(57)【要約】【課題】使用済みの二次電池を再利用する可否判断【解決手段】  ここで提案される二次電池の検査方法では、電池容器２１に電極体２２と電解液とが収容された使用済みの二次電池２０が用意される。次に、予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重で電池容器２１をプレスした状態で、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１からＡＥ信号が検出される。そして、検出されたＡＥ信号に基づいて、二次電池２０の再利用の可否が判定される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池容器に電極体と電解液とが収容された使用済みの二次電池を用意する工程と、
予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重で前記電池容器をプレスした状態で、前記電池容器に取り付けられたＡＥ信号検出センサからＡＥ信号を検出する工程と、
前記ＡＥ信号を検出する工程で検出されたＡＥ信号に基づいて、前記二次電池の再利用の可否を判定する工程と
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】
本発明は、二次電池の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−０４０３１９号公報には、電池容器にＡＥ信号を検出するセンサを取り付け、ケースを振動させた際のＡＥ信号に基づいて余剰の電解液の量を検出する方法が開示されている。ここで、ＡＥは、アコースティックエミッションの略である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０４０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、使用済みの二次電池の検査方法を検討している。二次電池に含まれる電解液は、封止材を透過するなどして、経年的に減少していく。このため、使用済みの二次電池の検査では、電解液の残存量が検査されることが望ましい。しかし、使用済みの二次電池では、電解液が電極体に十分に含浸されており、電解液量としては十分な量が内在しているが、電極体の外部には余剰の電解液が少ない場合がある。このような場合には、上記の特許文献１に開示された技術では、余剰の電解液が少ないと判定される場合がありうる。ここでは、かかる使用済みの二次電池の再利用の可否を検査する方法が提案されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで提案される二次電池の検査方法は、電池容器に電極体と電解液とが収容された使用済みの二次電池を用意する工程と、予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重で電池容器をプレスした状態で、電池容器に取り付けられたＡＥ信号検出センサからＡＥ信号を検出する工程と、ＡＥ信号を検出する工程で検出されたＡＥ信号に基づいて、二次電池の再利用の可否を判定する工程を含んでいる。かかる二次電池の検査方法によれば、二次電池の再利用の可否がより適切に判定される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、検査中の二次電池２０を示す模式図である。
【図２】図２は、二次電池２０に掛ける荷重と、電極体２２の外に押し出される電解液の量との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、電解液の量と二次電池の内部抵抗との関係について一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、ここで提案される二次電池の検査方法の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。
【０００８】
ここで提案される二次電池の検査方法は、以下の工程を含む。
・使用済みの二次電池を用意する工程
・ＡＥ信号を検出する工程
・二次電池の再利用の可否を判定する工程
【０００９】
［使用済みの二次電池を用意する工程］
使用済みの二次電池を用意する工程では、電池容器に電極体と電解液とが収容された使用済みの二次電池が用意される。
【００１０】
ここで、使用済みの二次電池は、例えば、電池パックや電池スタックの搭載されたセルなどである。電池パックや電池スタックには、複数のセルが搭載されている。ここで提案される二次電池の検査方法によれば、使用済みの電池パックや電池スタックの搭載されたセルに所要の電解液が残存しているかが検査される。
【００１１】
