CN104064804A - 用于制造密闭型电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造密闭型电池的方法，包括：将电解液（E）注入外壳（30）中；将检测气体导入所述外壳（30）中；以及检测被导入所述外壳（30）中的所述检测气体的泄漏；其中，为了将所述电解液（E）注入所述电池容器（30）中，通过向储存所述电解液（E）的电解液罐（122）中供给与所述检测气体相同种类的气体而对所述电解液罐（122）加压，来将所述电解液罐（122）中的所述电解液（E）压送到所述外壳（30）中。

Description

用于制造密闭型电池的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造密闭型电池的方法，所述方法包括将电解液注入电池容器中的注液步骤、将检测气体导入电池容器中的导入步骤和检测被导入电池容器中的检测气体的泄漏的泄漏检测步骤。

背景技术

在一些情况下，以这样的方式制造密闭型电池：将通过层叠或卷绕正极、负极和隔板而形成的电极体收纳在电池容器中，将电解液注入电池容器中，此后密闭电池容器。电极体在电解液渗浸到电极体中时变成发电元件。作为在这种密闭型电池的制造过程中注入电解液的措施，存在日本专利申请公报No.2007-173063（JP2007-173063A）中公开的技术等。

根据JP2007-173063A中公开的技术，使用电解液罐、注射器和注液喷嘴来注射电解液。电解液罐储存电解液并且通过电解液供给管与注射器连接。注射器具有作为电解液腔室的内部空间并与注液喷嘴连接。注射器和注液喷嘴的接合部通过注液阀而开放或闭塞。根据JP2007-173063A中公开的技术，用氮对电解液罐加压，并且电解液被压送到注射器中的电解液腔室。此时，根据JP2007-173063A中公开的技术，注液阀在电解液腔室和注液喷嘴之间闭塞并且电解液充填在电解液腔室中。此外，根据JP2007-173063A中公开的技术，注液阀打开并且从电解液腔室注射电解液。

在密闭型电池的制造过程中，为了防止水分浸入电池容器中和使电池性能劣化，在密闭电池容器之后执行检测泄漏的泄漏检测步骤。在泄漏检测步骤中，例如，将收纳电池容器的腔室内部抽真空并使用氦泄漏检测器测量单位时间从检测区域（电池容器的内部空间）泄漏的氦量。在泄漏检测步骤中，比较测量结果（也就是氦泄漏检测器的输出值）与检测阈值M1（参见图14）并确认电池容器的密闭性。

JP2007-173063A中公开的技术使用氮来压送电解液，且因此电解液罐的内部空间中存在大量氮。因而，氮主要溶解在储存在电解液罐中的电解液中。换言之，如图12所示，当使用JP2007-173063A中公开的技术来执行注液步骤时，包含氮的电解液被注入电池容器中。

如图13所示，电解液中包含的氮在电解液渗浸到电极体中时扩散到检测区域中，并且检测区域中的氦浓度由此被稀释（参见图13中用双点划线示出的N₂）。因此，当通过JP2007-173063A中公开的技术来注射电解液时，在电池容器被密闭之后，检测区域中的氦浓度由于氮的扩散而下降。也就是说，根据JP2007-173063A中公开的技术，在泄漏检测步骤之前无法维持检测区域的氦浓度，结果，在泄漏检测步骤期间检测区域的氦浓度下降。

在这种情况下，由于从电池容器被密闭时到泄漏检测步骤被执行时的时间间隔变化，故泄漏检测步骤期间检测区域中的氦浓度变动（参见图11所示的相关技术的曲线）。因此，当检测区域中的氦浓度如图14中的曲线G11所示由于氦浓度的变动的影响而大幅下降时，单位时间泄漏的氦的量减小，导致总体上小的值。

如图14所示，通过考虑像这样检测区域中的氦浓度低的情况来设定泄漏检测步骤的检测阈值M1。也就是说，在泄漏检测步骤期间检测区域的氦浓度具有最小值的情况下，当单位时间的氦泄漏量变成指定值N时将氦泄漏检测器的输出值设定为检测阈值M1。因而，在当检查单位时间的氦的泄漏量N0略小于指定量N的电池容器时检测区域的氦浓度由于氦浓度的变动的影响而比氦浓度的最小值高的情况下，氦泄漏检测器的输出值可能以比较高的比例超过检测阈值M1（参见图14所示的点和曲线G12）。

