JPH0216517Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、異常な温度上昇時に電池の放電を停
止させるかあるいは放電々流を減少させる保護素
子を電池自体に内蔵させた電池に関するものであ
る。

従来例の構成とその問題点 リチウムなどの軽金属を負極活物質として用い
る電池は、高エネルギー密度、長期保存性などの
点において優れた特性を有している。従つてその
用途は最近急激に拡がりつつある。しかし一般的
には非常に活性な金属であるリチウムを負極活物
質として用いていること、あるいは有機溶媒を電
解液として用いていることなどの点から、安全性
の面においては若干問題があつた。またリチウム
電池のみならず、他の電池、例えばアルカリマン
ガン電池、ニツケル・カドミウム電池などにおい
ても、短絡や過大電流での放電は安全性の面で問
題があるのは周知の事実である。そのためリチウ
ム電池は短絡時に大電流が流れないよう、作意的
に内部抵抗を大きくしたり、あるいは電池ケース
に切り込みを入れて部分的に弱くしたり、あるい
はまたアルカリマンガン電池やニツケル・カドミ
ウム電池においては樹脂封口板に防爆構造を設け
たり、安全弁を取り付けたりしている。

また、正の温度抵抗特性をもつたPTC素子を
安全装置として取付ける方法も、特開昭55−
105980号公報において既に提案されている。特開
昭55−105980号に示されたPTC素子は、電池を
短絡すれば、PTC素子自身の発熱、あるいは電
池の発熱による雰囲気の温度上昇により、PTC
素子の抵抗が増加して電流を減少させる働きがあ
り、また短絡が解除されて温度が低下すれば、元
の状態に復帰するという有利な点を有している。

しかしこの提案は、複数の素電池から組電池あ
るいは構成電池を形成した場合に、素電池間に組
み込まれており、素電池を１個で使用する場合に
はその電池の端子部にリード線の一部として熱的
に取付けると述べられている。

従つて実際の使用においては、素電池をホルダ
ー端子を用いて使用するなど、使用の方法および
範囲が制限され、必らずしも効果的ではない。

また他方、この点を改良するために電池ケース
の底部にPTC素子を取り付ける方法も考えられ
る。しかしPTC素子の中でも電池の用途に適し
た低抵抗のものは、有機材料を主体としたもので
あり、これに直接半田付けや電気抵抗溶接でリー
ドを取付けることはできなく、また実際の使用に
おいてもその使用範囲が制限されるという欠点を
有していた。

考案の目的 本考案は、上記従来例の欠点を改良するため
に、PTC素子を素電池内に組込み、かつこの素
電池をホルダー端子を使用してそのまゝ用いる場
合、あるいはリード端子を取付ける場合には半田
付けあるいは電気抵抗溶接を可能にし、電池の安
全性を確保した状態で、電池の使用方法および範
囲を拡大することも目的としたものである。

考案の構成 本考案は前記目的を達成するため、電池ケース
の底部にPTC素子を取付け、さらにその外側に
金属製の皿状端子板をその凸部を外向きとして配
置し、電気的に導通を保つて固定したことを特徴
とする。PTC素子および皿状端子板は、電池の
外装体を電池ケースの上下両端でカシメることに
より電池内に組み込むことが望ましい。

この結果、電池の一方の端子は、ケース底部の
外側にこれと電気的に導通したPTC素子と、皿
状の端子板がその凸部を外向き状態で配置され、
皿状端子板の凸部とPTC素子とは直接密着しな
い空間を保つた形に形成される。これにより、皿
状端子板の凸部分にリード線あるいはリード板を
取付けるのに半田付けあるいは電気抵抗溶接を行
なつても、PTC素子に直接熱は加わらず、樹脂
を基材としたPTC素子でも破壊されることはな
く、どの様な用い方にも対応できる安全性の高い
電池が得られたものである。

実施例の説明 以下実施例により本考案を説明する。

（実施例 １） 第１図は本実施例による電池の半断面図であ
り、その直径は７mm、高さは33.5mmに形成されて
いる。図中、１はフツ化炭素を活物質とした正極
であり、その表面はポリプロピレンの不織布より
なるセパレータで包被され、リチウムを活物質と
する負極２と渦巻状に捲回されて、鉄にニツケル
メツキを施した負極端子を兼ねる電池ケース３に
収納されている。４は正極のリード、５は封口板
でポリプロピレンからなり、その中央部を貫通し
たアルミニウムリベツトで内側及び外側に各々チ
タンワツシヤー、鉄にニツケルメツキを施したワ
ツシヤーをかしめつけ、外側ワツシヤーの上部に
正極端子を兼ねるキヤツプ６を配している。

前記正極のリード４はチタンワツシヤー部に電
気抵抗溶接により電気的に接続されている。電池
内には電解液としてγ−ブチロラフトンに１モ
ル／の量のホウフツ化リチウムを溶解した電解
液が注入され、ケース３の開口部分７を内方へ折
り曲げ、封口板周縁をかしめつけることで液密、
気密的に密封されている。８はPTC素子であり、
ポリエチレン樹脂に主体してこれにカーボン粉末
が添加されて公知の方法で作られている。その直
径は15.8mm、厚み0.5mmの円板状であり、公知の
シルバーペイント塗料により、ケース３の底面に
接着されている。

９は鉄にニツケルメツキを施した皿状の端子板
であり、皿状のツバ部をPTC素子上に、また凸
部９′を外向きに突出すよう配置されている。さ
らにこの外周部分は熱収縮性樹脂チユーブ１０で
被覆され、さらにチユーブ１０の外側はブリキ缶
よりなる外装缶１１により外装されている。

