JP2015125077A - 蓄電池の気密検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースの蓋体における電極端子の組付部分における気密状態を検査することができる蓄電池の気密検査方法を提供する。【解決手段】蓋体２２に対し電極端子３０，３１をナット５５により組み付けた後において蓋体２２の一方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を上側密閉容器６０で密閉する。蓋体２２の他方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を下側密閉容器８０で密閉する。ガスノズル９０により上側密閉容器６０内にヘリウムガスを注入してヘリウム検出器８１により下側密閉容器８０内でのヘリウムガスの有無を検出することにより気密状態を検査する。【選択図】図７

Description

本発明は、蓄電池の気密検査方法に関するものである。

密閉電池においては、ケース本体内に電極組立体が収納されるとともにケース本体の開口部が蓋体で封止され、蓋体には正負の電極端子が設けられている（例えば特許文献１）。

特開２０１０−２１２０３４号公報

ところで、二次電池等の蓄電池では、ケースの内部と外部とを電極端子にて繋ぐ必要がある。内部の気密性の確保は、端子部の気密状態が重要となってくる。
本発明の目的は、ケースの蓋体における電極端子の組付部分における気密状態を検査することができる蓄電池の気密検査方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、貫通孔が設けられた蓋体を有するケースと、前記蓋体の貫通孔から突出する電極端子と、前記蓋体と前記電極端子との間を気密封止するシール部材と、前記電極端子を前記蓋体に締結する締結部材と、を有する蓄電池の気密検査方法であって、前記蓋体に対し前記電極端子を前記締結部材により組み付けた後において前記蓋体の一方の面側における前記電極端子の組付部分を第１の密閉容器で密閉するとともに前記蓋体の他方の面側における前記電極端子の組付部分を第２の密閉容器で密閉し、特定ガス注入手段により前記第１の密閉容器内に特定ガスを注入して特定ガス検出手段により前記第２の密閉容器内での前記特定ガスの有無を検出することにより気密状態を検査するようにしたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、蓋体に対し電極端子を締結部材により組み付けた後において蓋体の一方の面側における電極端子の組付部分を第１の密閉容器で密閉するとともに蓋体の他方の面側における電極端子の組付部分を第２の密閉容器で密閉し、特定ガス注入手段により第１の密閉容器内に特定ガスを注入して特定ガス検出手段により第２の密閉容器内での特定ガスの有無を検出することによりケースの蓋体における電極端子の組付部分における気密状態を検査することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄電池の気密検査方法において、前記特定ガスはヘリウムガスであることを要旨とする。
請求項２に記載の発明によれば、特定ガスとしてヘリウムガスを用いることにより、より正確に気密状態を検査することができる。

請求項３に記載の発明は、貫通孔が設けられた蓋体を有するケースと、前記蓋体の貫通孔から突出する電極端子と、前記蓋体と前記電極端子との間を気密封止するシール部材と、前記電極端子を前記蓋体に締結する締結部材と、を有する蓄電池の気密検査方法であって、前記蓋体に対し前記電極端子を前記締結部材により組み付けた後において前記蓋体の一方の面側における前記電極端子の組付部分を密閉容器で密閉し、加圧手段により前記密閉容器内を加圧してその後における減圧検出手段による前記密閉容器内の減圧の有無を検出することにより気密状態を検査するようにしたことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、蓋体に対し電極端子を締結部材により組み付けた後において蓋体の一方の面側における電極端子の組付部分を密閉容器で密閉し、加圧手段により密閉容器内を加圧してその後における減圧検出手段による密閉容器内の減圧の有無を検出することによりケースの蓋体における電極端子の組付部分における気密状態を検査することができる。

本発明によれば、ケースの蓋体における電極端子の組付部分における気密状態を検査することができる。

実施形態のリチウムイオン二次電池の斜視図。 リチウムイオン二次電池の一部拡大断面図。 リチウムイオン二次電池の製造装置を模式的に示す断面図。 リチウムイオン二次電池の製造装置を模式的に示す断面図。 リチウムイオン二次電池の製造装置の一部を模式的に示す断面図。 リチウムイオン二次電池の製造装置の一部を模式的に示す断面図。 リチウムイオン二次電池の製造装置を模式的に示す断面図。 別例のリチウムイオン二次電池の製造装置を模式的に示す断面図。 別例のリチウムイオン二次電池の製造装置を模式的に示す断面図。

