(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池容器内への電解液の注液装置において、注液口のみを残して密閉した注液すべき電池容器の注液口を底部に位置させて収容するとともに、注液すべき液体を入れる単位注液槽を少なくとも１個有する注液槽を内部に設けた注液室を有し、注液室には注液室内の圧力を減圧するとともに注液室内の圧力を大気圧もしくは大気圧以上の圧力に調整可能な圧力調整手段を有し、圧力調整手段によって少なくとも１回、注液室内の圧力を大気圧以下に減圧した後に大気圧もしくは大気圧以上の圧力に保持することによって、注液槽から電池容器を取り出した際に注液口から電解液が落下しない大きさとした注液口から液体を注液することを特徴とする電池容器内への電解液の注液装置。
【請求項２】
単位注液槽には、電池容器の注液口を底部に位置させて収容した際に電池容器の凸部が収容される凹部を形成したことを特徴とする請求項１記載の電池容器内への電解液注液装置。
【請求項３】
単位注液槽の底面を形成する部材と側壁面を形成する部材は、曲面状の会合部によって結合したことを特徴とする請求項１または２記載の電池容器内への電解液の注液装置。
【請求項４】
電池容器内への電解液の注液方法において、注液口のみを残して密閉した注液すべき電池容器を、注液すべき液体を入れた単位注液槽を少なくとも１個有する注液槽の単位注液槽内に、注液槽から容器を取り出した際に注液口から電解液が落下しない大きさとした注液口を底部にして収容した後に、注液槽を設けた注液室内の圧力を予め定めた圧力まで減圧した後に、大気圧もしくは大気圧以上の圧力で予め定めた時間保持する操作を少なくとも１回行って注液を行った後に、単位注液槽から注液すべき電池容器を取り出すことを特徴とする電池容器内への電解液の注液方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、注液口を除いて密封した容器内への液体の注液装置および注液方法に関する。また、電池要素を収納した電池缶に蓋体を取り付けた後に、電池缶あるいは蓋体に設けた細孔から電解液を効率的に注液する電解液注液装置および電解液注液方法に関し、とくにリチウムイオン電池等の非水電解液電池への電解液の注液に好適な電解液注液装置および注液方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容器内への注液を、注液口を除いて密閉した容器内へ液体を注液することによって行うことが各種の分野において行われている。例えば、小型の電子機器の電源として用いられているリチウムイオン電池は、正極集電体および負極集電体にそれぞれ活物質を塗布して製造した正極電極および負極電極をセパレータを介在させて積層したものを巻回した電池要素を電池缶内に収納した後に、電解液注液口を除いて密閉した後に電解液を注液することが行われている。
【０００３】
図６は、電池の組立における注液工程を説明する図である。
図６（Ａ）に示すように、電池缶５１内に電池要素を収納し、電池缶５１の上部の開口部に電解液注液口５２、外部電極取り出し端子５３、および電池内部の圧力上昇時に電池の破裂等を防止する圧力開放弁等を有した蓋体５４をレーザー溶接等の方法によって取り付けた後に、図６（Ｂ）に示すように、蓋体５４に設けた電解液注液口５２に電解液注液装置５５の注液ノズル５６を気密を保持して取り付け、電解液注液装置５５の排気手段５７を駆動し排気弁５８を開放して、電池缶内部の空気を所定の減圧度まで排気するとともに、所定量の電解液６０を電解液供給手段５９から電解液供給弁６１を通じて電解液ポット６２に注液し、所定量の電解液の注液後に電解液供給弁６１を閉じる。
次いで、図６（Ｃ）に示すように、排気弁５８を閉じた後に、電解液注液弁６３を開放すると、電解液ポット６２内の電解液は、電池缶内の気圧と電解液ポットに設けた通気口６４に加わる大気圧による圧力差によって電池缶内に注液される。次いで、電池缶内に電解液を注液の後に電解液注液口に金属片を取り付けて注液口を溶接して封口している。
【０００４】
