JP2006040893A - 二次電池用二次保護素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、二次電池に使われる二次保護素子の特性の損傷を防止できる二次保護素子を提供する。
【解決手段】 本発明は、機能素子１００と、前記機能素子１００の上下面中、少なくとも一面に形成されるリードプレート１２０と、を含む二次保護素子において、前記リードプレート１２０の所定位置に形成される少なくとも一つの折曲部１３０ａを含むことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二次電池に使われる二次保護素子に関し、特に、二次保護素子のリードプレートは所定位置に折曲部が形成され、二次保護素子が二次電池パックに装着される際、リードプレートが一定の位置で折り曲げられて二次保護素子の特性が損傷することを防止できる二次保護素子に関する。

一般的に、ビデオカメラ、携帯型電話、携帯型コンピュータなどのような携帯型無線機器の軽量化及び高機能化のために、その駆動電源に使われる二次電池に対して多くの研究がなされている。このような二次電池は、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがある。これらの中、リチウム二次電池は再充電が可能であり、小型化及び大容量化が可能なものであって、作動電圧が高く、単位重量当りのエネルギー密度が高いという長所のため、尖端電子機器分野で広く使われている。

このようなリチウムイオン二次電池は、電極組立体の内部短絡、外部短絡、または、過充放電等により電圧が急上昇し、そのため、電池が破裂する危険を有している。二次電池の内部の短絡を防止するためには、電極組立体の正極板と負極板の終端部と、電極タップ熔接部位と、を含んで短絡の危険がある部分に絶縁テープを付着することになる。また、二次電池は、正の温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＰＣＴ）素子、温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）のような二次保護素子、及び保護回路（ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）などのような安全装置と電気的に接続され、このような安全装置は、電池の電圧や温度が急上昇する際に、電流を遮断して電池の破裂を未然に防止する。

図１は、二次電池に使われる二次保護素子を示す斜視図である。

前記二次保護素子は、二次電池に多く使われるＰＴＣ素子であって、図１を参照すると、機能素子１０とリードプレート１２とを含んで形成される。前記二次保護素子は、二次電池の缶の外面の所定位置に密着して設けられ、缶の内部の温度変化を感知して温度変化によって作動することになる。

前記機能素子１０は、ＰＴＣの特性を表す素子であって、樹脂と炭素粉末とが混合して形成される樹脂炭素複合系、またはセラミック系からなる。即ち、前記機能素子１０は、常温では伝導体として機能するが、周囲の温度が上昇すると、温度に比例して電気抵抗が増加して不導体として作用することになる。従って、二次電池の缶の内部で、電極間短絡または過充電等により温度が増加すると、これを感知して二次電池の電流の流れを遮断して二次電池を保護することになる。

前記リードプレート１２は板状で形成され、前記機能素子１０の上面と下面に電気的に接続されて、機能素子１０が二次電池の電極端子（図９参照）及び保護回路基板の負極入力端子（図９参照）に連結されるようにする。前記二次保護素子は、二次電池の機種によって多様な位置に形成されることができ、ここで、リードプレートが連結される部品を限定するのではない。例えば、前記二次保護素子は、機種によっては、缶の下面と保護回路基板の正極入力端子と連結されることもできる。

前記リードプレート１２は、第１リードプレート１２ａと第２リードプレート１２ｂとで構成されることができ、前記機能素子１０の上下面に各々結合される。

一方、前記二次保護素子が前記電極端子、または、缶の下部及び保護回路基板間に連結される際には、前記リードプレート１２は、前記機能素子１０から一定距離離隔した位置で折り曲られなければならない。より詳細に説明すると、前記リードプレート１２が前記機能素子１０とあまりに近い位置で折り曲げられると、機能素子１０に応力が加えられることになって、機能素子１０の特性が変わったり、機能素子１０が破壊されるという問題が生じる。従って、一般的には、機能素子１０から一定距離離隔した位置で折り曲げ、熔接するように規定されている。

