(57)【要約】【課題】  外部絶縁板７をＮＴＣサーミスタ等の負温度特性部材で構成することにより、この負温度特性部材の素子部品を電池の外部に外付けしたり、電池容器内部に収納して接続することなく、過充電等を防止することができる電池を提供することを目的とする。【解決手段】  負極端子８と正極端子である蓋板２との間の絶縁を行う外部絶縁板７の全部又は一部を、温度が上昇すると抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタ等の負温度特性部材で構成することにより、過充電時にこの外部絶縁板７が正極端子と負極端子８を短絡させるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負極間の絶縁を行う絶縁部材の全部又は一部を、温度が上昇すると抵抗値が減少する負温度特性部材で構成したことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過充電等による温度上昇を防止する電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の充電器は、この二次電池の端子電圧が満充電電圧を超えると充電電流を遮断し充電を自動的に終了するものが多い。しかし、このような満充電を検出する機能のない充電器で充電したり、充電器の満充電検出機能が故障したり、その電池用のものではない充電器を誤って使用したような場合に、二次電池が過充電になるおそれがある。そして、二次電池がこのように過充電されると、活物質や電解質の分解反応が生じ、電池内部が異常な高温や高圧になるおそれがあり、特に非水電解質二次電池では、この温度や圧力の上昇が著しくなる場合がある。
【０００３】
そこで、従来から、電池の端子間に並列にＮＴＣサーミスタを接続することにより過充電による障害を防止する発明がなされている（例えば特許文献１参照）。ＮＴＣサーミスタは、温度の上昇に伴って抵抗値が減少するＮＴＣ(Negative Temperature Coefficient)、即ち負温度特性を備えた半導体セラミックスからなる負温度特性素子であり、この温度上昇に伴う抵抗値の減少の程度が特に大きい素子が用いられる。従って、電池が過充電となってこの電池の温度が異常に上昇すると、端子間に接続されたＮＴＣサーミスタの抵抗値が減少することにより充電電流をバイパスさせるので、この過剰な充電電流を電池本体に流入させないようにすることができる。また、この特許文献１では、ＮＴＣサーミスタに代えて、熱収縮性樹脂等に導電粒子を分散させた負温度特性素子を用いることにより、温度上昇時の抵抗値をさらに急激に減少させると共に、その後温度が低下した場合にも抵抗値が上昇して元に戻るようなことがないようにした過充電保護の発明が提案されている。
【０００４】
上記負温度特性素子となる半導体セラミックスや樹脂等は、パッケージに収納した素子部品として電池に接続されていた。即ち、従来は、電池の外部に保護回路としてこの負温度特性素子の素子部品を接続する場合と、電池の電池容器内部にこの負温度特性素子の素子部品を収納して内部で接続する場合とがあった。
【０００５】
ところが、負温度特性素子の素子部品を電池の外部に接続する場合には、ユーザーがこの電池の機器への装着時に素子部品の接続作業を行う必要が生じるという問題があった。また、電池製造時にこの素子部品を接続する場合には、電池の装着時に邪魔になったり、不用意に取り外されるおそれもあるので、この素子部品を電池と共に樹脂パッケージ等に収納してパック電池とする必要が生じるという問題もあった。これに対して、電池の電池容器内部に負温度特性素子の素子部品を収納する場合には、電池が単体で過充電保護機能を有するので、取り扱いが便利で汎用性の高いものとなる。しかしながら、この場合にも、電解液に耐性を有する素子部品を使用する必要があり、しかも、狭い電池容器内にこの素子部品の収納スペースを確保するために容量密度が低下したり、溶接やカシメ等の接続作業が細かい面倒な作業になるという問題があった。さらに、電池の温度上昇時に負温度特性素子の抵抗が減少して大きな電流が流れると、この素子部品がジュール熱によって発熱するために電池内部がさらに高温になるという問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−４３１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＮＴＣサーミスタ等の負温度特性素子を電池に並列に接続する場合に、このＮＴＣサーミスタ等の素子部品を電池の外部に外付けするか、電池容器内部に収納して接続する他なかったという問題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の電池は、正負極間の絶縁を行う絶縁部材の全部又は一部を、温度が上昇すると抵抗値が減少する負温度特性部材で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、絶縁部材に負温度特性素子が用いられるため、過充電等により電池の温度が異常に上昇すると、この負温度特性素子の抵抗値が低下して短絡電流が流れるようになる。そして、これにより充電電流が負温度特性素子にバイパスされるので、過剰な電流が電池本体に流れ込んで活物質や電解質の分解反応が生じ、電池内部が異常な高温や高圧になるのを防止することができるようになる。