電池缶内に収納される電池要素は、リチウムイオン二次電池の場合には、リチウムをドープおよび脱ドープすることができる炭素質材料等の負極材料を帯状の集電体上に塗布した負極電極と、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム遷移金属複合酸化物等の正極材料を帯状の集電体上に塗布した正極電極を、セパレータを介して積層したものを巻回して製造されている。
この様な電池要素を収納した電池缶内には、多数の小さな空孔が形成されているので、電池缶内部を排気した場合であっても、細部の空孔を完全に排気するには長時間を要し、また注液された非水電解液が電池要素に浸透するには時間を要し、短時間で電解液を注液することには困難があった。また、個々の電池に対して一個ずつ電解液を注液する必要があり、電池の大量生産には、多数の注液装置を設けなければならなかった。
【０００５】
また、特開平７−９９０５０号公報には、電解液を注液すべき電池をチャンバー内に設け、注液ノズルに取り付けた電池液溜部に所定量の電解液を充填した後に、チャンバー内部を減圧し、電解液あるいは電池要素内の空気等の気体を除去した後に、大気圧に戻し、さらに加圧して電解液を注液する装置が提案されている。
この装置は電池缶の開口部に蓋体を取り付ける前に、電解液を注液する電池組立工程に適用する装置であって、電池缶の開口部に取り付けた蓋体に設けた小型の角型電池等の１ｍｍ以下の径の小さな電解液注液口からの粘性の大きな電解液を注液する方法には適用することができないものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、注液口のみ残して密閉した容器内に液体を注液する装置を提供することを課題とするものであり、特にリチウムイオン電池のような非水電解液電池の電池缶内へ電解液注液口から電解液を注液する装置を提供することを課題とするものであり、大量の電池に同時に注液する注液装置および注液方法を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電池容器内への電解液の注液装置において、注液口のみを残して密閉した注液すべき電池容器の注液口を底部に位置させて収容するとともに、注液すべき液体を入れる単位注液槽を少なくとも１個有する注液槽を内部に設けた注液室を有し、注液室には注液室内の圧力を減圧するとともに注液室内の圧力を大気圧もしくは大気圧以上の圧力に調整可能な圧力調整手段を有し、圧力調整手段によって少なくとも１回、注液室内の圧力を大気圧以下に減圧した後に大気圧もしくは大気圧以上の圧力に保持することによって、注液槽から電池容器を取り出した際に注液口から電解液が落下しない大きさとした注液口から液体を注液する電池容器内への電解液の注液装置である。
単位注液槽には、電池容器の注液口を底部に位置させて収容した際に電池容器の凸部が収容される凹部を形成した前記の電池容器内への電解液注液装置である。
単位注液槽の底面を形成する部材と側壁面を形成する部材は、曲面状の会合部によって結合した電池容器内への電解液の注液装置である。
【０００８】
また、電池容器内への電解液の注液方法において、注液口のみを残して密閉した注液すべき電池容器を、注液すべき液体を入れた単位注液槽を少なくとも１個有する注液槽の単位注液槽内に、注液槽から容器を取り出した際に注液口から電解液が落下しない大きさとした注液口を底部にして収容した後に、注液槽を設けた注液室内の圧力を予め定めた圧力まで減圧した後に、大気圧もしくは大気圧以上の圧力で予め定めた時間保持する操作を少なくとも１回行って注液を行った後に、単位注液槽から注液すべき電池容器を取り出す電池容器内への電解液の注液方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、注液口のみを残して密閉した容器への液体の注液が、雰囲気の圧力を減圧した後に大気圧以上の圧力とすることによって注液口を下部にした状態でも注液が可能であり、しかも、注液後の容器の注液口を下部にした状態でも注液口の断面積が充分に小さい場合には、液体の表面張力とつり合って液体が注液口から落下することはないので、下部に注液口を向けた状態から注液口を上部へ向けた状態に移動して、注液口の封口処理等を行うことによって、注液口を上部に向けた状態で液体を注液する場合と同様に容器内への液体の注液を可能であることを見出したものである。
【００１０】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の液体の注液装置を説明する図である。
