JP2001229912A - 電池および携帯情報端末 - Google Patents
電池および携帯情報端末Info
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- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
可能な電池および携帯情報端末を提供する。 【解決手段】 電池5は、電力を発生させる電池コア5
1と、電池コア51に接続された正極端子52および負
極端子53と、PTC素子6とを備える。電池5内に位
置する正極端子52に、所定の電流値を超えると溶融切
断する小断面積部520を設ける。携帯情報端末は、上
記の電池5を備える。
Description
情報端末に関し、特に、過充電等から電池を保護すべく
従来から一般に用いられてきた保護回路を省略した電池
および該電池を用いた携帯情報端末に関する。
よびビデオカメラなどの携帯情報端末が普及している。
これらの携帯情報端末には、電力を供給するための電池
が用いられている。この電池としては、充電が可能な2
次電池が用いられている。
電、過放電、過電流からの電池の保護等のために保護回
路が設けられる。この保護回路は、通常、別途設けられ
た保護回路基板上に形成され、電池パック内に収容され
る。該保護回路は、PTC(Positive Temperature Coe
fficient)素子、IC(Integrated Circuit)、FET
(Field Effect Transistor)等により構成される。
流れる電流値が大きくなり温度が高くなるにつれて電気
抵抗が大きくなり、ある温度に到達すると急激に抵抗が
上昇して電流を抑制する働きをする電流量制御素子のこ
とである。
池では保護回路を設けていたため、電池の小型化および
軽量化が困難となり、また製造コストが増大するという
問題があった。
めになされたものである。本発明の目的は、従来の保護
回路を省略することにより、小型化および軽量化が可能
でかつ低コストで製造可能な電池と携帯情報端末を提供
することにある。
った電池は、発電要素と、正極端子および負極端子と、
外装部材と、電流量制御手段と、可溶融部分とを備え
る。発電要素は、電力を発生させる。正極端子および負
極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要
素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置さ
れ、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要
素に流れる電流値を減少させる。可溶融部分は、外装部
材内に位置する正極端子および負極端子の少なくとも一
方の断面積を局所的に減じることにより設けられ、所定
の電流値を超える電流が流れると溶融切断する。
回路での短絡等により過電流が流れた場合には、電流量
制御手段により電流量を制御することができる。また、
過充電や逆充電等の場合で電流量制御手段で電流量を制
御できない場合でも、可溶融部分が溶融し、電流を遮断
することができる。そのため、電池が高温になりすぎる
ことがなく、安全性が向上する。このように過充電等か
ら電池を保護することができるので、従来設けていた保
護回路を省略することができる。また、電流量制御手段
を外装部材の外部に設置しているため、電池を小型化す
ることができる。さらに、可溶融部分は、正極端子およ
び負極端子の少なくとも一方に形成されるため、端子形
成と同時に可溶融部分を形成することができる。そのた
め、新たな部材を設けることなく可溶融部分を形成する
ことができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
なお、本発明において、電流量制御手段としてPTC素
子またはサーミスタ等を用いることができる。
を含み、複数のセルは、それぞれ正極端子および負極端
子を有する。そして、各セル毎に可溶融部分を設ける。
それにより、全てのセルに対し、過電流を遮断すること
ができる。
素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、電流量
制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素は、集電
体を有し、電力を発生させる。正極端子および負極端子
は、発電要素に接続される。外装部材は、発電要素を覆
う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置され、発
電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電要素に流
れる電流値を減少させる。可溶融部分は、集電体の断面
積を局所的に減じることにより設けられ、所定の電流値
を超える電流が流れると溶融切断する。
て可溶融部分を設けることにより、電流量制御手段で制
御できない過電流が電池に流れた場合に、可溶融部分を
優先的に溶融させ、集電体を切断することができる。そ
れにより、過電流を遮断することができ、電池内の他の
部分を保護することができる。その結果、1つの局面の
場合と同様に、従来の保護回路を省略することができ
る。また、1つの局面の場合と同様に、電池の小型化お
よび製造コスト低減も可能となる。
部分を含む。また、集電体に貫通孔を設け、該貫通孔の
周囲の部分で可溶融部分を形成してもよい。このように
