JP5235949B2 - 安全素子アセンブリー - Google Patents

Description

本発明は、二次電池を過熱及び過電流から保護するための安全素子アセンブリーに関する。

普通、二次電池は、充電の不可能な一次電池とは異なって充電及び放電の可能な電池である。二次電池は、ノート型パソコンや携帯電話などのモバイル機器、電動ドリル、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電気自転車、無停電電源供給装置（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）などのエネルギー源として使われる。代表的な二次電池は、リチウム二次電池、ニッケル−水素電池を含む。二次電池は、外形によって円筒形、角形、及びポーチ型に分類される。

二次電池は、電池の安全性を確保するために安全素子アセンブリーを含む。安全素子アセンブリーは、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）アセンブリー、安全ベント、電流遮断デバイス、サーマルヒューズ、シャットダウンセパレータなどを含む。

二次電池をエネルギー源として使用する電機電子デバイスは、高容量を要求するデバイスと、高出力を要求するデバイスとに分類できる。
このうち、高容量二次電池の場合には、安全性のためにＰＴＣアセンブリーが装着されることが要求される。例えば、ノート型パソコンや、携帯電話などのモバイル機器には、安全性をさらに保証するために、ＰＴＣアセンブリーが備えられた二次電池が適用されることが望ましい。一方、高出力二次電池の場合には、ＰＴＣアセンブリーが要求されない。例えば、電動ドリルや、電気自動車のように安全性よりは高出力が要求されるデバイスには、ＰＴＣアセンブリーが備えられていない二次電池が適している。したがって、高容量及び高出力電機電子デバイスの使用条件によって、二次電池を別途の規格で製造及び管理しなければならない。

本発明は、前記問題点を解決するためのものであり、高容量及び高出力電機電子デバイスの使用条件に関係なく、標準化した二次電池を利用できる安全素子アセンブリーを提供することを主な課題とする。

本発明の一側面による安全素子アセンブリーは、二次電池の過熱及び過電流を遮断するためのものであって、前記二次電池に結合された第１金属薄板と、前記第１金属薄板上に結合された安全素子と、前記安全素子上に結合された第２金属薄板と、を備えるが、前記第１金属薄板は、前記安全素子及び第２金属薄板に対して積層される第１領域と、前記安全素子及び第２金属薄板に対して積層されずに外部に露出される第２領域とを備える。

また、前記第１金属薄板のサイズは、安全素子及び第２金属薄板のサイズよりさらに大きく形成される。
さらに、前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、前記安全素子及び第２金属薄板は、第１金属薄板の第２領域が外部に露出されるように少なくとも一部が切開される。

さらに、前記安全素子は、ＰＴＣ素子である。
さらに、前記第１金属薄板と第２金属薄板との間には、絶縁体がさらに設けられる。
さらに、前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、前記第１金属薄板は、円形であり、前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、前記安全素子は、リング状の一部が切開されたＰＴＣ素子であり、前記絶縁体は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、前記安全素子の内周壁の内側に形成された空間に位置する。

また、前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、前記第１金属薄板は、円形であり、前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、前記安全素子は、円形の少なくとも一部が切開されたＰＴＣ素子であり、前記絶縁体は、前記円形の両側が切開された形状をなしており、切開された部分は、前記安全素子の切開された部分と当接するように位置する。

また、前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、前記第１金属薄板は、リング状であり、前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、前記安全素子は、リング状の一部が切開されたＰＴＣ素子であり、前記絶縁体は、前記円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、安全素子の内周壁の内側に形成された空間に位置する。

また、前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、前記第１金属薄板は、円形であり、前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、前記安全素子は、円形の少なくとも一部が切開されたＰＴＣ素子である。

また、前記安全素子は、前記第１金属薄板及び第２金属薄板にその両端部が電気的に連結されたサーマルヒューズであり、前記絶縁体は、前記第１金属薄板と第２金属薄板との間で、前記サーマルヒューズの周辺に設けられる。
また、前記安全素子の側壁には絶縁体が位置し、前記第１金属薄板の全長は、前記安全素子の長さと前記絶縁体の長さとの和より長い。

本発明の安全素子アセンブリーは、次のような効果を得ることができる。
第１に、ＰＴＣ素子の両面に複数の金属薄板が形成され、複数の金属薄板の形状を異ならせることによって、複数の金属薄板が露出される領域をそれぞれ形成して、同一規格で製造された標準化した二次電池を、高出力用または高容量で二次電池の使用条件によって共通的に使用できる。

第２に、複数の金属薄板間に絶縁体を介在することで、金属薄板への外部リードプレートの溶接時、複数の金属薄板や安全素子の変形を防止できる。
第３に、安全素子アセンブリーが二次電池の上部、下部、または側部の外部に設けられることによって、同一規格で製造された標準化した二次電池を共通的に使用できる。

