JP2019175800A - バッテリセルの加圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧中における加圧バッグ内の流体圧力の低下速度を低減することができるバッテリセルの加圧装置を提供する。【解決手段】バッテリセルの加圧装置１００は、厚み方向に複数配列されたバッテリセル１０を収容するハウジング１１０、袋状の加圧バッグ１２０および流体保持部１３０を有する。加圧バッグは、ハウジングに支持された状態で複数のバッテリセル間に配置され、内部に供給された加圧流体によって少なくとも厚み方向Ｘに膨張してバッテリセルを加圧可能に構成されている。流体保持部は、複数の加圧バッグの内部に連通し、加圧流体を内部に保持可能に構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、バッテリセルの加圧装置に関する。

可撓性のシート材からなる外装体の内部に、発電要素を電解液とともに収容して構成される扁平形状のバッテリセルが知られている。発電要素は、正極と負極とがセパレータを介して積層されて構成される。以下、正極、負極およびセパレータの積層方向をバッテリセルの「厚み方向」と称する。

バッテリセルを製造する種々の工程のうち、例えば、バッテリセルの内部の金属異物（コンタミネーション）を検出するスクリーニング工程では、金属異物をセパレータに貫通させて金属異物の存在を検出するためにバッテリセルを厚み方向に加圧する。また、例えば、外装体の内部に電解液を注入した後に、電極間の距離を均一にするためにバッテリセルを厚み方向に加圧する。

バッテリセルを加圧するために加圧マガジンとも称される加圧装置が用いられる。例えば、下記特許文献１には加圧装置として、ハウジング内に複数配列されたバッテリセル間に袋状の加圧バッグ（加圧流体バック）を設けた装置が開示されている。当該加圧装置は、袋状の加圧バッグの内部に流体を供給することによって加圧バッグをバッテリセルの厚み方向に膨張させて、バッテリセルを厚み方向に加圧することができる。

特許第６１１５６８３号公報

バッテリセルを厚み方向に加圧する際、所定の時間、加圧バッグ内の流体圧力を保持する必要がある。しかしながら、加圧バッグからは微小な加圧流体の漏れが発生する可能性がある。この微小な加圧流体の漏れによって経時的に加圧バッグ内の流体圧力が低下してしまう。特に、セルの厚さが厚い場合、ハウジング内に収容するために加圧バッグの厚さを小さくする必要があるため、加圧バッグ内の流体を保持可能な容量が小さくなる。ここで、単位時間当たりに同じ量の加圧流体が漏れた場合、容量が小さい加圧バッグは、容量が大きい加圧バッグに比べて単位時間当たりの流体圧力の低下量が大きくなる。その結果、加圧中に加圧バッグ内の流体圧力の低下速度が高くなり、所定の時間、必要な加圧力を維持できなくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、加圧中における加圧バッグ内の流体圧力の低下速度を低減することができるバッテリセルの加圧装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、発電要素を電解液とともに可撓性の外装体の内部に収容してなる扁平形状の複数のバッテリセルを厚み方向に加圧するバッテリセルの加圧装置である。該加圧装置は、厚み方向に複数配列されたバッテリセルを収容するハウジング、袋状の加圧バッグおよび流体保持部を有する。前記加圧バッグは、前記ハウジングに支持された状態で複数の前記バッテリセル間に配置され、内部に供給された加圧流体によって少なくとも前記厚み方向に膨張して前記バッテリセルを加圧可能に構成されている。前記流体保持部は、複数の前記加圧バッグの内部に連通し、前記加圧流体を内部に保持可能に構成されている。

本発明によれば、流体保持部の容量だけ加圧流体を保持可能な容量が増加する。これにより、加圧バッグからの加圧流体の漏れによる単位時間当たりの流体圧力の低下量が小さくなるため、流体圧力の低下速度は低くなる。したがって、バッテリセルを厚み方向に加圧する際、所定の時間、加圧バッグ内の流体圧力を保持して、バッテリセルに対して必要な加圧力を維持することができる。

本発明に係る加圧装置により加圧されるバッテリセルの一例を示す斜視図である。 図１に示すバッテリセルの断面図である。 バッテリセルの製造工程の一部を示す図である。 第１実施形態に係る加圧装置を示す上面図である。 第１実施形態に係る加圧装置を示す側面図である。 第１実施形態に係る加圧装置の一部を拡大した側面図であり、可動プレートを加圧位置に配置した状態を示す図である。 第１実施形態に係る加圧装置の一部を拡大した側面図であり、可動プレートを退避位置に配置した状態を示す図である。 加圧バッグを示す正面図である。 加圧バッグを示す側面図である。 加圧バッグの収縮状態を示す側面図である。 加圧バッグの膨張状態を示す側面図である。 流体保持部に駆動ロッドを挿通させた状態を示す斜視図である。 図９Ａの９Ｂ−９Ｂ線に沿う断面図である。 比較例に係る流体保持部を備えない加圧装置の加圧バッグ内の流体圧力の経時的変化を示すグラフである。 第１実施形態に係る加圧装置の加圧バッグ内の流体圧力の経時的変化を示すグラフである。 第２実施形態に係る加圧装置を示す側面図である。 第２実施形態に係る加圧装置の一部を拡大した側面図であり、可動プレートを加圧位置に配置した状態を示す図である。 第２実施形態に係る加圧装置の一部を拡大した側面図であり、可動プレートを退避位置に配置した状態を示す図である。 第３実施形態に係る加圧装置を示す側面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明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。

