JP2011171159A - 電解液注液装置 - Google Patents

Abstract

【課題】注液工程と予備充電工程とを１つの装置で行うことができ、処理時間を短縮することが可能になる電解液注液装置を提供する。
【解決手段】本発明の電解液注液装置２は、端子部３１、３２と端子部３１、３２から所定距離に配置された注液部３３とを備えた治具３と、注液部３３に電解液Ｑを供給する電解液供給部４と、端子部３１、３２に電流を供給する充電部６と、を有する。治具３は、電極端子１１ａ、１１ｂと孔１２ａとが上記の所定距離だけ離れて配置された電池容器１０に据えられることで、端子部３１、３２と電極端子１１ａ、１１ｂとが電気的に接続され、かつ、注液部３３と孔１２ａとが物理的に接続された状態を維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池製造における電解液注液装置に関する。

従来から、繰返し充放電可能な二次電池は、電気装置の電源として利用されている。近年、リチウムイオン二次電池等のようにエネルギー密度が高い二次電池の開発が進んでいる。一般的な二次電池は、電解液を貯留する電池容器と、電池容器の内部に収容されて電解液と接触する電極板と、電池容器の外部に設けられて電極板と電気的に接続された電極端子とを備えている。

二次電池を製造するには、例えば電解液を注液する孔が設けられた電池容器に電極を収容し、上記の孔から電解液を注液した後にその孔を封じる。電池容器に電解液を注液する装置の１つとして、特許文献１に開示されている据置型蓄電池用注液器が挙げられる。この据置型蓄電池用注液器は、電解液を貯留する注液容器と、注液容器に連通する注液筒を備えている。注液を行うときに、注液筒は電池容器に設けられた注液口に挿し込まれる。注液筒には、この注液筒を常閉する栓体と、注液時に電池蓋と接触して栓体を開栓する開栓作動装置とが設けられている。

実開平２−１３８８４９号公報

ところで、電池製造においては、注液工程で電池容器に電解液を注液した後に、製造過程の二次電池に対する予備充電工程として、満充電の数％の状態まで充電を行う工程を行っている。ここで注液工程と予備充電工程とは、各々が別装置で行われるため、工程ごとに製造過程の二次電池と各装置との位置合わせを行うことが必要になる。そのため、製造作業が煩雑になる問題があった。また、予備充電工程に続いて排ガス工程として、初期充電時または初期放電時に電気化学的に発生するガスを抜く工程を行い、安全性の高い二次電池を供給しているが、この排ガス工程も別の装置で行われるため、電池製造に多大な時間を要してしまうという問題があった。

本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、注液工程と予備充電工程とを１つの装置で行うことができ、処理時間を短縮することが可能になる電解液注液装置を提供することを目的の１つとする。さらに本発明は、注液工程および予備充電工程に加えて排ガス工程を１つの装置で行うことができ、処理時間をさらに短縮することが可能になるとともに安全性の高い二次電池を効率よく製造することが可能になる電解液注液装置を提供することを目的の１つとする。

本発明では、上述の目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の電解液注液装置は、端子部と前記端子部から所定距離に配置された注液部とを備えた治具と、前記注液部に電解液を供給する電解液供給部と、前記端子部に電流を供給する充電部と、を有し、前記治具は、電極端子と孔とが前記所定距離だけ離れて配置された電池容器に据えられることで、前記端子部と前記電極端子とが電気的に接続され、かつ、前記注液部と前記孔とが物理的に接続された状態を維持することを特徴とする。

このようにすれば、電池容器に治具を接続する際に、端子部が電極端子と位置合わせされるとともに注液部が電池容器に設けられた孔に位置合わせされるので、位置合わせに要する手間を省くことができる。また、治具と電池容器が据えられた状態で、端子部と電極端子との相対位置、および物理接続部と孔との相対位置が維持される。したがって、電解液の注液後に直ちに、製造過程の二次電池に対して充電部により充電制御を行うことができる。上記の構成において、前記注液部から排気を行う吸気部をさらに設けることで、注液工程および予備充電工程に加えて排ガス工程をも１つの装置で行うことができる。

本発明によれば、電池容器への電解液の注液と、注液した電解液の予備充電とを１つの装置で行うことができるので、各工程で行っていた位置合わせに要する手間を減らすことができ、二次電池の製造効率を高めることができる。さらに、注液工程および予備充電工程に加えて排ガス工程をも１つの装置で行うことができるようになるので処理時間をさらに短縮することが可能になるとともに安全性の高い二次電池を効率よく製造することが可能になる電解液注液装置を提供することができる。

二次電池の第１の例である二次電池１を示す斜視分解図である。 第１実施形態の電解液注液装置２の構成を示す模式図である。 （ａ）は治具３の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 第１実施形態の電解液注液装置２の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態の電解液注液装置２の動作のタイミングチャートである。 二次電池の第２の例である二次電池１Ｂを示す斜視分解図である。 第２実施形態の電解液注液装置２Ｂの構成を示す模式図である。 （ａ）は治具３Ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。 第２実施形態の電解液注液装置２Ｂの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の電解液注液装置２Ｂの動作のタイミングチャートである。 第３実施形態の電解液注液装置の動作を示すフローチャートである。 第３実施形態の電解液注液装置の動作のタイミングチャートである。 第４実施形態の電解液注液装置２Ｃの構成を示す模式図である。 （ａ）は治具３Ｃの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。本発明に係る電解液注液装置および二次電池の製造方法の説明に先立ち、まず、二次電池の構成例について説明する。

