KR20130062884A - 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 전극군 내에서의 전해액의 함침 불균일을 발생시키기 어려워, 단시간에 전해액을 주액하는 것이 가능한 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
세퍼레이터를 거쳐서 적층된 정극과 부극을 갖는 전극군을 수납한 개구부를 갖는 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재가 설치된 주액 챔버 내를 대기압보다 낮은 압력까지 감압하는 감압 공정과, 상기 감압 공정에 개구부로부터 외장재 내에 소정 주액량의 전해액을 주액하는 주액 공정과, 주액 공정 후, 개구부를 밀봉하기 전에 주액 챔버 내의 압력을 주액 공정 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 가감압 공정을 포함하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법에 의해 달성된다.

Description

필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법 및 제조 장치{MANUFACTURING METHOD AND MANUFACTURING APPARATUS FOR ELECTRICAL DEVICE WITH FILM COVERING}
본 발명은 전지나 캐패시터로 대표되는 전기 디바이스 요소를 라미네이트 필름에 수용한 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
전해 콘덴서나 전지로 대표되는 전기 디바이스는, 전극군을 넣은 금속 등으로 이루어지는 케이스에 전해액을 주액해서 전기 디바이스 요소를 얻고, 그 후 케이스를 폐색해서 제조된다. 또한, 본 명세서에서의 설명에서는, 세퍼레이터를 개재하여 적층된 정극과 부극을 갖고, 전해액의 일련의 주액 공정이 완료되기 전의 상태(단계)의 것을 「전극군」이라고 칭하고, 전해액의 일련의 주액 공정이 완료된 상태(단계)의 것을 「전기 디바이스 요소」로 하여 구별하고 있다.
종래, 수직으로 세운 케이스에 소정량의 전해액을 주액하고, 그 후 장시간 정치함으로써 전극군의 간극에 서서히 전해액을 침투시켜갔다. 그러나, 일반적으로, 전극군은 전극판을 조밀하게 적층하여 이루어지는 것인 점에서 전극군의 간극에 전해액을 함침시키기 위해서는 시간을 필요로 한다. 정치된 전해액이 저절로 전극간의 간극에 침투될 때까지, 예를 들어 일주야 방치시켜 둘 필요가 있어 지극히 생산 효율이 나쁘다.
또한, 전해액의 함침 속도가 지극히 느린 점으로부터, 케이스 내에 필요한 양의 전해액을 한번에 공급하면 전해액이 케이스로부터 넘쳐버린다. 따라서, 케이스의 개구부에 수밀하게 커버를 장착해 두고, 이 커버 내에 소정량의 전해액을 주액해 두는 등의 방법이 채용되어 있었다. 그러나, 이 방법은 케이스에 하나씩 커버를 장착하는 수고가 드므로, 제조 효율을 높이는 것을 곤란해 하고 있다.
특허 문헌 1에서는, 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 전해액의 주액·함침 방법을 개시하고 있다. 즉, 케이스의 개구부를 기밀하게 폐색해서 감압하고, 감압된 케이스에 전해액을 주액해서 전극군의 간극에 전해액을 함침시킨다. 전해액을 주액해서 감압하는 것이 아니라, 케이스의 개구부를 감압한 후에 전해액을 주액하여 일단 액 저장소를 형성한다. 감압한 케이스에 전해액을 주액하여 전극군의 간극에 전해액을 침투시킨 후, 또한 케이스 내의 압력을 상승시켜서 액 저장소의 전해액을 전극군의 간극에 침투시킨다.
이 방법은 일단 감압 상태로 하여 전극군의 간극에 있는 전해액의 함침을 저해하는 공기를 배제하고, 간극에 전해액이 침투하기 쉬운 상태로 하고 나서부터 전해액을 주액하고, 그 후, 또한 가압해서 액 저장소의 전해액을 주액한다. 이렇게 감압과 가압의 조합에 의해, 전해액에 함침에 필요로 하는 시간의 단축화뿐만 아니라, 가압을 개방했을 때에 전해액의 비산도 방지하고 있다.
한편, 상술한 바와 같은 금속제의 케이스를 사용한 전기 디바이스 이외에, 외장체에 알루미늄 등의 금속층과 열 용착성의 수지층을 접착제층을 개재하여 포개서 얇은 필름과 이룬 라미네이트 필름 외장재를 사용한 필름 외장 전기 디바이스가 개발되고 있다. 라미네이트 필름 외장재는 일반적으로 알루미늄 등의 얇은 금속층의 양쪽 표면을 얇은 수지층으로 피복한 구조를 이루고 있고, 산이나 알칼리에 강하면서 경량으로 유연한 성질을 갖는 것이다.
특허 3467135호 공보
필름 외장 전기 디바이스의 라미네이트 필름 외장재는 금속제의 케이스와는 달리 유연성을 갖고 있다. 즉, 라미네이트 필름 외장재는 용이하게 변형되므로, 전해액의 주액에 있어서도 변형되기 어려운 금속제의 케이스에는 없는 과제를 낳는다.
우선, 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재의 개구부에 주입된 전해액은, 개구부에 액 저장소를 형성하지 않고 전극군의 주면과 라미네이트 필름의 사이에 유입되어버린다. 이 때문에, 액 저장소에 의해 전극군을 일시적으로 외부에 대하여 밀봉하고, 전극군과 외부의 사이에 압력차를 설치해서 액 저장소를 형성하고 있는 전해액을 전극군에 함침시킨다는 특허 문헌 1에 개시된 방법을 그대로 채용할 수는 없다. 그 때문에, 라미네이트 필름 외장재를 사용하여 이루어지는 필름 외장 전기 디바이스에서는, 상기한 바와 같이, 전극군의 간극에 전해액을 함침시키기 위해서는 시간을 필요로 한다. 정치한 전해액이 저절로 전극간의 간극에 침투될 때까지, 예를 들어 일주야 방치시켜서 둘 필요가 있어 지극히 생산 효율이 나쁘다.
또한, 전해액은 똑같은 속도로 전극군 내에 함침되는 것은 아니고, 함침시키는 부위, 특히 전극군의 중앙부에 있어서 전해액이 충분히 함침될 수 없는 현상(함침 불균일)을 발생시키기 쉽다는 문제가 있다. 이 전해액의 함침 불균일은, 라미네이트 필름이 유연성을 가짐으로써 라미네이트 필름의 표면에 주름으로서 드러나는 것으로도 될 수 있다.
또한, 이 전극군 내에서의 전해액의 함침 불균일은, 플러스 마이너스 전극 사이의 이온 전도 특성이 낮은 영역을 면 내에서 부분적으로 생기게 하고, 그 결과, 전지의 전기 특성을 저하시켜버리는 문제를 발생시킨다.
따라서, 본 발명은 전극군 내에서의 전해액의 함침 불균일을 발생시키기 어렵고, 단시간에 전해액의 주액후의 침투, 함침을 촉진시키는 것이 가능한 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법은, 이하의 (1) 내지 (3)의 각 공정을 포함하는 점에 특징을 갖고 있다.
(1) 세퍼레이터를 거쳐서 적층된 정극과 부극을 갖는 전극군을 수납한 개구부를 갖는 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재가 설치된 주액 챔버 내를 대기압보다 낮은 압력까지 감압하는 감압 공정을 갖는다.
(2) 상기 감압 공정 후, 상기 개구부로부터 외장재 내에 소정 주액량의 전해액을 주액하는 주액 공정을 갖는다.
(3) 상기 주액 공정 후, 상기 개구부를 밀봉하기 전에 주액 챔버 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 가감압 공정을 갖는다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스의 제조 장치는, 이하의 (1) 내지 (3)의 각 수단을 포함하는 점에 특징을 갖는다.
(1) 세퍼레이터를 거쳐서 적층된 정극과 부극을 갖는 전극군을 수납한 개구부를 갖는 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재가 설치된 주액 챔버 내의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 갖는다.
(2) 상기 개구부로부터 외장재 내에 전해액을 주입하는 주액 수단을 갖는다.
(3) 상기 압력 조정 수단에 의해, 주액 챔버 내를 대기압보다 낮은 압력까지 감압시키고, 감압 후, 상기 주입 수단에 의해 외장재 내에 소정 주액량의 전해액을 주액시키는 제어 수단을 갖는다. 또한 상기 압력 조정 수단에 의해, 상기 개구부를 밀봉하기 전에 주액 챔버 내의 압력을 상기 주액 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 제어 수단을 갖는다.
본 발명에 따르면, 주액한 후에 밀봉 전에 가감압을 행하므로, 주액 후, 전해액의 함침을 촉진시킬 수 있다. 주액 후이므로, 세퍼레이터에 전해액이 보유 지지되어 있고, 가감압해도 비산이 일어나지 않는다. 그 결과, 전해액의 함침 불균일을 발생시키지 않고, 주액 후, 단시간에 전해액을 침투, 함침시키는 것이 가능한 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법 및 그 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 제1 실시 형태의 필름 외장 전지의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a는 제1 실시 형태의 필름 외장 전지를 모식적으로 나타낸 완성 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 제1 실시 형태의 필름 외장 전지를 각 구성 요건마다 분해한 상태를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 필름 외장 전지 내의 발전 요소의 주면 및 적층 측면을 설명하기 위한 발전 요소의 모식적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스 제조 장치의 대표적인 일실시 형태(제1 실시 형태)로서, 전극군을 수납한 개구부를 갖는 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재 내(전지 셀)에 전해액을 주액·함침하기 위한 주액·함침 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 실시 형태의 주액·함침 장치에 의한, 전해액의 주액·함침 방법에 의한 주액 프로파일과 함침 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태의 주액·함침 장치에 의한, 전해액의 주액·함침 방법에 의한, 각 주액 스텝에 의한 주액량과 진공압을 나타내는 도면이다.
도 7은 주액 시의 거품 발생의 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 사정상 과장되어 있어 실제의 비율과는 다른 경우가 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 필름 외장 전지의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 2a 및 도 2b는 제1 실시 형태의 필름 외장 전지를 모식적으로 나타낸 사시도이며, 도 2a는 필름 외장 전지의 완성 사시도, 도 2b는 도 2a의 제1 실시 형태의 필름 외장 전지를 각 구성 요건마다 분해한 상태를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다.
