JP2016046178A

JP2016046178A - 電解液の注液方法

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Publication number: JP2016046178A
Application number: JP2014171069A
Authority: JP
Inventors: 孝一高田; Koichi Takada
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP6390268B2

Abstract

【課題】電解液の注液を妨害することなく、さらに、発電要素のセパレータのしわの発生を防止する、袋状フィルム外装体内に電解液を注液する方法を提供する。【解決手段】正極および負極とこれらの間に介在したセパレータとを複数積層してなる発電要素５を、開口部１８を有した袋状フィルム外装体６内に収容し、真空容器１０内で、袋状フィルム外装体６内に電解液を注液する方法が、発電要素５の互いに対向する２つの辺に沿った２箇所の領域で袋状フィルム外装体６を挟持する工程と、真空容器１０内を減圧する工程と、袋状フィルム外装体６の開口部１８から電解液を注液する工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルム外装電池の袋状フィルム内への電解液の注液方法に関する。

特許文献１には、袋状ラミネートフィルム内部に電解液を効率的に充填するためのフィルム外装電池の製造方法および製造装置が記載されている。この特許文献１では、電解液を充填する前の状態において、正極ならびに負極とこれら両者の間に介在するセパレータとを複数積層してなる発電要素を、上部の辺に開口部を有した袋状ラミネートフィルム内に収容してある。発電要素を収容した袋状ラミネートフィルムは、真空容器内で、一対のプレート状押え治具により、発電要素の厚さ方向両側から発電要素の主面全体が押さえられるように挟持されている。そして、真空容器を真空にした状態で、電解液が、真空容器の上部に設けられた電解液供給ラインから袋状ラミネートフィルムの開口部を通して充填される。

特開２００９−１８１８６２号公報

しかし、発電要素を収容した袋状ラミネートフィルムを、発電要素の厚さ方向両側から発電要素の主面全体が押さえられるように挟持すると、プレート状押え治具に加える圧力が高いときには、発電要素の正極とセパレータとの間の空間および負極とセパレータとの間の空間が狭くなるので、電解液がこれらの空間に流れ込み難くなるという懸念がある。また、プレート状押え治具に加える圧力が低いときには、上記２つの空間が広がり過ぎてしまい、セパレータの固定が不十分となるので、たるみが発生して真空引きをする際にしわになる。その状態で電解液を供給すると、セパレータは電解液によって押されて更にしわが発生するという懸念がある。

本発明は、正極および負極とこれらの間に介在したセパレータとを複数積層してなる矩形の発電要素を、開口部を有した袋状フィルム外装体内に収容し、真空容器内で、袋状フィルム外装体内に電解液を注液する方法であって、発電要素の互いに対向する２つの辺に沿った２箇所の領域で袋状フィルム外装体を挟持する工程と、真空容器内を減圧する工程と、袋状フィルム外装体の開口部から電解液を注液する工程と、を含む。

本発明によれば、発電要素の互いに対向する２つの辺に沿った２箇所の領域を押さえたまま真空容器内を減圧して、セパレータにたるみが無い状態を維持しながら電解液を注液するので、電解液の注液後のセパレータのしわの発生を防止することができる。さらに、真空容器内の主面の領域は押さえることなく、正極とセパレータとの間の空間および負極とセパレータとの間の空間が広がった状態で電解液を注液するので、電解液がこれらの広がった空間を通して流れ込み易くなり、袋状ラミネートフィルム外装体内への電解液の注液を短時間で完了することができる。

本発明に係る電解液の注液方法において用いられる注液装置の構成を示す模式図である。図１の注液装置の上面図である。一対の押え治具によって挟持された袋状ラミネートフィルム外装体を示す説明図である。ラミネートフィルム外装体と圧接部との位置関係を示す説明図である。図３の線Ａ−Ａに沿った、ラミネートフィルム外装体および一対の押え治具の断面図である。他の実施例の押え治具の圧接部を示す説明図である。

図１に基づいて、本発明に係る電解液の注液方法の一実施例を説明する。

図１は、本発明に係る電解液の注液方法でフィルム外装電池１に電解液を注液するための注液装置９の構成を示す模式図である。

まず、本発明に係る電解液の注液方法が適用されるフィルム外装電池１の構成を概略的に説明する。フィルム外装電池１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、電極としての正極２（図５）ならびに負極３（図５）とこれら両者の間に介在したセパレータ４とを複数積層してなる矩形の発電要素５と、該発電要素５を電解液と共に収容するラミネートフィルム外装体６と、複数の正極２および負極３に図示しない集電体を介してそれぞれ接続された正極タブ７（図４および図６）および負極タブ８（図４および図６）と、を備えている。

