JP2003257413A

JP2003257413A - 非水系二次電池

Info

Publication number: JP2003257413A
Application number: JP2002053753A
Authority: JP
Inventors: Takeo Mizui; 健雄水井; Yoshiro Noda; 芳朗野田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】体積エネルギー密度を低下させることなく、
安価に保護回路基板と過電流遮断素子とを内蔵すること
が可能な非水系二次電池を提供する。【解決手段】保護回路基板（７）と板状のＰＴＣ素子
（８）とを絶縁性の両面テープ４１によって積層方向に
接着し、この保護回路基板（７）とＰＴＣ素子（８）と
からなる積層体を、発電要素がラミネートシートによっ
て外装されてなる素電池３の封止部（３４，３５）に囲
まれた封止部空間３６に配設する。即ち、ラミネートシ
ートを封止した結果形成される空間に前記積層体を配置
してしまうため、当該素電池３を外装する電池パック内
に、前記積層体を配置するための空間を設ける必要がな
い。更に、表面実装型のＰＴＣ素子でなく、板状のＰＴ
Ｃ素子（８）を用いるため、保護回路基板（７）に過電
流遮断素子のための配線パターンを設ける必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、素電池の過充電及
び過放電を防止する保護回路と、過電流を遮断する過電
流遮断素子とを内蔵した非水系二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話やモバイルコンピュータ
などの携帯型電子装置の電源として、リチウムイオン二
次電池やリチウム・ポリマー二次電池などのリチウム系
二次電池が広く普及している。このリチウム系二次電池
は、携帯型電子装置の電源として従来主流であったニッ
ケル水素二次電池やニッケル・カドミウム二次電池など
の二次電池よりもエネルギー密度が大きく、又、放電電
圧が高いといった優れた特性を備えている。

【０００３】ところが、このようなリチウム系二次電池
では、過充電や過放電を行ったり、過電流が生じると、
電極材料の化学反応や非水電解質の分解が誘発され、二
次電池内部の素電池が熱暴走などして破損する虞があ
る。このため、リチウム系二次電池内部の素電池には、
一般的に、素電池を過充電や過放電、過電流から保護す
る保護回路が接続されている。

【０００４】又、保護回路が破損した場合、過電流に対
して保護回路が機能しなくなったり、保護回路自体が短
絡して過電流が発生し、素電池が破損する虞がある。こ
のため、素電池と保護回路との間には、過電流に対して
大きな電気的抵抗を発生するＰＴＣ素子（Positive Te
mperature Coefficient）が直列接続されており、素電
池を過電流から保護している。

【０００５】尚、このＰＴＣ素子は、板状からなり、長
手方向の両端部に長尺状のリード端子を備えたもの（板
状ＰＴＣ素子）と、基板に表面実装するチップ型のもの
（チップ型ＰＴＣ素子）とが開発されている。そして、
板状ＰＴＣ素子を用いる場合には、板状ＰＴＣ素子の一
方のリード端子と、素電池の一方の電極とをリード線な
どで接続し、ＰＴＣ素子本体を素電池の外周壁に貼り付
け、素電池や保護回路を搭載した基板（以下、「保護回
路基板」という。）と共に、二次電池の電池パック内部
に配置している。

【０００６】一方、チップ型ＰＴＣ素子を用いる場合に
は、当該チップ型ＰＴＣ素子を保護回路基板に実装し、
保護回路基板と共に二次電池パック内部に配置してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者のよう
に板状ＰＴＣ素子を内蔵する場合、非水系二次電池の電
池パックには、素電池や保護回路基板のみならず、板状
ＰＴＣ素子を配置するための空間までも確保しなければ
ならないため、電池パックの体積が増大し、非水系二次
電池の体積エネルギー密度の低下を招いてしまうという
問題点があった。

