JP7143988B2 - 電池評価試料収容装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 平成３０年６月１７乃至６月２２日に国立京都国際会館（京都市左京区岩倉大鷺町４２２番地）で開催されたＴｈｅ １９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（ＩＭＬＢ２０１８）にて展示

本発明は、グローブボックス内で電池評価試料を収容する作業性の良い、電池評価試料収容装置に関する。グローブボックスは、外気と遮断された状況下で作業が可能となるように、内部に手だけが入れられるよう設計された密閉容器である。

非特許文献１及び２で開示された全個体電池評価セルと表現された電池評価試料収容装置は、ボルトと蝶ナットとからなるクランプを複数用いてセル容器とセル蓋と密閉する構造になっているので、グローブボックス内で複数のクランプを操作しづらく、電池評価試料を電池評価試料収容装置に収容する作業性が悪い。

ビーカーセル Ｈｏｈｓｅｎ Ｃｏｒｐ．［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成３０年７月２０日検索］インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｏｈｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｄｅｔａｉｌ．ｐｈｐ？ｉｄ＝２４９＞ 全固体電池 評価セル Ｈｏｈｓｅｎ Ｃｏｒｐ．［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成３０年７月２０日検索］インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｏｈｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｄｅｔａｉｌ．ｐｈｐ？ｉｄ＝３７２＞

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、電池評価試料をグローブボックス内の不活性ガス下で収容する作業性の良い、電池評価試料収容装置の提供を目的とする。

本発明は、
容器と内蓋と外蓋とを有する電池評価試料収容装置であって、
前記容器は、口部と底部と周壁部とで前記電池評価試料を収容する収容空間を構成し、
前記口部の周りの前記周壁部の外周面には雄ねじ部を備え、
前記内蓋は内円部と外円部とを有し、
前記内円部には上下方向に電気を通すように貫通した複数の電極部と、
前記外円部には下面部に固着されたパッキングを備え、
前記外蓋は天板部と周壁部とを有し、
前記天板部には上下方向に貫通する開口部と、
前記周壁部には雌ねじ部を備え、
前記内蓋の前記パッキングが前記容器の前記口部の上に載置され、前記外蓋の前記開口部に前記内蓋の前記電極部が取り込まれ、前記外蓋の前記雌ねじ部が前記容器の前記雄ねじ部に嵌合されて、前記外蓋が前記容器に装着されることを特徴とする。

本発明は、容器と内蓋と外蓋とを有する電池評価試料収容装置であって、容器は、口部と底部と周壁部とで電池評価試料を収容する収容空間を構成し、口部の周りの周壁部の外周面には雄ねじ部を備え、内蓋は内円部と外円部とを有し、内円部には上下方向に電気を通すように貫通した複数の電極部と、外円部には下面部に固着されたパッキングを備え、外蓋は天板部と周壁部とを有し、天板部には上下方向に貫通する開口部と、周壁部には雌ねじ部を備え、内蓋のパッキングが容器の口部の上に載置され、外蓋の開口部に内蓋の電極部が取り込まれ、外蓋の雌ねじ部が容器の雄ねじ部に嵌合されて、外蓋が容器に装着される構成であることにより、外蓋を容器に締め付ける場合において、内蓋が容器に対して回転することがなく、電池評価試料に接続された電極部が捩れることはない効果を奏する。

本発明において、電極部は、内円部を外蓋の側に位置する方向と容器の側に位置する方向との上下方向に電気を通すように貫通しかつ内円部に絶縁されて固着され、内円部から上方に延びる剛性を有する電極棒部と、内円部から下方に可撓性を有して延びる被覆電線部とを備えるので、測定装置の測定電極と電極棒部とが容易に接続でき、又、電池評価試料の電極と被覆電線部とが容易に接続できる効果を奏する。

本発明において、容器は、電池評価試料と被覆電線部との接続状態を容器の外部から視認できるように少なくとも一部に透明部を有するので、被覆電線部と電池評価試料の電極との接続状況を確認しながら容器を密閉できる効果がある。

