リチウムイオンポーチセルの最適な性能を実現する精密溶接

ポーチセルの溶接は、リチウムイオンバッテリー製造において極めて重要な工程です。柔軟性が高く軽量な設計で支持されるポーチセルは、複数層の電極とセパレーターが柔軟なアルミ箔で覆われた構造を持っています。溶接工程はセルの密閉性を確保し、バッテリーの安全性と長寿命を実現するために不可欠です。

まず、セルは特殊な治具に配置され、箔層が正確に整列されます。その後、アルミ箔の開いた端を熱溶接または超音波溶接で密封します。熱溶接では、箔を特定の温度まで加熱し、材料を融合させます。一方、超音波溶接では、高周波音波が箔分子を振動させ、強固な結合を形成します。

温度、圧力、時間などの溶接パラメータを制御することは、均一で信頼性の高い接合を確保するために重要です。不適切な溶接は漏れの原因となり、バッテリーを損傷させたり性能を低下させたりする可能性があります。単一のポーチセルを密封する上で最も重要な領域は、フラグとも呼ばれるコネクタの周囲です。フラグの密封は、その幾何学的形状のため困難です。

このようなバッテリーセルの製造業者は、セルの溶接に問題がないことを確認するため、真空テストやヘリウム漏れ検出などのリークテストを含む品質保証テストを必要とします。これらの品質保証テストにより、外部から空気や水分の侵入がないことが保証され、化学的安定性が担保されます。ポーチセルの正確な溶接は、現代のリチウムイオン電池の品質と安全性を確保する上で不可欠です。

高解像度サーモグラフィによるバッテリーポーチセルの微細な漏れの検出

フラグの端はホイルを貫通しており、この部分の密閉が弱いと、負荷テスト中に漏れがある部分の温度が上昇します。１か所の温度のみ測定するデバイスは、漏れの可能性のある場所が正確にわかっている場合にのみ、その領域をターゲットにすることができます。サーモグラフィが取得する熱画像はホットスポットを強調表示できるため、場所やサイズが不明な漏れの検出がはるかに簡単になります。

これらの漏れは非常に小さい場合があり、赤外線画像で可視化できるのは最小限の領域に限られます。また、漏れが小さい場合は温度差も小さい可能性があります。そのため、熱画像には高い光学解像度と優れた温度解像度が必要です。アルミニウムの表面は８ ～ 14µmの波長を利用したサーモグラフィには適していませんが、幸いなことに、重要な領域ではフラグが部分的にコーティングされているため、放射率が高くなり、検出が容易になります。

Optris社のサーモグラフィPI640iは、640×480ピクセルの高解像度を特徴としており、１mmの小さな漏れを検出してバッテリーポーチセルの品質を確保します。ソフトウェアは温度差を判定基準として定義され、不適切な温度偏差が検出されるとすぐにアラームを発報します。このアラームはユーザーの制御ユニットに転送され、ユーザーは各バッテリーセルにOKまたはNGの判定を記録することができます。漏れを示す温度差を示すバッテリーポーチセルはその後廃棄されます。このようにして品質保証は、製造プロセスの一部として自動化されます。

小さいMFOV、VGA解像度、低いNETDが欠陥を見つける鍵

バッテリーポーチセルの製造では、漏れを検出するためにVGA解像度と40mKの低 NETD（ノイズ等価温度差）が重要です。640×480ピクセルの高い光学的透明度を提供するVGA解像度により、セル表面の詳細な視覚化が可能になります。この高解像度は、重大な問題につながる可能性のある小さな欠陥を検出するために不可欠です。VGA 解像度によって提供される鮮明さにより、最も小さな温度差も確実に見えるようになり、正確な品質管理が容易になります。40mKという低いNETDは、赤外線カメラの熱感度の高さを示し、カメラがごくわずかな温度変化を識別できることを意味します。この高い感度は、潜在的な漏れを示すわずかな温度差を検出するために不可欠です。この性能により、欠陥が見逃されることがなくなり、バッテリーセルの品質が維持されます。

またMFOVは、正確な温度測定に必要な最小のターゲットサイズを表し、バッテリーポーチセルの漏れ検出のようなアプリケーションでは極めて重要です。このアプリケーションでは、わずかな漏れを検出するために高解像度の画像が必要ですが、高解像度のカメラでもMFOVが大きいと小さな漏れを検出できません。Optris社のサーモグラフィPI640iはVGA解像度、低いNETD、小さなMFOVが相まって微小範囲のわずかな温度変化を確実に捕捉し品質管理に貢献します。