(57)【要約】【課題】短時間で導電性異物の分析を行うことができる導電性異物の分析方法を提供すること。【解決手段】二次電池の製造過程で発生する導電性異物の材質を特定する導電性異物の分析方法は、１００μｍの間隔に保持された一対の電極探針５２と、電極探針５２と電気的に接続された抵抗測定装置５３と、を有する分析装置５０を用いて行う。一対の電極探針５２を導電性異物Ｚの高さ方向に貫通させ、抵抗測定装置５３によって測定された体積抵抗率から導電性異物Ｚの材質を特定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の金属箔の表面に活物質合剤が塗布された電極材料を製造する工程と、
前記電極材料を切断し、枚葉状の電極を製造する電極製造工程と、
異なる極性の前記電極を絶縁しながら積層し、電極組立体を製造する積層工程と、
前記電極が備えるタブと電極端子とを接合するタブ接合工程と、
前記電極端子がケースの蓋に固定され、かつ前記電極組立体が前記ケースに収容された蓄電装置を製造する組立工程と、
を備える蓄電装置の製造過程で発生する導電性異物の材質を特定する導電性異物の分析方法であって、
８０〜１２０μｍの間隔に保持された一対の電極探針と、
前記電極探針と電気的に接続された抵抗測定装置と、を有する分析装置を用い、
前記一対の電極探針を前記導電性異物の高さ方向に貫通させ、
前記抵抗測定装置によって測定された抵抗値から前記導電性異物の材質を特定することを特徴とする導電性異物の分析方法。
【請求項２】
前記電極製造工程、前記積層工程、及び前記タブ接合工程で検出された前記導電性異物に対して行う請求項１に記載の導電性異物の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の製造過程で発生する導電性異物の材質を特定する導電性異物の分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置の一種である二次電池としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内には、金属箔に活物質層を備える正極の電極及び負極の電極をセパレータを介して積層した電極組立体を備えている。また、電極組立体には、電極端子が電気的に接続され、電極端子はケースの蓋に固定されている。
【０００３】
このような二次電池の製造は、まず、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合した活物質合剤を長尺状の金属箔の表面に塗布する。次に、活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成し、金属箔と活物質層とを有する長尺状の電極材料を形成する。次に、電極材料をプレスした後、所定の形状に打ち抜くことにより電極を製造する。次に、負極の電極と正極の電極をセパレータを介して絶縁した状態で積層し、電極組立体を製造する。次いで、電極組立体の積層方向への寸法を調整した後、各電極が備えるタブに電極端子を接合する。そして、ケースを構成する蓋に各極の電極端子を固定するとともに、電極組立体をケースを構成するケース本体に収容し、蓋をケース本体に固定し、ケース本体の開口部を蓋で閉塞して二次電池が製造される。
【０００４】
ところで、二次電池の製造ラインにおいて、例えば、電極を電極材料から打ち抜いて製造する際に、金属箔が削れて導線性異物が発生することがある。その導線性異物が電極に付着したまま電極の積層工程に送られると、製造された電極組立体に導線性異物が混入してしまう。すると、導線性異物がセパレータを突き破り、短絡等の品質不良の原因となる虞があり、好ましくない。
【０００５】
このため、導線性異物が発生した場合には、どの工程で導線性異物が発生するのか、どの工程で導線性異物が混入するか等を突き止めて対策を施す必要があり、このために、導線性異物の材質を特定するための分析を行っている。導電性異物の分析方法としては、例えば、特許文献１に開示されるように、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギ分散型Ｘ線分析装置、特許文献１参照）が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２２０２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ＳＥＭ−ＥＤＸで導電性異物の材質特定を行うには、導電性異物を所定サイズに切り出し、所定の前処理を行って検体とし、検体を電子顕微鏡にセットした後、ＥＤＸ分析を行う必要があり、分析のための工数が多く、多くの時間を要する。