本発明の注液装置１は、複数の単位注液槽２２を有する注液槽２を内部に設けた注液室３を有し、注液室３には、注液室内の圧力を任意に調整可能な圧力調整手段４が結合されている。圧力調整手段４は、注液室３内の圧力を大気圧以下の圧力に減圧することができる排気手段５、大気開放弁６を有している。
【００１１】
本発明の液体の注液装置による注液は、注液室３に設置した複数の単位注液槽２２を有する注液槽２の各単位注液槽２２に、液体９を入れた後に、注液口７を除いて密閉した容器８を、注液口７を底部にして収納した後に、注液室３内の圧力を圧力調整手段４の排気手段５を作動させて注液室３内の圧力を減圧して予め定められた時間保持する。
【００１２】
次いで、大気開放弁６を開放し注液室３内の圧力を大気圧として所定の時間保持した後に、さらに注液室３内の圧力を圧力調整手段４の排気手段５を作動させて注液室３内の圧力を減圧した後に、大気開放弁６を開放し注液室３内の圧力を大気圧として予め定められた時間保持し、注液口７から容器８内へ液体が注液された後に、注液室内から容器を取り出し、注液口を上部に向けた後に封口処理を行うことができる。
なお、減圧の程度および減圧下での保持時間は、注液する液体の特性等に応じて考慮することが好ましく、揮発性が大きな液体が含まれており、減圧によって揮発性混合比が変化する場合には、所定の減圧度に達した時点で直ちに大気開放することが好ましい。
【００１３】
注液室内の減圧と大気圧に開放して大気圧下で保持する回数は、少なくとも２回以上とするとすることが好ましい。
また、複数回の減圧を行う場合には、第２回目以降の減圧度を第１回目の圧力よりも低く設定しても良く、減圧速度においても第１回目よりも大きくしても良く、これによって注液速度を高めることができる。
【００１４】
注液口の大きさは、注液槽から容器を取り出した際に注液口から液体が落下しないようにすることができる大きさであれば良く、注液すべき容器の大きさ、注液すべき液体の種類、および容器の材質等によって定められる。
また、本発明において大気圧での保持は、液体の注液と共に、最終的に装置内を大気圧として注液後の容器を取り出す必要から行うものであり、大気圧より低い圧力に保持した後に、大気圧に戻して取り出す等の多段階に圧力を変更する方法を採用しても良い。
【００１５】
また、図２に他の注液装置の例を示す。
図２（Ａ）に示す注液装置１は、複数の単位注液槽２２からなる注液槽２を内部に設けた注液室３を有し、注液室３には、注液室内の圧力を任意に調整可能な圧力調整手段４が結合されている。圧力調整手段４は、注液室３内の圧力を大気圧以下の圧力に減圧することができる排気手段５、雰囲気気体供給手段１１を有しており、注液口７を残して密閉した容器８を、注液口７を底部に位置させて、注液すべき液体９を入れた複数の単位注液槽２２を有する注液槽２内に収容した後に、注液室３内の圧力を圧力調整手段４の排気手段５を作動させて注液室３内の圧力を減圧し、予め定められた時間保持した後に、雰囲気気体供給弁１２を開放し注液室３内に所定の雰囲気気体を供給して所定の時間保持した後に、さらに注液室３内の圧力を圧力調整手段４の排気手段５を作動させて注液室３内の圧力を減圧した後に、雰囲気気体供給弁１２を開放し注液室３内に所定の雰囲気気体を供給して所定の時間保持する。次いで、大気開放弁６を開放し雰囲気の気体を空気で置換した後に、注液室内から容器を取り出し、注液口を上部に向けた後に封口処理を行うことができる。
【００１６】
この装置を用いることによって、雰囲気気体供給手段から窒素、ヘリウム等の希ガス、二酸化炭素等の気体を供給してこれらの気体の雰囲気を形成することができるので、容器内をこれらの気体の雰囲気で満たすことが可能となり、液体が空気と触れることによる問題点を解決することができる。
特に、ヘリウム等の希ガス等の漏洩検知に使用することができる特殊気体を用いるならば、これらの気体の充填工程を設けることなく、容器の封口後において容器の漏洩検知を行うことが可能となる。
【００１７】
