JP3498538B2 - 二次電池及び二次電池用組立封口板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池等の密封形の二次電池に安全装置を内蔵した電池
に関するもので、特に安全装置の電気回路を小型化し、
電池の封口部内に実装配置したもの及び安全装置を組み
込んだ二次電池用の組立封口板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】密閉形二次電池、中でもリチウムイオン
二次電池は、高エネルギー密度を有するところからビデ
オカメラ、携帯電話、パソコンなどの小型ポータブル機
器の駆動用電源としての需要が急速に拡大している。こ
のリチウムイオン二次電池は、過充電、過放電および過
電流から保護するための安全回路としての電気回路を含
む安全装置を必要とする。そこで、通常は、電池に安全
回路としての電気回路を組み合わせたパック形電池とし
て電池使用機器に組み込まれる。

【０００３】リチウムイオン二次電池を用いたパック形
電池は、模式図を示す図１のような構成で、図１におい
て、１は円筒型のリチウムイオン二次電池２，３を被供
給装置に装着できる形状に実装する筐体、４はリチウム
イオン二次電池２，３と筐体１の端子間に挿入した安全
回路である。

【０００４】従来における安全回路４の構成を図１７に
ブロック図として示し、充電器からのプラス電圧が、プ
ラス端子５，ＰＴＣ素子６，リチウムイオン二次電池３
および２，ＦＥＴ７および８，温度ヒューズ９，端子１
０を経由して充電器のマイナス側に流れることにより、
リチウムイオン二次電池２，３の充電が行われる。

【０００５】また、リチウムイオン二次電池２，３の放
電は、ＰＴＣ素子６，プラス端子５，機器のプラスおよ
びマイナス，マイナス端子１０，温度ヒューズ９，ＦＥ
Ｔ８および７を経由して行われる。電池電圧を監視する
電圧検出器１１，１２は、制御回路１３に接続され、電
池電圧が規定値より高くなるとＦＥＴ８をオフにして過
充電防止の機能をし、規定値より低くなるとＦＥＴ７を
オフにして過放電防止の機能をし、電流を遮断する。Ｆ
ＥＴ７のソース−ドレイン間の電圧を検出する電圧検出
器１４は、制御回路１３に接続され、プラス端子５から
マイナス端子１０間に外部短絡等により過大電流が発生
した場合には、ＦＥＴ７および８をオフにして電流を遮
断する。サーミスタ１５は、端子１６を介して充電器、
または、使用機器の側から電池の温度をモニターするも
のである。

【０００６】以上のように、従来のパック形電池では、
電池単体の過充電を防止する機能，過放電を防止する機
能，過大電流時の遮断機能，電池温度モニター機能等
が、安全回路４としてプリント基板に実装配置され、筐
体１の内部に構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 上記のような従来の
パック形電池にあっては、以下に説明するような問題点
があった。

【０００８】１）パック形電池を被供給装置に装着し易
いように、筐体１の形状およびデザインが形成されてい
るために、筐体１は被供給装置に対応した専用のものと
なるケースが多い。

【０００９】２）筐体１が被供給装置に装着できる形状
およびデザインになっているために、充電器を筐体１に
合わせる必要があり、被供給装置に対応する専用の充電
器が必要となる。

【００１０】３）安全回路や被供給装置に装着するため
の形状およびデザインにした端子構造を設けることが必
要となり、これらに起因する体積が収納されるリチウム
イオン二次電池２，３の体積に比べ極めて大きくなる。

【００１１】４）一般消費者がリチウムイオン等の二次
電池単体を入手し難い。このように従来のパック形電池
は汎用性に乏しいものであった。

【００１２】本発明は、特に電池内部に安全装置を構成
する電気回路を組み込んでおり、それ自体を従来の電池
単体と同様に扱うことができる安全装置付きの二次電池
を提供することを目的とする。

【００１３】また本発明は、電池内が異常な高圧になっ
て弁体が破断した際、ガスを容易に外部へ排出すること
ができる封口板を備えた二次電池を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の二次電池は、発電要素をキャップによ
り封口する封口部内部のスペースに、開口部または破断
機構を設けた安全回路基板を配置し、前記安全回路基板
に電圧検出器と前記電圧検出器の検出値に応じて電流遮
断する電流遮断素子とを有する安全回路を配置すること
としている。そして、二次電池の上部にある封口部のキ
ャップと電流遮断弁との間のように、通常時は直接電解
液に触れない部分に、超小型化した安全回路を配置する
ことにより、安全回路を内蔵した二次電池自体を従来の
電池単体と同様に扱うことができ、被供給装置の電池収
納室へ二次電池を容易に収納することができる。

【００１５】また本発明は、発電要素を収容した一方の
極性の端子を兼ねる電池ケースの開口部にガスケットを
介して装着される組立封口板を改良したものである。す
なわち、本発明による組立封口板は、相互に電気的に絶
縁された内側キャップと外側キャップ、および所定の圧
力で破断する金属薄板からなり、破断に先立って電気的
導通を断つ電流遮断機能手段を有する弁体を含み、前記
キャップの一方は前記弁体をとおして発電要素の他方の
極性の電極と電気的に接続され、両キャップはそれぞれ
ガスを排出するための透孔を有し、かつ両キャップ間に
は、前記両透孔に連通する空洞部を有することを特徴と
する。

【００１６】この空洞部の存在により、一時に多量に発
生して弁体を破断したガスが内側キャップの透孔から外
側キャップの透孔へ容易に移行し、外部に放出される。
これによって電池が破裂する危惧をなくすことができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、単電池の上部、すなわ
ちプラス極側であって、キャップ，ＰＴＣ素子，防爆
弁，電流遮断弁およびこれらを固定するガスケット等で
形成される封口部内部の、例えばキャップと電流遮断弁
との間のように、通常時は直接電解液に触れないスペー
ス部分に、電圧検出器とＦＥＴ等の電流遮断素子を基本
構成とし、制御回路、コンデンサー，抵抗，ヒューズ等
の電子部品で構成された安全回路を配置したものであ
り、これにより、安全回路を内蔵した二次電池を従来の
電池単体と同様に扱って、被供給装置の電池収納室へ簡
単に収納できる。

