(57)【要約】【課題】特性劣化が生じにくく、且つ小型で低コストの有機質ＰＴＣ素子を搭載した密閉型電池を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池１は、電槽缶２と、電池蓋４と、安全弁６と、電極体８と、ＰＰＴＣ素子１０とを備えている。電槽缶２は、一端が開口した有底筒状を呈しており、内部に電極体８を収容する。電池蓋４は、電槽缶２の開口を塞ぐ。安全弁６は、電池蓋４と電極体８との間に配置され、電槽缶２とで電極体８を収容する空間２０を画成すると共に、この空間２０内の圧力が所定値以上となったときに空間２０内のガスを放出する。ＰＰＴＣ素子１０は、電池蓋４と安全弁６とで画成された空間１８内に収容されている。空間１８に配されたＰＰＴＣ素子１０は、電池蓋４の周縁部４ａと安全弁６の周縁部６ａとが電槽缶２にかしめられた場合でも、その影響を受けにくくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素と、
一端が開口した有底筒状を呈しており、内部に前記発電要素を収容すると共に、前記発電要素の一方の極と電気的に接続されたケースと、
前記ケースの前記開口を塞ぐ蓋と、
前記発電要素と前記蓋との間に前記蓋と所定の間隔を有して対向配置され、前記ケースとで前記発電要素を収容する空間を画成すると共に前記空間内の圧力が所定値以上となったときに前記空間内のガスを放出する安全弁と、
前記蓋と前記安全弁とで画成された空間内に収容された有機質ＰＴＣ要素と、
を備え、
前記蓋は前記ケースと電気的に絶縁され、
前記安全弁は、前記ケースと電気的に絶縁されると共に前記発電要素の他方の極と電気的に接続され、
前記有機質ＰＴＣ要素は対向する一対の面を含み、該有機質ＰＴＣ要素の一方の面は前記安全弁と電気的に接続され、該有機質ＰＴＣ要素の他方の面は前記蓋と電気的且つ熱的に接続されていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記安全弁は、前記ケースと前記安全弁とで画成された前記空間内のガスを放出する際に変形し、
前記有機質ＰＴＣ要素は、前記蓋と前記安全弁とで画成された前記空間のうち、変形後の前記安全弁が位置する領域を除く領域に配置されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記有機質ＰＴＣ要素の前記他方の面が前記蓋と面接触していることを特徴とする請求項２記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記有機質ＰＴＣ要素の前記他方の面は、前記蓋との間に配設された電極部材を介して前記蓋と電気的且つ熱的に接続されており、
前記電極部材は、前記ＰＰＴＣ要素の前記他方の面に面接触すると共に、前記蓋にも面接触していることを特徴とする請求項２記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の密閉型の電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、密閉型電池として、例えば特許文献１に記載されているように、発電要素と、発電要素を収容する外装缶と、外装缶の開口を覆う電池蓋と、電池蓋と発電要素との間に配置された安全弁とを備えたものが知られている。特許文献１に記載の密閉型電池では、電池蓋の周縁部と安全弁の周縁部との間に、環状のＰＴＣ素子が挟まれている。
【特許文献１】特開平１０−２７０００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、電池蓋及び安全弁は、その周縁部が上下方向から外装缶にかしめられて一体固定されている。そのため、電池蓋の周縁部と安全弁の周縁部とに挟まれたＰＴＣ素子は、電池蓋および安全弁の両方から強い圧力を受けることとなる。
【０００４】
