(57)【要約】【課題】短絡検査に要する時間を短縮化する。【解決手段】二次電池を初期充電して活性化する初期活性化工程と、前記初期活性化工程にて初期充電された前記二次電池を放電してＳＯＣの値を調整するＳＯＣ調整工程と、前記ＳＯＣ調整工程でのＳＯＣ調整後の二次電池を自己放電させる自己放電工程と、を備え、前記自己放電工程における二次電池の電圧降下量に基づいて短絡の有無を検出する二次電池の短絡検査方法であって、前記ＳＯＣ調整工程では、前記ＳＯＣの値を、前記二次電池の放電曲線の傾きを電池容量で割った値が０．０５以上となる値に調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を初期充電して活性化する初期活性化工程と、
前記初期活性化工程にて初期充電された前記二次電池を放電してＳＯＣの値を調整するＳＯＣ調整工程と、
前記ＳＯＣ調整工程でのＳＯＣ調整後の二次電池を自己放電させる自己放電工程と、を備え、
前記自己放電工程における二次電池の電圧降下量に基づいて短絡の有無を検出する二次電池の短絡検査方法であって、
前記ＳＯＣ調整工程では、前記ＳＯＣの値を、前記二次電池の放電曲線の傾きを電池容量で割った値が０．０５以上となる値に調整することを特徴とする二次電池の短絡検査方法。
【請求項２】
前記自己放電工程における電圧降下量は、
自己放電させる前記二次電池の電池温度の所定の電池温度からの乖離量に、前記ＳＯＣ調整工程でのＳＯＣの値及び自己放電させる前記二次電池の電池温度の前記所定の電池温度に対する乖離方向に応じて予め算出される補正係数を掛けることによって得られる補正量を、自己放電させる前記二次電池の電圧に加えることで得られる補正電圧値を用いて算出される請求項１に記載の二次電池の短絡検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の短絡を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第一のＳＯＣまで充電した後、第一のＳＯＣよりも低い第二のＳＯＣまで放電し、放電工程の後に電池温度を低温にした状態で微小短絡を検出する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６９７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、放電電流密度が充電電流密度よりも低い値に設定され、低レートで放電工程が行われる。そのため、放電に要する時間が長くなり、結果的に短絡検査にかかる時間が長くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の二次電池の短絡検査方法は、二次電池を初期充電して活性化する初期活性化工程と、前記初期活性化工程にて初期充電された前記二次電池を放電してＳＯＣの値を調整するＳＯＣ調整工程と、前記ＳＯＣ調整工程でのＳＯＣ調整後の二次電池を自己放電させる自己放電工程と、を備え、前記自己放電工程における二次電池の電圧降下量に基づいて短絡の有無を検出する二次電池の短絡検査方法であって、前記ＳＯＣ調整工程では、前記ＳＯＣの値を、前記二次電池の放電曲線の傾きを電池容量で割った値が０．０５以上となる値に調整する。
これによれば、二次電池の電池容量に依らずに最適なＳＯＣに調整することができ、短絡検査に要する時間を短縮することができる。
【０００６】
前記自己放電工程における電圧降下量は、自己放電させる前記二次電池の電池温度の所定の電池温度からの乖離量に、前記ＳＯＣ調整工程でのＳＯＣの値及び自己放電させる前記二次電池の電池温度の前記所定の電池温度に対する乖離方向に応じて予め算出される補正係数を掛けることによって得られる補正量を、自己放電させる前記二次電池の電圧に加えることで得られる補正電圧値を用いて算出される。
これによれば、自己放電工程内での環境温度の変動に関わらず、高精度に電圧降下量を算出できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、短絡検査に要する時間を短縮化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】二次電池の概略図である。
