(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して積層もしくは巻回して成る極板群が収容されている電槽内に電解液を注入する際に、電解液を電槽に注入する注液工程と、電槽を脱気ボックス内に配置して脱気した後大気開放する脱気工程とを有する電解液注入方法において、脱気工程で、電槽の開口の上方に隙間をあけて液吸収手段を配置して脱気ボックスを上下二室に分けた状態で液吸収手段より上方の上部脱気室から脱気を行い、液吸収手段より下方の下部脱気室から大気を導入することを特徴とする電解液注入方法。
【請求項２】
注液工程を、脱気工程を間に挟んで第１注液工程と第２注液工程に分け、第１注液工程では極板群の上端より上方に液面が位置するように最終注入量よりも少ない所定量を注入し、第２注液工程で最終注入量に対する残量を注入することを特徴とする請求項１記載の電解液注入方法。
【請求項３】
脱気工程を、第１と第２の注液工程間の第１脱気工程と、第２注液工程後の第２脱気工程と、その後の第３脱気工程に分け、第１、第２、第３の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第３の脱気工程は複数回繰り返すことを特徴とする請求項２記載の電解液注入方法。
【請求項４】
正極板と負極板をセパレータを介して積層もしくは巻回して成る極板群が収容されている電槽に電解液を注入する注液手段と、電槽を密閉状態で内部に配置可能に構成されかつ減圧手段と大気開放手段とを有する脱気ボックスとを備えた電解液注入装置において、脱気ボックスに、内部に配置された電槽の開口上方に所定の隙間をあけて対向位置するように電解液を吸収する液吸収手段を配設して脱気ボックスを上部脱気室と下部脱気室に分け、上部脱気室に減圧手段が接続され、下部脱気室に大気開放手段が接続されてい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、電池に電解液を注入する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル・水素電池やリチウムイオン電池や鉛蓄電池など、正極板と負極板をセパレータを介して積層して成る極板群と電解液を電槽に収容されている電池において、電解液を電槽に注入する際には、極板群、特にそのセパレータの全体に電解液を十分に含浸させる必要があるが、極板群は積層構造であるため、電槽内に単純に電解液を注入しても、電解液を所望の生産性が得られる速度で全体に均等に含浸させることはできない。
【０００３】
そこで従来から、例えば特開平９−２８３１１４号公報や、特開平１１−３３９７７０号公報などに開示されているように、電槽内に電解液を注入する注液工程と、所定の真空圧となるように減圧して電解液を含浸させ、その後大気に戻すことにより電解液を加圧してさらに含浸させる脱気工程とを適宜に組み合わせた注入方法が提案されている。
【０００４】
特開平９−２８３１１４号公報では、容器内に電解液を供給する工程と容器内を減圧雰囲気にして容器内に含有する気体を吸引除去する脱気工程と電解液を加圧して吸収させる加圧工程とを備えた注入方法が開示されている。
【０００５】
特開平１１−３３９７７０号公報では、注液工程の後、減圧下で電解液を含浸させる工程を複数回繰り返すとともに、後の減圧処理工程の真空圧力を高くする方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の注入方法によって電解液の注入を生産性良く行うためには、注液及び脱気を速やかに行えるように電槽の開口を大きくし、また所定の真空圧力に達するまでの減圧時間を短縮して脱気工程の時間を短縮するのが効果的である。しかしながら、電槽の開口を大きくしかつ減圧時間を短縮すると、脱気工程時に極板群内に含有していた空気が勢い良く吹き上げ、その気流によって先に注入されていた電解液が周囲に飛び散ってしまう恐れがある。
【０００７】
電解液が飛び散ると、電池性能に大きく影響するために厳しく管理すべき電解液量にばらつきを生じてしまうという問題があり、また電解液が電槽の開口に付着し、その開口を溶着等によって封止する際に悪影響を与え、信頼性の高い密閉が困難になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、極板群が収容された電槽に対して電解液を生産性良くかつ他に弊害を生じることなく注入することができる電解液注入方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電解液注入方法は、正極板と負極板をセパレータを介して積層もしくは巻回して成る極板群が収容されている電槽内に電解液を注入する際に、電解液を電槽に注入する注液工程と、電槽を脱気ボックス内に配置して脱気した後大気開放する脱気工程とを有する電解液注入方法において、脱気工程で、電槽の開口の上方に隙間をあけて液吸収手段を配置して脱気ボックスを上下二室に分けた状態で液吸収手段より上方の上部脱気室から脱気を行い、液吸収手段より下方の下部脱気室から大気を導入するものである。
