JP6409274B2 - 蓄電装置の製造方法及び蓄電装置の電解液注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置の製造方法及び蓄電装置の電解液注入装置に係り、詳しくはケース内に電極組立体及び電解液が収容された蓄電装置の製造方法及び蓄電装置の電解液注入装置に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな二次電池（蓄電装置）は電極組立体を収容するケースを備え、そのケース内に電極組立体及び電解液が収容されている。二次電池の組立は、ケース本体内に電極組立体を収容した後、ケースの蓋体をケース本体に溶接する。その後、蓋体に形成されている注液孔（注入孔）から電解液をケース内に注入した後、注液孔を密封する。

電池内に電解液を注入する際、注液速度を速めるため、未封口の電池の開口部を密閉する注入室を設けて、電解液タンクと注入室との間に給液管を接続し、電池内を減圧状態に設定して、タンク内の電解液を給液管を介して電池内に注入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５に示すように、特許文献１では、未封口の電池５１における電池ケ―ス５２の上側開口端部５２ａにシ―ルパツキン５３を介してキヤツプ５４を接続し、電池ケ―ス５２の開口部を密閉する注入室５５が形成されている。注入室５５は空気排出口５６を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されており、減圧状態、つまり所定の真空度に保たれるようになっている。

電解液５７を収容した電解液タンク５８と注入室５５とは、給液管５９を介して接続されており、電解液タンク５８内は空気排出口５６を介して図示しない真空ポンプに接続されて、減圧状態、つまり電池５１内よりも小さい所定の真空度に保たれるようになっている。給液管５９には、注液バルブ６０が設けられている。そして、電池ケ―ス５２内の真空度が電解液タンク５８内の真空度より高い状態で注液バルブ６０を開状態にして電解液タンク５８内の電解液５７を注入する。

特開平９−３５０７４号公報

ところが、特許文献１の電解液注入方法では、未封口の電池５１における電池ケ―ス５２の開口部を密閉する注入室５５を形成し、電解液タンク５８と注入室５５とを給液管５９を介して接続し、電解液タンク５８内及び注入室５５内をそれぞれ真空ポンプにより所定の真空度に減圧する必要があるため、構成が複雑になる。

また、例えば、電解液として複数の電解液を混合した製品を使用する場合、各電解液の沸点が異なることで、減圧下での揮発量が変わってしまい、電解液の組成が変わってしまう。また、上記問題を考慮して余剰の電解液を入れることは、歩留まりが悪く、プロセス時間を増やすことにつながる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電装置のケース内や電解液タンク内を真空ポンプで減圧にせずに、電解液の注入時間の短縮を図ることができる蓄電装置の製造方法及び蓄電装置の電解液注入装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置の製造方法は、内部に電極組立体が収容され、かつ蓋体で密封されたケースの上方に電解液タンクを配置し、前記電解液タンク内を大気と連通状態に、かつ前記電解液タンクと前記ケースの注液孔とを、前記電解液タンク内の電解液を前記注液孔に気密状態で導く状態に保持し、前記ケースの側壁に、前記側壁をケース外側へ付勢する第１の付勢力及び前記側壁をケース内側へ付勢する第２の付勢力の少なくとも一方を加えて前記側壁を一時的に変形させる状態と、前記側壁の変形が解消された状態とを繰り返す電解液注入工程を有する。

この構成によれば、電解液注入工程において、蓄電装置のケースの上方に電解液タンクが、電解液タンク内が大気と連通状態に、かつ電解液タンクとケースの注液孔とが、電解液タンク内の電解液が注液孔に気密状態で導かれる状態に保持された状態で電解液の注入が行われる。電解液タンク内の電解液が注液孔に気密状態で導かれる状態とは、電解液タンクの排出口が直接ケースの注液孔に気密状態で配置された状態や、電解液タンクの排出口とケースの注液孔とがパイプを介して接続され、そのパイプが電解液タンクの排出口及びケースの注液孔に気密状態で接続された状態を意味する。

