(57)【要約】【課題】ケースの内圧を減圧する際に電解液がケース外に排出されることを抑制できる蓄電装置の製造方法、及び減圧装置を提供する。【解決手段】電極組立体と、電解液と、電極組立体及び電解液を収容するケース１１とを備えた二次電池の製造方法は、電極組立体が収容されたケース１１内に電解液を注液する注液工程と、注液工程後に、接続配管２２を介してケース１１に接続されたポンプ２１によって、ケース１１内の気体を排気することでケース１１の内圧を減圧する減圧工程とを有する。接続配管２２を通過する気体の流量は、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないように、流量制御弁２４によって制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体と、電解液と、前記電極組立体及び前記電解液を収容するケースとを備えた蓄電装置の製造方法であって、
前記電極組立体が収容された前記ケース内に前記電解液を注液する注液工程と、
前記注液工程後に、接続配管を介して前記ケースに接続されたポンプによって、前記ケース内の気体を排気することで前記ケースの内圧を減圧する減圧工程と、
を有し、
前記接続配管を通過する気体の流量又は圧力は、前記ケース内の気体とともに前記電解液が前記減圧工程の開始時に前記ケース外に排出されないように制御されることを特徴とする蓄電装置の製造方法。
【請求項２】
前記減圧工程において、前記ケースの内圧は複数段階で減圧され、
前記減圧工程の開始時を含む段階を初期段階としたとき、
前記接続配管を通過する気体の流量又は圧力は、前記初期段階よりも後の段階において前記ケースから排気される気体の流量が、前記初期段階において前記ケースから排気される気体の流量以上となるように制御される請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
【請求項３】
電極組立体と、電解液と、前記電極組立体及び前記電解液を収容するケースとを備えた蓄電装置の製造に用いられ、前記電極組立体及び前記電解液が収容された前記ケース内の気体を排気することで前記ケースの内圧を減圧する減圧装置であって、
前記ケースに接続された接続配管と、
前記接続配管を介して前記ケースに接続され、前記ケース内の気体を排気するポンプと、
を備え、
前記接続配管には、前記ケース内の気体とともに前記電解液が前記ケースの内圧の減圧開始時に前記ケース外に排出されないように前記接続配管を通過する気体の流量又は圧力を制御する制御機構が設けられていることを特徴とする減圧装置。
【請求項４】
前記制御機構は、流量制御弁である請求項３に記載の減圧装置。
【請求項５】
前記制御機構は、電空レギュレータである請求項３に記載の減圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極組立体と、電解液と、電極組立体及び電解液を収容するケースとを備えた蓄電装置の製造方法、及び蓄電装置の製造に用いられる減圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電装品や走行用モータで使用される電力を蓄えるための蓄電装置として、リチウムイオン二次電池などの二次電池が、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載されている。二次電池は、電極が積層された電極組立体と、電解液と、電極組立体及び電解液を収容するケースとを備える。ケースは、ケースの壁部を貫通する貫通孔を有する。
【０００３】
このような二次電池の製造方法は、貫通孔から電極組立体が収容されたケース内に電解液を注液する注液工程と、貫通孔から電極組立体及び電解液が収容されたケース内に検知ガスを充填する充填工程と、貫通孔を封止部材によって封止する封止工程とを有する。また、二次電池の製造方法は、ケースからの検知ガスの漏れを検知することで、封止工程後のケースの気密性を検査する気密検査工程を有する。
【０００４】
さらに、特許文献１に開示の二次電池の製造方法は、注液工程後かつ充填工程前に、ケース内の気体をケース外に排気することで、ケースの内圧を所定の目標圧力まで減圧する減圧工程を有する。減圧工程は、減圧装置が備えるポンプによって行われる。また、特許文献１に開示の二次電池の製造方法では、充填工程において、上記の所定の目標圧力に対応する量の検知ガスがケース内に充填される。これにより、気密検査工程時のケース内における検知ガス濃度のばらつきが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３５８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような減圧工程では、ケース内の気体とともにケース内の電解液までケース外に排出されてしまうことがある。この場合、排出された電解液をポンプが吸引することによってポンプが故障したり、ケース内の電解液の量が所定の量よりも減少することで二次電池の性能が低下したりする虞がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ケースの内圧を減圧する際に電解液がケース外に排出されることを抑制できる蓄電装置の製造方法、及び減圧装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、電極組立体と、電解液と、前記電極組立体及び前記電解液を収容するケースとを備えた蓄電装置の製造方法であって、前記電極組立体が収容された前記ケース内に前記電解液を注液する注液工程と、前記注液工程後に、接続配管を介して前記ケースに接続されたポンプによって、前記ケース内の気体を排気することで前記ケースの内圧を減圧する減圧工程と、を有し、前記接続配管を通過する気体の流量又は圧力は、前記ケース内の気体とともに前記電解液が前記減圧工程の開始時に前記ケース外に排出されないように制御されることを要旨とする。
