(57)【要約】【課題】確実にマイクロショートが発生する二次電池を用いて保護回路の動作確認するシステムを提供することを課題の一とする。【解決手段】５０サイクル以上１５０サイクル以下にマイクロショートを発生させることのできる試験用の電池セルを作製する。試験用の電池セルと異常検出回路を電気的に接続し、異常検出回路が接続された試験用の電池セルの充放電サイクル試験を行い、試験用の電池セルがある特定の挙動を示す異常を発生して異常検出回路がその異常を検出することを確認し、異常検出回路から試験用の電池セルを取り外す二次電池の異常動作確認システムである。【選択図】図１
2020149937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数回の充放電後にある特定の挙動を示す異常を発現する試験用の電池セルを作製し、
前記試験用の電池セルと異常検出回路を電気的に接続し、
前記異常検出回路が接続された前記試験用の電池セルの充放電サイクル試験を行い、
前記試験用の電池セルがある特定の挙動を示す異常を発生して前記異常検出回路がその異常を検出することを確認し、
前記異常検出回路から前記試験用の電池セルを取り外す二次電池の異常動作確認システム。
【請求項２】
請求項１において、複数回の充放電後にある特定の挙動を示す異常はマイクロショートである二次電池の異常動作確認システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記試験用の電池セルは、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、前記負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、
前記金属ナノ粒子の粒径は、前記セパレータの孔径よりも小さい二次電池の異常動作確認システム。
【請求項４】
正極活物質と、
セパレータと、
負極活物質とを有し、
前記負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、
前記金属ナノ粒子の粒径は、前記セパレータの孔径よりも小さい試験用の電池セル。
【請求項５】
正極活物質と、正極活物質上に金属ナノ粒子が分散された溶媒を塗布し、乾燥して正極活物質層を形成し、
前記正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねて電池セルを作製し、
充電または放電を行うことによって、前記セパレータの穴を通過させた前記金属ナノ粒子を前記負極活物質表面に付着させる二次電池の作製方法。
【請求項６】
請求項５において、さらに、前記正極活物質層と、複数の孔を有する前記セパレータと、前記負極活物質を含む層とを重ねた後、プレスを行う二次電池の作製方法。
【請求項７】
正極活物質と、金属ナノ粒子が分散された溶媒を塗布し、乾燥して正極活物質層を形成し、
前記正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねて電池セルを作製し、
前記電池セルに充電回路及びマイクロショートの検出回路を電気的に接続し、
前記電池セルの充電または放電を行うことによって、前記セパレータの孔を通過させた前記金属ナノ粒子を前記負極活物質表面に付着させ、
さらに前記電池セルの充電または放電を行うことによって、前記負極活物質表面に付着させた前記金属ナノ粒子を核として前記セパレータの孔を経由する析出物を成長させ、
前記析出物の成長により前記析出物の先端が前記正極活物質に達して短絡が生じた場合に前記マイクロショートの検出回路で検出を行う二次電池の保護回路の動作確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機器の製造方法に関する。本発明の一態様は、車両、または車両に設けられる車両用電子機器に関する。特に、二次電池の保護回路、二次電池の充電制御方法、二次電池の異常検知システム、及び二次電池を有する電子機器に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置（二次電池ともいう）、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、もしくはプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
【０００４】
携帯情報端末や電気自動車などにおいては、複数の二次電池を直列接続または並列接続して保護回路を設け、電池パック（組電池ともよぶ）として使用される。電池パックとは、二次電池の取り扱いを容易にするため、複数個の二次電池を、所定の回路と共に容器（金属缶、フィルム外装体）内部に収納したものを指す。電池パックは、動作状態を管理するために、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）が設けられる。
【０００５】
