(57)【要約】【課題】  本発明は、試験の為の準備作業を開始してから試験開始までの時間を短縮することを目的とする。【解決手段】  試験体となるリチウム二次電池を第１の外装材と、前記第１の外側を覆う第２の外装材を備え、前記第１の外装材は少なくとも試験体となるリチウム二次電池以上の熱容量を有し、前記第２の外装材は少なくとも熱伝導率が前記第１の外装材以下とすることで、試験体の温度変化を長時間にわたって小さく抑えることが可能となり、試験時間が短縮された試験方法を提供することが可能になる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム二次電池の試験用治具であって、
前記リチウム二次電池を第１の外装材と、
前記第１の外側を覆う第２の外装材を備え、
前記第１の外装材は少なくとも試験体となるリチウム二次電池以上の熱容量を有し、
前記第２の外装材は少なくとも熱伝導率が前記第１の外装材以下であることを特徴とするリチウム二次電池の試験用治具。
【請求項２】
前記第１の外装材には、通し穴が設けてあることを特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池の試験用治具。
【請求項３】
請求項１または２記載のリチウム二次電池の試験用治具を用いたことを特徴とするリチウム二次電池の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池等の試験環境において、試験環境を移動した場合でも温度変化の影響を受けにくく、短時間で試験を開始できる治具および治具を用いた試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、高エネルギー密度の非水二次電池などの電気化学素子の需要が急激に伸びている。現在、こうした要求に応え得る非水二次電池は、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能なリチウム複合酸化物を使用した正極と、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料やリチウム金属などを使用した負極と、電解質塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液とを用いて構成されたリチウム二次電池が広く用いられている。
【０００３】
リチウム二次電池は電池内でセパレータを挟んで正極と負極とが隣り合っている。この為、場合によっては異物の混入や変形によってセパレータは容易に破損し、両極が短絡してしまう。短絡の程度が激しい場合には電池自身が熱暴走していまい、発火にまで至る場合もある。このようにリチウム二次電池は鉛蓄電池やニッケル水素電池などの他の二次電池に比べ、体積当たりのエネルギー密度が高いため、安全性を高める技術が必要となる。
【０００４】
このリチウム二次電池の安全性を確認する為の方法としては、日本工業規格等で定められているものが多数あり、例えばＪＩＳ  Ｃ８７１４やＪＩＳ  Ｃ８７１５−２に於いては、強制内部短絡試験が課せられている。この試験では内部に意図的に異物を混入させ、この異物を混入した位置に外部から圧力をかけ、強制的に内部短絡させて安全性を確認する試験である。
【０００５】
これらの安全性試験の中には温度条件を規定しているものもあり、通常は室温環境で試験の為の準備工程を行い、試験温度まで恒温層で保存した後、試験装置に設置し、試験温度になったことを確認して各種試験を行っている。その為、試験体は温度を一定に保つことが望ましい。
【０００６】
リチウム二次電池の温度を保つには、例えば特許文献１に記載されているように電池外装体の外部表面を断熱材で覆う方法や、特許文献２のような断熱材を用いて内部の電池を保温する機能を有する電池収納ボックスを用いる方法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２０５６４
【特許文献２】特開２００４−３２７２２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えばＪＩＳ  Ｃ８７１４では１０℃の低温と４５℃の高温の２つの温度条件で試験を行わなければならないが、異物を混入させる作業を行う環境と、試験を行う環境の温度が異なるため、恒温層で試験体を試験温度にする必要があり、また、試験装置によっては恒温層とは異なる場所となる場合があり、作業を開始してから試験開始までの時間が長いと、異物を混入した部分から電解液等が蒸散してしまうため、電池の通常と異なる状態となる、或いは、試験を行うことができないことになる。
【０００９】