【００１８】また、安全回路は、例えばエポキシ樹脂，
ポリ・ブチレン・テレフタレート樹脂等で防水性，防電
解液性の処理、すなわちコーティング処理，封止処理し
たものであり、外部から侵入した水、および電池自身の
電解液から安全回路部を保護するものである。

【００１９】また安全回路基板に開口部を設けたり、ま
たは安全回路基板の一部が電池の内圧上昇によって破断
するようにしたものであり、安全回路部に侵入した電解
液、もしくはガス化した電解液は、安全回路基板の開口
部、もしくは空隙部、もしくは破断機構を通じて、キャ
ップ部のガス抜け透孔から電池外へ放出することができ
る。

【００２０】また、安全回路に温度ヒューズを配置した
ものであり、ＦＥＴ等の電流遮断素子または電池自身の
発熱によって温度ヒューズを溶断することにより、電池
のプラス極と外部へのプラス出力端子との間の電気的な
接続を遮断することができる。

【００２１】また、安全回路にサーミスタを配置したも
のであり、充電温度範囲を規定することにより、電池の
安全性を確保することができる。

【００２２】また、ＰＴＣ素子を介して安全回路に接続
したものであり、ＦＥＴ等の電流遮断素子の発熱によっ
てもＰＴＣ素子をトリップさせることができる。

【００２３】また、リング状ＰＴＣ素子（図２における
ＰＴＣ２１に相当）に代えて、安全回路のプラス極と外
部入出力プラス極との間にＰＴＣ素子を配置したもので
あり、電池出力の短絡等による過大電流時や、電池の温
度、または安全回路の温度によってもＰＴＣ素子をトリ
ップさせることができる。

【００２４】また、封口部のキャップを、安全回路用マ
イナス極と外部入出力用プラス極との２極構成としたも
のであり、電池の外周面または底面のマイナス極と安全
回路用マイナス極が、被供給装置または充電器側で接続
されるまで、安全回路の消費電流を発生しないことか
ら、電池の過放電保護機能を不要とすることができる。
安全回路は、半導体の高集積化技術，部品の小型化技術
およびこれらを実装する高密度実装技術と合わせ、電池
の上部にある封口部内部におけるキャップと電流遮断弁
との間のように、通常時は直接電解液に触れないスペー
ス部分に、超小型化して配置することができる。

【００２５】また、キャップにおける安全回路用マイナ
ス極と外部入出力用プラス極とに段差を設けたものであ
り、電池の取り扱い時に起こる外部短絡を発生し難くす
ることができる。

【００２６】また、キャップにおける安全回路用マイナ
ス極と外部入出力用プラス極とを、電気的に絶縁性の接
着剤、例えばエポキシ系等の熱硬化型接着剤で接着した
ものまたは電気的な絶縁物を介して組み立てたものであ
り、キャップ全体の強度確保，キャップの安全回路用マ
イナス極と外部入出力用プラス極との間の固定および絶
縁を良好にすることができる。

【００２７】また、キャップにおける安全回路用マイナ
ス極のガス抜け透孔の径に対し、外部入出力用プラス極
側のガス抜け透孔の径を大きくしたものであり、キャッ
プ部のガス抜け透孔の周辺における電気的なショートを
発生し難くすることができる。

【００２８】本発明による好ましい構成の二次電池は、
一方の極性の端子を兼ねる電池ケース、および電池ケー
スの開口部にガスケットを介して装着された組立封口板
を具備し、前記組立封口板が、電池に直列に接続された
電流遮断素子および電池の電圧を検出して前記電流遮断
素子を制御する電圧検出器を含む安全回路を組み込んだ
プリント基板を含んでいる。このプリント基板は、ガス
を排出するための透孔を有し、しかもプリント基板上に
は、プリント基板のそれぞれ異なる極性の端子部に接続
された外側キャップおよび内側キャップが取り付けられ
ている。

【００２９】組立封口板は、さらに、プリント基板より
電池内側に配され、所定の圧力で破断する金属薄板から
なる弁体、および前記プリント基板の一方のキャップに
接続されている端子部を前記弁体をとおして発電要素の
他方の極性の電極と電気的に接続する電気的接続手段を
含んでいる。そして、外側キャップおよび内側キャップ
は、それぞれガスを排出するための透孔を有し、かつ両
キャップ間には、前記両透孔に連通する空洞部を有し、
また前記弁体は破断に先立って電気的導通を断つように
構成されている。また、前記安全回路は、電池が機器に
セットされた際他方のキャップを介して前記一方の極性
の端子に接続される。

【００３０】この構成の第１の特徴は、外側キャップと
内側キャップとの間に両キャップの透孔に連通する空洞
部を有することである。この空洞部は、前記のように、
電池内が異常な高圧となり、弁体を破断したガスが内側
キャップの透孔から外側キャップの透孔へ容易に移行さ
せる働きをする。両キャップに設ける透孔がそれぞれ対
応する位置にあれば、前記の空洞部を特別に設ける必要
はない。そのような構成にするためには、キャップの組
み立て時に位置合わせが必要となり、作業上煩雑とな
る。また、両キャップの透孔の位置が一致していると、
ヘヤーピンのような線状の金属部材が両者の透孔に入り
込んで、両キャップを電気的に接続し、電池を短絡させ
るという不都合が生じるおそれがある。本発明によれ
ば、封口板組み立て時に透孔を一致させるための特別な
管理も不要であり、しかも線状金属部材による短絡の危
惧を少なくすることができる。

