(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体物質を収容し、開口部を有する袋状の融着性シートからなる電池容器内に注液ノズルを用いて電解液を注入する電池の製造装置において、
上記注液ノズルは、電池容器を形成する熱融着性シートよりも剛性の大なる素材であるとともに、断面が扁平状に形成されていることを特徴とする電池の製造装置。
【請求項２】
上記注液ノズルは、電池容器開口部に挿入する際に、断面扁平状の注液ノズルの長辺部を開口部の合わせ面に沿わせられ、その先端が上記電池容器内の底部近傍に達した位置で、注液ノズルは９０度回動され長辺部を開口部の合わせ面とは直交する方向に姿勢変更されることを特徴とする請求項１記載の電池の製造装置。
【請求項３】
上記注液ノズルは、その先端が上記電池容器内の底部近傍に達し、かつ９０度回動して長辺部を開口部の合わせ面とは直交する方向に姿勢変更してから注液されるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電池の製造装置。
【請求項４】
上記注液ノズルは、その先端が担体物質の底部近傍まで挿入可能に設けられており、
さらに、上記注液ノズルとともに、上記電池容器内にエアー抜きノズルを進退可能に具備したことを特徴とする請求項１記載の電池の製造装置。
【請求項５】
担体物質を収容し、開口部を有する袋状の融着性シートからなる電池容器の、上記開口部面積を拡大し、
この面積が拡大された電池容器の開口部に、上記熱融着性シートよりも剛性の大なる素材であるとともに、断面が扁平状に形成される注液ノズルを挿入し、
所定位置にて、注液ノズルから電池容器内部に電解液を注入する
ことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項６】
上記断面扁平状の注液ノズルの長辺部を開口部の合わせ面に沿わせて、注液ノズルを電池容器開口部に挿入し、
注液ノズルの先端が上記電池容器内の底部近傍に到達したら、注液ノズルの長辺部を開口部の合わせ面とは直交する方向に９０度回動することを特徴とする請求項５記載の電池の製造方法。
【請求項７】
上記注液ノズルは、その先端が上記電池容器の底部近傍に挿入し、かつ９０度回動して長辺部を開口部の合わせ面とは直交する方向に姿勢変更してから、電解液を注入することを特徴とする請求項６記載の電池の製造方法。
【請求項８】
担体物質を収容し、かつ電解液が注入された上記電池容器をチャンバ内に収容して所定の圧力まで減圧する減圧工程と、
この減圧工程により減圧された状態を保持する低圧保持工程と、
チャンバ内を大気圧に開放する大気圧工程とを、順次繰り返すことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、袋状の熱融着性シートからなる電池容器内に担体物質を収容し、この電池容器内に電解液を注入する電池の製造装置および製造方法と、電池容器に注入された電解液を担体物質に含浸させる電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池である乾電池の構造は、基本的には、水溶液状電解質を多孔性の担体物質である電極コイル部に吸収させたり、あるいはゲル状にして担体物質である電極コイル部が流動しないように金属缶内に封入してなる。
【０００３】
このような二次電池を製造するには、金属缶内に担体物質である電極コイル部を収納し電解液を注入したあと、開口部を蓋体で閉塞し、大気圧下で蓋体を金属缶にかしめ、もしくは溶接手段を用いて互いに密着固定している。
【０００４】
ところで、近時の、いわゆるＩＴ（情報技術）の拡大化にともない、該当するほとんど大部分の機器は小型で軽量化が求められている。そのため、機器の電源としての二次電池も当然、軽く、薄く、かつ小さいものでなければならない。
【０００５】
電池製造としての種々の試行錯誤を経たあと、たとえば食品加工業などで多用されているフィルムで食品を真空パックする技術を電池製造に転用することが可能であるかの考えを持つに至った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、外装である電池容器として熱融着性シートである、たとえばアルミラミネートフィルムを用いるのが妥当である。フィルムを横長の矩形状に形成し、幅方向中央部に上下に亘って２つ折り線を形成し、左右いずれか一方で、かつ下半分の部分にプレス加工により突部を形成する。
【０００７】
上記突部に、扁平状になした多孔の電極コイル部である担体物質を収容し、かつ上記折れ線に沿って折曲して面合わせをなし、一側辺部と下辺部を加熱融着して、袋状の電池容器を成形する。
【０００８】
上辺部が電池容器の開口部となり、ここから電解液を注入して担体物質に含浸させたあと、上記開口部をシールすることにより、電池製造における所定の工程が終了する。
【０００９】