【０００９】
接続配管を通過する気体の流量又は圧力が制御されない場合、減圧工程の開始時にはケース内とポンプ内との差圧が大きいため、ケースから排気される気体の流量が多くなり、ケース内の気体とともに電解液がケース外に排出され易い。これに対し、ケース内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース外に排出されないように、接続配管を通過する気体の流量又は圧力が制御されることで、ケース内とポンプ内との差圧が大きい減圧工程の開始時であっても、ケースから排気される気体の流量を抑えることができる。よって、ケースの内圧を減圧する際に電解液がケース外に排出されることを抑制できる。その結果、ケース外に排出された電解液をポンプが吸引することによって生じるポンプの故障や、ケース内の電解液の量が所定の量よりも減少することによって生じる蓄電装置の性能の低下を抑制できる。
【００１０】
また、上記蓄電装置の製造方法について、前記減圧工程において、前記ケースの内圧は複数段階で減圧され、前記減圧工程の開始時を含む段階を初期段階としたとき、前記接続配管を通過する気体の流量又は圧力は、前記初期段階よりも後の段階において前記ケースから排気される気体の流量が、前記初期段階において前記ケースから排気される気体の流量以上となるように制御されるのが好ましい。
【００１１】
接続配管を通過する気体の流量又は圧力が制御されない場合、ケースの内圧が下がり、ケース内とポンプ内との差圧が小さくなると、ケースから排気される気体の量は減少する。このため、ケースの内圧が目標圧力に到達するまでに時間がかかる。これに対し、初期段階よりも後の段階においてケースから排気される気体の流量が、初期段階においてケースから排気される気体の流量以上となるように、接続配管を通過する気体の流量又は圧力が制御されることで、ケース内とポンプ内との差圧が小さくなってもケースから排気される気体の流量が減少することを回避できる。よって、ケースの内圧が目標圧力に到達するまでに要する時間を短縮できる。
【００１２】
上記問題点を解決するための減圧装置は、電極組立体と、電解液と、前記電極組立体及び前記電解液を収容するケースとを備えた蓄電装置の製造に用いられ、前記電極組立体及び前記電解液が収容された前記ケース内の気体を排気することで前記ケースの内圧を減圧する減圧装置であって、前記ケースに接続された接続配管と、前記接続配管を介して前記ケースに接続され、前記ケース内の気体を排気するポンプと、を備え、前記接続配管には、前記ケース内の気体とともに前記電解液が前記ケースの内圧の減圧開始時に前記ケース外に排出されないように前記接続配管を通過する気体の流量又は圧力を制御する制御機構が設けられていることを要旨とする。
【００１３】
接続配管に制御機構が設けられず、接続配管を通過する気体の流量又は圧力が制御されない場合、減圧開始時にはケース内とポンプ内との差圧が大きいため、ケースから排気される気体の流量が多くなり、ケース内の気体とともに電解液がケース外に排出され易い。これに対し、ケース内の気体とともに電解液が減圧開始時にケース外に排出されないように接続配管を通過する気体の流量又は圧力を制御する制御機構が接続配管に設けられていることで、ケース内とポンプ内との差圧が大きい減圧開始時であっても、ケースから排気される気体の流量を抑えることができる。よって、ケースの内圧を減圧する際に電解液がケース外に排出されることを抑制できる。その結果、ケース外に排出された電解液をポンプが吸引することによって生じるポンプの故障や、ケース内の電解液の量が所定の量よりも減少することによって生じる蓄電装置の性能の低下を抑制できる。
【００１４】
また、上記減圧装置について、前記制御機構は、流量制御弁である。
これによれば、流量制御弁によって、接続配管を通過する気体の流量を制御できる。
また、上記減圧装置について、前記制御機構は、電空レギュレータである。
【００１５】
これによれば、電空レギュレータによって、接続配管を通過する気体の圧力を制御できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ケースの内圧を減圧する際に電解液がケース外に排出されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】二次電池の分解斜視図。
【図２】減圧装置の構成図。
