(57)【要約】【課題】  ＰＴＣ素子が電池で発生する熱により敏感に反応して作動できるようにする二次電池を提供する。【解決手段】  二次電池において，陽極板６及び陰極板８が隔離板４を間に挟みながら積層されて形成された電極組立体１０と，電極組立体を電解液と共に内部に収容し，陽極板及び陰極板のうちのいずれか一つと電気的に接続するカン２と，陽極板及び陰極板のうちのいずれか一つと電気的に接続する電極端子を備え，カンの開口部２ａに固定されてカンを密封するキャップ組立体１２と，カンとの間に介在物なしでカンに直接接して密着するＰＴＣ素子１４を備える安全装置１６と，を含む。【選択図】  図１
2005011814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極板及び陰極板が隔離板を間に挟みながら積層されて形成された電極組立体と；
前記電極組立体を電解液と共に内部に収容し，前記陽極板及び前記陰極板のうちのいずれか一つと電気的に接続する容器と；
前記陽極板及び前記陰極板のうちのいずれか他方と電気的に接続する電極端子を備え，前記容器の開口部に固定されて前記容器を密封するキャップ組立体と；
前記容器に直接密着されるＰＴＣ素子を備える安全装置と；
を含むことを特徴とする，二次電池。
【請求項２】
前記ＰＴＣ素子が，
前記容器の底面に密着することを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記安全装置が，
前記ＰＴＣ素子と任意の間隔をおいて前記容器の底面に付けられる底プレートと；
前記ＰＴＣ素子と前記底プレートとを電気的に接続する第１リードプレートと；
前記ＰＴＣ素子と前記電極端子とを電気的に接続する第２リードプレートと；
を含むことを特徴とする，請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記安全装置が，
前記第２リードプレート端部に連結される保護回路モジュールと；
前記保護回路モジュールと前記電極端子とを電気的に接続する第３リードプレートと；
をさらに含むことを特徴とする，請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記容器が，
アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
【請求項６】
前記容器が前記陽極板と電気的に接続され，前記電極端子が前記陰極板と電気的に接続されることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
【請求項７】
前記容器が，
安全ベントをさらに含むことを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池に係り，より詳しくは，ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子の付着構造に特徴を持つ二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，二次電池は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電及び放電が可能な電池であって，代表的にニッケル−水素電池やリチウム電池やリチウムイオン電池などがある。二次電池は，電池パックの形態に製作されて，携帯電話やノートブックコンピュータやカムコーダのような携帯用電子機器のエネルギー源として広く用いられている。
【０００３】
二次電池は，その形状によって角形や円筒形やパウチ形などに分類され，この中で通常の角形二次電池は，陽極板と陰極板とが隔離板を間に挟みながら積層された電極組立体と，電極組立体を電解液と共に内部に収容するほぼ直六面体形状の金属製の容器（以下，カンとも称する）と，容器の上端開口部を密封するキャップ組立体とを含む。
【０００４】
容器は，それ自体が電極端子の役割を果たす場合がある。例えば，容器が陽極端子として機能し，容器と絶縁状態を維持するように設けられる電極端子が陰極端子として機能する。そのため，容器は，導電性を有する必要があり，特に，鉄やその他の導電性金属に比べて重量が軽く腐食が起こりにくいアルミニウムやアルミニウム合金などで形成することが好ましい。
【０００５】
また，二次電池は，容器外部にＰＴＣ素子や温度ヒューズ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｆｕｓｅ）や保護回路モジュール（ＰＣＭ；  ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｍｏｄｕｌｅ）のような安全装置が設置された状態で電池パックに収納される。この安全装置は，電池の陽極端子と陰極端子に各々接続されて，電池の温度上昇や過度な充放電などにより電池の電圧が急激に上昇する場合に電流を遮断し，電池の破裂を防止する役割を果たす。
