JP2012134027A - 密閉型電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】異常な温度上昇を防止するための温度保護素子が樹脂内に埋め込まれた構成を有する密閉型電池において、樹脂成形時の樹脂の熱から温度保護素子を保護可能な構成を簡単且つ低コストな構成によって実現する。
【解決手段】密閉型電池（１）は、ベント部（２３）が設けられている電池ケース（２）と、ベント部（２３）の少なくとも一部を覆うインナーフレーム（４２）（カバー）と、負極端子（２２）（端子）に電気的に接続されていて、温度が閾値以上になると電流を遮断するＰＴＣ素子（４３）の成形体（４３ｂ）（温度保護素子）とを備えている。インナーフレーム（４２）は、成形体（４３ｂ）の少なくとも一部を覆うオーバーハング部（５２）を有する。成形体（４３ｂ）を、少なくとも一部が前記オーバーハング部（５２）によって覆われた状態で、インナーフレーム（４２）とともに樹脂（４１）によって覆う。
【選択図】図５

Description

本発明は、異常な温度上昇を防止するための温度保護素子が樹脂内に埋め込まれた構成を有する密閉型電池に関する。
従来より、異常な温度上昇を防止するための温度保護素子が樹脂内に埋め込まれた構成を有する密閉型電池が知られている。このような密閉型電池では、例えば特許文献１に開示されるように、電池ケース（筐体）の外側に、充放電を制御するための回路部品や、過電流、熱暴走等を防止するための温度保護素子（ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子）などが配置されている。また、前記特許文献１には、電池の防水性能を向上するために、これらの回路部品や温度保護素子とともに電池ケースの外表面の一部を、樹脂によって覆う構成が開示されている。
一般的に、温度保護素子は、温度が上昇すると抵抗が大きくなるように物性が変化して、流れる電流を抑制するように構成されている。そのため、温度保護素子には、最大定格温度が定められているが、該温度保護素子の温度がこの最大定格温度を超えると、温度保護素子の特性が変化して、該温度保護素子の初期の特性が失われてしまう。したがって、温度保護素子が加熱溶融した樹脂に直接、接触すると、該温度保護素子の特性が変化して、期待されるような特性が得られない場合がある。
これに対し、前記特許文献１に開示されている構成では、温度保護素子をシート状の耐熱性ゴムによって覆った後、該温度保護素子及び耐熱性ゴムを加熱溶融した樹脂によって封止するようにした。これにより、温度保護素子に、加熱溶融した樹脂の熱が直接、伝わらないため、樹脂の熱によって温度保護素子本来の特性が失われるのを防止することができる。
一方、特許文献２には、温度保護素子が溶融した樹脂と直接、接触しないように、樹脂侵入阻止室を形成するホルダーを、電池ケースの外側に取り付ける構成が開示されている。
特開２００２−３７３６３１号公報 特開２００９−１３５０３３号公報
ところで、前記特許文献１の構成では、シート状の耐熱性ゴムによって温度保護素子を樹脂の熱から保護できるものの、シート状の耐熱性ゴムを、温度保護素子を覆うように電池ケース上に貼り付ける作業が必要になる。そのため、電池製造時の工程数が増えるとともに、耐熱性ゴムが必要になる分、電池の製造コストが増大する。
一方、前記特許文献２の構成のように、温度保護素子が閉空間内に配置されるように、該温度保護素子をカバーによって完全に覆う構成が考えられる。しかしながら、カバーと電池ケースとの間に隙間が存在すると、閉空間内に樹脂が浸入して温度保護素子に高温の樹脂が接触する可能性がある。そのため、前記特許文献２の構成の場合には、カバーと電池ケースとの間に隙間が形成されないように、カバーを高い寸法精度で形成する必要がある。また、カバーを電池ケースに取り付ける際にも、該カバーと電池ケースとの間に隙間が形成されないように、精度の高い組み立て作業が要求されるため、あまり作業性の良い構成ではない。
そのため、本発明の目的は、異常な温度上昇を防止するための温度保護素子が樹脂内に埋め込まれた構成を有する密閉型電池において、樹脂成形時の樹脂の熱から温度保護素子を保護可能な構成を、簡単且つ低コストな構成によって実現することにある。
本発明の一実施形態にかかる密閉型電池は、内部に充放電可能な電極体及び電解液が封入されていて、該内部の圧力が閾値を超えた場合に開裂するベント部が設けられている柱状の電池ケースと、該電池ケース上に樹脂を成形する際に、該電池ケースのベント部が樹脂によって覆われないように該ベント部の外表面の少なくとも一部を覆うカバーと、前記電池ケースの端子に電気的に接続されていて、温度が閾値以上になると電流を遮断する温度保護素子とを備え、前記カバーは、前記温度保護素子を該カバー上に載置した状態で該温度保護素子の少なくとも一部を覆うように設けられたオーバーハング部を有していて、前記温度保護素子は、少なくとも一部が前記オーバーハング部によって覆われた状態で、前記カバーとともに樹脂によって覆われている（第１の構成）。
以上の構成により、電池ケースのベント部を覆うカバーに設けられたオーバーハング部によって、温度保護素子の少なくとも一部を覆うことができるため、該温度保護素子等を樹脂によって封止する際に、高温の樹脂によって温度保護素子の特性が変化するのを防止できる。しかも、温度保護素子を覆うオーバーハング部は、電池ケースのベント部を覆うカバーに設けられるため、温度保護素子を覆うために新たな部材を設ける必要がなくなり、その分、電池の製造コストの低減を図れる。
また、上述のように、温度保護素子を、カバーに設けられたオーバーハング部によって覆う構成とすることで、オーバーハング部が温度保護素子を覆うように該オーバーハング部に対して温度保護素子を配置するだけでよいため、組立作業が容易になる。すなわち、オーバーハング部は、断面視で一部が開口しているため、カバーが閉断面の形状の場合に比べて、該オーバーハング部に対して温度保護素子を配置しやすい。
さらに、温度保護素子を覆うように設けられたオーバーハング部は、樹脂を射出成形する際に、その圧力によって温度保護素子側に押されて容易に変形する。そのため、オーバーハング部と温度保護素子との隙間は小さくなり、該温度保護素子の周辺に浸入する樹脂の量を少なくすることができる。