(필름 외장 전지)
제1 실시 형태의 필름 외장 전지(10)의 구성의 개요를 설명한다.
본 실시 형태의 필름 외장 전지(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 실제로 충방전 반응이 진행하는 대략 직사각형의 발전 요소(21)가 외장체(29)인 주머니 형상 라미네이트 필름의 내부에 밀봉된 구조를 갖는다. 상세하게는, 발전 요소(21)와, 발전 요소(21)에 설치된 정극 집전부(12b) 및 부극 집전부(11b)를 모두 수납하는 주머니 형상 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(29)를 갖는다. 또한, 필름 외장 전지(10)는 정극 집전부(12b)에 접속된 정극 탭(27)과, 부극 집전부(11b)에 접속된 부극 탭(25)을 갖는다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 세퍼레이터를 거쳐서 적층된 정극판(정극)(16)과 부극판(부극)(14)을 갖고, 전해액(20)의 일련의 주액 공정이 완료되기 전의 상태(단계)의 것을 「전극군」이라고 칭하고, 전해액(20)의 일련의 주액 공정이 완료된 상태(단계)의 것을 「발전 요소」로 하여 구별하고 있다. 전해액(20)은 주로 발전 요소(21)를 구성하는 전해질층(17)에 사용된다. 상세하게는, 세퍼레이터에 전해액(20)을 함침함으로써 전해질층(17)을 형성할 수 있다. 단, 전해액(20)은 반드시 전량이 세퍼레이터에만 함침되어 있을 필요는 없고, 전극 활물질층(13, 15)에도 함침되어 있는 것이 바람직하며, 또한 발전 요소(21)와 외장재(29)의 간극(공극부)에도 존재하고 있어도 된다.
도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같이, 발전 요소(21)의 각층의 전극(의 집전체(11, 12))로부터 전류를 취출하기 위해서, 금속판(또는 금속박)으로 이루어지는 전극 집전부(11b, 12b)의 연장부(11a, 12a)가 연장되어 있다. 각 층의 전극(의 집전체(11, 12)) 각각의 연장부(11a, 12a)가 정극 집전부(12b), 부극 집전부(11b)에 있어서 각각 부극 탭(25), 정극 탭(27)에 접속되어 있다. 상세하게는, 각각의 부극 집전체(11) 및 정극 집전체(12)에 연장부(11a, 12a)의 일단부가 각각 접속되어 있고, 각 연장부(11a, 12a)의 타단부에는 각 집전부(11b, 12b)가 설치 내지 접속되어 있다. 또한, 부극 탭(25) 및 정극 탭(27)은, 주머니 형상 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장재(29)의 단부(밀봉부 또는 시일부(29f))에 끼워지도록 하여 해당 외장재(29)의 외부에 도출되는 구조를 갖고 있다. 부극 탭(25) 및 정극 탭(27), 전극 집전부(11b, 12b)의 연장부(11a, 12a), 각 전극의 부극 집전체(11) 및 정극 집전체(12)의 사이의 각각의 접속은 초음파 용접이나 저항 용접 등으로 설치하는 것이 바람직하다.
도 2a, 도 2b에는 주머니 형상 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장재(29)에 발전 요소(21)를 수납하기 위한 오목부(29e)가 형성되어 있고, 또한, 외장재(29)에는 2장의 라미네이트 필름을 대향시켜서 4변을 밀봉하는 타입을 나타내고 있다. 단, 본 실시 형태에서는 이것에 한정하지 않고, 오목부를 형성하지 않는 평탄한 라미네이트 필름을 외장재(29)로서 사용해도 되고, 1장의 라미네이트 필름을 되접어서 3변을 밀봉하는 타입에 적용해도 된다. 혹은, 오목부를 형성하지 않는 2장의 평탄한 라미네이트 필름을 외장재(29)로서 사용해도 되고, 2장의 라미네이트 필름을 포개어서 4변을 밀봉하는 타입에 적용해도 되는 등, 특별히 제한되는 것은 아니다.
도 1에 도시한 바와 같이, 발전 요소(21)는, 모두 대략 직사각형의 복수의 부극판(부극)(14)과 복수의 정극판(정극)(16)을 모두 대략 직사각형의 전해질층(17)을 통해서 교대로 복수 적층해서 구성되어 있다. 부극판(부극)(14)은 부극 집전체(11)와 해당 부극 집전체(11)의 양면에 형성된 부극 활물질층(13)으로 이루어진다. 정극판(정극)(16)은 정극 집전체(12)과 해당 정극 집전체(12)의 양면에 형성된 정극 활물질층(15)으로 이루어진다. 또, 전해질층(17)은 다공질의 세퍼레이터(부직포 세퍼레이터를 포함한다)에 전해액(20)을 함침하여 이루어지는 것이다. 즉, 부극판(부극)(14), 전해질층(17) 및 정극판(정극)(16)이 이 순서대로 복수 적층되어 있고, 부극판(14)의 1개의 부극 활물질층(13)과 이것에 인접하는 정극판(16)의 1개의 정극 활물질층(15)이 전해질층(17)을 통해서 대향하도록 하여 1개의 단전지층(19)을 구성한다. 따라서, 본 실시 형태의 필름 외장 전지(10)는, 단전지층(19)이 복수 적층됨으로써 전기적으로 병렬 접속되어 이루어지는 구성을 갖는다고도 할 수 있다. 또한, 발전 요소(21)의 양쪽 최외층에 위치하는 최외층 부극 집전체에는 모두 편면에만 부극 활물질층(13)이 배치되어 있지만, 양면에 부극 활물질층(13)이 설치되어도 된다. 즉, 편면에만 활물질층을 설치한 최외층 전용의 집전체로 하는 것은 아니고, 양면에 활물질층이 있는 집전체를 그대로 최외층의 집전체로서 사용해도 된다. 또한, 도 1과는 정극 및 부극의 배치를 반대로 함으로써발전 요소(21)의 양쪽 최외층에 최외층 정극 집전체가 위치하도록 하고, 해당 최외층 정극 집전체의 편면 또는 양면에 정극 활물질층(15)이 배치되고 있도록 해도 된다. 이하, 본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 발전 요소(21)를 적층 방향으로 본 면을 주면(21a)으로 하고, 적층 방향을 횡방향에서 본 면을 적층 측면(21b)으로 호칭하는 것으로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 각 부극판(14)은 부극 집전체(11)(예를 들어, 동박)의 양면에 부극 활물질층(부극 전극)(13)이 도포, 형성되어 있고, 각 정극판(정극)(16)은 정극 집전체(12)(예를 들어, 알루미늄박)의 양면에 정극 활물질층(정극 전극)(15)이 도포, 형성되어 있다. 부극 집전체(11) 및 정극 집전체(12)는 적층 영역으로부터 연장되어 있다. 상세하게는, 도 1, 도 2b에 도시한 바와 같이, 각 집전체(11, 12)의 전극 재료가 도포되어 있지 않은 연장부는 부극판측의 연장부(11a)끼리 및 정극판측의 연장부(12a)끼리가 각각 일괄하여 초음파 용접되어 있다. 이에 의해, 중계부인 정극 집전부(12b) 및 부극 집전부(11b)가 형성된다. 이와 동시에 부극 집전부(11b)에의 부극 탭(25)의 접속 및 정극 집전부(12b)에의 정극 탭(27)의 접속도 초음파 용접이 이루어진다.
라미네이트 필름 외장재(29)는 일례로서 상기한 바와 같이 1장의 직사각 형상의 라미네이트 필름을 반으로 접어서 전지 요소(21)를 그 두께 방향 양측으로부터 끼워서 포위하고 있다. 외장재(29)에 사용하는 라미네이트 필름은 열융착성을 갖는 열융착성 수지층, 금속층(예를 들어 알루미늄박) 및 (절연성) 보호층을 적층하여 이루어지는 것이다. 일례를 들면, PP(폴리프로필렌)로 이루어지는 열융착성 수지층이 본 실시 형태의 필름 외장 전지(10)의 내측의 층이 되도록 하여, 라미네이트 필름 외장재(29)의 외주부(외연부)의 열 융착부를 열 융착함으로써 밀봉부(시일부)(29f)가 형성된다. 이에 의해, 수납되어 있는 전지 요소(21)가 밀봉(밀봉 또는 절연 시일)된다. 단, 본 실시 형태의 라미네이트 필름 외장재(29)에 관해서는 상기 구성에 조금도 제한되는 것은 아니고, 종래 공지된 각종 라미네이트 필름 외장재를 적절하게 사용할 수 있다.
전해액(20)으로서는 1mol/리터의 LiPF6을 지지염으로 하고, 프로필렌 카보네이트와 에틸렌 카보네이트의 혼합 용매(질량비 50:50)를 용매로 하는 것 등을 사용할 수 있다. 단, 본 실시 형태에서는 이것들에 조금도 제한되는 것은 아니다. 즉, 전해액(20)은 용매에 지지염이 적량 용해된 형태를 갖는다. 용매로서는, 예를 들어 상기한 에틸렌 카보네이트(EC) 및 프로필렌 카보네이트(PC) 이외에 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC) 등의 카보네이트류 등을 사용할 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해서 사용해도 된다. 또한, 지지염으로서는 상기한 LiPF6 이외에 Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N, LiBF4, LiAsF6, LiTaF6, LiClO4, LiCF3SO3 등을 사용할 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해서 사용해도 된다. 또한, 지지염의 농도도 0.5 내지 2mol/리터 정도의 범위에서 적절하게 결정하면 되지만, 이러한 범위에 조금도 제한되는 것은 아니다.
(필름 외장 전지의 제조 장치)
이하에, 필름 외장 전지 셀에 전해액을 주액·함침하기 위한 본 실시 형태에 있어서의 주액·함침 장치의 구성에 대해서 도면을 사용해서 설명한다.
도 4는, 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스 제조 방법의 대표적인 일실시 형태(제1 실시 형태)로서, 필름 외장 전지 셀에 전해액을 주액·함침하기 위한 주액·함침 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 주액·함침 장치(1)는 주액 챔버(2)와, 압박 지그(3a)를 갖는 주액 매거진(3)과, 전해액 공급 라인(4)과, 배기 라인(5)과, 가스 도입 라인(6)과, 제어부(7)를 갖는다.