【図３】減圧工程におけるケースの内圧の時間変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、蓄電装置の製造方法を二次電池の製造方法に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、直方体状のケース１１と、ケース１１に収容された電極組立体１２と、ケース１１に収容された図示しない電解液とを備える。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部１３ａを閉塞する板状の蓋１４とを有する。ケース本体１３及び蓋１４は、ケース１１の壁部を構成する。蓋１４は、蓋１４を板厚方向に貫通する貫通孔１４ｈを有する。本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。
【００１９】
図示しないが、電極組立体１２は、複数の正極電極と、複数の負極電極と、複数のセパレータとを備える。電極組立体１２は、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させ、かつ相互に絶縁させた状態で積層した層状構造を有する。正極電極及び負極電極はそれぞれ、矩形シート状の集電体と、集電体の両面に存在する活物質層と、集電体の一辺の一部から突出したタブ１５とを有する。タブ１５は、活物質層が存在せず、集電体そのもので構成されている。電極組立体１２は、複数のタブ１５が同じ極性同士で積層されたタブ群１２ａを有する。
【００２０】
二次電池１０は、貫通孔１４ｈを封止するための封止部材としてのブラインドリベット１６を備える。なお、図１では、貫通孔１４ｈを封止する前の状態のブラインドリベット１６を図示している。二次電池１０は、電極組立体１２から電気を取り出すための正極及び負極の接続端子１７を備える。正極の接続端子１７は、正極のタブ群１２ａと電気的に接続されるとともにケース１１の外部に突出する。負極の接続端子１７は、負極のタブ群１２ａと電気的に接続されるとともにケース１１の外部に突出する。各接続端子１７におけるケース１１の外部に突出する部分には、二次電池１０同士を電気的に接続する図示しない外部装置としてのバスバーが固定可能である。二次電池１０は、蓋１４と各接続端子１７とを絶縁するための絶縁リング１８を備える。
【００２１】
次に、二次電池１０の製造方法について説明する。
二次電池１０の製造方法は、電極組立体１２が収容されたケース１１内に貫通孔１４ｈから電解液を注液する注液工程と、図示しない仮封止部材によって貫通孔１４ｈを仮封止する仮封止工程と、図示しない拘束治具によってケース１１を拘束して初期充放電を行う初期充放電工程を有する。本実施形態の初期充放電工程は、コンディショニング工程及びエージング工程からなる。コンディショニング工程では初期充電を行う。なお、二次電池１０の仕様によっては、複数回の充放電を繰り返す場合もある。コンディショニング工程後、エージング工程では、図示しない恒温槽にて二次電池１０を所定のエージング温度にまで昇温させた状態で所定時間放置する。初期充放電工程後、拘束治具によるケース１１の拘束を解除する。
【００２２】
二次電池１０の製造方法は、貫通孔１４ｈから仮封止部材を除去することによって貫通孔１４ｈの仮封止を解除し、エージング工程においてケース１１内で発生したガスを貫通孔１４ｈからケース１１外へ放出するガス抜き工程を有する。二次電池１０の製造方法は、ケース１１内の気体をケース１１外に排気することにより、ケース１１の内圧を減圧する減圧工程を有する。二次電池１０の製造方法は、減圧工程後に貫通孔１４ｈからケース１１内に検知ガスとしてのヘリウムを充填する充填工程と、充填工程後に貫通孔１４ｈをブラインドリベット１６によって本封止する本封止工程とを有する。二次電池１０の製造方法は、ケース１１内に充填されたヘリウムの漏れの有無から、本封止工程後のケース１１の気密性を検査する気密検査工程を有する。
【００２３】
次に、減圧工程を行う減圧装置について詳述する。
図２に示すように、減圧装置２０は、ポンプ２１と、ポンプ２１とケース１１とを接続する接続配管２２とを備える。接続配管２２の一端は、ポンプ２１に接続され、接続配管２２の他端は、ケース１１と接続されている。つまり、ポンプ２１は、接続配管２２を介してケース１１と接続されている。ケース１１内は、貫通孔１４ｈを介して接続配管２２内と連通している。ポンプ２１は、接続配管２２を介してケース１１内の気体を排気する。また、減圧装置２０は、接続配管２２の途中に設けられた圧力計２３と、接続配管２２の途中に設けられた制御機構としての流量制御弁２４と、圧力計２３及び流量制御弁２４と接続されたコントローラ２５とを備える。接続配管２２において、ケース１１側を上流とし、ポンプ２１側を下流としたとき、圧力計２３は、流量制御弁２４よりも上流側に配置される。圧力計２３は、接続配管２２内の圧力を測定し、コントローラ２５に測定結果を出力する。なお、接続配管２２における圧力計２３が設けられる部分の圧力は、ケース１１の内圧とほぼ等しいため、接続配管２２内の圧力をケース１１の内圧とみなすことができる。コントローラ２５は、圧力計２３から入力されるケース１１の内圧に基づいて流量制御弁２４の開度を制御する。流量制御弁２４は、コントローラ２５によって開度が制御されることにより、接続配管２２を通過する気体の流量を制御する。