特許文献１では、二次電池の微小短絡（マイクロショートとも呼ぶ）を検出する電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パックが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−６６１６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常の二次電池は、出荷時に検査し、異常が発生した二次電池を取り除いている。二次電池の製造技術の向上により、異常が発生する二次電池の数は減っている。しかしながら、長期使用後に異常発生する二次電池の数をゼロにすることは困難である。
【０００８】
また、出荷時に検査された正常な二次電池は出荷され、使用者によって複数回繰り返し充放電する。中にはマイクロショートが発生する場合もあるが、発生するまでに長時間かかる場合がある。また、マイクロショートが複数回生じた末に短絡してしまった後では二次電池は機能しない。従って、マイクロショートを検出するための回路は、エミュレータなどを用いて疑似的な波形を用いて動作確認することがある。
【０００９】
短時間に確実にマイクロショートを検出できる回路が望まれており、そのような回路の実証のための二次電池が望まれている。即ち、初期動作時には異常がなく、その後、確実にマイクロショートが発生する二次電池が所望されている。針状のニッケル片を二次電池内に挿入し、プレスする事でショートを起こす安全性試験が行われているが、充放電を伴わないショートでありマイクロショートを模擬できていない。確実にマイクロショートが発生する二次電池を用いて保護回路の動作確認するシステムを提供することを課題の一とする。
【００１０】
マイクロショートとは、二次電池の内部の微小な短絡のことを指しており、二次電池の正極と負極が短絡して充放電不可能の状態になるというほどではなく、微小な短絡部でわずかに短絡電流が１０ナノ秒以上１マイクロ秒未満の期間流れてしまう現象を指している。マイクロショートの原因は、充放電が複数回行われることによって、正極活物質の不均一な分布により、正極の一部と負極の一部で局所的な電流の集中が生じ、セパレータの一部が機能しなくなる箇所が発生すること、または副反応物が発生することにある。
【００１１】
二次電池の小型化のため、セパレータの薄化が望まれており、さらに、高い電圧での急速給電による充電が望まれており、どちらも二次電池にマイクロショートが生じやすい構成となっている。また、マイクロショートが繰り返し発生することで二次電池の異常発熱、及び発火などの重大事故に繋がる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本明細書では意図的にマイクロショートを発生させることのできる二次電池を作製し、マイクロショート発生の検出装置の動作確認ができるシステムを提供する。
【００１３】
本明細書で開示する構成は、複数回の充放電後にある特定の挙動を示す異常を発現する試験用の電池セルを作製し、試験用の電池セルと異常検出回路を電気的に接続し、異常検出回路が接続された試験用の電池セルの充放電サイクル試験を行い、試験用の電池セルがある特定の挙動を示す異常を発生して異常検出回路がその異常を検出することを確認し、異常検出回路から試験用の電池セルを取り外す二次電池の異常動作確認システムである。
【００１４】
上記構成において、常温（２５℃）環境下にて、複数回の充放電後、具体的には５０サイクル以上１５０サイクル以下にある特定の挙動を示す異常はマイクロショートである。２５℃未満の低温環境下、又は２５℃よりも高い高温環境下においては負極又は電解液の構成によって５０サイクル以下の初期にマイクロショートが発生する。また、セパレータを、細孔の平均孔径を１５μｍ以上とする事でマイクロショートの発生が５０サイクル以下でも発生する。
【００１５】
また、上記構成において、試験用の電池セルは、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、金属ナノ粒子の粒径は、セパレータの孔径よりも小さい。従って、試験用の電池セルも本発明の一つである。また、負極に対する正極の容量比率は７０％以上９５％以下の正常なセルの構成とする。
【００１６】
本明細書で開示する試験用の電池セルは、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、充放電を数サイクル行った後には負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、金属ナノ粒子の粒径は、セパレータの孔径よりも小さい。また、充放電を数サイクル行った後には金属ナノ粒子だけでなく、正極活物質に用いられた金属（例えばマンガンなど）も負極活物質表面に付着する。
【００１７】
また、その作製方法も特徴を有しており、その作製方法に関する構成は、正極活物質と、金属ナノ粒子が分散された溶媒とを混合し、焼成して正極活物質層を形成し、正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねて電池セルを作製し、充放電を数サイクル行うことによって、セパレータの穴を通過させた金属ナノ粒子を負極活物質表面に付着させる。
【００１８】
