JP2004022477A

JP2004022477A - 電池

Info

Publication number: JP2004022477A
Application number: JP2002179376A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kaneda; 金田　正明; Kanehito Masumoto; 増本　兼人; Hajime Konishi; 小西　始; Toshiharu Kitagawa; 北川　俊治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】小型電池あるいは扁平角形の電池にＰＴＣ素子を内蔵可能にした電池を提供する。
【解決手段】封口板１０と絶縁してＰＴＣ素子６を配設し、ガスケット１１を介してリベット２により封口板１０に締結する。ＰＴＣ素子６の下電極板６ｂに導通する導通板５の周辺部に外部接続端子３を溶接することによりＰＴＣ素子６は外部接続端子３に覆われ、正極リード１３が接続されたリベット２からＰＴＣ素子６を通じた外部接続端子３への導通接続がなされ、外部接続端子３は電池正極として機能する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部短絡や異常温度環境に曝されたときに入出力回路を遮断するＰＴＣ素子を内蔵した電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、安全性への配慮が重要となる。例えば、正極、負極間が何らかの原因によって短絡した場合、エネルギー密度が高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によってジュール熱が発生して電池は温度上昇する。電池が高温になると正極板活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が上昇し、電池の発火や破裂に至る恐れがある。電池が高温状態に陥る原因は上記外部短絡だけでなく、二次電池を過充電した場合や、電池を装填した機器を暖房機の傍らに放置したり、炎天下の車内に放置した場合なども該当する。
【０００３】
比較的大型の円筒形電池では、電池の封口部内にＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ）素子が配設されており、外部短絡により過大電流が流れると自己発熱して急激に抵抗値を増加させ、電流を規制して短絡電流による電池の発熱を抑制する機能が設けられている。ＰＴＣ素子は外部短絡だけでなく、電池が異常な高温環境に曝されたときにも温度上昇して抵抗値を増大させ、電流回路を遮断状態にして高温状態での使用を不可とする作用をなす。
【０００４】
リチウム電池のようにエネルギー密度の高い電池では、ＰＴＣ素子あるいは温度ヒューズを設けて外部短絡や高温状態から電池を保護し、安全を確保する機能は必須の要件となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、小型の電池や扁平角形の電池ではＰＴＣ素子を設けるスペースを確保することが困難であるため、ＰＴＣ素子は電池の外部に接続して電池パックの形態に構成せざるを得なかった。
【０００６】
外部短絡に対しては電池の正極または負極と直列にＰＴＣ素子が接続されていることによって短絡電流を制限する機能を得ることができるが、電池が高温状態に曝されたときに入出力回路を遮断する機能は、電池にＰＴＣ素子が内蔵されていることによって正常な機能を得ることができる。従って、小型の電池や扁平角形の電池にもＰＴＣ素子を内蔵した構造が望まれている。
【０００７】
本発明が目的とするところは、小型の電池や扁平角形の電池にＰＴＣ素子を内蔵することを可能にした電池を提供することにある。
【０００８】
【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に係る電池は、極板群を収容した電池缶の開口部を封口する封口板にガスケットにより絶縁して貫通した状態に取付けられ、電池缶内側で前記極板群に接続された貫通部材により、ＰＴＣ素子が封口板上に取り付けられ、ＰＴＣ素子の一方の電極板が貫通部材に導通接続され、他方の電極板が外部接続用端子部材に導通接続され、この外部接続用端子部材により貫通部材及びＰＴＣ素子が被覆されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、貫通部材に導通させて封口板上にＰＴＣ素子が取付けられ、ＰＴＣ素子や貫通部材は外部接続用端子部材により被覆されているので、外観上は封口板上に外部接続用端子部材を設けた電池として構成される。前記貫通部材は極板の正極又は負極に接続されるので、貫通部材からＰＴＣ素子を通じて外部接続用端子部材に正極又は負極が接続され、電池の正極又は負極と直列にＰＴＣ素子が接続された電池が得られる。従って、電池の正極、負極間が外部短絡した場合に、ＰＴＣ素子には短絡電流が流れ、過大な短絡電流によりＰＴＣ素子は自己発熱して抵抗値を急増させ、短絡電流を規制するので、外部短絡による電池の損傷が防止される。
【００１０】
上記構成において、貫通部材は締結部材として形成され、ガスケットを介した封口板への締結時に、ＰＴＣ素子を封口板上に固定するように構成することができ、貫通部材の固定時にＰＴＣ素子を封口板上に固定することができる。
【００１１】