問題は、電池容器に所定量の電解液を確実にかつ短時間で注入することと、この電解液を担体物質に確実にかつ短時間で含浸させることである。
すなわち、電池容器は担体物質を収容する突部を形成してあるため、突部上端と開口端との間の面がほとんど密着して隙間ができ難い。電解液の注液にあたって、開口端を開放しても突部上端がほとんど密着しているから、電解液が容易には通過しない。
【００１０】
所定量を早急に注液してしまうと、突部上端の通過量を上回る注液がなされることになるので、開口部からオーバーフローしてしまう。ごく少量づつ時間をかけて注液すればその虞れがないが、今度は生産性が悪くなる。
【００１１】
オーバーフローを防止するため、剛体である注液ノズルで密着する合わせ面を強制的に押し広げ、この先端ノズル口を突部上端に延出させて注液することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、この場合は、注液ノズルの挿入量を微妙に調整する必要がある。挿入量が浅いと、先端ノズル口が突部上端の密着部分に到達しない虞れがある。また、挿入量が深いと、先端ノズル口が担体物質に当接してノズル口が塞がれる虞れがある。
【００１３】
そして、たとえ突部内に直接、注液がなされたとしても、狭くほとんど密閉している突部空間一杯に担体物質が収容されているので、担体物質に含まれるエアーやガスなどの気泡が突部から逃げ難く、電解液が含浸するのに極めて長い時間がかかって生産性が悪い。気泡を残したまま開口部をシールしてしまうと、当然、電池性能に悪影響を及ぼす。
【００１４】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱融着性シートで形成される電池容器に電解液を注入するにあたって、電解液をオーバーフローすることなく短時間で効率よく注入でき、かつエアー等を確実に脱泡させて電解液の含浸をなし、安定した品質で信頼性の高い電池性能を得られる電池の製造装置および製造方法を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を満足するため本発明は、担体物質を収容し、開口部を有する袋状の融着性シートからなる電池容器内に注液ノズルを用いて電解液を注入する電池の製造装置において、上記注液ノズルは、電池容器を形成する熱融着性シートよりも剛性の大なる素材であるとともに、断面が扁平状に形成されている。
【００１６】
上記目的を満足するため本発明の電池の製造方法は、担体物質を収容し開口部を有する袋状の融着性シートからなる電池容器の、上記開口部面積を拡大し、この面積が拡大された電池容器の開口部に熱融着性シートよりも剛性の大なる素材であるとともに断面が扁平状に形成される注液ノズルを挿入し、所定位置にて注液ノズルから電池容器内部に電解液を注入する。
【００２０】
このような課題を解決する手段を採用することにより、本発明によれば、熱融着性シートで形成される電池容器に電解液を注入するにあたって、電解液をオーバーフローすることなく短時間で効率よく注入でき、電池容器内に注入された電解液に含まれるエアー等を確実に脱泡させて電解液の含浸をなす。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、第１の実施の形態を示していて、図１（Ａ）は電池容器１に対する第１の注液装置を構成する第１の注液ノズル３の一部省略した斜視図、図１（Ｂ）は第１の注液ノズル３から電解液を電池容器１内に注入する状態の斜視図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）の概略の断面図である。
【００２２】
図中１は電池容器である。この電池容器１は、熱融着シートであるたとえばアルミラミネートフィルムにより形成されている。フィルムを横長の矩形状に切断し、幅方向中央部において左右に折り曲げたあと、一側辺部と下辺部とを貼り合わせて袋状の電池容器１を製造している。フィルムの左右いずれか一方の下側部には、扁平状をなす多孔の電極コイル部である担体物質２を収容するための突部１ａがプレス加工等により形成されている。
【００２３】
上記突部１ａ空間に担体物質２が収容されているが、この突部１ａ上端から開口部１ｂまでは両面がほとんど面合わせ状態になって隙間が形成され難い。
【００２４】
第１の注液装置として、第１の注液ノズル３と、この注液ノズル３を取付けたシリンダ部（図示しない）と、このシリンダ部と配管４を介して連通される電解液貯溜タンク５と、上記配管４の中途部に設けられる供給ポンプ６および、この供給ポンプ６を電気的に制御する制御装置７などから構成される。
【００２５】
上記第１の注液ノズル３は、シリンダ部に直接取付けられる口金部３ａと、この口金部と一体に連設されるノズル部３ｂとから構成される。注液ノズル３全体として、耐蝕性が高く、かつ柔軟性に富む素材、たとえばテフロン樹脂材から成形されている。
【００２６】
