(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池構成時の電解液注入以前の段階で、正極と負極とこの両者間を隔離するように配したセパレータからなる電極群の短絡状態の検査方法であって、前記両電極間に交流信号を印加して両電極間の交流インピーダンスまたはアドミタンスと、位相角との値を測定し、これらの測定値を用いて前記電極群の短絡状態を判定する電池の電極群の短絡検査方法。
【請求項２】
前記交流信号は、その周波数が１００Ｈｚ〜１０ｋHｚである請求項１記載の電池の電極群の短絡検査方法。
【請求項３】
電池は、ニッケル−水素蓄電池である請求項１記載の電池の電極群の短絡検査方法。
【請求項４】
電池構成時の電解液注入以前の段階で、正極と負極とこの両者間を隔離するように配したセパレータからなる電極群の短絡を検査する装置であって、この装置は、前記正極と負極のそれぞれと電気的に接続する接触端子と、前記接触端子を介して両電極間に交流信号を印可した際の交流インピーダンスまたはアドミタンスと、位相角とを測定する測定装置とを備え、前記測定装置による交流インピーダンスまたはアドミタンスと、位相角との測定値より前記電極群の短絡状態を判定する電池の電極群の短絡検査装置。
【請求項５】
前記交流信号は、その周波数が１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚである請求項４記載の電池の電極群の短絡検査装置。
【請求項６】
電池は、ニッケル−水素蓄電池である請求項４記載の電池の電極群の短絡検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル−水素蓄電池やリチウムイオン２次電池のような、正極と負極とをセパレータにより隔離した構造を有する２次電池用電極群の電極間の短絡の有無と状態を、高い信頼性で検出できる検査方法及び検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−水素蓄電池やリチウムイオン２次電池に代表される密閉型小型２次電池は、通信機器やＯＡ機器といったポータブル機器用電源等に、幅広く用いられている。
【０００３】
これらの密閉型小型２次電池は、例えば正極９と負極１０がセパレータ１１により隔離され、これらを渦巻状に巻回して電極群を構成し、この電極群を金属製電池ケース１２に挿入後、このケース１２内に電解液を注入し、封口板１３でケース１２の上部を密閉することによって構成される。図３にこの電池の半裁断面図を示す。
【０００４】
正極と負極とを隔離するセパレータは、大きさの限られた電池ケース内部に正極や負極の充填物をできるだけ多く詰め込むため、薄いものが望ましく、通常数十μｍ〜数百μｍ程度の厚みのナイロンやポリプロピレン製の不織布が用いられている。
【０００５】
このように正極、負極の電極間は非常に薄いセパレータによって隔離されているため、まれに電極の切断面のバリや活物質の脱落物などがセパレータを突き抜けて電極間が短絡する不良が発生する。正極、負極間が微小短絡した電池は、充電後しばらく放置すると放電容量が大きく低下してしまい実使用に耐えなくなるため、何らかの検査によりこのような電池は選別して排出する必要がある。
【０００６】
従来、このような微小短絡電池の排出方法としては、正極、負極、セパレータで構成した電極群を電池ケース内部に挿入後、電解液を注液する前に、正極、負極間に数十〜数百Ｖ程度の直流電圧を印可し、この際のリーク電流（絶縁抵抗）を読みとることにより検査を行っている。即ち、電極間に微小短絡を生じていない良品の電池では、正極、負極間は、セパレータにより絶縁性が保たれているため、リーク電流は流れなく大きな抵抗値を示すが、何らかの異常により電極間に導通が生じた電極群はリーク電流が流れ、小さな抵抗値を示すため、良品、不良品の判別ができ、不良品のみを排出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような検出法においては、直流電圧を印可した際の電極間のリーク電流値が、セパレータや電極の使用時の状態（製造ロット単位などによって吸水量や乾燥状態等が変動する）による影響を受けて変化するため一定ではなく、また電極間の微小短絡も様々な状態のものが存在するため、正確に不良品だけを捕捉することが難しく、常に誤排出（良品を不良品として排出する、あるいは不良品を良品と判断する）することがあり、検査精度が低下する問題を抱えていた。
【０００８】
このため、例えば上記短絡検査により良品と見なされた電極群でも、電解液を注液して電池組立を終えた後、初充放電等の後工程を経ると、電極間の状態が変化し、短絡を生じて不良品となることがあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、電池構成時の電解液注入より前の段階で、正極と負極とこの両者間を隔離するように配したセパレータからなる電極群の短絡状態の有無を検査する検査方法であって、電極群の正負両電極間に交流信号を印加して両電極間の交流インピーダンスまたはアドミタンスと、位相角との値を測定し、これらの測定値を用いて前記電極群の短絡状態を判定するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、前記の内容を指向したもので、とくに電極群の正負両電極間に交流信号を印加した際の、両電極間の交流インピーダンスまたはアドミタンスと、位相角との値を測定し、これらの測定値を用いて前記電極群の短絡状態を判定するものである。