제어부(7)는 압박 지그(3a), 배기 라인(5)에 접속된 진공 펌프(5b), 전해액 공급 라인(4)에 접속된 전해액의 저장 탱크(4a)의 동작 제어를 행한다. 또한, 제어부(7)에 의해 제어되는 각 부의 동작에 대해서는 이하에 상세하게 설명한다.
주액 챔버(2) 내에는 전해액(20)이 주액되지 않은 상태인 전지 셀(10a)을 다수(도 4) 수납하는 압박 지그(3a)를 갖는 주액 매거진(3)이 설치되어 있고, 주액 챔버(2)의 벽면에는 전해액 공급 라인(4), 배기 라인(5) 및 가스 도입 라인(6)이 각각 접속되어 있다.
주액 매거진(3)에 비치된 압박 지그(3a)는 전해액이 주액되지 않은 상태의 다수의 전지 셀(10a)을 안정되게 보유 지지하도록 설치된 판 형상 지그(판 부재)이다. 이러한 압박 지그(3a)에 의해 전지군(21’)을 수납한 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재(29) 내에 그 개구부(29a)로부터 전해액(20)을 주액할 때, 외장재(29)를 전지군(21’)의 두께 방향 양측(양쪽 주면(21a)측;도 3 참조)으로부터 끼움 지지해서 보유 지지할 수 있다.
압박 지그(3a)에 끼움 지지된 전지군(21’)을 수납한 라미네이트 필름 외장재(29)는 주머니 형상으로 형성되어 있다. 즉, 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재(29)는 상방의 개구부(29a) 이외의 변에서 열 융착되어 있으며, 개구부(29a)만이 개방되어 있다. 이것은 개구부(29a)로부터 전지군(21’)을 수납한 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재(29) 내에 전해액(20)을 주입 가능한 주머니 형상으로 하기 위해서이다.
주액 수단을 구성하는 전해액 공급 라인(4)은, 그 일단부는 전해액을 저류하는 탱크(4a)에 접속되어 있다. 전해액 공급 라인(4)의 타단부는, 도중에 복수로 분할되고, 각 계통마다 전해액 이송 펌프(4c)에 접속되어 있다. 전해액 이송 펌프(4c)는 밸브(4d)에 접속되어 있다. 밸브(4d)는 제어부(7)에 의해 개폐가 제어되고, 또 개방도가 조절되어 각 계통마다 소량씩 수회로 나누어서 주액을 가능하게 한다. 이들의 펌프(4c)와 밸브(4d)는 주액 챔버(2)의 외부에 설치되고, 주액 챔버(2) 내에 설치된 각 주액 노즐(4b)과 연결되어 있다. 전해액 공급 라인(4)의 타단부측의 주액 노즐(4b)은 상방을 향해서 개구되어 있는 라미네이트 필름 외장재(29)의 개구부(29a)에 대응하도록 배치되어 있다. 전해액 공급 라인(4)으로부터 공급된 전해액(20)을 이 개구부(29a)로부터 주입하기 위해서이다.
본 실시 형태에서는, 복수의 주액 노즐(4b)은, 배열된 복수의 전지 셀(10a)의 개구부(29a) 상방에 순차 이동 가능하다. 따라서, 1개의 노즐(4b)에 의해 복수의 전지 셀(10a)에 순차적으로 반복해서 전해액(20)을 공급할 수 있다. 주액 노즐(4b)을 이동 가능하게 하는 구성으로서는, 예를 들어 주액 챔버(2) 내에 설치된 주행 레일(도시하지 않음)을 생각할 수 있다. 이 레일을 따라서 주액 노즐(4b)을 이동시킬 수 있다.
압력 조정 수단(주로 감압측의 조정 수단)을 구성하는 배기 라인(5)은 주로 밸브(5a) 및 진공 펌프(5b)를 갖고 있고, 주액 챔버(2) 내부를 진공화해서 감압할 수 있도록 제어부(7)에 접속되어 있다.
압력 조정 수단(주로 가압측의 조정 수단)을 구성하는 가스 도입 라인(6)은, 배기 라인(5)에 의해 진공화된 주액 챔버(2) 내부에 건조 공기·혹은 불활성 가스를 도입함으로써 주액 챔버(2)의 내압을 진공 상태 또는 감압 상태로부터 상승시키기 위한 것이다. 이 가스 도입 라인(6)은 주로 밸브(6a) 및 가스 저류 탱크(6b)를 갖고 있고, 주액 챔버(2) 내부를 진공 상태 또는 감압 상태로부터 상승(가압·승압)시킬 수 있도록 밸브(6a) 등이 제어부(7)에 접속되어 있다.
(필름 외장 전지의 제조 방법)
다음에 본 실시 형태의 필름 외장 전지의 제조 방법에 포함되는 공정에 대해서 설명한다.
(전해액의 주액·함침 방법)
이하에, 필름 외장 전지 셀에 전해액을 주액·함침하기 위한 본 실시 형태의 주액·함침 장치(1)에 의한 전해액(20)의 주액·함침 방법에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 도 5는 본 실시 형태의 주액·함침 장치(1)에 의한 전해액(20)의 주액·함침 방법에 의한, 주액 프로파일과 함침 상태를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 실시 형태의 주액·함침 장치(1)에 의한 전해액(20)의 주액·함침 방법에 의한, 각 주액 스텝에 의한 주액량과 진공압을 나타내는 도면이다. 도 7은 주액 시의 거품의 발생의 모습을 나타내는 도면이다.
또한, 도 5 중의 (a) 내지 (j)는, 주액 초기부터 종반, 또 주액 후의 압력 조작에 의한, 주액 매거진의 좌측 단부의 전지 표면에 전해액이 함침되는 모습을 나타낸 도면이다. 도면 중 백색으로 표시되어 있는 부분은 전지 표면에 설치한 최외층의 세퍼레이터가 전해액을 함침하기 전의 주액되지 않은 부분이다. 한편, 흑색으로 표시되어 있는 부분은 전지 표면에 설치한 최외층의 세퍼레이터가 전해액을 함침한 부분이다. 이것은 도 1에 도시한 바와 같이, 통상의 전지 표면에는 전극이 위치하지만, 본 도면에서는 세퍼레이터에의 전해액의 함침 상태를 모니터링을 쉽게 하기 위해서, 전지 표면에 세퍼레이터를 새로이 설치한 것이다. 이와 같이, 본 실시 형태의 필름 외장 전지에 있어서는, 전극군의 최외층에 세퍼레이터를 설치하는 형태를 조금도 배제하는 것은 아니다.
도 5, 6에 도시하는 그래프에서는, 도 4의 주액 노즐에 의해 주액되는 전지 셀(10a)에 관한 주액량 및 시간의 관계를 나타낸다.
도 7(a)는, 전해액의 함침을 저해하는 공기 팽창이 일어나는 압력까지 주액 시의 감압도를 높여서(고진공도 하여), 거품 발생이 발생해서 전해액의 비산이 일어나고 있는 기존의 주액 상태를 나타내는 도면이다. 도 7(b)는, 전해액의 함침을 저해하는 공기 팽창이 일어나지 않는 압력으로 주액 시의 감압도를 억제하여 거품 발생을 억제함으로써 전해액의 비산을 억제한 본 실시 형태에 의한 주액 상태를 나타내는 도면이다.
본 실시 형태의 주액·함침 장치(1)에 의한 전해액(20)의 주액·함침 방법은, 도 5에 도시한 바와 같이, 주액 챔버(2) 내를 대기압보다 낮은 압력으로 유지한 채, 상기 개구부(29a)로부터 외장재(29) 내에 소정 주액량의 전해액(20)의 전량을 주액하는 것이다. 소정 주액량의 전해액(20)의 전량을 주액한 시점이 도 5 중의 동그라미A의 시점이 된다. 본 실시 형태의 전해액(20)의 주액·함침 방법은, 주액 챔버(2) 내의 압력(감압)을 감압한 채, 전지군(21’)을 수납한 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재(29)의 개구부(29a)에 전해액(20)의 전량을 주액하는 것인, 상세하게는 도 5, 6에 도시한 바와 같이 주액 스텝 #1 내지 스텝 #7의 사이에 압력(감압)을 유지한 채로, 이하의 순서에 따라 전해액(20)의 주액이 행해진다.
(감압 공정)
도 4에 도시한 바와 같이, 챔버(2) 내에 복수의 전지 셀(10a)이 정렬된다.
다음에, 제어부(7)을 통해서 밸브(5a)를 개방한 상태에서 배기 라인(5)의 진공 펌프(5b)를 구동하여 주액 챔버(2) 내를 대기압보다 낮은 압력까지 감압한다. 소정의 진공도에 도달했다면 밸브(5a)를 폐쇄한다. 이 상태에서는, 상기 전극군(21’)의 내부를 포함하는 주액 챔버(2)의 내부는 동일하게 소정의 압력으로 감압되어 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 주액 단계(예를 들어, 도 5의 T1까지)에서는, 주액 후에 압력 조작할 때(예를 들어, 도 5의 T5, T8, T10)의 감압도보다도 높은 압력으로 행하는 것이 바람직하다. 이것은 주액 단계에서는 전해액(20)이 세퍼레이터 등에 함침하는 동안에 발포되어 비산되거나 하는 것을 유효하게 방지할 수 있는 점에서 우수하다(도 7(a)와 도 7(b)를 대비 참조). 또한, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 주액 챔버(2) 내의 감압도는 대기압보다 낮은 압력이면 되지만, 바람직하게는 전해액(20)이 비등해서 격렬하게 발포되는 상태가 되지 않는 범위 내에서 보다 진공에 가까운 압력까지 감압하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전지 셀(10a) 내의 여분인 공기(가스)를 내보내고, 가스 저장소의 발생을 방지하여, 전해액을 충분히 함침할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 5kPa 이하의 압력, 보다 바람직하게는 3kPa 이하, 특히 바람직하게는 1.5 내지 2kPa 정도의 범위 내이다. 단, 본 실시 형태에서는 이러한 범위에 조금도 제한되는 것은 아니다.
본 공정에서의 함침 상태는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터에의 전해액의 함침은 없어 전체면이 백색이다.