溝部分や貫通孔を集電体に設けることにより、電流が流
れる部分の断面積を局所的に減じることができ、所定値
以上の過電流が流れた際に、その部分を溶断することが
できる。
発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、
電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素
は、集電体を有し、電力を発生させる。正極端子および
負極端子は、発電要素に接続される。外装部材は、発電
要素を覆う。電流量制御手段は、外装部材の外部に設置
され、発電要素に流れる電流値が増大するにつれて発電
要素に流れる電流値を減少させる。そして、集電体をメ
ッシュ状とし、所定の電流値を超える電流が流れた部分
を溶融切断する。
とにより、所定値以上の過電流が流れた部分を溶断する
ことができる。それにより、過電流を遮断することがで
き、電池において過電流が流れた部以外の部分を保護す
ることができる。
発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、
電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素
は、集電体および電極活物質層を有し、電力を発生させ
る。正極端子および負極端子は、発電要素に接続され
る。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、
外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が
増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させ
る。そして、集電体と電極活物質層との間に、温度上昇
により膨張する多孔性物質を挿入する。
上記のような多孔性物質を挿入することにより、過電流
が該多孔性物質を流れた場合に、多孔性物質の温度が上
昇するとともに多孔性物質が膨張する。それにより、多
孔性物質内の電解液を排出することができ、過電流を遮
断することができる。また、多孔性物質が設けられる位
置によっては該多孔性物質近傍に位置する集電体や電極
活物質層を切断することもでき、この場合にはより確実
に過電流を遮断することができる。
性物質を延在させることが好ましい。また、電極活物質
層に溝を設け、この溝内に多孔性物質を延在させてもよ
い。それにより、所定値以上の電流が該多孔性物質を流
れた場合に、その近傍の集電体や電極活物質層を容易に
切断することができる。
発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、
電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素
は、集電体および電極活物質層を有し、電力を発生させ
る。正極端子および負極端子は、発電要素に接続され
る。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、
外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が
増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させ
る。そして、電極活物質層中に、温度上昇により膨張す
る多孔性ポリマを挿入する。
を挿入することにより、過電流が多孔性ポリマを流れた
場合に多孔性ポリマが膨張し、多孔性ポリマ中の電解液
を局所的に排出することができる。それにより、過電流
を遮断することができる。
発電要素と、正極端子および負極端子と、外装部材と、
電流量制御手段と、可溶融部分とを備える。発電要素
は、正極および負極活物質層と、該正極および負極活物
質層間に設置されるセパレータとを有し、電力を発生さ
せる。正極端子および負極端子は、発電要素に接続され
る。外装部材は、発電要素を覆う。電流量制御手段は、
外装部材の外部に設置され、発電要素に流れる電流値が
増大するにつれて発電要素に流れる電流値を減少させ
る。そして、正極および負極活物質層の少なくとも一方
と、セパレータとの間に、温度上昇により膨張する多孔
性ポリマを挿入する。
間に上記のような多孔性ポリマを挿入した場合にも、過
電流が該多孔性ポリマを流れた場合に、多孔性ポリマを
膨張させることができ、多孔性ポリマ中の電解液を局所
的に排出することができる。それにより、過電流を遮断
することができる。
れかの電池を備える。それにより、携帯情報端末を小型
化することができる。
いて図1から図14を用いて説明する。
の形態1における電池5を携帯情報端末の一例である携
帯電話機1内に設置した状態を示す図である。
2と、アンテナと、プリント基板3と、本体回路4と、
電池5とを有する。プリント基板3上に本体回路4が形
成され、本体回路4に電池5から電力が供給される。本
体回路4は、配線、抵抗、キャパシタ、コイルなどの電
子部品により構成され、携帯電話機1が送受信する電波
の処理を行なう。
と、正極端子52と、負極端子53とを備える。正極端
子52は、配線7、電流量制御手段としてのPTC素子
6および配線9を介して本体回路4と接続される。
4と接続される。なお、PTC素子6の代わりに他のサ
ーミスタを設置してもよい。このようにPTC素子6や
サーミスタを備えることにより、電池5が高温になりす
ぎるのを防ぐことができる。
