(57)【要約】【課題】電極が蓄電装置に組み込まれた状態で充放電による温度変化を受けた場合でも、電極の歪や撓みが予め設定された支障のない状態か否かを判断することができる蓄電装置用の電極の検査方法を提供する。【解決手段】検査すべき電極と同じ条件で製造された電極を使用して形成された蓄電装置の充放電時における温度変化を予め測定する。そして、充放電時における温度変化に対応する温度に電極の温度を調整した状態で、電極の表面をモアレ法で検査して電極の表面の状態を検出する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質を保持したシート状の集電体からなる蓄電装置用の電極の検査方法であって、
前記電極を使用して形成された蓄電装置の充放電時における温度変化を予め測定し、前記充放電時における温度変化に対応する温度に前記電極の温度を調整した状態で前記電極の表面をモアレ法で検査して前記電極の表面の状態を検出することを特徴とする蓄電装置用の電極の検査方法。
【請求項２】
前記電極の検査は、前記電極がプレス工程でプレスを受けた後に行われる請求項１に記載の蓄電装置用の電極の検査方法。
【請求項３】
前記電極の検査は、前記電極が前記プレス工程においてプレスを受けた後、巻取りロールに巻き取られた電極を用いて、電極検査工程で行われる請求項２に記載の蓄電装置用の電極の検査方法。
【請求項４】
前記電極の温度の調整は、室温から連続的に行われ、前記モアレ法による前記電極の表面の検査も前記電極の温度の上昇に伴って連続的に行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置用の電極の検査方法。
【請求項５】
前記電極は、積層型の電極組立体に使用される電極である請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置用の電極の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置用の電極の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池として、正極用のシート状の電極及び負極用のシート状の電極が、間にセパレータが介在する状態で積層された積層型の電極組立体を備えたものがある。また、帯状の正極及び帯状の負極が、間に帯状のセパレータが存在する状態で巻回された巻回型の電極組立体を備えたものもある。
【０００３】
従来、電極層及び絶縁層の順に積層された電極シートの検査をする電池用電極シートの検査方法であって、上記電極シートの検査領域を分割して検査用電圧を印加し、印加した上記検査用電圧に伴って上記電極シートに流れる電流の検知をする電池用電極シートの検査方法が提案されている（特許文献１参照）。例えば、図３に示すように、導電性平板６１ａ及び絶縁性平板６１ｂを備えた測定用平板６１上に、集電体６５、活物質層６６及び絶縁層６７の順に積層された電極シート６８を配置した状態で、電極シート６８に検査用電圧を印加する。具体的には、電源７０で発生させた検査用電圧を測定用ロール７１及び測定用平板６１によって、加圧状態で電極シート６８に印加することにより行う。電極シート６８の絶縁層６７に欠損等がある場合には、加圧により絶縁層６７の欠損部６７ａに活物質層６６の一部が入り込み、測定用ロール７１、欠損部６７ａ、活物質層６６、集電体６５、及び測定用平板６１の導電性平板６１ａを通じて電流が流れるようになる。そして、流れる電流が電流計７２により検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３２８５５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の検査方法は、絶縁層の欠陥を検出するものであり、絶縁層（例えば、セパレータ）を積層していない状態の電極、例えば、金属箔に活物質が塗布されて活物質層が形成された構造の電極や集電体として複数の空孔を備える三次元構造の金属多孔体の空孔に、活物質が充填されて活物質層が形成された電極自体の欠陥を検査するものではない。また、二次電池は充放電の際に発熱し、その発熱により電極も温度上昇する。そして、活物質層が不均一な場合あるいはプレス工程の残留応力の場所による違いが大きな場合は、温度変化により電極の歪みや撓みが大きくなる。そして、歪みや撓みが大きな場合は電極の寿命、ひいては二次電池の寿命が短くなる。二次電池に限らず、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタの電極においても同様である。
