(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平角形電池(3)を外装ケース(2)に収納した二次電池において、該扁平角形電池の一方の電極端子を兼ねる缶(4)の最大面積を有する側面部(4a)中央付近に対面する該外装ケース(2)の内面に、該電池の缶が内圧上昇により膨らんだときに該缶と接触して電流を導く接触子(5)を設け、該接触子から引き出したリード線(8)を、該外装ケース内でヒューズ(10)を経由して該電池の他方の電極端子(11)に接続し、前記他方の電極端子(11)を前記ヒューズ(10)を経由してプラスの外部端子(9)に接続し、該缶(4)をリード線(12)により外装ケース(2)内でマイナスの外部端子(14)に接続したことを特徴とする安全機構付き二次電池。
【請求項２】
扁平角形電池(3)を外装ケース(2)に収納した二次電池において、該扁平角形電池の一方の電極端子を兼ねる缶(4)の最大面積を有する側面部(4a)中央付近に対面する該外装ケース(2)の内面に、該電池の缶が内圧上昇により膨らんだときに該缶と接触して電流を導く接触子(5)を設け、該接触子から引き出したリード線(8)を、該外装ケース内で第１のヒューズ(10)を経由して該電池の他方の電極端子(11)に接続し、前記他方の電極端子(11)を前記第１のヒューズ(10)を経由してプラスの外部端子(9)に接続し、缶(4)はリード線(12)により第２のヒューズ(13)を介して外装ケース(2)内でマイナスの外部端子(14)に接続したことを特徴とする安全機構付き二次電池。
【請求項３】
前記接触子(5)が、缶の最大面積を有する側面部(4a)中央付近に対面する外装ケース(2)の内面に設けた金メッキ層から成ることを特徴とする請求項１または２記載の安全機構付き二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平角形電池を外装ケースに収納し、その扁平角形電池の過充電に対する安全機構を外装ケース内部に設けた二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リチウムイオン電池等の二次電池においては、電池が過充電状態になると、電圧が上昇して電解液が分解する傾向になるため、内圧が上昇して破裂するに至る等の問題がある。
【０００３】
この過充電対策としては、従来、防爆弁を設けて大爆発に至るのを防ぐ方法の他に、（１）ＦＥＴ，トランジスタ等の半導体回路を用いて、電子回路的に電圧検出を行い、例えば４．５Ｖに達したときに、回路電流を遮断する方法や、（２）電池内部に、電流遮断機構として、過充電になりそうな値まで内圧が上昇したときに、電池の中でフランジが膨らみ、そこに接続されているリードが切れるようにした機構を設ける等の方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の半導体回路による方法ではコストが高くなりやすい。また上記（２）の電池内部に電流遮断機構を設ける方法では、そのスペースを電池内に確保しなければならないことから、電池を小型化する上で問題となる。特に、薄い扁平角形電池の場合には、電池幅が狭いので、この問題が顕著になる。また、電池幅が狭いことから、面積の大きい面部分が弱く膨らみやすくなっているので、この面部分が膨らむ前に防爆弁の小さい径のダイヤフラムを作動させることは、相当に困難である。しかし、そうであるからといって、保護を電子回路にだけに頼ったのでは、電池そのものが改変された場合等の危険性に対して対処できない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、扁平角形電池を収納した外装ケース内に、電子回路によらないで、扁平角形電池の過充電による破裂等の危険を回避し得る構成のスイッチ機構を持たせた安全機構付き二次電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の安全機構付き二次電池は、扁平角形電池を外装ケースに収納した二次電池において、該扁平角形電池の一方の電極端子を兼ねる缶の最大面積を有する側面部中央付近に対面する該外装ケースの内面に、該電池の缶が内圧上昇により膨らんだときに該缶と接触して電流を導く接触子を設け、該接触子から引き出したリード線を、該外装ケース内でヒューズを経由して該電池の他方の電極端子に接続し、前記他方の電極端子を前記ヒューズを経由してプラスの外部端子に接続し、該缶をリード線により外装ケース内でマイナスの外部端子に接続した構成のものである。
また、本発明の安全機構付き二次電池は、扁平角形電池を外装ケースに収納した二次電池において、該扁平角形電池の一方の電極端子を兼ねる缶の最大面積を有する側面部中央付近に対面する該外装ケースの内面に、該電池の缶が内圧上昇により膨らんだときに該缶と接触して電流を導く接触子を設け、該接触子から引き出したリード線を、該外装ケース内で第１のヒューズを経由して該電池の他方の電極端子に接続し、前記他方の電極端子を前記第１のヒューズを経由してプラスの外部端子に接続し、缶はリード線により第２のヒューズを介して外装ケース内でマイナスの外部端子に接続した構成のものである。
