WO2015087760A1 - 二次電池のガス抜き孔形成プロセスおよびガス抜き孔形成装置 - Google Patents

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degassing
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雄三 加藤
伸明 阿久津
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日産自動車株式会社
オートモーティブエナジーサプライ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing process and a manufacturing apparatus of a secondary battery having a casing formed of a thin and lightweight exterior film such as a laminate film. More specifically, the present invention relates to the prevention of liquid leakage when degassing generated in a conditioning process or the like.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2004-342520 issued by the Japan Patent Office in 2004, degasses gas generated by conditioning, etc., in a secondary battery having a casing composed of a thin and lightweight exterior film such as a laminate film.
  • a method of manufacturing a secondary battery has been proposed for the purpose of ensuring the hermeticity of the casing after degassing.
  • This prior art includes a sealing step of sealing an electric storage element inside a casing made of an exterior film, a degassing step of degassing several gases in the casing, and a second sealing step.
  • the sealing step the intermediate body is held by a jig, and the exterior film is joined except the unjoined portion set at the predetermined position of the casing.
  • the degassing step the degassing hole is formed by a needle or the like in the unjoined portion while the thickness of the unjoined portion is restrained to a predetermined thickness or less by the jig.
  • the unjoined portion is joined to close the degassing hole.
  • the degassing holes are formed in the unbonded portion.
  • the electrolytic solution remaining in the unjoined portion flows out of the gas venting hole together with the gas to the outside of the casing, and the amount of the electrolytic solution in the casing becomes There was a problem that it would decrease. If the electrolytic solution that has flowed out of the casing adheres to the surface of the casing, a process of wiping the electrolytic solution is required, which may increase the production cost of the secondary battery.
  • the object of the invention is, therefore, to reliably prevent leakage during degassing from the casing.
  • a first sealing process for joining an outer peripheral edge of a laminated film and housing a power generation element inside a casing having a joint formed on the outer peripheral edge;
  • a degassing hole forming process for forming a degassing hole in a portion between the junction of the outer peripheral edge and the power generation element;
  • a degassing process for discharging gas inside the casing to the outside of the casing through the degassing hole;
  • a second sealing process for sealing.
  • the overlapped films come in close contact with each other in the direction from the position at which the degassing holes are formed in the casing to the position where the degassing holes are to be formed. After pressing from both sides of the casing surface as well as pressing so as to decrease the pressing force as the power generating element is approached, the degassing holes are formed in the pressed area.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a secondary battery to which the present invention is applied.
  • FIG. 2A to 2D are diagrams illustrating a manufacturing process of a secondary battery.
  • FIG. 3 is a side view of the degassing hole forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of the degassing hole forming apparatus.
  • FIG. 5 is a side view of the degassing hole forming apparatus showing an operating state of the degassing hole forming apparatus.
  • FIG. 6 is a side view of the degassing hole forming device for explaining the sandwiching operation of the casing by the degassing hole forming device.
  • FIG. 7 is a side view of the gas vent hole formation device, illustrating the completed state of the holding operation of the casing by the gas vent hole formation device.
  • FIG. FIG. 8 is a side view of the main part of the gas vent hole forming device for explaining the hole opening operation of the gas vent hole forming device.
  • FIG. 9 is a longitudinal cross section of the main part of the secondary battery in which the gas venting hole is formed.
  • FIG. 10A-10C are side views of the main part of the degassing hole forming apparatus, for explaining the change of the sandwiching force exerted on the casing by the degassing hole forming apparatus.
  • FIG. 11 is a side view of an essential part of the gas vent hole formation device, for explaining the change of the acting position of the holding force exerted on the casing by the gas vent hole formation device.
  • FIG. 12 is a diagram showing the results of experiments by the inventors comparing the amount of decrease in electrolytic solution with and without the degassing hole forming apparatus.
  • FIG. 13 is a schematic side view of a degassing hole forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A-14C are schematic side views of an outgassing hole forming apparatus according to a third embodiment of the present invention;
  • FIG. 15A-15C are a longitudinal sectional view and a plan view of an essential part of the secondary battery, for explaining the leakage state of the electrolyte solution accompanying the formation of the gas vent holes in the casing.
  • the secondary battery 100 includes a casing 1 to which a thin and light exterior film is attached, and a storage element 2 housed in the casing 1.
  • the thin and lightweight exterior film is, for example, a polymer-metal composite laminate film having a three-layer structure, and has a metal layer and a polymer resin layer disposed on both sides of the metal layer.
  • the metal layer is made of, for example, a metal foil of aluminum, stainless steel, nickel, copper or the like.
  • the polymer resin layer is made of, for example, a heat-welding resin film such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, modified polypropylene, ionomer, ethylene vinyl acetate and the like. It is desirable that the exterior film can be easily adhered by heat welding or ultrasonic welding, and is excellent in airtightness and moisture impermeability.
  • the exterior film has a bag shape in which fusion-bonded parts A at three peripheral edges are joined by heat welding in a state where the storage element 2 of the secondary battery is accommodated.
  • the electrolytic solution is injected into the inside of the bag, and the opening B is joined by heat welding to form the casing 1.
  • the bonding by thermal welding of the opening B is performed by the first sealing portion C in the first sealing step to be described later, the second sealing portion D in the second sealing step, and the second sealing portion D in the main sealing step.
  • a storage element 2 of a lithium ion secondary battery is obtained by overlapping a positive electrode and a negative electrode with a separator in between. That is, the storage element 2 is formed by laminating a positive electrode plate comprising a current collector coated with a positive electrode active material layer and a negative electrode plate comprising a current collector coated with a negative electrode active material layer via a separator. , Configured.
  • the lithium ion secondary battery is a non-aqueous battery, and generates a gas by reacting with moisture mixed in at the time of manufacture. In addition, the gas is generated also by the evaporation of the organic solvent contained in the electrolytic solution and the electrode reaction in the conditioning after battery production.
  • the positive electrode plate includes, for example, a current collector made of an aluminum foil, and a positive electrode active material layer formed on both side regions excluding the tab region of the current collector. In the figure, only the tab area 2A is shown pulled out of the storage element 2.
  • the positive electrode active material layer contains, for example, a positive electrode active material made of a lithium-transition metal composite oxide such as LiMn 2 O 4, a conductive support agent, and a binder.
  • the negative electrode plate includes, for example, a current collector made of copper foil, and a negative electrode active material layer formed on both side regions excluding the tab region of the current collector. In the figure, only the tab area 2B is shown drawn out of the storage element 2.
  • the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like.
  • the negative electrode active material is, for example, hard carbon (non-graphitizable carbon material), a graphitic carbon material, or a lithium-transition metal composite oxide.
  • the separator is formed of, for example, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyamide, and polyimide.
  • the liquid electrolyte contains an organic solvent, a support salt and the like.
  • the organic solvent is, for example, cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), linear carbonates such as dimethyl carbonate, and ethers such as tetrahydrofuran.
  • the supporting salt is an inorganic acid anion salt such as lithium salt (LiPF6) or an organic acid anion salt such as LiCF3SO3.
  • the tab area 2A of each storage element 2 is connected to the positive electrode terminal 3A.
  • the tab area 2B of each storage element 2 is connected to the negative electrode terminal 3B.
  • the positive electrode terminal 3 ⁇ / b> A and the negative electrode terminal 3 ⁇ / b> B penetrate the fusion bonded part A of the casing 1 and are taken out of the casing 1.
  • FIG. 2A-2D a manufacturing process of a secondary battery to which the gas vent hole forming method and the gas vent hole forming device according to the present invention are applied will be described.
  • the manufacturing process of this secondary battery includes a sealing step, a conditioning step, a degassing / second sealing step, and a main sealing / trimming step as main steps, and other steps as necessary. including.
  • FIG. The sealing process shown to 2A consists of the insertion process of an electrical storage element, the injection process of electrolyte solution, and a 1st sealing process.
  • the storage element 2 having a rectangular shape is disposed between two substantially rectangular exterior films or a two-fold exterior film.
  • Positive electrode terminal 3A and negative electrode terminal 3B of storage element 2 are positioned so as to reach the outside of the exterior film.
  • FIG. The fused portions A at three peripheral portions of the exterior film shown in 1 are joined by heat welding. The remaining one side of the periphery is left as the opening B. Thereby, the bag-like casing 1 is formed.
  • the electrolytic solution injection step the electrolytic solution is injected into the inside of the casing 1 via the opening B.
  • the method of injecting the electrolyte is not particularly limited.
  • the electrolytic solution can be injected into the casing 1 by inserting a tube or a nozzle into the opening B and injecting the electrolytic solution directly, or by immersing the casing 1 in the electrolytic solution.
  • the opening B used for injecting the electrolytic solution is joined by thermal welding to form a first sealed portion C.
  • the first sealing portion C is shown in FIG. As shown in FIG. 1, it is set near the periphery of the casing 1. That is, they are joined at a position far from the storage element 2. A space between the first sealing portion C of the casing 1 and the storage element 2 communicates with the storage element 2, and this space is used as the degassing portion 4.
  • FIG. 2B The conditioning step shown in FIG. 2B comprises an initial charging step and an aging step for stabilizing the battery characteristics.
