JP2017041427A - 二次電池の製造装置および製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】既存の設備に比較的簡単に導入でき、製造過程において発生したガスを建屋の外に送り出すことのできる二次電池の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】二次電池10の製造装置100は、サブアセンブリ70における外装体20の一部を切断して、ドライエアよりも密度が小さいガスを外装体の外部へ放出するガス抜き孔72を形成する切断部140と、ガス抜き孔の上方を覆うとともに底部を開放した仕切壁153によってガス抜き孔から放出されたガスを溜める貯溜空間154を形成するガス溜まり部150と、貯溜空間に連通する吸引口170と、吸引口に接続され、貯溜空間に溜まったガスを吸引する吸引ポンプ180と、を有する。【選択図】図4

Description

本発明は、二次電池の製造装置および製造方法に関する。
電気自動車などに用いられるリチウムイオン電池などの二次電池は、外装フィルムを重ねて袋状に形成した外装体に、電極などの発電要素および電解液を封入することによって形成される。
このような二次電池の製造では、外装体に発電要素および電解液を封入した後、初期充電を行う。初期充電では化学反応によって発電要素から水素等のガスが発生するため、外装体にガス抜き孔を設けて外装体からガスを放出させ、ガスによる外装体の膨張を防止している。一方で、外装体にガス抜き孔を形成した状態では外部から水蒸気が入り込むおそれがあり、水分が一定以上存在すれば電池の性能が低下してしまう。そのため、二次電池の製造は、外装体の内部に水分が浸入しないように湿度の低いドライ環境の建屋内において行う。
外装体の外部に放出されたガスは、建屋に設けられた吸引口から吸引ポンプによって吸引して建屋の外へ送り出される。ガスは建屋内全体に拡散するためガスを吸引しようとすると建屋内のドライエアも同時に吸引してしまう。これにより、吸引ポンプによって吸引する量が増加するとともにドライエアの供給量が増加するため、製造コストの増加を招いてしまう。
これに対して下記特許文献1では、二次電池の周りを囲う密閉した空間であるチャンバに、ドライガス供給装置およびガス吸引装置(真空引き装置)を設け、当該チャンバ内においてガス抜き孔の形成およびチャンバの外部へのガスの送り出しを行う。これにより、狭いチャンバ内にガスを留めておくことができるため、比較的容易にチャンバの外部へガスの送り出しを行うことができる。
特開2015−88324号公報
しかしながら、前述した方法では、二次電池の周りに外部から密閉した空間を形成する必要があるため設備費用が増加してしまう。また、チャンバ内にドライガスを充填して密閉した空間を二次電池ごとに形成するため、製造に要する時間が長くなってしてしまうという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、既存の設備に比較的簡単に導入でき、製造過程において発生したガスを効率的に建屋の外に送り出すことのできる二次電池の製造方法および製造装置を提供することである。
上記目的を達成する本発明に係る二次電池の製造装置は、ドライエアが供給される建屋内に配置され、外装体内に発電要素が封入されたサブアセンブリから二次電池を製造する製造装置である。二次電池の製造装置は、前記サブアセンブリにおける前記外装体の一部を切断して、前記ドライエアよりも密度が小さいガスを前記外装体の外部へ放出するガス抜き孔を形成する切断部と、前記ガス抜き孔の上方を覆うとともに底部を開放した仕切壁によって前記ガス抜き孔から放出された前記ガスを溜める貯溜空間を形成するガス溜まり部と、前記貯溜空間に連通する吸引口と、前記吸引口に接続され、前記貯溜空間に溜まった前記ガスを吸引する吸引ポンプと、を有する。
上記目的を達成する本発明に係る二次電池の製造方法は、外装体内に発電要素が封入されたサブアセンブリから二次電池を製造する製造方法である。二次電池の製造方法においては、まず、ドライエアが供給される建屋内に前記サブアセンブリを配置する。次に、前記サブアセンブリにおける前記外装体の一部を切断して、前記ドライエアよりも密度が小さいガスを前記外装体の外部へ放出するガス抜き孔を形成する。その後、前記ガス抜き孔の上方を覆うとともに底部を開放したガス溜まり部からの吸引ポンプによる吸引処理を、前記ガス抜き孔を形成する前から開始し、前記ガス抜き孔を形成した後まで維持する。
