覆膜电子器件的制造方法和制造设备的制作方法

专利名称：覆膜电子器件的制造方法和制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及覆膜电子器件的制造方法和制造设备，所述电子器件为容纳在层压膜 中的以电池或电容器为代表的电子器件元件。
背景技术：
以电池和电解电容器为代表的电子器件通过下述方法制造而成填充由金属等制 成并包括具有电解溶液的电极群的壳体，随后密封壳体，其中该电极群为电子器件元件。通常，直立放置的壳体由预定量的电解溶液填充，并长时间静置，以允许电解溶液 逐渐渗入电极群中的间隔。然而，由于电极群通常由密集堆叠的电极板制成，因此需要时间 允许电解溶液渗入电极群中的间隔。壳体例如需要静置一整天，以便电解溶液渗入位于它 自身上的电极之间的间隔。这意味着生产效率非常低。此外，由于电解溶液被吸收得非常慢，如果所需量的电解溶液一次被供给到壳体 中，则电解溶液将溢出壳体。适合处理这种情形的方法包括其中将水密盖放置在壳体的开 口上并用预定量的电解溶液填充所述壳体的方法。然而，这种方法涉及逐一将盖子放置在 壳体上，使得难以提高制造效率。日本专利No. 3467135披露了意图解决这种问题的电解溶液填充方法。该方法使 壳体的开口减压，用电解溶液填充开口以临时形成储液池，利用电解溶液填充减压的壳体， 允许电解溶液渗入电极群中的间隔，然后增加壳体中的压力，使得储液池中的电解溶液渗 入电极群中的间隔。通过一次性使壳体减压，该方法从电极群中的间隔中排出空气，使得空气将不会 防止电解溶液的渗入。在产生其中电极能够容易地渗入所述间隔的条件之后，该方法用电 解溶液填充壳体。随后，该方法进一步对壳体进行加压，使得储液池中的电解溶液进行渗 透。减压和加压的结合不仅减少了吸收电解溶液所需要的时间，而且防止电解溶液在压力 释放时飞溅。

发明内容
除了使用金属壳体的电子器件之外，已经开发了使用层压材料用作外壳的覆膜电 子器件，其中层压材料为通过层压铝或类似物的金属层和经由层压层的热熔树脂层形成的 薄膜。通常，层压材料具有其中铝或类似物的薄金属层具有由薄树脂层覆盖的两个侧部的 结构。层压材料耐酸并且耐碱，并且是轻质、柔性的。然而，与金属壳体不同，用于覆膜电子器件的层压膜具有柔性。即，容易变形的层 压膜存在金属壳体不会遇到的问题，即，在用电解溶液填充时难以变形。灌注到层压膜开口中的电解溶液流入到电子器件元件的主表面和层压膜之间， 而不在开口处形成蓄积池。这是由于层压膜是柔性的。因此，实际上不能采用日本专利 No. 3467135中披露的方法，其中，该方法通过蓄积池临时将电子器件元件与外界密封，并且 通过电子器件元件和外界之间的压差使形成蓄积池的电解溶液注入电子器件元件中。
此外，电解溶液不能以均勻的速度注入到电极群中，而是基于将要被注入的区域 而不定期地被注入。由于由层压膜的弹性引起的层压膜表面中的皱折，出现电解溶液的不 定期注入。此外，电解溶液的不定期注入在正极层和负极层之间具有较低离子导电率的表 面、区域上局部产生，从而导致电池的电性能特征降低。此外，由于层压膜容易变形，这使得 电极层之间的结合力弱，因此不定期的注入会使分离器出现褶皱。考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种用于覆膜电子器件的制造方法和制造 设备，其中所述制造方法和设备能够在短时间内用电解溶液填充覆膜电子器件，而不会在 注入电解溶液时引起不定期的注入或在分离器中产生褶皱。为了实现上述目的，本发明提供了一种覆膜电子器件的制造方法，所述方法包括 以下步骤在真空容器中通过在与发电元件的两个主表面相对应的位置处挤压袋状层压膜 来保持所述袋状层压膜，所述袋状层压膜容纳发电元件并且具有开口，且发电元件具有经 由分离器堆叠的正极层和负极层；减小真空容器中的压力；在保持真空容器中的压力减小 的情况下，电解溶液通过开口被灌注到袋状层压膜中，直到电解溶液的水平面变得比发电 元件的顶端高；以及增加真空容器中被减小的压力。本发明使得能够在短时间内用电解溶液填充层压膜，而不会在分离器中产生褶 皱。


图1为示出根据本发明的用于用电解溶液填充覆膜电池的填充设备的结构的示 意图；图2为示出根据本发明的保持装置的示例的截面图；图3为示出根据本发明的保持装置的另一个示例的透视图；图4为示出了电池元件的主表面和边缘表面的电池元件的示意性透视图；图5为示出填充所需要的时间和吸入元件中的电解溶液的量之间的关系的图示， 其中主表面上的推力用作参数；图6A为作为本发明的应用示例的覆膜电子器件的透视图；图6B为作为本发明的另一个应用示例的覆膜电子器件的正视图；图6C为当沿主表面方向观看时容纳在层压膜中的电池元件的示意图，以图示电 解溶液的蓄积条件；图7为分成四个区域的电池元件的示意图，电解溶液通过对应的四个边缘表面渗 入到这四个区域中；图8A为图示在填充的最后阶段如何通过边缘表面吸收电解溶液的示意图；图8B为示出在吸收蓄积在底部的电解溶液之前如何已经吸收蓄积在顶部和两侧 的电解溶液的示意图；图8C为示出在吸收完蓄积在底部的电解溶液之后如何正在吸收蓄积在顶部和两 侧的电解溶液的示意图；图9为示出用于将电解溶液供给至容纳多个电池元件的袋状层压膜的系统的示 例的示意5