そして、第１の付勢力がケースの側壁に加えられると、ケースの側壁が外側に向かって変形され、ケース内が変形前に比べて減圧状態になり、電解液タンク内の電解液は自然落下に比べて速い速度でケース内に落下する。また、第２の付勢力がケースの側壁に加えられると、ケースの側壁が内側に向かって変形され、ケース内の気体が電解液タンク内に排出される。また、第２の付勢力が側壁に加えられた状態から第２の付勢力を加えることを解除した場合、側壁が変形前の状態に戻るため、その際にもケース内は減圧状態になり、電解液タンク内の電解液は自然落下に比べて速い速度でケース内に落下する。また、第１の付勢力がケースの側壁に加えられた状態から第１の付勢力を加えることを解除した場合、側壁が変形前の状態に戻るため、その際にもケース内は加圧状態になり、ケース内の気体が電解液タンク内に排出される。したがって、第１の付勢力及び第２の付勢力の少なくとも一方を加えて側壁を一時的に変形させる状態と、側壁の変形が解消された状態とを繰り返すことにより、蓄電装置のケース内や電解液タンク内を真空ポンプで減圧にせずに、電解液の注入時間の短縮を図ることができる。

上記課題を解決する蓄電装置の電解液注入装置は、内部に電極組立体が収容され、かつ蓋体で密封された前記蓄電装置のケースの上方に配置される電解液タンクを、前記電解液タンクと前記ケースの注液孔とを、前記電解液タンク内の電解液を前記注液孔に気密状態で導く状態に保持する保持手段と、前記ケースの側壁に、前記側壁をケース外側へ付勢する第１の付勢力及び前記側壁をケース内側へ付勢する第２の付勢力の少なくとも一方を加えて前記側壁を一時的に変形させる状態と、前記側壁の変形が解消されるように前記第１の付勢力及び前記第２の付勢力の作用を解除する状態とに変更可能な圧力付与手段とを備えている。

この構成によれば、電解液タンクは、保持手段の作用により、電解液タンクとケースの注液孔とが、電解液タンク内の電解液が注液孔に気密状態で導かれる状態においてケースの上方に配置される。その状態で、圧力付与手段が作動されると、ケースの側壁に対して、側壁をケース外側へ付勢する第１の付勢力及び側壁をケース内側へ付勢する第２の付勢力の少なくとも一方を加えて側壁を一時的に変形させる状態と、側壁の変形が解消されるように第１の付勢力及び第２の付勢力の作用を解除する状態とが繰り返される。したがって、蓄電装置のケース内や電解液タンク内を真空ポンプで減圧にせずに、電解液の注入時間の短縮を図ることができる。

本発明によれば、蓄電装置のケース内や電解液タンク内を真空ポンプで減圧にせずに、電解液の注入時間の短縮を図ることができる。

第１の実施形態を示し、（ａ）は二次電池と圧力付与手段の概略斜視図、（ｂ）は概略側面図。 （ａ），（ｂ）は作用を説明する模式図。 第２の実施形態の二次電池と圧力付与手段の概略側面図。 （ａ），（ｂ）は作用を説明する模式図。 従来技術を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、製造途中（組立途中）の蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２が収容されている。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１１ａと、ケース本体１１ａに電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する蓋体１１ｂとからなる。ケース本体１１ａと蓋体１１ｂとは溶接によって接合されている。ケース１１は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、二次電池１０は、例えば、リチウムイオン電池である。

蓋体１１ｂには、ケース本体１１ａ内に電解液１３（図１（ｂ）に図示）を注入するための注液孔１４が形成されている。また、蓋体１１ｂには、電極組立体１２に電気的に接続された正極端子１５及び負極端子１６が固定されている。

次に蓄電装置の製造方法の電解液注入工程について説明する。
図１（ｂ）に示すように、電解液注入工程を実施するための電解液注入装置は、電解液タンク１７を、注液孔１４を除き蓋体１１ｂで密封されたケース１１の上方に保持する保持手段１８と、ケース１１の面積が広い方の一対の側壁１１ｃに付勢力を加える圧力付与手段１９とを備えている。

保持手段１８は、所定の位置に配置された二次電池１０のケース１１の上方に配置される電解液タンク１７が下向き状態で載置される支持部２０と、電解液タンク１７の排出口と注液孔１４とに端部が気密状態で接続されたパイプ２１とを備えている。即ち、保持手段１８は、ケース１１の上方に配置される電解液タンク１７を、電解液タンク１７とケース１１の注液孔１４とを、電解液タンク１７内の電解液１３を注液孔１４に気密状態で導く状態に保持する。