【０００６】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極が蓄電装置に組み込まれた状態で充放電による温度変化を受けた場合でも、電極の歪みや撓みが予め設定された支障のない状態か否かを判断することができる蓄電装置用の電極の検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する蓄電装置用の電極の検査方法は、活物質を保持したシート状の集電体からなる蓄電装置用の電極の検査方法であって、前記電極を使用して形成された蓄電装置の充放電時における温度変化を予め測定し、前記充放電時における温度変化に対応する温度に前記電極の温度を調整した状態で前記電極の表面をモアレ法で検査して前記電極の表面の状態を検出する。ここで、「活物質を保持したシート状の集電体」とは、表面に活物質層が形成された金属箔に限らず、シート状の三次元構造の金属多孔体の空孔に活物質が充填されて活物質層が形成されたものも含む。また、「前記電極を使用して形成された蓄電装置」とは、検査をすべき電極と同じ条件で製造された電極を使用して形成された正常な蓄電装置を意味する。
【０００８】
この構成によれば、予め測定された蓄電装置の充放電時における温度変化に対応する温度に電極の温度が調整された状態で、電極の表面がモアレ法で検査される。蓄電装置の充放電時における温度変化を受けない状態では歪みや撓みに異常のない電極であっても、充放電時における温度変化を受けた後には、歪みや撓みに異常が発生する場合がある。そのため、充放電時における温度変化に対応する温度において電極の歪みや撓みを検出することにより、電極検査の信頼性が向上する。モアレ法では電極表面の凹凸状態を凹凸が数μｍ程度でも非接触で検出できるため、電極表面を傷つけることなく凹凸状態が目的の精度で検出され、その凹凸状態が予め設定された支障のない状態か否かを判断することができる。したがって、電極が蓄電装置に組み込まれた状態で充放電による温度変化を受けた場合でも、電極の歪みや撓みが予め設定された支障のない状態か否かを判断することができる。
【０００９】
前記電極の検査は、前記電極がプレス工程でプレスを受けた後に行われることが好ましい。電極の製造方法は、集電体に活物質を保持させた後、電極全体を加圧するプレス工程を有する。プレス工程でプレスされた後では、電極にはプレスされたことに伴う残留応力が存在し、プレスを受ける前の状態において電極が不均一な場合、即ち電極の厚さ斑あるいは活物質層内に空隙が存在する場合は残留応力も不均一になる。そのため、プレスを受けた電極で検査を行うことにより、残留応力の影響が反映されて検査結果に対する信頼性が向上する。
【００１０】
前記電極の検査は、前記電極が前記プレス工程においてプレスを受けた後、巻取りロールに巻き取られた電極を用いて、電極検査工程で行われることが好ましい。この構成では、プレス工程においてプレスを受けた後、巻取りロールに巻き取られた電極に対して検査を行うため、電極の検査工程がプレス工程に連続して行われる場合と異なり、前工程における電極の移動速度に合わせて電極の検査を行う必要はない。したがって、電極の検査の自由度が高くなる。
【００１１】
前記電極の温度の調整は、室温から連続的に行われ、前記モアレ法による前記電極の表面の検査も前記電極の温度の上昇に伴って連続的に行われることが好ましい。この構成によれば、電極の温度の調整が、室温から連続的に行われ、モアレ法による電極の表面の検査も電極の温度の上昇に伴って連続的に行われるため、電極の歪みや撓みが電極温度の変化に対応してどのように変化するのかを確認することができる。また、モアレトポグラフィーを利用すれば、モニタの画面で電極の表面状態を目視で直接確認することもできる。
【００１２】
前記電極は、積層型の電極組立体に使用される電極であることが好ましい。この構成によれば、積層型の電極組立体に使用される電極の検査方法において前記の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電極が蓄電装置に組み込まれた状態で充放電による温度変化を受けた場合でも、電極の歪みや撓みが予め設定された支障のない状態か否かを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の検査方法を示す概略図。
【図２】第２の実施形態の検査方法を示す概略図。
【図３】従来技術の検査方法を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、積層型の電極組立体を備えた蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池に使用される電極の検査方法に具体化した実施形態を説明する。
【００１６】
電極組立体は、金属箔の両面に活物質が塗布された活物質層を有するシート状の正極及び負極が両者の間にシート状のセパレータが介在する状態で積層されている。
電極組立体を構成する電極、即ち正極及び負極の製造方法は、金属箔に活物質合剤を塗布する塗布工程と、塗布工程で塗布された後、活物質合剤が乾燥されて活物質層が形成された金属箔をロール加圧するプレス工程と、プレス工程で形成された帯状の電極から、積層型の電極組立体用の電極を打ち抜き加工する電極加工工程とを備える。
【００１７】
次に電極の検査方法を説明する。
