JP2005251397A

JP2005251397A - 電池

Info

Publication number: JP2005251397A
Application number: JP2004055730A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ishimaru; 毅石丸; Shigeo Aoki; 滋夫青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】過充電等に対する耐性を向上させた非水電解液二次電池として製造された素電池を一般使用に供することができる形態に構成した電池を提供する。
【解決手段】素電池１０の封口板１２に正極端子部材２１を接合し、負極キャップ１３に負極端子部材２２を接合し、少なくとも封口板１２上を被覆して枠体２５を取り付け、素電池１０の周面に絶縁シート２４を巻着させる。枠体２５に形成された正極端子穴２６及び負極端子穴２７からプローブを挿入することにより電池接続ができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池として製造された素電池を一般使用にも対応させることができる形態に構成した電池に関するものである。

非水電解液二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池は、他の二次電池に比して体積エネルギー密度が高く軽量であるため、携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータなどの携帯電子機器の電池電源として広く活用されている。しかし、リチウムイオン二次電池は過充電や過放電による熱的破壊や劣化を防ぐために、過充電あるいは過放電の状態に対応する電池電圧を検出して充放電回路を遮断する制御を行う電池保護回路を設けることが必須条件となっているため、リチウムイオン二次電池を用いる場合には、前記電池保護回路を基板上に構成した回路基板を素電池と共にパックケース内に収容して電池パックや素電池に回路基板を一体化した電池に構成していた。例えば、素電池と回路基板とを一体化して、その周囲に樹脂モールドにより絶縁被覆を施した電池又は電池パックが知られている（特許文献１参照）。

図１４に示すように、素電池１００の封口板１１０上に配置された回路基板１０１には電池保護回路が構成され、接続金具１１１によって素電池１００に電気的接続すると共に回路基板１０１を所定位置に支持している。素電池１００と回路基板１０１との間には一次モールドとして樹脂１０３が充填されて素電池１００と回路基板１０１とが一体化された後、回路基板１０１上に導体ランドとして形成された外部接続端子１０６上に開口部を設けて外装樹脂１０５が充填成形され、胴部に絶縁シートを巻着して電池パックに構成している。

リチウムイオン二次電池の改良進歩により、過充電や過放電によっても熱的破壊に至らず、従来技術において不可欠であった電池保護回路を不要とするものが実現されている。上記従来技術においては電池保護回路を必要としないリチウムイオン二次電池に対応するために、図１５に示すように、基板１０２の表面に外部接続端子とする導体ランドを形成し、基板１０２の裏面に前記導体ランドに接続されたランドから素電池１０４に電気的接続する接続金具１１１によって基板１０２を支持している。
実開２００２−１８５３９８号公報（第２〜５頁、図６）

しかしながら、上記従来技術においては、外部接続端子を形成するために基板１０２を必要とし、素電池が電池保護回路を必要としないものであっても電池構成が複雑となり、基板１０２上に形成されている複数の外部接続端子の間が短絡される状態に陥りやすいため、それを防止するには、図１４に示すように、更に基板１０２の表面上を外部接続端子上に開口部を形成して樹脂被覆する必要がある。

本発明が目的とするところは、過充電等に対する耐性を有する非水電解液二次電池として製造された素電池を一般使用に対応できるように構成した電池を提供することにある。

上記目的を達成するために本願第１発明に係る電池は、発電要素を収容した電池ケースの開口端を封口板により封口して非水電解液二次電池として製造された素電池の少なくとも正極及び負極の極端子が形成された面を被覆して絶縁被覆体が設けられ、前記絶縁被覆体に前記正極及び負極の極端子を外部露出させる開口部が形成されてなることを特徴とする。

上記構成によれば、素電池の正極及び負極の極端子が形成された面は絶縁被覆体によって被覆されるので、素電池の状態においては正極、負極の各極端子の間が小さい間隔の絶縁離隔で絶縁されている場合であっても間違った取り扱いによって外部短絡させてしまうことがなく、エネルギー密度が高い非水電解液二次電池であっても簡単に外部短絡を発生させることがない。絶縁被覆体に形成された開口部から接触プローブを正極及び負極の各極端子に接触させることにより電池接続が容易になされる。

また、本願第２発明に係る電池は、発電要素を収容した電池ケースの開口端を封口板により封口して非水電解液二次電池として製造された素電池の正極及び負極の極端子にそれぞれ個別に電気的接続して正極端子部材及び負極端子部材が接合され、少なくとも前記正極端子部材及び負極端子部材が接合された面を被覆して絶縁被覆体が設けられ、前記絶縁被覆体に正極端子部材及び負極端子部材の一部をそれぞれ外部露出させる開口部が形成されてなることを特徴とする。

