JP2018063845A

JP2018063845A - 注液装置

Info

Publication number: JP2018063845A
Application number: JP2016201387A
Authority: JP
Inventors: 孝一高田; Koichi Takada
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2018-04-19

Abstract

【課題】注液ノズルが挿入された状態の袋状フィルム外装体の開口部を押圧して電解液を注液する注液装置において、注液ノズルに隣接した袋状フィルム外装体の部位の密閉性を向上させる。【解決手段】注液装置は、注液ノズル９が挿入された状態の袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７をこのフィルム外装体４の両面から押圧する一対のシールブロック１６，１６を備える。シールブロック１６，１６は、開閉動作する一対のブロック保持部材１５，１５に保持されている。ブロック保持部材１５の基部１７には、シールブロック１６の裏面１６ｂに加圧空気を供給してフィルム外装体４を局部的に押圧する加圧空気供給通路２７が設けられている。加圧空気供給通路２７の小通路３０，３０からの加圧空気は、シールブロック１６の裏面１６ｂを加圧して、注液ノズル９に隣接した袋状フィルム外装体４の部位３５，３５を局部的に押圧する。【選択図】図５

Description

本発明は、フィルム外装電池の製造工程の一部として、発電要素を収容する袋状のフィルム外装体に電解液を注液する注液装置に関する。

特許文献１には、発電要素を収容した外装体の内部にノズルを介して電解液を注液する注液装置が開示されている。この外装体は、例えば２枚の矩形状ラミネートシートを互いに重ね合わせて３辺を熱封止することにより袋状に形成される。上記注液装置では、ノズルが挿入された状態の袋状外装体の開口部を弾性体からなる一対のシールブロックにより外装体の両面から押圧することで、ノズル周囲の開口部が密閉される。そして、外装体の開口部を密閉したまま、電解液が、ノズルを通して外装体内に注液される。

特開２０１２−６４４６８号公報

しかし、特許文献１では、圧接面が平坦となった一対のシールブロックによって、ノズルとともに袋状外装体を両側から挟むので、ノズルの近傍で必ずしも十分な押圧力が得られず、ノズルに隣接した隙間が生じ易い。

本発明の注液装置では、ノズルが挿入された状態の袋状フィルム外装体の開口部が、開閉動作する一対の弾性体保持部材に支持された一対の弾性体により袋状フィルム外装体の両側から押圧される。弾性体保持部材には、弾性体裏面に加圧空気を供給してノズルに隣接する袋状フィルム外装体の部位を局部的に押圧する加圧空気供給通路が設けられている。

従って、ノズルに隣接する袋状フィルム外装体の部位に作用する押圧力が、部分的に高くなる。

本発明によれば、ノズル以外の袋状フィルム外装体の部位を弾性体により適度に押圧しながら、ノズルに隣接する袋状フィルム外装体の部位が、加圧空気で局部的に加圧された弾性体により、確実に密閉される。

一実施例の注液装置を示す斜視図である。注液ノズルが挿入された状態の袋状ラミネートフィルム外装体を示す説明図である。一実施例の押圧部の断面図である。図３の線Ｂ−Ｂに沿って取った押圧部の断面図である。押圧工程を示す説明図である。第２の実施例の注液ノズルを示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。

図１には、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２が示されている。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、電極としての図示せぬ正極ならびに負極と両者の間に介在した図示せぬセパレータとを複数積層してなる矩形の発電要素３（図２参照）と、この発電要素３を電解液と共に収容するラミネートフィルム外装体４（図２参照）と、発電要素３にそれぞれ接続された正極タブ５および負極タブ６（図２参照）と、を備えている。

ここで、注液対象となる袋状ラミネートフィルム外装体４について説明する。図２に示すように、袋状ラミネートフィルム外装体４は、正極タブ５が１つの辺４ａから外部に導出され、かつ負極タブ６が辺４ａと平行な辺４ｂから外部に導出されるようにして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、３つの辺４ａ，４ｂ，４ｃを熱溶着することで形成される。３つの辺４ａ，４ｂ，４ｃを熱溶着した状態では、上部の辺４ｄに、電解液を注液するための開口部７が形成されている。このようにして発電要素３を収容した袋状ラミネートフィルム外装体４内に、開口部７から電解液が注液される。

