JP2008059973A - リチウム二次電池の注液方法および注液装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液の蒸発および電解液の液溜まりや液溢れまたは飛散の発生を確実に防止しながら注液時間を可及的に短縮して生産性の向上を図ることができるリチウム二次電池の注液方法およびその注液方法を忠実に具現化した注液装置を提供する。
【解決手段】電池ケース２９内を、有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に真空引きする工程と、所定量の有機電解液を注入した注液ホッパー１１内の一時貯液室１２を電池ケース２９内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に真空引きする工程と、注液ホッパー１１の注液口１１ａを開いて一時貯液室１２内の有機電解液を圧力差によって注液口１１ａおよびこれに連接された注液ノズル１８を介して前記電池ケース２９内に注液する工程と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、リチウム二次電池の製造過程における極板群が収納された電池ケース内に所定量の有機電解液を注液する工程での電解液の注液方法およびその注液方法を具現化した注液装置に関するものである。

リチウム二次電池は、電池ケース内に極板群を収納したのちに有機電解液を注液し、電池ケースの開口部を密閉状態に閉塞する工程を経て製造される。有機電解液の注液工程では、電池ケース内に注入した比較的粘性の高い有機電解液が、正、負の極板にセパレータを介在させて高密度に積層または積層状態で渦巻状に巻回されてなる極板群の小さな隙間に浸透させ難いために、所定量の有機電解液を含浸させるまでに長い時間を要する。

電解液を速やかに極板群に含浸させるために、従来では、電解液を注入した電池ケースの開口部に気密状態で接続した真空ポンプを駆動させて電池ケース内を減圧することにより、電池ケース内の減圧に伴って極板群の隙間に存在する空気を気泡として電解液の液面に浮上させることが行われていた。ところが、この注液手段では、電解液の極板群への浸透を或る程度促進できるが、極板群の隙間に存在する空気が微細な気泡となるため、この微細な気泡が、極板群の表面に付着したりして電解液の液面に速やかに浮上しないので、電解液の注液時間を短縮することができない。

また、有機電解液の注液時間をさらに短縮するために、上述の減圧手段に加えて、電解液を充填した電池ケースの開口部を閉塞した状態で電池ケース内の有機電圧液を不活性ガス、エアー圧あるいは遠心力で加圧したりすることにより、電解液を極板群に強制的に含浸させるように図った装置も知られている。しかし、この注液装置は、電池ケース内での含浸速度よりも電解液の電池ケースへの注液速度が速くなって、電解液の液溢れや飛散などが生じ易く、しかも、電池ケース内の加圧状態を解除して大気圧に戻した瞬間に、極板群の隙間で加圧されて小さく押し潰されていた気泡が大きく膨張するため、極板群の隙間に一旦含浸させた有機電圧液が電池ケースの外部に飛び出してしまう問題がある。

そこで、従来では、上述した問題の解消を図るために、以下に説明する種々の注液装置が提案されている。先ず、第１の注液装置は、極板群が予め収納された電池ケースの開口部を閉塞シリンダによって気密に閉塞して、吸引部を介して接続された減圧機の駆動によって電池ケース内を減圧した状態でピストンを駆動することにより、一時貯液室の内の有機電解液を注液管から電池ケース内に注入するとともに、減圧機の駆動制御によって電池ケース内を減圧状態から加圧状態に変えて、有機電解液の極板群への浸透を促進するように図っている（特許文献１参照）。

上記注液装置では、注液管の上端が一時貯液室内の電解液の液面よりも上方に突出されており、一時貯液室内に注入された電解液を注液管に流入させずに貯留した状態において、電池ケースの内部を減圧し、ピストンが一時貯液室内の電解液の液面を押し上げて電解液を注液管を介し電池ケース内に注液するようになっている。

この注液装置では、閉塞シリンダで閉塞した電池ケース内を、電解液の注液前に減圧機の駆動により減圧して電池ケース内の空気を排気するので、極板群の隙間に存在する空気も排気される。これにより、電池ケースに注入した電解液は、極板群の微細な隙間への浸透を促進されながら、極板群に含浸される。そののち、電池ケースの圧力が大気圧近くまで徐々に上昇されることにより、電解液が極板群に強制的に含浸される。