以下、添付した図面を参照しながら、実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

（バッテリセル１０）
まず、図１および図２を参照して、本発明の加圧装置によって加圧する対象であるバッテリセル１０について説明する。図１は、バッテリセル１０を示す斜視図、図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。

図示するバッテリセル１０は、積層型の扁平な電池であり、発電要素２０と、発電要素２０を収容する外装体５６と、発電要素２０に電気的に接続され外装体５６の外部に導出された正極タブ３３および負極タブ４３とを有する。外装体５６は、可撓性を備えたフィルム５０からなる。フィルム５０は、金属層５１の両面に樹脂フィルム５２、５３が形成された積層構造を有する。フィルム５０によって袋状の容器が形成され、この容器内に発電要素２０が収容される。フィルム５０を重ね合わせた封止部５４は、樹脂フィルム５２、５２同士を熱融着によって接合して封止される。金属層５１の両面全体が樹脂フィルム５２、５３によってコーティングされることによって、フィルム５０は電気的に絶縁されている。

発電要素２０は、正極集電体３１の面上に正極活物質層３２を配置してなる正極３０と、負極集電体４１の面上に負極活物質層４２を配置してなる負極４０と、電解質を保持するセパレータ６０とを有する。単電池層２１は、正極活物質層３２と負極活物質層４２とをセパレータ６０を挟んで対向させることによって形成される。発電要素２０は、単電池層２１が複数積層された状態において外装体５６の内部に電解液とともに収納される。正極タブ３３は正極３０に電気的に接続され、負極タブ４３は負極４０に電気的に接続される。以下の説明において、正極３０および負極４０を総称して、電極３０、４０とも称する。

図２に示される発電要素２０にあっては、最外層に位置する最外層電極は負極４０である。最外層の負極４０は、負極集電体４１の一方の面上にのみ負極活物質層４２が配置されている。最外層の負極４０は、負極集電体４１の両面上に負極活物質層４２を配置したものでもよい。最外層電極は正極３０でもよい。

外装体５６は、発電要素２０を電解液とともに収容する。外装体５６は、３層構造のラミネートシートから構成される。最内層の１層目の樹脂フィルム５２は、熱融着性樹脂、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を用いて形成される。２層目の金属層５１は、箔状の金属、例えばＡｌ箔またはＮｉ箔を用いて形成される。３層目の樹脂フィルム５３は、例えば剛性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロンを用いて形成されている。外装体５６は、周縁部５５同士が重ね合わされて接合される封止部５４を有している。封止部５４は、１層目の樹脂フィルム５２の熱融着性樹脂が溶着して形成される。

バッテリセル１０の製造手順は以下のとおりである。まず、正極３０、セパレータ６０、負極４０を順次積層する。スポット溶接等によって、正極タブ３３を正極３０に接続し、負極タブ４３を負極４０に接続する。これによって、発電要素２０が形成される。次に、発電要素２０を外装体５６によって覆い、比較的小さな充填口を残して、外装体５６の周縁部５５同士を熱融着する。次に、充填口を通して外装体５６の内部に電解液を充填し、その後、充填口を熱融着して外装体５６を密閉状態とする。次に、バッテリセル１０に初充電を行い、一定時間、エージングを行う。そして、エージングの完了後、スクリーニングや再充電等を行う。

図３は、バッテリセル１０の製造工程の一部を示している。

電解液注入工程Ｓ１の後、電池収納搬送工程Ｓ２において、複数のバッテリセル１０を加圧装置１００（図５参照）に収納し、所定の加圧ステージ（図示せず）に搬送する。その後、加圧工程Ｓ３において、加圧装置１００によってバッテリセル１０を加圧する。この加圧工程Ｓ３のときに、バッテリセル１０への充電を行う。その後、スクリーニング工程Ｓ４において、バッテリセル１０の内部に導電性の異物があるか否かを検査する。加圧工程Ｓ３やスクリーニング工程Ｓ４は、上述した製造工程の中で、電解液の充填およびフィルム５０の密閉（充填口の封止）の後の適宜なタイミングにおいて実施される。