電極の検査方法は、検査すべき電極と同じ条件で製造された電極を使用して形成された蓄電装置の充放電時における温度変化を予め測定し、充放電時における温度変化に対応する温度に電極の温度を調整した状態で電極の表面をモアレ法で検査して電極の表面の状態を検出する。
【００１８】
図１に示すように、検査装置は、照射部１０と、撮像部２０と、撮像部２０で撮像された画像の処理を行うコンピュータ２５とを備えている。コンピュータ２５には撮像画像や解析結果を表示するモニタ２６が接続されている。照射部１０は、レーザ光を照射する光源１１と、光源１１から照射されたレーザ光を平行光束Ｏに制御するレンズ１２と、格子１３とを備えている。照射部１０は、支持台３０上に載置された被検査体としての電極４１に平行光束Ｏを照射し、平行光束Ｏは格子１３を介して電極４１に照射される。
【００１９】
支持台３０は、支持台３０上に載置された電極４１を加熱する加熱手段３１を備えている。加熱手段３１は、温度調整可能に構成され、電極４１を予め設定された昇温速度で加熱可能になっている。加熱手段３１としては、例えば、電熱ヒーターや赤外線ヒーターが使用される。
【００２０】
撮像部２０は、電極４１からの反射光を偏向制御するレンズ２１と、偏向制御された反射光を撮像面上で光学像として結像させて、撮像を行うＣＣＤカメラ２２とを備えている。ＣＣＤカメラ２２は、縞状の光パターンが照射された電極４１を撮像する。
【００２１】
照射部１０及び撮像部２０は、撮像部２０へ向かう光軸（電極４１からの反射光）と、照射部１０からの光軸（平行光束Ｏ）とが、支持台３０の表面に対する法線に対して略対称となるように配設されている。
【００２２】
コンピュータ２５は、加熱手段３１を制御して支持台３０上に載置された電極４１の温度を調整する。温度制御は、検査すべき電極４１と同じ条件で製造された電極を使用して製造された二次電池の充放電時における温度変化を予め測定して得られた温度変化のデータに基づいて、その温度変化に対応する温度に電極４１の温度を調整するように行われる。コンピュータ２５は、ＣＣＤカメラ２２で撮像された画像データを入力し、モアレトポグラフィー法で画像データを処理する。コンピュータ２５には撮像画像や解析結果を表示するモニタ２６が接続されている。
【００２３】
次に前記の検査装置を使用した電極４１の検査方法を詳述する。
電極４１の検査は、電極加工工程で帯状の電極から打ち抜かれて積層型の電極組立体に使用される電極４１に対して行われる。即ち、電極４１の検査は、電極４１がプレス工程でプレスを受けた後に行われる。また、電極４１の検査は、電極４１の製造工程から独立した電極検査工程で行われる。
【００２４】
電極４１は、支持台３０上に載置された状態で、二次電池の充放電時における温度変化に対応した温度となるように、加熱手段３１により室温から昇温される。電極４１がプレス加工を受けず、かつ加熱されない状態において表面状態を検査した場合、即ち静的な状態での検査では、動的な状態、即ち二次電池の充放電稼動中の温度変化による電極４１の歪みや撓みを検出することはできない。また、活物質層の表面が平坦で、活物質層が見かけ上均一であっても、電極４１がプレス加工を受けた場合、残留応力の不均一に起因して歪みが生じ、加熱によって歪みが大きくなって電極４１が撓む状態になる。活物質層が見かけ上均一であっても電極４１がプレス加工を受けた場合、残留応力が不均一になる原因としては、例えば、活物質層の内部に空隙が存在したり、プレス加工により活物質が金属箔にめり込んだ部分が存在したりすることがある。
【００２５】
そのため、従来の検査方法と異なり、見かけ上歪みや撓みに異常のない電極４１であっても、プレス工程でプレスを受けた後、二次電池の充放電時における温度変化を与えた状態で検査を行うため、検査時に内部の異常に基づいて生じた歪みや撓みを検出することが可能になる。プレスによる残留応力に起因する歪みに限らず、電極４１を構成する金属箔から活物質合剤が部分的に剥離している場合も、歪みや撓みが生じる。また、モアレ法では電極表面の凹凸状態を凹凸が数μｍ程度でも非接触で検出できるため、電極表面を傷つけることなく凹凸状態が目的の精度で検出される。そして、コンピュータ２５は検出された電極表面の凹凸状態が予め設定された支障のない状態か否かを判断し、支障がある状態であれば報知手段に異常報知信号を出力する。報知手段がモニタ２６であれば、モニタ２６に異常表示がなされる。また、コンピュータ２５がモニタ２６に電極４１の立体形状を表す画像を表示すれば、作業者（オペレータ）は、モニタ２６の画面を観察することで温度変化に伴う電極４１の歪みや撓み状態の変化の有無を目視で観察することができる。
【００２６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池用（蓄電装置用）の電極の検査方法は、活物質を保持したシート状の集電体からなる二次電池用の電極の検査方法である。そして、電極を使用して形成された二次電池の充放電時における温度変化を予め測定し、充放電時における温度変化に対応する温度に電極４１の温度を調整した状態で電極４１の表面をモアレ法で検査して電極４１の表面の状態を検出する。したがって、電極４１が二次電池（蓄電装置）に組み込まれた状態で充放電による温度変化を受けた場合でも、電極４１の歪や撓みが予め設定された支障のない状態か否かを判断することができる。
