KR102371142B1 - 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치 - Google Patents

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구니히로 다카오카
히데노리 다고모리
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가부시키가이샤 제이.이.티.
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Abstract

전해액 주액 구멍의 직경이 1.5㎜ 이상인 이차 전지에 적용할 수 있는 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치를 제공한다. 전해액 주액 구멍(26)이 마련된 덮개판(16)을 포함하는 전지 케이스(12)와, 상기 전해액 주액 구멍(26)을 밀봉하고 있는 밀봉 부재(28)를 구비한 이차 전지(10)의 제조 방법이며, 상기 전해액 주액 구멍(26)은, 상기 덮개판(16)의 상기 전지 케이스(12) 외면측을 향해 직경 확대되는 테이퍼면(34)을 갖고, 상기 전해액 주액 구멍(26)으로부터 상기 전지 케이스(12)에 전해액이 주입된 후에, 상기 전해액 주액 구멍(26)에 상기 밀봉 부재(28)가 배치된 셀(13)을 준비하는 준비 공정과, 상기 밀봉 부재(28)에 접촉시킨 혼(64)으로부터, 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재(28)를 상기 전해액 주액 구멍(26)에 압입하는 압입 공정을 구비한다.

Description

이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치{SECONDARY BATTERY PRODUCTION METHOD AND SECONDARY BATTERY PRODUCTION DEVICE}
본 발명은, 전지 케이스의 상면부를 구성하고 있는 덮개판에 형성된 전해액 주액 구멍이 밀봉 부재로 밀봉된 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치에 관한 것이다.
전지 케이스의 상면부를 구성하고 있는 덮개판에는, 전지 케이스의 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주액 구멍이 형성되어 있다. 그 전해액 주액 구멍으로부터 전지 케이스의 내부에 전해액이 주입되고, 주입 후, 전해액 주액 구멍은 밀봉된다. 밀봉하는 방법은, 알루미늄판과 일체화된 고무재를 전해액 주액 구멍에 삽입하여 가밀봉한 후, 알루미늄판과 덮개판을 레이저에 의해 심 용접함으로써 행해지고 있었다. 그러나 전해액 주액 구멍의 주위의 덮개판에는 전해액이 부착되어 있으므로, 레이저 용접 시에 스패터가 발생하기 쉬워, 용접 부분에 핀 홀이 형성됨으로써 밀폐 불량이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
이러한 문제에 대해, 예를 들어 특허문헌 1에는, 전해액 주액 구멍의 상부에 테이퍼면을 형성하고, 그 전해액 주액 구멍에 밀봉 부재로서의 금속구를 가압하고 압입하여 전해액 주액 구멍을 금속구로 밀봉한다고 하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 금속구가 변형되면서 전해액 주액 구멍의 테이퍼면에 삽입되어, 변형된 금속구에 의해 전해액 주액 구멍을 밀봉한다는 점에서, 용접 공정이 불필요해진다.
일본 특허 공개 제2010-15991호 공보
이차 전지 내부는 충방전 등에 의해 가스가 발생하여, 내부 압력이 상승하므로, 내부 압력을 초과하는 밀봉 후의 내압이 필요하다. 즉, 덮개판이 삽입된 밀봉 부재를 유지하는 유지력은 적어도 내부 압력(2㎫ 정도)을 초과할 필요가 있다.
상기 특허문헌 1의 방법에서는, 덮개판이 변형되지 않는 범위의 작은 압입 하중(150N 이하)으로 밀봉 부재를 전해액 주액 구멍에 삽입할 필요가 있다. 전해액 주액 구멍의 내경이 1㎜ 정도인 소형 이차 전지의 경우, 덮개판이 변형되지 않는 범위의 하중이라도, 상기 내부 압력을 초과하는 유지력이 얻어진다. 가령 전해액 주액 구멍의 내경이 2배가 되면, 유지력은 단순 계산으로 4배 필요해져, 덮개판이 변형되지 않는 범위의 하중으로 밀봉 부재를 전해액 주액 구멍에 삽입해도, 필요한 유지력이 얻어지지 않는다. 더 큰 유지력을 얻으려면, 삽입 시의 하중을 크게 할 필요가 있지만, 하중을 지나치게 크게 하면 덮개판이 변형되어 버린다. 따라서 상기 특허문헌 1의 방법은, 차량 탑재용 이차 전지와 같은 전해액 주액 구멍의 내경이 1.5㎜ 이상인 대형 이차 전지에 적용하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 전해액 주액 구멍의 내경이 1.5㎜ 이상인 이차 전지에 적용할 수 있는 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 이차 전지의 제조 방법은, 전해액 주액 구멍이 마련된 덮개판을 포함하는 전지 케이스와, 상기 전해액 주액 구멍을 밀봉하고 있는 밀봉 부재를 구비한 이차 전지의 제조 방법이며, 상기 전해액 주액 구멍은, 상기 덮개판의 상기 전지 케이스 외면측을 향해 직경 확대되는 테이퍼면을 갖고, 상기 전해액 주액 구멍으로부터 상기 전지 케이스에 전해액이 주입된 후에, 상기 전해액 주액 구멍에 상기 밀봉 부재가 배치된 셀을 준비하는 준비 공정과, 상기 밀봉 부재에 접촉시킨 혼으로부터, 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재를 상기 전해액 주액 구멍에 압입하는 압입 공정을 구비한다.
본 발명에 관한 이차 전지의 제조 장치는, 전지 케이스의 덮개판에 마련된 전해액 주액 구멍에 배치된 밀봉 부재에 접촉하고, 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재를 상기 전해액 주액 구멍에 압입하는 혼과, 상기 혼의 출력값의 시간 변화를 나타내는 출력값 파형, 및/또는 상기 혼의 침입량의 시간 변화를 나타내는 침입량 파형에 기초하여, 상기 밀봉 부재의 압입 상태의 양부를 판정하는 판정부를 구비한다.
본 발명에 따르면, 밀봉 부재에 압입 방향의 초음파 진동을 부여함으로써, 압입 시의 저항이 적어져, 덮개판이 변형되지 않는 범위의 작은 압입 하중으로 밀봉 부재를 원활하게 전해액 주액 구멍에 압입할 수 있다. 또한 초음파 진동이 부여되어 있음으로써 전해액 주액 구멍 표면과 밀봉 부재가 면 접촉하여, 매우 높은 유지력을 확보할 수 있다. 따라서 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치는, 전해액 주액 구멍의 내경이 1.5㎜ 이상인 이차 전지에 적용할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치가 적용되는 이차 전지를 도시하는 사시도이다.
