(57)【要約】【課題】箔形状のように小型化が可能な電流制御機構を提供する。【解決手段】接続板９ａおよび接続板９ｂを対向するように配置する。そして、両接続板間の対向間隙の内周側に絶縁性材料からなる絶縁シート８ａを配置し、外周側に絶縁シート８ｂを配置する。また、所定の温度で溶解する導電性部材であるハンダ７を、両接続板間の対向間隙に配置された絶縁シート８ａおよび絶縁シート８ｂに挟み込まれるように配置する。このとき、接続板９ａおよび接続板９ｂの少なくとも一方が用いる導電性部材と合金化が困難である材料により構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された導電性材料からなる第１の接続板および第２の接続板と、
上記第１の接続板および上記第２の接続板の対向間隙の内周側および外周側に配置され、絶縁性材料により構成される絶縁部材と、
上記対向間隙の上記絶縁材料に挟み込まれるように配置され、所定の温度で溶解する導電性部材と
を有し、
上記第１の接続板および上記第２の接続板の少なくとも一方が上記導電性部材と合金化が困難である
ことを特徴とする電流制御機構。
【請求項２】
請求項１に記載の電流制御機構において、
上記第１の接続板および上記第２の接続板は、少なくとも一方がアルミニウム箔で構成される
ことを特徴とする電流制御機構。
【請求項３】
請求項１に記載の電流制御機構において、
上記第１の接続板および上記第２の接続板は、リング状に形成される
ことを特徴とする電流制御機構。
【請求項４】
外装体に収容された電池素子と、電流制御機構を有する電池において、
上記電流制御機構は、
対向して配置された導電性材料からなる第１の接続板および第２の接続板と、
上記第１の接続板および上記第２の接続板の対向間隙の内周側および外周側に配置され、絶縁性材料により構成される絶縁部材と、
上記対向間隙の上記絶縁材料に挟み込まれるように配置され、所定の温度で溶解する導電性部材と
を有し、
上記第１の接続板および上記第２の接続板の少なくとも一方が上記導電性部材と合金化が困難である
ことを特徴とする電池。
【請求項５】
請求項４に記載の電池において、
上記第１の接続板および上記第２の接続板は、リング状に形成される
ことを特徴とする電池。
【請求項６】
請求項４に記載の電池において、
上記外装体は金属缶であることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池が異常発熱を起こした際に電流を制御する電流制御機構およびこの電流制御機構を備える電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン電池が広く使用されている。
【０００３】
さらに、液系電解液を用いた場合に問題となる液漏れの対策として、例えば電解質として、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状高分子膜を用いたもの、あるいは全固体状の電解質を用いた、リチウムイオンポリマー二次電池が実用化されている。
【０００４】
リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー二次電池は、電池の異常な発熱により、破裂したり発火したりするおそれがある。そこで、これらの電池には、破裂や発火を防止するため、電池が異常発熱したときに電流負荷を低減させるための電流制御機構が設けられている。電池の電流制御機構には、通常、ＰＴＣ素子（熱感抵抗素子：Positive Temperature Coefficient）が用いられ、電池の温度が設定温度と比べて高くなると電気抵抗が急激に高くなり、電池に流れる電流を実質的に遮断する。
【０００５】
しかしながら、ＰＴＣ素子は、設定温度よりも低い温度の場合においても、それ自体が大きな抵抗を有しているため、電池特性を悪化させてしまう。この問題を解決する方法として、通常使用時には、ＰＴＣ素子と比べて抵抗値が低く、電池温度が所定温度以上となった場合に、電流路に設けられた低融点合金が溶融することにより電流を遮断する電流遮断機構が下記の特許文献１に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２３３２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の電流遮断機構は、過大電流が流れた場合には、ヒューズなどのように溶断して電流を制御するようにしており、許容できる電流量に応じて形状や寸法が決定されるため、例えば箔形状のように薄くするなど、形状や寸法を自由に決定することができず、また、電池内における配置場所やスペースの制約を受けてしまうという問題点があった。
【０００８】
従って、この発明の目的は、電池の形状や寸法、スペースや電池内における配置場所によらず、箔形状のように小型化が可能な電流制御機構および電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、対向して配置された導電性材料からなる第１の接続板および第２の接続板と、第１の接続板および第２の接続板の対向間隙の内周側および外周側に配置され、絶縁性材料により構成される絶縁部材と、対向間隙の絶縁材料に挟み込まれるように配置され、所定の温度で溶解する導電性部材とを有し、第１の接続板および第２の接続板の少なくとも一方が導電性部材と合金化が困難であることを特徴とする電流制御機構である。