【図２】短絡検査工程を示すフローである。
【図３】二次電池の放電曲線の傾き／電池容量と、ＳＯＣとの相関を示すグラフである。
【図４】本実施形態の実施例及び比較例において、短絡検査工程に要した時間を示す表である。
【図５】ＳＯＣ毎の電池温度に対する電圧変動を示すグラフである。
【図６】自己放電工程中の電池温度の変動に起因する電池電圧の変動を示すグラフである。
【図７】所定の電池温度として補正した電圧値を示すグラフである。
【図８】電圧降下量を算出する実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、二次電池１の概略構成を示す。二次電池１は、繰り返し充放電可能な電池であり、例えば角型のリチウムイオン二次電池である。二次電池１は、密閉されたケース２内に充放電要素となる電極体３が収容されて構成される。電極体３には、正極及び負極の外部端子４が接続され、それぞれ外方に突出した状態でケース２に固定されている。
電極体３は、正極集電板、セパレータ、及び、負極集電板を積層し、巻回して構成される巻回体である。正極集電板及び負極集電板の表面には、正極及び負極の電極合剤がそれぞれ塗布されている。リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンを含む正極活物質、導電助剤等を含有する正極合剤が正極集電板に塗布され、炭素系材料を含む負極活物質を含有する負極合剤が負極集電板に塗布される。
【００１０】
図２は、二次電池１の短絡検査工程Ｓ１を示す。短絡検査工程Ｓ１は、組み立てられた二次電池１に存在する微小短絡を検査する工程である。
短絡検査工程Ｓ１は、組み立てられた二次電池１に初期充電をして活性化する初期活性化工程Ｓ１１、初期充電が行われた二次電池１を放電してＳＯＣの値を調整するＳＯＣ調整工程Ｓ１２、及び、ＳＯＣの値が調整された二次電池１を自己放電させる自己放電工程Ｓ１３を含む。
【００１１】
［初期活性化工程Ｓ１１］
まず、二次電池１に適宜の充放電装置を接続し、所定の電流密度で第一のＳＯＣまで充電する。第一のＳＯＣの値は、例えば８０％以上の高ＳＯＣとして設定される。このときに用いられる所定の電流密度は、０．０２［Ｃ］以上のＣレートである。第一のＳＯＣとして、例えば３．６Ｖ以上の充電状態まで充電される。
【００１２】
次に、二次電池１を高温雰囲気下で保持し、内部に含有される化学物質（電極活物質）を活性化させる。例えば、常温よりも高く、かつ、二次電池１に含まれるセパレータが溶融しない程度の高温（例えば４０℃〜８５℃程度）の雰囲気に曝す。
このように、二次電池１を高温下でエージングすることによって、二次電池１内部の化学反応を促進させることができ、それに起因する微小短絡（化学短絡）を積極的に発生させて検出精度を向上している。
なお、初期活性化工程Ｓ１１は、二次電池１を活性化し、内部の化学反応を促進するものであれば適用可能であり、上記のものに限定されない。
【００１３】
［ＳＯＣ調整工程Ｓ１２］
二次電池１に充放電装置を接続し、初期活性化工程Ｓ１１と同等の電流密度で、第一のＳＯＣよりも低い第二のＳＯＣまで放電する。つまり、高レートの放電（０．０２［Ｃ］以上の放電）が行われる。
【００１４】
図３は、（二次電池１の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）とＳＯＣ［％］との相関を示す。ＳＯＣ調整工程Ｓ１２では、（二次電池１の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値、即ち二次電池１の放電曲線の傾きを電池容量で割った値が０．０５以上となるＳＯＣまで放電を行う。つまり、二次電池１の電池容量及び放電特性に応じてＳＯＣ調整工程Ｓ１２で調整するＳＯＣの値を変更する。