도 2는 상기 이차 전지의 밀봉부의 부분 단면도이다.
도 3은 압입 전의 상기 이차 전지의 전해액 주액 구멍과 밀봉 부재를 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 장치를 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 실시 형태의 초음파 압입 장치를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법의 설명에 사용하는 개략도이다.
도 7은 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법의 설명에 사용하는 양품의 감시 결과의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법의 설명에 사용하는 불량품의 감시 결과의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법을 사용하여 제작된 샘플의 단면 사진이다.
도 10은 종래의 제조 방법으로 제작된 샘플의 단면 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
1. 전체 구성
(이차 전지의 구성)
먼저, 본 실시 형태에 관한 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치가 적용되는 이차 전지의 구성에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 이차 전지(10)는, 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 제조 장치가 적용되는 이차 전지의 일례이며, 직육면체 형상의 전지 케이스(12)와, 도시하지 않지만, 전지 케이스(12) 내부에 수용된 전극 조립체 및 전해액을 구비한다. 전지 케이스(12)는, 일단에 개구를 갖는 케이스 본체(14)와, 개구를 폐색하는 덮개판(16)을 갖는다. 전지 케이스(12)의 재질로서는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속이 사용된다. 케이스 본체(14)는, 바닥이 있는 각통 형상이다. 덮개판(16)은, 직사각형의 판상 부재이며, 정극 단자(18), 부극 단자(20), 안전 밸브(22) 및 밀봉부(24)가 마련되어 있다.
정극 단자(18)는 덮개판(16)을 두께 방향으로 관통하고 있고, 일단이 외측으로 돌출되고, 타단이 전지 케이스(12) 내에 있어서 전극 조립체의 정극판에 연결되어 있다. 마찬가지로, 부극 단자(20)는 덮개판(16)을 두께 방향으로 관통하고 있고, 일단이 외측으로 돌출되고, 타단이 전지 케이스(12) 내에 있어서 전극 조립체의 부극판에 연결되어 있다. 안전 밸브(22)는, 전지 케이스(12)의 내부가 소정 압력에 도달한 경우, 파단되어 개방된다.
밀봉부(24)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 전해액 주액 구멍(26)에 밀봉 부재(28)를 압입하여 형성된다. 밀봉 부재(28)는, 상부가 평탄하고, 덮개판(16)의 두께 방향으로 길이를 갖는 주위 방향의 영역에 있어서 전해액 주액 구멍(26) 표면과 면 접촉하고 있고, 하부가 구상이다. 밀봉 부재(28)는, 전해액 주액 구멍(26)의 후술하는 테이퍼면으로부터 스트레이트면에 걸치는 넓은 영역에서, 전해액 주액 구멍(26) 표면과 접촉하고 있다. 밀봉 부재(28)의 상부는, 덮개판(16)의 상면측으로부터 돌출되어 있고, 하부는, 덮개판(16)의 하면측으로부터 돌출되어 있다. 또한, 밀봉부(24)는, 밀봉 부재(28)가 덮개판(16)의 상면측으로부터 돌출되어 있지 않아도 된다. 또한, 밀봉 부재(28)가 덮개판(16)의 하면측으로부터 돌출되어 있지 않아도 된다. 전해액 주액 구멍(26) 표면과 밀봉 부재(28)의 접합면(30)은, 경계를 눈으로 보아서는 분간할 수가 없을 정도로 일체화되어 있다. 전해액 주액 구멍(26)과 밀봉 부재(28)는, 계면에 있어서 원자 레벨로 일체화되어 결합되어 있는 것이 바람직하다.
전해액 주액 구멍(26)은, 덮개판(16)을 두께 방향으로 관통하는, 최소 직경이 1.5㎜ 이상인 관통 구멍이다. 이하, 본 명세서에 있어서, 「전해액 주액 구멍(26)의 내경」이란, 전해액 주액 구멍(26)에 있어서의 최소 직경을 말한다. 도 3에 도시하는 전해액 주액 구멍(26)은, 덮개판(16)의 내면측의 내경 R1이 1.5㎜ 이상인 관통 구멍이며, 상기 덮개판(16)의 외부 표면측을 향해 직경 확대되는 테이퍼면(34)을 갖는다. 테이퍼면(34)은, 덮개판(16)의 외부 표면에 연속되는 외측 테이퍼면(35)과, 외측 테이퍼면(35)의 내부 표면측에 마련된 중간 테이퍼면(36)을 갖는다. 전해액 주액 구멍(26)은, 중간 테이퍼면(36)의 내부 표면측에, 스트레이트면(32)을 갖는다. 중간 테이퍼면(36)은, 외측 테이퍼면(35)과 스트레이트면(32) 사이에 형성되어 있다. 스트레이트면(32)은, 덮개판(16)의 내부 표면에 연속되어 있고, 축 방향에 평행한 내주면을 갖고, 내경 R1이 1.5㎜ 이상이다. 스트레이트면(32)의 중심축과 이루는 각(테이퍼각)은, 외측 테이퍼면(35) 쪽이, 중간 테이퍼면(36)보다 크다. 외측 테이퍼면(35)과 덮개판(16)의 외부 표면이 접하는 주위면의 직경 R2는, 밀봉 부재(28)의 직경 R3 이상의 크기이며, 밀봉 부재(28)의 직경 R3의 1.1∼1.15배인 것이 바람직하다. 외측 테이퍼면(35)은 적절하게 생략해도 되고, 예를 들어 중간 테이퍼면(36)과 스트레이트면(32)으로 구성해도 되고, 중간 테이퍼면(36)만으로 구성해도 된다.
밀봉 부재(28)는, 덮개판(16)과 동종 또는 이종의 재료로 형성된 구체이며, 직경 R3은 스트레이트면(32)의 내경 R1보다 큰 범위에서 적절하게 선택된다. 밀봉 부재(28)의 재질은, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속이며, 덮개판(16)의 재료의 금속보다 경도가 낮은 것이 바람직하다. 밀봉 부재(28)의 형상은, 구에 한정되지 않고, 원기둥 형상, 테이퍼 핀 형상, 리벳 형상이어도 된다. 구체는, 부품 비용도 저렴하고, 압입 시의 핸들링도 용이하여, 경사 압입 등의 압입 불량도 발생하기 어렵다는 점에서, 밀봉 부재(28)로서 가장 바람직하다. 밀봉 부재(28)는, 전해액 주액 구멍(26)의 내경 R1보다, 0.1∼1.0㎜ 크게 형성되어 있고, 예를 들어 전해액 주액 구멍(26)의 내경 R1이 2㎜인 경우, 밀봉 부재의 직경 R3은, 2.1∼3.0㎜인 것이 바람직하다. 밀봉 부재(28)는, 구체 또는 원기둥 형상인 경우, 직경이 전해액 주액 구멍(26)의 내경 R1보다, 0.1∼1.0㎜ 크게 형성되어 있다. 밀봉 부재(28)는, 테이퍼 핀 형상, 또는 리벳 형상인 경우, 전해액 주액 구멍(26)에 접하는 측면의 직경이 전해액 주액 구멍(26)의 내경 R1보다, 0.1∼1.0㎜ 크게 형성되어 있다.
