DE112013003696B4

DE112013003696B4 - Versiegelte Batterie

Info

Publication number: DE112013003696B4
Application number: DE112013003696.7T
Authority: DE
Inventors: c/o PANASONIC CORPORATION Hirakawa Yasushi; c/o KOKOKU INTECH CO. LTD. Muroi Shinya
Original assignee: Toyota Motor Corp; Kokoku Intech Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Kokoku Intech Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN104471750B; KR20150014463A; KR101644083B1; WO2014017156A1; US9466824B2; JP2014026865A; JP6017873B2; CN104471750A; DE112013003696T5; US20150140368A1

Abstract

Versiegelte Batterie (10), die beinhaltet:einen Elektrodenkörper (12);ein Batteriegehäuse (18), das den Elektrodenkörper aufnimmt und eine offene Oberfläche aufweist;ein Deckelelement (19), das die offene Oberfläche des Batteriegehäuses (18) schließt;einen Flüssigkeitseinlass (25), der so ausgebildet ist, dass er das Deckelelement (19) penetriert; undein Versiegelungselement (31), das so konfiguriert ist, dass es den Flüssigkeitseinlass (25) versiegelt,wobei das Versiegelungselement (31) beinhaltet:eine Versiegelungsplatte aus Metall (32), die um den Flüssigkeitseinlass (25) herum an das Deckelelement (19) geschweißt ist, um ein äußeres offenes Ende (27a) des Flüssigkeitseinlasses (25) zu bedecken, um den Flüssigkeitseinlass zu versiegeln; undeinen ringförmigen beweglichen Abschnitt (38), der sich mit einer Oberfläche der Versiegelungsplatte (32) auf einer Innenseite des Batteriegehäuses (18) in Kontakt befindet und frei zwischen einer Kontaktposition, an der der bewegliche Abschnitt (38) einen gesamten Umfang des Flüssigkeitseinlasses (25) berührt, und einer Nichtkontaktposition, an der der bewegliche Abschnitt (38) nicht zumindest einen Teil des Flüssigkeitseinlasses (25) berührt, verschiebbar ist, wobei der bewegliche Abschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er den Flüssigkeitseinlass (25) versiegelt, wenn sich der bewegliche Abschnitt (38) an der Kontaktposition befindet,wobei der bewegliche Abschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er an die Nichtkontaktposition verschoben wird, wenn ein Druck in einem Innenbereich (41) im Inneren des Batteriegehäuses (18), das durch den beweglichen Abschnitt (38), der sich an der Kontaktposition befindet, versiegelt ist, im Verhältnis zu einem Druck in einem Außenbereich (42), auf einer dem Innenbereich (41) im Verhältnis zu dem beweglichen Abschnitt (38) entgegengesetzten Seite, über einen Grenzwert hinaus ansteigt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine abgedichtete bzw. versiegelte Batterie, in der ein Elektrodenkörper und ein Elektrolyt in einem Batteriegehäuse angebracht sind, und genauer auf eine versiegelte Batterie, die hermetisch so versiegelt ist, dass ein Elektrolyt in ein Batteriegehäuse geträufelt wird und dann ein Flüssigkeitseinlass versiegelt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Üblicherweise wird eine versiegelte Batterie so hermetisch versiegelt, dass ein Elektrolyt in ein Batteriegehäuse geträufelt wird, das einen Elektrodenkörper beherbergt, und dann wird ein Flüssigkeitseinlass versiegelt. Zum Beispiel werden sekundäre Batterien, die ein flaches, rechteckiges Metall-Batteriegehäuse verwenden, mit einem Flüssigkeitseinlass in einem Deckelelement ausgebildet, das eine Öffnung des Batteriegehäuses schließt. Wenn solch eine Batterie hergestellt werden soll, wird ein Deckelelement mit einem geöffneten Flüssigkeitseinlass an einem Batteriegehäuse befestigt, bevor ein Elektrolyt hineingeträufelt wird, und dann wird der Elektrolyt durch den Flüssigkeitseinlass in das Batteriegehäuse injiziert. Nach dem Einträufeln der Flüssigkeit wird eine Metallversiegelungsplatte platziert, um den Flüssigkeitseinlass zu bedecken, und die Umgebung der Versiegelungsplatte wird lückenlos an das Deckelelement geschweißt. Im Ergebnis wird eine versiegelte Batterie hergestellt.
Patentdokument 1 offenbart eine abgedichtete bzw. versiegelte Batterie, die so konfiguriert ist, dass ein Flüssigkeitseinlass mit einem Versiegelungsstopfen versiegelt wird, der aus einer Metallplatte besteht, die mit einem Harzvorsprungsabschnitt anstatt einer einfachen plattenartigen Versiegelungsplatte kombiniert ist. Patentdokument 1 zufolge ist in dem Flüssigkeitseinlass ein Gratvorsprung ausgebildet, so dass der Vorsprungsabschnitt durch Einfügen in den Flüssigkeitseinlass vorübergehend in selbigem befestigt ist. Dementsprechend ist es weniger wahrscheinlich, dass der Versiegelungsstopfen während des Schweißens der Metallplatte an das Batteriegehäuse verschoben wird, wodurch Versiegelungsdefekte zuverlässig verhindert werden. Patentdokument 1 lehrt als ein Beispiel für das Material des Vorsprungsabschnitts Gummimaterial mit einer angemessenen Elastizität und andere.
DOKUMENTE MIT ÄHNLICHEM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: JP 2009-87659 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Selten können bei einem Schweißvorgang Schweißdefekte oder -fehler wie z.B. kleine Löcher und Risse verursacht werden. Um einen kommerziellen Vertrieb von Produkten mit derartigen Schweißdefekten zu verhindern, wird ein Schweißzustand im Rahmen einer Inspektion auf die hermetischen Abdichtungs- bzw. Versiegelungseigenschaften nach dem Schweißen überprüft. Wenn das Schweißen jedoch erfolgt, während der Versiegelungsstopfen zeitweilig so befestigt ist wie in Patentdokument 1 angegeben, wird die Versiegelung nicht nur von der Schweißzone, sondern auch von dem Gummimaterial herbeigeführt. Genauer ausgedrückt wird festgestellt, dass die hermetischen Versiegelungseigenschaften gut sind, wenn zumindest eines von dem Versiegelungsabschnitt durch das Gummimaterial und dem Versiegelungsabschnitt durch Schweißen während der Inspektion auf die hermetischen Versiegelungseigenschaften eine Versiegelungseigenschaft oder -stärke aufweist. Dementsprechend ist es unmöglich, nur durch eine einfache Inspektion auf die hermetischen Versiegelungseigenschaften zuverlässig festzustellen, ob der Schweißzustand gut ist, obwohl die Versiegelungseigenschaften bei dem Gummimaterial beibehalten werden.
