JP3431898B2 - 電 池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、温度上昇時に端
子の電流を遮断する安全装置を備えた電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、過充電等に
よる温度上昇や内圧上昇によって電池ケースが破裂する
危険を防止するために、安全装置を設ける必要がある。
このような安全装置としては、過大な電流や温度、内圧
の異常な上昇に反応して電流を遮断する電流遮断装置
と、電池ケース内の圧力が異常に上昇した場合に内圧を
開放する安全弁とがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年の携帯
用電子機器の小型軽量化に伴い、小型のリチウムイオン
二次電池の薄型化への要請には際限がないために、この
リチウムイオン二次電池の電池ケースに電流遮断装置を
設けることが困難になるという問題が生じて来た。

【０００４】安全弁については、電池ケースの一部の板
厚を薄くすることにより、内圧の上昇時にこの部分を破
断させて高圧ガスを開放するような構造を薄い電池ケー
スに形成することは可能である。

【０００５】しかしながら、電流遮断装置は、従来から
ダイアフラム状に形成したバイメタルをその弾性によっ
て接点に圧接することにより接続させておき、温度の異
常な上昇時にこのバイメタルのダイアフラムがフリップ
フロップ状に反転することにより接点を開放する構造の
ものや、ダイアフラム状に形成した反転膜を内圧上昇に
よって反転させ、その変形を利用して接点を開放する構
造のものが用いられて来たので、このようなダイアフラ
ム形状の構造のために幅広となる電流遮断装置を薄い電
池ケースの幅の狭い側面に取り付けることは困難とな
る。また、薄い電池ケースの最も広い面に、このような
電流遮断装置を取り付けたのでは、電池の薄型化を妨げ
ることになる。このため、従来は、小型のリチウムイオ
ン二次電池自体には安全弁のみを設け、電流遮断装置
は、このリチウムイオン二次電池に接続される外部回路
側に設ける必要があった。

【０００６】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、電池ケース等の電池端子にバイメタ
ルを固着し又は電気的に接触させることにより、この電
池ケースの幅の狭い面にも配置が可能となる電流遮断装
置を備えた電池を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の電池は、電池
ケースが正極端子と負極端子の双方から共に絶縁された
電池において、電池外部に配置されたバイメタルの一部
がこの電池ケースに固定されると共に、他の一部が電池
端子に固着され又は電気的に接触することにより接点部
を構成し、温度上昇時にはバイメタルが変形することに
よりこの接点部で離反して電気的導通が開放されること
を特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、温度上昇時にバ
イメタルが変形することにより、電池ケースに固定され
た部分を支点として他の部分が接点部から離反しようと
するので、電気的に接触している場合にはそのまま接点
部から離れ、固着されている場合には、この固着が外れ
て電池端子との接続が遮断される。このため、バイメタ
ルの一部を電池ケースに固定すると共に、他の一部を固
着したり接触させるだけで電流遮断装置を構成できるの
で、薄い電池ケースの側面にも容易に取り付け可能とな
り、電池の薄型化を妨げるようなことがなくなる。

【０００９】請求項２の電池は、電池ケース自体が正極
端子又は負極端子を構成する電池において、電池外部に
配置されたバイメタルの一部がこの電池ケースに絶縁体
を介して固定されると共に、他の一部がこの電池ケース
に固着され又は電気的に接触することにより接点部を構
成し、温度上昇時にはバイメタルが変形することにより
この接点部で離反して電気的導通が開放されることを特
徴とする。

