JP6932492B2

JP6932492B2 - 注液装置及び注液方法

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Publication number: JP6932492B2
Application number: JP2016220099A
Authority: JP
Inventors: 孝一高田
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
Current assignee: Envision AESC Japan Ltd
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: JP2018078056A

Description

本発明は、発電要素を収容するフィルム外装体内に電解液を注液する注液装置及び注液方法に関する。

特許文献１には、発電要素を収容したフィルム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。この外装体は、２枚のラミネートシートを重ね合わせて３辺を熱封止することにより袋状に形成されている。この注液装置では、外装体を挟んで対向するように設けられた一対の弾性体により、ノズルが挿入された状態の開口部を外装体の両側から押圧することで開口部を密閉している。そして、開口部を密閉したまま、ノズルを通して外装体内に電解液が注液される。

特開２０１２−６４４６８号公報

上記の注液装置では、注液後にノズルを開口部から引き抜く際、ノズルの上昇に弾性体が追従することができず、ノズル下端部の下方において２枚のラミネートシートの間に隙間が生じてしまい、電解液の漏洩や外気の侵入が生じやすいという問題があった。

本発明における注液装置は、フィルム外装体内に挿入されるノズルと交差する高さ位置に配設され、外装体の開口部をノズルとともに外装体の外側から押圧する第１主弾性部材と、ノズル下端よりも下方に配設され、上記開口部を上記外装体の外側から押圧する第２主弾性部材と、上記外装体を挟んで上記第１主弾性部材及び上記第２主弾性部材と対向するように設けられた副弾性部材と、第１主弾性部材と第２主弾性部材とを上記外装体に対して独立して往復直線運動させる押圧機構と、上記第１主弾性部材よりも上方の位置に配設され、注液後に上記ノズルを引き抜いた状態で上記開口部を熱封止するヒータブロックと、を備える。

このような構成では、注液時に、第１主弾性部材によりノズルとともに外装体の開口部がシールされる。一方、ノズルを開口部から引き抜く際に、第２主弾性部材によりノズル下端の下方において上記開口部がシールされる。

本発明によれば、ノズルを開口部から引き抜く際にノズル下端部における隙間の発生を回避することでき、従って、電解液の漏洩や外気の侵入を抑制することができる。

第１実施例の注液装置を示す斜視図。ノズルが挿入された状態のフィルム外装体を示す説明図。第１実施例の注液装置を示す部分拡大断面図。第１主弾性部材の斜視図。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。第２主弾性部材の斜視図。注液方法を説明する図であって、ノズルが挿入された状態を示す図。同じく、第１主弾性部材及び第１副弾性部材によるシール状態を示す図。同じく、第２主弾性部材及び第２副弾性部材によるシール状態を示す図。同じく、ノズルが引き抜かれた状態を示す図。第２実施例の注液装置を部分的に拡大した正面図。

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の一実施例を示しており、図２は注液対象となるフィルム外装体３を示している。

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及び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４と、この発電要素４を電解液と共に収容するフィルム外装体３と、を備えており、発電要素４にそれぞれ接続された正極タブ５及び負極タブ６がフィルム外装体３の外部へ突出している（図２参照）。

図２に示すように、フィルム外装体３は、１つの辺３ａから正極タブ５を外部に導出するとともに、辺３ａと平行な辺３ｂから負極タブ６を外部に導出するようにして、２枚の矩形のラミネートフィルムを重ね合わせて、３つの辺３ａ，３ｂ，３ｃを熱溶着することにより袋状に形成される。３つの辺３ａ，３ｂ，３ｃを熱溶着した状態では、上辺３ｄの少なくとも中央部分は、電解液を注液するための開口部７として開口している。上辺３ｄに沿った開口部７の長さは、例えば、８０ｍｍ程度である。この注液装置２では、上記のように構成されたフィルム外装体３内に開口部７から電解液が注液され、後述するように、注液工程において、ノズル１０を横切る第１のシール線Ｌ１と、ノズル１０の下端１０ｃの下方に位置する第２のシール線Ｌ２と、に沿って開口部７がシール（密閉）される。

注液装置２は、図１に示すように、開口部７を有するフィルム外装体３を保持する押さえ治具８と、開口部７を通してフィルム外装体３の内部に挿入され、フィルム外装体３内に電解液を注液するノズル１０と、を備えている。

押さえ治具８は、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、フィルム外装体３が差し込まれる差込口１３を備えている。図１に示すように、差込口１３にフィルム外装体３を差し込んだ状態では、フィルム外装体３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。

