(57)【要約】【課題】注液工程の所要時間の短縮と吹き溢れの防止とを両立した電池の製造方法を提供すること。【解決手段】外装ケース内に電極体と電解液とを収納してなる電池を製造するに際して，電極体を収納済みであり注液口が形成されている外装ケースの注液口に注液ノズルを挿し込んで外装ケースへの電解液の注入を第１の注入速度で行う第１注液工程（Ｓ１２〜Ｓ１４）と，第１注液工程を行っているときに，注入済みの電解液量があらかじめ定めた基準量（所定量Ａ）に達したか否かを判定する判定工程と，判定工程により注入済みの電解液量が基準量に達したと判定された後，第１の注入速度より遅い第２の注入速度で残余の電解液を引き続き注入する第２注液工程（Ｓ６〜Ｓ８）とを行う電池の製造方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装ケース内に電極体と電解液とを収納してなる電池を製造する電池の製造方法であって，
電極体を収納済みであり注液口が形成されている外装ケースの前記注液口に注液ノズルを挿し込んで前記外装ケースへの電解液の注入を第１の注入速度で行う第１注液工程と，  前記第１注液工程を行っているときに，注入済みの電解液量があらかじめ定めた基準量に達したか否かを判定する判定工程と，
前記判定工程により注入済みの電解液量が前記基準量に達したと判定された後，前記第１の注入速度より遅い第２の注入速度で残余の電解液を引き続き注入する第２注液工程とを行う電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，外装ケース内に電極体を電解液とともに封入した構成の電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から，電池の製造過程では，電池の外装ケースに電解液を注入する注液工程が行われる。一般的に注液工程は，外装ケースへ電極体の収納より後に行われる。電池の製造過程における電解液の注入の技術として，特許文献１に記載されているものを挙げることができる。同文献では，外装ケースに形成されている注液口に注液ノズルの先端を差し込み，その状態で注入を行うことを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2014-22073号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。注液工程の所要時間を短くしようとすると，電解液の吹き溢れが発生しやすいのである。電解液の注入を短時間で終わらせるためには，注入速度（時間当たりの注入量）を大きくする必要がある。しかしそうすれば電解液の吹き溢れが発生するリスクが高まるという背反関係があった。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，注液工程の所要時間の短縮と吹き溢れの防止とを両立した電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における電池の製造方法は，外装ケース内に電極体と電解液とを収納してなる電池を製造する電池の製造方法であって，電極体を収納済みであり注液口が形成されている外装ケースの注液口に注液ノズルを挿し込んで外装ケースへの電解液の注入を第１の注入速度で行う第１注液工程と，第１注液工程を行っているときに，注入済みの電解液量があらかじめ定めた基準量に達したか否かを判定する判定工程と，判定工程により注入済みの電解液量が基準量に達したと判定された後，第１の注入速度より遅い第２の注入速度で残余の電解液を引き続き注入する第２注液工程とを行う。
【０００７】
上記態様における電池の製造方法では，先行する第１注液工程で使用する第１の注入速度を，後で使う第２注液工程の第２の注入速度より速い速度とする。これにより，注入の所要時間の短縮が図られている。第１注液工程での電解液の注入量が基準量に達したと判定工程で判定されると，第２注液工程に移行する。第２工程では注入速度が遅いため電解液の吹き溢れが発生しにくい。
【発明の効果】
【０００８】
