(57)【要約】【課題】電池など極板群を収容したケース内に気泡を混入させることなく電解液を注入し、極板群に電解液を速やかに浸透させる電解液注入方法及びその装置を提供する。【解決手段】電池６０を真空チャンバ２８内に配置して真空チャンバ排気口２９から真空排気して電池ケース６１内を減圧する。注液ヘッド２６内を注液ヘッド排気口３４から真空排気して貯留した電解液３０から気泡を分離させる。真空チャンバ２８及び注液ヘッド２６それぞれの真空度を個別に最適化した後、注液ヘッド２６を進出移動させて電池ケース６１の注液口６７に注液ノズル３５を嵌挿し、注液ヘッド排気口３４を大気開放して電解液３０を電池ケース６１内に注入する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極板群を収容して外部に向けて開口する注液口が形成されたケースに対し、注液ヘッドに設けられた注液ノズルを前記注液口に嵌挿し、所定量の電解液を貯留した注液ヘッドからケース内に電解液を注入する電解液注入方法において、
前記ケースを真空チャンバ内に配置し、前記注液ノズルを前記注液口から離隔させた状態で真空チャンバ内を真空排気すると共に、所定量の電解液を貯留した注液ヘッド内を真空排気し、ケース内の真空度と注液ヘッド内の真空度とをそれぞれ個別に最適化した後、注液ノズルを前記注液口に嵌挿して注液ノズルの開放により注液ヘッドからケース内に電解液を注入することを特徴とする電解液注入方法。
【請求項２】
極板群を収容して外部に向けて開口する注液口が形成されたケースに対し、注液ヘッドに設けられた注液ノズルを前記注液口に嵌挿し、所定量の電解液を貯留した注液ヘッドからケース内に電解液を注入する電解液注入装置において、
前記ケースを収容する真空チャンバを設けると共に、前記注液ヘッドを前記真空チャンバ内に対し、前記注液ヘッドが後退移動により前記注液口から前記注液ノズルが離隔し、進出移動により注液ノズルが注液口に嵌挿するように進退移動可能に配設し、注液ヘッドを後退移動させた状態で真空チャンバ内を真空排気する真空チャンバ排気手段及び注液ヘッドを後退移動させた状態で注液ヘッド内を真空排気する注液ヘッド排気手段が設けられてなることを特徴とする電解液注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池など極板群を収容したケース内に気泡を混入させることなく電解液を注入し、極板群への電解液の浸透を促進させる電解液注入方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池やコンデンサなどのように極板群が収容されたケース内に電解液を注入するとき、ケース内の空気を排除して極板群に満遍なく電解液を含浸させる必要があり、尚且つ迅速に注入することが要求されている。また、携帯電話機などの携帯電子機器の電源として用いられているリチウムイオン二次電池は、活物質としてリチウムを用いているため水溶液系の電解液を用いることができず、非水電解液が適用される。従って、リチウムイオン二次電池の電解液注入においては水分の侵入を排除することが要求される。
【０００３】
上記要求を満たすべくリチウムイオン二次電池に対する従来の電解液注入方法として、図４に略図示するような真空遠心工法が知られている。極板群を収容した電池ケース１１に設けられた注液口１３に接続された注液ドラム１５には所定量の電解液１２が供給され、排気口１７から真空排気がなされ、この注液ドラム１５と電池ケース１１は回転軸１６を中心に回転駆動される。前記真空排気により電池１０の電池ケース１１内の空気を排出すると共に、回転に伴う遠心力により電解液１２が電池ケース１１内に注入される。
【０００４】