上記の加圧工程Ｓ３において、本発明に係る加圧装置によってバッテリセル１０を厚み方向に加圧し、この加圧状態のままでスクリーニング工程Ｓ４において検査が行われる。

なお、本発明に係る加圧装置は、加圧工程Ｓ３やスクリーニング工程Ｓ４に適用する場合に限定されず、バッテリセル１０の製造工程のうち加圧が必要な工程のいずれに用いてもよい。

＜第１実施形態＞
（加圧装置１００）
図４および図５を参照して、第１実施形態に係る加圧装置１００の全体構成について説明する。図４および図５は、第１実施形態に係る加圧装置１００を示す上面図および側面図である。

図４および図５に示すように、加圧装置１００は、厚み方向に複数配列されたバッテリセル１０を収容するハウジング１１０と、ハウジング１１０に支持された状態で複数のバッテリセル１０間に配置され、内部に封入される加圧流体の流体圧力に応じて少なくとも厚み方向Ｘに伸縮可能な袋状の加圧バッグ１２０と、複数の加圧バッグ１２０の内部に連通し、加圧流体を内部に保持可能な流体保持部１３０を有する。厚み方向Ｘは、発電要素２０における電極３０、４０の積層方向と同じである。

加圧流体の種類は特に限定されないが、例えば、窒素やアルゴンに代表される不活性ガスを好適に用いることができる。

加圧装置１００はさらに、加圧バッグ１２０および流体保持部１３０の内部に連通し、加圧流体を供給および排出するための流通路である配管１４０を有する。配管１４０の基端には、加圧バッグ１２０に導入された加圧流体の逆流を防止する逆止弁１４１が設けられている。この逆止弁１４１に着脱可能に接続されるジョイント１４２を介して、配管１４０が外部装置である流体供給排出装置７０に接続される。流体供給排出装置７０は、配管１４０を介して加圧バッグ１２０および流体保持部１３０の内部に流体の供給および排出（真空引き）を行う。

（ハウジング１１０）
図４および図５に示すように、ハウジング１１０は、底板であるベースプレート１１１と、ベースプレート１１１の両端部に立設される一対の固定プレート１１２，１１３（第１固定プレート１１２および第２固定プレート１１３）と、第１固定プレート１１２と第２固定プレート１１３との間に配置された可動プレート１１４と、を備えている。第１固定プレート１１２と可動プレート１１４との間には、複数のバッテリセル１０および複数の加圧バッグ１２０が厚み方向Ｘに並んで配置されている。なお、バッテリセル１０や加圧バッグ１２０の枚数は特に限定されるものでなく、適宜変更できる。

ハウジング１１０はさらに、可動プレート１１４および加圧バッグ１２０を厚み方向（加圧方向）Ｘに沿ってスライド可能に保持するスライド機構を有する。スライド機構は、可動プレート１１４の四隅に設けられたガイド孔１１４ａ、後述する加圧バッグ１２０の四隅に設けられたガイド孔１２１（図７Ａ参照）、およびガイド孔１１４ａ，１２１に挿通されたガイドシャフト１６０によって構成される。ガイドシャフト１６０の両端は、ハウジング１１０の固定プレート１１２，１１３に固定されている。

また、複数の加圧バッグ１２０を支持するガイドシャフト１６０において、各加圧バッグ１２０の間には、それぞれ円筒状のブッシュ１７０が挿入されている。ブッシュ１７０は、図３および図４に示すように、第１固定プレート１１２と可動プレート１１４との間のＸ方向に沿う寸法Ｌ１を最小としてバッテリセル１０を加圧する状態において、隣り合う一対の加圧バッグ１２０に対して接触するようにその軸長（厚み方向Ｘの長さ）が構成されている。したがって、寸法Ｌ１が最小よりも長い状態では、ブッシュ１７０は、隣り合う一対の加圧バッグ１２０に対して、少なくとも一方から離れた状態となる。なお、ブッシュ１７０は、加圧バッグ１２０と一体に形成することも可能である。

各々のブッシュ１７０の周りには、コイルスプリング１７１が嵌挿されており、その両端がそれぞれ加圧バッグ１２０に圧接している。コイルスプリング１７１は、隣り合う２つの加圧バッグ１２０間の寸法を拡げる方向に作用するいわゆる圧縮コイルスプリングとして適宜な圧縮状態にて２つの加圧バッグ１２０の間にそれぞれ配置されている。なお、ブッシュ１７０を省略して、ガイドシャフト１６０の周りにコイルスプリング１７１を支持させるように構成することも可能である。また、加圧バッグ１２０間の寸法を確実に確保するためには、４本のガイドシャフト１６０の全てにコイルスプリング１７１を設けることが望ましいが、これに限定されず、例えば、下方の２本のガイドシャフト１６０のコイルスプリング１７１を省略することも可能である。

固定プレート１１２，１１３は、厚み方向に沿って互いに対向するように配置されている。固定プレート１１２，１１３は、複数のバッテリセル１０が加圧されたときにその全体の荷重を受けるもので、ベースプレート１１１に強固に固定されている。

