JPH11312515A - 安全装置及びこれを用いた二次電池 - Google Patents

安全装置及びこれを用いた二次電池

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JPH11312515A
JPH11312515A JP10119756A JP11975698A JPH11312515A JP H11312515 A JPH11312515 A JP H11312515A JP 10119756 A JP10119756 A JP 10119756A JP 11975698 A JP11975698 A JP 11975698A JP H11312515 A JPH11312515 A JP H11312515A
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JP
Japan
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thin plate
safety device
pressure
electric circuit
battery
Prior art date
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Pending
Application number
JP10119756A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiko Takahashi
昭彦 高橋
Shinichi Takemura
真一 竹村
Yasuhiro Goto
泰宏 後藤
Minoru Yamada
實 山田
Itaru Kitade
至 北出
Satoru Okada
哲 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Priority to US09/299,583 priority patent/US6335109B1/en
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】リチウム電池等、充電型二次電池に対し、簡単
で確実に動作する安全装置を提供する。 【解決手段】脆性材からなる薄板20上に導電路30を
形成し、上記薄板20両面の圧力差で薄板20が破壊す
ることにより上記導電路30が破断されるようにして安
全装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、安全装置として電
流遮断が必要な機器において特に機器内部の圧力上昇が
問題となるものに関するものである。特にリチウムイオ
ン電池等再充電可能な2次電池等、安全装置の小型化が
要求される機器に対して有効な安全装置である。
【0002】
【従来の技術】携帯電話、ビデオカメラ、ノートパソコ
ンをはじめとする携帯情報端末等、電子機器の普及が進
む中、リチウムイオン電池等の高性能な再充電型2次電
池の利用が急速に広まっている。図6にリチウムイオン
電池の構成を簡単に示す。電解液70(有機溶媒)中に
セパレータ80を挟んで正極90、負極100があり、
正極90と負極100の間をLiイオンが移動すること
により充電、放電がおこるシンプルな構成となってい
る。正極にはリチウム酸化物、負極は炭素化合物が使用
されている。
【0003】これらの電池は高機能であるが過充電や短
絡が起こった場合、電解液の分解により、ガスが発生、
電池内の圧力が上昇し、最悪の場合、爆発を起こしてし
まうことがある。それ故、これらの電池には各種の安全
装置が備えられている。
【0004】これら安全装置としては安全弁機構と電流
遮断機構がある。安全弁機構は電池内の圧力上昇により
電池表面に配置された安全弁が開き、電池内のガスを排
気し、圧力上昇を止めるものである。電流遮断機構とし
ては、ガスの圧力上昇を利用して導電路を遮断するも
の、圧力上昇と伴い起こる電池内の温度上昇を利用して
導電路を遮断するものが提案されている。
【0005】温度上昇を利用した電流遮断機構はPTC
素子を利用した簡便な機構で実用化されているが温度上
昇と圧力上昇の間にはどうしてもタイムラグが生じ、安
全機構としても動作が不安定となる欠点があった。
【0006】圧力上昇を利用したものとしては例えば特
開平9−55197号公報に示されるように導電路と電
池内圧力により変位する受圧部分とこの受圧部分の変位
により導電路を破壊する機構を備えたものが提案させれ
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−55197号公報に示されたものでは上記各機構や
それらを配置、結合する部品が必要であり、機構として