【００２４】
次に、減圧工程について、本実施形態の作用とともに説明する。
図３に示すように、減圧工程前のケース１１の内圧をＰ０：０［ｋＰａ］とし、ケース１１の内圧の目標圧力をＰｘ：−９０［ｋＰａ］とする。本実施形態の減圧工程では、ケース１１の内圧は三段階で減圧される。減圧工程の開始時を含む初期段階としての第１段階では、ケース１１の内圧をＰ０：０［ｋＰａ］からＰ１：−３０［ｋＰａ］まで減圧する。第１段階に続いて行われる第２段階では、ケース１１の内圧をＰ１：−３０［ｋＰａ］からＰ２：−６０［ｋＰａ］まで減圧する。第２段階に続いて行われる第３段階では、ケース１１の内圧をＰ２：−６０［ｋＰａ］からＰｘ：−９０［ｋＰａ］まで減圧する。
【００２５】
減圧工程は、時刻ｔ０においてポンプ２１を始動させることで開始される。ポンプ２１内の圧力は、目標圧力Ｐｘを考慮して設定される。本実施形態では、ポンプ２１内の圧力は、約−１００［ｋＰａ］に設定される。
【００２６】
ここで、接続配管２２に流量制御弁２４が設けられず、ケース１１内とポンプ２１内とが接続配管２２を介して直結されている場合、図３にＬ１で示すように、ケース１１の内圧は短時間で目標圧力Ｐｘに到達する。しかしながら、減圧工程の開始時にはケース１１内とポンプ２１内との差圧が大きいため、ケース１１から排気される気体の流量は多くなる。よって、ケース１１内の電解液は、減圧工程の開始時にケース１１内の気体とともにケース１１外に排出され易い。
【００２７】
これに対し、本実施形態では、接続配管２２の途中に流量制御弁２４が設けられている。コントローラ２５は、減圧工程の開始前に流量制御弁２４の開度をＡ１に設定する。開度Ａ１は、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないように、接続配管２２を通過する気体の流量を制御するための開度であり、全開よりも小さい。減圧工程の第１段階は、流量制御弁２４の開度がＡ１に設定された状態で行われる。すなわち、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないように、流量制御弁２４によって接続配管２２を通過する気体の流量が制御された状態で、ケース１１内の気体はポンプ２１によりケース１１外に排気される。よって、ケース１１から排気される気体の流量は、接続配管２２に流量制御弁２４が設けられていない場合よりも少なくなる。その結果、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が大きい減圧工程の開始時であっても、電解液がケース１１外に排出されることが抑制される。
【００２８】
ところで、本実施形態の減圧工程ではケース１１の内圧を三段階で減圧するが、図３にＬ２で示すように、ケース１１の内圧を一段階で減圧することも可能である。この場合も、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないように、流量制御弁２４により接続配管２２を通過する気体の流量を制御することで、減圧工程の開始時に電解液がケース１１外に排出されることを抑制できる。しかしながら、ケース１１の内圧を一段階で減圧する場合、ケース１１の内圧が小さくなるにつれて、ケース１１の内圧の変化量は小さくなる。これは、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が小さくなることで、ケース１１から排気される気体の流量が減少することにより生じる。その結果、ケース１１の内圧が目標圧力Ｐｘに到達するまでに時間がかかる。
【００２９】
このため、本実施形態では、時刻ｔ１においてケース１１の内圧がＰ１に到達し、第１段階が終了すると、接続配管２２を通過する気体の流量は、第２段階においてケース１１から排気される気体の流量が第１段階においてケース１１から排気される気体の流量以上となるように流量制御弁２４によって制御される。具体的には、コントローラ２５は、圧力計２３から入力されたケース１１の内圧の測定結果からケース１１の内圧がＰ１まで到達したことを認識すると、流量制御弁２４の開度をＡ１よりも大きいＡ２に変更する。第２段階では、ケース１１内の気体は、流量制御弁２４の開度がＡ２に設定された状態で、ポンプ２１によりケース１１外に排気される。よって、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が第１段階よりも小さい第２段階において、ケース１１から排気される気体の流量が第１段階のときよりも減少することが回避される。
【００３０】
そして、時刻ｔ２においてケース１１の内圧がＰ２に到達し、第２段階が終了すると、接続配管２２を通過する気体の流量は、第３段階においてケース１１から排気される気体の流量が第１段階においてケース１１から排気される気体の流量以上となるように制御される。具体的には、コントローラ２５は、圧力計２３から入力されたケース１１の内圧の測定結果からケース１１の内圧がＰ２まで到達したことを認識すると、流量制御弁２４の開度をＡ２よりも大きいＡ３に変更する。第３段階では、ケース１１内の気体は、流量制御弁２４の開度がＡ３に設定された状態で、ポンプ２１によりケース１１外に排気される。よって、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が第１段階よりも小さい第３段階において、ケース１１から排気される気体の流量が第１段階のときよりも減少することが回避される。ケース１１の内圧は、時刻ｔ３において目標圧力Ｐｘに到達する。