예를 들어, 덮개판(16)과 일체로 형성되어 있는 정극 단자(18) 및 부극 단자(20)의 타단에, 전극 조립체의 정극 탭 및 부극 탭을 각각 용접하여, 개구로부터 케이스 본체(14)의 내부에 수용하고, 케이스 본체(14)의 개구에 덮개판(16)을 설치하여 용접한 후, 덮개판(16)에 마련된 전해액 주액 구멍(26)으로부터 전해액을 주입한다. 이 전지 케이스(12) 내에 전해액이 주입된 구성을, 본 명세서에서는 셀이라고 칭한다. 당해 셀의 덮개판(16)에 있어서의 전해액 주액 구멍(26)을 밀봉 부재(28)로 밀봉함으로써, 상기 이차 전지(10)를 얻을 수 있다.
(제조 장치의 구성)
제조 장치(40)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(42)와, 초음파 압입 장치(44)를 구비한다. 제어 장치(42)는, 연산 처리부(46), 기억부(48), 입력부(50), 표시부(52)를 갖는다. 연산 처리부(46)는, 구동 제어부(54)를 갖는다. 또한 연산 처리부(46)는, 판정부(56)를 가져도 된다. 초음파 압입 장치(44)는, 가압부(58)와, 초음파 부여부(60)를 갖는다. 초음파 부여부(60)는, 초음파 발진기(66)와, 컨버터(68)와, 부스터(70)를 갖는다.
연산 처리부(46)는, CPU(Central Processing Unit)를 구비하고 있고, 기억부(48)에 기억된 각종 프로그램에 따라서, 제조 장치(40) 전체를 통괄적으로 제어한다. 구동 제어부(54)는, 초음파 압입 장치(44)의 동작을 제어한다. 초음파 압입 장치(44)는, 구동 제어부(54)로부터 초음파 압입 장치(44)의 동작을 개시시키기 위한 제어 신호가 출력되면, 가압부(58) 및 초음파 발진기(66)를 동작시킨다. 또한, 구동 제어부(54)는, 제어 장치(42)와 다른 구성으로 해도 되고, 예를 들어 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 사용할 수도 있다.
판정부(56)는, 초음파 압입 장치(44)로부터 도입된 감시 데이터에 기초하여 감시 처리를 실행한다. 감시 처리의 상세에 대해서는 후술한다. 판정부(56)는, 감시 처리의 결과를 나타내는 데이터를 표시부(52)에 출력한다.
기억부(48)는, ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random access memory)을 구비한다. ROM에는, CPU에 의해 실행되는 구동 제어 처리나 감시 처리 등의 각종 프로그램이나, 이들 프로그램의 실행에 필요한 데이터를 저장한다. ROM에 저장된 각종 프로그램이나 데이터는 RAM에 로드되어 실행된다. 기억부(48)는, 예를 들어 감시 처리 프로그램의 실행 시에 필요한 데이터로서, 양품 하한 출력값, 양품 상한 출력값, 양품 하한 침입량, 및 양품 상한 침입량을 미리 저장하고 있다.
기억부(48)는, 하드 디스크 드라이브(HDD) 등의 자기 메모리, 또는 광 디스크 등의 광 메모리를 사용해도 된다. 또는 제어 장치(42)에 착탈 가능한 기록 매체에 각종 프로그램이나 데이터를 저장하는 것으로 해도 된다.
입력부(50)는, 데이터의 입력이 가능하면 어떠한 디바이스여도 되고, 예를 들어 터치 패널, 키보드 등이다. 작업자는, 입력부(50)를 사용하여, 문자, 숫자, 기호 등을 입력할 수 있다. 입력부(50)는, 유저에 의해 조작되면, 그 조작에 대응하는 신호를 생성한다. 그리고 생성된 신호는, 유저의 지시로서, 연산 처리부(46)에 출력된다.
표시부(52)는, 판정부(56)에서 처리된 감시 결과의 데이터를 표시한다. 표시부(52)는, 액정 디스플레이(LCD), 플라스마 디스플레이, 또는 유기 일렉트로 루미네선스(EL) 디스플레이 등의 디스플레이를 갖고, 판정부(56)로부터 출력된 데이터에 따라서 감시 처리의 결과를 표시한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 초음파 압입 장치(44)는, 기대(1)의 XY 평면에 직교하는 Z축으로 연장되는 가대(62)에 설치되어 있다. 초음파 압입 장치(44)는, Z축 방향을 압입 방향으로 하고, 덮개판(16)에 마련된 전해액 주액 구멍(26)에 배치된 밀봉 부재(28)에 접촉하고, 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재(28)를 상기 전해액 주액 구멍(26)에 압입하는 혼(64)을 구비한다. 혼(64)은 원기둥 형상의 부재이며, 선단은, 평탄해도 되고 복수의 볼록부가 형성되어 있어도 된다. 혼(64)의 기단은, 케이스(69)의 선단에 연결되어 있다. 기대(1) 상에는 홀더(78)가 마련되어 있다. 홀더(78)는, 압입 공정에 있어서의 셀(13)의 위치 결정을 함과 함께, 셀(13)의 전도를 방지한다. 홀더(78)는, 적어도 전지 케이스(12)의 저면측의 네 구석을 보유 지지한다.
가압부(58)는, 유압 실린더나 에어 실린더 등의 유체압 실린더, 또는 모터 등을 사용할 수 있고, 압입 축(71)으로부터 소정의 압입 하중을 혼(64)에 부여한다. 압입 축(71)은, 케이스(69)의 기단에 연결되어 있다. 가압부(58)에는, 로드셀(72)이 마련되어 있다. 로드셀(72)은, 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)으로 압입할 때, 혼(64)에 부여된 하중을 검출하고, 하중에 비례한 아날로그 신호를 출력한다. 로드셀(72)은, 예를 들어 압입 축(71)과 케이스(69) 사이에 마련할 수 있다. 압입 축(71)으로부터 케이스(69)에 부여되는 하중을 로드셀(72)이 검출함으로써, 밀봉 부재(28)에 가해진 압입 하중을 측정할 수 있다. 또한, 로드셀(72)은, 기대(1) 상에 설치해도 된다. 기대(1) 상에 설치된 로드셀의 위에 셀(13)을 적재하고, 셀(13)에 가해진 하중을 로드셀이 검출함으로써, 밀봉 부재(28)에 가해진 압입 하중을 측정할 수 있다.
