(57)【要約】  電気バッテリ装置用の電解質パウチセル（１）を製造する方法では、フィルムの第１の面部分（２）を配設し、組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを含むセルスタック（８）を、位置決めされた第１の面部分（２）上に配置および配向し、フィルムの第２の面部分を、フィルムの第１の面部分（２）およびセルスタック（８）の上に位置決めし、フィルムの２つの面部分を、セルスタック（８）を包囲する相互に接続していないそれぞれの領域で、封止シーム（１５）を形成しながら相互に溶接する。上述した方法を用いて、真空下で低コストに充填可能でありかつフォーミングガスの取り出しに好適でありかつ一時的に閉鎖可能でありかつ最終的に閉鎖可能な電解質パウチセルを構成するため、フィルムの２つの面部分を溶接する前に、封止シーム（１５）の領域に少なくとも１つの通路（３）を配設し、この少なくとも１つの通路（３）を封止シーム（１５）の溶接時にこの封止シーム（１５）に封入することを提案する。
2018524790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気バッテリ装置用の電解質パウチセル（１）を製造する方法であって、
フィルムの第１の面部分（２）を配設し、
組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを含むセルスタック（８）を、配設された前記第１の面部分（２）上に配置および配向し、
前記フィルムの第２の面部分を、前記フィルムの前記第１の面部分（２）および前記セルスタック（８）の上に位置決めし、
前記フィルムの２つの面部分を、前記セルスタック（８）を包囲する相互に接続していないそれぞれの領域で、封止シーム（１５）を形成しながら相互に溶接する方法において、
前記フィルムの前記２つの面部分を溶接する前に、前記封止シーム（１５）の領域に少なくとも１つの通路（３；１３）を配設し、
前記少なくとも１つの通路（３；１３）を、前記封止シーム（１５）の溶接時に前記封止シーム（１５）に封入する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記フィルムとして、内側にポリプロピレンから形成される複合材フィルムを使用し、前記通路として、ポリプロピレン通路を使用する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記フィルムの前記面部分として、相互に分離された２つのフィルム部分を使用する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記フィルムの前記２つの面部分を、前記溶接前に、相互の面が重なるように配置する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
複数の、好ましくは４つの前記通路（３；１３）を配設および封入する、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記通路として消失ポート（３）を設け、各ポート（３）の止り穴（４）に保持ピン（５）を１つずつ挿入し、前記保持ピン（５）により前記ポート（３）を位置決めし、前記止り穴（４）を、溶接中、開放状態で維持する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
各保持ピン（５）を対応する各ポート（３）から取り外し、前記ポート（３）の前記止り穴（４）に調量針を挿入し、前記ポート（３）を通して前記調量針を前記電解質パウチセル（１）の内室へ突き通す、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記調量針を前記ポート（３）の前記止り穴（４）に挿入する前に、前記止り穴（４）のほぼ中央にさらなる止り穴を形成し、前記さらなる止り穴の底部と前記電解質パウチセル（１）の前記内室との間の前記ポート（３）内に、例えば厚さ１．５ｍｍ以下のバリアを残す、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記電解質パウチセル（１）の前記内室に、前記調量針を通して電解質を充填し、
前記調量針を前記ポート（３）から引き抜き、
前記調量針を引き抜く際に、前記ポート（３）を溶融させる、
請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
電解質が充填された前記電解質パウチセル（１）の前記内室から、前記充填に使用されなかったポート（３）を通して排気を行い、前記排気後、排気針を引き抜く際に、前記充填に使用されなかったポート（３）を溶融させる、
請求項６から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記通路として、閉鎖部と組み込まれた隔壁とを有する注入管（１３）を設け、
前記フィルムの前記面部分に、少なくとも１つの前記注入管（１３）が位置決めされる領域を有する突出部（１６）を設け、