る正極端子52に、局所的に断面積の小さい小断面積部
(可溶融部分)520を設けている。それにより、短絡
などにより電池コア21内に大電流が流れてPTC素子
6が作動しなくなった場合においても、小断面積部52
0を優先的に溶融切断することができ、過電流を遮断す
ることができる。その結果、電池5の破壊等を阻止する
ことができる。
と負極端子53との少なくとも一方に設けられればよ
い。これは、以下に説明する実施の形態についても同様
である。また、PTC素子6と小断面積部520とをそ
れぞれ別の端子に設置してもよい。
ミスタと、小断面積部520とを設けることにより電池
5を保護することができるので、従来のような保護回路
を設ける必要がなくなる。それにより、電池5の小型
化、軽量化および製造コスト低減が可能となる。
る電池5の構造についてより詳しく説明する。図2は、
本実施の形態における電池5の斜視図である。
1を取り囲んで封止する外装部材としてのラミネートフ
ィルム10を備える。このラミネートフィルム10は、
正極端子52および負極端子53の一部を覆う。正極端
子52および負極端子53は、電池コア51から延出し
ている。
ミニウム箔をポリプロピレン、ポリエチレンなどの高分
子樹脂で挟んだ複合材料により構成される。そのため、
ラミネートフィルム10は、高分子樹脂、アルミニウム
箔および高分子樹脂の3層構造を有する。また、ラミネ
ートフィルム10の厚さは300μm以下である。
され、その厚みは0.2〜0.5mmであり、寸法は、
縦×横が7mm×4mmである。負極端子53は銅箔に
より構成され、その厚みは0.2〜0.5mmであり、
寸法は、縦×横が7mm×4mmである。ここで、小断
面積部520の断面積は、それ以外の部分における正極
端子52の1%〜15%程度である。
端子52に、上述の小断面積部520が形成される。正
極端子52に電流が流れた場合には、小断面積部520
流れる電流の電流密度が、正極端子52における小断面
積部520以外の部分を流れる電流の電流密度よりも相
対的に大きくなる。このため、電流値が所定値以上とな
った場合に、小断面積部520が優先的に発熱し、この
部分が溶融して正極端子52が断線する。それにより、
過電流を遮断することができる。
幅等を適切に調整することにより、小断面積部520が
溶融切断する電流値を設定することができる。
面構造例を示す。図3に示すように、電池コアは、所定
の積層体を巻き重ねて形成され、正極集電体(集電体ア
ルミニウム箔)523と、負極集電体(集電体銅箔)5
31と、これらの間に介在したセパレータ54との積層
体を備える。正極集電体523は正極端子52と接続さ
れ、負極集電体531は負極端子53と接続される。
る正極活物質層(金属酸化物)522が塗布されてい
る。負極集電体531には、負極活物質層(リチウムを
含有する有機物)530が塗布されている。
れば電池5の封止部13に配置されている。PTC素子
6は、正極端子52および配線12と接続される。な
お、PTC素子6の代わりにサーミスタ14を設置する
場合には、図4に示すように、たとえば電池5の周縁部
に位置する傾斜面上にサーミスタ14を取付ければよ
い。
小断面積部520を設けることにより、小断面積部52
0の溶断電流に対する外気の影響(たとえば温度や湿度
等)を低減することができ、溶断電流のばらつきを低減
することができる。
あるいは負極端子53の形成と同時に形成することがで
きる。そのため、特に製造工程を増やすことなく小断面
積部520を形成することができる。
用いて、本発明の実施の形態2について説明する。図5
は、本発明の実施の形態2における電池5の断面図であ
る。図6は、図5に示す電池の等価回路図である。
数のセル11を備えた場合、各セル11から延出する正
極端子52に小断面積部520を設けている。それによ
り、上述の実施の形態1の場合と同様の効果に加えて、
電池コアに大電流が流れた場合に、一部のセル11を生
かすことができる。
用いて、本発明の実施の形態3について説明する。これ
以降の実施の形態では、電池コア内部の要素を実質的に
複数の領域に区画するように、過電流が流れた時に優先
的に溶融切断する可溶融部分を選択的に設けている。そ
れにより、単一あるいはいくつかの領域を犠牲にして過
電流を実質的に遮断することができ、結果として他の領
域を保護することができる。
極集電体523の平面図であり、図7(b)は、図7
(a)におけるA−A線に沿って見た電池コアの断面図
である。
極集電体523に、その長手方向と幅方向とに断続的に
複数の溝15を形成している。より詳しくは、正極集電
体523を複数の矩形領域19に区画するように、溝1
5を上記2方向に形成している。
流れた場合に、この大電流が流れた部分に対応する矩形
領域19を、溝15の形成箇所において溶融切断し、他
の矩形領域19との電気的接続を解除することができ
る。それにより、上記過電流を遮断することができ、内
部短絡過電流から電池5の他の部分を保護することがで
きる。
5の形状および配置は一例であり、溝15の形状および
配置は任意に選択可能である。たとえば、斜め方向に延
在するように溝15を形成しても良く、図8(a)およ
び(b)に示すように所定間隔をあけて一方向に溝15
断続的に形成してもよい。図8(a)および(b)に示
す場合には、正極集電体523を、幅方向に並ぶ複数の
短冊状の矩形領域19に区画することができる。
3を複数の矩形領域19に区画することができ、図7
(a)および(b)に示す場合と同様の効果を期待でき