가압부(58)에는, 리니어 스케일(리니어 인코더라고도 함)(74)이 마련되어 있고, 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입할 때, 압입 축(71)의 Z축 방향의 변위를 검출하여, 변위에 비례한 아날로그 신호를 출력한다. 리니어 스케일(74)이 압입 축(71)의 Z축 방향의 변위를 검출함으로써, 혼(64)의 침입량을 측정할 수 있다. 리니어 스케일(74) 대신에, 레이저 변위계 등의 위치 센서를 사용해도 된다.
초음파 부여부(60)는, 압입 방향인 Z축에 평행한 초음파 진동을, 혼(64)에 부여한다. 초음파 발진기(66)는, 20㎑ 이상의 전기 신호를 생성한다. 초음파 발진기(66)는, 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입할 때, 혼(64)에 부여된 초음파의 주파수에 비례한 아날로그 신호, 및 혼(64)에 부여된 초음파의 출력값에 비례한 아날로그 신호를 출력한다.
가압부(58) 및 초음파 발진기(66)로부터 출력된 각종 아날로그 신호는, A/D변환기(76)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 감시 데이터로서 각각 제어 장치(42)에 출력된다.
컨버터(68) 및 부스터(70)는, 케이스(69) 내에 마련되어 있다. 케이스(69)는, 원통 형상의 부재이며, 기단이 압입 축(71)의 선단에 연결되고, 선단이 혼(64)의 기단에 연결되어 있다. 즉, 압입 축(71)은, 케이스(69)를 통해 혼(64)에 연결되어 있다. 컨버터(68)는, 초음파 발진기(66)에 전기적으로 연결된 압전 소자로 구성되고, 초음파 발진기(66)로부터 전기 신호가 공급되면, 두께가 변화됨으로써, 전기 에너지를 진동 에너지로 변환한다. 컨버터(68)는, 두께 방향, 즉 진동 방향이, Z축에 평행해지도록 배치되고, 부스터(70)의 Z축 상측에 연결되어 있다. 부스터(70)는, 컨버터(68)의 진동 에너지를 증폭한다. 부스터(70)는, Z축의 하측이, 혼(64)의 기단부에 연결되어 있고, 증폭된 진동 에너지를 혼(64)에 전달한다. 이와 같이 하여 혼(64)은 Z축에 평행하게 진동한다.
2. 제조 방법
다음으로, 상기 제조 장치(40)를 사용한 이차 전지(10)의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 제조 방법은, 전해액이 주입된 후에, 전해액 주액 구멍(26)에 밀봉 부재(28)가 배치된 셀(13)을 준비하는 준비 공정과, 밀봉 부재(28)를 상기 전해액 주액 구멍(26)에 압입하는 압입 공정을 구비하지만, 상기 준비 공정은, 종래와 동일한 방법을 채용할 수 있으므로, 설명을 생략한다.
전해액 주액 구멍(26)에 밀봉 부재(28)가 배치된 셀(13)은, 덮개판(16)을 Z축 방향 상향으로 하여, XY 평면에 평행한 기대(1) 상에 배치되고, 홀더(78)에 의해 고정되어 있다. 덮개판(16)의 표면은 XY 평면에 평행하며, 전해액 주액 구멍(26)의 중심축은 Z축에 평행하게 배치된다(도 6). 혼(64)의 중심축을 전해액 주액 구멍(26)의 중심축에 맞추어, 혼(64)의 선단을 밀봉 부재(28)에 접촉시킨다. 이 상태에서 혼(64)은, 소정의 압입 하중으로 밀봉 부재(28)를 Z축 방향으로 압박하면서, Z축에 평행하게 진동하는 초음파 진동을 밀봉 부재(28)에 부여하면서, 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입한다. 압입 하중은, 60N 이상 150N 미만이 바람직하다. 압입 하중은, 130N 이하가 보다 바람직하고, 110N 이하가 더욱 바람직하다. 초음파 진동의 주파수는, 20㎑ 이상이다. 초음파 진동의 주파수는, 80㎑ 이하인 것이 바람직하다. 초음파 진동은, 압입 시간이 0.1∼1.0초 정도, 진폭이 5㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다.
혼(64)에 의해 압박된 밀봉 부재(28)는, Z축 방향으로 이동하고, 외측 테이퍼면(35), 중간 테이퍼면(36)에 접촉함으로써 변형하면서, 다시 전해액 주액 구멍(26) 내로 진입하여, 스트레이트면(32)에 압입된다. 압입 시간이 경과하면, 구동 제어부(54)는, 압입 동작을 정지시키는 제어 신호를 초음파 압입 장치(44)에 출력한다. 압입 동작을 정지시키는 제어 신호가 구동 제어부(54)로부터 출력되면, 초음파 압입 장치(44)는 가압부(58)를 구동시켜, 혼(64)을 밀봉 부재(28)로부터 이격되는 방향으로 이동시키고, 초음파 발진기(66)를 정지시킨다. 이상과 같이 하여, 전해액 주액 구멍(26)에 밀봉 부재(28)가 압입되어, 덮개판(16)과 밀봉 부재(28)가 일체화된 밀봉부(24)가 형성된다. 구동 제어부(54)는, 후술하는 감시 데이터에 기초하여, 침입량이 일정 값을 초과한 타이밍에, 압입 동작을 정지하는 제어 신호를 초음파 압입 장치(44)에 출력하는 것으로 해도 된다.
판정부(56)는, 기억부(48)로부터, 혼 출력값에 있어서의 양품 하한 출력값과 양품 상한 출력값, 및 침입량에 있어서의 양품 하한 침입량과 양품 상한 침입량을 읽어내고, 초음파 압입 장치(44)로부터 도입한 감시 데이터에 기초하여 감시 처리를 실행하고, 감시 결과의 데이터를 표시부(52)에 표시시킨다(도 7).