少なくとも１つの前記注入管（１３）が封入されるように、前記封止シーム（１５）を前記突出部（１６）の前記領域に形成する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記注入管（１３）の前記閉鎖部の隔壁に調量針を突き通し、
前記電解質パウチセル（１）の前記内室に前記調量針を通して電解質を充填する、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
別の注入管（１３）の閉鎖部の隔壁を排気針によって突き通し、
前記電解質パウチセル（１）の前記内室から排気を行う、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記電解質パウチセル（１）の前記内室を、前記面部分の前記突出部（１６）への移行部に溶接された別の封止シーム（１７）によって閉鎖し、
前記突出部（１６）を、第１の封止シーム（１５）の切除によって固定された少なくとも１つの前記注入管（１３）とともに、前記電解質パウチセル（１）から分離する、
請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記電解質パウチセル（１）の前記内室を、好ましくは排気または真空化の後に調量針としても使用される吸引針を通して、排気または真空化する、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記電解質パウチセル（１）の前記内室を電解質で充填する際に少なくとも２つの調量針を使用し、前記２つの調量針のうち少なくとも１つの調量針を、過度に調量された電解質のための排出針として使用する、
請求項９または１０または１３から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
突き通した前記通路の閉鎖のために針先へ向かって僅かに先細の断面を有し、かつ／または、前記通路の閉鎖のために外套面に配置されるシールおよび／または針先とは反対側の端部に配置されるシール装置によって形成された、調量針を使用する、
請求項７から１０までおよび１２から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
好ましくは請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法によって製造された、電気バッテリ装置用の電解質パウチセルであって、
封止シーム（１５）によって相互に溶接された、フィルムの２つの面部分と、
組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを有するセルスタック（８）と、
を含む電解質パウチセルにおいて、
相互に溶接された前記面部分間の前記封止シーム（１５）の領域に、少なくとも１つの通路（３；１３）が封入されており、
前記通路を通して、前記電解質パウチセル（１）は、真空化可能および充填可能である、
ことを特徴とする電解質パウチセル。
【請求項１９】
前記フィルムは、内側にポリプロピレンから形成される複合材フィルムとして構成されており、
前記通路は、ポリプロピレン通路（３，１３）として構成されている、
請求項１８記載の電解質パウチセル。
【請求項２０】
前記電解質パウチセルは、複数の、好ましくは４つの前記通路（３；１３）を有する、
請求項１８または１９記載の電解質パウチセル。
【請求項２１】
少なくとも１つの前記通路は、前記電解質パウチセル（１）の充填後に溶融可能な消失ポート（３）として形成されている、
請求項１８から２０までのいずれか１項記載の電解質パウチセル。
【請求項２２】
少なくとも１つの前記ポート（３）は、好ましくは、中央に止り穴（４）を有する丸みを帯びた菱形状の断面を有する、
請求項２１記載の電解質パウチセル。
【請求項２３】
前記封止シームに沿った前記ポート（３）の前記断面の寸法は、前記封止シームに対する横断方向での寸法の約２倍の大きさである、
請求項２２記載の電解質パウチセル。
【請求項２４】
少なくとも１つの前記通路として、閉鎖部および組み込まれた隔壁を有する注入管（１３）が形成されており、
前記注入管（１３）は、前記電解質パウチセル（１）の充填後に、前記フィルムの前記面部分の突出部（１６）によって、前記電解質パウチセル（１）から分離可能である、
請求項１８から２０までのいずれか１項記載の電解質パウチセル。
【請求項２５】
前記複合材フィルムは、３層から形成されており、ポリプロピレンから形成される内側層と、アルミニウムから形成される中間層と、ポリアミドから形成される外側層と、を有する、
請求項１９から２４までのいずれか１項記載の電解質パウチセル。
【請求項２６】
前記電解質パウチセルは、リチウムイオンパウチセルとして構成されている、
請求項１８から２５までのいずれか１項記載の電解質パウチセル。
【請求項２７】
電気バッテリ装置用の電解質パウチセル（１）の製造装置であって、
開放可能かつ閉鎖可能な組立て‐封止フレーム（６）を備え、
前記組立て‐封止フレーム（６）は、第１のフレーム部分（９）と第２のフレーム部分と溶接装置とを有し、
