KR20110004480A - 휴대 전자기기 - Google Patents

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KR20110004480A
KR20110004480A KR1020107027534A KR20107027534A KR20110004480A KR 20110004480 A KR20110004480 A KR 20110004480A KR 1020107027534 A KR1020107027534 A KR 1020107027534A KR 20107027534 A KR20107027534 A KR 20107027534A KR 20110004480 A KR20110004480 A KR 20110004480A
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electronic device
portable electronic
battery
secondary battery
suppression layer
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KR1020107027534A
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히데하루 다케자와
도모히코 요코야마
가즈야 이와모토
다이스케 야마모토
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파나소닉 주식회사
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Abstract

이차전지를 전원으로 하고, 상자체와, 상기 상자체내에 수납된 전자기기 본체와, 상기 상자체내에 수납된 전지수납부를 구비하여, 극히 높은 충격이 부여되어, 그 내용물이 용융한 경우에도 용융액의 유출이 억제되어, 안전성이 높은 휴대 전자기기를 제공한다. 이 휴대용 전자기기에서는, 상기 전지수납부가, 상기 이차전지를 끼워맞춤하기 위한 전지 끼워맞춤부를 가지는 성형체이며, 상기 전지 끼워맞춤부의 표면에, 온도 억제층과 블록층을 구비한 피복층이 형성되어 있다.

Description

휴대 전자기기{PORTABLE ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은, 휴대전자기기에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은, 전원인 이차전지를 수납하는 상자체 구조의 개량에 관한 것이다.
휴대 전화, 휴대 정보 단말, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 비디오 카메라, 휴대 게임기 등의 휴대 전자기기는, 고기능화되면 될수록, 기판상에 실장되는 발열 부품의 수가 증가한다. 휴대 전자기기의 사용시에, 발열 부품의 방열에 의해 상자체 표면이 국소적으로 고온이 되는 경우가 있다.
특허문헌 1은, 휴대 전자기기의 상자체 내부에 수납되는 발열 부품의 주위에 방열성이 뛰어난 열전도 부재를 배치하는 것에 의해, 발열 부품으로부터의 열을 유리하게 방산하는 구조를 개시하고 있다. 열전도 부재로서는, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 스테인리스강, 보통강 등의 금속재료를 들 수 있다.
특허문헌 2는, 방향족 폴리카보네이트에 인계 난연제를 첨가한 난연성 수지 조성물을, 전자기기의 상자체나 부품의 재료에 이용하는 것을 개시하고 있다.
특허문헌 3은, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 흡열재를 함유한 수지 조성물을 개시하고 있다. 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘은, 흡열 반응을 일으켜 연소열을 저감시킨다. 이 흡열 반응은 물을 방출하는 반응이다. 이러한 흡열 반응은, 난연 효과를 발휘한다.
특허문헌 4는, 외장 케이스와, 외장 케이스의 내부에 수납되는 전지와, 외장 케이스 내면과 전지 사이에 형성되는 단열층을 포함한 전지 팩을 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 4는, 이러한 단열층이, 환경 온도의 저하에 의한 전지 성능의 저하를 방지한다고 개시하고 있다.
특허문헌 1:국제 공개 제2008/062879호 팜플렛
특허문헌 2:일본 특허 제3682148호 명세서
특허문헌 3:일본 특허 제3408676호 명세서
특허문헌 4:일본 특개평5-234573호 공보
현재로서는, 휴대 전자기기의 전원으로서 범용되고 있는 이차전지 중에서도, 코발트산리튬을 함유한 양극과, 흑연을 함유한 음극을 구비한 리튬이온 이차전지가 주류를 이루고 있다. 이러한 리튬이온 이차전지에, 극히 높은 충격이 부여되었을 경우에, 전지로부터 가스나 화염이 분출하는 것이 상정된다.
한편, 리튬이온 이차전지의 더큰 고용량화 및 고에너지 밀도화를 도모하기 위해서, 음극 활물질로서, 규소계 활물질 또는 주석계 활물질을 이용하는 것이 시도되고 있다. 특히, 규소계 활물질은, 흑연에 비해 매우 큰 용량을 가지고 있다. 규소계 활물질을 이용한 리튬이온 이차전지에 극히 높은 충격이 부여되었을 경우에, 오르토규산리튬과 같은 알칼리염이 용융되는 것에 의해 생성되는 고온의 용융액이, 전지의 외부에 유출되는 것도 상정된다.
본 발명의 목적은, 용량 및 에너지 밀도가 높은 이차전지를 전원으로 하는 휴대 전자기기로서, 안전성 및 신뢰성이 높은 휴대 전자기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 휴대 전자기기는, 이차전지를 전원으로 하는 휴대 전자기기로서, 상자체와, 전자기기 본체와, 전지수납부와, 피복층을 구비한다.
전자기기 본체는, 상자체 내에 수납된다. 전지수납부는, 상자체내에 수납되어, 소정의 외형을 가지는 이차전지를 끼워맞춤하기 위한 전지 끼워맞춤부를 가지는 성형체이다.
피복층은, 전지수납부의 이차전지를 끼워맞춤하는 쪽의 표면에 형성되어, 휴대 전자기기의 표면 온도가 상승하는 것을 억제하는 온도 억제층과 과열 상태의 이차전지로부터 내용물이 유출하는 것을 억제하는 블록층을 구비한다.