ベースプレート１１１、固定プレート１１２，１１３および可動プレート１１４の構成材料としては、例えば、アルミニウム等の金属板を用いることができる。また、ベースプレート１１１と、一対の固定プレート１１２，１１３との接続部分には、接続を補強する補強部材を設けてもよい。

また、ハウジング１１０には、可動プレート１１４を厚み方向に移動させるための駆動機構１５０が設けられている。駆動機構１５０は、外周に雄ネジを切った駆動ロッド１５１と、第２固定プレート１１３に設けられるナット部１５２と、駆動ロッド１５１の先端部を回転自在に可動プレート１１４に連結するボール軸受（図示せず）とによって構成される。ナット部１５２の内周面には、駆動ロッド１５１の外周の雄ネジと噛み合う雌ネジが形成されている。

駆動ロッド１５１を回転すると、ナット部１５２によって回転運動から直線運動に変換されて駆動ロッド１５１は厚み方向に移動する。駆動ロッド１５１は、回転方向によって第１固定プレート１１２に対して接近または離反する方向に移動する。駆動ロッド１５１の移動に伴って、駆動ロッド１５１の先端部に連結された可動プレート１１４が第１固定プレート１１２に対して接近または離反する方向に移動する。このように、駆動ロッド１５１を外部から回転操作することによって、可動プレート１１４はガイドシャフト１６０に沿って厚み方向Ｘに移動する。これにより、第１固定プレート１１２と可動プレート１１４との間の寸法Ｌ１を調整することができる。

図６Ａは、可動プレート１１４を加圧位置Ｐ１に配置した状態を示し、図６Ｂは、可動プレート１１４を退避位置Ｐ２に配置した状態を示す図である。

上記の駆動機構１５０によって、可動プレート１１４は、第１固定プレート１１２に接近してバッテリセル１０を加圧する加圧位置Ｐ１と、第１固定プレート１１２から離反してバッテリセル１０を挿入および取り出し可能な退避位置Ｐ２との間を厚み方向Ｘに移動可能に構成されている。

図６Ａに示すように、可動プレート１１４を加圧位置Ｐ１に配置した状態では、第１固定プレート１１２と可動プレート１１４との間の寸法Ｌ１は最小となり、第２固定プレート１１３と可動プレート１１４との間の寸法Ｌ２は最大となる。このとき、バッテリセル１０は、加圧バッグ１２０によって厚み方向Ｘに加圧される。

図６Ｂに示すように、可動プレート１１４を退避位置Ｐ２に配置した状態では、第１固定プレート１１２と可動プレート１１４との間の寸法Ｌ１は最大となり、第２固定プレート１１３と可動プレート１１４との間の寸法Ｌ２は最小となる。このとき、隣り合う加圧バッグ１２０の間に、バッテリセル１０の厚み方向Ｘの寸法よりも大きい間隙Ｇが確保される。これにより、ロボットハンド等によりバッテリセル１０を隣り合う加圧バッグ１２０の間に容易に挿入することができる。図６Ｂに示す状態では、流体保持部１３０は、内部の加圧流体が排出されてＸ方向に沿う寸法Ｌ２に配置可能な程度まで収縮する。

（加圧バッグ１２０）
図７Ａ〜図８Ｂを参照して、加圧バッグ１２０の構成について説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、加圧バッグ１２０を示す正面図および側面図である。図８Ａは、加圧バッグ１２０の収縮状態を示す側面図であり、図８Ｂは、加圧バッグ１２０の膨張状態を示す側面図である。

加圧バッグ１２０は、内部に加圧流体が保持可能な袋状の可撓性シートから構成される。加圧バッグ１２０は、図８Ｂに示すように内部に供給された加圧流体によって厚み方向Ｘに膨張して、バッテリセル１０の両側面を厚み方向Ｘに加圧する。

加圧バッグ１２０は、図７Ａに示すように、厚み方向の両側の面が加圧面１２２として機能する。図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、加圧バッグ１２０は、２枚の可撓性シートの四辺に沿った周縁部１２３を互いに接合して袋状の加圧バッグ１２０を構成している。周縁部１２３は、熱融着等によって互いに接合されている。周縁部１２３の四隅には、上記のガイドシャフト１６０が摺動可能に挿通するガイド孔１２１が形成されている。

また、加圧バッグ１２０は、ハウジング１１０への取り付け状態で側方を向く周縁部１２３の四辺の中の一辺に、内部の加圧流体を供給および排出可能な管状のコネクタ１２４を有している。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、加圧バッグ１２０のコネクタ１２４は配管１４０を介して上記の流体供給排出装置７０と接続される。この配管１４０を介して、流体供給排出装置７０によって加圧バッグ１２０内の加圧流体の供給および排出が行われる。

