JPH09330735A - 二次電池の製造方法、製造装置及び電極評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 注液封口後の電池アッセンブリを高能率で洗
浄することができ、また電極基板を圧延する際に圧延ロ
ーラ間へのワーク詰まりを有効に防止することができ、
さらに各種電極板を適正に評価することができる二次電
池の製造方法、製造装置及び電極評価方法を提供する。 【解決手段】 外装ケース内に電池要素を挿入する工程
と、外装ケースの開口部を介して外装ケース内に電解液
を注入する工程と、電解液を注入した外装ケースの開口
部を封止体で封口して電池アッセンブリを液密に組み立
てる工程と、電解液注入工程後２４時間以内に前記電池
アッセンブリの外表面に洗浄液を噴射して電池アッセン
ブリの外表面から付着した電解液及び異物を洗浄除去す
る工程と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の製造方
法、製造装置及び電極評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高性能で、高容量な電池の需要に
応えるべく、例えばアルカリ二次電池やリチウムイオン
二次電池などの様々な二次電池が開発され、実用化され
ている。このうちアルカリ二次電池は、リチウムイオン
二次電池よりも製造コストが低く、かつ安全性が高く、
更に大電流での放電が可能であるため、携帯電話等に広
く採用されている。

【０００３】例えば、アルカリ二次電池としてはニッケ
ル水素二次電池があげられる。ニッケル水素二次電池の
外装ケース内には、ニッケル酸化物を含む正極と水素吸
蔵合金を含む負極との間にセパレータを介装して作製さ
れた電極群と、水酸化カリウム溶液などの強アルカリ電
解液とが収容されている。

【０００４】外装ケース内にアルカリ電解液を注液する
場合は、注液装置の回転テーブル上に多数の外装ケース
を取り付け、回転テーブルを間欠回転させながら各外装
ケースの開口部に向けてノズルから電解液を注液する。
そして、回転テーブルを高速回転させ、遠心力を利用し
て電解液を外装ケースの底部（閉端部）の隅々にまでい
きわたらせる。注液後に開口部を封口処理すると、電池
アッセンブリができあがる。

【０００５】しかしながら、注液工程においてノズルの
狙いや注液タイミングのずれ等が生じると、電解液が開
口部の近傍や周囲に付着し、外装ケースの表面が電解液
で汚されてしまう。そこで、外装ケースを洗浄して付着
物を除去する必要がある。

【０００６】従来の注液装置においては、筒型電池に比
べて角型電池を自立させ、搬送し、洗浄することができ
ないため、角型電池をトレイに入れた状態で作業者が手
作業で洗浄している。このようなバッチ方式の洗浄処理
を行うため、注液から洗浄までのリードタイムにばらつ
きを生じ、洗浄時間を長めに設定しなければならない。
そのため、生産性が低くスループットの向上が望めな
い。また、輸送費などのコストが発生するので、コスト
高となってしまう。ところで、二次電池のなかには、図
６に示すような渦巻状の電極７ａが入れられている。こ
の電極７ａはローラ圧延で形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極基
板がローラ圧延されると反りを生じるので、次の圧延機
に基板が適正に噛み込まず、これが折れてローラ間に挟
み込まれ、詰まってしまう。

【０００８】そこで、図９に示すように、従来の製造装
置ではローラ圧延機５２，５４の相互間に押え板５９を
それぞれ設置し、前工程で変形したワーク７をコンベア
ベルト６上で押え板５９で上から押え込みながら後工程
のローラ圧延機５４に噛み込ませている。

【０００９】しかしながら、押え板５９を用いた場合で
あってもワーク７が圧延ローラ間に噛み込まれる直前に
反りが元に戻るので、ワーク７が折損することがあり、
ワーク７の詰まりを完全に防止することはできない。折
損基板が詰まった場合であっても、直ぐには装置が停止
しないので、そのまま装置が動き続けて多量の不合格品
を生じてしまい、製品の歩留りが低下する。

