JPS6358759A - 熱履歴判別可能な電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、電池に関し、より詳細には、温度上昇に伴
って比較的に狭い温度領域で電気抵抗が急増する性！　
（ＰＴＣ特性（Ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　）　）を有するＰＴＣ素
子を備える電池に関する。

（従来の技術） 電池を含む回路において、回路の配線の短絡又は回路構
成素子の破壊により短絡等によって、回路に組み込まれ
た電池から過剰な電流が流れ、電池の急激な消耗および
回路の致命的破壊を沼く。

特にリチウム電池などの高山カー法電池である場合、大
電流が流れて電池自体が発熱して爆発するなどの危険が
ある。従って、高出力電池などの電池には、その保護素
子としてＰＴＣ素子が設けられている。

ＰＴＣ特性を有する物質は、一定の温度に上昇すると発
熱が止まるヒータ、正特性サーミスタ（ＰＴＣｔＭｒｍ
ｉｓｔｅｒ）　、感熱センサ、上述のように、電池など
で短絡したとぎ回路を開き他方その短絡が取り除かれた
とき回路がｍじる保護素子などに利用することができる
。そして、ＰＴＣ特性を有する物質としてポリエチレン
などの重合体に電導性物質が分散されたものなどがある
。

従来、ＰＴＣ特性を有する抵抗素子（以下、ＰＴＣ素子
と略す）は、第４図に示すようにＰＴＣ特性を有する物
質２と、これを挟持する電極板３ａおよび３ｂと、電極
板に接続されたリード板４ａおよび４ｂとからなる。こ
のＰＴＣ特性を有する物質と電極板との接合は、ＰＴＣ
特性を有する物質をその融点付近の温度で電極金属と熱
圧着などして行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、従来の電池に保３素子として組み込まれ
たＰＴＣ素子は、第４図に示したように単にＰＴＣ組成
物を電極で挟持したもの、もしくは、エポキシ樹脂など
のに絶縁材料によって被覆されているものである。した
がって、このＰＴＣ素子を回路保護素子として使用した
場合、回路に過剰電流が流れるとＰＴＣ累子が発熱して
その素子の抵抗値が増大し、その過剰電流を止めるが、
いずれにしても過剰電流が止まるとＰＴＣ素子は外観上
、元の状態に復帰し、回路に過剰電流が流れたことは判
らない。

過剰電流が回路に流れたことは、回路の配線の短絡又は
回路構成素子の破壊による短絡等の重大な異常が生じた
ことであり、この回路に何らかの不具合が生じた時にこ
の回路に前記短絡等のΦ大な異常があったか否かを容易
に判別することが必要である。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上記問題点を解決すべく種々検討した結束
、保護素子の表面に熱により変化する物質を設ければ、
電池の熱履歴が判かり、この発明の目的達成に有効であ
ることを見い出し、この発明を完成するに至った。

すなわち、この発明により熱履歴を判定できる電池は、
ＰＴＣ特性を右する＊＊とこの物質を挟持する金属電極
極からなるＰＴＣ素子を回路保護素子として備える電池
であって、該電池外部から目視可能な該保護素子表面に
、加熱によって不可逆的に変化する検知子が設けられて
いることを特徴とするものである。

この発明の好ましい態様において、この電池を、高山カ
ー法電池、例えば、リチウム電池とすることができる。

さらにこの発明の好ましい（Ｓ様として、この電池が上
記の保、５素子を内蔵し、この電池ジャケットに検知子
用の読取窓を設けることができる。

この発明におけるＴＸ池は、化学的エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する直流電圧源であり、−次電池もしく
は二次電池である。そのようなものリチウム電池、鉛蓄
電池、アルカリ蓄電池などがある。この発明において好
ましい態様におＧプる電池は、その電池に回路を保護す
る水子を備えることから、高出力のものである。１伺え
ば、自動カメラに内蔵するリチウム電池などの高出力電
池などがある。

この発明における電池は、ＰＴＣ索子を保護素子として
備える。従って、この保護素子は電池端子の一方、また
は両方に直列に設けられる。

この好ましい態様の電池は、この電池のジャケット（外
被）の内側に保護素子を内蔵し、この素子表面の検知子
を外部から目視できるように、このジャケットに読取窓
を設けることができる。この態様を第１図によって具体
的に説明する。この図に示すリチウム電池１１では、電
池本体およびＰＴＩ子をジャケット１２が覆い、そのジ
ャケット１２には、検知子１３の読取窓１４が設けられ
ている。

この発明において用いることのでさるＰ　Ｔ　Ｃ＋５性
を有する物質としては、例えば、重合体と導電性粒子と
の混合物がある。この重合体として、ポリエチレン、ポ
リエチレンオキシド、ｔ−４−ポリブタジェン、ポリエ
チレンアクリレ−１−、エチレン−エチルアクリレート
共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプロラクタム、
フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化ポリニ
レチン、クロロスルホン化エチレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレ
ンーアクルＯニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、
ポリアセタール、ポリアルキレンオキシド、ポリフェニ
レンオキシド、ポリスルホン、フッ素樹脂、およびこれ
らのブレンドポリマーなどが、ＰＴＣ特性を有する物質
の調製に用いることができる。重合体の種類、組成比な
どには、所望の性能、用途等に応じて適宜変更すること
ができる。