注液装置２は、開口部７を有した袋状ラミネートフィルム外装体４を保持する押さえ治具８と、袋状ラミネートフィルム外装体４内に電解液を注液する注液ノズル９と、この注液ノズル９が挿入された状態の袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７をこのフィルム外装体４の両面から押圧する押圧機構１０と、電解液の注液後、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７を熱封止する封止機構１１と、を備えている。上記注液ノズル９、押圧機構１０および封止機構１１は、これらの動作を制御するための図示せぬ制御部に接続されている。

押さえ治具８は、押圧機構１０および封止機構１１よりも下方に位置しており、押さえ治具固定台１２上に設置されている。押さえ治具８は、例えば直方体形状をなしており、開口部７が上方に開口する姿勢で袋状ラミネートフィルム外装体４が差し込まれる差込穴１３を備えている。図１に示すように、差込穴１３に袋状ラミネートフィルム外装体４を差し込んだ状態では、押圧機構１０および封止機構１１が作用する袋状ラミネートフィルム外装体４の上部が、押さえ治具８の上面８ａから上方に突出している。

注液ノズル９は、例えば断面菱形をなしており、開口部７の上方において垂直方向に延びている。注液ノズル９は、図１に矢印Ａで示すように垂直方向に昇降するように構成されている。

押圧機構１０は、図１に示すように、押さえ治具８で支持された袋状ラミネートフィルム外装体４の両側に互いに対向して配置された一対の押圧部１４，１４を備えている。一対の押圧部１４，１４は、実質的に互いに同様に構成されている。２つの押圧部１４，１４は、図示せぬ制御部により、水平面に沿って互いに接近および離間するように駆動制御される。２つの押圧部１４，１４は、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７を中心として開閉動作する一対のブロック保持部材（弾性体保持部材）１５，１５と、これらのブロック保持部材１５，１５に保持されて袋状フィルム外装体４に圧接する一対のシールブロック１６，１６（図にドットで示す）と、によって構成されている。シールブロック１６は、長円形をなしており、弾性体例えばシリコーンゴムによって形成されている。ここで、シールブロック１６の表面（圧接面）１６ａは、平坦となっている。ブロック保持部材１５は、シールブロック１６に対応した形状を有した基部１７と、この基部１７の長手方向中央部から水平方向に突出した概ね円柱状のシャフト部１８と、を備えている。基部１７およびシールブロック１６の長さは、袋状ラミネートフィルム外装体４の上部の辺４ｄの開口部７を閉じることができる程度に設定されている。シールブロック１６の裏面１６ｂ（図３の左側の面）は、周縁に沿って設けられた熱溶着部（接着部）１９（図４参照）によって、基部１７の表面１７ａに長円状に連続して熱溶着（または接着）されている。ここで、シールブロック１６の裏面１６ｂ、基部１７の表面１７ａおよび長円状に連続した熱溶着部１９の間の空間は、後述する加圧空気が溜まる空気溜まり２０となる。

シャフト部１８は、その外周の一部がリング状に張り出した張出部２１を備えている。シャフト部１８は、例えばモータ、油圧シリンダ等を備えた図示せぬ駆動機構に接続されている。この駆動機構により、シールブロック１６は、ブロック保持部材１５と実質的に一体となって、水平面に沿った矢印Ｂ方向つまりシャフト部１８の軸方向に移動する。