複雑になり、小型化、低コストという面で問題があっ
た。
【0008】携帯電話、ビデオカメラ、ノートパソコン
をはじめとする携帯情報端末は今後ますます小型化する
方向へ進んでおり電池自体の小型化が緊急の課題である
が、前述の安全装置は複雑且つ電池内部に取り込むこと
が難しいため小型化の大きな障害となっている。
【0009】本発明の目的はこの欠点を鑑み、電池内部
に納めることができ、且つ小型化に容易に対応できる安
全装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では脆性材からなる薄板上に導電路を形成
し、この薄板両面の圧力差で薄板が破壊することにより
薄板上に形成された導電路が破断され、電流を遮断する
ようにした安全装置を特徴とする。また、本発明は、上
記薄板の周辺部に一体的に肉厚部を形成したことを特徴
とする。更に本発明では薄板の一方の面を基準圧力室に
配置し、反対側の圧力が規定圧力以上になった場合に薄
板が破壊し、導電路が破断されるようにしたことを特徴
とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて示す。
【0012】図1は本発明の安全装置及びその断面図と
なっている。構造として中央部に凹部10aを持つ容器
10に対し、凹部を密閉して覆うように接着剤等で薄板
20を取り付けている。薄板20は脆性材例えばセラミ
ックスで形成され、その板上には厚膜印刷等で形成され
た導電路30及び導電路30にロー付けされた電極4
0、40がある。上記凹部10aは薄板20で密閉され
て基準圧力室50となり、薄板20は一方の面が基準圧
力室50に配置されることになる。
【0013】そして他方の面の圧力が、過充電等により
上昇し基準圧力室50内の圧力と異なる場合、その圧力
差が規定値以上になったときに薄板20が破壊して導電
路30を破断するようになっている。この時、薄板20
が脆性材料から成るため、塑性変形することなく確実に
破壊して導電路30を破断することが出来る。また、容
器10の材質はセラミックスである必要はないが薄板2
0との取り付けを考慮した際、同材質とする方が構造的
に安定する。また、同材質のセラミックスとした場合、
セラミックス焼結時に薄板20を容器10に固定すると
いったことも可能となる。
【0014】また、薄板20の破壊方向を制御し、導電
路30の破断をより確実にするため薄板部に切欠溝を形
成してもよい。
【0015】図2は図1の本安全装置が組み込まれた二
次電池を示している。内部電極をなす正極90は外装部
110と電気的に絶縁された外部電極をなす出力部12
0に接続され、もう一方の内部電極である負極100は
外装部110に電気的に接続(不図示)されている。な
お、実際の電池では正極90と負極100がセパレータ
70を挟んで幾重にも積層されているが本図では省略し
ている。本発明による安全装置130は電解液70に浸
漬された状態で出力部120と正極90の間に配置さ
れ、安全装置130に備えた2つの電極40、40がそ
れぞれ出力部120と正極90に電気的に接続された形
で設置される。本例では正極90側に安全装置130を
設置したが負極100側に設置しても何ら問題はない。
【0016】本発明の安全装置130の動作としては概
略以下の通りとなる。何らかの理由で過充電状態になる
と、前述の通りガスが発生し、電池内の圧力が上昇し始
める。電池内圧力がある一定値以上になった時点で安全
装置130の薄板20が破壊し、薄板20上に形成され
た導電路30が破断、充電が止まることにより、ガス発
生が停止し、それ以上の圧力上昇が防げる。なお、薄板
20の厚み、材質は破断すべき圧力及び許容される安全
装置130の大きさから適宜、選定する。
【0017】図3は本発明による安全装置の別の実施形
態を示している。図1における安全装置は、その構成か
ら分かるように製造工程中、厚みの非常に薄い板を取り
扱う必要がある。後の実施例でも示すが薄板を例えばセ
ラミックスとした場合、その厚みは0.1mm程度、或
いはそれ以下となるが、非常に薄いためピンセット等で
挟んだだけで割れてしまうこともあり、製造工程中、非
常に取り扱いにくい部品となる。そこで、図3の構造で
はこの問題を解決するため、薄板の周囲に肉厚部を一体
的に形成して、安全装置を構成した。即ち中央部に凹部
10aを持つ容器10を薄板20の周囲に肉厚部21を
一体的に形成した蓋体22で覆って安全装置を構成す
る。セラミックスの粉体成形においてこのような蓋体の
底部の薄板20の厚みをを均一且つ薄くすることは比較
的容易である。この形状だと取り扱い時に肉厚部21を
保持すればよいため薄板20が割れることはない。
【0018】図4は薄板の取り扱いを解決する別の構造
を示している。中央部に凹部10aを有する容器10に