【００２７】
（２）電極４１の検査は、電極４１がプレス工程でプレスを受けた後に行われる。電極４１の製造方法は、集電体に活物質を保持させた後、電極全体を加圧するプレス工程を有する。プレス工程でプレスされた後では、電極４１にはプレスされたことに伴う残留応力が存在し、プレスを受ける前の状態において電極４１が不均一な場合、残留応力も不均一になる。そのため、プレスを受けた電極４１で検査を行うことにより、残留応力の影響が反映されて検査結果に対する信頼性が向上する。
【００２８】
（３）電極４１の検査は、電極４１がプレス工程においてプレスを受けた後、巻取りロールに巻き取られた電極４１を用いて、電極検査工程で行われる。この検査方法では、一連の各電極製造工程とは独立して検査を行うため、電極の検査工程がプレス工程に連続して行われる場合と異なり、前工程における電極の移動速度に合わせて電極の検査を行う必要はない。したがって、電極の検査の自由度が高くなる。
【００２９】
（４）電極４１は、積層型の電極組立体に使用される電極４１であり、電極温度の調整は、室温から連続的に行われ、モアレ法による電極４１の表面の検査も電極温度の上昇に伴って連続的に行われる。充放電時における温度変化に対応する温度に電極４１の温度を調整した状態での検査方法として、温度変化を連続的に与えて各温度における電極４１の表面状態を検査するのではなく、特定の状態、例えば、最高温度の状態でのみ検査を行う方法もある。しかし、二次電池の充放電稼動中の温度変化に対応した温度変化として、電極温度の調整が、室温から連続的に行われ、モアレ法による電極４１の表面の検査も電極温度の上昇に伴って連続的に行われるため、電極４１の歪みや撓みが電極温度の変化に対応してどのように変化するのかを確認することができる。また、モアレトポグラフィーを利用すれば、モニタ２６の画面で電極４１の表面状態を目視で直接確認することもできる。
【００３０】
（５）二次電池はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池では、電極を構成する活物質は黒色で、活物質層はロールプレスされた均等な形状なので均等な反射光が得られる。  
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、帯状の電極の検査方法に具体化した実施形態を説明する。
この実施形態の検査装置は、帯状の電極の検査すべき箇所を所定温度に加熱した状態でその表面を検査する点と、電極が間欠的に一定方向に移動されて被検査領域が検査位置に順次配置される点とが第１の実施形態と異なり、照射部１０や撮像部２０の構成は第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３２】
図２に示すように、検査装置は、支持台３０に代えて、帯状の電極４１が巻き取られた巻取りロール４０を支持して帯状の電極４１を間欠的に繰り出す繰出し部４２と、巻取りロール４０から繰り出された帯状の電極４１を巻き取る巻取り部４３と、繰出し部４２から繰り出された電極４１をガイドするガイドローラ４４とを備えている。巻取り部４３は繰出し部４２に同期して駆動され、巻取りロール４０から繰り出されて検査が終了した電極４１の被検査領域をロール４５上に順次巻き取るようになっている。ロール４５は、巻取りロール４０から繰り出された帯状の電極４１の端部を固着して電極４１をロール４５上に巻き取る帯状部（図示せず）を有し、検査前の被検査領域がロール４５上に巻き取られないようになっている。
【００３３】
加熱手段３１は、両ガイドローラ４４にガイドされて移動する帯状の電極４１を両ガイドローラ４４の中間位置において下方から加熱するように配置されている。加熱手段３１の上方には照射部１０及び撮像部２０が設けられている。なお、図２においては、照射部１０及び撮像部２０を合わせて照射・撮像部５０として図示している。また、コンピュータ２５及びモニタ２６の図示を省略している。
【００３４】
繰出し部４２及び巻取り部４３は同期して間欠駆動され、帯状の電極４１は被検査領域が予め設定された所定温度、例えば、二次電池の充放電稼動中の温度変化に対応した温度のうちの最高温度に加熱された状態で照射・撮像部５０の下方に順次配置され、その状態で表面が検査される。
【００３５】
この実施形態の検査方法においても、第１の実施形態の（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる他に次の効果を得ることができる。