本構成によれば，注液工程の所要時間の短縮と吹き溢れの防止とを両立した電池の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態により製造される電池の構成を示す正面断面図である。
【図２】注液ノズルにより電池ケースに電解液を注入する状況を示す断面図である。
【図３】液面高さと注入時間との関係の例を示すグラフである。
【図４】適用例に係る構成を示す模式図である。
【図５】適用例における操作手順を説明するフローチャートである。
【図６】図５の手順で注入を行う際の各種パラメータの変化状況を示すグラフである。
【図７】第１注液工程における電池ケース内での電解液の状況を示す断面模式図である。
【図８】第１注液工程の流量での注入を継続した場合に起こりうる電池ケース内の状況を示す断面模式図である。
【図９】第２注液工程における電池ケース内での電解液の状況を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す電池１を製造する方法として本発明を具体化したものである。本形態では，電池１の製造過程のうち特に電解液の注入の部分に重点を置いて説明する。
【００１１】
図１の電池１は，電池ケース１０の内部に電極体２０を収納したものである。電池ケース１０の内部には電極体２０の他に電解液１５が収容されている。収容されている電解液１５の一部は電極体２０内に含浸されており，残部は電池ケース１０の底部に溜まっている。電池１にはさらに，正極端子部材５０および負極端子部材６０が設けられている。電池ケース１０は，扁平角型の全体形状を持ち，本体部材１１と蓋部材１３とから構成されている。蓋部材１３には，注液口１４が設けられている。ただし図１に示される完成品の状態では注液口１４は封止部材１７で塞がれている。電極体２０は，正負の電極板を，セパレータを間に挟み込みつつ積層したものである。
【００１２】
図１の電池１の製造過程は，大きく，電極体２０の作製，電池ケース１０への電極体２０の収納，電池ケース１０への電解液１５の注入，の３つの工程に分けることができる。このうち電極体２０の作製および電池ケース１０への電極体２０の収納は公知であるため簡単に述べる。電極体２０の積層の形式には捲回式や平積み式等があり，本形態としては特に限定はなくどれでもよい。電池ケース１０へ電極体２０を収納する際には，まず，正極端子部材５０および負極端子部材６０が蓋部材１３を貫通する状態とし，電極体２０に正極端子部材５０と負極端子部材６０とを接続する。そして，本体部材１１の内部に電極体２０を挿入し，蓋部材１３で本体部材１１の開口部を閉鎖する。このとき注液口１４はまだ封止部材１７で塞がれていない。
【００１３】
この状態で電解液１５の注入，すなわち注液工程を行う。注液工程は基本的に図２に示すように，電池１を，注液口１４が上を向く姿勢として，注液口１４に注液ノズル２を差し込み，注液ノズル２から電解液１５を吐出することで行う。本形態ではこの注液工程における電解液１５の注入速度を，途中で変更する。より具体的には，注液工程を前段の第１注液工程と後段の第２注液工程とに分けて行う。
【００１４】
第２注液工程での注入速度を，第１注液工程での注入速度より遅くする。第１注液工程での注入速度を第１の注入速度といい，第２注液工程での注入速度を第２の注入速度という。第１の注入速度は，例えば，電池ケース１０に注入すべき電解液１５の総量を３０秒〜２分程度の時間で注入できる速度に定めればよい。第２の注入速度は，例えば，第１の注入速度に対して３０〜５０％の範囲内程度とすればよい。こうすることで，注液工程全体を第２の注入速度で行った場合と比較して所要時間を短縮している。かつ，注液工程全体を第１の注入速度で行った場合と比較して電解液１５が吹き溢れるリスクを低減させている。
【００１５】
第１注液工程ではさらに，注入した電解液１５の量をチェックする判定工程を反復的に行う。第１注液工程から第２注液工程への移行のためである。注入済みの電解液１５の量が所定の基準値に達したら，第１注液工程から第２注液工程へ移行する。つまり電解液１５の注入速度を第１の注入速度から第２の注入速度へ低下させる。
【００１６】
