(57)【要約】【課題】電解液内への異物の混入を確実に検出する。【解決手段】二次電池１００は、正極、セパレータ、および負極を有する電極体１０と、電解液５０とを含む。二次電池１００の検査方法は、電極体１０に検査用の拘束力が与えられていない状態において、二次電池１００の使用時よりも高い割合で二次電池１００の充放電を実行するステップと、充放電の停止後に、電極体１０に拘束力が与えられている状態において、二次電池１００の電圧を測定するステップと、上記電圧の低下に基づいて、電解液５０内への異物の混入を判定するステップとを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、セパレータ、および負極を有する電極体と、電解液とを含む二次電池の検査方法であって、
前記電極体に検査用の拘束力が与えられていない状態において、前記二次電池の使用時よりも高い割合で前記二次電池の充放電を実行するステップと、
前記充放電の停止後に、前記電極体に前記拘束力が与えられている状態において、前記二次電池の電圧を測定するステップと、
前記電圧の低下に基づいて、前記電解液内への異物の混入を判定するステップとを含む、二次電池の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の検査方法に関し、特に、二次電池内への異物の混入を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−３２３４６号公報（特許文献１）は、二次電池用電極群の検査方法を開示している。この検査方法では、電極群が不活性雰囲気中に設置され、電極群に検査用電圧が印加されたときの電流に基づいて電極群への異物の混入等の判定が行われる。これにより、異物やセパレータの欠陥などの内部短絡につながる欠陥を低い電圧で検出することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３２３４６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５９０３号公報
【特許文献３】特開２００９−４８９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池においては、電極群の外側に存在する電解液にも異物が混入する場合がある。電極群の外側に存在する電解液内の異物は、電池の充放電に伴って電極群が膨張収縮することによって電極群の内部へ混入する可能性がある。このため、電池の信頼性を向上するには、電極群の外側に存在する電解液内の異物も確実に検出する必要がある。
【０００５】
しかしながら、上記のような方法では、電極群の外側に存在する電解液内の異物までは検出することができない。よって、電解液内への異物の混入を確実に検出するには不十分であるという課題がある。
【０００６】
それゆえに、この発明の目的は、電解液内への異物の混入を確実に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、二次電池は、正極、セパレータ、および負極を有する電極体と、電解液とを含む。二次電池の検査方法は、電極体に検査用の拘束力が与えられていない状態において、二次電池の使用時よりも高い割合で二次電池の充放電を実行するステップと、充放電の停止後に、電極体に拘束力が与えられている状態において、二次電池の電圧を測定するステップと、上記電圧の低下に基づいて、電解液内への異物の混入を判定するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
この発明においては、電極体に検査用の拘束力が与えられていない状態において、二次電池の使用時よりも高い割合で二次電池の充放電が実行される。この充放電による電極体の膨張収縮によって、電極体の外側の電解液内に存在する異物が電極体の内部へ誘導される。そして、充放電の停止後に、電極体に拘束力が与えられている状態において、二次電池の電圧が測定され、測定された電圧の低下に基づいて電解液内への異物の混入が判定される。よって、電極体の外側に存在する電解液内の異物を検出することができる。したがって、この発明によれば、電解液内への異物の混入を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態に従う電池の検査方法を示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態に従う電池の検査方法を示す模式図である。
【図３】この発明の実施の形態に従う検査装置によって実行される電池の検査方法を示すフローチャートである。