また、押圧部１４は、ラミネートフィルム外装体４に対する押圧方向（矢印Ｂ方向）と交差する方向へのシールブロック１６の膨出変形を規制する変形規制部材２２をさらに備えている。変形規制部材２２は、例えば金属から形成されている。変形規制部材２２は、垂直面に沿った底壁部２３と、この底壁部２３と直交し、底壁部２３の周囲を囲む周壁部２４と、を備えている。底壁部２３は、シールブロック１６および基部１７の形状に対応した長円形をなしており、長円形に連続した周壁部２４が、シールブロック１６の外周面１６ｃおよび基部１７の外周面１７ｃを囲むように底壁部２３に接続されている。底壁部２３には、押圧部１４の円柱状のシャフト部１８が挿入される断面円形の貫通孔２５が形成されている。周壁部２４は、シールブロック１６が押圧方向と交差する方向に拡がらないように、シールブロック１６の外周面１６ｃに実質的に接した状態に配置されている。押圧方向と交差する方向へのシールブロック１６の拡がりが周壁部２４により規制されることで、弾性体であるシールブロック１６が、注液ノズル９の外周形状に追従して変形するようになる。このシールブロック１６の変形により、袋状ラミネートフィルム外装体４の２枚のラミネートフィルムが注液ノズル９の外周に密着し易くなる。また、周壁部２４には、注液ノズル９との干渉を避けるように図示せぬ三角形の切り欠きが形成されている。このように構成された変形規制部材２２は、シールブロック１６および基部１７に対してシャフト部１８の軸方向に沿って後退可能に構成されている。

ここで、底壁部２３は、注液ノズル９の長手方向と平行になっており、周壁部２４は、注液ノズル９の長手方向と直交している。

また、押圧部１４は、圧縮状態で配設されたコイル状のばね２６を備えている。ばね２６は、シャフト部１８に挿入されている。図３に示すように、ばね２６の一端２６ａは、シャフト部１８の張出部２１に接しており、一方、ばね２６の他端２６ｂは、底壁部２３に接している。ばね２６は、シールブロック１６および基部１７に対して後退可能な変形規制部材２２を、袋状ラミネートフィルム外装体４に向けて付勢している。自由状態では、図３に示すように、周壁部２４の端面２４ａは、シールブロック１６の表面１６ａと同一平面上にある。

また、ブロック保持部材１５の基部１７には、シールブロック１６の裏面１６ｂに加圧空気を供給して袋状ラミネートフィルム外装体４を局部的に押圧する加圧空気供給通路２７が設けられている。加圧空気供給通路２７は、基部１７の裏面１７ｂから水平方向に延びる入口通路２８と、この入口通路２８と連通し、垂直方向に延びるメイン通路２９と、このメイン通路２９から分岐して水平方向に延びる２つの小通路３０，３０と、を備えている。入口通路２８は、図示せぬ加圧空気供給装置に連結された加圧空気吐出部３１に接続されている。メイン通路２９は、図３に示すように、長円形の基部１７の一方の端部（円弧面）から基部１７の中央部に延びており、上記一方の端部は、栓３２によって閉塞されている。２つの小通路３０，３０の先端は、シールブロック１６の裏面１６ｂと基部１７の表面１７ａとの間の空気溜まり２０と連通している。

図示せぬ加圧空気供給装置からの加圧空気は、入口通路２８およびメイン通路２９を通して２つの小通路３０，３０に流入する。そして、２つの小通路３０，３０からの加圧空気は、シールブロック１６の裏面１６ｂに供給され、注液ノズル９に隣接する袋状ラミネートフィルム外装体４の２つの部位３５，３５を局部的に押圧する。加圧空気供給通路２７を通して供給される加圧空気は、押圧機構１０が袋状ラミネートフィルム外装体４に作用させる押圧力よりも大きい圧力を有している。シールブロック１６の裏面１６ｂに供給された加圧空気は、空気溜まり２０内に溜まる。

上記２つの部位３５，３５は、開口部７の境界面３３つまり袋状ラミネートフィルム外装体４の２枚のラミネートフィルムの境界面３３に沿って注液ノズル９に隣接する両側の２点である。２つの小通路３０，３０は、２つの部位３５，３５の位置に対応して配置されており、注液ノズルの外形よりも僅かに大きい間隔だけ互いに離れており、シャフト部１８の中心線３６を挟んで対称に位置している。詳しくは、シールブロック１６，１６で開口部７を押圧しているときに注液ノズル９両側にて残存する隙間３９，３９（図５（ｂ）参照）に合わせて小通路３０，３０の位置が設定される。