본 발명의 휴대 전자기기에 의하면, 이차전지에 극히 높은 충격이 부여되어, 그 내용물이 용융한 경우에도, 고온의 용융액이 휴대 전자기기의 외부로 유출하는 것을 방지하면서, 휴대 전자기기의 표면 온도의 상승을 억제할 수 있다.
본 발명의 신규 특징을 첨부한 청구의 범위에 기술하지만, 본 발명은, 구성 및 내용의 양방에 관하여, 본원의 다른 목적 및 특징과 아울러, 도면에 비추어 본 이하의 상세한 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다.
[도 1] 제1 실시형태의 휴대 전자기기인, 휴대 전화기의 외관을 모식적으로 도시한 상면도이다.
[도 2] 도 1에 도시한 휴대 전화기의 Ⅱ-Ⅱ선의 단면도이다.
[도 3] 이차전지를 수납한 전지수납부의 단면 형상을 모식적으로 도시한 종단면도이다.
[도 4] 전자기기 본체를 모식적으로 도시한 사시도이다.
[도 5] 전지수납부를 모식적으로 도시한 사시도이다.
[도 6] 제2 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부의 주요부의 구성을 모식적으로 도시한 종단면도이다.
[도 7] 제2 실시형태의 휴대 전화기의 다른 전지수납부의 주요부의 구성을 모식적으로 도시한 종단면도이다.
[도 8] 제3 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부의 주요부의 구성을 모식적으로 도시한 종단면도이다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태의 휴대 전자기기인, 휴대 전화기(1)의 외관을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도 2는, 도 1에 도시한 휴대 전화기(1)의 Ⅱ-Ⅱ선의 단면도이다. 도 3은, 이차전지(13)를 수납한 전지수납부(12)의 단면 형상을 모식적으로 도시한 종단면도이다. 도 4는, 전자기기 본체(11) 및 전지수납부(12)의 사시도이다. 도 5는, 이차전지(13)를 수납하는 모습을 도시한 전지수납부(12)의 사시도이다.
제일 먼저, 휴대 전화기(1)의 구성에 대하여 설명한다.
휴대 전화기(1)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상자체(10)와, 상자체 (10)내에 수납된 전자기기 본체(11)와, 전지수납부(12)와, 전지수납부(12)에 수납된 이차전지(13)를 구비한다. 전자기기 본체(11)는, 스피커(18)와, 마이크로폰(19)과, 화상표시부(20)와, 입력조작부(21)와, 회로부(22)와, 회로기판(23)을 구비한다.
스피커(18), 마이크로폰(19), 화상표시부(20), 입력조작부(21), 및 회로부 (22)는 소정의 회로가 형성된 회로기판(23)상에 실장되어 있다. 전지수납부(12)는, 양극 단자 및 음극 단자를 구비하고, 회로기판상의 회로의 소정 위치에 각각 실장되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 스피커(18)는, 상자체(10)의 소정 위치에 형성된 수화구멍(118)에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 마이크로폰(19)은, 상자체(10)의 소정 위치에 형성된 송화구멍(119)에 대향하도록 배치되어 있다. 화상표시부 (20)는, 외부로부터 표시를 인식할 수 있도록, 상자체(10)에 형성된 표시구멍(120)에 끼워맞춤되어 배치되어 있다.
입력조작부(21)는, 조작자가 정보를 입력할 수 있도록, 상자체(10)에 마련된 복수의 입력 버튼을 조합한 문자판으로 이루어진 입력부(121)에 끼워맞춤되어 배치되어 있다. 한편, 회로기판(23)의 표면에는, 필요에 따라서 더, 카드 커넥터나, 소형 카메라 장치가 실장되어 있어도 좋다.
스피커(18)는, 착신 통지음을 알리고, 또한 수화 음성을 출력한다. 마이크로폰(19)으로부터 통화 음성이 입력된다. 화상표시부(20)는, 화상, 문자, 도형 또는 동영상을 표시한다. 화상표시부(20)에는, 액정 모니터 등을 사용할 수 있다. 입력조작부(21)는, 입력부(121)를 이용하여 입력되는 조작을 받아들인다. 화상표시부 (20)가 터치 패널인 경우에는, 화상표시부(20)가 입력조작부(21)를 겸한다.
회로부(22)는, 회로제어부(22a) 및 기억부(22b)를 구비하고 있다. 회로제어부(22a)는 조작자가 입력조작부(21)로부터 입력한, 입력 정보에 따라서 각종의 동작 제어를 실행한다. 기억부(22b)는 조작자가 입력한 입력 정보 등을 기억한다. 회로제어부(22a)로서는, 복수의 IC칩이나 중앙집적장치(CPU)가 이용된다. 기억부 (22b)로서는, RAM이나 ROM 등의 메모리가 이용된다.
전자기기 본체(11)는, 이차전지(13)로부터 공급되는 전력에 의해 구동된다.
조작자는, 입력조작부(21)로부터의 입력 조작에 의해, 회로제어부(22a)에 대하여 명령 신호를 보낸다. 그리고, 보내진 명령 신호에 의해, 소정의 동작을 일으킨다. 또한, 필요에 따라서, 입력 정보를 기억부(22b)에 기억시킨다.