図１は、二次電池の第１の一例である二次電池１の構成を示す斜視分解図である。
図１に示すように二次電池１は、内部に電解液を貯留する電池容器１０を備える。二次電池１は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池容器１０は、例えばアルミニウム製の中空容器である。本例の電池容器１０は、外形が略角柱状（略直方体状）である。電池容器１０は、開口を有する立体構造体である容器本体１０ａと、この開口を塞ぐ蓋部１０ｂとを含んでいる。

蓋部１０ｂに、電極端子１１ａ、電極端子１１ｂ、電解液の注液口１２ａ、および排気口１２ｂが設けられている。例えば、電極端子１１ａが正極端子であり、電極端子１１ｂが負極端子である。電池容器１０の内部に、電極板１３、電極板１４、およびセパレータ１５が収容されている。

電極板１３および電極板１４は、導体箔や導体薄板等のシート状の集電体を母材とし、母材表面に電解液の種類に応じた電極活物質のコーティングがなされたものである。例えば、電極板１３が正極板であり、電極板１４が負極板である。電極板１３は、電極板１４と対向配置されている。電極板１３および電極板１４は、互いに対向する方向に繰り返し配置されている。

なお、電極板１３と電極板１４との間にセパレータ１５が設けられており、電極板１３と電極板１４とが互いに接触しないようになっている。セパレータ１５としては、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の微多孔質の樹脂フィルムが用いられる。

電極板１３における電極端子１１ａ側の端部には、電極タブ１３ａが形成されている。繰返し配置された複数の電極板１３の電極タブ１３ａが一括して、電極端子１１ａと電気的に接続されている。電極板１４における電極端子１１ｂ側の端部には、電極タブ１４ａが形成されている。繰返し配置された複数の電極板１４の電極タブ１４ａが一括して、電極端子１１ｂと電気的に接続されている。

電池容器１０の内部においては、電解液が電極板１３および電極板１４と接触し、セパレータ１５の空孔を充填するように貯留される。例えば、リチウムイオン二次電池の電解液としては、炭酸エチレンや炭酸ジエチル等の有機溶媒に、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩を溶解した溶液等が挙げられる。

以下、本発明の電解液注液装置について説明するが、図１に示した二次電池１は一例であり、本発明の適用範囲は二次電池の種類や形状に限定されない。例えば本発明は鉛蓄電池やナトリウム硫黄二次電池など他の種類の二次電池にも適用が可能であり、さらに角型形状や巻回型の円筒形状の二次電池にも適用が可能である。

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態の電解液注液装置２の構成を示す模式図、図３（ａ）は電解液注液装置２に用いられる治具３の詳細な構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。

図２、図３（ａ）、および図３（ｂ）に示すように電解液注液装置２は、治具３、電解液供給部４、吸気部５、および充電部６を備えている。治具３には、第１の配管２１および第２の配管２２がそれぞれ接続されている。電解液供給部４は、電池容器１０の内側へ電解液を供給可能なように、第１の配管２１を介して治具３と接続されている。吸気部５は、電池容器１０の内部ガスを排気するために、第２の配管２２を介して治具３と接続されている。治具３は、端子部３１および端子部３２を備えている。端子部３１は、配線６１を介して充電部６と電気的に接続されている。端子部３２は、配線６２を介して充電部６と電気的に接続されている。

治具３は、凹部３０ａを有する治具本体３０、端子部３１、端子部３２、第１のノズル（注液部）３３、第２のノズル（注液部）３４、およびシール部３５を備えている。凹部３０ａは、電池容器１０において電極端子１１ａ、電極端子１１ｂ、注液口１２ａ、および排気口１２ｂが設けられた端部と、嵌合される形状になっている。凹部３０ａの内側に、端子部３１、端子部３２、第１のノズル３３、第２のノズル３４、およびシール部３５が設けられている。

治具３は、上記の電池容器１０の端部にシール部３５を含んだ凹部３０ａの略全面が接するように押し当てられることにより、治具３の凹部３０ａと電池容器１０の端部とが嵌合し、電池容器１０と接続される。以下、治具３を電池容器１０に据えて接続された状態を治具接続時という。

治具接続時には、シール部３５を含んだ凹部３０ａの側壁が電池容器１０の端部を挟みこんで固着するので、治具３に設けられた端子部３１と端子部３２とがそれぞれ電極端子１１ａと電極端子１１ｂとに接触して導通し、かつ第１のノズル３３と第２のノズル３４がそれぞれ注液口１２ａと排気口１２ｂに挿入された状態が保持される（治具３はこのように保持機能を有するので保持部ともいう）。このため、治具接続時に、電解液の注液と、電解液が注液された製造過程の二次電池への充電を連続して行える状態となる。したがって、注液工程と予備充電工程とでそれぞれ位置合わせを行う場合と比較して、位置合わせに要する手間を減らすことができ、二次電池の製造効率を高めることができる。