図２（Ｂ）に示す注液装置１は、複数の単位注液槽２２を有する注液槽２を内部に有した注液室３を有し、注液室３には、注液室内の圧力を任意に調整可能な圧力調整手段４が結合されている。圧力調整手段４は、注液室３内の圧力を大気圧以下の圧力に減圧することができる排気手段５、加圧手段１３を有しており、注液口７を残して密閉した容器８を、注液口７を底部に位置させて、注液すべき液体９を入れた単位注液槽２２内に収容した後に、注液室３内の圧力を圧力調整手段４の排気手段５を作動させて注液室３内の圧力を減圧して予め定められた時間保持した後に、加圧手段１３によって注液室内の圧力を大気圧以上に保って予め定められた時間保持した後に、さらに注液室３内の圧力の減圧と所定の圧力での保持の工程を繰り返し行っても良い。次いで、大気開放弁６を開放して、注液室内の圧力を大気圧とした後に、注液口を上部に向けた後に封口処理を行うことができる。
また、図２（Ｂ）に示した加圧手段１３には、図２（Ａ）示した雰囲気気体供給手段を結合して、大気圧以上の圧力で所定の雰囲気気体を供給しても良い。
このように注液室内を大気圧以上の圧力で加圧することにより、注液速度を高めることができる。
【００１８】
図３は、本発明の装置による注液室内の減圧の速度と減圧度の一例を説明する図であり、縦軸に圧力を横軸に経過時間を示す。
図３（Ａ）において、Ａで示す１回目の減圧速度が大きい場合には、容器内から取り出される気体の速度が大きくなり、発生する気泡によって容器内から液がこぼれやすくなるので減圧速度は単位注液槽の壁面の高さ等を考慮して決めることが必要となる。
まず、所定の減圧度Ｂまで減圧する。減圧度Ｂは、注液すべき液体のその温度での蒸気圧以下の圧力としないことが好ましく、減圧度が大きいと沸騰状態となり単位注液槽から液体が失われることとなる。次いで、所定の減圧度Ｂに達した後に、大気圧に戻して所定の保持時間Ｃの間、大気圧に保持する。
【００１９】
次いで、第１回目の減圧速度よりも大きな減圧速度Ｄで第２回目の減圧操作を行い、第１回目の減圧度Ｂよりも低い所定の減圧度Ｅまで減圧を行う。この状態では、かなりの量の液体が容器内へ注液される。したがって、電池のように電池缶内部にセパレータ、活物質等の液が浸透するものが存在している場合には、減圧度を高めたり減圧速度を大きくしても単位注液槽からの液体のあふれ等の現象は生じない。
所定の減圧度Ｅに達した後に、圧力を大気圧に戻して所定の保持時間Ｆが経過した後に容器を取り出す。
また、図３（Ｂ）は、減圧した後に減圧状態の圧力を所定のＢ１からＢ２までの時間保持し、大気圧に戻して所定の時間を保持した後に、再度減圧して以前よりも減圧度を大きくしてＥ１からＥ２まで保持する例を示している。
減圧状態において所定の時間保持する方法は、液体の注液口が注液すべき容器の大きさに比べて小さい場合、液体の粘性が大きな場合には特に有効である。
【００２０】
図４は、本発明の注液槽を説明する斜視図である。
注液槽２は、仕切り板２１によって複数の区画に分離された単位注液槽２２を有していることが好ましい。一つの注液槽内に複数の容器を収容しても良いが、注液口の状態、注液口と注液槽の壁面との接触状態等によって、注液工程での個々の容器内への注液速度が一定とはならないために、注液される液体の量が一定しなくなる。そこで、複数の容器内へ同時に注液するためには、仕切板で区画した単位注液槽を形成することが好ましい。
また、注液槽の個々の仕切り毎に形成される単位注液槽２２は、内部に注液すべき所定量の液体を入れた状態で、容器を収容しても液体があふれることがない大きさとすることが必要であり、さらに注液室内を排気して減圧した際に、容器内の気体が液体中を通過する際に液体が泡だって単位注液槽２２から失われることがない深さとすることが必要である。
【００２１】
また、図５は、単位注液槽の一例を説明する図である。図５（Ａ）は、単位注液槽の断面を示す図であり、図５（Ｂ）は平面図である。
単位注液槽２２の底部２３は中心部に向かって傾斜を有していることが好まししく、また側壁面２４との会合部２５は曲面を形成していることが液体の残留量を少なくするので好ましい。
さらに、底部２３は、注液すべき容器を収容した際に容器の凸部を受け入れるための凹部２５を形成することが好ましく、凹部を形成することによって、注液口からの確実な注液が可能となる。
【００２２】
注液槽は注液すべき液体との濡れ性が小さな材料で製作することが好ましく、濡れ性を小さな材料を用いることによって、注液槽に残留する液体の量を減少させることができる。また、注液槽の基材に金属等の強度が大きく安定した材料を使用し、注液槽の内面のみを注液すべき液体との濡れ性が小さな材料で被覆しても良い。