【０００６】
安全装置は，リードプレートによって電池の陽極端子と陰極端子とに連結される。この時用いられるリードプレートは，所定の導電性を有し，例えば，ニッケル，ニッケル合金，ニッケルなどがメッキされたステンレス鋼等が用いられる。
【０００７】
ところが，ニッケルのリードプレートを用いると，アルミニウムの容器底面との溶接に問題が発生する。この問題は，ニッケルの不溶性とアルミニウムの導電性が原因で超音波溶接や抵抗溶接が非常に困難であるため，レーザー溶接をしなければならないことに起因する。レーザー溶接をする場合は，溶接時に発生するレーザービームによる熱が安全装置に伝わって，その安全装置の信頼性を低下させるおそれがある。
【０００８】
したがって，上記のような問題を解決するために，例えば特許文献１には，アルミニウム製の容器の底面にニッケルからなる第１リードプレートを予めレーザー溶接し，第１リードプレートに第２リードプレートを抵抗溶接で接合して安全装置を連結した電池が開示されている。
【０００９】
図４は，従来技術によるＰＣＴ素子を有する二次電池を示した正面図である。この二次電池において，ＰＴＣ素子１は，容器（カン３）の底面３ａに付着された底プレート５に固定されるが，この時，第１リードプレート７が，ＰＴＣ素子１とカン３の側面に配置された保護回路モジュール９とを連結し，第２リードプレート１１が，保護回路モジュール９とキャップ組立体の電極端子１３とを連結することにより，ＰＴＣ素子１と保護回路モジュール９とが電池の陽極端子及び陰極端子に電気的に接続される。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，９７６，７２９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし，前述した構成の二次電池において，ＰＴＣ素子１は，底プレート５上に配置されて固定されるので，この底プレート５の厚さ（ｔ）の分だけカンの底面３ａから離れて位置する。このような構造の二次電池の温度が上昇すると，ＰＴＣ素子１への熱伝逹は底プレート５を通じて行われ，熱の損失を招く。
【００１２】
この場合，ＰＴＣ素子１が電池の温度を確実には感知できず，上昇した温度に応じて迅速に電池の電流回路を遮断できなくなり，電池の安全性の面で問題がある。
【００１３】
そこで，本発明は，このような問題点を勘案したものであって，その目的とするところは，ＰＴＣ素子が電池で発生する熱に敏感に反応して作動できるようにした二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために，本発明のある観点によれば，陽極板及び陰極板が隔離板を間に挟みながら積層されて形成された電極組立体と；電極組立体を電解液と共に内部に収容し，陽極板及び陰極板のうちのいずれか一つと電気的に接続する容器と；陽極板及び陰極板のうちのいずれか他方と電気的に接続する電極端子を備え，容器の開口部に固定されて容器を密封するキャップ組立体と；容器との間に介在物なしで容器に直接密着されるＰＴＣ素子を備える安全装置と；を含むことを特徴とする二次電池が提供される。
【００１５】
ＰＴＣ素子は，容器の底面に密着して配置することができる。
【００１６】
安全装置は，ＰＴＣ素子と任意の間隔をおいて容器の底面に付けられる底プレートと，ＰＴＣ素子と底プレートとを電気的に接続する第１リードプレートと，ＰＴＣ素子及び電極端子を電気的に接続する第２リードプレートとを含んで構成してもよい。さらに，前記安全装置は，第２リードプレート端部に連結される保護回路モジュールと，この保護回路モジュール及び電極端子を電気的に接続する第３リードプレートとを含んで構成してもよい。
【００１７】
容器は，アルミニウムやアルミニウム合金などで形成してもよく，安全ベントを含んで形成してもよい。
【００１８】
また，容器は，電極組立体の陽極板に電気的に接続され，電極端子は，電極組立体の陰極板に電気的に接続されることが可能である。
【００１９】
かかる構成により，ＰＴＣ素子が電池内温度を迅速に感知することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば，ＰＴＣ素子が容器外面に密着して配置されるので，容器とＰＴＣ素子との間の熱損失が最小化され，ＰＴＣ素子が容器の温度を敏感に感知して作動できるようになる。したがって，電池の異常過熱時にＰＴＣ素子が迅速に電流を遮断することが可能な，安全性の高い二次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】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１の実施の形態による二次電池の分解斜視図であり，図２は，本実施の形態による二次電池の正面図であり，図３は，本実施の形態によるＰＴＣ素子，第１リードプレート及び第２リードプレートの概略図である。