そして、第１の注液ノズル３を構成するノズル部３ｂの全長は、少なくとも電池容器開口部１ｂから突部１ａに収容される担体物質２の底部近傍までの距離とほぼ等しく設定される。好ましくは、ノズル部３ｂの全長を上記距離よりもある程度長く形成するとよい。
【００２７】
図１（Ｂ）に示すように、実際の電解液注液にあたって、何らかの手段で電池容器１の開口部の両端部を内側に押圧付勢する。したがって、少なくとも電池容器１上端の開口部１ｂ合わせ面は互いに外側に湾曲変形して膨出し、開口部１ｂの面積が拡大する。
【００２８】
このように開口部１ｂ面積を拡大したうえで第１の注液ノズル３のノズル部３ｂを挿入すれば、ノズル部３ｂ先端が電池容器１内面に引っ掛ることがなく、円滑に挿入できる。さらにノズル部３ｂを挿入して、口金部３ａ先端が容器開口端に位置したら停止する。このとき、ノズル部３ｂの長さの設定から、この先端が担体物質２の底部近傍に延出することになる。
【００２９】
なお、電池容器１において開口部１ｂ面積を拡大しても、担体物質２を収容する突部１ａ上端の合わせ面は互いに離間し難く、ほとんど密着した状態で隙間が形成され難い。
【００３０】
ところが、ここで用いられる第１の注液ノズル３におけるノズル部３ｂは、その素材の特性から柔軟に対応し、突部１ａ上端の密着部分を円滑に挿入する。また、このとき、ノズル部３ｂ先端が担体物質２に接触したとしても、ノズル部３ｂは柔軟性に優れていることが特徴であるから、担体物質２を傷付ける虞れはない。
【００３１】
第１の注液ノズル３を上述の位置にセットしてから、電解液を電池容器１内に注入する。ノズル部３ｂの先端が担体物質２の底部近傍に位置しているので、電解液は担体物質２を収容する突部１ａに直接注入されて、この底部から溜まりはじめ徐々に液面が上昇する。
【００３２】
特に、突部１ａ上端に隙間が形成され難い部分が存在するが、ノズル部３ｂはこの部位を挿通しているので、電解液は少しの障害もなく円滑に通過し、注液時間が短くてすむ。
【００３３】
図２（Ａ）（Ｂ）は、第２の実施の形態における注液方法を示している。ここでは、第２の電解液注液装置を構成する第２の注液ノズル１３のみ相違し、電池容器１の構成は全く同一であるので説明は省略する。
【００３４】
上記第２の注液ノズル１３は、電池容器１を形成する熱融着性シートよりも剛性の大なる素材が採用され、かつ断面が扁平状に形成される。すなわち、注液ノズル１３の断面形状は、長辺部ａと短辺部ｂとを有している。
【００３５】
電解液注液時に、電池容器１の開口部１ｂの両端部を内側に押圧付勢し、開口部１ｂ面積を拡大したうえで第２の注液ノズル１３を挿入する。
上記第２の注液ノズル１３を容器開口部１ｂから挿入する際は、図２（Ａ）に示すように、断面扁平状の注液ノズル１３の長辺部ａを開口部１ｂの合わせ面に沿わせて挿入する。
【００３６】
したがって、開口部１ｂの合わせ面間隔を短辺部ｂの長さよりもわずかに大にしただけで、注液ノズル１３を開口部１ｂに円滑に挿入できる。注液ノズル１３先端が突部１ａ上端を通過する際も、注液ノズル１３の姿勢を変更しない。
【００３７】
注液ノズル１３先端が所定位置まで挿入されたら、図２（Ｂ）に示すように、注液ノズル１３を９０度回動して、長辺部ａを開口部１ｂの合わせ面とは直交する方向に姿勢変更する。開口部１ｂは勿論、突部１ａ上端の合わせ面相互間の間隙が強制的に拡大する。
【００３８】
そして、第２の注液ノズル１３から電解液を注入する。第２の注液ノズル１３は先端が突部１ａ内に位置しているので、電解液は突部１ａ内に直接注液され、担体物質２に効率よく浸透する。
【００３９】
電解液の注入にともなって、担体物質２に含まれていたエアーやガスなどの気泡が抜け出る。これら気泡は、第２の注液ノズル１３によって突部１ａ上端に強制的に形成されている隙間を通過し、開口部１ｂから放出される。このことから、電解液が担体物質２に充分に含浸する。
【００４０】
図３（Ａ）（Ｂ）は、第３の実施の形態における注液方法を示している。ここでは、第３の電解液注液装置が相違し、電池容器１の構成は全く同一であるので説明は省略する。
【００４１】
上記第３の電解液注液装置として、第３の注液ノズル２３Ａおよびエアー抜きノズル２３Ｂとを備えている。上記第３の注液ノズル２３Ａは図示しないシリンダ部に取付けられ、上下動可能に構成されている。
【００４２】
また、第３の注液ノズル２３Ａには、第１の注液ノズルと同様に、配管４を介して電解液貯溜タンク５が接続されており、配管４の中途部には制御装置７により制御される供給ポンプ６が設けられている。
【００４３】
上記第３の注液ノズル２３Ａのノズル部の全長は、少なくとも電池容器１の開口端１ｂから担体物質２の底部近傍までの距離とほぼ等しく形成される。また、上記エアー抜きノズル２３Ｂのノズル部の全長は、少なくとも電池容器１の開口端１ｂから担体物質２の上端部近傍までの距離とほぼ等しく形成される。
【００４４】