前記第１の構成において、前記オーバーハング部は、前記温度保護素子を少なくとも２方向から覆うように断面Ｌ字状に形成されているのが好ましい（第２の構成）。
これにより、オーバーハング部によって温度保護素子をより確実に覆うことができるとともに、樹脂で封止する際に、オーバーハング部が温度保護素子側により変形しやすくなる。したがって、温度保護素子の周辺に樹脂が浸入するのをより確実に防止でき、これにより、該温度保護素子が樹脂の熱によって影響を受けるのをより確実に防止できる。
前記第１または第２の構成において、前記オーバーハング部は、前記温度保護素子における前記電池ケースとは反対側を覆う庇部と、該庇部を支えるとともに、該温度保護素子を側方から覆う支持部とを有し、前記庇部には、該庇部が前記温度保護素子側に変形可能なように、他の部分に比べて剛性の低い低剛性部が設けられているのが好ましい（第３の構成）。
こうすることで、カバーのオーバーハング部は、常に庇部が温度保護素子側に位置付けられるように変形するとともに、樹脂成形時には、庇部が樹脂に押されて温度保護素子側にさらに容易に位置付けられる。これにより、オーバーハング部の庇部と温度保護素子との隙間が更に小さくなって、該温度保護素子の周辺に樹脂がさらに入り込みにくくなる。よって、上述の構成により、温度保護素子が樹脂の熱の影響を受けるのをさらに確実に防止できる。
前記第３の構成において、前記オーバーハング部の庇部は、平板状に形成されていて、前記低剛性部は、前記庇部における前記温度保護素子に面する側とは反対側の面に設けられた凹部によって構成されるのが好ましい（第４の構成）。こうすることで、オーバーハング部の庇部を温度保護素子側に容易に変形させることができるとともに、該庇部における温度保護素子に面する側とは反対側の面に設けられた凹部内に、配線等を配置できる。これにより、温度保護素子を樹脂の熱からより確実に保護できるとともに、配線等を省スペースで配置して電池の小型化を図れる。
前記第３または第４の構成において、前記温度保護素子は、平面視で長方形状に形成されていて、前記オーバーハング部の庇部は、前記温度保護素子に対応して平面視で長方形状に形成されていて、前記支持部は、平面視で前記庇部の長辺側に設けられているのが好ましい（第５の構成）。
これにより、平面視で長方形状の温度保護素子を、オーバーハング部の長辺側から挿入することが可能になり、該温度保護素子の組み付け作業性の向上を図れる。しかも、長辺側に支持部が設けられたオーバーハング部は、該支持部が設けられていない長辺側で大きく変形するため、平面視で長方形状の温度保護素子に対して、オーバーハング部の長辺側の部分が近づくことになる。したがって、温度保護素子とオーバーハング部との隙間を広い範囲で狭めることができ、該温度保護素子の周辺に樹脂が浸入するのをより確実に防止できる。
前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、前記温度保護素子は、前記電池ケースの端子に接続される側とは反対側が、接続線を介して保護回路に接続されていて、該保護回路は、前記カバー上に配置されていて、前記接続線は、一部が前記カバーのオーバーハング部上に位置するように、折り曲げられているのが好ましい（第６の構成）。
これにより、温度保護素子及び保護回路をカバー上にコンパクトに配置することが可能になる。したがって、電池の小型化を図れる。
また、上述の構成にすることで、カバーに対して温度保護素子及び保護回路を取り付ける際に、該温度保護素子及び保護回路を容易に取り付けることができる。具体的には、まず、温度保護素子における電池ケースの端子に接続される側とは反対側を保護回路に接続した状態で、該温度保護素子をオーバーハング部によって覆うようにカバー上に配置する。そして、保護回路との接続線を折り曲げて該接続線の一部をオーバーハング部上に位置付ける。これにより、カバー上に温度保護素子及び保護回路をコンパクト且つ容易に配置することができる。
前記第１から第６の構成のうちいずれか一つの構成において、前記オーバーハング部は、前記カバーに一体成形されているのが好ましい（第７の構成）。こうすることで、オーバーハング部を容易に形成できる。しかも、カバーと一体形成することで、オーバーハング部の庇部が内方に倒れやすいため、該庇部と温度保護素子との隙間を小さくすることができ、該隙間内への樹脂の浸入をより確実に防止することができる。
本発明の一実施形態にかかる密閉型電池の製造方法では、柱状の電池ケースの内部に充放電可能な電極体及び電解液を封入する電池本体製造工程と、温度保護素子を覆いつつ該温度保護素子を内方でスライド移動可能なオーバーハング部を有するカバーを準備するカバー準備工程と、前記温度保護素子に接続される２つの接続線のうち一方の接続線に、保護回路を接続する温度保護素子準備工程と、前記電池ケース上に、前記カバーを取り付けるカバー取付工程と、前記保護回路と接続された温度保護素子を、前記カバーに対して、前記オーバーハング部によって覆われる位置までスライド移動させる温度保護素子取付工程と、前記温度保護素子に接続される他方の接続線を、前記電池ケースの端子に接続する端子接続工程と、前記保護回路が前記カバー上に位置するように、該保護回路と前記温度保護素子とを接続する前記一方の接続線を折り曲げるリード線折曲工程と、前記温度保護素子、インナーフレーム及び保護回路を樹脂によって覆うように、前記電池ケース上に樹脂を成形する樹脂成形工程とを有する（第８の方法）。
以上の方法により、カバーのオーバーハング部に対して温度保護素子をスライド移動させるだけで、該温度保護素子をオーバーハング部に対して容易に組み付けることができる。しかも、温度保護素子に接続線を介して保護回路を取り付けた状態で、該温度保護素子をカバーのオーバーハング部に取り付けるため、該接続線を折り曲げるだけで、保護回路を該カバーに対して容易に取り付けることができる。したがって、カバーに対して温度保護素子及び保護回路を容易に取り付けることができる。
本発明の一実施形態にかかる密閉型電池によれば、温度保護素子の少なくとも一部を覆うように、カバーにオーバーハング部を設けたため、該温度保護素子の周辺に樹脂が浸入するのを防止できる。これにより、温度保護素子の特性が、高温の樹脂の熱によって変化するのを防止することができ、温度保護素子の所定の機能を確保することができる。したがって、簡単且つ低コストな構成によって、樹脂成形時の樹脂の熱から温度保護素子を保護可能な構成を実現できる。