このように、ＳＯＣ調整工程Ｓ１２において、二次電池１の電池容量に応じて、自己放電工程Ｓ１３での電圧降下が顕著に現れるＳＯＣに調整することによって、不良品の良品からの電圧乖離量を大きくして検出感度を向上するとともに、良品の電圧ばらつきを低減できる。
【００１５】
［自己放電工程Ｓ１３］
常温下で二次電池１を自己放電させて、所定時間経過後の電圧降下量に基づいて微小短絡の有無を検出する。
このとき、各二次電池１の所定の測定ポイントにおける電圧降下量が閾値よりも大きい二次電池１は、短絡が存在していると判定し、不良品として判定される。
【００１６】
［実施例］
図４は、本実施形態に基づいた短絡検査工程に沿って短絡検査した実施例１から実施例３と、本実施形態のＳＯＣ調整工程Ｓ１２と異なるＳＯＣ調整工程を含む短絡検査工程に沿って短絡検査した比較例１とにかかった検査日数を示す。
【００１７】
実施例１に係る二次電池は、電池容量：２５［Ａｈ］であり、ＳＯＣ調整工程Ｓ１２において、（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値が０．０５以上となるＳＯＣの値である、ＳＯＣ：９［％］まで放電した後に、自己放電工程Ｓ１３で短絡検査にかかった日数を測定した。このときの（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値は、０．０５である。実施例１に係る二次電池に必要な検査日数は１０日であった。
実施例２に係る二次電池は、電池容量：５［Ａｈ］であり、ＳＯＣ調整工程Ｓ１２において、（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値が０．０５以上となるＳＯＣの値である、ＳＯＣ：２０［％］まで放電した後に、自己放電工程Ｓ１３で短絡検査にかかった日数を測定した。このときの（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値は、０．０９である。実施例２に係る二次電池に必要な検査日数は５日であった。
実施例３に係る二次電池は、電池容量：１０［Ａｈ］であり、ＳＯＣ調整工程Ｓ１２において、（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値が０．０５以上となるＳＯＣの値である、ＳＯＣ：１５［％］まで放電した後に、自己放電工程Ｓ１３で短絡検査にかかった日数を測定した。このときの（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値は、０．０６である。実施例３に係る二次電池に必要な検査日数は１５日であった。
【００１８】
比較例１に係る二次電池は、電池容量：２５［Ａｈ］であり、ＳＯＣ調整工程において、（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値が０．０５未満となるＳＯＣの値である、ＳＯＣ：２０［％］まで放電した後に、自己放電工程で短絡検査にかかった日数を測定した。このときの（二次電池の放電曲線の傾き［Ｖ／ＳＯＣ］／電池容量［Ａｈ］）の計算式によって求められる値は、０．０５未満となる０．０３であり、この点で本実施形態と異なっている。比較例１に係る二次電池に必要な検査日数は２０日であった。
以上のように、実施例１から実施例３と比べて、比較例１での検査日数が長くなっている。つまり、実施例１から実施例３では短絡検査に要する時間を短くすることができている。
【００１９】
［電圧降下量の温度補正］
自己放電工程Ｓ１３において短絡の有無を判定する際は、所定時間内における単位時間当たりの電圧低下量を算出することによって行われている。
自己放電工程Ｓ１３における電圧降下量は、基準となる電池温度Ｔ０（例えば２０℃）における電圧値として補正した値を用いて算出される。つまり、電圧降下量を求める二次電池１の電池温度を基準温度に換算して補正電圧値を求めることによって、環境温度に応じて変動し得る電圧の温度変動を吸収している。
【００２０】
図５に示すように、電池温度の基準温度Ｔ０［℃］からの乖離に対する電池電圧の変動量ΔＶ［ｍＶ］を、実験によってＳＯＣ毎に測定し、基準温度Ｔ０からの乖離方向（上昇側又は下降側）に対する補正係数Ｃ［ｍＶ／℃］を求める。