また、第２の注液装置は、電池ケース内に注入すべき電解液の全量を所定量ずつに分割計量してカップ部材に供給し、このカップ部材を電池ケースの開口部に近接させ、カップ部材と電池ケースとを収容する注液ブース内を減圧した状態で、カップ部材から電池ケース内に所定量の電解液を注液したのちに、注液ブース内を大気に開放し、この一連の工程を電解液の分割回数だけ繰り返して、電池ケース内に全電解液量を注入することにより、電解液の注液工程を円滑に遂行できるように図っている（特許文献２参照）。

さらに、第３の注液装置は、電池ケースの開口部を気密に封口する閉塞部と、その一端側が閉塞部に接続されるとともに他端側に電解液が供給される注入ラインと、この注入ラインの途中に設けられ、電池ケース内の極板群に含浸させる所定量の電解液を貯留する貯留部と、この貯留部を第１の気圧まで減圧する第１の減圧部と、貯留部内を大気開放する大気開放部と、電池ケース内を第１の気圧よりも低い第２の気圧まで減圧する第２の減圧部とを備えている（特許文献３参照）。

この注液装置では、貯留部内を第１の気圧まで減圧することによって電解液を脱泡し、電池ケース内を貯留部の内部以上の高い真空度に減圧することによって電解液の極板群への浸透を促進し、貯留部内を大気開放することによって電解液を加圧して電解液の極板群への含浸を促進するように図っている。
特許第３４６７１３５号公報 特開平９−２７４９０７号公報 特開平１１−７３９４２号公報

しかしながら、上記第１の注液装置では、電池ケース内に電解液の全量を注入した状態で電池ケース内を減圧状態から加圧状態に変え、そののちに、加圧力を徐々に高めるようにしているが、その加圧力の増大速度を、有機電解液の極板群への含浸速度つまり吸液速度と正確にバランスするように高精度に制御する必要があり、加圧力の増大速度が吸液速度を超えたときには、電池ケースの開口部に液溜まりや電解液の飛散が生じたり、開口部から電解液が溢れ出たりする。このような事態が生じた場合には、電池ケースへの注液量が所定値よりも減少し、且つ注液量にばらつきが生じる結果、注液精度が悪くなって電池容量の低下を招くだけでなく、電池ケースの開口部に濡れが生じて、電池ケースの封口時に電池ケースと封口体との密着性が悪くなる。

また、上記第２の注液装置では、全電解液量を所定量ずつに分割してカップ部材に供給するので、電解液の分割計量工程、注液ブース内の減圧工程、カップ部材の旋回による電池ケース内への注液工程および注液ブース内の大気開放工程を、電解液の分割回数だけ繰り返すので、注液精度が或る程度向上する反面、単一の電池ケース当たりの注液時間が比較的長くかかることから、これによる生産性の低下を防止するために、複数のカップ部材にリンクを介して一体的に旋回させることにより、複数の電池ケースに同時に注液する構成としているので、構成が複雑化して装置がコスト高となるとともに、高い信頼性で注液を行うことができない。

さらに、第３の注液装置では、貯留部内を減圧した第１の気圧と電池ケース内を減圧した第２の気圧との圧力差を高精度に設定する必要があり、この圧力差が大き過ぎると、電池ケースに注入するときの電解液の流速、つまり電解液の注液速度が高くなり過ぎて、その電解液の注液速度が電解液の極板群への含浸速度を超えてしまい、第１の注液装置と同様に、電池ケースの開口部に液溜まりや電解液の飛散が生じたり、開口部から電解液が溢れ出たりする。このような事態が生じた場合には、電池ケースへの注液量が所定値よりも減少し、且つ注液量にばらつきが生じる結果、注液精度が悪くなって電池容量の低下を招くだけでなく、電池ケースの開口部に濡れが生じて、電池ケースの封口時に電池ケースと封口体との密着性が悪くなる。