【０００７】
扁平角形電池が過充電状態となってその内圧が上昇すると、扁平角形電池の缶は、その最大面積を有する側面部中央付近が最も大きく膨れ、その周囲に離れて位置している外装ケースの対応部分に設けてある接触子と接触する。接触子はリード線でヒューズを経由して電池の他方の電極端子に接続されており、また扁平角形電池の缶は一方の電極端子を兼ねているので、扁平角形電池の一方の電極端子がヒューズを経由して該電池の他方の電極端子に直接に接続され、扁平角形電池がいわゆるショート状態となる。このため一瞬ではあるが大きな電流がヒューズに流れ、ヒューズが切断される。よって、扁平角形電池の過充電状態が遮断され、電池の破裂等の事故が回避される。
【０００８】
上記のような電池内圧の上昇する過充電状態は、電池側が正常であっても充電器側に異常があれば発生する。従って、正常な電池が当該電池以外に存する原因で過充電され、破裂等により機器を破損する等の不都合が回避される。
【０００９】
使用し得るヒューズの種類には制約がなく、過電流時の熱で溶けるいわゆる溶断ヒューズ、過電流時の熱でＯＦＦするバイメタル、過電流時に高抵抗となってＯＦＦ状態をつくるＰＴＣ素子等が使用できる。
【００１０】
なお、前記接触子は、缶の最大面積を有する側面部中央付近に対面する外装ケースの内面に設けた金メッキ層から成るのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１及び図２において、本発明の安全機構付き二次電池１は、外装ケース２内にリチウムイオン電池から成る扁平角形電池３を収納したいわゆるパック型となっている。扁平角形電池３は扁平角形の缶４を具備しており、その構造上、缶４の最大面積を有する側面部４ａ中央付近が、最も大きく膨れ易くなっている。缶４はステンレス製であり一方の電極端子、ここではリチウム二次電池の負極を兼ねている。
【００１３】
外装ケース２は樹脂製であり、上記扁平角形電池３の缶４の最大面積を有する側面部４ａ中央付近に対面する外装ケース内面に、金メッキから成る接触子５を具備している。そして、外装ケース２の接触子５の存する側の内面には、外装ケース内部に扁平角形電池３をケース内面から所定の隙間ｄだけ浮かせて収納するためのリブ６，６が設けられている。リブ６，６は、この例では、外装ケース２の長手方向一端側（底部側）と他端側（上部側）とに、それぞれケース２の長手方向と直交する方向に帯状に延在する形で設けられている。
【００１４】
図１及び図３から分かるように、外装ケース２の接触子５からはリード線８が引き出され、前記外装ケース２内で、プラスの外部端子９に接続されていると共に、溶断ヒューズから成る第１のヒューズ１０を経由して扁平角形電池３の他方の電極端子１１に接続されている。また、上記した一方の電極端子たる缶４は、リード線１２により、溶断ヒューズから成る第２のヒューズ１３を介して外装ケース２内で、マイナスの外部端子１４に接続されている。
【００１５】
なお、上記接触子５は、図４に点線で示すように、扁平角形電池３の缶４が内圧上昇により膨らんだ際、該缶４と接触して電流を導くことができる圧力スイッチ機構１５を構成する。
【００１６】
図５に示すように、扁平角形電池３が過充電状態となってその内圧が上昇すると、缶４は、その最大面積を有する側面部４ａ中央付近が最も大きく膨れ、その周囲に離れて位置している外装ケース２の対応部分に設けてある接触子５と接触する。接触子５はリード線８でヒューズ１０を経由して電池３の他方の電極端子１１に接続されており、また電池缶４は一方の電極端子を兼ねているので、電池３の一方の電極端子４がヒューズ１０を経由して他方の電極端子１１に直接に接続され、扁平角形電池３がいわゆるショート状態となる。このため一瞬ではあるが大きな電流が図３に点線Ａで示すルートで流れ、溶断ヒューズ１０が溶けて切断される。よって、扁平角形電池３の過充電状態が遮断され、電池３の破裂等の事故が回避される。
【００１７】
なお、上記第１のヒューズ１０が溶断されても、圧力スイッチ機構１５を通して、点線Ｂで示すルートで過大電流が流れることになるが、この電流は、該電流により第２のヒューズ１３が溶けて切れることで遮断される。従って、一瞬ショート状態となった外部端子９，１４間の電路も直ちに遮断されることから、充電器に対する保護も十分に行われる。
【００１８】
また、上記の溶断ヒューズに代えて、過電流時の熱でＯＦＦするバイメタルや、過電流時に高抵抗となってＯＦＦ状態をつくるＰＴＣ等も使用できる。
【００１９】
【実施例】
本発明に係る安全機構付き二次電池として、扁平角形リチウムイオン電池を次のようにして組み立てた。
【００２０】
正極材料ＬｉＣｏＯ2 を８５重量部、導電剤として黒鉛及びアセチレンブラックを各５重量部、バインダとしてＰＶＤＦを５重量部を充分混合した後、Ｎメチルピロリジノンを添加しながらさらに混合を行い、塗料状とした。
【００２１】