前記第１のフレーム部分（９）上で、前記組立て‐封止フレーム（６）の開放位置において、前記電解質パウチセル（１）が、フィルムの第１の面部分（２）と、前記第１の面部分（２）上に配置された、組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを含むセルスタック（８）と、前記第１の面部分（２）およびその上に配置された前記セルスタック（８）上に位置する第２の面部分と、から組み立て可能であり、
前記第２のフレーム部分は、前記組立て‐封止フレーム（６）の閉鎖のために、前記第１のフレーム部分（９）に当接させることができ、これにより２つの前記面部分とその間に位置する前記セルスタック（８）とが設定された配置において相互に固定可能となり、
前記溶接装置により、前記組立て‐封止フレーム（６）で固定に配置された前記フィルムの前記面部分が封止シームによって相互に溶接可能である製造装置において、
前記組立て‐封止フレーム（６）は、少なくとも１つの、好ましくは４つの凹部（７）を有しており、
前記凹部（７）内には、前記電解質パウチセル（１）が組み立てられる際に通路（３；１３）を配設可能であり、前記フィルムの２つの前記面部分が溶接される際に封止シームによって前記通路（３；１３）を固定可能である、
ことを特徴とする装置。
【請求項２８】
少なくとも１つの前記凹部（７）は、前記組立て‐封止フレーム（６）の２つの前記フレーム部分の共同作用によって形成される、
請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記フィルムの２つの前記面部分を相互の面が重なるように位置決め可能な位置決め手段またはストッパ手段が設けられている、
請求項２７または２８記載の装置。
【請求項３０】
少なくとも１つの、好ましくは４つの凹部（１１）を有する充填フレーム（１０）が設けられており、
前記凹部（１１）は、それぞれ１つずつ、前記組立て‐封止フレーム（６）から取り出された電解質パウチセル（１）のポート（３）に対応づけられており、
１つまたは複数の前記凹部（１１）により、前記電解質パウチセル（１）は、電解質の充填のために、前記充填フレーム（１０）内に位置決め可能である、
請求項２７から２９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項３１】
前記充填フレーム（１０）は、各ポート（３）に対応する凹部（１１）に、少なくとも１つずつ、好ましくは前記凹部（１１）の前後にそれぞれ１つずつ設けられる貫通部（１２）を有し、
前記貫通部（１２）を通して、ヒータセグメントを導通可能であり、
前記ヒータセグメントにより、調量針が前記電解質パウチセルに電解質を充填した後に前記ポート（３）から取り外される場合、少なくとも、前記ポート（３）の内室側の部分を前記ポート（３）の閉鎖のために溶融可能である、
請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
前記組立て‐封止フレームが、組立て‐封止‐充填フレーム（１４）の組み合わせ構造として構成されており、
前記組み合わせ構造の溶接装置により、前記電解質パウチセル（１）に電解質を充填した後、前記通路（１３）に対応する凹部の内室側に、第２の封止シーム（１７）を配置可能である、
請求項２７から２９までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気バッテリ装置用の電解質パウチセルを製造する方法であって、フィルムの第１の面部分を配設し、組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを含むセルスタックを、配設された第１の面部分上に配置および配向し、フィルムの第２の面部分を、フィルムの第１の面部分およびセルスタックの上に位置決めし、フィルムの２つの面部分を、セルスタックを包囲する相互に接続されていないそれぞれの領域で、封止シームを形成しながら相互に溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
こうした電解質パウチセルは、多数、電気バッテリ装置に組み込まれている。従来技術から公知のこうした電解質パウチセルは、製造された後、相応の完成ユニットとして、別の場所で行われうる電気バッテリ装置への組み込みのために搬送される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来技術から出発して、本発明の基礎とする課題は、冒頭に言及した形式の電気バッテリ装置用の電解質パウチセルの製造方法を提供し、従来技術に比べて格段に低い技術構造コストで、真空状態のもと充填可能かつ一時的に閉鎖可能かつフォーミングガスを取り出し可能かつ最終的に閉鎖可能な電解質パウチセルを製造できるようにすることである。また、当該方法の実行において汚染廃棄物の量が最小化されるとよい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、本発明にしたがって、フィルムの２つの面部分を溶接する前に、封止シームの領域に少なくとも１つの通路を配設し、これを封止シームの溶接時にこの封止シームに封入することにより解決される。フィルムの２つの面部分間に溶接封入される通路により、電解質パウチセルの内室の汚染なしにこの内室を真空化し、電解質パウチセルの内室に定められた電解質を充填してこれを一時的に閉鎖し、一時的閉鎖の後、所定の時間が経過してから電解質パウチセルの内室のフォーミングガスを取り出し、その後、最終的に電解質パウチセルの内室を閉鎖することができる。さらに、本発明の方法では、汚染廃棄物の量も著しく低減される。