上記構成によれば、素電池の正極及び負極の各極端子にはそれぞれ正極端子部材、負極端子部材が接合されているので、電池接続のための接触接続をより確実に行うことができる。

また、本願第３発明に係る電池は、発電要素を収容した電池ケースの開口端を封口板により封口して非水電解液二次電池として製造された素電池の正極及び負極の極端子にそれぞれ個別に電気的接続して正極端子部材及び負極端子部材が接合され、任意の検出機能が設定される検出端子部材と前記正極端子部材又は負極端子部材との間を接続して任意の検出機能素子が接合され、少なくとも正極端子部材、負極端子部材及び検出端子部材が接合された面を被覆して絶縁被覆体が設けられ、前記絶縁被覆体に正極端子部材、負極端子部材及び検出端子部材の一部をそれぞれ外部露出させる開口部が形成されてなることを特徴とする。

上記構成によれば、正極端子部材及び負極端子部材に加えて任意の検出機能素子を接続した検出端子部材が設けられているので、電池の装填間違いや異常な使用などを防止する機能を設けることができる。前記検出機能素子として電池の種類毎に異なる抵抗値に設定される識別抵抗を適用すると、機器側において装填された電池の種類を電気的に認識することができるので、電池の装填間違いや装填された電池に対応する充電制御を行うことができる。また、検出機能素子として電池温度に対応して抵抗値が変化するサーミスタを適用すると、素電池の温度を監視しながら充電を行うことができ、素電池の状態に対応する充電制御を確実に行うことができる。

上記各構成における絶縁被覆体は、少なくとも極端子の形成部位を被覆して施された樹脂モールド、あるいは少なくとも極端子の形成部位に接合された樹脂成形体として構成することができる。また、絶縁被覆体は、極端子の形成部位を被覆する極端子被覆体と、極端子の形成部位に対向する底面を被覆する底面被覆体と、両被覆体をつなぐ連結体とを備えて構成することにより、素電池との一体化をより確実にすることができる。

また、絶縁被覆体を設けた素電池の周面を巻回して絶縁シートを貼着すると、電池の周面が絶縁被覆され、絶縁シートには極性表示や取り扱い方法、注意書き等を印刷することができる。

また、正極端子部材又は負極端子部材と検出機能素子と検出端子部材とを予め１つの一体化部材として組み立てておくことにより、電池の組み立てる生産性を向上させることができる。この一体化部材を取り付けた絶縁被覆体を素電池に装着すると、生産性をより向上させることができる。

また、正極の極端子と正極端子部材との間又は負極の極端子と負極端子部材との間を接続してＰＴＣ素子又はサーモスタット又はヒューズを設けることにより、外部短絡により素電池が受ける影響を軽減することができる。

本発明によれば、電池保護回路等を設けることなく使用できる非水電解液二次電池として製造された素電池を一般使用に供することができる形態に構成した電池を提供することができる。

図１は、以下に説明する実施形態に係る電池１〜４に適用する素電池１０を示すもので、扁平角形のリチウムイオン二次電池として所定規格サイズの単セルとして製造されたものである。ここでは、アルミニウムを素材として有底角筒状に形成された電池缶（電池ケース）１１内に発電要素を収容し、電池缶１１の開口端に封口板１２を溶接することにより電池缶１１が封口されている。前記封口板１２には電気的に封口板１２と絶縁して負極キャップ（負極極端子）１３が取り付けられ、電池缶１１内で発電要素を構成する負極板に接続され、封口板１２には電池缶１１内で発電要素を構成する正極板が接続されている。従って、素電池１０の正極の極端子は封口板１２又は電池缶１１が担い、負極の極端子は負極キャップ１３が担っているので、負極キャップ１３及び封口板１２又は電池缶１１に電気的接続することにより素電池１０に対する充放電が可能となる。

また、本実施形態に適用する素電池１０は、前述したように従来のリチウムイオン二次電池が必須構成条件としていた電池保護回路などのＳＵ（Safety Unit）の付加を不要とすべく、過充電などに対応できるように発電要素が構成されている。

上記構成になる素電池１０は、誤った使用方法や粗雑な使用方法がなされた場合に素電池１０が損傷、劣化したり、使用機器や使用者に損害を与えたりすることがないように、素電池１０の形態のままでは市販されることはなく、以下に第１〜第４の各実施形態として示す電池１〜４の形態に構成して販売される。