【００１０】ところで、このようにして製造された基板
（ワーク）７は、図６に示すように、外装ケース内に挿
入するため曲げ加工により渦巻状の電極要素７Ａとし、
その柔軟性を評価する必要がある。従来の柔軟性評価方
法は、基板７の両端を支持した状態で中央に一定の荷重
を負荷し、その撓み量を測定することにより行なってい
る。

【００１１】しかしながら、従来の方法では基板の一部
に亀裂が存在すると、見掛けの撓み量が真の撓み量より
大きくなってしまい、実際は硬い材料であるにも拘らず
柔らかい材料であると誤認評価してしまうという問題点
がある。

【００１２】本発明は上記の種々の課題を解決するため
になされたものであり、注液封口後の電池アッセンブリ
を高能率で洗浄することができ、また電極基板を圧延す
る際に圧延ローラ間へのワーク詰まりを有効に防止する
ことができ、さらに各種電極板を適正に評価することが
できる二次電池の製造方法、製造装置及び電極評価方法
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る二次電池の
製造方法は、外装ケース内に電池要素を挿入する工程
と、外装ケースの開口部を介して外装ケース内に電解液
を注入する工程と、前記電解液を注入した外装ケースの
開口部を封止体で封口して電池アッセンブリを液密に組
み立てる工程と、前記電解液注入工程後２４時間以内に
前記電池アッセンブリの外表面に洗浄液を噴射して電池
アッセンブリの外表面から付着した電解液及び異物を洗
浄除去する工程と、を具備することを特徴とする。

【００１４】電解液は乾燥、結晶化すると、外装ケース
から容易に除去できなくなる。しかし、本発明において
は、電解液注入工程後２４時間以内に電池アッセンブリ
を洗浄するので、付着した電解液が乾燥し、結晶化する
前に外表面から容易に除去される。

【００１５】なお、上記洗浄工程では、電池アッセンブ
リを封口部が上側になるように治具を用いて回転テーブ
ル上に直立させ、電池アッセンブリの封口部、胴部、及
び底部のそれぞれに向けてノズルから高圧温水を噴射す
ることが望ましい。この場合に、高圧温水の噴射条件
は、温度を５０±１０℃の範囲とし、圧力を０．４〜
１．５ＭＰａの範囲とすることが望ましい。さらに高圧
温水の圧力を０．６〜０．８ＭＰａの範囲とすることが
最も好ましい。

【００１６】さらに上記製造方法は、前記洗浄工程後に
電池アッセンブリの封口部、胴部、及び底部のそれぞれ
に向けてノズルからガスを吹き付けて乾燥する乾燥工程
を有することが好ましい。

【００１７】また、前記電解液注入工程から前記洗浄工
程までの間は、電池アッセンブリを大気圧下の室温に放
置することが望ましい。本発明に係る二次電池の製造装
置は、直列に配置された複数台の圧延機により電極基板
を順次圧延する二次電池の製造装置であって、圧延機の
相互間にそれぞれ設けられて、圧延により生じた電極基
板の反りを矯正するレベラー機構を備え、前記レベラー
機構は、電極基板を圧延機に向けて搬送するコンベアベ
ルトと、このコンベアベルトの直上に設けられたレベラ
ーベルトと、このレベラーベルトを電極基板の上面に押
し付ける複数の上ローラ群と、前記コンベアベルトを電
極基板の下面に押し付ける複数の下ローラ群と、を有し
ており、前記上ローラと下ローラとは所定ピッチ間隔で
交互に千鳥配列されていることを特徴とする。

【００１８】さらに上記製造装置は、圧延機の相互間を
通過する電極基板をそれぞれ検出するセンサと、各セン
サからの検出信号に基づき電極基板の通過時間を演算に
より求め、求めた通過時間が設定時間を越えた場合に圧
延ローラ間に電極基板が詰まったと判断する制御手段
と、を備えることが望ましい。