图10为示出用于将电解溶液供给至容纳多个电池元件的袋状层压膜的系统的另 一个示例的示意图；图11为示出用于将电解溶液供给至容纳多个电池元件的袋状层压膜的系统的另 一个示例的示意图；图12为示出用于将电解溶液供给至容纳多个电池元件的袋状层压膜的系统的另 一个示例的示意图；图13为示出用于将层压膜保持为打开状态的机构的示例的示意图；图14A为示出用于将层压膜保持为打开状态的机构的另一个示例的示意图；图14B为图示图14A中示出的机构中的卡爪的结构和移动方向的示意图；图15A为示出用于将层压膜保持为打开状态的机构的另一个示例的示意图；图15B为图示图15A中示出的机构中的卡爪的结构和移动方向的示意图；图16为示出用于清洁层压膜的将要被热熔化的部分的机构的示例的示意图；图17为示出用于清洁层压膜的将要被热熔化的部分的机构的另一个示例的示意 图；以及图18为图示根据本发明的用于覆膜电子器件的制造方法的流程图。
具体实施例方式接下来，将参照附图描述本发明的实施例。图1为示出根据本发明的用于用电解溶液填充覆膜电池的填充设备的结构的示 意图。(覆膜电池)首先，将概述根据本实施例的覆膜电池10的结构。覆膜电池10包括电池元件11、安装在电池元件11上的正极集电器和负极集电器、 由一片层压膜12制成并容纳电池元件11和电解溶液20的外壳、连接至正极集电器的正极 接头、以及连接至负极集电器的负极接头。电池元件11包括经由分离器交替堆叠的多个正极板和负极板。在这里，关于电池元件11，垂直于堆叠方向的表面将称为主表面11a，而平行于堆 叠方向的表面将被称为边缘表面11b，如图4所示。每个正极板由涂覆有正电极的铝箔制成，而每个负极板由涂覆有负电极的铜箔制 成。从堆叠区域延伸的延长带没有涂覆有电极材料。来自正极板的延长带通过超声波焊接 结合在一起，并且来自负极板的延长带也通过超声波焊接结合在一起，以分别形成作为继 电器的正极集电器和负极集电器。同时，也通过超声波焊接，正极接头连接至正极集电器， 而负极接头连接至负极集电器。通过沿电池元件11的厚度方向从两侧将电池元件11夹在中间而将一片层压膜12 折叠成包围电池元件11的两部分。层压膜12为热熔树脂层、金属层和保护层的层压件。在 PP热熔树脂层(聚丙烯)面对电池放置的情况下，当通过加热使热熔树脂层熔化时，层压膜 12密封电池元件11。采用1摩尔/升的LiPF6作为支持电解质和碳酸丙烯与碳酸乙二酯的混合物(质 量比50 50)作为溶剂来制备电解溶液20。
(填充设备)接下来，将描述根据本实施例的填充设备1的结构。填充设备1包括真空容器2、保持装置3、电解溶液供应管线4、抽真空管线5、进气 管线6和控制器7。控制器7控制保持装置3、连接至抽真空管线5的真空泵(未示出)、和连接至电 解溶液供应管线4的液体输送系统41的操作。下文将详细描述由控制器7控制的部件的 操作。真空容器2容纳保持装置3。真空容器2的壁面与电解溶液供应管线4、抽真空管 线5和进气管线6连接。当电解溶液20填充到容纳电池元件11的袋状层压膜12中时，保持装置3通过沿 电池元件11的厚度方向从两侧(两个主表面11a)挤压层压膜12而保持袋状层压膜12。优选地，在电池元件11下面设置空间(图6C中的VJ，用于如随后所述蓄积电解 溶液20，且因此优选地将电池元件11放置在层压膜12的底部表面12b的上方，且在所述电 池元件与所述底部表面之间设置空间。如图6B所示，连接至电池元件11的正极接头104a 和负极接头104b彼此远离面对。此外，正极接头104a和负极接头104b预先固定在合适的 位置，且被密封在层压膜12中。因此，由于电池元件11由正极接头104a和负极接头104b 支撑，因此可以定位电池元件11，且所述电池元件与层压膜12的底部表面12b分离。然而，覆膜电池10的层压膜12是柔性的。因此，如果不用一些方法或其它方法支 撑层压膜12的情况下灌注电解溶液20，则电解溶液20将在电池元件11的主表面11a上到 处流动，而不蓄积在电池元件11的边缘表面lib的侧部上。此外，如果电池元件被不定期 地注入有电解溶液20，这可能使分离器出现褶皱。因此，保持装置3在对应于电池元件11主表面11a的位置处挤压层压膜12。这防 止已灌注电解溶液20在电池元件11主表面11a上到处流动，但是允许电解溶液20立刻蓄 积，从而包围电池元件11的边缘表面lib。此外，即使电池元件被不定期地注入电解溶液 20，保持装置3也能在对应于电池元件11的主表面11a的位置处通过层压膜12抑制电池 元件11，从而防止分离器起皱。以下将更具体地描述保持装置3的结构示例和用于保持层压膜12和电池元件11 的方法。图2示出了保持装置3的示例。图2中示出的保持装置3A包括以预定间隔被固 定放置的多个板状构件3a。板状构件3a之间的间隔形成容纳含有电池元件11的袋状层压 膜12的插槽3b。图3示出了保持装置3的另一个示例。图3中示出的保持装置3B具有其中以预 定间隔放置的固定端板3d和多个可移动板3e安装在基部3f上的结构。固定端板3d安装 在基部3f的端部处。多个可移动板3e平行于固定端板3d设置。固定端板3d固定至基部 3f。另一方面，可移动板3e以可在基部3f上移动的方式安装。活塞3c安装在与固定端板 3d相对的侧部处。活塞3c推动安装在与固定端板3d相对的端部处的可移动板3e。如图3所示，容纳电池元件11的多片袋状层压膜12—一插在固定端板3d和可移 动板3e之间或每对相邻的可移动板3e之间。当活塞3c推动可移动板3e时，推力施加至 容纳电池元件11的袋状层压膜12。即，在用电解溶液填充期间，保持装置3B可以调节覆膜