上記作製方法において、正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねた後、プレス（加圧）を行う。ここでの加圧が弱すぎるとマイクロショートが発生せず、加圧が強すぎると初期ショートしてしまう。
【００１９】
また、二次電池の保護回路の動作確認方法も本発明の一つである。
【００２０】
本明細書で開示する動作確認方法の構成は、正極活物質と、金属ナノ粒子が分散された溶媒を正極活物質上に塗布し、乾燥して正極活物質層を形成し、正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねて電池セルを作製し、電池セルに充電回路及びマイクロショートの検出回路を電気的に接続し、電池セルの充電または放電を行うことによって、セパレータの孔を通過させた金属ナノ粒子を負極活物質表面に付着させ、さらに電池セルの充電または放電を行うことによって、負極活物質表面に付着させた金属ナノ粒子を核としてセパレータの孔を経由する析出物を成長させ、析出物の成長により析出物の先端が正極活物質に達して短絡が生じた場合にマイクロショートの検出回路で検出を行う二次電池の保護回路の動作確認方法である。
【００２１】
二次電池の長期信頼性を確保するには、負極活物質表面に起点やリチウムなどの析出物が成長しないように製造しているため、短期間でマイクロショートが発生することは少ないと考えられる。長期信頼性を確保している二次電池の異常検出においては、マイクロショートの発生に長期間要するため検出にも時間がかかってしまう。長期信頼性を確保している二次電池の製造時に一部変更を加えるだけで、早いサイクルでマイクロショートを発生させることができる二次電池を提供できるため、特に有効である。
【００２２】
負極活物質表面に付着した金属ナノ粒子を起点（核とも言える）としてリチウムなどの析出物が成長し、セパレータの細孔に入り込み、セパレータを貫通して正極負極間で短絡が発生する。
【００２３】
正極活物質に付着させていた金属ナノ粒子を負極活物質表面に移動するまでのプロセスに時間または複数の充放電が必要であるため、タイムラグを設けることができる。このタイムラグによって初期動作では問題なく二次電池が動作し、その後、充放電を繰り返すと早い段階で確実にマイクロショートを発生させることができる。
【００２４】
このような電池セルを作製することで初期不良を生じることなく、早いサイクルでマイクロショートを発生させることができる。このような電池セルを用いることでマイクロショート発生の検出装置を用いて動作確認ができる。
【００２５】
従って、このような電池セルは、異常発生検知用の電池セル、または試験用電池セルとも言える。勿論、この試験用電池セルの容量比は正常なセルである。
【００２６】
すなわち、このような電池セルも本発明の一つであり、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、金属ナノ粒子の粒径は、セパレータの孔径よりも小さい電池セルである。
【００２７】
二次電池の正極活物質として例えば、元素Ａ、元素Ｘ、及び酸素を有する材料を用いることができる。元素Ａは第１族の元素および第２族の元素から選ばれる一以上であることが好ましい。第１族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、第２族の元素として例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Ｘとして例えば金属元素、シリコン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Ｘはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上であることが好ましい。代表的には、ニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＣＭ）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）が挙げられる。ニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＣＭ）を正極材料に用いた場合は、充放電を数サイクル行った後には、マンガンも負極に付着し、金属ナノ粒子とともに析出物（導体）を構成し、マイクロショート発生を助長することができる。
【００２８】
二次電池の負極活物質として黒鉛のほかにリチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと高い。
【００２９】
金属ナノ粒子は、平均粒子径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の金属微粒子であり、セパレータの細孔よりも小さい。
【００３０】
セパレータとしては、例えば、紙をはじめとするセルロースを有する繊維、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。セパレータは金属ナノ粒子をセパレータの細孔を通じて通過させるため、樹脂製の微多孔質フィルムを用いることが好ましい。セパレータの細孔の平均孔径は０．１μｍ以上１５μｍ以下である。セパレータはこれらを２層用いる事もでき、またセパレータ表面にアルミナなどのセラミックスを付着させた物も用いる事ができる。