ところで、ＰＴＣ素子の一種として、有機質ＰＴＣ素子（ＰＰＴＣ素子、あるいはポリマーＰＴＣ素子とも呼ばれる）がある。有機質ＰＴＣ素子では、過電流が流れることによって自己発熱が生じたり、周辺温度が上昇したりすると、ポリマーが膨張し、膨張したポリマーが導電パスを形成していた導電体同士を離すことで、素子の抵抗値が増大する。このようなしくみの有機質ＰＴＣ素子を従来の密閉型電池に用いた場合には、電池蓋および安全弁からの外圧により、ポリマーの十分な膨張及び収縮が阻害され、正しい動作が望めなくなる。その結果、有機質ＰＴＣ素子の特性が劣化してしまうおそれがあった。また、取付構造から有機質ＰＴＣ素子の大きさを密閉型電池の外径に合わせる必要があり、小型化、低コスト化が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、特性劣化が生じにくく、且つ小型で低コストの有機質ＰＴＣ素子を搭載した密閉型電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る密閉型電池は発電要素と、一端が開口した有底筒状を呈しており、内部に発電要素を収容すると共に、発電要素の一方の極と電気的に接続されたケースと、ケースの開口を塞ぐ蓋と、発電要素と蓋との間に蓋と所定の間隔を有して対向配置され、ケースとで発電要素を収容する空間を画成すると共に空間内の圧力が所定値以上となったときに空間内のガスを放出する安全弁と、蓋と安全弁とで画成された空間内に収容された有機質ＰＴＣ要素と、を備え、蓋はケースと電気的に絶縁され、安全弁は、ケースと電気的に絶縁されると共に発電要素の他方の極と電気的に接続され、有機質ＰＴＣ要素は対向する一対の面を含み、該有機質ＰＴＣ要素の一方の面は安全弁と電気的に接続され、該有機質ＰＴＣ要素の他方の面は蓋と電気的且つ熱的に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の密閉型電池では、安全弁と蓋とにより空間が画成されており、かかる空間に有機質ＰＴＣ要素が収容されている。したがって、安全弁と蓋とをケースでかしめた場合でも、有機質ＰＴＣ要素はかしめ部分ではなく空間に位置することから、かしめによる影響を受けにくくなる。したがって、有機質ＰＴＣ要素が安全弁や蓋から強い圧力を受けることがなくなり、有機質ＰＴＣ要素のポリマーは十分に膨張あるいは収縮することができる。よって本発明によれば、内蔵される有機質ＰＴＣ素子において、特性劣化が生じにくくなる。また、有機質ＰＴＣ素子は、安全弁の周縁部と電池蓋の周縁部との間に配置されるものではないため、従来のように環状に成形する必要がなく、有機質ＰＴＣ素子の大きさを密閉型電池の外径に合わせる必要もなくなる。よって、成形にかかるコストを低減することができるうえに、小型化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明に係る密閉型電池では、安全弁は、ケースと安全弁とで画成された空間内のガスを放出する際に変形し、有機質ＰＴＣ要素は、蓋と安全弁とで画成された空間のうち、変形後の安全弁が位置する領域を除く領域に配置されていることが好ましい。これにより、変形した安全弁によってＰＴＣ要素が押圧されることを抑制できる。したがって、有機質ＰＴＣ要素の特性劣化をより生じにくくすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る密閉型電池では、有機質ＰＴＣ要素の他方の面が蓋と面接触していることが好ましい。また、本発明に係る密閉型電池では、有機質ＰＴＣ要素の他方の面は、蓋との間に配設された電極部材を介して蓋と電気的且つ熱的に接続されており、電極部材は、有機質ＰＴＣ要素の他方の面に面接触すると共に、蓋にも面接触していることが好ましい。この場合、有機質ＰＴＣ要素と蓋とを、確実に電気的且つ熱的に接続することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特性劣化が生じにくく、且つ小型で低コストの有機質ＰＴＣ素子を搭載した密閉型電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る密閉型電池を示す斜視図である。本実施形態に係る密閉型電池は、リチウムイオン二次電池である。図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、電槽缶（ケース）２と、電池蓋（蓋）４と、安全弁６と、電極体（発電要素）８と、ＰＰＴＣ素子（有機質ＰＴＣ要素）１０とを備えている。
【００１３】
電槽缶２は上面が開口した有底円筒状となっており、底壁２ａと周壁２ｂとを有している。電槽缶２の材料としては、公知のリチウムイオン二次電池が備える電槽缶と同じものを用いることができる。