【００１９】本発明に係る二次電池の評価方法は、電極
板の柔軟性を評価する二次電池の評価方法であって、評
価対象となる電極板をベルトでローラに向けて送り出
し、ローラとベルトとの間に電極板を挟み込み、電極板
をベルトでローラ周面に押し付けながらローラ周面に沿
って電極板を曲げ、ローラとベルトとの間から排出され
た電極板の曲りの曲率に基づき電極板の柔軟性を評価す
ることを特徴とする。上記評価方法では、少なくともロ
ーラの４分の１周長にわたって電極板をベルトでローラ
周面に押し付けて曲げることが望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１に
示すように、二次電池の製造ライン１にはベルトコンベ
ア６でつながれた電解液注液装置２、電池封口体溶接挿
入装置３、電池封口装置４、洗浄装置５が配置されてい
る。ベルトコンベア６上には二次電池用の角型外装ケー
ス８が載せられ、電解液注液装置２、電池封口体溶接挿
入装置３、電池封口装置４、洗浄装置５の順に次々に送
られるようになっている。

【００２１】電解液注液装置２は、回転円板（図示せ
ず）にヒンジ機構で取り付けられた複数の注液用容器
（図示せず）及び注液ノズル（図示せず）を備えてい
る。自動セット装置（図示せず）によって外装ケース８
はホルダを介して注液用容器に連結されるようになって
いる。外装ケース８のなかには、図６に示すような電池
要素７Ａが挿入されている。ちなみに、電池要素７Ａ
は、活物質である水酸化ニッケルを含む正極と、活物質
である水素吸蔵合金を含む負極との間にセパレータを介
装した積層物を捲回したものである。

【００２２】回転円板が間欠回転されると、注液ノズル
から各注液用容器内に次々に電解液が注入される。電解
液注入後、回転円板を高速回転させると、遠心力の作用
により注液用容器から外装ケース８内へ電解液が移行
し、外装ケース８の隅々にまで電解液が充填される。

【００２３】電池封口体溶接挿入装置３は、所定形状の
封口体を形成するための溶接機を備えている。この溶接
機によってキャップ状の封口体と電池要素７Ａとが溶接
されるようになっている。

【００２４】電池封口装置４は、封口体を外装ケース８
の開口部に取り付け、両者を液密にプレス成型してかし
める。これらの装置３，４によって電池アッセンブリ８
Ａが形成されるようになっている。

【００２５】ところで、上記の注液工程、封口体溶接挿
入工程、封口工程のそれぞれにおいて外装ケース８の外
表面に電解液が付着することがあるので、これを次の洗
浄装置５において除去する必要がある。

【００２６】図２に示すように、洗浄装置５は２つの回
転テーブル１１を備えている。各回転テーブル１１の周
縁部にはホルダ治具１２が等ピッチ間隔に配置されてい
る。各回転テーブル１１のコンベア連結部分にはハンド
リング装置（図示せず）がそれぞれ設けられ、ハンドリ
ング装置によって電池アッセンブリ８Ａはコンベア６か
ら回転テーブル１１のホルダ治具１２へ移載され、ま
た、ホルダ治具１２からコンベア６へ移載されるように
なっている。これにより各電池アッセンブリ８Ａは、図
３に示すように、封口部が上側なるようにホルダ治具１
２によって直立保持されるようになっている。ホルダ治
具１２は溌水性のポリテトラフルオロエチレン樹脂また
は強アルカリ性の電解液に対して十分な耐食性をもつス
テンレス鋼のような金属材料でつくられている。

【００２７】さらに、一方の回転テーブル１１の近傍に
は洗浄用ノズルユニット２０が設けられ、回転テーブル
１１上の電池アッセンブリ８Ａに適量の洗浄水が噴射さ
れるようになっている。もう一方の回転テーブル１１の
近傍には乾燥エアブロー用ノズルユニット３０が設けら
れ、回転テーブル１１上の電池アッセンブリ８Ａに乾燥
エアが噴射されるようになっている。

