JP5958756B2 - 電流遮断弁のリーク検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、電流遮断弁のリーク検査を行う電流遮断弁のリーク検査方法に関する。

従来から、リチウムイオン電池等の密閉型電池には、外装内の内圧が所定レベルを超えたことを検知して電流を遮断する電流遮断弁を具備するものがある。
電流遮断弁は、外装の電池ケースを封止する封口体に設置される。電流遮断弁には外装の外側と内側とを連通する貫通孔が形成されており、貫通孔の一端側に反転板の外周縁部を溶接によって接合するとともに、反転板の中央部に集電体を溶接によって接合することで電流遮断弁が構成される。貫通孔の一端側は、反転板の外周縁部を全周溶接することで密閉状態となる。
外装内の内圧が所定レベルを超えたとき、電流遮断弁は、外装内の内圧と貫通孔内の内圧との圧力差によって反転板を変形させ、集電板の反転板との接合部分を切り離して電流を遮断する。

電池の製造工程では、このような電流遮断弁を確実に動作させるために、貫通孔の一端側に反転板の外周縁部を溶接した後で、貫通孔の一端側と反転板との溶接部のリーク検査を行う必要がある。

特許文献１に開示される技術では、封口体タブ（貫通孔の一端側）に反転板の外周縁部を溶接した後で貫通孔の内側にガスを導入し、封口体タブと反転板との溶接部から漏出したガスの量に基づいて、封口体タブと反転板との溶接部の密閉状態を検査する。

特開２０１０−２１２０３４号公報

特許文献１に開示される技術では、封口体タブと反転板との溶接部から漏出したガスの量を測定するため、貫通孔の外側を真空にする必要がある。すなわち、特許文献１では、貫通孔の内側にガスを導入した後で、貫通孔の他端側（反転板が溶接される側と反対側）をシールし、封口体をチャンバーに入れて、チャンバーを真空にする必要がある。
この場合には、封口体を入れられる程度に大きなチャンバーを真空にする必要がある。

つまり、特許文献１に開示される技術では、大きな容積の空間に対して真空処理を行う必要があって、真空処理を行う時間が長くなってしまうため、リーク検査に時間がかかってしまう。このため、特許文献１では、リーク検査を行う設備の設置台数が増加してしまい、その結果、密閉型電池の生産コストが増大してしまう。

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、短時間でリーク検査を行うことができる電流遮断弁のリーク検査方法を提供するものである。

請求項１においては、電池の外装の内側と外側とを連通する貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔の一端側に反転板が取り付けられる電流遮断弁の、前記貫通孔の一端側のリーク検査を行う電流遮断弁のリーク検査方法であって、前記貫通孔の他端側より前記反転板を固定する固定部材を挿入するとともに、前記貫通孔の他端側を覆って密閉空間を形成し、前記密閉空間に対して真空処理を行うとともに、前記電池の外装の内側に検査ガスを封入し、前記密閉空間において前記検査ガスを検出することにより、前記貫通孔の一端側のリーク検査を行う、ものである。

本発明は、短時間でリーク検査を行うことができる、という効果を奏する。

電流遮断弁を具備する電池を示す断面図。 電流遮断弁を示す拡大断面図。 電流遮断弁が動作した状態を示す拡大断面図。 封口体を測定ケースにセットする様子を示す説明図。 反転板の内側の空間を密閉空間にする様子を示す説明図。 密閉空間に対して真空処理を行う様子を示す説明図。 測定ケースにヘリウムを導入する様子を示す説明図。

以下では、本実施形態の電流遮断弁のリーク検査方法について説明する。

まず、図１を参照して、電流遮断弁５０を具備する電池１の構成について説明する。
なお、本実施形態において、電池１はリチウムイオン電池であるものとするが、これに限定されるものでない。