(주액 공정)
다음에, 상기 주액 챔버(2) 내를 상기 감압 공정에 의해 달성한 압력(대기압보다 낮은 압력)으로 유지한 채, 상기 개구부(29a)로부터 상기 외장재(29) 내에 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액의 전량을 주액한다.
상세하게는, 외장재(29)의 상방 부분의 개구부(29a)를 거쳐서 전해액 공급 라인(4)으로부터 주액 노즐(4b)을 통해서 소량씩 수회로 나누어(도 5, 6에서는 7회로 나누어), 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)의 전량을 주입한다. 전지군(21’)은, 그 두께 방향은 누름 부재(3a)의 판 부재의 주면 전체면에서 적절하게 압박되어 있으므로, 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지 전해액(20)이 유입되는 간극은 없다. 또한, 누름 부재(3a)에 압박되어 있음으로써, 전극군(21’)을 구성하는 복수의 정극판, 세퍼레이터, 부극판의 사이의 간극은 작아, 복수의 정극판, 세퍼레이터, 부극판의 사이에 전해액(20)이 유입되는 경우도 거의 없다. 게다가, 전지군(21’)의 내부를 포함하는 주액 챔버(2)의 내부는 동일하게 소정의 압력으로 감압되어 있는 점에서 전해액(20)이 전지군(21’) 내의 부압에 의해 전지군(21’)의 내부에 흡인되는 경우도 없다. 그로 인해, 주액 공정에서는, 전지군(21’)의 외주부로부터 중앙부 부근까지가 전해액(20)으로 침지되는 상태가 될 때까지, 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)이 소량씩 수회로 나누어서 주입된다(도 5의 (a）→（b）→（d’） 참조).
상세하게는, 도 5의 (d’）에 도시한 바와 같이, 본 공정 완료 시점에서는 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지는 전해액(20)이 함침되어 있지 않고, 세퍼레이터의 함침 상태도 중앙부는 백색인 채로, 함침되지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 본 공정에서 전해액(20)을 소량씩 수회로 나누어서 주액하는 것은, 전해액이 외장재(29)로부터 넘쳐 나와서 비산되는 것을 방지하기 위해서이다. 전지군(21’)에 전해액이 함침되기 위해서는 시간이 걸린다. 최종적으로는 함침되는 양의 전해액으로도 전부 함침되어 있지 않은 상태에서 한번에 주액해 버리면, 외장재(29)로부터 넘쳐버릴 가능성이 있다. 단, 본 공정에서 주액된 전해액(20)은, 가령 소량씩 나누어서 주액한 경우라도 빠르게 유입되는 간극은 없다. 그 때문에 전지군(21’)의 상부측에서 약간 거품이 일면서(도 7(b) 참조), 서서히 전극군(21’)이 비교적 함침되기 쉬운(즉, 약간 간극이 있어 압박력이 인가되기 어려운) 외주부로부터 침투(함침)되어 가는 것을 알 수 있다(도 5의 (a）→（b）→（d’） 참조). 또한, 본 공정 중의 진공압은, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 전공정에서 대기압보다 낮은 압력으로 감압한 상태를 유지한 채, 일정하게 유지되어 있다.
또한, 본 공정에서는, 주액 노즐(4b)을 통해서 전지 셀(10a)에 소량씩 수회로 나누어서 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)을 주입하고 있다. 구체적으로는, 도 5, 6에 도시하는 주액 프로파일의 그래프에 나타낸 바와 같이, 주액 스텝 #1 내지 #7까지 7회로 나누어서 소정 주액량(규정의 전해액량)을 소정의 시간 내에 서서히 주액하고 있다.
도 5, 6에 도시한 바와 같이, 1개의 전지 셀(10a)에 대해서 보면, 자신이 주액된 후, 다른 전지 셀(10a)이 주액되고 나서 한번 더 주액된다. 따라서, 다른 전지 셀(10a)가 주액되고 있는 동안에는 주액되지 않고 상태가 유지되어 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 함으로써, 각 회의 주액 후의 일정 시간중에 전해액의 함침이 촉진되는 점에서 바람직하다. 단, 본 실시 형태에서는, 상기에 조금도 제한되는 것은 아니고, 주액 횟수, 주액량, 주액 시간, 감압도 등은 전지 사이즈나 형상, 전해액 농도 등에 따라서 적절하게 결정하면 된다. 예를 들어, 주액 횟수는, 대량으로 전해액을 주액해서 분출하거나, 비산되지 않는 범위 내에서 가능한한 적게 함으로써 전해액량을 낭비 없이 유효하게 주액하고, 전해액의 주액 시간을 단축하는 것이 바람직하다. 압력 조건에 의해 주액 횟수를 늘리는 편이 전해액의 주액 시간을 단축할 수 있을 경우에는, 주액 횟수를 늘리는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
이상과 같이, 각종 조건을 최적화하는 과정에서 최적의 주액 횟수 등을 결정하면 된다. 또, 주액량은, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 공정 내에 있어서 주액 스텝수가 증가함에 따라서 주액량은 감소 경향에 있다. 이것은 주액 횟수가 증가함에 따라서 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지 전해액(2)이 함침되기 어려워지므로, 주액 스텝수가 증가함에 따라 주액량은 감소시킴으로써 비산을 효과적으로 억제할 수 있다. 주액 시간은 진공도나 전지군(21’)에의 함침 속도로부터 적절하게 결정할 수 있다. 감압도는, 상기한 바와 같이 전해액(20)이 비등해서 격렬하게 거품이 일어 비산되는 것을 억제할 수 있는 범위 내에서 보다 고진공도로 하는 것이 바람직하다. 이는 전지 셀(10a) 내부에 공기가 잔존함으로써 주액 단계에서도 당해 잔존하는 공기 부분에 전해액이 침투될 수 없어, 가스 저장소가 생길 우려가 있기 때문이다.
또한, 전지 셀 수나 주액 노즐 수도 적절하게 결정하면 된다. 예를 들어, 전지 셀(10a)과 주액 노즐(4b)을 같은 수로 하여 고정식의 노즐을 사용해서 가동식의 기구나 이것을 제어하는 시스템 등을 생략함으로써, 시스템 트러블을 저감하도록 해도 된다. 또한, 주액 챔버(2)의 크기에도 따르지만, 복수의 주액 매거진을 평면 내에 설치해도 되고, 복수의 주액 매거진을 적당한 간격을 벌려서 입체적으로 겹치도록 해서 설치해도 되고, 이것들을 조합해도 된다. 주액 매거진(3)도, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 전지 셀(10a)를 1열로 배열하는 형태이어도 되고, 복수의 전지 셀(10a)를 복수열로 배열하는 형태라도 된다. 또한, 주액 매거진(3)은, 도 4에 도시한 바와 같이 상자형이어도 되며, 원형이어도 된다. 원형인 경우에는 복수의 전지 셀(10a)은 반경 방향으로 순서대로 배열하면 된다.
주액 스텝 #1 내지 #7까지 각 스텝의 주액량이 서서히 줄어들고 있는 것은, 주액 스텝이 진행함에 따라서 전지군(21’)의 주변부로부터 보다 중앙부를 향해서 함침해 갈 필요가 있고, 전해액(20)이 함침할 수 있는 주액량도 서서히 적어지기 때문이다. 그 때문에, 본 공정에서는, 소정 주액량(규정의 전해액량)을 주액 후에도 전지군(21’)의 세퍼레이터의 중앙부의 상당한 부분이 주액되지 않은 상태 그대로 되어 있다(도 5의 (a）→（b）→（d’） 참조).
주액 공정의 변형예
다음에 본 실시 형태의 전해액(20)의 주액·함침 방법의 적합한 변형예로서는, 상기 주액 공정으로서 주액 챔버 내를 감압 후의 압력으로 유지한 채, 상기 개구부로부터 외장재 내에 소정 주액량의 전해액의 일부를 주액하는 제1 주액 공정을 행한다. 그 후, 또한 주액 챔버 내를 상기 압력보다도 높은 압력으로 승압한 후, 승압 후의 압력을 일정 시간 유지해서 전해액의 소정 주액량의 잔량부를 주액하는 제2 주액 공정을 행한다. 이하, 본 실시 형태의 상기 주액 공정으로서 적합한 제1 주액 공정과 제2 주액 공정을 행하는 적합예에 대해서 상세하게 설명한다.
본 변형예의 전해액(20)의 주액·함침 방법은, 전지군(21’)을 수납한 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재(29)의 개구부(29a)에 전해액(20)을 주액중에 압력(감압)을 대기압측(대기압 미만)에 복귀시켜, 일정 시간 유지하는 것을 특징으로 하는 것인, 상세하게는 도 5, 6에 도시한 바와 같이 주액 스텝 #4과 스텝 #5의 사이에 압력(감압)을 대기압측(대기압 미만)에 복귀시켜, 그 압력을 주액 스텝 #5 내지 #7의 동안, 일정 시간 유지하는 것을 특징으로 하는 것이다. 따라서, 이하의 순서에 따라 전해액(20)의 주액이 행해진다.
(제1 주액 공정)
다음에 본 실시 형태의 적합한 형태에서는, 주액 챔버(2) 내를 상기 감압 공정에 의해 달성한 압력(대기압보다 낮은 압력)으로 유지한 채, 상기 개구부(29a)로부터 상기 외장재(29) 내에 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액의 일부를 주액 한다.
상세하게는, 외장재(29)의 상방 부분의 개구부(29a)를 거쳐서 전해액 공급 라인(4)으로부터 주액 노즐(4b)을 통해서 소량씩 수회로 나누어(도 5, 6에서는 4회로 나누어) 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)의 일부를 주입한다. 예를 들어, 도 5, 6의 주액 프로파일에 나타낸 바와 같이, 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)의 약 60%가 주액된다.