【００１０】
また、第２の発明は、電池缶に収容された電池素子と、電流制御機構を有する電池において、電流制御機構は、中央部に開口を有し、対向して配置されるとともに、少なくとも一方が合金化が困難である導電性材料からなる第１の接続板および第２の接続板と、第１の接続板および第２の接続板の対向間隙の内周側および外周側に配置され、絶縁性材料により構成される絶縁部材と、対向間隙の絶縁材料に挟み込まれるように配置され、所定の温度で溶解する導電性部材とを有することを特徴とする電池である。ここで合金化が「困難」とは、実質的にほとんど合金化しないことをいう。具体的には、スズ、鉛、銅、インジウム、ビスマスなどのハンダ材料との合金状態図において、１％超の領域で合金化している相・領域が存在しないことである。
【００１１】
上述したように、第１および第２の発明は、第１の接続板および第２の接続板の対向間隙に、所定の温度で溶解する導電性部材が配置されており、第１の接続板および第２の接続板の少なくとも一方が導電性部材と合金化が困難であることにより、発熱時に導電性部材の表面張力によって接続板と導電性部材との接触面積が減少するため、両接続板間の抵抗値を増大させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、薄膜状の材料を用いて電流制御機構を作製するようにしているため、電池の形状や寸法、スペースや電池内における配置場所といった制約を受けることなく、箔形状のように小型化することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の一形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明を適用したリチウムイオン二次電池の断面図である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１の内部に、帯状の正極１１と負極１２とがセパレータ１５（１５ａ、１５ｂ）を介して巻回された電池素子１０を有している。電池缶１は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１の内部には、電池素子１０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板２ａ、２ｂがそれぞれ配置されている。
【００１４】
電池缶１の材料としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられる。この電池缶１には、電池の充放電に伴う電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、メッキ等が施されていても良い。電池缶１の開放端部には、正極端子板３と、この正極端子板３の内側に設けられた安全弁機構４および電流制御機構５とが、絶縁封口ガスケット６を介してかしめられることにより取り付けられている。
【００１５】
正極端子板３は、例えば電池缶１と同様の材料により構成されている。安全弁機構４は、電流制御機構５を介して正極端子板３と電気的に接続されており、正極端子板３と電池素子１０とが電気的に接続されている。そして、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板４ａが反転して正極端子板３と電池素子１０との電気的接続を切断するようになっている。電流制御機構５は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、過大電流による異常な発熱を防止する。絶縁封口ガスケット６は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００１６】
電池素子１０は、センターピン１６を中心に巻回されている。電池素子１０の正極１１には正極端子１３が接続されており、負極１２には負極端子１４が接続されている。正極端子１３は安全弁機構４に溶接されることにより正極端子板３と電気的に接続されており、負極端子１４は電池缶１に溶接され電気的に接続されている。
【００１７】
以下、電池缶１に収容された電池素子１０の構成について説明する。
【００１８】
［正極］
正極１１は、正極活物質を含有する正極活物質層１１ａが、正極集電体１１ｂの両面上に形成されたものである。正極集電体１１ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００１９】
正極活物質層１１ａは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００２０】