負極材料として黒鉛粉未を９５重量部、バインダとしてＰＶＤＦを５重量部を充分混合した後Ｎメチルピロリジノンを添加しながらさらに混合を行い、塗料状とした。
【００２２】
次に、塗料状正極を厚さ２０μｍのアルミニウム箔に片面ずつ、塗布乾燥を行い、両面均ーな厚さの電極を得て、さらにロールで圧延を行い、約２００μｍの電極を得た。また塗料状負極を厚さ１０μｍの銅箔を用いて、正極と同様の作業により、厚さ１５０μｍの電極を得た。
【００２３】
次に、正極、負極の各電極を幅約５０ｍｍ、長さ約８３０ｍｍに裁断した。この時塗り始めの部分において、無塗布部分の長さ約３０ｍｍを電極に含め、電流取り出し用リード板の溶接部とした。
【００２４】
正極には幅５ｍｍ、厚さ１００μｍのアルミ板を、前記正極の無塗布部分に溶接を行った。負極には幅３ｍｍ、厚ざ５０μｍのニッケル板を正極同様、溶接した。
【００２５】
次に、幅３５ｍｍ厚さ０．８ｍｍのステンレス板を巻き芯にして、ポリエチレン製微多孔膜（厚さ２５μｍ、幅５２ｍｍ）を正極と負極の間に挟んで、巻き取りを行った。巻き上げられた電極群の端部を巻き止めテーブで固定して、ステンレス板の巻き芯から取り外した。
【００２６】
次に、電極群を厚み０．２５ｍｍのステンレス製の負極缶（寸法ｍｍ：１２×４５×６０）に挿入し、ニッケル製負極リード板を負極缶開口部付近に溶接する一方、正極側のアルミリード板を負極缶開口部に嵌め込まれる蓋にガスケットを介して圧入したアルミ製正極端子に溶接した。その後電解液を注入し、負極缶と蓋をシーム溶接により、一体化した。
【００２７】
かくして、定格４．１ｖの扁平角形リチウムイオン電池を組み立てた。
【００２８】
次に、上記扁平角形電池３を外装ケース２に収容し、本発明の安全機構付きのパック型二次電池と、安全機構の付いていないパック型二次電池とを製作した。そして、各二次電池をそれぞれ５００ｍＡで充電し、その充電済の扁平角形電池３に対して、それぞれ連続充電を行った。その際、定格４．１ｖの扁平角形電池３に４．５ｖの過電圧印加をした。
【００２９】
この結果、本発明の安全機構の付いていない二次電池では４．５時間後に防爆弁が動作したが、本発明の安全機構付きの二次電池では、３時間後にヒューズが溶けて充電電流が切れ、その安全性が確認された。
【００３０】
図６に、板厚についての試験結果を示す。上記扁平角形電池３は、そのステンレス製の缶４の板厚が、上記０．２ｍｍから０．３５ｍｍと厚くなるに従い、充電電流遮断までの時間が長くなった。特に、板厚が、３．０ｍｍ〜３．５ｍｍの間で充電電流遮断までの時間が長くなった。また、板厚が０．４ｍｍを越えると、缶４の膨張変化が少なく、缶４が破裂した。従って、缶４の板厚は、０．３ｍｍ以下に定めることが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３２】
（１）請求項１に係る発明の安全機構付き二次電池によれば、外装ケースの内面に、電池の一方の電極端子を兼ねる缶が内圧でより膨らんだ際に接触する接触子を設け、その接触子からのリード線をヒューズを経由して電池の他方の電極端子に接続したので、過充電により缶の側面部が膨れた際には外装ケースの接触子と接触し、扁平角形電池がヒューズを介してショート状態となり、一瞬ではあるが大きな電流が流れてヒューズが切断される。従って、扁平角形電池の過充電状態が遮断され、電池の破裂等の事故が回避される。また、正常な電池が過充電されて破裂してしまう等の不都合も回避される。
【００３３】
（２）請求項２に係る発明の安全機構付き二次電池によれば、前記接触子を金メッキ層により構成しているので、接触抵抗の小さい良好な電気的接触を行わせることができる。
【００３４】
（３）本発明では、缶の厚さはうすくても安全が保たれるので、厚い缶を用いる必要がなく、その分、内容積を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の安全機構付き二次電池を外装ケースが透明であるとして示した側面図である。
【図２】図１の安全機構付き二次電池の平面図である。
【図３】本発明の安全機構付き二次電池の電気的接続を示した図である。
【図４】図２のＣ部分の拡大断面図である。
【図５】本発明の安全機構付き二次電池における圧力スイッチ機構がＯＮした状態を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の安全機構付き二次電池における缶の板厚と充電電流遮断までの時間の関係を示した図である。
【符号の説明】
１  安全機構付き二次電池
２  外装ケース
３  扁平角形電池
４  缶（一方の電極端子）
４ａ  最大面積を有する側面部
５  接触子
６，７  リブ
８  リード線
９  外部端子
１０  第１のヒューズ
１１  他方の電極端子
１２  リード線
１３  第２のヒューズ
１４  マイナスの外部端子
１５  圧力スイッチ機構
Ａ，Ｂ  電流ルート
【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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