ノズル１０は、偏平な断面形状を有しており、例えば、互いに平行な２つの側面１０ａ，１０ｂを備えた断面矩形をなしている。ノズル１０の下端１０ｃは、電解液を吐出する注液口として開口している。ノズル１０は、開口部７の上方において垂直方向に延びており、図示せぬ駆動部によりフィルム外装体３に対して垂直方向に昇降するように構成されている。

さらに、注液装置２は、図１，３に示すように、フィルム外装体３の一方の側（図右方）に配置された２つの弾性部材２１，２２と、フィルム外装体３の他方の側（図左方）に配置された２つの弾性部材２３，２４と、これらの弾性部材２１〜２４をそれぞれ開閉動作させる押圧機構２６と、を備えている。

図３に示すように、フィルム外装体３を挟んで一方の側、つまりノズル１０の側面１０ｂ側には、ノズル１０と交差する高さ位置に配置された第１主弾性部材２１と、第１主弾性部材２１の下方に配置された第２主弾性部材２２と、を備えている。

フィルム外装体３を挟んで他方の側、つまりノズル１０の側面１０ａ側には、フィルム外装体３を挟んで第１主弾性部材２１と対向するように配置された第１副弾性部材２３と、第１副弾性部材２３の下方に配置されかつフィルム外装体３を挟んで第２主弾性部材２２と対向するように配置された第２副弾性部材２４と、を備えている。

第１主弾性部材２１は、第１副弾性部材２３と協働して、開口部７をノズル１０とともにフィルム外装体３の外側から挟圧して、ノズル１０を横切る第１のシール線Ｌ１（図２参照）に沿ってシールするように構成されている。第１主弾性部材２１は、弾性材料としてゴム、例えば、フッ素ゴムから形成されている。第１主弾性部材２１は、断面円形の細長い棒状をなしており、その長さは、フィルム外装体３の上辺３ｄの開口部７を閉じることができる長さ、例えば、１００ｍｍ程度であり、例えば、６ｍｍ程度の直径を有している。第１主弾性部材２１は、図４に示すように、中央部分にノズル１０の外形状に沿って凹んだ略矩形の屈曲部２９を有している。この屈曲部２９は、図５に示すように、開口部７をノズル１０とともにフィルム外装体３の外側から押圧したときに、ノズル１０及びこのノズル１０に沿ったフィルム外装体３の部分を適宜に押圧し得る大きさを有している。

第１主弾性部材２１は第１保持部材３１によって保持されている。第１保持部材３１は、例えば、金属から形成されており、図３に示すように断面略Ｕ字状をなしている。第１保持部材３１は、垂直に立ち上がった底壁３２と、互いに平行をなすように底壁３２から水平方向に延びる一対の側壁３３と、を有している。底壁３２及び一対の側壁３３により構成される凹溝３０内に第１主弾性部材２１が収容されており、かつ熱溶着又は接着されている。なお、一対の側壁３３には、ノズル１０との干渉を避けるように、第１主弾性部材２１の屈曲部２９に対応した形状を有する図示せぬ切り欠きが形成されている。

第２主弾性部材２２は、図６に示すように、断面円形の細長い棒状をなし、直線状に延びている。第２主弾性部材２２は、図７に示すように、注液時におけるノズル１０の下端１０ｃの位置よりも下方に配設されている。第２主弾性部材２２は、第２副弾性部材２４と協働して、ノズル下端１０ｃの下方の第２のシール線Ｌ２（図２参照）に沿って開口部７をフィルム外装体３の外側から挟圧してシールするように構成されている。第２主弾性部材２２は、第１主弾性部材２１と同じゴム、例えば、フッ素ゴムから形成されており、同じ硬度を有している。第２主弾性部材２２の長さは第１主弾性部材２１の長さと同様であり、例えば、１００ｍｍ程度である。第２主弾性部材２２の直径は第１主弾性部材２１の直径よりも小さく、例えば、３ｍｍ程度である。

第２主弾性部材２２は第２保持部材３５によって保持されている。第２保持部材３５は、第２保持部材３５と同様の構成を有しており、底壁３６と、一対の側壁３７と、から構成される凹溝４０内に第２主弾性部材２２が収容され、かつ熱溶着又は接着されている。

第１副弾性部材２３は、第１主弾性部材２１よりも硬度が高いゴム、例えば、シリコーンゴムから平坦なシート状に形成されている。第１副弾性部材２３の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度である。