전지군(21’)은, 그 두께 방향은 누름 부재(3a)의 판 부재의 주면 전체면에서 적절하게 압박되어 있으므로, 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지 전해액(20)이 유입되는 간극은 없다. 또한, 누름 부재(3a)에 압박되어 있음으로써 전극군(21’)을 구성하는 복수의 정극판, 세퍼레이터, 부극판의 사이의 간극은 작아, 복수의 정극판, 세퍼레이터, 부극판의 사이에 전해액(20)이 유입되는 경우도 거의 없다. 게다가, 전지군(21’)의 내부를 포함하는 주액 챔버(2)의 내부는 동일하게 소정의 압력으로 감압되어 있는 점에서 전해액(20)이 전지군(21’) 내의 부압에 의해 전지군(21’)의 내부에 흡인되는 경우도 없다. 그 때문에, 제1 주액 공정에서는, 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)의 일부(도 5, 6에서는 전체의 약 6할)를 소량씩 수회로 나누어 전지군(21’)의 외주부가 전해액(20)으로 침지되는 상태가 될 때까지 주입된다(도 5의 (b) 참조).
상세하게는, 도 5(b)의 함침 상태에 나타낸 바와 같이, 본 공정 완료 시점에서는, 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지는 전해액(20)이 함침되어 있지 않고, 세퍼레이터의 함침 상태도 중앙부는 백색인 채로, 함침되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 도 5, 6에 도시한 바와 같이 본 공정에서 전해액을 소량씩 수회로 나누어 주액하는 것은, 전해액이 외장재(29)로부터 넘쳐 나와 비산되는 것을 방지하기 때문이다. 전지군(21’)에 전해액이 함침되기 위해서는 시간이 걸린다. 최종적으로는 함침되는 양의 전해액이라도, 전부 함침되어 있지 않은 상태에서 한번에 주액해 버리면 외장재(29)로부터 넘쳐버릴 가능성이 있다. 단, 본 공정에서 주액된 전해액(20)은 가령 소량씩 나누어 주액한 경우라도 빠르게 유입되는 간극은 없다. 그 때문에 전지군(21’)의 상부측에서 약간 거품이 일면서(도 7(a) 참조), 서서히 전극군(21’)이 비교적 함침하기 쉬운(즉, 약간 간극이 있어 압박력이 인가되기 어려운) 외주부로부터 침투(함침)되어 가는 것을 알 수 있다(도 5의 (b) 참조). 또한, 본 공정 중의 진공압은, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 전공정에서 대기압보다 낮은 압력으로 감압한 상태를 유지한 채, 일정하게 유지되어 있다.
또한, 본 공정에서는, 주액 노즐(4b)을 통해서 전지 셀(10a)에 소량씩 수회로 나누어 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)의 일부를 주입하고 있다. 구체적으로는, 도 5, 6에 도시하는 주액 프로파일의 그래프에 나타낸 바와 같이, 주액 스텝 #1 내지 #4까지 4회로 나누어 소정 주액량(규정의 전해액량)의 60%정도까지 서서히 주액하고 있다.
도 5, 6에 도시한 바와 같이, 1개의 전지 셀(10a)에 대해서 보면, 자신이 주액된 후, 다른 전지 셀(10a)이 주액되고 나서 한번 더 주액된다. 따라서, 다른 전지 셀(10a)이 주액되고 있는 동안에는 주액되지 않고 상태가 유지되어 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 함으로써, 각 회의 주액 후의 일정 시간중에 전해액의 함침이 촉진되는 점에서 바람직하다. 단, 본 실시 형태에서는, 상기에 조금도 제한되는 것은 아니고, 주액 횟수, 주액량, 주액 시간, 감압도 등은 전지 사이즈나 형상, 전해액 농도 등에 따라서 적절하게 결정하면 된다. 예를 들어, 주액 횟수는, 대량으로 전해액을 주액해서 분출하거나, 비산하지 않는 범위 내에서 가능한한 적게 함으로써 전해액량을 낭비 없이 유효하게 주액하여, 전해액의 주액 시간을 단축시키는 것이 바람직하다. 압력 조건에 따라 주액 횟수를 늘리는 편이 전해액의 주액 시간을 단축할 수 있은 경우에는, 주액 횟수를 늘리는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
이상과 같이, 각종 조건을 최적화하는 과정에서 최적의 주액 횟수 등을 결정하면 된다. 또 주액량은, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 공정 내에서 주액 스텝수가 증가함에 따라서 주액량은 감소 경향에 있다. 이 점으로부터, 대기압보다 낮은 압력을 유지한 상태에서의 주액 가능한 양은 대강 50 내지 70% 정도로 하는 것이, 전해액의 비산을 방지하면서 전해액의 주액 시간을 단축하는 관점에서 바람직하다고 할 수 있다. 주액 시간은 진공도나 전지군에의 함침 속도로부터 적절하게 결정할 수 있다. 감압도는 상기한 바와 같이 전해액이 비등해서 격렬하게 거품이 일어 비산되는 것을 억제할 수 있는 범위 내에서 보다 고진공도로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 전지 셀(10a) 내부에 공기가 잔존함으로써, 주액 단계에서도 당해 잔존하는 공기 부분에 전해액을 침투시킬 수 없어, 가스 저장소가 생길 우려가 있기 때문이다.
또한, 전지 셀 수나 주액 노즐 수도 적절하게 결정하면 된다. 예를 들어, 전지 셀(10a)과 주액 노즐(4b)을 같은 수로 하여 고정식의 노즐을 사용해서 가동식의 기구나 이것을 제어하는 시스템 등을 생략함으로써 시스템 트러블을 저감시키도록 해도 된다. 또한, 주액 챔버의 크기에도 따르지만, 복수의 주액 매거진을 평면 내에 설치해도 되고, 복수의 주액 매거진을 적당한 간격을 벌려서 입체적으로 겹치도록 해서 설치해도 되며, 이것들을 조합해도 된다. 주액 매거진(3)도, 도 4에 도시한 바와 같이 복수의 전지 셀(10a)을 1열로 배열하는 형태이어도 되고, 복수의 전지 셀(10a)을 복수열로 배열하는 형태이어도 된다. 또한, 주액 매거진(3)은, 도 4에 도시한 바와 같이 상자형이어도 되고, 원형이어도 된다. 원형인 경우에는 복수의 전지 셀(10a)은 반경 방향으로 순서대로 배열하면 된다.
상기한 바와 같이, 주액 스텝 #1 내지 #4까지 각 스텝의 주액량이 서서히 줄어들고 있는 것은, 주액 스텝이 진행함에 따라서 전지군(21’)의 주변부로부터 보다 중앙부를 향해서 함침해 갈 필요가 있고, 전해액(20)이 함침할 수 있는 주액량도 서서히 적어지기 때문이다. 그 때문에, 상기한 본 실시 형태의 주액 공정에서는, 소정 주액량(규정의 전해액량)을 주액 후에도 전지군(21’)의 세퍼레이터의 중앙부의 상당한 부분이 주액되어 있지 않은 상태 그대로 되어 있다(도 5의 (a）→（b）→（d’） 참조). 한편, 본 실시 형태의 적합한 형태의 주액 공정에서는, 본 공정의 제1 주액 공정 후에 다음 공정의 제2 주액 공정을 실시함으로써, 소정 주액량(규정의 전해액량)을 주액·함침시킬 때까지 시간을 대폭 단축시킬 수 있다. 또한, 주액 후에도 전지군(21’)의 세퍼레이터의 중앙부까지 거의 완전하게 주액 상태로 할 수 있다(도 5의 (a）→（b）→（c）→（d)까지의 함침 상태와, (a）→（b）→（d’）까지의 함침 상태를 대비 참조).
(제2 주액 공정)
본 실시 형태의 적합한 형태에서는, 제2 주액 공정으로서 주액 챔버(2) 내를 상기 압력(대기압보다 낮은 압력)보다도 높은 압력으로 승압한 후, 당해 압력(승압 후의 압력)을 일정 시간 유지해서 상기 전해액의 소정 주액량(규정의 전해액량)의 잔량부를 주액한다(도 5, 6 참조).
구체적으로는, 제어부(7)를 통해서 가스 도입 라인(6)의 밸브(6a)를 개방하고, 주액 챔버(2) 내에 가스를 도입하여, 주액 챔버(2) 내의 상기 압력(대기압보다 낮은 압력)보다도 높은 압력으로 승압한다. 이러한 조작에 의해, 전지군(21’)의 주면(21a)측은 도 5의 (b)에서 도 5(c)의 함침 상태로 되지만, 큰 변화는 인정되지 않는다. 이것은, 이 동안에 전해액(20)은 주액하고 있지 않으므로 중앙부까지 함침시키기 위해서 필요한 전해액량은 없고, 세퍼레이터의 함침 상태도 중앙부는 백색인 채로, 큰 변화는 생길 수 없다고 할 수 있다.
상기 압력(대기압보다 낮은 압력)보다도 높은 압력으로 승압한 후, 가스 도입 라인(6)의 밸브(6a)를 폐쇄해서 당해 압력(승압 후의 압력)을 일정 시간 유지한다. 이 동안에 외장재(29)의 상방 부분의 개구부(29a)를 거쳐서 전해액 공급 라인(4)으로부터 주액 노즐(4b)을 통해서 전해액(20)의 소정 주액량(규정의 전해액량)의 잔량부를 소량씩 수회로 나누어(도 5, 6에서는 3회로 나누어) 주액한다. 구체적으로는, 도 5, 6의 주액 프로파일에 나타낸 바와 같이, 소정 주액량(규정의 전해액량)의 전해액(20)의 나머지 약 40%가 주액되어 있는 것을 알 수 있다. 이러한 조작에 의해, 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지는 전해액(20)을 함침시킬 수 있다. 또 소정 주액량(규정의 전해액량)을 모두 주액함으로써 액면이 전극군(21’)의 상단부면보다 위가 되는 상태까지 주입되게 된다. 또한, 소정 주액량(규정의 전해액량)을 모두 주액해도 액면이 전극군(21’)의 상단부면보다 아래의 상태라면 주액 부족의 상태이며, 충방전 과정에서 전극이나 세퍼레이터의 일부가 마른 상태로 되어 전지 성능의 저하를 초래할 우려가 있다. 이는 주액중에 전해액의 일부가 비산됨으로써 원하는 전해액량이 전지 셀(10a) 내에 주액할 수 없는 등의 원인으로 생각된다. 그 때문에, 이러한 경우에는, 또한 전해액(20)의 주액을 행함으로써 액면이 전극군(21’)의 상단부면보다 위가 되는 상태에서 주입하는 것이 바람직하다.
