(57)【要約】【課題】  電池容器の中へ電解液を効率よく短時間で注液できる注液ノズルとそれを用いた注液方法の提供を目的とする。【解決手段】  内部断面が円形で、基端部は電解液の供給装置に接続される中空円筒部と、この中空円筒部に連設され、テーパ状に延びて先端にいくほど細径になっていて、先端は電池容器の電解液注液口に接続されるノズル部と、  中空円筒部の中に周面３ａを密着させて嵌合され、かつ周面３ａには上面３ｃと下面３ｄの間を連通する複数の溝部３ｂが斜めに刻設されている円柱部材とを備えている電解液の注液ノズル。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部断面が円形で、基端部は電解液の供給装置に接続される中空円筒部と、
前記中空円筒部に連設され、テーパ状に延びて先端にいくほど細径になっていて、先端は電池容器の電解液注液口に接続されるノズル部と、
前記中空円筒部の中に周面を密着させて嵌合され、かつ前記周面には上面と下面の間を連通する複数の溝部が斜めに刻設されている円柱部材と
を備えていることを特徴とする電解液の注液ノズル。
【請求項２】
前記円柱部材が、供給された電解液の旋回流発生手段である請求項１の電解液の注液ノズル。
【請求項３】
前記円柱部材における前記溝部の刻設個数が４〜１６個である請求項１または２の電解液の注液ノズル。
【請求項４】
請求項１の注液ノズルのノズル部の先端を、電極群が収容されている電池容器の電解液注液口に気密に接続し、
前記電池容器の内部を前記注液ノズルの内部に比べて負圧状態にすると同時に、前記注液ノズルに電解液を供給して、
前記ノズル部の先端から、その先端を頂点とする傘形状をした電解液液膜の旋回流を前記電池容器の内部に噴射することを特徴とする電池への電解液の注液方法。
【請求項５】
前記電解液液膜の噴射時における頂角が平面視角度で３０°以上である請求項４の電池への電解液の注液方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な構造の電池への電解液の注液ノズルと、それを用いることにより、電池への電解液の注液作業を短時間で効率よく実施することができる注液方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉型電池を製作するに際しては、まず所定の活物質を担持する正極シートと負極シートを製造し、これらシートの間にセパレータを介在させた状態で巻回または積層して所定の外形寸法をした電極群を製造する。
そして、一方極端子も兼ね、上部が開口する所定サイズの電池容器の中にこの電極群を充填したのち、容器の上部開口を封口板で封口する。ついで封口板の中心箇所に形成されている電解液の注液口から所定組成の電解液の所定量を電池容器内に注液したのち、当該注液口を密閉する。
【０００３】
この電解液の注液作業は、一般に、注液ノズルを用いて行われている。例えば、基端部が電解液の供給装置に接続された注液ノズルのノズル先端を封口板の注液口に挿入し、電解液の供給装置から所定量の電解液を注液ノズルに供給し、それをノズル先端から電池容器内に注液している。
しかしながら、この従来の注液方法の場合、電極群はある程度緊締された状態で電池容器内に充填されているので、ここに電解液を注液すると、それが電極群の内部にまで万遍なく滲透して担持されている活物質を湿潤せしめるためにはかなりの時間を必要とする。そのため、電池の製造工程において、この注液工程は全体の製造効率を低下させる要因になっている。
【０００４】
とくに、最近の電池の場合、形状の小型化と並んで高容量化が強く要請されているが、その要請に応えるためには、電極群を強く緊締してできるだけ高密度化し、担持する活物質の量を増加させることが必要になっている。
そして、電極群を収容する電池容器の外形サイズは所定のサイズに規格化されているので、電池の高容量化のためには電極群を更に高密度化すると同時に、それを大型化して電池容器の内部空間を有効に活用することが必要になる。
【０００５】
このようなことから、高容量化を目的とする密閉型電池の場合、電極群は電解液が滲透しにくい状態になっており、また電池容器の内部空間も減少しているので、電解液の注液性は悪くなってくる。
このような問題に対し、注液する電解液を一時貯留する一時貯留室を設け、この一時貯留室と電池容器内を別々に減圧して、減圧した電池容器内に一時貯留室から電解液を注液ノズルで注液する装置と方法が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００６】
この方法によると、電解液を変質させることなく、電池容器に迅速かつ効率よく注液できるとされている。
【特許文献１】特開２００２−２７４５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１の先行技術は、しかしながら、注液装置が全体として大規模化し、また操作も煩雑であるという問題がある。