本発明の一実施形態による安全素子アセンブリーを分離して図示した斜視図である。 図１の安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した底面図である。 図１の安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した側断面図である。 本発明の他の実施形態による安全素子アセンブリーを分離して図示した斜視図である。 図４の安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した底面図である。 図４の安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した側断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリーを分離して図示した斜視図である。 図７の安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した側断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリーを分離して図示した斜視図である。 図９の安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した側断面図である。 図１０の安全素子アセンブリーに溶接ジグが位置した状態を示した側断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した側断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリーが二次電池に装着された状態を示した側断面図である。 図１の安全素子アセンブリーを装着する過程を順次に示した側断面図であって、本発明の電池缶が用意された状態を示した側断面図である。 図１の安全素子アセンブリーを装着する過程を順次に示した側断面図であって、図１４Ａの電池缶に第１金属薄板が溶接された状態を示した側断面図である。 図１の安全素子アセンブリーを装着する過程を順次に示した側断面図であって、図１４Ｂの第１金属薄板と第２金属薄板との間に絶縁体が介在された状態を示した側断面図である。 図１の安全素子アセンブリーを装着する過程を順次に示した側断面図であって、図１４Ｃの第２金属薄板に外部リードプレートが溶接された状態を示した側断面図である。

以下、添付した図面に図示された本発明に関する実施形態を参照して、本発明の構成及び作用を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による安全素子アセンブリー１００を分離して図示したものである。

図面を参照すれば、前記安全素子アセンブリー１００は、安全素子１０１、第１金属薄板１０２、第２金属薄板１０３、絶縁体１０４を備える。前記安全素子アセンブリー１００は、過熱、過電流に対する安全装置である。前記安全素子アセンブリー１００は、二次電池の充電または放電中に過電流が流れる場合に電流を遮断し、二次電池を保護する。

前記安全素子１０１は、ＰＴＣ素子でありうる。前記ＰＴＣ素子１０１は、ポリマーに導電性粒子を含む素子である。
ポリマー系伝導性複合体は、ポリマー、伝導性フィラー、酸化防止剤、及び過酸化物架橋剤の混合物で構成されうる。ポリマーには、溶融指数１ないし１０の高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びエチレン／ポリプロピレン重合体などの高分子化合物が使われうる。伝導性フィラーには、カーボンブラックや、カーボンファイバーまたはニッケルなどの金属材や金属酸化物が使われうる。

ポリマーは、一般的に絶縁剤であるが、伝導性フィラーによって、ＰＴＣ素子１０１は常温または低温で伝導性粒子が相互連結されて導電経路を提供するので、良好な導電性を発揮する。
もし、特定の温度以上に上昇するか、または過電流が流れれば、前記ＰＴＣ素子１０１内のポリマーが膨脹することによって、伝導性粒子間の間隔が広くなって導電経路が遮断されるので、前記ＰＴＣ素子１０１は導電性が急激に低下する。

前記ＰＴＣ素子１０１の上面には第１金属薄板１０２が位置し、前記ＰＴＣ素子１０１の下面には第２金属薄板１０３が位置する。前記第１金属薄板１０２は、二次電池の端子に電気的に連結され、前記第２金属薄板１０３は、保護回路基板モジュールの端子や、他の外部機器の端子に電気的に連結される。前記第１金属薄板１０２及び第２金属薄板１０３は、ニッケル薄板であるか、またはニッケル−銅が積層された薄板であるか、またはニッケル−銅の合金からなる薄板でありうる。

このように、前記第１金属薄板１０２、ＰＴＣ素子１０１、第２金属薄板１０３は、重畳される構造である。図３に示すように、重畳時、第１金属薄板１０２は、前記ＰＴＣ素子１０１及び第２金属薄板１０３に対して積層される第１領域Ｂと、前記ＰＴＣ素子１０１及び第２金属薄板１０３に対して積層されずに外部に露出される第２領域Ａを備える。

前記第１金属薄板１０２は円形である。前記第１金属薄板１０２は、二次電池３００上に電気的に接続される領域より小さく形成されることが望ましい。
前記第２金属薄板１０３は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしている。 前記第２金属薄板１０３は、前記第１金属薄板１０２に対して積層するとき、前記第１金属薄板１０２の第２領域Ａが外部に露出されるように、円の一部が切開されている。

本実施形態では、前記第２金属薄板１０３は半円型であるが、前記第１金属薄板１０２の第２領域Ａが外部に露出されうる形状ならば、これに限定されるものではない。前記第２金属薄板１０３の曲率半径Ｒ２は、前記第１金属薄板１０２の曲率半径Ｒ１と実質的に同一に形成されることが望ましい。

前記ＰＴＣ素子１０１は、前記第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３との間に介在される。前記ＰＴＣ素子１０１は、リングの一部が切開されている形状になっている。本実施形態では、前記ＰＴＣ素子１０１はリング状の全周のうち１／２が切開されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。前記ＰＴＣ素子１０１のアウター曲率半径Ｒ３は、前記第１金属薄板１０２の曲率半径Ｒ１及び第２金属薄板１０３の曲率半径Ｒ２と実質的に同一に形成されることが望ましい。