【００３１】
金属ナノ粒子の材料としては銅、スズ、亜鉛、ニッケルまたは銀から選ばれた少なくとも１種である。
【００３２】
従来では、エミュレータなどを用いて信号波形を生成し、疑似的な信号を用いて異常検出回路の動作確認をすることしかできなかった。また、マイクロショートが生じる電池セルを出荷時に特定することは困難であり、その数も多いものではなかった。
【００３３】
保護回路の実証のため、本明細書で開示する電池セルを用いることで、マイクロショートを生じさせたときに保護回路の動作を確認することができる。保護回路用の試験用電池セルとも呼べ、出荷前に試験用電池セルを複数回充放電させてマイクロショートを発生させて保護回路を検査したあとに、試験用電池セルを取り外し、出荷用の電池セルに接続しなおして出荷する。こうすることで異常時の動作確認のとれた保護回路を製品に搭載することができる。
【発明の効果】
【００３４】
マイクロショートが発生する電池セルを提供することにより、従来、困難であったマイクロショートの発生した場合における保護回路の動作確認を行うことができる。従って、デバイスまたは製品の出荷前に保護回路の動作確認が可能となる。これにより、デバイスまたは製品の安全性を保障することができる。マイクロショートが発生した際、また、発生前の充放電データを容易に多数取得できる。このデータを利用して人工知能（ＡＩ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を用いて学習などを行うことで、より高精度にマイクロショートの予知を行えるシステムなどを作ることも可能になる。
【００３５】
小型デバイスの二次電池だけでなく、大型の無停電電源装置の二次電池においても保護回路の動作確認を行うことができ、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一態様を示すフローチャートを示す図である。
【図２】本発明の一態様を示す斜視図である。
【図３】本発明の一態様を示す斜視図である。
【図４】異常検知システムの適用例である。
【図５】異常検知システムの適用例である。
【図６】マイクロショート発生前後での充電特性を示すグラフである。
【図７】ＳＥＭ写真である。
【図８】図７の一部を拡大したＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、試験用の電池セル（試験セルとも呼ぶ）を作製し、保護回路の動作確認を行った後に出荷用の電池セルを搭載する手順を図１を用いて以下に説明する。
【００３９】
まず、サイクル試験を行うとマイクロショートが発生する試験セルを作製する。（Ｓ１）
【００４０】
異常検出回路を作製する。（Ｓ２）異常検出回路は保護回路として機能する。また、異常検出回路の作製と試験セルの作製はどちらが先に作製されていてもよい。
【００４１】
次いで、試験セルを異常検出回路に接続する。（Ｓ３）試験セルと異常検出回路は、後に取り外す予定のため、取り外し可能となるように電気的に接続させる。
【００４２】
次いで、試験セルと異常検出回路を電気的に接続させたまま、充放電サイクル試験を行う。（Ｓ４）
【００４３】
何回かの充放電を繰り返し、その充放電サイクル中に、マイクロショートが発生する。（Ｓ５）
【００４４】
試験セルにマイクロショートが発生し、異常検出回路によって検出できれば、異常検出機能の確認が終了となる。（Ｓ６）
【００４５】
その後、試験セルを異常検出回路から取り外す。（Ｓ７）
【００４６】
そして出荷用の電池セルを異常検出回路に接続する。（Ｓ８）
【００４７】
最後に異常検出回路を接続した電池セルを出荷、または異常検出回路を有する電池モジュールまたは電池モジュールを有する電子機器を出荷する。（Ｓ９）
【００４８】
従来では、異常検出回路を有する電池セル、電池モジュール、または電子機器などの製品の出荷前にマイクロショートなどの異常発生を保護回路で確認することができなかった。本発明により、予め異常検出回路などの保護回路が機能するかを確認した後に製品を出荷することができる。なお、意図的にマイクロショートを発生させることのできる試験セルは、後の実施の形態２で詳細な説明を行うこととする。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態１に用いる試験セルの作製手順を以下に示す。ラミネート型の二次電池の作製例を図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す。
【００５０】
図２（Ａ）は正極５０３及び負極５０６の外観図を示す。正極５０３は正極集電体５０１を有し、正極活物質層５０２は正極集電体５０１の表面に形成されている。
【００５１】
また、正極５０３は正極集電体５０１が一部露出する領域（以下、タブ領域という）を有する。負極５０６は負極集電体５０４を有し、負極活物質層５０５は負極集電体５０４の表面に形成されている。また、負極５０６は負極集電体５０４が一部露出する領域、すなわちタブ領域を有する。正極及び負極が有するタブ領域の面積や形状は、図２（Ａ）に示す例に限られない。