以下、リチウムイオン二次電池に具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１に示すように、蓄電池としてのリチウムイオン二次電池１０において、金属製のケース２０には電極組立体（図示せず）が収容されるとともに電解液（図示せず）が注入されている。また、ケース２０は、上面開口部を有する直方体状のケース本体２１と、ケース本体２１の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋体２２とを備える。ケース本体２１と蓋体２２は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）であり、ケース本体２１と蓋体２２はレーザー溶接によって接合されている。また、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、その外周が角型をなす角型電池である。正極の電極端子３０および負極の電極端子３１が蓋体２２の長手方向において離間した位置に配置されている。

電極組立体は、正極電極、負極電極、および正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を備え、負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を備え、電極組立体は、複数の正極電極と複数の負極電極が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在されている。そして、各正極電極が正極の電極端子３０と電気的に接続されているとともに各負極電極が負極の電極端子３１と電気的に接続されている。

図２に示すように、各電極端子３０，３１は、それぞれ、円筒状の極柱部４０と、四角板状をなす基部４１を有する。基部４１の中央から極柱部４０が立設されている。極柱部４０の外周面に雄ねじ部４２を有する。

各電極端子３０，３１の基部４１には、樹脂製の端子カバー５４が装着されている。また、基部４１の上にはシール部材としてのＯリング５３が極柱部４０を取り囲む状態に配置されている。端子カバー５４により、ケース２０の蓋体２２と電極端子３０および電極端子３１が電気的に絶縁されているとともに、ケース本体２１と、電極端子３０および電極端子３１とが電気的に絶縁されている。さらに、端子カバー５４により、電極組立体と電極端子３０および電極端子３１とが電気的に絶縁されている。

各電極端子３０，３１の極柱部４０は、ケース２０の内部から蓋体２２の貫通孔２５を貫通して蓋体２２の上方に突出（露出）している。貫通孔２５の内周面と、極柱部４０の外周面とは、絶縁部材５０によって絶縁されている。絶縁部材５０は、筒状部５１と、この筒状部５１の軸方向一端縁に設けられたフランジ部５２を有する。筒状部５１は、貫通孔２５の内周面と極柱部４０の外周面との間に介装されている。フランジ部５２は、ケース２０の蓋体２２の外面において貫通孔２５の周囲に係止されている。

各電極端子３０，３１の極柱部４０の雄ねじ部４２には電極端子締結用ナット５５が螺合されている。また、ケース２０の蓋体２２の外面と、ナット５５との間には、絶縁部材５０のフランジ部５２が挟圧され、フランジ部５２によってナット５５と蓋体２２が絶縁されている。また、ナット５５と基部４１との間に、絶縁部材５０のフランジ部５２、ケース２０の蓋体２２、Ｏリング５３および端子カバー５４が挟圧されるとともに各電極端子３０，３１がケース２０の蓋体２２に固定されている。Ｏリング５３は、電極端子３０，３１の基部４１の上面において、絶縁部材５０の筒状部５１の外周面と端子カバー５４の内周面との間に位置決めされた状態で配置される。Ｏリング５３により蓋体２２と電極端子３０，３１との間が気密封止されている。

各電極端子３０，３１の極柱部４０の先端に、バスバーを締結するための雌ねじ４３が形成されている。雌ねじ４３は、極柱部４０の上面に開口し、極柱部４０の軸方向に所定の深さとなっている。

このように、リチウムイオン二次電池１０は、貫通孔２５が設けられた蓋体２２を有するケース２０と、蓋体２２の貫通孔２５から突出する電極端子３０，３１と、蓋体２２と電極端子３０，３１との間を気密封止するシール部材としてのＯリング５３と、電極端子３０，３１を蓋体２２に締結する締結部材としてのナット５５と、を有する。