【００３１】
本実施形態の効果について説明する。
（１）接続配管２２に流量制御弁２４が設けられず、接続配管２２を通過する気体の流量が制御されない場合、減圧工程の開始時にはケース１１内とポンプ２１内との差圧が大きいため、ケース１１から排気される気体の流量が多くなり、ケース１１内の気体とともに電解液がケース１１外に排出され易い。これに対し、本実施形態では、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないように接続配管２２を通過する気体の流量を制御する流量制御弁２４が接続配管２２に設けられている。このため、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が大きい減圧工程の開始時であっても、ケース１１から排気される気体の流量を抑えられる。よって、ケース１１の内圧を減圧する際に電解液がケース１１外に排出されることを抑制できる。その結果、ケース１１外に排出された電解液をポンプ２１が吸引することによって生じるポンプ２１の故障や、ケース１１内の電解液の量が所定の量よりも減少することによって生じる二次電池１０の性能の低下を抑制できる。
【００３２】
（２）接続配管２２を通過する気体の流量が制御されない場合、ケース１１の内圧が下がり、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が小さくなると、ケース１１から排気される気体の量は減少する。このため、ケース１１の内圧が目標圧力Ｐｘに到達するまでに時間がかかる。これに対し、本実施形態では、第２段階及び第３段階においてケース１１から排気される気体の流量が、第１段階においてケース１１から排気される気体の流量以上となるように、接続配管２２を通過する気体の流量は制御される。このため、ケース１１内とポンプ２１内との差圧が小さくなっても、ケース１１から排気される気体の流量が減少することを回避できる。よって、ケース１１の内圧が目標圧力Ｐｘに到達するまでに要する時間を短縮できる。
【００３３】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○  接続配管２２に設けられる制御機構は、流量制御弁２４に限定されない。制御機構は、例えば、流量制御弁２４と同様、接続配管２２を通過する気体の流量を制御するスピードコントローラでもよい。スピードコントローラの開度は手動で調整される。接続配管２２を通過する気体の流量は、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないようにスピードコントローラによって制御される。
【００３４】
○  接続配管２２に設けられる制御機構は、流量制御弁２４に限定されない。制御機構は、例えば、接続配管２２を通過する気体の圧力を制御する電空レギュレータでもよい。コントローラ２５は、圧力計２３から入力されるケース１１の内圧に基づいて、電空レギュレータから出力される気体の圧力が所定の圧力となるように電空レギュレータに指令を出す。電空レギュレータは、出力する気体の圧力がコントローラ２５から指令された所定の圧力となるように弁を開閉する。接続配管２２を通過する気体の圧力は、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時にケース１１外に排出されないように電空レギュレータによって制御される。
【００３５】
○  上記実施形態の減圧工程では、ケース１１の内圧を三段階で減圧していたが、二段階又は四段階以上で減圧してもよい。要は、ケース１１内の気体とともに電解液が減圧工程の開始時に排出されないように、接続配管２２を通過する気体の流量又は圧力が制御機構によって制御されていればよい。
【００３６】
○  電極組立体１２は、上記実施形態に記載した、いわゆる積層型の電極組立体に限定されず、帯状の正極電極、帯状のセパレータ、及び帯状の負極電極をこの順に積層して巻回した巻回型の電極組立体であってもよい。
【００３７】
○  貫通孔１４ｈは、ケース本体１３に形成されていてもよい。
○  本封止部材は、貫通孔１４ｈを本封止できるのであれば、ブラインドリベット１６に限定されず、適宜変更してよい。
【００３８】
○  検知ガスは、ヘリウムに限定されない。検知ガスは、例えば、ヘリウムとヘリウム以外のガスとを混合した混合ガスでもよい。
○  蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、２０…減圧装置、２１…ポンプ、２２…接続配管、２４…制御機構としての流量制御弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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