しかし、前記二次保護素子を使用して前記二次電池パックを構成する際は、極めて小さな空間で前記リードプレートの折り曲げと二次保護素子の装着とが行われるため、リードプレートが常に前記機能素子から一定距離離隔した位置で折り曲げられるようにすることは非常に困難である。従って、前記機能素子は、装着される過程で特性が変わったり機能を失うという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するために案出したものであって、特に、二次保護素子のリードプレートの所定位置に折曲部が形成されて、二次保護素子が二次電池パックに装着される際に、リードプレートが一定の位置で折り曲げられて二次保護素子の特性が損なわれることを防止できる二次保護素子を提供することを目的とする。

前記のような課題の解決のために案出した本発明の二次保護素子は、機能素子と前記機能素子の上下面中、少なくとも一面に形成されるリードプレートを含む二次保護素子において、少なくとも一つの前記リードプレートの所定位置に形成される折曲部を含むことを特徴とする。

また、本発明において、前記機能素子はＰＴＣ素子、温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）、サーマルブレーカ（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｒｅａｋｅｒ）中、いずれかの一つであることができる。

また、本発明において、前記折曲部は、前記リードプレートの両側端に溝形状で形成されることができ、三角形または半円形で形成されることができる。また、前記折曲部の各溝は前記リードプレート幅の２５％以内で形成されることが好ましい。

また、本発明において、前記折曲部は、前記リードプレートの内側に所定幅と長さの孔部で形成されることができ、丸い四角形または四角形または菱形で形成されることができる。また、前記折曲部は、幅が１．０ｍｍ以内、長さが前記リードプレート幅の５０％以内で形成されることが好ましい。

また、本発明において、前記折曲部は少なくとも２つの孔部が所定距離離隔して形成されることができる。

また、本発明において、前記折曲部は、前記リードプレートの一面に所定長さの予備溝（ｓｃｒａｔｃｈ ｓｌｏｔ）形状で形成されることができ、前記リードプレート幅の少なくとも５０％の長さで形成されることが好ましい。

また、本発明において、前記折曲部は、前記リードプレートの一面が所定長さと幅でプレス加工されて形成されることができ、その長さが前記リードプレート幅の少なくとも５０％で形成されることが好ましい。

また、本発明において、前記折曲部は、前記リードプレートの両面がプレス加工されて形成され、その深さが前記リードプレートの厚さの２０％以内で形成されることが好ましい。

本発明による二次保護素子によると、二次保護素子のリードプレートの所定位置に折曲部が形成され、前記二次保護素子が二次電池に装着される際に、常に一定の位置で折り曲げられるようにすることにより、二次保護素子の機能が低下したり特性が失われることを防止できるという効果がある。

また、本発明によると、二次保護素子のリードプレートに形成された折曲部は、リードプレートの折曲過程を容易にして折曲工程時間を減らし、折曲位置のバラツキを減らすことができる効果がある。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る好ましい実施の形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る二次保護素子の斜視図を示す。図３ａは、本発明の実施の形態２に係る二次保護素子の平面図を示す。図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ線に沿う断面図を示す。図４は、本発明の実施の形態３に係る二次保護素子の平面図を示す。図５ａは、本発明の実施の形態４に係る二次保護素子の平面図を示す。図５ｂは、図５ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図を示す。図６ａは、本発明の実施の形態５に係る二次保護素子の平面図を示す。図６ｂは、図６ａのＣ−Ｃ線に沿う断面図を示す。図７は、本発明の実施の形態６に係る二次保護素子の平面図を示す。図８は、本発明の実施の形態７に係る二次保護素子の断面図を示す。図９は、本発明の二次保護素子が装着された缶型リチウムイオン二次電池の正面図を示す。

本発明に係る二次保護素子は、図２を参照すると、機能素子１００、リードプレート１２０及び折曲部１３０ａを含んで形成される。

前記機能素子１００は、前記の説明のように、ＰＴＣの特性を示す素子として樹脂と炭素粉末とが混合されて形成される樹脂炭素複合系、または、セラミック系からなることができる。前記機能素子１００は、常温では伝導体として機能するが、周囲の温度が上昇すると、温度に比例して電気抵抗が増加されて不導体として作用することになる。従って、二次電池の缶の内部で電極間短絡または過充電等により温度が増加することになれば、これを感知して二次電池の電流の流れを遮断して二次電池を保護することになる。前記機能素子１００としてはＰＴＣ素子の他に、温度ヒューズ、サーマルブレーカ（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｒｅａｋｅｒ）等が使われることができる。