【００２１】
そして、電池温度Ｔ１となる測定ポイントにおける電圧値Ｖ（Ｔ１）を下記の数式１を用いて、基準温度Ｔ０における電圧値Ｖ（Ｔ０）に換算する。
Ｖ（Ｔ０）＝Ｖ（Ｔ１）＋（Ｔ１−Ｔ０）×Ｃ・・・［数式１］
数式１において、Ｖ（Ｔ）は温度Ｔに依存する電池電圧の変数であり、Ｔ０は基準温度、Ｔ１は測定時の電池温度、Ｃは補正係数を示す。
つまり、補正電圧値Ｖ（Ｔ０）は、測定時の電池温度（Ｔ１）と基準温度（Ｔ０）との乖離量（Ｔ１−Ｔ０）に、ＳＯＣの値及び基準温度に対する乖離方向に応じて予め算出される補正係数Ｃを掛けることによって得られる補正量（（Ｔ１−Ｔ０）×Ｃ）を、二次電池１の電圧（Ｖ（Ｔ１））に加えることで得られる。
【００２２】
図６に示すように、自己放電工程Ｓ１３中の電池温度に±２℃程度の変動がある場合、電池電圧は電池温度の変動に連動して上昇又は下降しながら低下する。
本実施形態では、図７に示すように、各測定ポイントにおける電圧値を所定の基準温度での電圧値として補正することで、線形の電圧低下となるように算出する。これにより、工程内の環境温度変動に関わらず、高精度に電圧降下量を算出することができ検出精度を向上できる。また、電圧測定のタイミングに自由度が増え、工程計画が容易になるとともに、検査時間の短縮を図れる。
【００２３】
［実施例］
図８は、本実施形態に基づいて電圧降下量を算出した実施例を示す。
ＳＯＣ調整工程Ｓ１２でＳＯＣ：３［％］に調整した二次電池１を室温：２０［℃］の環境で５日間の自己放電工程Ｓ１３を実施した。環境温度は±０．８［℃］の範囲で変動するものとし、電圧降下量の算出は、変動範囲内で最大となる時間の組み合わせ（ｔ１、ｔ２）で測定した電圧値を用いた。ｔ１における電池温度Ｔ１は２０．８［℃］、ｔ２における電池温度Ｔ２は１９．２［℃］である。
【００２４】
ｔ１における電池電圧Ｖ１（Ｔ１）は、３．３８１５［Ｖ］、ｔ２における電池電圧Ｖ２（Ｔ２）は、３．３８０１［Ｖ］であった。
補正せずに電圧降下量を算出した場合、（３．３８１５−３．３８０１）／５＝０．２８［ｍＶ／ｄａｙ］となる。
【００２５】
数式１を用いて、それぞれの電池電圧を補正した場合は以下の通りとなる。
基準温度Ｔ０は２０［℃］、補正係数Ｃは、基準温度よりも下降側は０．５５［ｍＶ／℃］、上昇側は０．５４［ｍＶ／℃］である。
Ｖ１（Ｔ０）＝３．３８１５＋（２０．８−２０）×０．０００５５＝３．３８１９
Ｖ２（Ｔ０）＝３．３８０１＋（１９．２−２０）×０．０００５４＝３．３７９７
従って、電圧降下量は、（３．３８１９−３．３７９７）／５＝０．４４［ｍＶ／ｄａｙ］となる。
【００２６】
以上のように、数式１に代入して算出される補正電圧値を用いて電圧降下量を算出することで、高精度な短絡検査が可能となる。これにより、短絡検査工程Ｓ１を経た二次電池１の品質を向上できる。
【００２７】
［電圧安定化工程］
ＳＯＣ調整工程Ｓ１２は、以下のような電圧安定化工程を含んでも良い。
二次電池１を常温（１０℃から３０℃程度）、かつ、ＳＯＣ調整工程Ｓ１２後の電池温度の±３℃の範囲内で維持した状態で、所定時間放置することにより、二次電池１の電圧を安定化させる。これにより、二次電池１の放電後の電圧の跳ね上がり（電極活物質の拡散に起因する電圧上昇）をリセットする。
電圧安定化工程において、放電後の二次電池１をエージングして電圧を安定させる、つまり、内部の化学物質が安定するまで保持することによって、電圧の上昇による各二次電池１の電圧のばらつきを吸収できる。また、放電直後の二次電池１の温度をできる限り維持した状態で行うことにより、電池温度の変化に起因する電圧のばらつきが抑えられ、検出精度を向上できる。
【符号の説明】
【００２８】
１：二次電池、２：ケース、３：電極体、４：外部端子
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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