図３に示すように、リチウムイオン二次電池の製造装置（検査装置）は、蓋体２２の上側に配される上側密閉容器６０と、蓋体２２の下側に配される下側密閉容器８０と、ガスノズル９０と、ヘリウム検出器８１を備えている。上側密閉容器６０は、本体部６１と円筒部６２を有する。本体部６１は下面が開口する容器であり、下面開口部が蓋体２２の上面と気密状態で密着する。上側密閉容器６０の下面開口部は、蓋体２２における電極端子３０（３１）の組付部分の周囲、即ち、気密封止箇所を囲うように配される。本体部６１の上面中央には円筒部６２が連通するように形成されている。円筒部６２は上方に延びている。

上側密閉容器６０の内部には、電極端子３０，３１をナット締結するためのナット締結用ロータ７０が配置されている。ナット締結用ロータ７０は、ナット５５と噛み合う本体部７１と、本体部７１から上側に延びる駆動軸７２を有する。駆動軸７２の上部は、上側密閉容器６０の円筒部６２の内部に位置している。駆動軸７２と上側密閉容器６０の円筒部６２との間には空隙が存在し、ナット締結用ロータ７０はベアリング７４により上側密閉容器６０に回転可能に支持されている。

駆動軸７２の上部外周には永久磁石７３が埋設されている。上側密閉容器６０の円筒部６２の外周には円筒状のロータ７５が空隙を介して配置されている。ロータ７５の内周面には永久磁石７６が埋設されている。ロータ７５は回転可能に支持されている。ロータ７５の回転に伴いナット締結用ロータ７０が回転してナット５５を締結することができるようになっている。このように、シールした状態でナット締結できるような永久磁石式回転機構を有している。

上側密閉容器６０の本体部６１にはガスノズル９０が装着されている。ガスノズル９０にはバルブ９１を介して乾燥空気ボンベと接続されており、乾燥空気（ドライエア）をガスノズル９０から上側密閉容器６０に供給することができるようになっている。また、ガスノズル９０にはバルブ９２を介してヘリウムガスボンベと接続されており、ヘリウムガスをガスノズル９０から上側密閉容器６０に供給することができるようになっている。

下側密閉容器８０は、上面が開口する容器であり、上面開口部が蓋体２２の下面と気密状態で密着する。下側密閉容器８０の上面開口部は、蓋体２２における電極端子３０（３１）の組付部分の周囲、即ち、気密封止箇所を囲うように配される。下側密閉容器８０にはパイプ８２を介してヘリウム検出器８１が接続されている。ヘリウム検出器８１により下側密閉容器８０の内部においてヘリウムガスが所定値以上含まれているか否かを検出することができる。

次に、作用について説明する。
電極端子３０，３１の組立時において電極組立体と正負の電極端子３０，３１を接続し、その後、電極端子３０，３１を蓋体２２にナット締めする。その後、電極組立体をケース本体２１に挿入し、さらに、ケース本体２１と蓋体２２をレーザー溶接によって封止する。

ここで上述のナット締め工程において、電極端子３０，３１を蓋体２２にナット締結完了までの期間では、図４に示すように、ナット締結用ロータ７０の本体部７１をナット５５に係合するとともに、上側密閉容器６０を蓋体２２に装着して本体部６１の下面開口部を蓋体２２の上面と気密状態で密着させる。そして、バルブ９１を開けて乾燥空気をガスノズル９０から上側密閉容器６０に供給して上側密閉容器６０の内部を加圧する。

これにより、図５に示すように、Ｏリング５３の付近に異物（図５では繊維くずＷ；例えば厚さが２０〜３０μｍ程度の気密漏れを発生させる異物）があったとしても空気圧により異物（図５では繊維くずＷ）を外側に吹き飛ばす。

また、図６に示すように、Ｏリング５３の配置位置が正規位置からずれていたとしても空気圧によりＯリング５３を移動させる。つまり、Ｏリング５３が正規位置からずれているとＯリング５３におけるずれた部位では大きな空気圧が加わりＯリング５３を正規位置に移動する力が作用する。これによりＯリング５３が正規位置に戻される。このようにＯリング５３の位置を修正して正規位置に配置する。