対し、薄板でなく薄板より厚みのある基板24で覆い密
閉している。基板24上で凹部10aと反対側に溝23
を加工することにより、厚みの薄くなった薄板部20a
が形成される。本構造の特徴としては装置形状完成後、
加工によって薄板の役目をする薄板部20aを形成する
ことである。加工にて薄板部20aを形成するため、加
工方法の選択によりその厚みを正確に加工することが出
来る。また、図4の安全装置は以下に示すように安全装
置を大量に製作するに有利な形状となっている。
【0019】図5はその簡単な製造工程である。まず、
後工程で分割可能な分割用溝61を持つ基板60を用意
する。この基板の厚みは導電路30(図4では図示無
し)を破壊する為の薄板部20aより厚いものとする。
この基板60に対し、複数個分の導電路30を形成し
(図5(a))、基板60を反転し、導電路30と直行
する方向にレーザー加工、サンドブラスト等にて溝23
を加工することにより薄板部20aを形成する(図5
(b))。再度、基板60を反転して導電路30が形成
された面に中央部に凹部10aを持つ容器10を接着等
で複数個取り付ける(図5(c))。その後、分割溝6
1に沿って個々に分割し、図4の安全装置を得る。
【0020】この場合、印刷や薄板部形成が一度に大量
に行え、量産を考慮した際、非常に効果的である。図5
では電極40の取り付け工程については省略したが電極
40の取り付けに関しても量産化に対し、対応が容易で
ある。例えば上記基板は通常、まず短冊状に分割され
る。その短冊状の基板に対し、数個分まとまった電極4
0を取り付け、その後、電極の分割、基板の分割を行
う。こうすることにより、電極を1ヶずつ取り扱うこと
が無くなり作業が非常に容易になる。また、1回のロー
付け作業で多数の電極が形成されるので効率的である。
【0021】なお、本発明の安全装置のおいて薄板20
や基板60をなす脆性材としてはアルミナ、ジルコニ
ア、チタニア系セラミックス、フォルステライト、ステ
アタイト、コージライトなどのセラミックスや各種ガラ
ス、ガラスとセラミックの複合材料などを用いる。ま
た、導電路としてはCu、Ni、Al、Au、Ag、ス
テンレス或いはこれらの内の幾つかを用いた合金で形成
する。
【0022】なお、本発明の安全装置は、圧力上昇によ
る爆発等を防ぐ目的で、防爆用安全装置として使用する
ことができ、上記二次電池に限らず、エアーコンプレッ
サーやその他の各種装置に使用することができる。
【0023】
【実施例】実施例1 図1において容器10を5mm□、厚み3mmの直方体
とし、凹部10aは4mm□、深さ2mmの直方体とし
た。薄板20は厚み0.1mmとし、容器10、薄板2
0共にアルミナ系セラミックスで形成した。導電部30
はCuを厚膜印刷により形成した。
【0024】薄板20と容器10はエポキシ系接着剤で
シール固定し、キャビティ内は常圧とした。この容器に
対し、空気にて外圧力をかけていった時の薄板の破断の
状態を記録した。表1はデバイス100ヶについての結
果である。何れのデバイスも6〜8kg/cm2 で破損
し、要求値を満足するものであった。また、破損状態と
しても導電部が確実に遮断されたものとなっていた。
【0025】今回容器及びキャビティ部の形状は直方体
としたが薄板部が要求圧力にて破損できる大きさを有す
れば何ら制約されることはない。
【0026】
【表1】
【0027】実施例2 図5に示した工程に沿って安全装置を実際に作成してみ
た。分割可能な基板60としては切断用のスリットが付
いた比較的取り扱いが容易な厚み0.3mmのアルミナ
製セラミック板を使用した。この基板にCuの厚膜印刷
にて設けた複数個分の導電部30を形成した。その導電
部30と直行する方向にレーザー加工にて幅1mm程度
深さ0.25mmの溝23を形成した。その後、溝加工
した面と反対側に別途用意した容器10を順次エポキシ
接着剤にて固定し、切断用スリットにより切断し、個々
のデバイスを得た。本手法により、大量の非常に小さい
デバイスの形成を容易に行うことが出来た。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば脆材材からなる薄板上に
導電路を形成し、上記薄板両面の圧力差で薄板が破壊す
ることにより上記導電路が破断されるようにしたことに
よって、小型で簡単な構造の安全装置を作ることがが出
来る。そのため、特に電池の小型化に対し、問題となっ
ている安全装置の電流遮断機構を電池内部に取り込むこ
とができ且つ容易に小型化することができる。
【0029】また、セラミック製薄板を用いることによ
り、経時変化が無く、特別な保護膜なども不要であり、
長期間にわたり動作バラツキを少なくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の安全装置の実施形態を示しており、