【００３１】また、外側キャップおよび内側キャップ
は、それぞれガスを排出するための前記透孔を側面に有
し、かつ前記空洞部が外側キャップの側面に設けた膨出
部の内側に形成されていることが好ましい。この構成に
よって、内側キャップ内のスペースを最大限に活用する
ことができる。

【００３２】外側キャップは、その上面周縁部に膨出部
を設けるのが好ましい。この膨出部は、電池を機器にセ
ットする際、機器の端子部にスナップホック式に装着す
ることができる。

【００３３】また、膨出部を外側キャップの上面周縁部
に設けた構成においては、外側キャップのガスを排出す
るための透孔は、内側キャップの透孔より下位に設ける
のが好ましい。この構成によると、例えば、ヘヤーピン
のような線状の金属部材が外側キャップの透孔から内側
キャップとの間の空隙部に入り込んで両キャップを電気
的に接続し、電池を短絡させるようなことはなくなる。

【００３４】前記プリント基板に組み込まれた安全回路
は、電池への過電流の入力、電池からの過電流の出力、
または過電流の入出力を遮断する機能を有することが好
ましい。例えば、前記電圧検出器で前記電流遮断素子の
入力側と出力側との間の電圧を検出し、検出される電圧
が所定の電圧を越えたとき電流遮断素子をオフするよう
に構成する。

【００３５】また、前記安全回路は、温度検出器を備
え、検出される温度が所定の温度範囲を外れたとき前記
電流遮断素子をオフするように構成することが好まし
い。

【００３６】さらに、前記安全回路は、電池と直列に接
続された温度ヒューズを含むことが好ましい。

【００３７】前記電気的接続手段は、さらにＰＴＣ素子
を含むことが好ましい。このＰＴＣ素子は、この電気的
接続手段に組み入れる代わりに、前記プリント基板に組
み込まれた安全回路に含めることもできる。

【００３８】また、前記電気的接続手段は、さらに好ま
しくは、中央部において前記弁体に溶着され、周縁部に
おいては電気的に絶縁されているサブフィルターを含
み、前記サブフィルターはガスをとおす透孔を有し、か
つ前記サブフィルターと弁体との溶着部は、ガス圧が所
定値を越えると外れる電流遮断機能手段として働くよう
に構成されている。

【００３９】また前記プリント基板に代えて電池に直列
に接続された電流遮断素子および電池の電圧を検出して
前記電流遮断素子を制御する電圧検出器を含む安全回路
をＩＣの様にモールドして一体化して前記プリント基板
の端子部に相当する端子を設け、この端子間に空隙部を
設けたパッケージを配することができる。

【００４０】本発明によれば、組立封口板の内側キャッ
プ内に、電池の安全回路を組み入れるスペースを確保で
きるから、従来のように、安全回路を電池外に組み合わ
せた特定の電池使用機器にのみ適合する電池パックとす
る必要がなく、安全回路を内蔵した独立の電池を提供す
ることができる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図４から図
１６を参照して説明する。

【００４２】（実施例１） 図２は、従来の円筒型リチウムイオン二次電池の封口部
の断面図、図３（ａ）は従来の同封口部の分解斜視図、
図３（ｂ）は従来の同封口部の分解断面図を示してい
る。この封口部は、電池発熱時の電流低減機能手段であ
るＰＴＣ素子，電池内圧上昇時の電流遮断機能手段であ
る電流遮断弁，電池内圧が更に上昇した時の防爆機能手
段である防爆弁を有し、フィルター１７，サブフィルタ
ー１８，インナーガスケット１９，弁体２０，ＰＴＣ素
子２１，キャップ２２，封口板リング２３，ガスケット
２４で構成されている。通常時は、正極からの電流が、
リード板２５を介して透孔Ｃを有するフィルター１７に
接続され、ついでこれと面接触し、透孔Ｂを有するサブ
フィルター１８に通じるようになっている。更に、サブ
フィルター１８と弁体２０とは溶着によって中央部が接
合されているため、正極の電流は、弁体２０を通り、こ
れと面接触したリング状のＰＴＣ素子２１を通って透孔
Ｄを有するキャップ２２に導かれる。

【００４３】キャップ２２とＰＴＣ素子２１および弁体
２０は、リング状のインナーガスケット１９により一体
化されており、このインナーガスケット１９は、ポリカ
ーボネイト等の絶縁体を成形したものであるので、サブ
フィルター１８と弁体２０との電気的な接続は、溶着部
のみに限定されている。フィルター１７の周縁部は、サ
ブフィルター１８およびインナーガスケット１９の周縁
部をカシメる構造となっており、カシメが終了した後
は、封口部を構成するアッセンブリーとして一体物とな
っている。ガスケット２４は、ポリカーボネイト等の絶
縁体をリング状に成形したもので、前記の封口部のアッ
センブリーを電池ケース２６に組み込んでカシメ封口し
た場合、電池ケース２６とフィルター１７との間の絶縁
を行っている。

【００４４】弁体２０には、防爆機能手段である防爆弁
としてスリットＡが刻まれており、ガス化した電解液が
発生した場合は、フィルター１７の透孔Ｃおよびサブフ
ィルター１８に設けられた透孔Ｂを通過して、弁体２０
をキャップ２２の側に押し上げる構造となっている。

【００４５】つぎに、ＰＴＣ素子２１による電流低減機
能手段について説明する。ＰＴＣ素子２１は、規定温度
になると抵抗値が急上昇する素子であり、過充電、また
は大きな放電電流、例えば１時間放電に相当する電流値
以上の電流によって電池の温度が上昇し、規定温度に達
すると抵抗値が上昇して電流を低減させることにより、
電池が熱的に不安全な状態になることを防止するもので
ある。