正極活物質としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な公知の正極活物質材料を用いることができ、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。例えば、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは金属酸化物や、ＬｉｘＭＯ２またはＬｉｘＭ２Ｏ４（式中、Ｍは１種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５≦ｘ≦１．１０である。）を主体とする、リチウム複合酸化物またはリチウムを含んだ層間化合物が用いられる。これらを構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）のうち少なくとも１種類が選択される。
【００２１】
このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（式中、ｘ、ｙは電池の充放電状態によって異なり、通常０＜ｘ≦１．２、０．７＜ｚ＜１．０２である。）あるいはＬｉＭｎ２Ｏ４等が挙げられる。このようなリチウム複合酸化物は正極活物質として用いることにより高電圧を発生させることができ、エネルギー密度に優れるため、特に好ましい材料である。
【００２２】
また、ＬｉａＭＸｂ（式中、Ｍは上述の遷移金属から選ばれる１種であり、ＸはＳ、Ｓｅ、ＰＯ４から選ばれ、ａ、ｂは整数である。）を用いることもできる。
【００２３】
なお、正極活物質材料としては、上述の正極活物質を複数種混合して用いることもできる。
【００２４】
導電剤としては、正極活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、通常この種の電池の正極合剤に用いられている公知の結着剤を用いることができるが、好ましくはポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂が用いられる。また、溶剤としては、電極材料に対して不活性であり、かつ結着剤を溶解し得るものであれば特に限定はなく、無機溶剤、有機溶剤のいずれも用いることができるが、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。
【００２５】
上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させ、必要に応じてボールミル、サンドミル、二軸混練機等によりスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体の両面に均一に塗布する。さらに、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより正極活物質層が形成される。
【００２６】
なお、塗布装置については特に限定されず、スライドコーティングやエクストルージョン型のダイコーティング、リバースロール、グラビア、ナイフコーター、キスコーター、マイクログラビア、ロッドコーター、ブレードコーターなどが使用できる。また、乾燥方法についても特に制限はないが、放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できる。
【００２７】
正極１１の一端部には、スポット溶接または超音波溶接で接続された１本の正極端子１３が溶着される。この正極端子１３は金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子１３の材料としては、例えばＡｌ等が挙げられる。正極端子１３は、正極１１の端部に設けられた正極集電体露出部に溶着されるようにする。
【００２８】
［負極］
負極１２は、負極活物質を含有する負極活物質層１２ａが、負極集電体１２ｂの両面上に形成されたものである。負極集電体１２ｂは、例えば銅箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００２９】
負極活物質層１２ａは、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、正極活物質と同様に、その混合比は問わない。
【００３０】
負極活物質としては、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料、結晶質、非結晶質金属酸化物が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としては、グラファイト、難黒鉛化性炭素材料、易黒鉛化性炭素材料、結晶構造が発達した高結晶性炭素材料等が挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料あるいはポリアセチレン等のポリマー等を使用することができる。
【００３１】
また、他の負極活物質材料として、リチウムと合金を形成可能な金属、またはこのような金属の合金化合物が挙げられる。ここで言う合金化合物とは、具体的にはリチウムと合金を形成可能なある金属元素をＭとしたとき、ＭｐＭ’ｑＬｉｒ（式中、Ｍ’はＬｉ元素およびＭ元素以外の１つ以上の金属元素である。また、ｐは０より大きい数値であり、ｑ、ｒは０以上の数値である。）で表される化合物である。さらに、この発明では半導体元素であるＢ、Ｓｉ、Ａｓ等の元素も金属元素に含めることとする、具体的には、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）の各金属とそれらの合金化合物、すなわち、例えばＬｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ａｌ−Ｍ（式中、Ｍは２Ａ族、３Ｂ族、４Ｂ族遷移金属元素のうち１つ以上からなる。）、ＡｌＳｂ、ＣｕＭｇＳｂ等が挙げられる。
