JP2008177084A - ヒューズ付き蓄電デバイス用リード端子及び非水電解質蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やさず、ヒューズ部が溶断しても、溶断後に絶縁フィルムが変形し溶断部が再短絡することのない蓄電デバイス用リード端子を提供する。
【解決手段】リード端子（正極リード３で例示）は、樹脂フィルム５に覆われた領域を、この正極リード３の幅方向で見て、第一リード部１１ａからなる第一領域Ｉ、第二リード部１２ａからなる第二領域ＩＩ、並びに、第一リード部１１ａと第二リード部１２ａとからなる中間領域Ｍを含むような平面形状とする。ヒューズ領域Ｈは、幅方向に、ヒューズ部１０、並びに、第一リード部１１ａ及び／又は第二リード部１２ａでなる。正極リード３を非水電解質蓄電デバイス等に取り付けるとき、外包体の外に少なくとも第一リード部１１ａの非被覆部分又は第二リード部１２ａの非被覆部分を出した状態で、外包体の封入口に樹脂フィルム部分でシールする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒューズ付き蓄電デバイス用リード端子、及びそれを備えた非水電解質蓄電デバイスに関する。

従来からリチウムイオン２次電池等の非水電解質電池が、様々な電子機器の電源として用いられている。例えば、特許文献１には、正極、負極、電解液が軽量、薄肉の袋に収納され、正極と負極のリード線をそれぞれ外部に取り出す構造を有する非水電解質電池が開示されている。また、特許文献２，３には、非水電解質電池における電極と外部との接続に用いられるリード線について開示されている。

従来の非水電解質電池は、過充電・過放電や内部短絡などの異常が発生した際に、熱暴走を起こし、最悪のケースでは発火に至る恐れがある。この問題に対処するために、電池を搭載した電子機器内の回路分岐毎に保護回路を設けたり、電池そのものに安全機構を設けることがなされている。

電池の安全機構の一例として、金属リード片の間に橋渡したヒューズ素子（可溶体）を絶縁フィルムで被覆する技術が開示されている（例えば、特許文献４を参照）。しかしながら、絶縁フィルムによっては、ヒューズ素子の溶断時には金属が非常に高温となり絶縁フィルムが熱収縮してしまう可能性がある。また、熱収縮が生じると溶断されたヒューズ素子同士が再び短絡してしまう可能性もある。

このような熱収縮を防止するために、補強部材を入れる技術も開示されている（例えば、特許文献５を参照）。
特開平９−２６５９７４号公報 特開平９−２８３１０１号公報 特開２００６−２５２８０２号公報 意匠登録第１０５７５９６号公報 特開平１１−６７１９０号公報

上述のごとく、従来のリード端子は、被覆樹脂が溶断時の熱で熱収縮してしまうため、溶断後に再短絡してしまう恐れがあり、一方で、それを防ぐために特許文献５のごとく補強部材を入れると、部品点数が増え、構造が複雑となる。また、電池の安全機構として低融点金属のヒューズ素子を用いた場合には、電池の組立工程において外装ケースの熱シール時に溶断してしまう恐れもある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、部品点数を増やすことなく、ヒューズ部が溶断しても、溶断後に絶縁フィルムが変形し溶断部が再短絡することのないヒューズ付き蓄電デバイス用リード端子を提供すること、並びにそれを備えた非水電解質蓄電デバイスを提供することを目的とする。

本発明による蓄電デバイス用リード端子は、第一リード部、第二リード部、第一リード部と第二リード部の間を橋渡しするヒューズ部と、第一リード部の一部及び第二リード部の一部と共にヒューズ部を被覆する樹脂フィルムとを有する帯状の蓄電デバイス用リード端子であって、このリード端子における樹脂フィルムに覆われた領域は、このリード端子の幅方向で見て、第一リード部からなる第一領域と、第二リード部からなる第二領域と、第一リード部と第二リード部とからなる中間領域と、を含むことを特徴としたものである。

