JP6201748B2 - 注液方法、蓄電池の製造方法および注液装置 - Google Patents

Description

本発明は、電槽内に電解液を注入するための注液方法、蓄電池の製造方法および注液装置に関するものである。

特許文献１等に電解液の真空注液方法が開示されており、密閉型電池の電槽に極群を挿入した後、この電槽に密閉蓋をし、真空ポンプによって電槽内を減圧した後、電解液を注入するようにしている。

特開平５−１９０１６８号公報

ところで、二次電池の注液工程において、注液口は小さく、ノズルの先端が細い。そのため、注液時に電槽内から出た気体は気泡としてノズルを通るようになり、気泡がノズルの内壁面に付いて留まってしまうと電解液の注液速度が遅くなり電解液が電槽により入りにくくなる要因になる。つまり、電解液がノズル壁面と接触することで電解液の注液速度が遅くなり、生産性が悪い。

本発明の目的は、電解液の注液速度を速くすることができる注液方法、蓄電池の製造方法および注液装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、蓄電池の電槽内に電解液を注入するための注液装置であって、前記電解液を注入するためのノズルと、前記ノズルの先端開口部付近を直接振動させる振動手段と、を備え、前記ノズルは、前記先端開口部付近の内壁面に前記ノズルの中心軸線側に向かって延びる複数の棒状の突起を有し、前記複数の棒状の突起は、前記振動手段によって前記ノズルが振動されることにより振動し、前記ノズル内部の前記電解液を攪拌することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ノズルで蓄電池の電槽内に電解液を注入する際に振動手段によりノズルの先端開口部付近を直接振動させる。これによって、気泡をノズル内壁面から離してノズル内壁面には気泡が無いので電解液が入りやすくなる。このようにして電解液の注液速度を速くすることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、振動によって突起が揺れるので気泡を上昇させる若しくは電解液の注入方向の流れを作ることができ、電解液の流れをよくしてノズル内での電解液の流速の更なる向上を図ることができる。
請求項２に記載の発明では、前記ノズルは、前記先端開口部側ほど通路面積が狭くなるテーパ状をなしており、前記複数の棒状の突起は、前記ノズルの前記先端開口部側から離れた位置に配置された突起ほど前記ノズルの中心軸線側に向かって延びる長さが長くなるように形成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の注液装置において、前記振動手段は、超音波振動の発振源であることを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、電解液の温度を上昇させて粘度を下げることによって電解液の流れをよくしてノズル内での電解液の流速の更なる向上を図ることができる。

本発明によれば、電解液の注液速度を速くすることができる。

実施形態のリチウムイオン二次電池を示す斜視図。 注液装置を模式的に示す側面図。 第１の実施形態の注液装置を模式的に示す断面図。 第２の実施形態の注液装置を模式的に示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、リチウムイオン二次電池に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１に示すように、蓄電池としてのリチウムイオン二次電池１０において電槽１１には電極組立体（図示せず）が収納されるとともに電解液が注入される。また、電槽１１は、上面開口部を有する直方体状の電槽本体１２と、電槽本体１２の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋体１３とを備える。電槽本体１２と蓋体１３は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）であり、電槽本体１２と蓋体１３はレーザー溶接によって接合されている。また、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、その外周が角型をなす角型電池である。

正極端子１４および負極端子１５が蓋体１３の長手方向において離間した位置に配置されている。正極端子１４および負極端子１５は電槽１１内から蓋体１３を貫通して電槽１１外に突出している。正極端子１４および負極端子１５は絶縁部材１６により蓋体１３と絶縁された状態で蓋体１３外においてナット１７により蓋体１３に締結され固定されている。

正極端子１４は電槽１１内の電極組立体の正極電極と接続されるとともに負極端子１５は電槽１１内の電極組立体の負極電極と接続されている。詳しくは、電極組立体は、正極電極、負極電極、および正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を備え、負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を備え、電極組立体は、複数の正極電極と複数の負極電極が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在されている。そして、各正極電極が正極端子１４と電気的に接続されるとともに各負極電極が負極端子１５と電気的に接続されている。