【０００８】一方、後者の場合には、保護回路基板にチ
ップ型ＰＴＣ素子のための配線パターンを形成しなけれ
ばならず、コストの増大を招いてしまうという問題点が
あった。そこで、本発明は、上記問題点を解決するため
に、体積エネルギー密度を低下させることなく、安価に
保護回路基板と過電流遮断素子とを内蔵することが可能
な非水系二次電池を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、電力を発生する発電
要素と、該発電要素に接続され、該発電要素が発生する
電力を外部へ導く一対の出力端子と、前記発電要素、及
び、前記一対の出力端子における前記発電要素との接続
端部を外装するシート部材とを備え、前記一対の出力端
子における、前記接続端部とは反対側の出力端部を前記
シート部材から突出させる部位に前記シート部材を封止
する封止部が形成された素電池と、該素電池の過充電及
び過放電を防止する保護回路を備えた保護回路基板と、
過電流を遮断する機能を有し、長手方向の両端部に長尺
状もしくは棒状のリード端子を備えた過電流遮断素子と
を内部に備え、前記過電流遮断素子が前記素電池の一方
の出力端子と前記保護回路基板の保護回路との間に直列
接続された非水系二次電池において、前記保護回路基板
及び前記過電流遮断素子は夫々、前記封止部に沿って前
記素電池の厚み方向に形成される封止部空間に収まる体
積を有し、該封止部空間に配置されていることを特徴と
する。

【００１０】このように構成された非水系二次電池で
は、シート部材を封止した結果形成される封止部空間に
保護回路基板及び過電流遮断素子を配置してしまうた
め、当該非水系二次電池内部に保護回路基板及び過電流
遮断素子を配置するための空間を設ける必要がない。そ
の上、保護回路基板に表面実装する形態の過電流遮断素
子を用いる必要もないため、安価に保護回路基板と過電
流遮断素子とを当該非水系二次電池に内蔵できる。

【００１１】つまり、体積エネルギー密度の低下を招く
ことなく、安価に保護回路基板と過電流遮断素子とを内
蔵することが可能となる。ここで、上記保護回路は、素
電池の過充電及び過放電を防止する機能の他、更に、過
電流を遮断する機能を備えていても良い。

【００１２】尚、上記非水系二次電池では、保護回路基
板と過電流遮断素子とを封止部に沿って封止部空間に平
面状に並べて配置することが考えられるが、請求項２記
載のように、前記保護回路基板と前記過電流遮断素子と
は、積層体を構成しても良い。

【００１３】即ち、保護回路基板と過電流遮断素子との
両方を封止部空間に配置しても、保護回路基板もしくは
過電流遮断素子のいずれか一方が、封止部に沿った方向
における封止部空間の外縁から突出してしまうことがな
く、非水系二次電池の体積エネルギー密度の低下を防ぐ
ことができる。

【００１４】又、この場合、請求項３記載のように、前
記積層体の厚みは、前記封止部空間の厚みよりも小さく
設定されていることが望ましい。このように積層体の厚
みが設定されていれば、保護回路基板と過電流遮断素子
との両方を封止部空間内に収めることができるため、非
水系二次電池の体積を厚み方向に増大させてしまうこと
がなく、確実に体積エネルギー密度の低下を防ぐことが
できる。

【００１５】ここで、積層体は、請求項４記載のよう
に、絶縁性の両面テープによって前記一対の出力端子の
前記出力端部に接着し、該出力端部と共に前記封止部へ
折り返して前記封止部空間に配置すると良い。このよう
にすれば、煩雑な手間を要することなく容易に積層体を
素電池の封止部空間へ配置できる。

【００１６】尚、過電流遮断素子としては、例えば、請
求項５記載のように、ＰＴＣ素子を用いることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。まず、図１は、本発明に係る二次電池の
分解斜視図である。図１に示すように、二次電池１は、
直方体形状の樹脂製の箱２１と、この箱２１に合着する
樹脂製の蓋２２とからなる電池パック２を備え、この電
池パック２内に、電力を発生する素電池３を収容して構
成されている。そして、箱２１の長手方向に沿った一側
面には、当該箱２１の内壁と外壁とを挿通する挿通孔２
１１が形成されており、素電池３から電力を取り出すた
めの正極側リード線４と負極側リード線５とが、挿通孔
２１１を介して、箱２１の内部から外部へ引き出されて
いる。又、正極側リード線４及び負極側リード線５にお
ける、素電池３との接続端とは反対側の外部接続端には
コネクタ６が接続されており、このコネクタ６によっ
て、外部装置と素電池３とを電気的に接続するようにさ
れている。

