(57)【要約】【課題】樹脂被覆した金属板を加工して電池缶を形成し、外装被覆用の樹脂フィルムの施工を必要としない非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】樹脂被覆層２８を形成した金属板を有底筒状に形成した電池缶１内に極板群１４を収容し、電池缶１の開口端に凹部を形成した封口板３を溶接して封口する。封口板３の凹部内には温度ヒューズ８及びＰＴＣ素子９が配設され、極板群１４の正極リード１２はＰＴＣ素子９、温度ヒューズ８を通じて端子板８ａに接続され、負極リード１３は封口板３に接続される。封口板３上を被覆する絶縁板１１に形成された正極開口部１１ａから端子板８ａを外部露出させて正極端子（＋）とし、負極開口部１１ｂから封口板３に溶接された封栓１０を外部露出させて負極端子（−）とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収容した電池缶の開口端を封口板によって封口し、正極外部接続端子及び負極外部接続端子を外部露出させる絶縁部材を前記封口板の上部に配置してなる非水電解質二次電池であって、
前記封口板と絶縁部材に囲まれた空間に、所定の温度又は電流にて充放電電流を規制又は遮断する復帰式電流規制素子及び／又は所定の温度又は電流にて電流を遮断する非復帰式電流遮断素子が配設され、前記電池缶が樹脂被覆金属板の成形体からなり、その外面側が少なくとも樹脂被覆されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
正極端子及び負極端子が絶縁部材上に形成されてなる請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
絶縁部材が回路基板から構成され、この回路基板の一面に正極端子及び負極端子を形成し、他面に少なくとも充放電状態を制御する制御回路を実装してなり、発電要素と正負極端子とを接続する経路に介挿されたスイッチ手段を前記制御手段が制御し、非復帰式もしくは復帰式電流規制素子の何れか一方として機能する請求項１記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の温度、電流にて電流を規制／遮断する電流規制／遮断素子を具備した非水電解質二次電池に関するもので、特に、過電流による異常発熱、高温状態に曝された場合の熱暴走を防止する機能を電池自体に設けると共に、樹脂被覆された電池缶を使用し、電池単体での使用を可能にした非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高く、電解液として可燃性の有機溶媒を用いているため、水溶液系の電池に比して安全性の配慮が重要となる。何らかの原因によって異常が生じたときにも人体や機器に損傷を与えないように安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極端子と負極端子との間に金属片等が接触して外部短絡が生じた場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、この電流が内部抵抗によってジュール熱を発生させ、電池温度を上昇させてしまう。電池が高温になると正負極活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部の圧力が急上昇し、電池の破裂や発火に至る恐れがある。
【０００３】
さらに電池が異常な状態に陥る原因は、上述した外部短絡だけでなく、電気的、機械的、熱的など種々の要因が考えられる。リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池では、電池が異常状態に陥ることを防止すると共に異常状態に陥った場合にも危険な状態にならないようにする機能が設けられている。
【０００４】
上記のような背景から、リチウムイオン二次電池は、ＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）  素子や温度ヒューズと共にパックケース内に収容した電池パック（例えば、特許文献１参照）や過充電や過放電等から電池を保護する電池保護回路を構成した回路基板と共にパックケース内に収容した電池パックの形態に構成されるのが一般的である。電池単独で機器に装填される構成でも、接続回路に前記のＰＴＣ素子や電池保護回路が設けられる。
【０００５】
電池が危険な状態に陥るのは、過電流や過充電、さらには高温環境への曝露により電池の温度が異常上昇することが最大の要因である。そこで、上記電池パックを構成する場合には、温度ヒューズを電池缶に接触させて配置したり、電池温度をサーミスタ等によって検出することにより、異常な電池温度が検出された場合に入出力回路を遮断する制御がなされる。しかし、電池温度の検知は電池の外部から行っているため、異常温度の検出に遅れが生じたり、検出精度が低い問題がある。電池内部で温度を検出して異常高温に対応するのが最も好ましい処置である。これを実現すべく、電池缶の開口部に温度ヒューズを内蔵した封口体を配した円筒形の密閉型電池も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４９４８０号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−１５３３５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、角形電池のように小型化あるいは薄型化された電池には、ＰＴＣ素子や温度ヒューズを設けるスペースを確保することが困難であるため、電池パックの形態に構成して、電池の外部に電池保護回路やＰＴＣ素子を設け、電池が危険な状態に陥ることを防止している。さらに前述したように電池が危険な状態に陥る温度状態を電池の外部から検出しても、検出の遅れや検出精度に問題があり、小型薄型化された電池内の温度に対応して動作する安全機能を設けることが望まれている。
【０００９】
一方、電池保護回路やＰＴＣ素子を設けた構成では、温度ヒューズのみを具備した電池パックに比べて制御回路や素子の価格が高くなるため、コスト高を招いてしまう。さらに昨今、電池パックを使用する機器の価格低下に伴い、電池パックに対するコスト低減の要求が厳しくなっており、コスト高を招く電池パックの高機能化に逆行する市況環境である。そこで、電池パックを構成する筐体の構成を簡素化することが望まれている。
【００１０】
本発明者らは、上述した状況に鑑み、所定の温度、電流にて電流を制御する電流規制素子、及び電流遮断素子を具備した電池を提案した。この電池は、正極端子、負極端子の導体面を外部露出させる絶縁部材を前記封口板の上部に配置し、封口板と絶縁部材にて囲まれた空間に前記各素子を収容した構成を有しており、電池単体として使用可能である。
【００１１】
さらに、上記の電池は、発電要素を収容する電池缶の外面を樹脂フィルムにて被覆した外装被覆としている。樹脂フィルムは、一面に接着層を形成し、電池缶の表面を取り囲むように貼付されており、電池の表面には樹脂フィルムの巻着端が露呈している。このため、樹脂製の筐体を用いた電池パックに比較して、意匠性、商品性に劣ってしまう。
【００１２】