濡れ性が小さな材料としては、注液すべき液体によって異なるが、ポリプロピレン、フッ素樹脂等の合成樹脂を用いることができる。また、ステンレス等の金属材料を基材としてこれらの被覆を形成しても良い。
【００２３】
本発明の注液装置においては、多数の単位注液槽を設けた注液槽に、多数の注液ノズルを有する定量注液手段を用いて注液すべき液体を注液した後に、注液すべき容器の多数個を収容し、少なくとも１回の減圧と圧力を大気圧に戻す動作を行うことによって、多数個の容器内へ所定の量の液体を注液することができる。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を説明する。
実施例１
幅３４ｍｍ、高さ６５ｍｍ、厚さ１０ｍｍの大きさの電池缶の上部の開口部から電池要素を収納した後に、電極取りだし端子を有し、直径１．０ｍｍの電解液注液口を有した電池ヘッダーを取り付けて、電解液注液口のみを残して封口した。
内部の大きさが幅５０ｍｍ、高さ４２ｍｍ、厚さ１２ｍｍであって、底部には深さ０．８ｍｍの電極取り出し端子部の収容部を設けた単位注液槽に、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）および６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）を含有する電解液を６．１５ｇを入れた後に、電池缶の電解液注液口を底面に向けて収容した後に、注液室内に装着し、注液室内を排気をし、０．０２ＭＰａに減圧した後に注液室内に設けた圧力開放弁を開放して５分間大気圧で保持した後に、０．００５ＭＰａまで減圧し、０．００５ＭＰａに減圧した状態を４分間保持した後に、注液室の圧力開放弁を開放して１５分保持した後に電池缶を取り出した。電池缶の電解液注液口からは電解液が落下することはなかった。
【００２５】
同時に１００個の電池缶への電解液の注液を行ったところ、各単位注入槽に残留した電解液量は平均０．０８ｇであり、電池の外側に付着した電解液は平均０．０６ｇであり、電池缶内には、平均して６．０１ｇの電解液を注入することができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の注液装置によって、一度の処理工程において大量の容器へ注液することができるので、個々の容器へ注液する方法に比べて生産性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の液体の注液装置を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の液体の注液装置の他の例を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の装置による注液室内の減圧の速度と減圧度の一例を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の注液槽を説明する斜視図である。
【図５】図５は、単位注液槽の一例を説明する図である。
【図６】図６は、電池の組立工程を説明する図である。
【符号の説明】
１…注液装置、２…注液槽、２２…単位注液槽、３…注液室、４…圧力調整手段、５…排気手段、６…大気開放弁、７…注液口、８…容器、９…注液すべき液体、１１…雰囲気気体供給手段、１２…雰囲気気体供給弁、１３…注液室圧力調整手段、２１…仕切り板、２３…底部、２４…側壁面、２５…会合部、２６…凹部、５１…電池缶、５２…電解液の注液口、５３…外部電極取り出し端子、５４…蓋体、５５…電解液注液装置、５６…注液ノズル、５７…排気手段、５８…排気弁、６５…電解液供給手段、６０…電解液、６１…電解液供給弁、６２…電解液ポット、６３…電解液注液弁、６４…通気口
【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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【図６】
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