TWI385840B - 封口件與據此之電池組 - Google Patents
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Description
本發明係關於封口體(或封口板)及具有該封口體之電池組。
現今有各式各樣的二次電池使用於可攜式電器或電子裝置。對於這樣的電器,為將其構成要素之二次電池所佔之體積縮到最小,有各種方法被運用著。
即使是要將體積做到最小的情形,要素之原本功能及附屬功能都不能被阻礙,在用於可攜式電器之二次電池中,配置PTC元件,用以預防電池充電及放電時所產生之過剩電流流通或預防機器或其要素發生異常高溫情形。
這種PTC元件使用一種將碳黑打散作成之導電性聚合物要素,並配置電極將其夾住之所謂聚合物PTC元件(即PPTC元件)。圖4以立體圖概念性表示將具有該PTC元件之二次電池作成電池組之例。
圖示之電池組之中,電池之外殼使用鋁製或鐵製罐狀體10,而該罐狀體亦可作為電池之一側之電極(+或-極)之端子功能使用。而配置在另一側,自封口體12突出之端子14(因無法看見,故以虛線表示)則作為另一電極(-或+極)功能使用。而PTC元件16則被配置在罐狀體之側面18以構成具高安全性之電池組。PTC元件之一側之引腳20係導電性連接至端子14。而PTC元件之另一側之引腳22(透過PTC元件,位於引腳20之對面)依規定與其他電路(無圖示)作導電性連接。
這種電池組為將PTC元件配置在罐狀體之側面,因而造成電池組整體體積變大,這對於要求更小型化之可攜式電器之電池組而言,不見得是好事。然而,為了使用市售之PTC元件,一直到現在還是不得不使用那樣的電池組。
在電池之罐狀體底部配置PTC元件之電池組,也已經有人提出(參照以下日本專利文獻1)。但是該電池組因為是在罐狀體之底面形成凹部,並在其凹部配置PTC元件,結果造成電池所必需之罐狀體之整體體積,僅在凹部部分就變大起來。因此,對於將PTC元件配置於罐狀體底部之電池組,以及PTC元件配置於罐狀體側面之電池組形態,同樣皆成為體積龐大之電池組。
[日本專利文獻1]特開平7-169506號公報
因此,發明欲解決之課題即為提供更精巧之電池組。
針對前述課題,不斷檢討結果,後來找出解決該課題之方法;那就是在電池封口體之上,使其具備PTC元件,即藉由將PTC元件直接配置在(或在正上方)電池封口體而加以解決。
因此在第1要旨之中,本發明提供一種電池組,該電池組為具有罐狀體及將其開口部密封之封口體而成之二次電池暨具有PTC元件而成之電池組;該電池組之特徵為在封口體上安裝PTC元件而成。
本發明之中,PTC元件係安裝在封口體之正上方。而該安裝方法是,使PTC元件與封口體以呈相鄰之連接狀態而配置,再將二者作導電性(還有機械性)連接並藉由存在於二者間之連接要素而達成。而該連接要素,舉例來說有銲錫(由錫膏所形成之物亦可)、導電性接著劑等接著材料。而這種連接要素係將PTC元件(更詳細者為其金屬層,如金屬箔)連接在封口體上。
具體而言,作為連接要素而存在之銲錫、導電性接著劑等接著材料之理想情形就是在PTC元件(更詳細者為元件之金屬層)與封口體之間以層狀狀態存在之情形。該層狀狀態之理想情形雖是在PTC元件與封口體之間(即遍佈PTC元件下面之全部與封口體之間)存在,但只要可得到必要之導電性,也沒必要存在於遍佈PTC元件下面之全部(將沒有層狀物存在之部分,當作是空隙部亦可)。
至於別種形態,係將處於相鄰連接狀態之PTC元件(更詳細者為其金屬層)與金屬引腳作導電性(還有機械性)連接,而該金屬引腳可在與封口體相鄰連接狀態下,被導電性(還有機械性)連接到封口體。這種情形時,PTC元件與封口體之間之連接,可利用銲錫、導電性接著劑等接著材料(理想情形為採用層狀形態)來實施其連接,而金屬引腳與封口體間之連接,可利用銲錫、導電性接著劑等接著材料(採用層狀形態較理想)來實施其連接。位於PTC元件與封口體間之連接要素,可說是由金屬引腳及其兩側之接著材料所構成。又,金屬引腳與封口體間之連接,也可利用熔接來實施,這種實施一般而言最為理想。這種情形時,位於PTC元件與封口體間之連接要素,可說是由金屬引腳及位於其PTC元件側之接著材料(採用層狀形態較理想)所構成。