此外，在图1中，通过保持装置3挤压容纳电池元件11的袋状层压膜12，使得随后 描述的正极接头104a和负极接头104b将沿垂直于纸张的平面的方向面对。容纳电池元件11且由保持装置3挤压的层压膜12已经成形为袋状形状。即，层 压膜12在除了沿其折叠层压膜12 —个侧部之外的三个侧部上被热熔化。具体地，层压膜 12在正极接头104a和负极接头104b从其延伸的两个侧部上被热熔化，但与折叠侧相对的 侧部还没有被热熔化。层压膜12是袋状形状，以允许电解溶液20通过还未被热熔化的侧 部和用作开口 12a的侧部被灌注。S卩，在图1中，保持装置3沿电池元件11的厚度方向从 两侧挤压袋状层压膜12，且未熔化的一侧朝上使得正极接头104a和负极接头104b将沿垂 直于纸张的平面的方向面对。此外，虽然根据本实施例以折叠成两部分的一片层压膜12为 示例，但本发明不限于此，并且可选地，可以使用两片层压膜。在这种情况中，层压膜通过热 熔化三个侧部预先成形为袋状形状。电解溶液供应管线4的一端连接至储存电解溶液的箱(未示出)。另一端安装在 真空容器2的上壁上，且被定位成使得通过电解溶液供应管线4供应的电解溶液20可以通 过层压膜12的朝上开口的开口 12a被灌注。用来对真空容器2抽真空的抽真空管线5具有阀5a和真空泵5b。进气管线6用来将干燥空气或惰性气体引入被抽真空管线5抽真空的真空容器2 中，由此破坏真空容器2中的真空。进气管线6包括阀6a和储气箱(未示出)。(推力的压力范围)接下来，将给出由保持装置3施加在正在由电解溶液填充的覆膜电池10上的推力 的压力范围的描述。如果通过保持装置3将过压施加到电池元件11的主表面11a，电池元件11将被过 渡挤压，从而防止电解溶液20渗入电池元件。因此，分离器和电极中的小孔不能被注入有 电解溶液20。这是因为电解溶液20主要通过由毛细管作用渗入到分离器和电极的接触表 面而进入电池元件，并且施加过多的压力使得溶液难以渗入接触表面。另一方面，如果施加 的压力过低，则在正极板、分离器、负极板之间可能会形成空间，电解溶液20可能会渗入这 些空间中，从而导致分离器失去稳固性或变得褶皱，并且褶皱在完成电池之后可能会保留。填充所需要的时间和吸入到极板中的电解溶液的量之间的关系在图5中示出，其 中主表面上的推力用作参数。图5示出了由采用压差的填充方法获得测量结果和由不采用压差的填充方法获 得测量结果。采用压差的填充方法是其中通过保持在真空下的电池元件11的负压吸入在 面向边缘表面lib的位置处蓄积的电解溶液20的方法。这种方法是本发明的特征，且随后 将对此进行详细描述。另一方面，不采用压差的填充方法是在电池元件11的内部和外部之 间不产生任何压差的情况下通过重力、通过电极和分离器之间的接触表面的毛细管作用、 通过分离器中的小孔的毛细管作用使电池元件11注入有电解溶液20方法。关于采用压差的填充方法，在两种条件下进行了试验保持装置3的推力被设为 0. 25kPa和0. 5kPa。关于不采用压差的填充方法，在一种条件下进行了试验保持装置3的 推力被设为0. 5kPa。从图5可以看出，施加0. 25kPa压力时填充有指定量的电解溶液所需要的时间短
8于施加0. 5kPa压力时所需要的时间。首先，在0. 25kPa和0. 5kPa的压力下以近似相同的 速率使电池元件11注入有电解溶液，但逼近填充结束，即，当几乎已经填充指定量的电解 溶液时，注入速率减缓，因此当使用0. 5kPa的较高压力时填充需要的时间较长。简而言之， 如果由保持装置3施加的推力太高，填充需要的时间将较长。然而，即使采用0. 5kPa的相同压力，采用压差的填充方法可以以比不采用压差的 填充方法短很多的时间来完成填充。在上述试验中，为了防止逼近填充结束时注入速率减缓，当填充从初始阶段进行 到注入结束时，可以逐渐减小保持装置的推力。此外，在接近注入结束是，保持装置的推力 可以减小为几乎为零。(电解溶液填充方法)接下来，将参照图18的流程图描述根据本实施例的采用填充设备1用电解溶液20 填充的方法。根据本实施例的用电解溶液20填充的方法采用压差用电解溶液20填充电池元件 11。以下程序用于用电解溶液20进行填充。首先，在真空容器2中，填充设备1采用保持装置3挤压容纳电池元件11的层压 膜12，由此保持电池元件11的整个主表面(步骤S1)。当层压膜12由保持装置3保持时， 容纳电池元件11的层压膜12的顶侧形成保留以被热熔化的开口 12a。接下来，在阀5a打开的情况下，填充设备1操作抽真空管线5的真空泵5b，以对真 空容器2进行减压(步骤S2)。