また、電解液と一緒に気泡が電池ケース内に注入されることを防止し、電解液を速やかに注入するために、図５に示すような装置を用いた電解液充填方法が知られている。この装置では、一時貯留室８に供給された所定量の電解液３は、極板群が収容された電池ケース１の注液口１Ａに連結された注液ノズル７から電池ケース１内に注入される。一時貯留室８の上部には気泡分離チャンバ６が設けられ、排気口１４から一時貯留室８内の空気を排気して減圧し、減圧により一時貯留室８に貯留された電解液３の気泡を浮上させて気泡分離チャンバ６で分離する。更に、一時貯留室８において電解液３から気泡を分離しながら注液ノズル７から電池ケース１に注入する（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２６３３１号公報（第４〜７頁、図１０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る真空遠心工法では、電解液の気泡分離及び電池ケース内の気泡分離が不充分であり、電解液と空気とを混合した状態で電池ケース内に電解液を注入するために、電池ケースが膨れる電池膨れの要因となっている可能性が高い問題点があった。また、電池ケース内に収容された極板群に電解液を含浸させるために時間を要する課題があった。特に、極板を密に積層した極板群を電池ケース内に収容しているリチウムイオン二次電池などにおいては電解液の含浸時間が長くなり、電解液の浸透に時間がかかると、この間に電池ケース内に不純物が侵入しやすくなる。この弊害を排除すべく電解液を注入した電池ケースを最適の環境に調整されたエージング装置内に静置保存することがなされるが、湿度等の環境が適正でなかった場合に水分の侵入により電池の特性を低下させる恐れがある。また、電池は高速タクトで生産されるため、エージング装置は多数の電池を収容できる大きなスペースが必要となる。
【０００７】
また、上記従来技術に係る電解液充填方法及びその装置では、電解液の気泡分離を行うための真空チャンバと、電池ケース内を減圧するための真空チャンバとを有しているが、注液ノズルを介して２つの真空チャンバが接続されているため、仮に電池ケース内の真空度を高くしようとしても、それが電解液側の真空チャンバに影響を及ぼし、真空度を高くできない問題点があった。つまり、電解液の気泡分離に必要な真空度と、電池ケース内の気泡分離に必要な真空度とを、個々に最適化できない課題があった。
【０００８】
本発明が目的とするところは、電解液の気泡分離に必要な真空度と、電解液を注入するケース内を真空にするのに必要な真空度とを最適化して、気泡を分離した電解液を注入することを可能にする電解液注入方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第１発明は、極板群を収容して外部に向けて開口する注液口が形成されたケースに対し、注液ヘッドに設けられた注液ノズルを前記注液口に嵌挿し、所定量の電解液を貯留した注液ヘッドからケース内に電解液を注入する電解液注入方法において、前記ケースを真空チャンバ内に配置し、前記注液ヘッドを前記注液口から離隔させた状態で真空チャンバ内を真空排気すると共に、所定量の電解液を貯留した注液ヘッド内を真空排気し、ケース内の真空度と注液ヘッド内の真空度とをそれぞれ個別に最適化した後、注液ノズルを前記注液口に嵌挿して注液ノズルの開放により注液ヘッドからケース内に電解液を注入することを特徴とする。
【００１０】
上記電解液注入方法によれば、真空チャンバ内が真空排気されることによりケース内の空気は注液ノズルが離隔して開放されている注液口から排気され、注液ヘッド内が真空排気されることにより電解液中の気泡が分離される。真空チャンバ内の真空排気と注液ヘッド内の真空排気とは個別になされるので、それぞれの目的に対応する真空度になるように最適化することができ、その後に注液ノズルを注液口に嵌挿して注液ヘッド内に貯留された電解液をケース内に注入すると、ケース内は真空状態にあるので、注入された電解液は極板群の微小な隙間内にも容易に浸透し、注液ヘッド内で気泡が分離された電解液が注入されるので、ケース内に気泡が混入することなく極板群に対する含浸速度を高めて電解液が注入される。
【００１１】
また、本願第２発明は、極板群を収容して外部に向けて開口する注液口が形成されたケースに対し、注液ヘッドに設けられた注液ノズルを前記注液口に嵌挿し、所定量の電解液を貯留した注液ヘッドからケース内に電解液を注入する電解液注入装置において、前記ケースを収容する真空チャンバを設けると共に、前記注液ヘッドを前記真空チャンバ内に対し、後退移動により前記注液口から前記注液ノズルが離隔し、進出移動により注液ノズルが注液口に嵌挿するように進退移動可能に配設し、注液ヘッドを後退移動させた状態で真空チャンバ内を真空排気する真空チャンバ排気手段及び注液ヘッド内を真空排気する注液ヘッド排気手段が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