(a)は斜視図、(b)は(a)中のX−X線断面図で
ある。
【図2】本発明の安全装置を用いた電池を示す一部破断
側面図である。
【図3】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図4】本発明のさらに他の実施形態を示す斜視図であ
る。
【図5】(a)〜(c)は図4の安全装置の製作工程を
示す図である。
【図6】一般的なリチウムイオン電池の概略構成を示す
図である。
【符号の説明】
10:容器 20:薄板 30:導電路 40:電極 50:基準圧力室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 實 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京セ ラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 北出 至 京都府京都市山科区東野北井ノ上町5番地 の22 京セラ株式会社内 (72)発明者 岡田 哲 京都府京都市山科区東野北井ノ上町5番地 の22 京セラ株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】脆性材からなる薄板上に導電路を形成し、
    上記薄板両面の圧力差で薄板が破壊することにより上記
    導電路が破断されるようにしたことを特徴とする安全装
    置。
  2. 【請求項2】上記薄板の周辺部に一体的に肉厚部を形成
    したことを特徴とする請求項1記載の安全装置。
  3. 【請求項3】上記薄板の一方の面を基準圧力室内に配置
    したことを特徴とする請求項1又は2記載の安全装置。
  4. 【請求項4】キャビティを有する板状体を蓋体で覆って
    基準圧力室を形成し上記キャビティの底部又は蓋体を上
    記薄板としたことを特徴とする請求項3記載の安全装
    置。
  5. 【請求項5】ケース内に電解液とこれに浸される複数の
    内部電極を備え、該内部電極と外部電極を接続してなる
    二次電池において、上記内部電極と外部電極との間に請
    求項1乃至4の安全装置を接続したことを特徴とする二
    次電池。
JP10119756A 1998-04-28 1998-04-28 安全装置及びこれを用いた二次電池 Pending JPH11312515A (ja)

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JP10119756A JPH11312515A (ja) 1998-04-28 1998-04-28 安全装置及びこれを用いた二次電池
DE69917987T DE69917987T2 (de) 1998-04-28 1999-04-27 Sicherheitsvorrichtung und diese enthaltende Sekundärbatterie
EP99303274A EP0954040B1 (en) 1998-04-28 1999-04-27 Safety device and secondary battery using the same
US09/299,583 US6335109B1 (en) 1998-04-28 1999-04-27 Safety device and secondary battery using the same

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100457626B1 (ko) * 2002-11-15 2004-11-17 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 안전장치와 이를 구비한 이차 전지
JPWO2013154166A1 (ja) * 2012-04-12 2015-12-17 株式会社豊田自動織機 電流遮断装置及びそれを用いた蓄電装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100457626B1 (ko) * 2002-11-15 2004-11-17 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 안전장치와 이를 구비한 이차 전지
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Effective date: 20050426

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Effective date: 20050830