本発明において、内円部の外蓋の側に位置する上面部又は内円部の容器の側に位置する下面部の少なくともどちらか一方の面に補強板が固着されていることにより、外円部と内円部とを構成する部分を補強する効果を奏する。

本発明において、電池評価試料が試料保持部材と永久磁石とで内蓋に取り付けられる構成であって、試料保持部材が左右に対峙する一対の縦壁部と一対の縦壁部のそれぞれの一端部を互いに結合する横壁部と一対の縦壁部のうちの一方の縦壁部に装着された蝶ボルトとを備え、少なくとも横壁部が鉄製により構成され、蝶ボルトの雄ねじ部が一方の縦壁部に左右方向への貫通孔の内面に設けられた雌ねじ部に一方の縦壁部の外側から他方の縦壁部の側に向けて嵌め込まれ、蝶ボルトと他方の縦壁部との間に電池評価試料を挿入し、蝶ボルトが回転操作されて電池評価試料を他方の縦壁部とで挟み付けて支持し、永久磁石が内蓋の鉄製の内円部と試料保持部材の横壁部との両方を磁力で吸着するので、電池評価試料を内蓋にくっつけることができる効果を奏する。

発明を実施するための形態１に係る電池評価試料収容装置を分解して示した斜視図。 発明を実施するための形態１に係る電池評価試料収容装置の使い方を示した工程図。 図２のステップ２０４の前段での電池評価試料を容器の内部に入れる状態を示した縦断面図。 図２のステップ２０４の後段での電池評価試料が内蓋で覆われた容器の内部の不活性ガス環境下の中に収容された状態を示した縦断面図。 発明を実施するための形態２に係る内蓋に電池評価試料を取り付ける部分を示した縦断面図。

図１に示した発明を実施するための形態に係る電池評価試料収容装置１は、容器２と内蓋３と外蓋４とを備える。

容器２は、口部２１と底部２２と周壁部２３とで収容空間２４を囲む形状になっており、ガラス瓶に限定されるものではないが、容器２の全体を光透過性のあるガラス瓶により構成されれば、収容空間２４に収容された図示のされていない電池評価試料５と鰐口クリップ部３５３との接続状況が外部から視認可能になる。容器２の少なくとも一部に透明部を有してもよい。外部から容器内部を視認可能であるため、電池評価試料５と鰐口クリップ部３５３との接続状況を確認しながら容器２を密閉することができる。周壁部２３の口部２１を囲む円形な外周面には雄ねじ部２５が右ねじ又は左ねじの一方向の螺旋状に備える。

内蓋３は、外円部３１と内円部３２とパッキング３３と補強板３４と電極部３５とを備える。パッキング３３と補強板３４及び電極部３５を除く、外円部３１と内円部３２とが、ブリキのような鉄製に限定されるものではないが、０．２乃至０．３ｍｍの板厚のブリキにより構成されたことにより、内蓋３の外円部３１と内円部３２とを製造するときの加工が容易になる。電極部３５は２個に限定されるものではく、３個以上でも良い。

外円部３１は、口部２１の上面部に全体的に搭載可能な直径を有しかつ内円部３２を囲む円板状になっている。外円部３１の直径は、内円部３２の直径よりも大きい。

内円部３２は、外円部３１の内周縁より容器２の側に窪む円板状になった場合を例示したが、外円部３１の内周縁より外蓋の側に突出する円板状であっても適用可能である。

パッキング３３は、外円部３１の直径と内円部３２の直径との差の１／２の範囲の幅を有する帯板状で内円部３２の外側を囲む中抜き状の円形になっており、外円部３１の容器２の側の面に固着されている。

補強板３４は、内円部３２の外蓋４の側に位置する上面部に固着されることに限定されるものではなく、内円部３２の容器２の側に位置する下面部に固着されてもよいが、内円部３２の外蓋４の側に位置する上面部に固着された場合を例示した。尚、上面部及び下面部の両方に固着してもよく、上面部又は下面部の少なくともどちらか一方の面に固着されていればよい。

又、ステンレスに限定されるものではないが、ステンレスにより内円部３２の外蓋の側に位置する上面部に全体的に覆う円板状に構成されたことにより、外円部３１と内円部３２とを構成するブリキの板厚を厚くしなくとも、外円部３１と内円部３２とを構成する部分を補強するようになっている。