本発明は上記した先行技術と異なり、後述する簡単な円柱部材を注液ノズルの内部に装着するだけで、高密度化した電極群を収容し、内部空間の少ない電池容器に対しても従来に比べて短時間で効率よく電解液を注液することができる電解液の注液ノズルとそれを用いた電池への電解液の注液方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
内部断面が円形で、基端部は電解液の供給装置に接続される中空円筒部と、
前記中空円筒部に連設され、テーパ状に延びて先端にいくほど細径になっていて、先端は電池容器の電解液注液口に接続されるノズル部と、
前記中空円筒部の中に周面を密着させて嵌合され、かつ前記周面には上面と下面の間を連通する複数の溝部が斜めに刻設されている円柱部材と
を備えていることを特徴とする電解液の注液ノズルが提供される。
【０００９】
また、本発明においては、
上記した注液ノズルのノズル部の先端を、電極群が収容されている電池容器の電解液注液口に気密に接続し、
前記電池容器の内部を前記注液ノズルの内部に比べて負圧状態にすると同時に、前記注液ノズルに電解液を供給して、
前記ノズル部の先端から、その先端を頂点とする傘形状をした電解液液膜の旋回流を前記電池容器の内部に噴射することを特徴とする電池への電解液の注液方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
注液ノズルの中に配置されている円柱部材は、供給される電解液を旋回流に変え、そしてこの旋回流はノズル先端から当該ノズル先端を頂点とする傘形状をした液膜となって電池容器の中に噴射させるので、電解液が効率よく短時間で電池容器に注液される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の注液ノズルの１例Ａを図１に示す。
この注液ノズルＡは、中空円筒部１とノズル部２と円柱部材３で構成されている。
中空円筒部１は内部の断面が同径の円形になっている細い筒体で、その基端部は図示しない電解液の供給装置に接続されている。
ノズル部２は、中空円筒部１に連設して一体化されていて、全体としてテーパ形状で、ノズル先端にいくほど細径になっている。
【００１２】
したがって、供給装置から中空円筒部１に供給された電解液は、中空円筒部１とノズル部２の境界２ａで絞り込まれて流速を増し、ノズル部２のノズル先端２ｂから外部へ噴出していく。
そして、中空円筒部１の中には、図２で示したような円柱部材３がその周面を中空円筒部１の内壁１ａと密着した状態で嵌合されている。
【００１３】
円柱部材３は、その直径が中空円筒部１の内径と略等しいか若干小さくなっていて、その周面３ａには、複数（図では６個）の溝部３ｄが斜めに刻設されている。
したがって、この円柱部材３を中空円筒部１の中に嵌合して境界２ａの上部に配置させると、中空円筒部１の内壁１ａと円柱部材３の間には、円柱部材３の上面３ｃと下面３ｄの間を斜め方向に走る複数の連通経路が形成される。
【００１４】
この注液ノズルＡの中空円筒部１の中に電解液をある圧力が付加された状態で供給すると、当該電解液は円柱部材３で一時せきとめられるので更に昇圧し、そして周面３ａに形成されている溝部３ｂから成る連通経路を通ってノズル部２へと噴出していく。
溝部３ｂの連通経路は円柱部材３の周面３ａを斜め方向に走って形成されているので、これら連通経路を通過した電解液は斜下方に噴出して旋回力を受け、旋回流となってノズル部２内で加速されながらノズル先端２ｂへと進む。このように、円柱部材３は、供給された電解液の旋回流発生手段として機能する。
【００１５】
そして、電解液は旋回流の状態を確保しながら、ノズル先端２ｂを頂点とし、そこから平面視角度（以後、噴射角という）θで広がる傘形状をした液膜４となってノズル先端２ｂから噴射されていく。
次に、この注液ノズルＡを用いた注液方法の１例を図３に基づいて説明する。
図３において、所定形状の電池容器５の中に電極群６が充填され、電池容器の上部開口は電解液の注液口７ａを有する封口板７で封口されている。
【００１６】
なお、高容量電池を製作目的とする場合には、活物質を多く内在させるために電極群５は高密度化され、電池容器６の内部容積にできるだけ近似した体積となるように設計されている。そのため、電極群５の外周と電池容器６の内壁は密着し、また電極群５における内部空隙は極小化され、更に電極群５と封口板７の間隙もできるだけ狭くなるように設計されている。
【００１７】
まず、注液ノズルＡのノズル部２の先端２ａと封口板７の注液口７ａとを気密に接続することにより、電池容器の内部に密閉空間が形成される。
なお、注液ノズルＡの中空円筒部１の基端部は、電解液の供給配管部（図示しない）を介して電解液の供給装置８と接続され、そしてこの供給配管部には電解液の供給液量の調節機構や遮断機構（いずれも図示しない）などが付設されている。
【００１８】
注液に際しては、まず、供給配管部における遮断機構を作動した状態で、封口板７に設けた排気機構（図示しない）を作動して電池容器５の中を排気し、電池容器の内部と注液ノズルＡの内部を、電解液の供給装置８に比べて負圧状態にする。
供給装置８は常圧で運転されることを通例とするので、用いる電解液の比重、粘度などの物性との関係で適宜に選定することになるが、電池容器内の圧力は大気圧よりも０．６〜０．８MPa程度負圧にすることが好ましい。
【００１９】
