JP2006128062A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】 スウェリング現象が発生したとき，自動的に充電または放電の動作を停止させることで安全性を向上させる二次電池を提供する。
【解決手段】 正極および負極を有し，充電および放電が可能なケース１１０と，ケース１１０の表面に接着され，ケース１１０のスウェリング時に抵抗値が変化する安全素子１２０とを含む。ケース１１０とスウェリングされると安全素子１２０の抵抗が変化することにより，保護回路基板１３０は充放電電流を減少または遮断する。また，電池容量にかかわらず，同一の安全素子１２０を全ての二次電池１００に接着して使用することができ，内部温度の急激な上昇および急速スウェリングに迅速に対処することができ，許容温度以下で発生するスウェリング現象も安定して防止することができる。また，安全素子１２０をケース１１０の表面に接着させるので，別途の溶接工程をケース１１０に行わなくてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は二次電池にかかり，より詳しくはスウェリング現象が発生したとき，自動的に充電または放電動作を停止させることにより安全性を向上させる二次電池に関するものである。
一般に，二次電池（例えば，リチウムイオン二次電池）は，約４．５Ｖ以上に過充電されると，内部温度が上昇する傾向がある。このような温度上昇現象を利用して，二次電池の過充電を停止させる安全素子が開発された。その代表的なものが充放電のための大電流経路に直列に連結されたＰＴＣサーミスタ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）である。周知のように，かかるＰＴＣサーミスタは，温度増加につれて抵抗値も増加することにより，二次電池の充放電電流を減少，または完全に遮断させる安全素子である。
このようなＰＴＣサーミスタは，通常，ケースの温度に直接感応して作動するように，ケースの表面に装着される。このとき，ＰＴＣサーミスタは，一端がリードを介してケースに溶接され，他端がリードを介して保護回路基板に電気的に接続される。
過充電によって二次電池の内部温度が上昇すると，電解液などが分解され，次いでガスが発生して内圧が増加する。このため，二次電池のケースが外側に膨らみ上がるいわゆるスウェリング現象が発生する。スウェリング現象に対する安全対策として，例えば，二次電池のケースの表面に相対的に薄い安全ベントを形成する。そして，内圧が一定値以上，またはスウェリング厚さが許容値以上となった場合，安全ベントが破裂して，内部ガスが外部へ放出するようになっている。このとき，電解液も外部へ放出されるため，安全性はあまり高いとはいえない。しかし，二次電池自体の爆発や発火が起きることはないので，このような構成の安全ベントを採択している。
上記のようなスウェリング現象は，様々な原因により発生する。例えば，前述したような過充電によっても発生するが，過放電，外部ショート，内部ショート，外部熱気などによっても発生する。また，最近の二次電池に使用されるケースは，容量向上のためにケースの厚さをさらに薄くする傾向にあり，上記のようなスウェリング現象がより頻繁に発生するようになった。
しかし，従来のＰＴＣサーミスタは，スウェリング現象よりも，温度に感応して作動するため，以下のような様々な問題が発生している。
第１に，従来のＰＴＣサーミスタは，電池の容量別に抵抗値が異なるように設計しなければならないという問題がある。例えば，ＰＴＣサーミスタは，電池の容量が相対的に小さい場合には，小さな電流値でカットオフしなければならない。そのため，抵抗値を相対的に大きく設計しなければならない。一方，電池の容量が相対的に大きい場合には，大きな電流値でカットオフしなければならない。そのため，抵抗値を相対的に小さく設計しなければならない。このように，様々な容量の電池が製造されている状況下では，各容量に合わせて，ＰＴＣサーミスタの抵抗値についても多様な設計および製造がなされることが要求されている。
第２に，従来のＰＴＣサーミスタは，電池の内部温度が急上昇したとき，これにより発生するスウェリング現象を迅速に抑制し難い構造となっている。例えば，過充電，外部ショートなどにより，急激に内部温度が上昇する場合がある。このような温度上昇は，電解液が分解され，ガスが多量発生されるため，スウェリング現象も非常に速く進行する。この急激な温度上昇によりＰＴＣサーミスタも作動し始めるが，既にスウェリング現象が許容値を超えてしまう場合がある。このような場合には，ＰＴＣサーミスタが動作するにもかかわらず，ケースの安全ベントが作動してしまい，内部電解液が漏出したり，ケースが爆発または発火する恐れがある。
第３に，一般に，全ての電池は許容可能なスウェリング厚さが決められている。すなわち，決められた厚さ以上にスウェリングされると，通常は安全ベントが作動するか，ケースが爆発または発火する。ところが，従来のＰＴＣサーミスタは，温度のみに依存した抵抗値を持つ。このため，上記のような許容厚さ以上のスウェリングが発生した場合にも，温度が許容値以下であると，ＰＴＣサーミスタが全く作動せず，充放電電流を流し続ける。したがって，許容値以下の温度でスウェリングが過度に発生したとき，これを効果的に抑制することができないという問題がある。
第４に，従来のＰＴＣサーミスタは，導電性ケースにリードを介して連結される。しかし，このようなリードとケースはうまく溶接できない材質であったり，ケースに対する溶接という危険な工程が加わるため，不良発生要因が増加するという問題がある。さらに，従来は，リードとケースとの間の溶接性を向上させるため，ケースに予め他の材質からなる導電プレートを溶接することもあり，作業に莫大な時間や手間がかかるという問題があった。
第５に，従来のＰＴＣサーミスタは，充放電のための大電流経路に直列に連結されている。このため，例えば，放電電流をＰＴＣサーミスタが自ら消費して，全体的な電池容量および使用可能時間を減少させる原因となる。
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，様々な容量の電池について使用可能な安全素子を有する，新規かつ改良された二次電池を提供することにある。
また，本発明の他の目的は，二次電池の急激な温度上昇と，これによるスウェリング現象を抑制することの可能な，二次電池を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は，許容温度以下であっても，スウェリング厚さが許容厚さを超えるのを防止することの可能な，二次電池を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は，安全素子とケースとの間の溶接の不要な，二次電池を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は，充放電のための大電流経路から安全素子を除去することにより，容量および使用可能時間を増大させることが可能な二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，正極および負極を有し，充電および放電が可能なケースと，ケースの表面に接着され，ケースのスウェリング時に抵抗値が変化する安全素子とを含んでなる二次電池が提供される。
ここで，ケースの一側には，安全素子に電気的に連結され，安全素子の抵抗値変化に応じて充放電電流を減少させる保護回路基板をさらに設けることができる。
また，ケースは，所定の面である第１領域と，第１領域より小さい面積を有する面である第２領域とを含むことができる。ここで，安全素子は，第１領域に接着するように設置することができ，例えば，第１領域の中央，対角線が交差する地点，または角部付近に接着するように設置することもできる。また，安全素子は，第２領域に接着するように設置することもでき，例えば，第２領域の中央，第２領域の対角線が交差する地点に接着するように設置することもできる。
また，安全素子は，ケースの表面に，例えば接着剤，両面接着テープまたは両面接着フィルムなどにより接着することができる。
