(57)【要約】  本発明は、電気化学セル(10)に電解質を充填することに関し、前記セルは、その内部(12)に、少なくとも１つの電極スタックと、１つまたは複数の電極スタックを少なくとも部分的に包囲する１つのケーシングとを有する。充填を行うために、セル(10)の内部(12)に負圧が生成され(ステップS3)、次にセル(10)の内部(12)は電解質供給装置(24)に接続される(ステップS5)。セル(10)が電解質で均一かつ完全に満たされることを促進するために、電解質供給装置(24)が接続されている間、第１の圧力および第２の圧力がセル(10)の外面(14)に交互に加えられ、第２の圧力は第１の圧力より低い(ステップS6およびS7)。
2014502410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セル(10)であって、その内部(12)に少なくとも１つの電極スタックおよび前記１つ／複数の電極スタックを少なくとも部分的に包囲するケーシングを備える電気化学セル(10)に電解質を充填するための方法であって、
前記セル(10)の前記内部(12)に負圧を発生させるステップ(ステップS3)と、
ステップS3の後、前記セル(10)の前記内部(12)を電解質供給装置(24)に接続するステップ(ステップS5)と、
第１の圧力および前記第１の圧力より低い第２の圧力を、前記セル(10)の外面(14)に交互に加えるステップ(ステップS6およびS7)とを備える、方法。
【請求項２】
前記第１の圧力および前記第２の圧力は、前記電気化学セル(10)を実質的に完全に取り囲む作動流体(28)によって、ステップS6およびS7で前記セル(10)の前記外面(14)に生成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
ステップS6およびS7での前記第１の圧力および前記第２の圧力間の差は、前記作動流体(28)の体積および/もしくは量の変化によって、並びに/または、前記作動流体(28)の流量によって生成されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の圧力および前記第２の圧力は、前記セル(10)の少なくとも一部をその間に受容する圧力板(34)によって、ステップS6およびS7で前記セル(10)の前記外面(14)に生成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記セル(10)は、ステップS6および/またはS7の間、発振され（ステップS6a）、前記発振の周波数はステップS6およびS7の周波数より高いことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記セル(10)は、ステップS6aで少なくとも１つの音響パルス、好適には少なくとも１つの超音波パルスを受けることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
ステップS6およびS7において、前記第１の圧力および第２の圧力は、パルスまたは脈動で交互に加えられることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ステップS6およびS7が繰り返されるとき、前記第１の圧力の印加中の1パルスの持続時間、および/または、前記第２の圧力の印加中の1パルスの持続時間を変化させることができることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
ステップS6およびS7での前記第１の圧力は、前記セル(10)の周囲圧力または正圧に対応することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ステップS6およびS7での前記第２の圧力は、前記セル(10)の周囲圧力または負圧に対応することを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の圧力の大きさおよび/または前記第２の圧力の大きさを、ステップS6およびS7の繰り返し中に変化させることができることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、前記セル(10)内の前記電解質の充填レベル値を検出するステップS8をさらに備え、ステップS6およびS7は、ステップS8で検出される充填レベル値が予め決められた限界値に達するまたはこれを超えるまで実行される(ステップS9)ことを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ステップS6およびS7の繰り返しの回数は、前記充填レベル値が次に検出されるまで、ステップS7で検出された前記充填レベル値に応じて選択される(ステップS11)ことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