【０００８】
本発明の目的は、短時間で導電性異物の分析を行うことができる導電性異物の分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するための導電性異物の分析方法は、長尺状の金属箔の表面に活物質合剤が塗布された電極材料を製造する工程と、前記電極材料を切断し、枚葉状の電極を製造する電極製造工程と、異なる極性の前記電極を絶縁しながら積層し、電極組立体を製造する積層工程と、前記電極が備えるタブと電極端子とを接合するタブ接合工程と、前記電極端子がケースの蓋に固定され、かつ前記電極組立体が前記ケースに収容された蓄電装置を製造する組立工程と、を備える蓄電装置の製造過程で発生する導電性異物の材質を特定する導電性異物の分析方法であって、８０〜１２０μｍの間隔に保持された一対の電極探針と、前記電極探針と電気的に接続された抵抗測定装置と、を有する分析装置を用い、前記一対の電極探針を前記導電性異物の高さ方向に貫通させ、前記抵抗測定装置によって測定された抵抗値から前記導電性異物の材質を特定することを要旨とする。
【００１０】
これによれば、電極探針を導電性異物に突き刺し、抵抗測定装置で測定された抵抗値を確認し、測定された抵抗値を、予め規定されている導電性材料の抵抗値と照合するだけで導電性異物の材質を特定することができる。よって、ＳＥＭ−ＥＤＸのように、導電性異物の切り出し、前処理、電子顕微鏡へのセット、ＥＤＸ分析といった多数の工数が必要なく、短時間で導電性異物の材質を特定できる。
【００１１】
また、導電性異物の分析方法について、前記電極製造工程、前記積層工程、及び前記タブ接合工程で検出された前記導電性異物に対して行う。
これによれば、電極製造工程、積層工程、及びタブ接合工程は金属箔を扱う工程であり、発生する導電性異物のほとんどが薄片状である。このため、導電性異物の高さに起因した抵抗値の誤差はほとんど無く、電極探針を突き刺して得られる抵抗値によって導電性異物の材質を特定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、短時間で導電性異物の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の二次電池を示す分解斜視図。
【図２】二次電池の製造工程を示す図。
【図３】分析装置を模式的に示す図。
【図４】導電性異物に電極探針を突き刺した状態を示す図。
【図５】導電性異物に電極探針を突き刺した状態を示す拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、導電性異物の分析方法を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、ケース本体１２及びその開口部を覆う蓋１３とで構成された四角箱状のケース１１内に、積層型の電極組立体１４及び図示しない電解液が収容される。電極組立体１４は、金属箔の両面に活物質層を備える正極電極１５と負極電極１６とが、セパレータ１７が間に存在する状態で積層された層状構造を有する。ケース本体１２と蓋１３は、何れも金属製（例えば、ステンレス製やアルミニウム製）である。
【００１５】
各正極タブ１９は互いに溶接された状態で正極導電部材２０に接合されている。正極導電部材２０には、電極組立体１４と電気を授受する電極端子としての正極端子２１が接合されている。各負極タブ２２は互いに溶接された状態で負極導電部材２３に接合されている。負極導電部材２３には、電極組立体１４と電気を授受する電極端子としての負極端子２４が接合されている。正極端子２１及び負極端子２４は蓋１３を貫通してケース１１外に突出するとともに、正極端子２１及び負極端子２４にはナットＮが螺合され、正極端子２１及び負極端子２４は蓋１３に締結されている。また、正極端子２１及び負極端子２４は、蓋１３に形成された孔１３ａに嵌合固定された絶縁リング２５によって蓋１３から絶縁されている。
【００１６】
電極組立体１４は、固定用のテープ３１により積層方向及び面方向へのずれが抑制されている。正極電極１５、負極電極１６及びセパレータ１７の積層された方向を積層方向とする。積層方向への電極組立体１４の寸法は、ケース本体１２の対向する内面間の寸法より僅かに大きくなるように厚み調整され、厚み調整された状態でテープ３１により固定されている。二次電池１０は、ケース１１と電極組立体１４とを絶縁する絶縁フィルム３３を備える。
【００１７】
次に前記のように構成された二次電池１０の製造方法を説明する。