또한, 조작자는, 마이크로폰(19)을 향해서 발화한다. 발화된 음성은 회로부 (22)내의 회로에 의해 무선 신호로 변환되고, 무선 신호로서 다른 수신기를 향해서 송신된다. 또한, 다른 수신기로부터 발해진 무선 신호는, 안테나 회로에 의해 수신된다. 수신된 무선 신호는 회로부(22)내의 회로에 의해 음성 신호로 변환되고, 음성 신호로서 스피커(18)로부터 출력된다.
다음에, 휴대 전화기(1)를 구성하는 상자체(10)에 대하여 설명한다. 상자체 (10)는, 그 내부에 전자기기 본체(11) 및 전지수납부(12)를 수납한다. 상자체(10)는, 예를 들면, 금속재료 또는 수지재료로 제작된다.
다음에, 휴대 전화기(1)를 구성하는 전지수납부(12)에 대하여 상세하게 설명한다. 전지수납부(12)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 이차전지(13)를 끼워맞춤하기 위한 전지 끼워맞춤부(14)와, 전지 끼워맞춤부(14)에 끼워맞춤된 이차전지(13)를 덮는 덮개부(15)를 구비한다.
전지 끼워맞춤부(14)는, 이차전지(13)의 형상에 대응하는 내부 공간을 가진 오목부 형상의 부재이다. 오목부의 개구는, 전지 교환을 가능하게 하기 위해서, 상자체(10)의 바깥쪽에 접하도록 배치되어 있다. 전지 끼워맞춤부(14)에는, 끼워맞춤되는 이차전지(13)의 양극 단자(도시하지 않음)에 접촉하는 양극 단자부(도시하지 않음) 및, 이차전지(13)의 음극 단자(도시하지 않음)에 접촉하는 음극 단자부(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
덮개부(15)는, 상자체(10)의 전지 끼워맞춤부(14)에 대하여 탈착이 가능하도록 형성되는 부재이다. 덮개부(15)는, 오목부에 끼워맞춤된 이차전지(13)를 덮어, 오목부의 개구를 막도록 장착된다. 오목부에 이차전지(13)를 끼워맞춤함으로써, 이차전지(13)가 지지된다.
전지수납부(12)에 수납되는 이차전지(13)로서는, 종래로부터 휴대 전자기기에 이용되고 있는, 고용량 및 고에너지 밀도를 가지며, 소형화가 가능한 리튬이온 이차전지를 바람직하게 사용할 수 있다.
리튬이온 이차전지 중에서도, 음극 활물질로서 규소계 활물질 또는 주석계 활물질을 포함한 리튬이온 이차전지가 바람직하고, 양극 활물질로서 리튬 함유 복합 금속 산화물을 포함하고, 음극 활물질로서 규소계 활물질 또는 주석계 활물질을 포함한 리튬이온 이차전지가 특히 바람직하다. 규소계 활물질 및 주석계 활물질은, 리튬이온 이차전지의 더큰 고용량화 및 고에너지 밀도화를 달성할 수 있다.
규소계 활물질로서는, 규소를 함유하는 활물질이면 특별히 한정되지 않지만, 규소, 규소 산화물, 규소 합금 등이 바람직하다. 주석계 활물질로서는, 주석을 함유하는 활물질이면 특별히 한정되지 않지만, 주석, 주석 산화물, 주석 합금 등이 바람직하다. 이들 중에서도, 규소계 활물질이 바람직하다.
한편, 이차전지(13)는, 단전지라도 좋고, 복수의 단전지를 직렬 또는 병렬로 조합하여 이루어지는 전지 팩의 형태이더라도 좋다.
전지 끼워맞춤부(14) 및 덮개부(15)는, 바람직하게는, 수지 재료 또는 금속재료에 의해 제작된다. 수지 재료에는, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 매트릭스 수지에 난연제를 첨가한 난연성 수지 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 난연성 수지 조성물은, UL-94 규격의 연소 시험으로 V-O 이상의 난연성을 가지는 것이 바람직하다. 금속재료는 특별히 제한되지 않지만, 스테인리스강, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금 등이 바람직하게 이용된다.
그리고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 전지 끼워맞춤부(14)의 이차전지 (13)와 대향하는 쪽의 표면(이하, '전지 끼워맞춤쪽 표면'으로도 부른다) 및, 덮개부(15)의 이차전지(13)와 대향하는 쪽의 표면(이하 '대향쪽 표면'으로도 부른다)에는, 휴대 전자기기(1)의 표면 온도가 상승하는 것을 억제하는 온도 억제층(16)이 형성되고, 온도 억제층(16)의 표면에는, 과열 상태의 이차전지(13)로부터 내용물이 유출하는 것을 억제하는 블록층(17)이 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 전지수납부 (12)의 이차전지(13)가 수납되는 쪽의 표면에 온도 억제층(16) 및 블록층(17)이 차례로 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 전지수납부(12)에 수납된 이차전지(13)는, 그 주위가 블록층(17)에 의해 덮이고, 블록층(17)은, 그 주위가 온도 억제층(16)에 의해 덮인다. 이와 같이, 온도 억제층(16)의 안쪽에 블록층(17)을 형성함으로써, 온도 억제층(16)이, 큰 충격 등을 받아 과열 상태가 된 이차전지(13)로부터 유출하는 알칼리염의 고온의 용융액과 직접 접촉하는 경우가 없다. 이 때문에, 알칼리염의 용융액과의 접촉에 의한 온도 억제층(16)의 기능 상실을 억제할 수 있다.