【図４】ハイレート充放電における電流の波形の一例を示す図である。
【図５】ハイレート充放電の繰り返し回数と検出率との関係を示すグラフである。
【図６】余剰液量とハイレート充放電の繰り返し回数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１１】
図１および図２は、この発明の実施の形態に従う電池の検査方法を示す模式図である。図１および図２を参照して、検査の対象である電池１００は、電極体１０と、電池ケース２０と、正極端子３０と、負極端子４０と、電解液５０とを備える二次電池である。
【００１２】
電極体１０は、扁平形状をした捲回型の電極体である。電極体１０は、正極板、負極板およびセパレータが積層して捲回される。
【００１３】
正極板は、集電体であるアルミニウム箔の表面に正極活物質層が形成される。正極活物質層は、たとえば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）などのリチウムイオンを吸蔵および放出することができる正極活物質を含んで構成される。
【００１４】
負極板は、集電体である銅箔の表面に負極活物質層が形成される。負極活物質層は、たとえば、炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム遷移金属複合窒化物などのリチウムイオンを吸蔵および放出することができる負極活物質を含んで構成される。
【００１５】
セパレータは、正極板と負極板との短絡を防止し、リチウムイオンを透過させる。セパレータは、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの多孔質部材を含んで構成される。
【００１６】
電極体１０は、たとえば、正極板、負極板、およびセパレータを中空の円筒形状に捲回した後に、これを直径方向に両側から押しつぶすようにプレスすることによって扁平形状に成型される。
【００１７】
電池ケース２０は、電極体１０と、電解液５０とを収容する。電池ケース２０には、絶縁体を介して正極端子３０および負極端子４０が取り付けられる。
【００１８】
正極端子３０は、電極体１０の正極板に接続される。負極端子４０は、電極体１０の負極板に接続される。電池１００は、正極端子３０および負極端子４０を介して、充電および放電が行われるように構成される。
【００１９】
ここで、製造工程等において電池１００内に異物６０が混入する可能性がある。電池１００内の異物６０は、電池１００に不具合を生じさせる場合がある。たとえば、電極体１０の内部へ異物が混入すると、異物によってセパレータが損傷し、電極体１０内の正極板と負極板との間で短絡が発生する可能性がある。よって、電池１００の信頼性を向上するためには、電池１００内に異物６０が混入していることを確実に検出する必要がある。
【００２０】
電池１００内への異物６０の混入の検査方法としては、たとえば、押圧板によって電極体１０を押圧している間に、正極端子３０および負極端子４０間の電圧を測定する方法がある。この方法では、測定された電圧が低下している場合に、電池１００内に異物６０が混入していると判定することができる。
【００２１】
具体的には、電極体１０を押圧することによって、電極体１０内に混入した異物６０がセパレータを損傷して電極体１０内の正極板と負極板との間に短絡が発生する。短絡が発生すると正極端子３０および負極端子４０間の電圧が低下するため、この電圧を測定することによって、電極体１０内への異物６０の混入を検出することができる。
【００２２】
電池１００においては、電極体１０の外側に存在する電解液（以下、「余剰液」とも称する）内にも異物６０が混入する場合がある。余剰液内の異物６０は、電池１００の充放電に伴って電極体１０が膨張収縮することによって電極体１０の内部へ混入する可能性がある。このため、電池１００の信頼性を向上するには、余剰液内の異物６０も確実に検出する必要がある。
【００２３】
しかしながら、上記のような方法では、電極体１０の外側に存在する電解液内の異物までは検出することができない。よって、電解液５０内への異物の混入を確実に検出するには不十分であるという課題がある。
【００２４】
そこで、本実施の形態の検査方法は、電池１００の充放電によって余剰液中の異物６０を電極体１０内へ誘導する。そして、異物６０が電極体１０内へ誘導されたところで、電極体１０を押圧したときの電圧を測定し、測定された電圧に基づいて異物の混入を判定する。これにより、余剰液中の異物も検出することができる。
【００２５】