また、何れの注液装置においても、電池ケース内を減圧する際に、その減圧値が適切でない場合には、電池材料の中でも高価な材料の一つである有機電解液が沸騰して低沸点成分が真空経路に排気されてしまい、腐食性を有する有機電解液が真空ポンプや真空経路に設けられる電磁弁などに悪影響を与えるだけでなく、多量の液ロスが発生して注液精度が低下するとともに、有機電解液が本来の成分と異なる成分に変化して性能低下を引き起こす。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電解液の蒸発および電解液の液溜まりや液溢れまたは飛散の発生を確実に防止しながら注液時間を可及的に短縮して有機電解液を電池ケース内に注液することができるリチウム二次電池の注液方法およびその注液方法を忠実に具現化した注液装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のリチウム二次電池の注液方法は、電池ケース内を、有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に真空引きする工程と、所定量の前記有機電解液を注入した注液ホッパー内の一時貯液室を前記電池ケース内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に真空引きする工程と、前記注液ホッパーの注液口を開いて前記一時貯液室内の前記有機電解液を前記圧力差により前記注液口およびこれに連接された注液ノズルを介して前記電池ケース内に注液する工程と、を有していることを特徴としている。

請求項２に係る発明のリチウム二次電池の注液装置は、電池ケースを収納する内部が密閉空間とされる注液チャンバと、所定量の有機電解液を貯留する一時貯液室が内部に設けられた注液ホッパーと、前記一時貯液室の注液口を開閉するホッパー開閉弁と、上端が前記注液口に連接され、且つ下端が前記電池ケースの開口部に近接して対向される注液ノズルと、前記電池ケース内を有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に減圧する減圧手段と、前記注液ホッパーの一時貯液室内を前記電池ケース内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に減圧する減圧手段と、を備えていることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項２の発明のリチウム二次電池の注液装置における電池ケースの減圧手段が、注液チャンバの密閉空間内を真空引きする真空ポンプと、この真空ポンプに至る管路に介設された電磁弁と、前記密閉空間内の減圧値を計測してその計測値が設定減圧値に達した時点で前記電磁弁を閉じさせる真空ゲージとを備えてなり、一時貯液室内の減圧手段が、一時貯液室内を真空引きする真空ポンプと、この真空ポンプに至る管路に介設された電磁弁と、前記一時貯液室内の減圧値を計測してその計測値が設定減圧値に達した時点で前記電磁弁を閉じさせる真空ゲージとを備えてなるものである。

請求項１の発明では、一時貯液室内の有機電解液が、電池ケース内と一時貯液室内との圧力差によって電池ケース内に強制的に注入されたのち、極板群の微細な隙間に迅速に浸透するように効果的に促進されるので、従来の電池ケース内と注液ホッパー内とを同圧に減圧する注液手段に比較して、注液時間が格段に短縮して生産性が１．５倍〜２倍程度に向上する。また、注液ノズル内を通る有機電解液の流速は、上記圧力差により極めて低い値に抑制されて、電池ケース内の減圧した圧力に対応する吸液時間に適応したものとなるので、従来の加圧しながら注液することにより流速が速過ぎる状態となる場合とは異なり、所定量の有機電解液を分割せずに全量を連続的に注液するにも拘らず電池ケースからの有機電解液の飛散や溢れといった不具合が生じないので、従来装置に比較して注液精度が１０〜２０％向上する。

さらに、注液ノズル内を通る有機電解液の流速を電池ケース内の吸液時間に適応する値に設定するのに伴い、電池ケース内の圧力を有機電解液の沸点以下の真空度に設定することができるので、有機電解液の沸騰が生じることがなく、有機電解液の沸騰による低沸点成分の排気によって真空経路における電磁弁や真空ポンプなどに悪影響を与えることがない。また、有機電解液が本来の成分と異なる成分に変質して性能低下を招くこともない。

請求項２の発明では、電池ケースを収納する注液チャンバと、所定量の有機電解液を貯留する一時貯液室を有する注液ホッパーと、一時貯液室内を所定の真空度に減圧する第１の減圧手段と、注液チャンバの密閉空間を所定の真空度に減圧する第２の減圧手段とを備えているので、本発明の注液方法を忠実に具現化することができる。

請求項３の発明では、電池ケースの圧力設定と注液ホッパー内の一時貯液室内の圧力設定とを個々の減圧手段により単独に行えるので、電池ケース内の減圧値を有機電解液の沸点以下における注液時間を可及的に短縮できる範囲内の真空度に設定した上で、電池ケース内と一時貯液室内との圧力差を所定値に設定することが容易に行える。