本発明に係る二次電池の製造装置によれば、ガス溜まり部によってガス抜き孔から放出されたガスを堰き止めることにより、建屋内にガスが拡散しないようにすることができる。さらに、貯溜空間に溜まったガスを吸引ポンプによって吸引して、吸引口に向けて流れるガス流れを形成することによって効率的にガスを吸引口へ送り出すことができる。また、既存の設備に比較的簡単に導入することができ、製造過程において発生したガスを効率的に建屋の外に送り出すことができる。
本発明に係る二次電池の製造方法によれば、ガス抜き孔を形成する前に吸引ポンプによって吸引して、吸引口に向けて流れるガス流れを形成することができる。よって、ガス抜き孔から放出されるガスをガス流れに乗せて吸引口まで効率的に送り出すことができる。
図1(A)は、実施形態に係る二次電池を示す概略図、図1(B)は、図1(A)の1B−1B線に沿う断面図である。 実施形態に係るサブアセンブリを示す概略図である。 実施形態に係る二次電池の製造装置を示す上面図である。 図3の4−4線に沿う断面図である。 図3の5−5線に沿う断面図である。 図3の4−4線に沿う断面図であって、サブアセンブリを搬入する様子を示す。 図3の4−4線に沿う断面図であって、しごき部によって外装体内の電解液を発電要素側へ寄せている様子を示す。 図3の4−4線に沿う断面図であって、ガス抜き孔を形成している様子を示す。 実施形態に係る二次電池の製造工程を示すフローチャートである。 変形例に係る二次電池の製造装置を示す図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本実施形態に係る二次電池の製造装置および製造方法を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
図1(A)は、実施形態に係る二次電池10を示す概略図、図1(B)は、図1(A)の1B−1B線に沿う断面図である。
本実施形態に係る二次電池10は、長方形状の扁平な形状を有し、電気自動車などの動力部に使用される積層型のリチウムイオン二次電池である。
二次電池10は、図1(A)を参照して概説すると、袋状の外装体20に発電要素30を封入して形成される。外装体20の異なる辺からは、電力を取り出すための正極タブ60および負極タブ61が引き出されている。なお、正極タブ60および負極タブ61が引き出される辺は同じ辺であってもよい。以下、二次電池10の各部の構成について詳述する。
外装体20は、2枚の外装フィルム21を重ね合わせて形成される。外装体20は、図1(A)に示すように、重ね合わせた2枚の外装フィルム21の周縁をUの字状に融着した第1融着部22と、Uの字の開口部を融着した第2融着部23とを有する。なお、重ね合わせた2枚の外装フィルム21の間には、正極タブ60および負極タブ61が挟まれている。第1融着部22において正極タブ60および負極タブ61が挟まれている部分では、各外装フィルム21はそれぞれ正極タブ60および負極タブ61に接着している。また、外装体20は、2枚の外装フィルム21を重ね合わせて形成する構成に限られず、例えば、1枚の外装フィルム21を折って、重ね合わせることによって形成してもよい。
各外装フィルム21は、薄く軽量であって、熱溶着や超音波溶着などによって容易に融着できるとともに、気密性、水分非透過性に優れた材料からなることが好ましい。外装フィルム21は、例えば、2つの高分子樹脂層の間に金属層を配置した三層構造を有するラミネートフィルムであってもよい。金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属箔から構成されてもよい。高分子樹脂層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテートなどの熱溶着性樹脂フィルムから構成されてもよい。
図1(B)に示すように、発電要素30は、正極40aおよび負極40bを、セパレータ50を介して重畳(積層)したものであり、外装体20内に封入される。
正極40aは、正極集電体41aと、正極集電体41aの負極40bと向かい合う面に正極活物質を塗布することによって形成される正極活物質層42aとを有する。正極集電体41aとしては、例えばアルミニウム箔を用いることができる。正極活物質としては、例えばLiMnなどのリチウム−遷移金属複合酸化物などを用いることができる。正極活物質には、導電助剤、バインダなどが含まれていてもよい。
負極40bは、負極集電体41bと、負極集電体41bの正極40aと向かい合う面に負極活物質を塗布することによって形成される負極活物質層42bとを有する。負極集電体41bとしては、例えば銅箔を用いることができる。負極活物質としては、例えばハードカーボン、黒鉛系炭素材料、リチウム−遷移金属複合化合物を用いることができる。