特に請求項1から13のいずれか1項に記載の方法を実施するための、その内部(12)に少なくとも１つの電極スタックおよび前記１つ／複数の電極スタックを少なくとも部分的に包囲するケーシングを備える電気化学セル(10)に電解質を充填するための装置であって、
前記電気化学セル(10)を保持するための保持装置(18)と、
前記保持装置(18)によって保持された前記セル(10)の前記内部(12)に負圧を発生させるための負圧装置(20、22)と、
前記保持装置(18)によって保持された前記セル(10)の前記内部(12)に電解質を供給するための供給装置（20、24）と、
前記保持装置(18)によって保持された前記セル(10)の外面(14)に少なくとも2つの異なった圧力を加えるための加圧装置(26〜32;34)とを備える、装置。
【請求項１５】
前記負圧装置(20、22)および前記供給装置(20、24)は、共通の充填装置(20〜24)の形態で構成されることを特徴とする、請求項14に記載の装置。
【請求項１６】
前記加圧装置(26〜32)は、内部に前記セル(10)が配置されている、流体(28)が充填された圧力室(26)を備えることを特徴とする、請求項14または15に記載の装置。
【請求項１７】
前記加圧装置(34)は、前記セル(10)の少なくとも一部をその間に受容する少なくとも2つの圧力板(34)を備えることを特徴とする、請求項14または15に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも2つの異なった圧力による加圧の周波数より高い発振の周波数で前記セル(10)を発振させることができる振動発生器(36)が設けられることを特徴とする、請求項14から17のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
真空室(38)内に配置されることを特徴とする、請求項14から18のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
同時に複数の電気化学セル(10)に電解質を充填するように構成されることを特徴とする、請求項14から19のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルに電解質を充填するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、自動車駆動装置の給電用のリチウムイオンバッテリに関連して説明される。しかしながら、本発明を、電気化学セルおよびバッテリの化学的性質および設計とは無関係に、給電される駆動装置の種類とも無関係に使用することができることを指摘する。
【０００３】
下記特許文献１は、セルを排気し、次に上方からの圧力下で電解質をセル内に圧送するために、高圧、真空または大気圧を自由に選んでセル充填手順に用いることができる充填ヘッドを使用してバッテリセルに電解質を充填するための方法および装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１７８０９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気化学セルに電解質を充填する改善された方法を提供するという課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、本課題は、独立請求項の教示によって解決される。本発明の好適なさらなる構成は、従属請求項の対象である。
【０００７】
電気化学セルであって、その内部に、少なくとも１つの電極スタックおよび１つ／複数の電極スタックを少なくとも部分的に包囲するケーシングを備える電気化学セルに電解質を充填する本発明の方法は、セルの内部に負圧を発生させるステップ(ステップS3)と、その後、セルの内部を電解質供給装置に接続するステップ(ステップS5)と、第１の圧力および第１の圧力より低い第２の圧力をセルの外面に交互に加えるステップ(ステップS6およびS7)とを備える。
【０００８】
セルの内部に負圧を発生させるステップは、最初に、セルの内部から、および、特に電極スタックの隙間から空気を除去するので、その後の電解質充填中、前記隙間のすべてに実質的に完全に充填することができる。
【０００９】
電解質が電極スタック間を十分な量で流れ、均等に分散されることを保証するために、セルの外面に交互に加えられる、より高い第１の圧力およびより低い第２の圧力によって、電極スタックを交互に圧縮および膨張させる。そうすることで、電解質が電極スタック間に吸い込まれるように作用する吸引効果を引き起こす。
【００１０】
