を収容した二次電池を開発し、特願平８−１７
８８９６号として提案した。図１３は、その一実施形態
を示すもので、発電要素を収容した電池ケースの開口端
を封止する封口板７０内に前記保護回路７７を含む電池
保護装置が配設されている。

【０００８】図１３において、封口板７０内には、保護
回路７７を構成した回路基板７１、短絡等の過大電流を
阻止するための臨界温度抵抗体であるＰＴＣ素子７２、
電池内圧の異常上昇により破断して通電回路を遮断する
と共に異常内圧を排出する電流遮断機構７３を備えた電
池保護装置が配設されている。発電要素の正極は前記電
流遮断機構７３、ＰＴＣ素子７２を通して回路基板７１
に接続され、回路基板７１から電池の正極入出力端子と
なる正極キャップ７５、保護回路７７のマイナス側を外
部接続するためのＳ極キャップ７６に電気的接続がなさ
れている。前記保護回路７７は、過充電、過放電、過大
放電電流等の状態を検出して、これらが検出されたと
き、スイッチング素子であるＦＥＴにより通電回路を遮
断する。従って、この二次電池では、電流遮断機構７
３、ＰＴＣ素子７２、保護回路７７が配設されているの
で、三重の電池保護機能を備えたものとなり、パック電
池の構成によって保護回路を設けることなく、電池自体
に保護回路を内装することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記二
次電池の構成において、封口底板７４によってＳ極キャ
ップ７６、回路基板７１等をそれらの周辺部でカシメ固
定して封口板７０として完成させる際に、回路基板７１
及び保護回路７７にストレスが加わり、また、この封口
板７０を電池ケースにカシメ固定する際にも同様にスト
レスが加わり、保護回路機能に障害を与える問題点があ
った。また、電流遮断機構７３に接近して保護回路７７
を構成した回路基板７１が配置されているため、電池内
圧の異常上昇により変形破断する電流遮断機構７３の変
形空間が制限され、変形破断の精度が得難い課題を有し
ていた。

【００１０】また、リチウムイオン二次電池のようなエ
ネルギー密度の高い二次電池では充電できる温度範囲を
設定して安全性を高める機能が充電器側に設けられてお
り、二次電池側に充電器に温度データを出力する温度検
出端子を設けることが要求されている。前記パック電池
では、一般的に温度検出端子が設けられており、電池保
護装置を内装した二次電池においても温度検出の機能を
備えることが二次電池の使用上の安全性を高めることに
なる。

【００１１】本発明が目的とするところは、電池内に保
護回路を装備すると共に、この保護回路及び二次電池の
温度データを出力する温度検出端子を設けた二次電池を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、有底筒状に形成された電池ケース内に発電
要素が収容され、この電池ケースの開口端が電池保護装
置を備えた封口部により封口されてなる二次電池におい
て、前記封口部の最外部に、電池を過充電、過放電等か
ら保護する保護回路をその内面側に構成した回路基板が
配設され、この回路基板の外面側に、その中央部に前記
保護回路を介して正極板に接続された正極入出力端子、
周辺部に前記電池ケースに嵌合して回路基板の周辺部を
覆う外キャップが接合されてなることを特徴とする。

【００１３】上記構成によれば、この二次電池は封口部
に保護回路を構成した回路基板が配設され、二次電池の
正極板は保護回路を通じて正極入出力端子に接続されて
いるので、二次電池は保護回路により過充電や過放電等
から保護され、二次電池と保護回路とをパックケース内
に収容してパック電池を構成することなく、二次電池自
体に保護回路を備えることができ、保護回路を設けるこ
とが必須条件であるリチウムイオン二次電池等の汎用性
を向上させ、電池使用機器をコンパクトに構成すること
ができる。

【００１４】上記構成において、回路基板の外面側に温
度検出端子を設け、これに接続して保護回路及び電池の
温度を検出する温度検出素子を設けることにより、保護
回路及び電池の温度による変化を温度検出端子に出力す
るので、この温度検出端子から電池使用機器あるいは充
電器は電池の温度状態を検知して、適正温度による使用
を図ることができる。

