JP4121993B2 - 安全装置内蔵電池 - Google Patents
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Description
本発明は、電池に過電流が流れる、又は、電池の温度が過度に上昇する等電池が異常状態となったとき、実質的に電流を遮断して電池を保護する安全装置を内蔵する電池に関する。
従来から、電池に過電流が流れる、又は、電池の温度が過度に上昇する等の異常が発生したとき、電池の保護及び危険防止のため、電池電流が実質的に流れないように作用する安全装置を、電池に備えたものがある。このような安全装置は、電流供給側端子、制御素子、電流取出側端子を含む部品が樹脂製ケース内に組込まれた構成であり、電池と接続されて使用される。電池が正常に機能しているとき、電流供給側端子と電流取出側端子とは電流が流れる状態になっており、異常発生のとき、安全装置の制御素子の動作により、電流供給側端子と電流取出側端子とが非接触の状態となり、電流が遮断されて、電池は保護される。
近年、電気機器の小型軽量化が急速に進んでおり、これに伴い、電池や電池に使用する安全装置の高機能化や小型軽量化に対する要望が強くなっている。この要望に対応して、小型軽量で、充電可能な高機能電池として、リチウムイオン電池が実用化されている。リチウムイオン電池は、小型ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用電子機器や携帯用通信機器などに広く使用されている。
従来の安全装置を有する電池は、安全装置が電池の外側に取付けられていた。そのため、安全装置を有する電池の小型化には限界があり、更なる、小型化の技術開発が進められている。そして、例えば、特許文献１に示されるように、安全装置を電池の外装缶内に収納する技術が開示されている。この技術は、安全装置が電池の外装缶内に組込まれるため、小型化が容易となる。また、安全装置取付けを電池組立工程の中で行うことができるため、部品数が削減できる、組立工程が簡素化できる等の利点もある。
しかしながら、特許文献１に示される安全装置は、電池の異常を感知する精度や自己保持性が十分とは言えない。この自己保持性とは、電池に異常が発生した場合、安全装置の作動により、電流が遮断され、異常の原因が完全に除去されるまで、安全装置が電流遮断状態を保持する性質のことを言う。また、電池の外装缶内には、電解液が充填されており、外装缶内に安全装置を設置した場合、電解液が安全装置内に浸透する可能性があり、電解液の浸透により、安全装置の機能が低下し、又は機能しなくなることがある。
特開２００３−１８７７８５号
本発明は、上記課題を解決するものであり、電池の異常発生での感知精度が良く、異常発生時の電流遮断の自己保持性を有し、かつ、電解液中に設置された場合でも機能低下を起こすことが少なく、しかも小型化が可能な、電池の外装缶内に安全装置を内蔵する安全装置内蔵電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、 電解液が充填された電池の外装缶内に安全装置を内蔵してなる安全装置内蔵電池において、安全装置は、電池の正極端子又は負極端子と外装缶内リード体との間に挿入され、電流供給側端子、可動アーム、電流取出側端子、バイメタル及び温度サーミスタ（以下、ＰＴＣ）を含み、これらが樹脂製ケース内に設置されており、電池正常時は、電流供給側端子と電流取出側端子とが可動アームを介して接続され当該回路（主回路という）に電流が流れ、バイメタルとＰＴＣには電流が流れない状態にあり、電池異常時は、バイメタルが反転して可動アームが変位し、電流供給側端子と電流取出側端子とが切離され、前記主回路には電流が流れなくなり、電流供給側端子と電流取出側端子とが、可動アーム、バイメタル、及びＰＴＣを介して接続されてＰＴＣを含む回路に電流が流れ、ＰＴＣが発熱して、可動アームが変位した状態が保持され、実質的に電流遮断状態が継続されるようにしたものである。
また、樹脂製ケースは、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマーから選ばれた１種類以上の樹脂により形成したものとすればよい。