本発明による非水電解質蓄電デバイスは、上述の蓄電デバイス用リード端子を備え、正極、負極、電解質が外包体に収納された非水電解質蓄電デバイスであって、このリード端子は、正極及び／又は負極に接続され、外包体の外に少なくとも第一リード部の非被覆部分又は第二リード部の非被覆部分を出した状態で、外包体の封入口に樹脂フィルム部分でシールされ取り付けられていることを特徴としたものである。

本発明の蓄電デバイス用リード端子によれば、部品点数を増やすことなく、ヒューズ部が溶断しても、溶断後に絶縁フィルムが変形し溶断部が再短絡することがなくなる。また、本発明の非水電解質蓄電デバイスによれば、このリード端子を取り付けることで、ヒューズ部が溶断しても、溶断後に絶縁フィルムが変形し溶断部が再短絡することがなくなる。

図１は、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電デバイスの構成例を示す斜視図で、図中、１は非水電解質蓄電デバイスの一例としての非水電解質電池である。なお、蓄電デバイスとしては、電池に限ったものではなく、コンデンサのように電荷を蓄えるものであれば適用できる。非水電解質電池１は、電解質、積層電極群２、正極リード３、負極リード４、樹脂フィルム（樹脂シート）５，６、並びに外包体としての外装ケース７を備える。

外装ケース７としては、例えばラミネートシートを袋状にして用いるとよい。このラミネートシートは、アルミ、銅、ステンレス等の金属からなる金属箔の両面に樹脂フィルムを貼り合わせるなどして、例えば３〜５層の積層体で形成される。その最内層フィルムは、電解液で溶解されずシール部分から電解液が漏出するのを防止するため、例えば、酸変性ポリオレフィン（例：無水マレイン酸変性低密度ポリエチレン）で形成される。最外層フィルムは、内側の金属箔を外傷から保護するためにポリエチレンテレフタレート（略称ＰＥＴ）等で形成される。

外装ケース７内に収容される電解質としては、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、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロドフランなどの有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６などを溶解させた非水電解液や、リチウムイオン伝導性の固体電解質などが用いられる。

積層電極群２は、正極板、負極板をセパレータを介して積層したものである。正負の電極板は、セパレータを挟んで対峙する集電体と呼ばれる金属箔又はエキスパンドメタル等の金属基材上に活性物質層を形成した構造を有している。正極板の金属基材には、例えば、アルミの電極導電体が用いられ、負極板の金属基材には、銅又はニッケルからなる電極導電体が用いられる。また、セパレータは、電気的絶縁性を保持し、且つ、イオン伝導性を保持するポリオレフィン系の多孔膜などで形成される。

正極リード３、負極リード４は、少なくとも一方がヒューズ付きの帯状導体であり、それぞれ正の電極板、負の電極板にスポット溶接や超音波溶接等により接続される。正極リード３は、正の高電位となるので電解液との接触により溶解が生じないように、正極板の電極導電体と同じアルミ、或いはこれらの合金で形成されているのが好ましい。また、負極リード４は、過充電でリチウムが析出し過放電で電位が高くなることから、リチウムに腐食され難く、リチウムと合金が形成され難く、且つ、高電位で溶解され難いように、負電極の電極導電体と同じ銅又はニッケル或いはこれらの合金で形成されているのが好ましい。

樹脂フィルム５，６は、それぞれ正極リード３、負極リード４に予め熱溶着や接着などによって接合される。なお、正極リード３及び負極リード４の少なくともいずれか一方の形状や樹脂フィルム５，６の被覆領域などについては、本発明の主たる特徴部分であり詳細に後述する。樹脂フィルム５，６でそれぞれ被覆された正極リード３、負極リード４は、外装ケース７のシール部８に挟み込まれ熱シールされて封止される。

樹脂フィルム５，６の接合位置は、外装ケース７のシール部８からの取出し部分に相当する位置とする。また、樹脂フィルム５，６は、外装ケース７（ラミネートシートの金属箔）と電気的短絡が生じないようにして密封状態で引き出しておく。このため、樹脂フィルム５，６は、低融点の内側絶縁層と、これよりは融点が高く外装ケース７のシール部８の熱シール温度では溶融しない外側絶縁層の２層で形成することが好ましい。