도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 본 공정 완료 시점에서는, 전지군(21’)의 주면(21a)측의 중앙부까지는 전해액(20)이 함침되어 있고, 세퍼레이터의 함침 상태도 중앙부의 일부만이 백색인 채로, 충분히 함침할 수 있는 것을 알 수 있다. 이는 가스의 도입에 의해 주액 챔버(2) 내의 압력은 순식간에 상기 압력보다도 높은 압력까지 상승하지만, 전지군(21’)의 내부는 진공화되어서 감압된 상태 그대로이다. 따라서, 전지 셀(10a)의 전지군(21’)의 내부와 주액 챔버(2) 내의 사이에서 압력차를 발생하게 된다. 즉, 전지군(21’)의 내부가 보다 고진공 상태(감압 상태)인 점으로부터, 전해액(20)을 소량씩 수회로 나누어(도 5, 6에서는 3회로 나누어) 주액함으로써, 이 부압에 의해 전지군(21’)의 중앙부에까지 전해액이 빠르게 함침되게(흡입되게) 된다. 그 결과, 전해액의 함침성이 향상되어 주액 시간을 단축시킬 수 있다. 한편, 제1 주액 공정 시의 감압인채로 당해 압력보다도 높은 압력까지 승압시키지 않고, 도 5에 도시하는 동그라미A의 점까지 전해액(20)을 소량씩 수회로 나누어(도 5에서는 전부 7회로 나누어) 주액한 경우에는, 도 5의 (d’）의 함침 상태와 같이 중앙부에의 함침은 대부분 진행되지 않아, 중앙부에 큰 함침되지 않은 부분이 남는 결과가 되는 것을 알 수 있다.
또한, 전해액(20)의 양이 필름 외장 전지(10)로서 필요한 양에 차지 않을 경우, 본 공정을 또한 소량씩 수회로 나누어 주액하는 조작으로서 반복해도 된다.
본 공정에 있어서, 주액 챔버(2) 내를 일정 시간 유지하는 압력은 제1 주액 시의 진공압과 대기압의 반값보다도 낮은 것이 바람직하다(도 5 및 도 6 참조). 즉, 제1 주액 시의 진공압과 대기압의 반값보다도 낮으므로, 제1 주액 시의 압력(대기압보다 낮은 압력)과의 압력차가 지나치게 커지지 않아 전해액의 비산을 방지할 수 있다(도 7a 참조). 단, 반대로 앞의 압력(대기압보다 낮은 압력)과의 압력차가 지나치게 작아도, 도 5의 (d’）와 같이 충분한 함침성 향상 효과를 얻을 수 없을 우려가 있으므로, 구체적으로는 적어도 1kPa 이상의 압력차, 바람직하게는 10kPa 이상의 압력차, 보다 바람직하게는 15 내지 20kPa 정도의 압력차를 두는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 단, 본 실시 형태의 적합한 형태에서는 이러한 범위에 조금도 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 공정에 있어서, 주액 챔버(2) 내의 압력을 단계적으로 높이면서 각 단계에서 일정 시간 압력을 유지해서 전해액(20)을 주액해도 된다. 이 경우에도 상기한 압력 조건을 만족하는 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다. 이러한 조작에 의해 단계적으로 함침(속도)을 촉진시킬 수 있어, 주액 시간을 단축시킬 수 있는 점에서 우수하다. 이러한 조작은, 도시되어 있지 있지만, 예를 들어 주액 챔버(2) 내의 압력을, 예를 들어 전공정의 압력으로부터 (1)15kPa→（2)20kPa→（3) 25kPa와 같이 단계적으로 높이면서 각 단계에서 일정 시간 압력을 유지하여 전해액(20)을 주액한다. 여기서, 예를 들어, 상기 (1)단계에서는 TA 시간 15kPa의 압력을 유지하여, 이 동안에 전해액(20)을 소량씩 2회로 나누어 주액을 행하고, 그 후 TA보다 짧은 TB 시간에서 상기 (2)의 단계의 압력까지 승압시킨다. 마찬가지로 하여 상기 (2)단계에서는, TA 시간 20kPa의 압력을 유지하여, 이 동안에 전해액(20)을 소량씩 2회로 나누어 주액을 행하고, 그 후 TB 시간에서 상기 (3)의 단계의 압력까지 승압시킨다. 마지막으로, 상기 (3)단계에서는, TA 시간 25kPa의 압력을 유지하여, 이 동안에 전해액(20)을 소량씩 2회로 나누어 주액을 행하도록 해도 된다. 단, 본 실시 형태의 적합한 형태에서는 이것들에 조금도 제한되는 것은 아니다. 압력을 단계적으로 높임으로써 단계적으로 함침(속도)을 촉진시킬 수 있는 관점에서는, 상기 (3)단계(=전공정과의 압력차가 최대가 되는 단계)에서의 유지 시간 및 주액량(및 주액 횟수)을 다른 단계보다도 많게 하는 것이 보다 효과적이라고 할 수 있다.
또 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 제1 주액 공정과 본 제2 주액 공정의 양쪽 공정에서 주액을 (소량씩)수회로 나누어 주액을 행하는 동시에, 본 제2 주액 공정에서의 각 회의 주액량을 제1 주액 공정의 최종회의 주액량보다도 많게 하는 것이 바람직하다. 이러한 조작에 의해, 전공정과 본 공정에서 압력이 바뀌어 본 공정에서 전해액이 함침되기 쉬워진만큼 주액량을 많게 할 수 있어 주액 시간을 단축시킬 수 있다. 당해 효과는, 마지막에 주액 노즐(4b)에 의한 전해액(20)의 주액을 정지시킨다. 구체적으로는, 제어부(7)를 통해서 각 펌프(4c), 밸브(4d) 및 주액 노즐(4b)의 구동 모터를 정지시킨다. 이에 의해 제2 주액 공정을 종료할 수 있으며, 본 실시 형태의 전해액의 주액·함침 방법의 적합한 형태를 달성할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이 본 실시 형태의 전해액의 주액·함침 방법의 적합한 형태에서는 높은 압력으로 일정 시간 유지하므로, 압력차를 이용한 함침을 촉진시킬 수 있어 주액 시간을 단축시킬 수 있다. 게다가, 필름 외장 전지의 외장재로서 유연한 라미네이트 필름을 사용하면서도 적층면 사이가 축 늘어지지 않아, 전해액의 주액 시의 세퍼레이터의 주름 발생을 억제할 수도 있다.
(주액 공정 이후의 조작)
후처리(1)
본 실시 형태에서는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 후처리(1)로서 상기 주액 공정 후, 상기 개구부를 밀봉하기 전에 주액 챔버 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 가감압 공정을 행하는 것을 특징으로 한다. 그 후, 개구부(29a)를 밀봉하는 밀봉 공정을 행한 후, 주액 챔버(2) 내의 압력을 대기압으로 복귀시키는 승압 공정을 행함으로써, 전해액이 주액되어, 보다 함침된 필름 외장 전지(10)를 얻을 수 있다. 가감압 공정에 대해서 설명한다.
(가감압 공정)
가감압 공정에서는, 상기 주액 공정 후, 개구부(29a)를 밀봉하기 전에 주액 챔버(2) 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 가감압 공정을 행한다. 이에 의해, 주액한 후에 밀봉 전에 가감압을 행하므로 함침을 촉진시킬 수 있다. 주액 후이므로, 세퍼레이터에 전해액(20)이 보유 지지되어 있어, 가감압하여도 비산은 일어나지 않는 점에서도 우수하다.
예를 들어, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 상기 주액 공정 후(도 5(d) (d’） 참조), 개구부(29a)를 밀봉하기 전에 주액 챔버(2) 내의 압력을 상기 주액 공정(상기한 적합한 형태의 제1 및 제2 주액 공정을 포함한다)시보다도 가압한다. 이러한 조작은, 제어부(7)를 통해서 가스 도입 라인(6)의 밸브(6a)를 개방하고, 주액 챔버(2) 내에 가스를 도입하여, 주액 챔버(2) 내를 상기 주액 공정 시보다도 높은 압력으로 가압한다(도 5, 6의 T1부터 T2까지의 승압 단계를 참조).
본 공정에서는, 가압할 때에는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 대기압까지 가압으로 하는 것이 바람직하다. 대기압까지 가압함으로써, 주액 시로부터 크게 압력차를 얻을 수 있어 함침을 촉진시킬 수 있기 때문이다. 게다가, 대기압으로 복귀시키기 위해서는 진공화를 정지하는 것만으로 되므로, 구조가 간이한 점에서도 우수하다. 이러한 조작에 의해, 전지군(21’)의 주면(21a)측은 도 5의 (d’）→（e’） 내지 도 5의 (d）→（e)의 함침 상태가 되어, 중앙부에서 함침이 촉진되어 있는 것을 인정할 수 있다. 게다가, 상기 주액 공정의 변형예를 채용한 경우에는, 도 5(e)의 함침 상태와 같이, 주액한 전해액(20)은 전극군(21’) 내부에 함침되어 있고, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 급격한 가압(승압)에 의해서도 함침된 전해액(20)의 비산도 없고, 단시간에 대기압으로 복귀시킬 수 있어, 주액 공정의 단축에 기여할 수 있다.
도 5에 도시하는 동그라미A의 점까지 대기압보다 낮은 압력인채로, 전해액(20)을 주액한 후에 주액 챔버(2) 내의 압력을 도 5에 도시하는 동그라미B의 점의 대기압까지 복귀시킨 경우에는 도 5의 (e’）의 함침 상태가 된다. 즉, 도 5에 도시하는 동그라미A의 점의 도 5의 (d’）의 함침 상태로부터 큰 변화는 발생하지 않고, 중앙부에의 함침은 충분히 촉진되지 않아, 중앙부에 큰 함침되지 않은 부분이 남는 결과가 되는 것을 알 수 있다.