また、重合体に分散される導電性粒子としては、カーボ
ンブラックの他、黒鉛、スズ、銀、金、銅、などの導電
性物質の粒子を用いることができる。

ＰＴＣ特性を有する物質の調製に際して、上記の重合体
、導電性粒子以外に、必要に応じて種々の添加剤を混合
することができる。添加できる物質として、例えばアン
チモン化合物、リン化合物、塩素化合物および臭素化合
物などの難燃剤もしくは耐燃剤、酸化防止剤、安定剤、
粘着付与剤などがある。

この発明においてＰＴＣ特性を有する物質は、その原材
料、例えば重合体、導電性粒子、その他添加剤を所定の
割合で混合して調整される。

この発明におけるＰＴＣ素子は、上述のＰＴＣ特性を有
する物質と、この物質を挟持する電極板とからなってい
る。ここで用いることのできる電極板としては、通常の
電極として用いることしできる金属であり、例えば、ニ
ッケル、銅、銀、鉄（ステンレン銅を含む）、コバルト
、亜鉛、アルミニウム、金、クロム、スズ、鉛、白金な
どがある。ここで挟持する方法としては、導電性接着剤
を用いて電極板とＰＴＣ特性を有する物質とを接合する
方法、ＰＴＣ特性を有する物質を融点近くまで加熱しこ
れに電極板を熱圧着する方法などがある。

さらに、電極とリード板（端子）との接続は、半田付け
、Ｏつ付け、スポット溶接などの通常の方法で行なうこ
とができる。

この発明において用いられる検知子は、電池外部から目
視可能な保護素子表面に設けられ、加熱によって不可逆
に変色する。この検知子が変色する温度は、そのＰＴＣ
素子の特性、種類、用途などに応じて適宜変更すること
ができる。この検知子の例として、プラスチックフィル
ム、紙、布、などの基材上に変色物質を塗布したもの、
直接にＰＴＣ素子表面に塗布されるべき変色物質、など
がある。変化する色彩は、任意であるが、外部から明瞭
に識別できる変化が好ましい。この発明においてこの検
知子はその変色が外部から容易に目視できるようにＰＴ
Ｃ素子の表面に設けられる。

従って、ＰＴＣ素子の電極板面、ＰＴＣ物賀の成形体の
表面、ＰＴＣ素子を被覆する絶縁膜の表面などの一部ま
たは全面に設けられ、また、その検知子上に更に透明の
樹脂膜を形成してもよい。この発明の態様を添付図面を
用いて説明する。第２図は、電極板３に直接に検知子５
が設けられた例を示す斜視図であり、第３図は、絶縁物
質６で被覆された、いわゆるモールドタイプのＰＴＣ素
子の表面に検知子５が設けられた例を示す斜視図である
。これらの図に示したようにＰＴＣ素子の表面に直接も
しくは間接的に検知子５を設けることができる。

この発明におけるＰＴＣ素子の表面に必要に応じて樹脂
膜を形成させることができる。この発明において用いる
ことのできる樹脂の種類は、この発明の目的に反しない
限り制限されない。その樹脂の例として、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポ
リ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、
フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリアセタール樹脂、ポリアルキレンオキシド、飽和ポ
リエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホ
ン、ポリｐ−キシリレン、ポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエステルイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポ
リフェニレンスルフィド、ケイ素樹脂、フェノール樹脂
、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、アルキド樹脂
、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、
エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、これらのブレンドポ
リマー、化学試薬との反応、放射線種かけ、共重合体な
どの改質された上記樹脂などがある。これらのうち特に
好ましいものはエポキシ樹脂およびフェノール樹脂であ
る。

これらの樹脂には、種々の添加剤、例えば可塑剤、滑剤
、橋かけ剤、加硫剤、硬化剤、酸化防止剤、紫外線吸収
剤、充てん剤、強化剤、補強剤、改質剤、帯電防止剤、
難燃剤、着色剤、熱安定剤、軟化剤、粘着性付与剤、結
合剤、粘着防止剤、表面処理剤、付香剤、防カビ剤、白
アリ防除剤、ネズミ忌避剤などを添加してもよい。

この発明において用いることのできる樹脂１よ、少なく
とも絶縁性を有しており、好ましくは電極表面、および
ＰＴＣ物質表面に対して方ｎ性を有している。

樹脂膜の被覆法は、この発明において特に限定されず、
例えば噴霧、塗り付け、ａ４脂液への浸漬などである。

樹脂膜の被覆は、少なくとす、電極で覆われていないＰ
ＴＣ物１１表面に行なわれると共に、電極間にわたって
行なわれることが好ましい。しかし、それ以外の素子表
面を被覆してもよい。

