JP2004247120A - 電解液注液方法および電解液注液装置 - Google Patents
電解液注液方法および電解液注液装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電解液の液ロスの低減化、高い注液精度、電解液の極板群への含浸時間の短縮化、気泡の電解液への混入防止およびコスト低減を図って高品質の電池を得られる電解液注液方法および電解液注液装置を提供する。
【解決手段】極板群を収納済みの電池ケース８を収容した注液チャンバ１０の密閉空間を減圧して、電池ケース８の内部と開口部を有する二次貯液室４２の内部とを同時に真空引きしたのち、電池ケース８の注液口８ａを二次貯液室４２の開口部に気密状態に連通接続する。注液バルブ３８を開いて、一次貯液室１２内の定量の電解液２を液通路３７を介して二次貯液室４２に送給し、注液バルブ３８を閉じて二次貯液室４２を密閉状態に保持し、ピストン３４の作動で二次貯液室４２の内部容積を縮小しながら二次貯液室４２内の電解液２をピストン３４で直接に加圧しながら電池ケース８内に注入する。
【選択図】 図１
【解決手段】極板群を収納済みの電池ケース８を収容した注液チャンバ１０の密閉空間を減圧して、電池ケース８の内部と開口部を有する二次貯液室４２の内部とを同時に真空引きしたのち、電池ケース８の注液口８ａを二次貯液室４２の開口部に気密状態に連通接続する。注液バルブ３８を開いて、一次貯液室１２内の定量の電解液２を液通路３７を介して二次貯液室４２に送給し、注液バルブ３８を閉じて二次貯液室４２を密閉状態に保持し、ピストン３４の作動で二次貯液室４２の内部容積を縮小しながら二次貯液室４２内の電解液２をピストン３４で直接に加圧しながら電池ケース８内に注入する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、密閉型電池の製造過程における極板群が収納された電池ケース内に所定量の電解液を注液する工程での電解液注液方法およびその注液方法を具現化した電解液注液装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電池は、電池ケース内に極板群を収納したのちに電解液を注液し、電池ケースの開口部または注液口を密閉状態に閉塞する工程を経て製造されている。電解液の注液工程では、電池ケース内に注入した電解液が、正，負の極板をセパレータを介在させて高密度に積層または積層状態で渦巻状に巻回されてなる極板群の小さな隙間に浸透し難いために、所定量の電解液を極板群に含浸させるまでに長時間を要する。
【０００３】
電解液を速やかに極板群に含浸させるために、従来では、電解液を注入した電池ケースの開口部に気密状態で接続した真空ポンプにより電池ケース内を減圧することにより、電池ケース内の減圧に伴って極板群の隙間に存在する空気を気泡として電解液の液面に浮上させることが行われていた。ところが、この注液手段では、電解液の極板群への浸透をある程度促進できるが、極板群の隙間に存在する空気が微細な気泡となるため、この微細な気泡が、極板群の表面に付着したりして電解液の液面に速やかに浮上しないので、電解液の注液時間を十分に短縮することができない。
【０００４】
また、電解液の注液時間をさらに短縮するために、上述の減圧手段に加えて、電解液を充填した電池ケースの開口部を閉塞した状態で電池ケース内の電解液を不活性ガスなどで加圧することにより、電解液を極板群に強制的に浸透させるように図った装置も知られている。しかし、この装置は、電池ケースの加圧状態を解除して大気圧に戻した瞬間に、極板群の隙間で加圧されて小さく押し潰されていた気泡が大きく膨張するため、極板群の隙間に一旦含浸させた電解液が電池ケースの外部に飛び出してしまう問題がある。
【０００５】
そこで、従来では、上述した問題の解消を図るために、次に説明する種々の注液装置（以下、第１ないし第５の従来技術という）が提案されている。すなわち、第１の従来技術の注液装置は、図１３に示すように、極板群６１が予め収納された電池ケース６０を閉塞シリンダ６２によって気密に閉塞し、吸引部６３を介して接続された減圧機（図示せず）の駆動によって電池ケース６０内を減圧した状態でピストン６４を駆動することにより、一時貯液室６５内の電解液６６を注液管６７から電池ケース６０内に注液するとともに、減圧機の駆動制御によって電池ケース６０内を減圧状態から加圧状態に変えて、電解液６６の極板群６１への浸透を促進するようになっている（特許文献１参照）。
【０００６】
上記注液装置では、注液管６７の上端が一時貯液室６５内の電解液６６の液面よりも上方まで突出されており、一時貯液室６５内に注入された電解液６６を注液管６７に流入させずに貯留した状態において、電池ケース６０の内部を減圧したのちに、ピストン６４が一時貯液室６５内の電解液６６の液面を押し上げて電解液６６を注液管６７の導入口から流入させて注液管６７を介し電池ケース６０内に注液するようになっている。
【０００７】
この注液装置では、閉塞シリンダ６２で閉塞した電池ケース６０内を減圧機で減圧して電池ケース６０内の空気を排気するので、極板群６１の隙間に存在する空気も排気される。これにより、電池ケース６０に注入した電解液６６は、極板群６１の微細な隙間への浸透を促進されながら、極板群６１に含浸される。そののち、電池ケース６０内の圧力が上昇することにより、電解液６６が極板群６１に強制的に含浸される。
【０００８】
また、第２の従来技術の注液装置は、上記第１の従来技術の構成に加えて、電池ケースの開口部に注液ノズルを連結して、閉塞状態の一時貯液室の上部に気泡分離チャンバを設け、この気泡分離チャンバに開口された排気口から一時貯液室内の空気を排気して減圧することにより、一時貯液室に蓄えられている電解液に含まれている気泡を浮上させて気泡分離チャンバで分離し、気泡を分離しながら電解液を注液ノズルを介し電池ケース内に注入するようになっている（特許文献２参照）。この注液装置は、気泡が電解液と共に電池ケース内に注入されるのを防止しようとするものである。
【０００９】
また、第３の従来技術の注液装置は、図１４に示すように、内部に電池ケース６０を着脱自在に保持して昇降可能な保持台６８と注液ノズル６９とを具備し、開閉自在な密閉容器に形成された注液チャンバ７０と、この注液チャンバ７０に計量ポンプ７１を介して管路接続され、電解液６６を貯蔵する電解液タンク７２と、注液チャンバ７０にそれぞれ電磁弁７５，７６を介して管路接続された真空チャンバ７３および大気開放部７４と、注液チャンバ７０および真空チャンバ７３にそれぞれ電磁弁７８，７９を介して管路接続された真空ポンプ７７とを有している（特許文献３参照）。
【００１０】
この注液装置では、注液チャンバ７０を密閉状態として、電磁弁７５を開くことにより、予め真空ポンプ７７の駆動によって内部が低圧に保持されている真空チャンバ７３を注液チャンバ７０に連通して、注液チャンバ７０内に収納されている電池ケース６０の内部を真空引きし、そののち、保持台６８の上昇によって電池ケース６０の注液口６０ａを注液ノズル６９に接続し、注液バルブ８０を開いて計量ポンプ７１により所定量の電解液６６を注液口６０ａから電池ケース６０内に注液し、この注液工程の後に、保持台６８の下降により注液口６０ａを注液ノズル６９から分離し、電池弁７６を開いて注液チャンバ７０内の圧力を大気圧とすることにより、電池ケース６０内の電解液６６を大気圧で加圧して極板群６１の隙間に強制的に浸透させるように図っている。
【００１１】
この注液装置では、内部を予め低圧に保持した真空チャンバ７３を注液チャンバ７０に連通することにより、真空引き時間の短縮化を図って能率的に注液できるようにしている。また、計量ポンプ７１を管路を介して注液ノズル６９に接続することにより、注液経路において電解液６６に空気が混入することによる気泡の発生を防止するようにしている。
【００１２】
また、第４の従来技術の注液装置は、電池ケースの開口部を気密に封口する閉塞部と、その一端側が閉塞部に接続されるとともに他端側に電解液が供給される注入ラインと、この注入ラインの途中に設けられ、電池ケース内の極板群に含浸させる所定量の電解液を貯留する貯留部と、この貯留部を第１気圧まで減圧する第１の減圧部と、貯留部内を大気開放する大気開放部と、電池ケース内を第１気圧より低い第２気圧まで減圧する第２の減圧部とを備えている（特許文献４参照）。
【００１３】
この注液装置では、貯留部内を第１気圧まで減圧することによって電解液から脱泡し、電池ケース内を貯留部の内部以上の高い真空圧に減圧することによって電解液の極板群への浸透を促進し、貯留部内を大気開放することによって電解液を加圧して電解液の極板群への含浸を促進するように図っている。
【００１４】
また、第５の従来技術の注液装置は、所定量の電解液を蓄えた一時貯液室と、極板群を収納した電池ケースとを、個別の貯液室減圧機構およびケース減圧機構により別々に排気して減圧することにより、一時貯液室を電池ケースよりも高い圧力に減圧し、開閉弁を開弁することにより電池ケースと一時貯液室との圧力差によって一時貯液室内の電解液を電池ケース内に充填するようにしている（特許文献５参照）。
【００１５】
この注液装置では、電池ケースと一時貯液室とを別々に減圧することにより、電池ケースを充分に減圧して電池ケース内の空気を確実に排気するとともに、一時貯液室を、減圧によって電解液を変質させることなく減圧した上で、電解液をより速やかに効率よく電池ケース内に注液できるように図っている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−９９９０１号公報
【００１７】
【特許文献２】
特開平１１−２６３３１号公報
【００１８】
【特許文献３】
特開２０００−１８２５９９号公報
【００１９】
【特許文献４】
特開平１１−７３９４２号公報
【００２０】
【特許文献５】
特開２００２−２７４５０４号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の各注液装置には、何れも解決しなければならない問題が残存している。すなわち、図１３の第１の従来技術の注液装置では、電解液６６の注入に先立って電池ケース６０内を減圧機の駆動により真空引きするときに、一時貯液室６５における電解液６６の液面よりも上方の空間が注液管６７を通じて電池ケース６０と連通状態になっているので、電池ケース６０内を電解液６６の蒸気圧以下の真空度に高めることができないだけでなく、一時貯液室６５内の電解液６６を確実に電池ケース６０内に注液することができない。しかも、ピストン６４により電解液６６を加圧するときに、電池ケース６０と注液管６７の注液口との間が離間しているので、ピストン６４で加えた圧力をそのまま電解液６６に伝えることがきないから、電解液６６の極板群への含浸を十分に促進することができず、注液時間が長くかかるとともに、電池ケース６０内の電解液６６が外部にこぼれ出る可能性があり、電解液６６が電池材料の中でも高価な材料の一つであることから、経済的損失が大きくなる。これらにより、この注液装置では、電池ケース６０への電解液６６の注液精度が低下するから、電池容量の低下を招く。
【００２２】
また、上記注液装置では、一時貯液室６５に蓄えられている電解液６６に気泡が存在していると、その後の注液工程において気泡を取り除くことができないので、気泡が電解液６６と共に電池ケース６０内に注入されてしまい、電池としたときに所要の電気特性が得られないことから、電池の品質低下を招く。さらに、ピストン６４によって一時貯液室６５内の電解液６６を注液管６７を介し電池ケース６０内に注液するときには、ピストン６４による加圧力を電池ケース６０内の電解液６６に直接的に作用させることができない。何故ならば、電池ケース６０と注液管６７の注液口との間が離間しているからである。これらにより、この注液装置では、電解液６６を極板群６１に迅速に浸透させることができず、注液時間を十分に短縮することができないことがある。
【００２３】
また、第２の従来技術の注液装置では、一時貯液室に蓄えられている電解液の気泡を浮上させて気泡分離チャンバで分離することにより、気泡を取り除くことができるが、第１の従来技術と同様に、電解液の注入に先立って電池ケース内を減圧機の駆動により真空引きするときに、一時貯液室における電解液の液面よりも上方の空間が注液管を通じて電池ケースと連通状態になっているので、電池ケース内を電解液の蒸気圧以下の真空度に高めることができないから、やはり電解液を極板群に迅速に浸透させることができず、注液時間を十分に短縮することができないとともに、注液精度が条件設定により低い場合がある。
【００２４】
さらに、第３の従来技術の注液装置では、一時貯液部を設けずに計量ポンプ７１を電池ケース６０に管路で密閉状態に直結して、計量ポンプ７１と電池ケース６０間を電解液６６で充満させるようにしているので、精度良く注液するためには、一つの計量ポンプ７１で対応する方が好ましい。
【００２５】
また、この注液装置では、電池ケース６０内を真空引きする時間の短縮化を図っているが、高容量電池では、真空引き時間よりも電池ケース６０内の電解液６６を加圧して極板群６１に浸透させるのに時間がかかる。これに対し、この注液装置では、電解液６６を電池ケース６０に注入したのち、電池ケース６０の注液口６０ａを注液ノズル６９から離間させて、注液チャンバ７０内を大気圧とし、この大気圧でのみ電池ケース６０内の電解液６６を加圧するだけである。このような加圧手段では、電解液６６を極板群６１に浸透させるのに時間がかかり、特に、多連にした場合には生産性が著しく低下する。
【００２６】
さらに、第４の従来技術の注液装置では、大気圧下で貯留部内に注入した電解液を真空引きすることによって液中の気泡を除去するように図っているので、脱泡に時間がかかり過ぎるだけでなく、液中の気泡を完全に除去することが難しい。また、電解液を極板群に浸透させるに際しては、予め減圧した電池ケース内の真空圧と大気圧との差圧のみに頼っているので、電解液を極板群に含浸させるのに長時間を要するだけでなく、大気圧に開放していることから、電解液が極板群に浸透されていく過程において電解液中に気泡を巻き込んでしまい、電解液の含浸時間が逆に長くかかったり、電解液が電池ケースの外部に溢れ出るといった不具合が発生し易い。