【００１４】
電槽缶（ケース）２の上面の開口は、導電性材料からなる電池蓋４によって塞がれている。電池蓋４は略円形の板体であって、周縁部４ａと、周縁部４ａに囲まれた中央部４ｂとを有している。中央部４ｂは、リチウムイオン二次電池１の外方に突出している。電池蓋４の材料には、公知のリチウムイオン二次電池が備える蓋と同じものを用いることができる。
【００１５】
電池蓋４と電槽缶２の底壁２ａとの間には、導電性材料からなる安全弁６が電池蓋４と対向配置されている。安全弁６と電池蓋４とは、少なくとも一部において所定の間隔を有している。
【００１６】
より具体的には、安全弁６は、周縁部６ａと、周縁部６ａに囲まれた中央部６ｂとを有している。安全弁６の周縁部６ａと電池蓋４の周縁部４ａとは互いに対向しており、これらの間には、円環状の導電部材１２と円環状の絶縁部材１４とが安全弁６側からこの順で挟持されている。電池蓋４及び安全弁６の周縁部４ａ，６ａは、電槽缶２によって上下方向からかしめられている。これにより、電池蓋４の周縁部４ａ、導電部材１２、絶縁部材１４、及び安全弁６の周縁部６ａが密接状態で一体固定されている。また、電池蓋４及び安全弁６を電槽缶２でかしめることにより、電槽缶２内は密閉されることとなる。電池蓋４、導電部材１２、絶縁部材１４、及び安全弁６と、電槽缶２との間には、絶縁材料からなるガスケット１６が挟まれている。このガスケット１６により、電池蓋４、導電部材１２、及び安全弁６は電槽缶２に対して電気的に絶縁された状態となっている。
【００１７】
安全弁６の中央部６ｂは、中心に形成され、且つ電槽缶２の底壁２ａに向かって突出した突出部６ｃを除き、平板状となっている。この電池蓋４の中央部４ｂと安全弁６の中央部６ｂとによって、第１の空間１８が画成されている。第１の空間１８については後に詳しく述べる。
【００１８】
電槽缶２の内部には、安全弁６と、電槽缶２の底壁２ａと、電槽缶２の周壁２ｂとによって第２の空間２０が画成されている。第２の空間２０には電極体８が収容されている。また、第２の空間２０において、電極体８の周囲には電解液（図示せず）が充填されている。
【００１９】
電極体８は、正極シート２２（他方の極）と負極シート２４（一方の極）とがセパレータシート２６を介して重ね合わされ、巻回されてなる。負極シート２４は、電槽缶２の底壁２ａに接続されている。これにより、負極シート２４と電槽缶２とは電気的にも接続されることとなる。正極シート２２は、安全弁６にリード線２８を介して接続されている。なお、正極シート２２、負極シート２４、セパレータシート２６、及び電解液の材料としては、公知のリチウムイオン二次電池が備える正極シート、負極シート、セパレータシート、及び電解液と同じものを用いることができる。
【００２０】
電極体８が収容された第２の空間２０内の圧力が所定値以上となると、安全弁６の中央部６ｂが電池蓋４側に変形し、安全弁６の突出部６ｃが開口する。第２の空間２０内のガスは、かかる開口を介して、電池蓋４の中央部４ｂと安全弁６の中央部６ｂとで画成された第１の空間１８に放出される。
【００２１】
ここで、第１の空間１８について説明する。第１の空間１８には、ＰＰＴＣ素子１０が収容されている。第１の空間１８を画成する電池蓋４の中央部４ｂと安全弁６の中央部６ｂとは、所定の間隔を有しており、ＰＰＴＣ素子１０は、第１の空間１８のうち、変形後の安全弁６が位置する領域を除く領域に配置されている。つまり、通常動作時およびガス放出時のいずれの場合でも、ＰＰＴＣ素子１０が安全弁６の中央部６ｂと接触しないで済むように、電池蓋４の中央部４ｂと安全弁６の中央部６ｂとは十分に隔てられている。
【００２２】
ＰＰＴＣ素子１０は、一対の面を有している。ＰＰＴＣ素子１０の一方の面は、電極部材３０と面接触している。電極部材３０にはリード線３４の一端部が接続されており、このリード線３４の他端部は導電部材１２に接続されている。よって、ＰＰＴＣ素子１０の一方の面は、電極部材３０及びリード線３４を介して安全弁６に電気的に接続されることとなる。
【００２３】
ＰＰＴＣ素子１０の他方の面は、板状を呈した電極部材３２の一方の主面と面接触しており、かかる電極部材３２の他方の主面は電池蓋４の中央部４ｂと面接触している。よって、ＰＰＴＣ素子１０の他方の面は、電極部材３２を介して電池蓋４に電気的且つ熱的に接続されることとなる。
【００２４】