加圧バッグ１２０を構成する可撓性シートとしては、例えば、布を基材とし、その片面もしくは両面に軟質合成樹脂またはゴムを塗布して、軟質合成樹脂層またはゴム層を設けたものを用いることができる。軟質合成樹脂としては、軟質ポリ塩化ビニル樹脂、軟質ポリウレタン樹脂等が挙げられる。ゴムとしては、天然ゴム、クロロプレンゴム等が挙げられる。上記の中でも、難燃性を有する軟質ポリウレタンが好適に用いられる。

なお、周縁部１２３は、軟質合成樹脂やゴム自体の硬度を高めて剛性を有する板状に構成してもよいし、硬質合成樹脂や金属からなる別の矩形のフレームをゴムシートに取り付けるようにしてもよい。

（流体保持部１３０）
図９Ａおよび図９Ｂを参照して、流体保持部１３０の構成について説明する。図９Ａは、流体保持部１３０に駆動ロッド１５１を挿通させた状態を示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａの９Ｂ−９Ｂ線に沿う断面図である。

流体保持部１３０は、内部に加圧流体が保持可能な袋状の可撓性シートから構成される。流体保持部１３０は、内部に供給された加圧流体によって厚み方向Ｘに膨張し、加圧流体を排出させることによって厚み方向Ｘに収縮可能に構成されている。

流体保持部１３０は、配管１４０を介して複数の加圧バッグ１２０の内部に連通している。このため、流体保持部１３０の内部の流体圧力は、複数の加圧バッグ１２０の内部の流体圧力と等しくなる。加圧バッグ１２０から加圧流体の漏れが生じた場合、加圧バッグ１２０の内部の流体圧力は低下する。加圧バッグ１２０と流体保持部１３０とは連通しているため、より流体圧力の高い流体保持部１３０から加圧バッグ１２０へ向かって流体が流れ込む。これにより、加圧バッグ１２０の内部の流体圧力が低下することを抑制することができる。

流体保持部１３０に充填される加圧流体の充填量は、複数の加圧バッグ１２０に充填される加圧流体の合計の充填量よりも大きくなるように設定することが好ましい。流体保持部１３０の充填量を複数の加圧バッグ１２０よりも大きくすることによって、流体保持部１３０の内部の加圧流体が加圧バッグ１２０へ流れ込むことによる流体保持部１３０の内部の流体圧力の低下を抑制することができる。

また、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、流体保持部１３０は、第２固定プレート１１３と可動プレート１１４との間に配置される。これにより、可動プレート１１４を退避させるための領域である加圧位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間のデッドスペースを、流体保持部１３０を配置するためのスペースとして利用することができる。その結果、流体保持部１３０を配置するためのスペースを別途設ける必要がなくなるため、省スペース化を図ることができる。

図９Ａおよび図９Ｂに示すように、流体保持部１３０には、駆動ロッド１５１を厚み方向に貫通させる貫通孔１３１が形成されている。これにより、駆動ロッド１５１が設けられたハウジング１１０でも比較的容易に流体保持部１３０を配置することができる。

（配管１４０）
配管１４０は、厚み方向Ｘに延在する中空形状のものであって、ハウジング１１０に固定されるとともに、複数の加圧バッグ１２０および流体保持部１３０に連通する。配管１４０には、複数の加圧バッグ１２０の厚み方向Ｘへの移動を許容するように、可撓性を有する管が用いられている。なお、配管１４０は、ハウジング１１０の下面側、例えばベースプレート１１１の内部に設けることもできる。

（加圧装置１００を用いた加圧工程Ｓ３）
次に、このような加圧装置１００を用いた加圧工程Ｓ３について説明する。

まず、ハウジング１１０へのバッテリセル１０の挿入が行われる。ハウジング１１０にバッテリセル１０を挿入する際には、加圧バッグ１２０内へ加圧流体を供給せずに、図６Ｂおよび図８Ａに示すように、加圧バッグ１２０および流体保持部１３０を収縮させたままの状態とする。このとき、図６Ｂに示すように、可動プレート１１４は、退避位置Ｐ２に配置されている。これによって、隣り合う加圧バッグ１２０の間に、バッテリセル１０の厚み方向Ｘの寸法よりも大きい間隙Ｇが確保され、ロボットハンド等によりバッテリセル１０を容易に挿入することができる。挿入後、ハウジング１１０は加圧工程へ搬送される。ハウジング１１０が所定の加圧工程に到着したら、まず、図４および図５に示すようにジョイント１４２によって流体供給排出装置７０と配管１４０とを接続する。