また、使用者が興味本位で電池の外装被覆を容易に剥離させる事が可能である。この時、外装被覆が剥がされた電池缶の部位は、正負極の何れか一方の電位を有しているため、他極の電位を有する部位との間で誤って短絡を発生させてしまう恐れがある。
【００１３】
以上のことから、本発明が目的とするところは、電池単体として使用可能とし、且つ外観の商品性を高めた電池であり、同時に安全機能を異なる複数の条件で作動させ、安全性を確保した非水電解質二次電池を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る非水電解質二次電池は、発電要素を収容した電池缶の開口端を閉塞する封口板を有し、正極端子、負極端子の導体面を外部露出させる絶縁部材を前記封口板の上部に配置した構成を有し、前記封口板と絶縁部材に囲まれる空間部に、所定の温度、電流にて電流を規制、あるいは遮断する復帰式電流規制素子、及び所定の温度、電流にて電流を遮断する非復帰式電流遮断素子を配設しており、さらに前記電池缶が樹脂被覆金属の成形体からなり、その外面側が少なくとも樹脂被覆されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の構成において電池缶は、樹脂被覆金属を有底筒状に機械加工を施し、プレス成形されたケースを用いている。成形されたケースは、発電要素を収容し、後述する復帰式電流規制素子、及び非復帰式電流遮断素子を配置することで、電池に完成される。電池缶は、樹脂被覆金属から形成されることにより、従来構成で不可欠であった外装被覆用の樹脂フィルムを必要としない。特に樹脂フィルムによる絶縁、保護が困難であった電池缶の底面部分も被覆されることから、底面被覆に要する部材も必要としない。このため、外装被覆を施すための工程を簡略化できる点、さらに電池の部品点数を削減できる点で有利な効果を奏する。
【００１６】
加えて、従来の電池缶における金属部分と外装の被覆層となる樹脂部分とが一体化されていることから、使用者による樹脂フィルムの剥離、及びこれに起因する短絡の発生を防止するだけでなく、外装被覆の物理的強度を向上させ、電池に対する擦れや引っ掻き等による外装被覆の破損を抑制できる効果も奏する。
【００１７】
一方、本発明の構成において、電池缶の開口端を封口する封口板と、正負極接続端子の導体面を露出させる絶縁部材とによって形成される空間部に、非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子を配置している。これにより、デッドスペースとなっていた空間部を有効活用でき、電池の体積を増加させることなく安全機能を備えた電池に構成することができる。さらに、複数の異なる温度／電流条件で電流を規制／遮断する素子を設け、これら素子が共に正負極の各端子よりも発電要素側に配置され、且つ電池表面に前記端子のみを露出させる構成とすることで、電池単体としての安全性を大幅に向上させるものである。
【００１８】
尚、絶縁部材は、封口板の上部に配置されており、前記正極端子、負極端子を含む端子の導体面を露出させ、他の部位を絶縁被覆するものである。この絶縁部材は、接続端子を露出させるための開口部を設けた形状に樹脂成形する事で得られる。また、前記の樹脂成型された絶縁部材を用いる構成に代えて、基板上に接続端子を形成し、他の部位を絶縁被覆することで端子部分を露出させる構成、また同様に基板上に端子部分を形成した後、端子部分が露出する様に樹脂成形を行う構成でも良い。
【００１９】
また、本発明に係る非水電解質二次電池は、上記本発明の構成において、正極端子、及び負極端子が絶縁部材上に形成するのが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、正極端子、負極端子が封口板の上部に配置される絶縁部材上に形成されることから、電池及び絶縁部材と別体にて端子を形成する必要がなく、構成の簡素化をはかることができる。
【００２１】
尚、本発明の構成において、正極端子及び負極端子は、非水電解質二次電池とこの電池を使用、或いは充電する機器との接続用途に供せられる端子部分を指すものである。これら端子は、上述した封口板の上部に配置される基板に形成する構成に加えて、非復帰式及び／又は復帰式の電流規制素子の表面に形成する構成、さらには封口板等の電池構成要素に形成する構成を、単独或いは組み合わせたものである。従って、本発明における正負極の接続端子は、電池缶及び封口板の表面において正負極の各電位を呈する部分を指すものではない。
【００２２】
またさらに、本発明に係る非水電解質二次電池は、上記本発明の構成において、絶縁部材が回路基板から構成され、この回路基板の一面に正極端子、及び負極端子を形成し、他面に少なくとも充放電状態を制御する制御回路を実装してなり、発電要素と正負極端子との経路に介挿されたスイッチ手段を制御し、非復帰式もしくは復帰式電流規制素子の何れか一方として機能するものである。
【００２３】
この構成によれば、正負極端子が形成された回路基板に、充放電状態を制御する制御回路、この回路にて制御され、電池缶に収容された発電要素と正負極端子とを接続する経路に配置されるスイッチ手段、とを備え、制御手段が電池に付加される電流、及び／もしくは温度を検出、評価し、電池への電流供給を遮断、或いは規制する必要があると判断した際に、スイッチ手段をオフ状態へ切り替えるものである。従って、制御回路は、非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子の何れか一方の機能を果たす事ができる。そこで、前記各素子の何れか一方の機能を制御回路にて代行することで、非復帰式電流遮断素子、復帰式電流規制素子を削減することができる。
【００２４】
制御回路は、正負極端子が形成された回路基板上に形成することで、部品点数の削減、省スペース化を実現できることから好ましい構成であるが、正負極端子の少なくとも一方を別体としても同様の機能を果たすことはできる。さらに、非復帰式電流規制素子、復帰式電流遮断素子に併用して、制御回路及びスイッチ手段による制御を設けても良い。この構成では、前記素子による２重の安全機能に加えて、制御手段による安全機能も反映することから、電池の安全性をさらに向上させる効果を奏するものである。
【００２５】
尚、本発明における非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子は、共に所定の動作温度及び／又は動作電流で電流を遮断／規制する。これら素子は、過大な電流が流れることで、温度上昇を生じ、この温度上昇により電流を規制／遮断する作用効果を奏するものである。また、素子が高温環境下におかれた場合には、温度上昇により電流を規制／遮断するものである。従って、これら素子は、温度、電流の条件により別個独立に作動するのではなく、素子に加わる温度、及び電流により生じた温度上昇の両因子が密接に絡み合って作動するものである。本発明に係る非水電解質二次電池は、復帰式電流規制素子による電流規制が非復帰式電流遮断素子による電流遮断に優先して生じさせるものであり、両素子の動作温度及び電流は、素子の特性、電池の使用条件等を鑑みて決定するのが好ましい。特に、非復帰式電流遮断素子は、温度による作動条件を優先すると、過大な短絡電流が流れた際に、電池自体の内部抵抗によってジュール熱が発生し、過度な温度上昇を招く虞がある。そこで、電流による作動条件を優先させ、ジュール熱による異常な温度上昇が生ずる前に非復帰式電流遮断素子を作動させることで、信頼性を高める効果が得られる。この設定は、非復帰式電流遮断素子が動作する電流値を低く設定することで実現できる。