Andererseits ist das Gummimaterial bei Kontakt mit Wasser und Elektrolyten weniger beständig. Daher ist es schwierig, das Eindringen von Wasser in die Batterie von außerhalb oder das Eindringen des Elektrolyts aus dem Inneren der Batterie langfristig nur durch das Gummimaterial zu verhindern. Falls ein defekter Schweißzustand übersehen wird, können sich die hermetischen Versiegelungseigenschaften einer Batterie verschlechtern, wenn die Versiegelungseigenschaften des Gummimaterials aufgrund eines Verschleißens des Gummimaterials verloren wurden. Anders ausgedrückt kann die Qualität des Schweißzustands nicht zuverlässig festgestellt werden und die langfristigen hermetischen Versiegelungseigenschaften können nicht sichergestellt werden, wenn es sich um eine Batterie handelt, die einen Versiegelungsabschnitt mit dem Gummimaterial aufweist.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obigen Probleme zu lösen und dient dem Zweck, eine versiegelte Batterie zur Verfügung zu stellen, die im Rahmen einer Inspektion eine zuverlässige Feststellung bezüglich der Qualität eines Schweißzustands um einen Flüssigkeitseinlass erlaubt.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um das obige Ziel zu erreichen, bietet ein Aspekt der Erfindung eine abgedichtete bzw. versiegelte Batterie, die Folgendes einschließt: ein Batteriegehäuse, das den Elektrodenkörper beherbergt und eine offene Oberfläche aufweist; ein Deckelelement, das die offene Oberfläche des Batteriegehäuses schließt; einen Flüssigkeitseinlass, der so ausgebildet ist, dass er das Deckelelement durchdringt bzw. penetriert; und ein Versiegelungselement, das so konfiguriert ist, dass es den Flüssigkeitseinlass abdichtet bzw. versiegelt, wobei das Versiegelungselement Folgendes beinhaltet: eine Metallversiegelungsplatte, die um den Flüssigkeitseinlass an das Deckelelement geschweißt ist, um ein äußeres offenes Ende des Flüssigkeitseinlasses zu bedecken, um den Flüssigkeitseinlass zu versiegeln; und einen ringförmigen beweglichen Abschnitt, der sich mit einer Oberfläche der Versiegelungsplatte im Inneren des Batteriegehäuses in Kontakt befindet und zwischen einer Kontaktposition, an der der bewegliche Abschnitt eine gesamte Umfassung des Flüssigkeitseinlasses berührt, und einer Nichtkontaktposition, an der der bewegliche Abschnitt nicht zumindest einen Teil des Flüssigkeitseinlasses berührt, frei verschiebbar ist, wobei der bewegliche Abschnitt so konfiguriert ist, dass er den Flüssigkeitseinlass versiegelt, wenn sich der bewegliche Abschnitt in der Kontaktposition befindet und der bewegliche Abschnitt so konfiguriert ist, dass er auf die Nichtkontaktposition verschoben wird, wenn der Druck in einem Innenbereich innerhalb des Batteriegehäuses, das von dem beweglichen Abschnitt in der Kontaktposition versiegelt wird, im Verhältnis zu dem Druck in einem Außenbereich auf einer dem Innenbereich im Verhältnis zu dem beweglichen Abschnitt entgegengesetzten Seite einen Grenzwert überschreitet.
In Übereinstimmung mit der vorgenannten versiegelten Batterie ist der bewegliche Abschnitt des Versiegelungselements durch einen Druckunterschied zwischen Bereichen, die sich auf beiden Seiten des beweglichen Abschnitts befinden, frei zwischen der Kontaktposition und der Nichtkontaktposition bieg- oder verschiebbar. In der folgenden Beschreibung wird ein Bereich der Batterie, der sich weiter innen als der bewegliche Abschnitt befindet, als ein „Innenbereich“ bezeichnet und ein Bereich auf einer dem Innenbereich im Verhältnis zu dem beweglichen Bereich entgegengesetzten Seite wird als ein „Außenbereich“ bezeichnet. Bei einer neu gebauten Batterie befindet sich der bewegliche Abschnitt an der Kontaktposition. Somit werden der Innenbereich und der Außenbereich durch den beweglichen Abschnitt isoliert und der Innenbereich ist dadurch versiegelt. Daher ist das Innere des Batteriegehäuses im Verhältnis zu der Schweißzone versiegelt und somit ist es weniger wahrscheinlich, dass das Schweißen das Innere des Batteriegehäuses in Mitleidenschaft zieht.
Nach dem hermetischen Versiegeln durch Schweißen findet die erstmalige Ladung der Batterie statt. Da während der Erstladung von dem Elektrodenkörper Gas erzeugt wird, steigt der Innendruck des Batteriegehäuses über den Druck vor Beginn der Erstladung hinaus an. Genauer ausgedrückt steigt der Druck im Innenbereich an. Wenn sich dieser Druck des Innenbereichs über einen Grenzwert im Verhältnis zu dem Druck in dem Außenbereich hinaus erhöht, kommt der bewegliche Abschnitt an die Nichtkontaktposition, und somit ist der versiegelte Zustand durch den beweglichen Abschnitt verloren. Dadurch strömt durch die Erstladung erzeugtes Gas in den Außenbereich.
Die Versiegelung zwischen dem Außenbereich und dem Raum außerhalb des Batteriegehäuses wird durch die Versiegelungsplatte und die Schweißzone zwischen der Versiegelungsplatte und dem Flüssigkeitseinlass hergestellt. Wenn der Schweißzustand gut ist, wird der Flüssigkeitseinlass zuverlässig versiegelt und das Gas tritt nicht von dem Außenbereich in den Raum außerhalb des Batteriegehäuses aus, Wenn jedoch ein Schweißdefekt vorliegt, ist die Versiegelung zwischen dem Außenbereich und dem Raum außerhalb des Batteriegehäuses nicht ausreichend, wodurch Gas von dem Außenbereich in den Raum außerhalb des Batteriegehäuses austritt. Genauer ausgedrückt ist es möglich, zu erfassen, ob der Schweißzustand gut ist oder nicht, wenn ein Gasleck außerhalb des Batteriegehäuses erfasst wird, indem der Druck in dem Innenbereich über den Grenzwert im Verhältnis zu dem Druck in dem Außenbereich hinaus erhöht wird.
Zum Beispiel erlaubt ein Verringern des Drucks des Raums außerhalb der Batterie nach der Erstladung eine Inspektion darauf, ob der Schweißzustand gut ist oder nicht. Falls eine schlechte oder defekte Schweißzone existiert, wird der Druck in dem Außenbereich genauso verringert wie der Außendruck der Batterie. Somit kann der Druck in dem Innenbereich über den Grenzwert im Verhältnis zu dem Druck in dem Außenbereich hinaus erhöht werden. Genauer ausgedrückt wird der bewegliche Abschnitt an die Nichtkontaktposition verschoben, was zu einem Verlust der Versiegelungseigenschaft führt, wenn der Außendruck der Batterie nach der Erstladung verringert wird, falls die defekte Schweißzone vorliegt. Dies führt dazu, dass durch den defekten Schweißabschnitt Gas in den Raum außerhalb der Batterie austritt. Somit kann die versiegelte Batterie bereitgestellt werden, wodurch eine zuverlässige Feststellung ermöglicht wird, ob der Schweißzustand um den Flüssigkeitseinlass gut oder nicht gut ist, indem der Einfluss der Versiegelungseigenschaft des beweglichen Abschnitts vermieden wird.
Ferner ist es vorteilhaft, dass der bewegliche Abschnitt eine Rückkehrfunktion hat, bei der er von dem Nichtkontaktabschnitt an den Kontaktabschnitt zurückkehrt, wenn der Druckunterschied zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich auf den Grenzwert oder einen geringeren Wert zurückkehrt, nachdem der bewegliche Abschnitt an die Nichtkontaktposition verschoben wurde. Wenn der bewegliche Abschnitt an die Kontaktposition zurückkehrt, kann er zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich erneut eine Versiegelung herstellen, wodurch ein Eindringen von Fremdkörpern von außen oder ein Austreten des Elektrolyten in einem anderen Schritt als einem Inspektionsschritt betreffend die hermetische Versiegelungseigenschaft verhindert wird.
Ferner ist der bewegliche Abschnitt vorzugsweise ein elastischer Körper. Da der bewegliche Abschnitt ein elastischer Körper ist, kann er die Rückkehrfunktion aufweisen.
Vorzugsweise besteht der bewegliche Abschnitt aus Gummimaterial. Da der bewegliche Abschnitt aus Gummimaterial besteht, ist es einfach, die Härte durch die Auswahl eines Mischverhältnisses mit z.B. Kohlenstoff zu variieren. Dementsprechend kann ein angemessener Grenzwert eingestellt werden.
Außerdem weist der bewegliche Abschnitt vorzugsweise eine Querschnittsform in einer Durchdringungs- bzw. Penetrationsrichtung des Flüssigkeitseinlasscs auf, wobei eine Dicke T und eine Länge L vorhanden sind, die dazu bestimmt sind, ein Verhältnis T<L darzustellen. Durch diese Form wird der Grenzwert weniger verändert, sogar wenn eine Befestigungsform ein wenig variiert. Dies kann das Einstellen des Grenzwerts vereinfachen.
Vorzugsweise beinhaltet das Versiegelungselement einen Einführabschnitt, der sich innerhalb des beweglichen Abschnitts mit einer ringförmigen Form befindet und in den Flüssigkeitseinlass eingeführt ist, der sich mit einer Oberfläche der Versiegelungsplatte im Inneren des Batteriegehäuses befindet. Dieser Einführabschnitt kann das Positionieren zwischen dem Versiegelungselement und dem Flüssigkeitseinlass vereinfachen.