【００２８】図３に示すように、洗浄用ノズルユニット
２０は、ホルダ治具１２内の電池アッセンブリ８Ａに向
けて３つの異なる方向から洗浄水を噴射する第１ノズル
２１，第２ノズル２２，第３ノズル２３を備えている。
第１ノズル２１は電池アッセンブリ８Ａの胴部に向けて
洗浄水を噴射するようになっている。第２ノズル２２は
電池アッセンブリ８Ａの底部に向けて開口１４を介して
洗浄水を噴射するようになっている。第３ノズル２３は
電池アッセンブリ８Ａの上部（封口部）に向けて洗浄水
を噴射するようになっている。このような第１ノズル２
１，第２ノズル２２，第３ノズル２３の組は回転テーブ
ル１１に沿って８〜１０組が等ピッチ間隔に配置されて
いる。噴射された洗浄水は主として電池アッセンブリ８
Ａとホルダ治具１２との相互間隙１３及び底部開口１４
を通って下方へ流出するようになっている。なお、乾燥
エアブロー用ノズルユニット３０も実質的に同様の第１
ノズル３１，第２ノズル（図示せず），第３ノズル（図
示せず）を備えており、各ノズルから電池アッセンブリ
８Ａの各部に向けて乾燥エアが吹き付けられるようにな
っている。また、ノズルユニット２０からノズルユニッ
ト３０までの間において電池アッセンブリ８Ａは予備乾
燥器（図示せず）によって予備乾燥されるようになって
いる。

【００２９】洗浄工程では、電池アッセンブリ８Ａの封
口部、胴部、及び底部のそれぞれに向けて第１ノズル２
１，第２ノズル２２，第３ノズル２３から高圧温水を噴
射する。この場合に、高圧温水の噴射条件は、温度を５
０±１０℃の範囲とし、圧力を０．４〜１．５ＭＰａの
範囲とすることが望ましく、さらに高圧温水の圧力を
０．６〜０．８ＭＰａの範囲とすることがより好まし
い。

【００３０】なお、洗浄工程は電解液注入工程後２４時
間以内に実施する。これは、付着した電解液が乾燥結晶
化してしまう前に洗浄水を噴射すると、付着電解液が電
池アッセンブリ８Ａの外表面から容易に除去されるから
である。

【００３１】なお、上記実施例では角型の二次電池を製
造する場合について説明したが、本発明はこれのみに限
定されることなく筒型の二次電池を製造する場合につい
ても適用することができる。

【００３２】次に、図５を参照しながら電極基板のロー
ラ圧延装置について説明する。ローラ圧延装置はベルト
コンベア６に沿ってタンデム配置された複数のローラ圧
延機を備えている。電極基板としてのワーク７はベルト
コンベア６によって圧延機に向けて搬送されている。各
圧延機は上下１対の水平ローラ５２，５４，…をそれぞ
れ具備している。ここでは説明の便宜上、代表して２台
の圧延機について説明する。

【００３３】上流側の圧延機から下流側の圧延機までの
間にレベラー装置が設けられている。レベラー装置は、
上下１対の駆動用プーリ６５と、上下９本ずつのならし
ロール群６６と、複数本のテンション用プーリ６７と、
上部ベルト６８と、を備えている。

【００３４】上方のならしロール群６６は昇降可能な支
持機構（図示せず）によって支持されており、ベルトコ
ンベア６上のワーク７に上部ベルト６８を介して押圧力
を印加するようになっている。一方、下方のならしロー
ル群６６はベルトコンベア６の下面と接するように定位
置に取り付けられている。なお、上下のならしロール群
６６は互い違いになるように所定ピッチ間隔に千鳥配置
されている。