以下、本発明における最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るリチウム二次電池の注液方法を具現化した注液装置を示す要部破断した正面図である。この注液装置は、鉛直に配置された複数のスライドガイド支柱２と、これらスライドガイド支柱２に沿ってスライドしながら上下動する複数の支持筒体３と、隣接する各２つの支持筒体３をこれらに架け渡された配置で相互に連結する上、下部連結フレーム４，７とにより、昇降枠体１が構成されており、この昇降枠体１は、支持筒体３と上、下部連結フレーム４，７との摺動により、スライドガイド支柱２に沿って上下動する。各スライドガイド支柱２の各々の上端面上には、これらに架け渡す配置でメインフレーム８が固着されており、このメインフレーム８上にはメインシリンダ９が固定されている。このメインシリンダ９は、これのピストンロッド９ａの先端部が上部連結フレーム４の上面に固定されて、昇降枠体１を介して後述の注液ユニット１０を上下動させる。

上記注液ユニット１０は、内部空間が一時貯液室１２となった注液ホッパー１１と、この注液ホッパー１１の底部の注液口１１ａを開閉するホッパー開閉弁１３と、このホッパー開閉弁１３がピストンロッド１４ａの先端部に固着されて当該ホッパー開閉弁１３を開閉制御する弁開閉シリンダ１４と、上端部が上記注液口１１ａに液密に嵌着されて垂設された注液ノズル１８と、上記ピストンロッド１４ａを気密状態で摺動自在に挿通させた状態で注液ホッパー１１の上端開口部を開閉自在に密閉する蓋体１７と、後述する注液チャンバ２７を備えて構成されている。

上記弁開閉シリンダ１４は、そのピストンロッド１４ａを垂下させた配置で、上部連結フレーム４の下面に固定され、そのピストンロッド１４ａは、蓋体１７および保持部材１９に摺動自在に挿通されている。蓋体１７には、一時貯液室１２を後述の真空ポンプに連通接続する接続管２０の先端部が挿通状態で気密に取り付けられている。注液ノズル１８は、その上端部がシール部材２１を介して取付プレート２２に液密に取り付けられており、この取付プレート２２は、注液ホッパー１１の外部下面に当てがわれた状態で、複数本の固定ねじ２３により注液ホッパー１１に固定されている。

上述のように注液ノズル１８を吊下形態で注液ホッパー１１に取り付ける取付プレート２２は、取付ねじ２４により、注液チャンバ２７と共に下部連結フレーム７に固着されている。このとき、注液ノズル１８は、下部連結フレーム７および注液チャンバ２７の上壁を挿通して、注液チャンバ２７の内部に臨入されている。注液チャンバ２７は下方が開口した形状になっており、この注液チャンバ２７の上壁には、これの内部空間を後述の真空ポンプに連通接続する接続管２８の先端部が挿通状態で気密に取り付けられている。この注液チャンバ２７は所定の注液ステーションに配置されており、注液ステーションには、極板群３０が予め挿入されたリチウム二次電池用電池ケース２９が、図示省略した搬送手段により搬送されて位置決めし停止される。電池ケース２９には、後工程において封口体（図示せず）に接続される接続リード３１が、極板群３０に一端を接続されて電池ケース２９の開口部から外部導出された状態で取り付けられている。

上記注液装置の配管系統図を示す図２において、注液ホッパー１１内部の一時貯液室１２は、これに連通接続された接続管２０の分岐管路を介して低速第１真空ポンプ３２および高速真空ポンプ３３にそれぞれ管路接続されているとともに、その低速第１真空ポンプ３２および高速真空ポンプ３３への各分岐管路中にそれぞれ第１の電磁弁３４および第２の電磁弁３７が介設されている。一方、注液チャンバ２７の内部空間は、これに連通接続された接続管２８の分岐管路を介して低速第２真空ポンプ３８および高速真空ポンプ３３に管路接続されているとともに、その低速第２真空ポンプ３８および高速真空ポンプ３３への各分岐管路中にそれぞれ第３の電磁弁３９および第４の電磁弁４０が介設されている。また、上記２つの接続管２０，２８には、それぞれ電磁弁４１，４２を介設した大気開放用管路が分岐接続されている。