所定の基準値は，第１注液工程で電解液１５の吹き溢れに至ることがないように定めておく値である。この目的からは電池ケース１０内での液面高さにて基準値を設定するのが本筋であるといえる。しかし図３に示すように，一定の注入速度で電解液１５を注入した場合の液面高さと注入時間との間には正の相関関係がある。さらに注入時間と注入量は比例するため，液面高さにて基準値を設定することと注入量にて基準値を設定することとは実質的に等価である。
【００１７】
図３は，高さ方向の寸法が約６０ｍｍである電池ケース１０における液面高さと注入時間との関係の例を示している。図３のグラフにおける液面高さは，電解液１５を注入している最中におけるものであるため，図１に示した最終状態での液面高さとは一致しない。注入した電解液１５が電極体２０に含浸されるのにある程度の時間が掛かるからである。上記より所定の基準値は，例えば，注液工程全体で注入すべき電解液１５の総量に対して，６０〜９０％の範囲内程度の値に定めておけばよい。その残部に相当する量の電解液１５は第２注液工程で注入される。
【００１８】
注入した電解液１５の量をチェックする方法にはいくつかあり，特に限定はない。ここではチェック方法の例示として，電解液１５の量そのものを求めることによる方法と，電池ケース１０の内部の電解液１５の液面を検知する方法とを述べる。
【００１９】
電解液１５の量そのものを求めることによる方法としては，電解液１５の送液経路に流量計を設けておいて，その積算値として注入済みの液量を直接取得する方法が挙げられる。あるいは，第１の注入速度での時間（秒）当たりの注入量と，注入開始からの経過時間との積により，注入済み量を求めるやり方もある。この場合，注入開始からの経過時間そのものに対して基準値を設定しておいても実質的に同じことができる。
【００２０】
液面を検知する方法は，注液ノズル２に液面センサを備えておいて，液面センサで液面が検知されたら注入済み量が基準値に達したと見なすやり方である。液面センサとしては，通電式のもの（例えば特開２０１８−４５９７４号公報参照）でもよいし，光学的なものでもよいし，給油所の給油ノズルのオートストップのような負圧式のもの（例えば特開平５−９７１９８号公報参照）でもよい。
【００２１】
第１の注入速度，第２の注入速度，と注入速度を変更する具体的な手法には特に限定はない。ここでは弁開度による手法と送液圧力による手法との２通りを例示する。一般的に注液ノズル２で電解液１５のような液体を容器に注入する場合には，液体（電解液１５）の供給源からある程度の圧力を掛けて液体を圧送する。弁開度による手法とは，供給源から注液ノズル２に至る流路の抵抗を調節することで注入速度を変更する手法である。流路上に弁開度の調節が可能な調整弁を設けておいて，その弁開度を下げることで，注入速度を下げることができる。送液圧力による手法とは，電解液１５を圧送する圧力そのものを変更する手法である。送出ポンプの駆動出力を下げることで，注入速度を下げることができる。
【００２２】
電池ケース１０への電解液１５の注入が終了したら注液口１４を封止部材１７で塞ぐ。これにより電池１は外形的には完成する。電池１に対してその後，高温エージングや活性化工程が行われる。
【００２３】
本形態における電解液１５の注入の実際の適用例を説明する。ここでの適用対象は図４に示す注液装置１００である。注液装置１００は，真空チャンバ１４０と電解液タンク１５０と制御部１６０とを有している。真空チャンバ１４０には，真空ポンプ１４５と大気開放弁１４７とが設けられている。電解液タンク１５０と注液ノズル２とを結ぶ送液管１５１には，流量計１５３と注液弁１５５が設けられている。
【００２４】
図４では真空チャンバ１４０に，図１に示した電池１が収納されている。ただし電池１は，注液口１４が未だ塞がれていない状態のものである。これにより，電池ケース１０の内部を真空引きしつつ電解液１５を注入することができるようになっている。図４では，電池１の注液口１４に，注液ノズル２とプローブ１２０とがいずれも挿し込まれている。ここでは，注液装置１００により，電解液１５の注入を２段階に分けて行うプロセスを例示する。最初に真空引きした状態で注入し，真空引きを解除した状態でさらに注入する手順である。本適用例ではこれらの２段階の注入に対してそれぞれ，本形態の特徴が適用される。