도 7은, 횡축이 시간(msec), 종축은, 압입 하중(N), 혼 진폭(％), 혼 출력값(％), 침입량(㎛)을 나타내고, 각 파형은 양품의 감시 결과를 나타낸다. 혼 진폭은, 미리 설정한 혼 진폭인 50㎛를 100으로 한 값이고, 혼 출력값은, 미리 설정한 혼 출력값인 400W를 100으로 한 값이다. 본 도면에 있어서, 혼 출력값의 파형을 출력값 파형, 침입량의 파형을 침입량 파형이라고 칭한다. 압입 상태가 정상인 경우, 압입 개시 후, 압입 하중, 혼 진폭 및 혼 출력값은, 안정적으로 일정 범위 내를 유지한다. 또한 침입량은, 밀봉 부재(28)가 변형되면서 테이퍼면(34)을 거쳐 전해액 주액 구멍(26) 내를 진입해 가므로, 시간 경과와 함께 증가하여, 스트레이트면(32)에 도달한 단계에서, 일정값 이하에 머무른다.
압입 상태의 이상은, 주로, 밀봉 부재(28)의 치수나, 전해액 주액 구멍(26)의 내경에 기인하여 일어나므로, 압입 개시 직후보다, 압입 개시 후, 소정 시간이 경과한 후의 감시 데이터에, 이상이 나타나기 쉽다.
본 실시 형태의 경우, 판정부(56)는, 압입 공정의 후반의 소정의 범위인 t1∼t2에 있어서의 혼 출력값이, 양품 하한 출력값 g1 이상, 양품 상한 출력값 g2 이하의 범위(이하, 「허용 출력값 영역」이라고도 칭함)인 경우, 양품이라고 판정한다. 양품 하한 출력값 g1과, 양품 상한 출력값 g2는, 미리 상기 방법에 의해, 복수의 샘플을 제작하여, 양품의 출력값 파형을 얻고, 당해 양품 출력값 파형으로부터 설정된 기준 출력값에 기초하여 설정할 수 있다. 기준 출력값은, 양품 출력값 파형의 t1∼t2에 있어서의 복수의 측정값을, 복수의 샘플 전체로 평균한 값으로 해도 된다. 양품 하한 출력값 g1과, 양품 상한 출력값 g2는, 기준 출력값에 대해, 예를 들어 ±20∼40％의 범위의 값으로 할 수 있다.
또한 판정부(56)는, 압입 공정의 후반의 소정의 범위인 t3∼t4에 있어서의 침입량이, 양품 하한 침입량 g3 이상, 양품 상한 침입량 g4 이하의 범위(이하, 「허용 침입량 영역」이라고도 칭함)인 경우, 양품이라고 판정한다. t3, t4는, 상기 t1, t2와 상이해도 되고, 동일해도 된다. 양품 하한 침입량 g3과, 양품 상한 침입량 g4는, 혼 출력값의 경우와 마찬가지로, 미리 얻어진 양품 침입량 파형으로부터 설정된 기준 침입량에 기초하여 설정할 수 있다. 기준 침입량은, 양품 침입량 파형의 t3∼t4에 있어서의 복수의 측정값을, 복수의 샘플 전체로 평균한 값으로 해도 된다. 양품 하한 침입량 g3과, 양품 상한 침입량 g4는, 기준 침입량에 대해, 예를 들어 ±20∼40％의 범위의 값으로 할 수 있다.
도 7에 나타내는 그래프의 압입의 개시로부터 종료까지의 소정의 범위인 t1∼t2에 있어서, 혼(64)의 출력값의 시간 변화를 나타내는 출력값 파형은, 양품 하한 출력값 g1 이상, 양품 상한 출력값 g2 이하이다. 따라서 판정부(56)는, 상기 범위에 있어서의 출력값 파형이 허용 출력값 영역 내라는 점에서, 당해 출력값 파형에 기초하는 이차 전지(10)의 압입 상태를 양품이라고 판정한다.
또한, 압입의 개시로부터 종료까지의 소정의 범위인 t3∼t4에 있어서, 혼(64)의 침입량의 시간 변화를 나타내는 침입량 파형은, 양품 하한 침입량 g3 이상, 양품 상한 침입량 g4 이하이다. 따라서 판정부(56)는, 상기 범위에 있어서의 침입량 파형이 허용 침입량 영역 내라는 점에서, 당해 침입량 파형에 기초하는 이차 전지(10)의 압입 상태를 양품이라고 판정한다.
한편, 도 8은, 불량품의 감시 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8의 압입의 개시로부터 종료까지의 소정의 범위인 t1∼t2에 있어서, 혼(64)의 출력값의 시간 변화를 나타내는 출력값 파형은, 양품 하한 출력값 g1 미만이다. 출력값 파형이 양품 하한 출력값 g1 미만이 된 것은, 밀봉 부재(28)가 지나치게 작거나, 또는 전해액 주액 구멍(26)이 지나치게 컸으므로, 밀봉 부재(28)가 저항 없이 전해액 주액 구멍(26)에 압입되어, 출력값이 저하되었기 때문이라고 생각할 수 있다. 따라서 판정부(56)는, 상기 범위에 있어서의 출력값 파형이 허용 출력값 영역 밖이라는 점에서, 당해 출력값 파형에 기초하는 이차 전지(10)의 압입 상태를 불량품이라고 판정한다.
또한, 압입의 개시로부터 종료까지의 소정의 범위인 t3∼t4에 있어서, 혼(64)의 침입량의 시간 변화를 나타내는 침입량 파형은, 양품 상한 침입량 g4를 초과하고 있다. 침입량 파형이 양품 상한 침입량 g4를 초과한 것은, 상기한 바와 마찬가지로, 밀봉 부재(28)가 지나치게 작거나, 또는 전해액 주액 구멍(26)이 지나치게 컸으므로, 밀봉 부재(28)가 전해액 주액 구멍(26)으로 깊이 진입하여, 침입량이 커졌기 때문이라고 생각할 수 있다. 따라서 판정부(56)는, 상기 범위에 있어서의 침입량 파형이 허용 침입량 영역 밖이라는 점에서, 당해 침입량 파형에 기초하는 이차 전지(10)의 압입 상태를 불량품이라고 판정한다.
상기한 바와 같이, 혼 출력값과 침입량은, 서로 연동하여 변화되므로, 판정부(56)는, 출력값 파형 및 침입량 파형 중 어느 한쪽의 감시 결과에 기초하여, 이차 전지(10)의 압입 상태의 양부를 판정할 수 있다. 판정부(56)는, 출력값 파형 및 침입량 파형의 양쪽의 감시 결과에 기초하여 이차 전지(10)의 압입 상태의 양부를 판정해도 된다. 또한 판정부(56)가, 감시 데이터에 기초하여, 출력값 파형이 허용 출력값 영역을 초과하였다고 판정한 경우, 또는 침입량 파형이 허용 침입량 영역을 초과하였다고 판정한 경우, 구동 제어부(54)는, 압입 동작을 정지하는 제어 신호를 초음파 압입 장치(44)에 출력하여, 압입 동작을 즉시 정지시켜도 된다.