【００２６】
好ましくは、復帰式電流規制素子の動作温度は８０〜１００℃に、非復帰式電流遮断素子の動作温度は１００〜１３０℃に設定すると、復帰式電流規制手段による動作がなされなかった場合にも、非復帰式電流遮断手段による動作がなされるので、二重の安全機能を構成することができる。
【００２７】
復帰式電流規制手段は、所定の動作温度以上に加熱された、或いは所定値以上の電流が加わった際に、抵抗値が急増するＰＴＣ素子が好適であり、抵抗値の急増により過大電流を規制することができる。また、所定値を超える動作温度、電流が加わった際に、変形により回路を開くバイメタルを適用することもできる。このバイメタルは、作動時には電流を遮断し、電流／温度が正常値に戻ると、再度、閉状態に復帰するものである。このように、復帰式電流規制素子は、異常状態に有る場合のみに電流を規制、或いは遮断するものである。さらに、ＰＴＣ素子、バイメタルに代えて、復帰式電流規制素子としては、形状記憶合金を用いたスイッチ機構やサーミスタ素子を用いることができる。後者のサーミスタ素子は、所定の動作温度に到達すると電流を規制する素子である。
【００２８】
一方、非復帰式電流遮断手段は、所定の動作温度以上に達した際に、溶融して回路を開く温度ヒューズが好適である。このヒューズの配置形状としては、封口板、接続リード、基板上にチップ状のヒューズを配置する構成、或いは基板上に過電流や異常温度で溶断する回路パターンを形成したパターンヒューズによる構成が好ましい。また、これらヒューズに代えて、所定の動作温度以上に達した際に、記憶する形状に戻って回路を開き、温度が低下しても開状態を維持するように設定された形状記憶合金を用いたスイッチ機構を適用することもできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（電池缶の作製方法）
本実施形態における電池缶は、以下の手順にて作成した。
【００３０】
本実施形態における電池缶は、樹脂被覆ニッケル鋼板を用いて形成した。この樹脂被覆ニッケル鋼板は、ニッケルメッキ層が形成された鋼板に熱可塑性樹脂フィルムを積層することによって得られるものである。また、このニッケルメッキ鋼板に代えて、アルミニウム合金板、好ましくはＭｎを含有するＡｌ−Ｍｎ合金を用いても良い。また、ニッケル鋼板やアルミニウム合金板に積層される熱可塑性樹脂フィルムには、ポリアミド樹脂を用いるのが好ましい。
【００３１】
ニッケルメッキ鋼板と熱可塑性樹脂フィルムの積層は以下のようにして行われる。すなわち、供給手段から連続的に送り出された鋼板を、加熱手段を用いて熱可塑性樹脂フィルムの融点以上の温度に加熱し、その両面に、フィルム供給手段から送り出された熱可塑性樹脂フィルムを接触させ、１対のラミネートロールの間で重ね合わせ、挟みつけて圧着した後、直ちに急冷することで作製される。
【００３２】
得られた樹脂被覆ニッケルメッキ鋼板は、絞り加工等の加工方法により電池缶とされる。好ましくはＤＩ工法を採用することで、底厚が側厚に比べて肉厚に設定された電池缶を効率的に作製できる。このＤＩ工法は、プレス加工によってカップ状に形成された中間製品をパンチにより絞りダイス、及び複数のシゴキダイスが一直線上に列設されたダイス列内に押し出すことで実施される。中間製品が、パンチの進出方向にその内径が小さくなるようにダイスが配列された絞りダイス、各シゴキダイス内に押し込まれる毎に絞り及びシゴキが加えられ、一工程で所定寸法の有底円筒形の電池缶に成形することができる。
【００３３】
電池缶の作製を実施するに際し、熱可塑性樹脂フィルムの上面に、高温揮発性潤滑剤を塗布するのが好ましい。高温揮発性潤滑剤は、加工後に２００℃程度の温度で数分の加熱を施した時に５０％以上飛散することが望ましく、具体的には、流動パラフィン、合成パラフィン、天然ワックスなどの単体、またはこれらの混合物から加工条件、加工後の加熱条件に応じ選択する。塗布される潤滑剤の特性としては融点が２５〜８０℃、沸点が１８０〜４００℃の範囲が好ましく、塗布量は缶外面となる面、缶内面となる面、加工条件、加工後の加熱条件等を考慮して決定される。
【００３４】
さらにニッケルメッキ鋼板やアルミニウム合金板に積層される熱可塑性樹脂としては、上述のポリアミド樹脂に代えて、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂などを主成分とした単層または複層の樹脂フィルム、これらの樹脂が２種以上ブレンドされた樹脂フィルム、あるいは共重合した樹脂フィルムなどを用いることができる。特にＤＩ工法を適用する場合には、ポリエチレンテレフタレート、エチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とする共重合ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ブチレンテレフタレート繰り返し単位を主体とするポリエステル樹脂、またはこれらのポリエステル樹脂を少なくとも２種類ブレンドしたポリエステル樹脂、または上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層してなる複層のポリエステル樹脂のいずれか、さらにポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも１種類ブレンドした樹脂、さらに、ポリカーボネート樹脂と上記のポリエステル樹脂を少なくとも２種類積層した複層樹脂からなり、公知の押し出し機によりフィルム成形後、縦横二方向に延伸し、熱固定して製造される二軸配向樹脂フィルムが好ましい。
【００３５】
積層される樹脂フィルムの厚さは５〜５０μｍの範囲が好ましく、１０〜３０μｍの範囲がより好ましい。厚さが５μｍ以下の場合、連続的に高速で金属板に積層することがむずかしい。一方、積層される樹脂フィルムの厚さが５０μｍ以上になると、エポキシ系樹脂塗料などと比較して経済性の点からも好ましくない。
【００３６】
また、樹脂フィルムはニッケルメッキ鋼板やアルミニウム合金板に直接積層されてもよいし、樹脂フィルムとニッケルメッキ鋼板、或いはアルミニウム合金板の間にエポキシ−フェノール樹脂のような熱硬化性接着剤を介在させて積層されてもよい。熱硬化性接着剤を樹脂フィルムまたは鋼板／合金板のどちらかの、互いと接着する片面に予め塗布しておくことにより、熱硬化性接着剤を介在させて樹脂フィルムをニッケルメッキ鋼板、或いはアルミニウム合金板に積層することができる。
【００３７】
（第１の実施形態）
本実施形態は、非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池について説明する。図１は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外観を示すもので、扁平な角形電池として形成されている。この角形電池は、電池缶１の開口端を封口する封口板３に電池缶１内側に向けた凹部（図１には図示せず）を形成している。また、絶縁板１１は、封口板の上部に配置されており、封口板の凹部と絶縁板１１とにより囲まれた空間に、非復帰式電流遮断素子及び復帰式電流規制素子の双方を配置している。