また、樹脂製ケースの表面が電解液に侵されることの少ない１種類以上の材料でコーティングされたものとすればよい。
本発明によれば、電池の正常時は、制御素子であるバイメタルとＰＴＣは電流が非導通の状態で保持され、異常が発生した時には、バイメタルが設定温度で精度良く作動反転して、可動アームを押し上げ、適切なタイミングで電流供給側端子と電流取出側端子との間の可動アームを含む回路（主回路）を開いて、この主回路に流れる電流を遮断すると共に、電流供給側端子と電流取出側端子との間にＰＴＣを含む回路ができ、このＰＴＣを含む回路に電流が流れてＰＴＣが発熱し、電源を切る等確実に安全な状態となるまで、バイメタルの反転状態を保持し、電流遮断状態が継続される。すなわち、ＰＴＣ発熱により電流遮断状態の自己保持性が得られる。これにより、電池は確実に保護されることになる。
また、樹脂製ケースとして、電解液に侵され難い樹脂を使用し、更に、樹脂製ケース表面を電解液に侵され難い材料でコーティングすることで、安全装置が電解液中に浸漬された状態にあっても、安全装置の機能低下や故障は少ないものとなる。
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。図１は、本発明の一実施形態による安全装置内蔵電池を示す。安全装置内蔵電池１は、電解液７が充填された電池の外装缶２に安全装置６を内蔵して成る。安全装置６は、電池の負極端子５（又は正極端子接続片１９）と外装缶内の正極リード体４ｂ（又は正極リード体４ａ）との間に電気的に挿入される。外装缶２は、一端面を開口した扁平な角状容器の外装缶本体２ａと、この外装缶本体２ａの開口部を塞ぐ蓋２ｂとから成り、共に、同一の材料、例えば、アルミニウム材で形成されている。蓋２ｂは外装材本体２ａとレーザー溶接法など公知の接続法により、組み付けられる。ここに、電池１は二次電池である。
外装缶本体２ａ内には、電極積層体３が収納されている。外装缶本体２ａの開口部側に、電極積層体３を構成する正極板２１（図２参照）から正極リード体４ａが、負極板２２（図２参照）から負極リード体４ｂが、それぞれ導出されている。蓋２ｂには、ほぼ中央部に、蓋２ｂと樹脂製ガスケット１５で絶縁された状態で、中央部に穴を有する負極端子５があり、端部には正極端子１７及び、安全弁１８が設けられている。また、蓋２ｂの下面には、安全装置６、正極端子接続体１９が取付けられている。安全装置６は、後述の図３、図４に示すような構造であり、電流供給側端子１３及び電流取出側端子１０は安全装置６の樹脂製ケース９より導出されている。
電流供給側端子１３は、負極リード体４ｂと圧接等の方法で接続され、電流取出側端子１０は負極端子５の下部と溶接、かしめ等の方法で接続されている。また、正極端子１７は正極端子接続片１９と電気的に接続しており、正極端子接続片１９は正極リード体４ａと圧接などの方法で接続されている。安全弁１８は、例えば、アルミニウムの薄膜等でつくられている。電解液７が負極端子５の穴から流し入れられた後、負極端子５と同一、または、導電性を有する材料からなる封口キャップ１６により、負極端子５の穴は封止される。
図２は、電極積層体３の材料構成を示す。電極積層体３は正極活物質２１ａが塗布された帯状の正極板２１、負極活物質２２ａが塗布された帯状の負極板２２及びセパレータ２３で構成される。セパレータ２３は正極板２１、負極板２２及び外装缶本体２ａを互いに、直接接触させないようにして、配置される。正極板２１、セパレータ２３、負極板２２のそれぞれの端部を重ね合せて得られた積層体は巻回して、外装缶本体２ａの内形状と類似の形状とすることにより、電極積層体は得られる。
安全装置内蔵電池１は、安全装置６が電池の外装缶２の外部に取付けられていた従来タイプの電池に比べ、小型化が容易であり、安全装置６を保護するカバーも不要となる。また、電池の外装缶２の外部に安全装置６を取付ける場合、電池を完成させた後、安全装置６を電池に取付ける、別の取付け工程が必要となる。本発明の場合、安全装置６の取付けは電池組立工程の中で行われるため、別の組立工程が不要となる。