複数の正極集電体41aおよび負極集電体41bは、それぞれ同極同士が接続され、正極タブ60、負極タブ61に接続されている。
セパレータ50は、正極活物質層42aおよび負極活物質層42bを物理的に隔離しつつ、セパレータ50の面方向中央部に電解質として電解液Eが保持されてなる構成を有する。セパレータ50は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミドなどの材料からなる薄膜である。
電解液Eは、有機溶媒、支持塩を含んでいる。有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネーと(EC)などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、テトラヒドロなどのエーテル類を用いることができる。支持塩としては、例えば、リチウム塩(LiPF)などの無機酸陰イオン、LiCFSOなどの有機酸イオンを用いることができる。
正極タブ60および負極タブ61は、外装体20の第1融着部22を介して外装体20の外方に引出されている。
図2は、サブアセンブリ70を示す概略図である。発電要素30を外装体20内に封入して、初期充電を行なうと化学反応によって発電要素30からガスが発生する。このガスは、水素等を含み、ドライエアよりも密度が小さいガスである。外装体20内に発生したガスを外装体20の外部に放出させるために、外装体20の一部を切断してガス抜き孔72を形成する。なお、本明細書では、発電要素30を外装体20内に封入して、ガス抜き孔72を形成する前の組立体を「サブアセンブリ70」と称する。以下、サブアセンブリ70の構成について詳述する。
図2に示すように、サブアセンブリ70の外装体20は、正極タブ60および負極タブ61を挟んで重ね合わせた2枚の外装フィルム21の周縁をUの字状に融着した第1融着部22と、Uの字の開口部を外装体20の周縁側において融着した補助融着部71とを有する。
図1(A)および(B)に示す二次電池10は、サブアセンブリ70の補助融着部71と発電要素30との間にガス抜き孔72を形成し、ガスを放出した後、第2融着部23を形成し、図2に示す切断線73に沿って切断することによって形成される。なお、第2融着部23は、ガス抜き孔72と、発電要素30との間に形成される。切断線73は、第2融着部23と、ガス抜き孔72との間に位置する。
本実施形態では、ガス抜き孔72を形成する対象は、サブアセンブリ70であるので、外装体20において外装フィルム21が重なる縁部としては、補助融着部71が相当する。また、ガス抜き孔72を形成する部分を含む外装体20の縁部(補助融着部71)と、発電要素30との間の中間部分を「ガス抜き部74」と称する。ガス抜き部74は、初期充電において発電要素30から生じたガスによって膨らんだ形状を有する。
図3は、実施形態に係る二次電池10の製造装置100を示す上面図である。図4は、図3の4−4線に沿う断面図である。図5は、図3の5−5線に沿う断面図である。図6は、図3の4−4線に沿う断面図であって、サブアセンブリ70を搬入する様子を示す。図7は、図3の4−4線に沿う断面図であって、しごき部130によって外装体20内の電解液Eを発電要素30側へ寄せている様子を示す。図8は、図3の4−4線に沿う断面図であって、ガス抜き孔72を形成している様子を示す。
なお、図中、発電要素30の正極40a、負極40bおよびセパレータ50の積層方向を矢印Xで示し、矢印Xと直交する方向(図4の奥行き方向)を矢印Yで示し、矢印Xおよび矢印Yと直交する方向を矢印Zで示す。
本実施形態に係る二次電池10の製造装置100は、ドライエアが供給される建屋R内に配置されて、初期充電によって生じるガスを建屋Rの外に効率的に送り出すことを可能にするものである。建屋Rの外に送り出されたガスは、ガス処理装置へ送られて処理された後に、大気へ開放される。
本実施形態に係る二次電池10の製造装置100は、図4、図5および図6を参照して概説すると、サブアセンブリ70を保持する保持部110と、サブアセンブリ70を搬送する搬送部120と、電解液Eを発電要素30側に寄せるしごき部130と、を有する。製造装置100は、ガス抜き孔72を形成する切断部140と、ガスを溜める貯溜空間154を形成するガス溜まり部150と、ガス溜まり部150を駆動する駆動部160と、貯溜空間154に連通する吸引口170と、ガスを吸引する吸引ポンプ180と、制御部190と、をさらに有する。制御部190は、製造装置100全体の作動を制御する。