【００１８】尚、素電池３は、リチウム・ポリマー二次
電池からなり、当該二次電池１には、当該素電池３を過
充電や過放電、過電流から保護する保護回路を備えた保
護回路基板７と、当該素電池３を過電流から保護するＰ
ＴＣ素子８とが装備されている。

【００１９】ここで、図１０は、保護回路基板７の正面
図、図１１は、保護回路基板７の平面図、そして、図１
２は、保護回路基板７の底面図である。図１０〜図１２
に示すように、保護回路基板７は、厚さｔ３＝０．５ｍ
ｍ、長さＬ３＝１８．２ｍｍ、幅Ｗ３＝３．９ｍｍのガ
ラスエポキシ樹脂基板からなり、その各面には、厚さｔ
４＝１．７５ｍｍの樹脂モールド７１を施された保護回
路（図示せず）と、保護回路と素電池３、保護回路と外
部装置とを接続する電極パッド７２，７３，７４，７５
とが夫々形成されている。

【００２０】尚、電極パッド７２は、素電池３の正極側
と保護回路の正極側とを接続するための電極パッドに設
定され、又、電極パッド７３は、外部装置の正極側と保
護回路の正極側とを接続するための電極パッドに設定さ
れている。そして、電極パッド７４は、外部装置のグラ
ンドと保護回路のグランドとを接続する電極パッドに設
定され、又、電極パッド７５は、素電池３の負極側と保
護回路のグランドとを接続するための電極パッドに設定
されている。

【００２１】次に、図１３は、ＰＴＣ素子８の平面図、
図１４は、ＰＴＣ素子８の正面図である。図１３及び図
１４に示すように、ＰＴＣ素子８は、長手方向の両端部
に長尺状のリード端子８１，８２を備えると共に、長手
方向の中央部に、過電流に対して大きな電気的抵抗を発
生する、平板状の素子部８３を備えた板状ＰＴＣ素子か
らなる。尚、ＰＴＣ素子８は、長さＬ５＝２３．２ｍ
ｍ、幅Ｗ５＝３．９ｍｍからなり、素子部８３及びリー
ド端子８１，８２の厚みｔ５、ｔ６は夫々、０．８ｍ
ｍ、０．２ｍｍに設定されている。

【００２２】以下、図２〜図９を用いて、素電池３と、
素電池３への保護回路基板７及びＰＴＣ素子８の配設方
法とについて詳述する。図２に示すように、素電池３
は、正極活物質や負極活物質、集電体などからなる発電
要素が収納された、長さＬ１＝５２ｍｍ、幅Ｗ１＝２２
ｍｍ、厚さｔ１＝５．４ｍｍからなる直方体形状の本体
部３１を備え、この本体部３１の長手方向の一端部の底
面からは、本体部３１内の発電要素に一端が接続され
た、長尺状のアルミニウムからなる正極側端子３２と、
長尺状のニッケルからなる負極側端子３３とが、当該素
電池３の長手方向に突出されている。

【００２３】尚、素電池３は、１０８ｍｍ×３０ｍｍの
ラミネートシートを長手方向の中央付近で二つ折りし
て、発電要素と、発電要素に接続された正極側端子３２
及び負極側端子３３とを外装すると共に、二つ折りした
ラミネートシートにおける、長手方向に沿った両側縁
と、正極側端子３２と負極側端子３３とが突出する部分
（以下、「端子突出部」という。）とを封止することに
より形成されている。このため、素電池３における、長
手方向の沿った両側縁における底面、及び端子突出部に
は、薄い平板状の封止部３４，３５が形成されている。
但し、素電池３の底面の面積を小さくするために、封止
部３４は、本体部３１へ折り返されると共に、本体部３
１の外壁に接着される。尚、この際、封止部３５に沿っ
た、素電池３の厚み方向には、封止部３４，３５に囲ま
れた、幅Ｗ２＝２１．５ｍｍ、奥行きＬ２＝４．５ｍ
ｍ、高さｈ１＝５．４ｍｍの封止部空間３６が形成され
る（図３参照）。