【００１０】請求項２の発明によれば、温度上昇時にバ
イメタルが変形することにより、絶縁体を介して固定さ
れた部分を支点として他の部分が接点部から離反しよう
とするので、電気的に接触している場合にはそのまま接
点部から離れ、固着されている場合には、この固着が外
れて電池ケース、即ち電池端子との接続が遮断される。
このため、バイメタルの一部を電池ケースに絶縁体を介
して固定すると共に、他の一部を直接固着したり接触さ
せるだけで電流遮断装置を構成できるので、薄い電池ケ
ースの側面にも容易に取り付け可能となり、電池の薄型
化を妨げるようなことがなくなる。しかも、電池ケース
自身が電池端子を構成するので、バイメタルをこの電池
ケースに直接固着又は接触させるだけで電池端子と接続
することができる。ただし、このバイメタルは、接続部
以外は電池ケースから絶縁する必要があるので、絶縁体
を介してこの電池ケースに固定することになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１２】図１〜図６は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１はリチウムイオン二次電池の電池缶の
底面に取り付けられたバイメタルを示す部分拡大斜視
図、図２はリチウムイオン二次電池の電池缶の底面に取
り付けられたバイメタルを示す部分拡大正面図、図３は
リチウムイオン二次電池の電池缶の底面に取り付けられ
たバイメタルの溶着部が温度上昇時にを外れた状態を示
す部分拡大正面図、図４はリチウムイオン二次電池の電
池缶の底面に取り付けられた片持ちのバイメタルを示す
部分拡大正面図、図５はリチウムイオン二次電池の電池
缶の底面から突出する突起部に溶着されたバイメタルを
示す部分拡大正面図、図６はリチウムイオン二次電池の
電池缶の底面に直接取り付けられたバイメタルを示す部
分拡大正面図である。

【００１３】本実施形態は、薄い角型の電池ケースを用
いたリチウムイオン二次電池について説明する。このリ
チウムイオン二次電池は、容器状の電池缶１内に図示し
ない発電要素を収納すると共に、この電池缶１の上端開
口部に図示しない蓋板を溶接によって取り付けたもので
ある。電池缶１は、アルミニウム合金を方形の容器状に
形成したものであり、底面を除く４面のうちの一方の向
かい合う２面の面積が他に比べて非常に広く、残りの２
面と底面の幅が極めて狭い薄型に形成されている。この
電池缶１は、内部で発電要素の正極に接続されて、電池
缶１全体が正極端子を構成している。また、蓋板には、
この蓋板とは絶縁された負極端子が取り付けられ、内部
で発電要素の負極に接続されている。そして、これら電
池缶１と蓋板とでリチウムイオン二次電池の電池ケース
を構成する。なお、本明細書では、このリチウムイオン
二次電池における電池缶１の底面と幅が狭い方の２面と
蓋板の面とを側面と称している。これらの側面は、残り
の向かい合う２面に比べて幅が極めて狭いために細長い
方形の面となっている。

【００１４】上記電池缶１の底面には、図１及び図２に
示すように、絶縁材２，２を介してバイメタル３が固定
されている。バイメタル３は、熱膨張率の異なる２枚以
上の金属板をこの熱膨張率の順に重ね合わせた導電性の
金属板であり、細長い短冊状に形成されている。このバ
イメタル３は、両端部を絶縁材２，２を介して電池缶１
の底面に強固に固定されている。また、この際、バイメ
タル３は、温度の上昇に伴って中央部が電池缶１の底面
から離反する側に湾曲するような向きで固定される。絶
縁材２，２は、電池缶１の底面とバイメタル３との間を
絶縁するための樹脂やセラミック等からなる絶縁体であ
り、電池缶１の底面とバイメタル３との間を接着剤等を
用いて確実に絶縁固定することができるものを用いる。
また、エポキシ系等の接着剤自体を電池缶１の底面とバ
イメタル３との間に層状に形成して絶縁材２，２として
用いることもできる。

【００１５】上記バイメタル３は、中央部を超音波溶接
により電池缶１の底面に溶着されている。この際、超音
波溶接のホーンで押圧することにより、バイメタル３の
中央部を電池缶１の底面側に撓ませてもよいし、常温で
は中央部が電池缶１の底面側に撓んだ形状のバイメタル
３を用いるようにしてもよい。この結果、バイメタル３
は、中央部の溶着部を通じてのみ、リチウムイオン二次
電池の正極端子を構成する電池缶１の底面に接続される
ことになる。そして、図２に示すように、リード線４を
このバイメタル３に半田付けすることにより、外部回路
との接続を行う。