【００３８】
図１において、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述した電池缶の作製方法によって得られた電池缶１を用いた。この電池缶１は、ニッケルメッキ鋼板の一方側のニッケルメッキ層をポリアミド樹脂フィルムにて被覆しており、樹脂フィルム側が外面となるようにプレス加工及びＤＩ加工を施すことによって断面形状が長円形である有底筒状に形成されている。そして、電池缶１内に発電要素を収容し、電池缶１の開口部は後述する封口板３によって封口され、封口板３上に設けられた正極端子（＋）及び負極端子（−）を構成する部位が封口板３上を閉じる絶縁板１１に形成された開口部から外部に露出するように構成されている。また、ポリアミド樹脂からなる電池缶１の被覆層２８には、レーザー印字、或いは印刷にて製造者名、品番、消費者への警告等の表示の用に供される。これら印字及び印刷は、電池缶１の作成工程以降に実施されるものである。缶形状への加工工程の前段階で印刷、印字を行った場合には、加工により変質、消去されてしまう。好ましくは、絶縁板１１を一体化し、電池として完成し、電池が正常に機能する状態、即ち製造工程の最終段階で、印字や印刷を施す方法が用いられる。この方法によれば、上記の表示に加えて製造番号等の印字も可能となり、電池の品質管理面で極めて有用な効果を奏する。
【００３９】
図２及び図３は、上記リチウムイオン二次電池の内部構成を示す部分断面図で、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ図２に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線位置での矢視断面であり、電池上部の内部構造を示している。電池缶１内には正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群１４が収容され、枠体２によって収容位置から移動しないように位置固定されている。電池缶１の開口端には缶内側に向けて凹部を形成した封口板３が嵌め合わされ、その周囲が電池缶１にレーザー溶接されることにより電池缶１の開口端が封口されている。封口板３の両側に形成された開口部の一方の開口部には上ガスケット７と下ガスケット５とにより封口板３と絶縁すると共に封口性を保ち、ワッシャ４及び後述するＰＴＣ素子９の下極板９ａを取り付けてリベット６が固定されている。他方の開口部は封口板３が電池缶１上に取り付けられた後に、電池缶１内に電解液を注液するためのもので、注液後は図示するように封栓１０が挿入され、封栓１０を封口板３に溶接することにより閉じられる。
【００４０】
このように封口板３に形成された開口部にガスケット５を介してリベット６を嵌入し、締結により封口板３に固定することで、リベット３が電池缶１内と封口板３上との間を電気的に接続することを可能にする。さらに、リベット６の電池缶１内側に極板群１４から引き出されたリードを接合することで、封口性を保った状態でリードとの接続を封口板３上に導くことができる。さらに、リベット６は電池缶１内側にリード接続用の延出部を形成しておくことで、リードの接続が容易になる効果を奏する。さらにまた、リベット６を締結する際に、後述する復帰式電流規制素子、又は非復帰式電流規制素子の端子を同時に締結すると、前記素子とリベット６との電気的接続が同時になされ、電池缶１内側で接続されたリードとの接続が別途の接続手段を用いることなくなされる。
【００４１】
図２、図３においては、前記極板群１４を構成する正極板から引き出された正極リード１２は、前記リベット６の延出部６ａに溶接接続され、負極板から引き出された負極リード１３は封口板３の底面に溶接接続される。封口板３の凹部内には、上ガスケット７によって封口板３と絶縁されたＰＴＣ素子（復帰式電流規制素子）９と、樹脂モールドされた温度ヒューズ（非復帰式電流遮断素子）８とが配設されている。温度ヒューズ８は所定の動作温度になったとき溶断する低融点合金を樹脂モールドして低融点合金の保護と伝熱性の安定化を図ったもので、低融点合金の一端は樹脂モールドの上面に配置された端子板８ａに接続され、低融点合金の他端は樹脂モールド外にリード板８ｂとして引き出されている。このリード板８ｂは前記ＰＴＣ素子９の上電極９ｂに半田付けにより接合されている。
【００４２】
封口板３の上部は、図示するように正極開口部１１ａ及び負極開口部１１ｂを設けた絶縁板１１によって閉じられる。前記正極開口部１１ａからは温度ヒューズ８の端子板８ａが外部露出して正極端子（＋）の用に供され、負極開口部１１ｂからは前記封栓１０の天面が外部露出して負極端子（−）の用に供される。この端子構成により、正極端子（＋）及び負極端子（−）を形成するための部材を用いることなく端子の形成がなされる。
【００４３】
上記のように、極板群１４を構成する正極板は正極リード１２、リベット６、ＰＴＣ素子９、温度ヒューズ８を通じて正極端子（＋）に接続され、負極板は負極リード１３、封口板３、封栓１０を通じて負極端子（−）に接続される。即ち、図４に回路図として示すように、極板群１４の正極板と正極端子Ａとの間には、温度ヒューズ８とＰＴＣ素子９とが直列に接続されたリチウムイオン二次電池に構成される。
【００４４】
前記ＰＴＣ素子９は、有機ポリマー材料に導電性カーボンを分散させたＰＴＣ導電性ポリマーを平板状に形成し、その上下面に上電極９ｂ、下電極９ａを取り付けて構成され、上電極９ｂ、下電極９ａ間の抵抗値は平常時に０．１Ω以下の低抵抗値であるが、所定の動作温度（トリップ温度）になると、抵抗値が１０の４乗〜６乗Ωにも急増するものである。温度ヒューズ８は、所定の動作温度で溶融する低融点合金の両端をそれぞれ端子板８ａ、リード板８ｂに接続したもので、所定の動作温度によって溶融したとき端子板８ａとリード板８ｂとの間の導通が遮断されるものである。
【００４５】
上記構成において、温度ヒューズ８はその動作温度が１００〜１３０℃に設定され、ＰＴＣ素子９の動作温度、即ちトリップ状態となる温度が８０〜１００℃に設定される。ＰＴＣ素子９のトリップ状態になる温度を８０℃、温度ヒューズ８の動作温度を１００℃に設定した場合、このリチウムイオン二次電池が装填された機器の故障や、金属物が正極端子（＋）と負極端子（−）との間に接触したような外部短絡が生じたとき、過大な短絡電流によりＰＴＣ素子９は温度上昇し、その温度がトリップ状態となる温度８０℃に達すると、抵抗値が急増するので短絡電流は一気に制限され、短絡によって電池が危険な状態に至る前に阻止することができる。短絡状態が解除されると、過大な短絡電流がなくなるので、ＰＴＣ素子９の温度は低下してトリップ状態から外れ、抵抗値も下がるので再び正常な電池使用が可能となる。
【００４６】