【００３５】ワーク７は、ベルト６，６８の間に挟まれ
てここを通過するうちに、上下９本のならしロール群６
６によって反りが矯正されてしまう。そして、平坦なワ
ーク７となって下流側の圧延機に送られ、圧延ローラ５
４に適正に噛み込まれる。

【００３６】各圧延機の直ぐ上流側にはセンサ６３がそ
れぞれ配置され、圧延機に送られるワーク７が検出され
るようになっている。各センサ６３はコンピュータシス
テムによりバックアップされた制御装置（図示せず）の
入力側にそれぞれ接続されている。この制御装置のメモ
リにはワーク７の通過予定時刻が予めデータ入力されて
おり、これらのデータと各センサ６３からの検出信号と
が比較され、タイミング制御されるようになっている。
両者のタイミングが許容範囲を越えると、制御装置から
警報システム（図示せず）に異常発生信号が発せられ、
異常発生を知ったオペレータは直ちにワーク７の詰まり
などのトラブルを解消することができるようになってい
る。

【００３７】なお、制御装置は、それぞれの検出信号に
基づきワーク７の通過時間を演算により求め、演算時間
が設定時間を上回ったときに警報システム（図示せず）
に異常発生信号を発するようにしてもよい。いずれにし
てもオペレータはトラブル発生から短時間でトラブルを
解消することができる。このため、不良品となるワーク
７の量が少なくなり、製品の歩留まりを向上させること
ができる。

【００３８】次に、図７および図８を参照しながら上記
のようにタンデム圧延された電極基板７の柔軟性を評価
するための試験方法について説明する。柔軟性評価試験
機８０は、駆動ローラ８２ａ、従動ローラ８２ｂ，８２
ｃ、ベルト８３、テンション支持シャフト８５、スプリ
ング８６、アーム８７、テンションローラ８８を備えて
いる。テンション支持シャフト８５はボルト８４によっ
てベースに固定されている。スプリング８６によってベ
ルト８３の張力が適度に調整され、試験条件が変えられ
るようになっている。また、駆動ローラ８２ａおよび従
動ローラ８２ｂ，８２ｃａは交換可能に取り付けられて
いる。

【００３９】電極基板７は従動ローラ８２ａとベルト８
３との間に送られ、図８に示すように、両者間に挟まれ
ながら曲げられる。硬い電極基板７ｂは曲率半径が小さ
くなり、柔らかい電極基板７ａは曲率半径が大きくな
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、治具を用いて多数の二
次電池用容器を直立姿勢で搬送しながら、これらをオン
ラインで次々に洗浄することができるので、従来のトレ
イ搬送のバッチ洗浄処理に比べてスループットが飛躍的
に高まり、生産コストを大幅に低減することができる。

【００４１】また、本発明によれば、前工程で反り返っ
た電極板を次の圧延ローラに入る前に修正するため、ロ
ーラ入側で折損することなく電極板を円滑に送給するこ
とができる。万一、電極板が圧延ローラ間に詰まったと
しても、これをオンラインで検知することができ、オペ
レータはこの対策を直ちにとることができるので、短時
間で不具合が解消され、製品歩留りを向上させることが
できる。さらに、本発明によれば、亀裂をもつ電極板の
柔軟性を適正かつ高精度に評価することができ、電極板
柔軟性評価の信頼性が大幅に高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池製造ラインの概要を模式的に示すブロック
図。

【図２】洗浄装置の概要を模式的に示す平面図。

【図３】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法に
用いられた洗浄装置の一部を切り欠いて示す縦断面図。