그 결과, 이차전지(13)로부터 누출하는 알칼리염의 용융액이, 휴대 전화기(1)의 외부로 유출하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 이차전지(13)로부터 발생한 열이 상자체(10)의 표면에 국소적으로 전달되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 상자체(10)의 표면이 국소적으로 고온이 되는 것이 억제된다. 그리고, 열에 의해 생기는 상자체(10)의 손상이 억제된다.
따라서, 온도 억제층(16)의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 온도 억제층(16)의 안쪽에 블록층(17)을 형성하는 것이 바람직하다.
온도 억제층(16)의 두께는, 바람직하게는 500∼3000㎛이고, 보다 바람직하게는 800∼1500㎛이다. 온도 억제층(16)의 두께가 너무 얇은 경우에는, 온도 억제층 (16)의 단열성이 불충분해진다. 그에 따라, 휴대 전화기(1)의 표면이 국소적으로 고온이 되거나, 전지 끼워맞춤부(14)나 덮개부(15)가 변형하거나 할 우려가 있다. 또한, 온도 억제층(16)의 두께가 너무 두꺼운 경우에는, 전지수납부(12)의 두께가 너무 두꺼워져서, 휴대 전화기(1)의 소형화를 위한 설계의 자유도가 저하한다.
온도 억제층(16)의 열전도율은, 바람직하게는 0.2W/m·K이하이고, 보다 바람직하게는 0.05W/m·K이하이다. 온도 억제층(16)의 열전도율이 너무 큰 경우에는, 온도 억제층(16)의 단열성이 불충분하게 되어, 이차전지(13)가 발열했을 경우에 상자체(10)의 표면이 국소적으로 고온이 될 우려가 있다. 그에 따라, 전지 끼워맞춤부(14)나 덮개부(15)가 변형할 우려가 있다.
이러한 온도 억제층(16)은, 이하와 같이 하여 형성된다.
온도 억제층(16)은, 예를 들면, 온도 억제층(16)을 형성하고자 하는 표면에, 단열성을 가진 무기 화합물 입자와, 결착제를 함유하는 온도 억제층 형성용 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 것에 의해 얻을 수 있다.
단열성을 가진 무기 화합물 입자로서는, 흡열 반응을 일으키는 무기 화합물 입자(이하 '흡열성 무기 화합물 입자'로 한다)를 들 수 있다. 흡열성 무기 화합물 입자로서는, 80℃ 이상의 온도에 흡열 피크를 가진 무기 화합물 입자가 바람직하다. 이러한 흡열성 무기 화합물 입자를 함유하는 단열층에 의하면, 이차전지가 발열했을 경우에, 흡열성 무기 화합물 입자가 흡열 반응에 의해 열을 흡수한다. 그 결과, 이차전지가 발열했을 경우에, 상자체(10)의 표면이 국소적으로 고온이 되는 것을 억제할 수 있다.
흡열성 무기 화합물 입자로서는, 80℃ 이상의 온도에 흡열량이 큰 피크, 바람직하게는 80℃ 이상의 온도에 흡열 피크를 가진 무기 수화물, 금속 수산화물 및 탄산염 등을 들 수 있다. 구체적인 예로서는, 예를 들면, 황산칼슘2수화물(CaS04·2H20), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘 (Mg(OH)2), 탄산칼슘(CaCo3) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용하여도 좋다. 이들 중에서는, 황산칼슘2수화물(CaS04·2H20)이 흡열성에 특히 뛰어난 점에서 바람직하다.
황산칼슘2분의1수화물(CaS04·0.5H20, 소석고)은, 물과 혼련되는 것에 의해 결착성을 나타내고, 도포하여 건조함으로써 황산칼슘2수화물이 되어 경화한다. 황산칼슘2분의1수화물은, 흡열성 무기 화합물 입자로서도, 후술하는 결착제로서도 이용할 수 있는 점에서 특히 바람직하다.
상기 흡열성 무기 화합물 입자의 흡열 반응을 일으키는 온도는, 황산칼슘2수화물이 80∼150℃, 탄산수소나트륨이 100∼230℃, 수산화알루미늄이 230∼350℃, 수산화마그네슘이 350∼450℃, 탄산칼슘이 690∼850℃이다. 따라서, 이들을 적절히 조합함에 따라, 흡열 반응을 연속적으로 지속시킬 수도 있다.
흡열성 무기 화합물 입자의 입자지름은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 500∼3000㎛이다. 흡열성 무기 화합물 입자의 입자지름이 상기 범위내이면, 온도 억제층(16)에 있어서, 결착제에 의한 흡열성 무기 화합물 입자의 결착성이 향상한다. 그 결과, 온도 억제층(16)의 국소적인 박리탈락, 온도 억제층(16)에서의 균열의 발생 등이 억제되어, 온도 억제층(16)의 효과가 장기간에 걸쳐 발휘된다.