本検査方法では、例えば、回収された使用済みの電池パックや電池スタックを再利用する場合に、電池パックや電池スタックに搭載されたセルが検査される。本検査において、電池パックや電池スタックに搭載された複数のセルのうち、一部のセルにおいて十分な電解液が残っていないと判定された場合には、電池パックや電池スタックから当該セルが取り除かれる。そして、電解液が十分に残っているセルで電池パックや電池スタックが再構築される。このように、ここで提案される検査方法は、例えば、使用済みの電池パックや電池スタックで、電解液が十分に残っているセルを選別し、電池パックや電池スタックを再構築する処理に用いられる。電池パックや電池スタックを再構築する処理は、「電池リマン」とも称される。ここで、リマンは、リマニュファクチャードの略である。
【００１２】
図１は、検査中の二次電池２０を示す模式図である。
二次電池２０は、図１に示されているように、密閉型の電池容器２１の内部に、電極体２２と電解液（図示省略）とが収容されている。
【００１３】
電池容器２１は、アルミ製のハードケースや、ラミネートフィルムで周囲を封止した容器でありうる。
電極体２２は、例えば、シート状の正極とシート状の負極とをシート状のセパレータを介在させて捲回したいわゆる捲回電極体でありうる。シート状の正極とシート状の負極とには、それぞれ活物質粒子を含む、多孔質の活物質層を有する。また、セパレータも電解液が通過可能な多孔質の膜である。また、シート状の正極とシート状の負極とは、多孔質の活物質層をシート状のセパレータを対向させて重ねられ、さらに捲回されている。電極体２２には、これらのシート間に微小な間隙が存在しうる。電池容器２１内において、電解液は、電極体２２に含浸しているとともに、余剰の電解液が電極体２２の外に存在している。電極体２２は、例えば、シート状の正極とシート状の負極とが、シート状のセパレータを介在させて積層された、いわゆる積層タイプの電極体でもよい。
【００１４】
［ＡＥ信号を検出する工程］
ＡＥ信号を検出する工程では、図１に示されているように、予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重で使用済みの二次電池２０の電池容器２１をプレスした状態でＡＥ信号を検出する。ＡＥ信号は、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１から検出される。
【００１５】
ＡＥ信号を検出する工程では、電極体２２から余剰の電解液が押し出されるように、二次電池２０の電池容器２１に荷重が掛けられる。例えば、電極体２２が捲回された電極体である場合は、捲回された電極体の捲回軸に直交する方向において、電極体２２に圧力が掛かるように、電池容器２１の外側面を押すとよい。また、例えば、電池容器２１に収容された電極体２２が、捲回された電極体の捲回軸に直交する一方向において幅が狭くなった扁平な捲回電極体である場合、その扁平な電極体の幅広面が押されるように、荷重が掛けられるとよい。捲回電極体では、捲回軸に直交する一方向に沿ってプレスされることによって、捲回軸方向のシートの間隙から電解液が押し出される。なお、積層タイプの電極体では、外側に積層された一対のシートが積層方向にプレスされることによって、シートの間隙から電解液が押し出される。電極体２２から押し出された電解液は、電池容器２１の底部に溜まる。ＡＥ信号を検出する工程では、例えば、このように電極体２２から電解液が押し出され、電池容器２１の底部に溜まった状態でＡＥ信号が検出される。なお、図１の矢印Ｌは、電極体２２から押し出される電解液をイメージしたものである。
【００１６】
使用済みの二次電池２０の電池容器２１に予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重を掛けると、電極体２２に含まれている電解液の一部が、電極体２２の外に押し出される。ここで、二次電池２０に掛けられる荷重は、電池パックや電池スタックにおいて、二次電池２０に掛けられる予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重であるとよい。また、電極体２２に十分な電解液が含まれている場合に、電極体２２に含まれている電解液の一部が、電極体２２の外に押し出されるのに必要な荷重が設定されるとよい。この場合、電極体２２に十分な電解液が含まれていない場合には、電極体２２の外に電解液が押し出されないか、押し出される電解液の量が少ない。このため、電解液の十分な量に起因したＡＥ信号が検出されない。ＡＥ信号を検出する工程で掛けられる荷重は、例えば、二次電池２０の仕様毎に予め定められて設定されているとよい。
【００１７】
ＡＥ信号を検出する工程では、例えば、電池容器２１をプレスした状態で、電池容器２１に振動を加えて、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１からＡＥ信号を検出してもよい。また、他の方法として、電池容器２１をプレスした状態で、電池容器２１を叩いて、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１からＡＥ信号を検出してもよい。
【００１８】
［再利用の可否を判定する工程］