電池１は、外装１０、捲回電極体２０、負極集電端子３０、正極集電端子４０、および電流遮断弁５０等を具備する。

外装１０は、電池ケース１１および封口板１２を有する直方体形状の角型ケースとして構成される。

電池ケース１１は、上面が開口した有底筒状の角型部材であり、内部に捲回電極体２０を収納する。電池ケース１１には、電解液が注液される。

封口板１２は、電池ケース１１の開口面に応じた形状を有する平板状の矩形部材であり、電池ケース１１の開口面を塞いだ状態で電池ケース１１と接合される。
封口板１２は、導電性の部材によって形成される外部端子１５・１６、および樹脂によって形成される絶縁部材１７・１８を介して、負極端子１３および正極端子１４を支持する。

負極端子１３および正極端子１４の一部は封口板１２の表面側（上側）に突出する。
絶縁部材１７・１８は、外部端子１５・１６と封口板１２との間に介装され、外部端子１５・１６と封口板１２とを電気的に絶縁する。

捲回電極体２０は、それぞれ長尺シート状に形成される負極シートおよび正極シートを、長尺シート状に形成されるセパレータを介して、幅方向を軸方向として捲回して構成される。捲回電極体２０は、正極シート、負極シート、およびセパレータを捲回した後でプレス加工が施されて扁平形状に形成される。捲回電極体２０は、その軸方向両端部より負極集電体２１および正極集電体２２がそれぞれ露出する。

負極集電端子３０は、銅を素材として形成され、封口体１２の下方、かつ、電池ケース１１の左側に配置される。負極集電端子３０には、本体３１の左端部より下方に向かって延出する脚部３２が形成される。負極集電端子３０は、脚部３２に負極集電体２１が接合され、捲回電極体２０と電気的に接続される。
負極端子１３は、外部端子１５および負極集電端子３０を介して、捲回電極体２０の負極集電体２１と電気的に接続される。

図１および図２に示すように、正極集電端子４０は、アルミニウムを素材として形成され、封口体１２の下方、かつ、電池ケース１１の右側に配置される。正極集電端子４０には、本体４１の右端部より下方に向かって延出する脚部４２が形成される。正極集電端子４０は、脚部４２に正極集電体２２が接合され、捲回電極体２０と電気的に接続される。
電流遮断弁５０は、このような正極集電端子４０と正極端子１４との間に介装される。
すなわち、正極端子１４は、外部端子１６、電流遮断弁５０、および正極集電端子４０を介して、捲回電極体２０の正極集電体２２と電気的に接続される。

次に、図２を用いて、電流遮断弁５０の構成について説明する。

電流遮断弁５０は、外装１０内の内圧が所定レベルを超えたことを検知して電流を遮断するものである。電流遮断弁５０は、リベット５１、上側絶縁部材５２、反転板５３、および下側絶縁部材５４を備える。

リベット５１は、下側の内径寸法および外径寸法が、上側の内径寸法および外径寸法よりも大径に形成される、略円筒形状の部材である。このようなリベット５１には、小径部５１ａ、大径部５１ｂ、および貫通孔５１ｃが形成される。

小径部５１ａは、リベット５１の上側に形成される小径側の部分である。

大径部５１ｂは、リベット５１の下側に形成される、小径部５１ａの内径寸法および外径寸法よりも大径に形成される部分である。

貫通孔５１ｃは、リベット５１の略中央部を上下方向に貫通する平面視略円状の孔である。

リベット５１は、外部端子１６、絶縁部材１８、封口体１２、および上側絶縁部材５２を、小径部５１ａと大径部５１ｂとによってかしめることで、外部端子１６、絶縁部材１８、封口体１２、および上側絶縁部材５２を一体的に固定する。
これにより、リベット５１は、外部端子１６と電気的に接続される。

このとき、小径部５１ａと封口体１２との間には、リベット５１の径方向に沿って所定の隙間が形成される。また、貫通孔５１ｃは、電池１の外装１０の内側と外側とを連通する。

すなわち、本実施形態の貫通孔５１ｃは、本発明に係る電流遮断弁に形成される貫通孔として機能する。

上側絶縁部材５２は、樹脂を素材として形成され、上方に凹陥する凹陥形状に形成される。上側絶縁部材５２は、封口板１２とリベット５１の大径部５１ｂとの間に介装され、封口板１２とリベット５１とを電気的に絶縁する。