【００３２】
上述したような元素の中でも、リチウムと合金形成可能な元素としては３Ｂ族典型元素を用いるのが好ましい。中でも、ＳｉやＳｎ等の元素またはその合金を用いるのが好ましく、さらにＳｉまたはＳｉ合金が特に好適である。Ｓｉ合金またはＳｎ合金として具体的には、ＭｘＳｉ、ＭｘＳｎ（式中、ＭはＳｉまたはＳｎを除く１つ以上の金属元素である。）で表される化合物で、具体的にはＳｉＢ４、ＳｉＢ６、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｎ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、Ｃｕ５Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＭｎＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＶＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｎＳｉ２等が挙げられる。
【００３３】
さらに、１つ以上の非金属元素を含む、炭素を除く４Ｂ族化合物もこの発明の負極材料として利用することができる。負極材料中には、２種類以上の４Ｂ族元素が含まれていても良い。また、リチウムを含む４Ｂ族以外の金属元素が含まれていても良い。例示するならばＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ２Ｎ２Ｏ、Ｇｅ２Ｎ２Ｏ、ＳｉＯｘ(０＜ｘ≦２)、ＳＮＯｘ(０＜ｘ≦２)、ＬｉＳｉＯ、ＬｉＳＮＯ等である。
【００３４】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。
【００３５】
上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にする。このとき、正極合剤の場合と同様にボールミル、サンドミル、二軸混練機等を用いてもよい。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により負極集電体の両面に均一に塗布する。さらに、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層が形成される。
【００３６】
負極１２の一端部には、スポット溶接または超音波溶接で接続された１本の負極端子１４を有している。この負極端子１４は電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子１４の材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられる。正極端子溶接部分と同様に、負極端子１４は、負極１２の端部に設けられた負極集電体露出部に溶着されるようにする。
【００３７】
［電解質］
電解質としては、非水溶媒に電解質塩が溶解された非水電解液、電解質塩を含有させた固体電解質、有機高分子に非水溶媒と電解質塩を含浸させたゲル状電解質のいずれも用いることができる。
【００３８】
非水電解液は、非水溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調整されるが、これら有機溶媒は、この種の電池に一般的に使用される材料であればいずれも使用可能である。非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、絡酸エステルあるいはプロピオン酸エステル等が好ましく、これらのうちのいずれか１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００３９】
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられ、アニオンには、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＳＣＮ−、ＣｌＯ４−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣＦ３ＳＯ３−等が用いられる。具体的には、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＢｒ、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、Ｎ（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２）２Ｌｉなどがあり、これらのうちのいずれか１種または２種以上が混合して用いられている。中でも、ＬｉＰＦ６を主として用いることが好ましい。また、電解質塩濃度としては、上記非水溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００４０】