결착제는, 흡열성 무기 화합물 입자를 충분히 결착할 수 있는 수지 재료나 무기 화합물이면, 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 그 구체적인 예로서는, 예를 들면, 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 테트라플루오르에틸렌 (PTFE) 등을 들 수 있다. 또한, 무기 화합물로서는, 물과의 혼합물을 경화시키는 것에 의해 황산칼슘2수화물이 되는, 황산칼슘2분의1수화물이 결착제의 작용과 흡열성 무기 화합물 입자의 작용을 겸비하는 점에서 특히 바람직하다.
흡열성 무기 화합물 입자와 결착제를 병용한 경우에는, 흡열성 무기 화합물 입자가 흡열하는 것에 의해, 결착제의 용융을 억제할 수 있다. 이 때문에, 이차전지(13)가 극히 높은 충격의 부여 등에 의해 발열해도, 이차전지(13)가 휴대 전화기 (1)의 외부에 노출하는 것을 방지할 수 있다.
이에 대해, 흡열성 무기 화합물 입자를 포함하지 않는 경우는, 결착제의 용융 잠열 등을 이용하여 흡열을 행하게 되지만, 이것으로는, 결착제의 용융을 억제할 수 없다. 그 결과, 결착제가 용융하여 유동성이 발현하는 동시에, 결착제의 체적 수축이 일어나, 발열한 이차전지(13)가 휴대 전화기(1)의 외부에 노출한다.
흡열성 무기 화합물 입자의 함유 비율로서는, 온도 억제층(16)중에서, 30∼95질량%, 더욱이는 50∼90질량%인 것이 바람직하다. 흡열성 무기 화합물 입자의 함유 비율이 너무 낮은 경우에는 온도 억제층(16)의 단열성이 불충분해지는 경향이 있고, 너무 높은 경우에는, 온도 억제층(16)이 박리탈락하기 쉬워지거나 강도가 저하하거나 하는 경향이 있다.
또한, 결착제의 함유 비율은, 온도 억제층(16)중에서, 5∼70질량%, 더욱이는 5∼50질량%인 것이 더 바람직하다.
온도 억제층 형성용 조성물은, 단열성을 가진 무기 화합물 입자 및 결착제를, 유기용매 또는 물에 용해 또는 분산시키는 것에 의해 조제할 수 있다. 그리고, 온도 억제층(16)은, 이와 같이 조제된 온도 억제층 형성용 조성물을 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면, 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면에 도포하여 도막을 형성함으로써 얻을 수 있다.
온도 억제층 형성용 조성물의 도포에는, 침지 도포법, 롤러 도포법, 스프레이 도포법, 닥터블레이드 도포법 등의, 종래로부터 공지되어 있는 도포 방법을 특별히 한정 없이 이용할 수 있다. 그리고, 도포한 후, 건조에 의해 용매를 제거하는 등에 의해 온도 억제층(16)이 되는 도막이 형성된다.
블록층(17)은, 알칼리염의 용융액에 대해서 내성을 가진 금속재료로 이루어진다. 이 금속재료는, 알칼리염의 용융액 중에서도 오르토규산리튬의 액체의 온도 1450℃의 용융액에 대해서 내성을 가진 것이 바람직하다. 여기서의 내성이란, 금속재료로 이루어진 두께 50㎛의 금속박이, 오르토규산리튬의 액체의 온도 1450℃의 용융액과의 접촉에 의해 용융하지 않는 것이다. 보다 바람직하게는, 여기서의 내성이란, 금속재료로 이루어진 두께 50㎛의 금속박이, 오르토규산리튬의 액체의 온도 1450℃의 용융액과의 접촉에 의해 용융하지 않고, 구멍이 뚫리지 않는 것이다.
이러한 금속재료의 구체적인 예로서는, 철, 바나듐, 니오브, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 질화티탄 및 스테인리스강으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속 또는 금속 질화물이다.
블록층(17)을 구성하는 금속재료는, 이하의 시험 방법으로 선정하였다.
오르토규산리튬(Li4Si04, CERAC사 제품) 5g를 백금 도가니에 넣고, 대기 분위기중에서, 전기로로 1450℃에서 가열하여, 오르토규산리튬을 용융하였다. 얻어진 용융액에, 하기 표 1에 나타내는 재료의 태블릿을 투입하여 1분간 가열하였다. 그 후, 용융액과 태블릿의 혼합물을 스테인리스강제 배트상에 흘려 보내고, 냉각하여, 고체화시켰다. 얻어진 고형물을 신중하게 나누면서, 태블릿을 꺼내어, 태블릿의 직경, 두께 및 중량을 측정하여, 용융의 정도를 조사하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
TiO2의 태블릿은, 고형물중에는 눈에 띄지 않아, 완전하게 용융된 것으로 생각된다. TiC의 태블릿은, 1450℃로 설정된 전기로에 투입하는 동시에 파쇄되어, 그 형상을 유지할 수 없었다. SiO2의 태블릿은, 직경, 두께 및 중량이 명백하게 감소하여, 오르토규산리튬과 반응한 것을 알 수 있었다.