  • an initial gas is generated from the storage element 2. Gas is further generated from the storage element 2 also in the aging step.
  • the conditioning process may consist of only one of the initial charging process and the aging process.
  • the storage element 2 is charged until the storage element 2 generates a predetermined ratio of the battery capacity of the storage element 2, for example, the battery voltage obtained when the battery is fully charged.
  • a predetermined ratio of the battery capacity of the storage element 2 for example, the battery voltage obtained when the battery is fully charged.
  • the temperature environment of the first charge if the temperature is lower than 45 ° C., gas generation becomes insufficient, and if it is higher than 70 ° C., the battery characteristics may be deteriorated. Therefore, as temperature environment which performs initial charge, the range of 45 ° C-70 ° C is preferred.
  • the predetermined ratio of the battery capacity is set as needed.
  • the aging step is a step of holding the storage element 2 in a charged state for a predetermined period.
  • FIG. The degassing / second sealing process shown in 2C includes an opening process, a degassing process, and a second sealing process.
  • the opening step is carried out in an atmosphere of dry gas such as dry air or inert gas at atmospheric pressure.
  • the degassing step and the second sealing step are performed in a reduced pressure atmosphere.
  • the atmosphere is depressurized, so that the gas dissolved in the electrolytic solution in the casing 1 is separated from the electrolytic solution, and discharged from the degassing holes 5 to the outside.
  • This degassing process is continuously performed until a predetermined time set in advance has elapsed.
  • the second sealing step is performed.
  • bonding by heat fusion is performed to a portion closer to the storage element 2 than the first sealing portion C of the casing 1 to perform bonding as shown in FIG.
  • a second sealing portion D shown in 1 is formed.
  • FIG. 1 In the main sealing / trimming step shown in 2D, the secondary battery that has undergone the second sealing step is taken out from the reduced pressure atmosphere, and the casing 1 is secondly received between the first sealing portion C and the second sealing portion D. It joins by thermal welding so that it may be wider than the sealing part D. Thereby, FIG. The main sealing portion E shown in 1 is formed. Next, a trimming process is performed to cut an unnecessary area of the peripheral portion of the casing 1. Furthermore, a shipping adjustment process such as an inspection process and charge and discharge is performed to complete the secondary battery.
  • FIG. The general drilling process is described in detail with reference to 15A-15C.
  • FIG. 15A the degassing portion 4 is inflated because of the increase in internal pressure of the casing 1 by the gas.
  • FIG. 15B the electrolyte and the gas may fly out of the gas venting portion 4 and scatter. If the amount of electrolyte in the casing 1 decreases due to these reasons, the battery life may be affected.
  • the electrolyte splashed to the outside of the casing 1 is shown in FIG. It adheres to the surface of casing 1 as shown in 15C.
  • the electrolytic solution adheres to the surface of the casing 1, it is necessary to newly provide a wiping process, which leads to an increase in production cost.
  • the leakage of the electrolytic solution occurs, when the side surfaces of the plurality of secondary batteries 100 are bonded to be used as a battery pack, the adhesive strength of the adhesive is reduced.
  • FIGS. An outgassing hole forming apparatus 10 shown in 3 and 4 is used.
  • the degassing hole forming apparatus 10 includes a support member 11 for supporting one surface of the degassing portion 4 of the casing 1, a roller 13 in contact with the other surface of the degassing portion 4, and an arm 15 that swings the roller 13 freely. And a moving mechanism 12 for supporting.
  • the degassing hole forming apparatus 10 also includes a cutter 14 that cuts the degassing portion 4 to form the degassing holes 5.
  • FIG. Referring to 3, the support member 11 and the movable body 12 are movable between a standby position away from the degassing portion 4 of the casing 1 and an operation position in which the degassing portion 4 is held close to each other.
  • the moving direction from the standby position to the operating position is referred to as forward movement
  • the moving direction from the operating position to the standby position is referred to as backward movement.
  • the transverse direction 4 is referred to as the transverse direction.
  • the movable body 12 integrally includes, at both ends in the transverse direction, an auxiliary shaft 18 which extends in the front-rear direction and is slidably guided to the base member 17. Further, it is coupled to the tip end of a rod 19A which projects from a cylinder 19 fixed to the base member 17 to be extended and contracted. Under this structure, the moving body 12 moves between the standby position and the operating position while being guided by the auxiliary shaft 18 in response to the expansion and contraction of the rod 19A.
  • the support member 11 also moves in the advancing / retracting direction between the standby position and the operating position under a support structure (not shown) similar to the moving body 12.
  • the support member 11 in the working position contacts one surface of the degassing portion 4 of the casing 1 to support the degassing portion 4 from one direction.
  • the support member 11 is formed with a through hole 11A cut from a lateral slit for penetrating the cutting blade of the cutter 14 and projecting it to the front surface of the support member 11.
  • the through holes 11A have such a width that they do not accumulate even if the electrolytic solution adheres.
  • the cutter 14 is positioned behind the support member 11 in the standby position, and is configured to be able to project the cutting edge forward of the support member 11 through the through hole 11A of the support member 11 in the operation position. Furthermore, the cutter 14 that has penetrated the through hole 11A is configured to be able to move the blade edge in the transverse direction along the through hole 11A.
  • the thickness of the cutter 14 is a thickness passing through the through hole 11A.
  • the roller 13 clamps the degassing portion 4 with the support member 11 by contacting the other surface of the degassing portion 4 of the casing 1.
  • the roller 13 is shown in FIG. As shown in 3, it is rotatably supported at the tip of the arm 15.
  • the proximal end of the arm 15 is pivotally coupled to the moving body 12 via a shaft 12A.
  • the tip end of a plate spring 16 whose base is fixed to the moving body 12 is in surface contact with the proximal end face of the arm 15.
  • the leaf spring 16 has a pivoting position of the arm 15, that is, a pivoting angle position of the roller 13 in the vertical direction is as shown in FIG.
  • a spring load is applied to the arm 15 so as to be elastically held at a predetermined initial position shown at 3. In this initial position, the arm 15 is pivoted to the uppermost position, and the roller 13 is projected to the most forward from the movable body 12.
  • the roller 13 is disposed at a position offset from the central axis of the arm 15 so that the vertical swing angle position of the roller 13 at the initial position is positioned below the position of the shaft 12A on the proximal end side of the arm 15. .
  • FIG. In FIG. 3 the roller 13 is disposed on a plane having its tip opened downward by 2 to 3 degrees downward with respect to the horizontal plane including the axis 12A.
  • the roller 13 supported at such an offset position is biased downward when contacting the degassing portion 4 of the casing 1 by advancing the moving body 12 to the operation position. Then, the tip end of the arm 15 is rotated downward while rolling the gas removal part 4 while rotating downward.
  • This embodiment performs the drilling process as follows.
  • the degassing hole forming apparatus 10 in which all of the supporting member 11, the moving body 12 and the cutter 14 are in the standby position, as shown in FIG.
  • the secondary battery after the conditioning step shown in 2B is set.
  • FIG. 3 the support member 11 is advanced from the standby position and set to the operating position.
  • the support member 11 contacts one surface of the degassing portion 4 to support the degassing portion 4.
  • the casing 1 of the secondary battery after completion of the conditioning step has the degassing portion 4 shown in FIG. 3 due to the increase in internal pressure due to the gas generated in the conditioning step. It is slightly swollen as shown in 15A.
  • the electrolytic solution remains in the degassing portion 4 as indicated by an ellipse in the figure.
  • FIGS. In the side view of the degassing hole forming apparatus of 3 and 5-7, the degassing portion 4 in a non-inflated state is depicted.
  • FIG. 5 With the support member 11 supporting one surface of the degassing portion 4, the school opening device 10 advances the movable body 12 from the standby position to the operation position. As the moving body 12 advances, the roller 13 first abuts on a portion of the degassing portion 4 away from the storage element 2. The roller 13 sandwiches the slightly expanded gas release portion 4 of the casing 1 with the support member 11.
  • FIG. 7 when the roller 13 reaches the lowermost end, the degassing portion 4 is completely crushed by the support member 11 and the roller 13, and the electrolyte remaining in the degassing portion 4 is the storage element 2. Drop into the inside. By mixing the dropped electrolytic solution with the electrolytic solution around the storage element 2, gas-liquid separation between the gas and the electrolytic solution is promoted.
  • the pressing force of the roller 13 applied to the degassing portion 4 during the ironing operation of the degassing portion 4 by the roller 13 is from the part distant from the storage element 2 to the storage element 2 It falls as it approaches. That is, the pressing force F generated by the forward movement of the moving body 12 is decomposed into a component F1 in a direction along the arm 15 and a component F2 in a direction perpendicular to the arm 15 at the stage of being transmitted from the shaft 12A to the arm 15. Among them, a component force F1 in a direction along the arm 15 acts on the roller 13.
  • the roller 13 disassembles the component force F1 into a component force F1A as a pressing force in the direction of pressing the degassing portion 4 and a component force F1B biasing the roller 13 downward. And move downward by the latter.