外装缶本体２ａ及び蓋２ｂからなる外装缶２の材料としては、鉄、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金などが用いられる。鉄やステンレスが外装缶２の材料の場合、外装缶２は負極となり、蓋２ｂの中央部にある端子は正極となる。また、アルミニウムやアルミニウム合金が外装缶２の場合、外装缶２は正極となり、蓋２ｂの中央部にある端子は負極となる。正極板２１に塗布される正極活物質２１ａとしては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＯ２等のリチウム含有遷移金属酸化物が挙げられ、負極板２２に塗布される負極活物質２２ａとしては、リチウムイオンを吸蔵・離脱できる天然黒鉛、グラファイト、カーボンブラック等のカーボン系材料や酸化錫、酸化チタン等が挙げられる。
正極活物質２１ａはアルミニウム箔等に塗布され、帯状の正極板２１が得られる。負極活物質２２ａは銅箔等に塗布され、帯状の負極板２２が得られる。セパレータ２３はポリエチレン、ポリプロピレン等ポリオレフィン系樹脂からなる微多孔膜である。電解液７としては、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、スルフォラン、テトラハイドロフラン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートやこれらの混合溶媒に、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４等の電子吸引性の強いリチウム塩が溶解されたものが使用される。
正極板２１製作の一例を以下に示す。正極活物質２１ａのＬｉＣｏＯ２、炭素系導電剤のアセチレンブラック、グラファイト、結着剤のポリビニリデンフルオライトを溶剤のＮ−メチルピロリドンに溶解混合して、スラリーを作成する。このスラリーを、ダイコーター、ドクターブレードを用い、厚み約２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布した後、乾燥して、溶剤を除去する。乾燥後、ロールプレス機で圧延することにより、厚さ０．１〜０．２ｍｍの正極板２１が得られる。
負極板２２製作の一例を以下に示す。負極活物質２２ａの天然黒鉛、結着剤のポリビニリデンフルオライトを溶剤のＮ−メチルピロリドンに溶解混合して、スラリーを作成する。このスラリーを、ダイコーター、ドクターブレードを用い、厚み約２０μｍの銅箔の両面に均一に塗布した後、乾燥して、溶剤を除去する。乾燥後、ロールプレス機で圧延することにより、厚さ０．１〜０．２ｍｍの負極板２２が得られる。
電極積層体３の製作の一例を以下に示す。上述のようにして作製した正極板２１と負極板２２との間にポリエチレン製のセパレータ２３をはさみ、巻取り機で巻回する。最外周をテープで止めて、渦巻状の電極積層体３とした後、プレス機などを用い、外装缶に挿入できる形状とされる。セパレータ２３は正極板２１と負極板２２との間だけでなく、最外層にも使用することもできる。
リチウムイオン電池製作の一例を図１により説明する。外装缶本体２ａ、蓋２ｂは肉厚約０．５ｍｍのアルミニウム合金の板からプレス加工等により造られる。外装缶本体２ａの形状に合わせて作成された電極積層体３は、正極リード体４ａ及び負極リード体４ｂが外装缶本体２ａの開口部に向けるようにして、外装缶本体２ａに収納される。その後、蓋２ｂを外装缶本体２ａに溶接により取付け、シールする。蓋２ｂの上面には、負極端子５、正極端子１７、安全弁１８があり、下面、すなわち、外装缶内部には安全装置６及び正極端子接続片１９が取付けられている。
安全装置６は、電流供給側端子１３と負極リード体４ｂとは圧接により、電流取出側端子１０は負極端子５の下部とかしめ等により接続され、導通可能となっている。また、正極リード体４ａは正極端子接続片１９と圧接等により接続され、正極端子１７と繋げられている。なお、負極端子５と蓋２ｂとは樹脂製ガスケット１５で絶縁されている。外装缶本体２ａに蓋２ｂを溶接した後、負極端子５の穴より、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネート及びＬｉＰＦ６からなる電解液７を所定量注入し、負極端子５の穴を、アルミニウム合金からなる封口キャップ１６により、ネジ止め、溶接等の公知の方法で封止し、充電することにより、安全装置６を内蔵するリチウムイオン電池は得られる。