このエアー抜きノズル２３Ｂは、真空ポンプ２４と配管２５を介して連通している。上記配管２５の中途部には密封された電解液用トラップＴが設けられ、エアーもしくはガスに含まれる電解液滴を分離して集溜するようになっている。
【００４５】
しかして、電解液注液時に、電池容器１の開口部１ｂの両端部を内側に押圧付勢し、開口部１ｂ面積を拡大したうえで、第３の注液ノズル２３Ａとエアー抜きノズル２３Ｂを、図３（Ｂ）に示すように、電池容器１の開口部１ｂから挿入する。
【００４６】
それぞれのノズルの長さの設定から、注液ノズル２３Ａの先端は担体物質２の底部近傍に達し、エアー抜きノズル２３Ｂの先端は担体物質２の上端部近傍に位置する。
【００４７】
この状態で、第３の注液ノズル２３Ａから電池容器１内に電解液を注入する。ノズル先端が担体物質２の底部近傍に位置しているので、電解液は突部１ａ内に直接供給され、徐々に液面が上昇する。
【００４８】
特に、突部１ａ上端に隙間が形成され難い部分が存在するが、電解液は注液ノズル２３Ａから直接突部内に供給されるので、電池容器１内への注液時間が短くてすむ。
【００４９】
同時に、真空ポンプ２４が駆動を開始してエアー抜きノズル２３Ｂで吸引作用をなす。電解液の注入にともなって担体物質２に含まれていたエアーやガスなどの気泡が担体物質２から抜け出て、突部１ａ上端に位置した途端、エアー抜きノズル２３Ｂによる吸引作用によって効率よく排出され、電解液が担体物質２に短時間で充分に含浸する。
【００５０】
図４（Ａ）（Ｂ）は、第４の実施の形態を示す。図４（Ａ）は電解液含浸装置の概略の構成図、図４（Ｂ）は含浸方法の工程図である。
電解液含浸装置として、真空チャンバ３３が備えられていて、この内部に、上述したいずれかの電解液注液装置により電解液を注入した電池容器１を、複数収容可能である。
【００５１】
上記真空チャンバ３３は、真空ポンプ３４と配管３５を介して連通するとともに、大気に開放される導入管３６が接続されている。この導入管３６には、図示しない開閉バルブが設けられていて、真空チャンバ３３内を大気圧下に開放自在である。
【００５２】
電池容器１内の担体物質２に対する電解液の含浸方法は、以下に述べるようになる。
すなわち、電解液が注入された電池容器１を真空チャンバ３３内に収容し、導入管３６に接続する開閉バルブを閉成し、真空ポンプ３４を駆動してチャンバ３３内を所定の圧力まで降下させる減圧工程をなす。
【００５３】
減圧工程で所定の圧力に降下したあと、チャンバ３３内を所定の低圧状態で所定時間保持する低圧保持工程をなす。これら減圧工程および低圧保持工程により、担体物質２および電解液に含まれているエアーやガスなどが脱気される。
【００５４】
低圧保持工程で所定時間低圧状態を保持したあと、真空ポンプ３４を停止し、かつ開閉バルブを開放して導入管３６を介し真空チャンバ３３内を大気圧下に開放する大気圧工程をなす。
【００５５】
この大気圧工程を所定時間継続することで、上記真空チャンバ３３内の真空度が所定値まで低下する。このタイミングをとって開閉バルブを閉成するとともに真空ポンプ３４を駆動して、再び減圧工程をなす。所定の真空度に到達したら低圧保持工程に変更し、さらに所定時間経過後は大気圧工程をなす。
【００５６】
以下、順に上記各工程を繰り返すことにより、担体物質２からの脱泡を確実になし、担体物質２に対する電解液の含浸が充分となり、安定した品質で信頼性の高い電池性能が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱融着性シートで形成される電池容器に対して電解液をオーバーフローすることなく短時間で効率よく注入でき、かつエアー等を確実に脱泡させて電解液の含浸をなし、安定した品質で信頼性の高い電池性能を得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す、第１の注液装置の構成と、電解液注入方法を説明する図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す、第２の注液装置の構成と、電解液注入方法を説明する図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す、第３の注液装置の構成と、電解液注入方法を説明する図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す、含浸装置の構成と、電解液の含浸方法を説明する図。
【符号の説明】
１…電池容器、
２…担体物質、
３…第１の注液ノズル、
１３…第２の注液ノズル、
ａ…長辺部、
ｂ…短辺部、
２３Ａ…第３の注液ノズル、
２３Ｂ…エアー抜きノズル、
３３…真空チャンバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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