これにより、本実施形態では、積層された第１金属薄板１０２、ＰＴＣ素子１０１、第２金属薄板１０３は、それぞれ円形、一部が切開されたリング状、半円型であって、形状は同一でないが、曲率半径Ｒ１、Ｒ３、Ｒ２は互いに同一であるといえる。

さらに、前記絶縁体１０４は、前記第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３との間に位置する。前記絶縁体１０４は、前記第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３とが互いに電気的に連結されないように設けられている。また、前記絶縁体１０４は、前記第２金属薄板１０３に外部リードプレートが溶接される時、第２金属薄板１０３の変形を防止する役割を行う。

前記絶縁体１０４は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしている。本実施形態では、前記絶縁体１０４は半円型をなしているが、これに限定されるものではない。前記絶縁体１０４の曲率半径Ｒ４は、前記ＰＴＣ素子１０１のインナー曲率半径Ｒ５と実質的に同一に形成される。前記絶縁体１０４は、前記ＰＴＣ素子１０１の内周壁の内側に形成された空間に位置する。

さらに、前記絶縁体１０４の厚さｔ２は、ＰＴＣ素子１０１の厚さｔ１と同一である。これにより、前記絶縁体１０４が前記ＰＴＣ素子１０１の内周壁の内側に形成された空間に位置する時、前記第２金属薄板１０３に対して前記ＰＴＣ素子１０１及び絶縁体１０４の表面は同じ水平面をなしている。

図２は、図１の安全素子アセンブリー１００が二次電池３００に装着された状態を図示した底面図であり、図３は、図１の安全素子アセンブリー１００が二次電池３００に装着された状態を示した側断面図である。
ここで、前記二次電池３００には缶３０１が設けられ、前記缶３０１の内部には、正極板、セパレータ及び負極板がジェリー・ロール型に巻き取られた電極組立体（図示せず）が収容され、前記缶３０１は、いずれか一つの電極板と電気的に連結されて正極または負極の極性を持つ。

図２及び図３を参照すれば、前記第１金属薄板１０２は前記缶３０１の底面３０２に溶接されている。前記第１金属薄板１０２は前記缶３０１の底面３０２より小さい。
前記第１金属薄板１０２の上面には、ＰＴＣ素子１０１及び絶縁体１０４が設けられている。前記ＰＴＣ素子１０１は、前記第１金属薄板１０２に対して熱圧着によって結合されている。

前記ＰＴＣ素子１０１の内周壁の内側に形成された空間には前記絶縁体１０４が位置している。前記絶縁体１０４の厚さｔ２は前記ＰＴＣ素子１０１の厚さｔ１と同一であるので、前記第２金属薄板１０３に対して、絶縁体１０４及びＰＴＣ素子１０１の表面は同じ水平面をなしている。これにより、今後、外部リードプレート３２０の溶接時に扁平面を提供する。

この時、前記絶縁体１０４は接着剤によって前記第１金属薄板１０２に固定されるか、第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３との間に着脱自在に挿入されて配されうるなど、いずれか一つに限定されるものではない。
前記ＰＴＣ素子１０１及び絶縁体１０４の上面には第２金属薄板１０２が設けられている。前記第２金属薄板１０３は、前記ＰＴＣ素子１０１に対して熱圧着によって結合されている。

この時、結合されたＰＴＣ素子１０１と絶縁体１０４との全体サイズより第１金属薄板１０２のサイズがさらに大きい。また、第２金属薄板１０３のサイズより第１金属薄板１０２のサイズがさらに大きい。したがって、前記第１金属薄板１０２の第２領域Ａは、前記ＰＴＣ素子１０１及び絶縁体１０４と、これらと積層された第２金属薄板１０３とによってカバーされず、外部に露出している。一方、前記第２金属薄板１０３は、前記ＰＴＣ素子１０１に対して結合される面と逆になる全体領域Ｂが外部に露出している。

高出力のエネルギーが必要な電機電子デバイスの場合、前記第１金属薄板１０２の露出した第２領域Ａに外部リードプレート３１０の端部が溶接される。一方、安全性が要求される高容量のエネルギーが必要な電機電子デバイスの場合、前記第２金属薄板１０３の露出した全体領域Ｂに、点線で表示した外部リードプレート３２０の端部が溶接される。

前記外部リードプレート３１０が第１金属薄板１０２に接続すれば、電流はＰＴＣ素子１０１を経ずに流れ、外部リードプレート３２０が第２金属薄板１０３に接続すれば、電流はＰＴＣ素子１０１を通じて流れる。
これにより、二次電池３００は、環境条件によって安全素子アセンブリー１００が要求される電機電子デバイスと、要求されない電機電子デバイスとに共通的に適用できる。すなわち、標準化した同じ規格の二次電池３００は、高出力及び高容量が要求される電機電子デバイスの種類によって前記安全素子アセンブリー１００を選択的に利用できる。