【００４６】また、サブフィルター１８と弁体２０とを
溶着することによる電池内圧上昇時の電流遮断機能手段
について説明する。発熱によってガス化した電解液は、
フィルター１７の透孔Ｃおよびサブフィルター１８に設
けられた透孔Ｂを介して、弁体２０をキャップ２２の側
に押し上げる。この際、ガスの圧力が、サブフィルター
１８と弁体２０との溶着力を上回った時点で溶着が外れ
ることにより、電気的な接続が遮断され、電流遮断弁と
しての作用を行うものである。

【００４７】更に、弁体２０による防爆機能手段につい
て説明する。サブフィルター１８と弁体２０とによる電
流遮断機能手段が作動した後、発熱によってガス化した
電解液は、弁体２０を更にキャップ２２の側に押し上げ
る。一方、弁体２０は、インナーガスケット１９，フィ
ルター１７，ガスケット２４，電池ケース２６によって
周囲が固定されているため、ガスの圧力により弁体２０
に設けられたスリットＡが破断され、その時点で、ガス
化した電解液がキャップ２２側に抜ける。このことによ
り、ガス化した電解液は、キャップ２２の透孔Ｄより放
出され、その圧力が減圧されて電池自体の爆発を防止す
る。

【００４８】本発明においては、この封口部内部のスペ
ースを利用して図４に示す安全回路を配置する。図４に
おいて、＋は安全回路２７によって制御される二次電池
２８の外部への入出力用プラス極、Ｓは安全回路２７の
マイナス極で、被供給装置または充電器の側で二次電池
２８の外周面または底面に形成したマイナス極と接続す
る。−は二次電池２８の外周面または底面に形成したマ
イナス極である。

【００４９】二次電池２８のプラス出力は、図２で説明
したサブフィルター１８と弁体２０とによって構成され
る電流遮断機能手段２９，ＰＴＣ素子３０（図２におけ
るＰＴＣ素子２１に相当）を介して安全回路２７へ接続
される。

【００５０】Ｓ端子が被供給装置または充電器の側で二
次電池２８のマイナス極と接続された状態にある場合、
ＰＴＣ素子３０の出力側とＳ端子との間の電圧が規定値
内にあると、封口部に内蔵された電圧検出器３１は、Ｆ
ＥＴ等の電流遮断素子３２をオンにし、充電器からの充
電を可能とする。一方、ＰＴＣ素子３０の出力側とＳ端
子との間の電圧が規定値より高くなると、電圧検出器３
１は、ＦＥＴ等の電流遮断素子３２をオフにし、二次電
池２８を過充電から保護する。

【００５１】安全回路２７は以上の作用を行うが、電流
遮断素子３２にＦＥＴを使用する場合、ＦＥＴがオフの
状態であっても、そのボディダイオード効果により、＋
極を通じて二次電池２８の放電が可能である。なお、コ
ンデンサ３３は、＋極と−極との間の静電気対策，ノイ
ズによる誤動作防止を行うものである。

【００５２】また、図５は、図４に示す安全回路２７の
変形例を示すもので、サーミスタ３４を追加し、サーミ
スタ３４の温度による抵抗値変化をモニターする機能が
追加された電圧検出器３５により、二次電池２８の温度
が規定範囲（０℃〜６０℃以内等）外になると、ＦＥＴ
等の電流遮断素子３２をオフにする作用を追加したもの
である。

【００５３】更に、図６は、図４に示す安全回路２７の
他の変形例を示すもので、従来のリング状ＰＴＣ素子
（図２におけるＰＴＣ素子２１に相当）を廃止し、安全
回路のプラス端子と外部入出力用プラス極との間にＰＴ
Ｃ素子３６を挿入したものである。

【００５４】なお、以上の説明では、安全回路２７のマ
イナス極Ｓに与えるマイナス電圧を、電池ケースのマイ
ナスから電池が装着される被供給装置または充電器の結
線を介して得ると説明したが、安全回路２７用のマイナ
ス電圧を電池ケースと直接接続することも実施可能であ
る。但し、この場合は、電池を使用しない時の安全回路
２７の消費電流による自己放電損失が問題となるので、
長期保存に対応する施策が必要となる。

【００５５】（実施例２） 図４に示す安全回路２７を二次電池２８の封口部内部の
スペースに組み込んだ場合について図７および図８を参
照して説明する。図７は封口部の断面図、図８（ａ）は
同封口部の分解斜視図、図８（ｂ）は同封口部の分解断
面図を示し、図２の場合とは、ＰＴＣ素子２１から安全
回路用マイナス極３７に至る部分が異る構造となってい
る。

【００５６】図７および図８において、ＰＴＣ素子２１
の電極は、ポリイミド材で構成されたフレキシブル配線
板３８と面接触し、スルーホールや配線を通じて安全回
路２７に接続されている。なお、Ｅは、フレキシブル配
線板３８に設けられた防爆構造のための透孔であり、上
述の安全回路基板の開口部に相当し、また上述の安全回
路基板の破断機構、すなわちプリント基板に圧力により
破断しやすい部分を設けても良い。一方、安全回路用マ
イナス極３７は、フレキシブル配線板３８に面接触し、
配線を通じて安全回路２７に接続されている。安全回路
２７によって制御される二次電池２８の入出力端＋は、
フレキシブル配線板３８を通じ、面接触で、二次電池の
被制御入出力用プラス極３９となる。なお、Ｆは安全回
路２７の防水性，耐電解液性のコーティング、４１，４
２はエポキシ系等の熱硬化型接着剤、４０，４５は安全
回路用マイナス極３７と二次電池の被制御入出力用プラ
ス極３９との間を絶縁するＡＢＳ樹脂等の絶縁物、４４
は封口板リングである。