加圧工程Ｓ３では、バッテリセル１０が挿入されている状態において、各加圧バッグ１２０に加圧流体を供給し、図６Ａおよび図８Ｂに示すように、加圧バッグ１２０および流体保持部１３０内の加圧流体圧力を上昇させて加圧バッグ１２０を膨張させた状態とする。このとき、図６Ａに示すように、可動プレート１１４は、第１固定プレート１１２に接近させて加圧位置Ｐ１に配置する。これによって、隣り合う加圧バッグ１２０の間に配置されたバッテリセル１０が厚み方向に加圧される。加圧バッグ１２０を膨張させることでバッテリセル１０を加圧するように構成したため、厚さの異なる種々の型式のバッテリセル１０を加圧することが可能となる。

バッテリセル１０の加圧が完了したら、流体供給排出装置７０を停止し、ジョイント１４２を逆止弁１４１から取り外す。ジョイント１４２を取り外した後も、逆止弁１４１によって加圧流体が排出されないように保持されるため加圧状態が維持される。

ハウジング１１０は、次の充電工程に搬送され、加圧状態の下で所定の充電が行われる。その後、ハウジング１１０は、加圧状態のまま図示しない収納ラックに搬送され、例えば数日間のスクリーニングやエージングが行われる。

一般的に、加圧した状態の加圧バッグを長時間放置すると、加圧バッグから微小な加圧流体の漏れが発生する。加圧バッグからの微小な加圧流体の漏れによって経時的に加圧バッグ内の流体圧力が低下する。同じ流体圧力では、単位時間当たりに加圧バッグから漏れる加圧流体の量は加圧流体の初期充填量に拘らずほぼ同じになる。さらに、加圧流体の初期充填量が異なる加圧バッグから同量の加圧流体が漏れた場合、加圧流体の初期充填量が小さい加圧バッグの方が全体の容量に対して漏れた加圧流体の量の割合が大きくなるため、単位時間当たりの流体圧力の低下量は大きくなる。したがって、加圧バッグの加圧流体の初期充填量が小さくなる程、加圧バッグからの加圧流体の漏れによる流体圧力の低下速度は高くなる。

図１０には、流体保持部１３０を備えない加圧装置を使用してバッテリセル１０を加圧した状態で所定の時間放置した際の経過時間と流体圧力との関係を示す。図１０に示すように、所定時間経過すると加圧バッグの内部の流体圧力が必要な流体圧力の下限値よりも低下して、バッテリセル１０に対する必要な加圧力が得られなくなってしまう。

上記問題を解決するために、加圧バッグの容量を増やして加圧流体の初期充填量を増加させることが考えられる。しかしながら、加圧バッグの厚さは、バッテリセル１０の厚さやハウジング１１０の大きさによって制限される。特に、バッテリセル１０の厚さが厚い場合、バッテリセル１０の配置スペースを確保するために加圧バッグの厚さを小さく設定する必要がある。また、加圧バッグの面積（厚み方向に直交する方向の面積）をバッテリセル１０よりも大きくした場合、バッテリセル１０を加圧する加圧面として機能しない部分に加圧流体が逃げて加圧面の流体圧力が低下してしまう。このため、加圧バッグの面積を過度に大きくすることもできない。以上の理由から、加圧バッグの容量には制約があり、長時間において十分な加圧力を得られる程度にまで容量を増加させることは難しい。

本実施形態に係る加圧装置１００は、複数の加圧バッグ１２０の内部に連通し、加圧バッグ１２０が膨張した状態において、加圧流体を内部に保持する流体保持部１３０を有する。流体保持部１３０の容積の分だけ加圧流体を保持可能な容量が増加するため、加圧流体の初期充填量を増加させることができる。

図１１には、本実施形態に係る加圧装置１００を使用してバッテリセル１０を加圧した状態で所定の時間放置した際の経過時間と流体圧力との関係を示す。図１１に示すように、加圧バッグ１２０の容量に流体保持部１３０の容量を加えることによって、全体の初期充填量が増加する。このため、図１０に示す場合と同量の加圧流体が漏れたとしても、全体の容量に対する単位時間当たりに漏れる加圧流体の量の割合が小さくなるため、単位時間当たりの流体圧力の低下量は小さくなる。すなわち、加圧バッグ１２０からの加圧流体の漏れによる流体圧力の低下速度は低くなる。したがって、長時間経過しても加圧バッグ１２０の内部の流体圧力が必要な流体圧力の下限値を下回ることはなく、バッテリセル１０に対する必要な加圧力を維持することができる。

スクリーニングやエージングが終了してバッテリセル１０をハウジング１１０から取り出す際には、逆止弁１４１を開放し、真空引きして加圧流体を排出し、再び加圧バッグ１２０および流体保持部１３０を収縮させる。さらに、図６Ａに示すように可動プレート１１４を第１固定プレート１１２から離反させて退避位置Ｐ２に移動する。これによって、隣り合う加圧バッグ１２０の間隙Ｇがバッテリセル１０の厚さよりも大きくなるので、ロボットハンド等により加圧装置１００からバッテリセル１０を容易に抜き出すことができる。