この内側絶縁層には、例えば、熱可塑性ポリオレフィン樹脂等、好ましくは低密度ポリエチレン或いは酸変性低密度ポリエチレンが用いられ、正極リード３及び負極リード４の金属面に熱溶着される。一方、外側絶縁層には、例えば、架橋ポリオレフィン樹脂、好ましくは架橋された低密度ポリエチレン或いはエチレン−ビニルアルコール重合体、ポリプロピレンが用いられる。外装ケース７の最内層フィルムが酸変性低密度ポリエチレンで形成されている場合、シール部８は１５０℃程度で熱シールされることとなるが、例示した外側絶縁層は、この熱シール温度で溶融されることはない。従って、このような外側絶縁層を採用することで、正極リード３及び負極リード４の取り出し部分において、外装ケース７の金属箔との電気的絶縁を確保することができる。

このように、非水電解質電池１は、積層電極群２と電解質を外装ケース７に収納し、正極板に接続した正極リード３及び負極板に接続した負極リード４を樹脂フィルム５，６で被覆したものを、シール部８から外部に取り出した状態でシール部８にて熱シールし、これにより内部を密封状態にして構成される。

図２は、図１のデバイスに使用されるリード端子の構成例を示す上面図で、リード端子の形状や被覆領域の例を説明するための図である。図２は、本発明の一実施形態に係るヒューズ付きリード端子の構成例を示す上面図でもある。以下、正極リード３のみが本発明に係るヒューズ付きリード端子であり、負極リード４側はヒューズ部１０を備えない矩形の帯状導体である場合についてのみ説明する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）でそれぞれ例示する帯状のリード端子は、図１の非水電解質電池１における樹脂フィルム５で被覆後の正極リード３に相当するものである。図２（Ａ）で例示する正極リード３は、第一リード部１１ａ、第二リード部１２ａ、及び第一リード部１１ａと第二リード部１２ａの間を橋渡しするヒューズ部１０を備える。

ヒューズ部１０は、（１）第一リード部１１ａ及び第二リード部１２ａに対して部分的に断面積を小さくする、（２）第一リード部１１ａと第二リード部１２ａとは異種金属とし、それらを接合しその部分の抵抗値を高くする、（３）融点の低い金属を接合する、などによってそのヒューズ機能を果たすように構成すればよい。特に上記（１），（２）のように、ヒューズ部１０は過電流によって溶断することが好ましい。ヒューズ部１０を電流溶断とすることで、外装ケース７の熱シール時など電池組立時の熱による溶断を防止することができる。

また、図２（Ａ）で例示する樹脂フィルム５は、第一リード部１１ａの一部及び第二リード部１２ａの一部と共にヒューズ部１０を被覆する。特に上記（１），（２）でヒューズ部１０を構成した場合、ヒューズ部１０が溶断した際のスパークで発火延焼することを防止するために、樹脂フィルム５は少なくともヒューズ部１０を覆う部分で難燃性であることが好ましい。ここで、樹脂フィルム５を２層構造とする場合には、内側絶縁層だけでなく外側絶縁層も難燃性とすることが好ましい。樹脂フィルム５を難燃性とするためには、水酸化マグネシウム等の各種難燃剤を例示した樹脂に添加するか接着層として用いるなどすればよい。

図２（Ａ）に示すように、正極リード３は、樹脂フィルム５に覆われた領域を、このリード端子の幅方向（正極リード３の幅方向）で見て、第一領域Ｉ、第二領域ＩＩ、中間領域Ｍ、及びヒューズ領域Ｈに分類できるような平面形状とする。