也就是说，在使用JP2007-173063A中公开的技术来注射电解液的情况下，可能会以比较高的比例将良品误判为不良品（参见图14所示的误判区域R11）。换言之，当使用JP2007-173063A中公开的技术注射电解液时，泄漏检测步骤中的误判率有可能恶化。

发明内容

本发明提供一种能降低泄漏检测步骤中的误判率的用于制造密闭型电池的方法。

根据本发明的用于制造密闭型电池的方法的一个方面包括以下步骤：

将电解液注入电池容器中；

将检测气体导入所述电池容器中；

通过检测被导入所述电池容器中的所述检测气体的泄漏来进行检查；以及

为了将所述电解液注入所述电池容器中，通过向储存所述电解液的储存装置供给压送气体而对所述储存装置加压，来压送所述储存装置中的所述电解液；

其中，使用与所述检测气体相同种类的气体作为所述压送气体。

本发明实现了能降低泄漏检测步骤中的误判率的效果。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是示出电池的整体结构的说明图；

图2是示出电池的制造过程的说明图；

图3是示出注液单元的说明图；

图4是示出设置注液喷嘴的状况的说明图；

图5是示出用氦压送电解液的状况的说明图；

图6是示出电解液被注入外壳内的状况的说明图；

图7是示出混有氦的电解液的说明图；

图8是示出在注液孔被密封之后氦扩散到检测区域中的状况的说明图；

图9是示出泄漏检测步骤中的检测阈值的图示；

图10是示出单位时间的氦泄漏量和氦泄漏检测器的输出值之间的关系的图示；

图11是示出注液孔被密封之后的经过时间和检测区域中的氦浓度之间的关系的图示；

图12是示出混有氮的电解液的说明图；

图13是示出在电池容器被密闭之后氮扩散到检测区域中的状况的说明图；以及

图14是示出相关技术中单位时间的氦泄漏量和氦泄漏检测器的输出值之间的关系的图示。

具体实施方式

下文说明根据实施例的用于制造密闭型电池的方法（下文简称为“制造方法”）。

首先，将说明作为根据本发明的密闭型电池的实施例的电池的概略结构。

该实施例的电池10是密闭型锂离子二次电池。顺便说一下，本发明适用的对象并不限于锂离子二次电池，而是包括其它密闭型电池，例如镍氢二次电池。

如图1所示，电池10包括发电元件20、外壳30、帽盖40以及外部端子50和50。

发电元件20是通过使电解液E渗浸到通过层叠或卷绕正极、负极和隔板所获得的电极体60中而形成的（参见图2）。在电池10的充电期间，发电元件20中发生化学反应（严格地讲，正极和负极之间经由电解液E发生离子迁移）并且产生电流。

作为电池容器的外壳30是具有收纳部31和盖部32的长方体形柱状盒体。

收纳部31是具有一个开口面的有底长方体形筒状部件并且将发电元件20收纳在其中。

盖部32是形状与收纳部31的开口面对应并在收纳部31的开口面闭塞的状态下与收纳部31接合的平板状部件。在盖部32中，如下所述，在***外部端子50和50的位置之间，开有用于注入电解液E的注液孔33。