二次電池２０の再利用の可否を判定する工程では、ＡＥ信号を検出する工程で検出されたＡＥ信号に基づいて、二次電池２０の再利用の可否を判定する。
再利用の可否を判定する工程では、ＡＥ信号を検出する工程で検出されるＡＥ信号に対して、再利用の可否を判定するための閾値が設定されているとよい。
【００１９】
再利用の可否を判定する工程では、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１によって検出されるＡＥ信号に基づいて電解液の有無が判定される。つまり、二次電池２０内の電解液の有無および電解液の量に応じて、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１によって検知されるＡＥ信号に差が生じる。再利用の可否を判定する工程では、例えば、かかるＡＥ信号の差に基づいて、二次電池２０内の電解液の有無または電解液の量を検知し、再利用の可否が判定されるように、ＡＥ信号に対して閾値が設定されているとよい。
【００２０】
［再利用の可否を判定する装置３０の構成例］
再利用の可否を判定する装置３０は、図１に示されているように、ＡＥ信号検出センサ３１と、アンプ３２と、ＡＥ信号検出部３３と、判定部３４とを備えている。
【００２１】
ＡＥ信号検出センサ３１は、それぞれＡＥ信号を検出するセンサである。ＡＥ信号検出センサ３１は、音波信号を検出するセンサであり、人が認識できないような周波数の音波も検出できる音波検出装置であるとよい。
【００２２】
ＡＥ信号検出センサ３１は、電池容器２１の外側において、電池容器２１内で電解液が溜まる部位に相当する位置に取り付けられている。また、図１に示す例では、電池容器２１の底部に近い位置に取り付けられるとよい。ＡＥ信号を検出するセンサを電池容器２１に取り付ける部位は、電池容器２１の底面でもよいし、電池容器２１の側面でもよい。電池容器２１にＡＥ信号検出センサ３１が取り付けられる位置は、例えば、電池容器２１の形状などや電池容器２１内に配置される電極体２２の構造などを考慮して任意に設定できる。ＡＥ信号検出センサ３１には、公知の種々のセンサのうち、電池容器２１に取り付けるのに適したものを採用するとよい。
【００２３】
アンプ３２は、ＡＥ信号検出センサ３１で検出されたＡＥ信号を増幅させる装置である。ＡＥ信号検出部３３と、判定部３４とは、コンピュータによって具現化される機能であり、例えば、コンピュータにソフトウェアとして組み込まれているとよい。ＡＥ信号検出部３３と判定部３４とを具現化するコンピュータは、不揮発性メモリーなどの記憶部や、ＣＰＵなどの演算処理部などを備えており、予め設定されたプログラムに沿って予め定められた処理を行うように構成された電子演算処理装置でありうる。また、ＡＥ信号検出センサ３１で検出されたＡＥ信号を受信する入力部や二次電池２０の再利用の可否などの判定結果を出力する出力部を備えているとよい。
【００２４】
アンプ３２は、ＡＥ信号検出部３３と判定部３４とを具現化するコンピュータに組み込まれていてもよい。
ＡＥ信号検出部３３は、ＡＥ信号検出センサ３１によって検出され、かつ、アンプ３２によって増幅されたＡＥ信号に基づいて、ＡＥ信号の周波数等を検出するようにプログラムされているとよい。
判定部３４は、例えば、予め定められた閾値に基づいて、二次電池２０の再利用の可否を判定するようにプログラムされているとよい。
判定部３４では、ＡＥ信号検出センサ３１によって検出されたＡＥ信号に基づいて、二次電池２０に予め定められた量よりも多い電解液が含まれている場合には、二次電池２０は再利用可と判定される。反対に、ＡＥ信号に基づいて二次電池２０のドライアップが検出された場合には、二次電池２０は再利用不可と判定される。ここで、二次電池２０のドライアップは、二次電池２０の電解液が必要量よりも少なくなる事象であり、液枯れなどとも称される。二次電池２０のドライアップは、二次電池２０の内部抵抗を増加させる要因となり得る。
【００２５】
かかる判定処理での閾値の設定には、例えば、電池容器２１内の電解液の量が異なる複数の二次電池２０のサンプルについて、電池容器２１を予め定められた荷重でプレスし、電池容器２１を振動させたり、叩いたりする。そして、この際に生じたＡＥ信号を採取する実験を予め行なうとよい。電池容器２１に予め定められた荷重でプレスされた際に電池容器２１に溜まった電解液の量によって、電池容器２１を振動させたたり、叩いたりした際に検出されるＡＥ信号が異なる。
【００２６】
かかる実験によって、電池容器２１に荷重がかけられた際に電池容器２１に溜まった電解液の量と、電池容器２１を振動させたり電池容器２１を叩いたりした際に生じるＡＥ信号との相関関係を得るとよい。そして、当該相関関係に基づいてＡＥ信号に対して適当な閾値を予め設けるとよい。閾値は、電極体２２の外に押し出された電解液の量が所定の量よりも少ないことを判定し、当該判定に基づいて二次電池２０の再利用の可否を判定しうるように設定されているとよい。
【００２７】