【００２５】
本適用例における注液装置１００の操作手順を図５により説明する。図５のうち，Ｓ１〜Ｓ８が前述の真空引きした状態での注入に該当し，Ｓ９〜Ｓ１５が真空引きを解除した状態での注入に該当する。本適用例では電解液タンク１５０からの電解液１５の送液圧力が可変とされている。初期状態では，注液弁１５５が閉じられ，大気開放弁１４７は開かれている。真空ポンプ１４５は動作していない。
【００２６】
図５のフローではまず，大気開放弁１４７を閉じる（Ｓ１）。続いて真空ポンプ１４５の動作をオンする（Ｓ２）。これにより，真空チャンバ１４０の内部が真空状態となる。電池１の電池ケース１０の内部も真空状態となる。未だ塞がれていないを注液口１４通じて電池ケース１０の内外が繋がっているからである。次に，電解液タンク１５０からの電解液１５の送液圧力を第１の圧力に設定する（Ｓ３）。第１の圧力は，本適用例で使用する送液圧力の１つである。この状態で注液弁１５５を開く（Ｓ４）。これにより，第１の圧力に対応する注入速度（流量）での電解液１５の注入が開始される。この注入が，真空引きした状態での第１注液工程である。
【００２７】
第１注液工程が開始されたら，制御部１６０にて流量計１５３の出力値を監視し，Ｓ４以後の注入量が所定量Ａに達したか否かを判定する（Ｓ５）。所定量Ａは，真空引きした状態での第１注液工程で注入すべき基準量としてあらかじめ定めた量である。注入量が所定量Ａに達するまでこの監視が続けられる。注入量が所定量Ａに達すると（Ｓ５：Ｙｅｓ），電解液タンク１５０の送液圧力の設定を第２の圧力に変更する（Ｓ６）。第２の圧力は，前述の第１の圧力より低い圧力である。つまりＳ６以後は，それ以前の第１注液工程のときより遅い注入速度（小さい流量）で注入が行われる。これが，真空引きした状態での第２注液工程である。
【００２８】
第２注液工程でも流量計１５３の出力値を監視する。これにより，Ｓ４の注入開始以後の注入量が所定量Ｂに達したか否かを判定する（Ｓ７）。所定量Ｂは，真空引きした状態での第２注液工程までにて注入すべき量としてあらかじめ定めた量である。注入量が所定量Ｂに達すると（Ｓ７：Ｙｅｓ），注液弁１５５を閉じる（Ｓ８）。これにて真空引きした状態での注入は終了する。そのため，真空ポンプ１４５をオフし（Ｓ９），大気開放弁１４７を開く（Ｓ１０）。これにより，真空チャンバ１４０の内部が大気圧状態に戻る。電池１の電池ケース１０の内部も大気圧状態に戻る。
【００２９】
その状態で，電解液タンク１５０の送液圧力の設定を第３の圧力に変更する（Ｓ１１）。第３の圧力は，前述の第１の圧力よりさらに高い圧力である。この状態で注液弁１５５を開く（Ｓ１２）。これにより，真空引き解除後の第１注液工程が開始される。このときの注入速度は，前述の真空引きした状態での第１注液工程のときの注入速度とだいたい同じくらいである。電池ケース１０の内部圧力が高められているが，その分，送液圧力も高く設定されているからである。
【００３０】
真空引き解除後の第１注液工程でも流量計１５３の出力値を監視する。これにより，注入開始以後の総注入量が所定量Ｃに達したか否かを判定する（Ｓ１３）。所定量Ｃは，真空引き解除後の第１注液工程までにて注入すべき基準量としてあらかじめ定めた量である。注入量が所定量Ｃに達すると（Ｓ１３：Ｙｅｓ），電解液タンク１５０の送液圧力の設定を第４の圧力に変更する（Ｓ１４）。第４の圧力は，前述の第３の圧力より低く，第２の圧力より高い圧力である。Ｓ１４以後の注入が，真空引き解除後の第２注液工程である。
【００３１】
この段階でも流量計１５３の出力値を監視する。これにより，総注入量が所定量Ｄに達したか否かを判定する（Ｓ１５）。所定量Ｄは，真空引きした状態での第１注液工程から真空引き解除後の第２注液工程に至る全体で注入すべき総量としてあらかじめ定めた量である。総注入量が所定量Ｄに達すると（Ｓ１５：Ｙｅｓ），注液弁１５５を閉じる（Ｓ１６）。これにて真空引き解除後の注入も終了する。
【００３２】