【００１１】
小型密閉型２次電池の電極群は図３に示したように、正極及び負極が薄いセパレータを介して対向する構造を有しているため、両電極間に交流信号を印可した場合には、電気抵抗Ｒと同時に電池の構造上のコンデンサ成分に起因するリアクタンス成分１／２πｆＣが測定される。（ｆは周波数を示す。）
【００１２】
すなわち、小型２次電池の電極群は電気回路上、図２に示すような抵抗ＲとコンデンサＣとの並列回路に近似させることができ、このような回路の交流インピーダンスＺは（式１）で、また位相角θは（式２）で表される。
【００１３】
【式１】
0003677993.tif 000002
【００１４】
【式２】
0003677993.tif 000003
【００１５】
ここで、Ｒは、主に正極と負極の間に介在するセパレータによる電気抵抗と考えることができ、電極間の微小短絡の影響を大きく受ける成分である。また、Ｃは両電極間のコンデンサ成分により発生する静電容量であり、両極板の対向面積や極板間距離といった電極群の構成状態による影響を大きく受ける成分である。
【００１６】
交流インピーダンスＺは直流回路における電気抵抗に相当し、交流回路における電流の流れにくさを表している。電極群の構成の不良などにより、電極間の間隔が通常の場合よりも接近している場合には、電極間の抵抗Ｒは電極間の距離に比例して大きくなり、静電容量Ｃは電極間の距離に反比例する傾向があるので、両電極の間の交流インピーダンスＺは小さい値となる。よって、交流インピーダンスＺの値が通常よりも低い電極群は、電極間が接近しており、後工程においてリーク不良を生じる可能性の高い、潜在不良の電極群であると判断することができる。
【００１７】
また、位相角θは、印可した交流信号の交流電圧と交流電流との位相の差を表し、図２のような回路において、交流インピーダンスＺの値に対し、電気抵抗Ｒとコンデンサ成分Ｃがどれだけ影響しているかを示す指標であり、０°〜−９０°の値を示す。測定対象が純粋なコンデンサと見なせる場合には、位相角θは−９０°を示し、抵抗成分の影響が大きくなるにつれて（電気抵抗が小さくなるにつれて）、θの値は０°側に近づく。
【００１８】
小型２次電池用電極群では、位相角θの値は、電池設計や電池サイズなどの要因に依存し、測定する電池の種類により異なるが、通常−３０°〜−８０°程度の値を示す。
【００１９】
短絡のない良品の電極群では、電極間の絶縁性が保たれているため、抵抗Ｒの値が充分に大きく、位相角θは−９０°側に近い値を示すが、活物質の脱落物や電極のバリなどにより電極間の一部が部分的にショートしている場合には、抵抗Ｒが通常よりも小さい値となるため、位相角θは０°側に近づく。
【００２０】
従って、両電極間の位相角θが通常よりも０°側に近い電極群は、微小短絡などが原因となって電極間の絶縁性が低下している電極群と考えることができる。
【００２１】
このように、電極群の正負両電極間に交流信号を印可した場合の交流インピーダンスＺと位相角θを求めることにより、微小短絡や構成不良といった電極群の異常を検査することができ、短絡不良や、あるいは短絡不良となる可能性の高い潜在不良の電極群を選別して排出することが可能である。
【００２２】
上記の説明では、電極群の正負両電極間に交流信号を印可した場合の交流インピーダンスＺと位相角θを求めることにより電極群の短絡状態を判定することを説明したが、これと同様な方法を用いて、交流インピーダンスＺの代わりに、交流インピーダンスの逆数であるアドミタンスＹ（Ｙ＝１／Ｚ）と位相角とを求めて電極群の短絡状態の判定をすることができる。
【００２３】
また、この測定に用いる交流信号の周波数は、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚであることが電池の状態を精度良く測定するために好ましい。これは、１０ｋＨｚよりも高い周波数を用いた場合は、配線部や電池の構造上から生じるインダクタンス成分の影響が大きくなり、また１００Ｈｚよりも低い周波数を用いた場合にはコンデンサ成分に起因するリアクタンス成分の影響が大きくなるためである。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、電池構成時の電解液注入以前の段階で、正極と負極とこの両者間を隔離するように配したセパレータからなる電極群の短絡を検査する装置であって、この装置は、前記正極と負極のそれぞれと電気的に接続する接触端子と、前記接触端子を介して両電極間に交流信号を印可した際の交流インピーダンスと位相角とを測定する測定装置とを備え、この測定装置による交流インピーダンスと位相角の測定値より前記電極群の短絡状態を判定するものである。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の詳細な説明を行う。
【００２６】