図１は、本発明の一実施形態にかかる密閉型電池の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、インナーフレームの概略構成を示す斜視図である。 図４は、インナーフレームに、ＰＴＣ素子及び保護回路を取り付けた状態を示す斜視図である。 図５は、図１におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、電池ケースに取り付けられたインナーフレームに対して、ＰＴＣ素子及び保護回路を挿入する様子を示す斜視図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態にかかる密閉型電池１の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、密閉形電池１は、有底筒状の外装缶１０と、該外装缶１０の開口を覆う蓋板２０と、該外装缶１０内に収納される電極体３０とを備えている。外装缶１０に蓋板２０を取り付けることによって、内部に空間を有する柱状の電池ケース２が構成される。なお、この電池ケース２内には、電極体３０以外に、非水電解液（以下、単に電解液という）も封入されている。
電極体３０は、図２に示すように、それぞれシート状に形成された正極３１及び負極３２を、例えば両者の間にセパレータ３３が位置するように重ね合わせた状態で、図２に示すように渦巻状に巻回することによって形成された巻回電極体である。電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を重ね合わせた状態で巻回した後、押しつぶして扁平状に形成される。
ここで、図２では、電極体３０の外周側の数層分しか図示していない。しかしながら、この図２では電極体３０の内周側部分の図示を省略しているだけであり、当然のことながら、電極体３０の内周側にも正極３１、負極３２及びセパレータ３３が存在する。また、図２では、蓋板２０の電池内方に配置される絶縁体等の記載も省略している。
正極３１は、正極活物質を含有する正極活物質層を、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体の両面にそれぞれ設けたものである。詳しくは、正極３１は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤を、アルミニウム箔などからなる正極集電体上に塗布して乾燥させることによって形成される。正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２などのリチウムコバルト酸化物やＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのリチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を用いるのが好ましい。なお、正極活物質として、１種類の物質のみを用いてもよいし、２種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質に限られない。
負極３２は、負極活物質を含有する負極活物質層を、銅等の金属箔製の負極集電体の両面にそれぞれ設けたものである。詳しくは、負極３２は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む負極合剤を、銅箔などからなる負極集電体上に塗布して乾燥させることによって形成される。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料（黒鉛類、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類など）を用いるのが好ましい。負極活物質は、上述の物質に限られない。
また、電極体３０の正極３１には、正極リード３４が接続されている一方、負極３２には負極リード３５が接続されている。これにより、正極リード３４及び負極リード３５が、電極体３０の外部に引き出されている。そして、この正極リード３４の先端側は、蓋板２０に接続されている。一方、負極リード３５の先端側は、後述するように、リード板２７を介して負極端子２２に接続されている。
外装缶１０は、アルミニウム合金製の有底筒状部材であり、蓋板２０とともに電池ケース２を構成する。外装缶１０は、図１及び図２に示すように、長方形の短辺側が円弧状に形成された底面１１を有する有底筒状の部材である。詳しくは、外装缶１０は、底面１１と、滑らかな曲面を有する扁平筒状の側壁１２とを備えている。すなわち、外装缶１０は、底面１１の短辺方向に対応する厚み方向の寸法が、底面１１の長辺方向に対応する幅方向よりも小さくなる（例えば、厚みが幅の１／１０程度になる）ように、扁平形状に形成されている。また、この外装缶１０は、後述するように正極リード３４に接続される蓋板２０と接合される。
図２に示すように、外装缶１０の内側の底部には、該外装缶１０を介して電極体３０の正極３１と負極３２との間で短絡が発生するのを防止するためのポリエチレンシートからなる絶縁体１５が配置されている。上述の電極体３０は、該絶縁体１５上に一方の端部が位置付けられるように配置されている。
蓋板２０は、外装缶１０の開口部を覆うように、該外装缶１０の開口部に溶接によって接合されている。この蓋板２０は、外装缶１０と同様、アルミニウム合金製の部材からなり、該外装缶１０の開口部の内側に嵌合可能なように長方形の短辺側が略円弧状に形成されている。また、蓋板２０には、その長手方向の中央部分に貫通孔が形成されている。この貫通孔内には、ポリプロピレン製の絶縁パッキング２１及びステンレス鋼製の負極端子２２が挿通している。具体的には、概略柱状の負極端子２２が挿通された概略円筒状の絶縁パッキング２１が該貫通孔の周縁部に嵌合されている。負極端子２２は、円柱状の軸部の両端に平面部がそれぞれ一体形成された構成を有している。負極端子２２は、平面部が外部に露出する一方、軸部が絶縁パッキング２１内に位置付けられるように、該絶縁パッキング２１に対して配置されている。この負極端子２２には、電池内方側にステンレス鋼製のリード板２７が接続されている。これにより、負極端子２２は、リード板２７、負極リード３５を介して、電極体３０の負極３２に電気的に接続されている。なお、リード板２７と絶縁パッキング２１との間には、絶縁体２６が配置されている。また、負極端子２２の電池外方側には、後述するように、平板状の負極板２８が溶接によって固定されている。