第１副弾性部材２３は金属からなる第３保持部材３８によって保持されている。第３保持部材３８は、図３に示すように直方体形状を有し、その表面に第１副弾性部材２３が熱溶着又は接着されている。

第２副弾性部材２４は、第１副弾性部材２３と同じゴムから平坦なシート状に形成されている。第２副弾性部材２４の厚さは、第１副弾性部材２３と同じく、例えば、０．５ｍｍ程度である。

第２副弾性部材２４は、金属からなる第４保持部材３９によって保持されている。第４保持部材３９は、第３保持部材３８と同様に直方体形状を有し、その表面に第２副弾性部材２４が熱溶着又は接着されている。

押圧機構２６は、本実施例では、図１に示すように、４つのアクチュエータ４１〜４４を含んでいる。これらのアクチュエータ４１〜４４は、フィルム外装体３に対して弾性部材２１〜２４をそれぞれ独立して往復直線運動させるように構成されている。第１主弾性部材２１を往復直線運動させる第１アクチュエータ４１は、ロッド４１ａを介して第１保持部材３１の底壁３２に連結されており、第２主弾性部材２２を往復直線運動させる第２アクチュエータ４２は、ロッド４２ａを介して第２保持部材３５の底壁３６に連結されている。第１副弾性部材２３を往復直線運動させる第３アクチュエータ４３は、ロッド４３ａを介して第３保持部材３８に連結されており、第２副弾性部材２４を往復直線運動させる第４アクチュエータ４４は、ロッド４４ａを介して第４保持部材３９に連結されている。上方に位置する第１アクチュエータ４１及び第３アクチュエータ４３は互いに連動して作動し、開口部７を挟んで両側に位置する第１主弾性部材２１と第１副弾性部材２３とが開閉動作する。他方、下方に位置する第２アクチュエータ４２及び第４アクチュエータ４４は互いに連動し、開口部７の両側に位置する第２主弾性部材２２と第２副弾性部材２４とが開閉動作する。

さらに、注液装置２は、電解液の注液後にフィルム外装体３の開口部７を熱封止する一対の封止用ヒータブロック４８を備えている。一対の封止用ヒータブロック４８は、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３の上方において、フィルム外装体３を挟んで互いに対向するように配置されている。これらの封止用ヒータブロック４８は、図示せぬ駆動部により水平方向に互いに接近・離間するように構成されている。各々の封止用ヒータブロック４８は、例えば、熱伝導性に優れた金属材料によって細長いブロック状に形成されており、内部に電熱ヒーターが収容されている。

次に、図７〜１０を参照して、本実施例の注液装置２による電解液の注液方法について説明する。

まず、図示せぬ駆動部によりノズル１０をフィルム外装体３に向けて下降させ、図７に示すように、開口部７を通してノズル１０をフィルム外装体３内に挿入する。ノズル１０は、下端１０ｃが第１のシール線Ｌ１と第２のシール線Ｌ２との間に位置する状態まで下降される。

次いで、第１アクチュエータ４１及び第３アクチュエータ４３を連動して作動させ、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３をフィルム外装体３に向けて水平方向にそれぞれ移動させる。つまり、図８に示すように、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３により、ノズル１０を開口部７に挿入した状態で、開口部７をフィルム外装体３の両側から挟圧する。これにより、開口部７がノズル１０を横切る第１のシール線Ｌ１に沿って密閉される。

その後、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３により開口部７を密閉した状態で、ノズル１０を通して真空引きを行う。真空引き終了後、ノズル１０を通してフィルム外装体３内に電解液を注液する。このとき、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３により開口部７が密閉されているため、電解液の漏洩が防止される。さらに、第１主弾性部材２１の直径を相対的に大きくしたことにより、第１主弾性部材２１の変形量が大きくなり、ノズル１０の周囲に追従し易くなるため、開口部７を第１のシール線Ｌ１に沿って確実にシールすることができる。

注液終了後、第２アクチュエータ４２及び第４アクチュエータ４４を連動して作動させて、第２主弾性部材２２及び第２副弾性部材２４をフィルム外装体３に向けて水平方向にそれぞれ移動させる。つまり、図９に示すように、第２主弾性部材２２及び第２副弾性部材２４により、開口部７をフィルム外装体３の両側から挟圧する。これにより、開口部７がノズル下端１０ｃの下方の第２のシール線Ｌ２に沿って、密閉される。第２主弾性部材２２は、ノズル１０が存在せず凹凸の少ない部分をシールするため、直径を第１主弾性部材２１の直径よりも相対的に小さくすることができ、この小径の第２主弾性部材２２により、開口部７を第２のシール線Ｌ２に沿って確実にシールすることができる。