電極部３５は、内円部３２を外蓋の側に位置する方向と容器２の側に位置する方向との上下方向に電気を通すように貫通しかつ内円部３２に絶縁されて固着され、内円部３２から上方に直線的に延びる剛性を有する電極棒部３５１と、内円部３２から下方に可撓性を有して延びる被覆電線部３５２と被覆電線部３５２の下端部に結合された鰐口クリップ部３５３とを備える。

外蓋４は、開口部４１と天板部４２と周壁部４３と雌ねじ部４４とを備える。開口部４１を除く、天板部４２と周壁部４３と雌ねじ部４４とが、ブリキのような鉄製に限定されるものではないが、例えば、０．２乃至０．３ｍｍの板厚のブリキにより構成されたことにより、開口部４１と天板部４２と周壁部４３と雌ねじ部４４とを製造するときの加工が容易になる。

開口部２１は、天板部４２の中央部に外蓋４よりも上側に位置する方向と容器２の側に位置する方向との上下方向に貫通して設けられ、開口部４１の内部に複数の電極部３５を非接触に取り込み得る大きさになっている。天板部４２は、開口部４１を囲む中抜き状の円形になっている。

周壁部４３は、天板部４２の外縁部から容器２の側に位置する下方に突出しかつ天板部４２の外縁部を囲む中抜き状の円形になっている。周壁部４３の内側の直径は、容器２の口部２１の円形な外周面の直径よりも大きい。

周壁部４３には、雌ねじ部４４が右ねじ又は左ねじの一方向の螺旋状に備える。雌ねじ部４４の螺旋状の方向に雄ねじ部２５の螺旋状の方向に整合する。つまり、雄ねじ部２５の螺旋状の方向が右ねじであれば雌ねじ部４４の螺旋状の方向も右ねじになっており、雄ねじ部２５の螺旋状の方向が左ねじであれば雌ねじ部４４の螺旋状の方向も左ねじになっている。

図２に示した発明を実施するための形態に係る電池評価試料収容装置１の使い方を示した工程では、ステップ２０１においてグローブボックスの内部で電池評価試料５を作成する。そのため、固体電解質の粉末原料、形成された陽極、形成された陰極、電子天秤、油圧プレス機、電池評価試料作成装置、ステップ２０２で使用する電池評価試料収容装置１、がグローブボックスの内部に入れられ、グローブボックスが密封され、グローブボックスの内部が排気されて真空環境下とされる。次に、固体電解質の粉末原料の必要量が電子天秤で計量されて電池評価試料作成装置に入れられ、かつ、形成された陽極と形成された陰極とが電池評価試料作成装置に組み込まれる。そして、油圧プレス機で電池評価試料作成装置の内部における固体電解質の粉末原料を形成された陽極と形成された陰極とで挟む格好で所定の圧力を加えることにより、陽極と陰極と固体電解質とからなる電子評価試料５が作成される。

その後、前記グローブボックスの内部で作成された電池評価試料５の測定行うために、ステップ２０２では、グローブボックスの内部の真空環境下が維持された状態である。そして、ステップ２０１であらかじめグローブボックスの内部に入れられた電池評価試料収容装置１は容器２と内蓋３と外蓋４とをばらばらにした状態でグローブボックスの内部に入れられており、内蓋３の鰐口クリップ３５３が電池評価試料作成装置から取り出された電池評価試料５の電極に接続され、ステップ２０３に進む。

ステップ２０３ではグローブボックスの内部が真空環境下から、グローブボックスの内部に不活性ガスが充填され、グローブボックスの内部が脱酸素状態で大気圧よりも少し高い圧力の不活性ガス環境下になり、ステップ２０４に進む。

ステップ２０４では、グローブボックスの内部の不活性ガス環境下で、電池評価試料５が容器２の収容空間２４に入れられ、内蓋３のパッキング３３が容器２の口部２１の上に載せられた後、外蓋４の開口部４１に内蓋３の電極棒部３５１を取り込み、外蓋４の雌ねじ部４４を容器２の雄ねじ部２５に嵌め合わせ、外蓋４を容器２に装着する。これにより、外蓋４がパッキング３３を内蓋３の外円部３１と容器２の口部２１とで圧縮し、電池評価試料５が内蓋３で覆われた容器２の収容空間２４の不活性ガス環境下の中に収容され、ステップ２０５に進む。

