JPH02109252A - 電池用ptc装置 - Google Patents

電池用ptc装置

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JPH02109252A
JPH02109252A JP63263233A JP26323388A JPH02109252A JP H02109252 A JPH02109252 A JP H02109252A JP 63263233 A JP63263233 A JP 63263233A JP 26323388 A JP26323388 A JP 26323388A JP H02109252 A JPH02109252 A JP H02109252A
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ptc device
ptc
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battery
batteries
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/637—Control systems characterised by the use of reversible temperature-sensitive devices, e.g. NTC, PTC or bimetal devices; characterised by control of the internal current flowing through the cells, e.g. by switching
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、電池特に有機電解液を使用する電池に使用
されるPTC装置に関するものである。
従来の技術 従来より電池が放電されている状態にあっては、電池内
にQ−1旧(Q:発熱量[:ca、1.]、l:電流〔
A〕、R:抵抗CQ〕、t 時間[h、rs])で示さ
れるジュール熱が発生し熱が生じる。この場合放電され
る電流が大きい程、発生される熱は大きく電池部品が損
傷を受けたり、爆発する危険性が大きくなる。特にリチ
ウム電池などの高出カー次電池などは短絡時において大
電流が流れ電池自身の温度が20o’c付近に1で上昇
する場合がある。このため電池を過度の電流及び温度か
ら保護するため正温度係数抵抗装置(PTCすなわちp
ositivetemperature coeffi
cient)が使用されていた。。
このPTC装置の構成は、重合体素材として、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等の比較的動粘度の低いポリオレ
フィン樹脂単独、あるいは異種オレフィン樹脂との共重
合物で構成し、この重合体中に導電性物質、例えばカー
ボンブラック、グラファイトなどのカーボン系フィラー
を添加したものを混合し、押出し法、カレンダー法、あ
るいは溶液流延法によってシート状に成形加工し、PT
C素子を作り、その後、ニッケル、ステンレス、銅等の
電極板を熱圧着法によってPTC素子シートの両側に圧
着し、所定の形状に打抜き加工してPTC装置を形成し
、このPTC装置を実開昭593476号公報に示され
るように発電要素を収納した電池ケースの封口部に電極
と端子キャップ等との導電路の一部に組み込んで電池を
過度の電流及び温度から保護し安全性を確保しようとし
ていた。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、近年においてリチウム電池の高容量化、
及び大電流化()・イレート化)が要望されており、こ
のような要望に対し現状のPTC素子では対応に困誰性
がでてきた、つ捷り従来のPTCにおいては、カーボン
ブランク、グラファイトなどのカーボン系フィラーを均
一に分散させるような重合体素材として適当なものは前
述したような比較的低粘度 換言すれば低分子量、低重
合度 のものしか使用できない欠点があり、かような素
材のものは耐熱性か弱(120’C近傍よp軟化、流動
化が生じるものであった。このためPTCが動作中にし
ばしばショート状態、つまりPTC素子の両面に配した
電極板がPTC素子が軟化、流動化するために相互に接
触して、PTC素子を介さずに電流が流れるような回路
が形成される。反面、比較的低粘度 換言すれば高分子
量、高重合度 のものは耐熱性の点で従来のものに比し
て50〜70 ’C高く好ましいが、前述のカーボン系
フィラーを溶融時の粘度が高いため均一に分散できず、
またシート状成形に際しても均一な厚みのものが加工で
きないという困難性を有していた。
課題を解決するための手段 本発明は前述の欠点を通常は低粘度・低分子量である不
飽和カルボン酸をグラフト変性したポリオレフィン樹脂
を重合体として用い、導電性物質を相溶させてシート状
に成形しPTC素子とし、このPTC素子の両面に電極
板を配した後、 γ線。
もしくは電子線を照射して、グラフト変性ポリオレフィ
ンの分子内架橋を促進させて高重合度、高分7−量の耐
熱性に優れるPTC装置とするものである6゜ 作   用 本発明のような不飽和カルボン酸をグラフト変性したポ
リオレフィンにγ線、電子線を照射することによって不
飽和カルボン酸の二重結合部が相互に結合し、いわゆる
ラジカル重合反応によってモノマー同志がブロッキング
し、高重合度化、高分子−量化するものである。
実施例 第1図は本発明に係るPTC装置を組み込んだ封口板A
を用いた電池である。1は発電要素を収納した電池ケー
ス、2はフン化物、金属酸化物等の正極活物質をシート
状にし、負極活物質である金属リチウムシートをセパレ
ータ材(図示せず)を介して巻回した電極群で、それぞ
れの活物質からは導電性リード片3で、電池ケース1の
内底面、あるいは封口板Aに接続されている。封口板A
は円板状金属部材4、本発明の方法によって得られたP
TC装置5、端子キャップ6から構成されている。γは