Ferner beinhaltet der Flüssigkeitseinlass vorzugsweise Folgendes: ein am Boden geschlossenes Außenloch, das ein äußeres offenes Ende beinhaltet; und ein Innenloch, das ein inneres offenes Ende beinhaltet und zu dem Außenloch koaxial ist, wobei das Innenloch einen geringeren Durchmesser aufweist als das äußere offene Ende, wobei das Innenloch so ausgebildet ist, dass es das Deckelelement penetriert, um mit dem Außenloch durch eine Bodenfläche des Außenlochs verbunden zu sein, und wobei der bewegliche Abschnitt so konfiguriert ist, dass er schräg von einer Oberfläche der Versiegelungsplatte im Inneren des Batteriegehäuses in einer radialen Richtung des Flüssigkeitseinlasses nach außen ragt und sich mit der Bodenfläche des Außenlochs in Druckkontakt befindet, um den Flüssigkeitseinlass zu versiegeln. Diese Konfiguration vereinfacht den Zusammenbau. Wenn zum Beispiel Flüssigkeit unter verringertem Druck eingeträufelt wird, muss das Versiegelungselement nur von außen zugeführt werden, so dass der bewegliche Abschnitt ein hermetisches Versiegeln sicherstellen kann.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der versiegelten Batterie der Erfindung ist es möglich, zuverlässig festzustellen, ob ein Schweißzustand, der einen Flüssigkeitseinlass bei einer Inspektion umschließt, gut ist oder nicht.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration einer Sekundärbatterie in einer Ausführung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Deckelelements;
3 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen Flüssigkeitseinlass zeigt, der mit einem Versiegelungselement versiegelt ist;
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitseinlasses;
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Versiegelungselements, bevor es an dem Flüssigkeitseinlass befestigt wird;
6 zeigt eine vergrößerte Beschreibungsansicht, die einen Teil von 5 zeigt;
7 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines beweglichen Abschnitts in einer Kontaktposition;
8 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des beweglichen Abschnitts in einer Nichtkontaktposition;
9 zeigt eine Beschreibungsansicht, die einen Inspektionsschritt zeigt;
10 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines beweglichen Abschnitts eines defekten Versiegelungselements;
11 zeigt eine Beschreibungsansicht, die einen Bruchdruckmesstest zeigt; und
12 zeigt eine Beschreibungsansicht eines Versiegelungselements in einem anderen Beispiel.

VORGEHENSWEISE ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Es folgt eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen. In dieser Ausführung wird die vorliegende Erfindung auf eine versiegelte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie angewendet, in der sich ein Elektrodenkörper und ein Elektrolyt in einem rechteckigen Metallbehälter befinden.
[Struktur der Batterie]
Eine Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführung ist eine versiegelte Batterie, in der sich ein Elektrodenkörper 12 und ein Elektrolyt 13 in einem Batteriegehäuse 11 befinden, wie in einer Querschnittsansicht in 1 dargestellt. Das Batteriegehäuse 11 besteht aus Metall, das in einer flachen, rechteckigen, schachtelförmigen Form ausgebildet ist.
Der Elektrodenkörper 12 der vorliegenden Ausführung ist ein gewickelter Körper, der von einem streifenförmigen Positivelektrodenblech und einem streifenförmigen Negativelektrodenblech gebildet wird, wobei sich streifenförmige Separatoren dazwischen befinden, die zusammengewickelt sind. Das Positivelektrodenblech der vorliegenden Ausführung besteht aus einer Aluminiumfolie und positiven Aktivmaterialschichten, die auf beiden Oberflächen der Aluminiumfolie ausgebildet sind. Die positive Aktivmaterialschicht enthält ein positives Mischmaterial, das aus positivem Aktivmaterial besteht, das Lithium-Ionen absorbieren und freisetzen kann. Ein vorteilhaftes positives Mischmaterial wird beispielsweise erzeugt, indem ein Binder, ein feinverteiltes Lösungsmittel und andere zu Metalloxid, das Lithium enthält, vermengt werden. Das negative Elektrodenblech der vorliegenden Ausführung besteht aus einer Kupferfolie und negativen Aktivmaterialschichten, die auf beiden Oberflächen der Kupferfolie ausgebildet sind. Die negative Aktivmaterialschicht enthält Kohlenstoffmaterial und andere.
Die Sekundärbatterie 10 beinhaltet einen Positivanschluss 15 und einen Negativanschluss 16, die jeweils aus dem Batteriegehäuse 11 herausragen. Der Positivanschluss 15 ist mit dem Positivelektrodenblech des Elektrodenkörpers 12 in dem Batteriegehäuse 11 verbunden. Der Negativanschluss 16 ist mit dem Negativelektrodenblech des Elektrodenkörpers 12 in dem Batteriegehäuse 11 verbunden. Als der Elektrolyt 13 steht ein nichtwässriger Elektrolyt, der Lithiumsalz enthält, ionenleitendes Polymer und andere passend zur Verfügung.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das Batteriegehäuse 11 ein Batteriegehäuse 18 mit einer beinah rechtwinkligen parallelepipeden Form, das eine offene Oberfläche und ein Deckelelement 19 aufweist, das die offene Oberfläche schließt. Das Batteriegehäuse 18 und das Deckelelement 19 sind durch lückenloses Schweißen über die gesamte Umfassung des Deckelelements 19 aneinander befestigt.
Das Deckelelement 19 ist, bevor es an dem Batteriegehäuse 18 befestigt wird, ein enges, plattenförmiges Element, das, wie in 2 gezeigt, mit einer Mehrzahl an Löchern ausgebildet ist. Das Deckelelement 19 ist beispielsweise eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von circa 1 mm. Dieses Deckelelement 19 wird an beiden Endabschnitten desselben in einer Längsrichtung mit Durchgangslöchern 21 und 22 ausgebildet. Das Durchgangsloch 21 ermöglicht es dem Positivanschluss 15 (siehe 1), dadurch zu verlaufen. Das Durchgangsloch 22 ermöglicht es dem Negativanschluss 16 (siehe 1), dadurch zu verlaufen.
In der Nähe der Mitte des Deckelelements 19 befindet sich ein ovales Sicherheitsventil 23. Dieses Sicherheitsventil 23 ist ein Abschnitt, der mit einer dünneren Dicke ausgebildet ist als übrige Abschnitte, ohne das Deckelelement 19 zu penetrieren. Wenn der Innendruck des Batteriegehäuses 11 einen Ventilöffnungsdruck des Sicherheitsventils 23 überschreitet, ist das Sicherheitsventil gebrochen oder weist Risse auf, wodurch es sich öffnet und dabei das Gas freisetzt, das eine Zunahme des Innendrucks verursacht hat. Neben dem Sicherheitsventil 23 ist ein Flüssigkeitseinlass 25 ausgebildet, der das Deckelelement 19 penetriert. Der Flüssigkeitseinlass 25 ist ein Loch, durch das ein Elektrolyt 13 in das zusammengebaute Batteriegehäuse 11 hineingegeben bzw. geträufelt wird.
Bei der Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführung ist, wie in 1 gezeigt, das Versiegelungselement 31 an dem Flüssigkeitseinlass 25 befestigt. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Flüssigkeitseinlasses 25 und seiner Umgebung. In der folgenden Beschreibung werden, wie in 3 gezeigt, die Seite, die dem Raum außerhalb des Batteriegehäuses 11 im Verhältnis zu dem Deckelement 19 entspricht, als außen, und die Seite, die dem Inneren des Batteriegehäuses 11 entspricht, als innen bezeichnet. Das Versiegelungselement 31 ist an dem Flüssigkeitseinlass 25 durch Einführen von außen nach innen befestigt.
Der Flüssigkeitseinlass 25 hat ein Außenloch 27 und ein Innenloch 28, die miteinander verbunden sind und das Deckelelement 19 penetrieren. Somit ist der Flüssigkeitseinlass 25 ein gestuftes Durchgangsloch. Das Versiegelungselement 31 beinhaltet eine Metallversiegelungsplatte 32 und einen Gummiversiegelungsteil 33, die als ein einzelnes Teil aneinander befestigt sind. Eine Randkante der Versiegelungsplatte 32 wird angelegt und an eine Außenoberfläche des Deckelelements 19 um den Flüssigkeitseinlass 25 geschweißt. Somit wird eine Schweißzone 35 über die gesamte Umfassung der Versiegelungsplatte 32 ausgebildet.