ステップ２０５では、電池評価試料５の収容された電池評価試料収容装置１がグローブボックスから取り出された後、電池評価試料収容装置１の電極棒部３５１と図示しない測定装置の測定電極とが互いに接続され、測定装置で電池評価試料５に充放電を繰り返し行って電池評価試料５の性能評価やインピーダンス測定等の電気的な測定が行われる。

図３に示した電池評価試料５が発明を実施するための形態に係る電池評価試料収容装置１の容器２の内部に入れられる状態は、先ず、図示のされていないグローブボックスの内部の不活性ガス環境下で、内蓋３の電極部３５の鰐口クリップ３５３が電池評価試料５の図示のされていない電極に接続される。次に、電池評価試料５が容器２の収容空間２４に入れられる。

図４示した電池評価試料が発明を実施するための形態に係る電池評価試料収容装置１に収容された状態は、内蓋３のパッキング３３が容器２の口部２１の上に載せられた後、外蓋４の開口部４１に内蓋３の電極棒部３５１を取り込み、外蓋４の雌ねじ部４４容器２の雄ねじ部２５に嵌め合わせられ、外蓋４が容器２に装着される。これにより、外蓋４がパッキング３３を内蓋３の外円部３１と容器２の口部２１とで圧縮し、電池評価試料５が内蓋３で覆われた容器２の収容空間２４の不活性ガス環境下の中に収容される。

以上のように、発明を実施するための形態に係る電池評価試料収容装置１は、図１に示したように、容器２が雌ねじ部２５を備え、内蓋３と外蓋４とが別々の部材として分かれ、内蓋３がパッキング３３及び電極部３５を備え、外蓋４が雌ねじ部４４及び開口部４４を備えている。

よって、図２のステップ２０４に示したように、グローブボックスの内部の不活性ガス環境下で、内蓋３の電極部３５に接続された電池評価試料５が容器２の収容空間２４に入れられ、内蓋３のパッキング３３が容器２の口部２１の上に載せられた後、外蓋４の開口部４１に内蓋３の電極棒部３５１を取り込み、外蓋４の雌ねじ部４４を容器２の雄ねじ部２５に嵌め合わせ、外蓋４を容器２に締め付けることより、外蓋４がパッキング３３を内蓋３の外円部３１と容器２の口部２１とで圧縮して収容空間２４を密封し、電池評価試料５が内蓋３で覆われた容器２の収容空間２４の不活性ガス環境下の中に収容されるので、背景技術に記載したグローブボックス内でボルトと蝶ナットとからなる複数のクランプを操作してセル容器とセル蓋と密閉する構造に比べ、電池評価試料５を内部に手だけが入れられるよう設計された密閉容器としてのグローブボックス内の不活性ガス下で収容する作業性が良い。

外蓋４を容器２に締め付ける場合において、内蓋３が容器１に対して回転することがなく、電池評価試料５に接続された被覆電線部３５２及び鰐口クリップ部３５３が捩れることはない。

内蓋３の電極棒部３５１が剛性を有するので、測定装置６の測定電極が電極棒部３５１に容易に接続される。

内蓋３の被覆電線部３５２が可撓性を有するので、グローブボックス内で被覆電線部３５２が電池評価試料５の電極に容易に接続される。

被覆電線部３５２に鰐口クリップ部３５３が設けられているので、鰐口クリップ部３５３が電池評価試料５の電極に容易に接続される。

尚、図３及び４では電池評価試料作成装置から取り出した電池評価試料５を図示したが、電池評価試料５を電池評価試料作成装置から取り出すことなく電池評価試料収容装置１に収容しても適用可能であり、その場合は、内蓋３の電極部３５の鰐口クリップ３５３が電池評価試料５の電池評価試料作成装置より外部に出た電線に接続される。