蓋体１３の長手方向の中央部には円形の小径な注液口１８が設けられている。この注液口１８から、図２に示す注液装置２０を用いて電解液が注入される。図１に示すように、電解液の注入後においては、注液口１８はキャップ１９により密封される。

図２に示すように、電槽１１内に電解液を注入するための注液装置２０は、電解液２２を貯めるタンク２１と、タンク２１の底面に設けられたノズル２３と、超音波振動源２４を備えている。

図３に示すように、ノズル２３は、先が細まった管であり、内部を電解液が通過する。ノズル２３における幅広な基端側がタンク２１の底板に固定され、ノズル２３の内部はタンク２１の底板の透孔２１ａを通してタンク２１内と連通している。ノズル２３の先端側は下方に延びており、先端側ほど通路面積が狭くなるテーパ状をなしている。ノズル２３の先端開口部は蓋体１３の注液口１８と同形・同寸法となっており、ノズル２３により電解液を注入することができる。ノズル２３の先端を蓋体１３の上面の所定の位置に配置することによりノズル２３内および蓋体１３の注液口１８を通してタンク２１内の電解液２２の電槽１１への流路が確保されるようになっている。ノズル２３からリチウムイオン二次電池１０の電槽１１内に電解液２２が注入される。電解液２２の電槽１１内への注入の際に電槽１１内から気体が出てきてノズル２３を気泡が通ることになる。

超音波振動源２４はノズル２３に取り付けられている。振動手段としての振動源２４は超音波振動の振動源である。超音波振動源２４の振動部はノズル２３の外壁面と接触しており、超音波振動源２４で発生する振動でノズル２３の先端開口部付近が直接振動する。つまり、超音波振動源２４は、ノズル２３と直接連結され、ノズル２３の先端開口部付近を直接振動させることができるようになっている。

次に、注液装置２０の作用について説明する。
リチウムイオン二次電池の製造の際に、電極組立体と正極端子１４および負極端子１５を接続するとともに正極端子１４および負極端子１５を蓋体１３にナット締めする。そして、電槽本体１２の内部に電極組立体を挿入した後、電槽本体１２の開口部を蓋体１３で塞ぎ、電槽本体１２と蓋体１３をレーザー溶接によって封止する。引き続き、図２に示す注液装置２０を用いて電解液を電槽１１内に注入する。

まず、ノズル２３の先端を蓋体１３の上面の所定の位置に配置する。これにより、タンク２１内の電解液２２について、ノズル２３内および蓋体１３の注液口１８を通した電解液２２の電槽１１への流路が確保される。

そして、超音波振動源２４を作動させてノズル２３の先端開口部付近を直接振動させる。この状態で、ノズル２３の内部を電解液２２が通過してノズル２３先端の開口部から電槽１１内に電解液が注入される。このノズル２３の内部を電解液２２が通過して先端の開口部から電解液２２が出る際において、図３に示すように、超音波振動源２４によりノズル２３の内壁面２３ａが振動する。つまり、気泡が付くノズル２３の内壁面が振動する。

よって、気泡がノズル内壁面と接触した時に摩擦抵抗があるが、振動によりノズル２３の内壁面２３ａとの接触でとどまっていた気泡３０は内壁面２３ａとの接触面積が少なくなり、ノズル内壁面２３ａから離れて浮上する。

これにより、ノズル内壁面には気泡が無いので摩擦抵抗を減らしてノズル２３内での電解液２２の流速、即ち、注液速度が上がり、電解液が電槽１１内に入りやすくなる。また、ノズル２３内の電解液については振動により流動化して下降して電槽１１内に入りやすくなる。さらに、超音波振動を加えることにより電解液２２の温度上昇も期待でき、液温上昇により粘度が下がって電解液２２の流れがよくなり、ノズル２３内での電解液２２の流速の更なる向上が図られる。