注液孔33在俯视图中为大致圆形的孔，其中内径尺寸在盖部32的外侧和内侧之间不同。注液孔33形成有比下侧（内侧）内径大的上侧（外侧）内径。

顺便说一下，本实施例的电池形成为长方体形电池，其中外壳形成为有底的长方体形筒状。然而，不限于此，例如，本实施例的电池也可适用于外壳形成为有底圆筒状的圆筒状电池。

帽盖40密封注液孔33。帽盖40形成为与注液孔33的上侧大致相同的形状。帽盖40被置于注液孔33的下侧并且其外周部通过激光焊接与盖部32接合。

各个外部端子50和50以其一部分从盖部32的外侧面突出到电池10的上侧（外部）的状态配置。各个外部端子50和50通过集电端子51和51之一与发电元件20的正极或负极电连接。各个外部端子50和50通过将固定部件34装配在其外周面部中而在相对于盖部32绝缘的状态下被固定，其中绝缘部件52和53***在外部端子50和盖部32之间。外部端子50和50及集电端子51和51作为将储存在发电元件20中的电力引出到外部或将外部电力引入发电元件20中的通电路径工作。各集电端子51和51连接到发电元件20的正极板或负极板。作为用于集电端子51和51的材料，例如，能在正极侧采用铝，能在负极侧采用铜。

各外部端子50和50的在突出到电池10外侧的部位进行了滚丝加工并且形成螺栓部。在电池10的实际使用期间，汇流条的连接端子和外部装置的外部端子借助该螺栓部紧固和固定在外部端子50和50上。在紧固和固定时，对外部端子50和50施加紧固转矩，同时通过螺旋紧固施加沿轴向的外力。因而，作为用于外部端子50和50的材料，优选使用诸如铁等的高强度材料。

接下来将说明根据实施例的制造方法。

根据该制造方法，利用诸如模涂布机等的涂覆机器将混合物（正极混合物和负极混合物）涂覆在集电体（正极集电体和负极集电体）的表面上，然后使混合物干燥。根据该制造方法，通过对集电体的表面上的混合物进行压力加工而在集电体的表面上形成混合物层（正极混合物层和负极混合物层）。

根据该制造方法，通过这种工艺制造的正极和负极与隔板被层叠或卷绕而形成电极体60（参见图2）。随后，在该制造方法中，将一体形成在外壳30的盖部32上的外部端子50和50及集电端子51和51连接到电极体60，并且将电极体60收纳在外壳30的收纳部31中。此后，根据该制造方法，通过焊接使外壳30的收纳部31与盖部32接合和密封。

如图2所示，在密封外壳30之后，在该制造方法中执行从注液孔33将电解液E注入外壳30中（电池容器中）的注射步骤（参见图2所示的箭头E）。下面将详细说明注液步骤的程序。

在将电解液E注入外壳30中之后，执行从注液孔33将氦He导入外壳30中的导入步骤（参见图2所示的箭头He）。根据该制造方法，例如，以这样的方式执行导入步骤：将连接到指定的氦供给源并能喷射氦He的喷嘴***注液孔33中，并且从喷嘴喷射氦He。

执行导入步骤的措施并不限于此。也就是说，导入步骤也能以这样的方式执行：将外壳收纳在腔室中，并且在将腔室的内部抽真空之后，将氦导入腔室内。

在将氦He导入外壳30内之后，根据该制造方法，用帽盖40密封注液孔33。此时，将帽盖40置于注液孔33上，通过激光焊机沿着帽盖40的外周部照射激光，并密封注液孔33（参见图2所示的黑色三角形）。

在密封注液孔33之后，根据该制造方法，执行检测被导入检测区域T中的He的泄漏（也就是外壳30的密闭程度）的泄漏检测步骤。此时，将外壳30收纳在腔室131内，并且将腔室131的内部抽真空。此后，根据该制造方法，使用市售的氦泄漏检测器来检查单位时间从外壳30的内部空间（下文表示为“检测区域T”，参见图1）泄漏的He的量。

然后，根据该制造方法，基于氦泄漏检测器的输出值来判断外壳30中是否存在泄漏。亦即，根据该制造方法，当氦泄漏检测器的输出值小于检测阈值M2（参见图9）时，判断为外壳30不存在泄漏，而当氦泄漏检测器的输出值在检测阈值M2以上时，判断为外壳30存在泄漏。因而，在本实施例中，用于判断外壳30的泄漏的检测气体为氦He。

顺便说一下，检测气体并不限于像本实施例的氦。然而，可使用氦。这是因为，当使用He时，与其它检测气体相比能在电池的制造过程中获得这样的有利效果：能防止电池性能受影响，并且由于氦的分子直径小，故能检测来自微细孔的泄漏。此外，根据该制造方法，当导入氦时，可导入通过混合氦和除氦以外的气体而获得的混合气体。