【０００９】
しかも、負温度特性素子は、元々正負極間の絶縁を行うために用いられている絶縁部材の全部又は一部となるので、電池の外部に別途負温度特性素子を接続する必要がなくなり、この電池と一体化することにより取り扱いが便利で汎用性も高いものとなる。特に、絶縁部材が部材間の封止も行う絶縁封止部材である場合には、正極側の部材と負極側の部材との間で圧迫されて配置されるので、負温度特性素子の電極となる部分を正極側と負極側に露出させておくだけで、この負温度特性素子を確実に正負極間に接続することができる。
【００１０】
また、電池容器内部に別途負温度特性素子の素子部品を収納して接続する必要もなくなるので、この素子部品の収納スペースにより容量密度が減少するようなことがなくなり、この素子部品を接続するための面倒な作業も不要になる。さらに、絶縁部材が電池容器の内側に配置されている場合には、電池内部の温度上昇を迅速に検出し確実な動作を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の実施形態について説明する。
【００１２】
本実施形態は、図２に示すように、小型角形の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池は、携帯電話機等の電源として用いるものであり、薄い箱型容器状のアルミニウム製の電池缶１の開口部にアルミニウム板からなる蓋板２を嵌め込み溶接で封止することにより電池容器が構成されている。電池缶１の内部には、発電要素３が収納され、非水電解液が充填される。発電要素３は、正極３ａと負極３ｂをセパレータ３ｃを介して長円筒形に巻回したものである。この発電要素３は、最外周に巻回された正極３ａと負極３ｂの集電体基材であるアルミニウム箔と銅箔が、互いに重なり合わないように逆方向に幅を狭めて両端部側からリードとして引き出されている。
【００１３】
蓋板２は、図１及び図２に示すように、電池缶１の内側を向く裏面の一端側に正極集電接続板４が接続固定されると共に、この裏面の他端側に、内部絶縁板５を介して負極集電接続板６が配置される。正極集電接続板４は、アルミニウム板を断面Ｌ字形に折り曲げたものであり、折り曲げた一方の板片が溶接により蓋板２の裏面に直接接続固定される。負極集電接続板６は、銅板を断面Ｌ字形に折り曲げたものであり、折り曲げた一方の板片が内部絶縁板５を介して蓋板２の裏面に配置される。また、図１に示すように、この蓋板２の表面の中央部には、外部絶縁板７を介して負極端子８が配置されている。負極端子８は、蓋板２よりも十分に小さい方形厚板状の鉄材の本体の裏面中央部から接続突起８ａを突設したものである。そして、この負極端子８は、接続突起８ａを外部絶縁板７と蓋板２と内部絶縁板５の貫通孔に通し、さらに負極集電接続板６の貫通孔にも通して、ここでかしめることにより、これら外部絶縁板７と内部絶縁板５と負極集電接続板６と共に蓋板２に固定される。ただし、内部絶縁板５には、表面からスリーブ５ａが突設されていて、このスリーブ５ａが蓋板２と外部絶縁板７の貫通孔に嵌入する。また、負極端子８の接続突起８ａは、このスリーブ５ａの貫通孔に嵌入するようになっている。従って、この負極端子８は、裏面が外部絶縁板７の表面に圧接されるが、接続突起８ａは、内部絶縁板５のスリーブ５ａの貫通孔の内面に接触するだけで、負極集電接続板６にかしめられて接続固定される。
【００１４】
外部絶縁板７は、負極端子８よりも僅かに大きい方形板状のＮＴＣサーミスタからなり、表面に負極端子８を嵌め込むための凹部が形成されると共に、中央部に貫通孔が形成されている。ＮＴＣサーミスタは、ニッケルやコバルト、マンガン等の酸化物からなる半導体セラミックスであり、原料を貫通孔を形成した方形板状に成形して焼成することにより、外部絶縁板７そのものを構成することができる。この外部絶縁板７のＮＴＣサーミスタは、温度が上昇するに従って方形板状の表裏面間の抵抗値が指数関数的に減少する負温度特性素子である。内部絶縁板５は、絶縁性の樹脂を方形板状に成形したものであり、この成形時にスリーブ５ａと貫通孔が形成される。
【００１５】