【００１５】また、封口部は、電池内圧の異常上昇時に
破断して内圧を放出すると共に通電回路を遮断する電流
遮断手段を備えて構成され、この電流遮断手段により封
口部に配設された保護回路を電池内部と遮蔽するように
構成することにより、電池ケース内の電解液による影響
を受けないように封口部内に保護回路を配設することが
できる。また、電流遮断手段は電池内圧の異常上昇時に
破断してガスを排出すると共に通電回路を遮断して二次
電池の破裂を防止する。

【００１６】また、封口部は、円板状に形成された電流
遮断手段と、円形リング状に形成されたＰＴＣと、中央
部が開放された帽子状に形成された内キャップとが、そ
れぞれを重ね合わせた外周部を内ガスケットを介して封
口底板の外周部により挟圧固定され、前記内キャップの
頂部に回路基板に取り付けられたスポットリングを接合
することにより保護回路を備えて構成され、この封口部
が外ガスケットを介して電池ケースの開口端にカシメ固
定されてなるように構成することにより、封口部内に電
流遮断手段、過大放電電流を阻止するＰＴＣ及び保護回
路を構成することができ、複数の電池保護装置により二
次電池の異常使用や機器の故障時の安全を図ることがで
きる。

【００１７】また、スポットリングは、リング状の面を
回路基板上に形成された導体パターンに接合することに
より回路基板に取り付けられ、リング状の面から回路基
板より外側に突出させた接合面を内キャップに接合する
ことにより回路基板を内キャップ上に固定するように構
成することにより、封口部に回路基板を配設する取り付
け作業を容易に行うことができる。

【００１８】また、上記スポットリングは、銅ニッケル
合金もしくは銅ニッケル合金を含む金属クラッド材によ
って形成することにより、接合性、導電性、耐蝕性に優
れたものに構成することができる。

【００１９】また、回路基板の内面側に形成されたＩＣ
放熱用導体パターン上にＩＣ部品が装着され、外キャッ
プが接合される外面側の負極接続用導体パターンと前記
ＩＣ放熱用導体パターンとがスルーホールによって接続
され、前記負極接続用導体パターンと温度検出端子接続
用導体パターンとの間に温度検出素子を配設して構成す
ることにより、ＩＣ部品の熱はＩＣ放熱用導体パターン
から負極接続用導体パターンに伝導し、また、電池ケー
スの熱は外キャップから負極接続用導体パターンに伝導
するので、負極接続用導体パターンに接続された温度検
出素子はＩＣ部品及び電池ケースの熱によって変化す
る。この温度検出素子の変化は温度検出端子接続用導体
パターンに接合される温度検出端子から検出することが
できるので、ＩＣ部品及び電池を適正温度で使用するこ
とができる。

【００２０】また、回路基板の要部を除く所定部位にソ
ルダレジストが施され、ＩＣ放熱用導体パターン上のＩ
Ｃ部品装着位置には、前記ソルダレジストが島状パター
ンを多数配列した状態に施され、島状のソルダレジスト
の配列間に接着剤が充填されるようにして島状パターン
上にＩＣ部品が接着により装着して構成することによ
り、ソルダレジストによりＩＣ部品を導体パターンと絶
縁することができ、熱伝導性の低いソルダレジストの面
積を小さくして、それらの間に充填される接着剤により
ＩＣ部品の熱をＩＣ放熱用導体パターンに伝導させるこ
とができる。

【００２１】また、島状のソルダレジストが、正六角形
の島状パターンの辺を平行に所定間隔で配列することに
より、島状パターンを均等配置して、その間の接着剤の
充填スペースを適切に得ることができる。

【００２２】また、温度検出端子と正極入出力端子と
が、金属成形により中央の温度検出端子と、これを取り
囲むように間隔を設けて形成された正極入出力端子とが
薄肉形成されたブリッジにより連結一体化された金属パ
ーツに、樹脂成形により温度検出端子と正極入出力端子
との間に絶縁樹脂を充填して両者を接合した後、前記ブ
リッジを切り離して絶縁樹脂により連結一体化された複
合端子として形成することにより、温度検出端子と正極
入出力端子とを絶縁樹脂で絶縁して一体化した複合端子
に構成することができ、回路基板への取り付けも同時に
行うことができる。

【００２３】また、温度検出端子の頂部が正極入出力端
子より低い位置にあるように形成することにより、温度
検出を別途の手段により行う場合に、正極入出力端子に
平板状の接続子を接続させることにより、温度検出端子
は使用しないようにすることもできる。また、この二次
電池を直列接続する際にも、前記と同様の温度検出手段
を設けることで、正極入出力端子は電池ケースの底部に
接触導通し、温度検出端子は無効にすることができる。