ここで、例えば、第一領域Ｉは幅方向に第一リード部１１ａのみでなり、第二領域ＩＩは幅方向に第二リード部１２ａのみでなり、中間領域Ｍは幅方向に第一リード部１１ａ及び第二リード部１２ａでなる。また、ヒューズ領域Ｈは、幅方向に、ヒューズ部１０および第一リード部１１ａを含む構成とすることができる。なお、中間領域Ｍやヒューズ領域Ｈにおいて、各部の並び順は問わない。

換言すると、正極リード３における樹脂フィルム５で覆われた部分は、領域Ｉ，ＩＩ，Ｍ，Ｈでなるような平面形状をもっている。より具体的には、図２（Ａ）で例示した平面形状は、第一リード部１１ａが凹形状、第二リード部１２ａが凸形状であり、凹形状の底部分と凸形状の頂点部分との間にヒューズ部１０が橋渡しされている。

図２（Ｂ）で例示した第一リード部１１ｂ及び第二リード部１２ｂも図２（Ａ）と同様の平面形状をしており、凹凸の幅方向位置とヒューズ部１０の位置が異なるだけである。但し、この差異により、図２（Ｂ）の例では中間領域Ｍが２箇所存在する。また、図２（Ｃ）で例示した第一リード部１１ｃ及び第二リード部１２ｃは、図２（Ａ），（Ｂ）での凹凸形状に代わり、それぞれＬ字状の平面形状をもつ。第一リード部１１ｃと第二リード部１２ｃとはヒューズ部１０により橋渡しされており、中間領域Ｍは２箇所存在する。

リード端子に図２（Ａ）〜（Ｃ）で例示したような構造をもたせることで、ヒューズ部１０が溶断しても絶縁フィルムが変形し溶断部が再短絡しないような非水電解質電池１への取り付けが可能となる。実際、ヒューズ部１０の周りにリード部１１ｂ，１２ｂがあり、樹脂フィルム５がリード部１１ｂ，１２ｂ共にヒューズ部１０をラミネートする。ヒューズ部１０が溶断して樹脂フィルム５が熱せられても、周りのリード部１１ｂ，１２ｂと樹脂フィルム５が密着していて、そこの部分で変形が抑えられる。故に、樹脂フィルム５が変形することはなく溶断部の再短絡の恐れもない。

図３は、図１のデバイスにおける図２のリード端子の取り付け位置を説明するための断面図である。図３（Ａ），（Ｃ）は、それぞれ別の取り付け位置の例を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ方向断面図で、図３（Ｄ）は図３（Ｃ）のＤ−Ｄ方向断面図である。ここで、リード端子の取り付け位置についても、樹脂フィルム５が被覆された正極リード３についてのみ説明する。

図３（Ａ），（Ｃ）で例示する取り付け位置（シール位置）は、いずれも正極リード３の一部が、外装ケース７における封入口（シール部８）の外に出された状態となっている。正極リード３においてシール部８の外に出た領域は、少なくとも非被覆領域を含めばよく、好ましくは被覆領域も含むとよい。

図３（Ａ），（Ｃ）で例示したように、正極リード３が、シール部８にシールされ取り付けられている部分には、第二領域の全幅の部分に含まれる。これにより、電解液のしみ出しが生じ難い。正極リード３の全幅を含む部分では、樹脂フィルム５を含めたリード材の厚さが均一になり包材との密着性がよいからである。また、シール部８が正極リード３の中間領域Ｍの一部をシールすることで、シール部８によって第一リードと第二リード部とがシールされて固定されることになる。従って、ヒューズ部１０が切れた場合も両リード部がシール部８で固定されるので、一方のリード部が脱落することがない。

より具体的に説明すると、図３（Ａ）で例示する取り付け位置は、シール部８に中間領域Ｍの一部だけでなく第二領域ＩＩの一部もかかるようになっている。この構造では、シール部８での断面形状は図３（Ｂ）のように完全にシールがなされ外装ケース７の封止性を損なわない構造であるため、外装ケース７内の電解液中の成分が外部に漏れる心配がない。これに対し、図３（Ｃ）で例示する取り付け位置は、シール部８に第二領域ＩＩの一部がかかるようになっていない。このため、シール部８での断面形状は図３（Ｄ）のように、第一リード部１１ａ及び第二リード部１２ａが無い部分は樹脂フィルム５が凹み、その上から包材をシールすると、その凹み部分１３が完全にシールできず空間として残ってしまう恐れがある。凹み部分１３で生じる隙間によって、外装ケース７内部の電解液中の成分が外部にしみ出てくる恐れがある。