特に、安全素子アセンブリー１００は、前記二次電池３００の内部ではなく、前記二次電池３００の外部の上部、下部または側部に設けられることによって、所望する設計によって多様な方式で使用できる。
図４は、本発明の他の実施形態による安全素子アセンブリー４００を分離して図示したものである。

以下、前記の図面と同じ参照番号は、同じ機能を行う同じ部材を示す。
図４を参照すれば、前記安全素子アセンブリー４００は、安全素子４０１と、第１金属薄板４０２と、第２金属薄板４０３と、絶縁体４０４とを備える。
前記安全素子４０１は、ＰＴＣ素子でありうる。

前記ＰＴＣ素子１０１の上面には第１金属薄板４０２が位置し、前記ＰＴＣ素子１０１の下面には第２金属薄板４０３が位置する。前記絶縁体４０４は、前記第１金属薄板４０２と第２金属薄板４０３との間に位置する。

このように、前記第１金属薄板４０２、ＰＴＣ素子４０１、第２金属薄板４０３は重畳する構造である。重畳時、第１金属薄板４０２は、前記ＰＴＣ素子４０１及び第２金属薄板４０３に対して積層される第１領域Ｂと、前記ＰＴＣ素子４０１及び第２金属薄板４０３に対して積層されずに外部に露出する第２領域Ａとを備える。
前記第１金属薄板４０２は円形である。前記第２金属薄板４０３は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしている。前記第２金属薄板４０３は、第１金属薄板４０２に対して積層する時、前記第１金属薄板４０２の第２領域Ａが露出するように一部が切開されている。

本実施形態では、前記第２金属薄板４０３は半円型であるが、前記第１金属薄板４０２の第２領域Ａが露出されうる形状ならば、いずれか一つに限定されるものではない。前記第２金属薄板４０３の曲率半径Ｒ２は、前記第１金属薄板４０２の曲率半径Ｒ１と同一に形成されることが望ましい。

前記ＰＴＣ素子４０１は、前記第１金属薄板４０２に対して、実質的に同じサイズの円形から一部が切開された形状をなしている。本実施形態では、前記ＰＴＣ素子４０１は、全体円形のうち１／２以上切開された形状をないしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。前記ＰＴＣ素子４０１の曲率半径Ｒ３は、前記第１金属薄板４０２の曲率半径Ｒ１及び第２金属薄板４０３の曲率半径Ｒ２と実質的に同一なものが望ましい。

前記絶縁体４０４は、前記第１金属薄板４０２に対して、実質的に同じ円形においてその両側が切開された形状をなしている。前記絶縁体４０４の曲率半径Ｒ４は、前記第１金属薄板４０２の曲率半径Ｒ１と実質的に同一である。
さらに、前記絶縁体４０４の切開された直線部分４０４ａの長さｌ２は、前記ＰＴＣ素子４０１の切開された直線部分４０１ａの長さｌ１と同一である。前記絶縁体４０４の厚さｔ２は、ＰＴＣ素子４０１の厚さｔ１と同一である。

前記ＰＴＣ素子４０１に対して絶縁体４０４が結合する時、切開された直線部分４０１ａ、４０４ａは互いに接して位置し、前記ＰＴＣ素子４０１に対して絶縁体４０４は同じ水平面をなしている。
図５は、図４の安全素子アセンブリー４００が二次電池３００に装着された状態を図示した底面図であり、図６は、図４の安全素子アセンブリー４００が二次電池３００に装着された状態を示した側断面図である。

図５及び図６を参照すれば、前記第１金属薄板４０２は前記缶３０１の底面４０２に溶接されている。前記第１金属薄板４０２の上面には第２金属薄板４０３に対して、ＰＴＣ素子４０１及び絶縁体４０４の表面が同じ水平面上に設けられている。前記ＰＴＣ素子４０１の切開された直線部分４０１ａには、絶縁体４０４の切開された直線部分４０４ａが接触している。前記ＰＴＣ素子４０１及び絶縁体４０４の上面には第２金属薄板４０３が設けられている。

この時、前記ＰＴＣ素子４０１及び絶縁体４０４の全体サイズより第１金属薄板４０２のサイズがさらに大きく、第２金属薄板４０３のサイズより第１金属薄板４０２のサイズがさらに大きい。したがって、前記第１金属薄板４０２の第２領域Ａは外部に露出される。一方、前記第２金属薄板４０３は、前記ＰＴＣ素子４０１に対して結合される面と逆になる全体領域Ｂが外部に露出している。