【００２４】このように構成された素電池３に、保護回
路基板７とＰＴＣ素子８とを配設するには、まず、図３
に示すように、正極側端子３２及び負極側端子３３にお
ける、素電池３から突出している端部（以下、「突出端
部」という。）に夫々、長尺状のニッケル箔３７，３８
を超音波溶接にて溶着させる。但し、ニッケル箔３７，
３８を溶着する際には、ニッケル箔３７，３８を夫々、
正極側端子３２及び負極側端子３３の軸方向に対して直
角となる向きにて、その一端部を正極側端子３２及び負
極側端子３３に溶着すると共に、この端部とは反対側の
端部（以下、「開放端部」という。）を素電池３の短手
方向に突出させる。尚、ニッケル箔３７の長さは、正極
側端子３２の幅よりも大きく設定されている。又、ニッ
ケル箔３８の長さは、当該ニッケル箔３８を正極側端子
３２へ折り返した際に、その開放端がニッケル箔３７の
開放端よりも若干、素電池３の外側に突出するように設
定されている。

【００２５】次に、図４に示すように、少なくとも、封
止部３５の底面から正極側端子３２及び負極側端子３３
の突出端部の先端に至る部分を覆う面積を有した、絶縁
性の両面テープ４０を、素電池３の底面における、封止
部３５から正極側端子３２及び負極側端子３３の出力端
部の先端に至る部分に貼付する。但し、両面テープ４０
において、正極側端子３２及び負極側端子３３の出力端
部の先端からはみ出す部分は、正極側端子３２及び負極
側端子３３の上面側に折り返す。

【００２６】続いて、図５に示すように、ＰＴＣ素子８
を素電池３の短手方向に沿った向きで、正極側端子３２
及び負極側端子３３における突出端部の下面の下方に配
置すると共に、ニッケル箔３７をＰＴＣ素子８へ屈曲さ
せ、その開放端をＰＴＣ素子８の一方のリード端子（こ
こでは、リード端子８１）に超音波溶接にて溶着する。

【００２７】ニッケル箔３７のＰＴＣ素子８への溶着を
終了すると、図６に示すように、ＰＴＣ素子８におけ
る、正極側端子３２及び負極側端子３３の下面に対面し
ている面（以下、「表面」という。）とは反対側の面
（以下、「裏面」という。）に、ＰＴＣ素子８の裏面を
覆う面積を有した、絶縁性の両面テープ４１を貼付す
る。そして、保護回路基板７における保護回路が形成さ
れている面（以下、「保護回路形成面」という。）をＰ
ＴＣ素子８の裏面に対面させる。この状態にて、電極パ
ッドが形成されている面（以下、「電極パッド形成面」
という。）における電極パッド７２が保護回路基板７の
保護回路形成面を介して、ＰＴＣ素子８のリード端子８
２の裏面の下方に位置するように保護回路基板７を配置
したのち、保護回路基板７をＰＴＣ素子８へ接着する。

【００２８】このようにして、保護回路基板７をＰＴＣ
素子８へ接着すると、ＰＴＣ素子８のリード端子８２を
保護回路基板７の電極パッド形成面へ屈曲させ、その端
部を電極パッド７２に半田付けすることにより、保護回
路とＰＴＣ素子８とを直列に接続する。

【００２９】保護回路基板７の保護回路とＰＴＣ素子８
との接続を終了すると、図７に示すように、封止部３５
から正極側端子３２及び負極側端子３３の突出端部の先
端に至る部分における、両面テープ４０を貼付した面と
は反対側の面に、両面テープ４０と同様の面積を有する
両面テープ４２を貼付する。但し、両面テープ４０の場
合と同様、両面テープ４２における、正極側端子３２及
び負極側端子３３の突出端の先端部からはみ出た部分を
正極側端子３２及び負極側端子３３の下面に折り返す
（図示せず）。