上記注液ホッパー１１には、内部に一時貯液室１２の真空圧を計測するための設定圧計測用真空ゲージ４３と微差圧計測用真空ゲージ４４とが接続されているとともに、これらの真空ゲージ４３，４４の計測圧に基づき第１および第２の電磁弁３４，３７を開閉制御する第１の弁制御部４７が設けられている。一方、上記注液チャンバ２７には、これの内部空間の真空圧を計測するための設定圧計測用真空ゲージ４８と微差圧計測用真空ゲージ４９とが接続されているとともに、これら真空ゲージ４８，４９の計測圧に基づき第３および第４の電磁弁３９，４０を開閉制御する第２の弁制御部５０が設けられている。また、この注液装置は、有機電解液を貯留する電解液タンク（図示せず）から所定量の有機電解液を液供給ノズル５１を介して注液ホッパー１１の一時貯液室１２内に供給する定量ポンプ５２を備えている。

つぎに、上記注液装置による電池ケース２９への有機電解液の注液工程について、図３および図４を参照しながら説明する。先ず、注液作業に先立って、電池ケース２９内の所望の圧力値が第２の弁制御部５０に設定されるとともに、電池ケース２９内の一時貯液室１２に対する所望の圧力差が第１の弁制御部４７に設定される。図３は電池ケース２９内の圧力と有機電解液の吸液時間との関係を示す特性図である。同図において、電池ケース２９内を減圧するときの圧力値は、有機電解液の沸点ｂｐ以下の圧力値における電解液の吸液時間範囲ｔを可及的に短縮できる圧力範囲ＰＤ内、具体的には−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの真空度の範囲内における有機電解液の粘性などに対し適した圧力値が選択して設定される。上記圧力範囲ＰＤ内に設定すれば、吸液時間ｔは極めて短い１．１〜１．５２分となる。この実施の形態では電池ケース２９内の圧力を−９５ｋｐａの真空度に設定した場合について以下に説明する。

一方、図４は電池ケース２９内の圧力の一時貯液室１２の圧力に対する圧力差と注液ノズル１８内を流動する電解液の流速との関係を示す特性図であり、同図において、上述のように設定される電池ケース２９内の圧力は、一時貯液室１２内の圧力に対して、電池ケース２９内での有機電解液の極板群３０への吸液速度に適応できる注液速度となる圧力差範囲ＰＳ、具体的には０．１〜５ｋｐａの範囲内における有機電解液の粘性などに対し適した圧力値が選択して設定される。上記圧力差範囲ＰＳに設定すれば、注液ノズル１８内の有機電解液の流速範囲Ｃは、０．１〜０．９ｍ／ｓｅｃの極めて低い値に抑制できる。この実施の形態では５ｋｐａの圧力差に設定した場合について以下に説明する。

図１に示されるように、注液工程の前段の組立工程において極板群３０を挿入された電池ケース２９は、注液工程に向け順次搬送されて、注液チャンバ２７の下方位置である注液ステーションに位置決め停止される。このとき、注液チャンバ２７は、メインシリンダ９の吸引動作により昇降枠体１を介して注液ユニット１０が上昇されることにより、搬送されてくる電池ケース２９の障害とならない高さ位置に退避されている。電池ケース２９が所定の注液ステーションに位置決め停止されたならば、メインシリンダ９の吐出動作により昇降枠体１を介して注液ユニット１０が下降されることにより、注液チャンバ２７の下端面がシール部材（図示せず）を介して床面に気密に密着して、注液チャンバ２７の内部が密閉空間となり、この密閉空間内に電池ケース２９が収納された状態となる。

一方、注液ユニット１０では、弁開閉シリンダ１４のピストンロッド１４ａの吐出動作によって下降されたホッパー開閉弁１３で一時貯液室１２の注液口１１ａが液密に閉塞された状態において、蓋体１７が注液ホッパー１１から取り外されて一時貯液室１２の上方が開口され、この一時貯液室１２に液供給ノズル５１が着脱自在に連結されたのち、定量ポンプ５２が駆動されて一時貯液室１２内に所定量、つまり単一のリチウム二次電池に必要な量の有機電解液が注入される。そののち、液供給ノズル５１が取り外され、注液ホッパー１１の開口部が蓋体１７により気密に施蓋される。