本発明は、試験の為の準備作業を開始してから試験開始までの時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、試験体となるリチウム二次電池を第１の外装材と、前記第１の外側を覆う第２の外装材を備え、前記第１の外装材は少なくとも試験体となるリチウム二次電池以上の熱容量を有し、前記第２の外装材は少なくとも熱伝導率が前記第１の外装材以下であることを特徴とするものである。温度を保つために為にはできるだけ体積を大きくして第１の外装材の熱容量を大きくし、熱伝導率の小さい材料で第１の外装材を覆うことで、外部への放熱を防ぐことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の第１の外装材、及び第２の外装材を用いて試験体であるリチウム二次電池を保持して各種の試験を実施することで、試験体の温度変化を長時間にわたって小さく抑えることが可能となり、試験時間が短縮された試験方法を提供することが可能になる。
【００１２】
第１の外装材は熱容量が大きい材料ほど、更には体積が大きいほどその効果は高い。試験に使用する恒温層や試験装置で許される範囲内で出来るだけ大きいものを選べばよい。同様に第２の外装材は熱伝導率が低いほど、更には体積が大きいほどその効果は高い。試験に使用する恒温層や試験装置で許される範囲内で出来るだけ低い熱伝導率で体積の大きいものを選べばよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、試験体の温度変化を小さくすることができ、試験開始までの時間を短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の試験体に用いたラミネート型電池に係る上面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の外装材と第２の外装材により試験体が保持された構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１６】
本発明で使用する試験体となるリチウム二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質および外装にアルミラミネートを備えたラミネート型電池である。図１にラミネート型電池の模式図を示す。正極２は正極活物質と導電助剤および結着剤を有機溶媒中で混合し、その組成物をアルミニウム箔上に塗布、乾燥、圧延して正極層としたものである。負極３も正極２と同様にして、主に炭素物質からなる負極活物質と結着剤、必要に応じて導電助剤を混合し、その組成物を銅箔上に塗布、乾燥、圧延したものを負極層としたものである。正極層と負極層の間にはポリマーから成るセパレータが配置される。
【００１７】
正極、負極、セパレータから構成される電極体は例えば所定の大きさに切り出された正極と負極とを、帯状のセパレータを折り返しながら積層していく積層電極体構造をとる。その電極体の正極２から正極リード４が、負極３から負極リード５が外装アルミラミネート１の外に引き出される。注液用にセルの一辺だけシールせずに開口部を作り、それ以外の部分は熱溶着し、注液前電池を準備する。次に非水電解液を注液し、注液部の開口している一辺を熱融着にて封口し、それから初回充電を実施する。初回充電により、初期のガス発生が起こり、２０〜８０℃の環境下で数時間セルを静置するエージング工程、発生したガスを抜き、さらに真空に引きながら熱融着を行った後、予定している電池電圧まで満充電を実施し、リチウム二次電池を作製する。
【００１８】
リチウム二次電池のその他の構成および構造については特に制限はなく、従来から知られている構成および構造を適用することができる。
【００１９】
図２は、ラミネート型電池を、試験を行うために外装材で覆った模式図である。ラミネート型電池１０は、高熱容量板である一組の第１の外装材６ａ、６ｂにより挟持され、更にその外側に断熱板である一対の第２の外装材７ａ、７ｂによって挟持されている。第１の外装材は試験体となるリチウム二次電池に対して少なくとも２倍以上の熱容量を保有させるため、銅板を用いて試験体のラミネート型電池の２倍以上の厚みを有しており、第２の外装材は断熱性を高めるため、ベークライト材を用い第１の外装材と同程度の厚みを有している。また、第１の外装材、及び、第２の外装材には通し穴８が形成されており、通し穴に加圧治具９を差し込むことで外圧を加えることができ、加圧試験が可能に構成されている。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。
【００２１】
（実施例１）
＜正極の作製＞
ＬｉＣｏＯ２で表される正極活物質９４質量部と、結着剤であるＰＶＤＦ（１０％ＮＭＰ溶液）を４質量部（固形分として）と、導電助剤である人造黒鉛１質量部およびケッチェンブラック１質量部とを、プラネタリーミキサーを用いて混練し、更にＮＭＰを加えて粘度を調節して、正極合剤含有組成物を調製した。
【００２２】
前記の正極合剤含有組成物を、厚みが１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布した後、１２０℃で１２時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚みおよび密度を調節した。できた正極を所定の寸法にトムソン刃を用いて切り出し、正極とした。