また、このリチウムイオン二次電池が装填された機器の故障などの原因によって高電圧が印加されたり、逆充電がなされたような場合に、ＰＴＣ素子９が絶縁破壊され、それによる電流規制の作用が働かなかったときには、電池温度の急激な上昇により１００℃の温度状態に達すると、温度ヒューズ８が溶断して、ＰＴＣ素子９が動作し得ない状態での危険状態への移行が阻止される。このような二重の安全機能によってエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池を安全に使用することができる。
【００４７】
また、真夏の炎天下に駐車したクルマの車内に電池又はそれが装填された機器が放置されていたような場合に、電池温度は８０℃を超えるまでになることがある。このとき、ＰＴＣ素子９はトリップ状態となって抵抗値が増大するために電池の使用はできず、電池が異常温度になっている状態で使用されることが防止できる。電池が通常の温度環境に戻されると、ＰＴＣ素子９はトリップ状態から復帰するので、再度正常な電池使用が可能である。電池が１００℃を超えるような高温環境下に曝されたような場合には、電解液や極板活物質が熱により変質し、正常な充放電反応が得られない恐れがある。このような高温状態に陥った場合には、温度ヒューズ８が溶断して電池の使用を不可にすることで危険状態への移行を阻止することができる。
【００４８】
上記温度ヒューズ８とＰＴＣ素子とは、封口板３上に取り付けられる以前に一体化された１つの複合パーツとして構成され、ＰＴＣ素子９の下電極９ａに形成された穴にリベット６の軸部を差し込み、リベット６を上ガスケット７及び下ガスケット５を介して封口板３に締結することにより、電気的接続と共に封口板３上への取り付けがなされる。
【００４９】
上記構成になる電池の製造は、以下に示す手順により実施することができる。まず、封口板３の凹部内に上ガスケット７を配し、その上に温度ヒューズ８とＰＴＣ素子９とを一体化した複合パーツを置き、封口板３の底面側に下ガスケット５を配してリベット６により下ガスケット５、上ガスケット７、ＰＴＣ素子９の下電極９ａ、ワッシャ４を締結すると、封口板３に安全機能及び端子を備えた更なる複合パーツが形成される。更に、封口板３の凹部内の温度ヒューズ８やＰＴＣ素子９が収容された部位は凹部の側壁及び突出部３３によって囲まれているので、そこに配設された構成要素を包み込んでシリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂材料が充填される。樹脂充填は側壁及び突出部３３で囲まれた中で行なわれるので、樹脂が負極端子（−）となる封栓１０に付着しないように充填することができる。この樹脂充填により封口板３の凹部内に配置された各構成要素が絶縁体で被覆固定され、電池に振動や衝撃が加わったときにも各構成要素が保護され、絶縁性が向上すると同時に熱伝導性がよくなり、ＰＴＣ素子９や温度ヒューズ８に対する伝熱性を向上させることができる。
【００５０】
このように複合パーツに構成された封口板３と、極板群１４を収容した電池缶１との間で正極リード１２及び負極リード１３の接続を行なう。正極リード１２及び負極リード１３は、極版群１４から枠体２に設けられた穴から外部に引き出され、電池缶１より外に置かれた封口板３との接続作業が容易にできるように長く引き出されている。このリード接続がなされた後、電池缶１の開口端に封口板３を嵌め込むと、正極リード１２及び負極リード１３は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、枠体２上に折り畳まれる。電池缶１の開口端に嵌め込まれた封口板３の周縁と電池缶１の内周縁との間はレーザー溶接され、封口板３は電池缶１に固定される。
【００５１】
次いで、封口板３の開口部から電池缶１内に電解液が注入された後、開口部には封栓１０を嵌入させて開口部を閉じると共に、レーザー溶接によって封口板３に固定される。この後、封口板３上を閉じるように絶縁板１１が封口板３及び電池缶１に接合されると、絶縁板１１に形成された正極開口部１１ａから温度ヒューズ８の端子板８ａが外部露出し、負極開口部１１ｂから封栓１０の天面が外部露出して正極端子（＋）及び負極端子（−）が形成される。さらに、図２、図３に示すように、破線で示すように、樹脂被覆層２８で絶縁板１１の周囲まで電池缶１を被覆しており、図１に示すような外観に形成される。この樹脂被覆層２８は、ＰＥＴ等の樹脂フィルムによって形成することができる。
【００５２】
図１、図２に示すように、正極端子（＋）及び負極端子（−）が電池の天面の一方に偏った位置に形成されているので、機器の電池収容スペースに対して逆装填されることが防止できる。この電池では機器との接続は、正極端子（＋）及び負極端子（−）に機器側に設けられたプローブが圧接することによってなされ、電池の形状は左右対称になっているので、逆装填される恐れは多分にあるが、この偏った位置に端子が形成されていることにより、逆装填は確実に防止できる。
【００５３】
本実施形態に示した角形の電池では、従来は発電要素を収容した電池缶の開口部は平らな封口板で封口され、封口板と極板群との間の空間は極板群から引き出されたリードの接続空間としての用に供されるだけの空間であったが、上述のように本実施形態の構成のように、凹部を形成した封口板３によって電池缶１の開口部が閉じられることにより、封口板３の凹部に電池の安全機構を設けて空間が有効活用され、安全機能を備えた角形リチウム二次電池が構成される。
【００５４】
前記封口板３は、プレス加工により所要の板材を絞り加工して凹部を形成した後、電池缶１の内径寸法に対応する形状に外形抜き加工することによって形成される。この外形抜き加工を行なうプレス金型を変更、即ち、抜き形状寸法を変更することにより、電池容量により電池の短側面の幅が異なる電池にも容易に対応させることができる。角形のリチウムイオン二次電池の場合、電池の短側面の幅を大きくすると、巻回する正負極板の長さを増加させることができ、極板群１４の反応面積を増加させることができるので、同一形状でありながら電池の短側面の幅が異なり、電池容量が異なる複数品種の電池が構成される。このとき、各品種毎の電池を製造するのに用意される封口板３を製作するために、各品種毎の封口板３を製作する金型を複数に準備することなく、外形抜きの金型を変更するだけで複数の品種に対応させることができる。
【００５５】
図５は、電池の短側面の幅が異なる２種類の電池を製造するための封口板３の外形寸法変更の例を示すもので、図５（ａ）に示すように、共通の絞り加工金型により板材２６を絞り加工して凹部２９を形成すると、凹部２９の周囲にフランジ部分が形成される。この後、本実施形態に示した電池のように短側面の幅Ｗ１が小さい場合には、凹部２９の立ち上がり部外側の至近位置でフランジ部分を打ち抜く外形抜き加工がなされて形成された封口板３は、図５（ｂ）に示すように、短側面の幅Ｗ１が小さい電池缶１の開口部に嵌り合う状態となる。一方、短側面の幅をＷ２に増加させた電池の場合には、外形抜き金型の加工位置を大きくすると、図５（ｃ）に示すように、短側面の幅をＷ２に増加させた電池缶１ａに対応する封口板３ａに形成することができる。
【００５６】
以上説明した各実施形態において、ＰＴＣ素子９が適用された復帰式電流規制素子は、所定の動作温度以上になったとき変形して接点を開き、温度が低下すると元の状態に復帰して接点を閉じるバイメタルによって構成することもできる。また、温度ヒューズ８が適用された非復帰式電流遮断素子は、所定の動作温度以上になったとき記憶された形状に戻って接点を開き、電流回路を遮断する形状記憶合金を備えたスイッチ構造によって構成することもできる。