Das Versiegelungsteil 33 des Versiegelungselements 31 beinhaltet einen Einführabschnitt 37, der durch das Innenloch 28 verläuft, und einen beweglichen Abschnitt 38, der sich in dem Außenloch 27 befindet, ohne durch das Innenloch 28 zu verlaufen, wie in 3 dargestellt. Der bewegliche Abschnitt 38 steht mit dem Deckelelement 19 über die gesamte Umfassung des Flüssigkeitseinlasses 25 in Verbindung, um den Flüssigkeitseinlass 25 zu versiegeln. Ferner ist der Innenbereich des Außenlochs 27 in einen Innenbereich 41 und einen Außenbereich 42 aufgeteilt, die sich an beiden Seiten des beweglichen Abschnitts 38 befinden, obwohl der bewegliche Abschnitt 38 mit dem Deckelelement 19 in dem Flüssigkeitseinlass 25 verbunden ist.
Die Schweißzone 35 wird durch Schweißen unter Verwendung z.B. eines YAG-Lasers, eines Faserlasers, eines elektronischen Strahls usw. ausgebildet. Die Schweißzone 35 wird durch durchgehendes Punktschweißen oder nahtloses Schweißen erzeugt, um die gesamte Umfassung der Versiegelungsplatte 32 lückenlos zu umschlie-ßen. Im Hinblick auf die Einfachheit des Schweißens ist die Versiegelungsplatte 32 vorzugsweise aus demselben Material wie das Deckelelement 19 gefertigt. Das Batteriegehäuse 11 wird durch diese Schweißzone 35 und das Schweißen des geschweißten Batteriegehäuses 18 und des Deckelelements 19 hermetisch versiegelt.
4 ist eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitseinlasses 25. Das Außenloch 27 ist ein am Boden geschlossenes Loch mit einem äußeren, offenen Ende 27a, das in der äußeren Oberfläche des Deckelelements 19 offen ist. Ein Boden 29 des Außenlochs 27 ist eine ringförmige Oberfläche, die zu der Plattenoberfläche des Deckelelements 19 parallel ist. Das Innenloch 28 ist zu dem Außenloch 27 koaxial und weist ein inneres offenes Ende 28a auf, das in der inneren Oberfläche des Deckelelements 19 offen ist. Der Durchmesser RA des äußeren offenen Endes 27a ist größer als der Durchmesser RB des inneren offenen Endes 28a. Die Tiefe H vom äußeren offenen Ende 27a zum Boden 29 des Außenlochs 27 ist beispielsweise ungefähr halb so dick wie das Deckelelement 19. An einer Grenze zwischen dem Boden 29 und den Innenloch 28 können, wie in 3 gezeigt, eine Schräge oder, wie in 4 gezeigt, ein Winkel ausgebildet sein.
5 zeigt das Versiegelungselement 31, bevor es an dem Flüssigkeitseinlass 25 befestigt wird. Die Versiegelungsplatte 32 ist eine Metallplatte, die eine Größe aufweist, die ausreicht, um das äußere offene Ende 27a (siehe 4) des Flüssigkeitseinlasses 25 zu bedecken. Die Versiegelungsplatte 32 weist beispielsweise eine runde, plattenartige Form auf. Bei dem Versiegelungselement 31 der vorliegenden Ausführung ist der Durchmesser RC der Versiegelungsplatte 32 größer als der Durchmesser RA des äußeren offenen Endes 27a.
Das Versiegelungsteil 33 des Versiegelungselements 31 beinhaltet den Einführabschnitt 37 mit beinah säulenartiger Form und den beweglichen Abschnitt 38 mit ringartiger Form, der den Einführabschnitt 37 umgibt, wie in 5 gezeigt. Wenn der Einführabschnitt 37 in das Innenloch 28 eingeführt wird, ist das Versiegelungselement 31 an seinem Platz. Somit ist der Durchmesser RD eines distalen Endes des Einführabschnitts 37 niedriger als der Durchmesser RB des inneren offenen Endes 28a (siehe 3 und 4). Dadurch wird es einfach, den Einführabschnitt 37 in das Innenloch 28 einzuführen. Der Einführabschnitt 37 weist eine Größe auf, in der er zwischen dem Einführabschnitt 37 und dem Innenloch 28 nicht versiegelt, während das Versiegelungselement 31 in einer Position platziert ist, in der die Versiegelungsplatte 32 den äußere Oberfläche des Deckelelements 19 berührt. Die Länge des Einführabschnitts 37 in der axialen Richtung wird bestimmt, um es dem distalen Ende des Einführabschnitts 37 zu ermöglichen, durch das Innenloch 28 zu verlaufen, ohne dass es den Elektrodenkörper 12 berührt.
Der bewegliche Abschnitt 38 weist ein nahes Ende auf, das mit der Versiegelungsplatte 32 verbunden ist und in einer gebogenen plattenartigen Form ausgebildet ist und eine konische Seitenoberfläche aufweist. Der bewegliche Abschnitt 38 ist so ausgebildet, dass er in einer radialen nach außen gerichteten Richtung mit einem großen Durchmesser herausragt, so dass ein distales Ende weiter von der Versiegelungsplatte 32 entfernt ist. Der äußere Durchmesser RE des beweglichen Abschnitts 38 ist größer als der Durchmesser RB des inneren offenen Endes 28a des Flüssigkeitseinlasses 25 und ist kleiner als der Durchmesser RA des äußeren offenen Endes 27a. Die Entfernung M zwischen dem distalen Ende des beweglichen Abschnitts 38 in einem natürlichen Zustand und der Versiegelungsplatte 32 ist größer als die Tiefe H (siehe 4) des äußeren Lochs 27 des Flüssigkeitseinlasses 25.
Das Versiegelungsteil 33 des Versiegelungselements 31 besteht aus einem elastischen Körper, der aus reinem Gummimaterial wie EPDM (Ethylenpropylenkautschuk), NBR (Nitrilkautschuk), SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk) und anderen besteht und mit Kohlenstoff und Weichmacher vermischt ist. Das Versiegelungsteil 33 besteht aus einem Material, das von denen mit angemessenem Härtegrad ausgewählt wird, der in Übereinstimmung mit einem Kohlenstoff-Mischverhältnis eingestellt wird. Der angemessene Härtegradbereich des Versiegelungsteils 33 wird abhängig von der Art der Sekundärbatterie 10, der Größenordnung ihres Innendrucks, der Leistung einer später beschriebenen Inspektionsvorrichtung, usw. bestimmt
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des beweglichen Abschnitts 38 in einer axialen Richtung des Versiegelungsteils 33. Die axiale Richtung des Versiegelungsteils 33 ist eine vertikale Richtung zu der Versiegelungsplatte 32 und eine penetrierende Richtung des Flüssigkeitseinlasses 25 in einer vollständigen Sekundärbatterie 10 (siehe 3). Der bewegliche Abschnitt 38 mit der oben genannten Form und dem oben genannten Material ist flexibel, wie z.B. eine ringförmige Membran innerhalb eines gewissen Bereichs. Die Position des distalen Endes des beweglichen Abschnitts 38 ist innerhalb eines bestimmten Bereichs verschiebbar, wie durch einen durchsichtigen Pfeil in 6 gezeigt.
Wie in 6 gezeigt, weist der bewegliche Abschnitt 38 eine Querschnittsform mit einer Dicke T und einer Länge L auf, die dazu bestimmt sind, ein Verhältnis T<L zu erfüllen. Genauer ausgedrückt ist die Länge des beweglichen Abschnitts 38 von dem nahen Ende zu dem distalen Ende in der herausragenden Richtung länger als die Dicke des nahen Endes. Durch diese Form kann der bewegliche Abschnitt nach außen um das nahe Ende gebogen oder gekrümmt sein, wie durch eine doppelt gestrichelte Linie in 6 gezeigt. Die Dicke T ist eine Dicke des nahen Endes (ein Startpunkt des Verbiegens) innerhalb eines Verschiebebereichs, wenn der bewegliche Abschnitt 38 wie oben gebogen wird. Zum Beispiel ist die Dicke T die minimale Entfernung von der Krümmungsmitte der äußeren Oberfläche (einer nahen Seite der Versiegelungsplatte 32) des beweglichen Abschnitts 38 in der Querschnittsform bis zu der inneren Oberfläche (eine entfernte Seite von der Versiegelungsplatte 32). Die Länge L ist eine minimale Entfernung zwischen dem distalen Ende des beweglichen Abschnitts 38 und einer Linie, die die Dicke T definiert.