在执行泄漏检测步骤之后，在该制造方法中执行电池10的初始充电和电压检测。根据该制造方法，由此制造出密闭型电池10。

随后，将说明注液步骤的程序。

首先，将参照图3说明在注液步骤中所用的注液单元120的结构。

注液单元120包括氦供给源121、电解液罐122、阀123和注液喷嘴124。

氦供给源121储存高压氦。氦供给源121通过调节器121a和氦供给管121b连接到电解液罐122。氦供给管121b的一个端部位于比电解液罐122的液面高的位置，更具体地，在电解液罐122的上表面附近。氦供给管121b的另一个端部位于电解液罐122的外侧。氦供给源121将由调节器121a调节到指定压力的氦He供给到电解液罐122。

换言之，注液单元120包括将氦供给源121中的氦He供给到电解液罐122的氦供给路径C1。

电解液罐122在密闭状态下储存电解液E。电解液罐122通过电解液供给管122a和阀123连接到注液喷嘴124。通过供给来自氦供给源121的氦He来对电解液罐122加压。电解液供给管122a的一个端部延伸到比电解液罐122的液面低的位置，更具体地，在电解液罐122的底面附近。电解液供给管122a的另一个端部位于电解液罐122的外侧。

也就是说，注液单元120形成为使得电解液罐122中的电解液E能从电解液供给管122a的一个端部朝注液喷嘴124被压送。因而，注液单元120包括将电解液罐122的电解液E供给到注液喷嘴124的电解液供给路径C2。

阀123配置在电解液供给路径C2上并且打开或关闭电解液供给路径C2。

注液喷嘴124配置在注液孔33的上方（参见图4），例如与缸筒的杆连结，并且能升降。

如此构成的注液单元120安装在例如处于大气压下的设备中。

在注液步骤中，使用这种注液单元120将电解液E注入如下所示的外壳30内。顺便说一下，在注液步骤中，阀123关闭。

首先，如图4所示，根据该制造方法，将注液喷嘴124设置在外壳30上。也就是说，根据该制造方法，使注液喷嘴124下降并将注液喷嘴124的喷射口也就是下端部***注液孔33中（参见图4所示的箭头）。此时，外壳30处于内部压力未被调节、也就是处在大气压下的状态。

如图5和图6所示，在设置好注液喷嘴124之后，根据该制造方法，将电解液E注入外壳30内。也就是说，根据该制造方法，将阀123控制成打开电解液供给路径C2。因而，在该制造方法中，将电解液E从由氦He加压的电解液罐122朝注液喷嘴124压送（参见图5所示的氦He和电解液E）。

被压送到注液喷嘴124的电解液E从注液喷嘴124的喷射口放出到外壳30内（参见图6所示的电解液E）。

在注入了一定量的电解液E之后，根据该制造方法，将阀123控制成关闭电解液供给路径C2，并且使注液喷嘴124上升到下降之前的高度位置。根据该制造方法，通过对由指定输送装置输送的外壳30执行一系列这样的操作来连续执行注液步骤。

因而，在注液步骤中，通过将氦He供给到电解液罐122且由此对电解液罐122加压来将电解液罐122中的电解液E压送到外壳30中。因此，在本实施例中，用于压送电解液E的压送气体是氦He。此外，电解液罐122是用于储存电解液E的液体储存装置。

这里，作为用于压送电解液E的压送气体，从低成本和不影响电池性能的观点来看，优选使用氮。在这种情况下，电解液罐的内部空间中大量存在氮并且大部分氮溶解在电解液罐内的电解液中。因此，在这种情况下，包含氮的电解液被注入外壳内（参见图12所示的氮N₂）。

注入外壳30内的电解液E随着时间推移而渗浸到电极体60中。当注入包含氮的电解液时，在电解液渗浸期间，氮扩散到检测区域中并且检测区域中的氦浓度被稀释（参见图13中用双点划线示出的N₂）。

因而，根据本实施例的制造方法，采用He作为用于压送电解液E的压送气体。也就是说，如图7所示，根据本实施例的制造方法，将有意地混入氦He的电解液E注入外壳30内（参见图7所示的氦He）。