当达到预定程度的真空时，填充设备1关闭阀5a。在这种 状态下，真空容器2中和包括在所述真空容器中的电池元件11中的压力同样已经被降低至 预定水平。接下来，采用用于保持打开状态的结构(随后描述)，填充设备1将层压膜12的开 口 12a保持为打开状态(步骤S3)。接下来，填充设备1通过电解溶液供应管线4供应电解溶液20 (步骤S4)，并通过 层压膜12的顶部处的开口 12a灌注供应的电解溶液20 (步骤S5)。此外，随后将详细描述 电解溶液20通过电解溶液供应管线4的供应。由于电池元件11使其整个主表面沿厚度方 向由保持装置3保持，因此不存在电解溶液20在主表面11a的侧部上流入的空间。此外， 由于电池元件11由保持装置3保持，因此在正极板、分离器和负极板中不存在用于电解溶 液20流入的空间。此外，真空容器2中和包括在所述真空容器中的电池元件11中的压力 同样已经被降低至预定水平。因此，电解溶液20不会由电池元件11中的负压吸入到电池 元件11中。灌注电解溶液20，直到整个电池元件11浸入电解溶液20中。因此，电解溶液 20蓄积在电池元件的边缘表面lib的侧部上。S卩，在电池元件11的六个表面中，除了主表 面11a之外的四个表面_顶部表面、底部表面和两个横向边缘表面被电解溶液20包围。接下来，填充设备1打开进气管线6的阀6a，以将气体引入到真空容器2内，由此 增加真空容器2中的压力(步骤S6)。虽然气体的引入增加了真空容器2中的压力，但被电 解溶液20包围的电池元件11的内部由于抽真空而保持减压。因此，在被电解溶液20包围 的电池元件11的内部和真空容器2的内部之间存在压差。即，由于在电池元件11中存在 真空，因此电解溶液20由负压吸入到电池元件11中，从而用电解溶液20快速填充电池元 件11。
此外，虽然电解溶液20通过四个侧部lib进入，但由于电池元件11的主表面由保 持装置3保持，因此电解溶液20不会通过主表面进入。这防止了分离器出现褶皱。在以上 示例中，保持装置3保持电池元件11的主表面11a的整个区域，并且这是最理想的。然而， 即使在主表面11a的一部分中存在没有被保持装置3保持的区域，也可以实现本发明的操 作和效果。例如，除了周边部分之外，主表面11a的包括中心的大部分可以被保持。此外，如果可以绕边缘表面lib蓄积的电解溶液20的量小于覆膜电池10所需要 的量，则可以从灌注电解溶液20开始重复以上过程，直到达到所需要的量。此外，灌注电解 溶液的过程和增加真空容器2中的压力可以同时进行。这些过程中的一个可以连续进行， 而另一个过程间歇进行。如上所述，虽然柔性层压膜用作用于电池的覆盖材料，但是根据本发明的用电解 溶液20填充的方法可以保持层压表面保持拉紧和平坦，可以防止在用电解溶液20填充期 间使分离器出现褶皱，并且可以快速执行填充。(电解溶液的蓄积条件)接下来，将参照图6A至6C描述根据本实施例的电解溶液20蓄积条件。电池元件11通过电池元件11的边缘表面lib注入有电解溶液20。形状为矩形的 电池元件11具有四个边缘表面lib。为了减少填充时间并防止层压膜12起皱，重要的是采 用所有四个边缘表面lib用电解溶液20有效地填充电池元件11。图6A为作为本发明应用示例的覆膜电子器件的透视图。由金属箔制成并用来引 出电流的延长带43从电池元件11的每一层中的电极延伸。正极层的延长带43连接至正 极集电器103a中的正极接头104a。类似地，负极层的延长带43连接至负极集电器103b中 的负极接头104b。图6A中示出的覆膜电子器件具有形成在层压膜12中的用于容纳电池元 件11的凹部12e。图6A中示出的覆膜电子器件为其中两片层压膜以面对面的方式堆叠且 四个侧部被密封的类型的覆膜电子器件。然而，根据本发明的覆膜电子器件可以采用没有凹部的平坦层压膜。可选地，本发 明可以应用于其中通过折叠单片层压膜来密封三个侧部这类覆膜电子器件。这种示例的正 视图在图6B中被示出。在图6B中，底部表面12b折叠，以形成侧部。图6C为沿主表面的方向观看时容纳在层压膜中的电池元件的示意图，其中图示 了电解溶液蓄积条件。图6C示出了由图6B中的侧部12a、12b、12c*12d (侧部12c和 12d对应于密封线的内边界)包围的部分。此外，在图6C中省略了正极接头104a、负极接 头104b、延长带43、正极集电器103a、和负极集电器103b。关于电池元件11的尺寸，长度由L表示，宽度由W表示。层压膜12内部空间的尺 寸大于电池元件11的尺寸。电解溶液20临时蓄积在由尺寸差产生的空间中。每个空间由 电池元件11的一个边缘表面lib和最靠近边缘表面lib或层压膜的弯曲部的密封端12f 中的一个形成。以下，这些空间的体积将称为蓄积体积。在图6C中，放置在垂直位置的覆膜电池10的两侧的蓄积体积由Vw表示，而底部 处的蓄积体积由\表示。两个空间的蓄积体积Vw在图6C中示出由左边缘表面lib和左密封端12f形成的 空间，和由右边缘表面lib和右密封端12f形成的空间。即，蓄积体积形成在层压膜12 边缘和两个边缘表面lib之间的空间的体积，其中所述两个边缘表面lib连接电池元件11的另外两个边缘表面lib-位于开口 12a处的边缘表面lib和位于底部的边缘表面lib (与 位于开口 12a处的边缘表面lib相对)。