又,金屬引腳不僅可如前述般連接PTC元件與封口體,也可以是任何適當之形態,一般為金屬板或去皮裸露之形態。並且也可遍佈PTC元件下面之全體而延展開來或一部分延展皆可,至於別種形態,也有從PTC元件下面(即與封口體面對之面)向PTC元件外側延展之部分(參照後述圖3)。
前述之別種形態中,先前所說明之連接要素使用接著材料情形之說明亦可適用(即就應連接之二者間之全體而言,接著材料之存在必要性不可排除)。藉由熔接將金屬引腳連接至封口體之情形,是在PTC元件與封口體之間形成這些物質熔解而成之熔接部。這種熔接部(以層狀形態亦可)是將PTC元件及與其相鄰之封口體之間的接觸介面熔解(然後冷卻)而形成之部分。而熔解是藉由適當之方法使其在該接觸介面上產生熱能來實施;熔接部可為接觸介面之全體,或只要能得到必要之導電性,在接觸介面之一部分形成亦可(參照圖3之例)。
本發明中,構成二次電池之所必需要素(諸如罐狀體、封口體、罐狀體內之正極板、負極板、隔板、電解質等)可用與習知所使用物件性質相同者,即經常使用在二次電池之物件。前述及後述之本發明之電池組,依其需求,需包含前述及後述之要素而成,在此不需贅言。又眾所周知,罐狀體具有開口部,而封口體則是將罐狀體之開口部密封而成。
本發明特徵之一,為以下所述之內容,即:使前述之各種形態之連接要素中之任一要素介於封口體正上面之間,並將PTC元件安裝其間;深思以上所述之意義,並將「直接配置(或安裝)(PTC元件)」之用意運用在本說明書中。
更進一步,在第2之要旨,本發明提供PTC元件配置其上,即直接配置之封口體。該封口體與罐狀體及其他構成二次電池要素組合,就能使用在二次電池之製造方面。又前述其上之「上」之用意所指為在組成電池組之情形所露出之封口體之一方之邊緣。
至於電池組,因為通常會有端子自其封口體突出,所以在將PTC元件安裝到封口體上時,其實施方法,考慮到在組裝電池組時要能不阻礙封口體有端子突出情形之狀態下,使PTC元件安置在封口體上。
如前所述,在二次電池之封口體,會有端子自其表面突出,因此,從封口體表面(即其上側表面)到該端子頂部之間之空間部分,對於端子是必要的。於本發明中,在將PTC元件配置到封口體上之情形,可將PTC元件之大部分(較佳是全部)收容在前述之空間部分內(即空間部分能有效利用),能將因配置PTC元件而帶來的電池組體積增加情形降至最小,理想情形是實際上能不增加。
本發明中之PTC元件可採用一種常用之聚合物PTC元件,其具有:由佈滿作為導電性填充物之碳黑之導電性聚合物(如聚乙烯)所形成之PTC要素(層狀PTC要素較理想)及配置於其兩側之電極(較佳者為金屬材料之層狀電極,更佳者為箔狀電極)。
然而最佳之PTC元件為作為其填充物之中含有作為導電性填充物之鎳粉或鎳鈷合金之粉末。前述合金若僅在作為導電性填充物之粉末所構成之粒子表面部分形成亦可,而內側部分也可由鎳構成。這種含鈷之鎳粉(如歐洲專利WO2005/023461號所揭示者),和包含該專利所揭示之作為填充物之鎳粉在內之聚合物PTC元件特別適合本發明使用。又至於鎳粉,(如日本國專利第3635089號所揭示者),和包含該專利所揭示之作為填充物之鎳粉在內之聚合物PTC元件亦適合本發明使用。
採用這種填充物時,PTC元件本身會變得很小,能縮小PTC元件所佔用之封口體面積。因此,對於具有PTC元件之功能,亦兼具各種功能(如提供電解質供給口、形成極薄部分以提高安全性、使端子突出等)之封口體而言,採用前述填充物所形成之PTC元件特別適用於該封口體。
本發明之中,PTC元件係被安裝在封口體之上方。這種PTC元件與封口體之位置關係如前述文字表達者為「PTC元件被直接安裝在封口體」。而在構成封口體之金屬表面,是以PTC元件之一方之電極去作導電性連接之或是透過金屬引腳,較佳者為去皮裸露之金屬引腳形態去作導電性連接。在作這種導電性連接時,若是將電極連接至封口體之金屬表面或金屬引腳之情形,可用例如銲錫或導電性接著劑等接著材料,而在將金屬引腳連接至封口體之金屬表面之情形,則可用熔接(超音波熔接等)。這種導電性連接會同時帶來機械性連接,在此不需贅言。