図２は、第１の実施形態に係る電池１の構成を示すもので、図３に分解図示するように、素電池１０は樹脂成形によって形成された枠体（絶縁被覆体）１５に収容され、胴部分に絶縁シート１６が巻着される。前記枠体１５は、素電池１０の封口板１２に当接する極端子被覆体１５ａと、電池缶１１の両側短側面に当接する連結体１５ｂと、電池缶１１の底面に当接する底面被覆体１５ｃとを設けて構成されている。枠体１５の封口板１２に接合される極端子被覆体１５ａには、負極キャップ１３の一部が外部露出するように負極端子穴１７が形成され、封口板１２の一部が外部露出するように正極端子穴１８が形成されているので、この電池１を機器に装着すると、機器の電池収容空間に設けられた正極及び負極の各電池接続プローブが正極端子穴１８及び負極端子穴１７からそれぞれ封口板１２及び負極キャップ１３に接触するので電池接続がなされる。

前記絶縁シート１６には正極及び負極の接続極性表示や取扱説明、注意書き等を表示することができるので、間違った使用を防止し、使用の便に供することができる。

上記第１の実施形態として示した電池１は、素電池１０の封口板１２及び負極キャップ１３を直接外部接続の用に供しているので、経年変化によって封口板１２及び負極キャップ１３の材質によって電気的接続の接触不良が発生する恐れがある。封口板１２及び負極キャップ１３を接触抵抗が小さく酸化皮膜や汚れができ難い材質で形成したり、メッキ、スパッタリング、クラッド等の技術により封口板１２及び負極キャップ１３の表面を接触抵抗が小さく酸化皮膜や汚れができ難い材質で被覆することで解決することができるが、素電池１０を構成する上での制約もあるので、以下に示す第２の実施形態として示す電池２の構成が好ましいものとなる。

図４に示すように、素電池１０の封口板１２には正極端子部材２１が溶接により接合され、負極キャップ１３には負極端子部材２２が溶接により接合される。前記正極端子部材２１は、アルミニウムとニッケルとを接合したクラッド材に形成されており、アルミニウムの面を封口板１２側にしてアルミニウム製の封口板１２と同質材料が対面する状態にして溶接される。ニッケルは機器側プローブとの接触性がよく酸化皮膜などの汚れが生じ難いので、接触接続の端子部材として好適なものとなる。更に、ニッケル表面に金メッキ等を施せば更に機器側プローブとの接触性は向上する。また、前記負極端子部材２２は、ニッケル板の一方面を負極キャップ１３に接合し、機器側プローブが接触する他方面には負極キャップ１３の封口板１２からの突出高さと同等の厚さに形成された絶縁体のスペーサ２３が配設されている。

正極端子部材２１及び負極端子部材２２が接合された素電池１０に、図５に示すように、枠体（絶縁被覆体）２５を接合し、胴部分に絶縁シート２４を巻着すると、図２に示した電池１と負極端子穴２７の位置は異なるが、同様の外観形態に電池２を構成することができる。

正極端子部材２６の高さ位置を負極端子部材２７の位置と合わせたい場合には、図６に示すように、負極端子部材２７の高さに対応する立ち上がり部分を設けた正極端子部材２６ａを封口板１２に接合する。

図７は、第３の実施形態に係る電池３の外観形態を示すもので、正極端子（＋）及び負極端子（−）に加え、機器側で電池３を電気的に識別することができるように識別抵抗端子（Ｂ）が設けられている。他の構成は第２の実施形態に係る電池２と基本的に同様である。

図８に示すように、前記識別抵抗端子（Ｂ）として識別抵抗端子穴３８から外部露出する識別抵抗端子部材３３は識別抵抗３０を介して負極端子部材３２に接続されている。識別抵抗（検出機能素子）３０はチップ抵抗器の形態に構成され、ここではセラミック板の一方面に抵抗体の層を形成してセラミック板の両端に抵抗体に接続して電極を形成し、両端電極間の抵抗体層の表面はガラス体で被覆されたものを適用している。この識別抵抗３０は電池の種類毎に異なる抵抗値のものを装着することにより、負極端子（−）と識別抵抗端子（Ｂ）との間の抵抗値の検出によって電池を識別することができる。