本発明で使用される安全装置６は、電極積層体３上部と外装缶２との間の空間に設置できる大きさのものである。安全装置６の樹脂製ケース９の形状は、好ましくは、略直方体であって、大きさの具体例を挙げれば、縦１５．０ｍｍ以下、横３．８ｍｍ以下、厚さ１．６ｍｍ以下、好ましくは、縦１０．０ｍｍ以下、横３．５ｍｍ以下、厚さ１．４ｍｍ以下である。
図３は、本発明において好ましく使用される安全装置６の一実施形態を示す。本実施形態による安全装置６は、電池の温度が過度に上昇した場合や過電流が流れた場合、異常状態を精度良く感知して、電流を遮断し、かつ、自己保持性を有するものが使用される。図４は電流遮断状態の安全装置６を示す。安全装置６は、制御素子としてバイメタル１２と、ＰＴＣ１１とを併用し、かつ、電池正常時は、バイメタル１２及びＰＴＣ１１に電流が流れない状態にある構造である。安全装置６は、樹脂製ケース本体９ａの上に電流取出側端子１０が設置され、その上にＰＴＣ１１、バイメタル１２、電流供給側端子１３に接続された可動アーム１４が順次組み込まれ、これらの上から樹脂製ケース蓋９ｂで封止された構造である。
バイメタル１２は、可動アーム１４と非接触の状態で、ＰＴＣ１１の上に、可動自在の状態で設置される。電流供給側端子１３及び電流取出側端子１０は、それぞれの一部が樹脂製ケース９の外部に導出されている。電池と安全装置６とは、電流供給側端子１３の導出部は、外装缶２（図１）内の電極積層体３から出ている電極リード体４ｂと、電流取出側端子１０の導出部は、外装缶２内で負極端子５と接続され、導通可能となっている。また、上述したように、電池の外装缶２の材質が、鉄やステンレスの場合、外装缶２は負極となり、蓋２ｂと樹脂製ガスケット１５で絶縁された端子５及び電極リード体４ｂは正極となる。一方、外装缶２の材料がアルミニウムやアルミニウム合金の場合、外装缶２は正極となり、蓋２ｂと樹脂製ガスケット１５で絶縁された端子５及び電極リード体４ｂは負極となる。
可動アーム１４と電流供給側端子１３は、溶接、ボルト締めなど公知の方法で接続されている。可動アーム１４と電流供給側端子１３とは、図３に示したように、別々の部品であってもよく、一体化されていてもよい。また、可動アーム１４は、バイメタル機能を有する材料を使用することも可能である。電池が正常に作動している場合、電流取出側端子１０と可動アーム１４との接触を確実にするため、両者の接触点にはそれぞれ接点１０ａ、１４ａが設けられていることが好ましい。この接点は、ニッケル−銀合金、銅−銀合金、金−銀合金などの材料を使用することができる。可動アーム１４と電流取出側端子１０のそれぞれの接点は、溶接、かしめ等の方法で取付けられる。また、樹脂製ケース本体９ａと電流取出側端子１０は、別々の部品であってもよく、インサート成形等によって一体化されていてもよい。樹脂製ケース本体９ａと樹脂製蓋９ｂとは、接着剤、振動溶着、その他公知の方法により接着されて、樹脂製ケースとして一体化される。なお、樹脂製ケース内にある電流取出側端子１０は全面が樹脂で被覆されていてもよく、また、一部が樹脂から露出していてもよい。
次に、図３、図４を参照して本実施形態による安全装置６の動作を説明する。図３は、電池が正常に作動している時の安全装置６の状態を示す。樹脂製ケース９から導出している電流供給側端子１３と電流取出側端子１０は、それぞれ電池の外装缶内の電極リード体４ｂと端子５に接続されている。樹脂製ケース９内にある、電流取出側端子の接点１０ａと可動アームの接点１４ａとが接触して、電流供給側端子１３、可動アーム１４、電流取出側端子１０の回路（主回路）に電流が流れる。この時、バイメタル１２は可動アーム１４と非接触の状態に保持されている。