혼 출력값에 대해, 상기 허용 출력값 영역 내에, 접합 상태가 양호하다고 할 수 있는 안정 출력값 영역을 설정해도 된다. 안정 출력값 영역은, 양품 하한 출력값 g1보다 큰 경고 하한 출력값과, 양품 상한 출력값 g2보다 작은 경고 상한 출력값 사이의 영역으로 한다. 경고 하한 출력값과 경고 상한 출력값은, 예를 들어 기준 출력값에 대해, ±10∼15％의 범위의 값으로 할 수 있다. 판정부(56)는, 출력값 파형이, 안정 출력값 영역 내인 경우, 접합 상태가 양호하다고 판정하고, 안정 출력값 영역을 초과하고 허용 출력값 영역 내인 경우, 신뢰성이 떨어지기는 하지만 사용에는 문제가 없다고 판정하고, 허용 출력값 영역을 초과하는 경우, 접합 상태가 불량이라고 판정한다.
또한 침입량에 대해, 혼 출력값과 마찬가지로, 허용 침입량 영역 내에, 압입 상태가 양호하다고 할 수 있는 안정 침입량 영역을 설정해도 된다. 안정 침입량 영역은, 양품 하한 침입량 g3보다 큰 경고 하한 침입량과, 양품 상한 침입량 g4보다 작은 경고 상한 침입량 사이의 영역으로 한다. 경고 하한 침입량과 경고 상한 침입량은, 예를 들어 기준 침입량에 대해, ±10∼15％의 범위의 값으로 할 수 있다. 판정부(56)는, 침입량 파형이, 안정 침입량 영역 내인 경우, 접합 상태가 양호하다고 판정하고, 안정 침입량 영역을 초과하고 허용 침입량 영역 내인 경우, 신뢰성이 떨어지기는 하지만 사용에는 문제가 없다고 판정하고, 허용 침입량 영역을 초과하는 경우, 접합 상태가 불량이라고 판정한다.
출력값 파형이 안정 출력값 영역을 초과하고 허용 출력값 영역 내인 경우, 또는 침입량 파형이 안정 침입량 영역을 초과하고 허용 침입량 영역 내인 경우, 판정부(56)는 신뢰성이 낮다고 판정하여, 표시부(52)에 경고 표시를 표시시키고, 유저에 대해 경고해도 된다.
또한 출력값 파형 및 상기 침입량 파형을, 압입 개시로부터 압입 종료까지의 시간마다의 복수의 구간으로 분할하여, 상기 복수의 구간의 각각에 대해, 상기 허용 출력값 영역, 상기 허용 침입량 영역, 상기 안정 출력값 영역, 상기 안정 침입량 영역을 설정해도 된다.
3. 작용 및 효과
본 실시 형태의 이차 전지(10)의 제조 방법은, 밀봉 부재(28)에 압입 방향으로 진동하는 초음파 진동을 부여하면서, 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입한다. 밀봉 부재(28)에 압입 방향의 초음파 진동을 부여함으로써, 압입 시의 저항이 적어져, 덮개판(16)이 변형되지 않는 범위의 작은 압입 하중으로 밀봉 부재(28)를 원활하게 전해액 주액 구멍(26)에 압입할 수 있다. 전해액 주액 구멍(26)의 형상을 따라 밀봉 부재(28)가 변형되고, 초음파 진동이 부여되어 있음으로써 전해액 주액 구멍(26) 표면과 밀봉 부재(28)가 면 접촉하여, 매우 높은 유지력을 확보할 수 있다. 따라서 본 실시 형태의 이차 전지(10)의 제조 방법은, 전해액 주액 구멍(26)의 내경이 1.5㎜ 이상인 이차 전지(10)에 적용할 수 있다.
밀봉 부재(28)는, 덮개판(16)을 구성하는 금속보다, 경도가 작은 금속으로 형성함으로써, 전해액 주액 구멍(26)의 형상을 따라 용이하게 변형되므로, 밀봉 부재(28)와 전해액 주액 구멍(26)의 접합면이 균일해져, 높은 유지력을 더 안정적으로 얻을 수 있다.
판정부(56)가, 혼 출력값과 침입량을 감시하여, 압입 상태의 양부를 판정함으로써, 제조 시의 압입 상태를 전수 확인하여, 밀봉부(24)의 압입 상태를 보증할 수 있다.
도 9는, 밀봉 부재(28)에 압입 방향의 초음파 진동을 부여하면서, 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입한 샘플의 밀봉부(24)의 단면 사진이다. 샘플은, 덮개판(16)의 두께가 1.4㎜, 전해액 주액 구멍(26)의 내경이 3㎜, 테이퍼면과 덮개판(16)의 외부 표면이 접하는 주위면의 직경이 3.6㎜, 구체로 이루어지는 밀봉 부재(28)의 직경이 3.2㎜이다. 상기 샘플에 있어서, 압입 하중을 110N으로 하고, 압입 방향의 초음파 진동(주파수 40㎑, 진폭 25㎛, 하중 100N)을 부여하여 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입하였다. 구체로 이루어지는 밀봉 부재(28)는, 덮개판(16)이 변형되지 않는 범위의 작은 압입 하중임에도 불구하고, 혼(64)에 의해 압박된 상부가 평탄 형상으로 변형된 상태에서, 덮개판(16)의 상면측으로부터 돌출되어 있다. 또한 밀봉 부재(28)는, 덮개판(16)의 테이퍼면으로부터 스트레이트면에 걸치는 영역에서 전해액 주액 구멍(26) 표면과 면 접촉하고 있는 것이 확인된다. 전해액 주액 구멍(26) 표면과 밀봉 부재(28)는 일체화되어 있어, 도 9에 있어서 전해액 주액 구멍(26) 표면과 밀봉 부재(28)의 경계는 확인할 수 없다. 밀봉 부재(28)의 하부는, 구상이며, 덮개판(16)의 하면측으로부터 돌출되어 있다. 이와 같이 형성된 밀봉부(24)는, 밀봉 부재(28)와 전해액 주액 구멍(26) 표면의 접촉 면적이 넓으므로, 더 높은 유지력을 발휘할 수 있다.