【００５２】
まず、負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を重ねる。セパレータ５０７は、細孔の平均孔径は０．１μｍ以上１５μｍ以下である樹脂製の微多孔質フィルムを用いる。図２（Ｂ）に重ねた負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を示す。ここでは負極を５組、正極を４組使用する例を示す。次に、正極５０３のタブ領域同士の接合と、最表面の正極のタブ領域への正極リード電極５１０の接合を行う。接合には、例えば超音波溶接等を用いればよい。同様に、負極５０６のタブ領域同士の接合と、最表面の負極のタブ領域への負極リード電極５１１の接合を行う。
【００５３】
次に外装体５０９上に、負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を配置する。
【００５４】
次に、図２（Ｃ）に示すように、外装体５０９を破線で示した部分で折り曲げる。その後、外装体５０９の外周部を接合する。外装体５０９は金属箔と有機樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルム、例えば、アルミニウム箔やステンレス箔を用い、接合には、例えば熱圧着等を用いればよい。３辺を接合した後、乾燥加熱し、銅ナノ粒子を分散させた電解液を正極上に塗布した後に一度乾燥させる。なお、分散液に混ぜた金属ナノ粒子を正極活物質に付着させ、真空乾燥させる。本実施の形態では金属ナノ粒子として平均粒子径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の銅粉を用いる。
【００５５】
そして、電解液を注入し、プレスして封止する。銅ナノ粒子を含む分散液は特に上記タイミングに限定されず、負極５０６やセパレータ５０７と重ねる前に、正極上に塗布してもよい。先に銅ナノ粒子を含む分散液を正極に塗布した場合は、その後のプロセスで製造装置を汚染する恐れがあるため、本実施の形態では、電解液の注液前に塗布し、乾燥させた後、電解液を注入し、プレスして封止している。
【００５６】
なお、電解液は、溶媒と電解質を有する。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の１種、又はこれらのうちの２種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。
【００５７】
このプレスの条件によっては、初期ショートが発生する。圧力が高すぎると初期ショートが発生してしまうため、圧力調節することが重要である。本実施の形態では、２枚のステンレス板でラミネート型のセルを挟み、四隅に設けたネジで固定した。ネジ一つ当たりのトルクを３０ｃＮ・ｍとし、四隅を固定することでプレスを行う。トルクを５０ｃＮ・ｍ以上とすると初期ショートが発生するラミネート型の二次電池となってしまうため、ネジ一つ当たりのトルクは１０ｃＮ・ｍ以上５０ｃＮ・ｍ未満、好ましくは２０ｃＮ・ｍ以上４０ｃＮ・ｍ以下とする。
【００５８】
このようにして、図２（Ｄ）に示すラミネート型の二次電池５００を作製することができる。また、ここでは１枚のラミネートフィルムを用いて接合する例を示したが、２枚のラミネートフィルムを重ねて周縁部を接着させて封止する構成としてもよい。
【００５９】
次いで、二次電池５００の充放電を行う。充電または放電により、正極活物質に付着していた金属ナノ粒子をセパレータの細孔を介して通過させ、負極活物質に金属ナノ粒子を付着させる。
【００６０】
以上の工程を経ることによって試験用セルが完成する。
【００６１】
なお、電解液に銅の微粒子を添加するだけでは初期ショートをおこしてしまう。また、負極活物質に最初から付着させた場合も初期ショートが発生してしまう。本実施の形態に示したように最初に正極活物質に付着させてから電池セルを作製し、充放電させることで負極活物質に付着させることが重要である。また、正極に付着させる際に銅ナノ粒子を電解液または有機溶媒で分散させるためにスターラーなどを用いて拡散させながら、適量採取して塗布する。
【００６２】
また、本実施の形態では、ラミネート型の二次電池の作製例を示したが、特に限定されず、巻回型の二次電池を作製することもできる。
【００６３】
巻回型の二次電池の一例として図３に示す。図３（Ａ）に示す捲回体９９３は、負極９９４と、正極９９５と、セパレータ９９６と、を有する。
【００６４】
捲回体９９３は、セパレータ９９６を挟んで負極９９４と、正極９９５とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体９９３を角型の封止容器などで覆うことにより角型の蓄電池が作製される。
【００６５】