蓋板２０には、負極端子２２と並んで電解液の注入口２４が形成されている。注入口２４は、平面視で略円形状に形成されている。この注入口２４は、封止栓２５によって封止されている。封止栓２５は、２種類の平板状の金属材料を厚み方向に重ねた状態で接合してなる平面部２５ａと、該平面部の一方の面から略円柱状に突出した柱状部２５ｂとを有している。すなわち、封止栓２５は、例えば上層のニッケル層と下層のアルミニウム層とからなるクラッド材によって構成されていて、該クラッド材によって構成される平面部２５ａのアルミニウム合金側の面に柱状部２５ｂが一体形成されている。封止栓２５は、図２に示すように柱状部２５ｂが蓋部２０の注入口２４内に位置付けられた状態で、平面部２５ａの外周側が蓋部２０にレーザー溶接によって接合されている。これにより、封止栓２５は、平面部２５ａの上層のニッケル層が露出した状態となる。そして、この封止栓２５の平面部２５ａの上面には、ニッケルからなる正極のリード線４６の一端側が溶接によって接続されている。正極のリード線４６の他端側は、後述する保護回路４４に接続されている。
また、蓋板２０には、図２に示すように、ベント２３（ベント部）を構成する開裂溝２３ａが形成されている。この開裂溝２３ａは、電池ケース２内の圧力が閾値を超えると、開裂するように構成されている。このように開裂溝２３ａが開裂した場合には、電池ケース２内部のガスが外部へ放出されるため、該電池ケース２内の圧力が閾値を超えて大きくなるのを防止することができる。
蓋板２０の外表面（図２における上面）上及び外装缶１０の側壁１２の開口端部上には、樹脂４１によって形成された封止部４０が設けられている。この封止部４０を設けることによって、蓋板２０の外表面及び外装缶１０の側壁１２の開口端部を、樹脂４１によって密封することができる。なお、この樹脂４１は、例えばポリアミド系のホットメルト樹脂によって構成される。
封止部４０は、上述の樹脂４１以外に、該樹脂４１を射出成形する際に、溶融した樹脂がベント２３に付着しないように蓋板２０の外表面の一部を覆うインナーフレーム４２（カバー）と、所定温度以上になると電流を遮断するＰＴＣ素子４３と、密閉型電池１の過充電や過放電等を防止するための保護回路４４とを備えている。すなわち、封止部４０は、図２に示すように、蓋板２０上にインナーフレーム４２を取り付けて該インナーフレーム４２上にＰＴＣ素子４３及び保護回路４４を配置した状態で、樹脂４１によって封止することにより形成される。インナーフレーム４２の形状等の詳しい構成については後述する。
ＰＴＣ素子４３は、図５及び図６にも示すように、例えば、２枚の導電性金属板４３ａの間に導電性ポリマー組成物の成形体４３ｂ（温度保護素子）を挟み込んだ構成を有している。この成形体４３ｂは、常温ではポリマー中に分散された導電性の粒子が無数の導電性パスを形成していて、これにより、低い抵抗値を有している。一方、成形体４３ｂは、常温から温度を上昇させると、導電性粒子よりもポリマーの熱膨張率が大きいため、導電性パスが温度上昇に伴って切断され、抵抗値が徐々に大きくなる。そして、閾値（例えば８０度）を超えると、成形体４３ｂは、抵抗値が急激に大きくなり、密閉型電池１に流れる電流を遮断するようになる。
なお、本実施形態では、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂは、平面視で略長方形状に形成されている。そして、略長方形状の成形体４３ｂの長手方向の両端部分には、該成形体４３ｂの互いに異なる面に、上述の導電性金属板４３ａがそれぞれ接続固定されている。ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂに接続された２枚の導電性金属板４３ａのうち、一方の導電性金属板４３ａは、密閉型電池１の負極端子２２に接続されている。他方の導電性金属板４３ａは、後述するように、負極のリード線４５を介して保護回路４４に接続されている。ここで、導電性金属板４３ａ及び負極のリード線４５によって、本発明の接続線が構成される。
保護回路４４は、電池１の過充電や過放電等を防止するための回路であり、図４及び図５に示すように、平面視で略長方形状の樹脂製の基板４４ａ上に、図示しないＩＣ等を実装することによって構成される。また、保護回路４４の基板４４ａの一面側には、機器側の端子と接触する外部端子として機能する端子部４４ｂが形成されている。なお、この保護回路４４の基板４４ａ上に形成された端子部４４ｂを露出させるように、封止部４０の樹脂４１には、開口部４１ａが形成されている（図１及び図２参照）。また、保護回路４４の基板４４ａには、蓋板２０に接続された正極のリード線４６及び負極のリード線４５がそれぞれ電気的に接続されている。これにより、端子部４４ｂは、一部が正極の端子として機能し、残りが負極の端子として機能する。
また、保護回路４４は、既述のとおり、図２、図４及び図６に示すように、負極のリード線４５を介して、上述のＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａに接続されている。すなわち、保護回路４４には、ＰＴＣ素子４３を介して電流が流れるため、該ＰＴＣ素子４３が温度上昇によって電流を遮断すると、保護回路４４に電流が流れなくなり、該保護回路４４の基板４４ａ上に形成された端子部４４ｂにも電流が流れなくなる。よって、上述の構成により、ＰＴＣ素子４３によって、機器側へ流れる電流を遮断することが可能になる。
なお、保護回路４４の基板４４ａには、製品出荷時等に密閉型電池１の導通テストを行うためのテスト端子４４ｃが２つ設けられている。これらのテスト端子４４ｃのうち一方が、正極端子として機能するとともに、他方が負極端子として機能する。
ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４は、密閉型電池１の蓋板２上に配置されるインナーフレーム４２に載置された状態で、樹脂４１によって封止されている。このとき、ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４は、図２及び図４に示すように、インナーフレーム４２上に２段で配置されている。