以下、この検査方法を実行する検査装置２００について詳しく説明する。検査装置２００は、検知部２０１と、押圧部２０２とを備える。
【００２６】
検知部２０１は、電池１００の正極端子３０と負極端子４０との間に電気的に接続される。検知部２０１は、正極端子３０と負極端子４０との間の電圧を検出する電圧計を含む。検知部２０１は、検出された電圧に基づいて電池１００内への異物の混入を判定する。
【００２７】
また、検知部２０１は、正極端子３０および負極端子４０を介して、電池１００の充電および放電を実行するための充放電器をさらに含む。充放電器は、たとえば、電池１００へ入力される充電電流および電池１００から出力される放電電流を調整可能な電力変換器である。
【００２８】
押圧部２０２は、電極体１０を押圧するための装置である。押圧部２０２は、電極体１０が押圧された状態（以下、「拘束状態」とも称する）と、電極体１０が押圧されていない状態（以下、「非拘束状態」とも称する）とを切替可能に構成される。拘束状態においては、異物を検出するための検査用の拘束力が電極体１０へ与えられる。押圧部２０２は、電極体１０の平面を圧縮するプレス装置と、プレス装置を駆動する駆動装置とを含む。プレス装置は、電極体１０の平面に対向して配置される。駆動装置は、プレス装置が電極体１０に対して可動するようにプレス装置を駆動し、プレス装置の押圧力を調整する。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態に従う検査装置によって実行される電池の検査方法を示すフローチャートである。図３を参照して、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１０において、検査装置２００は、電極体１０を拘束状態とし、電極体１０が拘束状態とされているときに電池１００の電圧検査を実行する。
【００３０】
具体的には、押圧部２０２は、プレス装置を電極体１０に押し当てることによって、電極体１０に押圧力を加える。これにより、電極体１０の正極板および負極板の距離が狭められる。この状態において、検知部２０１によって正極端子３０および負極端子４０間の電圧が測定される。
【００３１】
ここで、電極体１０内に異物６０が混入している場合には、電極体１０が押圧された際に、正極板と負極板との間のセパレータが異物６０によって突き破られて、正極板と負極板との間に短絡が生じる。短絡が生じると、正極端子３０および負極端子４０間の電圧が低下する。このように、拘束状態における正極端子３０および負極端子４０間の電圧を測定することによって、電極体１０内に異物６０が混入していることを検査することができる。
【００３２】
続いてＳ２０にて、検査装置２００は、電極体１０を非拘束状態とし、電極体１０が非拘束状態とされているときにハイレート充放電を実行する。ハイレート充放電とは、所定の電流値および継続時間において、電池１００の充電および放電が実行されることである。ここで、ハイレート充放電においては、電池１００の通常の使用時よりも高い割合で充放電が実行される。これにより、余剰液中の異物を効果的に電極体１０の内部へ導くことができる。なお、ハイレート充放電においては、電池１００の構成に応じて電流値、継続時間、および繰り返し回数が適宜調整され得る。
【００３３】
ハイレート充放電が実行されることによって、電極体１０が膨張および収縮する。このとき、電極体１０が非拘束状態であるので、電極体１０内の容積が変化しやすい状態とされる。これにより、余剰液が電極体１０内へ効果的に流入する。よって、余剰液中の異物６０が電極体１０内へ誘導される。したがって、検査工程において、余剰液中の異物６０を電極体１０内へ取り込むことができる。
【００３４】
続いてＳ３０にて、検査装置２００は、電極体１０を再び拘束状態とし、電極体１０が拘束状態とされているときに、電池１００の正極端子３０と負極端子４０との間の電圧を測定する。
【００３５】
続いてＳ４０にて、検査装置２００は、Ｓ３０で測定された電圧が低下しているか否かを判定する。Ｓ３０で測定された電圧が低下していないと判定された場合は（Ｓ４０にてＮＯ）、以降の処理はスキップされて処理がメインルーチンに戻される。
【００３６】
Ｓ３０で測定された電圧が低下していると判定された場合は（Ｓ４０にてＹＥＳ）、検査装置２００は、電極体１０内に短絡が発生しているものとして、電池１００内に異物が混入していると判定する（Ｓ５０）。なお、Ｓ４０，Ｓ５０においては、正極端子３０および負極端子４０間の電圧が所定値よりも低下している場合に、電圧が低下していると判定してもよい。
【００３７】