另一方面，蓄积体积\为由底部处的边缘表面lib和层压膜12的弯曲部(层压膜 12的基部)形成的空间的体积。即，蓄积体积\为形成在层压膜12的边缘和电池元件11 的一个边缘表面lib (即与位于开口 12a处的边缘表面lib相对的底部边缘表面lib)之间 的空间的体积。Vff的上界与电池元件11的上端平齐。此外，蓄积体积Vw和蓄积体积\由其中的每 一条连接电池元件11的角和层压膜12的角的线分界。如果在这些空间中存在一些其它物 体，则扣除由这些物体占据的体积。在此提及的其它物体的示例包括图6B中的延长带43、 正极集电器103a和负极集电器103b以及覆盖集电器的绝缘涂层构件。用于在位于开口 12a处的边缘表面lib的侧部，即在上部蓄积电解溶液20的必要 条件由下述方程给出0 < 2Vff+VL < VT0TAL... (1)其中VTOm为在填充期间灌注到层压膜12中的电解溶液20的总体积。另一方面，用于不仅通过开口 12a处的边缘表面lib而且通过两个侧部和底部处 的边缘表面lib将电解溶液20填充到分离器中的条件由下述方程给出0<Vw、0<VL...(2)为了通过所有四个边缘表面lib灌注电解溶液20，需要满足条件条件方程式(1) 和(2)。接下来，将估计通过四个边缘表面lib(开口 12a处的边缘表面lib、两个侧部上的 边缘表面lib和底部处的边缘表面lib)吸收的电解溶液20的量。图7示出了被分成四个 区域的电池元件11的示意图，电解溶液通过对应的四个边缘表面lib渗入到所述四个区域中。面积Sw是电解溶液20通过两个侧部上的每个边缘表面lib渗入到其中的区域的 表面积。面积&为电解溶液20通过开口 12a处的边缘表面lib或底部处的边缘表面lib 渗入到其中的区域的表面积。采用长度L和宽度W，如下给出面积Sw和面积Sff = 1/2XW/2XW = ff2/4...(3)SL = WL/2-ff2/4...(4)每次通过两组边缘表面lib吸收的电解溶液20的量之间的比值由下述方程给 出Sw SL = ff2/4 (ff/2) (L-ff/2) = ff/2 L-ff/2...(5)当电解溶液20通过所有四个边缘表面1 lb被吸收时，将同时完成通过所有四个边 缘表面lib的理想的吸收。不期望的是，电解溶液20通过两个侧部的边缘表面lib的吸收比通过底部处的边 缘表面lib的吸收完成得早。将参照图8A和8B描述出现这种情况的原因。在图8A中示出的阶段，用电解溶液20进行的填充通过所有四个边缘表面lib执 行。随后，假设填充进行到图8B中示出的最终阶段。在图8B中，在开口 12a处的边缘表面 lib上方蓄积且位于两个侧部上的具有蓄积体积乂 的空间中的电解溶液20已经被吸收。另一方面，蓄积在底部处的边缘表面lib的侧部上的具有蓄积体积\的空间中的电解溶液20 还没有被吸收。此时剩余的电解溶液20必须仅通过底部处的边缘表面lib被吸收，因此延 长时间，直到完成填充。即使没有立刻完成所有吸收，如果通过底部处的边缘表面lib的吸收完成得比通 过两个侧部上的边缘表面lib的吸收早，则没有问题。将参照图8C描述这种情况的原因。假设填充进行到图8C中示出的最终阶段。在图8C中，在开口 12a处的边缘表面 lib上方蓄积的电解溶液20和蓄积在底部处的边缘表面lib的侧部上的具有蓄积体积\ 的空间中的电解溶液20已经被吸收。另一方面，蓄积在两侧的具有蓄积体积空间中 的电解溶液20还没有被吸收。在这种情况中，留在两侧的具有蓄积体积Vw的空间中的电 解溶液20通过重力流动到底部处的边缘表面lib。因此，即使在具有蓄积体积为\的空间 中的所有电解溶液20已经通过底部处的边缘表面lib被吸收之后，底部处的边缘表面lib 可以吸收在没有通过两侧的边缘表面lib被吸收的情况下流入的电解溶液20。这使得可以 减少用电解溶液20填充电池所需要的时间。用于至少通过底部处的边缘表面lib的吸收比通过两侧的边缘表面lib的吸收完 成的早的条件由以下方程给出VL/SL ^ Vff/SffVL ^ (SL/Sff) VffVL ^ (2/ff) (L-ff/2) Vw... (6)因此，需要满足以在短时间内将电解溶液20填充到电池元件11中的填充条件由 以上条件方程式⑴、⑵和(6)给出。(用于供应电解溶液的系统)接下来，将描述根据本实施例的用于为填充设备供应电解溶液的系统。在用来图示本发明的基本结构的图1中，单个覆膜电池10容纳在真空容器2中， 并提供单条电解溶液供应管线4。图9示出了用于将电解溶液供应至多个覆膜电池的系统的示例。图9中示出的填充设备包括多个保持装置3、为各个保持装置3所安装的中继容 器30、以及连接至电解溶液供应管线4的中继容器4a，所述保持装置、中继容器、以及中继 容器都容纳在真空容器2中。注射针4a以能够在保持装置3上方移动的方式安装。每个中继容器30具有开口 30a、主体30b和供应端口 30c。开口 30a接收从注射 针4a供应的电解溶液20。主体30b临时蓄积电解溶液20。供应端口 30c将临时蓄积在主 体30b中的电解溶液20供应到容纳电池元件11的袋状层压膜12中。中继容器30安装在 相应片层压膜12的开口 12a上方和注射针4a的下方。利用本结构，电解溶液20不直接供应到容纳电池元件11的袋状层压膜12中。即， 采用本结构，电解溶液20经由临时蓄积从注射针4a供应的电解溶液20的中继容器30被 供应到袋状层压膜12中。根据本实施例，以如下方式供应电解溶液20。首先，注射针4a将电解溶液20供应到一个中继容器30中。电解溶液20蓄积在 中继容器30中，随后被供应到袋状层压膜12中。同时，注射针4a将电解溶液20供应到相