【０００５】
本発明の方法において、フィルムとして内側にポリプロピレンから形成される複合材フィルムが使用され、通路としてポリプロピレン通路が使用される場合、通路とこれに溶接されるフィルム領域との材料が等しいため、通路とフィルムとの堅固な接着を持続的に保証することができる。
【０００６】
相互に溶接される２つの面部分は、相互に分離された２つのフィルム部分として設けることができる。２つのフィルム部分のうち、まず第１の部分が配設され、ついで電解質パウチセルが組み立てられた後、第２の部分が載置される。これに代えて、面部分の長さの２倍に相当する長さを有するフィルム部分を設け、セルスタックを第１の面部分上に載置および配向した後にこれを折りたたむこともできる。
【０００７】
フィルムの２つの面部分を、溶接前に、相互の面が重なるように配置すると好都合である。
【０００８】
後続の方法ステップをフレキシブルに行い、要求特性に応じて多様に使用可能な電解質パウチセルを形成するために、当該方法では、有利には、複数の、好ましくは４つの通路が配設および封入される。これにより、例えば、真空化、充填および続く排気に対してそれぞれ異なる通路を設けることができる。
【０００９】
本発明の方法の有利な実施形態では、通路として消失ポートが設けられ、各ポートの止り穴に保持ピンが１つずつ挿入され、各保持ピンによりポートが位置決めされて、溶接中、止り穴が開放状態で維持される。１つもしくは複数のポートを用いた電解質パウチセルの位置決めは、相応に形成された後述するフレームとの共同作用において行われる。この共同作用により、電解質パウチセルの個々の要素の正確な配向が可能となる。
【００１０】
本発明の方法の別の実施形態では、各保持ピンが対応する各ポートから取り外され、その後、ポートの止り穴に調量針が挿入され、調量針がポートを通して電解質パウチセルの内室へ突き通される。これにより、電解質パウチセルの内室へのアクセスが可能となる。
【００１１】
上述した過程を簡単化するため、設定された要求特性においては、調量針をポートの止り穴に挿入する前に、この止り穴のほぼ中央にさらなる止り穴を形成し、このさらなる止り穴の底部とポート内の電解質パウチセルの内室との間に例えば厚さ１．５ｍｍ以下のバリアを残すと好都合でありうる。当該さらなる止り穴は、深さおよび直径などの寸法に関して、電解質パウチセルの別の製造方法で使用される調量針にも適用可能である。
【００１２】
電解質パウチセルへの電解質の汚染なしでの充填は、電解質パウチセルの内室に調量針を通して電解質を充填し、充填の終了後に調量針をポートから引き抜き、調量針を引き抜く際にポートを溶融させる場合に、実現可能である。これにより、調量針全体がポートから引き抜かれるまで、電解質パウチセルの内室への電解質の充填に使用されるポートが密閉されていることを保証できる。
【００１３】
本発明の方法の別の有利な実施形態では、電解質が充填された電解質パウチセルの内室から、充填に使用されなかったポートを通して排気を行うことができ、ここで、排気後、排気針を引き抜く際に、相応のポートが溶融される。これにより、あらゆる汚染を確実に回避した、電解質の充填後の電解質パウチセルからのフォーミングガスの取り出しを保証することができる。
【００１４】
上述した消失ポートに代えて、本発明の方法を実現する際に、通路として、閉鎖部および組み込まれた隔壁を有する注入管を設け、ここで、フィルムの面部分に、少なくとも１つの注入管が位置決めされる領域を有する突出部を設け、この突出部の領域に、少なくとも１つの注入管が封入されるよう、封止シームを形成することもできる。これにより、上述した消失ポートを有する電解質パウチセルと同様に、突出部によってまたはこの突出部内に設けられた注入管によって、相応にフレキシブルに使用可能な電解質パウチセルが形成される。
【００１５】
簡単には、注入管の閉鎖部の隔壁が調量針によって突き通され、電解質パウチセルの内室に調量針を通して電解質が充填される場合、相応に注入管の設けられた電解質パウチセルをさらに処理することができる。
【００１６】
電解質が充填された電解質パウチセルを排気するために、別の注入管の閉鎖部の隔壁に排気針を突き通し、電解質パウチセルの内室から排気を行うかまたはフォーミングガスを除去することができる。
【００１７】
相応に電解質が充填されて排気された電解質パウチセルのさらなる処理のためには、電解質パウチセルの内室を、面部分の突出部への移行部に溶接された別の封止シームによって閉鎖し、突出部を、第１の封止シームの切除によって固定された少なくとも１つの注入管により、電解質パウチセルから分離すると有利である。
【００１８】
充填の前に行われる方法ステップでは、電解質パウチセルの内室につき、好ましくは排気または真空化後に調量針としても使用される吸引針を通して、排気または真空化することができる。
【００１９】