上記電解液注入装置によれば、真空チャンバに対して注液ヘッドが進退移動可能に配設されているので、注液ヘッドを後退させると真空チャンバ内に配置したケースの注液口から注液ノズルが離隔し、真空チャンバ排気手段により真空チャンバ内を真空排気すると、ケース内の空気は注液口から排気されて真空状態になる。また、注液ヘッド排気手段により注液ヘッド内を真空排気すると、注液ヘッド内に貯留された電解液から気泡が分離される。真空チャンバ排気手段と注液ヘッド排気手段とは個別に動作してそれぞれの目的に応じて所定の真空度が得られるように最適化されるので、真空排気がなされた後に注液ヘッドを進出移動させて注液ヘッドを注液口に嵌挿し、注液ノズルを開いて注液ヘッド内に貯留された電解液をケース内に注入すると、真空排気されているため電解液は極板群の微小な隙間にも浸透して電解液の含浸が充分になされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１４】
本実施形態は、図３に示すように構成されたリチウムイオン二次電池６０の電池ケース６１内に電解液を注入する電解液注入方法及びその装置ついて示すものである。電解液注入の対象とするリチウムイオン二次電池６０は、扁平な有底角筒状に形成された電池ケース６１内に、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平形状に巻回した極板群６３を収容し、ガスケット６５を介して外部接続端子６４が取り付けられた封口板６６を電池ケース６１の開口端に溶接することにより、電池ケース６１は封口されている。図３（ａ）（ｂ）に示すように、封口板６６には注液口６７が形成されており、この注液口６７から電池ケース６１内に所定量の電解液が注入された後、図３（ｃ）に示すように、注液口６７は封栓６８を封口板６６に溶接することにより閉じられ、電池ケース６１内を密閉状態にしたリチウムイオン二次電池６０に形成される。
【００１５】
電池ケース６１内に電解液を注入するとき、正極板と負極板とがセパレータを介して密に巻回された極板群６３内に電解液を浸透させる必要があり、そのために電池ケース６１内の空気を排除することが要求される。また、注入する電解液を通じて電池ケース６１内に空気が侵入しないように、電解液から気泡分離することが要求される。これらの要求を満たす電解液注入方法とそれを実現する電解液注入装置について、以下に図１及び図２を参照して説明する。
【００１６】
図１において、電解液を注入するために、図３（ａ）（ｂ）に示したように注液口６７が開放された状態のリチウムイオン二次電池は真空チャンバ２８内に配置され、真空チャンバ２８内は真空チャンバ排気口２９からの排気により１０−３Ｔｏｒｒ程度の高真空状態に減圧される。この真空チャンバ２８内の減圧により、電池ケース６１内の空気は注液口６７から排出され、電池ケース６１内は極板群６３の間隙に介在する空気も排除されて高真空状態となる。この高真空状態にした電池ケース６１内に注液口６７から電解液を注入すると、電解液は速やかに極板群６３に浸透してセパレータに含浸される。
【００１７】
しかし、電池ケース６１内に注入される電解液中に気泡が含まれていると、電池ケース６１内に空気が侵入して電池ケース６１に膨らみを生じさせ、電池としての電気特性にも悪影響を及ぼすので、電解液から気泡を分離させ、気泡が分離された電解液を電池ケース６１内に注入する。これを実現するために、真空チャンバ２８には、その中に配置されたリチウムイオン二次電池６０の注液口６７上に注液ノズル３５が位置するように注液ヘッド２６が昇降移動可能に配設されている。
【００１８】