12邻的另一个中继容器30中。电解溶液20蓄积在给定的中继容器30中，随后被供应到袋状 层压膜12中。以此方式，根据本实施例，电解溶液20在被供应到袋状层压膜12之前在中 继容器30中被蓄积一次。 如上所述，根据本实施例，通过移动注射针4a将电解溶液20供应到不同片的袋状 层压膜12中。然而，被电池元件11吸收的电解溶液20的量可以超过从移动的注射针4a 供应的电解溶液20的量。为了处理这种情况，在通过移动单个注射针4a将电解溶液20供 应至多片袋状层压膜12中，系统将蓄积电解溶液20暂时蓄积在中继容器30中，同时通过 移动注射针4a，接连地将电解溶液20供应至不同片的袋状层压膜12。图10示出了用于将电解溶液供应至容纳多个电池元件11的袋状层压膜12的系 统的另一个示例。除了阀30d安装在每个中继容器30的供应端口 30c处之外，图10中示出的结构 与图9中示出的结构相同。根据本结构，在阀30d关闭的情况下，电解溶液20被临时蓄积 在中继容器30中，并且当电解溶液20被蓄积在所有中继容器30中时，通过一次打开所有 阀30d，可以一起将电解溶液20供应到不同片的袋状层压膜12中。这使得在不受注射针 4a的移动速度、由注射针4a供应的电解溶液20的供应速度、来自中继容器30的电解溶液 20供应速或类似因素的影响的情况下可以均勻地将电解溶液20供应到不同片的袋状层压 膜12中。图11示出了用于将电解溶液供应至容纳多个电池元件的袋状层压膜的系统的另 一个示例。除了中继容器30安装在真空容器2的外部之外，图11中示出的结构与图10中了 示出的结构相同。更具体地，每个中继容器30的开口 30a、主体30b和阀30d都安装在真空 容器2的外部，而供应端口 30c的末端安装在真空容器2中。根据图9和图10中的结构，由于中继容器30安装在真空容器2中，因此电解溶液 20通过重力从中继容器30中被排放。另一方面，可以采用除重力之外的压差供应电解溶液 的本结构可以快速将电解溶液20供应到袋状层压膜12中。S卩，采用图11中示出的结构， 由于中继容器30受到大气压力，同时供应端口 30c的末端被暴露至真空，因此可以在负压 下将电解溶液20吸入到真空容器2中。图12示出了用于将电解溶液供应至容纳电池元件的多个袋状层压膜的系统的另 一个示例。在图12中示出的填充设备，电解溶液供应管线4包括电解溶液槽42、液体输送系 统41、多个供应管4b和转换阀40。电解溶液槽42蓄积电解溶液20。液体输送系统41将 电解溶液20从电解溶液槽42输送至真空容器2。转换阀40安装在液体输送系统41和多 个供应管4b之间。在图1和图9至图11中示出的填充设备中，电解溶液供应管线4具有单个供应管 和连接至该供应管的单个注射针。根据图9至图11中示出的结构，当单个注射针移动时， 电解溶液20供应到容纳电池元件的多片袋状层压膜中。另一方面，根据图12中示出的结 构，供应管4b和注射针4a是固定的，而转换阀40用来在供应管4b之间且因此在注射针4a 之间切换，从而依次供应电解溶液20。以此方式，如图12所示，消除对用于移动供应管4b 和注射针4a的机构的需要简化了设备结构。
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(用于将层压膜保持为打开状态的机构)图13示出了根据本实施例的用于将层压膜12保持为打开状态的机构的示例。一对抽吸装置50通过采用真空抽吸从外部拉层压膜12的开口 12a，可以将层压膜 12保持为打开状态。接下来，将描述用于在配备有抽吸装置50的填充设备上保持打开状态的方法。首先，层压膜12在真空下在大气中被抽吸。接下来，当层压膜12打开时，电解溶 液供应管线4的注射针插入到开口 12a中。可选地，框架构件可以插入到开口 12a中。在 注射针或框架构件插入之后，可以停止抽吸装置50的抽吸操作。随后，电解溶液20在抽真 空的环境下被灌注。图14A和14B示出了根据本实施例的用于将层压膜12保持为打开状态的机构的 另一个示例。如图14A所示，用于保持打开状态的机构具有多个卡爪60，每个卡爪都配备有钩 形末端61。如图14A和14B所示，卡爪60包括交替设置的两种类型的卡爪可沿箭头a方 向移动的卡爪和可沿与箭头a方向相反的箭头b方向移动的卡爪。接下来，将描述用于在配备有卡爪60的填充设备上保持打开状态的方法。首先，卡爪60的末端61插入层压膜12的开口 12a中。接下来，卡爪60沿方向a 和方向b移动，从而将层压膜12保持为打开状态。