（実施例 ２） 実施例１におけるPTC素子８に代えて、第２
図に示す公知の方法にて作られた円板状PTC素
子１２の上下両面にニツケル板あるいはニツケル
箔１３をラミネートした素子８′を用い、これを
電池ケース３の底部に配置し、以後は実施例１と
同様にかしめにより固定した。

この場合、第３図に示すように皿状端子板のツ
バ部に小さな突起９″をつけると、かしめによる
加圧力で端子板９と、ニツケル板あるいは箔によ
りサンドウイツチされたPTC素子との電気的接
触をより完全にする効果がある。従つて電池用途
により適宜このような端子板の加工を施すことが
望ましい。

（実施例 ３） 実施例１におけるPTC素子の取付方として、
第４図のように皿状の端子板９にあらかじめ導電
性接着剤などにより素子８を取付け、以後は実施
例１同様に外装体のかしめにより電池ケース底面
に取付ける。

（実施例 ４） 実施例１におけるPTC素子の取付方として、
第５図に示すようにPTC素子８の片面にニツケ
ル板１４をラミネートにより一体化し、さらに皿
状の端子板９のツバ部分にこのニツケル面を対向
させて電池ケースの底部に取付け、以後は実施例
１と同様の方法でかしめつけた。

以上の各実施例で述べた電池において正極端子
と負極端子との間を線抵抗0.1Ωの導線で短絡さ
せて、その安全性に対する効果の確認を行なつ
た。第６図にこの短絡テストにおける、短絡経過
時間と、電池の電流変化イ、PTC素子の温度変
化ロ及び電池外装ケース表面の温度変化ハとの関
係を示す。

この第６図から明らかなように、短絡の瞬間に
約6.5Aの大きな短絡電流が流れる。これにより
PTC素子は自己発熱を生じて直ちに素子自体の
温度が75℃にまで上昇する。その結果、PTC素
子の抵抗は殆んど０から約15Ωに上昇をする。こ
れにより、電流は約500mAに低下し、短絡直後
に約6.5Aも流れた短絡電流は150mAに抑えられ、
PTC素子の発熱と放熱とがバランスされ、その
後は約150mAの電流で容量が消耗されるまで流
れる。それにより電池本体の温度は最大約45℃に
抑えられ、外部回路が短絡状態になつても、電池
内に組み込まれたPTC素子の働きにより、安全
が確保できる。また、ケースの底部にPTC素子
を配置し、さらにその外側に皿状の端子板を位置
させる構成とすることにより、電池にリード線を
取付けて用いたい時には、端子板部分にリード線
を電気抵抗溶接あるいは半田付けすることがで
き、この際でもPTC素子と端子板との間に空間
があるためPTC素子に大きな熱を加えることな
く取付けることが可能となつた。

これにより、電池の内部にPTC素子が組み込
まれ、従来は電池間の接続端子あるいは放電回路
の一部に組み込まれていたものが、素電池として
それ自体がPTC素子によつて安全性機能をもつ
ことにより、およびPTC素子と皿状端子板とを
用いているため、電池の使用状況に応じて素電池
単独での利用、あるいはリード線あるいはプリン
ト基板上に電池を直接取付けたい時のピン状端子
の取付が可能となつたものである。

なお、実施例においては、PTC素子が電池ケ
ース底部とほぼ同一面積の場合のみについて述べ
たが、電池の用途がメモリーバツクアツプ用など
微少電流した必要のない場合には、PTC素子の
面積を小さくすることも可能である。例えば、第
７図に示すリング状８″とし、第８図に示す皿状
端子板９につば部にこれを取付けても良い。また
逆に大電流を取出したい時には、第９図、第１０
図に示すように皿状端子板９にリング状突部１５
を設け、PTC素子との接触面を増大させること
もできる。

以上の実施例においては、安全性への配慮が重
要視されるリチウム電池について述べたが、他の
電池へ適用できることは当然であつて、例えば大
電流使用が主用途であるアルカリマンガン電池
や、ニツケル・カドミウム蓄電池、さらには円筒
形の密閉形鉛蓄電池に対しても有効である。また
PTC素子の取付けはケースが正極あるいは負極
のいずれに帯電していても同様な効果が期待でき
る。

考案の効果 このように本考案の電池は、PTC素子を素電
池内へ組み込むことにより、リード線の取付けを
可能にするとともに、電池の安全性を確保してそ
の使用範囲の拡大を可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例における電池の半截側
面図、第２図は金属板又は箔をラミネートした
PTC素子を示す斜視図、第３図は皿状端子板の
一例を示す斜視図、第４図及び第５図はPTC素
子と皿状端子板とを組み合わせた半断面図、第６
図は電池の短絡テストにおける短絡経過時間と、
電池の温度変化、PTC素子の温度変化及び電池
外装ケースの温度変化の関係を示す図、第７図は
PTC素子の例を示す図、第８図は同PTC素子を
皿状端子板に一体化した断面図、第９図は皿状端
子板の他の例を示す断面図、第１０図はその上面
図である。 １……正極、２……負極、３……電池ケース、
５……封口板、６……キヤツプ、８，８′，８″…
…PTC素子、９……皿状端子板、９′……凸部、
１１……外装缶。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電池ケース３と、円板状又はリング状のPTC
   素子８と、皿状端子板９と、外装缶１１とを有す
   る電池であつて、 前記電池ケース３は、有底筒状で、電池要素が
   内部に収納されて一方極に帯電されており、 前記皿状端子板９は、底板を兼ねており、 前記外装缶１１は、前記電池ケース３を外装
   し、前記電池ケース３の底部に前記PTC素子８
   を介して前記皿状端子板９を位置せしめて端部を
   かしめ固定したものであることを特徴とした電
   池。