シール部３５は、例えばゴム材等により構成され、凹部３０ａの内側の側壁に沿って設けられている。治具接続時には、シール部３５が電池容器１０の側壁に密着し、治具３と電池容器１０との間（凹部３０ａの内側）が気密に封止される。

電解液供給部４は、貯留タンク４１、フィードタンク４２、計量部４３、加圧部４５、および第１のバルブ４４を備えている。計量部４３、第１のバルブ４４、および加圧部４５は図示しない制御装置に接続され、この制御装置により制御される。

貯留タンク４１は、計量部４３を介してフィードタンク４２と接続されている。フィードタンク４２には、第１の配管２１が接続されている。第１のバルブ４４は、第１の配管２１に設けられている。

加圧部４５はフィードタンク４２と配管を介して接続されている。加圧部４５がフィードタンク４２の内部を加圧することにより、フィードタンク４２に貯留された電解液Ｑを第１のノズル３３まで供給することが可能になっている。

貯留タンク４１は、電解液Ｑを貯留可能なものである。貯留タンク４１の容積は、例えば１つの二次電池１に注液すべき電解液Ｑの量（以下、所定量という）の２倍以上になっている。

計量部４３は、例えば電磁バルブ、流量計を備えており、貯留タンク４１からフィードタンク４２に流入する電解液Ｑの量を管理する。流量計は、貯留タンク４１からフィードタンク４２へ流れる電解液Ｑの流量を計測して、計測した流量を示す流量データを上記の制御装置へ送信する。電磁バルブは、上記の制御装置からの指令に基づいて、電解液Ｑの流量を変化させ、あるいは電解液Ｑのフィードタンク４２への流入を停止させる。上記の制御装置は、流量計から受信した流量データに基づいて、１つの二次電池１に対する一連の注液動作において電解液Ｑの総流量が所定量になるように電磁バルブを制御する。

なお、流量計に代えて、フィードタンク４２の内部の電解液Ｑとフィードタンク４２の総重量を測定する重量計を用いてもよい。この場合に上記の制御装置は、例えば電解液Ｑの流入に伴う総重量の変化量からフィードタンク４２の内部の電解液Ｑの量を算出し、所定量の電解液Ｑがフィードタンク４２に流入するように電磁バルブを制御する。

加圧部４５は、例えばコンプレッサーにより構成される。加圧部４５は、上記の制御装置に制御されて、例えば窒素ガス等の不活性ガスをフィードタンク４２の内部に供給することにより、フィードタンク４２の内部を加圧する。フィードタンク４２に電解液Ｑが保持されている状態でフィードタンク４２の内部を加圧すると、フィードタンク４２の内部の電解液Ｑが第１の配管２１に押出される。第１のバルブ４４は、例えば電磁バルブにより構成される。第１のバルブ４４は、上記の制御装置に制御されて、第１のノズル３３への電解液Ｑの流れを開始あるいは停止させる。

吸気部５は、例えば真空ポンプにより構成される。治具接続時に吸気部５は、上記の制御装置により制御されて排気を開始する。これにより、電池容器１０の内部ガスが第２の配管２２を通って排気される。第２の配管２２には、第２のバルブ２４が設けられている。第２のバルブ２４は、例えば電磁バルブにより構成される。この第２のバルブ２４は、上記の制御装置により制御されて、電池容器１０の内部ガスの排気を開始あるいは停止させる。

充電部６は、例えば充電器により構成され、配線６１および配線６２を介して、端子部３１と端子部３２との間に所望の電圧を印加することが可能になっている。治具接続時に充電部６は、上記の制御装置により制御されて電極端子１１ａと電極端子１１ｂとの間に電圧を印加する。これにより、製造過程の二次電池に対して、充電制御がなされる。

図４は、第１実施形態の電解液注液装置２の動作例を示すフローチャート、図５は第１実施形態の電解液注液装置２の動作例を示すタイミングチャートである。電解液注液装置２の動作は、上記の制御装置により制御される。

図４に示すように、まず、ステップＳ１で電池容器１０の内部に電極板１３と電極板１４とを収容して電池容器１０を仮留する。具体的には、図１に示した蓋部１０ｂに、電極端子１１ａ、１１ｂ、および電池容器１０の内部と外部をつなぐ孔となる注液口１２ａ、排気口１２ｂを設ける。そして、電極板１３、電極板１４、およびセパレータ１５を複数備えた積層体を用意しておき、電極板１３を電極端子１１ａと接続し、電極板１４を電極端子１１ｂと接続する。そして、容器本体１０ａに前記積層体を収容して、容器本体１０ａに蓋部１０ｂを取付けてレーザー溶接等によって容器本体１０ａと蓋部１０ｂとを溶接する。

次いで、ステップＳ２で電池容器１０に治具３を嵌合して接続する（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。これにより、端子部３１が電極端子１１ａに接触し、端子部３２が電極端子１１ｂに接触するとともに、注液口１２ａに第１のノズル３３が挿入され、排気口１２ｂに第２のノズル３４が挿入された状態が保持される。第１実施形態では、電池容器１０と凹部３０ａとはシール部３５によって気密に嵌合された状態が保持される。シール部３５によって電池容器１０と治具３とが気密に密閉されることで、電池容器１０内に発生した気泡等をほとんど残すことなく第２のノズル３４を介して回収することができる。