さらに，安全素子は，ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，絶縁フィルムの表面に形成される金属線と，金属線の両端に連結されるリード端子とを含むことができる。ここで，絶縁フィルムの表面に形成される金属線は，例えば，金属ホイルや，ｎ型またはｐ型の半導体帯であってもよい。また，安全素子は，例えばストレインゲージであってもよい。
また，安全素子と保護回路基板は，軟性配線パターンを介して互いに連結することもできる。このとき，軟性配線パターンは，ケースの表面に接着される第１絶縁層と，第１絶縁層上に形成される配線パターンと，配線パターンを覆う第２絶縁層とを含むことができる。
そして，保護回路基板は，安全素子に電気的に連結されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むことができる。また，保護回路基板は，ケースの正極および負極に電気的に接続されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むこともできる。
さらに，ケースと保護回路基板との間には，ケースと保護回路基板が互いに分離されないように，絶縁樹脂リングを設けてもよい。
また，ケースには，他の部位より厚さの薄い安全ベントをケースの表面に形成してもよい。
また，本発明の他の観点によれば，正極板，負極板，および正極板と負極板との間に介在されるセパレータを含む電極組立体が電解液とともに収容され，キャッププレートにより上端開口部が密封される導電体のケースと，ケースの表面に接着され，ケースのスウェリングに応じて抵抗値が変わる安全素子と，ケースの一側に設けられ，安全素子に電気的に連結され，安全素子の抵抗値の変化に応じて充放電電流を減少させる保護回路基板とを含んでなる二次電池が提供される。
ここで，ケースは，所定面積を有し，所定距離だけ離隔して互いに平行に形成される第１領域と，第１領域より小さい面積を有し，第１領域の周囲に，所定距離だけ離隔して互いに平行に形成される第２領域と，第１領域および第２領域に対して略直角に形成され，第１領域および第２領域の一側部を塞ぐ第３領域と，第３領域の反対側に，第１領域および第２領域に対して略直角に溶接され，表面に電極端子が形成されたキャッププレートと，を含んで構成することもできる。
安全素子は，第１領域のうち少なくとも一方の面に接着してもよい。また，安全素子は，第２領域のうち少なくとも一方の面に接着してもよい。
また，安全素子は，例えば，第１領域の中央，第１領域の対角線が交差する位置，または第１領域の角部付近に接着してもよい。また，安全素子は，例えば，第２領域の中央，または第２領域の対角線が交差する位置に接着してもよい。
さらに，安全素子は，例えば，ケースの表面に，接着剤，両面接着テープまたは両面接着フィルムのうちいずれか一つにより接着してもよい。
また，安全素子は，ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，絶縁フィルムの表面に形成される金属線と，金属線の両端に連結されるリード端子とを含むこともできる。ここで，絶縁フィルムの表面に形成される金属線は，金属ホイルやｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯であってもよい。また，例えば，安全素子には，ストレインゲージを用いることもできる。
そして，安全素子と保護回路基板とは，軟性配線パターンを介して互いに連結することもできる。ここで，軟性配線パターンは，例えば，ケースの表面に接着される第１絶縁層と，第１絶縁層上に形成される配線パターンと，配線パターンを覆う第２絶縁層とを含んで構成されるようにすることもできる。
ここで，保護回路基板は，安全素子に電気的に連結されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むこともできる。また，ケースの正極および負極に電気的に接続されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むこともできる。
また，ケースと保護回路基板との間には，ケースと保護回路基板とが分離されないように，絶縁樹脂リングを設けることもできる。
さらに，ケースには，他の部位より厚さの薄い安全ベントを第３領域に形成することもできる。
また，本発明のさらに他の観点によれば，外部の充電器または負荷に連結される外部端子と，充電または放電モードでエネルギーを蓄積または貯蔵されたエネルギーを放出する機能をするベアセルと，外部端子とベアセルとの間の大電流経路に連結された充放電ＦＥＴ素子と，ベアセルの電流を感知する抵抗センサと，ベアセルの表面に接着され，ベアセルのスウェリング状態を感知する安全素子と，ベアセル，抵抗センサおよび安全素子により感知された値によって充放電ＦＥＴ素子を制御する保護回路とを含んでなる二次電池が提供される。
ここで，安全素子は，ベアセルの表面に接着される絶縁フィルムと，絶縁フィルムの表面に形成される金属ホイルと，金属ホイルの両端に連結されるリード端子と，を含んでもよい。ここで，絶縁フィルムの表面に形成される金属ホイルは，ｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯であってもよい。また，例えば，安全素子は，ベアセルの表面に接着されるストレインゲージとすることもできる。
さらに，保護回路は，安全素子によりベアセルの基準値以上のスウェリングを感知した場合，充放電ＦＥＴ素子を停止させて大電流経路を遮断することもできる。また，保護回路は，抵抗センサによりベアセルの電圧が基準値以上または以下である，またはベアセルにより電圧が基準値以上または以下であると感知された場合，充放電ＦＥＴ素子を停止させて大電圧経路を遮断させることもできる。
上記のような二次電池により，様々な容量の二次電池に対して，規格を変更することなく使用可能な安全素子を有する二次電池を提供することができる。すなわち，二次電池の容量が相違しても，スウェリング現象はすべて同じパターンに起こるため，同一の安全素子を変更することなく使用できる。したがって，二次電池の安全素子を，複数の規格について製造する必要がなく，製造費用を節減できる。さらに，温度に依らずスウェリングに直接感応して作動することにより，二次電池の安全性を一層向上させる効果がある。
また，本発明にかかる二次電池は，内部温度の急激な上昇，およびこれによる急激なスウェリング現象についても，効率よく防止することができる。すなわち，本発明は温度を感知するものではなく，スウェリング現象を直接感知して充放電電流を減少または遮断させるものである。したがって，即座にスウェリング現象を停止することができるだけでなく，スウェリング現象の原因である急激な温度上昇も停止する効果がある。
さらに，本発明にかかる二次電池は，許容温度以下であっても，スウェリング厚さが許容厚さ以上になるのを防止することができる。すなわち，本発明は，温度に感応するものではなく，スウェリング厚さに感応するものである。このため，温度に依らずスウェリング厚さが許容厚さ以上になると，充電または放電電流を減少または遮断させることにより，二次電池の安全性を一層向上させる効果がある。
また，本発明にかかる二次電池は，安全素子を接着剤などでケースの表面に接着し，軟性配線パターンを介して保護回路基板に電気的に接続すると完成する構造となっている。すなわち，従来のように，ケースの表面に別途の導電プレートを溶接し，この導電プレートに別途のリードを溶接するという複雑な工程が不要となる。したがって，二次電池の製造工程が単純になり，製造費用も節減される効果がある。
さらに，本発明にかかる二次電池は，安全素子が大電流経路から除去される。これにより，安全素子による電力消費がないため，二次電池の容量および使用可能時間が増加する効果がある。
本発明によれば，様々な容量の電池について使用可能な安全素子を有する二次電池を提供することができる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる二次電池を示す斜視図を示す。また，図２は，図１の線１−１にて切断した二次電池の断面図である。さらに，図３Ａは，図１の二次電池の分解斜視図であり，図３Ｂは，保護回路基板の背面斜視図である。
図１〜４に示すように，本実施形態にかかる二次電池１００は，正極および負極を有するケース１１０と，ケース１１０の表面に接着され，スウェリングの際に抵抗値が変化（増加または減少）する安全素子１２０と，ケース１１０の一側に装着され，安全素子１２０に電気的に連結される保護回路基板１３０とを含む。