【００１０】
こうすると、電槽の開口を大きくかつ脱気工程で所定の真空圧に達するまでの減圧時間を短縮して生産性の向上を図った場合に、極板群内に含有していた空気が吹き上げ、その気流によって電解液が飛散しようとしても、電槽の開口近傍で液吸収手段に吸収される。また、大気開放時には下部脱気室から大気が導入されるため、液吸収手段に付着していた電解液が落下して電槽の開口に付着せず、その開口を溶着等によって封止する際に悪影響を与えず、信頼性の高い密閉が実現することができる。かくして、電解液を生産性良くかつ他に弊害を生じることなく注入することができる。
【００１１】
また、注液工程を、脱気工程を間に挟んで第１注液工程と第２注液工程に分け、第１注液工程では極板群の上端より上方に液面が位置するように最終注入量よりも少ない所定量を注入し、第２注液工程で最終注入量に対する残量を注入すると、１回目の注入時に極板群が完全に液没するように電解液を注入することにより極板群に均一に電解液を含浸させることができる。
【００１２】
また、脱気工程を、第１と第２の注液工程間の第１脱気工程と、第２注液工程後の第２脱気工程と、その後の第３脱気工程に分け、第１、第２、第３の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第３の脱気工程は複数回繰り返すと、各注入工程後の脱気工程において真空圧を順次高くすることで極板群内のエアを効率的にかつ確実に電解液と置換でき、さらにその後に複数回更に高い真空圧の減圧と加圧を繰り返すことにより、極板群全体に均一に電解液を含浸させることができる。
【００１３】
また、本発明の電解液注入装置は、正極板と負極板をセパレータを介して積層もしくは巻回して成る極板群が収容されている電槽に電解液を注入する注液手段と、電槽を密閉状態で内部に配置可能に構成されかつ減圧手段と大気開放手段とを有する脱気ボックスとを備えた電解液注入装置において、脱気ボックスに、内部に配置された電槽の開口上方に所定の隙間をあけて対向位置するように電解液を吸収する液吸収手段を配設して脱気ボックスを上部脱気室と下部脱気室に分け、上部脱気室に減圧手段が接続され、下部脱気室に大気開放手段が接続されたものであり、上記注入方法を実施してその効果を奏することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電解液注入方法及び装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１５】
図１において、１は角形密閉式電池の角形電槽であり、図３に示すように、複数（図示例では６個）の直方体状の電槽２がその短側壁を共用して連接して構成され、各電槽２内には多数枚の正極板と多数枚の負極板とを交互に配置すると共に、正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層してなる極板群３が収容されている。各電槽２内の極板群３は角形電槽１内で順次直列接続されるとともに、その両端が角形電槽１の両端に配設された正極と負極の接続端子４に接続されている。この角形電槽１が複数（図示例では１２個）設置台５上に並列配置された状態で各工程間を移動する。
【００１６】
６は第１注液工程で電解液を注入する注液手段で、図１（ａ）及び図３に示すように、各角形電槽１の各電槽２に対応して注液ノズル６ａを備えている。７は第２注液工程で電解液を注入する注液手段で、図１（ｃ）に示すように、各角形電槽１の各電槽２に対応して注液ノズル７ａを備えている。
【００１７】