上記蓋板２は、正極集電接続板４を接続固定すると共に、負極端子８と負極集電接続板６を外部絶縁板７と内部絶縁板５を介して絶縁固定しておき、図２に示すように、発電要素３から引き出された正極３ａのアルミニウム箔を正極集電接続板４に溶接すると共に、この発電要素３から引き出された負極３ｂの銅箔を負極集電接続板６に溶接する。そして、電池缶１に開口部から発電要素３を挿入し、この開口部に蓋板２を嵌め込んで周縁部を溶接することにより封止する。なお、非水電解液は、電池缶１や蓋板２に形成された図示しない注液口から注入し、この注液口は注液後に封口される。
【００１６】
上記構成の非水電解質二次電池は、発電要素３の正極３ａが正極集電接続板４を介して蓋板２と電池缶１に接続されるので、これらの蓋板２と電池缶１が正極端子となる。また、負極３ｂは、負極集電接続板６を介して負極端子８に接続される。この際、負極集電接続板６や負極端子８の接続突起８ａは、内部絶縁板５によって蓋板２との間が絶縁されている。また、外部絶縁板７は、表面に負極端子８の裏面が圧接されると共に、裏面に正極端子となる蓋板２の表面が圧接されるので、負極端子８と正極端子である蓋板２との間に接続された構成となる。
【００１７】
ここで、非水電解質二次電池が正常に充放電を繰り返して使用されていれば、蓋板２に密着した外部絶縁板７の温度が異常に上昇するようなことはないので、この外部絶縁板７は高抵抗の絶縁体として機能する。しかしながら、過充電により発電要素３等が異常に温度上昇すると、蓋板２や負極端子８を介して外部絶縁板７も異常な高温になるので、この外部絶縁板７は、抵抗値が急激に減少して導電体として機能する。従って、過充電が発生すると、正極端子である電池缶１や蓋板２から流入する充電電流は、外部絶縁板７で短絡されて負極端子８から流出するので、発電要素３にそれ以上過剰に供給されて、電池容器内部がさらに異常な高温や高圧になるのを防止することができる。なお、この過充電時には、充電電流が外部絶縁板７に短絡電流となって流れるので、この外部絶縁板７でも発熱が生じる。しかしながら、この外部絶縁板７は、蓋板２の表面、即ち電池容器の外側に配置されているので、発生した熱を円滑に外部に放出することができる。
【００１８】
この結果、本実施形態の非水電解質二次電池は、もともと負極端子８と正極端子である蓋板２との間の絶縁を行うための外部絶縁板７をＮＴＣサーミスタで構成することにより、外部でこの非水電解質二次電池にＮＴＣサーミスタの素子部品を接続する必要がなくなり、ユーザーが接続作業を行う手間をなくしたり、不用意にこの素子部品が取り外されるようなおそれがなくなる。また、外部に接続したＮＴＣサーミスタの素子部品と共に非水電解質二次電池を樹脂パッケージ等に収納してパック電池とする必要もなくなる。さらに、このＮＴＣサーミスタの素子部品を電池容器の内部に収納して接続する必要もなくなるので、この素子部品の収納スペースに占拠されて電池容量が減少するようなことがなくなり、この素子部品を内部で正極３ａや負極３ｂに接続するための面倒な作業も不要になる。
【００１９】
なお、上記実施形態では、非水電解質二次電池が正常に充放電を行って使用されている場合には外部絶縁板７のＮＴＣサーミスタが絶縁体として機能し、過充電により異常な高温になると導電体として機能する場合を示した。ただし、ここでいう絶縁体とは、実用上十分に高抵抗なものであればよく、例えば非水電解質二次電池の保護回路ＩＣが常時消費する数μＡ程度の電流が流れるようなものであってもよい。また、ここでいう導電体とは、実用上十分に低抵抗なものであればよく、例えば電池容量の３倍（３ＩｔＡ）以上の電流が流れればよい。さらに、この絶縁体の状態と導電体の状態は、特定の温度を境に急激に変化するのが理想であるが、実際には温度の上昇に伴って抵抗値が例えば指数関数的に減少するにすぎない。従って、この抵抗値の減少率ができるだけ大きいＮＴＣサーミスタを用いることにより、非水電解質二次電池の正常時には外部絶縁板７での無駄な電力消費が少なくなり、過充電時には外部絶縁板７にできるだけ大きな短絡電流が流れるようにすることが好ましい。
【００２０】
また、上記実施形態では、外部絶縁板７をＮＴＣサーミスタで構成する場合を示したが、温度が上昇すると抵抗値が減少する負温度特性素子であれば、他のものを用いることもできる。このような負温度特性素子としては、例えばＣＴＲ(Critical Temperature Resistance)がある。このＣＴＲは、特定の温度以上に上昇すると、極めて急峻に抵抗値が減少する優れた特性を有する負温度特性素子であるが、現状の技術では十分な実用化が図れていない。
【００２１】