또한, 가압 시에는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 또한, 일정 시간 압력을 유지하는 것이 바람직하다(도 5, 6의 T2부터 T3까지의 TC 시간 대기압을 유지하는 단계를 참조). 가압시에 일정 시간 압력을 유지함으로써 함침을 촉진시킬 수 있다. 이러한 조작에 의해, 전지군(21’)의 주면(21a)측은 도 5의 (e), (e’）에서 도 5(f)의 함침 상태가 되고, 중앙부에서 전해액의 함침이 대폭 촉진되어 있는 것을 인정할 수 있다. 이것은, 이 동안에 전지군(21’) 내가 가압되므로, 주액 시부터 크게 압력차를 얻을 수 있어, 주액된 전해액(20)의 중앙부에의 함침이 대폭 촉진되는 것이라고 할 수 있다.
본 공정에 있어서는, 상기 가압 후에, 또한 주액 챔버(2) 내의 압력을 감압한다. 감압할 때에는 상기 주액 공정(상기한 적합한 형태의 제1 및 제2 주액 공정을 포함한다)의 주액 시보다도 낮은 압력까지 감압하는 것이 바람직하다. 이러한 조작은, 제어부(7)를 통해서 밸브(5a)를 개방한 상태에서 배기 라인(5)의 진공 펌프(5b)을 구동하여 주액 챔버(2) 내를 (바람직하게는, 상기 주액 공정의 주액 시보다도 낮은 압력까지) 감압한다. 소정의 진공도에 도달했다면 밸브(5a)를 폐쇄한다. 본 공정에서는, 가압 후에, 또한 감압하므로, 바람직하게는 가압 후에, 또한 주액 시보다도 감압하므로, 주액 시보다도 전해액(20)을 응축해서 보다 침투시킬 수 있는 점에서 우수하다. 이 때, 도 5의 (ｇ)의 함침 상태와 같이, 전해액(20)은 전극군(21’) 내부에 응축해서 보다 침투(함침)시켜져 있고, 세퍼레이터의 중앙부까지 함침이 촉진되어, 중앙부의 함침되지 않은 백색 부분이 또한 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 주액 시보다도 낮은 압력까지 급격하게 감압해도 함침된 전해액(20)의 비등은 억제되는, 그 때문에 전해액의 비산도 없어 단시간에서 감압할 수 있고, 본 실시 형태에 있어서의 가감압 공정에 의해, 전해액을 주액한 후, 함침시키기 위해서 필요로 하는 시간의 단축에 크게 기여할 수 있다.
또한, 본 공정에 있어서, 가압 및 감압할 때에는 각각 일정 시간 압력을 유지하고, 가압할 때의 압력의 유지 시간 쪽을 감압할 때의 압력의 유지 시간보다도 길게 하는 것이 바람직하다. 가압 시의 쪽이 함침이 진행되므로, 그 시간을 길게 함으로써 함침을 촉진시킬 수 있기 때문이다. 구체적으로는 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 가압 시는 T2 내지 T3까지의 TC 시간 대기압을 유지하고, 감압 시는 T4 내지 T5까지의 TC보다 짧은 TD 시간, 주액 시보다도 낮은 압력을 유지하고 있다. 가압 시의 쪽이 감압 시의 압력 유지 시간보다 긴 것을 알 수 있다.
또한, 본 공정에 있어서, 가압 및 감압의 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다(도 5, 6에서는 3사이클 행한 예를 나타낸다). 복수 사이클 행하므로, 보다 함침을 촉진시킬 수 있다. 구체적으로는, 1사이클째의 가압 시의 도 5(e), 일정 시간 유지 후의 도 5(f), 1사이클째의 감압 시의 도 5(g), 2사이클째의 가압 시의 도 5(h), 3사이클째의 가압 시의 도 5(i)와, 각 함침 상태로부터 복수 사이클 행함으로써 보다 전해액의 함침을 촉진시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
상기 후공정(1)의 공정·조작에서는, 상기한 가감압 공정 후, 이하의 밀봉 공정, 승압 공정을 순서대로 행함으로써, 전해액이 주액되어 함침된 필름 외장 전지(10)를 얻을(취출할) 수 있다. 또한, 후공정(1)에서는, 주액 후의 압력은 아니고, 가감압 공정 후의 압력을 유지한 상태이거나, 전해액이 비등하지 않는 범위 내에서 보다 낮은 압력(고진공 상태)까지 감압한 상태에서, 개구부(29a)를 열 융착에 의해 밀봉(밀봉·시일) 한다. 그 후, 승압시키면, 도 5의 (i)에서 도 5(j)의 함침 상태가 된 전지 셀을 얻을 수 있다.
(밀봉 공정)
밀봉 공정에서는, 상기 가감압 공정 후에, 당해 압력을 유지한 채로 (도 5의 동그라미C의 시점에서의 압력), 혹은 전해액이 비등하지 않는 범위 내에서 보다 낮은 압력(고진공 상태)까지 감압한 상태에서 개구부(29a)를 열 융착에 의해 밀봉(밀봉·시일)하는 후자의 경우, 제어부(7)을 통해서 밸브(5a)를 개방한 상태에서 배기 라인(5)의 진공 펌프(5b)을 구동하여 주액 챔버(2) 내를 전해액이 비등하지 않는 범위 내에서 보다 낮은 압력(고진공 상태)까지 감압한다. 소정의 진공도에 도달했다면 밸브(5a)를 폐쇄한다. 다음에, 주액 챔버(2) 내에 설치된 열 압착(융착) 수단(도시하지 않음)을 이용하여 개구부(29a)를 열 융착함으로써 밀봉(밀봉·시일)하면 된다.
단, 그 후의 첫회 충방전 시(특히 첫회 충전 시)에 필름 외장 전지(10) 내에 비교적 많은 가스가 발생하는 특유의 현상이 있으며, 2회째 이후의 충방전 시에는 특히 그러한 가스 발생은 거의 인정되지 않는다. 그 때문에, 당해 밀봉 공정에서는, 개구부의 일부를 남겨서 열 융착해서 밀봉하고, 남겨진 개구부를 적당한 클립 등의 착탈 가능한 밀봉 부재를 사용해서 개폐 가능한 상태로 밀봉(가용접)해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 후공정에서 첫회 충방전을 행한 후에 당해 클립 등의 밀봉 부재를 분리하여 개방하고, 필름 외장 전지(10) 내에 발생한 비교적 많은 가스를 전지(10) 외부에 제거한 후(예를 들어, 감압 제거한 후), 당해 개구부를 최종적으로 열 융착에 의해 확실하게 밀봉(시일)하는 것이 바람직하다.
(승압 공정)
밀봉 공정 후, 주액 챔버(2) 내의 압력을 대기압으로 복귀시키는 승압 공정을 행함으로써, 전해액(20)이 주액되어 함침된 필름 외장 전지(10)를 얻을(취출할) 수 있다. 상세하게는, 제어부(7)를 통해서 가스 도입 라인(6)의 밸브(6a)를 개방하고, 주액 챔버(2) 내에 가스를 도입하여, 주액 챔버(2) 내의 압력을 대기압으로 복귀시킨다. 이에 의해 본 실시 형태의 주액·함침 장치(1)에 의한 전해액(20)의 주액·함침 방법을 달성할 수 있다. 이러한 조작에 의해, 전지군(21’)의 주면(21a) 측은 도 5의 (i)에서 도 5(j)의 함침 상태가 되지만, 동시에 중앙부까지 함침이 촉진되어 있는 점에서 세퍼레이터의 함침 상태도 중앙부에 거의 백색 부분은 인정되지 않고, 세퍼레이터의 함침 상태도 중앙부는 백색인 채로, 큰 변화는 발생하지 않고 있다고 할 수 있다.
후처리(3)
게다가, 본 실시 형태에서는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 후처리(3)로서 상기 주액 공정 후, 주액 챔버(2) 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압하는 주액 후의 감압 공정을 행해도 된다. 그 후, 필요에 따라서 후처리(1)와 마찬가지의 가감압 공정을 행하여 후처리(1)와 마찬가지의 밀봉 공정, 승압 공정을 행함으로써, 보다 함침된 필름 외장 전지(10)를 얻을 수도 있다.
(주액 후의 감압 공정)
주액 후의 감압 공정에서는, 상기 주액 공정(상기한 적합한 형태를 포함한다) 후, 주액 챔버(2) 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압한다. 주액 챔버(2) 내의 압력을 주액 시보다도 낮은 압력으로 감압하므로, 주액 시보다도 전해액을 응축해서 보다 침투시킬 수 있는 점에서 우수하다. 구체적으로는, 도 5 중 백색의 굵은 화살표로 나타낸 바와 같이, 도 5(b)에서의 압력(주액 시의 최대 부압)보다도 도 5(g)에서의 압력(주액 후의 최대 부압)쪽이 낮은 압력까지 감압되어 있는 것이 바람직하다. 도 5 중, 도 5(d’）에서 도 5(g)로, 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압해도 되고, 도 5(d)에서 도 5(g)로, 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압해도 된다. 바람직하게는, 도 5(d) 또는 (d’）→도 5(e) 또는 (e’）→도 5(f）→도 5(g)에, 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압한다. 특히 바람직하게는, 주액 공정의 변형예를 거치는 도 5(d）→도 5(e）→도 5(f）→도 5(g)의 실선 루트에 따라 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압한다.
본 공정에서는, 상기 주액 공정(상기한 적합한 형태를 포함한다)에서의 압력은 상기 전극군에의 전해액의 함침을 저해하는 공기 팽창이 일어나지 않는 압력으로 하고, 상기 주액 후의 감압 공정에서의 압력은 전해액이 비등하지 않는 압력으로 하는 것이 바람직하다. 이는, 주액 완료 전에는 전지군(21’) 중에 잔존하는 공기가 많으므로 지나치게 감압하면 거품이 발생해서 함침이 진행되지 않으므로(도 7(b) 참조), 이것을 고려한 압력으로 하고, 주액 완료 후에는 잔존 공기가 아니라 전해액의 비점이 작업 온도가 되지 않도록 고려한 압력으로 한다. 또한, 전해액의 함침을 저해하는 공기 팽창이 일어나지 않는 압력으로서는, 도 7(a)에 도시한 바와 같이, 거품 발생을 억제하여 전해액의 함침이 진행될 수 있는 압력이면 된다. 당해 압력을 초과한 경우에는, 도 7(b)에 도시한 바와 같이 격렬하게 거품이 발생하여 전해액이 비산되는 등 하여 전해액의 함침을 저해하는 공기 팽창이 일어나는 압력으로 간주할 수 있다. 또한, 주액중부터 주액 완료 후의 주액 챔버 내의 온도는 특히 관리할 필요는 없고, 실온(대강 0 내지 40℃의 범위) 상태에서 실시 가능하다. 그 때문에, 주액 완료 후의 작업 온도인 전해액의 비점을 초과하지 않는 작업 온도가 되도록 고려한 압력이란, 도 5의 동그라미C의 압력(고진공 상태)이어도 된다. 도 5의 동그라미C의 시점에서의 도 5(g)의 함침 상태에 있어서도, 전해액의 비등은 인정되어 있지 않아 상기 요건을 만족하는 것을 알 수 있다. 즉, 도 5, 6에 도시하는 대기압부터 최대 부압(도 5의 동그라미C 등의 주액 후의 감압 시의 압력)의 범위 내의 압력이면 상기 요건을 만족하는 것이라고 할 수 있다.