【００２７】
また、この注液装置では、電解液を極板群の隙間に迅速に浸透させるために、電池ケースを大気圧に開放すると同時にピストンで電池ケース内を加圧する手段も設けているが、この場合には電解液中に気泡が混入し易い。
【００２８】
さらにまた、第５の従来技術の注液装置では、電池ケースと一時貯液室とを別々に減圧することにより、電解液中の気泡の除去および注液過程での電解液への気泡の混入を防ぐことができるが、電池ケースと一時貯液室との差圧のみに頼って電解液を電池ケース内に注入しており、電解液を電池ケース内に強制的に注入する手段を備えていないので、電解液の極板群への含浸に時間がかかり、生産性を高めることができないだけでなく、粘性の高い電解液が液供給経路の内壁面に付着残存し易いので、注液精度が低く、また、気泡が生じ易い。
【００２９】
しかも、上記注液装置では、電池ケースと一時貯液室とを別々に減圧するために、貯液室減圧機構の内部に一時貯液室を設けた充填シリンダを備え、この充填シリンダの内部にケース減圧機構の気体排気路を有する排気シリンダを配設し、排気シリンダを充填シリンダの内部で軸方向に上下に移動できるように配設するとともに、排気シリンダの下端に開閉弁を設け、排気シリンダを上昇させて開閉弁を開弁し、排気シリンダを下降させて開閉弁を閉弁するといった極めて複雑な構成になっているので、コスト高となる。
【００３０】
上述のように、従来の各注液装置には、電解液を極板群に浸透させるのに時間がかかって生産性が低く、電解液中に気泡が混入し易く、あるいは電解液中の気泡を完全に取り除くのが困難であるのに起因して電池の品質が低下し、設備費用が高くついたり、あるいは液ロスが多いのに伴ってコスト高となるだけでなく、多量の液ロスの発生に伴い注液精度が低くなって安定した電池性能を得られないといった問題が残存している。
【００３１】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、電解液の液ロスを格段に低減して高い注液精度を得ながらも、電解液の極板群への含浸時間の短縮化を図ることができるとともに、気泡の電解液への混入を防止して高品質の電池を得ることができ、さらに、コスト低減を図ることもできる電解液注液方法および電解液注液装置を提供することを目的とするものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電解液注液方法は、電解液タンクから定量の電解液を一次貯液室内に供給する電解液供給工程と、極板群を収納した電池ケースを注液チャンバの内部の密閉空間に収容して前記密閉空間内を減圧することにより、前記電池ケースの内部と、中間に注液バルブを介設した液通路を介して前記一次貯液室に連通し、且つ前記密閉空間に向けて開口した二次貯液室の内部とを同時に真空引きする電池ケース排気工程と、内部を真空引きした前記電池ケースの注液口または開口部を前記二次貯液室の開口部に気密状態に連通接続する電池ケース接続工程と、前記注液バルブを開くことにより、前記一次貯液室内の電解液を前記液通路を介して前記二次貯液室に送給する電解液移送工程と、前記一次貯液室内の電解液を前記二次貯液室に送給し終えたのちに前記注液バルブを閉じて前記二次貯液室を密閉状態に保持し、ピストンの作動によって前記二次貯液室の内部容積を縮小していくことにより、前記二次貯液室内の電解液を前記ピストン表面で直接に加圧しながら前記電池ケース内に注入する注液工程とを備えていることを特徴としている。
【００３３】
この電解液注液方法では、ピストンの作動で二次貯液室の内部容積を気密状態に保持しながら縮小することにより、加圧ガスなどを介在させることなくピストンで電解液を直接的に加圧しながら、この電解液を、予め真空引きした二次貯液室に連通接続した電池ケースの注液口または開口部を介して予め真空引きした電池ケース内に強制的に注入するので、電解液の極板群への含浸時間を大幅に短縮することができるとともに、一次貯液室から液通路および二次貯液室を介して電池ケースの内部に至る注液通路の何れの箇所においても電解液が大気に触れることがなく、また、ピストンの加圧力を電解液に直接的に作用させていることから、注入過程の電解液中にガスが混入することがないので、加圧開放時に電解液中のガスが気泡となって電解液を溢れさせるといったことが生じるおそれがなく、また、液ロスが減少して注液精度が格段に向上し、電気特性の安定した高品質の電池を得ることができる。
【００３４】
上記発明における注液工程において、ピストンによる電解液への加圧力と同等の膨れ防止用加圧力を電池ケースの外面に対し付与することが好ましい。この手段によれば、ピストンの加圧力を電解液に直接的に作用させて電解液を電池ケース内に強制的に注入するにも拘わらず、特に内部に加圧力を受けた場合に外方へ膨れ変形し易い角形の電池ケースに電解液を注液する場合においても、この角形の電池ケースの長辺側板部が外方に膨れ変形するのを防止することができる。したがって、ピストンによる加圧圧力を高く設定して電解液の注液を促進した場合にも、電池ケースの外方への膨れ変形を防止することができる。
【００３５】
上記膨れ防止用加圧力を付与する手段として、長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケースを、前記電池ケースの外周面との間に少許の隙間を形成できる内周面を有する保形容器内に挿入した状態で注液チャンバの密閉空間内に収容し、前記電池ケースの膨出を阻止する加圧力を前記保形容器の内周面で付与することができる。
【００３６】
これにより、極めて簡単な構成としながらも、角形の電池ケースへの外方への膨れ変形を確実に防止できるとともに、ピストンによる加圧力を解除して電池ケースの注液口を二次貯液室から離間したときに、電池ケースが元の形状に復帰するので、電解液の注液済みの電池ケースを保形容器から容易に取り出すことができる。
【００３７】
上記膨れ防止用加圧力を付与する他の手段として、注液チャンバの密閉空間内に不活性ガスを供給して、前記密閉空間内の圧力がピストンによる電解液への加圧力とほぼ同等になるように不活性ガスの供給を制御するようにしてもよい。この手段によっても電池ケースへの外方への膨れ変形を効果的に防止することができる。
【００３８】
上記発明において、電解液供給工程に先立って電解液タンク内を真空引きすることにより、電解液中の気泡を除去する予備脱泡工程を備えていることが好ましい。これにより、電解液タンク内の電解液をこれに含まれている気泡の大部分を除去した上で一次貯液室内に供給することができる。
【００３９】
また、上記発明において、電解液供給工程を経て定量の電解液が供給された一次貯液室内を真空引きして電解液中の気泡を除去する脱泡工程を備えるとともに、電解液移送工程において、注液バルブを開いて前記一次貯液室の電解液の液面の真空圧力と二次貯液室の真空圧力との差圧により前記一次貯液室内の電解液を前記二次貯液室に供給することが好ましい。
【００４０】
この手段によれば、一次貯液室内の電解液に残存する気泡を除去したのちに、一次貯液室の電解液の液面の真空圧力と二次貯液室の真空圧力との差圧により一次貯液室内の電解液を二次貯液室に供給するので、電解液が大気に触れることがないことから、電解液に気泡が混入するおそれがなく、且つ電解液の蒸発量を格段に軽減できるから、液ロスが一層低減して注液精度がさらに向上する。
【００４１】
上記発明における注液工程においてピストンが所定のストロークだけ作動して停止したのちに、注液バルブを開いて一次貯液室内から液通路を介して二次貯液室に不活性ガスを供給し、前記二次貯液室内に残存する電解液を前記不活性ガスの流通により電池ケース内に注入する第２の注液工程と、電解液の液面が電池ケースの注液口より低くなった時点で前記注液バルブを閉じたのちに、前記電池ケースの注液口を前記二次貯液室から離間させ、注液チャンバ内に供給する不活性ガスの圧力により前記電池ケース内の電解液を加圧する第３の注液工程とを備えていることが好ましい。
【００４２】
これにより、ピストンの加圧力を二次貯液室内の電解液に直接的に作用させて、所定量の電解液の殆どを電池ケース内に強制的に注入したのちに、二次貯液室に残存する電解液を、一次貯液室、液通路およびピストンを介して供給した加圧気体で加圧し、さらに、電池ケース内の電解液を注液チャンバの密閉空間に供給した加圧気体で加圧するので、所定量の電解液に残液が生じることなく確実に注入できるので、注液精度が一層向上するとともに、電解液を電池ケース内の極板群に極めて円滑に浸透させることができ、注液時間のさらなる短縮化を図ることができる。
【００４３】
同上の発明における第３の注液工程に代えて、第２の注液工程によって電解液の液面が電池ケースの注液口より低くなった後も、この第２の注液工程の状態を保持したまま、一次貯液室、液通路および二次貯液室を通じて電池ケース内に供給する不活性ガスをの圧力により前記電池ケース内の電解液を加圧する第３の注液工程を設けることもできる。
【００４４】
この場合にも、所定量の電解液を、電池ケース内の極板群の微細な隙間に極めて効率的に浸透させて、短時間で電池ケース内に充填することができるので、注液時間のさらなる短縮化と、注液精度の一層の向上とを図ることができる。
【００４５】
一方、本発明に係る電解液注液装置は、内部が一次貯液室となった密閉容器である一次貯液容器と、定量ポンプの駆動により電解液タンクから供給される定量の電解液を前記一次貯液室に注入する注液ノズルと、前記一次貯液室にそれぞれ管路接続された第１の真空ポンプおよび第１の加圧気体供給部と、ピストンと、上端が前記一次貯液室に連通し、且つ下部がピストンに貫通された液通路と、この液通路の中間に介設された注液バルブとを一体に備えて昇降されるピストン機構と、開閉自在な気密容器である注液チャンバと、前記注液チャンバの内部に設けられて、電解液を注液すべき電池ケースを保持しながら昇降させる電池ケース支持台と、前記注液チャンバの上端部に気密状態で貫通して支持されたシリンダと、このシリンダの内周面に気密状態で摺動される前記ピストンと、前記電池ケース支持台の上昇により前記シリンダの下端面に気密に当接される前記電池ケースの上端面とで囲まれて、閉状態の前記注液バルブで前記液通路が閉塞されることにより密閉空間に形成される二次貯液室とを備えていることを特徴としている。
【００４６】
この電解液注液装置では、第１の真空ポンプで一次貯液室内を真空引きすることができ、第１の加圧気体供給部により一次貯液室および液通路を介して二次貯液室内に加圧気体を供給して電解液に作用させることができ、注液バルブの開閉によって一次貯液室と二次貯液室間とを液通路を介し接続および遮断することができ、ピストン機構によって二次貯液室内の電解液を直接的に加圧でき、シリンダとピストンと電池ケースとにより密閉空間の二次貯液室を構成することができるから、本発明の電解液注液方法を忠実に具現化して、当該注液方法の効果を確実に得ることができる。なお、二次貯液室を形成する電池ケースの上端面とは、角形の電池ケースの場合、電池ケースの上端開口部を密閉した封口板における注液口の孔周縁部であり、円筒形の電池ケースの場合、電池ケースの開口端面全体であり、これら何れの場合にも、シリンダの下端面に対し、密閉用パッキンやリングパッキンなどの封止部材を介在して密閉状態に当接される。
【００４７】
上記発明において、注液チャンバの内部に設けられて、電解液を注液すべき電池ケースを保持しながら昇降させる電池ケース支持台と、注液チャンバの内部の密閉空間にそれぞれ管路接続された第２の真空ポンプおよび第２の加圧気体供給部とを備えていることが好ましい。
【００４８】
この構成によれば、電池ケース支持台の昇降動作により、電池ケースの注液口または開口部を二次貯液室の開口部に対し気密状態に連通接続または離間させることができ、第２の真空ポンプおよび第２の加圧気体供給部によって一次貯液室とは別個に注液チャンバに対し真空引きおよび加圧気体による加圧をそれぞれ行うことができる。
【００４９】
上記発明において、ピストンの円筒外周面における少なくとも下端部分に、シリンダの内周面に気密状態で摺動する配置でピストンシールが固着されていることが好ましい。これにより、粘性の高い電解液がシリンダの内面に付着していても、この付着している電解液をピストンシールで拭い取って電池ケース内に注入できるので、これによっても注液精度のさらなる向上を図ることができる。
【００５０】
上記発明において、定量ポンプを介在して電解液タンクに管路接続された注液ノズルが、一次貯液室に対し着脱自在に連結される可動式になっている構成を備えていることが好ましい。この構成によれば、装置を多連に配設する場合に、定量ポンプと電池ケースとを一対一で対設する必要がないので、簡単で安価な構成とすることができ、設備コストを含む製造コストを大幅に低減できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る電解液注液方法を具現化した電解液注液装置を示す概略縦断面図である。この実施の形態では、長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケース８に電解液２を注液する場合を例示してある。この角形の電池ケース８に注液する場合には、電池ケース８の開口部を閉塞する封口板（図示せず）に設けられた比較的小さな注液口８ａから電解液２を注液するので、上端全周が開口した円筒形の電池ケースとは異なり、効率的に電解液２を注入するのが難しい。また、角形の電池ケース８は、内部に圧力が加えられたときに、短辺側板部８ｃに比べて面積の大きい長辺側板部８ｂが外方に膨れる状態に変形し易い。
【００５２】
上記電解液注液装置は、構成を大別すると、電解液２を貯留する電解液タンク１、この電解液タンク１から定量ポンプ３および注液ノズル４を介して供給された所定量の電解液２を内部の一次貯液室１２内に一時的に貯留する一次貯液容器７、この一次貯液容器７から供給された電解液２を収容して電池ケース８内に注入するシリンダ９、シリンダ９内の電解液２を加圧しながら電池ケース８内に注入するピストン機構３３および電解液２を注液すべき電池ケース８を収容するための密閉容器である注液チャンバ１０を備えて構成されている。