  • FIG. 10A As shown in FIG. 10A, in the state where the roller 13 is in contact with a portion of the degassing portion 4 away from the storage element 2, most of the component force F1 acting on the roller 13 is the pressing force F1A against the degassing portion 4 and Become. Accordingly, the roller 13 faces the degassing portion 4 downward with a relatively large pressing force F1A. As a result, the electrolytic solution remaining in the degassing portion 4 is reliably delivered to the storage element 2 together with the mixed gas.
  • FIG. 10B As shown in FIG. 10B, when the roller 13 approaches the storage element 2, the component force F1 exerted on the roller 13 by the pressing force F in the forward direction of the moving body 12 via the arm 15 is an inclination angle with respect to the plane direction of the arm 15. Decrease in proportion to For this reason, the component force F1A, which is a pressing force exerted by the roller 13 on the degassing portion 4, also gradually decreases in proportion to the inclination angle with respect to the plane direction of the arm 15. Thus, as the roller 13 approaches the storage element 2, the degassing portion 4 is moved downward as the component force F1A is decreased. As a result, it is possible to reliably return the gas mixed with the electrolytic solution remaining in the degassing portion 4 to the storage element 2 side of the casing 1.
  • FIG. 10C As shown in FIG. 10C, when the roller 13 further approaches the storage element 2, the component force F1 exerted on the roller 13 by the pressing force F in the forward direction of the moving body 12 via the arm 15 is inclined with respect to the plane direction of the arm 15. It decreases further in proportion to the angle. For this reason, the component force F1A, which is the pressing force of the roller 13 against the degassing portion 4, also decreases further in proportion to the inclination angle with respect to the plane direction of the arm 15. In this manner, as the roller 13 approaches the storage element 2, the component force F1A, which is a pressing force on the degassing portion 4, is further reduced.
  • the return moment to the initial position by the plate spring 16 also acts on the arm 15.
  • the return moment acts to press the roller 13 against the degassing portion 4 via the arm 15.
  • this return moment is much smaller than the external force acting on the arm 15, that is, the force acting on the roller 13, for example, when the moving body 12 is advanced to the operating position.
  • the spring load of the leaf spring 16 is released from the action of the external force due to the forward movement of the moving body 12, and is set to such an extent that the free arm 15 can be turned to the initial position. Therefore, the component force F1A that is the pressing force of the roller 13 against the degassing portion 4 can be set as described above without considering the return moment by the plate spring 16.
  • FIG. 11 when the roller 13 is strongly pressed against the degassing portion 4 in the vicinity of the storage element 2, tension is applied to the exterior film of the casing 1 that accommodates the storage element 2 in series with the degassing portion 4, The storage element 2 in the casing 1 may be deformed.
  • the component force F1A which is a pressing force that the roller 13 exerts on the degassing portion 4 is reduced. For this reason, a tension can be applied to the film for exterior of the storage portion of the storage element 2 of the casing 1 to prevent the problem of deforming the storage element 2 inside.
  • FIG. 1 when the roller 13 completes the ironing operation of the degassing portion 4, the cutter 14 is operated, the cutting edge of the cutter 14 is extruded through the through hole 11A of the support member 11 to the working position, and the cutting edge is A cut is made in the degassing portion 4 of the casing 1. Then, the cutting edge is moved in the transverse direction along the slit-like through holes 11A of the support member 11 to cut the degassing portion 4 in the transverse direction, as shown in FIG. As shown in FIG. 9, the degassing holes 5 are formed in the degassing portion 4. After the degassing holes 5 are formed, the cutter 14 retracts to the rear of the support member 11 and returns to the standby position. The support member 11 and the movable body 12 are also returned to the standby position.
  • the electrolytic solution is completely removed from the degassing portion 4 Can. In this state, the degassing holes 5 are formed. Therefore, the gas around the storage element 2 in the casing 1 is transferred as shown in FIG. 1 in response to the support member 11 and the mobile unit 12 being retracted to the standby position. As shown in FIG. 9, the degassing portion 4 is expanded and discharged from the degassing holes 5 to the outside of the casing 1. Further, the electrolytic solution dropped from the degassing portion 4 around the electric storage element 2 by the ironing operation of the roller 13 mixes with the electrolytic solution around the electric storage element 2. Therefore, when forming the degassing holes 5 in the degassing portion 4, the electrolytic solution does not flow out of the degassing holes 5 even after the degassing holes 5 are formed.
  • FIG. 12 regarding the work of forming the degassing holes 5 with the cutter 14 in the degassing portion 4, the inventors of the present invention have a method of manufacturing a secondary battery using the degassing hole forming apparatus 10 according to this embodiment, and this embodiment The amount of reduction of the electrolyte solution in the casing 1 was compared with the method of manufacturing the secondary battery not using the degassing hole forming apparatus 10 according to the above.
  • the electrolytic solution is scattered from the degassing hole 5 simultaneously with the formation of the degassing hole 5, and the reduction amount of the electrolytic solution is compared. It turned out that there are many.
  • the gas venting hole 5 is formed by cutting only the gas venting portion 4 by the cutter 14 is described.
  • the cutter 14 cuts the degassing portion 4 after the roller 13 descends to the lowermost end.
  • the cutter 14 may use the cutter 14 even if the roller 13 squeezes the degassing portion 4 downward toward the storage element 2.
  • the formation of the degassing holes 5 can be started.
  • the support member 11, the roller 13, the movable body 12 and the arm 15 constitute a holding mechanism.
  • FIG. A process of forming a degassing hole and a degassing hole forming apparatus of a secondary battery according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the degassing hole forming apparatus 10 faces the both sides of the degassing portion 4 of the casing 1 and supports the pair of rollers 13A and 13B and the pair of movable bodies that swing and support the rollers 13A and 13B. And a cutter 14 for forming a gas vent 5 by cutting the gas vent 4.
  • the other configuration is the same as that of the degassing hole forming device 10 of the first embodiment.
  • the degassing hole forming device 10 moves the pair of moving bodies 12 to the operation position, and holds the degassing portion 4 of the casing 1 by the pair of moving bodies 12. That is, the rollers 13A and 13B of each moving body 12 teach the degassing portion 4 so that the exterior films of the degassing portion 4 are in close contact with each other, and the degassing portion 4 is wound downward toward the storage element 2. As a result, the degassing portion 4 is crushed by the pair of rollers 13A and 13B, and the residual electrolytic solution in the degassing portion 4 drops around the electricity storage element 2. The dropped electrolytic solution is mixed with the electrolytic solution around the storage element 2 to promote separation of the gas and the electrolytic solution.
  • the pressing force exerted by the rollers 13A and 13B on the degassing portion 4 is stored by the rollers 13A and 13B. It decreases as element 2 is approached.
  • the rollers 13A and 13B in contact with the casing 1 at a part away from the storage element 2 press the gas removal part 4 with a relatively large pressing force, and operate so as to turn the gas removal part 4 of the casing 1 downward. Do. Therefore, the electrolyte remaining in the degassing portion 4 can be reliably returned to the periphery of the storage element 2 together with the mixed gas.
  • the component force acting on the rollers 13A and 13B via the arm 15 decreases as the inclination of the arm 15 with respect to the plane direction increases.
  • the pressing force exerted by the rollers 13A and 13B on the degassing portion 4 also gradually decreases with the inclination of the arm 15 with respect to the plane direction. Therefore, as the rollers 13A and 13B approach the storage element 2, the degassing portion 4 is displaced while being drawn toward the storage element 2 while reducing the pressing force applied to the degassing portion 4.
  • the electrolytic solution remaining in the degassing portion 4 can be reliably returned to the periphery of the storage element 2 together with the mixed gas.
  • the rollers 13A and 13B When the rollers 13A and 13B further approach the storage element 2, the component of the pressing force in the forward direction of the moving body 12 acting on the rollers 13A and 13B via the arm 15 is further reduced. For this reason, the pressing force on the degassing portion 4 by the rollers 13A and 13B is further reduced.
  • the rollers 13A and 13B strongly press the degassing portion 4 adjacent to the storage element 2, the exterior film accommodating the storage element 2 is pulled in series with the degassing portion 4 to deform the inner storage element 2 there is a possibility.
  • the pressing force of the rollers 13A and 13B in the vicinity of the storage element 2 is preferably further reduced to prevent such a problem.
  • the cutting edge of the cutter 14 advances to make a cut in the degassing portion 4 of the casing 1. Then, the cutting edge moves in the lateral direction and cuts the gas vent 4 in the transverse direction to form the gas vent 5. After the formation of the degassing holes 5, the cutter 14 retracts to the standby position. The pair of moving bodies 12 also retract to the standby position.
  • the exterior films of the degassing portion 4 are displaced while the rollers 13A and 13B sandwich the exterior film, so that the exterior films adhere to each other and the electrolyte is discharged from the degassing portion 4. Make sure to eliminate it.
  • a degassing hole 5 is formed in the degassing portion 4 from which the electrolytic solution has been removed.