次に、本発明に係る電解液の注液方法が適用される注液装置９の構成を説明する。注液装置９は、真空容器１０と、真空容器１０の一方の側壁１０ａに接続された減圧機１１と、真空容器１０の他方の側壁１０ｂに接続された排気バルブ１２と、真空容器１０の上部に位置した注液ノズル１３と、真空容器１０の底壁１０ｃに対し直交する方向に延びた一対の押え治具１４，１４と、ばね１５，１５と、を備えている。

押え治具１４の各々は、フィルム外装電池１の外形に対応した大きさを有したプレート部材１６と、該プレート部材１６と一体に形成された２つの細長い圧接部１７，１７と、を有している。プレート部材１６の２つの圧接部１７，１７は、プレート部材１６の縦の辺１６ａ（図３）に沿って垂直方向に直線状に延びている。さらに、圧接部１７，１７は、プレート部材１６の内側の表面からプレート部材１６の厚さ方向に突出している。

一対の押え治具１４，１４は、一方のプレート部材１６の圧接部１７，１７が他方のプレート部材１６の圧接部１７，１７と対向するように配置されており、対向する２つの圧接部１７，１７からなる各々の圧接部対の間でラミネートフィルム外装体６を挟持するように用いられる。

また、一対の押え治具１４，１４は、その上部および下部において、ラミネートフィルム外装体６の挟持を補助するばね１５，１５を介して互いに接続されている。これにより、ラミネートフィルム外装体６は、両側の押え治具１４，１４の圧接部１７，１７，１７，１７により、適度な圧力で挟持される。

次に、本発明の一実施例の注液装置９による電解液の注液方法について説明する。まず、正極タブ７および負極タブ８が１つの辺６ａから外部に導出するようにして２枚の矩形状ラミネートフィルムを互いに重ね合わせて、４つの辺６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを熱溶着する（図４および図６）。ここで、３つの辺６ａ，６ｃ，６ｄに関しては、これらの辺の長さ全体にわたって２枚のラミネートフィルムを熱溶着するが、上部の辺６ｂに関しては、電解液を注液するための開口部１８を中央部に残すようにして２枚のラミネートフィルムを熱溶着する。このようにして、開口部１８を有した袋状ラミネートフィルム外装体６が形成される。そして、袋状ラミネートフィルム外装体６内に発電要素５を収容しておく。

次に、図１および図３に示すように、発電要素５を収容した袋状ラミネートフィルム外装体６を開口部１８が上方に向くようにして一対の押え治具１４，１４の間に配置し、袋状ラミネートフィルム外装体６を挟持する。ここで、袋状ラミネートフィルム外装体６を配置する際には、ラミネートフィルム外装体６の上部の辺６ｂが水平となるように配置する。このとき、上部の辺６ｂが、注液ノズル１３に対し直交した状態となる。

図２は、図１の注液装置９の上面図であり、袋状ラミネートフィルム外装体６に対する一対の押え治具１４，１４の二対の圧接部１７，１７，１７，１７の配置を詳細に示している。押え治具１４の圧接部１７，１７は、ラミネートフィルム外装体６の両側部よりも内側の位置でラミネートフィルム外装体６を挟持している。これにより、押え治具１４の圧接部１７，１７は、ラミネートフィルム外装体６内の発電要素５の互いに対向する左右両側の２つの垂直方向の辺に沿った領域を、ラミネートフィルム外装体６を介して挟持している。

即ち、ラミネートフィルム外装体６を挟持した状態では、図４に示すように、圧接部１７，１７は、ラミネートフィルム外装体６の両側部の熱溶着部１９ａ，１９ｂよりも内側に位置している。圧接部１７，１７は、熱溶着部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって取り囲まれた領域の上下方向の長さのほぼ全長に亘って延びている。なお、圧接部１７，１７の上下方向の長さは、発電要素５の上下方向の寸法よりも長いことが望ましい。