次いで、電解液供給部４および吸気部５を駆動させ、ステップＳ３とステップＳ４からステップＳ６との工程をほぼ並行して行う。まず、ステップＳ４で電解液Ｑの計量を行い、電池容器１０へ注液する電解液Ｑの量を決定する。一方、ステップＳ３では第２のバルブ２４を上述の制御装置が開栓するとともに吸気部５を駆動させて電池容器１０を排気する。そして、このステップＳ３とほぼ同時期に、ステップＳ５およびステップＳ６の工程を行う。

より具体的には、図５に示すように、まずステップＳ４として時刻ｔ_０に上述の制御装置が計量部４３をオンにして電解液Ｑの計量を時刻ｔ_１まで行い、貯留タンク４１から所定量の電解液Ｑをフィードタンク４２に流入させておく。続いて、ステップＳ３およびステップＳ５として、上記の制御装置が時刻ｔ_２に第１のバルブ４４と第２のバルブ２４とを開放させるとともに加圧部４５および吸気部５をオンにして、電池容器１０への電解液Ｑの注液と電池容器１０の内部の排気とを開始する。

加圧部４５をオンにするとフィードタンク４２の内部の圧力が上昇し、ステップＳ４でフィードタンク４２に流入した電解液Ｑが第１の配管２１に押し出される。電解液Ｑは、第１の配管２１から第１のノズル３３を通って電池容器１０の内部に注液される。そして予め決定された所定量の電解液Ｑが電池容器１０に注液されるように、上記の制御装置が第１のバルブ４４を閉じるとともに時刻ｔ_３に加圧部４５をオフにしてステップＳ５を終了する。

第１実施形態では、上述のように、電池容器１０への電解液Ｑの注液に際して加圧部４５を用いている。電解液Ｑが加圧されることにより電解液Ｑの流量が増加し、所定量の電解液Ｑを電池容器１０の内部に注液するのに要する時間が短縮される。また、電解液Ｑが電池容器１０の内部に向かって押し出されるだけでなく、吸気部５により電池容器１０内が負圧となることで、第１の配管２１および第１のノズル３３の内部に電解液Ｑが残留しにくくなり、正確な量の電解液Ｑを電池容器１０の内部に注液することができる。

ここでは、電池容器１０への注液が完了する時刻ｔ_３と充電が開始される時刻ｔ_４の間には、所定時間のインターバルが設けられている。これにより、例えば電池容器１０の内部に目的量の電解液Ｑが注液された後に充電を開始することができ、第１のノズル３３の内側に電解液Ｑが残留している期間に充電が開始されることを回避することができる。

なお、電池容器１０を圧力容器等に収容した状態で電池容器１０の内部を排気し、かつ、圧力容器の内部を減圧することにより、電池容器１０の内部と外部との圧力差を緩和することもできる。この場合には、例えば第２の配管２２を分岐して圧力容器に接続し、吸気部５により圧力容器の内部を減圧してもよい。これによれば、電池容器１０をより密閉した状態に保持することができ、圧力容器等の外部にガスが漏れてしまうことを抑制することができる。

次にステップＳ６として、時刻ｔ_４となった時点で充電部６により製造過程の二次電池に対して充電を開始し、時刻ｔ_５までこれを継続する。したがって時刻ｔ_４からｔ_５までは、第２のバルブ２４が開放されたままで、かつ吸気部５および充電部６をオンにしたままの状態となる。充電部６をオンにすると、図１に示した電極板１３と電極板１４との間に電解液Ｑを介して所定の電圧が印加されて充電反応が起きる。充電反応が始まると電解液Ｑに気泡などのガスを生じることがある。このガスが発生する一因としては、電極活物質や電解液Ｑに含まれる有機成分の一部が電力印加により分解すること等が考えられる。この充電反応により電池容器１０の内部に発生したガスは、排気口１２ｂから第２のノズル３４、第２の配管２２および吸気部５を通り、電池容器１０の外部に排気される。
その後、ステップＳ３が終了する時刻ｔ_６よりも前の時刻ｔ_５で充電部６をオフにして、ステップＳ６を終了する。

なお、ステップＳ６では、製造過程の二次電池が過充電にならない充電率の範囲内で充電制御する必要がある。例えば、所定量の電解液Ｑを内包した製造過程の二次電池の充電率が１０％以上１００％以下になる電気量を、電極活物質の量等に基づいて求めておき、この電気量がステップＳ６の期間内に所定量の電解液Ｑを内包した電池容器１０の内部に付与されるように、充電部６によって印加する電圧を設定するとよい。ステップＳ６において過充電にならない充電率の範囲内で充電率を高くするほど、２回目以降の充電制御、すなわち実際の使用時等における気泡などガスの発生を低減することができる。