  • the gas in the casing 1 pushes and expands the degassing portion 4 as in the first embodiment, and the outside of the casing 1 via the degassing holes 5 Discharged into
  • the electrolytic solution in the degassing portion 4 mixes with the electrolytic solution around the storage element 2 by the ironing operation of the rollers 13A and 13B. Therefore, when the degassing holes 5 are formed in the degassing portion 4, it is possible to suppress the phenomenon that the electrolytic solution is discharged to the outside through the degassing portions 4 and the degassing holes 5.
  • the pair of movable bodies 12, the pair of rollers 13A and 13B, and the pair of arms 15 constitute a holding mechanism.
  • FIG. A third embodiment of the present invention will be described with reference to 14A-14C.
  • the electrolytic solution remaining in the degassing portion 4 is pushed back to the periphery of the storage element 2 by sandwiching the degassing portion 4 of the casing 1 with a pair of elastic pads 20 having inclined surfaces.
  • a pair of elastic pads 20 are shown in FIG. As shown to 14A, it faces on the both sides of the degassing part 4 of the casing 1, respectively, and it is made of the sponge body which made the opposing surface incline.
  • This figure shows a state in which the elastic pad 20 is held at the standby position.
  • the elastic pads 20, 20 are provided with inclined surfaces 20A, 20A which approach each other at the peripheral edge of the casing 1 and are separated as the storage element 2 is approached.
  • a through hole 20B is formed by a slit in the transverse direction for allowing the cutter 14 to pass through.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the casing 1 of the secondary battery in which the gas is generated in the conditioning step is in a state in which the electrolyte remains in the degassing portion 4 due to the increase in internal pressure due to the gas.
  • the degassing hole forming apparatus 10 is shown in FIG.
  • the pair of elastic pads 20, 20 are advanced to the operating position, and the degassing portion 4 of the casing 1 is held.
  • the opposing inclined surfaces 20A, 20A first sandwich the degassing portion 4 at a position away from the storage element 2, and expand the sandwiching range toward the storage element 2 . That is, the ironing operation of the degassing portion 4 by the pair of elastic pads 20 is performed.
  • the bulge of the degassing portion 4 is sequentially crushed toward the storage element 2, and the electrolytic solution remaining in the degassing portion 4 drops around the storage element 2.
  • the dropped electrolyte mixes with the electrolyte around the storage element 2 to promote gas-liquid separation between the gas in the casing 1 and the electrolyte.
  • the sandwiching force exerted on the degassing portion 4 by the pair of elastic pads 20 decreases as it approaches the storage element 2. For this reason, the electrolytic solution remaining in the part away from the storage element 2 can be reliably pushed toward the storage element 2 together with the gas under a strong holding force.
  • the sandwiching force decreases as the storage element 2 is approached, the film for exterior that accommodates the storage element 2 is pulled by being connected to the degassing part 4 by an excessive sandwiching force, and the storage element 2 inside is removed. It is possible to prevent the problem of deformation.
  • FIG. 14C After removing the electrolyte solution and gas from the degassing part 4 in this manner, FIG. As shown in FIG. 14C, the cutting edge of the cutter 14 advances and cuts the degassing portion 4 of the casing 1. Next, the cutting edge of the cutter 14 is moved in the transverse direction to form a slit-like gas venting hole 5. After the degassing holes 5 are formed, the cutter 14 retracts to the standby position. Then, the pair of elastic pads 20, 20 are also retracted to the standby position.
  • the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
  • the configuration of the degassing hole forming device 10 can be simplified as compared with the first and second embodiments.
  • the gas venting hole 5 is formed in the gas venting portion 4 in a state where the gas venting portion 4 is held from both sides by the pair of elastic pads 20, 20, so the position of the gas venting portion 4 becomes stable. Formation of