以上説明したように、本実施形態に係る加圧装置１００では、複数の加圧バッグ１２０と連通する流体保持部１３０を設けることによって、加圧流体を保持可能な容量を増加させるように構成されている。

具体的には、加圧装置１００は、厚み方向に複数配列されたバッテリセル１０を収容するハウジング１１０、袋状の加圧バッグ１２０および流体保持部１３０を有する。加圧バッグ１２０は、ハウジング１１０に支持された状態で複数のバッテリセル１０間に配置され、内部に供給された加圧流体によって少なくとも厚み方向に膨張してバッテリセル１０を加圧可能に構成されている。流体保持部１３０は、複数の加圧バッグ１２０の内部に連通し、加圧流体を内部に保持可能に構成されている。

上記のように構成した加圧装置１００によれば、流体保持部１３０の容量だけ加圧流体を保持可能な容量が増加する。これにより、加圧バッグ１２０からの加圧流体の漏れによる単位時間当たりの流体圧力の低下量が小さくなるため、流体圧力の低下速度は低くなる。したがって、バッテリセル１０を厚み方向に加圧する際、所定の時間、加圧バッグ１２０内の流体圧力を保持して、バッテリセル１０に対して必要な加圧力を維持することができる。

また、ハウジング１１０は、厚み方向に沿って互いに対向する第１固定プレート１１２および第２固定プレート１１３と、第１固定プレート１１２と第２固定プレート１１３との間に配置され、第１固定プレート１１２との間にバッテリセル１０および加圧バッグ１２０を収容する可動プレート１１４と、を有する。可動プレート１１４は、第１固定プレート１１２に接近してバッテリセル１０を加圧する加圧位置Ｐ１と、第１固定プレート１１２から離反してバッテリセル１０を挿入および取り出し可能な退避位置Ｐ２との間を厚み方向に移動可能に構成される。また、流体保持部１３０は、第２固定プレート１１３と可動プレート１１４との間に配置される。

このように構成することによって、可動プレート１１４を退避させるための領域である加圧位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間のデッドスペースを、流体保持部１３０を配置するためのスペースとして利用することができる。これにより、流体保持部１３０を配置するためのスペースを設けるためのスペースを別途設ける必要がなくなるため、省スペース化を図ることができる。

また、可動プレート１１４を厚み方向に移動させる駆動ロッド１５１をさらに有する。流体保持部１３０には、駆動ロッド１５１を厚み方向Ｘに貫通させる貫通孔１３１が形成される。これにより、駆動ロッド１５１が設けられたハウジング１１０でも比較的容易に流体保持部１３０を配置することができる。

＜第２実施形態＞
図１２〜図１３Ｂを参照して、第２実施形態に係る加圧装置２００について説明する。図１２は、第２実施形態に係る加圧装置２００を示す側面図である。図１３Ａは、可動プレート１１４をバッテリセル１０の加圧位置Ｐ１に配置した状態を示す図である。図１３Ｂは、可動プレート１１４をバッテリセル１０の退避位置Ｐ２に配置した状態を示す図である。

第２実施形態に係る加圧装置２００は、可動プレート１１４の駆動機構が流体保持部によって構成されている点で前述した第１実施形態と異なる。なお、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２に示すように、第２実施形態に係る加圧装置２００は、前述した第１実施形態のように駆動機構１５０を備えていない。このため、流体保持部２３０は、駆動ロッド１５１を貫通する貫通孔を備えていない。

流体保持部２３０は、可動プレート１１４および第２固定プレート１１３に接着剤を用いて接合される。流体保持部２３０は、内部に加圧流体を供給されて厚み方向に膨張可能であり、かつ、内部から加圧流体を排出して厚み方向Ｘに収縮可能に構成されている。

流体保持部２３０は、厚み方向Ｘの膨張に伴って、可動プレート１１４を第１固定プレート１１２に対して接近させる方向に押圧して、図１３Ａに示すように加圧位置Ｐ１まで移動させることができる。また、流体保持部２３０は、厚み方向Ｘの収縮に伴って、図１３Ｂに示すように可動プレート１１４を第１固定プレート１１２に対して離反させる方向に引き戻して、可動プレート１１４を退避位置Ｐ２まで移動させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る加圧装置２００は、可動プレート１１４の駆動機構が流体保持部２３０によって構成されている。流体保持部２３０は、可動プレート１１４および第２固定プレート１１３に接合されている。流体保持部２３０は、内部に加圧流体を供給されて厚み方向に膨張して、可動プレート１１４を加圧位置Ｐ１まで移動させることが可能に構成されている。さらに、流体保持部２３０は、内部から加圧流体を排出して厚み方向に収縮して、可動プレート１１４を退避位置Ｐ２まで移動させることが可能に構成されている。