このようにして電槽１１に電解液２２を注入した後において注液口１８をキャップ１９で塞ぐ。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）ノズル２３からリチウムイオン二次電池１０の電槽１１内に電解液２２を注入するための注液方法として、ノズル２３の先端開口部付近を直接振動させながら電槽１１内に電解液２２を注入する。これにより、二次電池の注液工程において、注液口１８は微小でありノズル２３の先端が細くなり液がノズル壁面と接触することで電解液の注液速度が遅くなりがちであるが、ノズル２３の先端開口部付近を直接振動させることによって電解液の注液速度を速くすることができる。

（２）電槽１１内に電解液２２が注入された蓄電池としてのリチウムイオン二次電池の製造方法として、上記（１）の注液方法により電槽１１内に電解液２２を注入することにより、電解液の注液速度を速くして生産性の向上を図ることができる。

（３）リチウムイオン二次電池１０の電槽１１内に電解液２２を注入するための注液装置２０として、電解液２２を注入するためのノズル２３と、ノズル２３の先端開口部付近を直接振動させる振動手段としての振動源２４と、を備える。これにより、振動源２４によりノズル２３の先端開口部付近を直接振動させながら電槽１１内に電解液２２を注入することができる。よって、二次電池の注液工程において、注液口１８は微小でありノズル２３の先端が細くなり液がノズル壁面と接触することで電解液の注液速度が遅くなりがちであるが、ノズル２３の先端開口部付近を直接振動させることによって電解液の注液速度を速くすることができる。

（４）振動手段（振動源２４）は、超音波振動の発振源であるので、電解液２２の温度を上昇させて粘度を下げることによって電解液２２の流れをよくしてノズル２３内での電解液２２の流速の更なる向上を図ることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に示すように、ノズル２３は、その先端開口部付近の内壁面に突起４０を有する。突起４０は、微細な棒状突起であり、ノズル２３の内壁面に複数設けられている。
そして、超音波振動源２４により突起４０が振動する。この振動によって突起４０が揺れるので気泡を上昇させる若しくは電解液の注入方向の流れを作ることができ、電解液の流れをよくしてノズル２３内での電解液の流速の更なる向上を図ることができる。つまり、ノズル２３の内部の電解液２２が攪拌され、ノズル２３の内壁面２３ａとの接触でとどまっていた気泡３１は内壁面２３ａから離れて浮上する。これにより、ノズル２３内での電解液２２の流速、即ち、注液速度が上がる。

第２の実施形態によれば、上記（１）〜（４）に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（５）ノズル２３は、その先端開口部付近の内壁面に突起４０を有するので、電解液２２の流れをよくしてノズル２３内での電解液２２の流速の更なる向上を図ることができる。

（６）第１の実施形態との比較において第２の実施形態ではノズル内部における電解液を突起４０により撹拌できるので、より注入速度を速くすることができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・第２の実施形態の突起に代わり突条をノズル内壁に螺旋状に設ける等してもよい。
・振動源として超音波振動源２４を用いたが、それ以外の振動源を用いてもよい。つまり、振動について超音波振動を用いたが、これに限らない。例えば電磁波振動等を用いてもよい。

・ノズルはテーパ状をなしていたが、真っ直ぐな筒状をなしていてもよい。
・蓄電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限定されることなく、他の二次電であっても、また一次電池、キャパシタ等であってもよい。

１０…リチウムイオン二次電池、１１…電槽、２２…電解液、２３…ノズル、２４…振動源、４０…突起。

Claims (3)

1. 蓄電池の電槽内に電解液を注入するための注液装置であって、
   前記電解液を注入するためのノズルと、
   前記ノズルの先端開口部付近を直接振動させる振動手段と、を備え、
   前記ノズルは、前記先端開口部付近の内壁面に前記ノズルの中心軸線側に向かって延びる複数の棒状の突起を有し、
   前記複数の棒状の突起は、前記振動手段によって前記ノズルが振動されることにより振動し、前記ノズル内部の前記電解液を攪拌することを特徴とする注液装置。
2. 前記ノズルは、前記先端開口部側ほど通路面積が狭くなるテーパ状をなしており、
   前記複数の棒状の突起は、前記ノズルの前記先端開口部側から離れた位置に配置された突起ほど前記ノズルの中心軸線側に向かって延びる長さが長くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の注液装置。
3. 前記振動手段は、超音波振動の発振源であ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。