  • the pair of elastic pads 20, 20 constitute a holding mechanism.
  • the method for forming a gas vent hole and the device for forming a gas vent hole according to the present invention prevent the leakage of the electrolyte during the production of the secondary battery. Therefore, for example, it has a preferable effect in streamlining the manufacturing process of a secondary battery for automobiles.

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Abstract

　蓄電要素を収装したケーシングにガス抜き孔を形成する。ガス抜き孔の形成に先立ち、ガス抜き孔を形成するケーシングの周縁と蓄電要素との間でケーシングを挟持し、フィルム貼り合わせ方向の挟持力をケーシングに及ぼす。挟持力の作用位置を蓄電要素に向う方向へと変化させるとともに、挟持力の作用位置が蓄電要素に近づくにつれて挟持力を低下させることで、ケーシングからのガス抜き時の液漏れを防止する。

Description

二次電池のガス抜き孔形成プロセスおよびガス抜き孔形成装置
　この発明は、ラミネートフィルム等の薄く軽量な外装用フィルムにより形成されたケーシングをもつ二次電池の製造プロセスおよび製造装置に関する。より詳しくは、コンディショニング工程等で発生するガスを抜く際の液漏れの防止に関する。
　日本国特許庁が２００４年に発行した特開２００４－３４２５２０号は、ラミネートフィルム等の薄く軽量な外装用フィルムで構成されたケーシングを有する二次電池において、コンディショニング等で発生すガスのガス抜きと、ガス抜き後のケーシングの密閉性の確保とを目的とする二次電池の製造方法を提案している。
　この従来技術は、外装用フィルムからなるケーシングの内部に蓄電要素を封入する封入工程と、ケーシング内部の数ガスを抜くガス抜き工程と、第２封止工程からなる。封入工程では治具により介装体を挟持し、ケーシングの所定位置に設定した未接合部を除いて外装用フィルムを接合する。ガス抜き工程では、治具により未接合部の厚みを所定厚み以下に拘束しながら、未接合部に針などでガス抜き孔を形成する。第２封止工程では、未接合部を接合してガス抜き孔を塞ぐ。
　ところで、発生したガスによる内圧上昇で未接合部に大きな膨張や変形が生じると、未接合部を接合する際に元の形状に戻らない可能性がある。また、未接合部の膨張に伴い、未接合部の周辺に応力が集中することによって、接合部の一部が剥離する可能性もある。従来技術の上記のプロセスはこれらの問題が生じるのを防止する効果をもたらす。
　従来技術では、ケーシング内に発生したガスを外部に放出するガス抜き工程において、未接合部にガス抜き孔を形成している。しかしながら、未接合部に電解液が残留している場合には、未接合部に残留している電解液がガス抜き孔からガスとともにケーシングの外側へと流出し、ケーシング内の電解液の量が減少してしまう、という問題があった。ケーシングから流出した電解液がケーシングの表面に付着すると、電解液の拭き取り工程が必要となるので、二次電池の生産コストが上昇する可能性がある。
　この発明の目的は、したがって、ケーシングからのガス抜き時の液漏れを確実に防止することである。
　以上の目的を達成するために、この発明は重ね合わせたフィルムの外周縁を接合して、外周縁に接合部を形成したケーシング内部に発電要素を収容する第１の封止プロセスと、ケーシングの外周縁の接合部と発電要素との間の部位にガス抜き孔を形成するガス抜き孔形成プロセスと、ガス抜き孔を通してケーシング内部のガスをケーシング外部へ排出するガス抜きプロセスと、ガス抜き孔を封止する第２の封止プロセスと、を有する二次電池の製造方法におけるガス抜き孔形成プロセスを提供する。ガス抜き孔形成プロセスは、ケーシングのガス抜き孔が形成される部位を含む領域を、発電要素から距離を置いた位罎から発電要素に接近する方向に向かって順次、重ね合わされたフィルムが互いに密着するようにケ一シング表面の両側から押圧すると共に、発電要素に接近するに連れて押圧力が低下するように押圧した後に、押圧した領域にガス抜き孔を形成する。
　この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
ＦＩＧ．１は、この発明を適用する二次電池の概略平面図である。 ＦＩＧＳ．２Ａ－２Ｄは、二次電池の製造プロセスを説明するダイアグラムである。 ＦＩＧ．３は、この発明の第１の実施形態によるガス抜き孔形成装置の側面図である。 ＦＩＧ．４は、ガス抜き孔形成装置の平面図である。 ＦＩＧ．５は、ガス抜き孔形成装置の作動状態を示す、ガス抜き孔形成装置の側面図である。 ＦＩＧ．６は、ガス抜き孔形成装置によるケーシングの挟持動作を説明する、ガス抜き孔形成装置の側面図である。 ＦＩＧ．７は、ガス抜き孔形成装置によるケーシングの挟持動作の完了状態を説明する、ガス抜き孔形成装置の側面図である。 ＦＩＧ．８は、ガス抜き孔形成装置の開孔動作を説明する、ガス抜き孔形成装置要部の側面図である。 ＦＩＧ．９は、ガス抜き孔が形成された二次電池要部の縦断面面である。 ＦＩＧＳ．１０Ａ－１０Ｃは、ガス抜き孔形成装置がケーシングに及ぼす挟持力の変化を説明する、ガス抜き孔形成装置要部の側面図である。 ＦＩＧ．１１は、ガス抜き孔形成装置がケーシングに及ぼす挟持力の作用位置の変化を説明する、ガス抜き孔形成装置要部の側面図である。 ＦＩＧ．１２は、ガス抜き孔形成装置を使用した場合と使用しない場合の電解液減少量を比較した、発明者らの実験結果を示すダイアグラムである。 ＩＧ．１３は、この発明の第２の実施形態によるガス抜き孔形成装置の概略側面図である。 ＦＩＧＳ．１４Ａ－１４Ｃは、この発明の第３の実施形態によるガス抜き孔形成装置の概略側面図である。 ＦＩＧＳ．１５Ａ－１５Ｃはケーシングへのガス抜き孔の形成に伴う電解液の漏出状態を説明する、二次電池要部の縦断面図及び平面図である。
　この発明の第１の実施形態による二次電池へのガス抜き孔形成プロセスとガス抜き孔形成装置とを説明する。
　図面のＦＩＧ．１を参照すると、二次電池１００は、薄く軽量な外装用フィルムを張り合わせたケーシング１と、ケーシング１に収装された蓄電要素２を備える。
　薄く軽量な外装用フィルムは、例えば三層構造を有する高分子－金属複合ラミネートフィルムであり、金属層および金属層の両面に配置される高分子樹脂層を有する。金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属箔から構成される。高分子樹脂層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート等の熱溶着性樹脂フィルムから構成される。外装用フィルムは、熱溶着や超音波溶着により容易に接着できるとともに、気密性、水分非透過性に優れたものであることが望ましい。
　外装用フィルムは、図に示すように、二次電池の蓄電要素２を収容した状態で、周縁３カ所の融着部Ａを熱溶着により接合した袋状をなす。この状態で、袋の内部に電解液を注液し、開口部Ｂを熱溶着により接合することでケーシング１が構成される。開口部Ｂの熱溶着による接合は、後述する第１封止工程による第１封止部Ｃ、第２封止工程及び本封止工程による第２封止部Ｄ及び本封止部Ｅの３段階でそれぞれ実施される。
　二次電池の蓄電要素２として、リチウムイオン二次電池を例として、その概略を説明する。リチウムイオン二次電池の蓄電要素２は、正極及び負極を、セパレータを介して重畳したものである。即ち、蓄電要素２は、正極活物質層が塗布された集電体からなる正極板と、負極活物質層が塗布された集電体からなる負極板とを、セパレータを介して積層することで、構成される。リチウムイオン二次電池は、非水電池であり製造時に混入した水分と反応することでガスを発生する。また、電解液中に含まれる有機溶媒の蒸発や、電池製造後のコンディショニングにおける電極反応でもガスを発生する。
　正極板は、例えば、アルミニウム箔よりなる集電体と、集電体のタブ領域を除いた両面領域に形成された正極活物質層とを備える。図には、タブ領域２Ａのみが蓄電要素２の外側に引き出された状態で示されている。正極活物質層は、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム－遷移金属複合酸化物からなる正極活物質、導電助剤、及びバインダを含む。
　負極板は、例えば、銅箔よりなる集電体と、集電体のタブ領域を除いた両面領域に形成された負極活物質層とを備える。図には、タブ領域２Ｂのみが蓄電要素２の外側に引き出された状態で示されている。負極活物質層は、負極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。負極活物質は、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）、黒鉛系炭素材料や、リチウム－遷移金属複合酸化物である。
　セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミドから形成される。
　液体電解質（電解液）は、有機溶媒、支持塩等を含む。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類である。支持塩は、リチウム塩（ＬｉＰＦ６）等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等の有機酸陰イオン塩である。
　各蓄電要素２のタブ領域２Ａは正極端子３Ａに接続される。各蓄電要素２のタブ領域２Ｂは負極端子３Ｂに接続される。正極端子３Ａと負極端子３Ｂはケーシング１の融着部Ａを貫通してケーシング１の外側に取り出される。