【００３０】そして、正極側端子３２を巻き込むように
して負極側端子３３に溶着されたニッケル箔３８を屈曲
させ、このニッケル箔３８の開放端を、保護回路基板７
の電極パッド形成面における電極パッド７５へ半田付け
する。ニッケル箔３８と電極パッド７５の接続を終える
と、ＰＴＣ素子８を保護回路基板７と共に、両面テープ
４０へ接着し、正極側端子３２及び負極側端子３３の突
出端部と一体化させる。

【００３１】そして、図８に示すように、ＰＴＣ素子８
及び保護回路基板７とを正極側端子３２及び負極側端子
３３の突出端と共に、素電池８の本体部３１へ折り返
し、ＰＴＣ素子８と保護回路基板７とを素電池３１の封
止部空間３６に配置する。ここで、ＰＴＣ素子８と保護
回路基板７とからなる積層体の厚みｔ３＋ｔ４＋ｔ５
（３．０５ｍｍ）は、封止部空間３６の高さｈ１（５．
４ｍｍ）よりも小さいため、積層体は封止部空間３６内
に完全に収納される。

【００３２】封止部空間３６への配置を終了すると、図
９に示すように、正極側リード線４及び負極側リード線
５を夫々、電極パッド７３，７４に半田付けし、素電池
３への保護回路基板７及びＰＴＣ素子８の配設作業が完
了する。以上のように構成された二次電池１では、保護
回路基板７とＰＴＣ素子８とが、素電池３の封止部３５
に沿って素電池３の厚み方向に形成される封止部空間３
６に配置されてしまうため、電池パック２の箱２１内
に、保護回路基板７とＰＴＣ素子８とを配置するための
空間を設ける必要がない。又、ＰＴＣ素子８が板状ＰＴ
Ｃ素子からなると共に、保護回路基板７にＰＴＣ素子８
の配線パターンを形成する必要がないため、安価に保護
回路基板とＰＴＣ素子とを内蔵することができる。

【００３３】又、保護回路基板７とＰＴＣ素子８とが積
層され、且つ、この積層体の厚みが封止部空間の厚みよ
りも十分小さいため、電池パック２の体積を増大させる
必要がない。従って、本実施形態の二次電池１によれ
ば、体積エネルギー密度を低下させることなく、安価に
保護回路基板７とＰＴＣ素子８とを二次電池１に内蔵す
ることができる。

【００３４】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることは
なく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をと
り得ることはいうまでもない。例えば、上記実施形態で
は、本発明をリチウム・ポリマー二次電池に用いたが、
発電要素がシート部材に外装されていると共に、発電要
素から電力を取り出すための一対の出力端子を突出させ
る部位に封止部が形成された形態のリチウムイオン二次
電池などの他の二次電池に適用しても良い。

【００３５】又、上記実施形態では、ＰＴＣ素子８を素
電池３の正極側と保護回路の正極側との間に直列接続し
たが、ＰＴＣ素子８を素電池８の負極側と保護回路のグ
ランド側との間に直列接続しても良い。又、上記実施形
態では、過電流遮断素子として、リード端子が長尺状か
らなるＰＴＣ素子を用いたが、リード端子が棒状からな
るＰＴＣ素子を用いても良い。

【００３６】又、上記実施形態では、保護回路基板７と
ＰＴＣ素子８とを積層して封止部空間３６に配置した
が、保護回路基板７とＰＴＣ素子８とを素電池３の長手
方向に沿って並べて封止部空間３６に配置しても、封止
部３５の外縁から突出することがない場合には、保護回
路基板７とＰＴＣ素子８とを封止部３５に素電池３の長
手方向に沿って並べて配置しても良い。又、保護回路基
板７とＰＴＣ素子８とを長尺状に並べた際の長さが、封
止部空間３６の幅Ｗ２よりも小さい場合には、保護回路
基板７とＰＴＣ素子８とを素電池３の短手方向に沿って
並べて配置しても良い。

【００３７】又、上記実施形態では、封止部３５が素電
池３の底部に形成されていたが、素電池３の厚み方向の
中央辺りに封止部３５が形成されている場合には、素電
池の封止部３５の両面から夫々、素電池３の厚み方向に
形成される空間に、保護回路基板７とＰＴＣ素子８とを
別々に配置しても良い。