セルスタック側の素子の全面にわたる濡れをできるかぎり速やかに保証し、電解質パウチセルに電解質のできるかぎり完全な充填をできるだけ確実に保証し、望ましくない物質が電解質パウチセルの内室内に残留するおそれを排除するため、電解質パウチセルの内室を電解質で充填する際に、少なくとも２つの調量針を使用し、これら２つの調量針のうち少なくとも１つの調量針を、過度に調量された電解質のための排出針として使用すると有利である。したがって、本発明によれば、電解質パウチセルの内室を充填する際、この内室はいわば擬似的に電解質によって通流洗浄され、これにより、一方では内室に電解質が完全に充填され、他方では、望ましくない物質の完全な除去が保証される。
【００２０】
電解質パウチセルの充填過程中、パウチセルの完全な封止を保証するために、有利には、本発明の方法において、突き通した通路の閉鎖のために針先へ向かって僅かに先細の断面を有し、かつ／または、通路の閉鎖のために外套面に配置されるシールおよび／または針先とは反対側の端部に配置されるシール装置によって形成された、調量針が使用される。したがって、調量針の挿入時に、調量針の挿入に使用される通路を通した望ましくない物質の侵入を排除できる。
【００２１】
上述した本発明の方法にしたがって製造される電解質パウチセルは、まだ電解質が充填されていない状態で全く安全にかつ低コストに輸送でき、輸送過程にともなう積み替えなどの場合にも、何らかの汚染が発生する危険がない。また、充填されていない電解質パウチセルの輸送過程には、完全に充填された電解質パウチセルの輸送に比べて著しく小さい技術構造コストしか発生しない。本発明の方法によれば、電解質パウチセルを同種の電解質パウチセルと組み合わせて上述した電気バッテリ装置とする直前となってから、電解質を充填することも問題なく可能である。
【００２２】
封止シームによって相互に溶接されたフィルムの２つの面部分と、組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを有するセルスタックとから形成される電気バッテリ装置用の電解質パウチセルは、相互に溶接された面部分間の封止シームの領域に封入された少なくとも１つの通路を有し、この通路を通して電解質パウチセルを真空化可能および充填可能である。
【００２３】
電解質パウチセルのフィルムが内側にポリプロピレンから形成される複合材フィルムを有し、電解質パウチセルの少なくとも１つの通路がポリプロピレン通路として構成される場合、複合材フィルムの内側とポリプロピレン通路との材料が等しいため、１つもしくは複数の通路とフィルムとの堅固な接着を持続的に保証することができる。
【００２４】
好ましくは、本発明の電解質パウチセルには、複数の、例えば４つの通路が設けられている。
【００２５】
本発明の電解質パウチセルの一実施形態では、少なくとも１つの通路が、電解質パウチセルの充填後に溶融可能な消失ポートとして形成される。
【００２６】
当該少なくとも１つのポートは、有利には、好ましくは中央に止り穴を有する丸みを帯びた菱形状の断面を有する。
【００２７】
ポートの断面の寸法は、有利には、封止シームに沿って、封止シームに対する横断方向の寸法の約２倍の大きさである。
【００２８】
これに代えて、少なくとも１つの通路として、閉鎖部および組み込まれた隔壁を有する注入管を形成することもでき、この注入管は、電解質パウチセルの充填後に、フィルムの面部分の突出部によって、電解質パウチセルから分離可能である。
【００２９】
電解質パウチセルの製造に使用される複合材フィルムは、有利には、３層から形成され、ポリプロピレンから形成される内側層と、アルミニウムから形成される中間層と、ポリアミドから形成される外側層とを有する。
【００３０】
本発明の電解質パウチセルは、リチウムイオンパウチセルとして構成されると好都合である。
【００３１】
本発明の電気バッテリ装置用の電解質パウチセルの製造装置は、開放可能かつ閉鎖可能な組立て‐封止フレームを備え、このフレームは、第１のフレーム部分と第２のフレーム部分と溶接装置とを有し、第１のフレーム部分上では、組立て‐封止フレームの開放位置において、電解質パウチセルが、フィルムの第１の面部分と、この第１の面部分上に配置された、組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを含むセルスタックと、第１の面部分およびその上に配置されたセルスタックの上に配置される第２の面部分とから組み立て可能であり、第２のフレーム部分は、組立て‐封止フレームの閉鎖のために第１のフレーム部分に当接させることができ、これにより２つの各面部分とその間に位置するセルスタックとが設定された配置において相互に固定可能となり、溶接装置により、組立て‐封止フレームで固定に配置されたフィルムの面部分が封止シームによって相互に溶接可能である。
【００３２】
上述した電解質パウチセルを、好ましくは、同様に上述した方法にしたがって、比較的小さなコストで製造実現できるようにするために、組立て‐封止フレームに少なくとも１つの、好ましくは４つの凹部を設け、電解質パウチセルが組み立てられる際に凹部内に通路を配設可能とし、フィルムの２つの面部分が溶接される際に封止シームによって少なくとも１つの通路を固定可能とすることを提案する。