【００５７】（実施例３） 図６に示すように、安全回路のプラス極と外部入出力用
プラス極との間にＰＴＣ素子３６を配置した場合は、図
９に示すように二次電池の被制御入出力用プラス極３９
ａ自体をＰＴＣ素子で構成することができる。その他の
部分の構成は図７および図８と同様である。

【００５８】（実施例４） 図７における二次電池の被制御入出力用プラス極３９と
フレキシブル配線板３８との接続は、図１０に示すよう
に、二次電池の被制御入出力用プラス極３９が、リン青
銅等のバネ材４６により、フレキシブル配線板３８上の
部品へ接続されるようにしても良い。この場合は、電池
キャップの構成を簡略化することが可能になると共に、
フレキシブル配線板３８の下側は、対面するＰＴＣ素子
２１を介して弁体２０に、フレキシブル配線板３８の上
側は、対面する安全回路用マイナス極３７に、それぞれ
面接触させる構成になるので、封口部全体を容易に構成
できる。なお、４１，４９はエポキシ系等の熱硬化型接
着剤である。

【００５９】以上に説明した安全回路２７は、図１１に
示すようにＩＣパッケージ仕様にすることができる。図
１１において、５０はＶＤＤ（ＧＮＤ）リード、５１は
ＶＩＮ（ＶＳＳ）リード、５２はＶＯＵＴリードで、そ
れぞれのリード５０，５１，５２は、図７においてプリ
ント基板３８の代わりに配置することができ、安全回路
用マイナス極３７，ＰＴＣ素子２１，二次電池の被制御
入出力用プラス極３９に接触する部分Ｇを除き、ＰＢＴ
（ポリ・ブチレン・テレフタレート）等の耐電解液材料
で絶縁コーティング処理を行ったもので、プリント基板
が不要となり、封口部を組み立てる時に、アッセンブリ
ーが容易となる。またリード５０，５１，５２の空間は
上述の空隙部に相当し、放出されるガス化した電解液の
通路となる。

【００６０】また、図７における安全回路用マイナス極
３７は、図１２に示すように防爆構造のための複数のガ
ス抜け透孔Ｈと、二次電池の被制御入出力用プラス極３
９に安全回路用マイナス極３７の表面から機械的に接触
させるための透孔Ｉを有する必要があり、この場合の二
次電池の被制御入出力用プラス極３９には、図１３に示
すように安全回路用マイナス極３７の複数のガス抜け透
孔Ｈより大きい複数のガス抜け透孔Ｊと、安全回路用マ
イナス極３７を介して二次電池の被制御入出力用プラス
極３９に安全回路用マイナス極３７の表面から機械的に
接触させるための透孔Ｉにかからない範囲Ｋに、エポキ
シ系等の熱硬化型接着剤が塗布されている。安全回路用
マイナス極３７と二次電池の被制御入出力用プラス極３
９とは、あらかじめそれぞれ穴加工されたニッケル材等
の金属材料に、エポキシ系等の熱硬化型接着剤を塗布し
たうえで、一体に形成することも可能である。

【００６１】（実施例５） 図１４は本実施例の組立封口板を備えたリチウムイオン
二次電池の要部の縦断面図である。ここに示す組立封口
板６０は、内側キャップ６１、外側キャップ６５、及び
素子７２を取り付けたプリント基板７０を備えている。

【００６２】組立封口板は、さらに、プリント基板７０
の下面に配置されたリング状のＰＣＴ素子７３、金属薄
板からなる弁体７４、中央部に弁体７４の中央部を溶着
し、ガスを通すための透孔７６を有するサブフィルター
７５、ガスを通すための透孔７８を有するフィルター７
７、及びインナーガスケット７９を備えている。そし
て、インナーガスケット７９は、外キャップ６５の周縁
部から弁体７４の周縁部にわたる部分を被覆することに
より、弁体７４とサブフィルター７５の周縁部における
電気的接触を阻止している。また、フィルター７７は、
その周縁部でサブフィルター７５とインナーガスケット
７９の周縁部を挟み込むことにより、全体を一体の組立
封口板として組み立てている。フィルター７７の上面周
縁部は、インナーガスケット７９により、外キャップ６
５、プリント基板７０、ＰＴＣ素子７３、および弁体７
４の周縁部とは電気的接触を阻止されている。

【００６３】次に、上記プリント基板７０について詳し
く説明する。プリント基板７０は、可撓性の絶縁板に配
線を施したもので、後述する安全回路を構成する電気回
路をパッケージした素子７２を中央に固定するととも
に、素子７２を覆うように内側キャップ６１及び外側キ
ャップ６５を電気絶縁性の接着剤６８、たとえばエポキ
シ樹脂により固定している。プリント基板７０は、ガス
を通すための透孔７１を複数有している。

【００６４】内側キャップ６１は、ガスを通すための透
孔６２を４個有し、外表面には、外側キャップ６５と電
気的に絶縁するための絶縁性被膜６３を有している。ま
た、外側キャップ６５は、内側キャップ６１との間にガ
スを通す空洞部９５を形成するために、外側に膨出させ
た膨出部９６を設け、さらにこの膨出部９６にガスを通
す透孔６６を４個設けている。さらに、内側キャップ６
１と外側キャップ６５とをそれらの上部において絶縁す
る接着剤６９が両者間に介在させてある。素子７２を接
続したプリント基板７０のマイナス端子には内側キャッ
プ６１の鍔部６４が、またプラス端子には外側キャップ
６５の鍔部６７及びＰＣＴ素子７３がそれぞれ接続され
るように、プリント基板には配線が施されている。