樹脂の塗布後の硬化は、化学処理、加熱、ｔＩ！Ｉ射線
照射等の樹脂に応じた通常の方法によって実施すること
ができる。樹脂膜の厚さは、樹脂の種類、素子の用途お
よび寸法等に応じて適宜変更することができる。

（作　用） ＰＴＣ素子と回路保護素子として備えた電池を、回路に
組み込んだ場合について説明する。

回路か正常に作動して通常の電流が流れているときｔま
、Ｐ丁Ｃ木子の抵抗値は低い室温抵抗を示し、ＰＴＣ素
子の発熱は殆んどない。他方、回路に異常が生じて短絡
したとき回路に過大の゛電流が流れ、ＰＴＣ素子はジュ
ール熱により発熱してＰＴＣ素子が１３温になる。この
熱によって、ＰＴＣ素子自体はそのＰＴＣ特性により急
激にその抵抗値を増大させ、ＰＴＣ素子表面に設けられ
た検知子を変色させる。ＰＴＣ素子の抵抗値の増大は、
回路の過大の電流を止めて回路を保護する。電池エネル
ギーの消費、短絡の除去などにより電流が止まるとＰＴ
Ｃ素子は元の状態に復帰し、ＰＴＣ素子の温度も室温に
ｂとる。この発明において検知子は不可逆的に変色する
ので、ＰＴＣ素子自体が元にもどってちｐ　−ｒ　ｃ素
子の発熱による変色状１洩は元にもどることがない。

このような検知子の変化が、電池外部から目視される。

（実施例） この発明を、例示によって具体的に説明する。

下記組成のＰＴＣ特性を有する物質を調製した。

重量％ 重合体　　：？３密度ポリエチレン　　　　６０（東洋
曹達製、ニボロンハード５１００）導電性粒子：カーボ
ンブラック　　　　　３８（キャボット社製、スターレ
ンゲ■） 酸化防止剤：フェノール系　　　　　　　　　２（チバ
ガイギー社製、ノルガノックス１０１０）電極金属板と
して６０μ厚のニッケル箔で前記のＰＴＣ物質を挟み、
プレスで圧着した。１９られた積層体の電極表面にリー
ド端子を溶接した。さらにこの′電極表面に３　ｍ　Ｘ
　５　ｒｍのサーモラベル（１油技研工業（株）製、サ
ーモラベルＬｌ−１００）を第２図に示すように貼付し
た。

このＰＴＣ素子を、電池ジャケットに検知子読取窓を有
するリチウム電池に第１図に示すように実装し、故意に
この電池をショートさせてＰＴＣ素子の回路保護等を評
価した。

この結果、このＰＴＣ素子はリチウム電池の保！１１能
を示すとともに、検知子のサーモラベルは白色から赤色
に変化し、室温にもどっても変色を維持していた。

机λ 例１と同様にＰＴＣ素子を調製し、さらにこの素子をモ
ールド樹脂（フェノール変性エポキシ樹脂、セラコート
８００Ｐ、北陸塗料￥！Ｊ）で被覆した。

得たＰＴＣ素子を例１と同様に試験した。その結果、こ
のＰＴＣ素子はリチウム電池の保護機能を示すとともに
、検知子のサーモラベルは白色から赤色に変化し、この
ＰＴＣ素子が既に発熱したことを判別できた。

（発明の効果） この発明の電池によって次の効果を得ることができる。

この発明によれば、ＰＴＣ素子を電池の保護素子として
用い、しかも熱により不可逆的に変色する検知子に保護
素子の表面に備えられているので、回路に短絡が生じて
ＰＴＣ素子がトリップしたか否か、また、他の原因で異
常があるか否かを判定することができる。

さらに、ＰＴＣ素子の熱および電流による劣化を未然に
防ぐことも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による電池例を示す斜視図、　第２
図および第３図はこの発明に用いるＰＴＣ素子の例を示
す外観図、第４図は従来のＰＴＣ素子の例を示す斜視図
である。 １・・・ＰＴＣ素子、２・・・ＰＴＣ物質、３・・・電
極板、４・・・リード板、５・・・検知子、６・・・絶
縁１！！！膜、１１・・・電池、１２・・・ジャケット
、１３・・・検知子、１４・・・読取窓。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 躬　１　図 第３　図 第２図 妬４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＰＴＣ特性を有する物質とこの物質を挟持する金属
   電極板とからなるＰＴＣ素子を保護素子として備える電
   池であって、該電池外部から見視可能な該保護素子表面
   に、加熱によって不可逆的に変色する検知子が設けれら
   れていることを特徴とする熱履歴判別可能な電池。 ２、該電池が高出力一次電池である、特許請求の範囲第
   １項記載の電池。 ３、該電池がリチウム電池である、特許請求の範囲第１
   項記載の電池。 ４、該電池が該保護素子を内蔵し、電池ジャケットに該
   検知子の読取窓が設けられている、特許請求の範囲第１
   項、第２項または第３項記載の電池。