【００５７】
また、本実施形態の構成では、正極接続ラインに温度ヒューズ８及びＰＴＣ素子９を配設しているが、負極接続ラインに配設することもできる。また、温度ヒューズ８とＰＴＣ素子９とを正極接続ラインと負極接続ラインとに振り分けて配設することもできる。要は電池の入出力ライン上に配設されていれば、その効果は同様に発揮される。
【００５８】
また、各実施形態に説明したＰＴＣ素子９と温度ヒューズ８とによる二重の安全機能に加えて、電池缶１内の圧力が異常上昇したとき、異常内圧を外部に排出する異常内圧排出構造を設け、三重の安全機能を構成することができる。前記異常内圧排出構造は、内圧によって動作する弁体を用いた構成、クラッド板の薄板部分を内圧で破断する構成、電池缶１の一部をスクライブ又は刻印によって薄肉化して内圧で薄肉部分を破断させる構成を適用することができる。
【００５９】
図１に示したように、小型薄型化された本実施形態のリチウムイオン二次電池では、異常内圧排出構造はスペース占有率が少ない構成が望ましく、図６及び図７に例を示す構成が好適である。
【００６０】
図６は、電池缶１の胴部分にスクライブ２４を形成し、電池缶１の材厚をスクライブ２４によって部分的に薄肉化した異常内圧排出構造の例を示すものである。スクライブ２４は電池缶１の材厚を５〜９０％まで減少させるように溝状に形成する。温度上昇に伴うガスの発生により内圧が異常上昇し、内圧がスクライブ２４による電池缶１の破断強度を越えたとき、電池缶１はスクライブ２４から破断するので、異常内圧は外部に排出されて破裂等の危険な状態に陥ることが防止できる。
【００６１】
図７は、封口板３をステンレススチール板２１にアルミニウム板２２を接合したクラッド板で形成し、所要位置のステンレススチール板２１に排気穴２０を設け、この排気穴２０を薄いアルミニウム板２２で塞いだ異常内圧排出構造の例を示すものである。温度上昇に伴うガスの発生により内圧が異常上昇し、内圧がアルミニウム板２２の破断強度を越えたとき、排気穴２０を塞ぐアルミニウム板２２は破断するので、異常内圧は外部に排出されて破裂等の危険な状態に陥ることが防止できる。排気穴２０内のアルミニウム板２２は、図示するように穴内に膨出する球面に形成しておくことにより、圧力が球面に集中するため安定した破断動作が得られる。この異常内圧排出構造は、封口板３上に配置される構成要素により閉塞されない位置に形成される。
【００６２】
上記例に示すような異常内圧排出構造は、温度ヒューズ８が溶断し、それでも電池温度が１００℃以上である場合に、ガス発生による内圧の上昇によって排出動作が起動するように構成される。従って、復帰式電流規制素子及び非復帰電流遮断素子の動作が正常に働かない状態にあっても、最終の安全機能として動作する。この異常内圧排出構造を設けることによって、ＰＴＣ素子９、温度ヒューズ８に加えて三重の安全機能を備えたリチウムイオン二次電池を構成することができ、更にはセパレータのシャットダウンによる安全機能が約１５０℃で働くことから、高エネルギー密度の電池を安全使用することができる。
【００６３】
また、以上説明した実施形態は、ニッケルメッキ鋼を用いた電池缶１を扁平な角形に形成した例について説明したが、樹脂被覆されたアルミニウム合金やステンレス鋼を用いることもでき、それらを円筒形に形成した電池に本構成を適用することもできる。
【００６４】
以上のように、第１の実施形態に係る非水電解質二次電池は、封口板に形成した凹部内に電池の安全機能となる復帰式電流規制素子や非復帰式電流遮断素子などの電池の構成要素を配設することで、電池缶内の極板群と封口板との間にできるデッドスペースとなっていた空間を有効に活用し、電池の体積を増加させることなく安全機能を備えた電池に構成することができる。また、封口板上に配設された構成要素の導体面を正極端子又は負極端子として外部露出させることができ、端子を形成するための部材を設けることなく、部品点数を減らしてコストダウンを図ることができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態と同様に非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池について説明する。図８は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００ａ，１００ｂの外観を示すもので、扁平な角形電池として形成されている。
【００６６】
本実施形態では、正極端子、負極端子を含む接続端子が端子板１０２上に形成している。この端子板は絶縁性の樹脂材料からなり、電池の表面に露出する外面側には、前記接続端子のみが露出している。一方、端子板の内面側には、非復帰式の電流遮断機能を果たす制御回路、及び一方の接続端子と発電要素との電気的接続を遮断するスイッチ手段が実装されている。また、端子板１０２と電池本体１０１との間には、復帰式の電流規制素子が配置されている。従って、各電流規制素子が前記端子板と電池本体１０１の封口板により形成される空間に配置されることになる。
【００６７】
以下、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成について詳述する。図８において、電池本体１０１はその正極及び負極に接続された端子板（基板）１０２と樹脂モールド体１０３により一体化され、端子板１０２の外面上に正極端子１０４及び負極端子１０５が形成されている。電池１００ａは、端子板１０２を電池本体１０１の封口面と平行に配置し、正極端子１０４及び負極端子１０５を上面に設けた構成である。電池１００ｂは、端子板１０２を電池本体１０１の側面と平行に配置し、正極端子１０４及び負極端子１０５を側面端に設けた構成である。
【００６８】
前記電池本体１０１は、図９に示すように、横断面形状が長円形の有底筒状に形成された電池缶１２２内に発電要素を収容し、その開口端は封口板１２３がレーザー溶接されることによって封口されている。電池缶１２２について、本実施形態では第１の実施形態におけるニッケルメッキ鋼板に樹脂被覆層を形成した電池缶に代えて、アルミニウム合金板、詳しくはＡｌ−Ｍｎ合金にポリアミド樹脂層を形成し、同様にプレス加工、及びＤＩ加工を施したものを使用している。電池缶１２２に接合して電池正極となる封口板１２３には、その中央に上ガスケット１２４ａ及び下ガスケット１２４ｂにより絶縁して電池負極となるリベット１２５が締結されている。また、封口板１２３の一部は箔状板を貼り合わせたクラッド板に形成されており、クラッド板部分に放出口１２０ａを形成した安全弁１２０が構成されている。また、封口板１２３の両側には樹脂モールド体１０３を電池本体１０１に係合する一対の係合部材１２６が形成されている。この係合部材１２６の形成方法は、封口板１２３にプレス加工により形成する方法、係合部材１２６を封口板１２３に溶接接合する方法のいずれかを採用することができる。
【００６９】
尚、封栓１２７は電解液注入口を閉じる用途に供され、電池缶１２２内に電解液を注入した後、電解液注入口は封栓１２７によって閉じられ、封栓１２７は封口板１２３に溶接される。