本発明の方法は、セルの内部の負圧の吸引効果、並びに、セルを交互に圧縮および膨張させることによる吸引効果により、電解質がセルの内部に吸引されるので、圧力無しで電気化学セルの内部に電解質を圧送することができる。この方法は、電気化学セルの構成要素に優しく、特に、ケーシングの機械的な損傷を防ぐ。しかしながら、本発明の文脈内で、圧力下で電解質をセルに充填することも可能である。
【００１１】
「電気化学エネルギー貯蔵装置」は、電気化学反応がエネルギー貯蔵装置の内部に発生することによって、そこから電気エネルギーを取り出すことができる任意の種類のエネルギー貯蔵装置として理解されるべきである。この用語は、すべての種類のエネルギー貯蔵装置を包含し、特に、一次バッテリおよび二次バッテリを包含する。電気化学エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの電気化学セルを備え、好適には複数の電気化学セルを備える。複数の電気化学セルを、より多くの電荷を貯蔵するために並列に接続することができ、もしくは、所望の動作電圧を得るために直列に接続することができ、または、並列および直列接続の組み合わせを形成することができる。
【００１２】
「電気化学セル」または「電気化学エネルギー貯蔵セル」は、本発明の文脈では、電気エネルギーの放出に用いられ、エネルギーが化学的形態で貯蔵される装置として理解されるべきである。再充電可能な二次バッテリの場合、セルは、また、電気エネルギーを受容し、化学エネルギーに変換し、貯蔵するように設計される。電気化学セルの設計(すなわち、特にサイズおよびジオメトリ)を、利用可能な空間に応じて選択することができる。電気化学セルは、好ましくは、実質的に角柱形または円筒形に形成されている。本発明の電気化学セルはこのような用途に限定されることなく、本発明は、パウチセルまたはコーヒーバッグセルと呼ばれるこれらの電気化学セルに特に有利に適用可能である。
【００１３】
実質的に直方体のパウチセルは、好適には、その４つの縁部の１つ、特に好適には下縁部に少なくとも１つの開口部または充填開口部を有し、この開口部を通じて電解質が供給される。したがって、パウチセルの下縁部は、バッテリ集合体内のその使用位置において、重力の方向で下を指す縁部として理解されるべきである。この開口部は、充填後に封止される。
【００１４】
用語「電極スタック」は、少なくとも2つの電極およびそれらの間に配置された電解質から成るアセンブリを意味する。電解質を、セパレータによって部分的に受容することができ、このときセパレータは電極を分離する。電極スタックは、好適には複数の電極およびセパレータ層を有しており、同じ極性の個々の電極は、好適には互いに電気的に接続され、特に並列に接続される。電極は、例えば、板状またはホイル状に形成されており、好適には互いに実質的に平行に配置される(角柱形エネルギー貯蔵セル)。電極スタックは、コイル状であってもよく、実質的に円筒形状を示してもよい(円筒形エネルギー貯蔵セル)。用語「電極スタック」は、このような電極コイルも包含することになる。電極スタックは、リチウムまたは他のアルカリ金属を、イオン形態でも含むことができる。
【００１５】
用語「ケーシング」は、化学物質が電極スタックから周囲に漏れるのを防ぎ、電極スタックの構成要素を有害な外部の影響に対して保護するのに適した任意の種類の装置を包含する。ケーシングを、１つまたは複数の成形部品から構成する、および/または、ホイル状に形成することができる。さらに、ケーシングは単層または多層構造であってもよい。加えて、ケーシングは、好適には、弾性材料から少なくとも部分的に形成され、または、弾性を有するように構成されている。ケーシングは、好適には、気密および電気絶縁材料または複合層から形成されている。ケーシングは、ケーシングおよび電気化学セルの内部間の良好な熱伝導を可能にするために、電極スタックを、好適には可能な限り隙間および空気溜まりを生じさせずに包囲する。
【００１６】
「負圧」は、大気圧より低い圧力を示す。負圧は、好適には、電気化学セルの内部に真空を形成する。ステップS3で電気化学セルの内部に生成される負圧は、好適には約1kPaから50kPaの範囲であり、より好適には約2kPaから30kPaの範囲であり、さらに好適には約4kPaから10kPaの範囲である。
【００１７】
「第１の圧力」および「第２の圧力」は、まったく一般的には、第２の圧力が第１の圧力より低いという程度にのみ予め決められる。言い換えると、電気化学セルは、上述した電解質への吸引効果を生成するために、ステップS6およびS7で2つの異なった圧力を交互に受ける。原理的には、第１の圧力および第２の圧力の両方を、大気圧より高くなるように選択することができ、第１の圧力および第２の圧力の両方を、大気圧より低くなるように選択することができ、第１の圧力を大気圧より高くなるように選択し、第２の圧力を大気圧より低くなるように選択することができ、または、第１および第２の圧力の一方を、大気圧と実質的に等しくなるように選択することができる。