その後、ロータ７５を回転させてナット締結用ロータ７０によりナット５５を締結する。
このように蓋体２２に対し電極端子３０，３１をナット５５により組み付けた後において（電極端子３０，３１のナット締結が完了した後において）、気密封止部単体の気密検査を行う。つまり、図７に示すように、下側密閉容器８０を蓋体２２に装着して下側密閉容器８０の上面開口部を蓋体２２の下面と気密状態で密着させる。そして、バルブ９２を開けてヘリウムガスをガスノズル９０から上側密閉容器６０に供給して上側密閉容器６０の内部をヘリウムガスで満たす。一方、ヘリウム検出器８１により下側密閉容器８０の内部においてヘリウムガスが所定値以上含まれているか否かを検出して、ヘリウムガスの有無を検出することにより気密状態を検査する。即ち、上側密閉容器６０にヘリウムガス圧をかけて下側密閉容器８０においてヘリウムガス漏れが無いことを確認する。

このようにして蓋体２２に電極端子３０，３１をナット５５により組み付けた後に、気密検査を実施する。つまり、蓋体２２の一方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を上側密閉容器６０で密閉するとともに蓋体２２の他方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を下側密閉容器８０で密閉して上側密閉容器６０内にガスノズル９０により特定ガスとしてのヘリウムガスを注入する。そして、下側密閉容器８０内でのヘリウムガスの有無をヘリウム検出器８１により検出することにより気密状態を検査する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）蓄電池としてのリチウムイオン二次電池の気密検査方法として、蓋体２２に対し電極端子３０，３１を締結部材としてのナット５５により組み付けた後において蓋体２２の一方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を第１の密閉容器としての上側密閉容器６０で密閉する。また、蓋体２２の他方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を第２の密閉容器としての下側密閉容器８０で密閉する。そして、特定ガス注入手段としてのガスノズル９０により上側密閉容器６０内に特定ガスとしてのヘリウムガスを注入して特定ガス検出手段としてのヘリウム検出器８１により下側密閉容器８０内でのヘリウムガスの有無を検出することにより気密状態を検査する。よって、ケース２０の蓋体２２における電極端子３０，３１の組付部分における気密状態を検査することができる。

（２）特定ガスはヘリウムガスであり、原子が小さく、狭い隙間を通りやすく気密漏れをより正確に検査できる。よって、より正確に気密状態を検査することができる。
（３）蓋体２２における電極端子３０，３１の組付部分における気密性の確保は、機械設計のシール設計や寸法精度に加え、生産現場で異物が混入する可能性のある部位での異物除去も必要となるとともにワークが気密性を保持しているかの検査も必要となる。そのため、従来方法では、蓋体に電極端子を組み立てた後、ケース本体２１と蓋体２２を溶接し、気密検査を実施する。もしシール用のＯリングの位置が正規位置からずれていたり、Ｏリングのシール面に異物が付着したまま組立を行うと、気密が確保できない。溶接後に気密漏れが発見されたとしても、手直しが出来ずに不良品となってしまう。

本実施形態では、上側密閉容器６０、ガスノズル９０を用いて乾燥空気をガスノズル９０から上側密閉容器６０に導入してナット締結前に気密漏れの起因となる異物やＯリングの位置ずれを無くすことができる。また、ケース本体２１と蓋体２２を溶接する前において気密検査を行うことで電極端子組付の歩留まりを上げることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・シール部材として、Ｏリングの他にも例えばガスケット等を用いてもよい。
・締結部材としてナットを用いたが、ボルトを用いてもよいし、かしめ、リベット等を用いてもよい。

・特定ガスはヘリウムガス以外にもアルゴンガス等を用いてもよい。
・気密検査時にケースの外側から特定ガスを注入してケースの内側で特定ガスの検出を行ったが、ケースの内側から特定ガスを注入してケースの外側で特定ガスの検出を行ってもよい。