保持部110は、図4に示すように、後述するしごき部130と切断部140との間にサブアセンブリ70を保持する。保持部110は、しごき部130および切断部140の動作を妨げないように、サブアセンブリ70の下方において外装体20の発電要素30が配置されている部分を両面から挟み込むようにして保持する。保持部110のサブアセンブリ70に面する側には、例えば、クッション性を備えるパッド111を設けてもよい。
搬送部120は、図6に示すように、例えば、ロボットアームなどによって構成される。搬送部120は、保持部110の上方からサブアセンブリ70を搬入する。
しごき部130は、図7に示すように、ガス抜き部74と接触するしごきローラ131と、しごきローラ131が先端側に取り付けられた一対のアーム132と、支持部材133と、を有する。しごきローラ131は、ガス抜き部74を支持部材133との間に挟んで、ガス抜き部74を支持部材133に押し付ける。押し付けた状態において、ガス抜き部74の上方から下方へ移動させてガス抜き部74に押圧力を付与する。当該押圧力によってガス抜き部74内の電解液Eを発電要素30側に寄せる。これにより、ガス抜き孔72を開けた際に、外装体20内の電解液Eが外へ飛び散るのを抑制することができる。また、支持部材133は、後述する切断部140を挿通させる挿通孔134を備える。
切断部140は、カッターにより構成され、サブアセンブリ70における外装体20の一部を切断して、ガスを外装体20の外部へ放出するガス抜き孔72を形成する。切断部140は、支持部材133の後方における待機位置(図7を参照)と、支持部材133に設けた挿通孔134を挿通して、支持部材133の前方に突出する作動位置(図8を参照)とに移動可能に構成している。また、切断部140は、図3に示すように、作動位置では挿通孔134に沿って矢印Y方向に沿って走行可能に構成している。
ガス溜まり部150は、図4に示すように、2つに分割された第1の壁(「分割壁」に相当)151および第2の壁(「分割壁」に相当)152によって構成された仕切壁153を有する。第1の壁151および第2の壁152は、相対的に接近離反移動が可能に構成されている。仕切壁153は、ガス抜き孔72の上方を覆うとともに底部を開放した構成を有する。仕切壁153は、ドライエアによって充填された建屋R内に配置されている。このため、図5に示すように、後述する吸引口170へ向かうガス流れによって、開放している底部から仕切壁153に向けて下方から上方へドライエアを送り込むことができる。
仕切壁153の下側には、ガス抜き孔72の上方に放出されたガスを溜める貯溜空間154が形成されている。仕切壁153は、ガス抜き孔72の上方位置が最も高い位置となる形状を有する。ガス抜き孔72から放出されたガスは上方に移動するため、ガス抜き孔72の上方位置を最も高くすることによって、ガス抜き孔72の上方位置において貯溜空間154が最も広く形成される。これにより、貯溜空間154にガスが満たされるまでに時間がかかるため、ガスが貯溜空間154から漏れて仕切壁153のより上方へ拡散することを抑制することができる。
本実施形態では、図4に示すように、第1の壁151および第2の壁152は上壁151u、152uおよび側壁151s、152sを備える。第1の壁151および第2の壁152は、相対的に矢印X方向に接近移動することによって、ガス抜き孔72の上方を覆う貯溜空間154を形成する。本明細書では、貯溜空間154を形成する第1の壁151および第2の壁152の位置を、図中に位置X1として示し、「第1の位置X1」と称する。
第1の壁151および第2の壁152が第1の位置X1に移動した状態において、第1の壁151および第2の壁152が向かい合う側の上壁151u、152uの縁部151a、152aが互いに重なり合うように配置される。このとき、第2の壁152の縁部152aに対して第1の壁151の縁部151aが上側に重なり合うように配置される。吸引口170が設けられる第1の壁151は、後述する吸引口170へ向かうガス流れの方向の下流側に位置する。ガス流れの方向の下流側に位置する第1の壁151の縁部151aが第2の壁152の縁部152aに対して上側に重なり合うことによって縁部151a、152aが互いに重なり合う隙間からガスが漏れることを抑制することができる。
図6に示すように、第1の壁151および第2の壁152は、相対的に矢印X方向に離反移動することによって保持部110の上方が開放された位置に移動する。本明細書では、保持部110の上方を開放する第1の壁151および第2の壁152の位置を、図中に位置X2として示し、「第2の位置X2」と称する。