　ＦＩＧＳ．２Ａ－２Ｄを参照して、この発明によるガス抜き孔形成方法及びガス抜き孔形成装置を適用する二次電池の製造プロセスを説明する。この二次電池の製造プロセスは、主な工程として封止工程と、コンディショニング工程と、ガス抜き・第２封止工程と、本封止・トリミング工程とを有し、必要に応じてその他の工程を含む。
　ＦＩＧ．２Ａに示す封止工程は蓄電要素の挿入工程、電解液の注入工程、及び第１封止工程からなる。
　蓄電要素の挿入工程では、２枚の略矩形形状の外装用フィルムもしくは二つ折りの外装用フィルムの間に、矩形形状の蓄電要素２を配置する。蓄電要素２の正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂは、外装用フィルムの外側に達するように、位置決めされる。ＦＩＧ．１に示す外装用フィルムの周縁３カ所の融着部Ａを熱溶着により接合する。周縁の残りの１辺は開口部Ｂとして残される。これにより袋状のケーシング１が形成される。
　電解液注入工程においては、開口部Ｂを経由してケーシング１の内側に電解液が注入される。電解液の注入方法は、特に限定されない。チューブやノズルを開口部Ｂに差し込んで電解液を直接注入するか、あるいはケーシング１を電解液に浸漬することでも電解液をケーシング１に注入可能である。
　第１封止工程においては、電解液を注入するために使用した開口部Ｂを熱溶着により接合して、第１封止部Ｃを形成する。第１封止部Ｃは、ＦＩＧ．１に示すように、ケーシング１の周縁寄りに設定される。すなわち、蓄電要素２から遠い位置で接合される。ケーシング１の第１封止部Ｃと蓄電要素２との間のスペースは蓄電要素２に連通しており、このスペースがガス抜き部４として使用される。
　ＦＩＧ．２Ｂに示すコンディショニング工程は、初充電工程と、電池特性を安定化させるためのエージング工程からなる。初充電工程では蓄電要素２から初期ガスが発生する。エージング工程でも、蓄電要素２から更にガスが発生する。二次電池の用途によっては、コンディショニング工程は初充電工程とエージング工程のいずれか一方のみで構成される。
　初充電工程では、蓄電要素２の電池容量の所定割合、例えば満充電まで充電した場合に得られる電池電圧を、蓄電要素２が発生させるまで、蓄電要素２への充電を行なう。初充電の温度環境として、４５℃よりも低いとガスの発生が不十分となり、７０℃よりも高いと電池特性が劣化する可能性がある。そのため初充電を行なう温度環境としては４５℃から７０℃の範囲が好ましい。電池容量の所定割合は、必要に応じて設定される。
　エージング工程は、蓄電要素２を充電した状態で所定期間保持する工程である。
　ＦＩＧ．２Ｃに示すガス抜き・第２封止工程は、開孔工程と、ガス抜き工程と、第２封止工程からなる。開孔工程は大気圧のドライエア又は不活性ガス等のドライガスの雰囲気中において実施される。ガス抜き工程と第２封止工程は減圧した雰囲気中において実施される。
　開孔工程では、前述のガス抜き部４に切り込みを入れて、ＦＩＧ．１に示すようにスリット状のガス抜き孔５を形成する。これによりガス抜き部４は外部と連通する。
　ガス抜き工程では、雰囲気を減圧状態とすることにより、ケーシング１内の電解液中に溶け込んでいるガスを電解液から分離させ、ガス抜き孔５から外部に排出する。このガス抜き工程は、予め設定した所定時間が経過するまで継続して行なわれる。
　ガス抜き工程の終了後は第２封止工程が行なわれる。ここでは、引き続き減圧雰囲気の中で、ケーシング１の第１封止部Ｃよりも蓄電要素２に近接した部位に、熱融着による接合を行ってＦＩＧ．１に示す第２封止部Ｄを形成する。
　ＦＩＧ．２Ｄに示す本封止・トリミング工程では、第２封止工程を経た二次電池を、減圧雰囲気から取り出して、第１封止部　Ｃと第２封止部Ｄの間でケーシング１を第２封止部Ｄより広めに熱溶着により接合する。これによりＦＩＧ．１に示す本封止部Ｅが形成される。次に、ケーシング１の周縁部分の不要な領域を切断するトリミング工程が実施される。さらに、検査工程や充放電などの出荷調整工程が実施され、二次電池が完成する。
　以上は一般的な二次電池の製造工程であるが、この発明の実施形態を適用する二次電池の製造方法もこのプロセスを踏襲する。
　次にＦＩＧＳ．１５Ａ－１５Ｃを参照して、一般的な開孔工程を詳しく説明する。
　ＦＩＧ．２Ｃのガス抜き・第２封止工程の中の開孔工程を行なう際は、ガス抜き部４内にガスとともに電解液が残留していることがある。ＦＩＧ．１５Ａにおいて、ガス抜き部４が膨らんでいるのはガスによるケーシング１の内圧上昇のためである。この状態でＦＩＧ．１５Ｂに示すようにカッタ１４でガス抜き部４を切開すると、ガス抜き部４からガスとともに電解液が飛び出して飛散することがある。こうした原因でケーシング１内の電解液の液量が減少すると、電池の寿命に影響しかねない。
　ケーシング１の外部に飛散した電解液は、ＦＩＧ．１５Ｃに示すように、ケーシング１の表面に付着する。ケーシング１の表面に電解液が付着すると、新たに拭き取り工程を設ける必要が生じ、生産コストの増加につながる。また、電解液の拭き取り洩れが生じると、複数の二次電池１００の側面同士を接着して電池パックとして利用する場合に、接着剤の接着力を低下させる要因となる。
　この実施形態においては、開孔工程における電解液のケーシング１の外側への飛散を防止するために、ＦＩＧＳ．３と４に示すガス抜き孔形成装置１０が使用される。ガス抜き孔形成装置１０は、ケーシング１のガス抜き部４の一面を支持する支持部材１１と、ガス抜き部４のもう一面に接するローラ１３と、ローラ１３を揺動自由なアーム１５を介して支持する移動体１２と、からなる挟持機構を備える。ガス抜き孔形成装置１０はまた、ガス抜き部４に切込みを入れてガス抜き孔５を形成するカッタ１４を備える。
　ＦＩＧ．３を参照すると、支持部材１１と移動体１２は、ケーシング１のガス抜き部４から離れた待機位置と、互いに接近して、ガス抜き部４を挟み付ける作動位置と、の間で移動可能に構成される。以下の説明では、待機位置から作動位置への移動方向を前進と称し、作動位置から待機位置への移動方向を後退と称する。また、これらの方向と直交する水平方向、すなわち平面図であるＦＩＧ．４の横断方向、を横断方向と称する。
　移動体１２はその横断方向の両端に、前後方向に延びてベース部材１７に摺動自在に案内される補助シャフト１８を一体に備える。また、ベース部材１７に固定されたシリンダ１９から突出して伸縮作動するロッド１９Ａの先端に結合する。この構造のもとで、移動体１２は、ロッド１９Ａの伸縮に応じて、補助シャフト１８に案内されつつ、待機位置と作動位置との間で移動する。支持部材１１も移動体１２と同様の図示されない支持構造のもとで、待機位置と作動位置との間で進退方向に移動する。
　作動位置の支持部材１１は、ケーシング１のガス抜き部４の一方の面に接触して、ガス抜き部４を一方向から支持する。支持部材１１には、カッタ１４の切り刃を貫通させて支持部材１１の前面に突出させるための横方向のスリットからきる貫通孔１１Ａが形成される。貫通孔１１Ａは、電解液が付着しても溜まらない程度の幅とする。
　カッタ１４は、待機位置では支持部材１１の後方に位置する一方、作動位置の支持部材１１の貫通孔１１Ａを貫通して、刃先を支持部材１１の前方へ突出可能に構成される。さらに、貫通孔１１Ａを貫通したカッタ１４は刃先を貫通孔１１Ａに沿って、横断方向に横移動可能に構成される。カッタ１４の厚さは、貫通孔１１Ａを通過する厚さとする。これにより、ケーシング１のガス抜き部４を支持部材１１が支持する範囲内において、ガス抜き部４にガス抜き孔５を形成することができる。
　ローラ１３は、ケーシング１のガス抜き部４の他方の面に接触することでガス抜き部４を支持部材１１との間で挟み付ける。ローラ１３は、ＦＩＧ．３に示すように、アーム１５の先端に回転自在に支持される。アーム１５の基端は軸１２Ａを介して移動体１２に揺動自在に連結する。アーム１５の基端面には、基部を移動体１２に固定した板ばね１６の先端が面接触する。板ばね１６は、アーム１５の回動位置、すなわちローラ１３の上下方向の揺動角度位置が、ＦＩＧ．３に示す所定の初期位置に弾性的に保持されるように、アーム１５にばね荷重を加える。この初期位置では、アーム１５は最も上方へ回動した状態となり、ローラ１３は移動体１２からもっとも前方へ突出した状態となる。
　初期位置におけるローラ１３の上下方向の揺動角度位置が、アーム１５の基端側の軸１２Ａの位置よりも下方に位置するよう、ローラ１３はアーム１５の中心軸からオフセットした位置に配置される。例えば、ＦＩＧ．３において、軸１２Ａを含む水平面に対して、図の下方へ２度ないし３度先端を下方へ開動した平面上にローラ１３が配置される。このようなオフセット位置に支持されたローラ１３は、移動体１２の作動位置への前進によりケーシング１のガス抜き部４に接触すると下方へ付勢される。そして、アーム１５の先端を下方へ回動させつつガス抜き部４をしごきながら下方へ転動する。アーム１５の先端が下方へ回動すると、板ばね１６のアーム１５の基端面への当接状態が、面接触状態から基端面の下方に形成された円弧部への点接触状態へと変化する。その結果軸１２Ａまわりのモーメントがアーム１５に作用し、これがアーム１５を初期位置に戻す復元力として作用する。
　この実施形態は開孔工程を次のように実行する。
　すなわち、支持部材１１、移動体１２及びカッタ１４が、いずれも待機位置にあるガス抜き孔形成装置１０に、ＦＩＧ．２Ｂに示すコンディショニング工程を終えた二次電池がセットされる。この状態で、ＦＩＧ．３に示すように、支持部材１１が待機位置から前進して作動位置にセットされる。支持部材１１は、ガス抜き部４の一方の面に接触してガス抜き部４を支持する。
　コンディショニング工程を終えた二次電池のケーシング１は、コンディショ人のグ工程で発生したガスによる内圧上昇のため、ガス抜き部４がＦＩＧ．１５Ａに示すように若干膨らんでいる。また、ガス抜き部４には図に楕円で示すように電解液が残留している。なお、この膨らみ自体は開口作業のプロセスの説明とは直接関係ないので、ＦＩＧＳ．３，５－７のガス抜き孔形成装置の側面図には、膨らみのない状態のガス抜き部４が描かれている。