前記リードプレート１２０は、板状で形成される第１リードプレート１２０ａと第２リードプレート１２０ｂとで構成されることができ、前記機能素子１０の上下面に各々結合される。前記二次保護素子の装着方法によっては、上面、または下面のいずれかの一つのリードプレートのみ形成されることができることは勿論である。

前記リードプレート１２０は、前記機能素子１００の上面と下面とに接着されて、機能素子１００が二次電池に電気的に連結されるようにする。例えば、前記リードプレート１２０は、前記二次保護素子を缶の上部の電極端子（図９参照）と保護回路基板の負極入力端子（図９参照）に連結されるようにすることができる。また、前記リードプレート１２０は、機種によっては、前記二次保護素子を、缶の下面と保護回路基板の正極入力端子と連結されるようにすることができる。従って、前記二次保護素子は、二次電池の機種によってパックの内部の多様な位置に形成されることができ、ここで、前記リードプレート１２０によって二次保護素子が装着される位置を限定するものではない。

前記リードプレート１２０は、図２の実施の形態１を参照すると、機能素子１００から所定距離離隔した位置に折曲部１３０ａを含んで形成される。前記折曲部１３０ａは、前記リードプレート１２０が一定の位置で折り曲げられるように、折曲位置を導く役割をすることになる。好ましくは、前記折曲部１３０ａは、前記機能素子１００から少なくとも３ｍｍ離隔して形成される。前記折曲部１３０ａが形成される距離が前記機能素子１００から３ｍｍより近くなると、折曲過程で機能素子１００の特性が損なわれる問題が発生する。

前記折曲部１３０ａは、前記第１リードプレート１２０ａと前記第２プレート１２０ｂ中、少なくとも１つに形成されることができ、前記二次保護素子が装着される二次電池パックの形状によって決定される。前記折曲部１３０ａは、多様な形状で形成されることができ、形成される形状によって適正な大きさで形成される。前記リードプレート１２０は、０．５ｍｍ以下の薄板金属で形成されるため、強度が低下する。従って、前記折曲部１３０ａにより負極タップ２１７の強度の低下を最小化することが必要である。

前記折曲部１３０ａは、前記リードプレート１２０が折り曲げられる位置の両側端部に溝として形成される。前記折曲部１３０ａは、三角形または半円形の溝で形成されることができ、ここで、その形状を限定するものではない。また、前記折曲部１３０ａは、前記リードプレート１２０が一定の位置で折り曲げられるように導く役割を果たすため、適正な大きさで形成されればよい。好ましくは、前記折曲部１３０ａの各溝の長さは、前記リードプレート１２０の幅の２５％以内で形成され、前記リードプレート１２０の強度の低下により、折り曲げられる過程とその後の工程での破断を防止する。

前記折曲部１３０ｂは、図３ａと図３ｂの実施の形態２を参照すると、前記リードプレート１２０が折り曲げられる位置の内部に所定の幅と長さの孔部で形成される。前記折曲部１３０ｂは、丸い四角形、四角形または菱形の孔部で形成されることができ、ここで、その形状を限定するものではない。また、前記折曲部１３０ｂは、前記リードプレート１２０が一定の位置で折り曲げられるように導く役割を果たすため、適正な大きさで形成されればよい。好ましくは、前記折曲部１３０ｂは幅が１．０ｍｍ以内、長さがリードプレート１２０の幅の５０％以内で形成され、前記リードプレート１２０の強度の低下により、折り曲げられる過程とその後の工程でのリードプレート１２０の破断を最小化する。

前記折曲部１３０ｃは、図４の実施の形態３を参照すると、少なくとも２つの孔部が前記リードプレート１３０の幅方向に所定距離離隔して形成される。前記折曲部１３０ｃは、孔部が好ましくは直径または幅が１．０ｍｍ以内で形成され、前記リードプレート１２０の強度の低下により、折り曲げられる過程とその後の工程での破断を最小化する。