图15A和15B示出了根据本实施例的用于将层压膜12保持为打开状态的机构的 另一个示例。图15A中示出的结构采用配备由末端71的卡爪70保持打开状态。然而，与 图14A和14B中的卡爪60不同，可沿箭头a方向移动的卡爪和可沿与箭头a方向相反的箭 头b方向移动的卡爪不是交替设置的。S卩，如图15B所示，在左侧和右侧各放置一个卡爪 70 可沿箭头a方向移动的卡爪70和可沿箭头b方向移动的卡爪70。末端71的形状形成 为完全覆盖层压膜12的将要被热熔化的部分。因此，即使从注射针4a排放的电解溶液20 飞溅，本结构也能防止溅出物20a附到层压膜12的将要被热熔化的部分。以这种方式，如 图15A和15B所示构造而成的卡爪70不仅将层压膜12保持为打开状态，而且防止电解溶 液20的溅出物20a附到层压膜12，使得能够进行可靠的热熔化。(用于清洁层压膜的将要被熔化的部分的机构)本发明包括将从注射针4a排放的电解溶液20临时蓄积在层压膜12的边缘表面 lib的过程。排放的电解溶液20可能会飞溅并附至层压膜12的将要被热熔化的部分。附 上的电解溶液20可能会妨碍可靠的热熔化。因此，优选的是去除附至将要被热熔化的区域 的任何电解溶液20。图16示出了用于清洁层压膜的将要被热熔化的部分的机构的示例。图16中示出的清洁机构85具有位于轴80的末端处的擦拭器81。优选地，擦拭器 81由可以注入有电解溶液20的诸如无纺织物或海绵之类的材料制成。在灌注电解溶液20 之后，但在热熔化之前，在擦拭器81被放置成与层压膜12中的将要被热熔化的区域接触的 情况下，清洁机构85插入层压膜12的开口 12a中，并沿垂直于图16中的纸张的平面的方 向移动，。这允许擦拭器81从层压膜12的将要被热熔化的区域擦去任何电解溶液20。图17示出了用于清洁层压膜的将要被热熔化的部分的机构的另一个示例。图17中示出的清洁机构95包括两个滑轮90和安装在滑轮90上的擦拭带91。滑轮90由驱动机构(未示出)旋转，依次又驱动擦拭带91。以下将概述采用清洁机构95的清洁方法。在灌注电解溶液20之后，但在热熔化之前，清洁机构95的一个滑轮90插入层压 膜12的开口 12a中。在将擦拭带91放置为与层压膜12的将要被热熔化的区域接触的情况下，清洁机 构95沿垂直于图17中的纸张的平面的方向移动。因此，擦拭带91从层压膜12的将要被 热熔化的区域擦去任何电解溶液20。随后，在清洁其它任一片层压膜12之前，滑轮90旋 转预定的量。即，滑轮90旋转以缩回擦拭带91的已经由于清洁而被污染的部分，并且滑轮 90使擦拭带91的干净部分与层压膜12的将要被热熔化的区域接触。以这种方式，清洁机构95可以采用擦拭带91的未被污染的干净表面清洁层压膜 12的将要被热熔化的区域。这确保进行更加可靠的清洁，从而使得能够进行更可靠的热熔 化。(用于热熔化合层压膜的方法)根据本发明，用电解溶液20的填充在真空容器2中进行。因此，如果在真空容器 2被抽真空的情况下热熔化层压膜12，则可以省略另外的抽真空过程。已经参照实施例描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。将要理解的是，在不 背离本发明的保护范围的情况下下，可以对本发明的结构和细节进行可由本领域技术人员 想到的各种改变和修改。本申请要求于2008年1月31日提出申请的日本专利申请No. 2008-20951的优先 权，该专利申请通过引用在此全文并入。
权利要求
一种覆膜电子器件的制造方法，包括以下步骤在真空容器中通过在与发电元件的两个主表面相对应的位置处挤压袋状层压膜来保持所述袋状层压膜，所述袋状层压膜容纳所述发电元件并且具有开口，所述发电元件具有经由分离器堆叠的正极层和负极层；减小所述真空容器中的压力；在保持所述真空容器中的压力减小的情况下，电解溶液通过所述开口被灌注到所述袋状层压膜中，直到所述电解溶液的水平面变得比所述发电元件的顶端高；以及增加所述真空容器中被减小的压力。
2.根据权利要求1所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，在保持期间，所述发电元件 的整个主表面被保持，且所述发电元件的边缘表面没有被保持。
3.根据权利要求1或2所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，在灌注期间，所述电解 溶液经由中继容器被灌注到袋状层压膜中。
4.根据权利要求3所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，在灌注期间，在多片袋状层 压膜容纳所述发电元件的情况下，所述电解溶液经由中继容器顺次或同时被灌注到所述多 片袋状层压膜中，其中，将所述多片袋状层压膜放进所述真空容器中，然后在与所述发电元 件的两个主表面相对应的位置处保持所述多片袋状层压膜。
5.根据权利要求3或4所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，所述中继容器采用大气 压力与所述真空容器中被减小的压力之间的压差将所述电解溶液从所述中继容器灌注到 所述袋状层压膜中。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，所述电解溶液 通过电解溶液供应装置被供应，所述电解溶液供应装置以能够移动的方式被安装。