圧力付与手段１９は、対向する状態で配置され、かつケース１１の側壁１１ｃを吸着可能な吸着部としての真空パッド２５と、真空パッド２５を、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の方向と、ケース内側へ付勢する第２の方向とに往復直線移動させる駆動部２６とを備えている。真空パッド２５は可撓性のパイプ２７を介して図示しない真空源に接続されている。パイプ２７の途中には図示しない電磁弁が設けられ、電磁弁により真空パッド２５内が減圧（真空）状態と、減圧解除状態とに調整されるようになっている。駆動部２６は、例えば、エアシリンダ２８で構成され、ピストンロッド２８ａの先端がブラケット２９を介してパイプ２７に固定されている。

次に前記電解液注入装置を使用した電解液注入方法について説明する。
ケース１１に対する電解液１３の注入を行う場合は、図１（ｂ）に示すように、電解液タンク１７をケースの上方において支持部２０で支持し、電解液タンク１７とケース１１の注液孔１４とを、電解液タンク１７内の電解液１３を注液孔１４に気密状態で導く状態に保持する。また、電解液タンク１７が大気と連通状態にセットされる。

この状態から圧力付与手段１９が作動され、真空パッド２５が真空状態に保持される。そして、先ず、図２（ａ）に示すように、側壁１１ｃに対して、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力を加える方向に真空パッド２５が移動され、側壁１１ｃが外側に向かって撓むように変形される。側壁１１ｃのこの変形に伴ってケース１１の容積が変形前より増加し、ケース１１内が変形前に比べて減圧状態になる。その結果、電解液タンク１７内の電解液１３に対してケース１１側から吸引力が作用する状態となり、電解液タンク１７内の電解液１３は自然落下に比べて速い速度でケース１１内に落下する。

次に、図２（ｂ）に示すように、側壁１１ｃに対して、側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力を加える方向に真空パッド２５が移動されると、側壁１１ｃが内側に向かって撓むように変形される。そして、ケース１１内の気体が電解液タンク１７内に排出される。なお、図２（ａ），（ｂ）においては、駆動部２６の図示を省略するとともに、変形状態を分かり易くするため、側壁１１ｃの変形状態を誇張して図示している。

次に、再び側壁１１ｃに対して、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力を加える方向に真空パッド２５が移動され、側壁１１ｃが外側に向かって撓むように変形される。このときは、最初に側壁１１ｃが外側に向かって変形された時に比べて、ケース１１内の減圧状態が大きくなり、電解液タンク１７内の電解液１３は自然落下に比べて速い速度でケース１１内に落下する。

以下、側壁１１ｃに対して、第２の付勢力を加える方向と、第１の付勢力を加える方向とに真空パッド２５が繰り返し移動される。なお、真空パッド２５が第１の付勢力を加える状態あるいは第２の付勢力を加える状態に保持される時間や真空パッド２５の移動速度は、予め試験を行って設定される。

そして、所定量の電解液１３がケース１１内に注入された後、圧力付与手段１９の駆動が停止されるとともに真空パッド２５は真空状態が解除される。また、電解液タンク１７は大気と連通不能な状態にセットされて電解液１３の注入作業が終了する。その後、注液孔１４は図示しない封止部材により閉塞される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池１０の製造方法における電解液注入工程は、内部に電極組立体１２が収容され、かつ蓋体１１ｂで密封されたケース１１の上方に電解液タンク１７を配置し、電解液タンク１７内を大気と連通状態に、かつ電解液タンク１７とケース１１の注液孔１４とを、電解液タンク１７内の電解液１３を注液孔１４に気密状態で導く状態に保持した状態で行われる。そして、ケース１１の側壁１１ｃに、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力を加えて側壁１１ｃを一時的に変形させる状態と、ケース１１の側壁１１ｃに、側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力を加えて側壁１１ｃを一時的に変形させる状態とを繰り返す。したがって、蓄電装置（二次電池１０）のケース１１内や電解液タンク１７内を真空ポンプで減圧にせずに、電解液の注入時間の短縮を図ることができる。