また、前記折曲部は図２と図３ａ、または図２と図４の折曲部形状を組合わせて形成することができることは勿論である。

前記折曲部１３０ｄは、図５ａと図５ｂの実施の形態４を参照すると、前記リードプレート１２０が折り曲げられる位置の一面に、折り曲げられる線に沿って所定幅の予備溝（ｓｃｒａｔｃｈ ｓｌｏｔ）形状で形成される。前記折曲部１３０ｄの深さは、リードプレート１２０の厚さの２０％以内で形成されて、折曲過程でのリードプレートの破断を防止することになる。前記折曲部１３０ｄは、その長さがリードプレート１２０の幅の少なくとも５０％で形成され、好ましくは、前記リードプレート１２０の幅と同じ長さで形成される。前記折曲部１３０ｄは予備溝形状で形成されるので、深さが深くない。従って、前記折曲部１３０ｄの長さがリードプレート１２０の幅の少なくとも５０％以上で形成されなければ、折曲ガイドの役割をできないことになる。

前記折曲部１３０ｅは、図６ａと図６ｂの実施の形態５を参照すると、前記リードプレート１２０が折り曲げられる位置の一面が、折り曲げられる線に沿って鎖状でプレス加工されて形成される。前記リードプレート１２０の他面には突出部が形成される。前記折曲部１３０ｅは、その長さがリードプレート１２０の幅の少なくとも５０％で形成され、好ましくは、リードプレート１２０の幅と同じ長さで形成される。前記折曲部１３０ｅは、所定幅でプレス加工されて形成されるので深さが深くない。従って、前記折曲部１３０ｅの長さがリードプレート１２０幅の少なくとも５０％以上で形成されなければ、折り曲げを導く役割を果たせないことになる。

前記折曲部１３０ｆは、図７の実施の形態６を参照すると、前記リードプレート１２０が折り曲げられる線に沿って不連続的に形成される少なくとも２つの所定長さの溝で形成される。前記折曲部１３０ｆの溝は、図５ａと図６ａと同様に、予備溝またはプレス加工により形成されることができる。前記折曲部１３０ｆを形成する各溝の長さは制限がないが、全長は、好ましくはリードプレート１２０の幅の少なくとも５０％で形成されるようにする。

前記折曲部１３０ｇは、図８の実施の形態７を参照すると、前記リードプレート１２０が折り曲げられる線に沿って、前記リードプレートの両面で所定深さでプレス加工されて形成されることができる。前記折曲部１３０ｇの深さは、リードプレート１２０の厚さの２０％以内で形成されて、折曲過程でのリードプレートの破断を防止することになる。前記折曲部１３０ｇは、その長さがリードプレート１２０の幅の少なくとも５０％で形成され、好ましくは、リードプレート１２０の幅と同じ長さで形成される。

前記折曲部は、前記に説明した通り、多様な形状で形成されることができ、ここで、その形状を限定するものではなく、前記リードプレートが一定の位置で折り曲げられるように多様な形状で形成されることができることは勿論である。

また、前記の実施の形態では、第１リードプレート１２０ａと第２リードプレート１２０ｂとに同時に前記折曲部１３０ａないし１３０ｇが形成されることを図示したが、前記二次保護素子が装着される方式によっては、第１リードプレート１２０ａと第２リードプレート１２０ｂのいずれかの一つのみに前記折曲部１３０ａないし１３０ｇが形成されることができることは上述の通りである。