【００２４】また、外キャップは、金属材料により電池
ケースの周側面に嵌合する筒状部と、中央部を開口させ
た底面部とを備えて有底筒状に形成され、底面部に、回
路基板上に形成された負極接続用導体パターンに接続す
る負極接続片と回路基板の外面側を押さえる基板押さえ
片と基板押さえ片より深い高さ位置に上面片とが形成さ
れ、前記負極接続片と上面片とを露出させて温度検出端
子及び正極入出力端子を除く回路基板の外面側を覆う樹
脂モールド部を形成して構成することにより、負極入出
力端子である電池ケースを回路基板に接続すると共に、
封口部の最外部に位置する回路基板の周辺部を樹脂モー
ルド部で被覆して回路基板の損傷を防止することができ
る。

【００２５】また、樹脂モールド部に、リング状にリブ
を形成することにより、中央部の正極入出力端子と負極
接続片との間の短絡防止に好適である。

【００２６】また、外キャップの金属材料は、銅ニッケ
ル合金もしくは銅ニッケル合金を含む金属クラッド材に
よって形成することにより、接合性、導電性、耐蝕性、
強度に優れたものとすることができる。

【００２７】また、内キャップ及び外キャップに、封口
部内から外部に通じる開口部を形成することにより、電
池内圧の異常上昇時に電流遮断手段が破断して内圧を放
出するとき、ガスの外部への放出経路を形成することが
できる。

【００２８】

【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。

【００２９】図１は、本実施形態に係る二次電池１を封
口部分の断面図として示すもので、有底円筒形に形成さ
れた電池ケース１５内に発電要素を収容し、電池ケース
１５の開口端側に封口部８を外ガスケット１３を介して
カシメ加工により固定することにより、電池ケース１５
の開口端が封口されるように構成されている。尚、発電
要素を収容した電池ケース１５内部の図示は省略してい
る。発電要素の構成は一般的なリチウムイオン二次電池
と同様と理解されたい。

【００３０】前記封口部８は、電池内部側から封口底板
１７、電流遮断手段を構成する下金属薄板２２及び上金
属薄板２３、円形リング状に形成されて過大電流阻止手
段を構成するＰＴＣ素子２１、回路基板１０を支持する
内キャップ１８、保護回路を形成する電子回路を構成し
た回路基板１０の順に配設して構成されている。この封
口部８は有底円筒形の電池ケース１５の開口端を封口す
るために円盤状に形成され、各構成要素も円形に形成さ
れる。前記下金属薄板２２、上金属薄板２３、ＰＴＣ素
子２１、内キャップ１８はそれらの周辺部で積層され、
前記封口底板１７の周辺部により内ガスケット１９を介
して挟圧固定され、内キャップ１８上にスポットリング
１１を介して回路基板１０が取り付けられている。この
ように封口板８内には、電流遮断手段、過大電流阻止手
段、保護回路を備えた電池保護装置が構成されている。

【００３１】電池ケース１５の開口端を上記のように構
成された封口部８によって封口した後、回路基板１０の
外面側の周辺部を包み込むようにして電池ケース１５の
開口端側に外キャップ２０を被せ、この外キャップ２０
を回路基板１０と電池ケース１５とに接合することによ
り、電池保護装置を備えた二次電池１が完成される。

【００３２】上記構成において、電池ケース１５内に収
容された正負極板の正極板は封口底板１７にリード接続
され、封口底板１７、下金属薄板２２、下金属薄板２２
と上金属薄板２３との接合点Ａ、上金属薄板２３、ＰＴ
Ｃ素子２１、内キャップ１８、スポットリング１１、回
路基板１０上に形成された保護回路、回路基板１０の外
面側に接合された正極入出力端子２に通じる正極入出力
回路が形成される。また、正負極板の負極板は電池ケー
ス１５に接続されるので、電池ケース１５は負極入出力
端子となり、この電池ケース１５に接合された外キャッ
プ２０により二次電池の負極は回路基板１０に接続され
る。

【００３３】また、封口部８の内部は前記下金属薄板２
２及び上金属薄板２３により電池ケース１５内と遮蔽さ
れていることにより、電池ケース１５内に注入された電
解液やその蒸発ガス等により回路基板１０やその他の構
成要素が絶縁破壊や腐食等の影響を受けることが防止さ
れる。