Während das Versiegelungselement 31 an dem Deckelelement 19 befestigt ist, ist der bewegliche Abschnitt 38, wie in 7 gezeigt, gegenüber dem natürlichen Zustand leicht verformt. Genauer ausgedrückt wird ein Teil des beweglichen Abschnitts 38 gegen die Bodenoberfläche 29 des Flüssigkeitseinlasses 25 gedrückt, wenn der bewegliche Abschnitt 38 an dem Flüssigkeitseinlass 25 befestigt ist, wodurch das distale Ende des beweglichen Abschnitts 38 weiter als in dem ursprünglichen Zustand nach oben in Richtung der Versiegelungsplatte 32 gedrückt wird. Ein Kontaktabschnitt P zwischen dem beweglichen Bereich 38 und der Bodenoberfläche 29 weist eine ringförmige Form auf und umschließt die gesamte Umgebung des Innenlochs 28 des Flüssigkeitseinlasses 25 entlang der Bodenoberfläche 29. Dementsprechend versiegelt der Kontaktabschnitt P den Flüssigkeitseinlass 25. Diese Platzierung wird als eine Kontaktposition des beweglichen Abschnitts 38 bezeichnet. In 7 wird der Kontaktabschnitt P durch eine gestrichelte Linie angefügt.
Wenn sich der bewegliche Abschnitt 38 in der Kontaktposition befindet, wodurch eine Versiegelung an dem Kontaktabschnitt P bewirkt wird, stehen der Innenbereich 41 und der Außenbereich 42 nicht miteinander in Verbindung. Der Innenbereich 41 ist ein Bereich, der sich näher an dem Inneren des Batteriegehäuses 11 befindet als der bewegliche Abschnitt 38 in dem Außenloch 27. Da der Einführabschnitt 37 das Innenloch 28 nicht wie oben erwähnt versiegelt, steht der Innenbereich 41 mit dem Inneren der Sekundärbatterie 10 in Verbindung, d.h. mit einem Bereich, in dem sich der Elektrodenkörper 12 und der Elektrolyt 13 befinden. Andererseits ist der Außenbereich 42 ein Bereich, der sich näher am Äußeren befindet als der bewegliche Abschnitt 38 in dem Außenloch 27 und von der Versiegelungsplatte 32 und dem beweglichen Abschnitt 38 umgeben wird. Wenn ein Schweißzustand der Schweißzone 35 gut ist, ist der Außenbereich 42 ein versiegelter Bereich.
Der bewegliche Abschnitt 38 kann weiter von diesem Kontaktabschnitt weg verschoben werden. Somit wird zumindest ein Teil des beweglichen Abschnitts 38 von der Seite des Innenbereichs 41 an die Seite des Außenbereichs 42 verschoben, wie in 8 gezeigt, wenn der Druck in dem Innenbereich 41 höher ist als der Druck in dem Außenbereich 42, und wenn ein Druckunterschied zwischen beiden Bereichen einen Grenzwert überschreitet. Diese Verschiebung unterbricht den Kontakt zwischen dem beweglichen Abschnitt 38 und der Bodenoberfläche 29 an diesem Abschnitt, wodurch eine Verbindung durch einen Verschiebungsbereich zwischen dem Innenbereich 41 und dem Außenbereich 42 ermöglicht wird, die sich an beiden Seiten des beweglichen Abschnitts befinden. Diese Platzierung wird als eine Nichtkontaktposition des beweglichen Abschnitts 38 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführung kehrt der bewegliche Abschnitt 38 durch seine Elastizität an die Kontaktposition zurück, wenn der Druckunterschied den Grenzwert erreicht bzw. unterschreitet, da der bewegliche Abschnitt 38 aus Gummimaterial besteht.
Die Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführung beinhaltet den beweglichen Abschnitt 38, der frei zwischen der Kontaktposition und der Nichtkontaktposition verschiebbar ist. Wenn sich der bewegliche Abschnitt 38 in der Kontaktposition befindet, wird das Innere der Sekundärbatterie 10 durch den Kontaktabschnitt P versiegelt. Andererseits wird das Innere der Sekundärbatterie 10 nicht von zumindest dem beweglichen Abschnitt 38 versiegelt, wenn sich der bewegliche Abschnitt 38 in der Nichtkontaktposition befindet. Um ein Verschieben des beweglichen Abschnitts 38 wie oben zu ermöglichen, ist die Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführung mit einem Freiraum zwischen dem distalen Ende des beweglichen Abschnitts 38 und der Versiegelungsplatte 32 versehen, um das Verschieben des distalen Endes des beweglichen Abschnitts 38 nicht zu behindern. Zum Beispiel ist die Tiefe H des Außenlochs 27 (siehe 4) größer als die Dicke T des beweglichen Abschnitts 38.
[Verfahren zum Herstellen der Batterie]
Als Nächstes wird ein Prozess zum Herstellen der Sekundärbatterie 10 kurz erläutert. In diesem Prozess wird eine Deckel-Unteranordnung im Voraus hergestellt, indem der Elektrodenkörper 12, der Positivanschluss 15, der Negativanschluss 16 und das Deckelelement 19 verbunden werden. Danach wird der Elektrodenkörper 12 dieser Deckel-Unteranordnung in das Batteriegehäuse 18 eingeführt und dann werden das Batteriegehäuse 18 und das Deckelelement 19 der Deckel-Unteranordnung zusammengeschweißt. So wird das Batteriegehäuse 11 zusammengesetzt.
Das zusammengebaute Batteriegehäuse 11 wird in eine Kammer oder Ähnliches gestellt und der Druck wird verringert, um den Innendruck des Gehäuses 11 zu reduzieren. Bei reduziertem Druck des Gehäuses 11 wird durch den Flüssigkeitseinlass 25 der Elektrolyt hineingeträufelt. Ferner wird das Versiegelungselement 31 dann an dem Flüssigkeitseinlass 25 befestigt, während das Gehäuse 11 drucklos bleibt.
Das mit dem Elektrolyt 13 versorgte Batteriegehäuse 11 wird dann aus der Kammer entfernt und der Atmosphäre ausgesetzt. Da das Gehäuse 11 durch das Versiegelungsteil 33 des Versiegelungselements 31 versiegelt ist, das unter verringertem Druck angebracht wurde, ist es weniger wahrscheinlich, dass Wasser oder Fremdkörper in das Batteriegehäuse 11 eindringen, sogar wenn das Gehäuse 11 der Atmosphäre ausgesetzt wird. Danach wird die Versiegelungsplatte 32 des Versiegelungselements 31 über die gesamte Umfassung desselben bei Atmosphärendruck an das Deckelelement 19 geschweißt, wodurch die Schweißzone 35 ausgebildet wird. Dementsprechend wird direkt nach dem Schweißen der Flüssigkeitseinlass 25 durch das Versiegelungsteil 33 und die Schweißzone 35 versiegelt, d.h. durch eine doppelte Versiegelungsstruktur. Die zusammengebaute Sekundärbatterie 10 wird einem Erstladungsschritt und einem Alterungsschritt unterzogen. Danach ist die Sekundärbatterie 10 fertiggestellt. Bei dem Erstladungsschritt wird in der Sekundärbatterie 10 Gas wie z.B. Wasserstoffgas erzeugt.
[Schweißinspektion]
Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Schweißinspektionsschritts, bei dem die Qualität (gut/defekt) eines Schweißzustands der fertigen Sekundärbatterie 10 bestimmt wird. Bei diesem Schweißinspektionsschritt wird, wie in 9 gezeigt, die Sekundärbatterie in ihrer Gesamtheit erneut in die Kammer gestellt und der Druck außerhalb der Sekundärbatterie 10 wird verringert. Alternativ kann nur ein Teil, der den Flüssigkeitseinlass 25 umgibt, versiegelt und seine Umgebung im Druck verringert werden. Ein Durchflussmesser wird in einem Austrittskanal der Kammer platziert um außerhalb der Sekundärbatterie 10 Gas wie z.B. Wasserstoffgas, Biogas usw. zu erfassen, das in der Sekundärbatterie 10 erzeugt wird.