第1の壁151および第2の壁152が第2の位置X2に移動した状態において、搬送部120は、保持部110の上方(矢印Z方向)からサブアセンブリ70を搬入することが可能となる。保持部110はサブアセンブリ70の両面を矢印X方向に挟み込むようにして保持する構成を有するため、矢印X方向からのサブアセンブリ70の搬入は難しい。また、矢印Y方向から搬入するためには、搬送装置の設置スペースが必要となり、設備投資の費用が増加してしまう。したがって、保持部110の上方(矢印Z方向)からサブアセンブリ70を搬入することによって保持部110への配置が比較的容易となり、設備投資の費用の増加も抑えることができる。
第2の壁152は、ガス抜き孔72に向かって高さが次第に高くなるテーパ状の傾斜部155を有する。第2の壁152は、後述する吸引口170へ向かうガス流れの方向の上流側に位置する。すなわち、第2の壁152の側壁152sの下方から上壁152uに向かってドライエアが送り込まれる。傾斜部155を有することによって、ドライエアは傾斜部155に沿って流れるため、より円滑なガス流れを形成することができる。
駆動部160は、第1の壁151および第2の壁152を、第1の位置X1と第2の位置X2との間で相対的に接近離反移動させる。駆動部160としては、例えば、伸縮自在なシャフトなどの公知の直動機構を用いることができる。
吸引口170は、図5に示すように、第1の壁151の側壁151sに設けられる。具体的には、図3に示すように、第1の壁151と第2の壁152が接近離反する方向に対して直交する方向に位置する第1の壁151の側壁151sに設けられる。吸引口170は、柔軟な蛇腹状のホースを介して建屋Rの外部にあるガス処理装置(図示せず)に連通している。なお、吸引口170は、第1の壁151とは別の部材に設けてもよい。
吸引口170は、ガス抜き孔72よりも高い位置に設けられることが好ましい。ガスはドライエアよりも密度が小さいため、ガス抜き孔72から放出されると上方へ拡散する。吸引口170がガス抜き孔72よりも高い位置に設けられることによって、ガス流れの方向がガス抜き孔72から吸引口170へ向けて下方から上方になる。このため、ガスを円滑に吸引口170へ送り出すことができる。
吸引ポンプ180は、真空ポンプ等の負圧発生装置によって構成される。吸引ポンプ180は、貯溜空間154に連通する吸引口170を介して、貯溜空間154に溜まったガスを吸引する。これにより、図5中に太線の矢印で示すような吸引口170へ向かうガス流れを形成することができる。
制御部190は、CPU(Central Processing Unit)およびメモリを主たる構成として含み、保持部110、搬送部120、しごき部130、切断部140、駆動部160および吸引ポンプ180の作動を制御する。
図9は、実施形態に係る二次電池10の製造工程を示すフローチャートである。
二次電池10の製造方法は、図9を参照して概説すると、サブアセンブリ70の形成工程(S10〜S12)と、初期充電工程(S20)と、ガス抜き工程(S30〜S33)と、ガス抜き孔72の封止工程(S40)と、トリム工程(S50)とを有する。以下、各工程について詳述する。
サブアセンブリ70の形成工程では、第1融着部22を形成する工程(S10)と、電解液Eを注入する工程(S11)と、補助融着部71を形成する工程(S12)とを実施する。
第1融着部22を形成する工程(S10)では、まず、2枚の外装フィルム21の間に発電要素30、正極タブ60および負極タブ61を挟み込ませる。そして、開口部を有するように、2枚の外装フィルム21が重なる外装体20の周縁の一辺を残して、外装体20の周縁をUの字状に融着する。これによって、第1融着部22が形成される。
電解液Eを注入する工程(S11)では、ステップS10において形成された開口部から外装体20内に電解液Eを注入する。電解液Eの注入方法は特に限定されず、例えば、チューブやノズルを開口部に差し込み、直接注入することによって行ってもよい。
補助融着部71を形成する工程(S12)では、まず、ステップS10において形成された開口部を融着して、補助融着部71を形成する。これによって、発電要素30および電解液Eが外装体20内に封入された状態となる。これにより、図2に示すサブアセンブリ70が形成される。