固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。具体的に、無機固体電解質としては、窒化リチウム、ヨウ化リチウムが挙げられる。また、高分子固体電解質は電解質塩と電解質塩を溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としてはポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体等のエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系などを単独あるいは分子中に共重合、または混合して用いる。
【００４１】
ゲル状電解質のマトリックスポリマとしては、上述の非水電解液を吸収してゲル状化するものであれば種々の高分子を用いることができる。例えば、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、またポリ（アクリロニトリル）などを使用できる。特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが望ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性を賦与する。
【００４２】
また、導電性高分子化合物の単体あるいは混合物を含有する高分子固体電解質や、膨潤溶媒を含有するゲル状電解質を用いてもよい。高分子固体電解質やゲル状電解質に含有される導電性高分子化合物としては電解液に相溶するものであり、具体的にシリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー、およびこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等が使用可能である。フッ素系ポリマーとしては、例えばポリ（ビニリデンフルオライド）、ポリ（ビニリデンフルオライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン）、あるいはポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）等の高分子材料、およびこれらの混合物が使用される。
【００４３】
［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００４４】
一般的にセパレータの厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
【００４５】
［電池素子の作製］
上述のような正極１１および負極１２を、正極１１、セパレータ１５ａ、負極１２、セパレータ１５ｂの順に積層し、巻回して電池素子１０とする。このとき、正極１１および負極１２にそれぞれ設けた集電体露出部が対向した集電体対向面を設けるようにして積層し、電池素子の最外周部、最内周部および中間層部において集電体対向面が１周以上となるように構成する。固体状あるいはゲル状の電解質を用いる場合は、電解質溶液を正極１１および負極１２の表面に均一に塗布し、常温もしくは高温雰囲気下で乾燥させ、溶媒を気化・除去して電解質層を形成する。その後セパレータとともに積層して巻回し、電池素子とする。
【００４６】
次いで、上述の電池素子１０を電池缶１に収容する。このとき、電池素子１０の巻回面の負極端子導出側が、絶縁性樹脂により作製された絶縁板２ａで覆われるようにして収容する。この後、一方の電極棒を電池素子巻回中心部から挿入し、もう一方の電極棒を電池缶底面外側に配置して抵抗溶接を行い、負極端子を電池缶に溶接する。
【００４７】
負極端子１４と電池缶１とを溶接後、センターピン１６を挿入し、電池缶開放端部に位置する巻回面部分にも絶縁板２ｂを配置して電解液を注液する。さらに、内側に安全弁機構４および電流制御機構５を設けた正極端子板３に正極端子１３を接続するとともに、この正極端子板３が絶縁封口ガスケット６を介してかしめられることにより取り付けられ、電池缶１の内部が密閉される。
【００４８】
なお、正極端子は製造工程上、ある程度の長さを持ったものを用いる必要がある。これは、あらかじめ正極端子１３を正極端子板３に設けられた安全弁機構４に接続してから電池缶の開放端部を密閉するためであり、正極端子１３が短いほど正極端子１３と正極端子板３の接続が困難になる。このため、正極端子１３が電池内部で略Ｕ字状に屈曲して収容される。
【００４９】
次に、この発明の実施の一形態による電流制御機構の一例の構成について、図面を参照して説明する。図２は、この発明の実施の一形態による電流制御機構５の層構成を示す分解斜視図である。また、図３は、この発明の実施の一形態による電流制御機構５の軸線方向の断面図である。電流制御機構５は、導電性部材であるハンダ７、絶縁部材である絶縁シート８ａおよび絶縁シート８ｂ、接続板９ａおよび接続板９ｂで構成される。
【００５０】
接続板９ａおよび接続板９ｂは、金属などの導電性材料で構成され、接続板９ａおよび接続板９ｂのうち少なくとも一方は、ハンダ７との合金化が困難な材料、例えばアルミニウム箔で構成される。接続板９ａは、正極端子板３に接触するように配置され、接続板９ａと正極端子板３とが電気的に接続される。また、接続板９ｂは、安全弁機構４に接触するように配置され、接続板９ｂと安全弁機構４とが電気的に接続される。