Eine Sekundärbatterie 10, die die Schweißzone 35 in einem guten Schweißzustand aufweist, wird zuverlässig durch die Schweißzone 35 versiegelt. Somit tritt kein Gas aus der Sekundärbatterie 10 aus, sogar wenn im Raum außerhalb der Sekundärbatterie 10 der Druck verringert wird. Dementsprechend wird bei der Schweißinspektion kein Gas erfasst. Genauer ausgedrückt wird bei der Sekundärbatterie 10, bei der in der Schweißinspektion kein Gasaustritt erfasst wird, ein guter Schweißzustand festgestellt.
Andererseits kann eine Sekundärbatterie 10, bei der sich die Schweißzone 35 in einem unzulänglichen Schweißzustand befindet, beispielsweise Risse aufweisen, wie in 10 gezeigt. Aufgrund dieses Zustands wird der Druck des Außenbereichs 42 im Inneren der Versiegelungsplatte 32 auch verringert, wenn der Druck außerhalb der Sekundärbatterie 10 verringert wird. Somit wird bei einer Sekundärbatterie 10, die einen Schweißdefekt aufweist, im Außenbereich 42 bei der Schweißinspektion auch der Druck verringert.
Bei der Sekundärbatterie 10 werden, wie oben beschrieben, der Außenbereich 42 und der Innenbereich 41 durch den Kontaktabschnitt P des beweglichen Abschnitts 38 (siehe 7) abgetrennt. Dieser bewegliche Abschnitt 38 ist, wie oben beschrieben, verschiebbar. Genauer ausgedrückt wird der bewegliche Abschnitt 38 an die Nichtkontaktposition verschoben, wie in 10 gezeigt, wenn der Druck im Außenbereich 42 verringert wird und der Druck im Außenbereich 42 unter den Grenzwert des Drucks in dem Innenbereich 41 absinkt.
An diesem Nichtkontaktabschnitt befindet sich zumindest ein Teil des Kontaktabschnitts P in einem Nichtkontaktzustand, wodurch eine Verbindung zwischen dem Innenbereich 41 und dem Außenbereich 42 auf beiden Seiten des beweglichen Abschnitts 38 hergestellt wird. Anders ausgedrückt wird die Versiegelungseigenschaft des beweglichen Abschnitts 38 verloren, wenn sich der bewegliche Abschnitt 38 an der Nichtkontaktposition befindet. Außerdem hat der Einführabschnitt 37 einen geringeren Durchmesser als das Innenloch 28 des Flüssigkeitseinlasses 25 und ferner besteht zwischen dem Einführabschnitt 37 und dem Flüssigkeitseinlass 25 keine Versiegelung. Somit besteht zwischen dem Inneren der Sekundärbatterie 10 und dem Innenbereich 41 eine Verbindung.
Dementsprechend führt der Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren dazu, dass das in der Sekundärbatterie 10 erzeugte Gas das Innenloch 28, den Innenbereich 41 und den Außenbereich 42 durchströmt und dann aus der Versiegelungsplatte 32 durch Risse austritt, wie in 10 durch die gestrichelte Pfeillinie gezeigt. Genauer ausgedrückt wird bei der Schweißinspektion festgestellt, dass eine Sekundärbatterie 10 in dem Schweißzustand defekt ist, wenn erfasst wird, dass sich außerhalb dieser Sekundärbatterie 10 Gas befindet.
Genauer ausgedrückt ist die Versiegelungseigenschaft des beweglichen Abschnitts 38 verloren, wenn bei dem Schweißinspektionsschritt der Sekundärbatterie 10 der Schweißzustand schlecht oder defekt ist. Dementsprechend wird sicher Gas austreten, wenn ein Schweißdefekt vorliegt und es ist somit möglich, eine Situation zu vermeiden, bei der ein Gasleck nicht erfasst werden kann, obwohl der Schweißdefekt vorliegt. Bei dem wie oben durchgeführten Schweißinspektionsschritt kann die hermetische Versiegelungseigenschaft der Schweißzone 35 angemessen überprüft werden und Schweißdefekte wie z.B. Risse können zuverlässig erfasst werden.
Der versiegelte Zustand durch Schweißen kann langfristig beibehalten werden. So lange es möglich ist, während der Schweißinspektion zu bestätigen, dass die Versiegelung angemessen vorliegt, wird erwartet, dass der versiegelte Zustand während mindestens einer Lebensdauer der Sekundärbatterie 10 beibehalten werden kann.
Bei der Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführung hat, wie oben beschrieben, der bewegliche Abschnitt 38 eine Rückkehrfunktion, da das Versiegelungsteil aus Gummimaterial besteht, das elastisch ist. Somit wird sogar dann, wenn der bewegliche Abschnitt 38 an die Nichtkontaktposition verformt wird, sobald die Schwei-ßinspektion stattfindet, der bewegliche Abschnitt 38 an die Kontaktposition zurückkehren, wenn der Druckunterschied unter den Grenzwert abnimmt. Anders ausgedrückt werden sogar dann, wenn bei der Schweißinspektion Gas gefunden wird, das Gas und der Elektrolyt nicht austreten, nachdem die Schweißinspektion beendet wurde und die Sekundärbatterie 10 der Atmosphäre ausgesetzt wird. Ferner ist es weniger wahrscheinlich, dass Wasser von außen oder Fremdkörper in die Sekundärbatterie 10 eindringen.
[Leistungsbewertung]
Als Nächstes werden das Material und die Form des Versiegelungsteils 33 erläutert. Die Erfinder stellten Versiegelungselemente als Beispiel 1 und Vergleichsexemplare 1 bis 4 her, so dass die jeweiligen Versiegelungsteile 33 in punkto Form und Härte unterschiedlich sind, befestigten diese Versiegelungselemente mit unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen und maßen dann die jeweiligen Bruchdrücke.
Ein Bruchdruckmesstest wird wie unten dargelegt durchgeführt, indem ein Leckagendetektor (HELIOT710 von ULVAC) verwendet wird. Zunächst wird eine Testplatte 51, die aus demselben Material besteht wie die des Deckelelements 19, mit einem Testloch 52 ausgebildet, das dieselbe Form wie der Flüssigkeitseinlass 25 hat. Das Versiegelungselement 31 wird an dieser Testplatte 51 befestigt. Anstatt den gesamten Umfang der Versiegelungsplatte 32 zu schweißen, wird die Versiegelungsplatte 32 durch Vierpunktschweißen an der Testplatte 51 befestigt. Somit besteht zwischen der Versiegelungsplatte 32 und der Testplatte 51 keine vollständige Versiegelung.
Zweitens wird die Testplatte 51, wie in 11 gezeigt, durch Spannvorrichtungen über ihren gesamten Umfang des Testlochs 52 durch einen O-Ring 53 geklemmt. Dies verhindert ein Ablassen von Druck aus anderen Abschnitten als dem Testloch 52. In diesem Zustand wird Heliumgas von einer Seite des Versiegelungsteils 33 des Versiegelungselements 31 (von der unteren Seite in der Figur) aus zugeführt und dann wird das Heliumgas auf einer Seite der Versiegelungsplatte 32 des Versiegelungselements 31 (auf der oberen Seite in der Figur) erfasst. Indem der Druck des zuzuführenden Heliumgases erhöht wird, wird ein Druckunterschied zwischen beiden Seiten der Testplatte 51 gemessen, wenn das Heliumgasleck an der oberen Seite entdeckt wird. Danach wird der zu der Zeit, zu der das Leck vorhanden ist, der gemessene Druckunterschied als Bruchdruck bezeichnet.
Auf Basis der Tiefe H (siehe 4) des Außenlochs 27 des Flüssigkeitseinlasses 25 in dem Deckelelement 19 und der Entfernung M (siehe 5) zwischen dem distalen Ende des beweglichen Abschnitts 38 und der Versiegelungsplatte 32 in dem Versiegelungselement 31 vor der Befestigung an dem Deckelelement 19, wird ein Kompressionsverhältnis S wie unten angegeben definiert. $Kompressionsverh ltnis S = (1 - (H / M)) \times 100 (%)$
Das Versiegelungsteil 33 des Versiegelungselements 31 ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Bruchdruck, wenn das Kompressionsverhältnis S in einem Bereich zwischen 5 und 35 % liegt, zwischen 60 und 100 kPa beträgt.