次に、図１０に示すように、第２主弾性部材２２及び第２副弾性部材２４による密閉状態を維持したまま、第１アクチュエータ４１及び第３アクチュエータ４３により、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３を後退させ、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３によるシールを解放する。そして、ノズル１０を上昇させて開口部７から引き抜く。第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３によるシールを解放することにより、ノズル１０を容易に引き抜くことができる。また、第２主弾性部材２２及び第２副弾性部材２４により開口部７の密閉状態が維持されているため、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３によるシールを解放しても、フィルム外装体３内が密閉され、電解液の漏洩や外気の侵入が抑制される。

次いで、一対の封止用ヒータブロック４８をフィルム外装体３に向けて水平方向にそれぞれ移動させ、一対の封止用ヒータブロック４８によりフィルム外装体３を両側から挟圧して、開口部７を熱封止する。熱封止の終了後、第２主弾性部材２２、第２副弾性部材２４及び一対の封止用ヒータブロック４８を、フィルム外装体３から離れるよう水平方向にそれぞれ後退させ、電解液の注液が終了する。

本実施例によれば、ノズルを開口部から引き抜く際に、ノズル１０の下端１０ｃにおける隙間の発生を抑制することできる。従って、一連の注液工程中において、フィルム外装体３の開口部７を密閉状態に維持することができる。

次に、図１１を参照して、注液装置２の第２実施例について説明する。なお、上述した第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施例の注液装置２は、フィルム外装体３を挟んで第１主弾性部材２１及び第２主弾性部材２２の双方と対向するように配置された１つの副弾性部材１２３を備えている。この副弾性部材１２３は、第１主弾性部材２１よりも硬度が高いゴム、例えば、シリコーンゴムから平坦なシート状に形成されている。副弾性部材１２３の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度である。副弾性部材１２３は、第１主弾性部材２１及び第２主弾性部材２２の双方に対応する大きさを有している。すなわち、副弾性部材１２３は、第１主弾性部材２１による第１のシール線Ｌ１と、第２主弾性部材２２による第２のシール線Ｌ２と、を含む範囲に亘っている。副弾性部材１２３は保持部材１３８の表面に熱溶着又は接着されている。

保持部材１３８の裏面にはアクチュエータ１４３が連結されている。このアクチュエータ１４３は、第１主弾性部材２１及び第２主弾性部材２２から独立して副弾性部材１２３をフィルム外装体３に対して往復直線運動させることが可能である。

次に、第２実施例の注液装置２の作用について説明する。

まず、図示せぬ駆動部により、ノズル１０の下端１０ｃが、第１のシール線Ｌ１と第２のシール線Ｌ２との間に位置するように、ノズル１０を下降させてノズル１０をフィルム外装体３内に挿入する。

次いで、第１アクチュエータ４１及びアクチュエータ１４３を連動して作動させ、第１主弾性部材２１と副弾性部材１２３とをフィルム外装体３に向けて水平方向にそれぞれ移動させる。そして、第１主弾性部材２１及び副弾性部材１２３により、ノズル１０を開口部７に挿入した状態で、開口部７をフィルム外装体３の両側から挟圧する。これにより、開口部７が第１のシール線Ｌ１（図２参照）に沿って密閉される。この状態で、フィルム外装体３内に電解液を注液する。

注液終了後、第２アクチュエータ４２を作動させて、第２主弾性部材２２をフィルム外装体３に向けて水平方向に移動させる。そして、第２主弾性部材２２及び副弾性部材１２３により、開口部７をフィルム外装体３の両側から挟圧する。これにより、開口部７がノズル下端１０ｃの下方の第２のシール線Ｌ２（図２参照）に沿って、密閉される。

次に、第２主弾性部材２２及び副弾性部材１２３による密閉状態を維持したまま、第１アクチュエータ４１により、第１主弾性部材２１を後退させ、第１のシール線Ｌ１に沿ったシールを解放する。そして、ノズル１０を上昇させて開口部７から引き抜く。