８は第１の脱気工程で角形電槽１を配置した密閉空間を形成してその内部の減圧と大気導入を行うための脱気ボックスで、並列配置された角形電槽１を上方から覆うとともに、その下端面と設置台５の上面との間でシール材９にて密閉するように構成されている。この脱気ボックス８には、内部に配置された角形電槽１の各電槽２の上面開口上方に所定の隙間ｄをあけて対向位置するように液吸収マット１０が配設された状態で上部脱気室１９と下部脱気室２０に分けられている。この液吸収マット１０より上方の上部脱気室１９に、図４に示すように、真空ポンプ１１に接続された排気口１２と開閉弁１３が配設され、液吸収マット１０より下方の下部脱気室２０に大気導入口１４と開閉弁１５が配設されている。排気口１２や大気導入口１４は適当に分散させて複数配設されており、これによって脱気ボックス８内の各電槽２に減圧による真空圧が均等に作用し、また大気導入によって均等に加圧されるように構成されている。
【００１８】
また、液吸収マット１０は不織布等にて構成され、液吸収能力が低下すると交換できるように交換自在に支持ネット等に取付けられている。この液吸収マット１０と電槽２の上面開口との隙間ｄは、液飛散を防止するという観点からはできるだけ小さくするのが好ましいが、大気導入時に各電槽２に速やかにかつ均等に大気圧を作用させるのに必要な程度の大きさは必要であり、実際には数ｍｍ〜１０ｍｍ、好適には４〜６ｍｍ程度が好ましい。
【００１９】
１６、１７は第２脱気工程と第３脱気工程における脱気ボックスで、第１脱気工程の脱気ボックス８と同様の構成である。
【００２０】
次に、以上の構成において、角形電槽１の各電槽２に所定量の電解液を注入する工程を、図１及び図２を参照して説明する。まず、ステップ＃１の第１注液工程で、図１（ａ）及び図３に示すように、注液手段６にて各電槽２内に電解液１８を定量注入する。この第１注液工程における注入量は、図３に示すように各電槽２内の極板群３の上端が完全に液没するだけの液量に設定され、これによって極板群３に均一に電解液を含浸させることができる。注入量の具体数値としては、最終注入量の約７０％程度である。
【００２１】
次に、ステップ＃２の第１脱気工程で、図１（ｂ）及び図４に示すように、脱気ボックス８にて角形電槽１を収容する密閉空間を形成した後、真空ポンプ１１を作動させ、上部脱気室１９に設けられた排気口１２に連結した開閉弁１３を開いて脱気ボックス８内を５３ｋＰａ程度の真空圧まで減圧した後、真空ポンプ１１を停止して開閉弁１３を閉じ、４０秒程度その真空圧力に保持し、その後下部脱気室２０に設けられた大気導入口１４に連結した開閉弁１５を開いて大気導入口１４から大気圧力を導入する。これによって、極板群３内に含有されていたエアと注入された電解液１８が置換され、極板群３に電解液１８が含浸される。
【００２２】
この工程で、脱気ボックス８内の真空圧力を急激に高くした場合でも、液吸収マット１０の上側に設けられた排気口１２から脱気されるため、脱気ボックス１６内の位置によらず、各電槽２において比較的均一に脱気が進行する。このため、極板群３からエアが勢い良く吹き出し、それに伴って電解液１８が撥ね飛ばされて電槽２の上面開口から飛び出すことが抑えられる。例え少量飛散したとしても、その電解液１８は液吸収マット１０に吸収されるので、電解液１８が周囲に飛散することはない。また、大気圧の導入は液吸収マット１０の下側に設けられた大気導入口１４から導入されるため、液吸収マット１０に吸収されていた電解液が下方に移動して電槽２の開口に付着することがない。
【００２３】
次に、ステップ＃３の第２注液工程で、図１（ｃ）に示すように、注液手段７にて各電槽２内に所定注入量に対して残りの量の電解液１８を定量注入する。注入量の具体数値としては、最終注入量の約３０％程度である。
【００２４】
次に、ステップ＃４の第２脱気工程で、図１（ｄ）に示すように、第一脱気工程時と同じように脱気ボックス１６にて角形電槽１を収容する密閉空間を形成した後、真空ポンプ１１を作動させ、開閉弁１３を開いて脱気ボックス１６内を第１脱気工程より高い真空圧力の８８ｋＰａ程度の真空圧まで減圧した後、真空ポンプ１１を停止して開閉弁１３を閉じ、６０秒程度その真空圧に保持し、その後開閉弁１５を開いて大気導入口１４から大気圧力を導入する。これによって、極板群３内に残っていたエアと注入された電解液１８が置換され、極板群３に電解液１８が含浸される。
【００２５】
更に、ステップ＃５の第３脱気工程で、図１（ｅ）に示すように、第一脱気工程時と同じように脱気ボックス１７にて角形電槽１を収容する密閉空間を形成した後、真空ポンプ１１を作動させ、開閉弁１３を開いて脱気ボックス１６内をさらに高い真空圧力の９６ｋＰａ程度の真空圧まで減圧した後、真空ポンプ１１を停止して開閉弁１３を閉じ、２０秒程度その真空圧に保持し、その後開閉弁１５を開いて大気導入口１４から大気圧力を導入するという動作を３回繰り返す。これによって、極板群３内に残っていたエアが完全に排除されて極板群３の全体に均一に電解液１８が含浸される。