【００５３】
上記電解液タンク１に貯留されている電解液２は、この実施の形態においてリチウム二次電池用の電解液であって、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＭＣ（ジメチルカーボネート）の混合溶媒にＬｉ ＰＦ６ を１０ｗｔ％溶解したものである。この電解液２の蒸気圧は、２．４ｋＰａ（１８ｍｍＨｇ、９℃）である。上記定量ポンプ３は、吸入側ヘッドに電解液タンク１が管路接続され、吐出側ヘッドに注液ノズル４が管路接続されている。また、電解液タンク１には、電磁弁５を介在して脱泡用真空ポンプ１５が管路接続されているとともに、他の電磁弁１６を介在して大気開放部に管路接続されている。
【００５４】
上述の電解液タンク１、定量ポンプ３および注液ノズル４は、所定の注液ステーションに固定的に設置されており、これら構成を除く装置本体は、順次搬送されて注液ステーションに位置決め停止される。注液ノズル４は、装置本体が停止して一次貯液容器７の蓋体６が取り外されたときに、一次貯液容器７の内部の一次貯液室１２に対し着脱自在に連結される可動式になっている。この一次貯液室１２を開閉する蓋体６は、密閉用パッキン２４を介して一次貯液室１２を気密に密閉する。
【００５５】
上記一次貯液室１２の上端部の排気兼加圧口に連通して一次貯液容器７に接続された接続管１９には、第１の真空ポンプ１４が第１の電磁弁１３を介在した管路を通じて接続されているとともに、第１の加圧気体供給部１８が第２の電磁弁１７を介在した管路を通じて接続されている。この第１の加圧気体供給部１８は、加圧気体を１ＭＰａ以下の圧力で供給するものである。加圧気体としては、窒素、アルゴン、ネオンまたはヘリウムなどの不活性ガスを用いることができるが、この実施の形態ではＮ２ を用いている。なお、一次貯液室１２の上端部の排気兼加圧口はφ１〜２ｍｍ程度の小径に形成されている。
【００５６】
一方、上記注液チャンバ１０はチャンバ上部体１０Ａとチャンバ下部体１０Ｂとに分離されている。チャンバ上部体１０Ａは装置本体に固設され、チャンバ下部体１０Ｂは、昇降自在に設けられて、チャンバ上部体１０Ａに対し接離するようになっている。この注液チャンバ１０は、上昇されたチャンバ下部体１０Ｂがリング状のシール部材２１を介在してチャンバ上部体１０Ａに圧接されることにより、内部が密閉容器に形成される。
【００５７】
上記チャンバ下部体１０Ｂの内部には、電池ケース８が挿抜自在に挿入される保形容器２５と、この保形容器２５を支持する電池ケース支持台２２と、この電池ケース支持台２２を昇降させる電池ケース昇降機構２３とが設けられている。保形容器２５は、長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケース８の外周面との間全体に少許の隙間を形成できる内周面を有する形状になっており、電池ケース８を容易に挿入および抜脱できるが、電池ケース８が後述する加圧力を受けて膨出されようとしたときに、この膨出を阻止する加圧力を電池ケース８に付与するよう機能する。電池ケース昇降機構２３は、図示を省略しているが、バルブを介在した配管を通じてコンプレッサに接続されており、電池ケース支持台２２を支持するピストン２３ａがバルブの切換制御によって所定のストロークで上下動される。
【００５８】
上記チャンバ上部体１０Ａには、これの上面壁を気密状態に貫通した状態で上記シリンダ９が取り付けられている。このシリンダ９の内側下端部は漏斗状に縮径されて、その下端開口は、角形の電池ケース８における比較的小さな注液口８ａに対応する径の送液口９ａに形成されている。さらに、シリンダ９の下端面には、上記送液口９ａを囲む配置で密閉用パッキン２７が固着されている。この密閉用パッキン２７の材質は、弾力性と密着性に優れたＥＰＤＭである。
【００５９】
さらに、チャンバ上部体１０Ａの側面壁に貫通して取り付けられた接続管２８には、第２の真空ポンプ２９が第３の電磁弁３０を介在した管路を通じて接続されているとともに、第２の加圧気体供給部３１が第４の電磁弁３５を介在した管路を通じて接続されている。上記第２の加圧気体供給部３１は加圧気体を１ＭＰａ以下の圧力で供給するものである。加圧気体としては、窒素、アルゴン、ネオンまたはヘリウムなどの不活性ガスを用いることができるが、この実施の形態ではＮ２ を用いている。
【００６０】
上記一次貯液容器７とシリンダ９との間には、ピストン昇降シリンダなどからなるピストン昇降機構３２によって昇降されるピストン機構３３が設けられている。このピストン機構３３は、シリンダ９の内周面に摺動して上下動されるピストン３４と、このピストン３４に連結された連結体３６と、この連結体３６およびピストン３４にそれぞれ貫通されて上端開口が一次貯液室１２に連通した液通路３７と、連結体３６における液通路３７の中間に介設された小形の注液バルブ３８とを備えて構成されている。上記液通路３７は、φ１〜２ｍｍ程度の小径に形成されている。なお、連結体３６の上端は、後述の図７〜図１１に図示する補助連結体４３を介してピストン昇降機構３２に連結されており、液通路３７は、その補助連結体４３を介して一次貯液室１２に連通されている。
【００６１】
また、ピストン３４の外周面には、二つの周方向の環状溝１１が上下端に離間して形成されており、この環状溝１１には、Ｏリングからなるピストンシール４１が嵌合して固着されている。このピストンシール４１は、ピストン３４が上下動されるときに、シリンダ９の内周面に気密状態に摺動して、シリンダ９内を常に閉塞状態に保持する。また、ピストン３４の下端面は、シリンダ９に対応した漏斗形状に形成されている。
【００６２】
上記電池ケース８は、内部に極板群（図示せず）が予め収納されたのち、保形容器２５に上方から挿入して保持された状態で電池ケース支持台２２上に着脱自在に支持される。この保形容器２５内に保持された電池ケース８は、電池ケース昇降機構２３が上限位置まで上昇されたときに、同図に示すように、電池ケース８の上端面が密閉用パッキン２７に対しこれを０．５ｍｍ程度圧縮させる力で押し付けられる。これにより、シリンダ９は、下端の送液口９ａを密閉用パッキン２７でシールされた状態で電池ケース８により気密に接続され、且つ上部をピストン３４およびピストンシール４１で閉塞されて、内部に密閉空間である二次貯液室４２が形成される。但し、この二次貯液室４２は、密閉用パッキン２７を介して電池ケース８の内部と連通しており、注液バルブ３８が開いたときに液通路３７を通じて一次貯液室１２と連通する。
【００６３】
なお、上記二つの接続管１９，２８には、それぞれ電磁弁３９，４０を介設した大気開放用管路が分岐接続されており、チャンバ下部体１０Ｂの下降動作に先立って上記各電磁弁３９，４０が開かれることにより、一次貯液室１２および注液チャンバ１０の密閉空間がそれぞれ大気開放されて、上述した加圧気体が外部に放出されるようになっている。
【００６４】
つぎに、上記電解液注液装置による注液動作について、その注液工程を順に示した図２ないし図１１を参照しながら説明する。これらの図において、定量ポンプ３、各真空ポンプ１４，１５，２９および各加圧気体供給部１８，３１は、理解を容易にするために、駆動状態時を実線で、且つ非駆動状態時を破線でそれぞれ模式的に図示してある。
【００６５】
先ず、図２の電池ケース装着工程では、装置本体が、注液チャンバ１０のチャンバ下部体１０Ｂがチャンバ上部体１０Ａから離間して下方の電池ケース装着位置まで下降された状態で搬送されて、注液ステーションに位置決め停止されると、このチャンバ下部体１０Ｂ内の保形容器２５内に、極板群が予め収納された角形の電池ケース８が挿抜自在に挿入して取り付けられる。このとき、脱泡用真空ポンプ１５が実線で図示するように駆動されており、これにより、電解液タンク１内の電解液２中の気泡が予め除去される。
【００６６】
続いて、図３に示すように、電池ケース８が電池ケース支持台２２上の保形容器２５内に取り付けられたチャンバ下部体１０Ｂは、上昇されることにより、シール部材２１を介在してチャンバ上部体１０Ａに気密に密着されて、チャンバ上部体１０Ａと共に注液チャンバ１０を形成する。この注液チャンバ１０は、注液バルブ３８が閉じられていることにより、内部が密閉空間となる。また、電池ケース８の内部は、注液口８ａを通じて注液チャンバ１０の密閉空間に連通している。
【００６７】
上述のようにして注液チャンバ１０が構成されたならば、第３の電磁弁３０が開かれたのちに第２の真空ポンプ２９が実線で図示するように駆動されることにより、注液チャンバ１０密閉空間および下方に開口状態の二次貯液室４２が０．３〜１．３ｋＰａまで減圧される。このとき、注液チャンバ１０の密閉空間および二次貯液室４２は、閉弁状態の注液バルブ３８によって一次貯液室１２に対し遮断されているから、第２の真空ポンプ２９に設定した圧力に確実、且つ迅速に減圧される。
【００６８】
電池ケース８の内部は、注液口８ａを介して注液チャンバ１０の密閉空間に連通しているので、上述のように注液チャンバ１０の密閉空間が０．３〜１．３ｋＰａまで減圧されるのに伴って電池ケース８の内部もほぼ同圧に真空引きされる。これの実施例の実測結果を示すと、電池ケース８の内部は、第２の真空ポンプ２９を３０秒間駆動したときに、０．３〜１．３ｋＰａの真空度まで減圧することができた。これにより、電池ケース８内の極板群の小さな隙間に存在する空気は、内部が比較的高い真空度に減圧されるのに伴ってスムーズに外部に排気される。
【００６９】
一方、一次貯液容器７では、蓋体６が取り外されて一次貯液室１２の上方が開口され、この一次貯液室１２に注液ノズル４が着脱自在に連結される。続いて、定量ポンプ３が実線で図示のように駆動されることにより、一次貯液室１２内に、定量（この実施の形態では２．０ｇ±０．１）の電解液２が電解液タンク１から定量ポンプ３および注液ノズル４を介して供給される。ここで、電解液２は、電解液タンク１において真空引きされて予め脱泡されていることが好ましい。
【００７０】
この電解液注液装置では、単一の定量ポンプ３および注液ノズル４が設けられた注液ステーションに各装置本体が順次搬送されて、注液ステーションに位置決め停止された装置本体の一次貯液室１２に注液ノズル４が順次接続されて電解液２の供給が行われる。したがって、装置本体を多連に配設する場合には、定量ポンプ３および注液ノズル４の設置台数を大幅に減らすことができる。
【００７１】
一次貯液室１２内に所定量の電解液２が供給されたならば、図４に示すように、第１の電磁弁１３が予め開かれたのちに第１の真空ポンプ１４が実線で図示するように駆動されて、一次貯液室１２内が１３．３ｋＰａの減圧雰囲気まで減圧される。これにより、電解液２中に含まれている気泡は、液面に浮上したのち、排気される。この電解液２の脱泡工程を実施したときの実測結果を示すと、第１の真空ポンプ１４を３０秒間駆動したときに、電解液２の減圧度が１３．３ｋＰａであった。一次貯液室１２は、閉弁状態の注液バルブ３８によって注液チャンバ１０の密閉空間とは遮断されているから、注液チャンバ１０の減圧用の第２の真空ポンプ２９とは別の第１の真空ポンプ１４によって、注液チャンバ１０の密閉空間の圧力とは異なる設定圧力に確実に減圧できる。すなわち、この電解液注液装置では、極めて簡単な構成により、一次貯液室１２と注液チャンバ１０の密閉空間とを別々に真空引きして、互いに異なる設定圧力に確実に減圧できる。
【００７２】
また、電解液２の脱泡工程では、一次貯液室１２が電池ケース８への電解液２の注液量とほぼ等しい内容積に設定されていることと、一次貯液室１２における接続管１９が接続される排気兼加圧口がφ１〜２ｍｍの小径に設定されていることとにより、第１の真空ポンプ１４の駆動により電解液２を真空引きする際の電解液２の蒸発を抑制して液ロスを格段に低減できるから、高精度な注液を行うことが可能となる。また、この脱泡工程では、従来のように電池ケース内に注入された電解液を真空引きして行う手段とは異なり、一次貯液室１２内の電解液２に対して真空引きするので、電解液２中の気泡をほぼ確実に除去することが可能となる。
【００７３】
一方、注液チャンバ１０では、第２の真空ポンプ２９の駆動によって電池ケース８の内部が所定の真空度に真空引きされたのちに、電池ケース昇降機構２３がピストン２３ａを所定ストロークだけ吐出するよう駆動されて電池ケース支持台２２を上限位置まで上昇させるので、電池ケース支持台２２上の保形容器２５に保持されている電池ケース８は、その上端面が密閉用パッキン２７に対し０．５ｍｍ程度圧縮させる状態に押し付けられて、この密閉用パッキン２７で気密にシールされてシリンダ９の下端面に密着され、シリンダ９の送液口９ａと電池ケース８の注液口８ａとが気密状態に連通される。これにより、シリンダ９の内部には、閉じた状態の注液バルブ３８と電池ケース８とピストン３４とピストンシール４１とにより密閉された二次貯液室４２が形成され、この二次貯液室４２に電池ケース８の内部が連通している。
【００７４】
つぎに、図５に示すように、注液バルブ３８が開かれて、一次貯液室１２と二次貯液室４２とが液通路３７を介して連通される。したがって、一次貯液室１２内の電解液２は、一次貯液室１２内の電解液２の液面上の圧力と二次貯液室４２の圧力の差圧（この実施の形態では１３．３ｋＰａ−０．３〜１．３ｋＰａ）によって二次貯液室４２内に供給され、さらに、二次貯液室４２と同圧に保持されている電池ケース８の内部に送液口９ａおよび注液口８ａを通じて注入されていく。この一次貯液室１２から二次貯液室４２への電解液２の供給は、上述のように双方の圧力の差圧を利用して行うことから、注液バルブ３８を開いても電解液２が大気に触れることがないので、電解液２中に気泡が混入しないとともに、二次貯液室４２が０．３〜１．３ｋＰａの比較的高い真空度に保持されていたことから、電解液２の供給が短時間で終了し、また、一次貯液室１２を１３．３ｋＰａの比較的低い真空度に設定したので、電解液２の沸騰が発生するおそれがない。
【００７５】