第１実施形態では、ステップＳ３は、ステップＳ６が終了する時刻ｔ_５よりも後の時刻ｔ_６に終了するようにする。このように充電が完了した後も吸気部５による排気をしばらく継続することによって、充電時に発生するガスを確実に排気することができる。したがって実際の使用時における充放電サイクルでのガスの発生が低減され、安全性の高い二次電池を製造することができる。

続いてステップＳ３が終了した後に、ステップＳ７で治具３を電池容器１０から取外し、ステップＳ８で注液口１２ａ、排気口１２ｂを封止する。また、図示しない絶縁キャップを電池容器１０に装着するなどの後処理などを必要に応じて行うことにより、二次電池１が得られる。

以上のように、第１実施形態では、充電用の端子部３１および端子部３２、電解液注液用の第１のノズル３３を少なくとも備えた治具３を用い、注液工程と予備充電工程とを１つの装置で連続して行う。したがって、電池容器１０に治具３を接続する際に、端子部が電極端子と位置合わせされるとともに注液部が注液口に自動的に位置合わせされ、位置合わせに要する手間を省くことができる。また、治具と電池容器が据えられた状態で、端子部と電極端子との相対位置および物理接続部と孔との相対位置が維持されるので、電解液Ｑの注液後に直ちに充電部６による充電制御を開始することができる。

また、第１実施形態では、治具３に第２のノズル３４を設けて吸気部５による排気を行っている。これにより、注液工程と予備充電工程に加えて排ガス工程をも一つの装置で行うことができ、電池製造全体のラインをシンプルにすることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の電解液注液装置について説明する。図６は、第２実施形態における二次電池の構成例を示す斜視分解図、図７は第２実施形態の電解液注液装置２Ｂの構成を示す模式図、図８（ａ）は電解液注液装置２Ｂに用いる治具３Ｂの平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

なお、第１実施形態と同じ構成は同じ番号を付すとともに、その説明を適宜省略する。第２実施形態でも第１実施形態と同様に、図示しない制御装置が各部を制御しており、制御装置の説明についても適宜省略する。

第２実施形態が第１実施形態と異なる１つの相違点は、電解液の注液口と、電池容器１０Ｂの内部で発生するガスを排気する排気口とが１つの注液口１２Ｂとして併用されている点である。注液口１２Ｂ、電極端子１１ａおよび電極端子１１ｂは、二次電池１Ｂの１つの面（蓋部１０ｂの外面）に設けられている。

第２実施形態が第１実施形態と異なる他の相違点は、第１実施形態のシール部３５が治具３の内周面と電池容器１０Ｂの外周面が嵌合する位置に配置されているのに対して、第２実施形態のシール部３４Ｂおよびシール部３５Ｂは、治具接続時に治具３Ｂと電池容器１０Ｂとが互いに当接する面上に配置されている点である。シール部３４Ｂは、ノズル３３Ｂ（注液部）を環状に囲むように設けられている。シール部３５Ｂは、治具接続時に電池容器１０Ｂと向かい合う面の周縁部に設けられており、端子部３１、端子部３２、ノズル３３Ｂ、およびシール部３４Ｂが配置されている領域を環状に囲むように設けられている。電解液注液装置の動作等に関する第１実施形態との相違点については後述する。

図６から図８に示すように、治具３Ｂのノズル３３Ｂにより注液工程および排ガス工程の双方を行えるように、ノズル３３Ｂは第１の配管２１Ｂに接続され、この第１の配管２１Ｂは第２の配管２２Ｂおよび第３の配管２３Ｂに分岐している。第２の配管２２Ｂは電解液供給部４と接続されており、第３の配管２３Ｂは吸気部５に接続されている。

第２の配管２２Ｂと第３の配管２３Ｂとが合流する合流部分で、第２の配管２２Ｂの軸が第３の配管２３Ｂの軸となす角度は、第２の配管２２Ｂの軸が第１の配管２１Ｂの軸となす角度よりも鋭角になっている。具体的には、第２の配管２２Ｂが第１の配管２１Ｂとストレートに接続されており、第３の配管２３Ｂが第２の配管２２Ｂと略９０°の角度をなして接続されている。

治具３Ｂの治具本体３０Ｂの１つの面（以下、設置面という）に、端子部３１、端子部３２、ノズル３３Ｂ、シール部３４Ｂ、およびシール部３５Ｂが設けられている。二次電池１Ｂにおいて電極端子１１ａ、電極端子１１ｂおよび注液口１２Ｂが設けられている面に、上記の設置面が合わさるように、治具３Ｂは電池容器１０Ｂに据えられる。治具接続時に、ノズル３３Ｂが注液口１２Ｂに挿入された状態になるとともに、端子部３１が電極端子１１ａに電気的に接続され、かつ端子部３２が電極端子１１ｂに電気的に接続された状態になる。

図９は、第２実施形態の電解液注液装置２Ｂの動作を概略して示すフローチャート、図１０は電解液注液装置２Ｂの動作のタイミングチャートである。
図９に示すように、第２実施形態では、ステップＳ１からステップＳ９までを行う。第２実施形態では電池容器１０Ｂの内部の排気を、注液開始前のステップＳ３と、注液終了後の充電時のステップＳ７とに分けて行っている。