TiO2, TiC 및 SiO2 이외의 재료로 이루어진 태블릿은, 직경 및 두께가 시험 전보다도 커지고 있다. 이 변화는, 태블릿내의 공기의 팽창에 의한 것이라고 생각된다. 아울러, 시험 후에 중량이 현저하게 감소하고 있는 것이 없기 때문에, Fe, Ti, Zr, V, Nb, Mo, ZrO2, MgO, Ta, W 및 TiN를, 알칼리염의 용융액에 대한 내성이 높은 것으로서 일차 선정하였다.
일차 선정된 재료중에서, 금속박으로 가공하는 것이 가능한 Fe, Ti, Zr, V, Nb, Mo, Ta, W 및 TiN의 금속박(두께 50㎛)을 이용하여, 다음의 시험을 실시하였다. 또한, 스테인리스강의 금속박(두께 50㎛)에 대해서도, 동일한 시험을 실시하였다.
금속박을 용접하고, 한 변이 20mm의 입방체 형상의 용기(이하 '컵'으로 한다)를 제작하였다. 백금 도가니에 오르토규산리튬을 7g 넣고, 대기 분위기중에서, 전기로로 1450℃로 가열하여, 오르토규산리튬을 용융하였다. 얻어진 용융액을 대기 분위기중에서 컵에 투입하였다. 냉각후, 컵의 외관을 관찰하여, 구멍의 발생의 유무 및 용융물의 유출 개소가 없는지를 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
Ti로 이루어진 컵 및 Zr로 이루어진 컵은, 바닥부가 용해되어 큰 구멍이 뚫리고, 그 구멍으로부터 오르토규산리튬의 용융액이 유출하고 있는 것이 관찰되었다. 다른 컵은, 구멍 및 용융물의 유출이 관찰되지 않았다.
이상의 결과로부터, Ti 및 Zr를 제외한, Fe, V, Nb, Mo, Ta, W, TiN 및 스테인리스강이, 알칼리염의 용융액에 대한 내성이 높은 금속재료인 것을 알 수 있다.
블록층(17)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 20㎛ 이상인 것이 바람직하고, 30㎛∼100㎛인 것이 더 바람직하다. 블록층(17)의 두께가 너무 얇으면, 알칼리염의 용융액과의 접촉에 의해, 블록층(17)에 구멍이 뚫릴 우려가 있다. 또한, 블록층(17)의 두께가 너무 두꺼우면, 휴대 전화기(1)의 소형화를 위한 설계의 자유도가 저하할 우려가 있다.
블록층(17)은, 알칼리염의 용융액에 대해서 내성을 가진 금속재료로 이루어지는 성형물을, 온도 억제층(16)의 표면에 부설함으로써 형성할 수 있다. 또한, 단순히 부설할 뿐만 아니라, 상기 성형물을 온도 억제층(16)의 표면에 접착함으로써, 블록층(17)을 형성할 수 있다. 또한, 접착하는 대신에, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면에, 미리, 상기 성형물을 고정하기 위한 걸어맞춤부를 마련하여 두고, 그 걸어맞춤부에 의해, 상기 성형물을 고정해도 좋다. 이러한 걸어맞춤부는, 온도 억제층(16)의 표면으로부터 돌출하도록 마련된다.
상기 성형물로서는, 알칼리염의 용융액에 대해서 내성을 가진 금속재료로 이루어진 박, 판, 알칼리염의 용융액에 대해서 내성을 가진 금속재료에 드로잉가공 또는 용접 가공을 실시한 성형물 등을 들 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면의 양쪽에 온도 억제층(16) 및 블록층(17)을 형성하고 있지만, 어느 한쪽에만 온도 억제층(16) 및 블록층(17)을 형성하여도 좋다.
[제2 실시형태]
다음에, 제2 실시형태의 휴대 전화기에 대하여 설명한다. 제2 실시형태의 휴대 전화기는, 온도 억제층의 구성이 다른 것 이외에는, 제1 실시형태의 휴대 전화기(1)와 동일한 구성이다. 설명의 중복을 피하기 위해서, 온도 억제층의 구성을 상세하게 설명하며, 그 이외의 부분의 설명은 생략한다.
도 6은, 제2 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부의 주요부의 구성을 모식적으로 도시한 종단면도이다. 제2 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부에는, 제1 실시형태의 휴대 전화기(1)의 전지수납부(12)에 형성된 온도 억제층(16) 대신에, 이하에 설명하는 온도 억제층(16a)이 형성되어 있다.
온도 억제층(16a)의 두께는, 온도 억제층(16)과 마찬가지로, 바람직하게는 500∼3000㎛이고, 보다 바람직하게는 800∼1500㎛이다. 온도 억제층(16a)의 열전도율은, 바람직하게는 0.2W/m·K 이하이고, 보다 바람직하게는 O.05W/m·K 이하이다.
온도 억제층(16a)은, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면, 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면에 무기 섬유 시트를 적층함으로써 형성된다.
무기 섬유 시트는, 종래로부터 알려진, 무기 섬유의 직포, 부직포, 초조물 등으로 이루어진 단열성의 섬유 시트가 특별히 한정 없이 이용된다. 이러한 무기 섬유 시트의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 유리 섬유, 암면 등으로 이루어진 무기 섬유 시트를 들 수 있다. 이러한 무기 섬유 시트는, 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용하여도 좋다.