도 10은, 초음파 진동을 부여하지 않는 것 이외에는, 도 9와 동일한 샘플, 조건에서 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입한 샘플의 밀봉부(100)의 단면 사진이다. 밀봉 부재(28)는, 압입 후에도 거의 변형되지 않고 구체의 형상을 유지하고 있고, 스트레이트면(32)과 테이퍼면(34)의 경계에 있어서, 전해액 주액 구멍(26)과 선 접촉하고 있는 것이 확인된다. 밀봉 부재(28)의 하부는, 덮개판(16)의 하면측으로부터 돌출되어 있지 않다. 도 10에 있어서, 밀봉 부재(28)와 전해액 주액 구멍(26)이 접촉하고 있는 경계는, 확인할 수 있다. 이 밀봉부(100)는, 밀봉 부재(28)와 전해액 주액 구멍(26) 표면의 접촉 면적이 매우 작으므로, 유지력도 작다.
밀봉 부재(28)에 압입 방향의 초음파 진동을 부여하면서 밀봉 부재(28)를 전해액 주액 구멍(26)에 압입한 밀봉부(24)(도 9)는, 밀봉 부재(28)가 전해액 주액 구멍(26) 표면과 면 접촉하고 있음으로써, 도 10의 밀봉부(100)에 비해 200배의 내압 압력을 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지의 범위 내에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 제조 방법에서는, 전해액이 주입된 후에, 전해액 주액 구멍(26)에 밀봉 부재(28)가 배치된 셀(13)을 준비하는 준비 공정을 구비하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전해액이 주입된 셀(13)을 준비하는 준비 공정과, 상기 셀(13)의 전해액 주액 구멍(26)에 밀봉 부재(28)를 배치하는 배치 공정을 구비하는 것으로 해도 된다.
4. 실시예
복수의 시료를 제작하여, 효과를 확인하였다. 시료의 덮개판의 두께는 1.4㎜, 밀봉 부재는 구체로 하였다. 전해액 주액 구멍의 내경 R1, 테이퍼면과 덮개판의 외부 표면이 접하는 주위면의 직경 R2, 밀봉 부재의 직경 R3, 압입 하중은, 표 1에 나타내는 바와 같다. 또한, 밀봉 부재의 직경 R3은, 전해액 주액 구멍의 내경이 3㎜인 경우 3.2㎜, 전해액 주액 구멍의 내경이 2㎜인 경우 2.2㎜, 전해액 주액 구멍의 내경이 1㎜인 경우 1.15㎜로 하였다. 실시예 1과 비교예 21 이외의, 실시예 1∼6과 비교예 1∼21의 초음파 진동은, 주파수 40㎑, 진폭 25㎛로 하였다. 실시예 1∼6은, 압입 방향에 평행하게 진동하는 초음파 진동을 부여하고, 비교예 21은 압입 방향에 직교하는 방향으로 진동하는 초음파 진동을 부여하였다. 비교예 1∼20은 초음파 진동을 부여하지 않았다. 실제로 덮개판에 상술한 바와 같은 전해액 주액 구멍을 형성하고, 그 전해액 주액 구멍에 밀봉 부재를 압입한 후의 내압 압력을 측정하여, 밀봉부의 유지력을 평가하였다. 시험은, 덮개판 단체로 행하였다. 내압 시험에는, 수압식 벤트압 측정기를 사용하였다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1은 전해액 주액 구멍의 내경이 2㎜인 시료, 실시예 2∼6은 전해액 주액 구멍의 내경이 3㎜인 시료이다. 실시예 1∼6은, 압입 방향의 초음파 진동을 부여하면서 밀봉 부재를 전해액 주액 구멍에 압입함으로써, 덮개판이 변형되지 않는 충분히 작은 압입 하중이라도, 내경 2㎜ 이상의 전해액 주액 구멍을 갖는 이차 전지에 있어서, 약 25㎫ 이상의 큰 내압 압력이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 1은, 전해액 주액 구멍의 내경이 작은만큼, 실시예 2∼6에 비해 압입 하중이 작아지게 되고, 또한 실시예 2∼6과 동일 정도의 내압 압력이 얻어졌다.
한편, 비교예 1∼5는, 초음파 진동을 부여하고 있지 않은 것을 제외하고, 실시예 2∼6과 동일한 조건이며, 내압 압력이 실시예 2∼6의 1/200이었다. 이 사실로부터, 압입 방향의 초음파 진동을 부여함으로써, 내압 압력이 200배로 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 6∼20은, 전해액 주액 구멍의 내경이 서로 다른 예이다. 압입 하중을 동일한 150N으로 한 경우, 전해액 주액 구멍의 내경이 클수록 내압 압력이 작아져, 내경의 2㎜ 이상이면, 내압 압력이 2㎫ 미만이 된다. 이것으로부터, 초음파 진동을 부여하지 않고 밀봉 부재를 전해액 주액 구멍에 압입하는 종래의 방법은, 소정의 내부 압력을 얻을 수 없으므로, 내경 2㎜ 이상의 전해액 주액 구멍에는 적용할 수 없음을 알 수 있다.
비교예 6∼10은, 종래의 이차 전지의 구성 및 제조 방법에 대응하여, 전해액 주액 구멍의 내경을 1㎜, 압입 하중 150N으로 압입한 예이며, 내압 압력은 평균으로 7.6㎫였다. 실시예 1∼6은, 비교예 6∼10과 비교해도, 3배 이상의 내압 압력이 얻어진다. 이것으로부터, 압입 방향의 초음파 진동을 부여함으로써, 전해액 주액 구멍의 내경이 1㎜인 종래의 이차 전지와 비교하여, 더 작은 압입 하중으로, 더 큰 내압 압력을 구비한, 전해액 주액 구멍의 내경이 2㎜ 이상인 이차 전지를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
비교예 21은, 압입 방향에 직교하는 방향(도 5에 있어서의 XY 방향)으로 진동하는 초음파 진동을 부여하면서, 밀봉 부재를 전해액 주액 구멍으로 압입한 예이다. 비교예 21은, 실시예 1∼6과 동등한 내압 압력(25㎫)이 얻어지기는 하지만, 압입 하중이 157N이며, 압입 시에 실시예 1과 비교하여, 더 큰 압입 하중이 필요함을 알 수 있다.