또한, 본 공정에서는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 상기 주액 공정 후, 본 공정을 행하기 전에 주액 챔버(2) 내의 압력은 사전에 가압되어 있어도 된다. 가압할 때에는 대기압까지 가압으로 하는 것이 바람직하다. 이는, 대기압까지 가압하므로 주액 시부터 크게 압력차가 얻어져 함침을 촉진시킬 수 있기 때문이다. 게다가, 대기압으로 복귀시키기 위해서는 진공화를 정지하는 것만으로 되므로 구조가 간이하기 때문이다. 이러한 조작에 의해, 적합한 형태의 주액 공정 후에 가압하는 경우에는, 전지군(21’)의 주면(21a)측은 도 5(d)부터 도 5(e)의 함침 상태가 되어 중앙부에서 함침이 촉진되고 있는 것을 인정할 수 있다. 이는, 이 동안에 전지군(21’) 내가 가압되므로 주액 시부터 크게 압력차가 얻어져, 주액된 전해액(20)의 중앙부에의 함침이 촉진되는 것이라고 할 수 있다. 게다가, 도 5(e)와 같이, 주액한 전해액(20)은 전극군(21’) 내부에 함침되어 있고, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 급격한 가압(승압)에 의해서도 함침된 전해액(20)의 비산도 없고, 단시간에 대기압으로 복귀시킬 수 있어, 주액 공정의 단축에 기여할 수 있다.
또한, 주액 공정 후, 사전에 가압(승압)할 때에는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 일정 시간 압력을 유지하는 것이 바람직하다(도 5, 6의 T2부터 T3까지의 TC 시간 대기압을 유지하는 단계를 참조). 가압시에 일정 시간 압력을 유지함으로써 함침을 촉진시킬 수 있다. 이러한 조작에 의해, 전지군(21’)의 주면(21a)측은 도 5(e) 또는 (e’）→도 5(f)의 함침 상태가 되어, 중앙부에서 함침이 촉진되고 있는 것을 인정할 수 있다. 이는, 이 동안에 전지군(21’) 내가 가압되므로, 주액 시부터 크게 압력차가 얻어져, 주액된 전해액(20)이 중앙부에의 함침이 촉진되는 것이라고 할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서의 주액 후의 감압 공정에 있어서는, 상기한 바와 같이 필요에 따라서 가압 후에 주액 챔버(2) 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압하는 것이다. 단, 주액 후, 가압하지 않고 주액 챔버 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 낮은 압력까지 감압해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
(전해액의 주액의 개량)
다음에, 본 실시 형태에 있어서의 전해액(20)의 주액·함침 방법에 대해서 도 4를 사용해서 설명한다. 전해액(20)은 전지군(21’)의 적층 측면(21b)측으로부터 전지 요소(21)에 함침되어 있다. 직사각형 형상의 전지 요소(21)는 4개의 적층 측면(21b)을 갖는 것이 되지만 이들 4개의 적층 측면(21b)의 모두를 유효하게 사용해서 전해액(20)의 주액을 행하는 것이 주액 시간의 단축화 및 라미네이트 필름 외장재(29)에의 주름 발생을 방지하는 점에서 중요해진다. 그 때문에, 주액 노즐(4b)은 1회의 주액마다 개구부(29)의 일단부부터 타단부까지 주행하면서 소정량의 전해액(20)을 개구부(29)의 일단부부터 타단부까지 균일하게 분포하도록 주액해도 된다. 또한, 주액 노즐(4b)의 선단이 직하로부터 좌우로 45°정도 상방까지 기울일(가동할) 수 있는 것을 사용하여, 1회의 주액마다 개구부(29)의 일단부부터 타단부까지 균일하게 분포하도록 소정량의 전해액(20)을 주액해도 된다. 단, 본 실시 형태에서는 이것들에 조금도 특별히 제한되는 것은 아니고, 균일하게 주액 가능한 기존의 주액·함침 방법을 적절하게 선택할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이 본 실시 형태의 필름 외장 전지의 제조 방법 및 그 장치, 그 중에서도 필름 외장 전지 셀에의 전해액의 주액·함침 방법 및 그 장치에서는 이하의 작용 효과를 발휘할 수 있다. (1)주액 후, 밀봉 전에, 주액 시보다도 가압하고, 또한 감압하므로, 전해액의 함침을 대폭 촉진시킬 수 있다. 또한, 주액 후이므로, 세퍼레이터에 전해액이 유지되어 있어, 가감압하여도 비산도 일어나지 않는다. 또한, (2)상기 가압할 때에는, 대기압까지 가압으로 함으로써 주액 시부터 크게 압력차가 얻어져 함침을 촉진시킬 수 있다. 대기압으로 복귀시키기 위해서는 진공화를 정지하는 것만으로 되므로 구조가 간이하다. (3)감압할 때에는, 주액 시보다도 낮은 압력(진공측)까지 감압하므로, 주액 시보다도 전해액을 응축해서 보다 침투시킬 수 있다. (4)상기 가압 및 감압한 시에는 일정 시간 압력을 유지하고, 가압시의 압력의 유지 시간 쪽을 감압의 유지 시간보다도 길게 함으로써 가압 시의 쪽이 함침이 진행되므로, 그 시간을 길게 함으로써 함침을 촉진시킬 수 있다. (5)가압 및 감압의 사이클을 복수회 반복함으로써, 보다 함침을 촉진시킬 수 있다.
1 : 전해액의 주액·함침 장치
2 : 주액 챔버
3 : 주액 매거진
3a : 압박 지그
4 : 전해액 공급 라인
4a : 전해액의 저장 탱크
4b : 주액 노즐
4c : 전해액 공급 라인 상의 전해액 공급 펌프
4d : 전해액 공급 라인 상의 개폐 또는 액 유량 조정 밸브
5 : 배기 라인
5a : 배기용 개폐 밸브
5b : 배기용의 진공 펌프
6 : 가스 도입 라인
6a : 가스 도입 라인 상의 개폐 또는 가스 유량 조정 밸브
6b : 가스의 저장 탱크
7 : 제어부
10 : 필름 외장 전지(필름 외장 전기 디바이스)
10a : 필름 외장 전지 셀
11 : 부극 집전체
11a : 부극(집전체로부터의) 연장부
11b : 부극 집전부
12 : 정극 집전체
12a : 정극(집전체로부터의) 연장부
12b : 정극 집전부
13 : 부극 활물질층
14 : 부극판(=부극)
15 : 정극 활물질층
16 : 정극판(=정극)
17 : 전해질층(전해액이 함침된 세퍼레이터)
19 : 단전지층
20 : 전해액
20a : 전해액의 액적
21 : 전지 요소
21a : 전지 요소의 주면
21b : 전지 요소의 적층 측면
25 : 부극 탭
27 : 정극 탭
29 : 라미네이트 필름 외장재
29a : 라미네이트 필름 외장재의 개구부
29b : 라미네이트 필름 외장재의 저부
29e : 라미네이트 필름 외장재의 오목부
29f : 라미네이트 필름 외장재의 밀봉부 또는 시일부

Claims (7)

  1. 세퍼레이터를 개재하여 적층된 정극과 부극을 갖는 전극군을 수납한 개구부를 갖는 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재가 설치된 주액 챔버 내를 대기압보다 낮은 압력까지 감압하는 감압 공정과,
    상기 감압 공정에 상기 개구부로부터 외장재 내에 소정 주액량의 전해액을 주액하는 주액 공정과,
    상기 주액 공정 후, 상기 개구부를 밀봉하기 전에 주액 챔버 내의 압력을 상기 주액 공정 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 가감압 공정을 포함하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가감압 공정에 있어서, 가압할 때에는 대기압까지 가압하는 것을 특징으로 하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가감압 공정에 있어서, 감압할 때에는 주액 공정의 주액 시보다도 낮은 압력까지 감압하는 것을 특징으로 하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가감압 공정에 있어서, 가압 및 감압할 때에는 각각 일정 시간 압력을 유지하고, 가압할 때의 압력의 유지 시간 쪽이 감압할 때의 압력의 유지 시간보다도 긴 것을 특징으로 하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가감압 공정에 있어서, 가압 및 감압의 사이클을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주액 공정은, 주액 챔버 내를 감압 후의 압력으로 유지한 채, 상기 개구부로부터 외장재 내에 소정 주액량의 전해액의 적어도 일부를 주액하는 것을 특징으로 하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  7. 세퍼레이터를 개재하여 적층된 정극과 부극을 갖는 전극군을 수납한 개구부를 갖는 주머니 형상 라미네이트 필름 외장재가 설치된 주액 챔버 내의 압력을 조정하는 압력 조정 수단과,
    상기 개구부로부터 외장재 내에 전해액을 주입하는 주액 수단과,
    상기 압력 조정 수단에 의해, 주액 챔버 내를 대기압보다 낮은 압력까지 감압시키고, 감압 후, 상기 주입 수단에 의해 외장재 내에 소정 주액량의 전해액을 주액시키고, 그 후, 상기 압력 조정 수단에 의해, 상기 개구부를 밀봉하기 전에 주액 챔버 내의 압력을 상기 주액 시보다도 가압하고, 또한 감압하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 필름 외장 전기 디바이스의 제조 장치.
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