据此，如图8所示，该制造方法能在电解液E渗浸到电极体60中时使氦He扩散到检测区域T中（参见图8中用双点划线示出的氦He）。因此，该制造方法即使在电解液E在从密封注液孔33到执行泄漏检测步骤的时间段渗浸到电极体60中且混入电解液E中的气体扩散到检测区域T中时也能抑制检测区域T中的氦浓度下降。也就是说，该制造方法即使在电解液的渗浸程度前行且混入电解液E中的富余气体扩散到检测区域T中时也能维持检测区域T的氦浓度。

因此，即使在从注液孔33被密封时到执行泄漏检测步骤时的时间间隔变长时也能对检测区域T中的氦浓度高到一定程度的外壳30施行泄漏检测步骤。也就是说，根据该制造方法，与相关技术（采用氮作为压送气体的情况）相比，能提高泄漏检测步骤期间检测区域T中的氦浓度的最小值。

根据该制造方法，能增加在泄漏检测步骤期间从检测区域T泄漏的氦He的量。因此，如图9所示，根据该制造方法，能提高泄漏检测器的输出值（参见图9所示的箭头）。

顺便说一下，图9所示的曲线G1是示出在本实施例的制造方法中当泄漏检测步骤期间的氦浓度为最小值时单位时间的氦He泄漏量和氦泄漏检测器的输出值之间的关系的曲线。此外，图9所示的曲线G11是示出在相关技术中当泄漏检测步骤期间的氦浓度为最小值时单位时间的氦He泄漏量和氦泄漏检测器的输出值之间的关系的曲线。在像图9那样以横轴示出单位时间的氦He泄漏量且以纵轴示出氦泄漏检测器的输出值的曲线G1和G11中，在泄漏检测步骤期间检测区域T中的氦浓度对应于曲线G1和G11的梯度/斜度。

考虑在泄漏检测步骤期间检测区域T中的氦浓度为最小值的这种情况来确定检测阈值M2。也就是说，将即使在泄漏检测步骤期间检测区域T的氦浓度为最小值时也能确实地检测出发生泄漏的外壳30的值设定为检测阈值M2。具体地，将在泄漏检测步骤期间检测区域T中的氦浓度为最小值的情况下曲线G1中单位时间的氦He泄漏量变成指定值N的氦泄漏检测器的输出值设定为检测阈值M2。

也就是说，根据该制造方法，通过提高在泄漏检测步骤期间检测区域T中的氦浓度的最小值，来提高氦泄漏检测器的输出值，并由此提高泄漏检测步骤期间的检测阈值M2。因此，该制造方法在泄漏检测中具有高灵敏度。

此外，该制造方法即使在电解液E渗浸到电极体60中的程度变动且扩散到检测区域T中的气体量变动时也能防止检测区域T中的氦浓度变动。也就是说，该制造方法能使泄漏检测步骤期间检测区域T中的氦浓度的最大值和最小值之差比相关技术的小。

也就是说，该制造方法即使在从注液孔33被密封时到执行泄漏检测步骤时的时间间隔如图10所示的曲线G1和G2那样变动时也能稳定氦泄漏检测器的输出值。

顺便说一下，图10所示的曲线G2是示出在本实施例的制造方法中在泄漏检测步骤期间的氦浓度为最大值的情况下单位时间的氦He泄漏量和氦泄漏检测器的输出值之间的关系的曲线。此外，图10所示的曲线G12是示出在相关技术中当泄漏检测步骤期间的氦浓度为最大值时单位时间的氦He泄漏量和氦泄漏检测器的输出值之间的关系的曲线。

如图10所示，该制造方法即使在检查单位时间的氦泄漏量N0比作为检测NG的指定量N稍小的外壳30时也能通过稳定氦泄漏检测器的输出值来防止氦泄漏检测器的输出值以比较高的比例超过检测阈值M2（参见图10所示的点）。也就是说，该制造方法能降低泄漏检测步骤中的误判率，因为通过采用氦He作为压送气体，能防止当电解液E渗浸到电极体60中时检测区域T中的氦浓度下降（参见图10和图14中的误判区域R1和R11）。