反転板５３は、アルミニウムを素材として略円板形状に形成される。反転板５３の略中央部分には、上面側が凹陥する部分となる凹部５３ａが形成される。反転板５３は、外周縁部が溶接によってリベット５１の大径部５１ｂの下端部に接合され、リベット５１と電気的に接続される（図２に示す溶接部５３ｂ参照）。

このとき、反転板５３の外周縁部は、全周にわたって隙間なく溶接され、貫通孔５１ｃの下側を密閉状態にする。
これにより、貫通孔５１ｃと外装１０の内側とは、反転板５３を隔てて別々の空間として形成される（図１参照）。

このように、電流遮断弁５０は、貫通孔５１ｃの下側（一端側）に反転板５３が取り付けられる。

以下では、反転板５３の上側、つまり、貫通孔５１ｃ側を「反転板５３の内側」と表記する。また、反転板５３の下側、つまり、正極集電端子４０側を「反転板５３の外側」と表記する。

反転板５３の外側の圧力が反転板５３の内側の圧力よりも高くなったとき、反転板５３は、加圧方向（反転板５３の外側から内側に向かう方向）に沿って反るように変形可能に構成される。

下側絶縁部材５４は、樹脂を素材として形成され、中央部分に孔部が形成される円板形状に形成される。下側絶縁部材５４の孔部には、反転板５３の凹部５３ａが配置される。
下側絶縁部材５４は、リベット５１の大径部５１ｂおよび反転板５３と、正極集電端子４０との間に介装され、リベット５１および反転板５３の凹部５３ａを除く部分と、正極集電端子４０とを電気的に絶縁する。

このような電流遮断弁５０を動作させるために、正極集電端子４０の本体４１には、切欠部４３および接続部４４が形成される。
正極集電端子４０の本体４１において、切欠部４３および接続部４４が形成される部分の厚みは、本体４１の他の部分の厚みよりも薄い。

切欠部４３は、正極集電端子４０の本体４１の下面において、反転板５３の凹部５３ａよりも外側に対応する部分を、平面視略円状に切り欠いたような形状に形成される溝である。

接続部４４は、正極集電端子４０の本体４１において、切欠部４３が形成される部分の内周側に対応する部分である。接続部４４の中央部には、本体４１を上下方向に沿って嵌通する平面視略円状の孔部が形成される。接続部４４は、反転板５３の凹部５３ａと溶接によって接合される。
すなわち、正極集電端子４０は、接続部４４と反転板５３の凹部５３ａとの接触によって、反転板５３と電気的に接続される。

なお、接続部４４と反転板５３の凹部５３ａとの接合は、全周にわたって隙間なく溶接されるものではなく、少なくとも一箇所が溶接されている程度のものとしている。

次に、図１および図３を用いて、電流遮断弁５０の動作について説明する。

電池１が過充電されることによって電解液中の成分が分解され、外装１０の内部には、ガスが発生する。これに伴って反転板５３の外側の圧力（外装１０内の内圧）が上昇するため、反転板５３の内側（貫通孔５１ｃの内側）と外側との間には圧力差が生じる。

仮に、反転板５３の外側の圧力が所定レベルを超えた場合、電流遮断弁５０は、反転板５３の内側と外側との圧力差によって、反転板５３を上向きに反るように変形させる。これに伴って、正極集電端子４０は、切欠部４３にて破断する。
これにより、電流遮断弁５０は、過充電を検知して、正極集電端子４０の接続部４４を本体４１から切り離し、反転板５３と正極集電端子４０との電気的な接続を遮断する。

電流遮断弁のリーク検査方法は、このような電流遮断弁５０の動作を確実にするために、リベット５１と反転板５３との間の密閉状態を検査するものである。すなわち、電流遮断弁のリーク検査方法は、貫通孔５１ｃの一端側（つまり、貫通孔５１ｃの下側に位置するリベット５１と反転板５３との溶接部５３ｂ）のリーク検査を行うものである。