【００３３】
電解質パウチセル内または電解質パウチセルの表面での少なくとも１つの通路のできるだけ有利な配置を保証するために、少なくとも１つの凹部を、組立て‐封止フレームの２つのフレーム部分の共同作用によって形成すると有利である。
【００３４】
有利には、フィルムの２つの面部分を大きなコストなしに相互の面が重なるように位置決め可能な位置決め手段またはストッパ手段が設けられる。
【００３５】
有利な実施形態によれば、電解質パウチセルを充填するために、少なくとも１つの、好ましくは４つの凹部を有する充填フレームが設けられ、凹部はそれぞれ１つずつ、組立て‐封止フレームから取り出される電解質パウチセルのポートに対応づけられ、１つまたは複数の凹部により、電解質パウチセルは、電解質の充填のために、充填フレーム内で位置決め可能である。なぜなら、各ポートを大きなコストなしに凹部内に設けることができるからである。
【００３６】
消失ポートの確実な閉鎖を可能にするために、充填フレームには、有利には、各ポートに対応する凹部、好ましくは凹部の前後に、それぞれ１つずつ貫通部が設けられ、各貫通部を通してヒータセグメントを導通可能であり、この１つもしくは複数のヒータセグメントは、調量針が電解質パウチセルに電解質を充填した後にポートから取り外される場合、少なくともポートの内室側の部分を閉鎖のために溶融可能である。
【００３７】
本発明の電解質パウチセルの製造装置の代替的な実施形態では、組立て‐封止フレームが、組立て‐封止‐充填フレームの組み合わせ構造として構成され、この組み合わせ構造の溶接装置により、電解質パウチセルに電解質を充填した後、通路に対応する凹部の内室側に、第２の封止シームを配置可能である。
【００３８】
以下に、本発明を、実施形態に即して、図を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の電解質パウチセルの一実施形態のポリプロピレンポートを示す斜視図である。
【図２】図１に示されているポリプロピレンポートの正面図である。
【図３】本発明の電解質パウチセルの製造装置の一実施形態での組立て‐封止フレームを示す基本図である。
【図４】本発明の電解質パウチセルの一実施形態での組立てを示す基本図である。
【図５】本発明の電解質パウチセルの製造装置の一実施形態の充填フレームを示す基本図である。
【図６】図５の細部Ａを拡大して示す図である。
【図７】本発明の電解質パウチセルの製造装置の別の実施形態での組立て‐封止‐充填フレームの別の実施形態での組立て‐封止ステップを示す基本図である。
【図８】充填プロセスステップ後の図７の組立て‐封止‐充填フレームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に図に即して説明する、本発明の電解質パウチセル１の製造方法、相応の装置ならびに本発明の電解質パウチセル１を、以下では、リチウムイオンパウチセル１の製造に即して説明する。
【００４１】
パウチセル１のケーシングは、図示の実施形態では、アルミニウム複合材フィルムとして形成された複合材フィルムの、相互に溶接された２つの面部分２から形成されている。
【００４２】
アルミニウム複合材フィルムは、３つのレイヤもしくは３つの層から形成されている。当該アルミニウム複合材フィルムのうち外側に向かう層はポリアミドから形成されており、パウチセル１の中間層はアルミニウムから形成されており、パウチセル１の内側へ向かう層はポリプロピレンから形成されている。
【００４３】
パウチセル１を製造する際、アルミニウム複合材フィルムの相互に溶接された面部分間に、ポリプロピレンポート３が溶接封入される。当該ポリプロピレンポート３を用いて、パウチセル１に真空状態のもとで充填を行い、一時的に閉鎖し、フォーミングガスを取り出して再び最終的に閉鎖することが可能となるかまたは簡単化される。
【００４４】
図１，図２に示されている、実施例に即したポリプロピレンポート３は、菱形状の断面を有し、中央に止り穴４を有する。パウチセル１の封止シームの長手方向でのポリプロピレンポート３の断面の寸法ａは、当該封止シームに対する横断方向での寸法ｂの約２倍の大きさである。
【００４５】
止り穴４は、例えば直径２ｍｍおよび深さ３ｍｍを有する。
【００４６】
図３に示されている、ポリプロピレンポート３の止り穴４内に配設可能な保持ピン５により、ポリプロピレンポート３を位置合わせすることができる。これにより、ポリプロピレンポート３の正確な位置決めが可能となる。
【００４７】
以下に説明する本発明の方法、相応の装置ならびにこれによって製造される電解質パウチセル１の実施例では、電解質パウチセル１に４つのポリプロピレンポート３が設けられていることに留意されたい。
【００４８】
パウチセル１の集積または組立てのために、図３に基本形態が示されている組立て‐封止フレーム６が設けられている。組立て‐封止フレーム６では、以下でさらに説明するパウチセル１の各要素を相互に正確な配向状態で配置可能である。
【００４９】