ケース１１０は，正極と負極を有し，充電または放電の際にエネルギーを蓄積または貯蔵されたエネルギーを放出する機能を有する。かかるケース１１０は，一定面積を有するとともに所定の距離だけ隔てて互いに平行に形成される，略平らまたは所定の曲率を有する第１領域１１１を含む。さらに，ケース１１０は，第１領域１１１と比較して，相対的に小さい面積を有するとともに一定距離だけ隔てて，第１領域１１１の周囲に互いに平行に形成された第２領域１１２を含む。この第２領域１１２も略平らまたは所定の曲率を有することができる。また，ケース１１０は，第１領域１１１と第２領域１１２に対して直角に形成されるとともに，第１領域１１１と第２領域１１２の下部面を塞ぐ第３領域１１３を含む。第３領域１１３も略平らまたは所定の曲率を有することができる。第３領域１１３には，他の部位より相対的に厚さの薄い部位の安全ベント１１４が形成される。この安全ベント１１４は，過度のスウェリングの際，破裂して，内部ガスを放出する。
ここで，ケース１１０の第１領域１１１，第２領域１１２および第３領域１１３は，一体的に形成可能である。例えば，金属薄板を金型に置き，ディープドローイング（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）を行うことにより，一体になった第１領域１１１，第２領域１１２および第３領域１１３を得ることができる。また，ケース１１０は，個別に形成された第１領域１１１，第２領域１１２，および第３領域１１３を，レーザ溶接で形成することもできる。このような例は，本発明のケース１１０の形態を限定するものではなく，例えば，ケース１１０は，アルミニウムパウチ形態に形成することもできる。
また，第３領域１１３の反対側には，第１領域１１１および第２領域１１２に略直角にキャッププレート１１５が固定される。例えば，キャッププレート１１５は，第１領域１１１および第２領域１１２に略直角方向に溶接によって固定できる。このようなキャッププレート１１５も，略平らまたは所定の曲率を有することができる。キャッププレート１１５は，その中央に電極端子１１６が形成され，その両側には導電プレート１１７および安全ベント１１８が形成される。電極端子１１６の外周には，絶縁ガスケット１１９を形成することができ，キャッププレート１１５と電極端子１１６が互いに電気的にショートしないようにすることができる。
ここで，電極端子１１６は，例えば負極とすることができる。この場合，電極端子１１６を除くキャッププレート１１５およびケース１１０の全体は正極となる。逆に，電極端子１１６を，正極とすることもできる。この場合には，電極端子１１６を除くキャッププレート１１５およびケース１１０の全体は負極となる。
また，安全ベント１１８は，キャッププレート１１５の厚さに比べて相対的に薄く形成される。この安全ベント１１８は，ケース１１０の過度なスウェリングの際に破裂して内部ガスを外部へ放出する役割を行う。このとき，ケース１１０の第３領域１１３に安全ベント１１４が形成されるため，安全ベント１１８は形成しなくてもよい。
導電プレート１１７は，保護回路基板１３０との良好な電気的接続のために形成される。なお，この導電プレート１１７は，溶接性に優れるように，ニッケルなどの金属で形成することができるが，本発明はこの材質に限定されるものではない。また，ケース１１０およびキャッププレート１１５は，アルミニウム，スチール，ステンレススチール，およびその等価物のうちいずれかにより形成することができるが，本発明はこれらの材質に限定されるものではない。
安全素子１２０は，スウェリングが最も顕著に発生するケース１１０の第１領域に接着される。安全素子１２０は，例えば，ケース１１０の第１領域１１１の中央，第１領域１１１の対角線が交差する位置，または第１領域１１１の角部付近に接着できるが，本発明がこのような接着位置に限定されるものではない。また，安全素子１２０は，いずれか一側の第１領域１１１のみにも，または両側の第１領域１１１にも接着することができる。また，例えば，図１には一つの安全素子１２０のみが示されているが，この安全素子１２０はケース１１０の表面に複数接着することも可能であり，その数が限定されるものではない。
また，安全素子１２０の抵抗値は，ケース１１０のスウェリングに比例して，増加または減少する特性を有する。例えば，ケース１１０のスウェリングがなければ抵抗値もほとんどない。そして，スウェリングが小さければ抵抗値も小さく，スウェリングが大きければ抵抗値も大きいという特性を有する。なお，この反対に比例させるも可能である。また，安全素子１２０は，ケース１１０のスウェリングがないとき，入力される電流をそのままで通過させ，スウェリングが小さければ小さい電流を流し，スウェリングが特定値以上となると，電流を通過させないようにすることができる。すなわち，安全素子１２０は，ケース１１０のスウェリング状態によって異なる出力をする。
さらに，安全素子１２０をケース１１０の表面に接着させる接着剤１２１としては，例えば，通常の強力接着剤，両面接着テープまたは両面接着フィルムなどが用いられるが，本発明はこれらに限定されるものではない。このとき，安全素子１２０は，ケース１１０のスウェリングに敏感に反応しなければならないため，安全素子１２０とケース１１０との間の接着力は均一かつ優れたものがよい。
また，安全素子１２０は，軟性配線パターン１２２を介して保護回路基板１３０に電気的に連結される。すなわち，軟性配線パターン１２２は曲げ易く，ケース１１０に電気的に導通されないため，従来のリード連結方式より安定している。また，安全素子１２０は，保護回路基板１３０に設けられた充放電のための大電流経路に連結されない。したがって，安全素子１２０による充放電電流の消費が抑制される。
このような軟性配線１２２は，図２のように，ケース１１０の表面に接着剤１２１で接着された第１絶縁層１２２ａと，第１絶縁層１２２ａに形成され，一端が安全素子１２０に電気的に接続され，他端が保護回路基板１３０に電気的に接続された配線パターン１２２ｂと，配線パターン１２２ｂを外部環境から保護するため，配線パターン１２２ｂを覆う第２絶縁層１２２ｃとを含んでなる。
保護回路基板１３０は，ケース１１０の一側に機械的に連結され，安全素子１２０には電気的に連結される。すなわち，保護回路基板１３０は，キャッププレート１１５の一側に位置し，安全素子１２０に電気的に連結できるように，少なくとも一つ以上の導電端子１３１がキャッププレート１１５に向かって突出している。保護回路基板１３０には充電および放電動作を制御する電子部品１３３が実装され，導電端子１３１は電子部品１３３に電気的に連結される。より具体的には，導電端子１３１は，軟性配線パターン１２２の配線パターン１２２ｂに電気的に接続できる。この導電端子１３１も大電流経路ではない。導電端子１３１を軟性配線パターン１２２の配線パターン１２２ｂに直接電気的に接続しにくい場合は，導電端子１３１と軟性配設パターン１２２との間に媒介導電リード（図示せず）を位置させてもよい。
保護回路基板１３０には，充放電大電流経路となるキャッププレート１１５および電極端子１１６に電気的に連結するための他の導電端子１３２が形成される。導電端子１３２とキャッププレート１１５，他の導電端子１３２と電極端子１１６とを直接接続することが困難である場合は，図２のように，媒介導電リード１３４をさらに位置させてもよい。このとき，導電リード１３４の一つは，キャッププレート１１５に設けられた電極端子１１６に溶接され，他の一つは，導電プレート１１７に溶接される。
また，保護回路基板１３０には，例えば，キャッププレート１１５と対向する面の反対側面に複数の外部端子１３５が形成される。このような外部端子１３５は，外部装置（充電器または負荷）に直接電気的に連結される部分である。この保護回路基板１３０は一実施形態に過ぎず，軟性配線パターン１２２が連結される導電端子１３１，電極端子１１６およびキャッププレート１１５に溶接される他の導電端子１３２，電子部品１３３の配列，および外部端子１３５の数および形態は変更可能である。