（２）二次電池１０の電解液注入装置は、内部に電極組立体１２が収容され、かつ蓋体１１ｂで密封されたケース１１の上方に配置される電解液タンク１７を、電解液タンク１７とケース１１の注液孔１４とを、電解液タンク１７内の電解液１３を注液孔１４に気密状態で導く状態に保持する保持手段１８を備えている。また、電解液注入装置は、ケース１１の側壁１１ｃに、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力及び側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力を加えて側壁１１ｃを一時的に変形させる状態と、側壁１１ｃの変形が解消されるように第１の付勢力及び第２の付勢力の作用を解除する状態とに保持可能な圧力付与手段１９とを備えている。この構成によれば、前記の電解液注入工程を実施することができる。したがって、蓄電装置のケース内や電解液タンク内を真空ポンプで減圧にせずに、電解液の注入時間の短縮を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図３及び図４にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の圧力付与手段１９の構成を変更した構成であるため、第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図３に示すように、圧力付与手段３０は、ケース１１の側壁１１ｃの外面全体を気密状態で覆う位置に配置可能、かつ、側壁１１ｃの外面全体を気密状態で覆う位置に配置された状態で側壁１１ｃと共に圧力調整室３１を構成する圧力調整部３２と、圧力調整部３２に一端が接続され、他端が図示しない圧力源とに接続された配管３３とを備えている。そして、圧力調整室３１は、図示しない制御手段により、圧力源から負圧が供給される（減圧される）状態と、大気圧に調整される状態と、加圧気体が供給される状態とに調整されるようになっている。

図３に示す状態から、圧力源から圧力調整部３２に負圧が供給されて圧力調整室３１内が減圧されると、ケース１１の側壁１１ｃに側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力が加えられて、図４（ａ）に示すように、側壁１１ｃが外側に向かって撓むように変形される。側壁１１ｃのこの変形に伴ってケース１１の容積が変形前より増加し、電解液タンク１７内の電解液１３に対してケース１１側から吸引力が作用する状態となり、電解液タンク１７内の電解液１３は自然落下に比べて速い速度でケース１１内に落下する。

所定時間経過後、圧力源から圧力調整部３２に加圧気体が供給されて圧力調整室３１内が加圧されると、側壁１１ｃに、側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力が加えられて、図４（ｂ）に示すように、側壁１１ｃが内側に向かって撓むように変形される。そして、ケース１１内の気体が電解液タンク１７内に排出される。

以下、圧力調整室３１内が減圧状態と、加圧状態とを交互に繰り返すように、圧力調整室３１内の圧力が調整されて注液作業が行われる。そして、所定量の電解液１３がケース１１内に注入された後、圧力源からの圧力供給が停止され、圧力調整室３１内が大気圧に復帰して電解液１３の注入作業が終了する。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（３）圧力付与手段３０は、ケース１１の側壁１１ｃの外面全体を気密状態で覆う位置に配置可能、かつ、側壁１１ｃの外面全体を気密状態で覆う位置に配置された状態で側壁１１ｃと共に圧力調整室３１を構成する圧力調整部３２と、圧力調整部３２に一端が接続され、他端が図示しない圧力源とに接続された配管３３とを備えている。したがって、第１の実施形態と異なり、圧力調整室３１内の圧力を減圧状態にするか、加圧状態にするかのみで、圧力調整部３２を移動させることを行わずに、側壁１１ｃに対して、第１の付勢力を加える状態と、第２の付勢力を加える状態とに切り換えることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 電解液注入工程は、側壁１１ｃに対して、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力及び側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力の少なくとも一方を加えて側壁１１ｃを一時的に変形させる状態と、側壁１１ｃの変形が解消された状態とを繰り返せばよく、第１の付勢力及び第２の付勢力の両者を積極的に加える必要はない。例えば、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する第１の付勢力のみを積極的に加え、側壁１１ｃをケース内側へ付勢する力は、第１の付勢力を解除した際に、側壁１１ｃが元の状態に戻る復元力とする。また、側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力のみを積極的に加え、側壁１１ｃをケース外側へ付勢する力は、第２の付勢力を解除した際に、側壁１１ｃが元の状態に戻る復元力としてもよい。

○ 圧力付与手段がケース１１の側壁１１ｃに、側壁１１ｃをケース内側へ付勢する第２の付勢力のみを加える構成の場合、圧力付与手段は、側壁１１ｃを吸着せずに単に側壁１１ｃを押圧した状態で往動駆動され、復動は側壁１１ｃの復帰力により行われる構成であってもよい。