図５に示した発明を実施するための形態２に係る内蓋３に電池評価試料５を取り付ける部分は、試料保持部材６と永久磁石７とで電池評価試料５を内蓋３に取り付けるようになっている。電池評価試料５は、左右に対峙する陽極５１と陰極５２とでそれらの間に固体電解質５３を支持した態様である。

試料保持部材６は、左右に対峙する一対の縦壁部６１及び６２と、一対の縦壁部６１及び６２それぞれの一端部を互いに結合する横壁部６３と、一対の縦壁部６１及び６２のうちの一方の縦壁部６１に装着された蝶ボルト６４とを備え、少なくとも横壁部６３が鉄製により構成されている。

蝶ボルト６４は、雄ねじ部６４１が一方の縦壁部６１に左右方向への貫通孔の内面に設けられた雌ねじ部に一方の縦壁部６１の左外側から他方の縦壁部６２の側に向けて嵌め込まれている。蝶ボルト６４の一方の縦壁部６１から他方の縦壁部６２の側に突出した先端部に蝶ボルト６４の雄ねじ部６４１よりも大径な受け部６４２を備える。受け部６４２は、蝶ボルト６４の先端部に固着又は蝶ボルト６４の左右方向に延びる中心線を回転中心として回転可能に装着されている。

そして、例えば、蝶ボルト６４が蝶ボルト６４の左右方向に延びる中心線を回転中心として右向きに回転操作されると、受け部６４２が一方の縦壁部６１から他方の縦壁部６２の側に近づくように直線的に移動し、又、蝶ボルト６４が蝶ボルト６４の左右方向に延びる中心線を回転中心として左向きに回転操作されると、受け部６４２が他方の縦壁部６２の側から離れて一方の縦壁部６１の側に近づくように直線的に移動する。

又は、蝶ボルト６４が蝶ボルト６４の左右方向に延びる中心線を回転中心として左向きに回転操作されると、受け部６４２が一方の縦壁部６１から他方の縦壁部６２の側に近づくように直線的に移動し、又、蝶ボルト６４が蝶ボルト６４の左右方向に延びる中心線を回転中心として右向きに回転操作されると、受け部６４２が他方の縦壁部６２の側から離れて一方の縦壁部６１の側に近づくように直線的に移動する。

図５に示した発明を実施するための形態２に係る内蓋３に電池評価試料５を取り付ける部分によれば、図２のステップで示したように内蓋３の電極部３５の鰐口クリップ部３５３が電池評価試料５の陽極５１と陰極５２とに個別に接続される工程において、受け部６４２と他方の縦壁部６２との間に電池評価試料５及び一対の測定用電極５４及び５５を挿入し得る空間部が形成された状態において、電池評価試料５が一対の測定用電極５４及び５５で挟まれた状態で受け部６４２と他方の縦壁部６２との間の空間部に挿入され、蝶ボルト６４が回転操作されて、受け部６４２が電池評価試料５の側に移動し、受け部６４２と縦壁部６２とが電池評価試料５を挟み付けて支持する。このように電池評価試料５が一対の測定用電極５４及び５５と他方の縦壁部６２と受け部６４２とで支持された状態において、永久磁石７が内蓋３の内円部３２と試料保持部材６の横壁部６３との両方を磁力で吸着することで、電池評価試料５を内蓋３にくっつけることができる。

蝶ボルト６４に蝶ボルト６４の雄ねじ部６４１よりも大径な受け部６４２を設けたので、蝶ボルト６４の雄ねじ部の直径を太くすることなく、受け部６４２で電池評価試料５を適切に支持することができる。

尚、図５における受け部６４２と陽極５１との間、及び、陰極５２と他方の縦壁部６２との間には、図示はされていない電気的な絶縁層が施されている。

又、雄ねじ部６４１を設けずに、縦壁部６１と受け部６４２との間に弦巻ばねのような弾性体を設けてもよい。蝶ボルト６４が縦壁部６１の方向に引っ張られることにより、弾性体が圧縮された状態となり、受け部６４２と縦壁部６２のとの間に電池評価試料５及び一対の測定用電極５４及び５５を挿入し得る空間部が形成されるようにしてもよい。