7.根据权利要求6所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，所述电解溶液供应装置包 括蓄积所述电解溶液的蓄积池和排放从所述蓄积池供应的所述电解溶液的多个注射针；以 及所述电解溶液供应装置通过选自所述多个注射针中的作为从所述蓄积池供应的所述 电解溶液的目的地的一个注射针供应所述电解溶液。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，从所述电解溶 液的灌注开始之前的时间直到所述电解溶液的灌注完成的时间，保持所述开口处于打开状 态。
9.根据权利要求8所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，通过在所述开口抽吸而保 持所述打开状态。
10.根据权利要求8所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，通过将插入所述开口中的 一对卡爪沿彼此离开的方向移动来保持所述打开状态。
11.根据权利要求10所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，在所述开口处的将要被 热熔化的部分被所述一对卡爪覆盖的情况下保持所述打开状态。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，还包括以下 步骤移除附至所述开口的任何电解溶液。
13.根据权利要求1至12任一项所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，在由下述不等式给出的条件下灌注所述电解溶液 0 < 2VW+VL < VT0TAL 0 < vw、o < VL其中，L和W为所述发电元件的长度和宽度；\为形成在所述层压膜与所述发电元件边 缘表面中的与位于所述开口处的边缘表面相对的位于底部处的边缘表面之间的体积；VW为 形成在所述层压膜与所述发电元件的边缘表面中的连接位于所述底部处的边缘表面和位 于所述开口处的边缘表面的边缘表面之间的体积；以及为灌注到所述袋状层压膜中 的电解溶液的总体积。
14.根据权利要求13所述的覆膜电子器件的制造方法，其中，在由下述不等式给出的 条件下灌注所述电解溶液\ ( (2/W) (L-W/2) Vff
15.一种覆膜电子器件的制造设备，包括保持装置，所述保持装置用于在真空容器中通过在与发电元件的两个主表面相对应的 位置处挤压袋状层压膜来保持所述袋状层压膜，所述袋状层压膜容纳所述发电元件并且具 有开口，所述发电元件具有经由分离器堆叠的正极层和负极层；压力调节装置，所述压力调节装置用于调节所述真空容器中的压力；灌注装置，所述灌注装置用于通过所述开口将电解溶液灌注到所述袋状层压膜中；和控制装置，所述控制装置用于使所述压力调节装置减小所述真空容器中的压力；在保持所述真空容器中的压力减小的情况下，使所述灌注装置灌注所述电解溶液，直 到所述电解溶液的水平面变得比所述发电元件的顶端高；以及在灌注所述电解溶液之后，使所述压力调节装置增加所述真空容器中被减小的压力。
16.一种覆膜电子器件的制造设备，包括保持器，所述保持器用于在真空容器中通过在与发电元件的两个主表面相对应的位置 处挤压袋状层压膜来保持所述袋状层压膜，所述袋状层压膜容纳所述发电元件并且具有开 口，所述发电元件具有经由分离器堆叠的正极层和负极层；压力调节器，所述压力调节器用于调节所述真空容器中的压力； 电解溶液供应装置，所述电解溶液供应装置用于通过开口将电解溶液灌注到所述袋状 层压膜中；和控制器，所述控制器用于使所述压力调节器减小所述真空容器中的压力；在保持所述真空容器中的压力减小的情况下，使所述电解溶液供应装置灌注所述电解 溶液，直到所述电解溶液的水平面变得比所述发电元件的顶端高；以及在灌注所述电解溶液之后，使所述压力调节器增加所述真空容器中被减小的压力。
全文摘要
在真空容器(2)中，容纳电池元件(11)并具有开口(12a)的袋状层压膜(12)在与电池元件(11)的两个主表面(11a)相对应的位置处被挤压，且电池元件(11)具有经由分离器堆叠的正极层和负极层。真空容器(2)中的压力被减小。在保持真空容器(2)中的压力减小的情况下通过开口(12a)将电解溶液(20)从电解溶液供应管线(4)灌注到袋状层压膜(12)中，直到整个电池元件(11)浸没在电解溶液(20)中。增加真空容器(2)中被减小的压力，以使电池元件(11)通过压差吸收电解溶液(20)。
文档编号H01M2/36GK101926027SQ20098010295
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月30日 优先权日2008年1月31日
发明者志村健一, 本桥裕太, 渡边正司, 高山元 申请人:Nec能源元器件株式会社;日产自动车株式会社