將本發明之電池組之上方部分(封口體配置之部分)以概念性截面圖顯示於圖1。圖示之形態是在電池之罐狀體100之開口部嵌入封口體(或封口板)102以密封罐狀體。封口體102之中央附近,有端子104貫穿嵌入而與下方之集電要素106連接。圖示之形態為簡化起見,將其構件顯示為一體之形態。因此,嵌入罐狀體100中之封口體102就作為一方之電極(如+極)作用,而端子104則作為另一方之電極(如-極)作用。
一般而言,封口體102為鋁或鋼等之金屬薄板所成形者,其具有作為安全閥功能之極薄層部108,若還具有將電解質供給罐狀體內之開口110,就很理想。又為將端子104與封口體102維持在絕緣狀態,於其間配置絕緣材料112,而該絕緣材料兼具填充物作用。
PTC元件120直接配置在封口體102上。PTC元件120係由導電性聚合物要素122及作為電極而配置於其兩側之箔狀形態之金屬層124及126所構成。圖示之形態是在金屬層124之上,配置金屬引腳128。而金屬引腳128可以任何適當方法去配置,例如可藉由熔接、導電性接著劑、銲錫等之連接方法去與金屬層124作導電性連接(圖1~3省略這種連接方法,故無圖示)。圖示之形態是藉由將PTC元件之金屬層126直接導電性連接在封口體102,而使PTC元件120安裝在封口體102上。
再者,金屬引腳128可為任何適當之形態。圖示之形態中,金屬引腳128雖與PTC元件之電極124皆為相同尺寸之板狀形態,但在別種形態,也可將其配置在PTC元件之電極124之一部分上。而金屬引腳除了配置於PTC元件之電極124之至少一部分之外,還可再增加電極124之周圍一部分、一邊或從中向外延伸四周之部分。例如,金屬引腳128可為具有配置於PTC元件之電極124之至少一部分之上之部分以及從電極向外延伸之部分之裸露形態(參照圖3)。該情形是將金屬引腳之一部分配置於PTC元件之電極124,並以其點狀接觸點導電性連接一起(例如可用點焊熔接)。
圖2為具有圖1所示形態之PTC元件120之封口體一部分之放大概念圖。圖2所示之形態,顯示採用導電性接著劑130將PTC元件直接導電性連接在封口體102上之情形。PTC元件120或更詳細者為其金屬層126,與封口體102係處於相鄰狀態,而在這之間,導電性接著劑130是以層狀形態配置著。圖示之形態,接著劑層雖然存在於PTC元件下面全部,但是並不一定需要存在於其全部。另外,導電性接著劑層130,為清楚表示其存在,在圖示上誇大其厚度。
圖示封口體之製造方法,可在封口體102上塗佈導電性接著劑並有PTC元件120配置其上之狀態下,藉由加熱而製成。所塗佈之導電性接著劑也可用錫膏取代,同樣也可製成。若藉由這種採用具有PTC元件120之封口體102以形成二次電池之情形,就能得到二次電池組。至於別種形態,在套用常規,採用封口體形成二次電池後,再如前述般,應用導電性接著劑或錫膏在封口體102上,並黏著PTC元件去製造二次電池組亦可。
圖3與圖2同樣概念性顯示直接配置於封口體102上之PTC元件120。但是,圖示之形態中,PTC元件120是透過配置於封口體102側之引腳132被間接(對照圖2情形之「直接」)導電性連接至封口體102。又,PTC元件120與金屬引腳132係藉由層狀銲錫或導電性接著劑134加以連接。金屬引腳132從PTC元件120周圍之至少一部分向外側延伸,並在該部分,熔接到封口體102。圖示之形態,是在熔接部136處連接至封口體102。又,熔接部可在PTC元件四周圍之外側形成,或者是在其一部分形成亦可。
以PTC元件之電極126為鎳箔之情形為例,若將其藉由銲錫、導電性接著劑等接著材料直接連接到鋁製之封口體102時,這些材料之間之阻抗值會因異種材料間之連接而容易變大。對於這種情形,若使鎳引腳132介於PTC元件和封口體102之間,再將鎳引腳132與封口體102熔接起來,並導電性連接鎳引腳與PTC元件時,整體之阻抗就有可能比不使用鎳引腳之情形還小,而且PTC元件與封口體之連接強度也得以變大。這種採用與PTC元件電極相同之引腳材料,並將該引腳熔接在封口體102上之情形,頗為理想。
在製造這種封口體102時,也可先藉由導電性接著劑或銲錫等接著材料將金屬引腳132黏著在PTC元件,再藉由熔接將前述加工所得之PTC元件連接在封口體102。若藉由採用這種封口體102去形成二次電池之方法,就能獲得二次電池組。至於別種方法,與前述同樣,在形成二次電池後,再將黏接著金屬引腳132之PTC元件120熔接至封口體102亦可。