【００２３】
＜負極の作製＞
負極活物質である平均粒子径が１０μｍの天然黒鉛９７．５質量部と、結着剤であるスチレンブタジエンゴム１．５質量部と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース１質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを厚みが８μｍの銅箔の両面に塗布した後、１２０℃で１２時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚みおよび密度を調節した。できた負極を所定の寸法にトムソン刃を用いて切り出し、負極とした。
【００２４】
＜電解液の調製＞
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネートとの容積比２：３：１の混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させ、ビニレンカーボネート２．５質量％を添加して、電解液を調製した。
【００２５】
＜電池の組み立て＞
前記切り出した正極、および負極を厚みが１６μｍの片面に無機粒子を塗布した耐熱セパレータ（空孔率：４３％）でZ字型に折り返しながら積層していき、電極積層体を作製した。前記セパレータは１２μｍのポリエチレン層と４μｍのベーマイト層からなり、ベーマイト層が正極側を向くように積層し、正極７枚、負極８枚の積層体を作製した。この時、セパレータ幅方向の負極からのはみ出し長さを０．７５ｍｍとした。このセパレータの長手方向の末端をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。正極のアルミニウム箔の露出部にアルミニウム製のリードを溶接した。リードには熱溶着性を向上させるためのプロピレン性の樹脂フィルムをとりつけた。負極も正極と同様にして銅箔の露出部にニッケル製のリードを溶接した。リードには熱溶着性を向上させるためのプロピレン性の樹脂フィルムをとりつけた。その後、積層体のセパレータの幅方向両端部をヒートシーラーを用いて熱溶着し、１１４μｍのアルミラミネートの外装シートにあらかじめ積層体が収まるサイズの窪みを作製しておき、その中に前記電極積層体を収納した。電極積層体を収納後、開口部分をヒートシーラーで熱溶着した。できた注液前電池を１２時間６０℃で真空乾燥した。その後、一辺開口している３部分から非水電解液を注液し、すぐに３部分を熱溶着により封止した。
【００２６】
作製したラミネート型リチウム二次電池の寸法は、縦１６１ｍｍ、横７８ｍｍ、厚み６．５ｍｍである。
【００２７】
＜安全性試験＞
試験体として、前記作製したラミネート型リチウム二次電池の所定の部分に切り込みを入れ、Ｎｉ小片を挿入し再び切り込み部分を元に戻し、試験体を第１の外装材で覆った。第１の外装材の材質は銅製で、縦１６５ｍｍ、横８３ｍｍと試験体より大きく、厚みは１３ｍｍである。第１の外装材は試験片であるラミネート型リチウム二次電池以上の熱容量を有している。この第１の外装材の外側を第２の外装材で覆った。第２の外装材の材質は、熱伝導率が０．２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１のベークライト製で、縦１７０ｍｍ、横８８ｍｍと第１の外装材より大きく、厚みは１５ｍｍである。なお、第１の外装材、及び、第２の外装材のＮｉ小片と対応する位置には、予め通し穴が設けてある。
【００２８】
前記作業を行った後、４５℃に設定された恒温層に入れて試験体が４５℃になった後、内部短絡試験装置の設けてある別の恒温層に移動し、試験体が４５℃になったことを確認した後、内部短絡試験を行った。このとき内部短絡試験装置の設けてある別の恒温層に移動してから試験開始までの所要時間は５分であった。
【００２９】
（実施例２）
第１の外装材の厚みを２６ｍｍにし、試験片であるラミネート型リチウム二次電池の倍の熱容量にした以外は実施例１と同様に試験を行ったところ、内部短絡試験装置の設けてある別の恒温層に移動してから試験開始までの所要時間は１分であった。
【００３０】
（比較例１）
第１の外装材、及び第２の外装材を用いずに試験を行ったところ、内部短絡試験装置の設けてある別の恒温層に移動してから試験開始までの所要時間は３２分であった。
【符号の説明】
【００３１】
１    外装にアルミラミネート
２    正極
３    負極
４    正極リード
５    負極リード
６ａ、６ｂ    第１の外装材
７ａ、７ｂ    第２の外装材
８    通し穴
９    加圧治具
１０  ラミネート型電池
【図１】
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【図２】
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