【００３４】次に、各構成要素の詳細について説明す
る。尚、下金属薄板２２と上金属薄板２３とによる電流
遮断手段、ＰＴＣ素子２１による過大電流規制手段の構
成は、従来構成と同様の構成要素であり、その説明は省
略する。

【００３５】図２は、前記回路基板１０の内面側１０ａ
と外面側１０ｂとに形成された導体パターンを示すもの
で、両面の導体パターンは要部でスルーホール４０によ
り接続されている。図２（ａ）に示すように、内面側１
０ａの中央部にはＩＣ部品などの電子部品を装着して保
護回路を構成するための回路パターンが形成され、周辺
部には前記スポットリング１１を接合して、封口底板１
７、下金属薄板２２、上金属薄板２３、ＰＴＣ素子２
１、内キャップ１８、スポットリング１１を通じて発電
要素の正極に接続するための正極接続用導体パターン２
９が形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、
外面側１０ｂの中央部には温度検出端子接続用導体パタ
ーン３０、これを取り囲むように正極入出力端子接続用
導体パターン３１が形成され、更に、その外側に直径方
向に対向して負極接続用導体パターン３２、３２と、回
路基板１０の動作テストを行うための検査用導体パター
ン３３とが形成されている。

【００３６】この回路基板１０には、図３に示すよう
に、その両面の要部を除いた部位にソルダレジスト９
（斜線表示）が施される。このソルダレジスト９は、一
般的にはハンダブリッジ等のハンダ付け不良の防止、導
体パターン間の絶縁劣化の防止、導体パターン表面の腐
食防止等の目的で施されるものであるが、本実施形態の
構成においては更なる役割を担っている。即ち、回路基
板１０の内面側１０ａの中央には、ベアチップ形態のＩ
Ｃ部品５（図４参照）が装着されるが、この装着位置に
は後述する温度検出の必要性から外面側１０ｂの負極接
続用導体パターン３２にスルーホール４０を通じて接続
されたＩＣ放熱用導体パターン３４を形成しているた
め、これと絶縁してＩＣ部品５を装着することを要し、
ソルダレジスト９はＩＣ部品５のＩＣ放熱用導体パター
ン３４との絶縁性を保つ役割を担っている。しかし、ソ
ルダレジスト９は熱伝導性が低いため、ＩＣ部品５の放
熱性を損なうことになる。そこで、図３（ａ）に示すよ
うに、ＩＣ部品５の装着位置へのソルダレジスト９の形
成は六角形状を配列した六角形配列レジスト９ａの状態
に施されている。この六角形配列レジスト９ａの上に接
着剤を塗布してＩＣ部品５を接着させると、接着剤は六
角形配列レジスト９ａの配列された間に充填され、接着
剤を通じた熱伝導によりＩＣ部品５の熱はＩＣ放熱用導
体パターン３４に放熱され、ＩＣ部品５は六角形配列レ
ジスト９ａにより絶縁性が確保されると同時に、接着剤
を通じた放熱性が得られることになる。六角形配列レジ
スト９ａは、他の形状の配列でもよいが、六角形の配列
は均等配列しやすく、ＩＣ部品５の装着位置のスペース
に六角形配列レジスト９ａが無い部分、即ち接着剤が占
める面積を十分に確保することができる。

【００３７】ソルダレジスト９が施された回路基板１０
には、図４に示すように、その内面側１０ａには前記Ｉ
Ｃ部品５や電子部品１４が装着され、外面側１０ｂには
温度検出端子接続用導体パターン３０と負極接続用導体
パターン３２との間を接続してサーミスタ（温度検出素
子）１２が装着される。六角形配列レジスト９ａ上に接
着されたＩＣ部品５は図示するようにワイヤボンディン
グにより配線接続され、電子部品１４及びサーミスタ１
２はハンダ付けにより接続される。更に、内面側１０ａ
の正極接続用導体パターン２９上にはスポットリング１
１がハンダ付けにより接合される。このハンダ付けは、
スポットリング１１に形成された開口部１１ｂ、１１ｂ
の下に露出する正極接続用導体パターン２９のソルダレ
ジスト９が施されてない部分にスポットリング１１をハ
ンダ付けすることによってなされる。また、スポットリ
ング１１は、銅ニッケル合金（Ｃｕ５５％−Ｎｉ４５
％）もしくは銅ニッケル合金を含む金属クラッド材によ
り形成したものが、接合性、導電性等に優れており好適
である。また、外面側１０ｂの温度検出端子接続用導体
パターン３０と正極入出力端子接続用導体パターン３１
との上には、図６に示すように、正極入出力端子２と温
度検出端子３とが一体化された複合端子４が接合され
る。