무기 섬유 시트의 열전도율은, O.1W/m·K이하, O.05W/m·K 이하인 것이 더 바람직하다. 무기 섬유 시트의 열전도율이 너무 높은 경우에는, 단열성이 불충분해지는 경향이 있다. 예를 들면, 유리 섬유의 열전도율은, 0.045W/m·K 정도이다.
무기 섬유 시트의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 예를 들면, 500∼3000㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 무기 섬유 시트의 단위면적당의 중량은, 30∼1000mg/cm2인 것이 바람직하다.
온도 억제층(16a)은, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면, 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면에 무기 섬유 시트를 접착함으로써 형성할 수 있다. 또한, 접착하는 대신에, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면에, 미리, 무기 섬유 시트를 고정하기 위한 걸어맞춤부를 마련해 두고, 그 걸어맞춤부에 의해, 무기 섬유 시트를 고정해도 좋다.
다음에, 제2 실시형태의 다른 휴대 전화기에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 휴대 전화기는, 온도 억제층의 구성이 다른 것 이외에는, 제1 실시형태의 휴대 전화기(1)와 동일한 구성이다. 설명의 중복을 피하기 위해서, 온도 억제층의 구성을 상세하게 설명하며, 그 이외의 부분의 설명은 생략한다.
도 7은, 제2 실시형태의 휴대 전화기의 다른 전지수납부의 주요부의 구성을 모식적으로 도시한 종단면도이다. 본 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부(12)에는, 제1 실시형태의 휴대 전화기(1)의 전지수납부(12)에 형성된 온도 억제층(16) 대신에, 이하에 설명하는 온도 억제층(16b)이 형성되어 있다. 온도 억제층(16b)은, 온도 억제층(16) 및 온도 억제층(16a)과 같은, 두께 및 열전도율을 가지고 있는 것이 바람직하다.
온도 억제층(16b)은, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면, 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면에 다공질 수지 시트를 적층함으로써 형성된다.
다공질 수지 시트의 구체적인 예로서는, 종래로부터 알려진, 우레탄폼, 스티렌폼 등의 발포 시트; 진공 단열재; 팽창 단열재; 등을 들 수 있다.
진공 단열재란, 다공질 구조의 심재를 라미네이트 필름으로 피복한 후, 내부를 감압으로 하여 밀봉한 단열재이다. 심재에는, 우레탄폼, 유리 섬유, 실리카 분말 등을 사용할 수 있다.
팽창 단열재란, 고온에 노출되면, 순간적으로 팽창하여 다공체를 형성하기 위한 재료를 함유하는 수지제 단열재이다. 팽창 단열재의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 피브록(상표명, 세키스이 화학공업(주) 제품) 등을 들 수 있다.
다공질 수지 시트의 열전도율은, O.1W/m·K 이하, 또 0.05W/m·K 이하인 것이 바람직하다. 다공질 수지 시트의 열전도율이 너무 높은 경우에는, 단열성이 불충분해지는 경향이 있다.
다공질 수지 시트의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 예를 들면, 500∼3000㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 다공질 수지 시트의 단위면적당의 중량은, 바람직하게는 10∼500mg/cm2인 것이 바람직하다.
온도 억제층(16b)은, 전지수납부(12)의 전지 끼워맞춤쪽 표면, 및 덮개부 (15)의 대향쪽 표면에 다공질 수지 시트를 접착함으로써 형성할 수 있다. 또한, 접착하는 대신에, 전지수납부(12)의 전지 끼워맞춤쪽 표면 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면에, 미리, 다공질 수지 시트를 고정하기 위한 걸어맞춤부를 마련해 두고, 그 걸어맞춤부에 의해, 다공질 수지 시트를 고정해도 좋다.
한편, 본 실시형태에서는, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면 및 덮개부(15)의 대향쪽 표면의 양쪽에 온도 억제층(16a) 또는 온도 억제층(16b) 및 블록층(17)을 형성하고 있지만, 어느 한쪽에만 온도 억제층(16a) 또는 온도 억제층 (16b) 및 블록층(17)을 형성하여도 좋다.
[제3 실시형태]
다음에, 제3 실시형태의 휴대 전화기에 대하여 설명한다. 제3 실시형태의 휴대 전화기는, 온도 억제층의 구성이 다른 것 이외에는, 제1 실시형태의 휴대 전화기(1)와 동일한 구성이다. 설명의 중복을 피하기 위해서, 온도 억제층의 구성을 상세하게 설명하며, 그 이외의 부분의 설명은 생략한다.
도 8은, 제3 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부의 주요부의 구성을 모식적으로 도시한 종단면도이다. 제3 실시형태의 휴대 전화기의 전지수납부에는, 제1 실시형태의 휴대 전화기(1)의 전지수납부(12)에 형성된 온도 억제층(16) 대신에, 이하에 설명하는 바와 같이, 온도 억제층(16)과 온도 억제층(16a)이 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 전지 끼워맞춤부(14)의 전지 끼워맞춤쪽 표면 및 덮개부 (15)의 대향쪽 표면의 양쪽에, 온도 억제층(16)을 형성하고, 온도 억제층(16)의 표면에 온도 억제층(16a)을 형성하며, 온도 억제층(16a)의 표면에 블록층(17)을 형성하고 있다. 온도 억제층(16)은, 흡열성 무기 화합물 입자를 포함한 흡열층이고, 온도 억제층(16a)은, 무기 섬유 시트로 이루어진 단열층이다. 이러한 구성에 의해, 단열 효과가 한층 높아져, 휴대 전화기 표면의 온도의 상승이 한층 억제된다.