　ＦＩＧ．５を参照すると、支持部材１１がガス抜き部４の一方の面を支持した状態で、開校装置１０は移動体１２を待機位置から作動位置に前進させる。移動体１２の前進に伴い、ローラ１３がまずガス抜き部４の蓄電要素２から離れた部分に当接する。ローラ１３は支持部材１１との間でケーシング１の若干膨らんだガス抜き部４を挟持する。
　ＦＩＧ．６を参照すると、移動体１２がさらに前進すると、アーム１５の先端が下方へ開動し、ローラ１３は板ばね１６に抗しアーム１５を下方へ回動させつつガス抜き部４をしごきながら下方へ転動する。この結果、ＦＩＧ．６に示すように、先端のローラ１３はガス抜き部４の表面に沿って転動しつつ蓄電要素２に向けて図の下方へと移動する。このようにして、ローラ１３はケーシング１の若干膨らんだガス抜き部４を蓄電要素２に向かってしごくように作動する。
　ＦＩＧ．７を参照すると、ローラ１３が最下端に到達すると、ガス抜き部４は支持部材１１とローラ１３とにより完全に押し潰され、ガス抜き部４内に残留していた電解液は、蓄電要素２内に滴下する。滴下した電解液は、蓄電要素２周辺の電解液と混合することで、ガスと電解液との気液分離が促進される。
　ＦＩＧＳ．１０Ａ－１０Ｃを参照すると、この実施形態において、ローラ１３によるガス抜き部４のしごき動作中に、ガス抜き部４に加えられるローラ１３の押圧力は、蓄電要素２から離れた部位から蓄電要素２に接近するに連れて低下する。すなわち、移動体１２の前進による押付け力Ｆは軸１２Ａからアーム１５に伝達される段階でアーム１５に沿う方向の分力Ｆ１とアーム１５に直交する方向の分力Ｆ２とに分解される。このうち、アーム１５に沿う方向の分力Ｆ１がローラ１３に作用する。ローラ１３に分力Ｆ１が作用すると、ローラ１３は、分力Ｆ１を、ガス抜き部４を押圧する方向の押圧力としての分力Ｆ１Ａとローラ１３を下方へ付勢する分力Ｆ１Ｂとに分解し、後者により下方へと移動する。
　ＦＩＧ．１０Ａに示すように、ガス抜き部４のうち蓄電要素２から離れた部位にローラ１３が接触する状態では、ローラ１３に作用する分力Ｆ１の大部分がガス抜き部４への押圧力Ｆ１Ａとなる。従って、ローラ１３は比較的大きな押圧力Ｆ１Ａでガス抜き部４を下方にむけてしごくことになる。その結果、ガス抜き部４に残留する電解液は混在するガスと共に蓄電要素２に向けて確実に送り出される。
　ＦＩＧ．１０Ｂに示すように、ローラ１３が蓄電要素２に接近すると、移動体１２の前進方向への押圧力Ｆがアーム１５を介してローラ１３にもたらす分力Ｆ１は、アーム１５の平面方向に対する傾斜角度に比例して低下する。このため、ローラ１３がガス抜き部４に及ぼす押圧力である分力Ｆ１Ａもアーム１５の平面方向に対する傾斜角度に比例して徐々に低下する。このようにして、ローラ１３は蓄電要素２に接近するにつれて分力Ｆ１Ａを低下させつつガス抜き部４を下方に向けてしごくように移動する。この結果、ガス抜き部４に残留する電解液を混在するガスともに、ケーシング１の蓄電要素２側へと確実に戻すことができる。
　ＦＩＧ．１０Ｃに示すように、ローラ１３が蓄電要素２にさらに接近すると、移動体１２の前進方向への押圧力Ｆがアーム１５を介してローラ１３に及ぼす分力Ｆ１は、アーム１５の平面方向に対する傾斜角度に比例してより一層低下する。このため、ローラ１３によるガス抜き部４への押圧力である分力Ｆ１Ａもアーム１５の平面方向に対する傾斜角度に比例してより一層低下する。このようにして、ローラ１３は蓄電要素２に近づくにつれて、ガス抜き部４への押圧力である分力Ｆ１Ａをより一層低下させる。
　なお、アーム１５には板ばね１６による初期位置への戻しモーメントも作用している。この戻しモーメントはアーム１５を介してローラ１３をガス抜き部４に押付けるように作用する。しかしながら、この戻しモーメントは、アーム１５に作用する外力、すなわち例えば、移動体１２の作動位置への前進時に伴ってローラ１３に作用する力と比べて極く小さい。言い換えれば、板ばね１６のばね荷重は、移動体１２の前進による外力の作用から解放され、フリーになったアーム１５を初期位置に回動させることができる程度に設定される。このため、ローラ１３のガス抜き部４への押付け力である分力Ｆ１Ａは、板ばね１６による戻しモーメントを考慮することなく、上記のように設定することができる。
　ＦＩＧ．１１を参照すると、蓄電要素２の近傍においてガス抜き部４にローラ１３を強く押し付けると、ガス抜き部４に連なって蓄電要素２を収容しているケーシング１の外装用フィルムに張力を及ぼして、ケーシング１内の蓄電要素２を変形させる可能性がある。一方、この実施形態によれば、蓄電要素２に接近するにつれて、ローラ１３がガス抜き部４に及ぼす押圧力である分力Ｆ１Ａが低下する。このため、ケーシング１の蓄電要素２の収容部分の外装用フィルムに張力を及ぼして、内側の蓄電要素２を変形させる不具合を未然に防止することができる。
　ＦＩＧ．８を参照すると、ローラ１３がガス抜き部４のしごき動作を完了すると、カッタ１４が操作され、カッタ１４の刃先が支持部材１１の貫通孔１１Ａを貫通して作動位置へと押出され、刃先がケーシング１のガス抜き部４に切り込みを入れる。次いで、刃先は支持部材１１のスリット状の貫通孔１１Ａに沿って横断方向に移動してガス抜き部４を横断方向に切り裂いて、ＦＩＧ．９に示すようにガス抜き部４にガス抜き孔５を形成する。ガス抜き孔５を形成した後、カッタ１４は支持部材１１の後方に後退して待機位置に復帰する。支持部材１１と移動体１２も待機位置へと戻される。
　以上のように、ガス抜き部４の外装用フィルムがローラ１３と支持部材１１により挟持され、下方の蓄電要素２に向けてしごかれるので、ガス抜き部４から電解液を完全に排除することができる。その状態でガス抜き孔５が形成される。したがって、ケーシング１内の蓄電要素２の周囲のガスは、支持部材１１と移動体１２が待機位置へと後退するのに応じて、ＦＩＧ．９に示すように、ガス抜き部４押し拡げて、ガス抜き孔５からケーシング１の外側へと排出される。また、ローラ１３のしごき動作により、ガス抜き部４から蓄電要素２の周囲に滴下した電解液は、蓄電要素２の周囲の電解液と混ざり合う。したがって、ガス抜き部４にガス抜き孔５を形成する際も、ガス抜き孔５をした後も、ガス抜き孔５から電解液が外部に流出することはない。
　ＦＩＧ．１２を参照すると、発明者らはガス抜き部４にカッタ１４でガス抜き孔５を形成する作業に関して、この実施形態によるガス抜き孔形成装置１０を用いる二次電池の製造方法と、この実施形態によるガス抜き孔形成装置１０を用いない二次電池の製造方法とで、ケーシング１内の電解液の減少量を比較した。その結果、この実施形態によるガス抜き孔形成装置１０を用いない二次電池の製造方法では、ガス抜き孔５の形成と同時に電解液がガス抜き孔５から飛散し、電解液の減少量が比較的多いことが分かった。これに対して、ガス抜き孔形成装置１０がガス抜き部４の残留電解液を蓄電要素２側へとしごき落とした後にガス抜き孔５を形成するこの実施形態では、ガス抜き孔５の形成と同時にケーシング１の外側へ飛散する電解液の量が大幅に減少することが確認された。
　なお、上記の実施形態では、カッタ１４によってガス抜き部４のみに切り込みを入れてガス抜き孔５を形成するケースを説明している。しかしながら、切り込みの範囲をガス抜き部４の外側にまで拡げて、ケーシングの１辺を全長に渡って切断することも可能である。
　以上の説明では、ローラ１３が最下端に下降した後にカッタ１４がガス抜き部４に切り込みを入れることを想定している。しかし、ローラ１３が支持部材１１の貫通孔１１Ａを通過した後であれば、ローラ１３がガス抜き部４を蓄電要素２に向かって下方へしごいている最中であっても、カッタ１４によるガス抜き孔５の形成を開始することができる。
　以上の第１実施形態においては、支持部材１１とローラ１３と移動体１２とアーム１５が挟持機構を構成する
　ＦＩＧ．１３を参照して、この発明の第２実施形態による二次電池のガス抜き孔形成プロセスとガス抜き孔形成装置とを説明する。
　第２の実施形態において、ガス抜き孔形成装置１０は、ケーシング１のガス抜き部４の両側にそれぞれ臨んで、一対のローラ１３Ａと１３Ｂと、ローラ１３Ａと１３Ｂを揺動支持する一対の移動体１２と、ガス抜き部４に切込みを入れてガス抜き孔５を形成するカッタ１４と、を備えている。その他の構成は、第１実施形態のガス抜き孔形成装置１０と同一である。
　ガス抜き孔形成装置１０は、一対の移動体１２を作動位置に移動させて、一対の移動体１２によりケーシング１のガス抜き部４を挟持する。つまり、各移動体１２のローラ１３Ａと１３Ｂは、ガス抜き部４の外装用フィルム同士が密着するようにガス抜き部４を教示し、ガス抜き部４を蓄電要素２に向かって下向きにしごく。これにより、ガス抜き部４は一対のローラ１３Ａと１３Ｂに押し潰され、ガス抜き部４内の残留電解液は、蓄電要素２の周囲に滴下する。滴下した電解液は、蓄電要素２周辺の電解液と混合することで、ガスと電解液との分離を促進する。
　この実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ローラ１３Ａと１３Ｂによるガス抜き部４のしごき動作において、ガス抜き部４にローラ１３Ａと１３Ｂが及ぼす押圧力は、ローラ１３Ａ，１３Ｂが蓄電要素２に近づくにつれて低下する。言い換えれば、蓄電要素２から離れた部位でケーシング１に接触するローラ１３Ａと１３Ｂ比較的大きな押圧力でガス抜き部４を押圧し、ケーシング１のガス抜き部４を下方へ向けてしごくように動作する。したがって、ガス抜き部４に残留する電解液を混在するガスと共に確実に蓄電要素２の周囲に戻すことができる。
　移動体１２の前進方向への押圧力のうちアーム１５を介してローラ１３Ａと１３Ｂに作用する分力は、アーム１５の平面方向に対する傾斜が大きくなるにつれて低下する。このため、ローラ１３Ａと１３Ｂがガス抜き部４に及ぼす押圧力も、アーム１５の平面方向に対する傾斜とともに徐々に低下する。従って、ローラ１３Ａと１３Ｂは蓄電要素２に接近するにつれて、ガス抜き部４に加える押圧力を低下させながらガス抜き部４を蓄電要素２に向かってしごきつつ変位する。この結果、ガス抜き部４に残留する電解液を混在するガスと共に確実に蓄電要素２の周囲に戻すことができる。