○ 圧力付与手段は必ずしもケース１１の両側壁１１ｃに対して第１の付勢力及び第２の付勢力の少なくとも一方を加える構成に限らず、ケース１１の一方の側壁１１ｃに対してのみ、第１の付勢力及び第２の付勢力の少なくとも一方を加える構成であってもよい。

○ ケース１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金製に限らず、例えば、ステンレス製であってもよい。フェライト系ステンレス製の場合、側壁１１ｃを吸着可能な吸着部として真空パッド２５に代えて電磁石を用いてもよい。

○ 電極組立体１２は積層型及び巻回型のいずれであってもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン電池に限らず、例えば、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。

○ 蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）請求項２に記載の発明において、前記圧力付与手段は、対向する状態で配置され、かつケースの側壁を吸着可能な吸着部と、前記吸着部を、前記側壁をケース外側へ付勢する第１の方向と、ケース内側へ付勢する第２の方向とに往復直線移動させる駆動部とを備えている。

（２）請求項２に記載の発明において、前記圧力付与手段は、ケースの側壁の外面全体を気密状態で覆う位置に配置可能、かつ、前記側壁の外面全体を気密状態で覆う位置に配置された状態で前記側壁と共に圧力調整室を構成する圧力調整部と、圧力調整部に一端が接続され、他端が図示しない圧力源とに接続された配管とを備えている。

１１…ケース、１１ｂ…蓋体、１１ｃ…側壁、１２…電極組立体、１３…電解液、１４…注液孔、１７…電解液タンク、１８…保持手段、１９，３０…圧力付与手段。

Claims (4)

1. 蓄電装置の製造方法であって、
   内部に電極組立体が収容され、かつ蓋体で密封されたケースの上方に電解液タンクを配置し、前記電解液タンク内を大気と連通状態に、かつ前記ケース内を真空ポンプで減圧することなく、前記電解液タンクと前記ケースの注液孔とを、前記電解液タンク内の電解液を前記注液孔に気密状態で導く状態に保持し、前記ケースの容積が増加するように前記ケースの側壁をケース外側へ付勢して前記側壁を変形させる第１の付勢力を加える第１の状態と、前記側壁のケース外側への変形が解消された第２の状態とを繰り返す電解液注入工程を有し、
   前記電解液注入工程では、前記ケースの側壁を吸着した吸着部を前記側壁と共に往復直線運動させることを特徴とする蓄電装置の製造方法。
2. 前記電解液注入工程では、前記第２の状態から再び前記第１の状態にされる間に、前記ケースの容積が減少するように前記側壁をケース内側へ付勢して前記側壁を変形させる第２の付勢力を加える第３の状態と、前記側壁のケース内側への変形が解消された第４の状態とされる請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
3. 蓄電装置の電解液注入装置であって、
   内部に電極組立体が収容され、かつ蓋体で密封された前記蓄電装置のケースの上方に配置される電解液タンクを、前記電解液タンク内を大気と連通状態に保持するとともに、前記ケース内を真空ポンプで減圧することなく、前記電解液タンクと前記ケースの注液孔とを、前記電解液タンク内の電解液を前記注液孔に気密状態で導く状態に保持する保持手段と、
   前記ケースの側壁に、前記ケースの容積が増加するように前記側壁をケース外側へ付勢して前記側壁を変形させる第１の付勢力を加える第１の状態と、前記側壁の変形が解消されるように前記第１の付勢力の作用を解除する第２の状態とに変更可能な圧力付与手段とを備え、
   前記圧力付与手段は、前記側壁を吸着する吸着部と、前記側壁を吸着した前記吸着部を前記側壁と共に往復直線移動させる駆動部とを備える蓄電装置の電解液注入装置。
   
4. 前記圧力付与手段は、前記ケースの側壁を前記第1の状態と前記第２の状態とに加えて、前記ケースの容積が減少するように前記側壁をケース内側へ付勢して前記側壁を変形させる第２の付勢力を加える第３の状態と、前記側壁の変形が解消されるように前記第２の付勢力の作用を解除する第４の状態とに変更可能である請求項３に記載の蓄電装置の電解液注入装置。