具体的には、図１０に示すようにステップＳ２を終了する時刻ｔ_１０に注液口１２Ｂへのノズル３３Ｂの接続を完了し、続いてステップＳ３を開始する。すなあち、時刻ｔ_１０に第２のバルブ２４を開放するとともに吸気部５をオンにして電池容器１０の内部の排気を開始する。ステップＳ３の排気は、電池容器１０Ｂの内部へ電解液Ｑが効率よく注液されるように行うものである。ステップＳ３の排気を時刻ｔ_１３まで継続した後に、第２のバルブ２４を閉止するとともに吸気部５をオフにして、ステップＳ３を終了する。
また、ステップＳ３とほぼ並行して、時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１２にてステップＳ４の計量部４３による電解液Ｑの計量を行う。

次いで、時刻ｔ_１３から時刻ｔ_１４まで、ステップＳ５として電池容器１０Ｂへの電解液Ｑの注液を行う。そして、ステップＳ５の電解液の注液が終了した時刻ｔ_１４に、ステップＳ７として電池容器１０Ｂの内部の排気を開始する。具体的には、時刻ｔ_１４に、第１のバルブ４４を閉止しつつ加圧部４５をオフにするとともに、第２のバルブ２４を開放しつつ吸気部５をオンにして、電池容器１０Ｂの内部の排気を開始する。このステップＳ７を開始して所定時間が経過した時刻ｔ_１５から時刻ｔ_１６まで、ステップＳ６として製造過程の二次電池に対する充電制御を充電部６により行う。また、ステップＳ６を終了する時刻ｔ_１６よりも後の時刻ｔ_１７に、吸気部５をオフにしてステップＳ７を終了する。なお、このステップＳ６における充電が終了した後の時刻までステップＳ７の排気を行う理由は、第１実施形態で説明した通りである。

次いで、ステップＳ７を終了した後に、ステップＳ８で治具３Ｂを電池容器１０Ｂから取外し、ステップＳ９で注液口１２Ｂを封止する。また、必要に応じて後処理などを行うことにより、二次電池１Ｂが得られる。

以上のような第２実施形態にあっては、治具３Ｂが電解液Ｑの注液とガスの排気を兼ねるノズル３３Ｂを備えている。注液口１２Ｂに接続されたノズル３３Ｂを介して電池容器１０Ｂの内部に電解液を注液し、その後に同一のノズル３３Ｂを用いて電池容器１０Ｂの内部を排気する。このようにすればノズルの数を減らすことができ、電解液注液装置２Ｂを構成する部品点数を少なくすることができる。また、電池容器１０Ｂの内部を排気するために注液口と別に排気口等を設ける場合と比較して、排気口の加工コストをなくすことができる。このように、電解液注液装置２Ｂの装置コストや電池容器１０Ｂの加工コストを減らすことができるので、二次電池の製造コストを下げることができる。

また、ノズル３３Ｂの周囲にシール部３４Ｂが設けられているので、ノズル３３Ｂの外表面と注液口１２Ｂとの間のガスの漏れを減らすことができる。また、治具３Ｂにおいて、電池容器１０Ｂに接する上記の設置面に、シール部３５Ｂが設けられている。したがって、電池容器１０Ｂと治具３Ｂと間の気密性が高められ、ガス漏れを抑制しつつ電池容器１０Ｂの内部を効率的に排気することができる。

また、第２実施形態では、第２の配管２２Ｂの軸が第３の配管２３Ｂの軸となす角度は、第２の配管２２Ｂの軸が第１の配管２１Ｂの軸となす角度よりも鋭角になっている。したがって、第２の配管２２Ｂと第３の配管２３Ｂとの合流部分で、第２の配管２２Ｂから第１の配管２１Ｂに流れる電解液Ｑが、第２の配管２２Ｂから第３の配管２３Ｂ側へ回り込みにくくなる。なお、第２の配管２２Ｂから第３の配管２３Ｂへの電解液Ｑの流入をさらに減らすには、第３の配管２３Ｂが第１の配管２１Ｂから概ね鉛直上方に延びる構成にすることや、第３の配管２３Ｂが第１の配管２１Ｂと接続される部分に弁等が設けられた構成にすること等が有効である。

なお、治具３Ｂとして、治具本体３０Ｂに接続される拘束バンドを備えるものを採用してもよい。この拘束バンドにより電池容器１０Ｂを治具３Ｂと拘束することによって、治具３Ｂの保持部としての機能を強化することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の電解液注液装置について説明する。図１１は、第３実施形態の電解液注液装置の動作を概略して示すフローチャート、図１２は電解液注液装置の動作のタイミングチャートである。

第３実施形態が第１実施形態と異なる１つの相違点は、充電部６が充電と放電の双方を可能な充放電器により構成されている点である。充電部６は、図示しない制御装置により、充電を行う充電モードと放電を行う放電モードとを切替えることが可能になっている。なお、第１実施形態あるいは第２実施形態と同じ構成要素については、適宜説明を省略する。

図１１に示すように第３実施形態では、ステップＳ１からステップＳ５まで第２実施形態と同様に行う。次いで、電解液Ｑが注液された電池容器１０Ｂ（図６参照）に対して、ステップＳ７で電池容器１０Ｂの内部を排気するとともに、ステップＳ６およびステップＳ１０で充放電器により放電制御を行う。