【００１８】
ステップS6およびS7では、第１および第２の圧力は、電気化学セルの「外面」に加えられるべきである。これは、電気化学セルができるだけ均一に圧力が受けられるように、できるだけ最大の領域にわたって加圧することを示す。実質的に角柱形のセルの場合、セルの少なくともすべての主要な領域が異なった第１および第２の圧力を実質的に受けることが好ましく、実質的に円筒形のセルの場合、セルの少なくとも外套面全体が異なった圧力を実質的に受けることが好ましい。
【００１９】
好適な一実施形態では、第１の圧力および第２の圧力は、電気化学セルを実質的に完全に取り囲む作動流体によって、ステップS6およびS7でセルの外面に生成される。「作動流体」は、したがって気体または流体媒体である。
【００２０】
本実施形態では、流体が第１および第２の圧力を実質的にセルの外面全体に加えるので、すべての位置およびすべての方向で、セルへの、したがって電極スタックへの圧力の可能な限り均一な印加が結果として起こる。そうすることで、セル、特にそのケーシングおよび電極スタックの損傷のリスクが減少する。
【００２１】
本発明の好適な一実施形態では、ステップS6およびS7での第１の圧力および第２の圧力間の差は、作動流体の体積および/もしくは量の変化によって、並びに/または、作動流体の流量によって生成される。体積および/または量の変化は、好適には気体作動流体の場合に使用され、流量は、液体作業流体の場合に使用される。
【００２２】
本発明の他の好適な実施形態では、第１の圧力および第２の圧力は、セルの少なくとも一部をその間に受容する圧力板によって、ステップS6およびS7でセルの外面に生成される。
【００２３】
「圧力板」は、好適には、セルの外面に支えられ、前記セルの外面に対して実質的に垂直に移動させることができる板状構成要素であり、または、非回転対称設計の(すなわち、例えば偏心断面を有する)、実質的に固定された(すなわち、セルの外面と一定の距離で平行の)軸の周囲を回転するローラである。
【００２４】
他の好適な実施形態では、セルは、ステップS6および/またはS7の間、ステップS6およびS7の周波数より高い発振の周波数で発振される。この目的のため、セルは、好適には、ステップS6aで少なくとも１つの音響パルス、好適には少なくとも１つの超音波パルスを受ける。このようなセルが受ける追加の発振は、セルまたはその電極スタック内に空気が閉じ込められた場合に、当該空気をより良く排出することができ、セルの充填をさらに改善することができる。
【００２５】
本発明の好適な一実施形態では、ステップS6およびS7での交互の第１の圧力および第２の圧力は、パルスまたは脈動で加えられる。好適には、それによって第１の圧力の印加中の1パルスの持続時間、および/または、第２の圧力の印加中の1パルスの持続時間をステップS6およびS7が繰り返されるときに変化させることができる。
【００２６】
第１のおよび第２の圧力の期間、すなわち、本質的には第１の圧力のパルス持続時間および第２の圧力のパルス持続時間の合計は、好適には約2秒から20秒の範囲であり、より優先的には約3秒から15秒の範囲であり、さらに好適には約5秒から10秒の範囲である。
【００２７】
ステップS6およびS7での第１の圧力は、好適にはセルの周囲圧力(すなわち通常は大気圧)または正圧に対応し、ステップS6およびS7での第２の圧力は、セルの周囲圧力または負圧に対応する。好適には、第１の圧力は、セルの周囲圧力に実質的に対応し、第２の圧力は、負圧に対応する。
【００２８】
第１の圧力の大きさおよび/または第２の圧力の大きさを、好適にはステップS6およびS7の繰り返しの間に変化させることができる。
【００２９】
本発明の好適な一実施形態では、電解質は、ステップS5からS7で下から電気化学セルに供給される。この手法は、有利には、セルに電解質を充填するときに、毛細管効果を利用することができるようにする。他の好適な実施形態では、電解質を、横からまたは上から電気化学セル内に充填することができる。本発明のさらに他の好適な実施形態では、充填前に、電気化学セルは、電気化学セルの充填開口部を上方にかつ重力の引っぱる力に対して反対に向けるように配置される。このようにして、電解質が重力に応じて下方に流れるので、重力は本発明の方法による充填を有利に支持する。
【００３０】
本発明の他の好適な実施形態では、本発明の方法は、セル内の電解質の充填レベル値を検出するステップS8をさらに備え、ステップS6およびS7は、ステップS8で検出された充填レベル値が予め決められた限界値に達するまたはこれを超えるまで繰り返される(ステップS9)。そうすることで、電気化学セルが、充填手順の完了後に、予め決められた充填レベルの電解質を有することを保証する。
【００３１】