これにより、第１金属薄板４０２の露出された第２領域Ａ及び第２金属薄板４０３の露出された領域Ｂには、二次電池３００の使用条件によって外部リードプレート３１０、３２０の端部が選択的に溶接できる。
図７は、本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリー７００を分離して図示したものであり、図８は、図７の安全素子アセンブリー７００が二次電池３００に装着された状態を図示したものである。

図７及び図８を参照すれば、前記安全素子アセンブリー７００は、安全素子７０１と、第１金属薄板７０２と、第２金属薄板７０３と、絶縁体７０４とを備える。
前記安全素子７０１は、ＰＴＣ素子でありうる。
前記ＰＴＣ素子７０１の上面には第１金属薄板７０２が位置し、前記ＰＴＣ素子７０１の下面には第２金属薄板７０３が位置する。前記絶縁体７０４は、前記第１金属薄板７０２と第２金属薄板７０３との間に位置する。

このように、前記第１金属薄板７０２、ＰＴＣ素子７０１、第２金属薄板７０３は重畳する構造である。重畳時、第１金属薄板７０２は、前記ＰＴＣ素子７０１及び第２金属薄板７０３に対して積層される第１領域Ｂと、前記ＰＴＣ素子７０１及び第２金属薄板７０３に対して積層されずに外部に露出される第２領域Ａとを備える。
本実施形態のＰＴＣ素子７０１、第２金属薄板７０３、及び絶縁体７０４は、図１に図示されたＰＴＣ素子７０１、第２金属薄板７０３、及び絶縁体７０４とそれぞれ対応する形状であり、同じ曲率半径を持っているので、ここでは説明を省略する。

ただし、差異点を説明すれば、前記第１金属薄板７０１は円形ではなくリング状であり、前記絶縁体７０４の厚さｔ２は、ＰＴＣ素子７０１の厚さｔ１と、第１金属薄板７０３の厚さｔ３とを取り合わせたものと同じであるということである。

前記のような構成を持つ安全素子アセンブリー７００は、前記第１金属薄板７０２が缶３０１の底面に溶接されている。前記第１金属薄板７０２の上面にはＰＴＣ素子７０１が熱圧着されている。

前記ＰＴＣ素子７０１の内周壁の内側に形成された空間には絶縁体７０４が介在される。この時、前記絶縁体７０４の厚さｔ２は、前記ＰＴＣ素子７０１の厚さｔ１と、第１金属薄板７０２の厚さｔ３とを合わせたものと同じであるので、前記絶縁体７０４の表面は、前記缶３０１の底面３０２に接触して固定される。前記第２金属薄板７０３に対して、前記ＰＴＣ素子７０１及び絶縁体７０４の表面は同じ水平面をなしている。

前記ＰＴＣ素子７０１及び絶縁体７０４の上面には第２金属薄板７０３が設けられており、前記第２金属薄板７０３は、前記ＰＴＣ素子７０１に対して熱圧着されている。
これにより、第１金属薄板７０２の露出された第２領域Ａ及び第２金属薄板７０３の露出された領域Ｂには、二次電池３００の使用条件によって外部リードプレート３１０、３２０の端部が選択的に溶接できる。

図９は、本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリー９００を分離して図示したものであり、図１０は、図９の安全素子アセンブリー９００が二次電池３００に装着された状態を図示したものである。
図９及び図１０を参照すれば、前記安全素子アセンブリー９００は、安全素子９０１と、第１金属薄板９０２と、第２金属薄板９０３とを備える。

前記安全素子９０１はＰＴＣ素子でありうる。
前記ＰＴＣ素子９０１の上面には第１金属薄板９０２が位置し、前記ＰＴＣ素子９０１の下面には第２金属薄板９０３が位置する。
このように、前記第１金属薄板９０２、ＰＴＣ素子９０１、第２金属薄板９０３は重畳する構造である。重畳時、第１金属薄板９０２は、前記ＰＴＣ素子９０１及び第２金属薄板９０３に対して積層される第１領域Ｂと、前記ＰＴＣ素子９０１及び第２金属薄板９０３に対して積層されずに外部に露出する第２領域Ａとを備える。

本実施形態のＰＴＣ素子９０１、第１金属薄板９０２、及び第２金属薄板９０３は、図４に図示されたＰＴＣ素子４０１、第１金属薄板４０２、及び第２金属薄板４０３とそれぞれ対応する形状であり、同じ曲率半径を持っているので、ここでは説明を省略する。

ただし、差異点を説明すれば、前記第１金属薄板９０２と第２金属薄板９０３との間には別途の絶縁体が備えられていないという点である。これにより、前記第１金属薄板９０２と第２金属薄板９０３との間には、ＰＴＣ素子９０１が配される第１領域Ｂの周辺に選択的に溶接ジグが位置可能な空間、かつ絶縁体が存在していない空間が形成される。