ＰＰＴＣ素子１０は、例えば、Ｎｉに代表される金属粉あるいはＷＣ、ＴｉＣ等の導電性セラミック粉と、ポリマーとを含有している。このような材料を含有するＰＰＴＣ素子１０は低抵抗であるため、高電流密度の充放電が求められる近年のリチウムイオン二次電池に非常に有用である。なお、ＰＰＴＣ素子１０としては、Ｎｉといった金属の代わりにカーボンを含有したものを用いてもよい。この場合には金属を用いたものと比して高抵抗になるが、安価であるために、リチウムイオン二次電池のコストダウンを図ることができる。
【００２５】
このように、本実施形態のリチウムイオン二次電池１では、安全弁６と電池蓋４との間に第１の空間１８が形成されており、この第１の空間１８にＰＰＴＣ素子１０が収容されている。ＰＰＴＣ素子１０は、第１の空間１８という、かしめがなされていない部分に配置されるため、電池蓋４および安全弁６から強い圧力を受けることが抑制される。そのため、ＰＰＴＣ素子１０のポリマーは十分に膨張あるいは収縮することができる。したがって本実施形態によれば、ＰＰＴＣ素子１０の特性劣化が生じにくくなる。
【００２６】
また、本実施形態のリチウムイオン二次電池１では、ＰＰＴＣ素子１０は、安全弁６の周縁部６ａと電池蓋４の周縁部４ａとの間に配置されるものではないため、従来のように環状に成形する必要がなく（すなわち、例えば円柱状としてもよく）、ＰＰＴＣ素子１０の大きさをリチウムイオン二次電池１の外径に合わせる必要もなくなる。よって、成形にかかるコストを低減することができるうえに、小型化を図ることができる。
【００２７】
また、ＰＰＴＣ素子１０は、第１の空間１８において、変形した安全弁６の中央部６ｂと接触しない位置に配されている。そのためＰＰＴＣ素子１０が、変形した安全弁６によって押圧されることが抑制される。よって、ＰＰＴＣ素子１０の特性劣化をより生じにくくすることができる。
【００２８】
また、ＰＰＴＣ素子１０の他方の面は電極部材３２を介して電池蓋４に電気的且つ熱的に接続されている。このとき、電極部材３２の一方の面はＰＰＴＣ素子１０の他方の面と面接触し、電極部材３２の他方の面は電池蓋４と面接触している。このようにＰＰＴＣ素子１０と電極部材３２、電極部材３２と電池蓋４が、それぞれ面接触しているため、ＰＰＴＣ素子１０と電池蓋４とを確実に電気的且つ熱的に接続することができる。
【００２９】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。
【００３０】
例えば、本実施形態では、電極部材３０，３２及びリード線３４は高い熱伝導性を有することが望ましい。また、ＰＰＴＣ素子１０の他方の面は電極部材３２を介して電池蓋４に電気的且つ熱的に接続されているとしたが、ＰＰＴＣ素子１０の他方の面は、リード線を介して電池蓋４に電気的且つ熱的に接続されるとしてもよい。
【００３１】
また、ＰＰＴＣ素子１０の他方の面は、電極部材３２やリード線を介さず、電池蓋４に直に面接触するとしてもよい。この場合には、電極部材３２が不要となるため、リチウムイオン二次電池１の更なるコストダウンを図ることができる。加えて、電池蓋４の熱がＰＰＴＣ素子１０に直接伝導されるため、ＰＰＴＣ素子１０の感度が向上する。
【００３２】
また、電槽缶２は上面が開口した有底円筒状であるとしたが、円筒状に限られない。この場合、電池蓋４や安全弁６の形状は電槽缶２の形状に応じたものとなる。
【００３３】
また、本実施形態では、電池蓋４及び安全弁６の周縁部４ａ，６ａを電槽缶２でかしめることにより、電槽缶２内を密閉するとしたが、電池蓋４及び安全弁６の周縁部４ａ，６ａと電槽缶２との間を溶接することにより、電槽缶２内を密閉するとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係るリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…リチウムイオン二次電池（密閉型電池）、２…電槽缶（ケース）、４…電池蓋（蓋）、６…安全弁、８…電極体（発電要素）、１０…ＰＰＴＣ素子（有機質ＰＴＣ要素）、１２…導電部材、１４…絶縁部材、１６…ガスケット、１８…第１の空間、２０…第２の空間、３０，３２…電極部材、４ａ，６ａ…周縁部、４ｂ，６ｂ…中央部。
【図１】
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