【００６５】上記のように構成された組立封口板６０
は、電池ケース９０の開口部に装着される。電池ケース
９０内には正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻
き状に捲回された極板群９１が挿入されている。極板群
の一方の電極、例えば正極のリード板９３を組立封口板
６０のフィルター７７に溶接した後、組立封口板６０の
周縁部にガスケット９４を装着し、このガスケット部分
にケース９０の上端部をかしめることにより、電池ケー
ス９０は液密かつ気密に密閉される。なお、９２は、絶
縁板を示している。極板群９１の負極リード板（図示し
ない）は電池ケースの底面に溶接されている。従って、
電池ケース９０は電池の負極端子を兼ねている。

【００６６】上記のように組立封口板６０が電池ケース
９０に装着されると、外側キャップ６５は、プリント基
板７０、これに接触しているＰＴＣ素子７３、素子７３
に接触している弁体７４、この弁体７４と中央部におい
て接合されているサブフィルター７５、およびフィルタ
ー７７を介して極板群９１の正極に接続され、正極端子
として働く。

【００６７】次に、図１６に示す安全装置について説明
する。図１６において、１００は組立封口板６０が装着
された二次電池を示している。１０１は電池の正極リー
ドにつながっているサブフィルター７５と弁体７４との
接合部で構成される電流遮断機能手段として機能するス
イッチを示している。このスイッチ１０１には前記のＰ
ＴＣ素子７３が直列に接続されている。電気回路をパッ
ケージした素子７２内には、ＰＴＣ素子７３に直列に接
続された温度ヒューズ１０６および電流遮断素子１０
３、電圧を検出して電流遮断素子１０３を制御する電圧
検出器１０２、サーミスタ１０７、ならびにコンデンサ
１０４が組み込まれている。

【００６８】そして、素子７２のプラス端子は外側キャ
ップ６５に接続されている。一方、マイナス端子Ｓは、
内側キャップ６１に接続され、これはスイッチ１０５を
介して電池の負極端子に接続されている。したがって、
この電池を電池使用機器にセットすると、電池の負極端
子である電池ケースに接続された機器側の負極端子が、
内側キャップ６１と電気的に導通するのである。すなわ
ち、スイッチ１０５は、電池を機器にセットすることに
よりオンされるのである。

【００６９】上記のように、組立封口板６０が装着され
た電池を機器にセットし、スイッチ１０５がオンされる
と、ＰＴＣ素子７３の出力側とＳ端子との間には所定の
電圧が印加され、電圧検出器１０２は電流遮断素子１０
３をオンにし、充電器からの充電電流の受け入れを可能
とする。また、ＰＴＣ素子７３の出力側とＳ端子との間
の電圧に現れる電池１００の電圧が規定値より高くなる
と、電圧検出器１０２は電流遮断素子１０３をオフに
し、電池１００を過充電電流から保護する。

【００７０】素子７２に組み込まれた安全回路につい
て、さらに詳しく説明する。電圧検出器１０２は、電池
１００の電圧および電流遮断素子１０３の電圧を検出し
て電流遮断素子を制御する。電圧検出器１０２で検出さ
れる電池１００の電圧が所定の上限の設定電圧より高い
ときは過充電であり、また電圧検出器１０２で検出され
る電池１００の電圧が所定の下限の設定電圧より低いと
きは過放電である。電圧検出器１０２は、検出される電
池電圧が所定の上限電圧を越えたときまたは所定の下限
電圧を下回ったとき、電流遮断素子１０３をオフにし、
電流を遮断する。また、電圧検出器１０２は、例えば電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる電流遮断素子１
０３の入力側と出力側との間の電圧を検出し、所定の設
定電圧より高くなったとき、例えば、短絡などによって
過大電流が流れたことを検出して電流遮断素子１０３を
オフにする。さらに、電圧検出器１０２は、サーミスタ
１０７の電圧を検出し、電池１００および電流遮断素子
１０３の温度が規定範囲、例えば電池温度が０℃〜６０
℃の範囲を外れたとき、電流遮断素子１０３をオフにす
る。温度ヒューズ１０６は、電池１００や電流遮断素子
１０３の異常発熱によって断たれる安全装置として働
く。

【００７１】素子７２に組み込まれた安全回路は、以上
のような働きをする。電流遮断素子１０３としてＦＥＴ
を使用すると、これがオフの状態においても、そのボデ
ーダイオード効果により、プラス極を通じて電池１００
の放電は可能である。なお、コンデンサ１０４は、プラ
ス極とマイナス極との間の静電気対策のために設けられ
たもので、ノイズによる誤動作を防止する。ＰＴＣ素子
７３は、規定温度になると、抵抗値が急上昇する。過充
電電流、または大きな放電電流、例えば１時間率放電に
相当する電流値以上の電流が流れることによって電池の
温度が上昇し、ＰＴＣ素子７３が規定温度に達すると、
その抵抗値が急上昇して電流が低減される。これによっ
て、電池が熱的に不安全な状態になることが防止され
る。このＰＴＣ素子７３は、素子７２内に組み込むこと
もできる。

【００７２】次に、電池内圧力が上昇した場合の組立封
口板の働きについて説明する。上記のような安全回路お
よびＰＴＣ素子の働きにもかかわらず電池内が高温とな
り、有機溶媒を主とする電解液がガス化すると、ガスは
フィルター７７の透孔７８およびサブフィルター７５の
透孔７６を通って弁体７４をプリント基板側へ押し上げ
る。ガス圧力が、サブフィルター７５と弁体７４との溶
着力を上回った時点で溶着部が外れ、サブフィルター７
５と弁体７４との電気的な接続が遮断される。これによ
って電池とその充電回路および／または放電回路との間
の電気的接続は一切断たれる。このように、サブフィル
ター７５と弁体７４とは、電流遮断機能を有するスイッ
チ、すなわち電流遮断機能手段として働く。

【００７３】次に、ガス圧力がさらに大きくなると、弁
体７４はさらにプリント基板側へ押圧される。そして、
ガス圧がある値を越えると、弁体７４はその表面の一部
に設けられた刻み目（図示しない）から破断する。この
ため、ガスはその破断部からプリント基板の透孔７１を
通り、さらに内側キャップ６１の透孔６２、内側キャッ
プ６１と外側キャップ６５との間の空洞部９５、および
外側キャップ６５の透孔６６を経て外部へ放出される。