【００５１】
絶縁シート８ａおよび絶縁シート８ｂは、絶縁材料により構成され、例えば不織布や樹脂部材を用いることができる。より具体的には、例えば、アラミド不織布や、樹脂部材としてＰＰ（ポリプロピレン）が用いられる。絶縁シート８ａは、接続板９ａおよび接続板９ｂの間に挟み込まれるようにして、両接続板間の内周側に配置される。また、絶縁シート８ｂは、両接続板間の外周側に配置される。
【００５２】
ハンダ７は、所定の温度で溶解し、他の金属と合金化する導電性材料で構成され、例えば、ＳｎやＰｂ、Ｂｉといった材料を混合して生成される。ハンダ７は、接続板９ａおよび接続板９ｂの間に配置された絶縁シート８ａと絶縁シート８ｂとの間に挟み込まれるように配置される。
【００５３】
次に、電流制御機構５の作製工程について説明する。図３に示すように積層された電流制御機構５は、接続板９ａおよび接続板９ｂの外側の面から所定の圧力が加えられた状態で所定の温度で加熱される。所定の温度は、ハンダ７が完全に溶解しない程度の温度、例えば２００℃程度の温度である。この時、ハンダ７が加熱されることにより軟化し、接続板のアルミニウム箔とハンダ７とが部分的に融着する。こうすることで、接続板とハンダとが電気的に接続される。
【００５４】
なお、接続板９ａおよび接続板９ｂは、必ずしも両方がアルミニウム箔で構成される必要はない。接続板９ａまたは接続板９ｂのうち、少なくとも一方がアルミニウム箔で構成されていればよい。即ち、ハンダ７が溶解した場合に、両接続板のうち一方の接続板が合金化しにくい金属で構成されていればよい。
【００５５】
このように、薄膜状の材料を用いて電流制御機構５を作製しているため、小型化が可能であり、電池の形状や寸法、スペースに応じて、電流制御機構５の形状や寸法、配置場所等を自由に決定することができる。
【００５６】
次に、この発明の実施の一形態による電流制御機構において、電流を制限する動作について、図面を参照して説明する。図４は、接続板９ｂとハンダ７とが接触する部分の拡大図を示す。通常、接続板９ｂのアルミニウム箔には、細かい凹凸があり、図４Ａに示すように、通常使用時には、ハンダ７がアルミニウム箔の凹凸に沿って部分的に接触し、融着しているため、接続板９ｂとハンダ７とが電気的に接続されている。
【００５７】
過大電流が流れることにより発熱した場合、ハンダ７が加熱され、溶解する。溶解したハンダ７は、アルミニウム箔との合金化が困難であるため、図４Ｂに示すように、接続板９ｂに接触していた部分の一部がハンダ７の表面張力によって分離し、接続板９ｂとの接触面積が減少する。そのため、両接続板間の抵抗値が増大し、電池素子１０から電流制御機構５を介して正極端子板３へ流れる電流が制限される。なお、接続板９ａとハンダ７との接触部分についても上述と同様に、ハンダ７の表面張力によって接触面積が減少する。
【００５８】
このようにして、発熱時には、溶解したハンダ７の表面張力によって、両接続板とハンダ７との接触面積が減少することにより、両接続板間の抵抗値が増大すると考えられる。
【００５９】
なお、上述の実施の一形態では円筒型の電池について説明したが、これに限らず、角形、コイン型、ボタン型等の各種の形状の電池に対しても適用可能である。
【００６０】
また、電流制御機構の形状は、上述で説明したリング状のものに限られず、例えば円板状としてもよい。図５は、形状が円板状である電流制御機構５’の層構成の一例を示す。電流制御機構５’は、円板状の接続板９ｂ’上に中空円板状の絶縁シート８を外周側に配置し、円板状でテープ状のハンダ７を絶縁シート８の中空部分に配置する。そして、円板状の接続板９ａ’を絶縁シート８およびハンダ７の上に積層するように配置する。このようにして、円板状の電流制御機構５’を形成するようにしてもよい。
【００６１】
さらに、電流制御機構５’の形状は、円板状に限られない。両接続板間に配置される導電性部材であるハンダ７の周囲を絶縁部材である絶縁シート８で囲むように配置し、加熱時に溶解したハンダ７が電流制御機構５’の外部に流出しないような構成とすれば、どのような形状としてもよい。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により、この発明の実施の一形態による電流制御機構について、具体的に説明する。
【００６３】
実施例１
図５に示すように、円型の接続板９ｂ’上に中空円型状の絶縁シート８を配置し、円型でテープ状のハンダ７を絶縁シート８の中空部分に配置する。さらに、円型の接続板９ａ’を絶縁シート８およびハンダ７の上に積層するように配置して、電流制御機構５’を作製した。
【００６４】
接続板９ａ’および接続板９ｂ’には、直径が１６ｍｍ、厚みが０．１ｍｍの円型のアルミニウム箔を使用した。絶縁部材である絶縁シート８には、直径が１７ｍｍ、厚みが０．１ｍｍであり、中央部に直径が５ｍｍの穴が空いている中空円型状のアラミド不織布を使用した。また、導電性部材であるハンダ７には、直径が５ｍｍ、厚みが０．１ｍｍの円型であり、材料としてＢｉを５０％、Ｐｂを３０％、Ｓｎを２０％の割合で混合させたものを使用した。
【００６５】
比較例１
比較例１は、導電性部材として用いられるハンダ７の代わりに、同形状のアルミニウム箔を用いる以外は、実施例１と全て同様にして作製した。