【００２３】
図１に示すように，二次電池は，ほぼ直六面体形状を有する金属製の容器（カン２）と，隔離板４を間に挟みながら陽極板６と陰極板８とが積層された後にゼリーロール形態に巻かれ，電解液に漬けられた状態でカン２内部に収納される電極組立体１０と，カンの開口部２ａを密封するキャップ組立体１２と，ＰＴＣ素子１４がカン２で発生する熱により直接動作する安全装置１６と，を主に備える。ＰＴＣ素子１４は，カン２表面に密着して設置される。
【００２４】
カン２は，その一面が開放された状態のカンの開口部２ａを通じて電極組立体１０を収容する。また，カン２は，金属からなるので，カン２自体が端子の役割を果たすことができる。
【００２５】
ここで，本実施の形態の二次電池において，陽極端子と陰極端子がどのように形成されるかを説明する。
【００２６】
本実施の形態では，カン２が，電極組立体１０の陽極板６と電気的に接続されて陽極端子として機能し，キャップ組立体１２にカン２と絶縁状態で設けられる電極端子１８が，電極組立体１０の陰極板８と電気的に接続されて陰極端子として機能する。カン２の材質は，例えばアルミニウムやアルミニウム合金などである。
【００２７】
カン２を陽極端子として機能させるために，電極組立体１０の陽極板６には任意の長さを有する陽極リード２０が固定されており，この陽極リード２０がキャップ組立体１２のキャッププレート２２下面に溶接によって固定される。これにより，キャッププレート２２とカン２が陽極板６と電気的に接続される。この時，キャッププレート２２はカンの開口部２ａを密封する役割も果たす。
【００２８】
また，電極端子１８を陰極端子として機能させるために，電極組立体１０の陰極板８には任意の長さを有する陰極リード２４が固定されており，この陰極リード２４が電極端子１８下端に溶接によって固定され，電極端子１８が陰極板８と電気的に接続される。この時，電極端子１８は，絶縁ガスケット（図示せず）によってキャッププレート２２と絶縁状態を維持する。
【００２９】
次いで，本実施の形態の二次電池における安全装置について説明する。
【００３０】
安全装置１６は，陽極端子として機能するカン２，より具体的には，カンの底面２ｂと，陰極端子として機能する電極端子１８との間に設置される。この安全装置１６は，外部短絡や機械的な衝撃によって二次電池内部で短絡が起こったり，過充放電されて電圧が急激に上昇したりした場合に，電流の流れを遮断して，電池の破裂を未然に防止する機能を有する。
【００３１】
二次電池の安全装置の構成として，本実施の形態において，安全装置１６は，ＰＴＣ素子１４を，電極端子１８と電気的に接続する状態，且つ，従来のように底プレートを介さずに，カン２の外表面（本実施の形態ではカンの底面２ｂ）に接触して密着する状態になるように配置し，ＰＴＣ素子１４がカン２で発生する熱を直に感知することで迅速に動作できるようにする構成を採用している。
【００３２】
より具体的には，安全装置１６は，図１に示すように，カンの底面２ｂに付けられる底プレート２６と，底プレート２６と任意の間隔をおいてカンの底面２ｂに密着されるＰＴＣ素子１４と，底プレート２６とＰＴＣ素子１４とを結ぶように設置されてこの二つの部材を電気的に接続する第１リードプレート２８と，ＰＴＣ素子１４と保護回路モジュール３２とを結ぶように設置されてこの二つの部材を電気的に接続する第２リードプレート３０と，保護回路モジュール３２と電極端子１８とを結ぶように設置されてこの二つの部材を電気的に接続する第３リードプレート３４と，を含む。この時，図２に示すように，絶縁膜４２が，カン２と第２リードプレート３０，カン２と第３リードプレート３２，をそれぞれ電気的に絶縁させる。
【００３３】
図示していないが，安全装置１６は，保護回路モジュール３２と第３リードプレート３４とを設置せずに，第２リードプレート３０が，ＰＴＣ素子１４と電極端子１８とを電気的に接続するように構成することも可能である。
【００３４】
また，ＰＴＣ素子１４を設置する際，ＰＴＣ素子１４は，カンの底面２ｂを含んだカン２の外表面のどこにでも付けることが可能であるが，図１に示すように特にカンの底面２ｂに付けることが好ましい。ＰＴＣ素子１４をカンの底面２ｂに付ける場合，ＰＴＣ素子１４と底プレート２６とは，カンの同一面上に隣り合って設置され，ＰＴＣ素子１４と底プレート２６との間には，任意の隙間が空けられる。この時，底プレート２６は，ＰＴＣ素子１４を設置する場所を確保するため，従来の底プレートより小さく形成される。
【００３５】
このように本実施の形態では，ＰＴＣ素子１４は，底プレートなどの他の部材を介することなくカン２の外表面に密着して配置されることで，カン２から直に熱が伝えられ，カン２で発生する熱に敏感に反応して迅速に作動する。
【００３６】