（インナーフレームの構成）
次に、インナーフレーム４２の構成を図３から図５を用いて詳細に説明する。
図３に示すように、インナーフレーム４２は、平面視で略長方形状の平板部材によって構成されている。具体的には、インナーフレーム４２は、電池ケース２の蓋板２０が取り付けられた端部上に配置可能なように、該電池ケース２の端部に沿うような形状を有している（例えば図４参照）。すなわち、インナーフレーム４２は、平面視で長方形の短辺側の角部分が円弧状に形成されている。なお、図４に示すように、インナーフレーム４２は、長手方向の長さが電池ケース２の端部の長手方向の長さよりも短くなっている。これにより、インナーフレーム４２を電池ケース２の端部上に装着した状態で、該電池ケース２の端部の短辺側（長手方向の両端部分）が露出する。
より詳しくは、図３に示すように、インナーフレーム４２は、平板状のベース部５１と、該ベース部５１上に配置されるＰＴＣ素子４３を覆うオーバーハング部５２と、該ベース部５１上のＰＴＣ素子４３よりも高い位置で保護回路４４の基板４４ａを保持するための４つの保持部５３とを備えている。ベース部５１、オーバーハング部５２及び保持部５３は、ポリカーボネートなどの樹脂によって、成形型を用いて一体成形されている。
ベース部５１には、その外周部分に、オーバーハング部５２や保持部５３が設けられている側とは反対側に向かって、該ベース部５１の厚み方向に延びる突出部５１ａが設けられている。すなわち、この突出部５１ａは、インナーフレーム４２が電池ケース２の端部に載置された状態で該電池ケース２の側壁１２に沿って延びるように設けられている。突出部５１ａは、平面視で略長方形状のベース部５１の長辺側の長手方向両端部に、合計４箇所設けられている。これらの突出部５１ａを設けることによって、インナーフレーム４２を電池ケース２の端部に対して位置決めすることができるとともに、該インナーフレーム４２のずれを防止できる。したがって、インナーフレーム４２を電池ケース２の端部上により安定した状態で且つ精度良く配置することができる。
また、ベース部５１には、長手方向の中央部分に、略長方形状の貫通孔５１ｂが設けられている。この貫通孔５１ｂは、インナーフレーム４２を電池ケース２の端部上に配置した状態で、密閉型電池１の負極端子２２が挿通可能に設けられている。なお、図２に示すように、インナーフレーム４２の貫通孔５１ｂを挿通した負極端子２２上には、平板状の負極板２８が溶接によって固定されている。
さらに、図３に示すように、ベース部５１には、蓋部２０に設けられた注入口２４に対応して貫通孔５１ｃが設けられているとともに、補強用の各リブ５１ｄ，５１ｅも設けられている。なお、本実施形態では、リブ５１ｅは、４つの保持部５３のうちの一つと一体形成されている。
保持部５３は、インナーフレーム４２の長手方向中央部分に保護回路４４の基板４４ａを保持可能なように、該インナーフレーム４２の貫通孔５１ｂを囲んで４つ設けられている。また、保持部５３は、保護回路４４の平面視で略長方形の基板４４ａを四隅で保持可能なように、インナーフレーム４２のベース部５１上に、基板４４ａの四隅に対応する位置に該ベース部５１と一体形成されている。さらに、各保持部５３は、柱状に形成されていて、その突出端部に、保護回路４４の基板４４ａの四隅が係合される凹部５３ａが形成されている。このような構成の保持部５３をインナーフレーム４２に設けることで、保護回路４４の基板４４ａを所定の場所に位置ずれを生じることなく配置することが可能になる。
オーバーハング部５２は、インナーフレーム４２を電池ケース２に取り付けた状態で、該電池ケース２の蓋板２０に設けられたベント２３の上方に位置するように、インナーフレーム４２に一体形成されている。すなわち、オーバーハング部５２は、ベース部５１の貫通孔５１ｂの長手方向一側に、該ベース部５１と一体に設けられている。
また、オーバーハング部５２は、上述の保持部５３によって保持される保護回路４４の基板４４ａと同じ方向に延びるように、平面視で略長方形状に形成されている。さらに、オーバーハング部５２は、長手方向の一端側が該基板４４ａの長手方向端部に近接するように設けられている。これにより、図４に示すように、保護回路４４の基板４４ａに接続されるリード線４５をオーバーハング部５１の後述する庇部５２ｂ上に配置することが可能になる。したがって、負極のリード線４５に接続されるＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａも庇部５２ｂ上に配置することができ、保護回路４４の基板４４ａから庇部５２ｂの下方に配置されるＰＴＣ素子４３まで延びるリード線４５及び導電性金属板４３ａを庇部５２ｂに沿って配置することが可能になる。よって、インナーフレーム４２に対して、ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４をコンパクトに配置することができる。
図５に断面で示すように、オーバーハング部５２は、ベース部５１に一体に設けられた支持部５２ａと、該支持部５２ａからベース部５１に対して略平行に延出する庇部５２ｂとを有している。これらの支持部５２ａ及び庇部５２ｂが樹脂によって成形されることにより、オーバーハング部５２が構成される。
オーバーハング部５２は、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂを覆うことができるように形成されている。すなわち、オーバーハング部５２の支持部５２ａは、庇部５２ｂを、ＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａ及び成形体４３ｂを重ね合わせた厚みよりも高く、且つ、樹脂４１を射出成形する際に溶融した樹脂がＰＴＣ素子４３との隙間に入り込まない位置に位置付けるような高さを有している。例えば、庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間が０．１ｍｍ未満になるように、支持部５２ａの高さは設定される。また、オーバーハング部５２の庇部５２ｂは、平面視で、ＰＴＳ素子４３の成形体４３ｂを覆うような大きさを有する略長方形状に形成されている。