１ 電池評価試料収容装置
２ 容器
３ 内蓋
４ 外蓋
５ 電池評価試料
６ 試料保持部材
７ 永久磁石
２１ 容器２の口部
２２ 容器２の底部
２３ 容器２の周壁部
２４ 容器２の収容空間
２５ 容器２の雄ねじ部
３１ 内蓋３の外円部
３２ 内蓋３の内円部
３３ 内蓋３のパッキング
３４ 内蓋３の補強板
３５ 内蓋３の電極部
４１ 外蓋４の開口部
４２ 外蓋４の天板部
４３ 外蓋４の周壁部
４４ 外蓋４の雄ねじ部
５１ 電池評価試料５の陽極
５２ 電池評価試料５の陰極
５３ 電池評価試料５の個体電解質
５４ 測定用電極
５５ 測定用電極
６１ 試料保持部材６の縦壁部
６２ 試料保持部材６の縦壁部
６３ 試料保持部材６の横壁部
６４ 試料保持部材６の蝶ボルト
３５１ 電極部３５の電極棒部
３５２ 電極部３５の被覆電線部
３５３ 電極部３５の鰐口クリップ部
６４１ 蝶ボルト６４の雄ねじ部
６４２ 蝶ボルト６４の受け部

Claims (5)

1. 容器と内蓋と外蓋とを有する電池評価試料収容装置であって、
   前記容器は、口部と底部と周壁部とで前記電池評価試料を収容する収容空間を構成し、
   前記口部の周りの前記周壁部の外周面には雄ねじ部を備え、
   前記内蓋は内円部と外円部とを有し、
   前記内円部には上下方向に電気を通すように貫通した複数の電極部と、
   前記外円部には下面部に固着されたパッキングを備え、
   前記外蓋は天板部と周壁部とを有し、
   前記天板部には上下方向に貫通する開口部と、
   前記周壁部には雌ねじ部を備え、
   前記内蓋の前記パッキングが前記容器の前記口部の上に載置され、前記外蓋の前記開口部に前記内蓋の前記電極部が取り込まれ、前記外蓋の前記雌ねじ部が前記容器の前記雄ねじ部に嵌合されて、前記外蓋が前記容器に装着されることを特徴とする電池評価試料収容装置。
2. 前記電極部は、前記内円部を前記外蓋の側に位置する方向と前記容器の側に位置する方向との上下方向に電気を通すように貫通しかつ前記内円部に絶縁されて固着され、前記内円部から上方に延びる剛性を有する電極棒部と、前記内円部から下方に可撓性を有して延びる被覆電線部とを備えることを特徴とする請求項１記載の電池評価試料収容装置。
3. 前記容器は、前記電池評価試料と前記被覆電線部との接続状態を前記容器の外部から視認できるように少なくとも一部に透明部を有することを特徴とする請求項２記載の電池評価試料収容装置。
4. 前記内円部の前記外蓋の側に位置する上面部又は前記内円部の前記容器の側に位置する下面部の少なくともどちらか一方の面に補強板が固着されたことを特徴とする請求項１記載の電池評価試料収容装置。
5. 前記電池評価試料が試料保持部材と永久磁石とで前記内蓋に取り付けられる構成であって、前記試料保持部材が左右に対峙する一対の縦壁部と一対の縦壁部のそれぞれの一端部を互いに結合する横壁部と一対の縦壁部のうちの一方の縦壁部に装着された蝶ボルトとを備え、少なくとも前記横壁部が鉄製により構成され、前記蝶ボルトの雄ねじ部が前記一方の縦壁部に左右方向への貫通孔の内面に設けられた雌ねじ部に前記一方の縦壁部の外側から前記他方の縦壁部の側に向けて嵌め込まれ、前記蝶ボルトと前記他方の縦壁部との間に前記電池評価試料を挿入し、前記蝶ボルトが回転操作されて前記電池評価試料を前記他方の縦壁部とで挟み付けて支持し、前記永久磁石が前記内蓋の鉄製の内円部と前記試料保持部材の前記横壁部との両方を磁力で吸着することを特徴とする請求項１記載の電池評価試料収容装置。

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