【００１６】上記構成のリチウムイオン二次電池は、通
常時は、正極端子となる電池缶１の底面に中央部が溶着
されたバイメタル３を介して外部回路との接続が行われ
る。しかし、過充電等により、このリチウムイオン二次
電池の温度が上昇すると、バイメタル３の中央部が電池
缶１の底面から離反する側に湾曲しようとし、この温度
が所定以上に上昇すると、図３に示すように、バイメタ
ル３の溶着部が変形の応力に耐えられなくなって、電池
缶１の底面から剥がれて湾曲する。従って、このバイメ
タル３は、温度の異常な上昇時に、正極端子である電池
缶１の底面との接続を遮断するので、安全装置における
電流遮断装置として機能することができる。

【００１７】本実施形態のリチウムイオン二次電池は、
上記のように、電池缶１の幅の狭い底面に、短冊状のバ
イメタル３の両端部を絶縁材２，２を介して固定すると
共に、中央部を溶着する簡単な構造の電流遮断装置を設
けるので、このリチウムイオン二次電池の薄型化を妨げ
るようなことなく、電池自体に安全弁以外の安全装置を
設けることができるようになる。即ち、従来の電流遮断
装置であれば、バイメタルを強い弾性によって接点に圧
接することにより確実な接続を行わせると共に、温度上
昇時には、この弾性に抗して確実に接点を開くように、
フリップフロップ状の反転動作を行わせる必要があった
ために、このバイメタルをダイアフラム状の複雑な構造
に形成していた。このため、従来のバイメタルは、ダイ
アフラム状の構造が幅広になるために、本実施形態のよ
うな幅の狭い電池缶１の底面に配置することはできな
い。また、本実施形態の場合には、温度上昇によってバ
イメタル３の溶着部が一旦引き剥がされると、強い弾性
によって圧迫されている訳ではないので、容易に電池缶
１の底面から離反して湾曲し、従来のバイメタルのよう
な反転動作を行う必要がない。さらに、アルミニウム合
金製の電池缶１は、表面が酸化し易いために、直接従来
のバイメタルを圧接しても確実な接続を行うことはでき
ないが、本実施形態の場合には、バイメタル３を溶着さ
せるので、接点部の導電性が悪くなるというおそれは生
じない。しかも、アルミニウム合金製の電池缶１を正極
端子として用いる従来のリチウムイオン二次電池は、こ
の電池缶１の底面が酸化し易いことから、ここにアルミ
ニウムとニッケル等のクラッド材からなる端子板を溶着
させて外部回路との接続を行うようにしていたが、本実
施形態の場合には、バイメタル３がこの端子板の代わり
をするので、製造コストが特に上昇するようなこともな
くなる。

【００１８】なお、上記実施形態では、バイメタル３の
両端部を絶縁材２，２を介して電池缶１の底面に固定す
る場合について説明したが、図４に示すように、このバ
イメタル３の一方の端部だけを絶縁材２を介して固定
し、他方の端部を溶着させるようにすることもできる。
この場合、温度の異常な上昇時には、図示１点鎖線で示
すように、バイメタル３の他方の端部が反り上がること
により溶着部が外れることになる。

【００１９】また、上記実施形態では、バイメタル３の
中央部が絶縁材２，２の厚さ分だけ撓んだ状態で電池缶
１の底面に溶着する場合について説明したが、図５に示
すように、電池缶１の底面に絶縁材２，２の厚さ分だけ
突出する突起部１ａを形成して、この突起部１ａの先端
にバイメタル３の中央部を溶着させるようにすれば、こ
のバイメタル３を撓ませる必要はなくなる。しかも、こ
の突起部１ａに代えて、電池缶１とは絶縁された正又は
負の端子を底面に設け、ここに溶着するようにしてもよ
い。これらの場合も、温度の異常な上昇時には、図示１
点鎖線で示すように、バイメタル３の中央部が突起部１
ａ等から離反する側に湾曲することにより溶着部が外れ
ることになる。