このような構成によれば、可動プレート１１４の駆動機構を流体保持部２３０によって代用することによって、装置の構成を簡略化することができる。また、流体保持部２３０は、内部に加圧流体が供給または排出されることにより、膨張または収縮して可動プレート１１４を駆動する。加圧バッグ１２０は、流体保持部２３０とともに膨張または収縮する。したがって、可動プレート１１４を加圧位置Ｐ１または退避位置Ｐ２に移動させる動作と、加圧バッグ１２０を膨張または収縮させる動作を連動させることができる。その結果、加圧装置２００の動作を制御する制御装置を設ける必要がなくなるため、製造装置のコストを削減することができる。

＜第３実施形態＞
図１４を参照して、第３実施形態に係る加圧装置２００について説明する。図１４は、第３実施形態に係る加圧装置３００を示す側面図である。

第３実施形態に係る加圧装置３００は、流体保持部がハウジング３１０の中空部３２０によって構成されている点で前述した第１実施形態と異なる。なお、前述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

ハウジング３１０は、少なくとも一部に加圧流体を内部に保持する中空部３２０を有する。流体保持部は、中空部３２０から構成される。

中空部３２０は、ハウジング３１０のベースプレート１１１および一対の固定プレート１１２，１１３の内部の空間に形成される。

以上説明したように、本実施形態に係る加圧装置３００のハウジング３１０は、少なくとも一部に加圧流体を内部に保持する中空部３２０を有し、流体保持部は、中空部３２０から構成される。これにより、装置を簡略化することができる。

以上、実施形態を通じて本発明に係る加圧装置を説明したが、本発明は実施形態において説明した内容のみに限定されることはなく、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。

例えば、加圧装置は、前述した実施形態および変形例の仕様を適宜組み合わせて構成してもよい。

１０ バッテリセル、
２０ 発電要素、
５６ 外装体、
７０ 流体供給排出装置、
１００ 加圧装置、
１１０ ハウジング、
１１１ ベースプレート、
１１２ 第１固定プレート、
１１３ 第２固定プレート、
１１４ 可動プレート、
１２０ 加圧バッグ、
１２１ ガイド孔、
１２２ 加圧面、
１３０ 流体保持部、
１３１ 貫通孔、
１４０ 配管、
１４１ 逆止弁、
１４２ ジョイント、
１５０ 駆動機構、
１５１ 駆動ロッド、
１６０ ガイドシャフト、
１７０ ブッシュ、
２００ 加圧装置、
２３０ 流体保持部、
３００ 加圧装置、
３１０ ハウジング、
３２０ 中空部、
Ｐ１ 加圧位置、
Ｐ２ 退避位置、
Ｘ 厚み方向。

Claims (5)

1. 発電要素を電解液とともに可撓性の外装体の内部に収容してなる扁平形状の複数のバッテリセルを厚み方向に加圧する前記バッテリセルの加圧装置であって、
   前記厚み方向に複数配列された前記バッテリセルを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに支持された状態で複数の前記バッテリセル間に配置され、内部に供給された加圧流体によって少なくとも前記厚み方向に膨張して前記バッテリセルを加圧可能な袋状の加圧バッグと、
   複数の前記加圧バッグの内部に連通し、前記加圧流体を内部に保持可能な流体保持部と、
   を有する、バッテリセルの加圧装置。
2. 前記ハウジングは、
   前記厚み方向に沿って互いに対向する第１固定プレートおよび第２固定プレートと、
   前記第１固定プレートと前記第２固定プレートとの間に配置され、前記第１固定プレートとの間に前記バッテリセルおよび前記加圧バッグを収容する可動プレートと、
   を有し、
   前記可動プレートは、前記第１固定プレートに接近して前記バッテリセルを加圧する加圧位置と、前記第１固定プレートから離反して前記バッテリセルを挿入および取り出し可能な退避位置との間を前記厚み方向に移動可能に構成され、
   前記流体保持部は、前記第２固定プレートと前記可動プレートとの間に配置される、請求項１に記載のバッテリセルの加圧装置。
3. 前記可動プレートを前記厚み方向に移動させる駆動ロッドをさらに有し、
   前記流体保持部には、前記駆動ロッドを前記厚み方向に貫通させる貫通孔が形成される、請求項２に記載のバッテリセルの加圧装置。
4. 前記流体保持部は、
   前記可動プレートおよび前記第２固定プレートに接合され、
   前記内部に前記加圧流体を供給されて前記厚み方向に膨張して、前記可動プレートを前記加圧位置まで移動させることが可能であり、かつ、
   前記内部から前記加圧流体を排出して前記厚み方向に収縮して、前記可動プレートを前記退避位置まで移動させることが可能に構成される、請求項２に記載のバッテリセルの加圧装置。
5. 前記ハウジングは、少なくとも一部に前記加圧流体を内部に保持する中空部を有し、
   前記流体保持部は、前記中空部からなる、請求項１に記載のバッテリセルの加圧装置。