キャッププレート１１５と保護回路基板１３０との間には，保護回路基板１３０がキャッププレート１１５から外部へ離脱しないように，略長方形の絶縁樹脂リング１４０が設けられる。この絶縁樹脂リング１４０は，キャッププレート１１５と保護回路基板１３０との間の隙間に異物などが浸透できないようにしている。一方，絶縁樹脂リング１４０の代わりに，保護回路基板１３０とキャッププレート１１５との間を直接樹脂でモールドすることにより，保護回路基板１３０とキャッププレート１１５とを結合させることができる。なお，キャッププレート１１５と保護回路基板１３０との間には，絶縁樹脂リング１４０またはモールド樹脂を設けないことも可能である。また，外部端子１３５を除く保護回路基板１３０，キャッププレート１１５およびケース１１０を一体的に樹脂で成形することもできる。
図４Ａ〜図４Ｃは，本実施形態にかかる二次電池に設けられた安全素子の例を平面図として示したものである。
図４Ａ〜図４Ｃに示すように，安全素子１２０，１２０’，１２０’’は，回路的にみると，充放電のための大電流経路でない，小電流経路に連結される。すなわち，物理的には二次電池１００のケース１１０に接着されているが，回路は保護回路基板１３０から小電流経路（つまり，充放電経路でない保護回路を作動させるための小電流経路）に連結された状態である。
まず，図４Ａに示すように，安全素子１２０は，ケース１１０の表面に接着される絶縁フィルム１２３を含む。また，絶縁フィルム１２３上には所定の抵抗値を有する金属線１２４が形成され，金属線１２４の両端にはリード端子１２５が形成される。リード端子１２５には，例えば，軟性配線パターン１２２の配線パターン１２２ｂが接続される。
また，図４Ｂに示すように，他の安全素子１２０’は，ケース１１０の表面に接着される絶縁フィルム１２３’を含む。絶縁フィルム１２３’上には所定の抵抗値を有する金属ホイル１２４’が形成され，金属ホイル１２４’の両端にはリード端子１２５’が形成される。リード端子１２５’には，例えば，軟性配線パターン１２２の配線パターン１２２ｂが電気的に接続される。
また，図４Ｃに示すように，さらに他の安全素子１２０’’は，ケース１１０の表面に接着される絶縁フィルム１２３’’を含む。絶縁フィルム１２３’’上には所定の抵抗値を有するｎ型またはｐ型半導体帯１２４’’が形成され，前記半導体帯１２４’’の両端にはリード端子１２５’’が形成される。このようなリード端子１２５にも，前述したように，軟性配線パターン１２２の配線パターン１２２ｂが電気的に接続される。
ここで，本実施形態に用いられる安全素子は，例えば，表面変形（ケースのスウェリング）を測定するのに用いられるストレインゲージとすることもできるが，本発明がこれに限定されるものではない。すなわち，表面変形を感知または測定することが可能な部材であればすべて可能である。また，変形量は元の長さに対する変化した長さの比であるので，安全素子１２０が付着されているケース１１０の長さ変化を，絶縁フィルム１２３上に形成された金属線１２４，金属ホイル１２４’または半導体帯１２４’’などの抵抗変化により感知することになる。すなわち，ケース１１０のスウェリングの際，金属線１２４，金属ホイル１２４’または半導体帯１２４’’などの抵抗値が増加または減少し，これが保護回路基板１３０に伝達される。これにより，保護回路基板１３０が充放電のための大電流を減少または遮断することになる。
一例として，安全素子１２０は，ケース１１０の表面が変形，すなわちスウェリングされると，その抵抗値が変化（増加）し，全体抵抗（Ｒ）に対する抵抗変化（ΔＲ）の比が変形量（ε）に比例する特徴を有する。すなわち，安全素子１２０は，ΔＲ／Ｒ＝Ｇεの特徴を有する。ここで，Ｇはゲージ率で，約１〜１０００の値を有する。例えば，安全素子１２０の元の抵抗値が１０Ω，ゲージ率が１００，変形量またはスウェリング量が０．１の場合，抵抗変化は１００×０．１×１０＝１００Ωとなる。すなわち，スウェリングがない場合，安全素子１２０の抵抗値は１０Ωであるが，スウェリングの値が０．１となると，安全素子１２０の抵抗値は１００Ωに増加する。したがって，電流は抵抗値と反比例の関係にあるので，安全素子１２０を介して流れる電流はおよそ１／１０に減少する。
このような安全素子１２０の元の抵抗値，ゲージ率およびスウェリング値はすべて例示の値であり，これらの値は，素子の設計時に各種の変数を調整することにより，十分に変更可能である。しかし，安全素子１２０の元の抵抗値が高いほど保護回路基板１３０に使用される消費電流が大きくなるので，これをなるべく小さな値に設計することが好ましい。また，ケース１１０のスウェリングに敏感に抵抗値が増加する場合に限り，急激なスウェリング状態で電流を遮断することができるため，ゲージ率ができるだけ大きいものを用いることが好ましい。
図５は，本実施形態にかかる二次電池において，ベアセルＢＣのみを示す分解斜視図である。通常，二次電池１００において，ベアセルＢＣとは，保護回路基板１３０などが装着されていない状態のものをいう。したがって，図５には保護回路基板１３０および安全素子１２０が示されていない。また，このようなベアセルＢＣは，本実施形態にかかる二次電池１００の例であり，これに開示するベアセルＢＣの構成に本発明が限定されるものではない。すなわち，本実施形態で採択した安全素子１２０は図５に示したようなベアセルＢＣのみに接着可能なものではなく，他の形態のベアセルＢＣに接着されて使用可能である。
図５に示すように，ベアセルＢＣは，所定のエネルギーで充電または充電されたエネルギーを放出する電極組立体１０と，電極組立体１０が収納されるケース１１０と，電極組立体１０が離脱しないようにするためにケース１１０の上部に組み立てられるキャップ組立体２０と，ケース１１０に注入され，電極組立体１０間でのイオン移動を可能にする電解液（図示せず）とを含む。
電極組立体１０は，正極活物質（例えば，コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２），ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２），マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）またはその等価物）が付着した正電極板１１と，負極活物質（例えば，黒鉛またはその等価物）が付着した負電極板１３と，正電極板１１と負電極板１３との間に位置してショートを防止しながらリチウムイオンの移動のみを可能にするセパレータ１２とからなる。
正電極板１１，負電極板１３，およびその間に介在されたセパレータ１２は，略ゼリーロール状に巻き取られてケース１１０に収納される。ここで，例えば，正電極板１１はアルミニウム（Ａｌ）ホイル，負電極板１３は銅（Ｃｕ）ホイル，セパレータ１２はポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）とすることができるが，これらの材質に本発明が限定されるものではない。また，正電極板１１には，上方に所定の長さに突出した正極リード１４が溶接され，負電極板１３にも，上方に所定の長さに突出した負極リード１５が溶接される。例えば，正極リード１４の材質はアルミニウム（Ａｌ），負極リード１５はニッケル（Ｎｉ）とすることができるが，これらの材質に本発明が限定されるものではない。
ケース１１０上には，前述したように，所定の面積を有し，互いに対向して形成される第１領域１１１と，第１領域１１１間の対向位置に形成され，第１領域１１１の面積より小さな面積を有する第２領域１１２と，第１領域１１１および第２領域１１２の端部を塞ぐ第３領域１１３とからなる。そして，第３領域１１３の反対側には，第１領域１１１と第２領域１１２との間の空間に連通する開口部１１０ａが形成される。
電極組立体１０の上部，すなわちケース１１０の上部には，絶縁ケース２１，端子プレート２２，絶縁プレート２３がさらに結合されるが，本発明はこのような構成要素を必ずしも必要とするものではない。絶縁ケース２１，端子プレート２２および絶縁プレート２３には，電極端子１１６が貫通するように，それぞれ通孔２１ａ，２２ａ，２３ａが形成される。
キャップ組立体２０は，ケース１１０の開口部１１０ａに組み立てられる。すなわち，キャップ組立体２０は略板状のキャッププレート１１５を含み，キャッププレート１１５の中央には所定の大きさの通孔１１５ａが形成され，その側部には，電解液注入のための電解液注入口１１５ｂが形成される。このキャッププレート１１５の構造は，前述した通りである。キャッププレート１１５の通孔１１５ａには絶縁ガスケット１１９が結合され，絶縁ガスケット１１９には電極端子１１６が結合される。電極端子１１６は，負極リード１５に溶接されて，放電または充電の際，負極の役割をする。また，正極リード１４はキャッププレート１１５に直接溶接されることにより，キャッププレート１１５およびケース１１０が正極の役割をする。電極端子１１６には正極リード１４が結合されて正極の役割をし，キャッププレート１１５には負極リード１５が溶接されて負極の役割をする。