具体的には、図１２に示すように、ステップＳ６を終了する時刻ｔ_１６に充電部６を充電モードから放電モードに切替えてステップＳ１０で放電を開始し、時刻ｔ_１８に充電部６をオフにしてステップＳ１０を終了する。例えば、製造過程の二次電池の充電率が略１００％になるまで充電制御した後に、充電率が略２０％程度になるまで放電制御する。そして、時刻ｔ_１８よりも後の時刻ｔ_１９に、第２のバルブ２４を閉止するとともに吸気部５をオフにして、ステップＳ７を終了する

以上のような第３実施形態にあっては、充電制御した後に放電制御しつつ、電池容器１０Ｂの内部を排気するので、充電反応により生じる気泡と放電反応により生じる気泡をともに除去することができる。

第１実施形態で説明したように過充電にならない範囲で充電率を高くするほど、２回目以降の充電制御による気泡の発生を格段に減らすことができる。例えば、上限まで充電された二次電池はエネルギー密度が高い状態になっているので、二次電池を封止すること等の別段の処理を行なければ、二次電池を保存する上での取り扱いが難しくなる。第３実施形態では、充電制御の後に放電制御するので、製造された二次電池の充電率を所望の値に設定することができる。また、二次電池の使用時における気泡の発生を格段に減らすことができ、しかも二次電池を高品質な状態で保存することが容易になる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の電解液注液装置について説明する。図１３は第４実施形態の電解液注液装置２Ｃの構成を示す模式図、図１４（ａ）は電解液注液装置２Ｃに用いる治具３Ｃの平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。

図１３、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように、治具３Ｃは、治具本体３０Ｃ、端子部３１、端子部３２、第１のノズル（注液部）３３Ｃ、シール部３４Ｃ、シール部３５Ｃ、第３のノズル（排気部）３６Ｃを備えている。治具本体３０Ｃは、電池容器１０Ｂを収容可能な凹部３７Ｃを有している。端子部３１、端子部３２、第１のノズル３３Ｃ、およびシール部３４Ｃについては、第２実施形態と同様のものであり、その説明を適宜省略する。シール部３５Ｃは、凹部３７Ｃの開口の周縁部に設けられており、開口を環状に囲んでいる。第３のノズル３６Ｃは、一端側が凹部３７Ｃの内側に通じており、他端側が第４の配管２５Ｃに接続されている。

第１の配管２１Ｃは、第１のノズル３３Ｃに接続されている。第１の配管２１Ｃは、第２の配管２２Ｃ、および第３の配管２３Ｃに分岐している。第３のノズル３６Ｃは、第４の配管２５Ｃを介して第３の配管２３Ｃに接続されている。第１の配管２１Ｃから第３の配管２３Ｃが分岐する部分と、第３の配管２３Ｃに第４の配管２５Ｃが合流する部分との間に、第２のバルブ２４が設けられている。第２の配管２２Ｃは、電解液供給部４に接続されている。第３の配管２３Ｃは、吸気部５に接続されている。

なお、第４実施形態の電解液注液装置２Ｃの動作を概略して示すフローチャート、および電解液注液装置２Ｃの動作のタイミングチャートについては、第３実施形態のものと同様であるので説明は省略する（必要に応じて図１１および図１２を参照されたい）。

図１３に示すように電池容器１０Ｂは、ステップＳ３からステップＳ１０の処理を施すときに、表面がほぼ平坦な台や床等の載置台２０Ｃに載置される。治具３Ｃの凹部３７Ｃの内側に電池容器１０Ｂを収容しつつ、治具３Ｃを電池容器１０Ｂに押しつけると、治具３Ｃの第１のノズル３３Ｃが電池容器１０Ｂの注液口１２Ｂに挿入された状態になるとともに、治具３Ｃの端子部３１が電極端子１１ａに接続され、かつ端子部３２が電極端子１１ｂに接続された状態になる。この状態で、シール部３４Ｃが注液口１２Ｂの周囲と密着するとともにシール部３５Ｃが載置台と密着し、治具３Ｃと載置台２０Ｃとの間の凹部３７Ｃが気密に封止された密閉空間になる。すなわち、電池容器１０Ｂは、上記の密閉空間に載置された状態になる。

ステップＳ３およびステップＳ７の排気時には、第３のノズル３６Ｃを介して吸気部５によって上記の密閉空間を減圧することにより、電池容器１０Ｂの内部と外部との圧力差を緩和することもできる。これによって、圧力差による電池容器１０Ｂの変形を緩和することができる。また、電池容器１０Ｂが配置された空間は密閉されるため、電池容器１０Ｂ内で発生したガスが電池容器１０Ｂの外部に漏れたとしても、このガスをほぼ確実に回収することもできる。

