JP6769822B2 - 注液装置 - Google Patents

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袋状外装体の開口部にノズルを挿入して電解液を注液する注液装置が開示されている。この袋状外装体は、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、ノズルを挿入した状態の外装体の開口部を一対のシールブロックにより外装体の両面から押圧したときに、弾性体であるシールブロックが押圧方向と交差する方向に膨出変形することがある。これにより、ノズルの周壁部とこの周壁部を挟む２枚のラミネートシートとの間の密閉性が不十分となる虞がある。

本発明では、注液装置が、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する一対の弾性体を備えてなる押圧機構を有し、この押圧機構は、袋状フィルム外装体に対する押圧方向と交差する方向への弾性体の膨出変形を規制するように弾性体の側面と接する壁部を備えている。

従って、弾性体が、押圧方向と交差する方向に拡がらずにノズルの外周に沿って変形する。

本発明によれば、袋状フィルム外装体が、弾性体の変形に伴う復元力によってノズルと確実に密着し、これにより、フィルム外装体とノズルとの間の密閉性が向上する。従って、フィルム外装体とノズルとの隙間からの電解液の漏れが防止される。

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斜視図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って取った押圧部の断面図である。 第２の実施例の押圧部の断面図である。 第２の実施例の押圧部をシールブロック側から見た説明図である。 第２の実施例の押圧部を用いた押圧工程を示す説明図である。 第３の実施例の押圧部の斜視図である。

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、円筒形をなしており、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を挟んで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。

図３に示すように、押圧部１４は、細長い直方体形状のシールブロック１５（図にドットで示す）と、このシールブロック１５を保持するブロック保持部材１６と、を備えている。シールブロック１５は、弾性体例えばシリコーンゴムによって形成されている。ブロック保持部材１６は、細長い直方体形状の基部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は、図４に示すようにシールブロック１５の幅（図４の上下方向の幅）に対応した幅を有するとともに、図３に示すようにシールブロック１５の長さ（図３のシールブロック１５の長手方向の長さ）に対応した長さを有している。基部１７およびシールブロック１５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。図４に示すように、基部１７の表面１７ａ（図４の右側の面）に、シールブロック１５の裏面１５ｂが熱溶着または接着されている。

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１８Ａ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１５は、ブロック保持部材１６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１５の膨出変形を規制する変形規制部材１９をさらに備えている。変形規制部材１９は、例えば金属から形成されている。変形規制部材１９は、図３に示すように断面概ねＵ字状をなしており、垂直面に沿った底壁部２０と、この底壁部２０から直角に折り曲げられた２つの側壁部２１，２１と、を備えている。底壁部２０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２２が形成されている。２つの側壁部２１，２１は、互いに平行に配置されており、シールブロック１５の側面１５ｃおよび基部１７の側面１７ｂに沿って板状にそれぞれ形成されている。２つの側壁部２１，２１は、シールブロック１５が注液ノズル９の長手方向つまり上下方向に拡がらないように、シールブロック１５の両側面１５ｃ，１５ｃに実質的に接した状態に配置されている。また、側壁部２１には、注液ノズル９との干渉を避けるように半円状の切り欠き２７が形成されている。このように構成された変形規制部材１９は、シールブロック１５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２０は、注液ノズル９の長手方向と平行になっており、側壁部２１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２３を備えている。ばね２３は、シャフト部１８に挿入されている。図４に示すように、ばね２３の一端２３ａは、シャフト部１８の張出部１８Ａに接しており、一方、ばね２３の他端２３ｂは、底壁部２０に接している。ばね２３は、シールブロック１５および基部１７に対して後退可能な変形規制部材１９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４に示すように、側壁部２１の端面２１ａは、シールブロック１５の表面１５ａと同一平面上にある。

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２４，２４を備えている。一対の封止用ヒータ２４，２４は、実質的に互いに同様に構成されている。封止用ヒータ２４は、押圧部１４の上方に位置している。封止用ヒータ２４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２４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２４，２４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。

上記のように構成された注液装置２では、図１に示すように開口部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が押さえ治具８で支持され、そして、注液ノズル９が開口部７に挿入される。注液の前工程として、押圧機構１０の一対の押圧部１４，１４を互いに接近させることにより、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７が、このフィルム外装体４の厚さ方向に両側から押圧される。このとき、注液ノズル９は、シールブロック１５の長手方向と直交して延びている。次に、注液ノズル９を挿入した状態の袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７を両側から押圧したまま、電解液が、注液ノズル９を通して袋状ラミネートフィルム外装体４内に注液される。