図４は、電池が過度に温度上昇する等異常が発生した時の安全装置６の作動状態を示す。異常発生時には、可動アーム１４の温度が上昇して、所定の温度以上に達すると、バイメタル１２が図示したように反転して、可動アーム１４が押し上げられ、可動アームの接点１４ａと電流取出側端子の接点１０ａとが切り離され、電流供給側端子１３から電流取出側端子１０への主回路に流れる電流は遮断（オフ）される。反転したバイメタル１２は可動アーム１４とＰＴＣ１１とに接触する。これにより、電流供給側端子１３、可動アーム１４、バイメタル１２、ＰＴＣ１１及び電流取出側端子１０が繋がって、この回路が導通可能となり、ＰＴＣ１１に電流が流れる。ＰＴＣ１１は、電流が流れるとジュール熱を発生して、温度が上昇し、ＰＴＣ１１の上に位置するバイメタル１２を加熱する。バイメタル１２は加熱されるため、引き続き、可動アーム１４を押し上げた状態を保持して、電源が遮断される等により、確実に温度が低下して、危険の無い状態となるまで、電流供給側端子１３から電流取出側端子１０への電流の流れを遮断し続ける。ＰＴＣ１１に流れた電流は熱量に転換され、実質的に、電流取出側端子１０への電流の流れは無い状態となり、実質的に電池を流れる電流は遮断の状態となる。電源を切る等により、電流の流れが無くなると、ＰＴＣ１１の温度は下がり、バイメタル１２は反転作動前の状態に戻る。
電流供給側端子１３及び電流取出側端子１０に使用される材料は、銅、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、ニッケル、黄銅などの導電性材料があり、好ましくは、銅、リン青銅がある。可動アームに使用される材料には、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、ニッケル、黄銅、Ｃｕ−Ｎｉ―Ｓｉ合金などの導電性を有するバネ材料があり、好ましくはＣｕ−Ｂｅ合金、リン青銅がある。また、接点の材料としては、ニッケル−銀合金、銅―銀合金、金―銀合金、炭素―銀合金等が使用される。電流取出側端子１０や可動アーム１４への接点の接合は、クラッド、めっき、カシメ等の公知の方法で行われる。電流供給側端子１３、電流取出側端子１０及び可動アーム１４は、上記材料の板材からプレス等の方法により得られる。電流供給側端子１３及び電流取出側端子１０の大きさの具体例を挙げると、横３．５ｍｍ以下、厚さ０．２mm以下、縦の長さは、接続される電極リード体と外装缶内の長さによって決められる。可動アーム１４の大きさの具体例は、縦６．０ｍｍ以下、横２．５ｍｍ以下、厚さ０．１ｍｍ以下である。
本発明の安全装置に使用されるバイメタル１２は、例えば、高熱膨張側はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ、低熱膨張側はＮｉ−Ｆｅの２つの材料を積層させたものが使用される。作動温度及び復帰温度は使用される電気製品の要求によって異なるが、本発明では、作動温度範囲９０±２５℃、復帰温度範囲５０±１５℃、好ましくは、作動温度範囲９０±１０℃、復帰温度範囲５０±１０℃のバイメタルが使用される。バイメタル１２は、上記の積層板材をプレス等の方法で製作される。バイメタル１２の大きさの具体例を挙げると、縦３．４ｍｍ以下、横３．４ｍｍ以下、厚さ０．１ｍｍ以下、好ましくは、縦３．１ｍｍ以下、横３．１ｍｍ以下、厚さ０．８ｍｍ以下である。
ＰＴＣ１１は、電流が流れると電流のエネルギーをジュール熱に変換し、高い温度を維持し、電流をほとんど流さない素子である。ＰＴＣ１１としてはセラミック製焼結体やポリマーにカーボンなどの導電性粒子を分散させたものが使用される。本発明では、チタン酸バリウムを含むセラミック製焼結体が好ましく使用される。また、チタン酸バリウム以外に、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなどが含まれていてもよい。本発明では、ＰＴＣ１１は、抵抗値範囲５〜２０Ω、抵抗急変点温度（キュリー温度）６５〜９０℃の特性を有するものが好ましい。ＰＴＣ１１の形状は、特に、制約は無く、円筒状、角柱状など各種形状のものが使用できるが、円筒形状のものがより好ましく使用される。本発明で使用されるＰＴＣ１１の大きさは、円筒形状であれば、径３．０ｍｍ以下、厚さ０．４ｍｍ以下、好ましくは、径２．５ｍｍ以下、厚さ０．３ｍｍ以下のサイズのものが使用可能である。ＰＴＣ１１は電極が無くても使用可能であるが、接続しない２面に電極が付与されたものが好適に使用される。