図１は、被測定電極群を電池ケースに挿入した電解液注入以前の電池１と、その短絡状態を検査する本発明の実施例における電極群の短絡検査装置Ａを示す模式図である。
【００２７】
図１中、１は被測定電極群を電池ケースに挿入した電解液注入以前の電池１，２ａと２ｂは被測定電極群の正極と電気的に接続する一対の接触端子、３ａと３ｂは被測定電極群の負極と電気的に接続する一対の接触端子であり、それぞれリード線、４，５，６，７を介して交流インピーダンスＺ、位相角θの測定装置（以下測定装置と称す）８に接続されている。測定装置８は、電流検出端子ＬＣＵＲ、電圧検出端子ＬＰＯＴ，ＨＰＯＴ、駆動信号出力端子ＨＣＵＲを有し、それぞれリード線４，５，６，７に接続されている。この測定装置８により、接触端子間に周波数１ｋＨｚの交流信号を印可して４端子測定法によって、電極群のＲとＣを検出し、このＲとＣを先に示した（式１）と（式２）にあてはめて計算し、接触端子ＨＣＵＲ間の交流インピーダンスＺ及び位相角θの値を同時に求めるものである。
【００２８】
次に上記の短絡検査装置Ａによる電極群の短絡検査の測定について説明する。
【００２９】
上記の検査装置８で測定を行う電極群としては、標準容量１２００ｍＡｈ、電池サイズＡＡの円筒型ニッケル−水素蓄電池用電極群を用いた。その構成としては、正極として発泡ニッケル基板に水酸化ニッケル粉末を充填した構造を持つニッケル正極を、負極として金属芯材の表面に水素吸蔵合金ペーストを塗布した構造を持つ水素吸蔵合金極を、この正極と負極とを隔離するためのセパレータとしては親水処理を施したポリプロピレン製の不織布を用いた。また、上記の電極群は、渦巻状に構成された正極、負極、セパレータが金属製電池ケースに挿入された構造を有し、正極に溶接された正極リードがケースの外側に突出している。また、負極は電池ケースと溶接されており、電池ケースが負極端子をなす構造を有している。
【００３０】
このような電池構成時の電解液注入前の段階で、電極群の短絡の検査を以下に示す方法により行った。
【００３１】
まず、被測定電極群を電池ケースに挿入した電解液注入以前の電池１を測定治具にセットし、接触端子２ａ，２ｂを被測定電極群を電池ケース挿入した電池１の正極リード部分に接触端子３ａ，３ｂを電池ケース底部にそれぞれ接触させて測定回路を形成する。そして、測定装置のＨＣＵＲとＬＣＵＲ間に交流信号を印可した際の電極間の交流インピーダンスＺと位相角θの値を測定装置８によって測定する。
【００３２】
交流インピーダンスＺもしくは位相角θの値が、あらかじめ規定した範囲外である電極群は、不良品であると見なし工程から排出する。交流インピーダンスＺ及び位相角θの値が共に規定した範囲内にある電極群については良品と見なし、次工程に送る。
【００３３】
交流インピーダンスＺ、位相角θの値は電池の種類やサイズによって異なるため、検査の基準としての設定値は、測定を行う電池の電極群の測定値から求めた統計的計算値３σ（σは標準偏差を示す）値等を利用して設定する。
【００３４】
以上のように、本発明による測定方法並びに測定装置は、電極群の交流インピーダンスＺと位相角θの値から微小短絡に関わる電極群の異常を詳細に検出することができるため、検査精度が大幅に向上する。
【００３５】
上記の実施例では、電極群の正負両電極間に交流信号を印可した場合の交流インピーダンスＺと位相角θを求めることにより電極群の短絡状態を判定することを説明したが、これと同様な方法を用いて、交流インピーダンスＺの代わりに、交流インピーダンスの逆数であるアドミタンスＹ（Ｙ＝１／Ｚ）と位相角とを求めて検査の基準としての設定値を決め、この設定値に基づいて実施例と同様な方法及び検査装置を用いて電極群の短絡状態を判定することができる。
【００３６】
上記実施例では検査を行う電池の電極群として、円筒型ニッケル−水素蓄電池の電極群を用いたが、形状は円筒型に限定されるものではなく角型についても同様に測定可能であり、さらにニッケル−カドミウム蓄電池やリチウムイオン２次電池などの同様の構造を持つ極板群についても適用が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明による検査方法及び検査装置によれば、正極と負極と、両電極同士を相互に隔離するように介されたセパレータとからなる電極群の電極間の短絡検査において、電極間に交流信号を印可した際の両電極間の交流インピーダンスＺまたはアドミタンスと、位相角θとの値を求め、これらの値を用いて電極間の短絡を判定することにより、微小短絡に起因した電極群の異常を詳細に検出することができるため、短絡不良の検査精度が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】被測定電極群を電池ケースに挿入した電池と、その短絡検査装置を示す模式図
【図２】電極群を抵抗ＲとコンデンサＣとの並列回路に見なした図
【図３】円筒型小型２次電池の半裁断面図
【符号の説明】
１  電解液注入以前の電池
２  接触端子
３  接触端子
４  リード線
５  リード線
６  リード線
７  リード線
８  測定装置
【図１】
0003677993.tif 000004
【図２】
0003677993.tif 000005
【図３】
0003677993.tif 000006