一次貯液室１２内の電解液２が二次貯液室４２内に供給され終えたならば、第１の注液工程に移行する。すなわち、図６に示すように、第１の真空ポンプ１４の駆動により一次貯液室１２および液通路３７が真空引きされている状態で注液バルブ３８が再び閉じられて、二次貯液室４２と一次貯液室１２とが遮断される。そののち、図７に示すように、ピストン昇降機構３２が駆動されてピストン機構３３が下降動作を開始する。このピストン機構３３のピストン３４は、下降動作に伴って、二次貯液室４２内の電解液２に対し０．７５ＭＰａの圧力で直接的に加圧する。
【００７６】
これにより、二次貯液室４２内の電解液２の大部分は、電池ケース８内に強制的に注入されたのち、極板群の微細の隙間に迅速に浸透するように効果的に促進される。また、ピストン３４は、ピストンシール４１によってシリンダ９に対し気密状態を保持しながら下降動作を行うので、電解液２は、ピストン３４によって直接的に加圧されるにも拘わらず、大気に触れることがないから、気泡が混入することがない。しかも、粘性の高い電解液２がシリンダ９の内周面に付着していても、この付着している電解液２をピストンシール４１が確実に拭い取っていくので、高い注液精度で注液することができる。
【００７７】
ピストン３４の直接的な加圧を受けて電解液２が電池ケース８内に強制的に注入され始めたならば、角形の電池ケース８は、ピストン３４の下降動作による加圧力を直接的に受けて極めて迅速に注入される電解液２により内部圧力が高まり、これにより、電池ケース８における特に変形し易い長辺側板部８ｂが外方へ膨れ出ようとする。ところが、角形の電池ケース８は、これの外形よりも僅かに大きな内周面を有する保形容器２５内に挿入されているので、長辺側板部８ｂの膨出が保形容器２５の内面に当接して阻止され、電池ケース８の外方への膨らみ変形が防止される。なお、このとき、第４の電磁弁３５を開いて第２の加圧気体供給部３１を駆動することにより、第２の加圧気体供給部３１から供給される不活性ガスの圧力によって電池ケース８の外方への膨らみ変形をさらに確実に防止することが好ましい。
【００７８】
図８に示すように、ピストン３４が下限位置まで下降された時点では、ピストン３４の円筒外周面を除く下部テーパー外面とシリンダ９の下部テーパー内面とが密接状態に接触して、二次貯液室４２が消滅した状態となり、液通路３７の下端部分に電解液２が残存する。このピストン３４を下限位置に停止させた状態において、第２の注液工程が開始される。すなわち、注液バルブ３８が開弁され、且つ第２の電磁弁１７が開かれたのちに、第１の加圧気体供給部１８が実線で図示のように駆動される。第１の加圧気体供給部１８から供給される加圧気体としてのＮ２ は、一次貯液室１２および液通路３７を通って、液通路３７内に残存する電解液２を０．７５ＭＰａの圧力で直接的に加圧するので、この電解液２の電池ケース８内への注入が効果的に促進される。また、ピストン３４は、ＰＴＦＥを形成材料として形成されており、電解液２が付着し難い。これにより、電解液２の液ロスをさらに抑制することができる。
【００７９】
そして、図９に示すように、加圧気体による加圧によって電解液２の液面が電池ケース８の上端面の注液口８ａより低下したならば、第２の注液工程が終了し、続いて、図１０に示す第３の注液工程に移行する。すなわち、注液バルブ３８を閉じて二次貯液室４２と一次貯液室１２との間を遮断し、且つ第１の加圧気体供給部１８の駆動を停止するとともに、第２の加圧気体供給部３１の駆動を継続して、注液チャンバ１０の密閉空間を１ＭＰａの圧力に保持する。なお、上述の電解液２の液面が電池ケース８の注液口８ａより低下した状態は、例えば、注液開始時から計時を開始して経過時間を監視しながら、注液開始時から所定時間が経過した時点により検知される。上記所定時間は予め実験的に求められて設定されたものである。
【００８０】
これと同時に、電池ケース昇降機構２３がピストン２３ａを所定ストロークだけ吸引するよう駆動されて電池ケース支持台２２を下限位置まで下降させるので、電池ケース支持台２２上に保持されている電池ケース８はシリンダ９から離間する。これにより、電池ケース８内に注入された電解液２は、注液チャンバ１０の密閉空間の１ＭＰａの圧力により加圧されて、極板群の小さな隙間に効率良く浸透されていく。
【００８１】
上述のように、第１の各注液工程では、ピストン３４の下降動作による０．７５ＭＰａの比較的大きな加圧力を電解液２に直接的に作用させ、第２の注液工程では、第１の加圧気体供給部１８からの加圧気体による０．７５ＭＰａの比較的大きな加圧力を電解液２に直接的に作用させ、第３の注液工程では、第２の加圧気体供給部３１からの加圧気体による１ＭＰａの比較的大きな加圧力を電解液２に直接的に作用させているので、所定量の電解液２を、電池ケース８内の極板群の微細な隙間に極めて効率的に浸透させて、短時間で電池ケース８内に充填することができる。
【００８２】
上述のようにして注液が終了したならば、図１の電磁弁３９，４０が開弁されて、一次貯液室１２内および注液チャンバ１０内の加圧気体が外部に放出される。最後に、図１１に示すように、注液チャンバ１０のチャンバ下部体１０Ｂが所定位置まで下降されて、電解液２の注液が終了した電池ケース８が保形容器２５から取り出される。このとき、ピストン３４による電解液２への直接的な加圧力が既に解除されているので、電池ケース８における一旦膨出した長辺側板部８ｂが元の状態に復帰しており、電池ケース８を容易に取り出すことができる。
【００８３】
上記電解液注液装置では、角形の電池ケース８を保形容器２５に挿入するだけの簡単な構成としながらも、ピストン３４により電解液２を電池ケース８内に強制的に注液する際の長辺側板部８ｂの膨出変形を確実に防止することができるが、上記保形容器２５により電池ケース８の膨出変形を防止する手段に代えて、電池ケース８を電池ケース支持台２２上に保持して、ピストン３４を作動させる第１の注液工程時に、第２の加圧気体供給部３１から注液チャンバ１０の密閉空間内に加圧気体を供給して、その密閉空間内の圧力がピストン３４による電解液２への加圧力とほぼ同等になるように加圧気体の供給を制御するようにしても、角形の電池ケース８の膨れ変形を防止することができる。また、電池ケース８の膨出変形の防止手段として、上述の手段保形容器２５を備えるとともに、第２の加圧気体供給部３１から注液チャンバ１０の密閉空間内に加圧気体を供給するようにすれば、電池ケース８の膨れ変形を一層確実に防止することができる。
【００８４】
なお、上記第３の注液工程では、第２の加圧気体供給部３１からの加圧気体による加圧力を電解液２に直接的に作用させるようにしたが、この第３の注液工程に代えて、第２の注液工程の終了後も、この第２の注液工程をそのまま継続して、これを第３の注液工程としてもよい。すなわち、第３の注液工程では、第１の加圧気体供給部１８から供給される加圧気体を一次貯液室１２および液通路３７を通じて電池ケース８内の電解液２を直接的に加圧させる。この場合にも、所定量の電解液２を、電池ケース８内の極板群の微細な隙間に極めて効率的に浸透させて、短時間で電池ケース８内に充填することができる。
【００８５】
図１２は本発明の他の実施の形態に係る電解液注液装置を示し、同図において、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略し、図１と相違する構成についてのみ説明する。この電解液注液装置では、円筒形の電池ケース４４に注液する場合を例示してあり、この電池ケース４４は、一実施の形態のように保形容器２５内に挿入されることなく、電池ケース支持台２２上に保持されている。円筒形の電池ケース４４は上端全体が開口されており、この円筒形の電池ケース４４に対応して、ピストン４９における液通路３７の下端から送液口４９ａまでの部分には、下方に向け拡開する円錐形の断面形状を有する逃げ孔４９ｂが形成されている。また、シリンダ９の下端面には、リングパッキン５０が貼着されている。
【００８６】
この電解液注液装置における基本的な注液工程は上述の一実施の形態と同様であり、異なるのは、電池ケース接続工程において、電池ケース昇降機構の作動により電池ケース支持台２２が上昇されたときに、円筒形の電池ケース４４の上端面がリングパッキン５０に気密状態に密着されて、円筒形の電池ケース４４の上端開口部が二次貯液室４２に連通される。これにより、円筒形の電池ケース４４は、その上端全体の開口部が二次貯液室４２に支障無く気密状態に連通接続される。
【００８７】
また、ピストン４９が下降する第１の注液工程時には、第２の加圧気体供給部３１から加圧気体が注液チャンバ１０の密閉空間内に供給されて、密閉空間内の圧力がピストン４９による電解液２への加圧力とほぼ同等になるように加圧気体の供給が制御される。これにより、円筒形の電池ケース４４は、注液チャンバ１０の密閉空間内の加圧気体の圧力により外面を加圧されて、内部の電解液２の加圧力に抗して外方への膨らみ変形が防止される。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明の電解液注液方法によれば、ピストンの作動で二次貯液室の内部容積を気密状態に保持しながら縮小することにより、加圧ガスなどを介在させることなくピストンで電解液を直接的に加圧しながら、この電解液を、予め真空引きした二次貯液室に気密に連通接続した電池ケースの注液口または開口部を介して予め真空引きした電池ケース内に強制的に注入するので、電解液の極板群への含浸時間を大幅に短縮することができるとともに、一次貯液室から液通路および二次貯液室を介して電池ケースの内部に至る注液通路の何れの箇所においても電解液が大気に触れることがなく、また、ピストンの加圧力を電解液に直接的に作用させていることから、注入過程の電解液中に気泡が混入するおそれがなく、電解液の蒸発量を格段に軽減できるとともに、電解液中にガスが混入することがないので、加圧開放時に電解液中のガスが気泡となって電解液を溢れさせるといったことが生じるおそれがなく、また、液ロスが減少して注液精度が格段に向上し、電気特性の安定した高品質の電池を得ることができる。
【００８９】
また、本発明の電解液注液装置によれば、第１の真空ポンプで一次貯液室内を真空引きすることができ、第１の加圧気体供給部により一次貯液室および液通路を介して二次貯液室内に加圧気体を供給して作用させることができ、注液バルブの開閉によって一次貯液室と二次貯液室間とを液通路を介して接続および遮断することができ、ピストン機構によって二次貯液室内の電解液を加圧でき、シリンダとピストンと電池ケースとにより密閉空間の二次貯液室を構成することができるから、本発明の電解液注液方法を忠実に具現化して、当該注液方法の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電解液注液方法を具現化した電解液注液装置を示す概略縦断面図。
【図２】同上の電解液注液装置の電池ケース装着工程における概略縦断面図。
【図３】同上の電解液注液装置の電池ケース排気工程における概略縦断面図。
【図４】同上の電解液注液装置の電解液脱泡および電池ケース接続工程における概略縦断面図。
【図５】同上の電解液注液装置の電解液移送工程における概略縦断面図。
【図６】同上の電解液注液装置の第１の注液工程の開始の準備状態における概略縦断面図。
【図７】同上の電解液注液装置の第１の注液工程の開始状態における概略縦断面図。
【図８】同上の電解液注液装置の第２の注液工程の開始状態における概略縦断面図。
【図９】同上の電解液注液装置の第２の注液工程の終了状態における概略縦断面図。
【図１０】同上の電解液注液装置の第３の注液工程における概略縦断面図。
【図１１】同上の電解液注液装置の電池ケース装着工程における概略縦断面図。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る電解液注液装置を示す概略縦断面図。
【図１３】従来の注液装置を示す断面図。
【図１４】従来の他の注液装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１ 電解液タンク
２ 電解液
３ 定量ポンプ
４ 注液ノズル
７ 一次貯液容器
８ 電池ケース
８ａ 注液口
９ シリンダ
１０ 注液チャンバ
１２ 一次貯液室
１４ 第１の真空ポンプ
１８ 第１の加圧気体供給部
２２ 電池ケース支持台
２５ 保形容器
２９ 第２の真空ポンプ
３１ 第２の加圧気体供給部
３３ ピストン機構
３４ ピストン
３７ 液通路
３８ 注液バルブ
４１ ピストンシール
４２ 二次貯液室
４４ 電池ケース
４９ ピストン
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、密閉型電池の製造過程における極板群が収納された電池ケース内に所定量の電解液を注液する工程での電解液注液方法およびその注液方法を具現化した電解液注液装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電池は、電池ケース内に極板群を収納したのちに電解液を注液し、電池ケースの開口部または注液口を密閉状態に閉塞する工程を経て製造されている。電解液の注液工程では、電池ケース内に注入した電解液が、正，負の極板をセパレータを介在させて高密度に積層または積層状態で渦巻状に巻回されてなる極板群の小さな隙間に浸透し難いために、所定量の電解液を極板群に含浸させるまでに長時間を要する。
【０００３】
電解液を速やかに極板群に含浸させるために、従来では、電解液を注入した電池ケースの開口部に気密状態で接続した真空ポンプにより電池ケース内を減圧することにより、電池ケース内の減圧に伴って極板群の隙間に存在する空気を気泡として電解液の液面に浮上させることが行われていた。ところが、この注液手段では、電解液の極板群への浸透をある程度促進できるが、極板群の隙間に存在する空気が微細な気泡となるため、この微細な気泡が、極板群の表面に付着したりして電解液の液面に速やかに浮上しないので、電解液の注液時間を十分に短縮することができない。
【０００４】