また、庇部５２ｂには、ＰＴＣ素子４３が配置される側とは反対側の面（図５における上面）に、凹部５２ｃ（低剛性部）が設けられている。この凹部５２ｃは、平面視で略長方形状の庇部５２ｂの幅方向中央部分に、該庇部５２ｂの長手方向の一方の端部から他方の端部に亘って形成されている。また、凹部５２ｃは、その内側にＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａ及びリード線４５を配置可能な大きさに形成されている。
以上の構成により、封止部４０の樹脂４１を射出成形する際に、ＰＴＣ素子４３とオーバーハング部５２との間に溶融した樹脂が入り込むのを防止できる。しかも、該オーバーハング部５２の庇部５２ｂの突出端側は、ＰＴＣ素子４３側（図５の下側）に向かって変形を生じやすいため、樹脂４１を射出成形する際の圧力によって、庇部５２ｂをＰＴＣ素子４３側に押し付けることができる。これにより、庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間を小さくすることができ、該庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との間に、溶融した樹脂が浸入するのを防止できる。
また、上述の構成のように、平面視で長方形状の庇部５２ｂの長辺側に、支持部５２ａを設けることにより、庇部５２ｂの長辺側のうち該支持部５２ａとは反対側が突出端になる。そのため、庇部５２ｂが変形すると、長辺側に位置する突出端がＰＴＣ素子４３に近づいて、該ＰＴＣ素子４３との隙間が広い範囲で小さくなる。よって、庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間内への樹脂の浸入を広い範囲に亘って抑制することができる。
さらに、オーバーハング部５２の庇部５２ｂに上述のような凹部５２ｃを設けることで、該庇部５２ｂの剛性を部分的に低下させることができ、樹脂４１の射出成形時に庇部５２ｂをＰＴＣ素子４３側により容易に変形させることができる。
そのうえ、庇部５２ｂに設けた凹部５２ｃ内に保護回路４４の基板４４ａに接続される負極のリード線４５を配置することができるため、該リード線４５及びＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａを庇部５２ｂに巻き回すことが可能になる。これにより、ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４を、インナーフレーム４２に対して上下２段で配置することが可能になり、コンパクトに配置することができる。したがって、密閉型電池１の小型化を図れる。
また、上述のような構成のオーバーハング部５２によってＰＴＣ素子４３を覆うことによって、ＰＴＣ素子４３をオーバーハング部５２の庇部５２ｂの突出端側からスライドさせつつ所定位置（図５に示す位置）まで移動させることが可能になる。これにより、ＰＴＣ素子４３をインナーフレーム４２のベース部５１上に容易に配置することができる。
さらに、ＰＴＣ素子４３を覆う構成を上述のオーバーハング部５２によって実現することで、ＰＴＣ素子を囲むように覆う構成に比べて、該オーバーハング部５２の成形後に成形型を容易に抜くことができる。したがって、インナーフレーム４２を成形型によって容易に成形することができる。しかも、成形型によって成形されたオーバーハング部５２の庇部５２ｂはＰＴＣ素子４３側に倒れた状態となるため、該庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間を小さくすることができる。
（密閉型電池の製造方法）
次に、上述のような構成を有する密閉型電池１の製造方法について、図１、図４及び図６を用いて説明する。
まず、特に図示しないが、電池ケース２の外装缶１０内に、電極体３０及び電解液を入れて蓋板２０によって密閉する。また、インナーフレーム４２を、ポリカーボネートなどの樹脂を用いて一体成形する。
次に、図６に示すように、電池ケース２の端部上に、インナーフレーム４２を取り付ける。この際、インナーフレーム４２のベース部５１の突出部５１ａが電池ケース２の外表面に位置付けられるように、該インナーフレーム４２を電池ケース２に取り付ける。そして、負極端子２２上に、平板状の負極板２８を溶接によって固定する。
一方、ＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａに、負極のリード線４５を介して保護回路４４の基板４４ａを接続する。また、保護回路４４の基板４４に対して、負極のリード線４５が接続する側とは反対側に、正極のリード線４６を接続する。これにより、図６の左側に示すように、ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４が直列に繋がった部材を形成する。
そして、インナーフレーム４２のオーバーハング部５２に対して、上述のようにして形成したＰＴＣ素子４３及び保護回路４４を直列接続した部材を、電池ケース２の短手側からスライド移動（図６の白抜き矢印）させてベース部５１と庇部５２ｂとの間に挿入する。このとき、ＰＴＣ素子４３のリード線４５に接続されていない導電性金属板４３ａの端部が、負極板２８の上方に位置するまで、ＰＴＣ素子４３をスライド移動させる。なお、ＰＴＣ素子４３をオーバーハング部５２内にスライド挿入させる際は、電池ケース２の短手側からではなく、該電池ケース２の長辺側からオーバーハング部５２に対してＰＴＣ素子４３を斜めに傾けた状態でスライド移動させてもよい。
ＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａを負極板２８の上方までスライド移動させた後は、該導電性金属板４３ａの先端部分を負極板２８に溶接する。その後、負極のリード線４５に接続されている導電性金属板４３ａを厚み方向に湾曲させて、図４に示すように、該リード線４５をオーバーハング部５２の庇部５２ｂの凹部５２ｃ内に位置づける。このとき、インナーフレーム４２の保持部５３によって保護回路４４の基板４４ａの四隅が保持されるように、導電性金属板４３ａを折り曲げる。そして、保護回路４４の基板４４ａに一端側で接続されている正極のリード４６の他端側を、蓋板２０の注入口２４を覆う封止栓２５の平面部２５ａ上に溶接する。インナーフレーム４２上に、ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４を配置した状態を図４に示す。