る。また、溝15を、負極集電体531側、あるいは正
極集電体523と負極集電体531との双方に設けても
よい。
極集電体523を加圧して形成することができる。ま
た、正極集電体523にエッチングやスパッタリングを
施すことにより、正極集電体523の厚みを局所的に減
じて溝15を形成してもよい。
発明の実施の形態4について説明する。図9は、本実施
の形態4における正極集電体523の平面図である。
正極集電体523をメッシュ状としている。そして、正
極集電体523は、金属製の線材で囲まれた複数の矩形
領域19を備えている。
は、たとえば×印を付した部分が溶融切断し、該部分と
正極集電体523における他の部分との電気的接続を解
除することができる。その結果、実施の形態3の場合と
同様に、内部短絡過電流から電池5を保護することがで
きる。
てもよく、正極集電体523と負極集電体531の双方
をメッシュ状としてもよい。
本発明の実施の形態5について説明する。図10は、本
実施の形態5における正極集電体523の平面図であ
る。
は、正極集電体523に複数の孔16を設けている。こ
の孔16は、正極集電体523の長手方向と幅方向とに
それぞれ複数設けられ、複数の孔16に囲まれる複数の
領域に正極集電体523を実質的に区画することができ
る。
流れた場合には、複数の孔16に挟まれ局所的に小さい
断面積を有する部分が優先的に溶融切断し、この溶融切
断された領域と正極集電体523における他の部分との
電気的接続を解除することができる。その結果、実施の
形態3の場合と同様に、内部短絡過電流から電池5を保
護することができる。
を設けてもよく、正極集電体523と負極集電体531
の双方に複数の孔16を設けてもよい。
本発明の実施の形態6について説明する。図11は、本
実施の形態6における電池コアの部分断面図である。
は、正極集電体523と正極活物質層522との間に、
ポリスイッチ等に使用される多孔性ポリマ17を挿入し
ている。この多孔性ポリマ17の空孔には電解液が入り
込んでいるので、正極集電体523と負極集電体531
間に電流を流すことができる。
合には、その際の温度上昇により上記多孔性ポリマ17
が膨張し、多孔性ポリマ17の空孔内から電解液が排出
される。それにより、その部分に電流を流さないように
することができる。
した場合には、多孔性ポリマ17の膨張により異物を押
し切ることができる。その結果、実施の形態3の場合と
同様に、内部短絡過電流から電池5を保護することがで
きる。
体531と負極活物質層530との間に挿入してもよ
い。また、多孔性物質であって、温度上昇により膨張し
て空孔内の電解液を排出可能であれば、多孔性ポリマ1
7以外の任意の材質を採用可能である。
本発明の実施の形態7について説明する。図12は、本
実施の形態7における電池コアの部分断面図である。
は、正極集電体523を、メタル部18と多孔性ポリマ
17とで構成している。より詳しくは、メタル部18に
溝を設け、この溝内に多孔性ポリマ17を延在させてい
る。
効果を期待できるとともに、多孔性ポリマ17の膨張に
よりメタル部18における薄肉部を局所的に切断するこ
ともできる。それにより、より確実に内部短絡過電流か
ら電池5を保護することができる。
場合のようにメッシュ状とした場合には、多孔性ポリマ
17の膨張により、線状部分を選択的に切断することが
できる。また、負極集電体531を、メタル部18と多
孔性ポリマ17とで構成してもよい。
本発明の実施の形態8について説明する。図13は、本
実施の形態8における電池コアの部分断面図である。
は、正極活物質層522に溝を設け、この溝内に多孔性
ポリマ17を延在させている。それにより、内部短絡過
電流が流れた場合に、多孔性ポリマ17が膨張し、過電
流が流れた部分における正極活物質層522を他の部分
から切断することができる。この場合にも、実施の形態
7の場合と同様に、内部短絡過電流から電池5を保護す
ることができる。
の溝内に多孔性ポリマ17を延在させてもよい。
本発明の実施の形態9について説明する。図14は、本
実施の形態9における電池コアの部分断面図である。
は、正極活物質層522中に多孔性ポリマ17を設けて
いる。それにより、本実施の形態6の場合と同様の効果
を期待することができる。
マ17を設けてもよい。また、正極あるいは負極活物質
層522、530と、セパレータ54との間に多孔性ポ
リマ17を設けてもよい。
いて説明したが、ここで示した実施の形態はあくまでも
一例であり、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
として、アルミニウムや銅以外の通常用いられているあ
らゆる材料を用いることが可能である。
機を示したが、ノート型パソコンやビデオテープレコー
ダに本発明を適用してもよい。
ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などに適用
可能である。また、1次電池に適用することも可能であ
る。
ば、従来のような保護回路を省略することができるの
で、電池の小型化および軽量化が可能となるばかりでな
く製造コストをも低減することができる。
えるので、小型化および軽量化のみならず製造コストを
も低減することができる。
の平面図である。
図である。
図である。
である。
図である。
電体の平面図である。(b)は(a)におけるA−A線
に沿って見た電池コアの断面図である。
おける集電体の平面図である。(b)は(a)における