組立て‐封止フレーム６は、アルミニウム複合材フィルムの面部分のうち、後に封止シームが形成される部分を固体材料で覆い、アルミニウム複合材フィルムの２つの面部分双方を相互に堅固に圧着させるように構成されている。また、組立て‐封止フレーム６には、図示の実施例では、ポリプロピレンポート３の形状に適合する形状を有する４つの凹部７が形成されている。組立て‐封止フレーム６の凹部７は、共通に、組立て‐封止フレームの相互に可動な２つのフレーム部分に対応する各凹部によって形成されている。
【００５０】
図４にセル構造に基づいて基本形態が示されているパウチセル１は、組立て‐封止フレーム６内で組み立てられる。このために、組立て‐封止フレーム６は、第２のフレーム部分が第１のフレーム部分９から取り外されて配置された開放状態にある。
【００５１】
組立て‐封止フレーム６の第１のフレーム部分９上に、アルミニウム複合材フィルムの第１の面部分２が配置される。組み込まれた電極およびセパレータならびに取り付けられたアレスタを含むセルスタック８は、第１の面部分２上で位置合わせされる。その後、図示の実施例では、４つのポリプロピレンポート３が、各ポートに挿入された保持ピン５によって、アルミニウム複合材フィルムの第１の面部分２上に配設される。特に、ポリプロピレンポート３は、組立て‐封止フレーム６の凹部７のうち、第１のフレーム部分９に形成された部分に配設される。
【００５２】
続いて、アルミニウム複合材フィルムの第２の面部分が、アルミニウム複合材フィルムの第１の面部分２に重なるよう、セルスタック８上に位置決めされる。ここで、組立て‐封止フレーム６を閉鎖するために、フレームの第２のフレーム部分が第１のフレーム部分９に近づけられる。２つのフレーム部分を当接させる際、組立て‐封止フレーム６内に存在するパウチセル１のセル構造は、その個々の要素が相互に固定に位置合わせされるように固定される。
【００５３】
なお、組立て‐封止フレーム６は、持続的に加熱される溶接装置によって形成される。組立て‐封止フレーム６内に面が重なるように固定されたアルミニウム複合材フィルムの各面部分は、ここで、組立て‐封止フレーム６に組み込まれている溶接装置の熱線を用いた熱供給によって、相互に溶接される。このために、組立て‐封止フレーム６の封止用炉は１５０℃超の温度まで加熱され、シーム条件に応じて、定められた封止時間にわたって加熱温度で維持される。封止プロセス中、保持ピン５は各ポリプロピレンポート３内に留まり、相応にポリプロピレンポート３の止り穴４を充填しているので、ポリプロピレンポート３の閉鎖は、ポリプロピレンに生じる溶融プロセスによって阻止される。これに対して、ポリプロピレンポート３とこれを包囲するアルミニウム複合材フィルムのポリプロピレン層との接合は、意図通りに行われる。したがって、溶接または封止プロセスの終了後、内部に溶接封入されたポリプロピレンポート３を含む密に溶接されたパウチセル１が得られる。
【００５４】
相応に製造され、内部に封入されたポリプロピレンポート３を含む密なパウチセル１は、組立て‐封止フレーム６の開放後、このフレームから取り出され、電解質パウチセル１の製造装置の、図５，図６に基本形態が示されている充填フレーム１０に移される。代わって、当該充填フレーム１０において、充填プロセスとこれに続くポリプロピレンポート３の溶融または密閉が行われる。
【００５５】
充填フレーム１０においても、ポリプロピレンポート３に対応する凹部１１が形成される。ここでは、当該凹部１１とパウチセル１のポリプロピレンポート３との共同作用により、パウチセル１を充填フレーム１０内に絶対的に正確に位置決めでき、フレーム内に正確に位置合わせさせた状態で固定できる。
【００５６】
パウチセル１が充填フレーム１０内に固定された後、ダミープラグまたは保持ピン５がポリプロピレンポート３の止り穴４から除去される。
【００５７】
止り穴４は、それぞれ、図には示されていないさらなる止り穴によって補完される。止り穴４の底部から延在する当該さらなる止り穴は、後続の充填プロセスの進行中用いられる調量針の直径によって設定もしくは決定された寸法の直径を有する。当該さらなる止り穴は、このさらなる止り穴が終端した後、１．５ｍｍ以下の厚さの薄壁のポリプロピレンバリアがポリプロピレンポート３の内部に残留する深さで形成される。
【００５８】
当該ポリプロピレンバリアには調量針が突き通され、この突き通し過程によって、パウチセル１の内室へのアクセスが可能となる。
【００５９】
まず、調量針を用いて、この調量針に負圧を印加することにより、パウチセル１の内室から空気が抜かれる。続く方法ステップでは、同じ調量針によって、パウチセル１の内室に電解質が充填される。当該充填過程は、当該充填に適した弁によって制御することができる。
【００６０】
充填過程では、この充填過程で使用される複数のポリプロピレンポート３のいずれかまたはポート内に存在している調量針を用いて、パウチセル１の内室へ過剰に導入された電解質をパウチセル１の内室から流出させることができる。これにより、パウチセル１の内室の通流洗浄が達成され、これにより、望ましくない物質が当該内室からいわば排出される。ここでは、洗浄剤として、充填過程の終了時にパウチセル１の内室にいずれにしろ充填される電解質が使用される。
【００６１】