【００２０】また、上記実施形態では、バイメタル３が
絶縁材２を介して電池缶１の底面に固定される場合につ
いて説明したが、図６に示すように、バイメタル３の一
部を電池缶１の底面に直接固定し、他の部分をこの電池
缶１とは絶縁された正又は負の端子５に溶着することも
できる。この場合、電池缶１は、絶縁性のもので構成さ
れていてもよい。しかし、導電性を有する金属製である
場合には、端子５とは異なる極性の端子からも絶縁され
ている必要はある。これらの場合も、温度の異常な上昇
時には、図示１点鎖線で示すように、バイメタル３の端
部が反り上がることにより溶着部が外れることになる。

【００２１】また、上記実施形態では、バイメタル３を
超音波溶接により電池缶１の底面に溶着させる場合につ
いて説明したが、スポット溶接やレーザー溶接等の他の
溶接手段によって溶着させることもできる。さらに、こ
のバイメタル３は、通常時には、電池缶１の底面に確実
に接続され、温度の異常な上昇時に、膨張率の差による
変形の応力によって、この底面から外れるようになれば
よいので、このような溶着に代えて、金属ロウによるロ
ウ付けや半田付け、導電性接着剤による接着によって固
着するようにしてもよく、また、これらの固着に代え
て、電気的に接触させるだけであってもよい。

【００２２】また、上記実施形態では、小型のリチウム
イオン二次電池の電池缶１の底面にバイメタル３を取り
付ける場合について説明したが、このバイメタル３を取
り付ける面は、必ずしも底面には限定されず、他の側面
や、その他の面であってもよい。しかも、リチウムイオ
ン二次電池に限らず、任意の電池に同様に実施可能であ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池によれば、バイメタルの一部を電池ケースに固定
すると共に、他の一部を電池端子に固着したり接触させ
るので、薄い電池ケースの側面にも容易に取り付け可能
となり、電池の薄型化を妨げることなく、安全装置を設
けることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の電池缶の底面に取り付けられたバ
イメタルを示す部分拡大斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の電池缶の底面に取り付けられたバ
イメタルを示す部分拡大正面図である。

【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の電池缶の底面に取り付けられたバ
イメタルの溶着部が温度上昇時にを外れた状態を示す部
分拡大正面図である。

【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の電池缶の底面に取り付けられた片
持ちのバイメタルを示す部分拡大正面図である。

【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の電池缶の底面から突出する突起部
に溶着されたバイメタルを示す部分拡大正面図である。

【図６】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の電池缶の底面に直接取り付けられ
たバイメタルを示す部分拡大正面図である。

【符号の説明】

１ 電池缶 １ａ 突起部 ２ 絶縁材 ３ バイメタル ５ 端子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池ケースが正極端子と負極端子の双方
   から共に絶縁された電池において、 電池外部に配置された バイメタルの一部がこの電池ケー
   スに固定されると共に、他の一部が電池端子に固着され
   又は電気的に接触することにより接点部を構成し、温度
   上昇時にはバイメタルが変形することによりこの接点部
   で離反して電気的導通が開放されることを特徴とする電
   池。
2. 【請求項２】 電池ケース自体が正極端子又は負極端子
   を構成する電池において、 電池外部に配置されたバイメタルの一部がこの電池ケー
   スに絶縁体を介して固定されると共に、他の一部がこの
   電池ケースに固着され又は電気的に接触することにより
   接点部を構成し、温度上昇時にはバイメタルが変形する
   ことによりこの接点部で離反して電気的導通が開放され
   ることを特徴とする 電池。