本發明之最佳形態,是在製造前述具有封口體102連接PTC元件120之電池組後,藉由樹脂灌於封口體102,並將PTC元件埋設於樹脂中。如此一來,因為PTC元件不會露出,所以能防止PTC元件受到損傷,而且又因引腳不會有過長長度露出情形,短路可能性也驟減,因而提升電池組之安全性。更進一步,因為是在原本就有突出部存在之封口體配置PTC元件,所以與習知電池組之PTC元件被單獨配置於側面而突出之情形比較,有外力不容易施加在PTC元件之優點。
若採用前述本發明之封口體,在將PTC元件配置於二次電池時,電池組之體積增加情形將可縮到最小。理想情形是二次電池之體積在實質上不會增加。更進一步,因為罐狀體100和PTC元件是被直接配置,所以就不需要PTC元件配置於罐狀體側面時所需之長引腳,因此就能防止不必要之阻抗值增加。
在前述封口體102之中,PTC元件雖是與封口體102相鄰而配置其上,但在別種形態中,也可將PTC元件配置於封口體102所突出之端子104上。而這種情形,也和前述配置同樣能實現安全高之電池組,又具有不需長引腳之優點。
若採用本發明之封口體,就能構成更精巧之二次電池,在可攜式電子裝置等之小型化方面,用處頗大。
本申請書主張基於日本國專利申請第2005-143024號(2005年5月16日申請、發明名稱:電池組及據此之封口板(中譯))之優先權,由於引用之故,記載於前述專利申請書之內容,構成本說明書之一部分。
10、100...罐狀體
12、102...封口體
14、104...端子
106...集電體
108...薄層部
110...電解質供給口
112...絕緣材料
16、120...PTC元件
122...PTC要素
124,126...電極
20、22、128...金屬引腳
130...接著材料
131...金屬引腳
134...接著材料
136...熔接部
18...側面
[圖1]本發明電池組之上方部分之概念性截面圖。
[圖2]裝有圖1電池組PTC元件之封口體之一部分之放大概念圖。
[圖3]有安裝圖1電池組PTC元件之另一形態之封口體一部分之放大概念圖。
[圖4]習知電池組之概念性立體圖。
100...罐狀體
102...封口體
104...端子
106...集電體
108...薄層部
110...電解質供給口
112...絕緣材料
120...PTC元件
122...PTC要素
124,126...電極
128...金屬引腳
130...接著材料
132...金屬引腳
134...接著材料
136...熔接部
Claims (6)
- 一種封口體,其係被使用於製造一電池組,該電池組包含一PTC元件及一二次電池,該二次電池具有一罐狀體及將該罐狀體之開口部密封之一封口體,其中該PTC元件包含位於一頂金屬層與一底金屬層之間的一PTC要素且具有一金屬引腳被設置於該頂金屬層上,該PTC元件係被直接裝附至該封口體之上方,該PTC元件係藉由一存在於該PTC元件及該封口體之間的連接要素而被裝附至該封口體,以將其電性連接,該連接要素為被設置於該底金屬層上之一金屬引腳。
- 如申請專利範圍第1項之封口體,其中一接著材料之層係被設置於兩側。
- 如申請專利範圍第1項之封口體,其中一接著材料之層係位於該金屬引腳與該PTC元件之間,該接著材料之層連接該PTC元件與該金屬引腳,而被設置於該頂金屬層之該金屬引腳藉由熔接而被連接至該封口體。
- 如申請專利範圍第2或3項之封口體,其中該接著材料為導電性接著劑或銲錫。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之封口體,其中鎳粉末或鎳鈷粉末係被使用作為導電性填充物於該PTC要素中。
- 一種電池組,包含一PTC元件及一二次電池,該二次電池具有一罐狀體及將該罐狀體之開口部密封之如申請專利範圍第1至3及5項中任一項之一封口體,該 電池組係被裝附於該封口體之上方。
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