이상으로부터, 본 실시 형태의 이차 전지의 제조 방법은, 밀봉 부재에 압입 방향의 초음파 진동을 부여하면서, 밀봉 부재를 전해액 주액 구멍에 압입함으로써, 더 작은 압입 하중으로 밀봉 부재를 압입할 수 있음과 함께, 더 큰 내압 압력을 갖는 전해액 주액 구멍의 내경이 2㎜ 이상인 이차 전지를 제조할 수 있다.
Figure 112019133347577-pat00001
10: 이차 전지
12: 전지 케이스
13: 셀
16: 덮개판
26: 전해액 주액 구멍
28: 밀봉 부재
40: 제조 장치
56: 판정부
58: 가압부
60: 초음파 부여부
64: 혼

Claims (6)

  1. 전해액 주액 구멍이 마련된 덮개판을 포함하는 전지 케이스와, 상기 전해액 주액 구멍을 밀봉하고 있는 밀봉 부재를 구비한 이차 전지의 제조 방법이며,
    상기 전해액 주액 구멍은, 상기 덮개판의 상기 전지 케이스 외면측을 향해 직경 확대되는 테이퍼면을 갖고, 상기 전지 케이스 내면측의 내경이 1.5㎜ 이상이며,
    상기 전해액 주액 구멍으로부터 상기 전지 케이스에 전해액이 주입된 후에, 상기 전해액 주액 구멍에 상기 밀봉 부재가 배치된 셀을 준비하는 준비 공정과,
    상기 밀봉 부재에 접촉시킨 혼으로부터, 150N 미만의 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재를 상기 전해액 주액 구멍에 압입하는 압입 공정을
    구비하는, 이차 전지의 제조 방법.
  2. 전해액 주액 구멍이 마련된 덮개판을 포함하는 전지 케이스와, 상기 전해액 주액 구멍을 밀봉하고 있는 밀봉 부재를 구비한 이차 전지의 제조 방법이며,
    상기 전해액 주액 구멍은, 상기 덮개판의 상기 전지 케이스 외면측을 향해 직경 확대되는 테이퍼면을 갖고,
    상기 전해액 주액 구멍으로부터 상기 전지 케이스에 전해액이 주입된 후에, 상기 전해액 주액 구멍에 상기 밀봉 부재가 배치된 셀을 준비하는 준비 공정과,
    상기 밀봉 부재에 접촉시킨 혼으로부터, 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재를 상기 전해액 주액 구멍에 압입하는 압입 공정을
    구비하고,
    상기 압입 공정은, 상기 혼의 출력값의 시간 변화를 나타내는 출력값 파형, 및/또는 상기 혼의 침입량의 시간 변화를 나타내는 침입량 파형에 기초하여, 상기 밀봉 부재의 압입 상태의 양부를 판정하는 것을 포함하는, 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는 구체인, 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 덮개판의 재료는 금속이고, 상기 밀봉 부재의 재료는 상기 덮개판의 재료인 금속보다 경도가 낮은 금속인, 이차 전지의 제조 방법.
  5. 전지 케이스의 덮개판에 마련된 전해액 주액 구멍에 배치된 밀봉 부재에 접촉하고, 압입 하중과, 압입 방향에 평행한 주파수 20㎑ 이상의 초음파 진동을 부여하면서, 상기 밀봉 부재를 상기 전해액 주액 구멍에 압입하는 혼과,
    상기 혼의 출력값의 시간 변화를 나타내는 출력값 파형, 및/또는 상기 혼의 침입량의 시간 변화를 나타내는 침입량 파형에 기초하여, 상기 밀봉 부재의 압입 상태의 양부를 판정하는 판정부를 구비하는,
    이차 전지의 제조 장치.
  6. 삭제
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114421100B (zh) * 2021-10-15 2023-08-01 芜湖天弋能源科技有限公司 一种锂电池注液孔矫正注液装置
KR20230060813A (ko) * 2021-10-28 2023-05-08 (주) 에스피시스템스 캡조립체의 측면 배치 구조
CN217334362U (zh) * 2022-06-20 2022-08-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 端盖、端盖组件、电池单体、电池及用电装置
CN115295981B (zh) * 2022-10-10 2022-12-16 南通科瑞恩智能装备有限公司 一种封口设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040161666A1 (en) * 2003-02-12 2004-08-19 Medtronic, Inc. Hermetic seal for a fluid fill hole and related method for use in an implantable electrochemical cell
JP2010015991A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Samsung Sdi Co Ltd 電解液注入口を備える二次電池及びその製造方法
JP2011072990A (ja) * 2009-09-07 2011-04-14 Iai:Kk 超音波振動ユニットと超音波圧入装置と超音波圧入方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3614891B2 (ja) * 1994-08-02 2005-01-26 日本電池株式会社 密閉型電池
JP3652069B2 (ja) * 1997-06-26 2005-05-25 日立マクセル株式会社 角形密閉式蓄電池およびその製造方法
JP4621555B2 (ja) * 2005-07-14 2011-01-26 富士重工業株式会社 圧入装置及び圧入方法
CN101465415B (zh) * 2009-01-07 2010-12-08 广州兰格电气设备有限公司 电解液注液头
US20110300414A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-08 Woonseong Baek Cap assembly and rechargeable battery having the same
JP6142532B2 (ja) * 2010-06-30 2017-06-07 株式会社Ｇｓユアサ 二次電池の製造方法、二次電池及び組電池
US10090515B2 (en) * 2011-05-11 2018-10-02 Gridtential Energy, Inc. Bipolar hybrid energy storage device
JP2013062199A (ja) * 2011-09-14 2013-04-04 Toshiba Corp 密閉形電池
WO2014033822A1 (ja) * 2012-08-28 2014-03-06 日立ビークルエナジー株式会社 角形二次電池
US9147865B2 (en) * 2012-09-06 2015-09-29 Johnson Controls Technology Llc System and method for closing a battery fill hole
US10797276B2 (en) * 2013-12-30 2020-10-06 Gridtential Energy, Inc. Sealed bipolar battery assembly
CN205194778U (zh) * 2015-11-25 2016-04-27 山东超威电源有限公司 一种铅酸蓄电池全自动抽真空装置
US20190140220A1 (en) * 2017-11-07 2019-05-09 Pacesetter, Inc. Battery with electrically insulating container

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040161666A1 (en) * 2003-02-12 2004-08-19 Medtronic, Inc. Hermetic seal for a fluid fill hole and related method for use in an implantable electrochemical cell
JP2010015991A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Samsung Sdi Co Ltd 電解液注入口を備える二次電池及びその製造方法
JP2011072990A (ja) * 2009-09-07 2011-04-14 Iai:Kk 超音波振動ユニットと超音波圧入装置と超音波圧入方法

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