また、電解液の注液時間をさらに短縮するために、上述の減圧手段に加えて、電解液を充填した電池ケースの開口部を閉塞した状態で電池ケース内の電解液を不活性ガスなどで加圧することにより、電解液を極板群に強制的に浸透させるように図った装置も知られている。しかし、この装置は、電池ケースの加圧状態を解除して大気圧に戻した瞬間に、極板群の隙間で加圧されて小さく押し潰されていた気泡が大きく膨張するため、極板群の隙間に一旦含浸させた電解液が電池ケースの外部に飛び出してしまう問題がある。
【０００５】
そこで、従来では、上述した問題の解消を図るために、次に説明する種々の注液装置（以下、第１ないし第５の従来技術という）が提案されている。すなわち、第１の従来技術の注液装置は、図１３に示すように、極板群６１が予め収納された電池ケース６０を閉塞シリンダ６２によって気密に閉塞し、吸引部６３を介して接続された減圧機（図示せず）の駆動によって電池ケース６０内を減圧した状態でピストン６４を駆動することにより、一時貯液室６５内の電解液６６を注液管６７から電池ケース６０内に注液するとともに、減圧機の駆動制御によって電池ケース６０内を減圧状態から加圧状態に変えて、電解液６６の極板群６１への浸透を促進するようになっている（特許文献１参照）。
【０００６】
上記注液装置では、注液管６７の上端が一時貯液室６５内の電解液６６の液面よりも上方まで突出されており、一時貯液室６５内に注入された電解液６６を注液管６７に流入させずに貯留した状態において、電池ケース６０の内部を減圧したのちに、ピストン６４が一時貯液室６５内の電解液６６の液面を押し上げて電解液６６を注液管６７の導入口から流入させて注液管６７を介し電池ケース６０内に注液するようになっている。
【０００７】
この注液装置では、閉塞シリンダ６２で閉塞した電池ケース６０内を減圧機で減圧して電池ケース６０内の空気を排気するので、極板群６１の隙間に存在する空気も排気される。これにより、電池ケース６０に注入した電解液６６は、極板群６１の微細な隙間への浸透を促進されながら、極板群６１に含浸される。そののち、電池ケース６０内の圧力が上昇することにより、電解液６６が極板群６１に強制的に含浸される。
【０００８】
また、第２の従来技術の注液装置は、上記第１の従来技術の構成に加えて、電池ケースの開口部に注液ノズルを連結して、閉塞状態の一時貯液室の上部に気泡分離チャンバを設け、この気泡分離チャンバに開口された排気口から一時貯液室内の空気を排気して減圧することにより、一時貯液室に蓄えられている電解液に含まれている気泡を浮上させて気泡分離チャンバで分離し、気泡を分離しながら電解液を注液ノズルを介し電池ケース内に注入するようになっている（特許文献２参照）。この注液装置は、気泡が電解液と共に電池ケース内に注入されるのを防止しようとするものである。
【０００９】
また、第３の従来技術の注液装置は、図１４に示すように、内部に電池ケース６０を着脱自在に保持して昇降可能な保持台６８と注液ノズル６９とを具備し、開閉自在な密閉容器に形成された注液チャンバ７０と、この注液チャンバ７０に計量ポンプ７１を介して管路接続され、電解液６６を貯蔵する電解液タンク７２と、注液チャンバ７０にそれぞれ電磁弁７５，７６を介して管路接続された真空チャンバ７３および大気開放部７４と、注液チャンバ７０および真空チャンバ７３にそれぞれ電磁弁７８，７９を介して管路接続された真空ポンプ７７とを有している（特許文献３参照）。
【００１０】
この注液装置では、注液チャンバ７０を密閉状態として、電磁弁７５を開くことにより、予め真空ポンプ７７の駆動によって内部が低圧に保持されている真空チャンバ７３を注液チャンバ７０に連通して、注液チャンバ７０内に収納されている電池ケース６０の内部を真空引きし、そののち、保持台６８の上昇によって電池ケース６０の注液口６０ａを注液ノズル６９に接続し、注液バルブ８０を開いて計量ポンプ７１により所定量の電解液６６を注液口６０ａから電池ケース６０内に注液し、この注液工程の後に、保持台６８の下降により注液口６０ａを注液ノズル６９から分離し、電池弁７６を開いて注液チャンバ７０内の圧力を大気圧とすることにより、電池ケース６０内の電解液６６を大気圧で加圧して極板群６１の隙間に強制的に浸透させるように図っている。
【００１１】
この注液装置では、内部を予め低圧に保持した真空チャンバ７３を注液チャンバ７０に連通することにより、真空引き時間の短縮化を図って能率的に注液できるようにしている。また、計量ポンプ７１を管路を介して注液ノズル６９に接続することにより、注液経路において電解液６６に空気が混入することによる気泡の発生を防止するようにしている。
【００１２】
また、第４の従来技術の注液装置は、電池ケースの開口部を気密に封口する閉塞部と、その一端側が閉塞部に接続されるとともに他端側に電解液が供給される注入ラインと、この注入ラインの途中に設けられ、電池ケース内の極板群に含浸させる所定量の電解液を貯留する貯留部と、この貯留部を第１気圧まで減圧する第１の減圧部と、貯留部内を大気開放する大気開放部と、電池ケース内を第１気圧より低い第２気圧まで減圧する第２の減圧部とを備えている（特許文献４参照）。
【００１３】
この注液装置では、貯留部内を第１気圧まで減圧することによって電解液から脱泡し、電池ケース内を貯留部の内部以上の高い真空圧に減圧することによって電解液の極板群への浸透を促進し、貯留部内を大気開放することによって電解液を加圧して電解液の極板群への含浸を促進するように図っている。
【００１４】
また、第５の従来技術の注液装置は、所定量の電解液を蓄えた一時貯液室と、極板群を収納した電池ケースとを、個別の貯液室減圧機構およびケース減圧機構により別々に排気して減圧することにより、一時貯液室を電池ケースよりも高い圧力に減圧し、開閉弁を開弁することにより電池ケースと一時貯液室との圧力差によって一時貯液室内の電解液を電池ケース内に充填するようにしている（特許文献５参照）。
【００１５】
この注液装置では、電池ケースと一時貯液室とを別々に減圧することにより、電池ケースを充分に減圧して電池ケース内の空気を確実に排気するとともに、一時貯液室を、減圧によって電解液を変質させることなく減圧した上で、電解液をより速やかに効率よく電池ケース内に注液できるように図っている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−９９９０１号公報
【００１７】
【特許文献２】
特開平１１−２６３３１号公報
【００１８】
【特許文献３】
特開２０００−１８２５９９号公報
【００１９】
【特許文献４】
特開平１１−７３９４２号公報
【００２０】
【特許文献５】
特開２００２−２７４５０４号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の各注液装置には、何れも解決しなければならない問題が残存している。すなわち、図１３の第１の従来技術の注液装置では、電解液６６の注入に先立って電池ケース６０内を減圧機の駆動により真空引きするときに、一時貯液室６５における電解液６６の液面よりも上方の空間が注液管６７を通じて電池ケース６０と連通状態になっているので、電池ケース６０内を電解液６６の蒸気圧以下の真空度に高めることができないだけでなく、一時貯液室６５内の電解液６６を確実に電池ケース６０内に注液することができない。しかも、ピストン６４により電解液６６を加圧するときに、電池ケース６０と注液管６７の注液口との間が離間しているので、ピストン６４で加えた圧力をそのまま電解液６６に伝えることがきないから、電解液６６の極板群への含浸を十分に促進することができず、注液時間が長くかかるとともに、電池ケース６０内の電解液６６が外部にこぼれ出る可能性があり、電解液６６が電池材料の中でも高価な材料の一つであることから、経済的損失が大きくなる。これらにより、この注液装置では、電池ケース６０への電解液６６の注液精度が低下するから、電池容量の低下を招く。
【００２２】
また、上記注液装置では、一時貯液室６５に蓄えられている電解液６６に気泡が存在していると、その後の注液工程において気泡を取り除くことができないので、気泡が電解液６６と共に電池ケース６０内に注入されてしまい、電池としたときに所要の電気特性が得られないことから、電池の品質低下を招く。さらに、ピストン６４によって一時貯液室６５内の電解液６６を注液管６７を介し電池ケース６０内に注液するときには、ピストン６４による加圧力を電池ケース６０内の電解液６６に直接的に作用させることができない。何故ならば、電池ケース６０と注液管６７の注液口との間が離間しているからである。これらにより、この注液装置では、電解液６６を極板群６１に迅速に浸透させることができず、注液時間を十分に短縮することができないことがある。
【００２３】
また、第２の従来技術の注液装置では、一時貯液室に蓄えられている電解液の気泡を浮上させて気泡分離チャンバで分離することにより、気泡を取り除くことができるが、第１の従来技術と同様に、電解液の注入に先立って電池ケース内を減圧機の駆動により真空引きするときに、一時貯液室における電解液の液面よりも上方の空間が注液管を通じて電池ケースと連通状態になっているので、電池ケース内を電解液の蒸気圧以下の真空度に高めることができないから、やはり電解液を極板群に迅速に浸透させることができず、注液時間を十分に短縮することができないとともに、注液精度が条件設定により低い場合がある。
【００２４】
さらに、第３の従来技術の注液装置では、一時貯液部を設けずに計量ポンプ７１を電池ケース６０に管路で密閉状態に直結して、計量ポンプ７１と電池ケース６０間を電解液６６で充満させるようにしているので、精度良く注液するためには、一つの計量ポンプ７１で対応する方が好ましい。
【００２５】
また、この注液装置では、電池ケース６０内を真空引きする時間の短縮化を図っているが、高容量電池では、真空引き時間よりも電池ケース６０内の電解液６６を加圧して極板群６１に浸透させるのに時間がかかる。これに対し、この注液装置では、電解液６６を電池ケース６０に注入したのち、電池ケース６０の注液口６０ａを注液ノズル６９から離間させて、注液チャンバ７０内を大気圧とし、この大気圧でのみ電池ケース６０内の電解液６６を加圧するだけである。このような加圧手段では、電解液６６を極板群６１に浸透させるのに時間がかかり、特に、多連にした場合には生産性が著しく低下する。
【００２６】
さらに、第４の従来技術の注液装置では、大気圧下で貯留部内に注入した電解液を真空引きすることによって液中の気泡を除去するように図っているので、脱泡に時間がかかり過ぎるだけでなく、液中の気泡を完全に除去することが難しい。また、電解液を極板群に浸透させるに際しては、予め減圧した電池ケース内の真空圧と大気圧との差圧のみに頼っているので、電解液を極板群に含浸させるのに長時間を要するだけでなく、大気圧に開放していることから、電解液が極板群に浸透されていく過程において電解液中に気泡を巻き込んでしまい、電解液の含浸時間が逆に長くかかったり、電解液が電池ケースの外部に溢れ出るといった不具合が発生し易い。
【００２７】
また、この注液装置では、電解液を極板群の隙間に迅速に浸透させるために、電池ケースを大気圧に開放すると同時にピストンで電池ケース内を加圧する手段も設けているが、この場合には電解液中に気泡が混入し易い。
【００２８】
さらにまた、第５の従来技術の注液装置では、電池ケースと一時貯液室とを別々に減圧することにより、電解液中の気泡の除去および注液過程での電解液への気泡の混入を防ぐことができるが、電池ケースと一時貯液室との差圧のみに頼って電解液を電池ケース内に注入しており、電解液を電池ケース内に強制的に注入する手段を備えていないので、電解液の極板群への含浸に時間がかかり、生産性を高めることができないだけでなく、粘性の高い電解液が液供給経路の内壁面に付着残存し易いので、注液精度が低く、また、気泡が生じ易い。
【００２９】
しかも、上記注液装置では、電池ケースと一時貯液室とを別々に減圧するために、貯液室減圧機構の内部に一時貯液室を設けた充填シリンダを備え、この充填シリンダの内部にケース減圧機構の気体排気路を有する排気シリンダを配設し、排気シリンダを充填シリンダの内部で軸方向に上下に移動できるように配設するとともに、排気シリンダの下端に開閉弁を設け、排気シリンダを上昇させて開閉弁を開弁し、排気シリンダを下降させて開閉弁を閉弁するといった極めて複雑な構成になっているので、コスト高となる。
【００３０】
上述のように、従来の各注液装置には、電解液を極板群に浸透させるのに時間がかかって生産性が低く、電解液中に気泡が混入し易く、あるいは電解液中の気泡を完全に取り除くのが困難であるのに起因して電池の品質が低下し、設備費用が高くついたり、あるいは液ロスが多いのに伴ってコスト高となるだけでなく、多量の液ロスの発生に伴い注液精度が低くなって安定した電池性能を得られないといった問題が残存している。
【００３１】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、電解液の液ロスを格段に低減して高い注液精度を得ながらも、電解液の極板群への含浸時間の短縮化を図ることができるとともに、気泡の電解液への混入を防止して高品質の電池を得ることができ、さらに、コスト低減を図ることもできる電解液注液方法および電解液注液装置を提供することを目的とするものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電解液注液方法は、電解液タンクから定量の電解液を一次貯液室内に供給する電解液供給工程と、極板群を収納した電池ケースを注液チャンバの内部の密閉空間に収容して前記密閉空間内を減圧することにより、前記電池ケースの内部と、中間に注液バルブを介設した液通路を介して前記一次貯液室に連通し、且つ前記密閉空間に向けて開口した二次貯液室の内部とを同時に真空引きする電池ケース排気工程と、内部を真空引きした前記電池ケースの注液口または開口部を前記二次貯液室の開口部に気密状態に連通接続する電池ケース接続工程と、前記注液バルブを開くことにより、前記一次貯液室内の電解液を前記液通路を介して前記二次貯液室に送給する電解液移送工程と、前記一次貯液室内の電解液を前記二次貯液室に送給し終えたのちに前記注液バルブを閉じて前記二次貯液室を密閉状態に保持し、ピストンの作動によって前記二次貯液室の内部容積を縮小していくことにより、前記二次貯液室内の電解液を前記ピストン表面で直接に加圧しながら前記電池ケース内に注入する注液工程とを備えていることを特徴としている。