　ローラ１３Ａと１３Ｂが蓄電要素２にさらに接近すると、移動体１２の前進方向への押圧力のうちアーム１５を介してローラ１３Ａと１３Ｂに作用する分力はより一層低下する。このため、ローラ１３Ａと１３Ｂによるガス抜き部４への押圧力もより一層低下する。蓄電要素２に隣接するガス抜き部４をローラ１３Ａと１３Ｂが強く押圧すると、ガス抜き部４に連なって蓄電要素２を収容している外装用フィルムが引っ張られ、内側の蓄電要素２を変形させる可能性がある。蓄電要素２の近傍でローラ１３Ａと１３Ｂの押し付け力がより一層低下することこうした不具合を防止するうえで好ましい。
　ローラ１３Ａと１３Ｂによるガス抜き部４のしごき動作の後、カッタ１４の刃先が前進し、ケーシング１のガス抜き部４に切り込みを入れる。次いで、刃先が横方向に移動してガス抜き部４を横断方向に切り裂いてガス抜き孔５を形成する。ガス抜き孔５の形成後、カッタ１４は待機位置へと後退する。一対の移動体１２もそれぞれ待機位置へと後退する。
　以上のように、この実施形態においても、ガス抜き部４の外装用フィルムをローラ１３Ａと１３Ｂが挟持しながら変位することで、外装用フィルムが互いに互いに密着し、ガス抜き部４から電解液を確実に排除する。電解液を排除したガス抜き部４にガス抜き孔５が形成される。そのため、一対の移動体１２がそれぞれ待機位置へと後退すると、ケーシング１内のガスは、第１の実施形態と同様、ガス抜き部４を押し拡げ、ガス抜き孔５を介してケーシング１の外側に排出される。一方、ガス抜き部４の電解液は、ローラ１３Ａと１３Ｂのしごき動作により蓄電要素２の周囲の電解液と混じりあう。そのため、ガス抜き部４にガス抜き孔５を形成する際に、電解液がガス抜き部４及びガス抜き孔５を通して外部に排出される現象を抑制することができる。
　以上の第２の実施形態では、一対の移動体１２と、一対のローラ１３Ａ，１３Ｂと、一対のアーム１５が挟持機構を構成する。
　ＦＩＧＳ．１４Ａ－１４Ｃを参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。
　この実施形態では、ケーシング１のガス抜き部４を傾斜した表面を備える一対の弾性パッド２０で挟むことにより、ガス抜き部４に残留する電解液を蓄電要素２の周囲に押し戻す。
　一対の弾性パッド２０はＦＩＧ．１４Ａに示すように、ケーシング１のガス抜き部４の両側にそれぞれ臨んで、対向する表面を傾斜させた、例えば、スポンジ体で構成される。この図は弾性パッド２０が、待機位置に保持した状態を示す。弾性パッド２０，２０は、ケーシング１の周縁で互いに接近し、蓄電要素２に近づくにつれて離間する傾斜面２０Ａ，２０Ａを備える。各弾性パッド２０の中央には、カッタ１４を貫通させるための横断方向のスリットによる貫通孔２０Ｂが形成される。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
　コンディショニング工程によりガスが発生した二次電池のケーシング１は、ガスによる内圧上昇によりガス抜き部４にも電解液が残留した状態となっている。ガス抜き孔形成装置１０は、ＦＩＧ．１４Ｂに示すように、一対の弾性パッド２０、２０を作動位置に前進させ、ケーシング１のガス抜き部４を挟持する。一対の弾性パッド２０，２０が前進するにつれて、対向する傾斜面２０Ａ，２０Ａはまず蓄電要素２から離れた位置でガス抜き部４を挟持し、蓄電要素２に向かって挟持範囲を拡大させていく。つまり、一対の弾性パッド２０，２０によるガス抜き部４のしごき動作が行なわれる。その結果、ガス抜き部４の膨らみが蓄電要素２に向かって順次押し潰され、ガス抜き部４に残留していた電解液が、蓄電要素２の周囲に滴下する。滴下した電解液は、蓄電要素２周辺の電解液と混ざり合うことで、ケーシング１内のガスと電解液との気液分離が促進される。
　この実施形態においても、一対の弾性パッド２０，２０がガス抜き部４に及ぼす挟持力は、蓄電要素２に近づくにつれて低下する。このため、蓄電要素２から離れた部位に残留する電解液を強い挟持力のもとでガスとともに確実に蓄電要素２に向けて押し出すことができる。一方、蓄電要素２に近づくに連れて挟持力は低下するので、過大な挟持力によりガス抜き部４に連なって蓄電要素２を収容している外装用フィルムが引っ張られ、内側の蓄電要素２を変形する不具合を防止できる。
　ガス抜き部４からこのようにして電解液とガスを排除した後、ＦＩＧ．１４Ｃに示すように、カッタ１４の刃先が前進して、ケーシング１のガス抜き部４に切り込みを入れる。次いで、カッタ１４の刃先を横断方向に移動してスリット状のガス抜き孔５を形成する。ガス抜き孔５を形成した後、カッタ１４は待機位置に後退する。次いで、一対の弾性パッド２０，２０も待機位置に後退する。
　この実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と比べてガス抜き孔形成装置１０の構成を単純化できる。また、ガス抜き部４を一対の弾性パッド２０、２０で両面から保持した状態で、ガス抜き部４にガス抜き孔５を形成するので、ガス抜き部４の位置が安定し、ガス抜き孔５の形成が容易になる。
　以上の第３の実施形態では、一対の弾性パッド２０，２０が挟持機構を構成する。
　以上の説明に関して２０１３年１２月１１日を出願日とする日本国における特願２０１３－２５５８４５号、の内容をここに引用により合体する。
　以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
　以上のように、この発明によるガス抜き孔形成方法とガス抜き孔形成装置は二次電池の製造時における電解液の漏れを防止する。したがって、例えば自動車用の二次電池の製造工程を合理化するうえで好ましい効果をもたらす。
　この発明の実施形態が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims (8)

  1. 　重ね合わせたフィルムの外周縁を接合して、外周縁に接合部を形成したケーシング内部に発電要素を収容する第１の封止プロセスと、
    　前記ケーシングの外周縁の接合部と発電要素との間の部位にガス抜き孔を形成するガス抜き孔形成プロセスと、
    　前記ガス抜き孔を通して前記ケーシング内部のガスをケーシング外部へ排出するガス抜きプロセスと、
    　前記ガス抜き孔を封止する第２の封止プロセスと、を有する二次電池の製造方法における前記ガス抜き孔形成プロセスであって、
    　前記ケーシングのガス抜き孔が形成される部位を含む領域を、前記発電要素から距離を置いた位罎から前記発電要素に接近する方向に向かって順次、重ね合わされた前記フィルムが互いに密着するように前記ケ一シング表面の両側から押圧すると共に、前記発電要素に接近するに連れて押圧力が低下するように押圧した後に、前記押圧した領域に前記ガス抜き孔を形成することを特徴とするガス抜き孔形成プロセス。
  2. 　前記ガス抜き孔形成プロセスは、前記ケーシング衰面の前記ガス抜き孔を形成する部位を含む領域の一方側表面を拘束パッドで支持し、他方側表面の前記発電要素から遠い側にローラを押し当てて前記押圧力を付与し、前記ローラを前記発電要素側に近い側に向かって転動させつつ、前記押圧力を前記発電要素に接近するに連れて低下させる、請求項１に記載のガス抜き孔形成プロセス。
  3. 　前記ガス抜き孔形成プロセスは、前記ケーシングの前記発電要素から遠い部分の両表面を一対のローラにより挟んで前記押圧力を付与し、前記一対のローラを前記発電要素側に近い側に向かって転動させつつ、前記押圧力を前記発電要素に接近するに連れて低下させる、請求項１に記載のガス抜き孔形成プロセス。
  4. 　前記ガス抜き孔形成プロセスは、前記発電要素から遠いほど前記ケーシング表面に接近し、前記発電要素に近いほど前記ケーシング表面から離れる傾斜面を備える一対の弾性パッドにより、前記ガス抜き孔を形成する部位を含む領域を前記ケーシング表面の両側から挟む事によって、前記発電要素に接近するに連れて低下する押圧力を付与するガス抜き孔形成プロセス。
  5. 　重ね合わせたフィルムの外周縁を接合して、外周縁に接合部を形成したケーシング内部に発電要素を収容する第１の封止プロセスと、
    　前記ケーシングの外周縁の接合部と発電要素との問の部位にガス抜き孔を形成するガス抜き孔形成プロセスと、
    　前記ガス抜き孔を通して前記ケーシング内部のガスをケーシング外部へ排出するガス抜きプロセスと、
    　前記ガス抜き孔を封止する第２の封止プロセスと、を実行する二次電池の製造装置の前記ガス抜き孔形成プロセスに適用されるガス抜き孔の形成装置であって、
    　前記ケーシングのガス抜き孔が形成される部位を含む領域を、前記発電要素から距離を置いた位置から前記発電要素に接近する方向に向かって順次、重ね合わされた前記フィルムが互いに密着するように前記ケーシング表面の両側から押圧すると共に、前記発電要素に接近するに連れて押圧力が低下するように押圧する押圧装置と、前記押圧した領域に前記ガス抜き孔を形成するカッタとを備えることを特徴とするガス抜き孔の形成装置。
  6. 　前記押圧装置は、前記ケーシング表面の前記ガス抜き孔を形成する部位を含む領域の一方側表面を支持する拘束パッドと、前記発電要素から遠い側から前記発電要素に近い側に向かって転動しながら前記ケーシングの他方側表面に押圧力を付与するローラとを備え、当該ローラの前記押圧力を前記発電要素に接近するに連れて低下させる請求項５に記載のガス抜き孔の形成装置。
  7. 　前記押圧装置は、前記ケーシング両表面から当該ケーシングを挟んで押圧力を付与しながら、前記発電要索から遠い側から前記発電要素に近い側に向かって転動する一対のローラを備え、当該ローラの前記押圧力を前記発電要素に接近するに連れて低下させる、請求項５に記載のガス抜き孔の形成装置。
  8. 　前記押圧装置は、前記発電要素から遠いほど前記ケーシング表面に接近し、前記発電要素に近いほど前記ケーシング表面から離れる傾斜面を備える一対の弾性パッドを備え、前記ガス抜き孔を形成する部位を含む領域を前記一対の弾性パッドで前認ケーシング表面両側から挟む事によって、前記発電要素に接近するに連れて低下する押圧力を付与する請求項５に記載のガス抜き孔の形成装置。
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