ここで，ＰＴＣ素子１４と第１リードプレート２８と第２リードプレート３０との接続方法について，図２と図３を参照しながら説明する。
【００３７】
ＰＴＣ素子１４は，図２に示すように，カンと対向する対向面１４ｄでカンの底面２ｂと電気的に接続し，対向面の反対面１４ｅで第１リードプレート２８や第２リードプレート３０などと電気的に接続する構造からなる。
【００３８】
より詳しく説明すると，ＰＴＣ素子１４は，図３に示すように，主に，ポリマーや導電物質などが混合されて過熱時にポリマー膨脹により絶縁特性を示すＰＴＣ本体１４ａと，絶縁フィルム１４ｃとからなる。この絶縁フィルム１４ｃは，ＰＴＣ本体１４ａを囲み，カン２に接しない一面にＰＴＣ本体１４ａを露出させる一対の露出部１４ｂを備える。この露出部１４ｂの片方に第１リードプレート２８，露出部１４ｂの他方に第２リードプレート３０が結合されてＰＴＣ本体１４ａと接触し，ＰＴＣ本体１４ａと第１リードプレート２８と第２リードプレート３０とが電気的に接続される。
【００３９】
以上で説明した構成により，本実施の形態の二次電池は，カンとＰＴＣ素子が直接接するので，カンとＰＴＣ素子との間の熱損失を最小化することができる。したがって，安全装置１６は，二次電池で外部短絡又は内部短絡が起こったり過充放電されたりしてカン２の温度が急激に上昇した場合，ＰＴＣ素子１４がカン２の過熱を迅速に感知して動作することで，安全装置１６の電流を遮断することができる。よって，本実施の形態によれば，二次電池の安全性が向上するという効果がある。
【００４０】
また，図１と図２に示したように，ＰＴＣ素子１４がカンの底面２ｂに位置する場合，底プレート２６を小さくし，第１リードプレート２８を短くすることができるので，費用節減効果も期待できる。
【００４１】
参考までに，図１において，電解液注入口３６は，電解液をカン２に注入する時に用いられ，プラグ３８は，電解液注入口を密封する。そして，安全ベント４０は，カンの他の部分より薄く成形されていて，電池の過充電などによって内圧が上昇する場合に他の部分より先に破断されて電池の安全性を高める役割を果たす。
【００４２】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は，二次電池に利用可能であり，より詳しくは，ＰＴＣ素子の付着構造に特徴を持つ二次電池に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態による二次電池の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態による二次電池の正面図である。
【図３】ＰＴＣ素子と第１リードプレートと第２リードプレートの概略図である。
【図４】従来技術による二次電池の分解正面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１              ＰＴＣ素子
２              カン
２ａ            カンの開口部
２ｂ            カンの底面
３              カン
３ａ            カンの底面
４              隔離板
５              底プレート
６              陽極板
７              第１リードプレート
８              陰極板
９              保護回路モジュール
１０            電極組立体
１１            第２リードプレート
１２            キャップ組立体
１３            キャップ組立体の電極端子
１４            ＰＴＣ素子
１４ａ          ＰＴＣ本体
１４ｂ          露出部
１４ｃ          絶縁フィルム
１４ｄ          カンと対向する対向面
１４ｅ          対向面の反対面
１６            安全装置
１８            電極端子
２０            陽極リード
２２            キャッププレート
２４            陰極リード
２６            底プレート
２８            第１リードプレート
３０            第２リードプレート
３２            保護回路モジュール
３４            第３リードプレート
３６            電解液注入口
３８            プラグ
４０            安全ベント
４２            絶縁膜
【図１】
2005011814.tif 000003
【図２】
2005011814.tif 000004
【図３】
2005011814.tif 000005
【図４】
2005011814.tif 000006