【００３３】
この電解液注液方法では、ピストンの作動で二次貯液室の内部容積を気密状態に保持しながら縮小することにより、加圧ガスなどを介在させることなくピストンで電解液を直接的に加圧しながら、この電解液を、予め真空引きした二次貯液室に連通接続した電池ケースの注液口または開口部を介して予め真空引きした電池ケース内に強制的に注入するので、電解液の極板群への含浸時間を大幅に短縮することができるとともに、一次貯液室から液通路および二次貯液室を介して電池ケースの内部に至る注液通路の何れの箇所においても電解液が大気に触れることがなく、また、ピストンの加圧力を電解液に直接的に作用させていることから、注入過程の電解液中にガスが混入することがないので、加圧開放時に電解液中のガスが気泡となって電解液を溢れさせるといったことが生じるおそれがなく、また、液ロスが減少して注液精度が格段に向上し、電気特性の安定した高品質の電池を得ることができる。
【００３４】
上記発明における注液工程において、ピストンによる電解液への加圧力と同等の膨れ防止用加圧力を電池ケースの外面に対し付与することが好ましい。この手段によれば、ピストンの加圧力を電解液に直接的に作用させて電解液を電池ケース内に強制的に注入するにも拘わらず、特に内部に加圧力を受けた場合に外方へ膨れ変形し易い角形の電池ケースに電解液を注液する場合においても、この角形の電池ケースの長辺側板部が外方に膨れ変形するのを防止することができる。したがって、ピストンによる加圧圧力を高く設定して電解液の注液を促進した場合にも、電池ケースの外方への膨れ変形を防止することができる。
【００３５】
上記膨れ防止用加圧力を付与する手段として、長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケースを、前記電池ケースの外周面との間に少許の隙間を形成できる内周面を有する保形容器内に挿入した状態で注液チャンバの密閉空間内に収容し、前記電池ケースの膨出を阻止する加圧力を前記保形容器の内周面で付与することができる。
【００３６】
これにより、極めて簡単な構成としながらも、角形の電池ケースへの外方への膨れ変形を確実に防止できるとともに、ピストンによる加圧力を解除して電池ケースの注液口を二次貯液室から離間したときに、電池ケースが元の形状に復帰するので、電解液の注液済みの電池ケースを保形容器から容易に取り出すことができる。
【００３７】
上記膨れ防止用加圧力を付与する他の手段として、注液チャンバの密閉空間内に不活性ガスを供給して、前記密閉空間内の圧力がピストンによる電解液への加圧力とほぼ同等になるように不活性ガスの供給を制御するようにしてもよい。この手段によっても電池ケースへの外方への膨れ変形を効果的に防止することができる。
【００３８】
上記発明において、電解液供給工程に先立って電解液タンク内を真空引きすることにより、電解液中の気泡を除去する予備脱泡工程を備えていることが好ましい。これにより、電解液タンク内の電解液をこれに含まれている気泡の大部分を除去した上で一次貯液室内に供給することができる。
【００３９】
また、上記発明において、電解液供給工程を経て定量の電解液が供給された一次貯液室内を真空引きして電解液中の気泡を除去する脱泡工程を備えるとともに、電解液移送工程において、注液バルブを開いて前記一次貯液室の電解液の液面の真空圧力と二次貯液室の真空圧力との差圧により前記一次貯液室内の電解液を前記二次貯液室に供給することが好ましい。
【００４０】
この手段によれば、一次貯液室内の電解液に残存する気泡を除去したのちに、一次貯液室の電解液の液面の真空圧力と二次貯液室の真空圧力との差圧により一次貯液室内の電解液を二次貯液室に供給するので、電解液が大気に触れることがないことから、電解液に気泡が混入するおそれがなく、且つ電解液の蒸発量を格段に軽減できるから、液ロスが一層低減して注液精度がさらに向上する。
【００４１】
上記発明における注液工程においてピストンが所定のストロークだけ作動して停止したのちに、注液バルブを開いて一次貯液室内から液通路を介して二次貯液室に不活性ガスを供給し、前記二次貯液室内に残存する電解液を前記不活性ガスの流通により電池ケース内に注入する第２の注液工程と、電解液の液面が電池ケースの注液口より低くなった時点で前記注液バルブを閉じたのちに、前記電池ケースの注液口を前記二次貯液室から離間させ、注液チャンバ内に供給する不活性ガスの圧力により前記電池ケース内の電解液を加圧する第３の注液工程とを備えていることが好ましい。
【００４２】
これにより、ピストンの加圧力を二次貯液室内の電解液に直接的に作用させて、所定量の電解液の殆どを電池ケース内に強制的に注入したのちに、二次貯液室に残存する電解液を、一次貯液室、液通路およびピストンを介して供給した加圧気体で加圧し、さらに、電池ケース内の電解液を注液チャンバの密閉空間に供給した加圧気体で加圧するので、所定量の電解液に残液が生じることなく確実に注入できるので、注液精度が一層向上するとともに、電解液を電池ケース内の極板群に極めて円滑に浸透させることができ、注液時間のさらなる短縮化を図ることができる。
【００４３】
同上の発明における第３の注液工程に代えて、第２の注液工程によって電解液の液面が電池ケースの注液口より低くなった後も、この第２の注液工程の状態を保持したまま、一次貯液室、液通路および二次貯液室を通じて電池ケース内に供給する不活性ガスをの圧力により前記電池ケース内の電解液を加圧する第３の注液工程を設けることもできる。
【００４４】
この場合にも、所定量の電解液を、電池ケース内の極板群の微細な隙間に極めて効率的に浸透させて、短時間で電池ケース内に充填することができるので、注液時間のさらなる短縮化と、注液精度の一層の向上とを図ることができる。
【００４５】
一方、本発明に係る電解液注液装置は、内部が一次貯液室となった密閉容器である一次貯液容器と、定量ポンプの駆動により電解液タンクから供給される定量の電解液を前記一次貯液室に注入する注液ノズルと、前記一次貯液室にそれぞれ管路接続された第１の真空ポンプおよび第１の加圧気体供給部と、ピストンと、上端が前記一次貯液室に連通し、且つ下部がピストンに貫通された液通路と、この液通路の中間に介設された注液バルブとを一体に備えて昇降されるピストン機構と、開閉自在な気密容器である注液チャンバと、前記注液チャンバの内部に設けられて、電解液を注液すべき電池ケースを保持しながら昇降させる電池ケース支持台と、前記注液チャンバの上端部に気密状態で貫通して支持されたシリンダと、このシリンダの内周面に気密状態で摺動される前記ピストンと、前記電池ケース支持台の上昇により前記シリンダの下端面に気密に当接される前記電池ケースの上端面とで囲まれて、閉状態の前記注液バルブで前記液通路が閉塞されることにより密閉空間に形成される二次貯液室とを備えていることを特徴としている。
【００４６】
この電解液注液装置では、第１の真空ポンプで一次貯液室内を真空引きすることができ、第１の加圧気体供給部により一次貯液室および液通路を介して二次貯液室内に加圧気体を供給して電解液に作用させることができ、注液バルブの開閉によって一次貯液室と二次貯液室間とを液通路を介し接続および遮断することができ、ピストン機構によって二次貯液室内の電解液を直接的に加圧でき、シリンダとピストンと電池ケースとにより密閉空間の二次貯液室を構成することができるから、本発明の電解液注液方法を忠実に具現化して、当該注液方法の効果を確実に得ることができる。なお、二次貯液室を形成する電池ケースの上端面とは、角形の電池ケースの場合、電池ケースの上端開口部を密閉した封口板における注液口の孔周縁部であり、円筒形の電池ケースの場合、電池ケースの開口端面全体であり、これら何れの場合にも、シリンダの下端面に対し、密閉用パッキンやリングパッキンなどの封止部材を介在して密閉状態に当接される。
【００４７】
上記発明において、注液チャンバの内部に設けられて、電解液を注液すべき電池ケースを保持しながら昇降させる電池ケース支持台と、注液チャンバの内部の密閉空間にそれぞれ管路接続された第２の真空ポンプおよび第２の加圧気体供給部とを備えていることが好ましい。
【００４８】
この構成によれば、電池ケース支持台の昇降動作により、電池ケースの注液口または開口部を二次貯液室の開口部に対し気密状態に連通接続または離間させることができ、第２の真空ポンプおよび第２の加圧気体供給部によって一次貯液室とは別個に注液チャンバに対し真空引きおよび加圧気体による加圧をそれぞれ行うことができる。
【００４９】
上記発明において、ピストンの円筒外周面における少なくとも下端部分に、シリンダの内周面に気密状態で摺動する配置でピストンシールが固着されていることが好ましい。これにより、粘性の高い電解液がシリンダの内面に付着していても、この付着している電解液をピストンシールで拭い取って電池ケース内に注入できるので、これによっても注液精度のさらなる向上を図ることができる。
【００５０】
上記発明において、定量ポンプを介在して電解液タンクに管路接続された注液ノズルが、一次貯液室に対し着脱自在に連結される可動式になっている構成を備えていることが好ましい。この構成によれば、装置を多連に配設する場合に、定量ポンプと電池ケースとを一対一で対設する必要がないので、簡単で安価な構成とすることができ、設備コストを含む製造コストを大幅に低減できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る電解液注液方法を具現化した電解液注液装置を示す概略縦断面図である。この実施の形態では、長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケース８に電解液２を注液する場合を例示してある。この角形の電池ケース８に注液する場合には、電池ケース８の開口部を閉塞する封口板（図示せず）に設けられた比較的小さな注液口８ａから電解液２を注液するので、上端全周が開口した円筒形の電池ケースとは異なり、効率的に電解液２を注入するのが難しい。また、角形の電池ケース８は、内部に圧力が加えられたときに、短辺側板部８ｃに比べて面積の大きい長辺側板部８ｂが外方に膨れる状態に変形し易い。
【００５２】
上記電解液注液装置は、構成を大別すると、電解液２を貯留する電解液タンク１、この電解液タンク１から定量ポンプ３および注液ノズル４を介して供給された所定量の電解液２を内部の一次貯液室１２内に一時的に貯留する一次貯液容器７、この一次貯液容器７から供給された電解液２を収容して電池ケース８内に注入するシリンダ９、シリンダ９内の電解液２を加圧しながら電池ケース８内に注入するピストン機構３３および電解液２を注液すべき電池ケース８を収容するための密閉容器である注液チャンバ１０を備えて構成されている。
【００５３】
上記電解液タンク１に貯留されている電解液２は、この実施の形態においてリチウム二次電池用の電解液であって、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＭＣ（ジメチルカーボネート）の混合溶媒にＬｉ ＰＦ６ を１０ｗｔ％溶解したものである。この電解液２の蒸気圧は、２．４ｋＰａ（１８ｍｍＨｇ、９℃）である。上記定量ポンプ３は、吸入側ヘッドに電解液タンク１が管路接続され、吐出側ヘッドに注液ノズル４が管路接続されている。また、電解液タンク１には、電磁弁５を介在して脱泡用真空ポンプ１５が管路接続されているとともに、他の電磁弁１６を介在して大気開放部に管路接続されている。
【００５４】
上述の電解液タンク１、定量ポンプ３および注液ノズル４は、所定の注液ステーションに固定的に設置されており、これら構成を除く装置本体は、順次搬送されて注液ステーションに位置決め停止される。注液ノズル４は、装置本体が停止して一次貯液容器７の蓋体６が取り外されたときに、一次貯液容器７の内部の一次貯液室１２に対し着脱自在に連結される可動式になっている。この一次貯液室１２を開閉する蓋体６は、密閉用パッキン２４を介して一次貯液室１２を気密に密閉する。
【００５５】
上記一次貯液室１２の上端部の排気兼加圧口に連通して一次貯液容器７に接続された接続管１９には、第１の真空ポンプ１４が第１の電磁弁１３を介在した管路を通じて接続されているとともに、第１の加圧気体供給部１８が第２の電磁弁１７を介在した管路を通じて接続されている。この第１の加圧気体供給部１８は、加圧気体を１ＭＰａ以下の圧力で供給するものである。加圧気体としては、窒素、アルゴン、ネオンまたはヘリウムなどの不活性ガスを用いることができるが、この実施の形態ではＮ２ を用いている。なお、一次貯液室１２の上端部の排気兼加圧口はφ１〜２ｍｍ程度の小径に形成されている。
【００５６】
一方、上記注液チャンバ１０はチャンバ上部体１０Ａとチャンバ下部体１０Ｂとに分離されている。チャンバ上部体１０Ａは装置本体に固設され、チャンバ下部体１０Ｂは、昇降自在に設けられて、チャンバ上部体１０Ａに対し接離するようになっている。この注液チャンバ１０は、上昇されたチャンバ下部体１０Ｂがリング状のシール部材２１を介在してチャンバ上部体１０Ａに圧接されることにより、内部が密閉容器に形成される。
【００５７】
上記チャンバ下部体１０Ｂの内部には、電池ケース８が挿抜自在に挿入される保形容器２５と、この保形容器２５を支持する電池ケース支持台２２と、この電池ケース支持台２２を昇降させる電池ケース昇降機構２３とが設けられている。保形容器２５は、長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケース８の外周面との間全体に少許の隙間を形成できる内周面を有する形状になっており、電池ケース８を容易に挿入および抜脱できるが、電池ケース８が後述する加圧力を受けて膨出されようとしたときに、この膨出を阻止する加圧力を電池ケース８に付与するよう機能する。電池ケース昇降機構２３は、図示を省略しているが、バルブを介在した配管を通じてコンプレッサに接続されており、電池ケース支持台２２を支持するピストン２３ａがバルブの切換制御によって所定のストロークで上下動される。
【００５８】