前記のような構成を持つ安全素子アセンブリー９００は、前記第１金属薄板９０２が缶３０１の底面に溶接されている。前記第１金属薄板９０２の上面にはＰＴＣ素子９０１が熱圧着されている。前記ＰＴＣ素子９０１の上面には第２金属薄板９０３が設けられており、前記第２金属薄板９０３は前記ＰＴＣ素子９０１に対して熱圧着されている。

この時、図１１に図示されたように、第１金属薄板７０２の露出された第２領域Ａには、溶接ジグなしに外部リードプレート３１０が直接的に溶接されている。
一方、第２金属薄板７０３の露出された全体領域Ｂに外部リードプレート３２０を溶接する時には、前記第１金属薄板９０２と第２金属薄板９０３との間の絶縁体が存在していない空間に溶接ジグ２００を位置させ、溶接棒２１０を利用して、第２金属薄板９０３に対して外部リードプレート３２０を溶接させることができる。この時、溶接される位置は、溶接ジグ２００と対向する外部リードプレート３２０の部分である。

図１２は、本発明のさらに他の実施形態による安全素子アセンブリー１０００が二次電池３００に装着された状態を図示したものである。
図面を参照すれば、前記安全素子アセンブリー１０００は、安全素子１０１０と、第１金属薄板１０２０と、第２金属薄板１０３０と、絶縁体１０４０とを備える。

この時、前記安全素子１０１０は、以前の実施形態のＰＴＣ素子とは異なってサーマルヒューズである。ＰＴＣ素子は所定の温度以上になれば、ＰＴＣ素子の内部抵抗が急激が増大して回路を遮断するが、温度が所定以下に下がれば、抵抗が再び小さくなって元の状態に戻るという点で再使用ができる。一方、本実施形態のサーマルヒューズ１０１０は所定の温度以上になれば、サーマルヒューズ１０１０内の導電線が切れることによって回路を遮断する。

前記サーマルヒューズ１０１０は、非正常的な環境または条件下で、二次電池３００の温度が急激に上昇する時に回路を遮断する役割を、ＰＴＣ素子と同じく行うが、 再使用のためには安全素子アセンブリー１０００を入れ替える必要がある。
前記サーマルヒューズ１０１０は、その一端部が第１金属薄板１０２０に電気的に連結され、その他端部が第２金属薄板１０３０に電気的に連結されており、前記第１金属薄板１０２０と第２金属薄板１０３０との間には、前記サーマルヒューズ１０１０の周辺に絶縁体１０４０が介在している。

以上のように、前記図１ないし図１２に図示された実施形態の場合、曲率半径の実質的に同じ安全素子アセンブリーについて記載されている。すなわち、円形の二次電池に対応するために前記形状を持つ安全素子アセンブリーが望ましいといえる。
しかし、円形の二次電池以外に、他の形状、例えば、角形やポーチ型の電池にも前記安全素子アセンブリーを適用できる。この時、安全素子アセンブリーは、第１金属薄板の露出された第２領域と、第２金属薄板の露出された全体領域とが確保されるならば、他の形状に製造できる。

例えば、図１３を参照すれば、安全素子アセンブリー１３００は、安全素子１３１０と、第１金属薄板１３２０と、第２金属薄板１３３０と、絶縁体１３４０とを備える。
前記安全素子１３１０はＰＴＣ素子でありうる。
前記ＰＴＣ素子１３１０の上面には第１金属薄板１３２０が位置し、前記ＰＴＣ素子１３１０の下面には第２金属薄板１３３０が位置し、前記ＰＴＣ素子１３１０の側壁には絶縁体１３４０が位置する。

このように、前記第１金属薄板１３２０、ＰＴＣ素子１３１０、第２金属薄板１３３０は重畳する構造である。重畳時、第１金属薄板１３２０は、前記ＰＴＣ素子１３１０及び第２金属薄板１３３０に対して積層される第１領域Ｂと、前記ＰＴＣ素子１３１０及び第２金属薄板１３３０に対して積層されずに外部に露出される第２領域Ａとを備える。

前記のような構成を持つ安全素子アセンブリー１３００は、前記第１金属薄板１３２０が缶３０１の底面３０２に溶接されている。前記第１金属薄板１３２０の上面にはＰＴＣ素子１３１０が熱圧着されている。前記ＰＴＣ素子１３１０の上面には第２金属薄板１３３０が熱圧着されている。

この時、前記第１金属薄板１３２０の全長ｌ１は、前記ＰＴＣ素子１３１０の長さｌ２と前記絶縁体１３４０の長さｌ３との和より長い。これにより、第１金属薄板１３２０の上面にＰＴＣ素子１３１０及び絶縁体１３４０が積層されるとしても、第１金属薄板１３２０の露出された第２領域Ａが存在する。また、前記第１金属薄板１３２０の全長ｌ１は、前記第２金属薄板１３３０の長さｌ２より長い。一方、前記第２金属薄板１３３０の全体領域Ｂは外部に露出している。