【００３８】前記複合端子４は、金属成形及び樹脂成形
により温度検出端子３と正極入出力端子２とを一体的に
して形成される。図５に示すように、中央の温度検出端
子３と、その外側の正極入出力端子２との間を薄肉形成
されたブリッジ４１、４１で接続して一体化した金属パ
ーツ６が金属成形により形成される。この金属パーツ６
の温度検出端子３と正極入出力端子２との間の空間に、
図６に示すように、樹脂成形により絶縁樹脂７が充填さ
れ、ブリッジ４１、４１が切り離されることにより、正
極入出力端子２と温度検出端子３とは絶縁樹脂７で電気
的には絶縁されるも、両者は絶縁樹脂７で接続されて一
体化された複合端子４に形成される。

【００３９】この複合端子４を構成する温度検出端子３
は、図６に示すように、その頂部が正極入出力端子２の
頂部より低い位置になるように構成することにより、温
度検出を任意に無効にして使用することができる。即
ち、二次電池１を直列に接続する構成の場合は、電池収
納部位にあらかじめ温度センサを配設しておくことによ
り、正極入出力端子２を一方の二次電池１の電池ケース
１５の底部に当接させたとき、正極入出力端子２より低
い位置にある温度検出端子３は無接触の状態となって、
その温度検出の機能を無効にすることができる。また、
単独で使用する場合においても、正極入出力端子２に平
板状の接触子を接続させると、温度検出端子３の使用を
無効にすることができる。

【００４０】逆に、中心位置に温度検出端子３への接続
子、その周囲に正極入出力端子２への接続子を形成した
同軸構造の複合接続子を機器側に構成すると、正極入出
力端子２と温度検出端子３とに同時接続させることがで
きる。また、後述する外キャップ２０に負極接続部が正
極入出力端子２及び温度検出端子３と同一面側に形成さ
れるので、二次電池１の正極、負極、温度検出それぞれ
の接続を一方向側から行うことができ、機器の電池接続
の構造を簡易に構成させることもできる。

【００４１】上記のように形成された回路基板１０は、
図１に示すように、取り付けられたスポットリング１１
の両端突起１１ａ、１１ａを内キャップ１８にスポット
溶接によって接合することにより、封口部８の最外部に
固定される。内キャップ１８は、図７に示すように、帽
子状に形成した頂部に回路基板１０上に実装された回路
構成部分を逃がす開口部１８ｂが形成され、この開口部
１８ｂの周囲に形成された平面部１８ｃに前記スポット
リング１１がスポット溶接される。また、内キャップ１
８の周囲には複数の排気穴１８ａが形成されている。

【００４２】上記構成になる封口部８は、外ガスケット
１３を介して電池ケース１５の開口端にカシメ固定され
ることにより電池ケース１５の開口端を封口する。封口
部８により封口された電池ケース１５の開口端側には、
図１に示すように、外キャップ２０が被せられる。外キ
ャップ２０は、図９に示すように、有底円筒形に形成さ
れた筒状部が電池ケース１５に嵌合し、底部は金属部分
で回路基板１０に接続すると共に、樹脂部分で回路基板
１０の端子部分を除く外面側を覆うように構成されてい
る。

【００４３】図８は、前記外キャップ２０の金属部材２
４の構成を示すもので、銅ニッケル合金（Ｃｕ５５％−
Ｎｉ４５％）もしくは銅ニッケル合金を含む金属クラッ
ド材の板材をプレス加工により有底円筒形の底部を三段
構造に形成し、中間高さ位置に直径方向に対向させて負
極接続片２５、２５を形成し、この負極接続片２５と同
一形成高さに複数の基板押さえ片２６を形成すると共
に、前記基板押さえ片２６より深い高さ位置に複数の上
面片２７が形成されている。また、上面片２７の位置に
は排気穴３６が形成され、筒状部には切り割り２８が複
数位置に形成され、電池ケース１５への嵌合性の向上が
図られている。