例えば、正極を巻く前に銅ナノ粒子を含む電解液を塗布して乾燥させ、巻き取りトルクを調節して正極９９５、セパレータ９９６、負極９９４を巻き取り、巻回型の二次電池の外装体に封入して電解液を注入すればよい。また、電解液を注入後にラミネート加工する際にはプレスを行う。また、ラミネート加工した後に２枚の金属平板でラミネート型のセルを挟み、四隅に設けたネジで固定する。ネジ一つ当たりのトルクは１０ｃＮ・ｍ以上５０ｃＮ・ｍ未満、好ましくは２０ｃＮ・ｍ以上４０ｃＮ・ｍ以下とする。
【００６６】
なお、負極９９４、正極９９５およびセパレータ９９６からなる積層の積層数は、必要な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい。負極９９４はリード電極９９７およびリード電極９９８の一方を介して負極集電体（図示せず）に接続され、正極９９５はリード電極９９７およびリード電極９９８の他方を介して正極集電体（図示せず）に接続される。
【００６７】
捲回体９９３は、リード電極９９７およびリード電極９９８を有し、外装体９９１、９９２の内部で電解液に含浸される。外装体９９１、９９２は、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。外装体９９１、９９２の材料として樹脂材料を用いれば、外部から力が加わったときに外装体９９１、９９２を変形させることができ、可撓性を有する薄型蓄電池を作製することもできる。
【００６８】
本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【００６９】
（実施の形態３）
上記実施の形態１または実施の形態２で得られる試験用セルを用いて、マイクロショートを早期発見し、未然に重大事故を防ぐための保護回路の動作確認を行うことができる。
【００７０】
本実施の形態により、無停電電源装置８７００の出荷前に保護回路の動作確認を行うことができる。異常発生（具体的にはマイクロショート発生）する試験用セルを用いて保護回路を検査した後、その保護回路を二次電池に用いる。
【００７１】
理想的な二次電池としては、二次電池の小型化のため、セパレータの薄化が望まれており、さらに、高い電圧での急速給電による充電が望まれており、どちらも二次電池にマイクロショートが生じやすい構成となっている。また、マイクロショートが繰り返し発生することで二次電池の異常発熱、及び発火などの重大事故に繋がる可能性がある。
【００７２】
従って、出荷前に本実施の形態の試験用セルを用いて、マイクロショートを早期発見し、未然に重大事故を防ぐための保護回路の動作確認を行う。その後、その保護回路の動作確認が終わった後に保護回路を二次電池に取り付け、安全性の高い保護回路を組み込んだ異常検知システムを構成することができる。
【００７３】
本実施の形態では、本発明の一態様である試験用セルを用いて保護回路の検査を行い、検査後の保護回路を電子機器に用いることで安全性を向上することができる。
【００７４】
例えば、携帯電話などの携帯情報端末、補聴器、撮像装置、掃除機、電動工具、電気シェーバー、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、電気自動車（ハイブリッド自動車）などの駆動用電源、住宅を含む建築物の電力貯蔵用電源などに搭載し、使用することができる。
【００７５】
また、様々な部品に電力を供給するだけでなく、新規な蓄電装置は充電することができるため、他の電力源から電力を貯蔵することができ、太陽電池などの発電設備における蓄電装置としても用いることができる。従って、省エネルギーやＣＯ２削減に繋がる。
【００７６】
図４（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、蓄電装置７４０７を有している。
【００７７】
図４（Ｂ）は、情報処理装置２００の外観の一例を説明する投影図である。本実施の形態で説明する情報処理装置２００は、演算装置２１０と入出力装置２２０と、表示部２３０と、蓄電装置２５０とを有する。
【００７８】
情報処理装置２００は、通信部を有し、通信部は、ネットワークに情報を供給し、ネットワークから情報を取得する機能を備える。また、通信部２９０を用いて特定の空間に配信された情報を受信して、受信した情報に基づいて、画像情報を生成してもよい。例えば、学校または大学等の教室で配信される教材を受信して表示して、教科書に用いることができる。または、企業等の会議室で配信される資料を受信して表示することができる。
【００７９】
また、本発明の一態様である試験用セルを用いて保護回路の検査を行い、検査後の保護回路を車両に搭載する例を示す。車両として例えば自動車、二輪車、自転車、等が挙げられる。
【００８０】
二次電池の保護回路を含む蓄電システムを車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。
【００８１】
図４において、二次電池の保護回路を用いた車両を例示する。図４に示す自動車８５００は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。自動車８５００はケーブル８０２２を介して充電器８０２１から自動車８５００の二次電池８０２４に充電を行う。自動車８５００は複数の二次電池を搭載し、保護回路を有する電池モジュールを備えた蓄電システムを有する。また、蓄電システムは自動車８５００の電気モーターを駆動するだけでなく、ヘッドライトやルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。車で使用される機器は、１１．５Ｖから１４．５Ｖの電圧で駆動させているため、昇圧回路などで適宜バッテリーからの電源電圧を変化させて使用している。