【００２６】
本実施形態によれば、電解液注入を２回に分けているので効率的に注入できるとともに、１回目の注入時に極板群３が完全に液没するように電解液を注入しているので、極板群３に均一に電解液を含浸させることができる。
【００２７】
また、第１、第２、第３の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第３の脱気工程は複数回繰り返しているので、各注入工程後の脱気工程において真空圧を順次高くすることで極板群３内のエアを効率的にかつ確実に電解液１８と置換でき、さらにその後に複数回更に高い真空圧の減圧と加圧を繰り返すことにより、極板群３の全体に均一に電解液を含浸させることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、複数の電槽２を有する角形電槽１を複数並列配置した状態で、各電槽２に対する電解液の注入を一度に行うことができるので、高い生産性を確保することができる。なお、本発明を適用できる電槽はこのような形態に限定されるものではなく、任意の形態の電槽に対する電解液注入に適用することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、多数枚の正極板と多数枚の負極板とを交互に配置するとともに、正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層して極板群を構成した例を示したが、帯状の正極板と帯状の負極板と帯状のセパレータとが巻回されることによって極板群を構成してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の電解液注入方法及び装置によれば、以上のように脱気工程で、電槽の開口の上方に隙間をあけて液吸収手段を配置した状態で液吸収手段より上方側から脱気を行い、液吸収手段より下方側から大気を導入するようにしたので、電槽の開口を大きくかつ脱気工程で所定の真空圧力に達するまでの減圧時間を短縮して、その結果極板群内に含有していた空気が勢い良く吹き上げ、その気流によって電解液が飛散しようとしても、電槽の開口近傍で液吸収手段に吸収されるので、電解液が電槽の開口に付着せず、その開口を溶着等によって封止する際に悪影響を与えないため、信頼性の高い密閉が実現することができ、したがって電解液注入を生産性良くかつ他に弊害を生じることなく行うことができる。
【００３１】
また、注液工程を、脱気工程を間に挟んで第１注液工程と第２注液工程に分け、第１注液工程では極板群の上端より上方に液面が位置するように最終注入量よりも少ない所定量を注入し、第２注液工程で最終注入量に対する残量を注入すると、電解液注入を２回に分けることで効率的に注入できるとともに、１回目の注入時に極板群が完全に液没するように電解液を注入することにより極板群に均一に電解液を含浸させることができる。
【００３２】
また、脱気工程を、第１と第２の注液工程間の第１脱気工程と、第２注液工程後の第２脱気工程と、その後の第３脱気工程に分け、第１、第２、第３の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第３の脱気工程は複数回繰り返すと、各注入工程後の脱気工程において真空圧を順次高くすることで極板群内のエアを効率的にかつ確実に電解液と置換でき、さらにその後に複数回更に高い真空圧の減圧と加圧を繰り返すことにより、極板群全体に均一に電解液を含浸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電解液注入方法における各工程の説明図である。
【図２】同実施形態の電解液注入方法のフローチャートである。
【図３】同実施形態における電解液の注液工程を示す縦断面図である。
【図４】同実施形態における脱気工程を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  角形電槽
２  電槽
３  極板群
６  注液手段
７  注液手段
８  脱気ボックス
１０  液吸収マット（液吸収手段）
１１  真空ポンプ
１２  排気口
１４  大気導入口
１６  脱気ボックス
１７  脱気ボックス
１８  電解液
１９  上部脱気室
２０  下部脱気室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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