なお、本発明の技術範囲は上記の各実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、複数回に分けて電解液を注液し、複数回に分けて電池容器の内部を排気してもよい。例えば、所定量の半分の電解液Ｑをフィードタンク４２に流入させた後に、電池容器１０に注液する。そして、電池容器１０の内部を排気する。電池容器１０の内部を排気している間に、所定量の残りの半分の電解液Ｑをフィードタンク４２に流入させ、電池容器１０の内部の排気を停止するとともに、残りの電解液Ｑを電池容器１０に注液する。残りの電解液Ｑを注液した後に、充電制御を開始するとよい。これによれば、電池容器１０に気泡が残留することを抑制することができ、高品質の二次電池を製造することが可能となる。

また、ステップＳ７の一部と並行して計量部４３による計量を開始し、次回に電池容器１０に注液する所定量の電解液Ｑをフィードタンク４２に流入させておいてもよい。これによれば二次電池の製造時間を短縮することができる。
また、第１実施形態の充電部６として、第３実施形態で説明した充放電器のような充電制御と放電制御とを行うことが可能な装置を用いてもよい。

上記の実施形態では、１つの電解液供給部に対して１つの治具を用いた例を説明したが、１つの電解液供給部に対して複数の治具を備えた構成としてもよい。例えば、治具ごとに電池容器を取付けて複数の電池容器に一括して電解液を注液してもよい。例えば、第２実施形態において、フィードタンク４２、計量部４３、第１のバルブ４４、加圧部、第１の配管２１および第２の配管２２を１つの系統とし、この系統を複数の治具の各々に設けてもよい。

この場合には、貯留タンク４１から配管を分岐させ、分岐した枝配管を計量部４３から始まる系統ごとに接続することにより、複数の系統で貯留タンクを共通化することができる。また、第３の配管２３や配線６１および配線６２をそれぞれ分岐させ、分岐した枝配管や枝配管をそれぞれの治具に接続することにより、複数の治具で第２のバルブ２４や吸気部５、充電部６を共通化することができる。

治具には電池容器の注液口または排気口に物理的に接続されるノズル（第１のノズルまたは第２のノズルなど）が設けられたが、電解液または排ガスの漏れなく上記保持機能を果たすことができればノズル状に限らず単なる孔であってもよい。なお、当該部分を注液部という。

１、１Ｂ・・・二次電池、２、２Ｂ、２Ｃ・・・電解液注液装置、
３、３Ｂ、３Ｃ・・・治具、４・・・電解液供給部、５・・・吸気部、６・・・充電部、
１０、１０Ｂ・・・電池容器、１０ａ・・・容器本体、１０ｂ・・・蓋部、
１１ａ、１１ｂ・・・電極端子、１２Ｂ・・・注液口（孔）、１２ａ・・・注液口（孔）、１２ｂ・・・排気口、１３・・・電極板、１３ａ・・・電極タブ、１４・・・電極板、
１４ａ・・・電極タブ、１５・・・セパレータ、２０Ｃ・・・載置台、
２１、２１Ｂ、２１Ｃ・・・第１の配管、２２、２２Ｂ、２２Ｃ・・・第２の配管、
２３、２３Ｂ、２３Ｃ・・・第３の配管、２４・・・第２のバルブ、
２５Ｃ・・・第４の配管、３０、３０Ｂ、３０Ｃ・・・治具本体、３０ａ・・・凹部、
３１、３２・・・端子部、３３・・・第１のノズル（注液部）、３３Ｂ・・・ノズル（注液部）、３３Ｃ・・・第１のノズル（注液部）、３４・・・第２のノズル（注液部）、
３４Ｂ、３４Ｃ、３５、３５Ｂ、３５Ｃ・・・シール部、
３６Ｃ・・・第３のノズル（排気部）、３７Ｃ・・・凹部、４１・・・貯留タンク、４２・・・フィードタンク、４３・・・計量部、４４・・・第１のバルブ、４５・・・加圧部、６１、６２・・・配線、Ｑ・・・電解液、Ｓ１〜Ｓ１０・・・ステップ

Claims (4)

1. 端子部と前記端子部から所定距離に配置された注液部とを備えた治具と、
   前記注液部に電解液を供給する電解液供給部と、
   前記端子部に電流を供給する充電部と、
   を有し、
   前記治具は、電極端子と孔とが前記所定距離だけ離れて配置された電池容器に据えられることで、前記端子部と前記電極端子とが電気的に接続され、かつ、前記注液部と前記孔とが物理的に接続された状態を維持することを特徴とする電解液注液装置。
2. 前記注液部から排気を行う吸気部をさらに有し、
   前記吸気部は、前記電解液供給部により前記電解液が供給され、かつ、前記充電部により前記電流が供給された前記電池容器の内部の排気を行うことを特徴とする請求項１に記載の電解液注液装置。
3. 前記注液部は第１の注液部と第２の注液部とから構成され、
   前記第１の注液部は前記電解液供給部に物理的に接続され、前記第２の注液部は前記吸気部に物理的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電解液注液装置。
4. 前記電池容器を載置する載置台をさらに有し、
   前記治具は、前記吸気部に接続された排気部をさらに備え、
   前記治具は、前記電池容器に据えられた状態で該治具と前記載置台との間に前記電池容器を気密に収容し、前記吸気部による前記排気の際に前記排気部から前記治具と前記電池容器の間を排気することを特徴とする請求項３に記載の電解液注液装置。

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