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。

ここで、本実施例では、互いに対向する一対の側壁部２１，２１を備えた変形規制部材１９を設けたことから、袋状ラミネートフィルム外装体４に対する押圧方向と交差する方向、特に注液ノズル９の長手方向（上下方向）へのシールブロック１５の膨出変形が規制される。これにより、シールブロック１５が、注液ノズル９の長手方向に拡がらずに注液ノズル９の周壁部９Ａに沿って変形する。そのため、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、一対のシールブロック１５，１５の変形に伴う復元力によって注液ノズル９に確実に密着する。従って、注液ノズル９の周壁部９Ａ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、変形規制部材１９を具備しない場合に比較して、同等の密閉性を確保するために必要な押圧力が相対的に低くなり、従って、押圧機構１０の大型化が防止される。

次に、図５を参照して、第２の実施例の押圧機構１０の押圧部１４について説明する。図５は、シールブロック１５の長手方向に沿った押圧部１４の断面図である。第２の実施例では、シールブロック１５の両端部が半円形に形成されており、基部１７もこれに対応した形状を有している。そして、例えば金属からなる変形規制部材１９に、シールブロック１５の周囲を囲む環状に連続した壁部２５が設けられている。壁部２５は、シールブロック１５の上下の側面１５ｃならびに端部の円弧面１５ｄおよびブロック保持部材１６の基部１７の上下の側面１７ｂならびに端部の円弧面１７ｃに接している。

図７には、第２の実施例の押圧部１４を用いた袋状ラミネートフィルム外装体４の押圧工程が示されている。

図７（ａ）には、袋状ラミネートフィルム外装体４の押圧前の状態が示されており、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が、一対の押圧部１４，１４の間に位置している。

図７（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１５，１５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の両側から挟む。このとき、シールブロック１５，１５の外側の変形規制部材１９，１９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の両側に、隙間２６，２６が残存する。

図７（ｃ）に示すように、一対の押圧部１４，１４は、ばね２３の付勢力に対抗して、さらに接近していくため、一対のシールブロック１５，１５はブロック保持部材１６の基部１７に押されて、押圧方向と交差する方向への膨出変形が規制されたままさらに圧縮され、注液ノズル９の周壁部９Ａに沿って変形する。これにより、２枚のラミネートフィルムが、注液ノズル９両側の隙間２６，２６（図７（ｂ）参照）を埋めるように注液ノズル９の周壁部９Ａに密着する。

なお、開口部７の封止後に、一対の押圧部１４，１４を互いに離間させたときに、変形規制部材１９は、ばね２３の付勢力により、図７（ａ）に示す所定の位置に戻る。

上記のように、第２の実施例では、シールブロック１５の外周面１５ｄに接する長円形に連続した壁部２５により、注液ノズル９の長手方向（上下方向）へのシールブロック１５の拡がりに加えて、袋状ラミネートフィルム外装体４の幅方向（図２の袋状ラミネートフィルム外装体４の左右方向）へのシールブロック１５の拡がりも抑制される。従って、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にさらに確実に密着する。これにより、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７の密閉性がさらに向上する。

なお、上記各実施例では、袋状ラミネートフィルム外装体４の開口部７を押圧する直方体形状や長円形のシールブロック１５を開示したが、図８に示すように円柱形のシールブロック１５を用いた構成も、本発明に適用することができる。ここで、円柱形のシールブロック１５の直径は、互いに対向した２つの側壁部２１，２１の間の距離に一致している。図８の実施例においても、２つの側壁部２１，２１は、図１の上下方向に沿ったシールブロック１５の膨出変形を規制する。

また、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。

さらに、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。

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・・・シールブロック
１６・・・ブロック保持部材
１９・・・変形規制部材
２１・・・側壁部
２３・・・ばね
２５・・・壁部
２６・・・隙間

Claims (4)

1. 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する一対の弾性体を備えてなる押圧機構と、
   を備え、
   前記押圧機構は、前記袋状フィルム外装体に対する押圧方向と交差する方向への前記弾性体の膨出変形を規制するように前記弾性体の側面と接する壁部を備えることを特徴とする注液装置。
2. 前記押圧機構は、前記弾性体の両側面と接する一対の壁部を備えることを特徴とする請求項１に記載の注液装置。
3. 前記押圧機構は、前記袋状フィルム外装体に対する押圧方向と交差する方向への前記弾性体の膨出変形を規制するように前記弾性体の外周面と接する環状に連続した壁部を備えることを特徴とする請求項１に記載の注液装置。
4. 前記壁部が、前記弾性体に対して後退可能となっており、前記袋状フィルム外装体に向けて前記壁部を付勢するばねを備え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。

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