この電極は、公知の方法でＰＣＴ表面に付与される。電極としては、例えば、金、銀、白金、銅、アルミニウムやこれら金属の化合物から得られる導電性粉末の単独物、あるいは、これらの混合物を、ポリエステル系ポリマー、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などの有機系の分散剤に混合分散された電極ペーストをＰＴＣの所定の面にスクリーン印刷、コーター、手塗り、機械塗りなどの方法で塗布したり、銀、ニッケル、銅などを無電解めっきすることにより、付与される。電極の厚さは、特に制約は無いが、０．００１ｍｍ以上、好ましくは、０．００３〜０．２ｍｍである。
安全装置６の樹脂製ケース９は、金属製、樹脂製いずれも使用可能であるが、絶縁性、形状の自由度、軽量などの点から樹脂製が好ましい。樹脂製ケース９は本体９ａと樹脂製蓋９ｂからなり、通常、共に射出成形法で製造される。安全装置６は、電池外装缶内の電解液と接触又は浸漬する個所に取付けられるため、樹脂製ケース９に使用される樹脂材料は、電解液に侵されることの少ない材料が使用される。電解液に侵されることが少ない樹脂材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマーの単独物やこれらの樹脂が複合されたものが使用できる。また、これら樹脂材料を主成分として、ガラス繊維など各種充填材が混合されたものも使用される。これらの樹脂材料の中では、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、荷重撓み温度２００℃以上の液晶ポリマーなどが好ましく使用される。ナイロン６、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート等公知のエンジニヤリングプラスチックから得た筐体は電解液に溶解し、使用できなかった。
また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、安全装置６の樹脂製ケース９は、更に、電解液からの悪影響を防ぐため、樹脂製ケース９の外周部、特に、樹脂製ケース９と電流供給側端子１３及び電流取出側端子１０との接触部及び樹脂製蓋９ｂと樹脂製本体９ａとの接合部は、電解液に侵されることが少ない材料でコーティング層２４を形成してコーティングすることができる。使用可能なコーティング材としては、フッソ系樹脂（例えば、商品名フロロサーフ、株式会社フロロテクノロジー製）、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、オレフィン系樹脂（例えば、商品名スリーボンド１１７１、株式会社スリーボンド製）、アスファルトピッチ等が挙げられる。樹脂製ケース９のコーティング層２４は、手塗り法、機械塗り法、浸漬法や必要に応じて、ＵＶ照射法を併用することにより形成される。コーティングは樹脂製ケース９の接合部を部分的に行ってもよく（図５（ｂ））、樹脂製ケース全体に行ってもよい（図５（ａ））。コーティング層２４の厚さは、特に、制約は無いが、通常、０．０１〜０．３ｍｍ、好ましくは、０．０５〜０．１ｍｍである。
次に、本実施形態における安全装置６の製作法の一例を説明する。先ず、必要部品を準備する。電流供給側端子１３及び電流取出側端子１０は、プレス法など公知の方法により、厚さ０．１３ｍｍの銅板から設計された大きさ、形状のものを得る。可動アーム１４は、プレス法など公知の方法により、厚さ０．１ｍｍのＣｕ−Ｂｅ合金板から所定の大きさ、形状のものを得る。バイメタル１２は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ板とＮｉ−Ｆｅ板とからなる厚さ０．１ｍｍの積層板を材料として、プレス法など公知の方法により、所定の大きさ、形状のものを得る。電流供給側端子１３と可動アーム１４を溶接等の方法により接続する。ＰＴＣ１１は市販品の径２．３ｍｍ、厚さ０．２８ｍｍの円筒形状で両面に銀系電極を有するチタン酸バリウムを含むセラミック製焼結体を用いた。