また，キャッププレート１１５の電解液注入口１１５ｂにも，電解液の注入後，その電解液が外部へ流出しないように，ボール１１５ｃが結合される。そして，他側には，過度なスウェリング時に開放されるように，相対的に薄い安全ベント１１８が形成される。
電解液（図示せず）は，充放電の際，電池内部の正極および負極で化学的反応により生成されるリチウムイオンの移動媒体の役割をする。これは，リチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水質系の有機電解液である。電解液は，例えば，高分子電解質を用いたポリマーである。
前述したように，本発明は，本実施形態にかかるベアセルＢＣに限定されるものではない。すなわち，本発明にかかる安全素子１２０，１２０’，１２０’’は，前述したような構造のベアセルＢＣだけでなく，スウェリングが発生する電池であればどんな種類の電池にも接着でき，使用することができる。
図６Ａは，本実施形態にかかる二次電池がスウェリングしている状態を示す斜視図である。また，図６Ｂは，図６Ａの側面図である。
図６Ａおよび６Ｂに示すように，一般に，二次電池１００は，過充電，過放電，外部ショート，内部ショートおよび外部熱気などにより，内部の電解液などが分解してガスを放出することにより，スウェリング現象が発生する。このようなスウェリングは，一般に広い領域が外側に膨らみ上がり，相対的に狭い領域は内側に凹む。すなわち，互いに対向する第１領域１１１は略中央部が外側に膨らみ上がる。一方，互いに対向する第２領域１１２は略中央部が内側に凹む。また，第３領域１１３も略中央部が内側に凹む。このとき，第１領域１１１の面積が最大であるので，スウェリング現象が最も顕著に発生し，第２領域１１２および第３領域１１３はスウェリング現象が僅かに発生する。したがって，スウェリング現象に最も顕著に反応する第１領域１１１の略中央部または４つの角部付近に，安全素子１２０が接着することが可能である。
実際に，スウェリングに関するシミュレーションの結果によると，４つの角部付近での延伸率変化が最大であると報告されている。すなわち，例えば図６Aとは異なり，４つの角部付近に安全素子１２０を付着するのが好ましい。こうして，本実施形態にかかる安全素子１２０は，スウェリングに最も顕著に反応し，スウェリング情報を保護回路基板１３０に迅速に伝達することにより，保護回路基板１３０が即座に二次電池の充放電を停止させることができる。
一方，このようなスウェリングは，ケース１１０の表面と安全素子１２０との間の接着力を低下させる。したがって，ケース１１０と安全素子１２０を互いに接着させる接着剤１２１は強力であるほどよく，ケース１１０と安全素子１２０との間に均一に塗布されることがよい。接着剤１２１の接着力が弱いと，弱いスウェリングの際にも安全素子１２０がケース１１０から分離されるため，ケース１１０のスウェリングを適切に感知することができない。また，接着剤１２１が安全素子１２０の全領域にわたって均一に塗布されていなければ，安全素子１２０によるスウェリング感知度が低下する。
このようなスウェリングは，二次電池の容量にかかわらず，ほぼ同じパターンで発生する。すなわち，最も広い部分が外側に膨らみ上がり，相対的に狭い部分が内側に凹む。したがって，本実施形態にかかる安全素子１２０は，電池の容量に応じてその規格などを変更する必要がない。例えば，元の抵抗およびゲージ率などの電池容量ごとに変えて設計および製作する必要はない。また，温度にかかわらず，スウェリングに直接感応して作動するため，二次電池の安全性がさらに向上される。また，このようなスウェリングは，内部温度の急激な上昇によりすぐに発生するので，内部温度を感知するよりも内部温度の上昇によるスウェリング現象を感知することにより，内部温度の急激な上昇またはスウェリング現象を迅速に抑制することができる。
上記のようなスウェリングは，許容温度以下でも発生するが，本実施形態においてはこのように許容温度以下で発生するスウェリング現象も迅速に抑制することができる。また，安全素子１２０は充放電のための大電流経路でない保護回路の作動のための小電流経路に連結されるので，安全素子１２０による二次電池自体の消費電力が大きく低下する。
（第２の実施形態）
図７は，第２の実施形態にかかる二次電池を示す斜視図である。また，図８は，図７の線７−７についての断面図である。そして，図９Ａは，図７の二次電池の分解斜視図であり，図９Ｂは，図８の保護回路基板の背面斜視図である。
本実施形態にかかる二次電池２００は，前述した二次電池１００と類似するので，その相違点を中心に説明する。
図７に示すように，本実施形態にかかる二次電池２００は，正極および負極を有するケース２１０と，ケース２１０の表面に接着され，スウェリングの際，抵抗値が変化する安全素子２２０と，ケース２１０の一側に装着され，安全素子２２０に電気的に連結された保護回路基板２３０とを含む。
ケース２１０は，所定の面積の第１領域２１１と，第１領域２１１の周囲に設けられ，相対的に小さな面積を有する第２領域２１２と，第１領域２１１と第２領域２１２の端部を塞ぐ第３領域２１３とを含む。第３領域２１３には相対的に薄い安全ベント２１４が形成され，このような安全ベント２１４は，過度のスウェリングの際，破裂して内部ガスが放出する役割をする。
第３領域２１３の反対側には，第１領域２１１と第２領域２１２とに略直角にキャッププレート２１５が固定される。キャッププレート２１５の略中央には電極端子２１６が形成され，その両側には導電プレート２１７および安全ベント２１８が形成される。また，電極端子２１６の外周には絶縁ガスケット２１９が形成されることにより，電極端子２１６とキャッププレート２１５が互いに電気的にショートしないようにする。
安全素子２２０は，ケース２１０の第２領域２１２に接着される。例えば，安全素子２２０は，ケース２１０の第２領域２１２の中央，または第２領域２１２の対角線が交差する位置に接着できるが，本発明がこれらの位置に限定されるものではない。また，安全素子２２０は，一側の第２領域２１２のみ，または両側の第２領域２１２に接着可能である。例えば，図７には，安全素子２２０が一つのみ示されているが，この安全素子２２０はケース２１０の表面に複数接着することも可能であり，その数が限定されるものではない。
また，安全素子２２０は，抵抗値がケース２１０のスウェリングに比例して変化する特性を有する。例えば，ケース２１０のスウェリングがなければ抵抗値がほぼなく，スウェリングが小さければ抵抗値も小さく，スウェリングが大きければ抵抗値も大きい特性を有する。すなわち，安全素子２２０は，ケース２１０のスウェリングがないとき，入力される電流をそのまま通過させ，スウェリングが小さければ相対的に小さい電流を流し，スウェリングが特定値以上となると電流を通過させない。
安全素子２２０をケース２１０の表面に接着させる接着剤２２１としては，例えば通常の強力接着剤，両面接着テープまたは両面接着フィルムなどが用いられるが，本発明はこれらに限定されるものではない。安全素子２２０は，ケース２１０のスウェリングに敏感に反応するものであるので，安全素子２２０とケース２１０間の接着力は均一であり，かつ優れたものがよい。
また，安全素子２２０は，軟性配線パターン２２２を介して保護回路基板２３０に電気的に連結される。すなわち，軟性配線パターン２２２は曲がり易く，ケース２１０に電気的に導通されないため，従来のリード連結方式より安定的である。また，安全素子２２０は，保護回路基板２３０に設けられた小電流経路に連結される。したがって，安全素子２２０による電力の消費が最少化される。このような軟性配線２２２は，図８に示すように，ケース２１０の表面に接着剤２２１で接着された第１絶縁層２２２ａと，第１絶縁層２２２ａに形成され，一端が前記安全素子２２０に電気的に接続され，他端が保護回路基板２３０に電気的に接続された配線パターン２２２ｂと，配線パターン２２２ｂを外部環境から保護するため，配線パターン２２２ｂを覆う第２絶縁層２２２ｃとを含んでなる。