【図４】洗浄装置の直立保持部材及び電池を示す平面
図。

【図５】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法に
用いられた電極板製造ラインを示す斜視図。

【図６】電池容器内に収容される巻回型の電極を示す
図。

【図７】電池電極の柔軟性を評価試験するための評価装
置を示す図。

【図８】電池電極の柔軟性評価方法を説明するための
図。

【図９】従来の電極板製造ラインを示す斜視図である。

【符号の説明】

２…電解液注液装置、 ３…電池封口体溶接挿入装置、
４…電池封口装置、 ５…洗浄装置、 ６…ベルトコン
ベア、７，７ａ，７ｂ…電池電極、 ８…外装ケース、
１１…円板、 １２…直立ホルダ、５２，５４…圧延ロ
ーラ、６３…センサ、 ６６…ならしローラ群、８２ａ
…駆動ローラ、 ８２ｂ，８２ｃ…従動ローラ、 ８３
…ベルト、８６…スプリング、 ８７…アーム、 ８８
…テンションローラ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外装ケース内に電池要素を挿入する工程
   と、 外装ケースの開口部を介して外装ケース内に電解液を注
   入する工程と、 前記電解液を注入した外装ケースの開口部を封止体で封
   口して電池アッセンブリを液密に組み立てる工程と、 前記電解液注入工程後２４時間以内に前記電池アッセン
   ブリの外表面に洗浄液を噴射して電池アッセンブリの外
   表面から付着した電解液及び異物を洗浄除去する工程
   と、を具備することを特徴とする二次電池の製造方法。
2. 【請求項２】 前記洗浄工程では、電池アッセンブリを
   封口部が上側になるように治具を用いて回転テーブル上
   に直立させ、電池アッセンブリの封口部、胴部、及び底
   部のそれぞれに向けてノズルから高圧温水を噴射するこ
   とを特徴とする請求項１記載の二次電池の製造方法。
3. 【請求項３】 さらに、前記洗浄工程後に電池アッセン
   ブリの封口部、胴部、及び底部のそれぞれに向けてノズ
   ルからガスを吹き付けて乾燥する乾燥工程を有すること
   を特徴とする請求項２記載の二次電池の製造方法。
4. 【請求項４】 前記電解液注入工程から前記洗浄工程ま
   での間は、電池アッセンブリを大気圧下の室温に放置す
   ることを特徴とする請求項１記載の二次電池の製造方
   法。
5. 【請求項５】 直列に配置された複数台の圧延機により
   電極基板を順次圧延する二次電池の製造装置であって、 圧延機の相互間にそれぞれ設けられて、圧延により生じ
   た電極基板の反りを矯正するレベラー機構を備え、 前記レベラー機構は、電極基板を圧延機に向けて搬送す
   るコンベアベルトと、このコンベアベルトの直上に設け
   られたレベラーベルトと、このレベラーベルトを電極基
   板の上面に押し付ける複数の上ローラ群と、前記コンベ
   アベルトを電極基板の下面に押し付ける複数の下ローラ
   群と、を有しており、 前記上ローラと下ローラとは所定ピッチ間隔で交互に千
   鳥配列されていることを特徴とする二次電池の製造装
   置。
6. 【請求項６】 さらに、圧延機の相互間を通過する電極
   基板をそれぞれ検出するセンサと、各センサからの検出
   信号に基づき電極基板の通過時間を演算により求め、求
   めた通過時間が設定時間を越えた場合に圧延ローラ間に
   電極基板が詰まったと判断する制御手段と、を備えるこ
   とを特徴とする請求項５記載の二次電池の製造装置。
7. 【請求項７】 電極板の柔軟性を評価する二次電池の評
   価方法であって、評価対象となる電極板をベルトでロー
   ラに向けて送り出し、ローラとベルトとの間に電極板を
   挟み込み、電極板をベルトでローラ周面に押し付けなが
   らローラ周面に沿って電極板を曲げ、ローラとベルトと
   の間から排出された電極板の曲りの曲率に基づき電極板
   の柔軟性を評価することを特徴とする二次電池の電極評
   価方法。
8. 【請求項８】 少なくともローラの４分の１周長にわた
   って電極板をベルトでローラ周面に押し付けて曲げるこ
   とを特徴とする請求項７記載の二次電池の電極評価方
   法。