上記の説明ではＳ５，Ｓ７，Ｓ１３，Ｓ１５の各ステップでの注入量の監視および判定を，流量計１５３の出力値に基づいて行っている。ただしこれについては前述の通り，通電式等の別の方式によるもので置き替えてもよい。また，電解液タンク１５０における電解液１５の貯蔵量を１個の電池１に対する注入量と同じにしてしまえば，最終段階（Ｓ１５）においては注入量の監視をしなくてもよい。また，注入速度の変更についても，電解液タンク１５０の送液圧力の変更による替わりに，送液管１５１に流量調整弁を設けておいてこれを調整することで行ってもよい。
【００３３】
上記の図５のフローにより注入を行う際の各種パラメータの変化を図６に示す。図６のグラフには，送液圧力と，注入の流量と，注入済みの液量とが示されている。図６から分かるように，真空引きした状態での第１注液工程（Ｓ４〜Ｓ６）と第２注液工程（Ｓ６〜Ｓ８）とを比較すると，「液量」の傾斜に関して後者は前者より緩やかになっている。これは，両工程での流量の違いが反映されているものである。このことは，真空引き解除後の第１注液工程（Ｓ１２〜Ｓ１４）および第２注液工程（Ｓ１４〜Ｓ１６）に対してもいえる。図６中における丸数字の１〜４は，送液圧力についての前述の第１の圧力〜第４の圧力にそれぞれ相当する。
【００３４】
第１注液工程では，第２注液工程よりも注入の流量が大きい分，注入時間の短縮には資するが電解液１５が吹き溢れるリスクはより高い。第１注液工程では図７に示すように電池ケース１０内での電解液１５の泡沫３の発生量が多いからである。注入済みの電解液１５と新たに注入された電解液１５とが激しく衝突するためである。この泡沫３の最頂部は電解液１５の実際の液面１６より高い。このため，第１注液工程の流量での注入をそのまま継続すると，図８に示すように泡沫３が注液口１４から溢れ出てしまうおそれがある。本形態ではそうなる前に流量の小さい第２注液工程に移行することで吹き溢れの発生を回避する。第２注液工程では注入済みの電解液１５と新たに注入された電解液１５との接触が穏やかであるため，図９に示すように，泡沫３がほとんどない状態となるからである。
【００３５】
図７〜図９に示される液面１６は，その時点での注入済み液量に対してかなり高く現れているものである。この時点では電極体２０への電解液１５の含浸があまり進んでいないからである。真空引きした状態での第２注液工程（Ｓ６〜Ｓ８）の終了後，真空引き解除後の第１注液工程（Ｓ１２〜Ｓ１４）の開始前に，電極体２０への電解液１５の含浸がある程度進む。その分液面１６が下がるので，真空引き解除後の第１注液工程（Ｓ１２〜Ｓ１４）では再び，大きな流量での電解液１５の注入を行うことができる。
【００３６】
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，電池１の製造過程において，電池ケース１０への電解液１５の注入の工程を第１注液工程と第２注液工程とに分けて行うこととしている。まず第１注液工程で大きめの注入速度（流量）である程度まで注入を行い，残部は第２注液工程で小さめの注入速度（流量）で注入するのである。これにより，注液工程の所要時間の短縮を図りつつ，吹き溢れの防止をも達成した電池の製造方法が実現されている。
【００３７】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，対象とする電池１の電池種については，電池ケース１０の内部に電極体２０と電解液１５とを収容するタイプのものであればよく，それ以上の特段の限定はない。例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池が対象に含まれる。前記形態では全体形状が扁平角型である電池１を例示したが，円柱型の電池に対しても適用可能である。図５，図６に示したように本形態の方法を２回繰り返すことは必須ではない。注入を真空引き状態で行うか大気圧状態で行うかは任意である。
【符号の説明】
【００３８】
１    電池
２    注液ノズル
１０  電池ケース
１１  本体部材
１３  蓋部材
１４  注液口
１５  電解液
２０  電極体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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