初期充電工程(S20)では、発電要素30の有する電池容量の所定の割合にまで充電した場合に得られる電圧を発電要素30が発生させるまで、充電が行われる。初期充電によって、発電要素30からガスが発生する。また、初期充電工程(S20)では、電池特性を安定化させるために、発電要素30が充電された状態において一定時間保持してもよい。一定時間保持した場合にも、発電要素30からさらにガスが発生する。
ガス抜き工程では、製造装置100にサブアセンブリ70を搬入する工程(S30)と、ガス抜き部74をしごく工程(S31)と、吸引ポンプ180で吸引する工程(S32)と、ガス抜き孔72を形成する工程(S33)とを実施する。
サブアセンブリ70を搬入する工程(S30)では、まず、初期充電工程(S20)を実施する他の製造装置から、建屋R内へ初期充電の完了したサブアセンブリ70を搬入する。ガス抜き工程(S30〜S33)およびガス抜き孔72の封止工程(S40)の一連の工程において、建屋R内にはドライエアが供給される。次に、駆動部160によって第1の壁151および第2の壁152を第1の位置X1から第2の位置X2に移動させることによって、保持部110上方を開放する。その後、上方から搬送部120によってサブアセンブリ70を搬入して保持部110によって保持する。
ガス抜き部74をしごく工程(S31)では、支持部材133としごきローラ131との間にガス抜き部74を挟み込む。しごきローラ131をガス抜き部74の上方から下方へ向かって移動させる。これによって、ガス抜き部74の補助融着部71側に溜まっている電解液Eを発電要素30側に寄せる。
吸引ポンプ180で吸引する工程(S32)では、ガスを吸引して吸引口170へ送り出す吸引処理を行なう。吸引処理は、後述するガス抜き孔72を形成する工程(S32)の前から開始し、ガス抜き孔72を形成する工程(S32)の後まで維持する。これにより、ガス抜き孔72を形成する前から図5に示すような吸引口170へ向かうガス流れを形成することができるため、ガス抜き孔72から放出されるガスをガス流れに乗せて吸引口170まで効率的に送り出すことができる。
ガス抜き孔72を形成する工程(S33)では、切断部140を待機位置(図7を参照)から作動位置(図8を参照)に前進させ、作動位置において挿通孔134に沿ってカッターを走行させる。切断部140は、外装体20の一部を切断し、ガス抜き孔72を形成する。これにより、ガス抜き孔72から外装体20の外部へガスが放出される。ガスは、ドライエアよりも密度が小さいため、ガス抜き孔72の上方を覆う仕切壁153に拡散する。なお、ガス抜き孔72の形成後、ガス抜き部74においてしごきローラ131が接触して外装フィルム21が重なっている部分を、吸着パッドによって引き離してもよい。これによって、ガスが抜けやすくなる。
ガス抜き孔72の封止工程(S40)では、図2に示すようにガス抜き孔72と、発電要素30との間の外装体20を融着して、第2融着部23を形成する。
トリム工程(S50)では、図2に示す切断線73に沿って、第2融着部23よりも外装体20の縁側を切り落とす。これによって、図1(A)に示す二次電池10を得る。
以上説明したように、本実施形態に係る二次電池10の製造装置100は、ドライエアが供給される建屋R内に配置されたサブアセンブリ70から二次電池10を製造する。製造装置100は、サブアセンブリ70における外装体20の一部を切断して、ドライエアよりも密度が小さいガスを外装体20の外部へ放出するガス抜き孔72を形成する切断部140と、ガス抜き孔72の上方を覆うとともに底部を開放した仕切壁153によってガス抜き孔72から放出されたガスを溜める貯溜空間154を形成するガス溜まり部150と、貯溜空間154に連通する吸引口170と、吸引口170に接続され、貯溜空間154に溜まったガスを吸引する吸引ポンプ180と、を有する。
このように構成した二次電池10の製造装置100によれば、既存の設備である建屋R内にガス溜まり部150を形成し、ガス抜き孔72から放出されたガスを堰き止めることによって、建屋R内にガスが拡散しないようにすることができる。さらに、貯溜空間154に溜まったガスを吸引ポンプ180によって吸引して、吸引口170に向けて流れるガス流れを形成することによって効率的にガスを吸引口170へ送り出すことができる。また、既存の設備に比較的簡単に導入することができ、製造過程において発生したガスを効率的に建屋Rの外に送り出すことができる。
また、サブアセンブリ70を保持する保持部110と、ガス溜まり部150の仕切壁153を、保持部110の上方を覆う第1の位置X1と、保持部110の上方を開放する第2の位置X2との間で移動させる駆動部160と、ガス溜まり部150の上方から保持部110に対してサブアセンブリ70を搬入搬出する搬送部120と、保持部110、駆動部160および搬送部の作動を制御する制御部190と、をさらに有する。制御部190は、駆動部160によってガス溜まり部150の仕切壁153を第2の位置X2に移動させ、搬送部120によって保持部110に対してサブアセンブリ70を搬入搬出させる。