次に、本発明に係る二次保護素子の作用について説明する。

図９は、本発明によって折曲部が形成された二次保護素子が缶型リチウムイオン二次電池のパック形成時に装着される構造を示す。

二次電池は、缶１４０と、前記缶１４０の内部に受容される電極組立体（図示してはいない）と、前記電極組立体と電気的に接続され、缶１４０の上部に結合するキャップ組立体（図示してはいない）と、を含んで形成される。また、前記缶１４０と、前記缶１４０の上部に位置する保護回路基板１４６と、を含んで二次電池パックが形成される。前記二次保護素子１００、１２０ａ、及び１２０ｂは、前記缶の上部に突出した電極端子１４２と前記保護回路基板１４６の負極端子１４８との間に熔接及び半田付けにより電気的に接続される。また、前記缶１４０は、別途のリード線１４４により保護回路基板１４６の両極端子１４７に電気的に接続される。前記缶１４０と保護回路基板１４６との間の空間が非常に小さいので、二次保護素子のリードプレート１２０ａ、１２０ｂは所定位置で折り曲げられ、その際、前記リードプレートに形成された折曲部１３０ａでリードプレート１２０ａ、１２０ｂが折り曲げられるので、常に一定の位置で折り曲げることができることになる。従って、二次保護素子の機能素子１００は、機能が低下したり、特性が損なわれることを防止できることになる。また、前記二次保護素子のリードプレート１２０ａ、１２０ｂの折曲工程がより容易になる。前記二次保護素子は、別途の絶縁層１４９により缶１４０の上部と絶縁される。

以上、説明した通り、本発明は上述の特定の好ましい実施の形態に限定されるものではなく、特許請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形の実施が可能であることは勿論であり、そのような変更は特許請求範囲の記載の範囲内にあることになる。

従来の二次保護素子の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る二次保護素子の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る二次保護素子の平面図である。 図３ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態３に係る二次保護素子の平面図である。 本発明の実施の形態４に係る二次保護素子の平面図である。 図５ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態５に係る二次保護素子の平面図である。 図６ａのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態６に係る二次保護素子の平面図である。 本発明の実施の形態７に係る二次保護素子の断面図である。 本発明の二次保護素子が装着された缶型リチウムイオン二次電池の正面図である。

符号の説明

１００ 機能素子、
１２０、１２０ａ、１２０ｂ リードプレート、
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｇ 折曲部。

Claims (17)

1. 機能素子と、前記機能素子の上下面中、少なくとも一面に形成されるリードプレートと、を含む二次保護素子において、
   前記リードプレートの所定位置に形成される少なくとも一つの折曲部を含むことを特徴とする二次保護素子。
2. 前記機能素子は、ＰＴＣ素子、温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）、サーマルブレーカ（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｒｅａｋｅｒ）中、いずれかの一つであることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
3. 前記折曲部は、前記機能素子から所定距離離隔した位置に形成されることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
4. 前記折曲部は、前記機能素子から少なくとも３ｍｍ離隔して形成されることを特徴とする請求項３記載の二次保護素子。
5. 前記折曲部は、前記リードプレートの両側端に溝形状で形成されることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
6. 前記折曲部は、三角形または半円形で形成されることを特徴とする請求項５記載の二次保護素子。
7. 前記折曲部の各溝は、前記リードプレートの幅の２５％以内で形成されることを特徴とする請求項６記載の二次保護素子。
8. 前記折曲部は、前記リードプレートの内側に所定幅と長さの孔部で形成されることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
9. 前記折曲部は、丸い四角形、四角形、または、菱形で形成されることを特徴とする請求項８記載の二次保護素子。
10. 前記折曲部は、幅が１．０ｍｍ以内、長さが前記リードプレート幅の５０％以内で形成されることを特徴とする請求項９記載の二次保護素子。
11. 前記折曲部は、少なくとも２つの孔部が所定距離離隔して形成されることを特徴とする請求項８記載の二次保護素子。
12. 前記折曲部は、前記リードプレートの一面に所定長さの予備溝形状で形成されることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
13. 前記折曲部は、前記リードプレート幅の少なくとも５０％の長さで形成されることを特徴とする請求項１２記載の二次保護素子。
14. 前記折曲部は、前記リードプレートの一面が所定長さと幅でプレス加工されて形成されることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
15. 前記折曲部は、その長さが前記リードプレート幅の少なくとも５０％で形成されることを特徴とする請求項１４記載の二次保護素子。
16. 前記折曲部は、前記リードプレートの両面が所定長さと深さでプレス加工されて形成されることを特徴とする請求項１記載の二次保護素子。
17. 前記折曲部は、その深さが前記リードプレート厚さの２０％以内でプレス加工されて形成されることを特徴とする請求項１６記載の二次保護素子。

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