上述のように注液チャンバ２７の内部が密閉空間とされたのちに、図２に示されるように第２の弁制御部５０は、第４の電磁弁４０を開かせて高速真空ポンプ３３により注液チャンバ２７内部の密閉空間を高速で真空引きさせる。これにより注液チャンバ２７内部の密閉空間が高速度で減圧されていき、この注液チャンバ２７の密閉空間の真空度が設定圧計測用真空ゲージ４８により計測される。第２の弁制御部５０は、設定圧計測用真空ゲージ４８の計測値が所望の−９５ｋｐａよりも僅かに低い−９０ｋｐａの真空度に達したか否かを常時監視しており、−９０ｋｐａの真空度に達したのを検知したときに、第４の電磁弁４０を閉じ、且つ第３の電磁弁３９を開かせる。これにより、注液チャンバ２７の密閉空間は、高速真空ポンプ３３による高圧での真空引きから低速第２真空ポンプ３８による低圧での真空引きに切り換えられるとともに、この注液チャンバ２７の密閉空間の真空度が微差圧計測用真空ゲージ４９により計測される。そして、第２の弁制御部５０は、電磁弁４０，３９の切り換え時から微差圧計測用真空ゲージ４９の計測値が−５ｋｐａに達したか否かを常時監視して、−５ｋｐａの真空度に達したのを検知したときに、第３の電磁弁３９を閉じさせる。

上述のように、高速真空ポンプ３３により注液チャンバ２７の密閉空間を高速で真空引きして−９０ｋｐａの真空度まで減圧したのち、低速第２真空ポンプ３８に切り換えて−５ｋｐａの真空度だけ正確に減圧していることにより、注液チャンバ２７の密閉空間は、極めて短時間で、且つ正確に−９５ｋｐａの真空度まで減圧される。電池ケース２９は注液チャンバ２７の密閉空間に収容されているので、この密閉空間が−９５ｋｐａの真空度まで減圧されるのに伴って電池ケース２９の内部も同圧に真空引きされる。これにより、電池ケース２９内の極板群３０の小さな隙間に存在する空気は内部が比較的高い真空度に減圧されているのに伴ってスムーズに外部に排気される。

つぎに、上述の一時貯液室１２内への所定量の有機電解液の注入が完了したときに、第１の弁制御部４７は、第２の電磁弁３７を開かせて、高速真空ポンプ３３により注液ホッパー１１内部の一時貯液室１２を高圧で真空引きさせる。これにより一時貯液室１２が高速度で減圧されていき、この一時貯液室１２の真空度が設定圧計測用真空ゲージ４３により計測される。第１の弁制御部４７は、設定圧計測用真空ゲージ４３の計測値が−８５ｋｐａの真空度に達した否かを常時監視しており、−８５ｋｐａの真空度に達したのを検知したときに、第２の電磁弁３７を閉じ、且つ第１の電磁弁３４を開かせる。これにより、一時貯液室１２内は、高速真空ポンプ３３による高圧での真空引きから低速第１真空ポンプ３２による低圧での真空引きに切り換えられるとともに、この一時貯液室１２内の真空度が微差圧計測用真空ゲージ４４により計測される。そして、第１の弁制御部４７は、電磁弁３７，３４の切り換え時から微差圧計測用真空ゲージ４４の計測値が−５ｋｐａに達したか否かを常時監視して、−５ｋｐａの真空度に達したのを検知したときに、第１の電磁弁３４を閉じさせる。

上述のように、高速真空ポンプ３３により一時貯液室１２内を高圧で真空引きして−８５ｋｐａの真空度まで高速度で減圧したのち、低速第１真空ポンプ３２に切り換えて−５ｋｐａの真空度だけ正確に減圧していることにより、一時貯液室１２内は、極めて短時間で、且つ正確に−９０ｋｐａの真空度まで減圧される。その結果、一時貯液室１２内は、注液チャンバ２７の密閉空間つまり電池ケース２９内の−９５ｋｐａの真空度に対し−５ｋｐａだけ低い真空度の−９０ｋｐａまで減圧されるので、電池ケース２９内の圧力の一時貯液室１２の圧力に対する圧力差が所望の−５ｋｐａに設定されたことになる。一時貯液室１２内に注入されている所定量の有機電解液は、一時貯液室１２内が−９０ｋｐａの真空度まで減圧されることにより、内部に含有している気泡が効果的に除去されるとともに、図３から明らかなように、沸点よりも低い真空度に真空引きされるので、蒸発による液ロスが生じない。