図３に示すように、本実施例では、注液ノズル９が断面菱形をなしており、菱形の鈍角を構成する２つの面３４，３４が袋状ラミネートフィルム外装体４の境界面３３に対し傾斜するように配置されている。即ち、注液ノズル９は、面３４が押圧方向と平行にならないように配置されている。２つのラミネートフィルムの境界面３３に沿った注液ノズル９の２つの鋭角の近傍の部位３５，３５が加圧空気によって押圧される。２つの部位３５，３５は、シャフト部１８の中心線３６を挟んで対称に位置している。

なお、変形規制部材２２の底壁部２３には、入口通路２８に対応した位置に、加圧空気吐出部３１が挿入される貫通孔３７が形成されている。

封止機構１１は、電解液の注液後に袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７を熱封止する一対の封止用ヒータ３８，３８を備えている。一対の封止用ヒータ３８，３８は、実質的に互いに同様に構成されている。封止用ヒータ３８は、押圧部１４の上方に位置している。封止用ヒータ３８は、ブロック状をなしており、例えば熱伝導性に優れた金属材料によって形成されている。封止用ヒータ３８は、例えば熱線等の発熱体を内部に備えている。押圧部１４，１４と同様に、一対の封止用ヒータ３８，３８は、図１に矢印Ｃで示すように水平面に沿って互いに接近および離間するように構成されている。

次に、図５を参照して、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７の押圧工程について説明する。

図５（ａ）は、図１の注液装置２において袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７に注液ノズル９を挿入したときの線Ａ−Ａに沿った２つの押圧部１４，１４等の断面図であり、上方から見た状態が示されている。従って、図５（ａ）には、押圧前の押圧部１４，１４等の状態が示されており、注液ノズル９が挿入された袋状ラミネートフィルム外装体４が、一対の押圧部１４，１４の間に位置している。

注液ノズル９の挿入後に、図５（ｂ）に示すように、一対の押圧部１４，１４が互いに接近し、袋状ラミネートフィルム外装体４上部の辺４ｄをこのフィルム外装体４の厚さ方向に両側から押圧する。押圧部１４の移動に伴い、一対のシールブロック１６，１６が、注液ノズル９が挿入された開口部７をフィルム外装体４の両側から挟み、互いに押圧する。このとき、シールブロック１６，１６の外側の変形規制部材２２，２２は、フィルム外装体４を介して互いに当接し、各々の位置が規制される。この段階では、注液ノズル９に隣接する袋状ラミネートフィルム外装体４の２つの部位３５，３５に、隙間３９，３９が残存する。

次に、袋状ラミネートフィルム外装体４の両側から、図示せぬ加圧空気供給装置からの加圧空気が、加圧空気供給通路２７の２つの小通路３０，３０を通してシールブロック１６の裏面１６ｂへと流れ、袋状ラミネートフィルム外装体４の２つの部位３５，３５が局所的に加圧される。これにより、２枚のラミネートフィルムが、隙間３９，３９を埋めるように密着する。

そして、電解液の注液後に、一対の押圧部１４，１４による押圧力を弱めた状態で、注液ノズル９を上方に移動させ、袋状ラミネートフィルム外装体４から注液ノズル９を抜く。このとき、図５（ｃ）に示すように、袋状ラミネートフィルム外装体４の両側から、空気溜まり２０内に溜まった加圧空気が、袋状ラミネートフィルム外装体４上部の辺４ｄを適度に押圧する。従って、開口部７を閉じた状態が継続され、電解液が、ラミネートフィルム外装体４の外部に漏れない。