上記チャンバ上部体１０Ａには、これの上面壁を気密状態に貫通した状態で上記シリンダ９が取り付けられている。このシリンダ９の内側下端部は漏斗状に縮径されて、その下端開口は、角形の電池ケース８における比較的小さな注液口８ａに対応する径の送液口９ａに形成されている。さらに、シリンダ９の下端面には、上記送液口９ａを囲む配置で密閉用パッキン２７が固着されている。この密閉用パッキン２７の材質は、弾力性と密着性に優れたＥＰＤＭである。
【００５９】
さらに、チャンバ上部体１０Ａの側面壁に貫通して取り付けられた接続管２８には、第２の真空ポンプ２９が第３の電磁弁３０を介在した管路を通じて接続されているとともに、第２の加圧気体供給部３１が第４の電磁弁３５を介在した管路を通じて接続されている。上記第２の加圧気体供給部３１は加圧気体を１ＭＰａ以下の圧力で供給するものである。加圧気体としては、窒素、アルゴン、ネオンまたはヘリウムなどの不活性ガスを用いることができるが、この実施の形態ではＮ２ を用いている。
【００６０】
上記一次貯液容器７とシリンダ９との間には、ピストン昇降シリンダなどからなるピストン昇降機構３２によって昇降されるピストン機構３３が設けられている。このピストン機構３３は、シリンダ９の内周面に摺動して上下動されるピストン３４と、このピストン３４に連結された連結体３６と、この連結体３６およびピストン３４にそれぞれ貫通されて上端開口が一次貯液室１２に連通した液通路３７と、連結体３６における液通路３７の中間に介設された小形の注液バルブ３８とを備えて構成されている。上記液通路３７は、φ１〜２ｍｍ程度の小径に形成されている。なお、連結体３６の上端は、後述の図７〜図１１に図示する補助連結体４３を介してピストン昇降機構３２に連結されており、液通路３７は、その補助連結体４３を介して一次貯液室１２に連通されている。
【００６１】
また、ピストン３４の外周面には、二つの周方向の環状溝１１が上下端に離間して形成されており、この環状溝１１には、Ｏリングからなるピストンシール４１が嵌合して固着されている。このピストンシール４１は、ピストン３４が上下動されるときに、シリンダ９の内周面に気密状態に摺動して、シリンダ９内を常に閉塞状態に保持する。また、ピストン３４の下端面は、シリンダ９に対応した漏斗形状に形成されている。
【００６２】
上記電池ケース８は、内部に極板群（図示せず）が予め収納されたのち、保形容器２５に上方から挿入して保持された状態で電池ケース支持台２２上に着脱自在に支持される。この保形容器２５内に保持された電池ケース８は、電池ケース昇降機構２３が上限位置まで上昇されたときに、同図に示すように、電池ケース８の上端面が密閉用パッキン２７に対しこれを０．５ｍｍ程度圧縮させる力で押し付けられる。これにより、シリンダ９は、下端の送液口９ａを密閉用パッキン２７でシールされた状態で電池ケース８により気密に接続され、且つ上部をピストン３４およびピストンシール４１で閉塞されて、内部に密閉空間である二次貯液室４２が形成される。但し、この二次貯液室４２は、密閉用パッキン２７を介して電池ケース８の内部と連通しており、注液バルブ３８が開いたときに液通路３７を通じて一次貯液室１２と連通する。
【００６３】
なお、上記二つの接続管１９，２８には、それぞれ電磁弁３９，４０を介設した大気開放用管路が分岐接続されており、チャンバ下部体１０Ｂの下降動作に先立って上記各電磁弁３９，４０が開かれることにより、一次貯液室１２および注液チャンバ１０の密閉空間がそれぞれ大気開放されて、上述した加圧気体が外部に放出されるようになっている。
【００６４】
つぎに、上記電解液注液装置による注液動作について、その注液工程を順に示した図２ないし図１１を参照しながら説明する。これらの図において、定量ポンプ３、各真空ポンプ１４，１５，２９および各加圧気体供給部１８，３１は、理解を容易にするために、駆動状態時を実線で、且つ非駆動状態時を破線でそれぞれ模式的に図示してある。
【００６５】
先ず、図２の電池ケース装着工程では、装置本体が、注液チャンバ１０のチャンバ下部体１０Ｂがチャンバ上部体１０Ａから離間して下方の電池ケース装着位置まで下降された状態で搬送されて、注液ステーションに位置決め停止されると、このチャンバ下部体１０Ｂ内の保形容器２５内に、極板群が予め収納された角形の電池ケース８が挿抜自在に挿入して取り付けられる。このとき、脱泡用真空ポンプ１５が実線で図示するように駆動されており、これにより、電解液タンク１内の電解液２中の気泡が予め除去される。
【００６６】
続いて、図３に示すように、電池ケース８が電池ケース支持台２２上の保形容器２５内に取り付けられたチャンバ下部体１０Ｂは、上昇されることにより、シール部材２１を介在してチャンバ上部体１０Ａに気密に密着されて、チャンバ上部体１０Ａと共に注液チャンバ１０を形成する。この注液チャンバ１０は、注液バルブ３８が閉じられていることにより、内部が密閉空間となる。また、電池ケース８の内部は、注液口８ａを通じて注液チャンバ１０の密閉空間に連通している。
【００６７】
上述のようにして注液チャンバ１０が構成されたならば、第３の電磁弁３０が開かれたのちに第２の真空ポンプ２９が実線で図示するように駆動されることにより、注液チャンバ１０密閉空間および下方に開口状態の二次貯液室４２が０．３〜１．３ｋＰａまで減圧される。このとき、注液チャンバ１０の密閉空間および二次貯液室４２は、閉弁状態の注液バルブ３８によって一次貯液室１２に対し遮断されているから、第２の真空ポンプ２９に設定した圧力に確実、且つ迅速に減圧される。
【００６８】
電池ケース８の内部は、注液口８ａを介して注液チャンバ１０の密閉空間に連通しているので、上述のように注液チャンバ１０の密閉空間が０．３〜１．３ｋＰａまで減圧されるのに伴って電池ケース８の内部もほぼ同圧に真空引きされる。これの実施例の実測結果を示すと、電池ケース８の内部は、第２の真空ポンプ２９を３０秒間駆動したときに、０．３〜１．３ｋＰａの真空度まで減圧することができた。これにより、電池ケース８内の極板群の小さな隙間に存在する空気は、内部が比較的高い真空度に減圧されるのに伴ってスムーズに外部に排気される。
【００６９】
一方、一次貯液容器７では、蓋体６が取り外されて一次貯液室１２の上方が開口され、この一次貯液室１２に注液ノズル４が着脱自在に連結される。続いて、定量ポンプ３が実線で図示のように駆動されることにより、一次貯液室１２内に、定量（この実施の形態では２．０ｇ±０．１）の電解液２が電解液タンク１から定量ポンプ３および注液ノズル４を介して供給される。ここで、電解液２は、電解液タンク１において真空引きされて予め脱泡されていることが好ましい。
【００７０】
この電解液注液装置では、単一の定量ポンプ３および注液ノズル４が設けられた注液ステーションに各装置本体が順次搬送されて、注液ステーションに位置決め停止された装置本体の一次貯液室１２に注液ノズル４が順次接続されて電解液２の供給が行われる。したがって、装置本体を多連に配設する場合には、定量ポンプ３および注液ノズル４の設置台数を大幅に減らすことができる。
【００７１】
一次貯液室１２内に所定量の電解液２が供給されたならば、図４に示すように、第１の電磁弁１３が予め開かれたのちに第１の真空ポンプ１４が実線で図示するように駆動されて、一次貯液室１２内が１３．３ｋＰａの減圧雰囲気まで減圧される。これにより、電解液２中に含まれている気泡は、液面に浮上したのち、排気される。この電解液２の脱泡工程を実施したときの実測結果を示すと、第１の真空ポンプ１４を３０秒間駆動したときに、電解液２の減圧度が１３．３ｋＰａであった。一次貯液室１２は、閉弁状態の注液バルブ３８によって注液チャンバ１０の密閉空間とは遮断されているから、注液チャンバ１０の減圧用の第２の真空ポンプ２９とは別の第１の真空ポンプ１４によって、注液チャンバ１０の密閉空間の圧力とは異なる設定圧力に確実に減圧できる。すなわち、この電解液注液装置では、極めて簡単な構成により、一次貯液室１２と注液チャンバ１０の密閉空間とを別々に真空引きして、互いに異なる設定圧力に確実に減圧できる。
【００７２】
また、電解液２の脱泡工程では、一次貯液室１２が電池ケース８への電解液２の注液量とほぼ等しい内容積に設定されていることと、一次貯液室１２における接続管１９が接続される排気兼加圧口がφ１〜２ｍｍの小径に設定されていることとにより、第１の真空ポンプ１４の駆動により電解液２を真空引きする際の電解液２の蒸発を抑制して液ロスを格段に低減できるから、高精度な注液を行うことが可能となる。また、この脱泡工程では、従来のように電池ケース内に注入された電解液を真空引きして行う手段とは異なり、一次貯液室１２内の電解液２に対して真空引きするので、電解液２中の気泡をほぼ確実に除去することが可能となる。
【００７３】
一方、注液チャンバ１０では、第２の真空ポンプ２９の駆動によって電池ケース８の内部が所定の真空度に真空引きされたのちに、電池ケース昇降機構２３がピストン２３ａを所定ストロークだけ吐出するよう駆動されて電池ケース支持台２２を上限位置まで上昇させるので、電池ケース支持台２２上の保形容器２５に保持されている電池ケース８は、その上端面が密閉用パッキン２７に対し０．５ｍｍ程度圧縮させる状態に押し付けられて、この密閉用パッキン２７で気密にシールされてシリンダ９の下端面に密着され、シリンダ９の送液口９ａと電池ケース８の注液口８ａとが気密状態に連通される。これにより、シリンダ９の内部には、閉じた状態の注液バルブ３８と電池ケース８とピストン３４とピストンシール４１とにより密閉された二次貯液室４２が形成され、この二次貯液室４２に電池ケース８の内部が連通している。
【００７４】
つぎに、図５に示すように、注液バルブ３８が開かれて、一次貯液室１２と二次貯液室４２とが液通路３７を介して連通される。したがって、一次貯液室１２内の電解液２は、一次貯液室１２内の電解液２の液面上の圧力と二次貯液室４２の圧力の差圧（この実施の形態では１３．３ｋＰａ−０．３〜１．３ｋＰａ）によって二次貯液室４２内に供給され、さらに、二次貯液室４２と同圧に保持されている電池ケース８の内部に送液口９ａおよび注液口８ａを通じて注入されていく。この一次貯液室１２から二次貯液室４２への電解液２の供給は、上述のように双方の圧力の差圧を利用して行うことから、注液バルブ３８を開いても電解液２が大気に触れることがないので、電解液２中に気泡が混入しないとともに、二次貯液室４２が０．３〜１．３ｋＰａの比較的高い真空度に保持されていたことから、電解液２の供給が短時間で終了し、また、一次貯液室１２を１３．３ｋＰａの比較的低い真空度に設定したので、電解液２の沸騰が発生するおそれがない。
【００７５】
一次貯液室１２内の電解液２が二次貯液室４２内に供給され終えたならば、第１の注液工程に移行する。すなわち、図６に示すように、第１の真空ポンプ１４の駆動により一次貯液室１２および液通路３７が真空引きされている状態で注液バルブ３８が再び閉じられて、二次貯液室４２と一次貯液室１２とが遮断される。そののち、図７に示すように、ピストン昇降機構３２が駆動されてピストン機構３３が下降動作を開始する。このピストン機構３３のピストン３４は、下降動作に伴って、二次貯液室４２内の電解液２に対し０．７５ＭＰａの圧力で直接的に加圧する。
【００７６】
これにより、二次貯液室４２内の電解液２の大部分は、電池ケース８内に強制的に注入されたのち、極板群の微細の隙間に迅速に浸透するように効果的に促進される。また、ピストン３４は、ピストンシール４１によってシリンダ９に対し気密状態を保持しながら下降動作を行うので、電解液２は、ピストン３４によって直接的に加圧されるにも拘わらず、大気に触れることがないから、気泡が混入することがない。しかも、粘性の高い電解液２がシリンダ９の内周面に付着していても、この付着している電解液２をピストンシール４１が確実に拭い取っていくので、高い注液精度で注液することができる。
【００７７】
ピストン３４の直接的な加圧を受けて電解液２が電池ケース８内に強制的に注入され始めたならば、角形の電池ケース８は、ピストン３４の下降動作による加圧力を直接的に受けて極めて迅速に注入される電解液２により内部圧力が高まり、これにより、電池ケース８における特に変形し易い長辺側板部８ｂが外方へ膨れ出ようとする。ところが、角形の電池ケース８は、これの外形よりも僅かに大きな内周面を有する保形容器２５内に挿入されているので、長辺側板部８ｂの膨出が保形容器２５の内面に当接して阻止され、電池ケース８の外方への膨らみ変形が防止される。なお、このとき、第４の電磁弁３５を開いて第２の加圧気体供給部３１を駆動することにより、第２の加圧気体供給部３１から供給される不活性ガスの圧力によって電池ケース８の外方への膨らみ変形をさらに確実に防止することが好ましい。
【００７８】
図８に示すように、ピストン３４が下限位置まで下降された時点では、ピストン３４の円筒外周面を除く下部テーパー外面とシリンダ９の下部テーパー内面とが密接状態に接触して、二次貯液室４２が消滅した状態となり、液通路３７の下端部分に電解液２が残存する。このピストン３４を下限位置に停止させた状態において、第２の注液工程が開始される。すなわち、注液バルブ３８が開弁され、且つ第２の電磁弁１７が開かれたのちに、第１の加圧気体供給部１８が実線で図示のように駆動される。第１の加圧気体供給部１８から供給される加圧気体としてのＮ２ は、一次貯液室１２および液通路３７を通って、液通路３７内に残存する電解液２を０．７５ＭＰａの圧力で直接的に加圧するので、この電解液２の電池ケース８内への注入が効果的に促進される。また、ピストン３４は、ＰＴＦＥを形成材料として形成されており、電解液２が付着し難い。これにより、電解液２の液ロスをさらに抑制することができる。
【００７９】
そして、図９に示すように、加圧気体による加圧によって電解液２の液面が電池ケース８の上端面の注液口８ａより低下したならば、第２の注液工程が終了し、続いて、図１０に示す第３の注液工程に移行する。すなわち、注液バルブ３８を閉じて二次貯液室４２と一次貯液室１２との間を遮断し、且つ第１の加圧気体供給部１８の駆動を停止するとともに、第２の加圧気体供給部３１の駆動を継続して、注液チャンバ１０の密閉空間を１ＭＰａの圧力に保持する。なお、上述の電解液２の液面が電池ケース８の注液口８ａより低下した状態は、例えば、注液開始時から計時を開始して経過時間を監視しながら、注液開始時から所定時間が経過した時点により検知される。上記所定時間は予め実験的に求められて設定されたものである。