次に、電流遮断弁のリーク検査方法によるリーク検査の手順について説明する。

まず、図４に示すように、電流遮断弁のリーク検査方法では、封口板１２に電流遮断弁５０を取り付ける。すなわち、電流遮断弁のリーク検査方法では、リベット５１によって外部端子１６、絶縁部材１８、封口体１２、および上側絶縁部材５２を一体的に固定する。
そして、電流遮断弁のリーク検査方法では、溶接によってリベット５１の大径部５１ｂに反転板５３の外周縁部を接合する（図４に示す溶接部５３ｂ参照）。

封口板１２に電流遮断弁５０を取り付けた後で、電流遮断弁のリーク検査方法では、捲回電極体２０（図１参照）が収納されていない状態であるとともに、電解液が注液されていない状態の電池ケース（以下、「測定ケース１００」と表記する）に、封口板１２をセットする。

封口板１２をセットした後で、図５に示すように、電流遮断弁のリーク検査方法では、リベット５１の貫通孔５１ｃの上側（他端側）より固定部材１１０を挿入し、固定部材１１０の下端部を反転板５３の凹部５３ａに当接させる。

固定部材１１０は、リベット５１の貫通孔５１ｃの内径寸法よりも小さな外径寸法に設定される略円柱状の部材である。固定部材１１０は、リベット５１の貫通孔５１ｃに挿入されたとき、上端部がリベット５１より上方向に突出する。

固定部材１１０を挿入した後で、図６に示すように、電流遮断弁のリーク検査方法では、貫通孔５１ｃの上側（他端側）をシール材１２０により覆って、シール材１２０および反転板５３により閉塞された貫通孔５１ｃ内の空間を密閉空間Ｓとして形成する。
そして、電流遮断弁のリーク検査方法では、密閉空間Ｓに対して真空処理を行う（図６に示す矢印参照）。

このとき、電流遮断弁のリーク検査方法では、例えば、図６に示すようなシール材１２０およびノズル１３０を用いて密閉空間Ｓの形成および密閉空間Ｓに対する真空処理を行う。

シール材１２０は、樹脂を素材として形成され、上方に凹陥する凹陥形状に形成される。シール材１２０の上側には、ノズル１３０を挿通可能な孔部が形成される。

ノズル１３０は、シール材１２０の孔部に挿入され、シール材１２０との間が密閉状態となっている。ノズル１３０は、配管等を介して減圧ポンプと連通する。

電流遮断弁のリーク検査方法では、シール材１２０の下端部をリベット５１の小径部５１ａの上面に当接させることで、貫通孔５１ｃの上側（他端側）を覆って密閉空間Ｓを形成する。
このとき、電流遮断弁のリーク検査方法では、固定部材１１０の上端部にシール材１２０の底面（窪んだ部分の内側面）を当接させる。

そして、電流遮断弁のリーク検査方法では、前記減圧ポンプを動作させて密閉空間Ｓの空気を排出することで、密閉空間Ｓに対して真空処理を行う（図６に示す矢印参照）。

ここで、本実施形態のように密閉空間Ｓに対して真空処理を行った場合、反転板５３の外側の圧力は、反転板５３の内側（つまり、密閉空間Ｓ側）の圧力と比較して相対的に高くなる。
すなわち、電池１が過充電された場合と同様に、反転板５３の外側の圧力は反転板５３の内側の圧力よりも高くなる。また、密閉空間Ｓは真空となるため、反転板５３の外側の圧力が所定レベルを超えた場合よりも、反転板５３の内側と外側との間の圧力差は大きくなる。

従って、本実施形態のように密閉空間Ｓに対して真空処理を行った場合、反転板５３は、上向きに反るように変形しようとする。

そこで、電流遮断弁のリーク検査方法では、真空処理を行う前に固定部材１１０を貫通孔５１ｃより挿入し、固定部材１１０の上端部にシール材１２０の底面を当接させることで、固定部材１１０によって反転板５３を固定している。
これによれば、電流遮断弁のリーク検査方法では、リーク検査時に反転板５３が変形することを防止できる。