【００４４】上記構成になる金属部材２４に、図９に示
すように、底部に樹脂成形により樹脂モールド部３８を
形成することによって、中央に端子通し穴３７を設けた
底面が形成される。この樹脂モールド部３８は、前記端
子通し穴３７と共に負極接続片２５の上部に負極開口部
４３を形成して、端子通し穴３７から複合端子４を通
し、負極開口部４３から負極接続片２５を回路基板１０
上の負極接続用導体パターン３２に接合できるように構
成されている。また、前記負極開口部４３部分を除く部
位にリング状にリブ３９が形成され、正極と負極との間
の短絡防止を図っている。

【００４５】前記負極開口部４３から覗く負極接続片２
５と回路基板１０上の負極接続用導体パターン３２との
間は、超音波溶接等の手段により接合される。負極開口
部４３から覗く負極接続片２５は機器側からの二次電池
１の負極入出力端子として利用することができ、この場
合正極入出力端子２及び温度検出端子３と同一面側に負
極接触部を構成することができ、機器側の二次電池１へ
の接続構造を簡易に構成させることができる。尚、二次
電池１の機器側への負極接続は、前記金属部材２４の底
部(電池全体の頂部）の外周部や、電池ケース１５の底
部において行うことが通常である。

【００４６】以上説明した二次電池１の構成を電気回路
図として示すと、図１０のようになり、電池ケース１５
内に収容された発電要素５１の負極板は電池ケース１５
に接続されて、これを負極入出力端子とする。一方、発
電要素５１の正極板は、下金属薄板２２と金属薄板２３
とにより構成された電流遮断手段、ＰＴＣ素子２１を通
して回路基板１０上の保護回路に接続され、制御回路５
０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるＦＥＴ５２を通じて
正極入出力端子２に接続される。また、回路基板１０の
外面に装着されたサーミスタ１２が温度検出端子Ｔに接
続されている。

【００４７】上記構成における電流遮断手段は、電池内
と封口部８内とを遮蔽して、封口部８内に構成された回
路基板１０等の構成要素が電解液に触れることを防止す
ると共に、電池内が外気に通じることを防止している。
一方で異常使用に伴う電解液の分解によって発生するガ
スにより電池内圧が異常上昇したときには、異常内圧に
より変形して下金属薄板２２と上金属薄板２３との溶接
点Ａが剥離したときに通電電流を遮断する。変形の進行
により下金属薄板２２及び上金属薄板２３はＣの字形状
に薄肉形成された易破断部２２ａから破断して異常内圧
は外部に放出される。下金属薄板２２及び上金属薄板２
３の破断により放出される電池内のガスは、内キャップ
１８に排気穴１８ａ、外キャップに排気穴３６が形成さ
れているので、外部に放出されて電池破壊が防止され
る。前記各排気穴１８ａ、３６は、ガス放出の噴気の排
出方向と交差する方向にあり、ガス排出の勢いで電池が
飛び出す危険性は防止される。

【００４８】また、ＰＴＣ素子２１は、二次電池１の短
絡による過大電流により自己発熱して温度上昇し、所定
の臨界温度に達すると、その抵抗値が急上昇して過大電
流の放電を規制して電池損傷を防止する。

【００４９】また、回路基板１０上に構成された保護回
路は、制御回路５０により過充電状態あるいは過放電状
態の電圧及び過大放電電流を検出したとき、ＦＥＴ５２
をオフ状態に制御して通電回路を遮断して、過充電、過
放電、過大放電電流から二次電池１を保護する。

【００５０】また、サーミスタ１２は、ＩＣ部品５が装
着されたＩＣ放熱用導体パターン３４とスルーホール４
０によって接続された負極接続用導体パターン３２に接
続され、ＩＣ部品５の反対面に装着されていることによ
り、ＩＣ部品５の熱の伝導によってその抵抗値が変化
し、抵抗値の変化は温度検出端子３から検出することが
できる。また、サーミスタ１２が接合された負極接続用
導体パターン３２は、外キャップ２０を通じて電池ケー
ス１５に接続されるので、電池ケース１５即ち二次電池
１の温度が伝導し、その温度によって抵抗値が変化し
て、同様に温度検出端子３から抵抗値の変化が検出でき
る。従って、温度検出端子３からＩＣ部品と二次電池１
の温度が検出できるので、例えば、充電器は温度検出端
子３に導通接触して温度を検出しつつ充電を行うと、二
次電池１の状態を温度から検知することができ、所定の
温度範囲で充電を実行する制御を行うことができる。