Das Versiegelungselement 31 nach Beispiel 1 verfügt über das Versiegelungsteil 33, das aus Gummimaterial mit einer Shore-Härte von Hs50 besteht, und den beweglichen Abschnitt 38, der eine Form aufweist, die durch ein Verhältnis zwischen (Länge L / Dicke T) = 1,75 definiert ist. Dieses Versiegelungselement 31 ist an jeder der Testplatten 51 befestigt, bei denen die Außenlöcher 27 eine unterschiedliche Tiefe H aufweisen. Bei unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen S wurden entsprechende Bruchdrücke gemessen, wie in Tabelle 1 angegeben.

Alle Versiegelungselemente 31 der Vergleichsexemplare 1 bis 4 sind mit den beweglichen Abschnitten 38 versehen, die jeweils eine Form aufweisen, die durch ein Verhältnis zwischen (Länge L / Dicke T) = 1,0 definiert ist. Ferner werden, wie in Tabelle 1 gezeigt, die Versiegelungselemente 31, die die Versiegelungsteile 33 aufweisen und aus Materialien mit unterschiedlicher Shore-Härte bestehen, als Vergleichsexemplare hergestellt. Das Material von Vergleichsexemplar 1 ist dasselbe wie das von Beispiel 1. Dementsprechend beträgt die Shore-Härte von Vergleichsexemplar 1 Hs50. Die Materialien von Vergleichsexemplar 2 bis 4 weisen eine höhere Härte als bei Beispiel 1 auf. Ferner sind die Versiegelungselemente 31 mit unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen befestigt und die jeweiligen Bruchdrücke wurden gemessen. Tabelle 1

	Shore- Härte	Kompressionsverhältnis (%)	Bruchdruck (kPa)
Beispiel 1	Hs50	9,5	60
		22,2	80
		33,3	100
Vergleichsexemplar 1	Hs50	19,0	0
Vergleichsexemplar 1	Hs50	32,0	100
Vergleichsexemplar 2	Hs55	5,0	0
		19,0	50
		32,0	150
Vergleichsexemplar 3	Hs60	19,0	100
Vergleichsexemplar 4	Hs70	19,0	100

Ergebnisse dieses Experiments sind in Tabelle 1 aufgeführt. Bei Beispiel 1 befindet sich der Bruchdruck in einem Bereich zwischen 60 und 100 kPa für Kompressionsverhältnisse S, die sich in einem Bereich zwischen 9,5 und 33,3% befinden. Genauer ausgedrückt ergibt sich für den Bruchdruck ein Wert in einem angemessenen Bereich sogar dann, wenn das Kompressionsverhältnis S innerhalb dieses Bereichs geändert wird. Der in diesem Experiment gemessene Bruchdruck entspricht dem obigen Grenzwert der Sekundärbatterie 10. Somit wird bestätigt, dass gemäß dem Versiegelungselement 31 von Beispiel 1 der zuvor erwähnte Grenzwert durch eine angemessene Auswahl des Kompressionsverhältnisses S, das für die Tiefe H des Außenlochs 27 geeignet ist, auf einen vorteilhaften Wert eingestellt werden kann. Es wird auch bestätigt, dass der Grenzwert sogar dann auf einen angemessenen Bereich eingestellt werden könnte, wenn die Kompressionsverhältnisse S leicht unterschiedlich sind.
Im Gegensatz dazu könnten die Formen der Vergleichsexemplare 1 bis 4 nicht einmal dann angemessene Bruchdrücke erreichen, wenn die Härte verstellt wird. Bei Vergleichsexemplar 1 beträgt der Bruchdruck bei einem Kompressionsverhältnis S von 19% 0 kPa. Ein Leck tritt bereits auf, bevor der Druck angehoben wird. Bei Verglcichsexemplar 2 beträgt bei einem Kompressionsverhältnis S von 19% der Bruchdruck 50 kPa. Dieser Bruchdruck ist zu gering. Somit ist der Bruchdruck zu gering, wenn das Versiegelungsteil 33, bei dem der bewegliche Abschnitt 38 über eine Dicke T, die mit der Länge L identisch ist, verfügt, aus einem Material mit einer Härte zwischen Hs50 und 55 besteht.
Bei Vergleichsexemplaren 3 und 4 beträgt der Bruchdruck 100 kPa bei einem Kompressionsverhältnis S von 19%. Dieser Bruchdruck stellt bereits eine obere Grenze dar, obwohl das Kompressionsverhältnis S nicht so hoch ist. Falls die Versiegelungselemente 31 bei Vergleichsexemplaren 3 und 4 mit höheren Kompressionsverhältnissen befestigt werden, nimmt der Bruchdruck zu, was offensichtlich zu einem Wert führt, der den oberen Grenzwert überschreitet. Wenn das Versiegelungsteil 33 mit dem beweglichen Abschnitt 38, der mit der Dicke T, die zu der Länge L identisch ist, ausgebildet ist, aus einem Material mit einer Härte von Hs60 bis Hs70 besteht, ist der Bruchdruck zu hoch. Die obigen Ergebnisse zeigen, dass, wenn die Form des beweglichen Abschnitts 38 wie in Vergleichsexemplar 1 bis 4 mit einer Dicke T, die zu der Länge L identisch ist, ausgebildet ist, ein angemessener Bruchdruck durch keine Härte des für das Ausbilden des Versiegelungsteils 33 ausgewählten Materials erhalten werden kann.
Die obigen experimentellen Ergebnisse bestätigen, dass die Form, die ein Verhältnis der Dicke T < Länge L wie bei Beispiel 1 erfüllt, das Versiegelungselement 31 mit einem Grenzwert versehen könnte, der sich innerhalb eines angemessenen Bereichs befindet, wobei sich das Kompressionsverhältnis S in einem zulässigen Gesamtbereich befindet. Im Falle der Herstellung eines Versiegelungselements 31 mit einem höheren Bruchdruck als in dem obigen Experiment, kann das Versiegelungsteil 33 aus Gummimaterialien mit höherer Härte bestehen.
In Übereinstimmung mit der Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführung besteht das Versiegelungselement 31 zum Versiegeln des Flüssigkeitseinlasses 25 wie oben im Detail beschrieben aus dem Versiegelungsteil 33, an dem der bewegliche Abschnitt 38 und die Versiegelungsplatte 32 befestigt sind. Gleich nachdem das Versiegelungselement 31 an dem Flüssigkeitseinlass 25 befestigt wird, befindet sich der bewegliche Abschnitt 38 mit dem gesamten Umfang des Flüssigkeitseinlasses 25 in Kontakt. Somit wird der Flüssigkeitseinlass 25 von dem beweglichen Abschnitt 38 versiegelt. Dadurch wird sogar bei Schweißarbeiten in der Atmosphäre verhindert, dass Wasser und sonstige Fremdkörper in die Batterie 10 eindringen. Ferner wird die Versiegelungsplatte 32 über ihren gesamten Umfang an das Deckelelement 19 und mit der Schweißzone 35 versiegelt. Dies stellt eine doppelte Versiegelungsstruktur unter Verwendung des Versiegelungsteils 33 und der Schweißzone 35 dar.
Die komplett zusammengebaute Sekundärbatterie 10 wird dem Erstladungsschritt und dann der Schweißinspektion unterzogen. Bei dem Schweißinspektionsschritt wird der Druck außerhalb der Sekundärbatterie 10 verringert. Falls ein Schweißdefekt in der Sekundärbatterie 10 vorliegt, wird auch der Druck im Außenbereich verringert, wodurch der bewegliche Abschnitt 38 aufgrund des Druckunterschieds an die Nichtkontaktposition verschoben wird. Dementsprechend ist es möglich, den Schweißdefekt leicht festzustellen, je nachdem, ob zum Beispiel das während des Erstladungsschritts in der Sekundärbatterie 10 erzeugte Gas außerhalb der Sekundärbatterie 10 detektiert wird. Somit kann die Sekundärbatterie 10 so konfiguriert sein, dass sie zuverlässig die Qualität des Schweißzustands eines Umgebungsteils des Flüssigkeitseinlasses sicherstellt, ohne von der Versiegelungseigenschaft des Versiegelungsteils 33 beeinflusst zu werden.
Die obige Ausführung ist nur ein Beispiel und beschränkt die vorliegende Erfindung nicht. Somit kann die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungen ausgebildet werden, ohne dass ihre kennzeichnenden Merkmale aufgegeben werden. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beschränkt, sondern kann auch auf eine versiegelte Sekundärbatterie wie eine Nickel-Hydrid-Sekundärbatterie und eine Nickel-Kadmium-Sekundärbatterie angewendet werden. Die Erfindung ist nicht auf die rechteckige Sekundärbatterie der obigen Ausführung beschränkt, sondern kann auch auf eine zylindrische oder knopfförmige Sekundärbatterie angewendet werden.