つぎに、弁開閉シリンダ１４が吸引動作されることにより、ホッパー開閉弁１３が上昇して注液ホッパー１１の注液口１１ａが開けられ、一時貯液室１２内の有機電解液が注液口１１ａから注液ノズル１８を通って電池ケース２９内に注液される。一時貯液室１２内の有機電解液の全量が電池ケース２９内に注液されたならば、第１の弁制御部４７が電磁弁４１を開いて一時貯液室１２を大気に開放する。これにより、電池ケース２９の上部に液溜まりとなっている有機電解液が極板群３０に含浸されていき、注液工程が終了する。そののち、メインシリンダ９の吸引動作により注液ユニット１０が上昇されるのに伴って注液チャンバ２７が電池ケース２９の上端よりも上方位置に退避されると、有機電解液の注液が終了した電池ケース２９が注液ステーションから次工程に搬送されていく。以下、同様の動作を繰り返す。

この注液装置では、注液ホッパー１１の注液口１１ａが開かれたときに、電池ケース２９内の圧力が一時貯液室１２内の圧力に対し−５ｋｐａだけ高い真空度に設定されているので、一時貯液室１２内の有機電解液は、電池ケース２９内と一時貯液室１２内との上記圧力差によって電池ケース２９内に強制的に注入されたのち、極板群３０の微細な隙間に迅速に浸透するように効果的に促進されるので、従来の電池ケース内と注液ホッパー内とを同圧に減圧する注液手段に比較して、注液時間の短縮に伴って生産性が１．５倍〜２倍程度まで向上する。

また、注液ノズル１８内を流動する有機電解液の流速は、上述の圧力差に設定したことにより、図４に示したように極めて低い値に抑制されて、電池ケース２９内の減圧した圧力に対応する吸液時間に適応したものとなり、従来の加圧しながら注液することにより流速が速過ぎる状態となる場合とは異なり、所定量の有機電解液を分割せずに全量を連続的に注液するにも拘らず電池ケース２９からの有機電解液の飛散や溢れといった不具合が生じないので、従来装置に比較して注液精度が１０〜２０％向上する。

一般に、電池ケース２９内の圧力を有機電解液の沸点以下の真空度に設定した場合には、有機電解液中の気泡が完全に脱泡され難く、これに起因する液溢れの発生を防止するためには、所定量の有機電解液を分割して複数回に分けて注液する必要があった。これに対し、上記注液装置では、電池ケース２９内の圧力を有機電解液の沸点以下の真空度に設定しているが、上述のように注液ノズル１８内を通る有機電解液の流速を電池ケース２９内の吸液速度に適応する値に設定しているので、所定量の有機電解液を分割せずに全量を連続的に注液しながら液溢れの発生を防止することができ、電解液を沸点以下の真空度で真空引きすることから、有機電解液に沸騰が生じることがないので、腐食性を有する有機電解液の沸騰による低沸点成分の排気によって電磁弁３４，３７，３９，４２が動作不安定となるなどの悪影響を受けることがないとともに、有機電解液が本来の成分と異なる成分に変質して性能低下を招くこともない。

さらに、上記注液装置では、一時貯液室１２の減圧制御を、設定圧計測用真空ゲージ４３および微差圧計測用真空ゲージ４４並びに第１および第２の電磁弁３４，３７により単独で行い、電池ケース２９内の減圧制御を、設定圧計測用真空ゲージ４８および微差圧計測用真空ゲージ４９並びに第３および第４の電磁弁３９，４０により単独で行うようにしたので、電池ケース２９内の減圧値を有機電解液の沸点以下における吸液時間が可及的に短い範囲内に設定した上で、電池ケース内と一時貯液室内との圧力差を所定値に設定することが容易に行える。