その後、図１及び図２に示すように、インナーフレーム４２を、ＰＴＣ素子４３及び保護回路４４とともに、例えばポリアミド系のホットメルト樹脂からなる樹脂４１によって封止する。樹脂４１は、射出成形によって形成される。樹脂４１を射出成形する際に、インナーフレーム４２のオーバーハング部５２の庇部５２ｂは、ＰＴＣ素子４３側に押されて、該庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間を小さくするため、該隙間内に樹脂が浸入するのを防止できる。しかも、既述のとおり、庇部５２ｂには、ＰＴＣ素子４３とは反対側の面に凹部５２ｃが形成されていて、他の部分に比べて剛性が小さくなっているため、樹脂４１の射出成形によって庇部５２ｂがＰＴＣ素子４３側により変形しやすい。これにより、オーバーハング部５２の庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間をより小さくすることができ、該隙間内への樹脂の浸入をより確実に防止できる。
なお、樹脂４１によって封止する際には、保護回路４４の基板４４ａ上に設けられた端子部４４ｂ及びテスト端子４４ｃにピンを押し当てることにより、該基板４４ａの位置決めを行う。しかも、基板４４ａの端子部４４ｂ及びテスト端子４４ｃに対してピンを押し当てることにより、該端子部４４ｂ及びテスト端子４４ｃが溶融した樹脂によって覆われるのを防止できる。これにより、樹脂４１に、端子部４４ｂを露出させる開口部４１ａ（図１及び図２参照）及びテスト端子４４ｃを露出させる開口部（図示省略）が形成される。なお、テスト端子４４ｃを露出させる開口部は、図１の状態では、シール等によって覆われている。
ここで、電池ケース２の内部に電極体３０及び電解液を封入して電池本体を構成する工程が電池本体製造工程に対応する。また、インナーフレーム４２を成形する工程がカバー準備工程に、ＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａに、保護回路４４の基板４４ａと接続されたリード線４５を繋ぐ工程が温度保護素子準備工程に、それぞれ対応する。さらに、電池ケース２上に、インナーフレーム４２を取り付ける工程がカバー取付工程に、該インナーフレーム４２のオーバーハング部５２に対してＰＴＣ素子４３を所定の位置までスライド移動させる工程が温度保護素子取付工程に、それぞれ対応する。また、ＰＴＣ素子４３の導電性金属板４３ａの端部を負極板２８に接続する工程が端子接続工程に、保護回路４４がインナーフレーム４２の保持部５３によって保持されるように導電性金属板４３ａを折り曲げる工程がリード線折曲工程に、樹脂４１を射出成形する工程が樹脂成形工程に、それぞれ対応する。
（検証試験）
次に、上述のようにオーバーハング部５２によってＰＴＣ素子４３を覆う場合と、ＰＴＣ素子を四方から覆う場合（ＰＴＣ素子を覆う角筒状にする場合）とにおいて、ＰＴＣ素子とインナーフレームとの隙間内への樹脂の浸入防止効果の違いを説明する。
ＰＴＣ素子とインナーフレームとの隙間内への樹脂の浸入によって、該ＰＴＣ素子は樹脂の熱の影響を受けて特性が変化する。ＰＴＣ素子と接触する樹脂の量が多いほど該ＰＴＣ素子の特性は大きく変化するため、ＰＴＣ素子の抵抗値が、樹脂成形の前後でどの程度変化しているかを確認した。
ＰＴＣ素子を四方から覆う場合には、樹脂の成形によって、ＰＴＣ素子の初期の抵抗値４０ｍΩに対して、約６〜７ｍΩ程度、上昇した。これに対し、上述のオーバーハング部５２によってＰＴＣ素子４３を覆う構成の場合には、樹脂の成形によって、ＰＴＣ素子の抵抗値の上昇は約５ｍΩ程度であった。すなわち、ＰＴＣ素子を四方から覆う構成の場合は、本実施形態の構成を適用した場合に比べて抵抗値が約２０％大きくなった。これは、既述のとおり、本実施形態の構成が、オーバーハング部５２の庇部５２ｂがＰＴＣ素子４３側に変形しやすい構成であるため、該ＰＴＣ素子４３と庇部５２ｂとの隙間が小さくなって、溶融した樹脂が該隙間内に浸入しにくくなるからである。
よって、本実施形態の構成は、ＰＴＣ素子を四方から覆う場合に比べて、ＰＴＣ素子とインナーフレームとの隙間内への樹脂の浸入をより確実に防止することができ、該ＰＴＣ素子が樹脂の熱によって受ける影響を小さくすることができる。
（実施形態の効果）
以上より、この実施形態によれば、電池ケース２の端部に取り付けるインナーフレーム４２に、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂを覆うオーバーハング部５２を設けたため、樹脂４１を射出成形する際に該オーバーハング部５２の庇部５２ｂが変形して該庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間を小さくすることができる。これにより、樹脂４１を射出成形する際に、溶融した樹脂が該隙間内に浸入するのを防止できる。
しかも、オーバーハング部５２の庇部５２ｂには、ＰＴＣ素子４３に面する側とは反対側の面に凹部５２ｃを設けたため、該庇部５２ｂがＰＴＣ素子４３側により変形しやすくなり、樹脂４１の射出成形の際の庇部５２ｂとＰＴＣ素子４３との隙間をより小さくすることができる。
また、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂをオーバーハング部５２によって覆う構成とすることで、該オーバーハング部５２に対して、庇部５２ｂの突出端側からＰＴＣ素子４３をスライド挿入することが可能になり、組み立て作業性の向上を図れる。
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
前記実施形態では、密閉型電池１の電池ケース２を、長方形の短辺側が円弧状に形成された底面を有する柱状としている。しかしながら、電池ケースの形状は、六面体など他の形状であってもよい。