したがって、充填レベル値が次に検出されるまで、ステップS6およびS7の繰り返し回数を、ステップS7で検出された充填レベル値に応じて好適には選択することができる(ステップS11)。したがって、充填レベル値を、例えば充填手順の開始時には充填手順の終了時ほど頻繁にチェックする必要はない。このようにして、セル内の電解質の充填レベル値は、ステップS6およびS7で行われる各圧力交換プロセス後に検出されないため、セルの充填手順を全体として短縮することができる。
【００３２】
本発明のさらに好適な実施形態では、当該方法は、ステップS3の前に、ステップS3で負圧を発生させるための少なくとも１つの開口部と、ステップS5で電解質を供給するための少なくとも１つの開口部とを除いて、電気化学セルを封止するステップS1をさらに備える。2つの前記開口部は、選択的に異なった開口部または同じ開口部であってもよい。好適には、ケーシングには、充填手順を実現するための唯一の開口部が設けられる。
【００３３】
用語「封止」は、本発明に関しては、ケーシングの一部と他の構成要素との(特に、例えば、ケーシングの他の部分または電流導体との)流体密封(すなわち、液密および気密)接続として理解されるべきである。ケーシングは、好適には、その接続側に、少なくとも部分的に溶解し、圧力下で結合することができる(いわゆる熱シール)材料または材料層を示す。
【００３４】
少なくとも１つの電極スタックおよび１つ／複数の電極スタックを少なくとも部分的に包囲するケーシングを内部に備える電気化学セルに電解質を充填するための本発明の装置は、以下の構成要素、電気化学セルを保持するための保持装置と、保持装置によって保持されたセルの内部に負圧を発生させるための負圧装置と、保持装置によって保持されたセルの内部に電解質を供給するための供給装置と、保持装置によって保持されたセルの外面に少なくとも2つの異なった圧力を加えるための加圧装置とを備える。
【００３５】
負圧装置および供給装置は、好適には共通の充填装置の形態で構成される。
【００３６】
本発明の好適な一実施形態では、加圧装置は、内部にセルが配置される、流体が充填された圧力室を備える。
【００３７】
本発明の他の好適な実施形態では、加圧装置は、セルの少なくとも一部をその間に受容する少なくとも2つの圧力板を備える。
【００３８】
本発明の好適な一実施形態では、少なくとも2つの異なった圧力による加圧の周波数より高い発振の周波数でセルを発振させることができる振動発生器がさらに設けられている。
【００３９】
本発明の他の好適な一実施形態では、セルを充填するための装置は、真空室内に配置される。
【００４０】
本発明の好適な一構成では、装置は、同時に複数の電気化学セルに電解質を充填するように構成される。この手段は、複数の電気化学セルの製造プロセスを加速させることができる。
【００４１】
利点および使用した用語に関して、本発明の方法に関連して上述した説明が準用する。電気化学セルに電解質を充填するための本発明の装置は、本発明の方法を実現するのに特に適している。
【００４２】
本発明の上述した方法および上述した装置を、自動車の駆動装置に電力を供給するためのリチウムイオン二次バッテリの形態の電気化学エネルギー貯蔵装置の製造に際して有利に使用することができる。しかしながら、本発明を当然他の用途に使用することもできる。
【００４３】
本発明の他の利点、特徴および可能な用途は、図面を用いた以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例による電気化学セルを充填するための装置の構造の概略図である。
【図２】本発明による電気化学セルに電解質を充填するプロセスフローを明確にするフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施例による電気化学セルを充填するための装置の構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図1は、電解質を電気化学セル10内に充填するための装置の非常に単純化した描写を示す。電解質を充填すべき電極スタックは、セル10の内部12に配置される。ケーシングは、セルの内部12をセルの周囲から区別し、セル10の外面14を画定する。
【００４６】
セル10は、充填手順を実行する際に使用される少なくとも１つの開口部16を示す。セル10は、充填手順の間、適切な保持装置18内に保持される。図1が示すように、本実施例でのセル10は、電解質が毛細管効果によって下からセル10の内部12に流れ込むことができるように、反転位置に保持される。
【００４７】
セル10の開口部16は充填ヘッド20に接続され、充填ヘッド20自体は、負圧源22および電解質供給装置24に接続される。このようにして、負圧、例えば、約5kPaの大きさの程度の真空を、この充填ヘッド20によってセル10の内部12に選択的に発生させることができ、または、セル10の内部12を電解質供給装置に接続することができる。これによって、電解質供給装置24からの電解質を、単に毛細管効果および吸引効果によってセル10の内部12に吸引させることができ、または、さらにある程度の圧力下でセル10内に圧送することができる。