負圧が小さい場合は、ノズル先端２ｂから施回流液膜が充分に噴射しなくなり、また負圧が大きくなりすぎると、電池容器の変形が起こりはじめるからである。
ついで、供給配管部の遮断機構の作動を停止して、供給装置８から所定量の電解液を供給する。
電解液は加圧状態で注液ノズルＡに供給され、円柱部材３の作用で旋回流となり、更にノズル部２で加速され、最後にノズル部先端２ｂから、旋回する傘形状の液膜４となって電池容器５の密閉空間に加圧状態で強制的に噴射される。
【００２０】
このときの液膜４としては、噴射角θが３０°以上となるような液膜であることが好ましい。
噴射角θが３０°以上となる液膜４は、それが保持する圧力も高く、したがって電極群と封口板が形成する電池容器内の密閉空間の隅々にまで当該液膜が噴射されていくので、効率的に電解液が電極群に浸透し、注液時間の短縮を可能にするからである。
【００２１】
なお、この噴射角θは、電解液の旋回力の関数であり、電池容器内の減圧度、注液ノズルにおける中空円筒部とノズル先端との内径比、円柱部材３における溝部の寸法形状、溝部の個数などの因子の影響を受ける。そして、容器内の減圧度、中空円筒部とノズル先端の内径比、溝部の寸法形状が同じであるとするならば、溝部の刻設個数が増加するほど電解液の旋回力は大きくなり、噴射角θも大きくなり、したがって注液効率が向上する。
しかし、注液ノズル内の円柱部材３の寸法も考慮すると、溝数は最大１６個で限界であることから、通常は４〜１６個にすることが好ましい。
【実施例】
【００２２】
（１）注液ノズル
図１で示した注液ノズルＡをポリプロピレンで製作した。注液ノズルＡにおいて、中空円筒部の内径は１０mmとし、ノズル先端の内径は１mmとした。そしてノズル部のテーパ角は２０°である。
また、直径１０mm、高さ１０mmのポリプロピレン製円柱体の周面に溝幅１mm、溝深さ２mmの溝部を等間隔で２個、４個、８個、１６個それぞれ刻設し、４種類の円柱部材を製作した。なお、いずれの溝部も周面に対し略６０°の角をもたせて斜めに刻設した。
そして、各円柱部材をそれぞれ中空円筒部の中に嵌合・配置して４種類の注液ノズルを製作した。
【００２３】
（２）注液試験
電極群収容後、内部空間体積が１．０ｍｌである電池容器の上部開口を封口板で封口したのち、その注液口と注液ノズルのノズル先端を気密に接続し、電解液の供給配管部の遮断機構を作動して電池容器内の排気を行ない、電池容器内を大気圧より０.8MPa負圧の状態にした。
ついで、供給配管部の遮断機構の作動を停止し、電解液の供給装置から比重１.2、粘度３．５cPの電解液２.5ｇを注液ノズルに供給して、注液作業を行なった。
なお、比較のために、円柱部材を配置しない注液ノズルを用いても同様の注液試験を行なった。
【００２４】
（３）結果
各注液試験において、注液が完了するまでに必要な時間を測定した。また、ノズル先端からの電解液の噴射角θも観察した。
以上の結果を、円柱部材に刻設した溝部の個数と関係づけて表１に示した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
ここで、溝部の個数と噴射角の関係を図４に、噴射角と注液時間の関係を図５にそれぞれ示す。
これらの結果から明らかなように、円柱部材の周面に刻設する溝部の個数が増加するにつれて、ノズル先端から噴射する電解液の液膜の噴射角θは大きくなっていく。
そして、この噴射角θが３０°以上になると電解液の注液時間は大幅に短縮して効率のよい注液を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上の説明で明らかなように、本発明の注液ノズルは、中空円筒部の中に配置される円柱部材により、旋回する電解液の液膜がノズル先端から電池内の密閉空間に噴射されるので、効率よく短時間で電池内へ電解液を注液することができる。そのため、高容量電池の製造効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の注液ノズルの１例Ａを示す概略図である。
【図２】注液ノズル内に配置する円柱部材の１例を示す斜視図である。
【図３】注液ノズルＡを用いた注液方法を示す概略図である。
【図４】注液ノズルに配置する円柱部材の溝部の個数とノズル先端における電解液の噴射角θとの関係を示すグラフである。
【図５】ノズル先端における電解液の噴射角θと注液時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１    中空円筒部
１ａ  中空円筒部１の内壁
２    ノズル部
２ａ  ノズル部２と中空円筒部１の境界
２ｂ  ノズル先端
３    円柱部材
３ａ  円柱部材３の周面
３ｂ  溝部
３ｃ  円柱部材３の上面
３ｄ  円柱部材３の下面
４    電解液の傘形状をした液膜
５    電池容器
６    電極群
７    封口板
７ａ  電解液注液口
８    電解液の供給装置
【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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