次に、排気バルブ１２を閉じた状態で減圧機１１例えばポンプを駆動して真空容器１０内を減圧する。そして、この減圧が所定の真空圧に達したときに、減圧機１１を停止する。

図５は、図３の線Ａ−Ａに沿った、発電要素５を収容した袋状ラミネートフィルム外装体６および一対の押え治具１４，１４の断面図である。真空容器１０内の減圧時には、袋状ラミネートフィルム外装体６が圧接部１７によって挟持されていない部分即ち発電要素５の左右両側の２つの垂直方向の辺に沿った領域の間で、正極２とセパレータ４との間の空気および負極３とセパレータ４との間の空気が膨張する。従って、発電要素５の左右両側の２つの垂直方向の辺に沿った領域の間では、正極２とセパレータ４との間の空間および負極３とセパレータ４との間の空間が、図５に示したように広がる。このとき、図５に示したように、セパレータ４は、プレート部材１６側に向かって膨らみ、たるみが無い状態になっている。

このように真空容器１０内を減圧した状態で、注液ノズル１３から開口部１８を通して袋状ラミネートフィルム外装体６内に電解液を注液する。発電要素５の左右両側の２つの垂直方向の辺に沿った領域の間では、発電要素５が一対の押え治具１４，１４の二対の圧接部１７，１７，１７，１７により押さえられておらず、正極２とセパレータ４との間の空間および負極３とセパレータ４との間の空間が広がっているので、開口部１８から注液された電解液は、これらの広がった空間を通して流れ込み易くなる。従って、袋状ラミネートフィルム外装体６内への電解液の注液を短時間で完了することができる。

また、上述したように、真空容器１０内を減圧した状態ではセパレータ４にたるみが無いので、このたるみが無い状態のまま電解液を注液することにより、注液完了後のセパレータ４のしわの発生を防止することができる。

図６は、他の実施例の押え治具１４の圧接部２０，２１を示している。押え治具１４の圧接部２０，２１は、ラミネートフィルム外装体６の上下の端部よりも内側の位置でラミネートフィルム外装体６を挟持している。これにより、押え治具１４の圧接部２０，２１は、ラミネートフィルム外装体６内の発電要素５の互いに対向する上下両側の２つの水平方向の辺に沿った領域を、ラミネートフィルム外装体６を介して挟持している。即ち、ラミネートフィルム外装体６を挟持した状態では、図６に示すように、圧接部２０，２１は、ラミネートフィルム外装体６の上下の端部の熱溶着部１９ｃ，１９ｄよりも内側に位置している。ここで、圧接部２０は、熱溶着部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって取り囲まれた領域の左右の方向の長さのほぼ全長に亘って延びている。また、圧接部２１は、熱溶着部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって取り囲まれた領域の左右の方向の長さに沿って延びているが、開口部１８に対応した中央部が切り欠かれている。なお、圧接部２０，２１の左右方向の長さは、発電要素５の左右方向の寸法よりも長いことが望ましい。

なお、図４，図６には、発電要素５の両端部に対応した位置に２つの圧接部を備えた例を示したが、両者間にさらに付加的に圧接部を設けるようにしてもよい。

上記各実施例では、２枚の矩形状ラミネートフィルムを互いに重ね合わせて３辺を熱溶着してなる袋状ラミネートフィルム外装体を例にとり、電解液の注液方法について説明したが、本発明で用いられる袋状ラミネートフィルム外装体は、１枚の矩形状ラミネートフィルムを２つ折りにして、さらに、折り曲げられた辺と直交した２辺を熱溶着するようにした構成であってもよい。

１・・・フィルム外装電池
５・・・発電要素
６・・・ラミネートフィルム外装体
９・・・注液装置
１０・・・真空容器
１１・・・減圧機
１２・・・排気バルブ
１３・・・注液ノズル
１４・・・押え治具
１５・・・ばね
１６・・・プレート部材
１７・・・圧接部
１８・・・開口部
２０・・・圧接部
２１・・・圧接部

Claims

正極および負極とこれらの間に介在したセパレータとを複数積層してなる矩形の発電要素を、開口部を有した袋状フィルム外装体内に収容し、真空容器内で、袋状フィルム外装体内に電解液を注液する方法であって、
発電要素の互いに対向する２つの辺に沿った２箇所の領域で袋状フィルム外装体を挟持する工程と、
上記真空容器内を減圧する工程と、
上記袋状フィルム外装体の開口部から電解液を注液する工程と、
を含む、電解液の注液方法。
上記発電要素の垂直方向に延びる２つの辺に沿って上記袋状フィルム外装体を挟持することを特徴とする請求項１に記載の電解液の注液方法。
上記２箇所の領域に対応した圧接部を有してなる一対の押え治具を用いて、上記袋状フィルム外装体を挟持することを特徴とする請求項１または２に記載の電解液の注液方法。