・ナット締付後の気密検査は、検出器８１で検出したが、これに代わり、図８に示すように、蓋体２２の上面における電極端子３０，３１の組付部分を上側密閉容器６０で密閉した後に上側密閉容器６０の内部にガスノズル９５から加圧用空気を封入して上側密閉容器６０内を加圧する。そして、圧力計９６により上側密閉容器６０の内部圧力を測定して上側密閉容器６０の内部圧力の低下の有無、即ち、上側密閉容器６０内の減圧の有無から気密状態を検査するようにしてもよい。

このように、蓋体２２に対し電極端子３０，３１を締結部材としてのナット５５により組み付けた後において蓋体２２の一方の面側における電極端子３０，３１の組付部分を上側密閉容器６０で密閉する。そして、加圧手段としてのガスノズル９５により上側密閉容器６０内を加圧してその後における減圧検出手段としての圧力計９６による上側密閉容器６０内の減圧の有無を検出することにより気密状態を検査する。よって、ケース２０の蓋体２２における電極端子３０，３１の組付部分における気密状態を検査することができる。

なお、上側密閉容器６０の内部に封入する加圧用ガスとして空気以外にも窒素ガス等の他のガスを用いてもよい。
・乾燥空気により加圧した状態で異物除去、Ｏリングの位置調整、ナット締めを行ったが、ナット締めの時に加圧しないようにしてもよい。つまり、電極端子３０，３１のナット締結動作は、蓋体２２の一方の面から空気圧をかけた後に行っても、空気圧をかけながら行ってもよい。

・図３ではナット締めするマグネット方式の回転機構としたが、これに代わり図９に示す構成としてもよい。図９において、上側密閉容器６０とナット締結用ロータ７０の駆動軸７２との間をシール材１００でシールした状態でナット締結用ロータ７０の駆動軸７２を回転させてナット締結してもよい。即ち、回転駆動系にシールを施して気密性をもたせてもよい。

・組み立て時にケースの外側から圧力をかけて異物除去等を行ったが、ケースの内側から圧力をかけて異物除去等を行ってもよい。
・蓄電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限定されることなく、他の二次電であっても、また一次電池、キャパシタ等であってもよい。

１０…リチウムイオン二次電池、２０…ケース、２２…蓋体、２５…貫通孔、３０…電極端子、３１…電極端子、５３…Ｏリング、５５…ナット、６０…上側密閉容器、８０…下側密閉容器、８１…ヘリウム検出器、９０…ガスノズル、９５…ガスノズル、９６…圧力計。

Claims (3)

1. 貫通孔が設けられた蓋体を有するケースと、
   前記蓋体の貫通孔から突出する電極端子と、
   前記蓋体と前記電極端子との間を気密封止するシール部材と、
   前記電極端子を前記蓋体に締結する締結部材と、
   を有する蓄電池の気密検査方法であって、
   前記蓋体に対し前記電極端子を前記締結部材により組み付けた後において前記蓋体の一方の面側における前記電極端子の組付部分を第１の密閉容器で密閉するとともに前記蓋体の他方の面側における前記電極端子の組付部分を第２の密閉容器で密閉し、特定ガス注入手段により前記第１の密閉容器内に特定ガスを注入して特定ガス検出手段により前記第２の密閉容器内での前記特定ガスの有無を検出することにより気密状態を検査するようにしたことを特徴とする蓄電池の気密検査方法。
2. 前記特定ガスはヘリウムガスであることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の気密検査方法。
3. 貫通孔が設けられた蓋体を有するケースと、
   前記蓋体の貫通孔から突出する電極端子と、
   前記蓋体と前記電極端子との間を気密封止するシール部材と、
   前記電極端子を前記蓋体に締結する締結部材と、
   を有する蓄電池の気密検査方法であって、
   前記蓋体に対し前記電極端子を前記締結部材により組み付けた後において前記蓋体の一方の面側における前記電極端子の組付部分を密閉容器で密閉し、加圧手段により前記密閉容器内を加圧してその後における減圧検出手段による前記密閉容器内の減圧の有無を検出することにより気密状態を検査するようにしたことを特徴とする蓄電池の気密検査方法。