前記実施形態では、オーバーハング部５２の庇部５２ｂにおいて、ＰＴＣ素子４３に面する側とは反対側の面に凹部５２ｃを設けている。しかしながら、庇部５２ｂに溝部を設けたり、該庇部５２ｂの一部を低剛性の材料に変更したりするなど、庇部５２ｂのＰＴＣ素子４３側への変形を容易にする構成であれば、どのような構成であってもよい。また、低剛性の部分を、庇部５２ｂのＰＴＣ素子４３に面する側とは反対側の面ではなく、該ＰＴＣ素子４３に面する側に設けてもよい。
前記実施形態では、オーバーハング部５２の庇部５２ｂを、平面視でＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂ全体を覆うような大きさに形成している。しかしながら、樹脂の熱によってＰＴＣ素子４３の特性が変化しない範囲であれば、庇部を、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂの一部のみを覆うような大きさに形成してもよい。
前記実施形態では、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂ及びオーバーハング部５２の庇部５２ｂを、平面視で略長方形状に形成している。しかしながら、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂの形状はどのような形状であってもよく、また、オーバーハング部５２の庇部５２ｂも、ＰＴＣ素子４３の成形体４３ｂを覆うことができる形状であればどのような形状であってもよい。
前記実施形態では、密閉型電池１をリチウムイオン電池として構成している。しかしながら、密閉型電池１はリチウムイオン電池以外の電池であってもよい。
前記実施形態では、温度保護素子としてＰＴＣ素子４３を用いている。しかしながら、温度保護素子として機能し且つ樹脂成形時の樹脂の熱から保護する必要がある素子であれば、どのような構成の素子であってもよい。
本発明は、温度保護素子が樹脂内に埋め込まれる構成を有する密閉型電池に利用可能である。
１：密閉型電池、２：電池ケース、２２：負極端子（端子）、２３：ベント（ベント部）、３０：電極体、４１：樹脂、４２：インナーフレーム（カバー）、４３：ＰＴＣ素子、４３ａ：導電性金属板（接続線）、４３ｂ：成形体（温度保護素子）、４４：保護回路、４５：負極のリード線（接続線）、５２：オーバーハング部、５２ａ：支持部、５２ｂ：庇部、５２ｃ：凹部

Claims (8)

  1. 内部に充放電可能な電極体及び電解液が封入されていて、該内部の圧力が閾値を超えた場合に開裂するベント部が設けられている柱状の電池ケースと、
    前記電池ケース上に樹脂を成形する際に、該電池ケースのベント部が樹脂によって覆われないように該ベント部の外表面の少なくとも一部を覆うカバーと、
    前記電池ケースの端子に電気的に接続されていて、温度が閾値以上になると電流を遮断する温度保護素子とを備え、
    前記カバーは、前記温度保護素子を該カバー上に載置した状態で該温度保護素子の少なくとも一部を覆うように設けられたオーバーハング部を有していて、
    前記温度保護素子は、少なくとも一部が前記オーバーハング部によって覆われた状態で、前記カバーとともに樹脂によって覆われている、密閉型電池。
  2. 請求項１に記載の密閉型電池において、
    前記オーバーハング部は、前記温度保護素子を少なくとも２方向から覆うように断面Ｌ字状に形成されている、密閉型電池。
  3. 請求項１または２に記載の密閉型電池において、
    前記オーバーハング部は、前記温度保護素子における前記電池ケースとは反対側を覆う庇部と、該庇部を支えるとともに、該温度保護素子を側方から覆う支持部とを有し、
    前記庇部には、該庇部が前記温度保護素子側に変形可能なように、他の部分に比べて剛性の低い低剛性部が設けられている、密閉型電池。
  4. 請求項３に記載の密閉型電池において、
    前記オーバーハング部の庇部は、平板状に形成されていて、
    前記低剛性部は、前記庇部における前記温度保護素子に面する側とは反対側の面に設けられた凹部によって構成される、密閉型電池。
  5. 請求項３または４に記載の密閉型電池において、
    前記温度保護素子は、平面視で長方形状に形成されていて、
    前記オーバーハング部の庇部は、前記温度保護素子に対応して平面視で長方形状に形成されていて、
    前記支持部は、平面視で前記庇部の長辺側に設けられている、密閉型電池。
  6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の密閉型電池において、
    前記温度保護素子は、前記電池ケースの端子に接続される側とは反対側が、接続線を介して保護回路に接続されていて、
    前記保護回路は、前記カバー上に配置されていて、
    前記接続線は、一部が前記カバーのオーバーハング部上に位置するように、折り曲げられている、密閉型電池。
  7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の密閉型電池において、
    前記オーバーハング部は、前記カバーに一体成形されている、密閉型電池。
  8. 柱状の電池ケースの内部に充放電可能な電極体及び電解液を封入する電池本体製造工程と、
    温度保護素子を覆いつつ該温度保護素子を内方でスライド移動可能なオーバーハング部を有するカバーを準備するカバー準備工程と、
    前記温度保護素子に接続される２つの接続線のうち一方の接続線に、保護回路を接続する温度保護素子準備工程と、
    前記電池ケース上に、前記カバーを取り付けるカバー取付工程と、
    前記保護回路と接続された温度保護素子を、前記カバーに対して、前記オーバーハング部によって覆われる位置までスライド移動させる温度保護素子取付工程と、
    前記温度保護素子に接続される他方の接続線を、前記電池ケースの端子に接続する端子接続工程と、
    前記保護回路が前記カバー上に位置するように、該保護回路と前記温度保護素子とを接続する前記一方の接続線を折り曲げるリード線折曲工程と、
    前記温度保護素子、インナーフレーム及び保護回路を樹脂によって覆うように、前記電池ケース上に樹脂を成形する樹脂成形工程とを有する、密閉型電池の製造方法。
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