また、正極リード３は、図３（Ａ），（Ｃ）で示したように、外装ケース７の外にヒューズ領域Ｈ（ヒューズ部１０）を出した状態で、封入口であるシール部８にシールされ取り付けられていることが好ましい。特に、ヒューズ部１０を低融点物質（例えば半田）で構成した場合、シール部８にヒューズ部１０がかかる位置で取り付けると、外装ケース７の熱シールの熱で低融点物質が溶ける恐れがあるが、ヒューズ部１０を外に出して取り付けることでその恐れがなくなる。さらに、この構成により、ヒューズ部１０が切れたときに、万一、熱によりその部分の樹脂フィルム５が変形しても、電解液のしみ出しには影響せずに済む。

以上、本発明に係る蓄電デバイス用リード端子について、非水電解質蓄電デバイスに設けた例を挙げて説明したが、このリード端子は、他のデバイスのリードとしても取り付け可能である。本発明のリード端子は、取り付け対象のデバイスが外包体を熱シールする必要があるものに特に有益となるが、デバイスの取り付け位置において少なくとも第一リード部の一部及び第二リード部の一部を押さえるような取り付け構造をもっていれば有益となる。

本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電デバイスの構成例を示す斜視図である。 図１のデバイスに使用されるリード端子の構成例を示す上面図である。 図１のデバイスにおける図２のリード端子の取り付け位置を説明するための断面図である。

符号の説明

１…非水電解質電池、２…積層電極群、３…正極リード、４…負極リード、５，６…絶縁フィルム（樹脂フィルム）、７…外装ケース、８…シール部、１０…ヒューズ部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…第一リード部、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…第二リード部、１３…凹み部分。

Claims (7)

1. 第一リード部、第二リード部、及び該第一リード部と該第二リード部の間を橋渡しするヒューズ部と、前記第一リード部の一部及び前記第二リード部の一部と共に前記ヒューズ部を被覆する樹脂フィルムとを備えた帯状の蓄電デバイス用リード端子であって、
   当該リード端子における前記樹脂フィルムに覆われた領域は、当該リード端子の幅方向で見て、
   前記第一リード部からなる第一領域と、
   前記第二リード部からなる第二領域と、
   前記第一リード部と前記第二リード部とからなる中間領域と、
   を含むことを特徴とする蓄電デバイス用リード端子。
2. 前記ヒューズ部は、前記第一リード部及び前記第二リード部に対して断面積を小さくすることで過電流によって溶断する部位であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用リード端子。
3. 前記第一リード部と前記第二リード部とは異種金属とし、前記ヒューズ部は、前記第一リード部と前記第二リード部との接続部分の接続抵抗を高くすることで、過電流によって溶断する部位であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用リード端子。
4. 前記樹脂フィルムは、少なくとも前記ヒューズ部を覆う部分で難燃性の樹脂でなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用リード端子。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用リード端子を備え、正極、負極、電解質が外包体に収納された非水電解質蓄電デバイスであって、前記リード端子は、前記正極及び／又は前記負極に接続され、前記外包体の外に少なくとも前記第一リード部の非被覆部分又は前記第二リード部の非被覆部分を出した状態で、前記外包体の封入口に樹脂フィルム部分でシールされ取り付けられていることを特徴とする非水電解質蓄電デバイス。
6. 前記リード端子は、前記外包体の封入口に前記第一領域の一部又は前記第二領域の一部を少なくとも含む領域でシールされ取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質蓄電デバイス。
7. 前記リード端子は、前記外包体の外に前記ヒューズ部を出した状態で、前記封入口にシールされ取り付けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の非水電解質蓄電デバイス。

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