これにより、第１金属薄板１３２０の露出された第２領域Ａ及び第２金属薄板１３３０の露出された全体領域Ｂには、二次電池３００の使用条件によって外部リードプレート３１０、３２０の端部が選択的に溶接できる。
以下、図１４Ａないし図１４Ｄを参照して、図１に図示された安全素子アセンブリー１００が装着された二次電池３００を製造する方法について説明すれば、次の通りである。

まず、図１４Ａに図示されたように、缶３０１を用意する。前記缶３０１の内部には、電極組立体が組み立てられた状態であるか、これとは異なって缶３０１だけありうる。
次いで、図１４Ｂに図示されているように、第１金属薄板１０２、ＰＴＣ素子１０１、第２金属薄板１０３が順次に積層された安全素子アセンブリー１００を前記缶３０１の底面３０２に付着する。

この時、前記安全素子アセンブリー１００には、第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３との間に絶縁体１０４が固定されているか、または以後の工程で絶縁体１０４が挿入されて位置できるなど、いずれか一つに限定されるものではない。

前記缶３０１の底面３０２に対する第１金属薄板１０２の接合は、抵抗溶接のような溶接方式や、ソルダリング結合方式や、伝導性接着剤による接着方式など多様な結合方式が存在する。抵抗溶接の場合、前記第１金属薄板１０２の露出された第１領域Ａで溶接が行われる。この時、溶接箇所Ｗ１は１つでありうるが、２つ以上であることが望ましい。

次いで、図１４Ｃに図示されているように、前記第１金属薄板１０２と、第２金属薄板１０３との間に絶縁体１０４を配する。前記絶縁体１０４は、前記第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３との間に形成された空間に挿入されて位置する。この時、前記絶縁体１０４は、前記ＰＴＣ素子１０１の内周壁に接して配されるか、または、所定間隔離隔した状態に配されうる。代案として、前記絶縁体１０４は、あらかじめ前記第１金属薄板１０２と第２金属薄板１０３との間に非伝導性接着剤を利用して固定できる。

次いで、図１４Ｄに図示されたように、前記第２金属薄板１０３の露出された全体領域Ｂに外部リードプレート３２０を位置させ、溶接を行う。溶接箇所Ｗ２は２つ以上であることが望ましいが、本実施形態はこれに限定されない。

抵抗溶接の場合、前記第２金属薄板１０３が露出した全体領域Ｂを溶接棒が押圧するが、前記絶縁体１０４が第２金属薄板１０３を支持しているので、第２金属薄板１０３の変形なしに溶接される。
また、ＰＴＣ素子１０１に対応する第２金属薄板１０３部分に溶接せず、絶縁体１０４に対応する第２金属薄板１０３が露出した全体領域Ｂに溶接することによって、ＰＴＣ素子１０１の損傷を防止できる。

このように、第２金属薄板１０３に外部リードプレート３２０を接続させることによって、二次電池３００の放電回路がＰＴＣ素子１０１を備え、前記二次電池３００は、安全性及び高容量が要求される電機電子デバイスに好適に使われる。
一方、外部リードプレート３１０が、第１金属薄板１０２が露出した第１領域Ａに接続されたならば、二次電池３００の放電回路はＰＴＣ素子１０１を備えず、これにより、二次電池３００は高出力が要求される電機電子デバイスに好適に使われる。

本発明は図面に図示された一実施形態を参考までに説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は登録請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。

本発明は図面に図示された一実施形態を参考までに説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。

本発明は、安全素子アセンブリー関連の技術分野に好適に用いられる。

１０１ ＰＴＣ素子
１０２ 第１金属薄板
１０３ 第２金属薄板
１０４ 絶縁体
３００ 二次電池
３０１ 缶
３０２ 缶の底面
３１０ 外部リードプレート
３２０ 外部リードプレート
Ａ 第２領域
Ｂ 第１領域

Claims (22)