【００４８】
図1に示すように、セル10は、できる限り完全にセル10の外面14を包囲する圧力室26によって取り囲まれる。この圧力室26は、流体28、すなわち気体または液体で満たされ、流体28は、セル10の外面14をすべての側面でできるだけ均等に圧迫し、したがって、すべての方向から等しい圧力をセル10に、それによってセル10の内部12の電極スタックに加える。
【００４９】
圧力室26は、第１の圧力源30および第２の圧力源32に接続される。本実施例では、第１の圧力源30は、周囲圧力または大気圧に実質的に対応する、圧力室26の内部の流体圧力を発生し、第２の圧力源32は、負圧、すなわち第１の圧力源30によって生成される周囲圧力より低い圧力に対応する、圧力室26内の流体圧力を発生する。
【００５０】
2つの圧力源30、32を、選択的に１つの共通の装置として構成しても良い。第１の圧力源30を正圧の発生源として形成し、第２の圧力源32を周囲圧力の発生源として設計することも可能である。
【００５１】
セル10に電解質を充填する間、圧力室26を、第１のおよび第２の圧力源30、32によって交互に動作させることができる。
【００５２】
図2は、上述した装置で実行することができる本発明による電気化学セル内に電解質を充填するプロセスの例示的な動作シーケンスをフローチャートで示す。
【００５３】
第１のステップS1では、電気化学セル10は、充填開口部16を除いて封止される。封止されたセル10は、次に保持装置18内に反転位置で受け入れられ、充填ヘッド20に接続される(ステップS2)。
【００５４】
ステップS3では、充填ヘッド20に接続された負圧源22によってセル10の内部12内に負圧または真空が生成され、すなわち、セル10は、セル10から気体が除去されるように排気される。(任意)ステップS4では、ステップS3中またはその後、第１の圧力源30が、圧力室26内の流体28への周囲圧力を発生させる。
【００５５】
次に、ステップS5では、電気化学セル10に下から電解質を供給するために、セル10の内部12は、充填ヘッド20を介して電解質供給装置24に接続される。セル10の内部12の負圧により、および、毛細管効果により、電解質は、開口部16を通って、セル10の内部12および電極スタック間に流れ込む。
【００５６】
次に、セル10の電解質の均一かつ完全な充填を達成するために、ステップS6およびS7が実行される。ステップS6およびS7は繰り返し実行される。ステップS6では、最初に第１の圧力源30によって、周囲圧力(第１の圧力)が圧力室26内のセル10の外面14に加えられる。次に、ステップS7では、第２の圧力源32によって、負圧(第２の圧力)が圧力室26内のセル10の外面14に加えられる。セル10および電極スタックを交互に圧縮および膨張させることによって、電解質を、電解質供給装置24の外に、電極スタックを通ってより速くかつより均一に移動させることができる。
【００５７】
圧力室26の流体28内の第１の圧力および第２の圧力のパルス持続時間を、充填動作の途中で変化させることができる。例えば、充填動作の過程中のセルの外面14へ圧力のパルス状の印加は、それまでより高い周波数で発生してもよい。第１のおよび第２の圧力のパルスシーケンスの周期は、例えば、約2秒から20秒の範囲内であり、例えば約5秒になる。
【００５８】
次のステップS8では、電気化学セル１0内の電解質の充填レベル値が検出され、ステップS9では、次に、検出された充填レベル値が予め規定された限界値と比較される。
【００５９】
検出された充填レベル値が予め規定された限界値に達するまたはこれを超える場合(ステップS9で、はい)、このセル10の充填動作は完了し、ステップS10で、周囲圧力が圧力室26内のセル10の外面14に再び加えられ、セル10の内部12は電解質供給装置24から分離される。
【００６０】
そうでなければ(ステップS9で、いいえ)、ステップS8で検出された充填レベル値に応じて、S6およびS7の繰り返しの回数が決定され、セル10の外面14の交互の加圧を再開するために、方法は再びステップS6に戻る。電解質の充填レベル値が予め規定された限界値に達するまたはこれを超えるまで、ステップS6からS8に従う充填が続けられる。
【００６１】
電気化学セル10内に電解質を充填するための装置は、好適には、それによって図2に示す方法に従って同時に複数のセルに電解質を充填するように構成される。
【００６２】
電気化学セル内に電解質を充填する第２の実施例を、ここで図3および図2を参照して説明する。同じまたは対応する構成要素および方法ステップには、そのため上記の第１の実施例と同じ参照番号が付されている。
【００６３】