負極端子部材３２、識別抵抗端子部材３３及び識別抵抗３０は、図示するように素電池１０上で組み立ててもよいが、図９に示すように、識別抵抗３０の両端の電極をそれぞれ負極端子部材３２と識別抵抗端子部材３３とに半田付けし、識別抵抗端子部材３３にスペーサ３９を接着して予め一体化した一体化部材８として構成するのが望ましい。この一体化部材８は、図８に示すように、識別抵抗３０の絶縁を確保するために封口板１２上に絶縁紙４４を貼着した素電池１０の負極キャップ１３に一体化部材８の負極端子部材３２を接合した後に枠体３５を取り付ける組み立て手順、あるいは一体化部材８を装着した枠体３５を素電池１０に取り付けた後に負極端子部材３２を負極キャップ１３に接合する組み立て手順により製造することができる。

上記構成における識別抵抗３０に代えてサーミスタ（検出機能素子）４０を取り付けることにより、充電時に素電池１０の温度が検出できるように温度検出端子（Ｔ）を設けた電池４に構成することができる。サーミスタ４０は素電池１０の熱に感応して抵抗値を変化させるので、識別抵抗端子部材３３に代わる温度検出端子部材４３に接続する温度検出端子（Ｔ）と負極端子（−）との間の抵抗値から素電池１０の温度を検出することができる。

上記電池１〜４に適用した素電池１０は、外部短絡等の過電流に対する耐性も従来よりは大きいが、過大電流の継続は好ましいものではないので、過大電流を阻止する構成を設けることもできる。例えば、図１０に示すように、電池２〜４の構成においては、正極端子部材２１，３１に代えて板状に形成されたＰＴＣ素子５０の一方電極板５０ａを封口板１２に接合し、他方電極板５０ｂを正極端子（＋）の用に供する。他方電極板５０ｂはニッケル板によって形成することにより、機器側プローブとの接触性を良好にすることができる。電池１の構成においても、正極端子穴１８に対応する封口板１２上にＰＴＣ素子５０を接合することにより、過大電流に対応する機能を設けることができる。

図１１は、第３の実施形態に係る電池３にＰＴＣ素子５０を設けた場合を回路図として示すもので、正極充放電回路と直列にＰＴＣ素子５０が接続された状態が得られる。ＰＴＣ素子５０は平常時は微小な抵抗値であるため充放電に際して損失が生じることが僅少であるが、過大な電流が流れると発熱し、所定温度を越えると急激に抵抗値を増大させる正の温度特性を有しているので、外部短絡等による過大電流を阻止することができる。

また、過大電流の阻止機能を有するものは、前記ＰＴＣ素子５０だけでなく、ヒューズやサーモスタットなどがあり、過大電流が流れる状態から復旧した後、ＰＴＣ素子５０と同様に原状復帰させたい場合には、前記サーモスタットを適用することもできる。

以上説明した第１〜第４の各実施形態の構成においては、絶縁被覆体は枠体１５，２５、３５として構成しているが、図１２に示すように、素電池１０の封口板１２上のみを被覆する絶縁カバー（絶縁被覆体）４７として構成することもできる。絶縁カバー４７は樹脂成形により形成されるが、素電池１０との一体化を確保するために絶縁カバー４７は接着剤により封口板１２に接合される。

また、枠体１５，２５、３５又は絶縁カバー４７は、一体化部材８などの部材を取り付けた素電池１０を枠体１５，２５、３５又は絶縁カバー４７の外形形状と同様に形成された樹脂充填空間を設けた金型内に収容して、図１３に示すように、前記樹脂充填空間にホットメルト等の溶融させた樹脂を充填して固化させた樹脂モールドによって形成することもできる。樹脂モールドによって枠体１５，２５、３５又は絶縁カバー４７を構成する場合、素電池１０に対する樹脂の接合性を向上させるために、封口板１２上に固定された構成物に埋設されて投錨効果を得る部位を設けることが望ましく、図１３に示す構成においては、正極端子部材４１、負極端子部材４２及び識別抵抗端子部材５１にそれぞれ埋設係合部位４１ａ，４２ａ，５１ａを設けているので、正極端子穴５２、負極端子穴５３、識別抵抗端子穴５４を設けて充填固化したモールド枠体５５は素電池１０に固定された状態になる。この投錨効果を得る構成は、特に樹脂モールドによって絶縁カバー４７を形成するのに有効である。また、樹脂モールドでは図示するように構成部材上の隙間にも樹脂が充填されるので、耐水、耐湿効果を向上させることができる。

以上の説明の通り本発明に係る電池は、過充電などに対する耐性が強化されて電池保護回路等を不要とすることができる非水電解液二次電池に構成された素電池を一般使用にも供することができる形態に構成することができるので、簡易な構造でありながらエネルギー密度の高い電池として携帯電子機器の電源電池として有効なものが得られる。