ここで、図２は、電池容器２１に掛けるプレス荷重と、電極体２２の外に押し出される電解液の量との関係を示すグラフである。図２の横軸は、ＡＥ信号を検出する工程で電池容器２１に掛けるのと同じ条件で、電池容器２１に掛けられたプレス荷重が示されている。図２の縦軸は、電極体２２の外に押し出された電解液の量を示している。電解液の量は、電解液の液面高さとして示されている。図２では、荷重が掛けられる前の電解液の量（換言すれば、電解液の液面高さ）は、「０」とされている。
【００２８】
図２には、ドライアップしていない二次電池２０のグラフＡ１と、ドライアップしている二次電池２０のグラフＢ１が示されている。グラフＡ１に示されているように、ドライアップしていない二次電池２０では、掛けられる荷重が大きくなればなるほど、電極体２２の外に押し出される電解液の量は増える。これに対して、グラフＢ１に示されているように、ドライアップしている二次電池２０では、掛けられる荷重が大きくなっても電極体２２の外に押し出される電解液の量は増えない。図２に示されているように、電池容器２１をプレスする際に作用させる荷重には、ドライアップしている二次電池と、ドライアップしていない二次電池とで、電極体２２の外に押し出される電解液の量に適当な差が生じる範囲Ｄが存在する。かかる範囲Ｄにおいて、ＡＥ信号を検出する工程で掛けるのに適当な荷重が設定されるとよい。ただし、電池容器２１の塑性変形を伴うような変形や、内部の電極体２２に損傷が生じない程度に、ＡＥ信号を検出する工程で掛ける荷重の上限が設定されるとよい。
【００２９】
図３は、電解液の量と二次電池の内部抵抗との関係について一例を示すグラフである。ＡＥ信号を検出する工程で荷重が掛けられた状態で電極体２２の外に押し出された電解液の量と、ＡＥ信号を検出する工程で二次電池２０の予め定められた位置に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１によって測定されたＡＥ信号とには、相関関係がある。
図３で横軸は、荷重をかけた状態で電極体２２の外に存在する電解液の量を示している。ここで二次電池２０に掛けられた荷重は、ＡＥ信号を検出する工程で掛けられる所定の荷重である。電解液の量は、電解液の液面高さとして示されている。縦軸は、予め定められた条件で測定された二次電池２０の内部抵抗である。なお、二次電池２０の内部抵抗を測定する場合は、ＡＥ信号を検出する工程で掛けられるような荷重が掛けられていない状態で測定される。
【００３０】
図３に示された例では、プロットＣ２〜Ｃ４に示されているように、大凡１ｍｍの液面高さがある場合には二次電池２０の内部抵抗は、大凡３ｍｍ、大凡５ｍｍの液面高さがある場合と同程度に低い一定の値を示している。これに対し、プロットＣ１で示されているように、電解液の量が大凡０．５ｍｍ程度の液面高さである場合には、二次電池２０の内部抵抗は格段に高い。ＡＥ信号を検出する工程で掛けられる荷重をかけた状態で、電解液の量が、大凡１ｍｍ以上の液面高さがある場合には、再利用可である。かかる相関関係に基づいて、例えば、電解液に余裕を考慮して、２ｍｍ以上の液面高さがある場合に、再利用可と判定されるように、判定部３４において閾値が設定されているとよい。
【００３１】
このように、ここで提案される二次電池の検査方法では、電池容器２１に電極体２２と電解液とが収容された使用済みの二次電池２０が用意される。次に、予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重で電池容器２１をプレスした状態で、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１からＡＥ信号が検出される。そして、検出されたＡＥ信号に基づいて、二次電池２０の再利用の可否が判定される。
【００３２】
この検査方法によれば、予め定められた拘束荷重よりも大きい荷重を電池容器２１に掛けた状態で、電池容器２１に取り付けられたＡＥ信号検出センサ３１からＡＥ信号が検出される。この状態では、電極体２２に含浸している電解液が押し出される。このため、ＡＥ信号によって、電池容器２１内に残っている電解液の量をより適切に検出できる。このため、検出されたＡＥ信号を基に、電池容器２１内に残っている電解液の量が推定され、二次電池２０の再利用の可否がより適切に判定される。
【００３３】
以上、ここで提案される二次電池の検査方法について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた二次電池の検査方法の実施形態などは、本発明を限定しない。
【符号の説明】
【００３４】
２０  二次電池
２１  電池容器
２２  電極体
３０  再利用の可否を判定する装置
３１  ＡＥ信号検出センサ
３２  アンプ
３３  ＡＥ信号検出部
３４  判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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