また、上記のような負温度特性素子としては、熱収縮性を有する樹脂等の内部に、金属線やカーボン等の導電材を分散させたようなものを用いることもできる。この素子は、通常時には導電材が樹脂等により引き離されて絶縁材となるが、温度が異常に上昇すると熱収縮性の樹脂等が収縮するので、内部の導電材が圧迫されて互いに接触することにより、素子全体が導電性を有するようになるものである。従って、この素子も、抵抗値の減少が極めて急峻な優れた負温度特性を有することとなる。しかも、一旦温度が異常に上昇すると、その後温度が低下しても導電性が保たれるので、この負温度特性素子によってバイパスされた充電電流が再び発電要素３に供給されるのを防ぐこともできる。
【００２２】
さらに、上記のような負温度特性素子に限らず、温度が上昇すると抵抗値が減少する負温度特性部材であればよいので、図３に示すような機械構造を持ったバイメタルスイッチ９を用いることもできる。バイメタルスイッチ９は、温度が異常に上昇するとバイメタル９ａが変位反転して可動接点９ｂが固定接点９ｃに圧接されることにより回路を閉じるスイッチである。従来の電池の過充電保護回路に用いるバイメタルスイッチは、温度が異常に上昇するとバイメタルが変位して接点が開くことにより充電電流を遮断するものであるため、充電電流が遮断されて温度が低下すると再び接点が閉じてＯＮ／ＯＦＦを繰り返すので、接点が劣化するおそれがある。しかしながら、図３に示すようなバイメタルスイッチ９を用いれば、接点９ｂ，９ｃが閉じてバイメタル９ａに充電電流が流れることにより発熱するので、短絡状態を保持することができる。このようなバイメタルスイッチ９は、例えば可動接点９ｂが蓋板２と接続され固定接点９ｃが負極端子８と接続されるように端子を配置することにより外部絶縁板７を構成することができる。また、バイメタルスイッチ９に代えて感温リードスイッチを用いることもできる。感温リードスイッチは、磁性体がキュリー点温度以上になると磁性を失うことにより磁石で接点を閉じるようにしたスイッチである。
【００２３】
また、上記実施形態では、外部絶縁板７の全部をＮＴＣサーミスタ等の負温度特性部材で構成する場合を示したが、この外部絶縁板７の一部を負温度特性部材で構成することもできる。例えば樹脂やゴム等の絶縁体の一部に負温度特性部材を埋め込んで外部絶縁板７とすることができる。また、このように外部絶縁板７の一部に埋め込んだ負温度特性部材には、適宜電極となる導電体を接続してもよい。
【００２４】
また、上記実施形態では、外部絶縁板７の全部又は一部をＮＴＣサーミスタ等の負温度特性部材で構成する場合を示したが、内部絶縁板５の全部又は一部を負温度特性部材で構成することもできる。さらに、このような絶縁板ではなく、例えば発電要素３のセパレータ３ｃ等のように正負極間の絶縁を行う絶縁部材の全部又は一部を負温度特性部材で構成することもできる。特に、柔軟性を有するシート状の負温度特性素子が作製可能となれば、任意の絶縁部材に用いることができるようになる。しかも、内部絶縁板５やセパレータ３ｃ等のように電池容器の内部に配置される絶縁部材に用いた場合には、過充電時に発生した熱によって直ちに負温度特性部材の温度が上昇するので、温度検出が迅速となり確実な動作を行うことができるようになる。
【００２５】
また、上記実施形態では、蓋板２が正極端子となり、ここに内部絶縁板５や外部絶縁板７を介して負極端子８を取り付ける端子構造の非水電解質二次電池について説明したが、この端子構造は任意である。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、他の二次電池でも本発明を実施可能であり、一次電池の場合にも、誤って充電を行う危険を防止するために、同様に実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
正負極間の絶縁を行う絶縁部材の全部又は一部をＮＴＣサーミスタ等の負温度特性部材で構成することにより、過充電等を防止することができる電池に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の蓋板部分の構成を示す組み立て斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構造を説明するための組み立て斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の外部絶縁板にＮＴＣサーミスタを用いた場合の等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２８】
２    蓋板
３    発電要素
３ａ  正極
３ｂ  負極
３ｃ  セパレータ
４    正極集電接続板
５    内部絶縁板
６    負極集電接続板
７    外部絶縁板
８    負極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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