【００８０】
これと同時に、電池ケース昇降機構２３がピストン２３ａを所定ストロークだけ吸引するよう駆動されて電池ケース支持台２２を下限位置まで下降させるので、電池ケース支持台２２上に保持されている電池ケース８はシリンダ９から離間する。これにより、電池ケース８内に注入された電解液２は、注液チャンバ１０の密閉空間の１ＭＰａの圧力により加圧されて、極板群の小さな隙間に効率良く浸透されていく。
【００８１】
上述のように、第１の各注液工程では、ピストン３４の下降動作による０．７５ＭＰａの比較的大きな加圧力を電解液２に直接的に作用させ、第２の注液工程では、第１の加圧気体供給部１８からの加圧気体による０．７５ＭＰａの比較的大きな加圧力を電解液２に直接的に作用させ、第３の注液工程では、第２の加圧気体供給部３１からの加圧気体による１ＭＰａの比較的大きな加圧力を電解液２に直接的に作用させているので、所定量の電解液２を、電池ケース８内の極板群の微細な隙間に極めて効率的に浸透させて、短時間で電池ケース８内に充填することができる。
【００８２】
上述のようにして注液が終了したならば、図１の電磁弁３９，４０が開弁されて、一次貯液室１２内および注液チャンバ１０内の加圧気体が外部に放出される。最後に、図１１に示すように、注液チャンバ１０のチャンバ下部体１０Ｂが所定位置まで下降されて、電解液２の注液が終了した電池ケース８が保形容器２５から取り出される。このとき、ピストン３４による電解液２への直接的な加圧力が既に解除されているので、電池ケース８における一旦膨出した長辺側板部８ｂが元の状態に復帰しており、電池ケース８を容易に取り出すことができる。
【００８３】
上記電解液注液装置では、角形の電池ケース８を保形容器２５に挿入するだけの簡単な構成としながらも、ピストン３４により電解液２を電池ケース８内に強制的に注液する際の長辺側板部８ｂの膨出変形を確実に防止することができるが、上記保形容器２５により電池ケース８の膨出変形を防止する手段に代えて、電池ケース８を電池ケース支持台２２上に保持して、ピストン３４を作動させる第１の注液工程時に、第２の加圧気体供給部３１から注液チャンバ１０の密閉空間内に加圧気体を供給して、その密閉空間内の圧力がピストン３４による電解液２への加圧力とほぼ同等になるように加圧気体の供給を制御するようにしても、角形の電池ケース８の膨れ変形を防止することができる。また、電池ケース８の膨出変形の防止手段として、上述の手段保形容器２５を備えるとともに、第２の加圧気体供給部３１から注液チャンバ１０の密閉空間内に加圧気体を供給するようにすれば、電池ケース８の膨れ変形を一層確実に防止することができる。
【００８４】
なお、上記第３の注液工程では、第２の加圧気体供給部３１からの加圧気体による加圧力を電解液２に直接的に作用させるようにしたが、この第３の注液工程に代えて、第２の注液工程の終了後も、この第２の注液工程をそのまま継続して、これを第３の注液工程としてもよい。すなわち、第３の注液工程では、第１の加圧気体供給部１８から供給される加圧気体を一次貯液室１２および液通路３７を通じて電池ケース８内の電解液２を直接的に加圧させる。この場合にも、所定量の電解液２を、電池ケース８内の極板群の微細な隙間に極めて効率的に浸透させて、短時間で電池ケース８内に充填することができる。
【００８５】
図１２は本発明の他の実施の形態に係る電解液注液装置を示し、同図において、図１と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略し、図１と相違する構成についてのみ説明する。この電解液注液装置では、円筒形の電池ケース４４に注液する場合を例示してあり、この電池ケース４４は、一実施の形態のように保形容器２５内に挿入されることなく、電池ケース支持台２２上に保持されている。円筒形の電池ケース４４は上端全体が開口されており、この円筒形の電池ケース４４に対応して、ピストン４９における液通路３７の下端から送液口４９ａまでの部分には、下方に向け拡開する円錐形の断面形状を有する逃げ孔４９ｂが形成されている。また、シリンダ９の下端面には、リングパッキン５０が貼着されている。
【００８６】
この電解液注液装置における基本的な注液工程は上述の一実施の形態と同様であり、異なるのは、電池ケース接続工程において、電池ケース昇降機構の作動により電池ケース支持台２２が上昇されたときに、円筒形の電池ケース４４の上端面がリングパッキン５０に気密状態に密着されて、円筒形の電池ケース４４の上端開口部が二次貯液室４２に連通される。これにより、円筒形の電池ケース４４は、その上端全体の開口部が二次貯液室４２に支障無く気密状態に連通接続される。
【００８７】
また、ピストン４９が下降する第１の注液工程時には、第２の加圧気体供給部３１から加圧気体が注液チャンバ１０の密閉空間内に供給されて、密閉空間内の圧力がピストン４９による電解液２への加圧力とほぼ同等になるように加圧気体の供給が制御される。これにより、円筒形の電池ケース４４は、注液チャンバ１０の密閉空間内の加圧気体の圧力により外面を加圧されて、内部の電解液２の加圧力に抗して外方への膨らみ変形が防止される。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明の電解液注液方法によれば、ピストンの作動で二次貯液室の内部容積を気密状態に保持しながら縮小することにより、加圧ガスなどを介在させることなくピストンで電解液を直接的に加圧しながら、この電解液を、予め真空引きした二次貯液室に気密に連通接続した電池ケースの注液口または開口部を介して予め真空引きした電池ケース内に強制的に注入するので、電解液の極板群への含浸時間を大幅に短縮することができるとともに、一次貯液室から液通路および二次貯液室を介して電池ケースの内部に至る注液通路の何れの箇所においても電解液が大気に触れることがなく、また、ピストンの加圧力を電解液に直接的に作用させていることから、注入過程の電解液中に気泡が混入するおそれがなく、電解液の蒸発量を格段に軽減できるとともに、電解液中にガスが混入することがないので、加圧開放時に電解液中のガスが気泡となって電解液を溢れさせるといったことが生じるおそれがなく、また、液ロスが減少して注液精度が格段に向上し、電気特性の安定した高品質の電池を得ることができる。
【００８９】
また、本発明の電解液注液装置によれば、第１の真空ポンプで一次貯液室内を真空引きすることができ、第１の加圧気体供給部により一次貯液室および液通路を介して二次貯液室内に加圧気体を供給して作用させることができ、注液バルブの開閉によって一次貯液室と二次貯液室間とを液通路を介して接続および遮断することができ、ピストン機構によって二次貯液室内の電解液を加圧でき、シリンダとピストンと電池ケースとにより密閉空間の二次貯液室を構成することができるから、本発明の電解液注液方法を忠実に具現化して、当該注液方法の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電解液注液方法を具現化した電解液注液装置を示す概略縦断面図。
【図２】同上の電解液注液装置の電池ケース装着工程における概略縦断面図。
【図３】同上の電解液注液装置の電池ケース排気工程における概略縦断面図。
【図４】同上の電解液注液装置の電解液脱泡および電池ケース接続工程における概略縦断面図。
【図５】同上の電解液注液装置の電解液移送工程における概略縦断面図。
【図６】同上の電解液注液装置の第１の注液工程の開始の準備状態における概略縦断面図。
【図７】同上の電解液注液装置の第１の注液工程の開始状態における概略縦断面図。
【図８】同上の電解液注液装置の第２の注液工程の開始状態における概略縦断面図。
【図９】同上の電解液注液装置の第２の注液工程の終了状態における概略縦断面図。
【図１０】同上の電解液注液装置の第３の注液工程における概略縦断面図。
【図１１】同上の電解液注液装置の電池ケース装着工程における概略縦断面図。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る電解液注液装置を示す概略縦断面図。
【図１３】従来の注液装置を示す断面図。
【図１４】従来の他の注液装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１ 電解液タンク
２ 電解液
３ 定量ポンプ
４ 注液ノズル
７ 一次貯液容器
８ 電池ケース
８ａ 注液口
９ シリンダ
１０ 注液チャンバ
１２ 一次貯液室
１４ 第１の真空ポンプ
１８ 第１の加圧気体供給部
２２ 電池ケース支持台
２５ 保形容器
２９ 第２の真空ポンプ
３１ 第２の加圧気体供給部
３３ ピストン機構
３４ ピストン
３７ 液通路
３８ 注液バルブ
４１ ピストンシール
４２ 二次貯液室
４４ 電池ケース
４９ ピストン
Claims (12)
- 電解液タンクから定量の電解液を一次貯液室内に供給する電解液供給工程と、
極板群を収納した電池ケースを注液チャンバの内部の密閉空間に収容して前記密閉空間内を減圧することにより、前記電池ケースの内部と、中間に注液バルブを介設した液通路を介して前記一次貯液室に連通し、且つ前記密閉空間に向けて開口した二次貯液室の内部とを同時に真空引きする電池ケース排気工程と、
内部を真空引きした前記電池ケースの注液口または開口部を前記二次貯液室の開口部に気密状態に連通接続する電池ケース接続工程と、
前記注液バルブを開くことにより、前記一次貯液室内の電解液を前記液通路を介して前記二次貯液室に送給する電解液移送工程と、
前記一次貯液室内の電解液を前記二次貯液室に送給し終えたのちに前記注液バルブを閉じて前記二次貯液室を密閉状態に保持し、ピストンの作動によって前記二次貯液室の内部容積を縮小していくことにより、前記二次貯液室内の電解液を前記ピストン表面で直接に加圧しながら前記電池ケース内に注入する注液工程とを備えていることを特徴とする電解液注液方法。 - 注液工程において、ピストンによる電解液への加圧力と同等の膨れ防止用加圧力を電池ケースの外面に対し付与するようにした請求項１に記載の電解液注液方法。
- 長方形または長円形の横断面形状を有する角形の電池ケースを、前記電池ケースの外周面との間に少許の隙間を形成できる内周面を有する保形容器内に挿入した状態で注液チャンバの密閉空間内に収容し、前記電池ケースの膨出を阻止する加圧力を前記保形容器の内周面で付与するようにした請求項２に記載の電解液注液方法。
- 注液チャンバの密閉空間内に不活性ガスを供給して、前記密閉空間内の圧力がピストンによる電解液への加圧力とほぼ同等になるように不活性ガスの供給を制御するようにした請求項２または３に記載の電解液注液方法。
- 電解液供給工程に先立って電解液タンク内を真空引きすることにより、電解液中の気泡を除去する予備脱泡工程を備えている請求項１ないし４の何れかに記載の電解液注液方法。
- 電解液供給工程を経て定量の電解液が供給された一次貯液室内を真空引きして電解液中の気泡を除去する脱泡工程を備えるとともに、電解液移送工程において、注液バルブを開いて前記一次貯液室の電解液の液面の真空圧力と二次貯液室の真空圧力との差圧により前記一次貯液室内の電解液を前記二次貯液室に供給するようにした請求項１ないし５の何れかに記載の電解液注液方法。
- 注液工程においてピストンが所定のストロークだけ作動して停止したのちに、注液バルブを開いて一次貯液室内から液通路を介して二次貯液室に不活性ガスを供給し、前記二次貯液室内に残存する電解液を前記不活性ガスの流通により電池ケース内に注入する第２の注液工程と、
電解液の液面が電池ケースの注液口より低くなった時点で前記注液バルブを閉じたのちに、前記電池ケースの注液口を前記二次貯液室から離間させ、注液チャンバ内に供給する不活性ガスの圧力により前記電池ケース内の電解液を加圧する第３の注液工程とを備えている請求項１ないし６の何れかに記載の電解液注液方法。 - 請求項７に記載の第３の注液工程に代えて、第２の注液工程によって電解液の液面が電池ケースの注液口より低くなった後も、この第２の注液工程の状態を保持したまま、一次貯液室、液通路および二次貯液室を通じて電池ケース内に供給する不活性ガスをの圧力により前記電池ケース内の電解液を加圧する第３の注液工程を設けた請求項７に記載の電解液注液方法。
- 内部が一次貯液室となった密閉容器の一次貯液容器と、
定量ポンプの駆動により電解液タンクから供給される定量の電解液を前記一次貯液室に注入する注液ノズルと、
前記一次貯液室にそれぞれ管路接続された第１の真空ポンプおよび第１の加圧気体供給部と、
ピストンと、上端が前記一次貯液室に連通し、且つ下部がピストンに貫通された液通路と、この液通路の中間に介設された注液バルブとを一体に備えて昇降されるピストン機構と、
開閉自在な気密容器である注液チャンバと、
前記注液チャンバの上端部に気密状態で貫通して支持されたシリンダと、このシリンダの内周面に気密状態で摺動される前記ピストンと、前記電池ケース支持台の上昇により前記シリンダの下端面に気密に当接される前記電池ケースの上端面の注液口とで囲まれて、閉状態の前記注液バルブで前記液通路が閉塞されることにより密閉空間に形成される二次貯液室とを備えていることを特徴とする電解液注液装置。 - 注液チャンバの内部に設けられて、電解液を注液すべき電池ケースを保持しながら昇降させる電池ケース支持台と、注液チャンバの内部の密閉空間にそれぞれ管路接続された第２の真空ポンプおよび第２の加圧気体供給部とを備えている請求項９に記載の電解液注液装置。
- ピストンの円筒外周面における少なくとも下端部分に、シリンダの内周面に気密状態で摺動する配置でピストンシールが固着されている請求項１０に記載の電解液注液装置。
- 定量ポンプを介在して電解液タンクに管路接続された注液ノズルが、一次貯液室に対し着脱自在に連結される可動式になっている請求項９または１０に記載の電解液注液装置。
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