一方，保護回路基板２３０は，ケース２１０の一側に機械的に連結され，安全素子２２０には電気的に連結される。すなわち，保護回路基板２３０は，キャッププレート２１５の一側に位置し，安全素子２２０に電気的に連結できるように，少なくとも一つ以上の導電端子２３１がキャッププレート２１５に向かって突出している。さらに，保護回路基板２３０には，充電および放電動作を制御する電子部品２３３が実装され，導電端子２３１は電子部品２３３に電気的に連結される。より具体的には，導電端子２３１は軟性配線パターン２２２に電気的に接続できる。この導電端子２３１も小電流経路間に設けられる。
保護回路基板２３０には，キャッププレート２１５および電極端子２１６に電気的に連結するための他の導電端子２３２が形成される。導電端子２３２とキャッププレート２１５と電極端子２１６とを容易にボンディングするため，少なくとも一つの導電リード２３４が形成される。導電リード２３４の一つは，キャッププレート２１５に設けられた電極端子２１６に溶接され，他の一つは，導電プレート２１７に溶接される。
また，保護回路基板２３０は，キャッププレート２１５と対向する面の反対側面に複数の外部端子２３５が形成され，この外部端子２３５は，外部装置に直接電気的に連結される部分である。このような保護回路基板２３０は，一実施形態に過ぎず，軟性配線パターン２２２が連結される導電端子２３１，電極端子２１６およびキャッププレート２１５に溶接される他の導電端子２３２，電子部品２３３の配列，および外部端子２３５の数および形態は変更可能である。
一方，キャッププレート２１５と保護回路基板２３０との間には，保護回路基板２３０がキャッププレート２１５から外部へ離脱しないように，略長方形の絶縁樹脂リング２４０が設けられる。この絶縁樹脂リング２４０は，キャッププレート２１５と保護回路基板２３０との間の隙間に異物などが浸透できないようにする役割をする。
（第３の実施形態）
次に，図１０Aおよび図１０Bに基づいて，第３の実施形態にかかる二次電池について説明する。ここで，図１０Ａは，第３の実施形態にかかる二次電池がスウェリングされた状態を示す斜視図である。また，図１０Ｂは，図１０Ａの正面図である。
図１０Ａおよび１０Ｂに示すように，一般に，二次電池２００は，過充電，過放電，外部ショート，内部ショート，外部熱気などにより，内部の電解液が分解してガスを放出することにより，スウェリング現象が発生する。このようなスウェリングは，一般に広い領域が外側に膨らみ上がり，相対的に狭い領域内側に凹む。すなわち，互いに対向する第１領域２１１は，略中央部が外側に膨らみ上がる。一方，互いに対向する第２領域２１２は，略中央部が内側に凹む。また，第３領域２１３も略中央部が内側に凹む。このとき，第１領域２１１の面積が最大であるので，スウェリング現象が最も顕著に発生し，第２領域２１２および第３領域２１３はスウェリング現象が小さく発生する。したがって，スウェリング現象に最も敏感に反応する第１領域２１１に安全素子２２０が接着できるが，この場合，スウェリングに余り敏感に安全素子２２０が作動することにより，二次電池２００の作動を不安定にすることができる。すなわち，許容可能なスウェリング状態でも保護回路２３０が大電流を余りに急激に低下させるため，却って充放電動作を妨害することができる。したがって，このような場合には，スウェリングが相対的に小さく発生するケース２１０の第２領域２１２に安全素子２２０を接着させることにより，このような問題を解消することができる。
一方，このようなスウェリングは，ケース２１０の表面と安全素子２２０間の接着力を低下させることができる。したがって，前述したように，ケース２１０と安全素子２２０を互いに接着させる接着剤２２１は強力であるほどよく，ケース２１０と安全素子２２０との間に均一に塗布されることがよい。接着剤２２１の接着力が弱いと，弱いスウェリングの際にも安全素子２２０がケース２１０から分離されるため，ケース２１０のスウェリングを適切に感知することができない。また，接着剤２２１が安全素子２２０の全領域にわたって均一に塗布されていなければ，安全素子２２０によるスウェリング感知度が低下する。
以上，第３の実施形態について説明した。次に，本実施形態にかかる二次電池の回路構成について説明する。
図１１は，本発明にかかる二次電池の構成を示すブロック図である。
図１１に示すように，本発明にかかる二次電池は，電気的観点で見ると，ベアセルＢＣと，ベアセルＢＣのいずれか一極に連結された温度ヒューズ１５１と，温度ヒューズ１５１に直列に連結された充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３と，ベアセルＢＣの他極に連結されたセンサ抵抗１５５と，ベアセルＢＣに物理的に接着された安全素子１２０と，ベアセルＢＣ，センサ抵抗１５５および安全素子１２０から電圧，電流およびスウェリング状態の情報を受けて充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３を制御する保護回路１５４と，充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３とセンサ抵抗１５５間に形成された外部端子１３５とを含む。ここで，保護回路１５４は，ベアセルＢＣから直接電圧情報を受け，センサ抵抗１５５から電流情報を受け，安全素子１２０からスウェリング情報を受ける。
温度ヒューズ１５１，充電ＦＥＴ素子１５２，放電ＦＥＴ素子１５３，センサ抵抗１５５，保護回路１５４，および外部端子１３５は，前述したような保護回路基板１３０に形成され，安全素子１２０は前述したようにベアセルＢＣをなすケース１１０の表面に接着される。
このように構成された本発明にかかる二次電池においては，外部端子１３５を介して外部の充電器または負荷（図示せず）が連結されて，充電または放電動作が行われる。外部端子１３５とベアセルＢＣとの間の経路は充放電経路として使用される大電流経路であって，この大電流経路には比較的大きな電流が流れる。
外部端子１３５に充電器が連結されてベアセルＢＣの充電動作が行われると，このときの充電経路は，充電器を初めとして外部端子１３５，放電ＦＥＴ素子１５３，充電ＦＥＴ素子１５２，および温度ヒューズ１５１を経てベアセルＢＣに至る。一方，外部端子１３５に負荷が連結され放電動作が行われると，このときの放電経路は，ベアセルＢＣ，温度ヒューズ１５１，充電ＦＥＴ素子１５２，放電ＦＥＴ素子１５３，および外部端子１３５を経て負荷に至る。すなわち，本発明において，安全素子１２０は大電流経路から除去され，よってその分だけ充電器の消費電力が減少することが分かる。
ベアセルＢＣは自体充電電圧を保護回路１５４に直接出力し，センサ抵抗１５５はベアセルＢＣの充電電流を感知して保護回路１５４に出力する。したがって，ベアセルＢＣが現在過充電電圧または過電圧で充電される状態であると，保護回路１５４は充電ＦＥＴ素子１５２をオフさせることで，大電流経路での充電電流を遮断するので，過充電状態が解除される。
ベアセルＢＣは自体放電電圧を保護回路１５４に直接出力し，センサ抵抗１５５はベアセルＢＣの放電電流を感知して保護回路１５４に出力する。したがって，ベアセルＢＣが現在過放電電圧または過電流（または外部ショート）で放電される状態であると，保護回路１５４が放電ＦＥＴ素子１５３を停止（オフ）させることで，大電流での放電電流を遮断するので，過放電状態が解除される。
充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３は，大電流が流れかつ所定の抵抗成分があるため，充放電中に加熱することがある。このような過熱現象は，一般に充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３が正常にオン，オフできないようにする要因となる。すなわち，保護回路１５４より充電ＦＥＴ素子１５２または放電ＦＥＴ素子１５３にオフ信号を与えてもオフされなくなる。この場合は，他の手段により大電流経路を遮断しなければならないが，これが温度ヒューズ１５１によって行われる。すなわち，温度ヒューズ１５１は，充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３の真上に配置されるので，充電ＦＥＴ素子１５２または放電ＦＥＴ素子１５３が加熱したとき，温度ヒューズ１５１自体が切れて大電流経路を遮断することになる。