なお、上記実施の形態で設けた第１および第２の弁制御部４７，５０を削除して、各真空ゲージ４３，４４，４８，４９を、これに設定された真空度を計測した時点で検知信号を電磁弁３４，３７，３９，４０に対し出力して閉じさせる構成とすることもできる。

この発明に係るリチウム二次電池の注液方法によれば、一時貯液室内の有機電解液を、電池ケース内と一時貯液室内との圧力差によって電池ケース内に強制的に注入するようにしたことにより、従来の電池ケース内と注液ホッパー内とを同圧に減圧する注液手段に比較して、注液時間が格段に短縮して生産性が向上し、また、圧力差により注液ノズル内を通る有機電解液の流速を、極めて低い値に抑制して、電池ケース内の減圧した圧力に対応する吸液時間に適応したものとできるので、所定量の有機電解液を分割せずに全量を連続的に注液するにも拘らず電池ケースからの有機電解液の飛散や溢れといった不具合が生じないことから、注液精度が格段に向上し、さらに、電解液を沸点以下の真空度で真空引きすることから、有機電解液の沸騰による低沸点成分の排気によって真空経路における電磁弁や真空ポンプなどに悪影響を与えることがなく、有機電解液が本来の成分と異なる成分に変質して性能低下を招くこともない。また、本発明のリチウム二次電池の注液装置は、電池ケースを収納する注液チャンバと、所定量の有機電解液を貯留する一時貯液室を有する注液ホッパーと、一時貯液室内を所定の真空度に減圧する第１の減圧手段と、注液チャンバの密閉空間を所定の真空度に減圧する第２の減圧手段とを備えているので、本発明の注液方法を忠実に具現化することができる。

本発明の一実施の形態に係るリチウム二次電池の注液方法を具現化した注液装置を示す要部破断した正面図 同上の注液装置の配管系統図 電池ケース内の圧力と電解液の吸液時間との関係を示す特性図 電池ケース内の一時貯液室に対する圧力差と注液ノズル内の有機電解液の流速との関係を示す特性図

符号の説明

１１ 注液ホッパー
１１ａ 注液口
１２ 一時貯液室
１３ ホッパー開閉弁
１８ 注液ノズル
２７ 注液チャンバ
２９ 電池ケース
３２，３３，３８ 真空ポンプ
３４，３７，３９，４０ 電磁弁
４３，４４，４８，４９ 真空ゲージ

Claims (3)

1. 電池ケース内を、有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に真空引きする工程と、
   所定量の前記有機電解液を注入した注液ホッパー内の一時貯液室を前記電池ケース内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に真空引きする工程と、
   前記注液ホッパーの注液口を開いて前記一時貯液室内の前記有機電解液を前記圧力差により前記注液口およびこれに連接された注液ノズルを介して前記電池ケース内に注液する工程と、
   を有していることを特徴とするリチウム二次電池の注液方法。
2. 電池ケースを収納する内部が密閉空間とされる注液チャンバと、
   所定量の有機電解液を貯留する一時貯液室が内部に設けられた注液ホッパーと、
   前記一時貯液室の注液口を開閉するホッパー開閉弁と、
   上端が前記注液口に連接され、且つ下端が前記電池ケースの開口部に近接して対向される注液ノズルと、
   前記電池ケース内を有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に減圧する減圧手段と、
   前記注液ホッパーの一時貯液室内を前記電池ケース内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に減圧する減圧手段と
   を備えていることを特徴とするリチウム二次電池の注液装置。
3. 電池ケースの減圧手段は、注液チャンバの密閉空間内を真空引きする真空ポンプと、この真空ポンプに至る管路に介設された電磁弁と、前記密閉空間内の減圧値を計測してその計測値が設定減圧値に達した時点で前記電磁弁を閉じさせる真空ゲージとを備えてなり、
   一時貯液室内の減圧手段は、一時貯液室内を真空引きする真空ポンプと、この真空ポンプに至る管路に介設された電磁弁と、前記一時貯液室内の減圧値を計測してその計測値が設定減圧値に達した時点で前記電磁弁を閉じさせる真空ゲージとを備えてなる請求項２に記載のリチウム二次電池の注液装置。

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