【００６６】
比較例２
比較例２は、接続板９ａ’および接続板９ｂ’の材料として用いられるアルミニウム箔の代わりにニッケル箔を用いる以外は、実施例１と全て同様にして作製した。
【００６７】
図６は、この発明の実施の一形態による電流制御機構５の両接続板間の抵抗値を測定するための一例の構成の断面図を示す。上述の実施例１、比較例１および比較例２で作製した電流制御機構に対して、抵抗値測定用の金属のタブ２１ａおよびタブ２１ｂを接続板９ａ’および接続板９ｂ’の外側の面に接触するように配置し、加熱用のホットプレート２２上に電流制御機構およびタブ２１ａ、２１ｂを載せ、タブ２１ａの上部におもり２３を載せて圧力を加えながら２００℃まで加熱した。加熱後、この電流制御機構を通常使用する温度まで一旦冷やし、再度ホットプレート２２上に載せて、ホットプレートの温度が２３℃、４５℃、６０℃、８０℃、１００℃および１２０℃となるように順次加熱し、設定した温度を１０分程度保持した後、タブ２１ａおよびタブ２１ｂ間の抵抗値をそれぞれ確認した。
【００６８】
以下の表１に、測定結果を示す。
【００６９】
【表１】
2007184138.tif 000003
【００７０】
測定の結果、実施例１において、６０℃以下の場合、抵抗値は「０．０４Ω」であり、変化はなかった。８０℃に加熱した状態では、抵抗値が「０．０８Ω」となり、抵抗値の増大が確認できた。１００℃および１２０℃に過熱した状態では、抵抗値がそれぞれ「０．１８Ω」、「０．２２Ω」となり、温度が上昇するにしたがって、抵抗値が増大していくことが確認できた。これは、ハンダ７が溶解して表面張力が大きくなり、接続板のアルミニウム箔とハンダ７との接触面積が減少していくためであると考えられる。
【００７１】
比較例１において、２３℃から１２０℃まで加熱した状態でも、抵抗値は常に「０．０４Ω」であり、抵抗値に変化がないことが確認された。これは、ハンダ７の代わりに用いたアルミニウム箔が加熱されても変化せず、接続板とアルミニウム箔との接触面積がほとんど変化しないためであると考えられる。
【００７２】
比較例２において、２３℃から６０℃に加熱した状態では、抵抗値が「０．０４Ω」であり、抵抗値に変化がないことが確認できた。また、８０℃から１２℃まで加熱した状態では、抵抗値が「０．０３Ω」となり、常温時と比較して抵抗値が減少することが確認できた。これは、接続板のアルミニウム箔の代わりに用いたニッケル箔と、加熱されることによって溶解したハンダ７とが融着し、接続板とハンダ７との接触面積が増大してしまったためであると考えられる。
【００７３】
この結果から、ハンダとの合金化が困難であるアルミニウム箔を接続板に用いることにより、温度の上昇にしたがって電流を制限することができることが確認できた。
【００７４】
以上、この発明の実施の一形態について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施の一形態では、二次電池を例にとって説明したが、これに限られず、一次電池などの他の電池にも適用可能である。また、例えば、上述の実施の一形態において挙げた数値は、あくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００７５】
また、上述の実施の一形態では、リチウムイオン電池を例にとって説明したが、これはこの例に限られず、各種の正極および負極材料を用いた電池に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施の一形態による二次電池の一例の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の一形態による電流制御機構の層構成の一例を示す略線図である。
【図３】この発明の実施の一形態による電流制御機構の一例の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の一形態による電流制御機構の接続板とハンダとの接触部分を拡大した略線図である。
【図５】形状が円形状である電流制御機構５’の層構成の一例を示す略線図である。
【図６】実施例１の電流制御機構の一例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  電池缶
２ａ、２ｂ  絶縁板
３  正極端子板
４  安全弁機構
４ａ  ディスク板
５  電流制御機構
６  絶縁封口ガスケット
７  ハンダ
８、８ａ、８ｂ  絶縁シート
９ａ、９ａ’、９ｂ、９ｂ’  接続板
１０  電池素子
１１  正極
１１ａ  正極活物質層
１１ｂ  正極集電体
１２  負極
１２ａ  負極活物質層
１２ｂ  負極集電体
１３  正極端子
１４  負極端子
１５ａ、１５ｂ  セパレータ
１６  センターピン
２１  タブ
２２  ホットプレート
２３  おもり
【図１】
2007184138.tif 000004
【図２】
2007184138.tif 000005
【図３】
2007184138.tif 000006
【図４】
2007184138.tif 000007
【図５】
2007184138.tif 000008
【図６】
2007184138.tif 000009