パウチセル１の内室に電解質が充填された後、ポリプロピレンポート３はただちに閉鎖される。このために、充填フレーム１０は、ポリプロピレンポート３に対応する凹部１１の箇所で、凹部１１の側前方および後方に、それぞれ１つずつ長方形の貫通部１２を有する。ポリプロピレンポート３からの調量針の除去が緩慢に進行する場合、この過程と並行して、図には示されていないヒータセグメントが充填フレーム１０の貫通部１２を通して導入される。ヒータセグメントの加熱作用により、少なくとも、パウチセル１の内室に面するポリプロピレンポート３の後方部分が溶融し、よって、ポリプロピレンポート３の変形または閉鎖が達成される。
【００６２】
基本的には、充填に使用されないポリプロピレンポート３を、パウチセル１の充填終了後に、充填後にパウチセル１の内室に生じたフォーミングガスをパウチセル１から取り出すために使用することができる。
【００６３】
上述した電解質パウチセルの製造方法により、フレキシブルなパウチセル１の充填が可能となる。なぜなら、パウチセル１内に溶接封入されたポリプロピレンポート３の数またはパウチセル１の内室の充填に使用されるポリプロピレンポート３の数が固定されていないからである。
【００６４】
代替的な本発明の電解質パウチセル１の製造方法では、リチウムイオンパウチセル１として構成されたパウチセル１の内室へのアクセスがポリプロピレン注入管１３の適用によって達成される。まず、電解質パウチセル１の製造装置の組立て‐封止‐充填フレーム１４内でパウチセル１の集積および組立てが行われる。相応の組立て‐封止‐充填フレーム１４の基本形態が、図７，図８に示されている。組立て‐封止‐充填フレーム１４内でパウチセル１を組み立てれば、パウチセル１の個々の要素、すなわちセルスタック８およびアルミニウム複合材フィルムの２つの面部分およびポリプロピレン注入管１３の相互の正確な位置合わせが保証される。組立て‐封止‐充填フレーム１４は、アルミニウム複合材フィルムの面部分のうち、後に第１の封止シーム１５が延在する領域を固体材料によって覆い、アルミニウム複合材フィルムの２つの面部分を相互に堅固に圧着させるように、構成されている。
【００６５】
パウチセル１のセル構造は、組立て‐封止‐充填フレーム１４の開放位置において形成される。このために、まず、第１の面部分２が第１のフレーム部分上に位置決めされる。続いてセルスタック８が位置決めされる。その後、ポリプロピレン注入管１３が、組立て‐封止‐充填フレーム１４に設けられた凹部１６にしたがって、例えばパウチセル１の垂直縁について位置決めされる。続いて、アルミニウム複合材フィルムの第２の面部分が第１の面部分２に重なるよう、この時点までに形成されたセル構造上に配設される。
【００６６】
アルミニウム複合材フィルムの２つの面部分は、最初、パウチセル１の寸法に比べて大きな幅を有するように選定される。このようにして形成された面部分の突出部１６は、ほとんど汚染のない封止シームを有するパウチパッケージを取得するために使用される。
【００６７】
組立て‐封止‐充填フレーム１４の内部では、そこに設けられた溶接装置を用いて、図７に示されているように、パウチセル１の主要寸法部分のほぼ全てが封止される。
【００６８】
第１の封止シーム１５が形成される封止過程または溶接過程では、ポリプロピレン注入管１３が封入される。この場合、組立て‐封止‐充填フレーム１４によって面が重なるように固定されたアルミニウム複合材フィルムの各面部分は、組立て‐封止‐充填フレーム１４に組み込まれた熱線を含む溶接装置からの熱供給によって、相互に溶接される。この場合、組立て‐封止‐充填フレーム１４の封止用炉は、１５０℃を上回る温度まで加熱され、シーム条件に応じて、所定の封止時間にわたって加熱温度で維持される。
【００６９】
ポリプロピレン注入管１３の封止によって、パウチセル１の内室を排気し、その後、充填することができる。
【００７０】
ポリプロピレン注入管１３は、隔壁が組み込まれた閉鎖部を含む。これにより、パウチセル１の内室へのアクセスは、多数回の開放と再閉鎖とが可能である。
【００７１】
パウチセル１の内室の充填または排気は、閉鎖部または蓋の隔壁を突き通し、これによりパウチセル１の内室へのアクセスを形成することにより達成される。したがって、充填プロセスをフレキシブルに行うことができる。充填および場合により予成形の方法ステップが終了するとただちに、パウチセル１を本来の寸法に適合させることができる。
【００７２】
このために、いまだ組立て‐封止‐充填フレーム１４内に存在するパウチセル１に、図８に示されているように別の封止シーム１７が設けられる。当該別の封止シーム１７により、パウチセルは本来の寸法で画定され、密閉される。突出部１６は、内部に封入されているポリプロピレン注入管１３を含めて、ここで分離および除染することができる。当該分離は、パウチセル１を組立て‐封止‐充填フレームから取り出した後に行われる。
【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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【国際調査報告】
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