【００７４】この際、内側キャップ６１と外側キャップ
６５との間には、空洞部９５が設けてあるので、両キャ
ップの透孔６２と６６の位置が一致していなくとも、透
孔６２を通過したガスは空洞部９５を通って容易に透孔
６６に達し、そこから外部に放出される。空洞部９５が
ないと、両キャップの透孔６２と６６の位置が一致して
いないところでは、一時に多量に発生したガスが両キャ
ップ間の狭い間隙を通り抜けることができず、電池内が
過圧となり、破裂する危険が伴う。

【００７５】こうして電池が高温になるなどにより電解
液がガス化し、電池内圧力が異常に上昇したときには、
サブフィルター７５と弁体７４との電流遮断機能手段に
より電流を遮断し、さらに圧力が上昇すると、防爆機能
手段として弁体７４が破断し、キャップ６１および６５
の透孔より外部に放出される。従って、電池自体が破裂
する危険はない。

【００７６】（実施例６） 図１５は本実施例の組立封口板の要部の縦断面図であ
る。この組立封口板８０は、内側キャップ８１および外
側キャップ８５の構造が変わっている他は実施例５の組
立封口板６０と本質的な違いはない。内側キャップ８１
は、その鍔部８４がプリント基板７０のマイナス端子に
接触するように、また外側キャップ８５は、その鍔部８
７がプリント基板７０のプラス端子に接触するようにそ
れぞれ接着剤８８によりプリント基板７０に接着されて
いる。内側キャップ８１は、ガスを通すための透孔８２
を、側面上方に有する。

【００７７】一方、外側キャップ８５は、ガスを通すた
めの透孔８６を、側面下方に有する。そして、外側キャ
ップ８５は、上部周縁部を外側に膨出させることによ
り、内側キャップ８１との間に空洞部９７を設けてい
る。この膨出部９８は、電池を機器にセットする際、機
器の端子部にスナップホック式に装着できる。内側キャ
ップの外表面に絶縁性皮膜８３を設けたこと、および両
キャップ間に絶縁材８９を介在させたことは実施例５と
全く同様である。

【００７８】この構成においても、弁体７４を破断して
内側キャップ８１の透孔８２に入ったガスは、空洞部９
７から容易に外側キャップ８５の透孔８６を抜けて外部
へ放出される。また、外側キャップ８５のガスを排出す
るための透孔８６は、内側キャップ８１の透孔８２より
下位にあるので、ヘヤーピンのような線状の金属部材が
外側キャップの透孔から内側キャップとの間の空隙部に
入り込んで両キャップを電気的に接続し、電池を短絡さ
せるようなことはない。

【００７９】上記の実施例においては、内側キャップお
よび外側キャップに設けたガス抜きのための透孔はそれ
ぞれ４個であるが、透孔の数はその大きさや電池に応じ
て適宜選択すべきことである。

【００８０】また、電池の正極を外側キャップと電気的
に接続する構成としたが、電池の正極を内側キャップと
接続する構成とすることもできる。

【００８１】ＰＴＣ素子は、１つの部品としてプリント
基板と弁体との間に挿入したが、プリント基板上の素子
７２内に組み入れることもできる。

【００８２】また、上記各実施例において示した材料等
は一例であり、機能を果たす範囲内で変更して用いるこ
とができる。

【００８３】さらに、上記の実施例においては、本発明
をリチウムイオン二次電池に適用した例を説明したが、
本発明はその他の二次電池にも同様に適用できることは
いうまでもない。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
体で過充電、過放電にならないよう制御し、二次電池内
のガス圧が異常に高まるような事態を防止するとともに
なおかつ二次電池内のガス圧が異常な高圧となるときに
は、速やかにガスを放出して電池の破裂を未然に防止す
ることができる二次電池を得ることができる。

【００８５】本発明は以上説明したような形態で実施す
ることにより、従来のパック形電池で問題点とされてい
た以下の課題を解決することができる。

【００８６】１）パック形電池が被供給装置に装着でき
る形状およびデザインの筐体になっているために、被供
給装置向けの専用パックとなってしまうこと。

【００８７】２）電池パックが被供給装置に装着できる
形状およびデザインの筐体になっているために、充電器
もパック形電池に合わせた、または被供給装置の収納部
を含めた専用充電器となってしまうこと。

【００８８】３）安全回路や被供給装置に装着するため
の形状およびデザイン，端子構造を設けたパック形電池
の体積は、パック形電池内に収納される電池の体積に比
べ必ず大きくなること。

【００８９】４）一般消費者がリチウムイオン等の二次
電池単体を入手できないこと。更に、あらかじめリチウ
ムイオン等の二次電池のサイズを規定しておけば、被供
給装置個々の形状，デザイン，発売時期，発売量にとら
われることなく、二次電池を潤沢に生産供給することが
可能になると共に、一般消費者においても、前述の電池
が適用される機器を購入すれば、必要な時に必要な量の
二次電池を容易に入手することが可能になるという有利
な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パック形のリチウムイオン二次電池の模式図