また，過充電または過放電でベアセルＢＣがスウェリングされるか，または充電または放電中の電圧および電流は許容値以下であるとともに，充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３の温度も許容値以内でありながらも，ベアセルＢＣがスウェリングされることがある。もちろん，このようなスウェリングが顕著に現れる場合，ケース１１０の表面に形成された安全ベント１１４，１１８が作動して内部ガスを漏出させることにより，爆発または発火現象を防止するが，これは余り安全ではない。
したがって，このようなスウェリングが過度に発生するとき，すなわち過充電または過放電による温度増加によりスウェリングが発生したり，または過充電，過放電でない正常の状態において不明な理由によりスウェリングが過度に発生するとき，回路的に大電流経路を遮断する部材が必要である。この役割をする部材が，安全素子１２０である。
このような安全素子１２０については既に詳細に説明した。すなわち，このような安全素子１２０は，ベアセルＢＣ，すなわちケース１０の表面に接着されて，スウェリング状態を感知する素子である。より具体的には，安全素子１２０は，ベアセルＢＣがスウェリングするとき，その抵抗値が変化し，この変化状態を保護回路１５４に出力する。
また，保護回路１５４は，上述のように安全素子１２０から入力される値が基準値以上または以下の値であると，充電ＦＥＴ素子１５２および放電ＦＥＴ素子１５３をオフさせる。これにより，大電流を減少または遮断する。したがって，過度のスウェリングにより安全ベント１１４，１１８が作動するか，発火または爆発の直前に大電流経路の電流を減少または遮断させることにより，ベアセルＢＣまたは二次電池１００，２００の安全性を一層向上させる。なお，ブロック図には，安全素子１２０は一つ示されているが，この安全素子１２０は複数形成可能なものあり，本発明がその数に限定されるものではない。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，二次電池に適用可能であり，特にスウェリング現象が発生したとき，自動的に充電または放電動作を停止させることにより安全性を向上させる二次電池に適用可能である。
本発明の第１の実施形態にかかる二次電池を示す斜視図である。 図１の線１−１についての断面図である。 図１の分解斜視図である。 図３Ａの保護回路基板の背面を示す斜視図である。 第１の実施形態にかかる二次電池に適用される安全素子の例を示す平面図である。 第１の実施形態にかかる二次電池に適用される安全素子の例を示す平面図である。 第１の実施形態にかかる二次電池に適用される安全素子の例を示す平面図である。 第１の実施形態にかかる二次電池のベアセルのみを示す分解斜視図である。 第１の実施形態にかかる二次電池がスウェリングした状態示す斜視図である。 図６Ａの側面図である。 第２の実施形態にかかる二次電池を示す斜視図である。 図７の線７−７についての断面図である。 図７の分解斜視図である。 図７の保護回路基板の背面を示す斜視図である。 第３の実施形態にかかる二次電池がスウェリングしたた状態示す斜視図である。 図１０Ａの正面図である。 本発明にかかる二次電池の構成を回路で示すブロック図である。
符号の説明
１００，２００ 二次電池
１１０ ケース
１１１ 第１領域
１１２ 第２領域
１１３ 第３領域
１１４ 安全ベント
１１５ キャッププレート
１１６ 電極端子
１１７ 導電プレート
１１８ 安全ベント
１１９ 絶縁ガスケット
１２０ 安全素子
１２１ 接着剤
１２２ 軟性配線パターン
１２２ａ 第１絶縁層
１２２ｂ 配線パターン
１２２ｃ 第２絶縁層
１２３ 絶縁フィルム
１２４ 金属線
１２５ リード端子
１３０ 保護回路基板
１３１，１３２ 導電リード
１３３ 電子部品
１３４ 導電リード
１３５ 外部端子
１４０ 絶縁樹脂リング

Claims (47)

  1. 正極および負極を有し，充電および放電が可能なケースと，
    前記ケースの表面に接着され，前記ケースのスウェリング時に抵抗値が変化する安全素子と，
    を含んでなることを特徴とする，二次電池。
  2. 前記ケースの一側には，前記安全素子に電気的に連結され，前記安全素子の抵抗値変化に応じて充放電電流を減少させる保護回路基板がさらに設けられることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記ケースは，所定の面である第１領域と，前記第１領域より小さい面積を有する面である第２領域と，を含むことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  4. 前記安全素子は，前記第１領域に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  5. 前記安全素子は，前記第２領域に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  6. 前記安全素子は，前記第１領域の中央に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  7. 前記安全素子は，前記第２領域の中央に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  8. 前記安全素子は，前記第１領域の対角線が交差する位置に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  9. 前記安全素子は，前記第１領域の角部付近に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  10. 前記安全素子は，前記第２領域の対角線が交差する位置に接着されることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
  11. 前記安全素子は，前記ケースの表面に，接着剤，両面接着テープまたは両面接着フィルムのうちいずれか一つにより接着されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  12. 前記安全素子は，
    前記ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成される金属線と，
    前記金属線の両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  13. 前記安全素子は，
    前記ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成される金属ホイルと，
    前記金属ホイルの両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  14. 前記安全素子は，
    前記ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成されるｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯と，
    前記ｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯の両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  15. 前記安全素子は，ストレインゲージであることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  16. 前記安全素子と前記保護回路基板とは，軟性配線パターンを介して互いに連結されることを特徴とする，請求項２に記載の二次電池。
  17. 前記軟性配線パターンは，
    前記ケースの表面に接着される第１絶縁層と，
    前記第１絶縁層上に形成される配線パターンと，
    前記配線パターンを覆う第２絶縁層と，
    を含むことを特徴とする，請求項１６に記載の二次電池。
  18. 前記保護回路基板は，前記安全素子に電気的に連結されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むことを特徴とする，請求項２に記載の二次電池。