此外，该制造方法能在不在电解液供给路径C2上设置用于脱除混入电解液E中的气体的脱气装置的情况下防止检测区域T中的氦浓度下降。

因此，该制造方法能削减制造电池10的设备所需的成本和空间。

因而，该制造方法使用氦He也就是与检测气体相同种类的气体作为用于压送电解液E的压送气体。当采用氢气作为检测气体时，在该制造方法中使用氢气作为压送气体。

接下来，将说明在使用本实施例的制造方法注入电解液E时检测区域T中的氦浓度和注液孔33被密封之后的经过时间之间的关系的测量结果。

在测量中，制备使用本实施例的制造方法注入电解液E的外壳30作为根据本发明的试件。此外，在测量中，以这样的方式制备用于比较示例的试件（参见图12）：使用氮作为压送气体将电解液E注入外壳30内，并且以与本实施例的制造方法相同的程序密封注液孔33。在根据本发明的试件和用于比较示例的试件中，将氦He导入外壳30内以使得在氦导入期间检测区域T具有彼此相同的氦浓度。

在测量中，以这样的方式测量氦浓度：在将各试件静置一定时间之后，在外壳30中形成孔并将氦浓度计的头部快速推入该孔，并且在一定时间之后测量检测区域T的氦浓度。如图11所示，在测量中，制备多个相应试件，并且通过改变静置时间来测量检测区域T中的氦浓度。

在比较示例的试件中，随着经过时间变长，检测区域T中的氦浓度急剧下降。这是因为，随着时间经过，电解液E渗浸到电极体60中，并且混入电解液E中的氮扩散到检测区域T中（参见图13）。

因而，当从注液孔33被密封时到执行泄漏检测步骤时的时间间隔在图11中的时间T1到时间T3之间变动时，泄漏检测步骤期间的氦浓度大幅变动。也就是说，在这种情况下，在泄漏检测步骤中可能以比较高的比例发生误判（参见图14中的误判区域R11）。

另一方面，在根据本发明的试件中，随着自注液孔33被密封时起的经过时间变长，检测区域T中的氦浓度略微上升。这是因为，如图8所示，当电解液E随着时间经过而渗浸到电极体60中时，混入电解液E中的氦He有意地扩散到检测区域T。

因此，即使当从注液孔33被密封时到执行泄漏检测步骤时的时间间隔在图11中的时间T1到时间T3之间变动时，根据该制造方法，泄漏检测步骤期间的氦浓度也不会大幅变动。

从以上可见，该制造方法通过使用与检测气体相同种类的气体作为压送气体能降低泄漏检测步骤中的误判率。

顺便说一下，根据本实施例的制造方法，在执行注液步骤之后执行导入步骤。然而，该制造方法并不限于此。换言之，在根据本发明的制造方法中，可同时执行注液步骤和导入步骤。

根据本实施例的制造方法，将电解液注入处于大气压下的外壳中，该制造方法并不限于此。也就是说，根据该制造方法，可这样利用氦将电解液压送到外壳中：将注液喷嘴配置在腔室内，将外壳收纳在所述腔室中，使所述腔室的内部减压，之后，打开阀。

Claims (3)

1.一种用于制造密闭型电池（10）的方法，其特征在于包括：

将电解液（E）注入电池容器（30）中；

将检测气体导入所述电池容器（30）中；

通过检测被导入所述电池容器（30）中的所述检测气体的泄漏来进行检查；以及

为了将所述电解液（E）注入所述电池容器（30）中，通过向储存所述电解液（E）的储存装置（122）供给压送气体而对所述储存装置（122）加压，来将所述储存装置（122）中的所述电解液（E）压送到所述电池容器（30）中，

其中，使用与所述检测气体相同种类的气体作为所述压送气体。

2.根据权利要求1所述的用于制造密闭型电池（10）的方法，其中，所述压送气体和所述检测气体包含氦。

3.根据权利要求1所述的用于制造密闭型电池（10）的方法，其中，所述压送气体和所述检测气体包含氢。