1. 二次電池の過熱及び過電流を遮断するためのものであって、
   前記二次電池に結合された第１金属薄板と、
   前記第１金属薄板上に結合された安全素子と、
   前記安全素子上に結合された第２金属薄板と、を備えるが、
   前記第１金属薄板は、前記安全素子及び第２金属薄板に対して積層される第１領域と、前記安全素子及び第２金属薄板に対して積層されずに外部に露出される第２領域とを備え、
   前記第１金属薄板のサイズは、安全素子及び第２金属薄板のサイズより大きく形成され、
   前記第１金属薄板の第１領域には、前記安全素子を経ない高出力が要求される電機電子デバイスの外部リードプレートの端部が溶接され、
   前記第２金属薄板の全体領域には、前記安全素子を経る高容量が要求される電機電子デバイスの外部リードプレートの端部が溶接されることを特徴とする安全素子アセンブリー。
2. 前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、
   前記安全素子及び第２金属薄板は、第１金属薄板の第２領域が外部に露出されるように少なくとも一部が切開されたことを特徴とする請求項１に記載の安全素子アセンブリー。
3. 前記安全素子は、ＰＴＣ素子であることを特徴とする請求項１に記載の安全素子アセンブリー。
4. 前記安全素子は、サーマルヒューズであることを特徴とする請求項１に記載の安全素子アセンブリー。
5. 前記第１金属薄板と第２金属薄板との間には、絶縁体がさらに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の安全素子アセンブリー。
6. 前記第２金属薄板に対して対向する絶縁体及び安全素子の表面は、同じ水平面であることを特徴とする請求項５に記載の安全素子アセンブリー。
7. 前記第１金属薄板のサイズは、第１金属薄板と第２金属薄板との間に共に設けられた安全素子及び絶縁体の全体サイズよりさらに大きく形成されたことを特徴とする請求項６に記載の安全素子アセンブリー。
8. 前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、
   前記第１金属薄板は、円形であり、
   前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、
   前記安全素子は、リング状の一部が切開されたＰＴＣ素子であり、
   前記絶縁体は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、前記安全素子の内周壁の内側に形成された空間に位置することを特徴とする請求項５に記載の安全素子アセンブリー。
9. 前記安全素子のインナー曲率半径は、前記絶縁体の曲率半径と同一であり、
   前記安全素子のアウター曲率半径は、前記第１金属薄板の曲率半径と同一であることを特徴とする請求項８に記載の安全素子アセンブリー。
10. 前記絶縁体の厚さは、前記安全素子の厚さと同一であり、
    第２金属薄板に対して対向する絶縁体及び安全素子の表面は、同じ水平面上に位置したことを特徴とする請求項８に記載の安全素子アセンブリー。
11. 前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、
    前記第１金属薄板は、円形であり、
    前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、
    前記安全素子は、円形の少なくとも一部が切開されたＰＴＣ素子であり、
    前記絶縁体は、前記円形の両側が切開された形状であり、切開された部分は、前記安全素子の切開された部分と当接するように位置することを特徴とする請求項５に記載の安全素子アセンブリー。
12. 前記絶縁体の切開された直線部分の長さは、前記安全素子の切開された直線部分の長さと同一であることを特徴とする請求項１１に記載の安全素子アセンブリー。
13. 前記絶縁体の厚さは、前記安全素子の厚さと同一であり、
    前記第２金属薄板に対して対向する絶縁体及び安全素子の表面は、同じ水平面上に位置したことを特徴とする請求項１１に記載の安全素子アセンブリー。
14. 前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、
    前記第１金属薄板は、リング状であり、
    前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、
    前記安全素子は、リング状の一部が切開されたＰＴＣ素子であり、
    前記絶縁体は、前記円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、安全素子の内周壁の内側に形成された空間に位置することを特徴とする請求項５に記載の安全素子アセンブリー。
15. 前記安全素子のインナー曲率半径は、前記絶縁体の曲率半径と同一であり、
    前記安全素子のアウター曲率半径は、前記第１金属薄板の曲率半径と同一であることを特徴とする請求項１４に記載の安全素子アセンブリー。
16. 前記絶縁体の厚さは、前記安全素子及び第１金属薄板の厚さを合わせた厚さと同一であり、
    第２金属薄板に対して対向する絶縁体及び安全素子の表面は、同じ水平面上に位置したことを特徴とする請求項１４に記載の安全素子アセンブリー。
17. 前記第１金属薄板、安全素子、及び第２金属薄板は同じ曲率半径を持ち、
    前記第１金属薄板は、円形であり、
    前記第２金属薄板は、円形の少なくとも一部が切開された形状をなしており、
    前記安全素子は、円形の少なくとも一部が切開されたＰＴＣ素子であることを特徴とする請求項１に記載の安全素子アセンブリー。
18. 互いに対向する第１金属薄板と第２金属薄板との間には、安全素子が配される第１領域の周辺に選択的に、溶接ジグの位置可能な空間が形成されたことを特徴とする請求項１７に記載の安全素子アセンブリー。
19. 前記安全素子は、前記第１金属薄板及び第２金属薄板にその両端部が電気的に連結されたサーマルヒューズであり、
    前記絶縁体は、前記第１金属薄板と第２金属薄板との間で、前記サーマルヒューズの周辺に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の安全素子アセンブリー。
20. 前記安全素子の側壁には絶縁体が位置し、
    前記第１金属薄板の全長は、前記安全素子の長さと前記絶縁体の長さとの和より長いことを特徴とする請求項５に記載の安全素子アセンブリー。
21. 前記第２金属薄板に対して対向する絶縁体及び安全素子の表面は、同じ水平面上に位置したことを特徴とする請求項２０に記載の安全素子アセンブリー。
22. 前記第２金属薄板は、前記安全素子に結合される領域と逆になる全体領域が外部に露出されたことを特徴とする請求項１に記載の安全素子アセンブリー。

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