  19. 前記保護回路基板は，前記ケースの正極および負極に電気的に接続されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むことを特徴とする，請求項２に記載の二次電池。
  20. 前記ケースと前記保護回路基板との間には，前記ケースと前記保護回路基板が分離されないように，絶縁樹脂リングが設けられることを特徴とする，請求項２に記載の二次電池。
  21. 前記ケースは，他の部位より厚さの薄い安全ベントが前記ケースの表面に形成されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
  22. 正極板，負極板，および前記正極板と前記負極板との間に介在されるセパレータを含む電極組立体が電解液とともに収容され，キャッププレートにより上端開口部が密封される導電体のケースと，
    前記ケースの表面に接着され，前記ケースのスウェリングに応じて抵抗値が変化する安全素子と，
    前記ケースの一側に設けられ，前記安全素子に電気的に連結され，前記安全素子の抵抗値の変化に応じて充放電電流を減少させる保護回路基板と，
    含んでなることを特徴とする，二次電池。
  23. 前記ケースは，
    所定面積を有し，所定距離だけ離隔して互いに平行に形成される第１領域と，
    前記第１領域より小さい面積を有し，前記第１領域の周囲に，所定距離だけ離隔して互いに平行に形成される第２領域と，
    前記第１領域および前記第２領域に対して略直角に形成され，前記第１領域および前記第２領域の一側部を塞ぐ第３領域と，
    前記第３領域の反対側に，前記第１領域および前記第２領域に対して略直角に溶接され，表面に電極端子が形成されたキャッププレートと，
    を含むことを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  24. 前記安全素子は，前記第１領域のうち少なくとも一方に接着されることを特徴とする，請求項２３に記載の二次電池。
  25. 前記安全素子は，前記第２領域のうち少なくとも一方に接着されることを特徴とする，請求項２３に記載の二次電池。
  26. 前記安全素子は，前記第１領域の中央に接着されることを特徴とする，請求項２４に記載の二次電池。
  27. 前記安全素子は，前記第２領域の中央に接着されることを特徴とする，請求項２５に記載の二次電池。
  28. 前記安全素子は，前記第１領域の対角線が交差する位置に接着されることを特徴とする，請求項２３に記載の二次電池。
  29. 前記安全素子は，前記第１領域の角部付近に接着されることを特徴とする，請求項２３に記載の二次電池。
  30. 前記安全素子は，前記第２領域の対角線が交差する位置に接着されることを特徴とする，請求項２５に記載の二次電池。
  31. 前記安全素子は，前記ケースの表面に，接着剤，両面接着テープまたは両面接着フィルムのうちいずれか一つにより接着されることを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  32. 前記安全素子は，
    前記ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成される金属線と，
    前記金属線の両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  33. 前記安全素子は，
    前記ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成される金属ホイルと，
    前記金属ホイルの両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  34. 前記安全素子は，
    前記ケースの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成されるｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯と，
    前記ｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯の両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  35. 前記安全素子は，ストレインゲージであることを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  36. 前記安全素子と前記保護回路基板とは，軟性配線パターンを介して互いに連結されることを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  37. 前記軟性配線パターンは，
    前記ケースの表面に接着される第１絶縁層と，
    前記第１絶縁層上に形成される配線パターンと，
    前記配線パターンを覆う第２絶縁層と，
    を含むことを特徴とする，請求項３６に記載の二次電池。
  38. 前記保護回路基板は，前記安全素子に電気的に連結されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むことを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  39. 前記保護回路基板は，前記ケースの正極および負極に電気的に接続されるように，少なくとも一つ以上の導電端子をさらに含むことを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  40. 前記ケースと前記保護回路基板との間には，前記ケースと前記保護回路基板とが分離されないように，絶縁樹脂リングが設けられることを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  41. 前記ケースは，他の部位より厚さの薄い安全ベントが前記第３領域に形成されることを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池。
  42. 外部の充電器または負荷に連結される外部端子と，
    充電モードまたは放電モードでエネルギーを蓄積または貯蔵されたエネルギーを放出する機能をするベアセルと，
    前記外部端子と前記ベアセルとの間の大電流経路に連結された充放電ＦＥＴ素子と，
    前記ベアセルの電流を感知する抵抗センサと，
    前記ベアセルの表面に接着され，前記ベアセルのスウェリング状態を感知する安全素子と，
    前記ベアセル，前記抵抗センサおよび前記安全素子により感知された値によって前記充放電ＦＥＴ素子を制御する保護回路と，
    を含んでなることを特徴とする，二次電池。
  43. 前記安全素子は，
    前記ベアセルの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成される金属ホイルと，
    前記金属ホイルの両端に連結されるリード端子と，
    を含むことを特徴とする，請求項４２に記載の二次電池。
  44. 前記安全素子は，
    前記ベアセルの表面に接着される絶縁フィルムと，
    前記絶縁フィルムの表面に形成されるｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯と，
    前記ｎ型半導体帯またはｐ型半導体帯の両端に連結されるリード端子と，を含むことを特徴とする，請求項４２に記載の二次電池。
  45. 前記安全素子は，前記ベアセルの表面に接着されるストレインゲージであることを特徴とする，請求項４２に記載の二次電池。
  46. 前記保護回路は，前記安全素子により前記ベアセルの基準値以上のスウェリングを感知した場合，前記充放電ＦＥＴ素子を停止させて大電流経路を遮断することを特徴とする，請求項４２に記載の二次電池。
  47. 前記保護回路は，前記抵抗センサにより前記ベアセルの電圧が基準値以上または以下である，または前記ベアセルにより電圧が基準値以上または以下であると感知された場合，前記充放電ＦＥＴ素子を停止させて大電圧経路を遮断させることを特徴とする，請求項４２または４３のいずれかに記載の二次電池。
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