このように、本実施形態の固定部材１１０は、本発明に係る反転板を固定する固定部材として機能する。

密閉空間Ｓに対して真空処理を行った後で、図７に示すように、電流遮断弁のリーク検査方法では、測定ケース１００内にガスを注入する（図７に示す矢印Ｈ参照）。
本実施形態の電流遮断弁のリーク検査方法では、封口板１２に形成される電解液注液孔に、所定のヘリウム供給源と連結されるノズルを挿入し、ノズルよりヘリウムＨを噴射する。
このとき、電流遮断弁のリーク検査方法では、引き続きシール材１２０で貫通孔５１ｃの上側を覆って、密閉空間Ｓを形成した状態を維持している。また、測定ケース１００は、開口面にセットされた封口板１２により、少なくとも測定ケース１００内に注入したガスが外部に漏れ出さない程度に密閉されている。

測定ケース１００内にヘリウムＨを注入した後で、電流遮断弁のリーク検査方法では、密閉空間Ｓに流入したヘリウムＨを検出する。
このとき、電流遮断弁のリーク検査方法では、例えば、市販のヘリウムリーク検査器を用いて、密閉空間Ｓに流入したヘリウムＨの量を検出する。
そして、電流遮断弁のリーク検査方法では、検出したヘリウムＨの量に基づいて、溶接部５３ｂに漏れがないかを判定する。

このように、電流遮断弁のリーク検査方法は、密閉空間Ｓに対して真空処理を行うことにより、貫通孔５１ｃの下側（一端側、つまり、溶接部５３ｂ）に対してリーク検査を行う。

本実施形態の電流遮断弁のリーク検査方法では、密閉空間Ｓに対して真空処理を行っているため、封口体１２を入れられる程度に大きなチャンバー内の空間に対して真空処理を行う場合と比較して、真空にする空間の容積を小さくすることができる（図６および図７参照）。

これによれば、電流遮断弁のリーク検査方法は、真空処理を行う時間を短縮できるため、短時間で電流遮断弁５０（貫通孔５１ｃの下側）のリーク検査を行うことができる。
従って、電流遮断弁のリーク検査方法は、電流遮断弁５０のリーク検査を行う設備の設置台数を減らすことができ、電池１の生産コストを低減できる。

また、前述のように、電流遮断弁のリーク検査方法は、密閉空間Ｓに対して真空処理を行った場合の、反転板５３の内側と外側との圧力差に起因する反転板５３の変形を、固定部材１１０によって防止できる。
従って、電流遮断弁のリーク検査方法は、反転板５３の凹部５３ａに正極集電端子４０の本体４１を接合した後に電流遮断弁５０のリーク検査を行う場合でも、反転板５３が変形することなく（つまり、正極集電端子４０が切欠部４３にて破断することなく）、短時間でリーク検査を行うことができる。

なお、固定部材１１０は、リーク検査時に反転板５３を固定できる形状であればよく、必ずしも略円柱状の部材である必要はない。

本実施形態では、測定ケース１００内にヘリウムＨを注入したが、これに限定されるものでなく、例えば、水素を注入しても構わない。

電流遮断弁５０の構成は、本実施形態に限定されるものでない。例えば、電流遮断弁は、正極端子に貫通孔を形成し、正極端子に固定される導電性の部材に反転板の外周縁部が溶接されるような構成であっても構わない。

１ 電池
１０ 外装
５０ 電流遮断弁
５１ｃ 貫通孔
５３ 反転板
５３ｂ 溶接部（貫通孔の一端側）
１１０ 固定部材
Ｓ 密閉空間

Claims (1)

1. 電池の外装の内側と外側とを連通する貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔の一端側に反転板が取り付けられる電流遮断弁の、前記貫通孔の一端側のリーク検査を行う電流遮断弁のリーク検査方法であって、
   前記貫通孔の他端側より前記反転板を固定する固定部材を挿入するとともに、前記貫通孔の他端側を覆って密閉空間を形成し、
   前記密閉空間に対して真空処理を行うとともに、前記電池の外装の内側に検査ガスを封入し、前記密閉空間において前記検査ガスを検出することにより、前記貫通孔の一端側のリーク検査を行う、
   電流遮断弁のリーク検査方法。

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