電極スタックおよびケーシングを有するセル10は、少なくとも１つの開口部16を示し、開口部16によって充填動作を実現することができる。セル10は、充填動作の間、適切な保持装置に保持される。図3に示すように、本例のセル10は、電解質が重力の支援によって上からセル10の内部12内に流れることができるように、充填開口部16が重力の引っぱる力と反対に上を向くように、保持される。
【００６４】
セル10の開口部16は充填ヘッド20に接続され、充填ヘッド20は、負圧の発生源および電解質の供給装置に接続される。このようにして選択的に、負圧、例えば、約5kPaの大きさの程度の真空をセル10内に発生させること、または、セル10の内部12を、前記充填ヘッド20を介して電解質供給装置に接続することができる。これによって、電解質供給装置からの電解質を、単に毛細管効果および吸引効果によってセル10の内部に吸引させることができ、または、さらにある程度の圧力下でセル10内に圧送することができる。
【００６５】
図3が示すように、セル10は、2つの圧力板34間に受容され、2つの圧力板34の各々は、好適にはセル10の外面14の主な表面全体に当接する。圧力板34は、図示しない圧力発生装置によって、セル10の外面14に押し付けられる。
【００６６】
これによって、圧力板34は、周囲圧力または大気圧に実質的に対応する第１の圧力、並びに、負圧、すなわち周囲圧力未満の圧力に対応する第２の圧力を、セル10に交互に加える。
【００６７】
追加の手段として、2つの圧力板34、または選択的に１つの圧力板のみを、それぞれ超音波発生装置の音極(Sonotrode)36に結合する。そうすることによって、より高い第１の圧力がセル10に加えられる場合、圧力板34に超音波パルスを受けさせることができる。セルに伝達されることになる、こうして生成された追加のより高い周波数の発振は、セル10の規定された圧縮中に、小さい空気溜まりさえセル10から排気され、したがって、電極スタックのすべての濡れ表面が電解質によって十分に湿らされ、すなわち、電極およびセパレータの「乾燥」点が防止されることを確実にする。
【００６８】
さらに、セル10に電解質を充填するためのアセンブリ全体は、好適には真空室38内に配置され、すなわち、充填動作は、好適には真空中で行われる。
【００６９】
第２の実施例のこの装置によるセル10の電解質充填シーケンスは、同様に図2のフローチャートに従う。
【００７０】
ステップS1からS4に続くステップS5では、セル10の内部12は、電解質を上から電気化学セル10に供給するために、充填ヘッド20を介して電解質供給装置に接続される。電解質は、セル10の内部の負圧および毛細管効果により、開口部16を経てセル10の内部および電極スタック間に流れ込む。
【００７１】
次にセル10への電解質の均一かつ完全な充填を達成するために、ステップS6、S6aおよびS7が実行される。これらのステップは繰り返し実行される。ステップS6では、セル10の外面14は、最初に圧力板34によってより高い第１の圧力を受ける。2つの圧力板34の少なくとも一方は、それによって、存在する可能性があるすべての空気溜まりをセル10の内部から除去するために、このプロセス中、超音波パルスを追加で受ける(ステップS6a)。圧力板34は、その後ステップS7で、より低い第２の圧力をセル10に加える。セル10および電極スタックの交互の圧縮および膨張は、電解質を、電解質供給装置の外に、電極スタックを通ってより速くかつより均一に移動させる。
【００７２】
第１の圧力および第２の圧力による加圧のパルス持続時間を、上記第１の実施例でのように充填動作の過程で変化させることができる。加えて、セル10の充填状態は、好適には、上記第１の実施例でのように監視される(ステップS8、S9、S11)。
【００７３】
検出された充填状態値が予め規定された限界値に達するかこれを超える場合(ステップS9で、はい)、このセル10のための充填動作は完了し、ステップS10で、周囲圧力が再び真空室38内のセル10の外面14に加えられ、また、セル10の内部は電解質供給装置から分離される。
【００７４】
図1から図3に示す実施例を、さらに互いに組み合わせることができる。したがって、例えば第１の実施例でも、セル10の充填をさらに改善するために、流体28の加圧中、セル10に、音響パルス、好適には超音波パルスを加えることができる。
【符号の説明】
【００７５】
10  電気化学セル
12  内部
14  外面
16  開口部
18  保持装置
20  充填ヘッド
22  負圧源
24  電解質供給装置
26  圧力室
28  流体
30  第１の圧力源
32  第２の圧力源
34  圧力板
36  音極
38  真空室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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