図１に示す状態では注液ヘッド２６は上昇位置にあり、電池ケース６１の注液口６７は開放されているので、前述のように電池ケース６１内の排気がなされる。注液ヘッド２６内に進退移動可能に配設されたニードル２７は、注液ヘッド２６が上昇位置にある状態では進出移動して注液ヘッド２６の注液ノズル３５の開口を閉じており、図示しない電解液供給手段から注液ヘッド２６内に所定量の電解液が供給されることにより、注液ヘッド２６内には所定量の電解液３０が貯留される。この状態で注液ヘッド２６に設けられた注液ヘッド排気口３４から排気がなされることにより、貯留された電解液３０から気泡が分離される。
【００１９】
上記真空チャンバ２８内と注液ヘッド２６内とは、個々に独立した真空排気がなされるので、真空チャンバ２８内は電池ケース６１に収容された極板群６３に電解液が浸透しやすい真空度まで真空排気され、注液ヘッド２６内は電解液から気泡が充分に分離排出される真空度まで真空排気されるように、それぞれ最適化することができる。
【００２０】
真空チャンバ２８内の真空度が最適化され、注液ヘッド２６内の真空度が最適化された後、それぞれの真空排気を停止し、図２に示すように、注液ヘッド２６を下降移動させて注液ノズル３５を電池ケース６１の注液口６７内に進出させ、注液ヘッド排気口３４を大気開放し、ニードル２７を後退させて注液ノズル３５を開くと、注液ヘッド２６内の圧力と電池ケース６１内の圧力との差により、注液ヘッド２６内に貯留された電解液３０は一気に電池ケース６１内に注入される。この電解液注入時に注液ヘッド排気口３４から加圧して電池ケース６１内への電解液注入を促進することもできる。
【００２１】
電池ケース６１内に電解液３０が注入された後、真空チャンバ排気口２９を大気開放することにより、真空チャンバ２８内は大気圧になるので、電池ケース６１内に注入された電解液が注液口６７から溢れ出ることが防止される。
【００２２】
以上説明した実施形態は、リチウムイオン二次電池６０に対して電解液を注入する例について説明したが、水溶液系電解質、非水電解質を問わず電解液を電池ケース内に注入する用に供することができる。また、電池だけでなく極板群が収容されたケース内に電解液を注入することにおいては、コンデンサも同様の構成であり、同様に電解液注入の用に供することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電解液を注入するケースが配置された真空チャンバ内が真空排気されることによりケース内の空気は注液ノズルが離隔して開放されている注液口から排気され、注液ヘッド内が真空排気されることにより電解液中の気泡が分離される。真空チャンバ内の真空排気と注液ヘッド内の真空排気とは個別になされるので、それぞれの目的に対応する真空度になるように最適化することができ、その後に注液ノズルを注液口に嵌挿して注液ヘッド内に貯留された電解液をケース内に注入すると、ケース内は真空状態にあるので、注入された電解液は極板群の微小な隙間内にも容易に浸透し、注液ヘッド内で気泡が分離された電解液が注入されるので、ケース内に気泡が混入することなく極板群に対する含浸速度を高めて電解液が注入される。従って、電池など電解液注入を伴う製造工程が高速化され、品質のよい電池などが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電解液注入装置における真空排気状態を示す模式図。
【図２】同上装置における電解液注入状態を示す模式図。
【図３】電解液注入の対象例とするリチウムイオン二次電池の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）（ｃ）は断面図。
【図４】従来技術に係る電解液注入方法を説明する模式図。
【図５】従来技術に係る電解液注入装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
２６  注液ヘッド
２７  ニードル
２８  真空チャンバ
２９  真空チャンバ排気口
３０  電解液
３４  注液ヘッド排気口
３５  注液ノズル
６１  電池ケース
６３  極板群
６７  注液口
【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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