図２に示すように、二次電池１０の製造方法は、正極電極１５又は負極電極１６の材料である電極材料を製造する工程Ｓ１と、電極材料から正極電極１５又は負極電極１６を製造する電極製造工程Ｓ２と、を有する。
【００１８】
電極材料を製造する工程Ｓ１は、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合した活物質合剤を長尺状の金属箔の表面に連続的に塗布し、活物質合剤を乾燥させる工程である。また、電極製造工程Ｓ２は、電極材料を搬送しながら、電極材料の短手方向の長さが所定の規定長さとなるように同電極材料の短手方向の端部を切断し、電極材料をプレスした後、電極材料を所定の形状に打ち抜く工程である。
【００１９】
二次電池１０の製造方法は、積層工程Ｓ３を有し、積層工程Ｓ３は、製造された正極電極１５及び負極電極１６の間にセパレータ１７を介装しながら所定枚数積層し、電極組立体１４を製造する工程である。なお、積層工程Ｓ３は、電極組立体１４の積層方向への寸法（厚み）を、電極組立体１４の積層方向に沿って対向したケース本体１２の内面間の距離より僅かに大きくなるように厚み調整部材等で調整し、さらに、積層状態を保持するために電極組立体１４にテープ３１を貼り付ける工程を含む。
【００２０】
二次電池１０の製造方法は、正極導電部材２０が接合された正極端子２１、及び負極導電部材２３が接合された負極端子２４をナットＮで蓋１３に締結し、蓋端子組立体を製造し、さらに、正極導電部材２０に全ての正極タブ１９を接合するとともに、負極導電部材２３に全ての負極タブ２２を負極導電部材２３に接合するタブ接合工程Ｓ４を有する。また、二次電池１０の製造方法は、電極組立体１４をケース本体１２に収容し、蓋端子組立体の蓋１３をケース本体１２に接合して二次電池１０を組み立てる組立工程Ｓ５と、を有する。
【００２１】
次に、導電性異物の分析方法を説明する。
本実施形態では、二次電池１０の製造方法のうち、電極製造工程Ｓ２、積層工程Ｓ３、及びタブ接合工程Ｓ４で発生した導電性異物を分析する。各工程Ｓ２〜Ｓ４で発生する導電性異物Ｚとしては、正極電極１５の金属箔由来のアルミニウム、負極電極１６の金属箔由来の銅、生産設備由来のアルミニウム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム・ケイ素、ステンレス、錫メッキ、亜鉛メッキ等が挙げられる。
【００２２】
なお、工程Ｓ２〜Ｓ４で発生する虞のある導電性異物Ｚは、ほとんどが金属箔由来であり、高さ１０〜３０μｍであり、薄片状である。また、工程Ｓ２〜Ｓ４で発生する虞のある導電性異物Ｚの平面視サイズは、１００〜１０００μｍである。以下、薄片状の導電性異物Ｚの分析方法に具体化して説明する。
【００２３】
図３に示すように、導電性異物Ｚの分析方法は、分析装置５０を用いて行う。分析装置５０は、一対の電極探針５２を保持する探針保持部５１を備える。探針保持部５１はセラミック製である。探針保持部５１には、一対の電極探針５２が固定されている。一対の電極探針５２の直径は、それぞれ２０〜３０μｍである。また、一対の電極探針５２間の距離は、８０〜１２０μｍであり、本実施形態では１００μｍである。よって、一対の電極探針５２間の距離Ｋは、導電性異物Ｚの最小サイズ以上である。
【００２４】
分析装置５０は、抵抗測定装置５３を備える。抵抗測定装置５３には、一対の電極探針５２が配線５６を介して電気的に接続されている。そして、導電性異物Ｚに対し、一対の電極探針５２を電気的に接続した状態で、抵抗測定装置５３から電極探針５２を介して導電性異物Ｚに定電流を流す。電極探針５２の間に発生する電圧降下に基づく電位差から、抵抗測定装置５３は、導電性異物Ｚの体積抵抗率（μΩｃｍ）を測定する。
【００２５】
分析装置５０は、樹脂製の測定台５４を備える。また、分析装置５０は、測定台５４の上面に粘着シート５５を備える。この粘着シート５５に導電性異物Ｚを載せ、粘着シート５５の粘着面により導電性異物Ｚの移動を規制する。
【００２６】
次に、導電性異物Ｚの分析方法を具体的に説明する。
まず、採取された導電性異物Ｚを測定台５４の粘着シート５５に載せ、粘着シート５５の移動を規制する。次に、図５に示すように、一対の電極探針５２を導電性異物Ｚに突き刺す。電極探針５２が導電性異物Ｚを貫通し、さらに粘着シート５５を貫通すると、電極探針５２の先端が測定台５４に接触する。この接触時の感触により、電極探針５２が導電性異物Ｚを貫通したことを認識できる。
【００２７】