素電池の外観形態を示す斜視図。第１の実施形態に係る電池の外観形態を示す斜視図。同上電池の構成要素を分解して示す斜視図。第２の実施形態における素電池上に取り付ける構成物を示す斜視図。第２の実施形態に係る電池の構成を示す断面図。同上構成における改良構造を示す断面図。第３の実施形態に係る電池の外観形態を示す斜視図。同上電池の構成を示す断面図。一体化部材の構成を示す斜視図。ＰＴＣ素子を設けた構成を示す部分断面図。ＰＴＣ素子を設けた電池の回路図。絶縁被覆体を絶縁カバーとして構成した場合の断面図。絶縁被覆体を樹脂モールドによって構成した場合の断面図。従来技術になる電池パックの構成を示す断面図。従来技術になる電池の構成を示す断面図。

符号の説明

１，２，３，４電池
８，９一体化部材
１０素電池
１１電池缶
１２封口板
１３負極キャップ
１５，２５，３５枠体（絶縁被覆体）
１５ａ極端子被覆体
１５ｂ連結体
１５ｃ底面被覆体
１６，２４，３４絶縁シート
１７，２７、３７負極端子穴（開口部）
１８，２６，３６正極端子穴（開口部）
２１，３１正極端子部材
２２，３２負極端子部材
３０識別抵抗（検出機能素子）
３３識別端子部材
４０サーミスタ（検出機能素子）
４７絶縁カバー（絶縁被覆体）
５０ＰＴＣ素子

Claims

発電要素を収容した電池ケースの開口端を封口板により封口して非水電解液二次電池として製造された素電池の少なくとも正極及び負極の極端子が形成された面を被覆して絶縁被覆体が設けられ、前記絶縁被覆体に前記正極及び負極の極端子を外部露出させる開口部が形成されてなることを特徴とする電池。
発電要素を収容した電池ケースの開口端を封口板により封口して非水電解液二次電池として製造された素電池の正極及び負極の極端子にそれぞれ個別に電気的接続して正極端子部材及び負極端子部材が接合され、少なくとも前記正極端子部材及び負極端子部材が接合された面を被覆して絶縁被覆体が設けられ、前記絶縁被覆体に正極端子部材及び負極端子部材の一部をそれぞれ外部露出させる開口部が形成されてなることを特徴とする電池。
発電要素を収容した電池ケースの開口端を封口板により封口して非水電解液二次電池として製造された素電池の正極及び負極の極端子にそれぞれ個別に電気的接続して正極端子部材及び負極端子部材が接合され、任意の検出機能が設定される検出端子部材と前記正極端子部材又は負極端子部材との間を接続して任意の検出機能素子が接合され、少なくとも正極端子部材、負極端子部材及び検出端子部材が接合された面を被覆して絶縁被覆体が設けられ、前記絶縁被覆体に正極端子部材、負極端子部材及び検出端子部材の一部をそれぞれ外部露出させる開口部が形成されてなることを特徴とする電池。
絶縁被覆体は、少なくとも極端子の形成部位を被覆して施された樹脂モールドである請求項１〜３いずれか一項に記載の電池。
絶縁被覆体は、少なくとも極端子の形成部位に接合された樹脂成形体である請求項１〜３いずれか一項に記載の電池。
絶縁被覆体は、極端子の形成部位を被覆する極端子被覆体と、極端子の形成部位に対向する底面を被覆する底面被覆体と、両被覆体をつなぐ連結体とを備えてなる請求項１〜３いずれか一項に記載の電池。
素電池の周面を巻回して絶縁シートが貼着されてなる請求項１〜６いずれか一項に記載の電池。
検出機能素子が電池の種類毎に異なる抵抗値に設定される識別抵抗であり、検出端子部材が電池の種類を電気的に識別する識別抵抗端子となる請求項３に記載の電池。
検出機能素子が電池温度に対応して抵抗値が変化するサーミスタであり。検出端子部材が電池の温度を検出する温度検出端子となる請求項３に記載の電池。
正極端子部材又は負極端子部材と検出機能素子と検出端子部材とが予め１つの一体化部材として組み立てられてなる請求項３，８，９いずれか一項に記載の電池。
一体化部材が取り付けられた絶縁被覆体が素電池に装着されてなる請求項１０に記載の電池。
正極の極端子と正極端子部材との間又は負極の極端子と負極端子部材との間がＰＴＣ素子又はサーモスタット又はヒューズを介して接続されてなる請求項１〜１１いずれか一項に記載の電池。