【００７０】
上記構成になる電池本体１０１には、図１０に示すように、リベット１２５に一方の電極板を接合してバイメタル素子１１０が配設され、バイメタル素子１１０の他方電極板は封口板１２３上に貼着された絶縁シート１２１上に配置され、後述する正極接続リード板（正極接続ライン）１０８と接合される。このバイメタル素子１１０は、可動接点構造を有している。この接点に過電流が流れることで発生する過度の温度上昇や高温環境により、接点が反転し、完全に電流を遮断する復帰式電流規制素子である。このバイメタル素子の動作温度は、上述した第１の実施形態と同様に８０〜１００℃に設定される。この設定は、可動接点を構成する熱膨張係数の異なる２種類の金属の貼り合わせ状態、形状等を制御することで、任意に設定可能である。また、このバイメタル素子は、通電時で１０ｍΩ程度の接触抵抗値を示し、ＰＴＣ素子に比べて３分の１となることから、電池の負荷を低減する効果を有する。このようなバイメタル素子１１０は、後述する樹脂の充填成形時に溶融状態にある成形樹脂に接することになる。バイメタル素子１１０は、成形時の熱負荷に耐えうる特性を有しているが、バイメタル素子１１０が熱破壊されないように断熱シート１１６を配設するのが好ましい。また、安全弁１２０の放出口１２０ａを覆って樹脂シート１４０が貼着される。
【００７１】
端子板１０２は、図１１に示すように、外面側となる一方面に正極端子１０４及び負極端子１０５が形成され、電池本体１０１に対向する内面側となる他方面に電池本体１０１と接続する正極接続ランド１０６及び負極接続ランド１０７が形成されている。前記正極端子１０４及び負極端子１０５は板面上に貼り付けられた銅箔をエッチングして形成することができるが、板面に端子部材を取り付けて構成することもできる。
【００７２】
また、電池１００ｂのように側面に正極端子１０４及び負極端子１０５を設けた構成は、機器側の接続端子と摺動接触させるのに好適な構造なので、板状の端子部材を端子板１０２に取り付けることが望ましい。更に好ましくは、略コ字状に形成された端子部材を用い、端子板１０２の内面側と外面側とを接続する構成とすることで、端子板１０２の両面に接続端子を容易に形成できる。
【００７３】
端子板１０２は、その一方面と他方面との間を図示しないスルーホールにて接続している。また、回路パターンにより要所が接続されている。この回路パターンは、端子板１０２の内面側、外面側の何れの面に形成することができるが、外面側に形成した場合には接続パターンを絶縁被覆する構成が必要となる。
【００７４】
さらに端子板１０２の内面側には、前記回路パターン、正極及び負極の接続ランドに加えて、非復帰型電流遮断素子の機能を果たす制御回路、及び発電要素と正負極の少なくとも一方の端子との電気的接続を遮断するスイッチ手段（何れも図示せず）が形成されている。この制御回路は、過電流、異常温度を認識した際に、スイッチ手段を開状態とし、電池温度の低下、過電流の付加が解除した場合でもスイッチ手段は開状態を維持し、非復帰型電流遮断素子として機能する。
【００７５】
既に述べたように本実施形態における非復帰型電流遮断機構は、発電要素の少なくも一方の電極と封口板上に位置する同極性の端子とを接続する接続ライン上にスイッチ手段を配置している。このスイッチ手段は、好ましくは正極と正極端子との間にＦＥＴ素子を配置したものであり、ＦＥＴ素子が制御回路にて制御される。本実施形態では、復帰型電流規制素子であるバイメタル素子１１０と組み合わせていることから、バイメタル素子１１０が動作した後も温度上昇、過電流が継続した場合に制御回路による電流遮断素子としての機能を奏している。さらに、この構成では、非復帰型電流遮断素子として制御回路を用いていることから、後述する樹脂モールド時の熱影響を排除することができる特有の効果も奏する。この熱影響は、温度ヒューズ等の熱感応性を有する電流規制／遮断素子を用いた場合に共通して認められる特有の現象であり、樹脂モールド時に成形樹脂の熱、圧力により前記の素子が溶断してしまい、素子としての機能を喪失、若しくは劣化する虞がある。このような不具合を解決するために、素子を成形樹脂から保護する部材を配置する構成を本発明者らは先に提案したが、工数の増加等を招いてしまう。上述した構成で有れば、樹脂モールド時の熱影響を排除できる特有の効果を得ることができる。
【００７６】
また、バイメタル素子１１０に代えて非復帰型電流遮断素子として温度ヒューズを用いることでもできる。この場合には、上記の制御回路は復帰型電流規制素子として機能させる必要があり、温度ヒューズに動作に先立って制御回路がスイッチ手段を開状態とすることで電流を規制（遮断）し、電池が定常状態に復帰した際にスイッチ手段を閉状態とすることで通常使用を可能にする。
【００７７】
さらに、前記の温度ヒューズに代えて、回路基板上にパターンヒューズを形成し、これが非復帰型電流遮断素子としての機能を果たす構成としても良い。このパターンヒューズは、回路パターンに比べて極細のパターンを端子板１０２上に形成することで得られる。高温状態になると、パターンヒューズは端子板１０２上で溶断し、電気的接続が断ち切られる。同様に、過大な電流が付加された場合にも、パターンヒューズに発生する過度の温度上昇により、ヒューズ部分が溶断し、完全に電流を遮断する非復帰式電流遮断素子の特性を示す。端子板状にパターンヒューズと制御回路を形成する構成では、復帰式電流規制素子、非復帰型電流遮断素子の双方が回路基板上に形成されることから、これら素子の少なくとも一方を電池本体１０１と端子板１０２との間に別途配置する必要が無く、構成の簡素化、及びコストの削減を可能にする。また、非復帰型電流規制素子が回路パターンと同時に端子板１０２上に形成可能なため、製造工程の簡略化にもつながる。
【００７８】
以下、復帰型電流規制素子としてバイメタル素子１１０を用いた本実施形態に係る構成に戻って説明を継続する。前記正極接続ランド１０６及び負極接続ランド１０７には、図１１（ｃ）に示すように、それぞれ正極と正極端子を電気的に接続する正極接続ラインの機能を果たす正極接続リード板１０８、負極接続ラインである負極接続リード板１０９の一端が半田付けにより接合される。この端子板１０２は、図１２に示すように、正極接続リード板１０８の他端を封口板１２３に接合し、負極接続リード板１０９の他端を前記バイメタル素子１１０の他方電極板に接合して電池本体１０１に接続される。図８（ａ）に示した電池１００ａに構成する場合には、端子板１０２は図１２（ａ）に示すように封口板１２３と平行になるように正極接続リード板１０８及び負極接続リード板１０９を折り曲げる。図８（ｂ）に示した電池１００ｂに構成する場合には、図１２（ａ）に示すように封口板１２３に対して直交した状態のままでよい。
【００７９】