【００５１】以上説明した各実施形態の構成のように、
電池内に保護回路を装備させると、電子回路１１の構成
によって過大放電電流を阻止する機能を備えることが可
能となるので、短絡等による過大放電電流の阻止機能を
担うＰＴＣ素子２１の装備を廃止することもできる。即
ち、電子回路１１の機能として過大電流の検出機能があ
り、これを検出したときには通電回路を遮断するので、
ＰＴＣ素子２１の廃止が可能となる。

【００５２】以上説明した各実施形態の構成は、保護回
路を内装しない従来のリチウムイオン二次電池の外形寸
法と略同一に形成される。図１１は、本実施形態に示し
た二次電池１と、図１２に示した従来の保護回路を内装
しない二次電池Ｐとを中心線で対称的に示したもので、
同一の電池容量であれば、直径及び上下の寸法は略同一
である。従って、電池電源を使用する機器の電池収容ス
ペースは同一でありながら、従来は保護回路を構成する
ためにパック電池として形成されていた形態は不要とな
り、電池電源の収容スペースは削減でき、機器の小型
化、軽量化に寄与できるものとなる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、二次
電池内に過充電や過放電から電池を保護する保護回路が
簡易な構造によって内装できるので、パック電池を構成
することなく保護回路を備えた二次電池を構成すること
ができる。また、保護回路を内装しない従来の二次電池
と同一サイズに形成することができるので、従来はパッ
ク電池として保護回路を設けていた形態は不要となり、
二次電池を電源として使用する機器の電池収容スペース
は削減され、特殊な形態となるパック電池を用いること
なく汎用性の高い二次電池が構成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る二次電池の構成を示す断面図。

【図２】回路基板上に形成された導体パターンを示す
（ａ）は内面側、（ｂ）は外面側の平面図。

【図３】回路基板上に施されたソルダレジストを示す
（ａ）は内面側、（ｂ）は外面側の平面図。

【図４】回路基板に電子部品を装着しスポットリングを
取り付けた状態を示す（ａ）は内面側、（ｂ）外面側の
平面図。

【図５】複合端子を形成するための金属パーツの構成を
示す（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視断面図、
（ｃ）はＣ−Ｃ線矢視断面図。

【図６】複合端子の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）
はＤ−Ｄ線矢視断面図、（ｃ）はＥ−Ｅ線矢視断面図。

【図７】内キャップの構成を示す（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図。

【図８】外キャップを形成する金属部材の構成を示す
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＦ−Ｆ線矢
視断面図。

【図９】外キャップの構成を示す（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）はＧ−Ｇ線矢視断面図。