【００８２】
また、蓄電システムは、自動車８５００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電システムは、自動車８５００が有するナビゲーションシステムなどに電力を供給することができる。
【００８３】
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
【００８４】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。実施の形態２に示す試験用セルを用いて、マイクロショートを早期発見し、未然に重大事故を防ぐための保護回路の動作確認を行う。その後、その保護回路の動作確認が終わった後に保護回路を二次電池に取り付け、安全性の高い保護回路を組み込んだ蓄電システムを構成することができる。車の出荷前に二次電池の保護回路が正常に機能するかを確認することができる。
【００８５】
図５に、他の蓄電システムおよび電子機器の例を示す。図５（Ａ）に、本発明の一態様である容量推定システムを含む蓄電システム８２００と、ソーラーパネル８２３０を有する住宅の例を示す。住宅には、地上設置型の充電装置８２４０が備えられているとより好ましい。また蓄電システム８２００は、保護回路と、制御回路と、を有していることが好ましい。ソーラーパネル８２３０で得られる電力は、蓄電システム８２００の二次電池に貯蔵する。二次電池を設置する前に試験用セルを用いて保護回路及び蓄電システムの動作確認を行い、異常を検出できることが確認できれば、常設する二次電池を試験用セルに代えて設置する。
【００８６】
また、地上設置型の充電装置８２４０に保護回路を設ける場合にも試験用セルを用いて保護回路及び蓄電システムの動作確認を行い、異常を検出できることが確認できれば、常設する二次電池を試験用セルに代えて設置する。試験用セルを用いて地上設置型の充電装置８２４０に内蔵されている保護回路の動作確認を行うことができる。
【００８７】
試験用セルを用いて二次電池の保護回路の動作確認を行い、その後、自動車８２５０の二次電池の異常を保護回路で検出し、使用者に通知することができる。
【００８８】
予め、試験用セルを用いて二次電池の保護回路の動作確認を行えば、自動車８２５０の二次電池の保護回路の動作不良によって、深刻な事態となることを防止することができる。
【００８９】
蓄電システム８２００と、ソーラーパネル８２３０と、充電装置８２４０は配線８２３１等を介して電気的に接続されている。ソーラーパネル８２３０で得た電力は、蓄電システム８２００に充電することができる。蓄電システム８２００に蓄えられた電力は、地上設置型の充電装置８２４０を介して自動車８２５０が有する蓄電池８２５１に充電することができる。なお自動車８４００は電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車である。
【００９０】
蓄電システム８２００に蓄えられた電力は、屋内に設置された他の電子機器にも電力を供給することができる。たとえば図５（Ｂ）に示すように、蓄電システム８２００と据え付け型の照明装置８１００を電気的に接続し、照明装置８１００に電力を供給することができる。照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、制御回路８１０３等を有する。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電システム８２００に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電システム８２００と無停電電源として用いることで、照明装置８１００の利用が可能となる。
【００９１】
なお、図５では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、蓄電システム８２００は、天井８１０４以外、例えば側壁、床、窓等に設けられた据え付け型の照明装置に電力を供給してもよいし、卓上型の照明装置などに電力を供給してもよい。
【００９２】
また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
【００９３】
同様に、蓄電システム８２００は表示装置８０００に電力を供給することができる。表示装置８０００は、筐体８００１、表示部８００２、スピーカ部８００３、制御回路８００４等を有する。表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電システム８２００に蓄積された電力を用いることもできる。
【００９４】
表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
【００９５】
なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【００９６】
同様に、蓄電システム８２００は室内機８３００及び室外機８３０４を有するエアコンディショナーに電力を供給することができる。室内機８３００は、筐体８３０１、送風口８３０２、制御回路８３０３等を有する。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電システム８２００に蓄積された電力を用いることもできる。
【００９７】
なお、図５（Ｂ）では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、二次電池から電力を供給してもよい。
【実施例１】
【００９８】
本実施例では実施の形態２に従って試験用セルを作製し、サイクル特性を得るための充放電を行った。
【００９９】
なお、試験用セル作製の際のプレス条件は、二枚の金属平板で試験セルを挟み、金属平板の四隅を固定する４つのネジのトルクをそれぞれ３０ｃＮ・ｍとした。
【０１００】
プレスした状態でのサイクル試験の条件は、２５℃において、充電をＣＣＣＶ（０．２Ｃ、４．４Ｖ、終止電流０．０２Ｃ）、放電をＣＣ（０．２Ｃ、２．５Ｖ）で繰り返し充放電を行った。Ｃレートは１８０ｍＡ／ｇとした。
【０１０１】
なお、正極材料は、ニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＣＭとも呼ばれる）を用いた。電解液が有する電解質には、１ｍｏｌ／Ｌの六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を用い、電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）がＥＣ：ＤＥＣ＝３：７（体積比）、で混合されたものを用いた。負極活物質は黒鉛を用いた。また容量比は８０％とした二次電池としている。
【０１０２】
充放電の１５０サイクル測定を行った。そして、充放電の試験の６３サイクル目に異常が発生した。この時の特性は図６（Ａ）中の突出した部分である。また、再現性を確認するため、同じ手順で作製した他の試験用セルを用いて、同様にサイクル特性を測定したところ、７１サイクル目に異常が発生した。この時の特性を図６（Ｂ）に示す。
【０１０３】
また、サイクル試験後に異常の発生した試験用セルを分解し、負極表面を観察したＳＥＭ写真が図７である。また、図７の一部拡大図が図８であり、図８中のリチウム析出物と特定される部分のＥＤＸ分析を行ったところ、銅が検出された。また、正極活物質に用いたマンガンも検出された。
【０１０４】
このように数十回の充放電により意図的にマイクロショートが発生する電池セルが作製できていることが確認できた。また、負極活物質に銅が付着していることも確認できた。この電池セルを試験用セルとして用いることで、異常検出回路を有する保護回路の動作確認を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０５】
２００    情報処理装置
２１０    演算装置
２２０    入出力装置
２３０    表示部
２５０    蓄電装置
２９０    通信部
５００    二次電池
５０１    正極集電体
５０２    正極活物質層
５０３    正極
５０４    負極集電体
５０５    負極活物質層
５０６    負極
５０７    セパレータ
５０９    外装体
５１０    正極リード電極
５１１    負極リード電極
９９１    外装体
９９２    外装体
９９３    捲回体
９９４    負極
９９５    正極
９９６    セパレータ
９９７    リード電極
９９８    リード電極
７４００    携帯電話機
７４０１    筐体
７４０２    表示部
７４０３    操作ボタン
７４０４    外部接続ポート
７４０５    スピーカ
７４０６    マイク
７４０７    蓄電装置
８０００    表示装置
８００１    筐体
８００２    表示部
８００３    スピーカ部
８００４    制御回路
８０２１    充電器
８０２２    ケーブル
８０２４    二次電池
８１００    照明装置
８１０１    筐体
８１０２    光源
８１０３    制御回路
８１０４    天井
８２００    蓄電システム
８２３０    ソーラーパネル
８２３１    配線
８２４０    充電装置
８２５０    自動車
８２５１    蓄電池
８３００    室内機
８３０１    筐体
８３０２    送風口
８３０３    制御回路
８３０４    室外機
８４００    自動車
８５００    自動車
８７００    無停電電源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020149937.tif 000007
【図６】
2020149937.tif 000008
【図７】
2020149937.tif 000009
【図８】
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