以上のように、この実施の形態においては、電極体１０に検査用の拘束力が与えられていない状態において、電池１００の使用時よりも高い割合で電池１００の充放電が実行される。この充放電による電極体１０の膨張収縮によって、電極体１０の外側の電解液５０内に存在する異物６０が電極体１０の内部へ誘導される。そして、充放電の停止後に、電極体１０に拘束力が与えられている状態において、電池１００の電圧が測定され、測定された電圧の低下に基づいて電解液５０内への異物６０の混入が判定される。よって、電極体１０の外側に存在する電解液５０内の異物を検出することができる。したがって、この実施の形態によれば、電解液５０内への異物の混入を確実に検出することができる。
【実施例１】
【００３８】
図４は、ハイレート充放電における電流の波形の一例を示す図である。図４を参照して、ハイレート充放電として、所定の電流値Ａおよび継続時間Ｔでの充電を実行し、充電の終了から所定の休止時間が経過した後に所定の電流値Ａおよび継続時間Ｔでの放電を実行するものとする。なお、図４では、電流値が正である場合には充電が実行され、電流値が負である場合には放電が実行される。
【００３９】
実施例１では、まず、電池ケース２０内に注液された電解液５０へ所定の大きさの異物を混入した。次に、電極体１０を非拘束状態としてハイレート充放電を実行した。その後、電極体１０を拘束状態として電池１００の正極端子３０と負極端子４０との間の電圧を計測し、計測された電圧に基づいて電池１００内への異物の混入の判定を行った。
【００４０】
ここで、異なる電流値Ａおよび異なる継続時間Ｔにおいて検査方法を実行した場合の検出率を記録した。その結果、電流値Ａが増大するにつれて検出率が向上するという傾向が見られた。よって、ハイレート充放電における電流値Ａを増大することで、検出率を向上できることが分かった。
【００４１】
一方、継続時間Ｔについては、継続時間Ｔが増大するにつれて検出率は向上するものの、継続時間Ｔが増大すると電池１００の抵抗が上昇してしまうことが分かった。よって、継続時間Ｔは、検出率と電池１００の抵抗の上昇とを考慮して最適な値を決定できることが分かる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２では、実施例１と同様に検査方法を実行した。ここで、実施例２では実施例１に対し、電流値Ａおよび継続時間Ｔを一定の値とし、異なるハイレート充放電の繰り返し回数において検査方法を実行した場合の検出率を記録した。
【００４３】
図５は、実施例２におけるハイレート充放電の繰り返し回数と検出率との関係を示すグラフである。図５に示されるように、ハイレート充放電の繰り返し回数が多くなるにつれて、検出率が上昇し、繰り返し回数が所定回数を超えると検出率がほぼ一定となった。よって、良好な検出率を得るためには、ハイレート充放電を所定回数以上繰り返し行うことが好適であることが分かった。
【実施例３】
【００４４】
実施例３では、実施例２と同様に検査方法を実行した。ここで、実施例３では実施例２に対し、異なる余剰液量および異なるハイレート充放電の繰り返し回数において検査方法を実行した場合の検出率を記録した。なお、実施例３では、電流値Ａおよび継続時間Ｔは一定の値とした。
【００４５】
図６は、実施例３における余剰液量とハイレート充放電の繰り返し回数との関係を示すグラフである。なお、図６では、余剰液量に対する十分な検出率が得られる繰り返し回数が示される。
【００４６】
図６に示されるように、余剰液量が多いほど、十分な検出率が得られるのに必要とされるハイレート充放電の繰り返し回数が上昇する結果となった。よって、良好な検出率を得るためには、余剰液量に応じてハイレート充放電の繰り返し回数を設定する必要があることが分かった。
【００４７】
上述の実施例１〜３から明らかなように、電池１００の構成に応じて、ハイレート充放電の電流値、継続時間、および繰り返し回数を設定することによって、好適な検出率が得られる検査方法を実現できることが分かる。
【００４８】
なお、上記の実施の形態では、電池１００がリチウムイオン電池である場合について説明したが、電池１００は、ニッケル水素電池などの他の電池であってもよい。
【００４９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１０  電極体、２０  電池ケース、３０  正極端子、４０  負極端子、５０  電解液、６０  異物、７０  押圧板、１００  電池。
【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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