樹脂製ケース９は、樹脂材料として、ポリフェニレンスルフィドを使用し、射出成形により、樹脂製ケース本体９ａ及び樹脂製蓋９ｂをそれぞれ製作した。なお、樹脂製ケース本体９ａ成形の際、上記で準備した電流取出側端子１０をインサート成形して、電流取出側端子１０と樹脂製ケース本体９ａとを一体化したものを準備した。安全装置６の組立は、電流取出側端子１０がインサートされた樹脂製ケース本体９ａをベースに置き、樹脂製ケース本体９ａ内の電流取出側端子１０の上に、ＰＴＣ１１を設置し、その上にバイメタル１２を置く。その上に、可動アーム１４が接続された電流供給側端子１３をバイメタル１２と接触させない状態で設置した後、樹脂製ケース蓋９ｂを取付け、樹脂製ケース本体９ａと樹脂製蓋９ｂを振動溶着により，接着させて、封止することにより、行われる。
本実施形態による電池は、外装缶９の中に安全装置６が組込まれているため、安全装置６が電池の外側に取付けられている電池に比べ、小型化が容易である。安全装置６が外装缶９の外側に取付けられている電池と同一のサイズであれば、電気容量を大きくすることが可能である。電池組立工程の中で、安全装置６を取付けることができるため、電池組立て後の安全装置取付け工程が不要となり、工程が簡略化できる。また、安全装置６を電池の外側に固定させる必要がないため、固定作業に伴う、安全装置６の破損、故障の心配もない。本発明の安全装置内蔵電池１は、小型ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、その他殆どの電気製品の電源として使用することができる。また、上記実施形態においては、リチウムイオン二次電池の場合を説明したが、他の二次電池、例えば、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池等にも適用可能である。
１ 安全装置内蔵電池
２ 外装缶
２ａ 外装缶本体
２ｂ 蓋
３ 電極積層体
４ａ 正極リード体
４ｂ 負極リード体
５ 負極端子
６ 安全装置
７ 電解液
９ａ 樹脂製ケースの本体
９ｂ 樹脂製ケースの蓋
１０ 電流取出側端子
１０ａ 電流取出側端子の接点
１１ ＰＴＣ
１２ バイメタル
１３ 電流供給側端子
１４ 可動アーム
１４ａ 可動アームの接点
１７ 正極端子
１９ 正極端子接続片
２１ 正極板
２２ 負極板
２４ コーティング層
２ 外装缶
２ａ 外装缶本体
２ｂ 蓋
３ 電極積層体
４ａ 正極リード体
４ｂ 負極リード体
５ 負極端子
６ 安全装置
７ 電解液
９ａ 樹脂製ケースの本体
９ｂ 樹脂製ケースの蓋
１０ 電流取出側端子
１０ａ 電流取出側端子の接点
１１ ＰＴＣ
１２ バイメタル
１３ 電流供給側端子
１４ 可動アーム
１４ａ 可動アームの接点
１７ 正極端子
１９ 正極端子接続片
２１ 正極板
２２ 負極板
２４ コーティング層
Claims (3)
- 電解液が充填された電池の外装缶内に安全装置を内蔵してなる安全装置内蔵電池において、
安全装置は、電池の正極端子又は負極端子と外装缶内リード体との間に挿入され、電流供給側端子、可動アーム、電流取出側端子、バイメタル及び温度サーミスタ（以下、ＰＴＣ）を含み、これらが樹脂製ケース内に設置されており、
電池正常時は、電流供給側端子と電流取出側端子とが可動アームを介して接続され当該回路（主回路という）に電流が流れ、バイメタルとＰＴＣには電流が流れない状態にあり、
電池異常時は、バイメタルが反転して可動アームが変位し、電流供給側端子と電流取出側端子とが切離され、前記主回路には電流が流れなくなり、電流供給側端子と電流取出側端子とが、可動アーム、バイメタル、及びＰＴＣを介して接続されてＰＴＣを含む回路に電流が流れ、ＰＴＣが発熱して、可動アームが変位した状態が保持され、実質的に電流遮断状態が継続されるようにしたことを特徴とする安全装置内蔵電池。 - 樹脂製ケースは、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマーから選ばれた１種類以上の樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の安全装置内蔵電池。
- 樹脂製ケースの表面は、電解液に侵されることが少ない１種類以上の材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の安全装置内蔵電池。
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