Ferner kann das Versiegelungselement 31 beispielsweise ohne einen Einführabschnitt ausgebildet sein, wie in 12 gezeigt. Konkret kann dieses Versiegelungselement 31 so konfiguriert sein, dass der Versiegelungsteil 33 nur aus einem beweglichen Abschnitt 38 besteht und die Versiegelungsplatte 32 und der bewegliche Abschnitt 38 direkt aneinander befestigt sind. Sogar die Sekundärbatterie 10, die solch ein Versiegelungselement 31 verwendet, ermöglicht eine zuverlässige Feststellung bezüglich der Qualität des Schweißzustands durch einen Druckabfall außerhalb der Batterie 10.
Außerdem kann die Versiegelungsplatte 32 mit einem niedrigeren Durchmesser als das äußere offene Ende 27a des Flüssigkeitseinlasses ausgebildet werden. Die Versiegelungsplatte 32 hat vorzugsweise jedoch eine Größe, mit der sie in das Außenloch 27 passt, um durch Schweißen zwischen dem äußeren Randbereich der Versiegelungsplatte 32 und der Innenwand des Außenlochs 27 eine Versiegelung herzustellen. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Versiegelungsplatte 32 im Inneren mit einem Raum oder einer Höhlung ausgebildet wird, in dem/der der bewegliche Abschnitt 38 platziert wird.
Bei der obigen Ausführung hat der bewegliche Abschnitt 38 eine Rückkehrfunktion, da das Versiegelungsteil 33 ein elastischer Körper ist. Der bewegliche Abschnitt 38 muss jedoch nicht unbedingt zurückkehren. So lange eine bei der Schwei-ßinspektion als defekt festgestellte Sekundärbatterie angemessen angesteuert werden kann, kann ein beweglicher Abschnitt 38, der so konfiguriert ist, dass er nicht zurückkehrt, verwendet werden. Beispielsweise kann der bewegliche Abschnitt 38 aus Harz bestehen, das mit einem schwachen oder zerbrechlichen Abschnitt ausgebildet ist.
Bei der obigen Ausführung ist der Flüssigkeitseinlass 25 beispielsweise ein gestuftes Loch, das das Außenloch 27 und das Innenloch 28 aufweist, so dass sich der bewegliche Abschnitt 38 des Versiegelungselements 31 in Druckkontakt mit der Bodenoberfläche 29 des Außenlochs 27 befindet. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann ein Versiegelungselement aufweisen, das mit einem nichtgestuften Durchgangsloch ausgebildet ist und wobei sich ein beweglicher Abschnitt über den gesamten Umfang in Druckkontakt mit der Innenwand des Durchgangslochs befindet.
Bei der obigen Ausführung wird das Gasleck beispielsweise bei der Schweißinspektion entdeckt. Als Alternative kann der Schweißzustand auf Basis einer Änderung der äußeren Form der Sekundärbatterie 10 festgestellt werden. Bei einer Sekundärbatterie mit defekter Verschweißung wird der Druck der Batterie bei der Schwei-ßinspektion innen auch verringert, wodurch die äußere Form der Batterie dünner gemacht wird als bei einer Sekundärbatterie mit guter Verschweißung. Anders ausgedrückt kann die Qualität des Schweißzustands auf Basis der Form der Sekundärbatterie, die einer Verringerung des Drucks ausgesetzt wird, festgestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Sekundärbatterie
11: Batteriegehäuse
12: Elektrodenkörper
13: Elektrolyt
25: Flüssigkeitseinlass
27: Außenloch
28: Innenloch
31: Versiegelungselement
32: Versiegelungsplatte
33: Versiegelungsteil
35: Schweißzone
37: Einführabschnitt
38: Beweglicher Abschnitt

Claims

Versiegelte Batterie (10), die beinhaltet: einen Elektrodenkörper (12); ein Batteriegehäuse (18), das den Elektrodenkörper aufnimmt und eine offene Oberfläche aufweist; ein Deckelelement (19), das die offene Oberfläche des Batteriegehäuses (18) schließt; einen Flüssigkeitseinlass (25), der so ausgebildet ist, dass er das Deckelelement (19) penetriert; und ein Versiegelungselement (31), das so konfiguriert ist, dass es den Flüssigkeitseinlass (25) versiegelt, wobei das Versiegelungselement (31) beinhaltet: eine Versiegelungsplatte aus Metall (32), die um den Flüssigkeitseinlass (25) herum an das Deckelelement (19) geschweißt ist, um ein äußeres offenes Ende (27a) des Flüssigkeitseinlasses (25) zu bedecken, um den Flüssigkeitseinlass zu versiegeln; und einen ringförmigen beweglichen Abschnitt (38), der sich mit einer Oberfläche der Versiegelungsplatte (32) auf einer Innenseite des Batteriegehäuses (18) in Kontakt befindet und frei zwischen einer Kontaktposition, an der der bewegliche Abschnitt (38) einen gesamten Umfang des Flüssigkeitseinlasses (25) berührt, und einer Nichtkontaktposition, an der der bewegliche Abschnitt (38) nicht zumindest einen Teil des Flüssigkeitseinlasses (25) berührt, verschiebbar ist, wobei der bewegliche Abschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er den Flüssigkeitseinlass (25) versiegelt, wenn sich der bewegliche Abschnitt (38) an der Kontaktposition befindet, wobei der bewegliche Abschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er an die Nichtkontaktposition verschoben wird, wenn ein Druck in einem Innenbereich (41) im Inneren des Batteriegehäuses (18), das durch den beweglichen Abschnitt (38), der sich an der Kontaktposition befindet, versiegelt ist, im Verhältnis zu einem Druck in einem Außenbereich (42), auf einer dem Innenbereich (41) im Verhältnis zu dem beweglichen Abschnitt (38) entgegengesetzten Seite, über einen Grenzwert hinaus ansteigt.
Versiegelte Batterie nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Abschnitt (38) eine Rückkehrfunktion aufweist, mit der er aus der Nichtkontaktposition an die Kontaktposition zurückkehrt, wenn ein Druckunterschied zwischen dem Innenbereich (41) und dem Außenbereich (42) auf den Grenzwert oder darunter zurückkehrt, nachdem der bewegliche Abschnitt (38) an die Nichtkontaktposition verschoben wurde.
Versiegelte Batterie nach Anspruch 2, wobei der bewegliche Abschnitt (38) ein elastischer Körper ist.
Versiegelte Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der bewegliche Abschnitt (38) aus Gummimaterial besteht.
Versiegelte Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der bewegliche Abschnitt (38) in einer Penetrationsrichtung des Flüssigkeitseinlasses (25) eine Querschnittsform aufweist, um eine Dicke T und eine Länge L aufzuweisen, die dazu bestimmt sind, ein Verhältnis T<L darzustellen.
Versiegelte Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Versiegelungselement (31) einen Einführabschnitt (37) beinhaltet, der sich in dem beweglichen Abschnitt (38) mit einer ringförmigen Form befindet und in den Flüssigkeitseinlass (25) eingeführt ist, der sich mit einer Oberfläche der Versiegelungsplatte (19) im Inneren des Batteriegehäuses (18) in Kontakt befindet.
Versiegelte Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Flüssigkeitseinlass (25) beinhaltet: ein am Boden geschlossenes Außenloch (27), das ein äußeres offenes Ende (27a) beinhaltet; und ein Innenloch (28), das ein inneres offenes Ende (28a) beinhaltet und koaxial zu dem Außenloch (27) ist, wobei das Innenloch (28) einen geringeren Durchmesser (RB) aufweist als das äußere offene Ende (27a), wobei das Innenloch (28) so ausgebildet ist, dass es das Deckelelement (19) penetriert, um mit dem Außenloch (27) durch eine Bodenoberfläche des Außenlochs (27) in Verbindung zu stehen, und wobei der bewegliche Abschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er schräg von einer Oberfläche der Versiegelungsplatte (32) im Inneren des Batteriegehäuses (18) in einer radialen Richtung des Flüssigkeitseinlasses (25) nach außen ragt und sich in Druckkontakt mit der Bodenoberfläche (29) des Außenlochs (27) befindet, um den Flüssigkeitseinlass (25) zu versiegeln.