なお、袋状ラミネートフィルム外装体４は、電解液の注液前に、例えば図示せぬ真空チャンバ内で真空引きされていることが望ましい。

上記のように、本実施例では、加圧空気供給通路２７によりシールブロック１６の裏面１６ｂに加圧空気を供給しこの裏面１６ｂを局部的に押圧するので、注液ノズル９に隣接する袋状ラミネートフィルム外装体４の部位３５，３５に作用する押圧力が、他の部位（境界面２３）と比較して局部的に高くなる。従って、注液ノズル９以外のフィルム外装体４の部位をシールブロック１６により適度に押圧しながら、注液ノズル９に隣接するフィルム外装体４の部位３５，３５が、加圧空気で局部的に加圧されたシールブロック１６により、確実に密閉される。よって、注液ノズル９の外周とラミネートフィルム外装体４との間の密閉性が向上し、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７からの電解液の漏れが生じない。

また、仮に、加圧空気供給通路２７を具備しない押圧部１４により部位３５，３５を確実に密閉する場合には、フィルム外装体４上部の辺４ｄ全体を強く押圧するための大型の押圧機構１０が必要となる。従って、本実施例の加圧空気供給通路２７を具備した押圧部１４により、他の部位よりも高い密閉性が要求される部位３５，３５を局部的に押圧することで、押圧機構１０の大型化が防止される。

図６には、第２の実施例の注液ノズル９が示されている。第２の実施例の注液ノズル９は、第１の実施例の断面菱形の注液ノズル９の２つの鈍角部分を互いに平行な面４０，４０に置き換えることで、断面六角形をなすように形成されている。ここで、面４０は、シールブロック１６の表面１６ａに対向している。第２の実施例においても、両端の面３４，３４は、押圧方向と平行になっていない。このような第２の実施例の注液ノズル９を押圧機構１０と組み合わせても、隙間３９が小さくなる。

なお、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４を例にとり説明したが、本発明で用いられる袋状フィルム外装体は、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。

また、上記各実施例では、正極タブ５をラミネートフィルム外装体４の１つの辺４ａから外部に導出し、かつ負極タブ６を辺４ｂから外部に導出してなるフィルム外装電池１について説明したが、正極タブ５および負極タブ６の双方を１つの辺から導出してなるフィルム外装電池１を本発明に適用することもできる。

さらに、上記実施例では、菱形や六角形の断面形状を有した注液ノズル９を例にとり説明したが、他の断面形状を有した注液ノズルを本発明に適用することもできる。

２・・・注液装置
４・・・ラミネートフィルム外装体
７・・・開口部
９・・・注液ノズル
１０・・・押圧機構
１４・・・押圧部
１５・・・ブロック保持部材
１６・・・シールブロック
１９・・・熱溶着部（接着部）
２０・・・空気溜まり
２２・・・変形規制部材
２６・・・ばね
２７・・・加圧空気供給通路
３０・・・小通路
３３・・・境界面
３５・・・部位
３９・・・隙間

Claims

発電要素を収容する袋状フィルム外装体の開口部に挿入され、前記袋状フィルム外装体内に電解液を注液するノズルと、
前記ノズルが挿入された状態の前記袋状フィルム外装体の開口部を前記袋状フィルム外装体の両面から押圧して前記開口部を閉じる押圧機構と、
を備えた注液装置であって、
前記押圧機構は、前記開口部の両側から開閉動作する一対の弾性体保持部材と、この弾性体保持部材にそれぞれ保持されて前記袋状フィルム外装体に圧接する弾性体と、を備え、
前記弾性体保持部材には、前記弾性体に向かって加圧空気を供給して前記ノズルに隣接する前記袋状フィルム外装体の部位を前記加圧空気によって局部的に押圧する加圧空気供給通路が設けられていることを特徴とする注液装置。
前記加圧空気供給通路は、前記開口部の境界面に沿って前記ノズルの両側に位置する前記袋状フィルム外装体の２つの部位を局部的に押圧することを特徴とする請求項１に記載の注液装置。
前記押圧機構は、前記弾性体保持部材と前記弾性体との間に前記加圧空気供給通路と連通する空気溜まりを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の注液装置。
前記ノズルは、前記袋状フィルム外装体の境界面に対し傾斜した面を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の注液装置。