保持部110はサブアセンブリ70の両面を矢印X方向に挟み込むようにして保持する構成を有するため、矢印X方向からのサブアセンブリ70の搬入は難しい。また、矢印Y方向から搬入するためには、搬送装置の設置スペースが必要となり、設備投資の費用が増加してしまう。上述のように構成した二次電池10の製造装置100によれば、保持部110の上方(矢印Z方向)からサブアセンブリ70を搬入することによって保持部110への配置が比較的容易となり、設備投資の費用の増加も抑えることができる。
また、吸引口170は、ガス抜き孔72よりも高い位置に設けられる。ガス抜き孔72から放出されたガスは上方に移動するため、吸引口170が上方に位置することによってより効率的にガスを吸引口170へ送り出すことができる。
また、ガス溜まり部150の仕切壁153は、ガス抜き孔72の上方位置が最も高い位置となる形状を有する。ガス抜き孔72から放出されたガスは上方に移動するため、ガス抜き孔72の上方位置を最も高くすることによって、ガス抜き孔72の上方位置において貯溜空間154が最も広く形成される。これにより、貯溜空間154にガスが満たされるまでに時間がかかるため、ガスが貯溜空間154から漏れて仕切壁153のより上方へ拡散することを抑制することができる。
また、ガス溜まり部150の仕切壁153は、第1の壁151および第2の壁152から構成され、駆動部160は、第1の壁151および第2の壁152を相対的に接近離反移動自在な構成を有する。これにより、第1の壁151および第2の壁152の相対的な位置関係によって保持部110の上方を覆ったり、開放したりできる。よって、仕切壁153を容易に第1の位置X1および第2の位置X2に配置することができる。
また、ガス溜まり部150の仕切壁153は第1の壁151および第2の壁152が相対的に接近移動することによって第1の位置X1に移動し、複数の仕切壁が相対的に離反移動することによって第2の位置X2に移動する構成を有する。これにより、貯溜空間154を形成する第1の位置X1と、サブアセンブリ70を保持部110へ上方から搬入する第2の位置X2と、を簡単に切り替えることができるため、作業の効率を向上させて製造時間を短縮することができる。
また、第1の壁151および第2の壁152は、相対的に接近することによってそれぞれの縁部151a、152aが上下方向に重なり合う構造を有する。ガスが吸引口170に向けて流れるガス流れの方向の下流側に位置する第1の壁151の縁部151aは、上流側に位置する第2の壁152の縁部152aの上側に重なり合う。これにより、縁部151a、152aが互いに重なり合う隙間からガスが漏れることを抑制することができる。
本実施形態に係る二次電池10の製造方法は、ドライエアが供給される建屋R内にサブアセンブリ70を配置する工程と、サブアセンブリ70における外装体20の一部を切断して、ドライエアよりも密度が小さいガスを外装体20の外部へ放出するガス抜き孔72を形成する工程と、ガス抜き孔72の上方を覆うとともに底部を開放したガス溜まり部150からの吸引ポンプ180による吸引処理を、ガス抜き孔72を形成する前から開始し、ガス抜き孔72を形成した後まで維持する工程と、を有する。
このように構成した二次電池10の製造方法によれば、ガス抜き孔72を形成する前から吸引口170へ向かうガス流れを形成することができるため、ガス抜き孔72から放出されるガスをガス流れに乗せて吸引口170まで効率的に送り出すことができる。
以上、実施形態を通じて本発明に係る二次電池の製造装置および製造方法を説明したが、本発明は説明した各構成のみに限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
前述した実施形態では、二次電池10がリチウムイオン二次電池である場合を説明したが、リチウムイオン二次電池に限定されず、初期充電においてガスを発生する二次電池であればよい。
また、仕切壁153は、第1の壁151と第2の壁152とによって形成されるとしたが、1つの仕切壁によって形成してもよいし、3以上の壁によって形成される分割構造としてもよい。例えば、図10に示す前述した実施形態の変形例に係る製造装置100aように、1つの仕切壁153aによって形成する場合、仕切壁153aを駆動部160によって移動させて保持部110を覆う第1の位置と、保持部110の上方を開放する第2の位置に移動させることができる。また、仕切壁153aは、ガス抜き孔72の上方へ向かってテーパ状に仕切壁153aの位置が高くなるように形成することができる。