封口板Aを嵌合した絶縁バッキングで、封ロ板A、!:
電池ケース1間の気密封口、ならびに両極間の絶縁を図
っている。次にPTC装置5について述べる。PTC装
置5は第2図に示すJ:うに、カーボンフィラーを分散
させた重合体をント状に成形してPTC素子5aを構成
し、PTC素子の両面に、厚みが30μm以下のニッケ
ル。
SUS 、銅等の倉属薄板を電極板5bとして貼シ合わ
せてPTC装置を形成している。重合体の材料としては
、不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレフィン
からなり、不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタ
クリル酸、コノ・り酸、イタコン酸、7マル酸、無水マ
レイン酸、マレイン酸などであり、ポリオレフィンとし
てはエチレン。
プロピレンなどが有効でありこれらのポリオレフィンに
前述の不飽和カルボン酸を15〜40重量部程度グラフ
ト重合させたものが好ましい、なお不飽和カルボン酸の
量を15〜40重量部グラフトさせた理由としては15
重量部以下であると、後工程でγ線、電子線を照射した
時、重合体の架橋カシカル重合反応が十分に進行しない
ためであり、40重量部以上であると急激な架橋ラジカ
ル重合反応が起こるため重合体内のカーボン系フィラー
の均一分散性に歪が生じ、場合によっては重合体自身に
亀裂が生じるためである。また電極板5bの厚みを30
/jm以下と限定したのは30μm以上の場合にはγ線
、電子線が電極板内を透過できず重合体に重合反応を惹
起できなくなるものである。次に本発明の効果について
実験例とともに説明する。
実施例1 重合体としてプロピレン単量体100重量部に対し、ア
クリル酸20重量部グラフト重合させたものに、導電性
物質としてケッチエンブラック30重量部添加し、厚み
が約3.0071m のシートに成形し、シートの両面
を厚み20μmのニッケル電極板を貼り合わせたもの。
実施例2 重合体としてエチレン単量体100重量部に対し、無水
マレイン酸25重量部グラフト重合させたものに、導電
性励質としてアセチレンブラック45重量部添加し、厚
みが約3501tmのシートに成形し、シートの両面を
23 pmのステンレス電極板を貼り合わせたもの。
比較例1 重合体として低密度ポリエチレン100重量部に、ケッ
チエンブランク35重量部添加し、厚みが約30011
mのシートを成形し、シートの両面を201Lmのニッ
ケル電極体を貼り合わせたもの。
9 、 なお、実施例1,2のものについてはいずれもγ線を1
0分間照射し架橋ラジカル重合を進行させたものである
。実施例、比較例のものを第1図に示す構成で、直径1
70朋、高さ33.5朋、容量130゜mAh  の円
筒形二酸化マンガンリチウム電池を構成し、電池2ケを
直列に接続し、両極間を短絡させた時の″電流値、電池
表面温度を第3図、第4図に示した。第3図は実施例1
,2の構成のによるもの 第4図は比較例のものを示す。なお図中細破線は電流値
、破線はそれぞれの電池の表面温度を示す。
次に表1には、前述の電池を5ヶ直列に接続したものを
短絡させた時の電池表面温度の最大値と、各々100セ
ツトを短絡させた時の発火・爆発数を示す。
表1 発明の効果 表1ならびに第3図、第4図の実験結果から明らかなよ
うに本発明によるPTC装置を用いたものは、耐熱性が
従来のものに比して高くなるため、リチウム電池のよう
な高出力電池の過酷な異常使用に対しても十分安全性を
確保できるものである。3第4図の比較例において、電
流ピークが2度見られるが、2度目のピークは、PTC
素子が発熱により軟化流動化し電極板が接触したことを
示すものである。なお実施例について2例の場合を示し
たが、本文中に記載の材料であれば同様の条件で同様の
効果がある。、
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のPTC装置を封口部に配した電池の断
面図、第2図はPTC装置の断面略図、第3図、第4図
は本発明、従来例の電池を評価実験した時の実験結果を
示すグラフである。 1・・・ケース、2・・・・・・電極群、4 ・・金属
部材、5・・・・・PTC装置、6a・・・・PTC素
子、5b・・・・電極板、6・・・・・端子キャップ、
7・・・ 絶縁バッキング。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)発電要素を収納した電池ケースの封口部に、発電
    要素と、端子キャップとの間の導電路の一部を形成する
    よう設けたPTC装置であって、前記PTC装置は重合
    体として不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリオレ
    フィンに導電性物質を分散させたPTC素子シートと、
    前記PTC素子シートの両面に電極板を圧着した構成か
    らなり、前記PTC装置に、γ線、電子線を照射したも
    のを用いることを特徴とする電池用PTC装置。
  2. (2)不飽和カルボン酸がアクリル酸、メタクリル酸、
    コハク酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マ
    レイン酸である特許請求の範囲第1項記載の電池用PT
    C装置。
  3. (3)ポリオレフィンがエチレン、プロピレンの単量体
    単独か、あるいは双方の共重合物からなる特許請求の範
    囲第1項記載の電池用PTC装置。
  4. (4)電極板が厚さ25μm以下の金属薄板で構成され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電池用
    PTC装置。
  5. (5)ポリオレフィンが、不飽和カルボン酸を15〜4
    0重量部含有することを特徴とする特許請求の範囲第3
    項記載の電池用PTC装置。
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