B−B線に沿って見た電池コアの断面図である。
面図である。
平面図である。
の部分断面図である。
の部分断面図である。
の部分断面図である。
の部分断面図である。
体回路、5 電池、6PTC素子、7〜9,12 配
線、10 ラミネートフィルム、11 セル、13 封
止部、14 サーミスタ、15 溝、16 孔、17
多孔性ポリマ、18 メタル部、19 矩形領域、51
電池コア(発電要素)、52 正極端子、53 負極
端子、54 セパレータ、520 小断面積部(可溶融
部分)、522 正極活物質層、523 正極集電体、
530 負極活物質層、531負極集電体。
Claims (12)
- 【請求項1】 電力を発生させる発電要素と、 前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、 前記発電要素を覆う外装部材と、 前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる
電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を
減少させる電流量制御手段と、 前記外装部材内に位置する前記正極端子および負極端子
の少なくとも一方の断面積を局所的に減じることにより
設けられ、所定の電流値を超える電流が流れると溶融切
断する可溶融部分と、を備えた電池。 - 【請求項2】 前記発電要素は、複数のセルを含み、 前記複数のセルは、それぞれ前記正極端子および負極端
子を有し、 前記セル毎に前記可溶融部分を設けた、請求項1に記載
の電池。 - 【請求項3】 集電体を有し、電力を発生させる発電要
素と、 前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、 前記発電要素を覆う外装部材と、 前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる
電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を
減少させる電流量制御手段と、 前記集電体の断面積を局所的に減じることにより設けら
れ、所定の電流値を超える電流が流れると溶融切断する
可溶融部分と、を備えた電池。 - 【請求項4】 前記可溶融部分は、前記集電体に設けら
れた溝部分を含む、請求項3に記載の電池。 - 【請求項5】 前記集電体に貫通孔を設け、 前記可溶融部分は、前記貫通孔の周囲の部分を含む、請
求項3に記載の電池。 - 【請求項6】 集電体を有し、電力を発生させる発電要
素と、 前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、 前記発電要素を覆う外装部材と、 前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる
電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を
減少させる電流量制御手段とを備え、 前記集電体をメッシュ状とし、所定の電流値を超える電
流が流れた部分を溶融切断する、電池。 - 【請求項7】 集電体および電極活物質層を有し、電力
を発生させる発電要素と、 前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、 前記発電要素を覆う外装部材と、 前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる
電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を
減少させる電流量制御手段とを備え、 前記集電体と前記電極活物質層との間に、温度上昇によ
り膨張する多孔性物質を挿入した、電池。 - 【請求項8】 前記集電体に溝を設け、前記溝内に前記
多孔性物質を延在させる、請求項7に記載の電池。 - 【請求項9】 前記電極活物質層に溝を設け、前記溝内
に前記多孔性物質を延在させる、請求項7に記載の電
池。 - 【請求項10】 集電体および電極活物質層を有し、電
力を発生させる発電要素と、 前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、 前記発電要素を覆う外装部材と、 前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる
電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を
減少させる電流量制御手段とを備え、 前記電極活物質層中に、温度上昇により膨張する多孔性
ポリマを挿入した、電池。 - 【請求項11】 正極および負極活物質層と、該正極お
よび負極活物質層間に設置されるセパレータとを有し、
電力を発生させる発電要素と、 前記発電要素に接続された正極端子および負極端子と、 前記発電要素を覆う外装部材と、 前記外装部材の外部に設置され、前記発電要素に流れる
電流値が増大した場合に前記発電要素に流れる電流値を
減少させる電流量制御手段とを備え、 前記正極および負極活物質層の少なくとも一方と、前記
セパレータとの間に、温度上昇により膨張する多孔性ポ
リマを挿入した、電池。 - 【請求項12】 請求項1から請求項11のいずれかに
記載の電池を備えた、携帯情報端末。
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