（６）電極４１の検査は、帯状の電極４１がプレス工程においてプレスを受けた後、巻取りロール４０に巻き取られた電極４１を用いて、電極検査工程で行われる。そして、巻取りロール４０に巻き取られた帯状の電極４１を逐次繰り出し、電極４１の検査すべき箇所（被検査領域）を所定温度に加熱した状態で検査を行う。したがって、電極４１の検査工程がプレス工程に連続して行われる場合と異なり、前工程における電極４１の移動速度に合わせて電極４１の検査を行う必要がなく、電極４１の検査の自由度、例えば、１箇所の被検査領域における検査時間、電極４１の移動速度等の自由度が高くなる。
【００３６】
（７）電極４１の検査は、二次電池の充放電時における温度変化に対応する温度のうちの特定の状態、例えば、最高温度の状態でのみ検査が行われる。したがって、各被検査領域における検査時間が第１の実施形態の場合に比較して短くなる。
【００３７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  積層型の電極組立体に使用される電極４１の検査を、二次電池の充放電稼動中の温度変化に対応した温度のうちの特定の温度の状態、例えば、最高温度の状態でのみモアレ法による電極４１の表面の検査を行うようにしてもよい。この場合、検査に要する時間を大幅に短縮できるため、電極４１の検査を抜き取り検査ではなく全数検査も可能になる。
【００３８】
○  積層型の電極組立体に使用される電極４１の検査を、二次電池の充放電稼動中の温
度変化に対応した温度のうちの特定の温度の状態で行う場合、特定の温度は一つに限らず複数であってもよい。
【００３９】
○  積層型の電極組立体に使用される電極４１の検査を、二次電池の充放電稼動中の温度変化に対応した温度のうちの特定の温度の状態で行う場合、電極４１の加熱を１個ずつ行う代わりに、複数同時に加熱し、検査すべき温度に達した電極４１を順次検査するようにしてもよい。この場合、電極４１の加熱を１個ずつ行う場合に比べて、複数の電極４１の検査に要するトータル時間を短縮することができる。
【００４０】
○  電極４１の検査をプレス工程でプレスされる前の電極４１について行ってもよい。しかし、プレス前の状態の検査では、プレス工程でプレスされることにより生じる残留応力の影響が反映されない状態での検査のため、検査結果に対する信頼性がプレス工程の後に行う検査に比べて低くなる。
【００４１】
○  巻回型の電極組立体に使用される帯状の電極４１の検査に、電極温度の調整が室温から連続的に行われ、モアレ法による電極の表面の検査も電極温度の上昇に伴って連続的に行われる方法を採用してもよい。しかし、帯状のままで全ての領域の検査を行うのは温度調整が難しいため、帯状の電極４１全体ではなく被検査領域を、間隔を空けて複数箇所に設定して行うようにしてもよい。
【００４２】
○  画像データを観察するためのモニタ２６を設けずに、コンピュータ２５がＣＣＤカメラ２２の画像データを解析して、電極４１の歪や撓みが予め設定された支障のない状態か否かを判断し、判断結果を表示部に出力するようにしてもよい。
【００４３】
○  積層型の電極組立体に使用される電極４１の検査の場合、加熱手段を電気炉としてもよい。
○  検査装置は、格子１３が照射部１０の平行光束Ｏと直交する位置に設けられた構成に限らず、被検査領域と平行かつ照射光及び反射光の両者が格子１３を通過可能な位置に設けられた構成であってもよい。
【００４４】
○  検査装置は、モアレ法で電極の表面状態を検出する装置であればよく、例えば、照射部１０から被検査領域に照射される照射光は平行光でなくてもよい。
○  電極４１は、金属箔に活物質合剤が塗布されて活物質層が形成された構造に限らない。例えば、電極４１は、集電体として複数の空孔を備える三次元構造の金属多孔体の空孔に、活物質が充填されて活物質層が形成された構成であってもよい。この電極４１も製造工程において、活物質層が形成された後、プレス工程でプレスされる。この構成の電極の場合、プレスに伴い厚さ方向に塑性変形されているため、残留応力の影響が大きい。そのため、静的状態で電極４１の表面のみ観察したのでは歪みや撓みを検出することができない場合でも、二次電池の充放電稼動中の温度変化に対応した温度の状態で検査を行うことにより、電極４１が二次電池に組み込まれた状態で充放電による温度変化を受けた場合でも歪みや撓みが予め設定された支障のない状態か否かを検出することが可能になる。
【００４５】
○  二次電池は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。
○  蓄電装置は、二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
【００４６】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明の検査方法において、前記蓄電装置はリチウムイオン二次電池である。
【符号の説明】
【００４７】
４０…巻取りロール、４１…電極。
【図１】
2014207175.tif 000002
【図２】
2014207175.tif 000003
【図３】
2014207175.tif 000004