貫通部材を締結部材として形成した場合には、封口板上に配置された絶縁シート、導通板及びＰＴＣ素子をそれぞれに形成された穴にガスケットを介して挿入された貫通部材を封口板に締結することにより封口板上に固定し、ＰＴＣ素子及び貫通部材上を被覆して半殻体状の外部接続端子部材を前記導通板に接合することにより、ＰＴＣ素子を内蔵した電池に構成することができる。
【００１２】
また、導通板はＰＴＣ素子の一方の電極板によって形成することも可能で、部品点数の削減によりコストダウンを図ることができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
本実施形態は、扁平角形のリチウムイオン二次電池にＰＴＣ素子を内蔵した電池の例を示すものである。図１は、実施形態に係る電池１の外観を示すもので、発電要素を収容した有底角筒状の電池缶９の開口端は封口板１０とレーザー溶接されることにより封口され、封口板１０の中央には封口板１０と絶縁して電池正極となる外部接続端子３が設けられ、電池缶９及び封口板１０が電池負極を構成している。
【００１５】
図２は、前記外部接続端子３の形成部位の構造を示すもので、封口板１０の中央に形成された開口部にガスケット１１の円筒部が電池缶９内側から挿入され、それが貫通した封口板１０の外面側には、封口板１０上から絶縁シート４、導通板５、ＰＴＣ素子６の順にそれぞれの中央に形成された穴をガスケット１１の円筒部に挿入し、ガスケット１１の円筒部内に挿入されたリベット（貫通部材／締結部材）２に上ワッシャ７及び下ワッシャ８を嵌めて締結することにより封口板１０上にＰＴＣ素子６が固定される。前記導通板５は、ＰＴＣ素子６の外形より大きな外形に形成されており、その外辺には半殻体に形成された外部接続端子３の縁部が溶接される。
【００１６】
前記電池缶９内に収容された極板群１２の正極板から引き出された正極リード１３は前記リベット２に締結された下ワッシャ８に接続されているので、極板群１２の正極板は下ワッシャ８、リベット２、上ワッシャ７、ＰＴＣ素子６、導通板５を通じて外部接続端子３に接続された状態が得られる。即ち、図３に回路図として示すように、内蔵されたＰＴＣ素子６が電池正極に直列接続された電池１に構成することができる。
【００１７】
ＰＴＣ素子６は、上電極板６ａと下電極板６ｂとの間に導電性ポリマのシート６ｃを挟み込んだ構造に形成されており、上下の電極板６ａ，６ｂ間は平常状態では低い抵抗値を示すため平常状態での電力損失は僅少であり、電池１の動作に障害を与えることはない。前記導電性ポリマは正の温度特性を有しており、その温度が設定値以上に上昇すると急激な抵抗値増加で高抵抗状態となるトリップ現象を示す。ＰＴＣ素子６の温度上昇は、外部短絡により過大な短絡電流が流れて自己発熱した場合や、電池１が高温状態に曝された場合であり、抵抗値が増加するので入出力電流は微小に制限され、電池１が外部短絡によって過熱することや高温環境で使用状態になることが防止できる。ＰＴＣ素子６の抵抗値変化は可逆性であり、入出力をオフにして温度が低下した状態にすると元の低抵抗状態に復帰するので、ヒューズのように外部短絡等によって再使用できなくなることはなく、電池１の再度の使用は可能である。
【００１８】
上記構成は、電池１の正極回路にＰＴＣ素子６を直列に配した構成を示したが、アルミニウム製の電池缶９を使用した場合のように、外部接続端子３を電池負極とする場合でも同様に構成することができ、その効果も同様に発揮される。
【００１９】
また、ＰＴＣ素子６をその下電極板６ｂのサイズを導通板５と同等に形成することにより、導通板５を用いることなく構成することも可能である。この場合には、下電極板６ｂの周辺部に外部接続端子３を溶接することになる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電池内にＰＴＣ素子を配置することができない電池にＰＴＣ素子を内蔵した状態に配置することができ、小型角形の電池の保護及び安全の機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池の外観を示す斜視図。
【図２】同上電池の（ａ）は平面図、（ｂ）は部分断面図。
【図３】同上電池の回路図。
【符号の説明】
１　電池
２　リベット（貫通部材／締結部材）
３　外部接続端子
４　絶縁シート
５　導通板
６　ＰＴＣ素子
６ａ　上電極板
６ｂ　下電極板
９　電池缶
１０　封口板
１１　ガスケット
１２　極板群

Claims

極板群を収容した電池缶の開口部を封口する封口板にガスケットにより絶縁して貫通した状態に取付けられ、電池缶内側で前記極板群に接続された貫通部材により、ＰＴＣ素子が封口板上に取り付けられ、ＰＴＣ素子の一方の電極板が貫通部材に導通接続され、他方の電極板が外部接続用端子部材に導通接続され、この外部接続用端子部材により貫通部材及びＰＴＣ素子が被覆されてなることを特徴とする電池。
貫通部材は締結部材として形成され、ガスケットを介した封口板への締結時に、ＰＴＣ素子を封口板上に固定する請求項１に記載の電池。
封口板上に配置された絶縁シート、導通板及びＰＴＣ素子が、それぞれに形成された穴にガスケットを介して挿入された貫通部材を封口板に締結することにより封口板上に固定され、ＰＴＣ素子及び貫通部材上を被覆して半殻体状の外部接続端子部材が前記導通板に接合されてなる請求項１又は２に記載の電池。
導通板は、ＰＴＣ素子の一方の電極板で形成されてなる請求項３に記載の電池。