次に、抵抗測定装置５３から導電性異物Ｚに定電流を流す。電極探針５２の間に発生する電圧降下に基づく電位差から、抵抗測定装置５３は、導電性異物Ｚの体積抵抗率を算出する。なお、導電性異物Ｚの高さは概ね１０〜３０μｍであることから、電極探針５２と導電性異物Ｚとの接触面積に大きな差はなく、導電性異物Ｚの高さに基づく体積抵抗率のずれは無視できる。体積抵抗率の値は、金属に固有の絶対値であることから、体積抵抗率の値から導電性異物Ｚの材質を特定することができる。
【００２８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）導電性異物Ｚの分析方法では、電極探針５２を導電性異物Ｚに貫通させ、抵抗測定装置５３で算出された体積抵抗率から導電性異物Ｚの金属を特定する。よって、電極探針５２を導電性異物Ｚに突き刺すだけで導電性異物Ｚの金属を特定できる。したがって、ＳＥＭ−ＥＤＸのように、導電性異物の切り出し、前処理、電子顕微鏡へのセット、ＥＤＸ分析といった多数の工数が必要なく、短時間で導電性異物Ｚの材質を特定できる。
【００２９】
（２）二次電池１０の製造過程のうち、電極製造工程Ｓ２、積層工程Ｓ３、タブ接合工程Ｓ４で発生した導電性異物Ｚは、多くは金属箔由来であり、高さが１０〜３０μｍの薄片状である。このため、導電性異物Ｚのサイズに起因した体積抵抗率の誤差はほとんど無く、導電性異物Ｚから得られる体積抵抗率によって導電性異物Ｚの材質を精度良く特定することができる。
【００３０】
（３）分析装置５０は、測定台５４を備え、この測定台５４に導電性異物Ｚを載せた状態で電極探針５２を導電性異物Ｚに突き刺す。そして、電極探針５２が測定台５４に接触したときの感触から、電極探針５２が導電性異物Ｚを貫通したことを認識できる。
【００３１】
（４）分析装置５０は、測定台５４に一体の粘着シート５５を備える。そして、粘着シート５５に導電性異物Ｚを載せると、粘着シート５５により導電性異物Ｚの移動を抑制できる。したがって、導電性異物Ｚに電極探針５２を突き刺す作業が行いやすく、分析時間の短縮に繋がる。
【００３２】
（５）導電性異物Ｚの分析方法では、電極探針５２を導電性異物Ｚに貫通させる。このため、導電性異物Ｚの表面にある酸化膜や、後に付着した異物等の影響を受けずに導電性異物Ｚの金属を特定できる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  導電性異物Ｚの検査対象となる工程は、電極材料を製造する工程Ｓ１、タブ接合工程Ｓ４、及び組立工程Ｓ５としてもよいし、全ての工程としてもよい。
【００３４】
○  分析装置５０において、電極探針５２は、８０〜１２０μｍに間隔が保持された二本の電極探針５２に加え、その他に複数本の電極探針５２を備えていてもよい。例えば、電極探針５２を剣山のように多数設けてもよく、このように構成すると、導電性異物Ｚの形状に依存せず、電極探針５２を導電性異物Ｚに突き刺しやすくなる。
【００３５】
○  抵抗測定装置５３で測定する抵抗値は、導電性異物Ｚの材質を特定できるものであれば、体積抵抗率以外の値でもよい。
○  電極材料は、長尺状の金属箔の表面に活物質合剤が連続塗工された材料であったが、他の塗工態様、例えば活物質合剤が間欠塗工される電極材料でもよい。
【００３６】
○  電極材料は活物質合剤が長尺の金属箔の両面に塗工されて形成された材料であったが、電極材料は活物質合剤が長尺の金属箔の片面のみに塗工されて形成された電極材料でもよい。
【００３７】
○  上記実施形態の蓄電装置はリチウムイオン二次電池であったが、この他、ニッケル水素二次電池や電気二重層キャパシタなどの蓄電装置であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００３８】
（１）前記導電性異物は、高さ１０〜３０μｍの薄片状である導電性異物の分析方法。
（２）前記導電性異物の平面視サイズは１００〜１０００μｍである導電性異物の分析方法。
【００３９】
（３）前記電極探針の太さは２０〜３０μｍである導電性異物の分析方法。
【符号の説明】
【００４０】
Ｚ…導電性異物、Ｓ１…電極材料を製造する工程、Ｓ２…電極製造工程、Ｓ３…積層工程、Ｓ４…タブ接合工程、Ｓ５…組立工程、１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１３…蓋、１４…電極組立体、２１…電極端子としての正極端子、２４…電極端子としての負極端子、５０…分析装置、５２…電極探針、５３…抵抗測定装置。
【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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