その後、一対の封止用ヒータブロック４８（図１０参照）によりフィルム外装体３を両側から挟圧して、開口部７を熱封止する。熱封止の終了後、第２主弾性部材２２、副弾性部材１２３及び一対の封止用ヒータブロック４８を、フィルム外装体３から離れるよう水平方向にそれぞれ後退させ、電解液の注液が終了する。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。

第１実施例では、押圧機構２６は、弾性部材２１〜２４をそれぞれ独立して直線運動させる４つのアクチュエータ４１〜４４を含んでいるが、押圧機構２６が２つのアクチュエータを含み、一方のアクチュエータにより、上方に位置する第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３の双方を開閉動作させ、他方のアクチュエータにより、下方に位置する第２主弾性部材２２及び第２副弾性部材２４の双方を、第１主弾性部材２１及び第１副弾性部材２３から独立させて開閉動作させるようにしてもよい。

また、上記第１実施例では、ノズル１０を通して真空引きを行っているが、真空チャンバ内において注液を行ってもよい。

さらに、上記の各実施例では、正極タブ５をフィルム外装体３の１つの辺３ａから導出し、かつ負極タブ６を辺３ｂから導出してなるフィルム外装電池１を例にして本発明を説明したが、正極タブ５及び負極タブ６の双方を１つの辺（例えば、辺３ａ又は辺３ｂ）から導出してなるフィルム外装電池１であっても本発明を適用することができる。

また、弾性部材２１〜２４，１２３の形状は、上記の各実施例に限定されない。例えば、第１副弾性部材２３が第１主弾性部材２１と同様に、ノズル１０の外形状に沿った屈曲部を有していてもよい。

１フィルム外装電池
２注液装置
３フィルム外装体
７開口部
１０ノズル
２１第１主弾性部材
２２第２主弾性部材
２３第１副弾性部材
２４第２副弾性部材
２６押圧機構
４１第１アクチュエータ
４２第２アクチュエータ
４３第３アクチュエータ
４４第４アクチュエータ
１２３副弾性部材

Claims

発電要素を収容するフィルム外装体内に電解液を注液する注液装置であって、
上記外装体の上辺に設けられた開口部を通して該外装体の内部に挿入されるノズルと、
上記ノズルと交差する高さ位置に配設され、上記開口部を上記ノズルとともに上記外装体の外側から押圧してシールする第１主弾性部材と、
上記ノズルの下端よりも下方の位置に配設され、上記開口部を上記外装体の外側から押圧してシールする第２主弾性部材と、
上記外装体を挟んで上記第１主弾性部材及び上記第２主弾性部材と対向するように設けられ、上記第１主弾性部材及び上記第２主弾性部材と協働して上記開口部を挟圧してシールする副弾性部材と、
上記第１主弾性部材と上記第２主弾性部材とを上記外装体に対して独立して往復直線運動させる押圧機構と、
上記第１主弾性部材よりも上方の位置に配設され、注液後に上記ノズルを引き抜いた状態で上記開口部を熱封止するヒータブロックと、
を備えてなる、注液装置。
上記副弾性部材は、上記第１主弾性部材及び上記第２主弾性部材にそれぞれ対応する第１副弾性部材と第２副弾性部材とに分割して構成されており、第１副弾性部材及び第２副弾性部材の各々が独立して上記外装体に対して往復直線運動する、ことを特徴とする請求項１に記載の注液装置。
上記副弾性部材は、上記第１主弾性部材及び上記第２主弾性部材の双方に対応する大きさを有する弾性部材から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の注液装置。
上記第１主弾性部材は、上記ノズルの外形状に対応した屈曲部を有する、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。
上記第２主弾性部材の断面積は上記第１主弾性部材の断面積よりも小さい、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の注液装置。
発電要素を収容したフィルム外装体内に電解液を注液する注液方法であって、
上記フィルム外装体の上辺に設けられた開口部にノズルを挿入し、
上記ノズルを横切る第１のシール線に沿って上記開口部を上記ノズルとともに上記外装体の外側から挟圧してシールし、
上記ノズルを通して上記フィルム外装体内に電解液を注液し、
注液後にノズル下方の第２のシール線に沿って上記開口部を外側から挟圧してシールし、
上記第２のシール線に沿ったシールを維持した状態で、上記第１のシール線に沿ったシールを解放して、上記ノズルを上記開口部から引き抜き、
上記第２のシール線に沿ったシールを維持した状態のまま上記第１のシール線よりも上方の位置で上記開口部を熱封止する、
ことを特徴とする、注液方法。