また、吸引口170は、第1の壁151と第2の壁152が接近離反する方向に対して直交する方向に位置する第1の壁151の側壁に設けられるとしたが、吸引口170の配置はこれに限定されず、第1の壁151と第2の壁152が接近離反する方向にある第1の壁151の側壁151sに設けてもよい。これにより、第1の壁151と第2の壁152が接近離反する方向を、吸引口170に向けて流れるガス流れの方向と同じ方向にすることができる。
10 二次電池、
20 外装体、
30 発電要素、
40a 正極、
40b 負極、
50 セパレータ、
70 サブアセンブリ、
72 ガス抜き孔、
100 製造装置、
110 保持部、
120 搬送部、
140 切断部、
150 ガス溜まり部、
151 第1の壁(分割壁)、
152 第2の壁(分割壁)、
151a 第1の壁の縁部(縁部)、
152a 第2の壁の縁部(縁部)、
153 仕切壁、
154 貯溜空間、
160 駆動部、
170 吸引口
180 吸引ポンプ、
190 制御部、
R 建屋。

Claims (8)

  1. ドライエアが供給される建屋内に配置され、外装体内に発電要素が封入されたサブアセンブリから二次電池を製造する製造装置であって、
    前記サブアセンブリにおける前記外装体の一部を切断して、前記ドライエアよりも密度が小さいガスを前記外装体の外部へ放出するガス抜き孔を形成する切断部と、
    前記ガス抜き孔の上方を覆うとともに底部を開放した仕切壁によって前記ガス抜き孔から放出された前記ガスを溜める貯溜空間を形成するガス溜まり部と、
    前記貯溜空間に連通する吸引口と、
    前記吸引口に接続され、前記貯溜空間に溜まった前記ガスを吸引する吸引ポンプと、を有する、二次電池の製造装置。
  2. 前記サブアセンブリを保持する保持部と、
    前記ガス溜まり部の前記仕切壁を、前記保持部の上方を覆う第1の位置と、前記保持部の上方を開放する第2の位置との間で移動させる駆動部と、
    前記ガス溜まり部の上方から前記保持部に対して前記サブアセンブリを搬入搬出する搬送部と、
    前記保持部、前記駆動部および前記搬送部の作動を制御する制御部と、をさらに有し、
    前記制御部は、前記駆動部によって前記ガス溜まり部の前記仕切壁を前記第2の位置に移動させ、前記搬送部によって前記保持部に対して前記サブアセンブリを搬入搬出させる、請求項1に記載の二次電池の製造装置。
  3. 前記吸引口は、前記ガス抜き孔よりも高い位置に設けられる、請求項1または請求項2に記載の二次電池の製造装置。
  4. 前記ガス溜まり部の前記仕切壁は、前記ガス抜き孔の上方位置が最も高い位置となる形状を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池の製造装置。
  5. 前記ガス溜まり部の前記仕切壁は、複数に分割された分割壁から構成され、
    前記駆動部は、複数の前記分割壁を相対的に接近離反移動自在な構成を有する、請求項2に記載の二次電池の製造装置。
  6. 前記ガス溜まり部の前記仕切壁は、複数の前記分割壁が相対的に接近移動することによって前記第1の位置に移動し、複数の前記仕切壁が相対的に離反移動することによって前記第2の位置に移動する構成を有する、請求項5に記載の二次電池の製造装置。
  7. 複数の前記分割壁は、相対的に接近することによってそれぞれの縁部が上下方向に重なり合う構造を有し、
    前記ガスが前記吸引口に向けて流れるガス流れの方向の下流側に位置する前記分割壁の前記縁部は、上流側に位置する前記分割壁の前記縁部の上側に重なり合う、請求項5または請求項6に記載の二次電池の製造装置。
  8. 外装体内に発電要素が封入されたサブアセンブリから二次電池を製造する製造方法であって、
    ドライエアが供給される建屋内に前記サブアセンブリを配置し、
    前記サブアセンブリにおける前記外装体の一部を切断して、前記ドライエアよりも密度が小さいガスを前記外装体の外部へ放出するガス抜き孔を形成し、
    前記ガス抜き孔の上方を覆うとともに底部を開放したガス溜まり部からの吸引ポンプによる吸引処理を、前記ガス抜き孔を形成する前から開始し、前記ガス抜き孔を形成した後まで維持する、二次電池の製造方法。
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