【図２】従来の円筒型リチウムイオン二次電池の封口部
の断面図

【図３】（ａ）同封口部の分解斜視図 （ｂ）同封口部の分解断面図

【図４】本発明の実施例１における安全回路のブロック
図

【図５】同安全回路の変形を示すブロック図

【図６】同安全回路の他の変形を示すブロック図

【図７】図４に示す安全回路を組み込んだ実施例２にお
ける封口部の断面図

【図８】（ａ）同封口部の分解斜視図 （ｂ）同封口部の分解断面図

【図９】実施例３における封口部の断面図

【図１０】実施例４における封口部の断面図

【図１１】（ａ）パッケージ仕様にした安全回路の正面
図 （ｂ）同安全回路の側面図 （ｃ）同安全回路の分解斜視図

【図１２】（ａ）安全回路用マイナス極の正面図 （ｂ）イ−イ’線断面図

【図１３】（ａ）二次電池の被制御入出力用プラス極の
平面図 （ｂ）ロ−ロ’線断面図

【図１４】実施例５における組立封口板を備えたリチウ
ムイオン二次電池の要部の縦断面図

【図１５】実施例６における組立封口板の要部の縦断面
図

【図１６】電池内に組み入れられている安全装置を含む
電気回路を示す図

【図１７】パック形のリチウムイオン二次電池における
従来の安全回路のブロック図

【符号の説明】

１７ フィルター １８ サブフィルター １９ インナーガスケット ２０ 弁体 ２１ ＰＴＣ素子 ２２ キャップ ２７ 安全回路 ２８ 二次電池 ３２ 電流遮断素子 ３４ サーミスタ ３７ 安全回路用マイナス極 ３８ フレキシブル配線板 ３９，３９ａ 被制御入出力用プラス極 ４１，４２，４９ 熱硬化型接着剤 ６０、８０ 組立封口板 ６１、８１ 内側キャップ ６２、８２ 透孔 ６３、８３ 絶縁性皮膜 ６４、８４ 鍔部 ６５、８５ 外側キャップ ６６、８６ 透孔 ６７、８７ 鍔部 ６８、６９、８８、８９ 接着剤 ７０ プリント基板 ７１ 透孔 ７２ 素子 ７３ ＰＴＣ素子 ７４ 弁体 ７５ サブフィルター ７６ 透孔 ７７ フィルター ７８ 透孔 ７９ インナーガスケット ９０ 電池ケース ９１ 極板群 ９２ 絶縁板 ９３ 正極リード板 ９４ ガスケット ９５、９７ 空洞部 ９６、９８ 膨出部 １００ 電池 １０１ スイッチ １０２ 電圧検出器 １０３ 電流遮断素子 １０４ コンデンサ １０５ スイッチ １０６ 温度ヒューズ １０７ サーミスタ Ａ スリット Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｈ，Ｊ 透孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−201358（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−272748（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/34 H01M 10/42 - 10/48

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電要素をキャップにより封口する封口
   部内部のスペースに、開口部または破断機構を設けた安
   全回路基板を配置し、前記安全回路基板に電圧検出器と
   前記電圧検出器の検出値に応じて電流遮断する電流遮断
   素子とを有する安全回路を配置した二次電池。
2. 【請求項２】 発電要素のプラス出力からＰＴＣ素子を
   介して安全回路に接続した請求項１記載の二次電池。
3. 【請求項３】 安全回路のプラス極と外部入出力用プラ
   ス極との間にＰＴＣ素子を配置した請求項１記載の二次
   電池。
4. 【請求項４】 封口部のキャップを、安全回路用マイナ
   ス極と外部入出力用プラス極との２極構成とした請求項
   １記載の二次電池。
5. 【請求項５】 発電要素を収容してその一方の極性の端
   子を兼ねる電池ケース、および電池ケースの開口部にガ
   スケットを介して装着された組立封口板を具備し、前記
   組立封口板が、相互に電気的に絶縁された内側キャップ
   と外側キャップ、および所定の圧力で破断する金属薄板
   からなり、破断に先立って電気的導通を断つ電流遮断機
   能手段を有する弁体を含み、前記キャップの一方は前記
   弁体をとおして発電要素の他方の極性の電極と電気的に
   接続され、両キャップはそれぞれガスを排出するための
   透孔を有し、かつ両キャップ間には、前記両透孔に連通
   する空洞部を有することを特徴とする請求項１記載の二
   次電池。
6. 【請求項６】 発電要素を収容してその一方の極性の端
   子を兼ねる電池ケース、および電池ケースの開口部に電
   気絶縁性のガスケットを介して装着された組立封口板を
   具備し、前記組立封口板が、電池に直列に接続された電
   流遮断素子および電池の電圧を検出して前記電流遮断素
   子を制御する電圧検出器を含む安全回路を組み込み、か
   つガスを排出するための透孔または破断機構を有するプ
   リント基板、前記プリント基板上にプリント基板のそれ
   ぞれ異なる極性の端子部に接続されて取り付けられた外
   側キャップおよび内側キャップ、前記プリント基板より
   電池内側に配され、所定の圧力で破断する金属薄板から
   なり、破断に先立って電気的導通を断つ電流遮断機能手
   段を有する弁体、および前記プリント基板の一方のキャ
   ップに接続されている端子部を前記弁体をとおして発電
   要素の他方の極性の電極と電気的に接続する電気的接続
   手段を含み、両キャップはそれぞれガスを排出するため
   の透孔を有し、かつ両キャップ間には、前記両透孔に連
   通する空洞部を有し、前記安全回路は、電池が機器にセ
   ットされた際他方のキャップを介して前記一方の極性の
   端子に接続されることを特徴とする二次電池。
7. 【請求項７】 相互に電気的に絶縁された内側キャップ
   と外側キャップ、所定の圧力で破断する金属薄板からな
   り、破断に先立って電気的導通を断つ電流遮断機能手段
   を有する弁体、および前記キャップの一方を前記弁体を
   とおして発電要素の一方の極性の電極と電気的に接続す
   る手段、電圧検出器と前記電圧検出器の検出値に応じて
   電流遮断する電流遮断素子とを有する安全回路を具備
   し、両キャップはそれぞれガスを排出するための透孔を
   有し、かつ両キャップ間には、前記両透孔に連通する空
   洞部を有することを特徴とする二次電池用組立封口板。