【００３８】又、上記実施形態では、保護回路基板７上
の保護回路には樹脂モールド７１が施されていたが、保
護回路基板７とＰＴＣ素子８との間に絶縁性の両面テー
プを介する場合には、保護回路に樹脂モールドを施さな
くても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二次電池１の分解斜視図である。

【図２】本発明に係る二次電池１における素電池３の斜
視図である。

【図３】素電池３にニッケル箔３７，３８を溶着させた
状態を示す説明図である。

【図４】素電池３に両面テープ４０を貼付させた状態を
示す説明図である。

【図５】素電池３のニッケル箔３７をＰＴＣ素子８のリ
ード端子８１に接続した状態を示す説明図である。

【図６】ＰＴＣ素子８に保護回路基板７を接着させた状
態を示す説明図である。

【図７】素電池３に両面テープ４２を貼付すると共に、
ニッケル箔３８を保護回路基板７に接続した状態を示す
説明図である。

【図８】保護回路基板７及びＰＴＣ素子８を、正極側端
子３２及び負極側端子３３と共に、素電池３の本体部３
１へ折り返し、封止部空間に配置させた状態を示す説明
図である。

【図９】保護回路基板７の電極パッドに正極側リード線
４及び負極側リード線５とを接続させた状態を示す説明
図である。

【図１０】保護回路基板７の正面図である。

【図１１】保護回路基板７の平面図である。

【図１２】保護回路基板７の底面図である。

【図１３】ＰＴＣ素子８の平面図である。

【図１４】ＰＴＣ素子８の正面図である。

【符号の説明】

１…二次電池、２…電池パック、３…素電池、４
…正極側リード線、５…負極側リード線、６…コネク
タ、７…保護回路基板、８…ＰＴＣ素子、２１…
箱、２２…蓋、３１…本体部、３２…正極側端
子、３３…負極側端子、３４，３５…封止部、３
６…封止部空間、３７…ニッケル箔、３８…ニッケル
箔、４０，４１，４２…両面テープ、７１…樹脂モ
ールド、８１，８２…リード端子、８３…素子部、
２１１…挿通孔。

フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 AA03 AA13 BB04 DD06 DD13 EE04 FF03 GG09 HH13 JJ25 JJ27 5H022 AA09 BB02 BB03 CC09 KK01 5H029 AJ03 AJ12 AL12 AM16 DJ02 DJ05 HJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力を発生する発電要素と、該発電要素
に接続され、該発電要素が発生する電力を外部へ導く一
対の出力端子と、前記発電要素、及び、前記一対の出力
端子における前記発電要素との接続端部を外装するシー
ト部材とを備え、前記一対の出力端子における、前記接
続端部とは反対側の出力端部を前記シート部材から突出
させる部位に前記シート部材を封止する封止部が形成さ
れた素電池と、該素電池の過充電及び過放電を防止する保護回路を備え
た保護回路基板と、過電流を遮断する機能を有し、長手方向の両端部に長尺
状もしくは棒状のリード端子を備えた過電流遮断素子
と、を内部に備え、前記過電流遮断素子が前記素電池の一方
の出力端子と前記保護回路基板の保護回路との間に直列
接続された非水系二次電池において、前記保護回路基板及び前記過電流遮断素子は夫々、前記
封止部に沿って前記素電池の厚み方向に形成される封止
部空間に収まる体積を有し、該封止部空間に配置されて
いることを特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】前記保護回路基板と前記過電流遮断素子
とは、積層体を構成していることを特徴とする請求項１
記載の非水系二次電池。
【請求項３】前記積層体の厚みは、前記封止部空間の
厚みよりも小さく設定されていることを特徴とする請求
項２記載の非水系二次電池。
【請求項４】前記積層体は、絶縁性の両面テープによ
って前記一対の出力端子の前記出力端部に接着され、該
出力端部と共に前記封止部へ折り返されることにより前
記封止部空間に配置されることを特徴とする請求項２又
は請求項３記載の非水系二次電池。
【請求項５】前記過電流遮断素子は、ＰＴＣ素子であ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載
の非水系二次電池。