上記のように電池本体１０１と端子板１０２とを接続した後、図１３に示すように、電池本体１０１と端子板１０２との間に樹脂を充填成形して電池本体１０１と端子板１０２とを一体化する。電池本体１０１はその表面の大部分が金属体であり、充填成形された樹脂モールド体１０３と接合し難いが、封口板１２３上に取り付けられた係合部材１２６が樹脂モールド体１０３に包み込まれ、そのアンダーカット部分で樹脂モールド体１０３に係合するので、樹脂モールド体１０３に対する投錨効果が得られ、樹脂モールド体１０３は電池本体１０１に接合した状態となる。端子板１０２は正極接続リード板１０８や負極接続リード板１０９が樹脂モールド体１０３内に包み込まれて樹脂モールド体１０３と係合するが、更に係合性を向上させるには、リベット状の突起を設けると、係合部材１２６と同様の効果が得られる。充填成形される樹脂としては、熱可塑性ポリアミド樹脂が用いられる。この樹脂は、接着性、電気絶縁性、耐薬品性に優れており、さらに１９０℃〜２３０度の範囲で成型可能なことから電池本体１０１、バイメタル素子１１０等への熱影響を抑制することができる。
【００８０】
さらに、端子板１０２及び電池本体１０１の樹脂モールド体１０３と接する面に樹脂及び金属と接着性のよい接着剤を塗布することによって、樹脂モールド体１０３と電池本体１０１及び端子板１０２との接合性を向上させることもできる。この接着剤としては、ポリアミド樹脂のホットメルト接着剤や、エポキシ樹脂系、シリコン変成樹脂系の接着剤が用いられる。
【００８１】
このように本実施形態では、樹脂モールド体１０３により端子板１０２と電池本体１０１とを一体化する構成を採用している。この樹脂モールド１０３による一体化に代えて、予め復帰式電流規制素子や正負極の接続リードを電池本体、及び端子板に接続しておき、電池本体と端子板との間に樹脂枠体を配置し、これらを一体化することで本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池における非復帰式電流遮断素子、及び復帰式電流規制素子の動作を詳細に説明する。
【００８３】
上記構成になる電池１００ａ，１００ｂは、正極端子１０４と負極端子１０５との間が何らかの原因によって外部短絡された場合に、短絡による過大な短絡電流によってバイメタル素子１１０の可動接点が温度上昇し、その温度が設定された可動接点の反転温度を越えたとき、通常温度状態では極少な抵抗値であるバイメタル素子１１０は可動接点の形状変化により電流が遮断される。このため、短絡電流はバイメタル素子１１０により遮断され、電池が外部短絡により温度上昇して破裂等の事態に陥ることを防止する。
【００８４】
また、電池１００ａ，１００ｂが高温環境に曝された際にも、バイメタル素子が温度上昇によって可動接点を反転させるので、高温環境で電池が使用状態となることを防止する。即ち、電池１００ａ，１００ｂはバイメタル素子１１０の内蔵した安全機能を備えたものとなる。そして、短絡電流や高温環境というバイメタル素子１１０を作動させる要因が除去され、電池が正常な条件下で使用可能な状態になると、バイメタル素子１１０の可動接点は導通を再開し、電池は使用可能な状態になる。
【００８５】
一方、電池が外部短絡されているにも拘わらず、バイメタル素子１１０による電流遮断機構が動作しない場合、あるいはバイメタル素子１１０を破壊するような過大な電流が付加された場合には、これら電流により制御回路がスイッチ手段を開状態とし、電流が遮断される。また、バイメタル素子１１０の作動温度よりも高温環境に曝された場合にも、制御回路が作動し、電池を使用不能な状態とする。
【００８６】
さらに電池１００ａ，１００ｂが、前記の各電流規制素子の作動温度を超える異常温度にまで上昇して電池本体１０１内にガスが発生すると、電池本体１０１が破裂に至る恐れがあるが、発生したガスの圧力が安全弁１２０を作動圧力に達すると、安全弁１２０はその箔状板部分が破断して異常上昇した内圧を外部に放出する。安全弁１２０の放出口１２０ａ上は樹脂シート１４０により塞がれ、更に樹脂モールド体１０３で覆われているので、放出口１２０ａから噴出したガスは樹脂シート１４０及び樹脂モールド体１０３と電池本体１０１との界面から外部に放出される。従って、電池本体１０１が温度上昇によって破裂に至ることは防止され、前記バイメタル素子１１０、制御回路と共に三重の安全機能が設けられた電池１００ａ，１００ｂに構成することができる。
【００８７】
上記のように構成された電池１００ａ、１００ｂは、更に外装被覆を設けることによって外観及び強度の向上を図ることができる。外装被覆は、図１３（ｂ）に示すように、正極端子１０４及び負極端子１０５上に開口部を形成して端子板１０２上を被覆する二次モールド体１５０によるもので、図１４に示すような外観の電池１００ｃ，１００ｄに仕上げることができる。一方、電池缶１２１の表面にはポリアクリル樹脂からなる樹脂被覆層（図示せず）が形成されており、電池の意匠性を向上させる効果が得られる。さらに、第１の実施形態と同様に品番等の印字、印刷がなされる。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、携帯電子機器等の電源として好適な小型の二次電池内にその安全機能を設けることができ、同時に電池缶に樹脂被覆層を設けることで電池単体として電池パックの機能を奏するものである。これにより低コストに信頼性を確保した非水電解液二次電池を提供することができ、その工業的価値は大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る角形のリチウムイオン二次電池の構成を示す外観斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る電池の内部構成を示す部分断面図。
【図３】同上構成の（ａ）はＡ−Ａ線、（ｂ）はＢ−Ｂ線、（ｃ）はＣ−Ｃ線での矢視断面図。
【図４】同上構成の回路図。
【図５】封口板のプレス加工による形成を示す断面図。
【図６】スクライブによる異常内圧排出手段を設けた電池の斜視図。
【図７】クラッド板を用いた異常内圧排出手段の構成を示す部分断面図。
【図８】第２の実施形態に係る電池の外観を示す斜視図。
【図９】同電池の本体の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図１０】同電池の本体にバイメタル素子を取り付けた状態での（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図１１】端子板の構成を（ａ）は外面側、（ｂ）は内面側、（ｃ）はリード板取付け状態をそれぞれ示す斜視図。
【図１２】端子板の電池本体への取付け状態を示す斜視図。
【図１３】端子板と電池本体とを樹脂モールド体で一体化した状態を示す断面図。
【図１４】電池の外装被覆を施した状態の電池の斜視図。
【符号の説明】
１  電池缶
３  封口板
６  リベット
６ａ  延出部
８  温度ヒューズ（非復帰式電流遮断素子）
９  ＰＴＣ素子（復帰式電流規制素子）
９ａ  下電極
１１  絶縁板
１１ａ  正極開口部
１１ｂ  負極開口部
１２  正極リード
１３  負極リード
１４  極板群
１６  樹脂
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ  電池
１０１  電池本体
１０２  端子板（基板）
１０３  樹脂モールド体
１０４  正極端子
１０５  負極端子
１１０  バイメタル素子
１２３  封口板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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