【図１０】実施形態に係る二次電池の電気回路図。

【図１１】実施形態に係る二次電池と従来の二次電池と
を比較する断面図。

【図１２】従来の二次電池の構成を示す断面図。

【図１３】従来の保護回路を内装した二次電池の断面
図。

【符号の説明】

１二次電池２正極入出力端子３温度検出端子４複合端子５ＩＣ部品６金属パーツ７絶縁樹脂８封口部９ソルダレジスト１０回路基板１１スポットリング１２サーミスタ（温度検出素子）１３外ガスケット１５電池ケース１７封口底板１８内キャップ１９内ガスケット２０外キャップ２１ＰＴＣ素子２２下金属薄板２３上金属薄板２４金属部材２５負極接続片２６基板押さえ片２７上面片２９正極接続用導体パターン３０温度検出端子接続用導体パターン３１正極入出力端子接続用導体パターン３２負極接続用導体パターン３４ＩＣ放熱用導体パターン３８樹脂モールド部３９リブ４０スルーホール４１ブリッジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有底筒状に形成された電池ケース内に発
電要素が収容され、この電池ケースの開口端が電池保護
装置を備えた封口部により封口されてなる二次電池にお
いて、前記封口部の最外部に、電池を過充電、過放電等から保
護する保護回路をその内面側に構成した回路基板を配設
し、この回路基板の外面側に、その中央部に前記保護回
路を介して正極板に接続された正極入出力端子、周辺部
に前記電池ケースに嵌合して回路基板の周辺部を覆う外
キャップが接合されてなることを特徴とする二次電池。
【請求項２】回路基板の外面側に温度検出端子が設け
られ、これに接続して保護回路及び電池の温度を検出す
る温度検出素子が設けられてなる請求項１記載の二次電
池。
【請求項３】封口部は、電池内圧の異常上昇時に破断
して内圧を放出すると共に通電回路を遮断する電流遮断
手段を備えて構成され、この電流遮断手段により封口部
に配設された保護回路を電池内部と遮蔽するように構成
されてなる請求項１または２記載の二次電池。
【請求項４】封口部は、円板状に形成された電流遮断
手段と、円形リング状に形成されたＰＴＣと、中央部が
開放された帽子状に形成された内キャップとが、それぞ
れを重ね合わせた外周部を内ガスケットを介して封口底
板の外周部により挟圧固定され、前記内キャップの頂部
に回路基板に取り付けられたスポットリングを接合する
ことにより保護回路を備えて構成され、この封口部が外
ガスケットを介して電池ケースの開口端にカシメ固定さ
れてなる請求項１〜３いずれか一項に記載の二次電池。
【請求項５】スポットリングは、リング状の面を回路
基板上に形成された導体パターンに接合することにより
回路基板に取り付けられ、リング状の面から回路基板よ
り外側に突出させた接合面を内キャップに接合すること
により回路基板を内キャップ上に固定するように構成さ
れてなる請求項４記載の二次電池。
【請求項６】スポットリングが銅ニッケル合金もしく
は銅ニッケル合金を含む金属クラッド材によって形成さ
れてなる請求項４または５記載の二次電池。
【請求項７】回路基板の内面側に形成されたＩＣ放熱
用導体パターン上にＩＣ部品が装着され、外キャップが
接合される外面側の負極接続用導体パターンと前記ＩＣ
放熱用導体パターンとがスルーホールによって接続さ
れ、前記負極接続用導体パターンと温度検出端子接続用
導体パターンとの間に温度検出素子が配設されてなる請
求項１〜４いずれか一項に記載の二次電池。
【請求項８】回路基板の要部を除く所定部位にソルダ
レジストが施され、ＩＣ放熱用導体パターン上のＩＣ部
品装着位置には、前記ソルダレジストが島状パターンを
多数配列した状態に施され、島状のソルダレジストの配
列間に接着剤が充填されるようにして島状パターン上に
ＩＣ部品が接着により装着されてなる請求項７記載の二
次電池。
【請求項９】島状のソルダレジストが、正六角形の島
状パターンの辺を平行に所定間隔で配列してなる請求項
８記載の二次電池。
【請求項１０】温度検出端子と正極入出力端子とが、
金属成形により中央の温度検出端子と、これを取り囲む
ように間隔を設けて形成された正極入出力端子とが薄肉
形成されたブリッジにより連結一体化された金属パーツ
に、樹脂成形により温度検出端子と正極入出力端子との
間に絶縁樹脂を充填して両者を接合した後、前記ブリッ
ジを切り離して絶縁樹脂により連結一体化された複合端
子として形成されてなる請求項１または２記載の二次電
池。
【請求項１１】温度検出端子の頂部が正極入出力端子
より低い位置にある請求項１０記載の二次電池。
【請求項１２】外キャップは、金属材料により電池ケ
ースの周側面に嵌合する筒状部と、中央部を開口させた
底面部とを備えて有底筒状に形成され、底面部に、回路
基板上に形成された負極接続用導体パターンに接続する
負極接続片と回路基板の外面側を押さえる基板押さえ片
と基板押さえ片より深い高さ位置に上面片とが形成さ
れ、前記負極接続片と上面片とを露出させて温度検出端
子及び正極入出力端子を除く回路基板の外面側を覆う樹
脂モールド部が形成されてなる請求項１または２記載の
二次電池。
【請求項１３】樹脂モールド部に、リング状にリブが
形成されてなる請求項１２記載の二次電池。
【請求項１４】外キャップの金属材料が、銅ニッケル
合金もしくは銅ニッケル合金を含む金属クラッド材であ
る請求項１２または１３記載の二次電池。
【請求項１５】内キャップ及び外キャップに、封口部
内から外部に通じる開口部が形成されてなる請求項１〜
１４いずれか一項に記載の二次電池。