제1 실시형태∼제3 실시형태에서는, 전지 끼워맞춤부와 덮개부를 구비한 전지수납부를 가진 휴대전화기에 대하여 설명했지만, 그에 한정되지 않는다. 예를 들면, 휴대 전화기의 상자체에 대하여, 전지수납부를 탈착할 수 있도록 마련되는 휴대 전화기, 이차전지 내장식의 휴대 전화기 등에도, 본 발명의 구성을 적용할 수 있다.
본 발명의 휴대 전자기기를, 제1∼제3 실시형태의 휴대 전화기를 예로 들어 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 휴대 전화기 이외의 휴대 전자기기에도 당연히 적용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, PDA, 게임기, 디지털 스틸 카메라 (DSC), 휴대용 음악기기, 복수의 이차전지를 조합한 전지 팩을 전원으로 하는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 비디오 카메라 등의 휴대 전자기기에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술적 특징은, 전기 자동차 등의 전원으로서 이용되는 대형 이차전지의 외장재에도 이용할 수 있다.
본 발명을 현 시점에서의 바람직한 실시형태에 관해서 설명했지만, 그러한 개시를 한정적으로 해석해서는 안 된다. 여러 가지 변형 및 개변은, 상기 개시를 읽는 것에 의해서 본 발명에 속하는 기술 분야에서의 당업자에게는 틀림없이 명백해질 것이다. 따라서, 첨부한 청구의 범위는, 본 발명의 진정한 정신 및 범위로부터 일탈하지 않고, 모든 변형 및 개변을 포함한다고 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 휴대 전자기기는, 이차전지가 만일 발열하여, 내용물이 용융하여도, 표면 온도의 급격한 상승이 억제되고 또한 용융액의 휴대 전자기기 외부에의 유출이 억제된다고 하는 이점을 가지며, 종래의 휴대 전자기기와 동일한 용도에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 휴대 전자기기에서의, 온도 억제층 및 블록층을 구비한 피복층은, 전기 자동차 등의 구동원으로서 이용되는 대형 이차전지의 안전성을 높이기 위한 외장재에도 적용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 이차전지를 전원으로 하는 휴대 전자기기로서,
    상자체와, 상기 상자체내에 수납되는 전자기기 본체와, 상기 상자체내에 수납되어, 소정의 외형을 가진 상기 이차전지를 끼워맞춤하기 위한 전지 끼워맞춤부를 가진 성형체인 전지수납부와, 상기 전지수납부의 이차전지를 끼워맞춤하는 쪽의 표면에 형성되는 피복층을 구비하며,
    상기 피복층이, 상기 휴대 전자기기의 표면 온도가 상승하는 것을 억제하는 온도 억제층과 과열 상태의 상기 이차전지로부터 내용물이 유출하는 것을 억제하는 블록층을 구비한 휴대 전자기기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피복층은, 상기 전지수납부의 상기 이차전지를 끼워맞춤하는 쪽의 상기 표면에 형성되는 상기 온도 억제층과, 상기 온도 억제층의 표면에 형성되는 상기 블록층을 포함한 휴대 전자기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이차전지는, 음극 활물질로서, 규소계 활물질 및 주석계 활물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 함유하는 리튬이온 이차전지인 휴대 전자기기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 블록층이, 규소를 함유하는 알칼리염의 용융액에 대해서 내성을 가진 금속재료로 이루어진 휴대 전자기기.
  5. 제 4 항에 있어서, 전기금속재료는, 두께 50㎛의 금속박의 상태에서, 오르토규산리튬의 액체의 온도 1450℃의 용융액과의 접촉에 의해 용융하지 않는 내성을 가진 휴대 전자기기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 금속재료가, Fe, V, Nb, Mo, Ta, W, TiN 및 스테인리스강으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속 또는 금속 질화물을 함유하는 휴대 전자기기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 억제층은, 두께 500∼3000㎛이고, 열전도율 O.2W/m·K이하인 휴대 전자기기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 온도 억제층이, 열전도율 O.1W/m·K 이하의 무기 섬유 시트로 이루어지는 휴대 전자기기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 무기 섬유 시트가, 유리 섬유 및 암면으로부터 선택되는 적어도 1개의 무기 섬유를 포함한 시트인 휴대 전자기기.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 온도 억제층이, 열전도율 0.1W/m·K 이하의 다공질 수지 시트를 포함한 휴대 전자기기.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 온도 억제층이, 80℃이상의 온도에 흡열 피크를 가진 흡열성 무기 화합물 입자를 30∼95질량% 및 결착제 5∼70질량% 함유하는 층인 휴대 전자기기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 흡열성 무기 화합물 입자가, 무기 수화물, 금속 수산화물 및 탄산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물의 입자를 함유하는 휴대 전자기기.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 흡열성 무기 화합물 입자가, 황산칼슘2수화물, 탄산수소나트륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 탄산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물의 입자를 함유하는 휴대 전자기기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 이차전지가 복수의 단전지를 조합한 전지 팩의 형태인 휴대 전자기기.
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